(57)【要約】【課題】  エッジライト方式のバックライトユニットを有する液晶表示装置において、バックライトユニットの消費電力の増大を抑えつつ、正面輝度を高くする。【解決手段】  液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルの背面側に配置された導光板と、当該導光板の端部に配置された光源と、前記液晶表示パネルと前記導光板との間に配置されたプリズムシートとを有する液晶表示装置であって、前記プリズムシートは、複数のプリズムと基材とを有し、前記プリズムは、前記基材と対向する第１の面とは異なる面が、反射層を有する第１の領域と有しない第２の領域からなり、前記第１の領域は、前記第２の領域よりも光源に近い位置にあり、かつ、前記第１の面と概略平行な面を有する階段状の面になっており、前記第２の領域は、前記導光板から出射して前記第１の面に入射した光の進行方向を所望の方向に変える面になっている液晶表示装置。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルの背面側に配置された導光板と、当該導光板の端部に配置された光源と、前記液晶表示パネルと前記導光板との間に配置されたプリズムシートとを有する液晶表示装置であって、
前記プリズムシートは、複数のプリズムと、当該複数のプリズムからなるプリズム列を保持する光透過性を有する基材と有し、
前記プリズムは、前記基材と対向する第１の面とは異なる面が、反射層を有する第１の領域と有しない第２の領域からなり、
前記第１の領域は、前記第２の領域よりも光源に近い位置にあり、かつ、前記第１の面と概略平行な面を有する階段状の面になっており、
前記第２の領域は、前記導光板から出射して前記第１の面に入射した光の進行方向を所望の方向に変える面になっていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記階段状の面は、前記第１の面と概略平行な面と、前記第１の面と概略垂直な面からなり、前記第１の面と概略平行な面の数が3以上20以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１の面と概略平行な面の数は、10以上20以下であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１の面と概略平行な面は、前記第１の面に対する傾斜角度が−3°から＋3°までの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記反射層は、前記第１の表面の上に成膜された反射膜であり、当該反射膜は、銀またはアルミニウムのいずれかを含む金属膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記反射層は、前記第１の表面の上に成膜された反射膜であり、当該反射膜は、屈折率が異なる２種類の薄膜が交互に積層されている誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶表示パネルは、透過させるそれぞれの所定の色の光以外の可視域の光を反射する性質を有するカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項１に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、液晶表示装置に関し、特に、バックライトユニットを有する液晶表示装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は、たとえば、携帯電話端末などの携帯型電子機器のモニタ、パーソナルコンピューター、薄型テレビなどに広く用いられており、その需要が高まっている。これらの液晶表示装置は、一般に、液晶表示パネルと、その背面に配置されたバックライトユニット（照明装置）とから構成される。
【０００３】
液晶表示パネルは、その面状光線の透過光量を調節（変調）することで映像や画像を表示する表示パネルである。この液晶表示パネルは、多数の画素からなる表示領域を有し、それぞれの画素における光の透過量を制御することで映像や画像が表示される。また、カラー表示に対応した液晶表示パネルの画素は、たとえば、赤色フィルタを有するサブ画素、緑色フィルタを有するサブ画素、および青色フィルタを有するサブ画素の３つのサブ画素からなり、これらの画素における光の透過量の組み合わせを制御することで所望の色を表現する。
【０００４】
バックライトユニットは、１個または複数個の光源が発した光を面状光線に変換して液晶表示パネルに照射する照明装置であり、面状光線を得る方法の違いにより、エッジライト方式（導光板方式と呼ぶこともある。）、直下方式、および面状光源方式などがある。
【０００５】
エッジライト方式のバックライトユニットは、導光板と呼ばれる、光源からの光を面状に広げて出射する機能を有する透明な板状部材を用いるので、直下方式や面状光源方式に比べて光源の数を少なくすることができる。また、液晶表示パネルの背面には、導光板、プリズムシート、光拡散シートなどのシート状の光学部品が積層配置され、光源は、導光板の端部に配置される。そのため、エッジライト方式のバックライトユニットは、直下方式や面状光源方式に比べて薄型化、低消費電力化が容易である。このようなことから、エッジライト方式のバックライトユニットは、たとえば、携帯型電子機器などの電池で駆動させる電子機器に搭載される液晶表示装置などに多く採用されている。
【０００６】
ところで、バックライトユニットから出射する光は、いわゆる白色光であり、さまざまな波長の光が混ざっている。そのため、前記赤色フィルタには、可視光域の光のうちの赤色系の波長域（たとえば、波長650nm付近）の光のみが通過する波長フィルタが用いられる。また、前記緑色フィルタには、可視光域の光のうちの緑色系の波長域（たとえば、波長540nm付近）の光のみが通過する波長フィルタが用いられる。同様に、前記青色フィルタには、可視光域の光のうちの青色系の波長域（たとえば、波長460nm付近）の光のみが通過する波長フィルタが用いられる。
【０００７】
しかしながら、液晶表示パネルで用いられている従来の波長フィルタ（以下、カラーフィルタと呼ぶ。）は、透過させる波長域以外の光が当該カラーフィルタに吸収されてしまう。そのため、バックライトユニットからの光の約2/3は、カラーフィルタに吸収され損失となっている。すなわち、従来の液晶表示装置では、バックライトユニット（光源）からの光の利用効率が低いという問題があった。
【０００８】
このような光の利用効率が低いという問題を解決するには、たとえば、上記のカラーフィルタに吸収されている光を有効に利用すればよいと考えられる。そして、このような問題を解決する方法の一つとして、カラーフィルタの構成を、可視光域の光のうちの所望の波長域の光のみが透過し、他の波長域の光は反射する構成にしたものが提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。
【０００９】
特許文献１に記載されたカラーフィルタを用いた場合、たとえば、赤色フィルタを有するサブ画素では、当該赤色フィルタにおいて緑色系の光および青色系の光が反射し、バックライトユニットに戻る。そして、このバックライトユニットに戻った緑色系の光および青色系の光を再び液晶表示パネルに入射させる。このとき、これらの光が先ほどとは異なるカラーフィルタに入射すれば、緑色系の光または青色系の光のいずれかがそのカラーフィルタを通過するので、光を再利用することができ、バックライトユニット（光源）からの光の利用効率が向上する。
【００１０】
上記の特許文献１、ならびに以下の説明で参照する特許文献２および特許文献３は、下記の通りである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２９４６９９号公報
【特許文献２】特表平１０―５０６５００号公報
【特許文献３】特許第４２５０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
より明るい画像の液晶表示装置、すなわち高輝度な液晶表示装置を実現する方法としては、種々の方法が考えられるが、特に、表示面を正面から見たときの輝度（以下、正面輝度と呼ぶ。）を高くすることが重要である。すなわち、上記のような所定の色（波長域）以外の光を反射する性質を有するカラーフィルタなどを用いて、バックライトユニットに戻る光を再利用する場合、表示面の法線方向（以下、表示面正面方向と呼ぶ。）に放出され、カラーフィルタによって反射された光を、表示面正面方向に戻してやることが重要である。
【００１３】
しかしながら、エッジライト方式のバックライトユニットは、通常、導光板と液晶表示パネルとの間にプリズムシートが配置されている。このプリズムシートは、導光板から出射した光の進行方向を調整する役割、すなわち導光板から出射して液晶表示パネルに入射する光の進行方向が概ね表示面正面方向になるようにする役割を果たすものであり、種々の構成が知られている（たとえば、特許文献２や特許文献３を参照。）。
【００１４】
プリズムシートは、上記のように、導光板側から入射した光の進行方向を表示面正面方向に立ち上げる役割を果たすが、このことは、逆に液晶表示パネル側からプリズムシートに戻ってきた光の進行方向を大きく変えてしまうことも意味する。そのため、カラーフィルタで反射した光が再利用されたとしても、大部分が表示面正面方向に戻らない光となる。
【００１５】
また、所定の色（波長域）以外の光を反射する性質を有するカラーフィルタなどを用いない場合でも、たとえば、液晶表示パネル内で反射したバックライトユニットからの光や、液晶表示装置の外側にある光源からの光（以下、外光と呼ぶ。）のうちの液晶表示パネルを通過した光がバックライトユニットに入射することがある。そのため、これらの光を液晶表示パネルに戻して利用することができれば、画像を明るくすることができる。
【００１６】
しかしながら、この場合も、液晶表示パネル側からの光の進行方向は、プリズムシートにより大きく変えられてしまう。
【００１７】
また、従来の液晶表示装置（バックライトユニット）では、液晶表示パネル側からバックライトユニットに戻ってきた光が液晶表示パネルに戻るまでに、プリズムシートおよび導光板を通る。そのため、プリズムシートを通過するときや、導光板を伝播する過程で光の強度が減衰し、液晶表示パネルに戻る光量が少なくなる。
【００１８】
以上のようなことから、従来の液晶表示装置では、液晶表示パネル側からバックライトユニットに入射した光の利用効率が低く、それらの光による正面輝度の高輝度化が難しいという問題があった。
【００１９】
また、液晶表示装置の正面輝度を高くするには、上記のような光の利用効率を向上させる方法の他に、たとえば、光源の数を増やしたり光源が発する光の輝度（光量）を大きくする方法がある。しかしながら、このような方法には、バックライトユニット（光源）の消費電力が増大するという別の問題がある。
【００２０】
本発明の目的は、エッジライト方式のバックライトユニットを有する液晶表示装置において、バックライトユニットの消費電力の増大を抑えつつ、正面輝度を高くすることが可能な技術を提供することにある。
【００２１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。
【００２３】
液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルの背面側に配置された導光板と、当該導光板の端部に配置された光源と、前記液晶表示パネルと前記導光板との間に配置されたプリズムシートとを有する液晶表示装置であって、前記プリズムシートは、複数のプリズムと、当該複数のプリズムからなるプリズム列を保持する光透過性を有する基材と有し、前記プリズムは、前記基材と対向する第１の面とは異なる面が、反射層を有する第１の領域と有しない第２の領域からなり、前記第１の領域は、前記第２の領域よりも光源に近い位置にあり、かつ、前記第１の面と概略平行な面を有する階段状の面になっており、前記第２の領域は、前記導光板から出射して前記第１の面に入射した光の進行方向を所望の方向に変える面になっている液晶表示装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の液晶表示装置によれば、バックライトユニットの消費電力の増大を抑えつつ、正面輝度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式分解斜視図である。
【図２】図１に示した液晶表示装置の断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図３】液晶表示パネルにおける画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’線の位置における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図５】実施例１のプリズムシートの概略構成を説明するための模式断面図である。
【図６】プリズムの形状の具体例を説明するための模式断面図である。
【図７】従来のプリズムの断面形状の一例を示す模式断面図である。
【図８（ａ）】正面輝度の比較に用いる従来のプリズムの断面形状を示す模式断面図である。
【図８（ｂ）】第３の面の段差が３段のプリズムの断面形状を示す模式断面図である。
【図８（ｃ）】第３の面の段差が１０段のプリズムの断面形状を示す模式断面図である。
【図８（ｄ）】第３の面の段差が２０段のプリズムの断面形状を示す模式断面図である。
【図９】実施例１のプリズムにおける段差の数と正面輝度との関係を示すグラフ図である。
【図１０】実施例１のプリズムシートの応用例を示す模式断面図である。
【図１１】実施例２のプリズムシートの第１の構成例を示す模式断面図である。
【図１２】実施例２のプリズムシートの第２の構成例を示す模式断面図である。
【図１３】実施例２のプリズムシートにおける階段角度と正面輝度との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
図１乃至図４は、本発明に関わる液晶表示装置の概略構成を説明するための模式図である。
図１は、従来の液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式分解斜視図である。図２は、図１に示した液晶表示装置の断面構成の一例を示す模式断面図である。図３は、液晶表示パネルにおける画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ’線の位置における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【００２８】
本発明に関わる液晶表示装置は、エッジライト方式のバックライトユニットを有するものであり、たとえば、図１および図２に示すように、液晶表示パネル１、導光板２、複数の光源３、プリズムシート４、拡散シート５、および反射シート６を有する。
【００２９】
液晶表示パネル１は、たとえば、ＲＧＢ方式のカラー表示に対応したものであり、従来より知られている種々のカラー液晶表示パネルのうちのいずれかであればよい。そのため、この液晶表示パネル１の構成に関する説明は後述することにし、まず、バックライトユニットの構成および動作について簡単に説明する。
【００３０】
バックライトユニットは、前述のように、導光板２、複数の光源３、プリズムシート４、拡散シート５、および反射シート６を有する。なお、実際にバックライトユニットを構成するには、たとえば、これらを一体的に保持するフレーム部材などの機械的構造物や、光源３を発光させるために必要な電源および配線などの電気的構造物が必要であるが、これらの部分については従来より知られている一般的な手段を用いればよいので、本明細書では詳細な説明を省略する。
【００３１】
導光板２は、複数の光源３が発した光７を面状光線に変換して液晶表示パネル１側に出射する板状の光学部品であり、液晶表示パネル１の背面側に配置されている。導光板２の材料としては、可視光に対して透明な樹脂材料を用いればよく、たとえば、アクリル系樹脂、またはポリカーボネート系樹脂、もしくは環状オレフィン系樹脂を用いることができる。また、導光板２は、液晶表示パネル１と対向させる第１の主面２ａの上から見た平面形状が概略長方形であり、光源３が発した光７は、液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１と概ね重なる領域ＡＲ２から液晶表示パネル１側に出射させる。
【００３２】
光源３が発した光７は、導光板２に取り込まれ、当該導光板の第１の主面２ａ、およびその反対側の面２ｂ（以下、第２の主面と呼ぶ。）で全反射をさせながら導光板２内を伝播する。このとき、第１の主面２ａおよび第２の主面２ｂの全反射を繰り返しているだけでは光７を液晶表示パネル１側に出射させることができない。そのため、導光板２には、伝播する光７を液晶表示パネル１側に出射させるための光取り出し構造が設けられている。この光取り出し構造は、たとえば、図２に示したような、第２の主面２ｂに設けられたＶ溝２ｃである。Ｖ溝２ｃで反射した光７は、第１の主面２ａへの入射角が小さくなる。このとき、第１の主面２ａへの入射角が全反射条件を満たす角度（臨界角）よりも小さい光７は、第１の主面２ａで屈折し、液晶表示パネル１側に出射する。
【００３３】
なお、導光板２に設ける光取り出し構造は、上記のＶ溝２ｃに限らず、従来より知られている構造のいずれかであればよい。すなわち、光取り出し構造は、導光板２内を伝播する光７の進行角度を変える構造であればよく、たとえば、導光板２の第２の主面２ｂに微細な段差や、凹凸形状またはレンズ形状などを形成したり、あるいは白色顔料によるドット印刷を施したりして設けてもよい。導光板２の製造コストや導光板２から出射する光の効率を考慮すると、導光板２の第２の主面２ｂまたは第１の主面２ａに微細な段差、凹凸形状またはレンズ形状などを形成することが望ましい。
【００３４】
複数の光源３は、たとえば、小型、高発光効率、低発熱といった条件を満たすものを用いることが望ましく、このような光源３としては、たとえば、蛍光ランプや発光ダイオード（LED；Light Emitting Diodes）などが挙げられる。以下の説明では、光源３として発光ダイオードを用いる場合を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３５】
光源３として用いる発光ダイオードは、たとえば、白色の光７を発するものであることが望ましい。このような発光ダイオードの一例としては、青色系の光を発するLEDチップと、この青色系の光により励起されて黄色の光を発する蛍光体とを組み合わせることで白色発光を実現するものがある。なお、光源３として発光ダイオードを用いる場合は、たとえば、青色系の光または紫外線を発するLEDチップと、この光により励起されて発光する蛍光体とを組み合わせることで、青色、緑色、および赤色に発光ピーク波長を有する白色発光を実現するものを用いてもよい。また、光源３として発光ダイオードを用いる場合は、たとえば、赤色系の光を発するLEDチップ、緑色系の光を発するLEDチップ、および青色系の光を発するLEDチップの３個のLEDチップを組み合わせることで青色、緑色、および赤色に発光ピーク波長を有する白色発光を実現するものを用いてもよい。
【００３６】
また、光源３として用いる発光ダイオードは、いわゆる点状光源であるため、導光板２の端面に、必要に応じた個数を並べて配置する。このとき、光源３の配置方法には、種々の方法があるが、本明細書では、説明を簡単にするため、導光板２の短辺の１つに沿って配置されているとする。
【００３７】
またさらに、光源３と導光板２との間には、たとえば、光源３が発した光を線状光線に変換する光学素子を配置しても良い。
【００３８】
プリズムシート４は、導光板２の第１の主面２ａから液晶表示パネル１側に出射した光の進行方向を調整するための光学部品（光学シート）であり、たとえば、複数のプリズム４１と、それらをシート状に保持する基材４２とを有する。このとき、複数のプリズム４１は、たとえば、図１および図２に示したように、光源３の並んでいる方向（ｘ方向）と直交するｙ方向、言い換えると導光板２の長辺方向に並んでいる。また、プリズム４１は、稜線の方向が光源３の並んでいる方向と平行であり、稜線の方向と直交する方向で見た断面形状が概略三角形になっている。また、プリズムシート４は、プリズム４１の形成面が液晶表示パネル１側を向くように配置される。プリズム４１の断面形状は、導光板２から出射する光７のうちの、輝度または光度が最大値となる角度の光が入射した際に、その進行方向がほぼ正面方向（液晶表示パネル１の光７が入射する面の法線方向）に屈折するように形成される。
【００３９】
拡散シート５は、プリズムシート４により進行方向が変わった光７を拡散させる光学部品（シート）であり、バックライトユニットから出射する光７の出射角度の分布（液晶表示パネル１に入射する光７の入射角度の分布）を広げる、あるいは輝度の面内均一性を高める機能を有する。拡散シート５としては、たとえば、PET（ポリエチレンテレフタレート）やPC（ポリカーボネート）などの透明な高分子フィルムの表面に凹凸を形成したもの、または透明媒体中に当該透明媒体とは屈折率の異なる透光性の微粒子を混合した拡散層を高分子フィルムの表面に形成したもの、または板もしくはフィルム内部に気泡を混入して拡散性を持たせたもの、またはアクリル樹脂等の透明部材中に白色顔料を分散させた乳白色部材などが使用できる。また、プリズムシート４のプリズム形成面は傷が付きやすいため、拡散シート５をプリズムシート４の保護層として機能させてもよい。
【００４０】
反射シート６は、たとえば、導光板２の第２の主面２ｂで屈折して液晶表示パネル１とは反対側に出射した光を導光板２に戻すための光学部品（光学シート）である。反射シート６としては、たとえば、高い反射率を有する反射面を、樹脂板または高分子フィルムなどの支持基材上に形成したものを用いることができる。反射面は、支持基材上にアルミニウム、銀などの反射率の高い金属薄膜を蒸着法やスパッタリング法などで成膜する、または支持基材上に増反射膜となるように誘電体多層膜を形成する、もしくは支持基材上に白色顔料をコートする、などの方法で形成することができる。また、反射面は、屈折率の異なる透明媒体を複数層積層することで反射手段として機能するようにしたものであってもよい。
【００４１】
さて、上記のような構成のバックライトユニットと組み合わせて用いる液晶表示パネル１がＲＧＢ方式のカラー表示に対応している場合、１つの画素は、たとえば、図３および図４に示すように、赤色フィルタＦＲを有するサブ画素、緑色フィルタＦＧを有するサブ画素、および青色フィルタＦＢを有するサブ画素の３つのサブ画素で構成される。
【００４２】
液晶表示パネル１は、第１の基板８、第２の基板９、液晶層１０、第１の偏光板１１、および第２の偏光板１２を有する。このとき、液晶層１０は、第１の基板８と第２の基板９の間に封入されている。また、第１の偏光板１１と第２の偏光板１２は、第１の基板８、液晶層１０、および第２の基板９を挟むように配置される。
【００４３】
第１の基板８は、TFT基板などと呼ばれている基板であり、ガラス基板などの第１の絶縁基板と、当該第１の絶縁基板の上に形成された第１の薄膜積層体とを有する。第１の薄膜積層体は、たとえば、走査信号線、映像信号線、ＴＦＴ素子、画素電極、および配向膜などを有する。
【００４４】
第２の基板９は、対向基板などと呼ばれている基板であり、ガラス基板などの第２の絶縁基板と、当該第２の絶縁基板の上に形成された第２の薄膜積層体とを有する。第２の薄膜積層体は、たとえば、ブラックマトリクス、カラーフィルタ（赤色フィルタＦＲ、緑色フィルタＦＧ、および青色フィルタＦＢ）、平坦化層、および配向膜などを有する。
【００４５】
第１の薄膜積層体および第２の薄膜積層体の構成は、従来の液晶表示パネルに適用されている構成のいずれかであればよい。そのため、本明細書では、第１の薄膜積層体および第２の薄膜積層体の構成に関する具体的な説明は省略する。
【００４６】
第１の偏光板１１および第２の偏光板１２は、たとえば、ある方向の直線偏光を吸収し、当該ある方向とは直交する方向の直線偏光を透過する光学部品である。このとき、第１の偏光板１１と第２の偏光板１２とは、たとえば、それぞれの吸収軸（吸収される直線偏光の方向）が直交するように配置される。第１の偏光板１１および第２の偏光板１２としては、たとえば、延伸したポリビニルアルコールにヨウ素を吸着させることにより偏光機能を付与した膜の両面に、トリアセチルセルロースの保護層を施したものを用いることができる。なお、第１の偏光板１１および第２の偏光板１２は、それぞれ、第１の絶縁基板および第２の絶縁基板に、透明な接着剤により固定すると良い。なお、偏光板と透明基板との間には、液晶表示パネル１の表示モードに応じて、図示しない適切な位相差層を含んでもよい。
【００４７】
バックライトユニット１３から液晶表示パネル１側に出射した光７は、まず、第１の偏光板１１に入射する。この光７は、通常白色光であり、たとえば、ある方向と平行な直線偏光を主とする光である。そのため、第１の偏光層１１の吸収軸の方向を、光７の偏光方向と概ね直交するようにしておくと、光７の大部分が第１の偏光層１１を透過し、第１の基板８および液晶層１０を通過して、第２の基板９に設けられたカラーフィルタに入射する。このとき、カラーフィルタとして赤色フィルタＦＲが設けられているサブ画素では、赤色系の光７ｒのみが通過する。また、緑色フィルタＦＧが設けられているサブ画素では、緑色系の光７ｇのみが通過する。また、青色フィルタＦＢが設けられているサブ画素では、青色系の光７ｂのみが通過する。
【００４８】
カラーフィルタを通過した赤色系の光７ｒ、緑色系の光７ｇ、および青色系の光７ｂは、それぞれ、第２の偏光板１２に入射する。この第２の偏光板１２に入射する光７ｒ，７ｇ，７ｂの偏光状態は、それぞれ、第１の偏光板１１を通過した光７の偏光状態および通過した液晶層１０の配向状態によって変化する。このとき、第２の偏光板１２に入射した光７ｒ，７ｇ，７ｂの透過量は、これらの光の偏光状態と第２の偏光板１２の吸収軸の方向との関係によって変化する。すなわち、それぞれのサブ画素において第２の偏光板１２を透過する光の透過量は、液晶層１０の配向状態によって決まる。液晶層１０の配向状態は、画素電極と共通電極との電位差によって制御される。この液晶層１０の配向状態の制御方法は、従来より種々の方法が知られているので、本明細書では、制御方法の具体的な説明は省略する。
【００４９】
さて、液晶表示パネル１で用いられている従来のカラーフィルタ（赤色フィルタＦＲ、緑色フィルタＦＧ、および青色フィルタＦＢ）は、透過させる波長域以外の光を吸収するものが多い。このようなカラーフィルタを有する液晶表示パネル１では、バックライトユニットからの光の約2/3は、カラーフィルタに吸収され損失となっている。
【００５０】
しかしながら、液晶表示パネル１で用いられている従来のカラーフィルタ（赤色フィルタＦＲ、緑色フィルタＦＧ、および青色フィルタＦＢ）には、たとえば、特許文献１に開示されたフィルタのように、透過させる波長域以外の光を反射するものもある。
【００５１】
またさらに、このような液晶表示装置では、たとえば、外光が液晶表示パネルを通過してバックライトユニット１３に向かうこともある。
【００５２】
すなわち、このような液晶表示装置では、バックライトユニット１３から液晶表示パネル１に向けて出射する光７の他に、液晶表示パネル１からバックライトユニット１３に向けて出射する光１４もある。この液晶表示パネル１からバックライトユニット１３に向けて出射する光１４を反射して液晶表示パネル１に再入射させることができれば、その分、液晶表示装置の表示を明るくすることができる。
【００５３】
また、液晶表示装置の表示を明るくするには、特に、表示面正面方向から見たときの明るさをより明るくすることが重要である。また、液晶表示装置の表示を明るくするには、液晶表示パネル１からバックライトユニット１３に向けて出射する光１４を反射して液晶表示パネル１に再入射させる過程での光量（強度）の減衰を抑えることも重要である。
【００５４】
以上のようなことから、本発明の液晶表示装置では、プリズムシートを以下に挙げるような構成にすることで、液晶表示パネル１からバックライトユニット１３に向けて出射する光１４の利用効率を上げ、液晶表示装置の表示を明るくする。
【実施例１】
【００５５】
図５および図６は、本発明による実施例１の液晶表示装置におけるプリズムシートの概略構成を説明するための模式図である。
図５は、実施例１のプリズムシートの概略構成を説明するための模式断面図である。図６は、プリズムの形状の具体例を説明するための模式断面図である。
【００５６】
実施例１のプリズムシート液晶表示装置の構成は、基本的には図１に示した従来の液晶表示装置と同じであり、液晶表示パネル１、導光板２、複数の光源３、プリズムシート４、拡散シート５、反射シート６を有する。そして、従来の液晶表示装置と異なるのは、プリズムシート４の構成である。
【００５７】
実施例１の液晶表示装置におけるプリズムシート４は、たとえば、図５および図６に示すように、プリズム４１のうちの、導光板２から出射した光７が入射する面（以下、第１の面と呼ぶ。）と、第１の面に対して角度θだけ傾いている傾斜面（以下、第２の面と呼ぶ。）と、階段状になっている面（以下、第３の面と呼ぶ。）からなる。
【００５８】
第２の面は、たとえば、導光板２から出射して入射角αでプリズムシート４に入射した光７が透過し、かつ、出射方向と液晶表示パネル１の正面方向とのなす角βがほぼ０°になるようにする面である。導光板２の第１の主面２ａからプリズムシート４（液晶表示パネル１）側に出射する光は、第１の主面２ａの法線よりも光源から遠ざかる方向に傾いて出射する。そのため、プリズム４１は、第３の面のほうが第２の面よりも光源に近くなるようにする。
【００５９】
実施例１のプリズム４１における第２の面の傾斜角度θは、導光板２から出射した光７のうちの輝度や光度が最大となる角度の光がプリズムシート４に入射したときに、この光を表示面正面方向に屈折させる角度にする。
【００６０】
また、プリズム４１の幅Ｗ１および高さＨは、数十μm程度が実用的である。また、プリズム４１の幅Ｗ１と第２の面の平面幅Ｗ２との関係は、導光板２から出射した光７のうちの輝度や光度が最大となる角度の光が第２の面で屈折する関係にする必要がある。プリズム４１の具体的な寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｈ、および第２の面の傾斜角度θは、プリズム４１および基材４２として用いる透明体の屈折率に応じて、光学シミュレーションなどを駆使して選択すれば良い。
【００６１】
実施例１では、プリズム４１の幅Ｗ１を35μm、高さＨを約25μmとし、第２の面の傾斜角度θを約69°とする。また、プリズム４１の第２の面の平面幅Ｗ２は、約10μmである。
【００６２】
また、図５および図６に示した例では、第３の面が、第１の面と平行な面と、第１の面と直交する面とで構成されている。なお、図５および図６に示した例では、第３の面の段数、言い換えると第１の面と平行な面の数が５であるが、これに限らず、他の数であってもよいことはもちろんである。また、第３の面の階段形状は、個々の階段の寸法が等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００６３】
プリズム４１の寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｈ、および傾斜角度θを上記のようにする場合、プリズム４１の屈折率を1.68、基材４２の平均屈折率を1.65とすると、導光板２から出射した光のうちの輝度が最大となる角度α＝77°の光７に対し、プリズム４１の第２の面から出射する光の角度βは0.5°となり、ほぼ表示面正面方向に出射する。
【００６４】
また、プリズム４１の寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｈ、および傾斜角度θを上記のようにする場合、プリズム４１の屈折率を1.64、基材４２の平均屈折率を1.65とすると、導光板２から出射した光のうちの光度が最大となる角度α＝68°の光７に対し、プリズム４１の第２の面から出射する光の角度βは0.2°となり、ほぼ表示面正面方向に出射する。
【００６５】
プリズム４１を構成する透明体としては、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂など、いずれの透明体を用いても良い。また、所望の屈折率を実現するために、必要に応じて、たとえば、酸化チタンなどの透明で屈折率が高い微粒子を含有させても良い。この場合は、少なくとも可視波長域の光に対する散乱が小さくなるように、微粒子の直径は数nm〜数十nm程度とすることが望ましい。
【００６６】
反射膜４３を構成する材料としては、反射率の高いものであれば何でも良いが、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）の蒸着膜、もしくは高屈折材料からなる層と低屈折率層からなる層とが交互に積層されている誘電体多層膜などが望ましい。反射膜４３の形成は、たとえば、第３の面だけに選択的に蒸着されるようにシートを傾ける（斜方蒸着）などして蒸着を行うことが望ましい。
【００６７】
図７は、従来のプリズムの断面形状の一例を示す模式断面図である。
【００６８】
実施例１のプリズムのように、導光板２から出射した光７が入射する第１の面とは異なる面に段差を設けたプリズムは、たとえば、特許文献３に開示されている。
【００６９】
しかしながら、特許文献３に開示されているプリズムは、たとえば、図７に示すように、導光板２から出射した光７の進行方向を表示面正面方向に変えるための面、すなわち実施例１のプリズム４１における第２の面に段差が設けられている。また、特許文献３に開示されているプリズムは、実施例１のプリズムにおける第３の面に相当する面が階段状ではなく、平坦な傾斜面になっている。また、第２の面には、第１の面と平行な部分が無い。またさらに、第２の面および第３の面の上には、反射膜が無い。したがって、液晶表示パネル１の表示面正面方向からきた光１４が第３の面に入射した場合、当該第３の面において屈折または反射し、表示面正面方向とは異なる方向に進行する。
【００７０】
特許文献３によると、プリズム４１の断面形状を図７に示したような形状にするのは、たとえば、導光板から出射した光７のうちの第２の面で屈折して液晶表示パネル１に向かう光のプリズム効果による色分離の抑制や、輝度の向上を抑制することを目的としている。したがって、実施例１のプリズム４１の断面形状と特許文献３のプリズムの断面形状とでは、その目的および得られる効果が全く異なる。
【００７１】
さて、実施例１のプリズムシート４を有するバックライトユニットを液晶表示装置に組み込んで、正面輝度と全光束（Total-flux）を測定したところ、従来構造のプリズムシートを用いた場合と比較して、全光束は4％減少したものの、正面輝度は8％増大した。これは、実施例１のプリズムシート４を有する液晶表示装置は、表示面正面方向からプリズムシート４に戻って来た光が、反射膜４３によって、再び表示面正面方向に反射して再利用する割合が増大したからだと考えられる。
【００７２】
なお、正面輝度は、表示面正面方向からの角度が2.5°以下の立体角内の輝度である。また、正面輝度および全光束は、プリズムシート４だけを変えており、液晶表示装置は同じ条件で駆動させて測定していることはもちろんである。
【００７３】
またさらに、液晶表示パネル１のカラーフィルタ（赤色フィルタＦＲ、緑色フィルタＦＧ、および青色フィルタＦＢ）として、所定の色（波長域）以外の光を反射する性質を有するフィルタ―を用いた場合には、プリズムシート４の効果と合わせて正面輝度が39％向上した。
【００７４】
ところで、実施例１のプリズム４１の断面形状として、図５および図６に示した例では、第３の面の段数が5段になっている。ただし、この第３の面の段数は、前述のように、5段である必要はなく、2段乃至4段、または6段以上であってもよい。しかしながら、たとえば、第３の面の段数を多くすると、高い加工精度が要求される、各段差面で反射した光の光路差が可視波長に近づき干渉しやすくなるなどのなどの別の問題が生じる。そこで次に、第３の面の段数として適切な範囲について述べる。
【００７５】
図８（ａ）乃至図８（ｄ）、および図９は、実施例１のプリズムにおける適切な段数を説明するための模式図である。
図８（ａ）は、正面輝度の比較に用いる従来のプリズムの断面形状を示す模式断面図である。図８（ｂ）は、第３の面の段差が3段のプリズムの断面形状を示す模式断面図である。図８（ｃ）は、第３の面の段差が10段のプリズムの断面形状を示す模式断面図である。図８（ｄ）は、第３の面の段差が20段のプリズムの断面形状を示す模式断面図である。
図９は、実施例１のプリズムにおける段差の数と正面輝度との関係を示すグラフ図である。
【００７６】
実施例１のプリズムにおける第３の面の段数として適切な範囲を調べるに当たり、まず、たとえば、図８（ａ）に示すような従来の構成のプリズムを有するプリズムシート４を用いた液晶表示装置における正面輝度および全光束を計測した。図８（ａ）に示したプリズムは、幅Ｗ１を35μm、第２の面の傾斜角度θを69°、高さＨを25μmとしており、第２の面の平面幅Ｗ２が10μmである。また、第３の面は、平坦な斜面にしている。
【００７７】
また、第３の面の段差が３段のプリズム、１０段のプリズム、および２０段のプリズムも、それぞれ、図８（ｂ）、図８（ｃ）、および図８（ｄ）に示すように、幅Ｗ１を35μm、第２の面の傾斜角度θを69°、高さＨを25μmとしている。したがって、段数が増える毎に、断面形状が三角形、すなわち図８（ａ）に示した形状に近づく。
【００７８】
このような第３の面の段差が3段のプリズム、10段のプリズム、および20段のプリズムを有するプリズムシート４を用いた液晶表示装置における正面輝度および全光束を計測したところ、図９に示すような結果が得られた。なお、図９は、横軸が第３の面の段数ｍ（段）、縦軸が正面輝度ＦＢおよび全光束ＴＦの相対値である。また、正面輝度ＦＢおよび全光束ＴＦは、それぞれ、図８（ａ）に示した従来の構造のプリズム有するプリズムシートを用いた液晶表示装置における正面輝度および全光束を1.0としている。また、正面輝度および全光束は、プリズムシート４だけを変えており、液晶表示装置は同じ条件で駆動させて測定していることはもちろんである。
【００７９】
図９からわかるように、第３の面の段数ｍが少ない範囲では段数ｍを増やすことで
正面輝度が増大するものの、段数ｍが10段以上になるとほとんど変わらなくなる。また、全光束については、従来のプリズムシートを用いた液晶表示装置に比べて約4％低くなるものの、第３の面の段数ｍによらず概ね一定である。
【００８０】
また、図示は省略するが、液晶表示パネル１のカラーフィルタ（赤色フィルタＦＲ、緑色フィルタＦＧ、および青色フィルタＦＢ）として、所定の色（波長域）以外の光を反射する性質を有するフィルタ―を用いた場合には、第３の面の段数ｍを3段、10段、20段にしたときの正面輝度が、従来のプリズムシートを用いた場合に比べて、それぞれ、33％、40％、41％向上した。すなわち、所定の色（波長域）以外の光を反射する性質を有するフィルタ―を合わせて用いた場合にはさらに効果的に正面輝度を高くすることが出来る。
【００８１】
以上のようなことから、第３の面の段数ｍは、10段から20段までの範囲にすることが望ましいと考えられる。図８（ｄ）に示したように、幅Ｗ１および高さＨ１がそれぞれ35μmおよび25μmのプリズム４１の第３の面の段数ｍを20段にする場合、１段当たりの寸法は高さ、幅ともに1μm以上とることができる。そのため、第３の面を精度よく形成することが比較的容易である。
【００８２】
なお、図９からもわかるように、第３の面の段数ｍが3段から9段までの場合でも、正面輝度は、従来のプリズムシートを用いた液晶表示装置よりも高くなる。したがって、第３の面の段数ｍが3段から9段までの範囲であってもよいことはもちろんである。
【００８３】
以上説明したように、実施例１のプリズムシート４を用いることにより、バックライトユニットの消費電力を増大させることなく、液晶表示装置の正面輝度を高くすることができる。
【００８４】
また、実施例１のプリズムシート４を用いた場合、逆に、液晶表示装置の正面輝度を低下させることなく、バックライトユニットの消費電力を低減することもできる。
【００８５】
図１０は、実施例１のプリズムシートの応用例を示す模式断面図である。
【００８６】
実施例１のプリズムシート４におけるプリズム４１は、たとえば、図５に示したように、導光板２から出射した光７の進行方向を変える第２の面を、単調な平面にしている。
【００８７】
しかしながら、プリズム４１の第２の面については、たとえば、図７に示したように、段差を設けることで、色分離の抑制や、第２の面で屈折して液晶表示パネル１側に向かう光７の輝度を向上させることができる。そのため、実施例１のプリズムシート４では、たとえば、図１０に示すように、導光板２から出射した光７の進行方向を変える第２の面に、特許文献３に開示された構成の段差を設けてもよい。このようにすると、第３の面で反射する光１４により正面輝度を向上させる効果に、導光板２から出射した光７の輝度を向上させる効果が加わり、液晶表示装置の正面輝度をさらに向上させることができる。
【実施例２】
【００８８】
実施例１のプリズムシート４では、プリズム４１の第３の面を階段状にする際に、たとえば、図６に示したように、導光板２からの光７が入射する第１の面と平行な面および第１の面と垂直な面からなる段差を設けている。こうすることで、液晶表示パネル１の表示面正面方向から第３の面にきた光を、表示面正面方向に反射することができ、正面輝度を向上させることができた。
【００８９】
このことから、第３の面のうちの第１の面と平行な面を、たとえば、正または負の方向に傾けた場合には正面輝度が減少することが考えられる。そこで、実施例２では、この第３の面のうちの第１の面と概ね平行にする面の角度と正面輝度との関係について説明する。
【００９０】
図１１乃至図１３は、本発明による実施例２の液晶表示装置におけるプリズムシートの概略構成および作用効果の一例を示す模式図である。
図１１は、実施例２のプリズムシートの第１の構成例を示す模式断面図である。図１２は、実施例２のプリズムシートの第２の構成例を示す模式断面図である。図１３は、実施例２のプリズムシートにおける階段角度と正面輝度との関係を示すグラフ図である。
【００９１】
実施例２では、プリズムシート４におけるプリズム４１の第３の面の断面形状の一例として、第１の面と垂直な面と、第１の面と概ね平行な面とより段差を形成する場合を挙げる。このとき、第１の面と垂直な面と、第１の面と概ね平行な面との関係には、図１１に示すように当該２つの面のなす角φが90°よりも小さい関係と、図１２に示すように、当該２つの面のなす角φが90°よりも大きい関係の二通りがある。
【００９２】
このように、第３の面の段差を構成する第１の面と垂直な面と第１の面と概ね平行な面のなす角φ（以下、階段角度と呼ぶ。）を９０°ではない値にしたときの正面輝度を調べるために、階段角度φが異なるプリズムシート４を作成し、それらのプリズムシート４を用いたときの正面輝度および全光束を測定したところ、図１３に示すような結果が得られた。
【００９３】
なお、図１３は、横軸が階段角度φ（°）、縦軸が正面輝度ＦＢおよび全光束ＴＦの相対値である。また、正面輝度ＦＢおよび全光束ＴＦは、それぞれ、図８（ａ）に示した従来の構造のプリズム有するプリズムシートを用いた液晶表示装置における正面輝度および全光束を1.0としている。また、測定に使用したプリズムシート４におけるプリズム４１の第３の面の段数ｍは、それぞれ５段にしている。また、正面輝度および全光束は、プリズムシート４だけを変え、液晶表示装置は同じ条件で駆動させて測定していることはもちろんである。
【００９４】
図１３からわかるように、第３の面の段数ｍが同じであっても、階段角度φと90°との差が大きくなるにつれて、正面輝度は著しく減少する。特に、階段角度φが87°以下もしくは93°以上の範囲における正面輝度は、従来のプリズムシートを用いた液晶表示装置における正面輝度よりも小さくなる。これは上記のように、表示面正面方向からプリズムシート４に戻って来た光を、反射膜４３によって再び表示面正面方向に反射して光を再利用する割合が減少したからである。したがって、階段角度φは87°から93°までの範囲にすることが望ましい。
【００９５】
なお、実施例２では、プリズム４１の第３の面の段差を、第１の面に垂直な面と、第１の面と概ね平行な面とで構成している。しかしながら、第１の面に垂直な面も、完全に垂直である必要はなく、概ね垂直であればよい。したがって、実施例２のプリズムシート４では、第１の面と概ね平行な面の、第１の面に対する傾斜角度が−3°から＋3°までの範囲になるようにすることが望ましいといえる。
【００９６】
以上説明したように、実施例２のプリズムシート４を用いることにより、バックライトユニットの消費電力を増大させることなく、液晶表示装置の正面輝度を高くすることができる。
【００９７】
また、実施例２のプリズムシート４を用いた場合、逆に、液晶表示装置の正面輝度を低下させることなく、バックライトユニットの消費電力を低減することもできる。
【００９８】
また、図示は省略するが、実施例２のプリズムシート４においても、プリズム４１の第２の面の形状を、図７および図１０に示したような段差を有する形状にしてもよいことはもちろんである。
【００９９】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。
【０１００】
たとえば、プリズム４１の第３の面には、反射膜４３を設ける代わりに、第３の面に直接表面処理を施して反射層を設けてもよいことはもちろんである。
【０１０１】
また、プリズム４１の断面形状は、図５および図６に示したような概略三角形に限らず他の形状、たとえば、概略半円形であってもよいことはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
前記実施例１および実施例２であげたプリズムシート４は、液晶表示装置に用いるバックライトユニットを構成する部品の１つである。また、バックライトユニットは、前述のように、液晶表示パネルに照射する面状光線を得るための照明装置である。したがって、実施例１および実施例２で挙げたプリズムシート４は、液晶表示装置に限らず、エッジライト方式と同様の原理で動作する種々の照明装置（たとえば、室内照明など）に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  液晶表示パネル
２  導光板
３  光源
４  プリズムシート
４１  プリズム
４２  基材
４３  反射膜
５  拡散シート
６  反射シート
７，７ｒ，７ｇ，７ｂ，１４  光
８  第１の基板
９  第２の基板
１０  液晶層
１１  第１の偏光板
１２  第２の偏光板
１３  バックライトユニット
【図１】
2011164472.tif 000003
【図２】
2011164472.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011164472.tif 000009
【図８（ａ）】
2011164472.tif 000010
【図８（ｂ）】
2011164472.tif 000011
【図８（ｃ）】
2011164472.tif 000012
【図８（ｄ）】
2011164472.tif 000013
【図９】
2011164472.tif 000014
【図１０】
2011164472.tif 000015
【図１１】
2011164472.tif 000016
【図１２】
2011164472.tif 000017
【図１３】
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