(57)【要約】【課題】バックライト付き液晶表示装置の更なる薄型化を謀ると共に、構成部品数を減らすことで単純化、高機能化することによって、生産性に優れる液晶表示装置を可能とする偏光板を提供する。【解決手段】液晶表示装置の液晶表示パネルにおける液晶層とバックライトとの間に位置する偏光板であり、該偏光板が該バックライト側の表面に集光性プリズム構造を有する保護フィルムを持つ偏光板。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置の液晶表示パネルにおける液晶層とバックライトとの間に位置する偏光板であり、該偏光板が該バックライト側の表面に集光性プリズム構造を有する保護フィルムを持つことを特徴とする偏光板。
【請求項２】
プリズム構造の断面が二等辺三角形であって、その頂角が５０°〜７５°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の偏光板。
【請求項３】
偏光板の保護フィルムがセルロースアセテートフィルムからなる請求項２に記載の偏光板。
【請求項４】
プリズム構造の隣り合った頂稜が平行ではなく僅かな相対角度を持つか、該頂稜の間隔がランダムに異なるか、またはプリズムの頂角が５０°〜７５°の範囲で異なっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の偏光板。
【請求項５】
染色したポリマーフィルムを斜めに延伸して形成された斜め延伸偏光膜にプリズム構造をもつ保護フィルムが積層されており、かつ該保護フィルムの進相軸または遅相軸と該偏光膜の透過軸が２０〜９０°の角度をなしていることを特徴とする請求項１〜４に記載の偏光板。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の偏光板を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルのバックライト側に使用される偏光板に関する。本発明の偏光板は、ノート型パソコンや液晶テレビなどに使用されるエッジライト（サイドライト）型バックライトを備えた液晶表示装置に好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、その表示品位の向上によってノートパソコンやモニターに広く用いられ普及の一途であるが、例えば、ノートＰＣに使われる液晶表示装置の消費電力５Ｗの内、液晶駆動回路に約１．７Ｗ、インバータを含むバックライトに約３．３Ｗ消費している。インバータの効率は７０％程度あるので、バックライトの冷陰極管で２．３Ｗ消費している。実に、表示装置の全消費電力の内、４割強がランプで消費されている。その液晶表示の特徴である薄型であること、低消費電力であることに対する要求は益々増加している。特に鮮明なカラー表示を実現する方法である透過型液晶表示においては、略透過軸を直交させた一対の偏光板間に液晶層を配置し、それらを背面から光照射することによって、その透過光を電気的にＯＮ、ＯＦＦすることによって画像表示を実現していることから、背面照明の電力削減の要求が強い。
背面から光照射するには、表示装置の端に冷陰極管などの蛍光灯を配置し、その線光源からの光を透過性の高いアクリルなどの樹脂からなる導光板に入力し、導光板から液晶パネルに光が到達する過程で、液晶表示面全体に均一な光照射を実現している。（エッジライト式バックライト）高い輝度が要求されるノートＰＣ、モニター用途では、表示装置の左右あるいは上下の二辺、または上下左右の四辺に冷陰極管を配置する。液晶テレビでは、直下型バックライトが用いられている。
【０００３】
図２には、エッジライト式バックライトの端一辺に冷陰極管を配置した液晶表示素子の構造が示されている。二辺、四辺配置の場合は、一辺タイプの冷陰極管を対向配置する。
導光板５の上にプリズムシート９を１枚又は２枚直交して配置し、その上に散乱板８を配置し、その後、予め略直交して２枚の偏光板１が貼られ、相対する基板間に液晶を有する液晶パネル２を重ねて配置する（例えば、非特許文献１参照）。
しかしながら、液晶を保持する基板の背面から光照射する光源との間は、均一で光量を無駄にしない構造を実現するために、導光板５のほかに、液晶表示パネルにできるだけ垂直な背面照明を実現するためのプリズムシート９を始め、該プリズムシート９と液晶表示画素とのモアレを低減するため散乱板８、更に利用されない偏光光を反射し、再利用させる反射型偏光板（図示せず）などを一般的に用いている。光源と多くの光学部品を組立てたバックライト付き液晶表示装置を製造するには、単純な構造部品を順次組立てて行く必要があり、生産性を上げることは難しく、薄型表示の特徴を十分生かせない構造でもあった。
【０００４】
この欠点を改善するために、従来、偏光板の保護フィルムであるトリアセチルセルロースフィルムの上に電離放射線硬化性樹脂による微細凹凸模様を積層する方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、プリズムシートが静電気によって導光板の出射面と接触することを避ける方法として偏光板の片面に光制御面（プリズムシート）を接着する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６‐３４９６１号公報（第４項、実施例）
【特許文献２】
特開平１１−２９５７１４号公報
【非特許文献１】
「月刊ディスプレイ」  テクノタイムズ社、１９９７年６月号  ｐ．７５−８５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の透過型液晶表示装置は、図２に示されるように、線状光源としての冷陰極管７と、これに結合した導光板５と、導光板５と液晶表示パネル２間に位置するプリズムシート９と、散乱板８とによって面光源（バックライト装置）を構成している。バックライト装置と液晶パネルとは重ねて配置され、それら積層する部品の厚さとクリアランス（空間）の和により液晶表示装置の厚さが基本的に定められている。
液晶表示装置の厚みを更に減らす方法、または静電気によるプリズムシートと導光板出射面との接触を回避する方法として、前記特許文献１および２に示す方法が挙げられる。しかし、これらの方法では、偏光板の保護フィルムとプリズム構造を成す材料との屈折率の差によって、バックライト光の反射、屈折が発生する。これによって光集光性能、透過効率が害されるものであった。
従って、光学性能を劣化させずにバックライトを単純化、高機能化すれば、根本的に液晶表示装置の厚みを減らし、しかもその工業的製造コストを低減することができる。
本発明の目的は、液晶表示パネル照明用バックライトを備えた液晶表示装置に用いられ、バックライトの光学性能を低下させずに、消費電力−輝度変換効率は従来と略変らず、かつ液晶表示装置の構造を単純にすると共により軽薄化を達成することができる偏光板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の点につき種々の検討を行った結果、図１に示す如く、バックライト導光板５の出射面からの光の指向性を向上させるプリズム列を、偏光板の保護フィルム表面に、保護フィルムの製造と同時に形成する事に思い到った。導光板からの出射光を、より単純な構成で液晶セルに導くことによって、単体部品であるプリズムシートを省略し、本発明を完成した。
即ち、本発明によれば下記構成の偏光板が提供されて、本発明の上記目的が達成される。
１．液晶表示装置の液晶表示パネルにおける液晶層とバックライトとの間に位置する偏光板であり、該偏光板が該バックライト側の表面に集光性プリズム構造を有する保護フィルムを持つことを特徴とする偏光板。
２．プリズム構造の断面が二等辺三角形であって、その頂角が５０°〜７５°の範囲にあることを特徴とする上記１に記載の偏光板。
３．偏光板の保護フィルムがセルロースアセテートフィルムからなる上記２に記載の偏光板。
４．プリズム構造の隣り合った頂稜が平行ではなく僅かな相対角度を持つか、該頂稜の間隔がランダムに異なるか、またはプリズムの頂角が５０°〜７５°の範囲で異なっていることを特徴とする上記２又は３に記載の偏光板。
５．染色したポリマーフィルムを斜めに延伸して形成された斜め延伸偏光膜にプリズム構造をもつ保護フィルムが積層されており、かつ前記保護フィルムの進相軸または遅相軸と前記偏光膜の透過軸が２０〜９０°の角度をなしていることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の偏光板。
６．偏光板のプリズム構造を有する保護フィルムとは反対側の面に光学補償フィルムを有することを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の偏光板。
７．上記１〜６に記載の偏光板を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【０００８】
本発明においては、プリズム構造と保護フィルムは同質の材料であり、しかも保護フィルム製造と同時にプリズム構造を形成することができるので、内部に屈折率の差は生ぜず、光を無用に散乱、屈折させることは無い。偏光板の保護フィルムにプリズム構造を持たせた薄型構造においても、消費電力−輝度変換効率は部品単体としてプリズムシートを設けた場合と大きく劣ることはない。
【０００９】
【発明の実施形態】
本発明の実施の形態の簡単な一例を図１を用いて説明する。図１には、エッジライト式バックライトの端一辺に冷陰極管７を配置した液晶表示装置の構造が示されている。導光板５の下側には、バックライトからの光を上方に導く反射板６が設置されている。液晶パネル２の上下には２枚の偏光板、１および３が設置されており、このうち３がバックライト側の表面にプリズム構造を有する保護膜を有している。
【００１０】
本発明に関わる偏光板は、偏光膜の少なくとも一方の面に保護フィルム（保護膜ともいう）を積層したものである。保護フィルムの種類は、特に限定されず、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースプロピオネートなどのセルロースエステル類、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリエステル等を用いることができる。市販のポリマー（ノルボルネン系ポリマーでは、アートン（ＪＳＲ製）、ゼオノア（日本ゼオン製）など）を用いてもよい。また一方の保護フィルムとして、光学補償シートを用いることができる。
偏光膜には、ヨウ素系偏光膜、二色性染料を用いる染料系偏光膜やポリエン系偏光膜がある。ヨウ素偏光膜および染料系偏光膜は、一般にポリビニルアルコール系フィルムを用いて製造することができる。
【００１１】
＜保護フィルムの作製＞
保護フィルムの例としてセルロースアセテートフィルムの場合を用いて、説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本発明においては発明協会公開技報２００１−１７４５号に記載されたセルロースアセテートフィルムおよびその製造方法も好ましく用いることができる。
【００１２】
保護フィルムの基材となるセルロースアセテートフィルムには、機械的物性を改良するため、または乾燥速度を向上するために、可塑剤を添加することができる。可塑剤としては、リン酸エステルまたはカルボン酸エステルが用いられる。リン酸エステルの例には、トリフェニルフホスフェート（ＴＰＰ）、ビフェニルジフェニルホスフェートおよびトリクレジルホスフェート（ＴＣＰ）が含まれる。カルボン酸エステルとしては、フタル酸エステルおよびクエン酸エステルが代表的である。フタル酸エステルの例には、ジメチルフタレート（ＤＭＰ）、ジエチルフタレート（ＤＥＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）、ジフェニルフタレート（ＤＰＰ）およびジエチルヘキシルフタレート（ＤＥＨＰ）が含まれる。クエン酸エステルの例には、Ｏ−アセチルクエン酸トリエチル（ＯＡＣＴＥ）およびＯ−アセチルクエン酸トリブチル（ＯＡＣＴＢ）が含まれる。その他のカルボン酸エステルの例には、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、セバシン酸ジブチル、種々のトリメリット酸エステルが含まれる。
可塑剤の添加量は、セルロースエステルの量の０．１乃至２５質量％であることが好ましく、１乃至２０質量％であることがさらに好ましく、３乃至１５質量％であることが最も好ましい。
【００１３】
セルロースアセテートフィルムには、劣化防止剤（例、酸化防止剤、過酸化物分解剤、ラジカル禁止剤、金属不活性化剤、酸捕獲剤、アミン）を添加してもよい。劣化防止剤については、特開平３−１９９２０１号、同５−１９０７０７３号、同５−１９４７８９号、同５−２７１４７１号、同６−１０７８５４号の各公報に記載がある。劣化防止剤の添加量は、調製する溶液（ドープ）の０．０１乃至１質量％であることが好ましく、０．０１乃至０．２質量％であることがさらに好ましい。添加量が０．０１質量％未満であると、劣化防止剤の効果がほとんど認められない。添加量が１質量％を越えると、フィルム表面への劣化防止剤のブリードアウト（滲み出し）が認められる場合がある。特に好ましい劣化防止剤の例としては、ブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、トリベンジルアミン（ＴＢＡ）を挙げることができる。
【００１４】
さらに、ライトパイピング防止に、極少量の染料を添加してもよい。透過率の観点からは、波長４２０ｎｍの光の透過率が５０％以上となるように、種類および量を調整することが好ましい。染料の添加量としては、０．０１ｐｐｍ乃至１ｐｐｍであることが好ましい。
【００１５】
セルロースアセテートフィルムには、レターデーション値を制御するため、レターデーション上昇剤を添加することができる。
セルロースアセテートフィルムのＲｅレターデーション値は０乃至７０ｎｍの範囲に、そして、Ｒｔｈレターデーション値は１０乃至４００ｎｍの範囲に調節することが好ましい。
なお、セルロースアセテートフィルムの複屈折率（Δｎ：ｎｘ−ｎｙ）は、０乃至０．０２の範囲にあることが好ましい。また、セルロースアセテートフィルムの厚み方向の複屈折率｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ｝は、０乃至０．０４の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
レターデーション上昇剤は、少なくとも二つの芳香族環を有する芳香族化合物であることが好ましい。レターデーション上昇剤は、セルロースアセテート１００質量部に対して、０．０１乃至２０質量部の範囲で使用することが好ましく、０．０５乃至１５質量部の範囲で使用することがさらに好ましく、０．１乃至１０質量部の範囲で使用することが最も好ましい。二種類以上のレターデーション上昇剤を併用してもよい。
上記二つの芳香族環を有する芳香族化合物の芳香族環は、芳香族炭化水素環に加えて、芳香族性ヘテロ環を含む。芳香族炭化水素環は、６員環（すなわち、ベンゼン環）であることが特に好ましい。
【００１７】
芳香族性ヘテロ環は、不飽和ヘテロ環である。芳香族性ヘテロ環は、５員環、６員環または７員環であることが好ましく、５員環または６員環であることがさらに好ましい。芳香族性ヘテロ環は一般に、最多の二重結合を有する。ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子が好ましく、窒素原子が特に好ましい。芳香族性ヘテロ環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、フラザン環、トリアゾール環、ピラン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環および１，３，５−トリアジン環が含まれる。
芳香族化合物は、少なくとも一つの１，３，５−トリアジン環を有することが特に好ましい。
【００１８】
芳香族化合物が有する芳香族環の数は、２乃至２０であることが好ましく、２乃至１２であることがより好ましく、２乃至８であることがさらに好ましく、２乃至６であることが最も好ましい。
二つの芳香族環の結合関係は、（ａ）縮合環を形成する場合、（ｂ）単結合で直結する場合および（ｃ）連結基を介して結合する場合に分類できる（芳香族環のため、スピロ結合は形成できない）。結合関係は、（ａ）〜（ｃ）のいずれでもよい。
【００１９】
なお、レターデーション上昇剤についてはＷＯ０１／８８５７４号、ＷＯ００／２６１９号の各パンフレット、特開２０００−１１１９１４号、同２０００−２７５４３４号の各公報に記載がある。
【００２０】
セルロースアセテートフィルムは、セルロースアセテート及び他の成分を含む溶液をドープとして用いて、ソルベントキャスト法により製造することができる。
ドープは、ドラム又はバンド上に流延し、溶媒を蒸発させてフィルムを形成する。流延前のドープはドラム固形分量が１０乃至４０質量％となるように濃度を調整することが好ましい。固形分量は１８乃至３５質量％であることがさらに好ましい。ドープを２層以上流延することもできる。ドラムまたはバンドの表面は、鏡面状に仕上げておくことが好ましい。ソルベントキャスト法における流延及び乾燥方法については、米国特許２３３６３１０号、同２３６７６０３号、同２４９２０７８号、同２４９２９７８号、同２６０７７０４号、同２７３９０６９号、同２７３９０７０号、英国特許６４０７３１号、同７３６８９２号の各明細書、特公昭４５−４５５４号、同４９−５６１４号、特開昭６０−１７６８３４号、同６０−２０３４３０号、同６２−１１５０３５号の各公報に記載がある。
【００２１】
ドープは、表面温度が１０℃以下のドラムまたはバンド上に流延することが好ましい。流延してから２秒以上風に当てて乾燥することが好ましい。そして、得られたフィルムをドラムまたはバンドから剥ぎ取った直後に、表面にプリズム構造を形成させるための凹凸を設けたヒーター付きエンボスローラーユニットによって、ニップすることによって、プリズム構造を形成する。プリズム構造によって薄くなった部分を通して、偏光膜への水分の進入が進み、後に偏光能が低下する障害の原因となるため、薄い部分でも３０μｍ以上の厚さを維持することが望ましい。また一般に、ローラーの表面形状は、図６に示す様に転写による変形を前提とした形状にしておくことが重要である。
ニップローラーの軸方向へ深く、食込む部分ほど、ローラーから離れ、冷却される過程で収縮が進みプリズムの先端が鈍角に変形する。これを予め見込んだローラーの表面形状とすることが好ましい。
【００２２】
更に、延伸処理などを行う場合は、延伸後に最適のプリズム構造となるよう、予め頂角を小さく（狭く）しておき、延伸による変形を考慮した設計が好ましい。
【００２３】
プリズム構造の断面は、二等辺三角形であって、その頂角が５０°〜７５°の範囲にあることが好ましく、より好ましくは５５°〜７４°の範囲であり、さらに好ましくは６６．５°〜７３．５°の範囲である。このような断面形状を有することにより、液晶表示装置の表示正面方向への集光性に優れる結果となる。なお、プリズム構造の断面は、その頂角が５０°〜７５°の範囲にあれば、二辺の長さが異なっていてもよく、概ね二等辺三角形であればよい。また、断面の二等辺三角形の頂角の形状は、集光性を損なわない範囲で、丸みを帯びていてもよい。
また、プリズム構造の隣り合った頂稜が平行ではなく僅かな相対角度を持つか、該頂稜の間隔がランダムに異なるか、またはプリズムの頂角が上記角度の範囲内で異なっていることが、液晶表示画素とのモアレ発生を防止する上で好ましい。隣り合った頂稜の僅かな相対角度は、１°〜７°程度が好ましく、２°〜５°程度がより好ましい。また、頂稜の間隔がランダムに異なる間隔の範囲は、１〜７μｍ程度が好ましく、２〜５μｍ程度がより好ましい。
【００２４】
プリズムの頂角部分と平坦側で、冷却による温度差を生じると無用なレターデーションを発現する傾向があるため、保護フィルムの両面が徐々に一様に冷却されていくクーリング槽を通すことが好ましい。ニップすることでプリズム構造への変形させる際には、ローラー側とフィルムの温度差が大きい場合は、フィルム層内での応力からレターデーションを生じる。従って、両者を４０℃以内の温度差にすることが好ましい。冷却過程での温度差、変形応力によるレターデーションは、透過する偏光に影響を与えるため、例えば６３２．８ｎｍにおいて１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００２５】
流延の際には、１００℃から１６０℃まで逐次温度を変えた高温風で乾燥して残留溶剤を蒸発させる方法（特公平５−１７８４４号公報記載）を採用できる。この方法によると、流延から剥ぎ取りまでの時間を短縮することが可能である。この方法を実施するためには、流延時のドラムまたはバンドの表面温度においてドープがゲル化することが好ましい。
複数のセルロースアセテート溶液を流延する場合、支持体の進行方向に間隔をおいて設けた複数の流延口からセルロースアセテートを含む溶液をそれぞれ流延させて、それらを積層させながらフィルムを作製してもよい（特開昭６１−１５８４１４号、特開平１−１２２４１９号、および同１１−１９８２８５号の各公報記載）。２つの流延口からセルロースアセテート溶液を流延することによりフィルムを作製することもできる（特公昭６０−２７５６２号、特開昭６１−９４７２４号、同６１−９４７２４５号、同６１−１０４８１３号、同６１−１５８４１３号および特開平６−１３４９３３号の各公報に記載）。高粘度セルロースアセテート溶液の流れを低粘度のセルロースアセテート溶液で包み込み、高粘度および低粘度のセルロースアセテート溶液を同時に押出すセルロースアセテートフィルムの流延方法（特開昭５６−１６２６１７号公報記載）を採用してもよい。
【００２６】
セルロースアセテートフィルムは、延伸処理によりレターデーションを調整することができる。延伸倍率は、３乃至１００％の範囲にあることが好ましい。テンター延伸が好ましい。遅相軸を高精度に制御するために、左右のテンタークリップ速度および離脱タイミングの差をできる限り小さくすることが好ましい。延伸処理についてはＷＯ０１／８８５７４号パンフレットの３７頁８行〜３８頁８行目に記載がある。
【００２７】
セルロースアセテートフィルムは、表面処理を施すことが好ましい。表面処理には、コロナ放電処理、グロー放電処理、火炎処理、酸処理、アルカリ処理および紫外線照射処理が挙げられる。
フィルムの平面性を保持する観点から、表面処理の温度はセルロースアセテートフィルムの温度をＴｇ（ガラス転移温度）以下、具体的には１５０℃以下とすることが好ましい。
【００２８】
セルロースアセテートフィルムの表面処理は、酸処理またはアルカリ処理、すなわちセルロースアセテートに対する鹸化処理を実施することが特に好ましい。鹸化処理のなかでも、アルカリ処理が最も好ましい。
以下、アルカリ鹸化処理を例に、具体的に説明する。アルカリ処理は、フィルム表面をアルカリ溶液に浸漬した後、酸性溶液で中和し、水洗して乾燥する一連の操作で行われることが好ましい。
アルカリ溶液は、水酸化カリウム溶液および水酸化ナトリウム溶液が好ましい。水酸化物イオンの規定濃度は、０．１乃至３．０モル／ｌの範囲にあることが好ましく、０．５乃至２．０モル／ｌの範囲にあることがさらに好ましい。アルカリ溶液温度は、室温乃至９０℃の範囲にあることが好ましく、４０乃至７０℃の範囲にあることがさらに好ましい。
【００２９】
表面処理後のフィルム表面エネルギーは、５５ｍＮ／ｍ以上であることが好ましく、６０乃至７５ｍＮ／ｍの範囲にあることが更に好ましい。
固体の表面エネルギーは、「ぬれの基礎と応用」（リアライズ社  １９８９．１２．１０発行）に記載のように接触角法、湿潤熱法、および吸着法により求めることができる。本発明のセルロースアセテートフィルムの場合、接触角法を用いることが好ましい。
具体的には、表面エネルギーが既知である２種の溶液をセルロースアセテートフィルムに滴下し、液滴の表面とフィルム表面との交点において、液滴に引いた接線とフィルム表面のなす角で、液滴を含む方の角を接触角と定義し、計算によりフィルムの表面エネルギーを算出できる。
セルロースアセテートフィルムに、下塗り層（特開平７−３３３４３３号公報記載）を設けてもよい。
【００３０】
＜偏光板の作成＞
ポリビニルアルコールフィルムを、ヨウ素又は二色性色素を含む水溶液に浸漬、延伸することで偏光膜を作成し、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、一方の面にプリズム構造を設けた保護フィルムのプリズム構造のない面に貼り付けることにより本発明の偏光板が得られる。また他方の面に、プリズム構造を設けていない通常の保護フィルムを、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼り付けることが好ましい。他方の面に貼合する保護フィルムは光学異方性層を有する光学補償フィルムであることも好ましい。これにより、単純な構成を有する多機能な偏光板を構成することができる。
染色後に偏光膜を斜め方向に延伸する事によって、フィルム長手方向と透過軸方向の相対角度が２０°〜９０°、好ましくは２０°〜７０°となる状態にする斜め延伸製造法（例えば、特開２００２−８６５５４号公報などに記載）により作製された斜め延伸偏光膜と本発明によるプリズム構造を有する保護フィルムを貼合（積層）すると、プリズム列は自ずとロール長手方向（遅相軸方向）に対して、直交又は平行であると同時に透過軸はロール長手方向に対して２０°〜９０°、好ましくは２０°〜７０°を有する構造となる。ロール状に巻き取った偏光膜、保護フィルムを連続して貼り合せた後、フィルム打抜きによって、液晶パネルへの貼合に都合の良い透過軸方向とプリズム列の並び方向を容易に実現することができる。
【００３１】
＜液晶表示パネルの作製＞
以上の方法で作製した表面にプリズム構造を設けた偏光板と通常の表面が平らな偏光板を用いて液晶表示パネルを作成する。液晶パネルの表示面側には通常の偏光板、バックライト側にはプリズム構造を設けた偏光板をプリズム面をバックライト側にして、略透過軸を直交させて貼る。液晶セルは、ＶＡモード、ＯＣＢモード、またはＴＮモードなどが可能である。
【００３２】
ＶＡモードの液晶パネルには、（１）棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる狭義のＶＡモードの液晶セル（特開平２−１７６６２５号公報記載）に加えて、（２）視野角拡大のため、ＶＡモードをマルチドメイン化した（ＭＶＡモードの）液晶セル（ＳＩＤ９７、Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｅｃｈ．  Ｐａｐｅｒｓ（予稿集）２８（１９９７）８４５記載）、（３）棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直配向させ、電圧印加時にねじれマルチドメイン配向させるモード（ｎ−ＡＳＭモード）の液晶セル（日本液晶討論会の予稿集５８〜５９（１９９８）記載）および（４）ＳＵＲＶＡＩＶＡＬモードの液晶セル（ＬＣＤインターナショナル９８で発表）が含まれる。
【００３３】
ＯＣＢモードの液晶セルは、棒状液晶性分子を液晶セルの上部と下部とで実質的に逆の方向に（対称的に）配向させるベンド配向モードの液晶セルを用いた液晶表示装置であり、米国特許４５８３８２５号、同５４１０４２２号の各明細書に開示されている。棒状液晶性分子が液晶セルの上部と下部とで対称的に配向しているため、ベンド配向モードの液晶セルは、自己光学補償機能を有する。そのため、この液晶モードは、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ  Ｂｅｎｄ）  液晶モードとも呼ばれる。ベンド配向モードの液晶表示装置は、応答速度が速いとの利点がある。
【００３４】
ＴＮモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に水平配向し、さらに６０乃至１２０゜にねじれ配向している。
ＴＮモードの液晶セルは、カラーＴＦＴ液晶表示装置として最も多く利用されており、多数の文献に記載がある。
プリズム構造を持つ偏光板が貼られた液晶パネルを、エッジライト型（サイドライト型）バックライト上に、表示エリア内で、導光板とプリズム構造が部分的に密着することが無い様、０．３〜０．５ｍｍの隙間を設けて配置する。導光板の傾斜角αによって、液晶表示パネル下面のプリズム構造面へ入射する光束の中心角は変わる。
導光板としてアクリル樹脂（屈折率１．４９）を用いた場合について、導光板から液晶パネル下部へ出射する光路を図３に示す。液晶パネル下部へ出射する角度範囲γを表１示す（月刊ディスプレイ  １９９８年  ６月号、５２頁に記載）。
【００３５】
【表１】
2005017355.tif 000002
【００３６】
この導光板の液晶パネル下部への出射角範囲γに対応した、液晶パネル下部の偏光板上のプリズム構造への入射は、図４に示す光路を取る場合と図５に示す光路を取る場合がある。夫々の場合について、導光板からの入射角γ（前記出射角γと等しい。）と偏光膜への入射角度ηには図７のグラフ１および図８のグラフ２によって示される関係があることが幾何光学計算より解かる。
従って、導光板の傾斜角αに対して、偏光板上のプリズム構造の最適な頂角θを選択することによって、輝度の高い表示を実現することができる。例えば傾斜角αを３．０°とした場合、プリズム構造への入射角γは、表１から６１．１°〜９０°となる。左面入射（グラフ１）の場合は、プリズム頂角を６９°にすると、偏光膜への出射角ηは５７．４°〜７３．６°となる。偏光膜の屈折率と保護フィルムの屈折率差により、一部は偏光膜へ入射し、一部は全反射する。一方、左面入射後、右面反射（グラフ２）の場合は、出射角は略０°となり、略液晶表示面から法線の方向に出射することになる。液晶表示の一般的に、最も良好な視野角方向と一致させることができる。
導光板傾斜角αに対応する、偏光板の保護フィルムに設けるべき理想的プリズム頂角θ、つまり偏光膜に対して、略垂直に光線が入射する場合を表２に示す。保護フィルムは、セルロースアセテートフィルム（屈折率；１．４７）の場合である。
【００３７】
【表２】
2005017355.tif 000003
【００３８】
プリズム構造を設けた保護フィルム単体をプリズム列を設けた偏光板に、そのプリズムが略直交する向きに重ねて、導光板上に配置することで、表示正面方向への集光角度を、さらに狭くすることも可能である。
液晶表示装置においては表示コントラストに方向性を生じる。一般には、最もコントラストの高い方向を表示正面、ディスプレイパネルの法線方向に設計するが、場合によっては上方１５度方向、又は右１５度方向など、その表示装置の使用のされ方に応じて設計する。この最もコントラストの高い方向に応じてバックライト光の最も輝度の高い方向または均一な輝度が発揮される方向を、表面のプリズム形状を調整することによって、設定することが可能である。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００４０】
以下に、用いた部材それぞれの作製方法を説明する。
＜ＴＮモード液晶セルの作製＞
液晶セルは、セルギャップ（ｄ）４μｍとし、正の誘電率異方層を持つ液晶材料を基板間に滴下注入で封入し、液晶層のΔｎｄを３５０ｎｍとした（Δｎは液晶材料の屈折率異方性）。表示エリアは１０．４”である。また、液晶セルのツイスト角は９０°であり、後に上下偏光板と貼り合わせる際に、液晶セルの上下基板ラビング方向は、支持体遅相軸（流延方向と平行方向）と平行になるようにした。
【００４１】
＜セルロースアセテートフィルムの作製＞
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
セルロースアセテート溶液組成
酢化度６０．７〜６１．１％のセルロースアセテート  １００質量部
トリフェニルホスフェート（可塑剤）                ７．８質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート（可塑剤）        ３．９質量部
メチレンクロライド（第１溶媒）                    ３３６質量部
メタノール（第２溶媒）                              ２９質量部
１−ブタノール（第３溶媒）                          １１質量部
【００４２】
別のミキシングタンクに、下記のレターデーション上昇剤１６質量部、メチレンクロライド９２質量部およびメタノール８質量部を投入し、加熱しながら攪拌して、レターデーション上昇剤溶液を調製した。セルロースアセテート溶液４７４質量部にレターデーション上昇剤溶液２５質量部を混合し、充分に攪拌してドープを調製した。レターデーション上昇剤の添加量は、セルロースアセテート１００質量部に対して、６．０質量部であった。
【００４３】
レターデーション上昇剤
【化１】
2005017355.tif 000004
【００４４】
得られたドープを、バンド延伸機を用いて流延した。表面にプリスム構造を形成しない保護フィルムとする方は、バンド上での膜面温度が４０℃となってから、７０℃の温風で１分乾燥し、バンドから剥ぎ取った後、フィルムを１４０℃の乾燥風で１０分乾燥し、残留溶剤量が０．３質量％のセルロースアセテートフィルム（厚さ：８０μｍ）とした。これを保護フィルム「プリズム構造無し」とした。
表面にプリズム構造を設けるもう一方のセルースアセテートフィルムもバンド延伸機を用いて流延した。バンド上での膜面温度が１１０℃の状態でバンドから剥ぎ取った。その後、プリズム頂角６９°の二等辺三角形からなる凹凸を表面に持つ転写型を巻いたエンボスローラを１４０℃に昇温し、ニップ搬送することで、剥ぎ取り搬送と同時にフィルムの片面にプリズム構造を形成した。これを保護フィルム「プリズム構造有り」とした。プリズム構造を形成するニップローラーのフィルムへの転写圧力は２ｋＰａにて行った。プリズムのピッチは２５μｍとした。
この様にして、プリズム構造無しとプリズム構造有りの２種類からなる、偏光膜保護用セルロースアセテートフィルムを作製した。
【００４５】
＜偏光板の作製＞
延伸したポリビニルアルコールフィルムにヨウ素を吸着させて偏光膜を作製した。作製した保護フィルム「プリズム構造有り」のプリズム構造の無い面をケン化処理し、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜の一方の面に貼り付けた。この際、プリズム列と偏光板の吸収軸とは４５°の相対角度に設定した。
また、偏光膜のもう一方の面には、予めケン化処理した保護フィルム「プリズム構造無し」をポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜の反対側の面に貼り付けた。このようにして偏光板を作製した。これを「プリズム付き偏光板」とした。
比較するための偏光板として偏光膜の両面ともにプリズム構造をもたない保護フィルム「プリズム構造無し」を貼った偏光板を作製した。これを「プリズム無し偏光板」とした。
【００４６】
＜液晶パネルの作製＞
液晶セルのバックライト側と観察者側共にプリズム構造を持たない偏光板を貼り付けた液晶パネル（液晶パネルＡ、表示サイズ１０．４”）と、バックライト側には表面にプリズム構造を備えた偏光板を、観察者側にはプリズム構造を備えていない偏光板を貼り付けた液晶パネル（液晶パネルＢ、表示サイズ１０．４”）を作製した。
【００４７】
［実施例１］
液晶パネルＢとエッジライト型バックライトとを組合わせ液晶表示装置Ｂとした。この時、バックライトに用いた導光板の傾斜角αは、３．０°であった。
【００４８】
［比較例１］
比較として液晶パネルＡを使用して、エッジライト型バックライトと組合せた液晶表示装置Ａを作製した。この場合は、導光板と液晶パネルＡの間には市販プリズムフィルム（住友３Ｍ製、ＢＥＦ−ＩＩ）を１枚挿入した。レンズフィルムのプリズム列は観察者から見て垂直になる向きに配置した。
住友３Ｍ製、ＢＥＦ−ＩＩと組合せる場合に最適の導光板の傾き角は、月刊ディスプレイ’９７  ６月号、Ｐａｇｅ．７５「液晶用バックライトの最新動向」にて検討されている。導光板の傾斜角は同文献中で最適とされた３３°とした。
【００４９】
［実施例２］
プリズム構造の隣り合った頂稜が平行ではなく僅かな相対角度を持つモアレ防止タイプの偏光板を作製するために、プリズム列が平行から０．１度の範囲でランダムにずれているエンボスローラーを製作した。この転写用エンボスローラーでもローラーを１４０℃に昇温し、ニップ搬送することで、バンドからの剥ぎ取り搬送と同時にフィルムの片面にプリズム構造を形成した。これを保護フィルムＣとした。保護フィルムＣのプリズム構造の無い面をケン化処理し、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、予め作製しておいた偏光膜の一方の面に貼り付けた。この際、プリズム列と偏光板の吸収軸とは相対角度４５°に設定した。もう一方の偏光膜の面には保護フィルム「プリズム構造無し」をポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼り付けた。  液晶セルのバックライト側に、プリズム列のある面を導光板側に向けて偏光板Ｃを貼りつけ、観察者側には、プリズム構造を備えていない偏光板を貼り付けた液晶パネルＣを作成した。
液晶パネルＣは液晶パネルＢと同様エッジライト型バックライトと組合せ、液晶表示装置Ｃを製作した。この時、バックライトに用いた導光板の傾斜角αは、液晶表示装置Ｂと同様３．０°である。
【００５０】
このように作製した液晶表示装置Ａ、Ｂ、Ｃ、それぞれの白表示における放射角度と輝度との関係を比較した。放射輝度が最高の５０％となる角度の幅（ＦＷＨＭ）にて比較した所、下記の結果となった。
液晶表示装置  Ａ：    ８０°      最高輝度    １５４２ｃｄ／ｃｍ２
液晶表示装置  Ｂ：    ８３°      最高輝度    １４９７ｃｄ／ｃｍ２
液晶表示装置  Ｃ：    ８５°      最高輝度    １４５７ｃｄ／ｃｍ２
放射角度と輝度との関係は、トプコン製  ＢＭ５  輝度測定機を用いて、液晶表示装置の正面方向からの相対角度を変える方法で輝度を測定した。
プリズム構造を偏光板表面にもつ液晶表示装置Ｂ、及びＣの方が放射輝度は広がっており、最高輝度も若干、低下するが、液晶表示装置Ａに比較して表示装置の厚さを約１．０ｍｍ薄くできることを確認した。
また、液晶表示装置Ａ、液晶表示装置Ｂでは、プリズムと表示画素の間でモアレが発生し、プリズムシートと液晶パネルの間に散乱板を挿入する必要があるが、液晶表示装置Ｃではモアレの発生も無い事を確認することができた。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の偏光板は、液晶表示パネル照明用バックライトを備えた液晶表示装置の導光板側に位置する偏光板の保護フィルムの表面がプリズム構造を持つので、バックライトの光学性能を低下させずに、消費電力−輝度変換効率は従来と略変らず、かつ液晶表示装置の構造を単純にすると共により軽薄化を達成することができる。本発明の偏光板はエッジライト（サイドライト）方式バックライトと液晶表示パネルを有する液晶表示装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光板を備えた液晶表示装置の概略見取り図である。
【図２】従来の液晶表示装置の構造を示す概略見取り図である。
【図３】エッジライト式導光板を模式的に示す概略断面図である。
【図４】冷陰極管が紙面左側に有る場合の液晶パネル下部に位置する偏光板への光路図を示す概念図である。
【図５】冷陰極管が紙面左側に有る場合の液晶パネル下部に位置する偏光板への光路図を示す概念図である。
【図６】保護フィルムにプリズム形状を付与する方法および付与するためのローラーの表面形状を模式的に示す概略断面図である。
【図７】プリズム構造への光の入射角度とプリズム頂角、出射角度の関係を示すグラフである。
【図８】プリズム構造への光の入射角度とプリズム頂角、出射角度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    偏光板
２    液晶パネル
３    プリズム構造を持つ偏光板
４    エッジライト式バックライト
５    導光板
６    反射板
７    冷陰極管
８    散乱板
９    プリズムシート
【図１】
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【図２】
2005017355.tif 000006
【図３】
2005017355.tif 000007
【図４】
2005017355.tif 000008
【図５】
2005017355.tif 000009
【図６】
2005017355.tif 000010
【図７】
2005017355.tif 000011
【図８】
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