(57)【要約】【課題】  低消費電力化、高輝度化に寄与する偏光分離機能を低コスト可能な簡単な構造にしたバックライトユニットと液晶表示装置を提供する。【解決手段】  光源１、コリメーターレンズ２、一方の面が平坦面で他方の面が複数の３角柱単位プリズムを各稜線を平行に配列したプリズム面のプリズム線状配列３をプリズム面を光出射面又は光入射面の向きで、この順に配置することで、偏光方向が入射面に平行なＰ偏光成分Ｅｐの割合が増えた出射光線Ｌｏとなる、反射型偏光分離機能を有するバックライトユニット１０とする。２等辺３角形の単位プリズムのプリズム斜面への入射角をブリュースター角θBにし、プリズム頂角θTはθBの余角の２倍とするのが好ましい。このバックライトユニットを、第１偏光板４ａと液晶セル５と第１偏光板４ｂを含む液晶セル６の光源に用い液晶表示装置２０とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも完全には偏光してない光源、コリメーターレンズ、及び該コリメーターレンズ側の面が光入射面としての平坦面で、他方の面が複数の３角柱単位プリズムを各稜線を平行にして配列した光出射面としてのプリズム面となったプリズム線状配列が、この順に配置された、反射型偏光分離機能を有するバックライトユニット。
【請求項２】
前記プリズム線状配列の稜線と垂直の方向（主切断面）の断面形状に於いて、前記プリズム線状配列の単位プリズムが２等辺３角形であり、その頂角が下記〔式１〕を満たすと共に、該コリメーターレンズからの出射光が該プリズム線状配列の平坦面と垂直方向から該平坦面側に入射して、該プリズム線状配列のプリズムの斜面を透過して出射する、反射型偏光分離機能を有する請求項１記載のバックライトユニット。
θT＝１８０度−２×ａｒｃｔａｎ（ｎ２／ｎ１）
＝１８０度−２×θB  ・・・・・・・・・・・〔式１〕
ここで；
θT：プリズムの頂角〔度〕
θB：ブリュースター角〔度〕
ｎ１：プリズムの屈折率
ｎ２：出射側媒体の屈折率
【請求項３】
少なくとも完全には偏光してない光源、コリメーターレンズ、及び該コリメーターレンズ側の面が複数の３角柱単位プリズムを各稜線を平行にして配列した光入射面としてのプリズム面で、他方の面が光出射面としての平坦面となったプリズム線状配列が、この順に配置された、反射型偏光分離機能を有するバックライトユニット。
【請求項４】
前記プリズム線状配列の稜線と垂直の方向（主切断面）の断面形状に於いて、前記プリズム線状配列の単位プリズムが２等辺３角形であり、その頂角が下記式〔式２〕を満たすと共に、該コリメーターレンズからの出射光が該プリズム線状配列の平坦面と垂直方向からプリズム斜面側から入射して、該プリズム線状配列のプリズムの平坦面側から透過して出射する、反射型偏光分離機能を有する請求項３記載のバックライトユニット。
θT＝１８０度−２×ａｒｃｔａｎ（ｎ１／ｎ２）
＝１８０度−２×θB  ・・・・・・・・・・・〔式２〕
ここで；
θT：プリズムの頂角〔度〕
θB：ブリュースター角〔度〕
ｎ１：プリズムの屈折率
ｎ２：入射側媒体の屈折率
【請求項５】
請求項１〜４の何れかのバックライトユニット、第１偏光板、液晶セル、及び第２偏光板がこの順に配置されて成り、該バックライトユニットの光出射面側が該第１偏光板と対峙する、液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１偏光板の透過軸が前記バックライトユニットが備えるプリズム線状配列の単位プリズムの稜線方向と直交或は略直交する、請求項５記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置などに用いるバックライトユニットと、それを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などでは液晶パネルを背面から照明するバックライトユニットが用いられている。また、液晶パネルは偏光を液晶セルで変調する方式であるため、偏光板によって自然光から偏光を得ている。しかし、偏光板は自然光の半分を直線偏光として透過させるが、それとは偏光方向が直交する残りの半分は吸収するので、光源からの自然光は半分しか有効利用していない。
【０００３】
そこで、透過しない方の偏光成分は再利用できる様に、元の光源の方に反射させて戻した後、偏光特性を解消して一旦自然光に戻すなどして、吸収により無駄になっていた方の偏光も有効利用できる偏光分離シートが提案されている。例えば、樹脂層や液晶層等の屈折率が異なる層の多層構造を利用するものである（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。このような偏光分離シートを用いることで、従来無駄になっていた光も有効利用できるようになり、低消費電力化、高輝度化を図ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特表平９−５０６９８５号公報
【特許文献２】特開平１０−２９３２１２号公報
【特許文献３】特開平２００１−１８８１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の偏光分離シートは、偏光分離手段として多層構造を利用する上、更に多層構造に液晶層を利用するものは液晶が高価であり、多層構造に樹脂層を利用するものは数百層に及ぶ積層構造とするなど、いずれも多層構造である為に複雑で製造も煩雑となり、高コストになるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、偏光分離手段を特別高価で特殊な材料を使わず且つ簡単に製造できるシンプルな構造にして、低消費電力化、高輝度化に寄与し且つ低コスト化可能な、バックライトユニット及び液晶表示装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明では以下のような構成の、バックライトユニットと液晶表示装置とした。
【０００８】
（１）少なくとも完全には偏光してない光源、コリメーターレンズ、及び該コリメーターレンズ側の面が光入射面としての平坦面で、他方の面が複数の３角柱単位プリズムを各稜線を平行にして配列した光出射面としてのプリズム面となったプリズム線状配列が、この順に配置された、反射型偏光分離機能を有するバックライトユニット。
【０００９】
（２）前記（１）において、前記プリズム線状配列の稜線と垂直の方向（主切断面）の断面形状に於いて、前記プリズム線状配列の単位プリズムが２等辺３角形であり、その頂角が下記〔式１〕を満たすと共に、該コリメーターレンズからの出射光が該プリズム線状配列の平坦面と垂直方向から該平坦面側に入射して、該プリズム線状配列のプリズムの斜面を透過して出射する、反射型偏光分離機能を有するバックライトユニット。
θT＝１８０度−２×ａｒｃｔａｎ（ｎ２／ｎ１）
＝１８０度−２×θB  ・・・・・・・・・・・〔式１〕
ここで；
θT：プリズムの頂角〔度〕
θB：ブリュースター角〔度〕
ｎ１：プリズムの屈折率
ｎ２：出射側媒体の屈折率
【００１０】
（３）少なくとも完全には偏光してない光源、コリメーターレンズ、及び該コリメーターレンズ側の面が複数の３角柱単位プリズムを各稜線を平行にして配列した光入射面としてのプリズム面で、他方の面が光出射面としての平坦面となったプリズム線状配列が、この順に配置された、反射型偏光分離機能を有するバックライトユニット。
【００１１】
（４）前記（３）において、前記プリズム線状配列の稜線と垂直の方向（主切断面）の断面形状に於いて、前記プリズム線状配列の単位プリズムが２等辺３角形であり、その頂角が下記式〔式２〕を満たすと共に、該コリメーターレンズからの出射光が該プリズム線状配列の平坦面と垂直方向からプリズム斜面側から入射して、該プリズム線状配列のプリズムの平坦面側から透過して出射する、反射型偏光分離機能を有するバックライトユニット。
θT＝１８０度−２×ａｒｃｔａｎ（ｎ１／ｎ２）
＝１８０度−２×θB  ・・・・・・・・・・・〔式２〕
ここで；
θT：プリズムの頂角〔度〕
θB：ブリュースター角〔度〕
ｎ１：プリズムの屈折率
ｎ２：入射側媒体の屈折率
【００１２】
（５）前記（１）〜（４）の何れかのバックライトユニット、第１偏光板、液晶セル、及び第２偏光板がこの順に配置されて成り、該バックライトユニットの光出射面側が該第１偏光板と対峙する、液晶表示装置。
（６）前記（５）において、前記第１偏光板の透過軸が前記バックライトユニットが備えるプリズム線状配列の単位プリズムの稜線方向と直交或は略直交する、液晶表示装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のバックライトユニット及び液晶表示装置によれば、自然光を偏光分離して、偏光方向が互いに直交する両偏光成分のうち、一方の直線偏光成分の多い光線に変換するので、自然光を損失を抑えて有効利用でき、低消費電力化、高輝度化を図れる。偏光分離機能は、プリズム線状配列のプリズム斜面への入射光の入射角をブリュースター角にした時がより優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について、実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
＜バックライトユニット＞
図１は本発明の１実施形態を図示する断面図であり、紙面に垂直に伸びる線状の光源１と直行する切断面を図示する。
バックライトユニット１０は、光源１、コリメーターレンズ２、プリズム線状配列３がこの順に配置され、光源１は少なくとも完全には偏光してない光源であり、コリメーターレンズ２は光源１からの光線をプリズム線状配列３に平行化光線として集束する。
更に、プリズム線状配列３は、図１に例示の形態では、コリメーターレンズ３側の面を光入射面とする平坦面Ｓｐｉとして（図２参照）、他方の光出射面が複数の３角柱単位プリズムを各稜線を平行になるように配列したプリズム面となる向きで配置した形態である（以下、この形態を「上向きプリズム形態」とも呼ぶ）。
また、光源１とコリメーターレンズ２、コリメーターレンズ２とプリズム線状配列３は間に空隙を空けて配置してある。
【００１６】
なお、同図に例示する形態のバックライトユニットは、コリメーターレンズの直下に光源１が配置される直下型バックライトユニットの場合であり、光源１はコリメーターレンズ側とは逆側の図面下方向と図面左右方向には、光源からの光を反射させてコリメーターレンズ側に導く光反射面Ｓｒを光源側の内面に有する筐体７（ランプハウス７）が配置されている。
【００１７】
［光源］
光源１としては、液晶表示装置などに於けるバックライトユニットにおいて、従来公知のもので良い。例えば、冷陰極管、ＬＥＤ（発光ダイオード）などである。また、光源を複数配置する場合の配置形状は線状、格子状などであり、光源自体の発光形状は図１の如くの線状の他、点状、面状などであり、これらは従来公知の形状を適宜採用すればよい。
【００１８】
［コリメーターレンズ］
コリメーターレンズ２は、光源１から出射した光源光が、プリズム線状配列に対して発散光として入射するのを改善してプリズム線状配列３に向かって所定の角度の平行光として入射する様に導く、コリメート機能を有する光学部材である。しかも、このコリメーターレンズは、偏光分離にブリュースター角を利用するプリズム線状配列に対して、そのブリュースター角による反射型偏光分離機能を有効に活かして光源光をより有効に活用する為に設ける光学部材である。なお、もちろんだが、上記平行光とは完全な平行光でなくてもよく、平行光の割合が多ければよく、また、プリズム線状配列の平坦面に対して所定方向（図１では垂直方向）となる平行光が多くなるものであればよい。
【００１９】
コリメーターレンズ２としては、その焦点からの光を平行光束として集束できる様な光学系を備えた光学部材であれば良く、集光して平行光を出射できる光学部材として従来公知のもので良い。例えば、フレネルレンズ、プリズムシート、マイクロレンズアレイなどであり、或いはまた、平行光が得られるという点で、マイクロルーバフィルム（特公平８−１１２１１号公報、特表２００４−５１４１６７号公報など参照）等と呼ばれている光学部材でも良い。ちなみに、図１に於いては、紙面に直行する方向に稜線が延びた線状フレネルレンズ（紙面に直行する方向に延長した半円柱状レンズを平面化したものに相当）となっている。
なお、コリメーターレンズの材料は、ガラス等の無機材料、アクリル系樹脂等の樹脂材料など従来公知の材料で良く、なかでも強度と薄さの点では樹脂材料が好ましい。
【００２０】
そして、光源１とプリズム線状配列３との間にコリメーターレンズ２を配置することで、光源からの光がプリズム線状配列３のプリズム斜面に於いて、該斜面への入射光が偏光分離に有利なブリュースター角で入射するのを助けることができる。
なお、光源１とコリメーターレンズ２との間には、本発明を平易に説明する為の概念図且つ形態例として描く図１及び図３では、空隙のみでその他光学部材は描いてないが、その他の光学部材が存在するバックライトユニットの形態を排除するものではない。
【００２１】
［プリズム線状配列］
プリズム線状配列３は、入射面としてプリズム斜面に入射光がブリュースター角で入射するとき、その反射光は完全なＳ偏光（偏光方向が入射面に垂直な偏光）となり、その透過光はＳ偏光とは偏光方向が直角のＰ偏光と前記反射光とはならなかった残りのＳ偏光との混合光に偏光分離される現象（結局、透過光中には入射光よりもＰ偏光成分の比率は濃縮される）を利用する、反射型偏光分離機能を有するプリズム光学部材である。
この反射型偏光分離機能は、入射光の入射角が丁度ブリュースター角となった時に反射光中のＰ偏光成分がゼロでＳ偏光成分のみとなり、出射光中（透過光中）にはＰ偏光がＳ偏光よりも多く含まれる事になり、反射光に於ける偏光分離機能が最大となる。また、入射光の入射角がブリュースター角から前又は後に外れた時でも偏光分離機能は低下していくが相応の偏光分離機能は得られる。
【００２２】
また、このプリズム線状配列３の反射型偏光分離機能は、該偏光分離機能を発現するプリズム斜面を有するプリズム面を、図１の如くプリズム線状配列３の光出射面側とする形態（「上向きプリズム形態」とも呼ぶことにする）と、逆に図３の如くプリズム線状配列３の光入射面側とする形態（「下向きプリズム形態」とも呼ぶことにする）の両形態の使い方がある。
【００２３】
このようなプリズム線状配列３の形状は、プリズム斜面を有するプリズム面は複数の３角柱単位プリズムを各稜線を平行にして配列して成る面であり、プリズム面の他方の面は平坦面である。なお、プリズム線状配列３の３角柱単位プリズムは各々直線状の稜線が互いに平行になるように配列してある。
更に好ましくは、プリズム線状配列３は、上記３角柱単位プリズムの稜線と垂直の方向（主切断面）の断面形状に於いて該単位プリズムが２等辺３角形であり、その２等辺３角形の頂角θTがブリュースター角θBと、上向きプリズム形態の場合に於いては上記〔式１〕を満たし、下向きプリズム形態の場合に於いては上記〔式２〕を満たすのが良い。
【００２４】
以下更に、上向きプリズム形態と、下向きプリズム形態について詳述する。
【００２５】
（上向きプリズム形態）
図２は、図１の上向きプリズム形態でのプリズム線状配列３に於ける、そのプリズム斜面Ｓｆでのブリュースター角θBを利用した、反射型偏光分離機能を概念的に説明する説明図（断面図）である。なお、概念図である図２はプリズム線状配列３をその単位プリズム３ａで代表させて描いてある。
【００２６】
プリズム線状配列３にコリメーターレンズ２を経て到達した光源光が、平坦面Ｓｐｉに垂直に入射光線Ｌｉとして入射する。入射光線Ｌｉは偏光方向（光の電場の振動方向）が入射面に対して垂直な（図示した紙面に対して垂直な）Ｓ偏光成分Ｅｓ及び入射面に対して平行な（図示した紙面に対して平行な）Ｐ偏光成分Ｅｐの両方をほぼ等量づつ含む。そして、入射光線Ｌｉはプリズム斜面Ｓｆの内面にブリュースター角θBの入射角で入射すると、プリズム斜面Ｓｆの入射面からの反射光線Ｌｒは、Ｓ偏光成分Ｅｓのみの光線となり、Ｐ偏光成分Ｅｐを含まない光線となる。反射光線Ｌｒ中にＳ偏光成分Ｅｓの割合が最も多くなりＰ偏光成分Ｅｐがゼロまで減少する入射角が、ブリュースター角θBである。なお、入射角はプリズム斜面Ｓｆに対する法線Ｎからの角度である。また、光源１はコリメーターレンズ２の焦点距離ｆの位置に配置されている。
【００２７】
一方、プリズム斜面Ｓｆで反射せずに透過した透過光線は、プリズム線状配列３からの出射光線Ｌｏとなる。出射光線Ｌｏは、Ｓ偏光成分Ｅｓとは偏光方向が直角のＰ偏光成分Ｅｐと、入射光線Ｌｉのうちプリズム斜面Ｓｆで反射されなかった残りのＳ偏光成分Ｅｓが混ざった、Ｐ偏光成分Ｅｐの含有割合が入射光線Ｌｉよりも多い光線となる。なお、概念図である図２では、出射光線Ｌｏの偏光成分としてこのＰ偏光成分Ｅｐを代表して描き残留Ｓ偏光成分の図示は省略してある。
【００２８】
入射光線Ｌｉは、偏光していない自然光など、光源１に依存した少なくとも完全には偏光していない光線であり、Ｓ偏光成分ＥｓとＰ偏光成分Ｅｐとの両方を含んでいるが、プリズム線状配列３を通過した後の出射光線Ｌｏは、Ｐ偏光成分Ｅｐの割合が入射光線Ｌｉよりも多い光線となる。
【００２９】
また、プリズム斜面Ｓｆで反射した、Ｓ偏光成分Ｅｓに富んだ反射光線Ｌｒが、入射光線Ｌｉの来た元の方向に戻り、ランプハウス７の光反射面Ｓｒや光源１自体などの拡散反射性部材で反射する際に、その拡散反射性によって偏光特性が解消するなど偏光特性が弱まって自然光化するなどして、Ｐ偏光成分Ｅｐの割合が反射光線Ｌｒよりも増加した反射光線となって、プリズム線状配列３に戻ってくると、その分の光線についても上記と同様に、プリズム斜面での透過と反射による偏光分離作用によって、Ｐ偏光成分Ｅｐに富んだ透過光線とＳ偏光成分Ｅｓに富んだ反射光線となることを、繰り返す。
この結果、最終的な出射光線Ｌｏは、プリズム線状配列３で反射したＳ偏光成分が自然光化して再度プリズム線状配列３に戻ったときの該自然光中のＰ偏光成分に相当する光量が増加した、Ｐ偏光成分Ｅｐに富んだ透過光線の分だけ、Ｐ偏光成分Ｅｐの光量が多くなる。このＰ偏光成分Ｅｐを、液晶セル光源側（バックライトユニット側）の第１偏光板で吸収されずに透過させる偏光とすることで、自然光に対して損失を抑えて、低消費電力化、高輝度化が図れることになる。
【００３０】
しかも、好ましくは、プリズム頂角θTは、前記ブリュースター角θBと下記〔式１〕の関係とする。
【００３１】
θT＝１８０度−２×ａｒｃｔａｎ（ｎ２／ｎ１）
＝１８０度−２×θB  ・・・・・・・・・・・〔式１〕
ここで、θTはプリズムの頂角、θBはブリュースター角でこれらの単位はいずれも〔度（°）〕であり、ｎ１はプリズムの屈折率、ｎ２は出射側媒体（通常空気である）の屈折率（約１．００）である。
【００３２】
ここで、上向きプリズム形態に於ける、ブリュースター角θBの具体例を示せば、プリズムの屈折率ｎ１が１．５６、出射側媒体とする空気の屈折率ｎ２が１．００のとき、θBは３２．８度である。であるから、プリズムの頂角θTは、１８０度−２×θB＝１１４．４度である。
プリズム頂角θTをブリュースター角θBに対して〔式１〕の関係とすれば、プリズム線状配列３の入射面に垂直に入射した入射光線Ｌｉを、プリズム斜面Ｓｆに対して最大の偏光分離効率が得られるブリュースター角θBで入射させることができる。
また、図２に示す様に、ブリュースター角θBに対する余角９０−θBが、プリズム頂角θTの半分の角度となる。
【００３３】
なお、実際には、入射光線の向きにも多少なりとも広がりがあり、またプリズムの屈折率もその材料により１．５６以外もあり、また完全にブリュースター角θBで入射面に入射せずに前後した角度で入射した入射光線でも、ブリュースター角θBから離れるにつれて偏光分離効率は低下していくが偏光分離作用が得られる。
したがって、これらを総合して、プリズム頂角θTは好ましくは１０５〜１２０度の範囲であれば良い。
【００３４】
（下向きプリズム形態）
次に、下向きプリズム形態を説明する。下向きプリズム形態でも、図３及び図４で示す様に、偏光分離効果が得られる。
【００３５】
図３に例示のバックライトユニット１０は、光源１、コリメーターレンズ２、プリズム線状配列３がこの順に配置され、光源１は少なくとも完全には偏光してない光源であり、コリメーターレンズ２は光源１からの光線をプリズム線状配列３に集束する。
更に、プリズム線状配列３は、図３に例示の形態では、図１の形態とは逆に、コリメーターレンズ２側の面の光入射面が複数の３角柱単位プリズムを各稜線を平行になるように配列したプリズム面Ｓｆで、他方の光出射面が平坦面Ｓｐｏとなる向きで配置した形態である。
また、光源１とコリメーターレンズ２、コリメーターレンズ２とプリズム線状配列３は間に空隙を空けて配置してある。
【００３６】
なお、同図に例示する形態のバックライトユニットも、図１の場合と同様に、コリメーターレンズの直下に光源１が配置される直下型バックライトユニットの場合であり、光源１はコリメーターレンズ側とは逆側の図面下方向と図面左右方向には、光源からの光を反射させてコリメーターレンズ側に導く光反射面Ｓｒを光源側の内面に有する筐体７（ランプハウス７）が配置されている。
【００３７】
図４は、図３の下向きプリズム形態でのプリズム線状配列３に於ける、そのプリズム斜面Ｓｆでのブリュースター角θBを利用した、反射型偏光分離機能を概念的に説明する説明図（断面図）である。なお、概念図である図４はプリズム線状配列３をその単位プリズム３ａで代表させて描いてある。
【００３８】
プリズム線状配列３にコリメーターレンズ２を経て到達した光源光が、プリズム斜面Ｓｆの他方の面の出射面であるところの平坦面Ｓｐｏに対して垂直な入射光線Ｌｉとして入射する。入射光線Ｌｉは偏光方向（光の電場の振動方向）が入射面に対して垂直な（図示した紙面に対して垂直な）Ｓ偏光成分Ｅｓ及び入射面に対して平行な（図示した紙面に対して平行な）Ｐ偏光成分Ｅｐの両方をほぼ等量づつ含む。そして、入射光線Ｌｉはプリズム斜面Ｓｆの外面にブリュースター角θBの入射角で入射すると、プリズム斜面Ｓｆの入射面からの反射光線Ｌｒは、Ｓ偏光成分Ｅｓのみの光線となり、Ｐ偏光成分Ｅｐを含まない光線となる。反射光線Ｌｒ中に、Ｓ偏光成分Ｅｓが最も多くなりＰ偏光成分Ｅｐがゼロまで減少する入射角が、ブリュースター角θBである。なお、入射角はプリズム斜面Ｓｆに対する法線Ｎからの角度である。また、光源１はコリメーターレンズ２の焦点距離ｆの位置に配置されている。
【００３９】
一方、プリズム斜面Ｓｆで反射せずにプリズム内に進入しプリズムを透過した透過光線は、プリズム線状配列３からの出射光線Ｌｏとなる。出射光線Ｌｏは、Ｓ偏光成分Ｅｓとは偏光方向が直角のＰ偏光成分Ｅｐと、入射光線Ｌｉのうちプリズム斜面Ｓｆで反射されなかった残りのＳ偏光成分Ｅｓが混ざった、Ｐ偏光成分Ｅｐの含有割合が入射光線Ｌｉよりも多い光線となる。また、概念図である図４では、出射光線Ｌｏの偏光成分としてこのＰ偏光成分Ｅｐを代表して描き残留Ｓ偏光成分の図示は省略してある。
【００４０】
入射光線Ｌｉは、偏光していない自然光など、光源１に依存した少なくとも完全には偏光していない光線であり、Ｓ偏光成分ＥｓとＰ偏光成分Ｅｐとの両方を含んでいるが、プリズム線状配列３を通過した後の出射光線Ｌｏは、Ｐ偏光成分Ｅｐの割合が入射光線Ｌｉよりも多い光線となる。
【００４１】
また、プリズム斜面Ｓｆで反射した、Ｓ偏光成分Ｅｓに富んだ反射光線Ｌｒが、入射光線Ｌｉの来た元の方向に戻り、ランプハウス７の光反射面Ｓｒや光源１自体などの拡散反射性部材で反射する際に、偏光特性が解消するなど偏光特性が弱まって自然光化するなどして、Ｐ偏光成分Ｅｐの割合が反射光線Ｌｒよりも増加した光線となって、プリズム線状配列３に戻ってくると、その分の光線についても上記と同様に、プリズム斜面での透過と反射による偏光分離作用によって、Ｐ偏光成分Ｅｐに富んだ透過光線とＳ偏光成分Ｅｓに富んだ反射光線となることを、繰り返す。
この結果、最終的な出射光線Ｌｏは、プリズム線状配列３で反射したＳ偏光成分が自然光化して再度プリズム線状配列３に戻ったときの該自然光中のＰ偏光成分に相当する光量が増加した、Ｐ偏光成分Ｅｐに富んだ透過光線の分だけＰ偏光成分Ｅｐの光量が多くなる。このＰ偏光成分Ｅｐを、液晶セル光源側（バックライトユニット側）の第１偏光板で吸収されずに透過させる偏光とすることで、自然光に対して損失を抑えて、低消費電力化、高輝度化が図れることになる。
【００４２】
しかも、好ましくは、プリズム頂角θTは、前記ブリュースター角θBと下記〔式１〕の関係とする。
【００４３】
θT＝１８０度−２×ａｒｃｔａｎ（ｎ１／ｎ２）
＝１８０度−２×θB  ・・・・・・・・・・・〔式２〕
ここで、θTはプリズムの頂角、θBはブリュースター角でこれらの単位はいずれも〔度（°）〕であり、ｎ１はプリズムの屈折率、ｎ２は入射側媒体（通常空気である）の屈折率（約１．００）である。
【００４４】
なお、下向きプリズム形態では、ａｒｃｔａｎ中のｎ１とｎ２の分母と分子の関係と、プリズム外部の媒体ｎ２の入射側と出射側とが、上向きプリズム形態の〔式１〕とは逆になる。
【００４５】
ここで、下向きプリズム形態に於ける、ブリュースター角θBの具体例を示せば、プリズムの屈折率ｎ１が１．５６、出射側媒体とする空気の屈折率ｎ２が１．００のとき、θBは５７．２度である。であるから、プリズムの頂角θTは、１８０度−２×θB＝６５．６度である。
プリズム頂角θTをブリュースター角θBに対して〔式２〕の関係とすれば、プリズム線状配列３の入射面に垂直に入射した入射光線Ｌｉを、プリズム斜面Ｓｆに対して最大の偏光分離効率が得られるブリュースター角θBで入射させることができる。
また、図４に示す様に、ブリュースター角θBに対する余角９０−θBが、プリズム頂角θTの半分の角度となる。
【００４６】
なお、実際には、入射光線の向きにも多少なりとも広がりがあり、またプリズムの屈折率もその材料により１．５６以外もあり、また完全にブリュースター角θBで入射面に入射せずに前後した角度で入射した入射光線でも、ブリュースター角θBから離れるにつれて偏光分離効率は低下していくが偏光分離作用が得られる。
したがって、これらを総合して、プリズム頂角θＴは好ましくは５５〜７０度の範囲であれば良い。
【００４７】
（プリズム線状配列の材料・製法）
なお、プリズム線状配列の材料は、ガラス等の無機材料、アクリル系樹脂等の樹脂材料など透明な従来公知の材料で良いが、強度と薄さの点では有機材料が好ましい。例えば、樹脂材料のプリズム線状配列は、熱可塑性樹脂や紫外線硬化性樹脂の成形法など従来公知の製法で作れば良い。具体的には、ポリエステル系樹脂などの透明樹脂フィルム上にアクリル系樹脂などの紫外線硬化性樹脂を紫外線硬化してプリズム層を積層成形した構成のプリズム線状配列としたり、アクリル系樹脂などの熱可塑性樹脂フィルム自体を熱成形してプリズムを形成したプリズム線状配列とすれば良い。また、プリズム線状配列の形状形態は、プリズム線状配列シートやプリズム線状配列板などと、シート状（フィルム状）や板状などでよい。
【００４８】
（その他の構成部材）
なお、バックライトユニットとしては、上記構成以外に、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、拡散板、導光板、位相差板等のバックライトユニットに於いて従来公知の光学部材を備えていてもよい。
【００４９】
例えば、図１や図３の光反射面Ｓｒは、プリズム線状配列３のプリズム斜面で偏光分離された反射光（Ｓ偏光成分）が戻ってきたときにＰ偏光成分が多くなる光線となる様な偏光変換機能として、偏光を解消して自然光として反射する偏光解消機能を有することができる。
【００５０】
なお、プリズム斜面で反射した偏光成分Ｅｓを含む反射光線Ｌｒがプリズム線状配列に入射光線Ｌｉとして戻ってくるときは、その再帰的な入射光線Ｌｉは上記反射光線Ｌｒよりも偏光光としてプリズム斜面を透過する方の偏光成分Ｅｐを多く含む光線となっていることによって、プリズム線状配列からの出射光線Ｌｏ中に液晶パネルで有効利用する方の偏光成分Ｅｐの光量を増加させて、低消費電力化、高輝度化を図れることになる。
また、本発明は、この様な現象を備えることを前提とするものである。
【００５１】
上記の様に、反射光線Ｌｒからの再帰的な入射光線Ｌｉが、該反射光線Ｌｒに比較してプリズム斜面を透過する方の偏光成分Ｅｐをより多く含む光線とするには、偏光分離シートの利用において従来公知の、偏光変換機能を備えた光学部材を適宜使用すればよい。例えば、偏光光を自然光に解消する偏光解消部材として、拡散反射や拡散透過する拡散部材（拡散反射性部材や拡散透過性部材）、或いは偏光光をそれとは偏光方向が直交する偏光光に変換する偏光変換部材として、反射面との組み合わせで偏光成分Ｅｓを偏光成分Ｅｐに変換可能な１／４波長板などである。なお、具体的には拡散部材には微細凹凸面や拡散性粒子含有層など、１／４波長板には複屈折層などを用いる。
【００５２】
（従来の偏光分離乃至はプリズムシートについて）
ところで、特許文献３では、多層構造とするスメクチック液晶層が互いに直交する偏光成分の一方を透過し他方を少なくとも反射する偏光分離機能を利用し、更にこのスメクチック液晶層の多層構造を、三角柱プリズムのプリズム斜面に設けた形態の偏光分離プリズムシートを提案している。
しかし、その偏光分離プリズムシートは三角柱プリズムを利用はするが、本発明とは異なり、偏光分離機能を担うスメクチック液晶層の多層構造が不可欠である上、本発明で必須とするコリメータ機能を有する光学部材は備えていない。また、従来のプリズムシートは、プリズムが有する光の屈折作用や集光作用を単に利用しているものである。一方、本発明では、プリズム斜面での偏光分離機能に対して更に該光学部材によって光源光を有効に活用するので、低消費電力化、高輝度化の効果が得られる。
【００５３】
＜液晶表示装置＞
図１及び図３に例示する様に、本発明による液晶表示装置２０は、上記したバックライトユニット１０を用いた液晶ディスプレイであり、その構成は、上記バックライトユニット１０、第１偏光板４ａ、液晶セル５、及び第２偏光板４ａがこの順に配置され、該バックライトユニット１０の光出射面側が該第１偏光板４ａと対峙する構成の液晶表示装置であり、バックライトユニットが備えるプリズム線状配列３に関して、そのプリズム面側を光出射面側とする上向きプリズム形態（図１参照）と、逆にプリズム面側を光入射面側とする下向きプリズム形態（図３参照）とがある。また、第１偏光板４ａ、液晶セル５及び第２偏光板４ａで液晶パネル６が構成される。なお、これらは従来公知のもので良い。
【００５４】
この際、バックライトユニットから出射するＰ偏光成分Ｅｐの偏光方向に、液晶パネルの光源側（バックライトユニット側）の第１偏光板４ａの偏光方向である透過軸方向Ｐｄを揃えることで、Ｐ偏光成分Ｅｐを有効に利用した液晶表示装置２０が得られ、液晶表示装置の低消費電力化、高輝度化に寄与することになる。
なお、バックライトユニットから出射するＰ偏光成分Ｅｐの偏光方向に、液晶パネルの光源側（バックライトユニット側）の第１偏光板４ａの偏光方向である透過軸方向Ｐｄを揃えるには、具体的には、バックライトユニットが備えるプリズム線状配列の単位プリズムの稜線方向と、第１偏光板の透過軸方向Ｐｄとを直交或は略直交させると良い。なお、略直交とは、略９０度の意味であるが８５〜９５度の範囲である。
【００５５】
このような液晶表示装置とすることによって、低消費電力化、高輝度化を図れる。
また、液晶表示装置としては例えば液晶パネルとしては、上記構成以外に本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、その他の光学部材を備えていてもよい。
【実施例】
【００５６】
［実施例１］（上向きプリズム形態：図１及び図２参照）
厚さ５０μｍの両面が平坦面である無色透明ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムの一方の面上に、紫外線硬化型アクリル系樹脂から成り、主切断面が頂角θT１１４．４°の２等辺３角形となる３角柱の単位プリズムを各々の稜線が互いに平行になる様に多数配列して成るプリズム層を積層形成して、プリズム線状配列シート３を作製した。このとき使用した紫外線硬化型アクリル系樹脂は、紫外線照射で硬化させた後の屈折率は１．５６、単位プリズムの配列周期は５０μｍであった。
シャープ株式会社製の液晶テレビ（画像表示装置）のＬＣ−３２ＧＨ３（品名）に使用のバックライトユニット部分を無偏光光源１として用意した（ランプハウス７も含む）。
【００５７】
該光源の光出射面側上に、コリメーターレンズ２としての線状フレネルレンズシート（焦点距離２．５ｃｍの凸レンズをフレネルレンズ化したもの）を設置し、該バックライトユニット中の線状の冷陰極管光源からの距離が該線状フレネルレンズシートの焦点距離に一致し且つ該冷陰極管の長手方向と該線状フレネルレンズの稜線方向とが平行とする位置に設定した。該線状フレネルレンズシートは、上記プリズム線状配列シートを作製したものと同じ紫外線硬化型アクリル系樹脂及び同じ樹脂フィルムを用いて同様に製造してなるものである。
【００５８】
上記方法にて作製したプリズム線状配列シートを、その稜線方向が該線状フレネルレンズシート単位レンズの延長方向と一致する様にして、且つそのプリズム面側を液晶パネル６のバックライトユニット１０側に配置された第１偏光板４ａ側と対峙させて、且つ該線状フレネルレンズから出射する平行光束が該プリズム線状配列シートのプリズム非形成面（平坦面Ｓｐｉ）に垂直に（該平坦面の法線に対する入射角が０度で）入射する様に配置して、図１の如きバックライトユニット１０を構成した。この場合、図２の如くプリズム内に入射した入射光線Ｌｉは各単位プリズム斜面Ｓｆの法線Ｎに対してブリュースター角θBに相当する３２．８度で入射し、該斜面と空気との界面で屈折してＰ偏光成分Ｅｐの含有割合が該プリズム線状配列シートに入射する前の入射光線Ｌｉに比べて増大した出射光線Ｌｏとして出射する。
【００５９】
これらから成るバックライトユニット１０上に、前記液晶テレビ・ＬＣ−３２ＧＨ３にて使用されている液晶パネル６を搭載した。液晶パネルの下偏光板（第１偏光板４ａ）の透過軸を該バックライトユニットの出射光の偏光方向（Ｐ偏光方向、即ち該プリズム線状配列シートの単位プリズムの稜線方向と直交する方向）と平行とした。
【００６０】
このときの、白表示時の輝度を、株式会社トプコン製の輝度計ＢＭ−７にて、中央部の該冷陰極管光源の直上部に於いて、３回測定し、平均値を算出した。
【００６１】
［実施例２］（下向きプリズム形態：図３及び図４参照）
プリズム線状配列シート３のプリズムの頂角θTを６５．６°とし、プリズム面を光源側にしたこと以外は実施例１と同様にして、図３の如き構成の液晶表示装置を作製した。この場合には、図４の如く該光源からの光は入射光線Ｌｉとして、空気（屈折率１．００）を通して屈折率１．５６のプリズム層を有するプリズム線状配列シート３に、ブリュースター角角θBに相当する５７．２度で入射し、該斜面と空気との界面で屈折してＰ偏光成分の含有割合が該プリズム線状配列シートに入射する前の入射光に比べて増大した出射光線Ｌｏとなり、該プリズム線状配列シートの平坦面から空気中に出射して、液晶パネル６の下偏光板（第１偏光板４ａ）に入射する。該液晶パネルの下偏光板の透過軸と該バックライトユニットの出射光の偏光方向とは平行となる。このときの輝度を実施例１同様に測定した。
【００６２】
［実施例３］（上向きプリズム形態）
コリメーターレンズ２として、米国３Ｍ社製で頂角が９０度の直角２等辺３角柱を単位プリズムとし各単位プリズムを各々の稜線を互いに平行にして多数配列して成るプリズム線状配列シート（商品名；ＢＥＦ III）を、該稜線方向を該プリズム線状配列シートの稜線方向と平行となる方向として用いること以外は、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。このときの輝度を実施例１と同様に測定した。
【００６３】
［実施例４］（上向きプリズム形態）
無偏光光源上に、コリメーターレンズ２として米国３Ｍ製のプリズム線状配列シート（商品名；ＢＥＦ III）を稜線方向を下偏光板（第１偏光板４ａ）の透過軸に対して０°の方向に配置したもの、及び同プリズム線状配列シート（ＢＥＦ III）を稜線方向を下偏光板の透過軸に対して９０°の方向に配置したものの順に、重ねたものを用いること以外は実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。
【００６４】
［比較例１］（偏光分離なし：上向きプリズム形態）
実施例１に於いて、該プリズム線状配列シートを除いた他は実施例１と同様にして比較例１の液晶表示装置を構成した。このときの輝度を実施例１と同様に測定した。
【００６５】
［比較例２］（コリメーターレンズなし：上向きプリズム形態）
実施例１に於いて、該線状フレネルレンズを除いた他は実施例１と同様にして比較例２の液晶表示装置を構成した。このときの輝度を実施例１と同様に測定した。
【００６６】
［輝度評価結果］
表１のとおり、液晶表示装置の輝度は、各実施例はいずれも比較例よりも大となり高輝度化する。この結果、その分を同一輝度に抑えれば低消費電力化する。
【００６７】
【表１】
2010067441.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明によるバックライユニット及び液晶表示装置の一形態を示す断面図。
【図２】上記形態に於けるプリズム斜面での偏光分離を概念的に説明する断面図。
【図３】本発明によるバックライユニット及び液晶表示装置の別形態を示す断面図。
【図４】上記形態に於けるプリズム斜面での偏光分離を概念的に説明する断面図。
【符号の説明】
【００６９】
１    光源
２    コリメーターレンズ
３    プリズム線状配列
３ａ  （３角柱）単位プリズム
４ａ  第１偏光板
４ｂ  第２偏光板
５    液晶セル
６    液晶パネル
７    筐体
１０    バックライトユニット
２０    液晶表示装置
Ｅｓ    Ｓ偏光成分
Ｅｐ    Ｐ偏光成分
ｆ      コリメーターレンズの焦点距離
Ｌｉ    入射光線
Ｌｏ    出射光線
Ｌｒ    反射光線
Ｎ      プリズム斜面の法線
ｎ１    プリズムの屈折率
ｎ２    出射側媒体の屈折率（上向きプリズム形態の場合）
ｎ２    入射側媒体の屈折率（下向きプリズム形態の場合）
Ｐｄ    第１偏光板の透過軸方向
Ｓｐｉ  平坦面（光入射面）
Ｓｐｏ  平坦面（光出射面）
Ｓｆ    プリズム斜面
Ｓｒ    光反射面
θB    ブリュースター角〔度〕
θT    プリズムの頂角〔度〕
【図１】
2010067441.tif 000004
【図２】
2010067441.tif 000005
【図３】
2010067441.tif 000006
【図４】
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