(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導光体層の積層から成り、一端面が光の入射面であり、他の端面が積層方向に対して斜めにカットされている導光体ユニットと、
前記他の端面に隣接して配置された反射板と、
前記他の端面と前記反射板との間に配置された光の偏光方向を変化させる手段と、を含む導光体装置において、
前記導光体層は前記入射面からの光の１偏光波成分を反射する軸の方向の屈折率が他の偏光波成分を透過する軸の方向の屈折率より大である異方性屈折率を有し、
前記導光体ユニットは、前記複数の導光体層の最上部の層と、前記一端面と、前記他の端面とが三角形の楔状をなす
導光体装置。
【請求項２】
前記他の端面は、該他の端面から反射されて前記導光体層の界面に入射する光がブリュースタ角度で入射するような角度で斜めにカットされている請求項１に記載の導光体装置。
【請求項３】
前記他の端面の表面はさらに、導光体ユニットの積層の方向および光の入射方向と垂直な方向に複数の斜面を有し、前記斜面が、前記他の端面の傾斜する角度よりも傾斜角の小さな面と、傾斜角の大きな面との組み合わせからなり、前記傾斜角の大きな面の傾斜角が、該面から反射されて前記導光体層の界面に入射する光がブリュースタ角度で入射するような角度である、請求項１に記載の導光体装置。
【請求項４】
前記傾斜角の大きな斜面の傾斜角φが
φ＝cos-1 {(n2
/n1 )〔n12 /(n12 ＋n22
)〕1/2 }/2 [rad]
但し、ｎ1 は導光体の屈折率 、 ｎ2 は導光体以外の屈折率、であらわされる請求項３に記載の導光体装置。
【請求項５】
前記導光体ユニットの最上部の導光体層の上に、さらに複数の導光体膜を積層して成り、前記導光体膜は前記入射面からの光の１偏光波成分を反射する軸の方向の屈折率が他の偏光波成分を透過する軸の方向の屈折率より大である異方性屈折率を有する、請求項１ないし４の何れか１つに記載の導光体装置。
【請求項６】
前記複数の導光体膜の方が、前記複数の導光体層よりも薄いことを特徴とする、請求項５に記載の導光体装置。
【請求項７】
前記複数の導光体膜の上に、さらに光の偏光方向を変化させる位相差フィルムを配置して成る請求項５または６に記載の導光体装置。
【請求項８】
液晶表示セルと、
前記液晶表示セルの背後に配置された導光体装置と、
を含み、
前記導光体装置が、複数の導光体層の積層から成り、一端面が光の入射面であり、他の端面が積層方向に対して斜めにカットされている導光体ユニットと、
前記他の端面に隣接して配置された反射板と、
前記他の端面と前記反射板との間に配置された光の偏光方向を変化させる手段と、
前記導光体ユニットの最上部の導光体層の上に配置され、片面にのみ頂角部が形成されたプリズム・シートであって、その頂角部が形成された側を前記導光体ユニットに向けて配置して成るものと、
を含み、
前記導光体層は前記入射面からの光の１偏光波成分を反射する軸の方向の屈折率が他の偏光波成分を透過する軸の方向の屈折率より大である異方性屈折率を有し、
前記導光体ユニットは、前記複数の導光体層の最上部の層と、前記一端面と、前記他の端面とが三角形の楔状をなす
液晶表示装置。
【請求項９】
液晶表示セルと、
前記液晶表示セルの背後に配置された導光体装置と、
を含み、
前記導光体装置が、複数の導光体層の積層から成り、一端面が光の入射面であり、他の端面が積層方向に対して斜めにカットされている導光体ユニットと、
前記他の端面に隣接して配置された反射板と、
前記他の端面と前記反射板との間に配置された光の偏光方向を変化させる手段と、
前記導光体ユニットの最上部の導光体層の上に配置され、片面にのみ頂角部が形成されたプリズム・シートであって、その頂角部が形成された側を前記導光体ユニットに向けて配置して成るものと、
を含み、
前記導光体層は前記入射面からの光の１偏光波成分を反射する軸の方向の屈折率が他の偏光波成分を透過する軸の方向の屈折率より大である異方性屈折率を有し、
前記導光体ユニットは、前記複数の導光体層の最上部の層と、前記一端面と、前記他の端面とが三角形の楔状をなし、
前記プリズム・シートの複数のプリズムのピッチが液晶セルの配列のピッチと同じであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
前記プリズム・シートの各プリズムの反射面が液晶セルの開口部に整列している請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記液晶表示セルと前記プリズム・シートとが接着されている請求項９または１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記プリズム・シートが前記液晶セルの基板と一体に形成されている請求項９または１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記液晶セル配列が前記プリズム・シートの上に直接形成されている請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記プリズム・シートの上に偏光板が更に配置されて成る請求項９ないし１３の何れか１つに記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記プリズム・シートは偏光板性材料から作られる請求項９ないし１３の何れか１つに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に用いる、光の偏光成分を増大させる導光体装置、およびかかる導光体装置を備えた液晶表示装置に関する。具体的には光源からの光を効率的に偏光波に変換する導光体装置、およびかかる導光体装置から出射する偏光を液晶セルに効率的に指向する手段を備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置では一般に液晶セルに偏光波を指向し、セルの状態により偏光面を回転させて透過光を偏光板を通して観察するようになっている。偏光波の光源は液晶板の背後にあり、それ故バックライトとも呼ばれる。このような偏光波を得る場合、従来は偏光板に偏光されていない光を照射し、偏光成分であるｓ波又はｐ波のどちらか一方を吸収していた。ここで、面の入射点における入射光線の作る平面を入射面とすると、入射面に平行な偏光成分がｐ波であり、入射面に垂直な偏光成分がｓ波と呼ばれる。従って、原理上、照射光の５０％以上は有効利用されず、実測値においては、照射光の約５８％が吸収されている。そして、従来の液晶表示（ＬＣＤ）装置では、偏光成分の吸収により偏光を得る偏光装置（偏光板）の他に印刷ドットの拡散シートをも使用していることが通例であり、この場合は、更に２０％の光が利用不可能となっている。
【０００３】
図１に従来のＬＣＤ装置のＬＣＤモジュール１００を示す。光源１０１において発生させた光は、導光板１０２における透過率約９６％、拡散シート１０３における透過率約８０％、下側偏光板１０４における透過率約４２％、ガラス基板１０５におけるアレイ開口率約４０％、カラーフィルタ１０６の透過率約３０％、上側偏光板１０７の透過率約９０％であるため、実際の利用される光強度は光源１０１において発生した光の３．５％となっており、エネルギー有効利用の大きな障害になっている。特に携帯型パーソナル・コンピュータにおいては一定のバッテリ充電量に対し、より長い使用時間を確保することが重要な課題であり、バックライト１０８の消費電力は全消費電力の中で大きな割合を有しているため、高輝度で、低消費電力の液晶表示（ＬＣＤ）装置に使用されるバックライトシステムが切望されている。
【０００４】
また、下側偏光板１０４等に吸収された光エネルギーは熱エネルギーに変換されることになるが、この発生した熱はＬＣＤ装置の部品の劣化の要因となり、特に、ＳＴＮ(Super Twisted nematic）タイプの液晶物質は熱により表示品位が劣化するという性質を有するため、かかる熱発生を軽減することも重要な課題である。この光エネルギーの熱エネルギーへの変換は図１に示すように、光エネルギーの６６．４％（光エネルギーによる熱発生の６９％）が下側偏光板１０４および拡散シート１０３における光の吸収により生じている。
【０００５】
このような問題点を解決するために、本出願人は先に、平成９年特許願第２４９１３９号において、偏光を得るに際して、従来は利用されていなかった偏光成分の少なくとも一部を利用可能にし、偏光を得る際の光利用効率を向上させる方法について出願している。その原理が図３に示されている。光源となる蛍光ランプＣＦＬからの光は反射鏡およびコリメータにより積層導光板ユニットの端面に入射し、導光板の各層を進行して斜めにカットされた他方の端面に至る。ここで入射光は端面で一部反射し、多くの部分は透過する。端面を最初に透過した光はその下の波長板により偏光面を回転され、その下の反射板により反射され再び波長板を通ってｐ波として導光板層に入射する。再び導光板層に入射されたｐ波は隣接する導光板層との界面に入射する。この界面における光の入射角はブリュースタ角度であるようにされている（後で詳しく説明される）。従って、この界面に入射する光のｐ波成分の全部とｓ波成分の一部がこの界面を透過しｓ波の残部は反射されて再び波長板および反射板に向かう。反射板で再び反射された光は波長板によりｐ波にされて再び界面に向かい、ｐ波の全部が透過し、ｓ波が含まれているならばその一部が透過し、残部が反射される。ここで反射された光は更に同じことを繰り返しながらそのたびにｐ波にされた光が界面を透過する。これにより導光体ユニットは光源からの光の多くの部分をｐ波成分として最終的に出射することになる。出射される偏光は正面から大きくそれた方向に出るため、これを正面に向けて液晶セルに指向するプリズム・シートが用いられる。このプリズム・シートの上に更に偏光板を置いて偏光度を更に改善することができる。
【０００６】
ｓ波偏光成分とｐ波偏光成分とでは反射透過特性が互いに異なるので、界面を透過する光とそこで反射する光はそれぞれ異なる偏光成分を含む。ここで、本発明の動作原理について説明するが、その前に、動作原理の理解を容易にするために、図４、図５、および図６に基づいて、互いに異なる屈折率の物質の境界面を光が透過、屈折または反射する際に、その光の偏光成分についてどのような変化が起きるかについて説明する。
【０００７】
図４において、互いに異なる屈折率ｎ1，ｎ2を有する２の物質２０１，２０２の境界２０３に光２０４を進入させた場合は、入射角φ1 が臨界角以下の場合、一部の光２０５は反射し、一部の光２０６は透過する。ここで、面の入射点における入射光線の作る平面を入射面とすると、入射光２０４の偏光成分を入射面に平行なｐ波成分と入射面に垂直なｓ波成分とに分けることができる。
【０００８】
各偏光成分、ｐ波，ｓ波の透過率は、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を誘電体について変形することにより、
Tp＝sin(2φ1)×sin(2φ2)/(sin2(φ1+φ2)×cos2(φ1-φ2))
Ts＝sin(2φ1)×sin(2φ2)/sin2(φ1+φ2)
n1×sin(φ1)＝n2×sin(φ2)
但し、Ｔｐ ：  ｐ波の透過率（１−反射率Ｒｐ）
Ｔｓ ：  ｓ波の透過率（１−反射率Ｒｓ）
φ1  ：  光の入射角
φ2  ：  光の出射角
ｎ1  ：  入射前の物質（物質２０１）の屈折率
ｎ2  ：  入射後の物質（物質２０２）の屈折率
または、
Rp＝((n1/cosφ1−n2/cosφ2)/(n1/cosφ1＋n2/cosφ2))2
Rs＝((n1×cosφ1−n2×cosφ2)/(n1×cosφ1＋n2×cosφ2))2
但し、Ｒｐ  ：  ｐ波の反射率（１−透過率Ｔｐ）
Ｒｓ  ：  ｓ波の反射率（１−透過率Ｔｓ）
であることが知られている。
【０００９】
このときの反射率は図５、図６に示すように入射角φ1，出射角φ2とも、角度に応じてｐ波・ｓ波の偏光成分の反射率に差が生じ、また、同一の入射角φ1 であってもｓ波・ｐ波の偏光成分において反射率の違いが生ずる（ｓ波・ｐ波偏光成分の反射透過特性が異なる)。例えば屈折率１．４９のアクリルから屈折率１．００の空気中に光が進む場合（図６）、その全反射を起こす臨界角は４２．１度であるが、仮に、それよりも小さい角度である４０度で入射したとした場合、出射角φ2 はスネルの法則から７７．８度となり、これを上述のＲｓ、Ｒｐの導入式に代入することにより算出すると、ｓ波の場合の反射率は３５．６９％であり、ｐ波の透過率は７．９８％である。
【００１０】
図４ないし図６を参照した上記説明により本発明において界面で光の偏光成分がどのように透過、反射するかが一層分かりやすく理解されるはずである。
【００１１】
上に述べた原理によれば、導光体の層が多層に積層されることが重要であり、層間の界面を通る度に不要なｓ波成分が反射して戻され、これがｐ波として戻されて界面を透過することにより最終的にｐ波としてユニットを出る光の変換効率が高められることが判る。
【００１２】
しかしながら各層は光の損失を幾分か招くのであまりに多くの層を積層するのは光源エネルギーの利用効率の上で不都合である。また各層を薄くしても積層数が大きくなれば全体の厚みが大きくなる。また厚みの増加は重量の増加をも招く。ポータブルな情報処理機器、例えばノートブック・コンピュータにとって、バッテリ電力消費を極力減らし、全体の厚みを極力薄くし、また重量を軽減することは最も重要な命題である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上に述べた型の導光体ユニットの改善に関するもので、全体の厚さを更に薄くした上で同等の性能をもつ導光体ユニットを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明のもう１つの目的はかかる高効率の導光体ユニットから出る偏光を液晶セルと更に効率的に組み合わせて液晶表示装置の明るさを電力消費の増加なしに改善することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本的構成は、光源からの光を積層導光板ユニットの端面に入射し、導光板の各層を進行して斜めにカットされた他方の端面において一部反射、残部を透過させ、透過した光をその下の波長板により偏光面を回転させ、その下の反射板により反射され再び波長板を通ってｐ波として導光板層に入射させる構造にある。再び導光板層に入射されたｐ波は隣接する導光板層との界面に入射する。この界面における光の入射角はブリュースタ角度であるようにされている。従って、この界面に入射する光のｐ波成分の全部とｓ波成分の一部がこの界面を透過しｓ波の残部は反射されて再び波長板および反射板に向かう。反射板で再び反射された光は波長板によりｐ波にされて再び界面に向かい、ｐ波の全部が透過し、ｓ波が含まれているならばその一部が透過し、残部が反射される。ここで反射された光は更に同じことを繰り返しながらそのたびにｐ波にされた光が界面を透過する。これにより導光体ユニットは光源からの光の多くの部分をｐ波成分として最終的に出射することになる。出射される偏光は正面から大きくそれた方向に出るため、これを正面に向けて液晶セルに指向するプリズム手段が用いられる。
【００１６】
本発明において、導光体層の界面でｓ波が反射することが本発明の原理上重要である。ｓ波のできるだけ多くを反射し、透過するｓ波成分を少なくすれば界面の数、即ち導光体層の数を減らすことができる。本発明は導光体層として異方性の屈折率の材料を用いることにより界面におけるｓ波の反射率を高めることにより導光体層の数が少なくても等方性材料を用いたものと同等の変換効率を与えるものである。異方性の材料の２つの屈折率の軸はｐ及びｓ波の面に一致される。ｐ波成分の面にある軸の方向の屈折率はこれまでと同じでよいが、ｓ波成分の面にある軸の屈折率はこれまでよりも高くされる。高ければ高い程良い。界面におけるｓ波成分の面の軸の屈折率が高められると、ｓ波成分の反射率が大きくなることは先に述べた反射率Ｒｓの式から判る。
【００１７】
かかる異方性屈折率材料の導光体層の積層から成る導光体ユニットはその積層の断面である端面において光源からの入射光を受け、その反対側の斜めにカットされた端面において入射光の一部が反射し、残部が透過する。斜めにカットされた端面には１／４波長板が当てられ、更にその下面に反射板が設けられる。端面を透過した光は波長板で旋光された後反射板で反射され、再び波長板で旋光されて端面に入射する。端面に入射した光は界面に入射し、先に本発明の原理について述べたように透過し、反射される。但し、本発明においてはｓ波成分は界面でより多く反射され、界面をより少なく透過する。このため、より少ない層で光源からの光をｐ波に変換することができる。
【００１８】
本発明において、導光体の最初の界面に入射する光はブリュースタ角度で入射することが好ましい。導光体ユニットの斜めにカットされた端面に光が入射する入射角が界面における入射角を決定することは簡単な幾何学的作図で容易に判る。本発明では導光体の最初の界面に入射する光はブリュースタ角度で入射するように導光体ユニットの斜めにカットされた端面に光が入射する入射角が定められる。
【００１９】
導光体ユニットはこのように定められる入射角を与えるように、波長板及び反射板に対して傾けられる。この傾きを少なくするために、斜めにカットされた端面にこのような入射角をなす斜面を多数形成することができる。これにより導光体ユニット全体はこの角度で傾いていなくても必要な入射角を与えることができる。これによりユニット全体の厚みを更に低減することができる。
【００２０】
本発明において導光体ユニットは積層体の最上部の層と、斜めにカットされた端面と、光源からの入射面とがほぼ三角形の楔状をなす形状にすることができる。これにより楔状の先細の空間が種々の構成部品を収容する空間を与えるようにすることができる。これは薄型軽量が特に要請される携帯型データ処理装置にとって有益である。
【００２１】
本発明のもう１つの面において、導光体から出る偏光を正面に向けるプリズム手段は液晶セルの列のピッチと同じピッチで配置された複数のプリズムを有する。各プリズムには入射面と反射面とがあるが、光は反射面から出射されるので入射面に相当する部分は暗くなる。本発明では反射面に相当する部分が液晶セルの列に整列するようにして、暗い入射面部分が液晶セルの照射に関与しないようにする。これにより導光体から出射される偏光のすべてが液晶セルに指向される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的構造を図２に示す。積層導光体ユニットは薄い導光体層を図示にように積層して成り、その１端面に光源が取り付けられる。光源は蛍光ランプおよび反射シートを含む。積層体は斜めの端面をなすようにカットされ、その端面に１／４波長板および反射板の組み合わせが接している。端面は波長板および反射板の組合せに対して角度φをなす。即ち入射光は端面に入射角π／２−φで入射する。幾何学的作図により層間の界面への入射角はπ／２−２φであることが容易に判る。この入射角はブリュースタ角度であることが好ましい。光がブリュースタ角度で界面に入射すると入射面にある偏光成分（ｐ）がすべて透過し、入射面と直交する面にある偏光成分（ｓ）がすべて反射される。若干透過するｓ波成分があればそれは次の界面で反射される。界面から反射されたｓ波成分は波長板および反射板によりｐ波成分として導光体層に戻されて再び界面に入射する。複数の界面でこれを繰り返す度に反射されたｓ波成分はｐ波成分として界面を透過するので、光源の光の多くの部分がｐ波成分として導光体ユニットから出射することになる。
【００２３】
図３に示すように導光体ユニットの最上部の導光体層の上に更に多層の薄い導光体膜が積層されても良い。これは透過、反射の界面を更に追加するものである。
【００２４】
ここで導光体層および導光体膜はアクリルシート等の光の内部吸収の少ない素材が好ましく、アクリル、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリカーボネート、ポリエチレン、Ｓｅ、ＡｇＣｌ等の透過型の物質が好ましい。また、導光体本体の形状は板またはシート状の形状に限定されず、棒状の導光体や曲面を有する導光体等その利用に即した形状に変化させることが可能である。これらの導光体は同一の形状、素材に限定されず、強度を必要とする部材を厚く、強度を必要としない部材を薄く設計することや、強度を有する導光体に異なる屈折率を有する物質を多層蒸着させることにより、強度を維持しつつ、積層数を増加させることも考えられる。導光体本体にアクリルシートを使用した場合、強度および光利用効率の関係から、その厚さは０．１〜４．０ｍｍであることが望ましい。なお、本発明でいう積層は導光体と導光体の間に空気を挿入することには限定されず、水蒸気の進入による導光体ユニットの劣化防止や、導光体の剥離防止等の為、導光体と導光体の間には水や接着剤、その他導光体と屈折率が異なる物質を挿入することも含む。本発明の反射板は反射率が高ければ高いほど好ましく、アルミ蒸着シート、銀蒸着シート、金属箔等が挙げられる。
【００２５】
本発明において導光体層はｓ波成分の面にある軸の屈折率が高められた材料から成る。例えばアクリル材料の場合、等方性の屈折率は通常１．４９であるが、それをｓ波の面にある軸の方向では１．６９程度に高めることが可能である。これによりｓ波成分が界面においてより多く反射される（界面をより少なく透過し）ので、等方性の材料の場合に必要な層数より少ない層数で同じ効果をあげることができる。例えば等方性の材料として屈折率１．４９のアクリルを用いる場合、１層あたりのｓ波の反射率は２８％で透過率は７２％であり、これを１０層重ねて全透過率が０．７２10＝０．０４となるが、ｓ波成分方向の屈折率を１．６９にすると、反射率は４０％、透過率は６０％となり、同じ効果が６層で得られる（０．６6＝０．０４）。このような異方性屈折率シートは市場において容易に入手することができる。
【００２６】
導光体膜の厚みは重要ではなく、界面の数が多数存在するほうが望ましいが、導光体ユニットの軽量化という観点からは、導光体膜は極力薄い方が望ましい。この部分の導光体膜の厚みを極端に薄くすることでスペースの余裕が生じ、導光体膜を図２のように膜の寸法を徐々に変えることで段差をつけて形成する必要がなく、同程度の大きさの導光体膜を積層して使用することができるので、導光体膜エッジからの再入射による光ロスをなくすことができ、明暗の縞模様が生じなくなった。また、かりに導光体膜に図２のような段差を残したとしても、導光体膜は薄く、エッジの寸法も極めて小さいため、再入射する可能性は少なく、視認できるような縞模様は生じない。以上のような構成を採用することで、従来の導光体ユニットの断面形状が図２のように四角になっていたのに対し、本発明では、図３に示すように、断面を三角形状とすることが可能となった。このことにより、導光体ユニットの重量・体積を従来の約半分程度とすることができるようになった。また、従来型の（偏光を発生しない）バックライトが楔形断面の導光体を使いスペースの有効利用を達成しているのと同様の形態を本発明によって実現でき、従来型とコンパチブルな形状で、今回の新型偏光バックライトに置き換えることが初めて可能になった。また、この例ではアクリル（導光体膜）、空気（その周囲の物質）として説明しているが、導光体膜の材質及びその周囲の物質の材質については、その材質の屈折率が、入射光がブリュースタ角又はそれに近い角度を満足する屈折率であれば何でも良い。
【００２７】
層間の界面への入射角π／２−２φがブリュースタ角度θB となるためには次の条件が必要である。導光体の屈折率をｎ1、導光体以外（図４では空気）の屈折率をｎ2、導光体の斜めにカットされた端面の斜面（傾斜角の大きな斜面）の角度をφとする。ブリュースタ角θBとｎ1・ｎ2の関係は
θB＝sin-1〔n12/(n12＋n22)〕1/2 [rad]
又、幾何学的作図により、導光体上面での入射角は斜面の角度φを使って表すと
π/2−2φ  [rad]
と表せる。従って導光体上面でのスネルの法則は
sinθB/sin(π/2−2φ)＝n1/n2
これをφについて解くと一般解が与えられる。
φ＝cos-1{(n2/n1)〔n12/(n12＋n22)〕1/2}/2 [rad]
この一般式を満足する組み合わせであれば、どのような媒質であっても本発明の条件を満足する。
【００２８】
ブリュースタ角度に等しい入射角を与えるように、導光体ユニット全体が波長板及び反射板に対して傾けられるが、この傾きを少なくするために、斜めにカットされた端面にこのような入射角をなす斜面を多数形成することができる。図３の部分拡大に示すように、斜めにカットされた端面に紙面に垂直に走る多数の斜面が形成され、この斜面が導光対中の入射光に対して所望の角度をなすようにされる。導光体全体はこの角度に傾いていないが、これによりブリュースタ角度を満足する入射角が与えられる。これにより導光体ユニット全体はこの角度で傾いていなくても必要な入射角を与えることができる。これによりユニット全体の厚みを更に低減することができる。
【００２９】
本発明は液晶表示装置のバックライトとして使用されることを意図している。液晶表示装置は、光源と、液晶を挟んだガラス基板と、から成り、本発明の導光体ユニットから出射した偏光がこれに入射される。
【００３０】
本発明において、導光体から出射される光は、正面から７０度と大きく傾いている。この光を正面に偏向（変角）させる方法としては、次の二つの方法がある。まず、第１の方法は、図７に示すように、屈折を２回させて正面に偏向させる方法であり、プリズム・シートの頂角を有する方を上向きにして使用する。プリズムの材質が、ｎ＝１．５８のとき、正面に偏向させるには、頂角が３２度のプリズム・シートが必要とされる。第２の方法は、図８に示すように、屈折を１回と全反射を１回させて正面に偏向させる方法であり、プリズム・シートの頂角を有する方を下向きにして使用する。この場合は、頂角が６５．４度のプリズム・シートが必要とされる。以上からわかるように、プリズムを上向きに使っても下向きに使っても、同様の効果が期待できる。製造面から考えると、プリズムの製造は、頂角が小さくなるほど困難であるので、プリズム・シートを下向きに使用した方が、頂角が大きくてすみ、歩留まり・コストの点で有利である。プリズム・シートはガラスまたはプラスティック材料から作られる。
【００３１】
図７および８を見ると、各プリズムの光反射面でない方の斜面は光を正面に出射しないことが判る。つまりプリズム・シートから出射される光は縞模様になる。これは液晶セルのゲート線またはデータ線と干渉して干渉縞を生じる可能性がある。干渉縞の発生を防止するために、液晶セルのピッチ（例えば２００マイクロメータ）に対してプリズム・シートのプリズムのピッチを小さく（例えば５０マイクロメータ）して、ピッチを狂わせることができる。このようにすればプリズム・シートのピッチがきわめて小さいのでプリズム・シートは前面から一様に光を出射するかのように観察され、干渉縞の発生を防ぐことができる。
【００３２】
しかしながら、この場合でも液晶セル配列の非開口部に入射する光はそこで吸収されて無駄になってしまう。本発明のもう１つの面において、このような無駄が生じない構成が提供される。
【００３３】
本発明のこの構成によれば、プリズム・シートのプリズムのピッチと液晶セル配列のピッチが同じにされ、プリズムの光を出射する反射面に対応する部分に液晶セルの開口部が一致するようにされる。プリズムの反射面でない斜面に対応する部分は非開口部に一致する。図９は本発明のこの構成の概念を示す概略図である。図９に示すようにプリズム・シートのプリズムのピッチは液晶セル配列のピッチと同じにされる。プリズムの反射面で反射される光は液晶セルの開口部に向けられる。非開口部は反射面でない方の面に対面しているから光を受けない。これにより導光体ユニットから出る光のすべてが開口部に指向され、利用されずに吸収される光はなくなる。プリズムは図７および８のものと比べてピッチが大きいので製造が容易である。また、プリズムの角度および反射面対透過面の比率は具体的設計において適宜に定めることができる。
【００３４】
図９に示されるように、液晶セル配列はプリズム・シートの上に直接形成することができる。この場合、プリズム・シートが液晶セルのガラス基板を兼ねることになる。独立のプリズム・シートを液晶セルと導光体膜とに間に配置する場合と比べて媒質の界面が２つ減るのでその分効率が更に向上する。
【００３５】
【発明の効果】
本発明により従来の導光体よりも少ない層数でｐ偏光波への変換が可能となるので、導光体の厚みが低減され、また導光体が軽量化される。本発明のもう１つの態様においては導光体からの光がすべて液晶セルの開口部に指向されるので無駄に吸収される光が無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＬＣＤ装置を示す模式図である。
【図２】従来のＬＣＤ偏光板ユニットの構造を示す図である。
【図３】本発明のＬＣＤ偏光板ユニットの構造を示す図である。
【図４】異なる物質間における光の屈折を示す図である。
【図５】屈折率１．０の物質から屈折率１．４９の物質に光が入射する場合の反射率の特性曲線を示す図である。
【図６】屈折率１．４９の物質から屈折率１．０の物質に光が入射する場合の反射率の特性曲線を示す図である。
【図７】プリズム・シートによる光の偏向を示す図である。
【図８】プリズム・シートによる光の偏向を示す図である。
【図９】本発明の別の実施例の概念を示す概略図である
【符号の説明】
１００        従来のＬＣＤ装置
１０１        光源
１０２        導光板
１０３        拡散シート
１０４        下側偏光板
１０５        ガラス基板
１０６        カラーフィルタ
１０７        上側偏光板
１０８        バックライト
２０１        物質１
２０２        物質２
２０３        物質の境界
２０４        入射光
２０５        反射光
２０６        透過光
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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