JP3808598B2 - 面光源装置、偏光光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents
面光源装置、偏光光源装置及び液晶表示装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、液晶表示装置等におけるモアレの防止や視認性の向上に有用な光路制御層を用いた発光の均一性や光の有効利用効率に優れる面光源装置や偏光光源装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
カラー化や高精細化等に伴い液晶セル等の光透過率が低下する一方で、明るくて見やすい液晶表示装置等が求められており、それを可能とする低消費電力で薄型ないし小型軽量のバックライトの提供が重要な課題となる中、本発明者らが属するグループは先にその解決を目的に、上下面の少なくとも一方に微細プリズム状凹凸を周期的に有して、側面からの入射光を上下面の一方より指向性よく出射するサイドライト型バックライト形成用の導光板を提案した（特願平７−３２１０３６号）。
【０００３】
しかしながら、図６に例示した如く前記の導光板３では光の利用効率を高めるための構造に基づいてその発光が必然的に輝部３８と暗部３９の縞模様となる難点があり、輝部が液晶セル等の画素と干渉してモアレが発生し、表示がギラギラして品位に劣り、また出射光の指向性が液晶表示装置の視認に有利な方向とはズレがある問題点があった。
【０００４】
前記のモアレ問題は、導光板における微細プリズム状凹凸の周期を画素サイズよりも１／５以下等に充分に小さくすることで解決しうる。ちなみに１００μm×３００μmの画素サイズに対しては、２０μm以下の微細プリズム状凹凸の周期とすることでモアレを解決しうる。
【０００５】
しかし前記の場合、その微細プリズム状凹凸の周期は、干渉や回折を生じやすいものとなり、光出射率の低下や光の分散で表示品位が低下することとなる難点があり、またプリズム状凹凸の微細度が増してその高さを数μm以下、就中１μm以下とする必要が生じ、導光板の製造が困難になると共に、プリズムの丸み等で出射特性も低下しやすくなる難点があった。
【０００６】
一方、モアレ問題を拡散板により発光を平準化して解決する公知方式の適用では前記導光板の利点を減殺する難点があった。すなわち拡散板を介した輝部と暗部の縞模様の平準化では、その拡散特性がガウス分布的であることよりモアレの解消に広範囲の拡散性が要求され、そのために出射光の指向性が低下し液晶表示装置の視認に有利な方向の出射光量が低減して有効利用できる光量が低下し、その光出射の位置や方向の修正制御も困難な難点があり、また後方散乱により光利用効率も低下する難点があった。
【０００７】
他方、上記した出射光の指向性問題は、出射光の最大強度方向が視認に最も有利な出射面の垂直方向ではなく、その垂直方向よりも光源から遠ざかる方向に若干の角度、通例５〜２０度の角度をもち、その方向は液晶セルの光透過率が低く、表示の反転率も高いために光の有効利用効率や表示品位の点で改善が望まれることを意味する。
【０００８】
プリズムシートを介した光路制御方式が提案されているが、従来のプリズムシートで前記した指向性問題を克服することは困難である。すなわち図９の如く従来のプリズムシート９は、傾斜角が約４５度の二斜面９１からなる溝よりなり、導光板を５〜２０度の角度で出射した光αは、その二斜面９１に略同確率で入射して二つの光路に分散され（α1）、大きい角度の出射光α3となるか、全反射による導光板への戻り光α4となる。
【０００９】
従って、出射光αの殆どが目的とする垂直性に優れる光路方向β2の出射光とはならず、光の有効利用効率は大きく低下する。出射光がβ2の光路方向を採るのは、入射角が４０度程度の大きい角度の入射光βであり、よって従来のプリズムシートでは、導光板よりの出射角が約２０度以下の近垂直光をより垂直性に優れる方向に光路変換することは困難である。また特開平９−１４６０９２号公報に記載の、楔型導光体上に偏光分離手段と光路変換手段を順次備えた照明装置にては、その偏光分離手段の配置によってはその上に配置した光路変換手段が透過偏光を乱して光の利用効率が低下し、そのような配置状態は好ましくない。さらに導光板出射光も大きい角度方向が想定されており、近垂直光のより垂直性化は困難である。
【００１０】
【発明の技術的課題】
本発明は、出射光が垂直方向に近い指向性を示して輝部と暗部の縞模様を形成する導光板を液晶セルに適用した場合に画素との間でモアレの生じることを防止できて表示品位に優れる液晶表示装置を形成でき、導光板からの前記出射光を液晶表示装置の視認に有利な垂直方向に近づけることを課題とする。
【００１１】
【課題の解決手段】
本発明は、上面、それに対向する下面、及び上面と下面間の光源配置側面を有する板状物の上下面の少なくとも一方に、その光源配置側面に沿う方向の微細プリズム状凹凸を周期的に有して、側面に配置した光源からの入射光を上下面の一方より輝部と暗部の縞模様として出射する導光板の光出射側に、平面に対する傾斜角が５〜３５度の緩斜面と６０度以上の急斜面とからなる筋状の溝を周期的に、就中１０〜８０μmの周期で有する光路制御層を配置してなり、その光路制御層の溝が前記導光板の微細プリズム状凹凸に対し５〜４０度の角度で交差し、かつ当該溝の緩斜面が前記光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態にあることを特徴とする面光源装置を提供するものである。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、光路制御層の溝が導光板に基づく輝線を細分して輝線の発光間隔を短縮し、微細プリズム状凹凸の周期を微細化した如き作用をなすと共に、溝を形成する特に緩斜面を介した輝線の屈折で暗部との輝度差が平準化されて液晶セルの画素との干渉によるモアレを低減でき、溝周期に基づく回折による球面波によってもモアレを抑制することができる。
【００１３】
また導光板より出射した指向性の輝線の殆どが溝の緩斜面に入射し、そのウェッジ板機能に基づいて透過光の光路が緩斜面の肉厚方向に指向性よく変換される。従って、溝の緩斜面が光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態に光路制御層を配置することにより、導光板より出射した指向性の輝線の光路を屈折を介して、より垂直方向に近い状態に指向性よく変換でき、拡散による輝度の低下を防止しつつ、しかも導光板より出射した輝線の指向性を拡散や分散で崩すことなく良好に維持して光路変換でき、導光板出射光を損失の少ない状態で、かつ垂直性に優れる状態で利用できて光の有効利用効率に優れている。
【００１４】
前記の結果、光利用効率に優れて明るい光を提供するものの、モアレの発生原因となる縞状の輝線発光と出射光の指向性がズレていることの難点がある導光板の利点を活かした難点の克服が可能となり、液晶表示装置等の視認性の向上に有効な方向の出射光を光利用効率よく提供するバックライトシステムの形成が可能となり、明るくて見やすく低消費電力の液晶表示装置を形成することができる。
【００１５】
【発明の実施形態】
本発明の面光源装置は、上面、それに対向する下面、及び上面と下面間の光源配置側面を有する板状物の上下面の少なくとも一方に、その光源配置側面に沿う方向の微細プリズム状凹凸を周期的に有して、側面に配置した光源からの入射光を上下面の一方より輝部と暗部の縞模様として出射する導光板の光出射側に、平面に対する傾斜角が５〜３５度の緩斜面と６０度以上の急斜面とからなる筋状の溝を周期的に有する光路制御層を配置してなり、その光路制御層の溝が前記導光板の微細プリズム状凹凸に対し５〜４０度の角度で交差し、かつ当該溝の緩斜面が前記光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態にあるものからなる。その光路制御層の例を図１、図２に示した。１が光路制御層であり、１１が溝、１２がその緩斜面、１３がその急斜面である。また１４は透明基材、２は拡散層である。本発明における光路制御層は、シート状物等からなる独立の光路制御板や、導光板等の光学部品に直接形成した部品付属層などの適宜な形態で形成することができる。
【００１６】
光路制御層における緩斜面は、ウェッジ板機能による光路変更の主体をなす部分であり、この部分に可及的に多くの、理想的には１００％の光が入射する構造が光の有効利用効率の向上の点より好ましい。かかる点より、緩斜面の傾斜角θ1は平面を基準に５〜３５度とされる。その角度が５度未満では光路変更の効果に乏しく、３５度を超えると同じ周期とした場合の平面に対する投影面積が減少し、急斜面のそれが相対的に大きくなって緩斜面への入射効率に乏しくなる。
【００１７】
緩斜面の傾斜角は、前記範囲において導光板出射光等のそれに入射する光の角度に応じて適宜に決定しうる。図１に例示の如く光路制御層１への入射角αが約２０度以下、就中５〜２０度である場合に、垂直方向への光路の変更性（α1，α2）や光の指向性などの点より好ましい緩斜面の傾斜角は、７〜３０度、就中１０〜２５度である。
【００１８】
一方、急斜面は、それに入射した光が有効利用できないロス光となるため、それに入射する光を可及的に抑制する点などより平面を基準に６０度以上の傾斜角θ2とされる。入射光の抑制などの点より急斜面の好ましい傾斜角は、７５〜１１０度、就中８５〜９０度である。
【００１９】
緩斜面及び急斜面は、平面である必要はなく、前記の傾斜角を維持する範囲で曲面などからなっていてもよいが、それらからなる溝は筋状に周期的に形成される。その周期は、光路の制御を目的とする入射光の特性などに応じて適宜に決定しうるが、一般には溝の形成性や輝線の細分化などの点より８０μm以下、就中６５μm以下、特に１０〜５０μmとされる。ちなみに１０μm未満の周期では、溝の深さを５μm以下とする必要が生じて高精度の製造の困難性が大きくなる。緩斜面を急斜面を介して周期的に有する溝形状とすることにより、光路制御層を薄型化することができる。
【００２０】
光路制御層は、入射光の波長領域などに応じてそれに透明性を示す適宜な材料を用いて適宜な方法により形成することができる。ちなみに可視光域では、例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂等で代表される透明樹脂やガラスなどを用いうる。
【００２１】
量産性等の点より光路制御層の好ましい製造方法は、所定の溝形状を形成しうる金型やロールを熱可塑性樹脂に加熱下に押付て形状を転写する方法、所定の溝形状を形成しうる型やロールに熱や紫外線ないし放射線等で重合処理しうる液状樹脂を、充填ないし流延して重合処理する方法や透明基材上に塗布しながら、あるいは塗布後に重合処理する方法、加熱溶融させた熱可塑性樹脂あるいは熱や溶媒を介して流動化させた樹脂を所定の溝形状に成形しうる金型に射出方式等で充填する方法などがあげられる。
【００２２】
なお本発明において光路制御層は、図２に例示の如く例えば透明基材１４の上に所定の溝を塗布形成したものの如く、同種又は異種の材料の積層体などとして形成されていてもよく、１種の材料による一体的単層物として形成されている必要はない。透明基材としては、例えば厚さが３０〜５００μmのプラスチックフィルムなどの適宜なものを用いうる。
【００２３】
光路制御層の厚さは、使用目的などにより適宜に決定できるが、一般には薄型化などを目的に１mm以下、就中５〜５００μm、特に１０〜２００μmとされる。光路制御層が光路制御板等として形成される場合、緩斜面と急斜面からなる溝形状は、表裏の両面に有していてもよい。また緩斜面と急斜面からなる溝形状を設ける面は、平面や局面等の適宜な面形態を有していてよく、特に限定はない。
【００２４】
図２に例示した如く光路制御層１には、必要に応じてその片面又は両面に拡散層２を設けることもできる。拡散層は、上記した如く輝部と暗部の平準化による拡散効果でモアレのさらなる抑制を目的とするが、その場合に拡散角の小さいもの、すなわち拡散性の低いものを用いることにより拡散による指向性の低下などを抑制することができる。
【００２５】
上記した光路制御層は、種々の入射光に対しその入射角に応じた光路変更を行い、本発明は、その光路制御層を用いて面光源装置を形成したものである。図３にその面光源装置の例を示した。これは、側面に配置した光源４からの入射光を上下面の一方より輝部と暗部の縞模様として出射する導光板３の光出射側に、光路制御層１を設けたものである。
【００２６】
導光板としては、光の利用効率に優れて明るい面光源を得る点などより、板状物の上下面の少なくとも一方に、光源配置の側面に沿う方向の微細プリズム状凹凸を周期的に、好ましくは５０〜５００μmの周期で有する導光板が用いうる。
【００２７】
前記導光板の例を図４（ａ）〜（ｃ）に示した。また微細プリズム状凹凸の例を図５（ａ）〜（ｃ）に示した。図４において、２１が上面、２２，２６，２７が下面、２３が光源配置側面、２４が横側面、２５が光源配置側面２３に対向する側端部である。また図５において、２８，２９は凸部、３０は凹部であり、３１，３３（３４），３７が下り斜面、３２，３５，３６が上り斜面である。
【００２８】
導光板は、上面、それに対向する下面、及び上面と下面間の光源配置側面を有する板状物よりなる。板状物は、同厚板等でもよいが、好ましくは図例の如く、光源配置側面２３に対向する側端部２５の厚さが光源配置側面のそれよりも薄いもの、就中５０％以下の厚さとしたものである。
【００２９】
前記した対向側端部の薄厚化により、図５（ａ）に示した太矢印の如く、光源配置側面より入射した光が伝送端としての当該対向側端部に至るまでに、下面の上り斜面に効率よく入射し、その反射を介し上面より出射して入射光を目的面に効率よく供給でき、また導光板を軽量化することができる利点などがある。ちなみに、下面が図４（ａ）の如き直線面の場合、均一厚の導光板の約７５％の重量とすることができる。
【００３０】
前記板状物の上下面の少なくとも一方に設けられる微細プリズム状凹凸は、光源配置側面に沿う方向の斜面にて凸部又は凹部として周期的に形成される。なお凸部又は凹部は、その凸部又は凹部を形成する斜面の下面との交点を結ぶ直線２０に基づき、斜面の交点（頂点）が当該直線よりも突出しているか（凸）、窪んでいるか（凹）による。
【００３１】
また前記の凸部又は凹部を形成する斜面は、下面との交点と頂点を結ぶ直線に基づいて下り斜面と上り斜面からなるものとされる。これにより、上り斜面に直接入射する伝送光に加えて、下り斜面に入射してその反射を介し上り斜面に入射する伝送光もその上り斜面を介した反射にて出射面に供給することができ、その分の光利用効率の向上をはかりうる。なお前記の下り斜面又は上り斜面は、光源から遠ざかる方向に下り傾斜の斜面であるか、上り傾斜の斜面であるかによる。
【００３２】
微細プリズム状凹凸を設ける導光板の面は通例、上記した如く傾斜面とされるが、その傾斜形状は任意であり、図４（ａ）に例示の如き直線面や、図４（ｂ），（ｃ）に例示の如き曲面などのように適宜な面形状とすることができる。直線面でない場合、出射光の出射方向を均一化する（指向性）点などよりは、微細プリズム状凹凸を設ける面の全位置で平均傾斜角度より５度以内の範囲にあることが好ましい。
【００３３】
微細プリズム状凹凸を形成する凸部又は凹部の形状も、図５（ａ）〜（ｃ）に例示した如く直線状の斜面で形成されている必要はなく、屈折面や湾曲面等を含む斜面にて形成されていてもよい。また凸部又は凹部は、面の全体で凸凹やその形状等が同じである必要はなく、出射光の垂直性の向上等の点よりは、光源配置側から徐々にその形状や角度が変化する構造が好ましく、特に上り斜面の導光板平面に対する傾斜角が光源側より順次増大する構造が好ましい。
【００３４】
凸部又は凹部の周期は、出射光におけるストライプ状の輝線の間隔に関係し、面全体における明るさの平均化などの点よりその周期は、上記したように５００μm以下、就中１０〜４００μm、特に５０〜３００μmが好ましい。
【００３５】
また凸部又は凹部を形成する上記した下り斜面は、図５（ａ）に例示の如くその導光板平面に対する傾斜角θ3が１０度以下、就中５度以下、特に２度以下であることが好ましい。なお図５（ｂ）に例示の如く、下り斜面は当該傾斜角が０度であることも許容する。図例では傾斜角０度の部分３４を部分的に設けてあるが、垂直面等からなる段差部分を介して上り斜面間の全体が傾斜角０度の水平面であってもよい。従って本発明における下り斜面には傾斜角０度の水平面も含まれる。かかる傾斜角の範囲とすることにより、図５（ａ）に折線矢印で例示した如く、当該傾斜角より大きい角度で伝送される光が下り斜面３１に入射して反射され、その場合に当該下り斜面の傾斜角に基づいて出射面２１により平行な角度で反射されて上り斜面３２に入射し、反射されて出射面より出射する。
【００３６】
前記の結果、上り斜面に入射する光の入射角を一定化でき、反射角のバラツキを抑制できて出射光の平行光化をはかることができる。従って、凸部又は凹部を形成する下り斜面と上り斜面の当該傾斜角を調節することにより、出射光に指向性をもたせることができ、それにより出射面に対して垂直方向に近い角度で光を出射させることが可能になる。
【００３７】
一方、凸部又は凹部を形成する上記した上り斜面は、図５（ａ）に例示の如く導光板平面に対する傾斜角θ4が３０〜５０度、就中３５〜４５度であることが好ましい。かかる傾斜角の範囲とすることにより、図５（ａ）に折線矢印で例示した如く、直接又は下り斜面を介して入射する伝送光をその上り斜面３２を介し出射面２１に対して垂直に近い角度で反射して、光を効率よく出射させることができる。上り斜面の傾斜角が前記範囲外では垂直方向とのずれが大きくなり、出射光に垂直に近い指向性をもたせることが困難で、伝送光の出射効率（利用効率）が低下する場合がある。
【００３８】
導光板における光源配置側面の形状については、特に限定はなく、適宜に決定してよい。一般には、出射面に対して垂直な面とされるが、例えば湾曲凹形などの光源の外周等に応じた形状として、入射光率の向上をはることもできる。また、光源との間に介在する導入部を有する面構造などとすることもできる。その導入部は、光源などに応じて適宜な形状とすることができる。
【００３９】
導光板は、光源の波長領域に応じてそれに透明性を示す適宜な材料にて形成でき、その材料や製造方法については、上記した光路制御層で例示したものなどがあげられる。なお導光板は、例えば光の伝送を担う導光部に微細プリズム状凹凸を形成したシートを接着したものの如く、異種材料の積層体などとして形成されていてもよく、１種の材料による一体的単層物として形成されている必要はない。導光板の厚さは、使用目的による導光板のサイズや光源の大きさなどにより適宜に決定することができる。液晶表示装置等に用いる場合の一般的な厚さは、その光源配置側面に基づき２０mm以下、就中０．１〜１０mm、特に０．５〜８mmである。
【００４０】
導光板の微細プリズム状凹凸を設けた面には、図３に例示の如く必要に応じて反射層５、好ましくは金属反射層を付設することもできる。かかる反射層は、微細プリズム状凹凸形成面からの漏れ光の発生を防止して出射効率の向上に有効である。また偏光分離手段と組合せた偏光光源装置の場合には、偏光変換手段としても機能する。
【００４１】
前記の偏光変換手段として機能させる場合には、金属からなる反射層が特に好ましい。かかる金属反射層によれば、反射時に偏光特性を効率的に反転させることができ、その偏光変換効率が屈折率相違の界面を介した全反射や拡散反射による場合よりも優れている。ちなみに金属面に概ね垂直に円偏光が入射すると、円偏光の左右の変換効率は１００％近い値となる。
【００４２】
偏光変換効率の点より好ましい金属反射層は、アルミニウム、銀、金、銅又はクロムなどからなる高反射率の金属の少なくとも１種を含有する金属面を有するものである。導光板との密着性に優れる金属反射層は、バインダ樹脂による金属粉末の混入塗工層や、蒸着方式等による金属薄膜の付設層などとして形成することができる。金属反射層の片面又は両面には、必要に応じ反射率の向上や酸化防止等を目的とした適宜なコート層を設けることもできる。
【００４３】
導光板３の光出射側２１に設ける光路制御層１は、モアレの発生を防止する点より、その溝が導光板の微細プリズム状凹凸に対し５〜４０度の角度で交差する状態に配置され、就中７〜３０度、特に１０〜２５度の角度で交差した状態にあることが好ましく、また溝の周期が導光板の微細プリズム状凹凸の周期よりも小さい光路制御層を用いることが好ましい。前記の交差関係が垂直状態や平行状態ではモアレの解消効果に乏しく、また４０度を超えると光路制御層の溝方向における光路変更が大きくなり、出射光の方向制御性が低下して指向性に乏しくなる場合がある。一方、溝の周期が微細プリズム状凹凸の周期よりも大きいと、輝線の細分化が不充分でモアレの防止効果に乏しくなる場合がある。
【００４４】
さらに光路制御層は、図１に例示した如く導光板を出射した光をウェッジ板効果に基づいて、より垂直方向に指向性よく光路変更する点などより、溝における緩斜面が光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態に配置される。図１においては、図面左側が光源側である。
【００４５】
なお上記したように光路制御層は、導光板に直接形成されていてもよいし、光路制御板等の独立物として導光板上に配置されていてもよい。独立物の場合、本発明における光路制御層にては表裏がなく、いずれの面も導光板側とすることができて従来のプリズムシートの如く表裏相違の配置ミスを生じることがない。ただし、急斜面に入射する光の抑制などの点よりは、溝のない側を導光板側とすることが好ましい。
【００４６】
導光板の側面に配置する光源４としては、適宜なものを用いうるが例えば（冷，熱）陰極管等の線状光源や、発光ダイオード等の点光源、あるいはその線状又は面状等のアレイ体などが好ましく用いうる。低消費電力性や耐久性等の点よりは、冷陰極管が特に好ましい。面光源装置の形成に際しては、必要に応じて線状光源からの発散光を導光板の側面に導くために光源を包囲する光源ホルダ４１、均等な面発光を得るための拡散層２、漏れ光防止用の反射層５などの適宜な補助手段を適宜な位置に配置した組合せ体とすることもできる。
【００４７】
光源ホルダとしては、高反射率金属薄膜を付設した樹脂シートや金属箔などが一般に用いられる。拡散層の配置は、明暗ムラの発生を防止して明るさの均等性により優れる面光源装置の形成に有利であり、拡散板や微細凹凸面などによる適宜な拡散角の小さい拡散層として形成することができる。
【００４８】
なお反射層については、上記した反射層５に代えて、あるいはその反射層と共に、導光板の微細プリズム状凹凸の形成面に沿って反射シートを設けることもできる。その反射シートについては、導光板で説明した反射層に準じることができ、従って偏光光源装置では金属反射面を有する反射シートが好ましく用いうる。
【００４９】
上記のように本発明による面光源装置によれば、高精度に平行化された光を視認に有利な垂直性に優れる方向に出射し、光源からの光を効率よく利用して明るさに優れる偏光光源装置や、明るくて見やすく低消費電力性に優れる液晶表示装置などの種々の装置を形成でき、サイドライト型のバックライトなどとして好ましく用いうる。
【００５０】
前記した偏光光源装置は、透過及び反射による偏光分離手段を併用して、偏光特性を示さない入射光を高効率に偏光に変換して取出すことを目的とし、その場合に本発明による面光源装置は、高精度に平行化された垂直性に優れる出射光を提供して、偏光分離手段を介した戻り光を角度変化の少ない状態で初期の出射光と方向の一致性よく再出射させることを可能とする。
【００５１】
図７に本発明による偏光光源装置７を例示した。これは、上記した面光源装置における光路制御層１の上方に、透過及び反射による偏光分離手段６を配置したものからなる。実施例にては、その偏光分離手段として所定の円偏光は透過し所定外の円偏光は反射するものを用いており、拡散層を介することなく光路制御層１の直上に配置されている。なお図７において、偏光分離手段６の上面に設けた層６１は、直線偏光変換手段である。
【００５２】
前記の装置によれば、光路制御層１より出射した光が偏光分離手段６に入射し、左右の内の所定（仮に左）の円偏光は透過し、所定外（右）の円偏光は反射され、その反射光は、戻り光として光路制御層を介し導光板に再入射する。導光板に再入射した光は、下面の反射層等からなる反射機能部分で反射されて再び偏光分離手段に入射し、透過光と反射光（戻り光）に再度分離される。従って反射光としての戻り光は、偏光分離手段を透過しうる所定の円偏光となるまで偏光分離手段と導光板との間に閉じ込められて反射を繰り返す。
【００５３】
前記において、本発明による面光源装置は高精度に平行化された垂直性に優れる出射光を提供し、光路制御層の可逆性に優れる緩斜面を経由して導光板に至ることから、偏光分離手段を介した戻り光の多くが導光板の下り斜面に入射し、その緩やかな傾斜角に基づいて角度を大きく変えることなく反射し、その角度変化の少ない反射で初期の出射光と近似した方向に、従って垂直性よく再出射させることができて、初期出射光と再出射光の方向の一致性に優れ、偏光特性に優れる光をロスの少ない利用効率に優れる状態で得ることができる。
【００５４】
なお前記の如く偏光分離手段を介した戻り光は、導光板の下り斜面による反射を介して再出射させるため、偏光光源装置の形成に用いる導光板としては、その出射面に対する下り斜面の投影面積が上り斜面のそれの３倍以上、就中５倍以上、特に１０〜１００倍であるものが光の利用効率などの点より好ましい。
【００５５】
また偏光光源装置の形成に用いる導光板は、偏光分離手段を介した戻り光を下り斜面を介して効率的に反射するために導光板の光出射面でない側に反射層又は／及び反射シートを有することが好ましい。その反射層等が金属反射面を有する場合には、戻り光がそれによる反射反転により高効率に所定の偏光状態に変換され、光を効率よく取出すことができる。
【００５６】
偏光分離手段としては、上記した左右の円偏光に分離するものの如く、透過と反射を介して偏光特性が相違する状態の光に分離しうる適宜な手段を用いうる。本発明においては、完全な分離機能を有することは要しないが、透過又は反射により分離された偏光中に含まれる他の状態の偏光が少ないほど好ましい。
【００５７】
ちなみに前記した偏光分離手段の例としては、直線偏光又は円偏光を選択的に分離するものなどがあげられる。その直線偏光を選択的に分離するものの具体例としては、複屈折により反射率の異方性を示す多層膜などがあげられ、円偏光を選択的に分離するものの具体例としては、コレステリック液晶相などがあげられる。
【００５８】
偏光分離手段は、前記した多層膜やコレステリック液晶相の単独層からなっていてもよいし、それらをプラスチックフィルムやガラス板等の透明基材で支持又は挾持した積層体やセルなどの適宜な形態を有するものであってよい。コレステリック液晶相としては、取扱性などの点よりコレステリック液晶ポリマーからなるものが特に好ましい。
【００５９】
偏光分離手段、特にコレステリック液晶相からなる偏光分離手段は、２層以上の重畳物からなっていてもよい。重畳化は、分離機能の広波長域化や斜め入射光の波長シフトに対処する点等より有利であり、その場合には所定外の円偏光として反射する光の中心波長が異なる組合せで重畳することが好ましい。
【００６０】
ちなみに選択反射の中心波長が３００〜９００nmのコレステリック液晶層を同じ偏光方向の円偏光を反射する組合せで、かつ選択反射の中心波長が異なる、就中それぞれ５０nm以上異なる組合せで用いて、その２〜６種類を重畳することで可視光域等の広い波長域をカバーできる偏光分離手段を効率的に形成することができる。
【００６１】
前記の同じ偏光方向の円偏光を反射するもの同士の組合せで重畳物とする点は、各層で反射される円偏光の位相状態を揃えて各波長域で異なる偏光状態となることを防止し、利用できる状態の偏光の増量を目的とするものである。なおコレステリック液晶層の重畳には、製造効率や薄膜化などの点より液晶ポリマーの使用が特に有利である。
【００６２】
本発明において図７に例示の如く、円偏光を選択的に分離する偏光分離手段６の上方に直線偏光変換手段６１を設けた場合には、偏光分離手段より出射した円偏光の位相を変化させることができる。従ってその位相変化が１／４波長に相当する波長の光は直線偏光に変換され、他の波長光は楕円偏光に変換される。変換されたその楕円偏光は、前記の直線偏光に変換された光の波長に近いほど扁平な楕円偏光となる。かかる結果、偏光板を透過しうる直線偏光成分を多く含む状態の光が直線偏光変換手段より出射される。
【００６３】
前記の如く、偏光分離手段上に必要に応じて配置する直線偏光変換手段は、偏光分離手段より出射した円偏光を直線偏光成分の多い状態に変換することを目的とするものである。直線偏光成分の多い状態に変換することにより、偏光板を透過しやすい光とすることができる。この偏光板は、例えば液晶表示装置の場合、液晶セルに対する視野角の変化で発生する偏光特性の低下を防止して表示品位を維持する光学素子や、より高度な偏光度を実現してよりよい表示品位を達成する光学素子などとして機能するものである。
【００６４】
すなわち前記において、偏光板を用いずに、偏光分離手段よりの出射円偏光をそのまま液晶セルに入射させて表示を達成することは可能であるが、偏光板を介することで前記した表示品位の向上等をはかりうることから必要に応じて偏光板が用いられる場合がある。その場合に、偏光板に対する透過率の高いほど表示の明るさの点より有利であり、その透過率は偏光板の偏光軸（透過軸）と一致する偏光方向の直線偏光成分を多く含むほど高くなるので、それを目的に直線偏光変換手段を介して偏光分離手段よりの出射偏光を所定の直線偏光に変換するものである。
【００６５】
ちなみに通例のヨウ素系偏光板に自然光や円偏光を入射させた場合、その透過率は約４３％程度であるが、直線偏光を偏光軸を一致させて入射させた場合には８０％を超える透過率を得ることができ、従って光の利用効率が大幅に向上して明るさに優れる液晶表示などが可能となる。
【００６６】
直線偏光変換手段としては、その偏光特性に応じて適宜なものを用いうる。円偏光の場合には、その位相を変化させうる位相差層が好ましく用いうる。その位相差層としては、偏光分離手段より出射した円偏光を、１／４波長の位相差に相当して直線偏光を多く形成しうると共に、他の波長の光を前記直線偏光と可及的にパラレルな方向に長径方向を有し、かつ可及的に直線偏光に近い扁平な楕円偏光に変換しうるものが好ましい。
【００６７】
前記の如き位相差層を用いることにより、その出射光の直線偏光方向や楕円偏光の長径方向が偏光板の透過軸と可及的に平行になるように配置して、偏光板を透過しうる直線偏光成分の多い状態の光を得ることができる。位相差層は、適宜な材質で形成でき透明で均一な位相差を与えるものが好ましく、一般には位相差板が用いられる。
【００６８】
位相差層にて付与する位相差は、偏光分離手段より出射される円偏光の波長域などに応じて適宜に決定しうる。ちなみに可視光域では波長範囲や変換効率等の点より、殆どの位相差板がその材質特性より正の複屈折の波長分散を示すものであることも加味して、その位相差が小さいもの、就中１００〜２００nm、特に１００〜１６０nmの位相差を与えるものが好ましく用いうる場合が多い。
【００６９】
位相差板は、１層又は２以上の重畳層として形成することができる。１層からなる位相差板の場合には、複屈折の波長分散が小さいものほど波長毎の偏光状態の均一化をはかることができて好ましい。一方、位相差板の重畳化は、波長域における波長特性の改良に有効であり、その組合せは波長域などに応じて適宜に決定してよい。
【００７０】
なお可視光域を対象に２層以上の位相差板とする場合、上記の如く１００〜２００nmの位相差を与える層を１層以上の奇数層として含ませることが直線偏光成分の多い光を得る点より好ましい。１００〜２００nmの位相差を与える層以外の層は、通例２００〜４００nmの位相差を与える層で形成することが波長特性の改良等の点より好ましいが、これに限定するものではない。
【００７１】
位相差板は、例えばポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリビニールアルコール等からなるフィルムを延伸処理してなる複屈折性シートなどとして得ることができる。発光強度や発光色を広い視野角で均一に維持する点よりは、位相差層の面内における位相差の誤差が小さいほど好ましく、就中、その誤差が±１０nm以下であることが好ましい。
【００７２】
位相差層に設定する位相差や光学軸の方向は、目的とする直線偏光の振動方向などに応じて適宜に決定することができる。ちなみに１３５nmの位相差を与える位相差層の場合、円偏光の向きに応じて光学軸に対し振動方向が＋４５度又は−４５度の直線偏光（波長５４０nm）が得られる。なお位相差層が２層以上からなる場合、特にその外部側表面層を１００〜２００nmの位相差を与える層が占める場合にはその層に基づいて配置角度に設定することが好ましい。
【００７３】
上記のように本発明による偏光光源装置は、偏光分離手段による反射光（戻り光）を偏光変換による出射光として再利用することで反射ロス等を防止し、その出射光を必要に応じ位相差層等を介して直線偏光成分をリッチに含む光状態に変換することで偏光板を透過しやすくして吸収ロスを防止し、光利用効率の向上をはかりうるようにしたものである。
【００７４】
従って本発明による面光源装置や偏光光源装置は上記の如く、光の利用効率に優れて明るくて垂直性に優れる光を提供し、大面積化等も容易であることより液晶表示装置等におけるバックライトシステムなどとして種々の装置に好ましく適用でき、明るくて見やすく低消費電力の液晶表示装置等を得ることができる。
【００７５】
図８に本発明による偏光光源装置７をバックライトシステムに用いた液晶表示装置８を例示した。８１が下側の偏光板、８２が液晶セル、８３が上側の偏光板、８４が拡散板である。下側の偏光板８１や拡散板８４は、必要に応じて設けられる。
【００７６】
液晶表示装置は一般に、液晶シャッタとして機能する液晶セルとそれに付随の駆動装置、偏光板、バックライト、及び必要に応じての補償用位相差板等の構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。本発明においては、上記した面光源装置又は偏光光源装置を用いる点を除いて特に限定はなく、従来に準じて形成することができる。特に、直視型の液晶表示装置を好ましく形成することができる。
【００７７】
従って用いる液晶セルについては特に限定はなく、適宜なものを用いうる。偏光光源装置を用いる場合には、偏光状態の光を液晶セルに入射させて表示を行うものに有利に用いられ、例えばツイストネマチック液晶やスーパーツイストネマチック液晶を用いた液晶セル等に好ましく用いうるが、非ツイスト系の液晶や二色性染料を液晶中に分散させたゲストホスト系の液晶、あるいは強誘電性液晶を用いた液晶セルなどにも用いうる。液晶の駆動方式についても特に限定はない。
【００７８】
なお高度な直線偏光の入射による良好なコントラスト比の表示を得る点よりは偏光板として、特にバックライト側の偏光板として、例えばヨウ素系や染料系の吸収型直線偏光子などの如く偏光度の高いものを用いたものが好ましい。また液晶表示装置の形成に際しては、例えば視認側の偏光板の上に設ける拡散板やアンチグレア層、反射防止膜、保護層や保護板、あるいは液晶セルと偏光板の間に設ける補償用の位相差板などの適宜な光学素子を適宜に配置することができる。
【００７９】
前記の補償用位相差板は、複屈折の波長依存性などを補償して視認性の向上等をはかることを目的とするものである。本発明においては、視認側又は／及びバックライト側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応じて配置される。なお補償用の位相差板としては、波長域などに応じて適宜なものを用いることができ、１層又は２層以上の重畳層として形成されていてよい。
【００８０】
本発明において、上記した面光源装置や偏光光源装置や液晶表示装置を形成する光路制御板や導光板、偏光分離手段や液晶セル、偏光板等の光学素子ないし部品は、全体的又は部分的に積層一体化されて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置したものであってもよい。なお面光源装置の上面には種々の拡散板などを配置しうるが、偏光光源装置の場合には偏光特性を維持しうる拡散板などがその上面に配置しうる。
【００８１】
【実施例】
参考例１
アクリル系の主鎖を有するガラス転移温度が５７℃の側鎖型コレステリック液晶ポリマーを、トリアセチルセルロースフィルムのポリイミドラビング処理面にスピンコート方式で成膜後、１４０℃で３０秒間加熱後さらに１２０℃で５分間加熱して急冷し、鏡面状の選択反射状態を呈する偏光分離板を得た。これは、４２０〜５０５nmの波長範囲で良好な選択反射性を示し、この領域で９０％以上を正反射方向に選択反射するものであった。
【００８２】
参考例２
ガラス転移温度が相違する側鎖型コレステリック液晶ポリマーを用いて参考例１に準じて、５００〜５９０nm又は５９５〜７０５nmの波長範囲で良好な選択反射性を示し、この領域で９０％以上を正反射方向に選択反射する２種の偏光分離板を得た。
【００８３】
参考例３
参考例１及び参考例２で得た３種の偏光分離板を選択反射の波長順序で積層して重畳型の偏光分離板を得た。これは、４２０〜７０５nmの波長範囲で良好な選択反射性を示し、この領域で９０％以上を正反射方向に選択反射するものであった。
【００８４】
参考例４
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を加熱熔融させて所定のプリズム構造を形成した１００℃の金属金型に注入し、１分間放置後徐冷して導光板を得た。この導光板は、幅１９５mm、奥行１５０mm、光源配置側面の厚さ３mm、その対向端の厚さ１mmであり、出射面（上面）は平坦、下面は光源配置側面からその対向端に向かって平面に近い下側に突出した湾曲面（図４ｂ）の全面に光源配置側面に平行な凸部（図５ａ）を２２５μmの周期で有し、その下り斜面の傾斜角が約５度で上り斜面の傾斜角約４０度であり、下り斜面／上り斜面の出射面に対する投影面積比が８／１のものである。
【００８５】
参考例５
所定の溝形状を形成した金型の表面に、反応開始剤約１重量％配合のＰＭＭＡを塗布し、その上にポリエステルフィルムを配置して高圧水銀ランプを照射しＰＭＭＡを硬化させ、金型より剥離してポリエステルフィルム上にＰＭＭＡの硬化層からなる光路制御層を有する光路制御板を得た。その光路制御層は、傾斜角が１０度の緩斜面と８０度の急斜面を３０μmの周期で有するものである。
【００８６】
参考例６
参考例５に準じ緩斜面の傾斜角が２０度の光路制御板を得た。
【００８７】
参考例７
参考例５に準じ緩斜面の傾斜角が３５度の光路制御板を得た。
【００８８】
参考例８
参考例５に準じ急斜面の傾斜角が６０度の光路制御板を得た。
【００８９】
参考例９
ポリエステルフィルムに代えて、トリアセチルセルロースフィルムを用いたほかは参考例５に準じて光路制御板を得た。
【００９０】
参考例１０
参考例５に準じ緩斜面の傾斜角が４５度の光路制御板を得た。
【００９１】
参考例１１
参考例５に準じ急斜面の傾斜角が４５度の光路制御板を得た。
【００９２】
参考例１２
参考例５に準じ緩斜面と急斜面の傾斜角が４５度の光路制御板を得た。
【００９３】
参考例１３
２枚のガラス板を２０度の交差角で配置し、その間にＰＭＭＡを充填してウェッジ板を得た。
【００９４】
実施例１
参考例４で得た導光板の所定側面に直径３mmの冷陰極管を配置して銀蒸着を施したポリエステルフィルムからなる光源ホルダにて包囲し、導光板の下面に光源ホルダと同素材の反射シートを銀蒸着層側を介し配置し、導光板の出射面に参考例５で得た光路制御板をプリズム面を下にして、かつ緩斜面の肉厚側を光源側にして配置して面光源装置を得た。なお光路制御板は、その溝が導光板の光源配置側面（プリズム方向）に対して１０度の交差角となるように設置した。
【００９５】
実施例２
光路制御板をその溝が導光板の光源配置側面に対して５度の交差角となるように設置したほかは実施例１に準じて面光源装置を得た。
【００９６】
実施例３
光路制御板をその溝が導光板の光源配置側面に対して３５度の交差角となるように設置したほかは実施例１に準じて面光源装置を得た。
【００９７】
実施例４
光路制御板をその溝が導光板の光源配置側面と平行となるように設置したほかは実施例１に準じて面光源装置を得た。
【００９８】
実施例５
参考例６で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【００９９】
実施例６
参考例７で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１００】
実施例７
参考例８で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０１】
実施例８
参考例９で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０２】
比較例１
参考例１０で得た光路制御板をプリズム面を上にして用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０３】
比較例２
参考例１１で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０４】
比較例３
参考例１２で得た光路制御板をプリズム面を上にして用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０５】
比較例４
光路制御板に代えて、参考例１３で得たウェッジ板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０６】
比較例５
光路制御板を配置しないほかは実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０７】
実施例９
実施例５で得た面光源装置の光路制御板の上に参考例３で得た偏光分離板を配置して偏光光源装置を得た。
【０１０８】
実施例１０
実施例８で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準じて偏光光源装置を得た。
【０１０９】
比較例６
比較例３で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準じて偏光光源装置を得た。
【０１１０】
比較例７
比較例５で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準じて偏光光源装置を得た。
【０１１１】
評価試験１
最大輝度と方向
実施例１〜８、比較例１〜５で得た面光源装置の光源を点灯し、中央部における最大輝度とその方向を輝度計（トプコン社製、ＢＭ−７）を用いて調べた。
【０１１２】
モアレ
実施例１〜８、比較例１〜５で得た面光源装置の上に、白状態のＴＦＴ液晶セルを配置し、モアレの発生状態を調べて、強いものを５、弱いものを１として５段階評価した。また光路制御板と導光板の間にヘイズが６０％の拡散板を配置した面光源装置を形成して、同様にモアレを調べた。
【０１１３】
前記の結果を表１に示した。
【表１】
┏━━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━┓
┃ ┃最大輝度┃最大輝度┃ モ ア レ ┃
┃ ┃(cd／m２)┃方向(度)┣━━━━┳━━━━┫
┃ ┃ ┃ ┃拡散板無┃拡散板有┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例１ ┃２２４０┃ ６ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例２ ┃２２５０┃ ５ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例３ ┃１９９０┃ ９ ┃ １ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例４ ┃２２７０┃ ５ ┃ ４ ┃ ２ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例５ ┃２１９０┃ ３ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例６ ┃２０４０┃ −１ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例７ ┃２０９０┃ ６ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例８ ┃２２９０┃ ６ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例１ ┃１８７０┃ ６５ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例２ ┃１７３０┃ ６ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例３ ┃１５２０┃ ４７ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例４ ┃２３１０┃ ４ ┃ ５ ┃ ３ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例５ ┃２３９０┃ １１ ┃ ５ ┃ ３ ┃
┗━━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┛
【０１１４】
（削除）
【０１１５】
評価試験２
輝度特性
実施例５，８、比較例３，５で得た面光源装置の上に、白状態のＴＦＴ液晶セルを配置し、正面（垂直）方向の輝度、及び最大輝度とその方向を輝度計を用いて調べた。
【０１１６】
輝度特性
実施例９，１０、比較例６，７で得た偏光光源装置の上に、位相差が１３５ｎｍの位相差板を配置し、その上に白状態のＴＦＴ液晶セルを配置して、正面方向の輝度を輝度計を用いて調べた。なお位相差板は、その光軸が偏光板の光軸に対し４５度となるように配置し、透過率が最大となるように設置した。
【０１１７】
前記の結果を表２に示した。
【表２】
┏━━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━┓
┃ ┃正面輝度┃最大輝度┃最大輝度┃
┃ ┃(cd／m２)┃(cd／m２)┃方向(度)┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例５ ┃ １０１ ┃ １０４ ┃ ３ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例８ ┃ ９８ ┃ １０８ ┃ ６ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例９ ┃ １３８ ┃ − ┃ − ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例１０┃ １４７ ┃ − ┃ − ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例３ ┃ １９ ┃ ６１ ┃−４０ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例５ ┃ ７９ ┃ １０５ ┃ ９ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例６ ┃ ４２ ┃ − ┃ − ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例７ ┃ １４２ ┃ − ┃ − ┃
┗━━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┛
【０１１８】
（削除）
【０１１９】
表１より、実施例の面光源装置では、光路制御層を有しない場合（比較例５）に比べて、少ない最大輝度の低下、従って導光板出射光の殆どが光路制御層を介してより垂直性に優れる方向に光路が変換されていることがわかる。なお比較例１，３でプリズム面を上側としたのは、下側としたのでは垂直方向への光路変換ができないためである。比較例１〜３での最大輝度の大きな低下は、急斜面に入射した光の影響が大きく、比較例１，３では緩斜面入射光が反射により導光板側に戻るため、比較例２では急斜面への入射光量が大きくなるためと考えられ、出射角を加味した場合、有効利用できる光量はさらに低くなる。
【０１２０】
また実施例３より、溝方向とプリズム方向の交差角は３５度が略限界で、これより大きくなると急斜面が向いた方向の偏りが大きくなり指向性が低下して垂直方向の最大輝度の低下を招くことがわかる。さらに表２より、実施例の面光源装置及び偏光光源装置では、比較例に比べて正面輝度に優れて最大輝度との差も小さく、明るい表示が達成されていることがわかる。
【０１２１】
モアレについては、光路制御層を有しない場合に比べて、実施例１〜３，５〜８及び比較例１〜３とも光路制御層の介在で大きく改善されていることがわかる。なお実施例４より、溝方向とプリズム方向が平行では輝線の細分化効果に乏しくてモアレの防止効果が低下するものの、拡散板の配置で実用レベルに達することがわかる。しかし比較例４のウェッジ板では、モアレの抑制に何の有効性もないことがわかる。
【０１２２】
上記の結果より総合的に、本発明では光路制御層を介して輝度や指向性の低下を抑制しつつ導光板出射光を視認に有効な正面方向に効率よく光路変換でき、光の有効利用効率に優れる面光源装置やより光の有効利用効率に優れる偏光光源装置を得ることができ、モアレが少なく明るくて見やすい高表示品位の液晶表示装置を形成できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 光路制御層例の側面説明図
【図２】 他の光路制御層例の側面説明図
【図３】 面光源装置例の側面説明図
【図４】 導光板例の側面説明図
【図５】 微細プリズム状凹凸例の側面説明図
【図６】 発光状態の説明図
【図７】 偏光光源装置例の側面説明図
【図８】 液晶表示装置例の側面説明図
【図９】 従来例の側面説明図
【符号の説明】
１：光路制御層
１１：溝
１２：緩斜面
１３：急斜面
１４：透明基材
２：拡散層
３：導光板
２１：上面（出射面）
２２，２６，２７：下面
２８，２９：凸部
３０：凹部
３１，３３（３４），３７：下り斜面
３２，３５，３６：上り斜面
２３：光源配置側面
３８：輝部
３９：暗部
４：光源
５：反射層
７：偏光光源装置
６：偏光分離手段
６１：直線偏光変換手段
８：液晶表示装置
８１，８３：偏光板
８２：液晶セル
８４：拡散板
【発明の技術分野】
本発明は、液晶表示装置等におけるモアレの防止や視認性の向上に有用な光路制御層を用いた発光の均一性や光の有効利用効率に優れる面光源装置や偏光光源装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
カラー化や高精細化等に伴い液晶セル等の光透過率が低下する一方で、明るくて見やすい液晶表示装置等が求められており、それを可能とする低消費電力で薄型ないし小型軽量のバックライトの提供が重要な課題となる中、本発明者らが属するグループは先にその解決を目的に、上下面の少なくとも一方に微細プリズム状凹凸を周期的に有して、側面からの入射光を上下面の一方より指向性よく出射するサイドライト型バックライト形成用の導光板を提案した（特願平７−３２１０３６号）。
【０００３】
しかしながら、図６に例示した如く前記の導光板３では光の利用効率を高めるための構造に基づいてその発光が必然的に輝部３８と暗部３９の縞模様となる難点があり、輝部が液晶セル等の画素と干渉してモアレが発生し、表示がギラギラして品位に劣り、また出射光の指向性が液晶表示装置の視認に有利な方向とはズレがある問題点があった。
【０００４】
前記のモアレ問題は、導光板における微細プリズム状凹凸の周期を画素サイズよりも１／５以下等に充分に小さくすることで解決しうる。ちなみに１００μm×３００μmの画素サイズに対しては、２０μm以下の微細プリズム状凹凸の周期とすることでモアレを解決しうる。
【０００５】
しかし前記の場合、その微細プリズム状凹凸の周期は、干渉や回折を生じやすいものとなり、光出射率の低下や光の分散で表示品位が低下することとなる難点があり、またプリズム状凹凸の微細度が増してその高さを数μm以下、就中１μm以下とする必要が生じ、導光板の製造が困難になると共に、プリズムの丸み等で出射特性も低下しやすくなる難点があった。
【０００６】
一方、モアレ問題を拡散板により発光を平準化して解決する公知方式の適用では前記導光板の利点を減殺する難点があった。すなわち拡散板を介した輝部と暗部の縞模様の平準化では、その拡散特性がガウス分布的であることよりモアレの解消に広範囲の拡散性が要求され、そのために出射光の指向性が低下し液晶表示装置の視認に有利な方向の出射光量が低減して有効利用できる光量が低下し、その光出射の位置や方向の修正制御も困難な難点があり、また後方散乱により光利用効率も低下する難点があった。
【０００７】
他方、上記した出射光の指向性問題は、出射光の最大強度方向が視認に最も有利な出射面の垂直方向ではなく、その垂直方向よりも光源から遠ざかる方向に若干の角度、通例５〜２０度の角度をもち、その方向は液晶セルの光透過率が低く、表示の反転率も高いために光の有効利用効率や表示品位の点で改善が望まれることを意味する。
【０００８】
プリズムシートを介した光路制御方式が提案されているが、従来のプリズムシートで前記した指向性問題を克服することは困難である。すなわち図９の如く従来のプリズムシート９は、傾斜角が約４５度の二斜面９１からなる溝よりなり、導光板を５〜２０度の角度で出射した光αは、その二斜面９１に略同確率で入射して二つの光路に分散され（α1）、大きい角度の出射光α3となるか、全反射による導光板への戻り光α4となる。
【０００９】
従って、出射光αの殆どが目的とする垂直性に優れる光路方向β2の出射光とはならず、光の有効利用効率は大きく低下する。出射光がβ2の光路方向を採るのは、入射角が４０度程度の大きい角度の入射光βであり、よって従来のプリズムシートでは、導光板よりの出射角が約２０度以下の近垂直光をより垂直性に優れる方向に光路変換することは困難である。また特開平９−１４６０９２号公報に記載の、楔型導光体上に偏光分離手段と光路変換手段を順次備えた照明装置にては、その偏光分離手段の配置によってはその上に配置した光路変換手段が透過偏光を乱して光の利用効率が低下し、そのような配置状態は好ましくない。さらに導光板出射光も大きい角度方向が想定されており、近垂直光のより垂直性化は困難である。
【００１０】
【発明の技術的課題】
本発明は、出射光が垂直方向に近い指向性を示して輝部と暗部の縞模様を形成する導光板を液晶セルに適用した場合に画素との間でモアレの生じることを防止できて表示品位に優れる液晶表示装置を形成でき、導光板からの前記出射光を液晶表示装置の視認に有利な垂直方向に近づけることを課題とする。
【００１１】
【課題の解決手段】
本発明は、上面、それに対向する下面、及び上面と下面間の光源配置側面を有する板状物の上下面の少なくとも一方に、その光源配置側面に沿う方向の微細プリズム状凹凸を周期的に有して、側面に配置した光源からの入射光を上下面の一方より輝部と暗部の縞模様として出射する導光板の光出射側に、平面に対する傾斜角が５〜３５度の緩斜面と６０度以上の急斜面とからなる筋状の溝を周期的に、就中１０〜８０μmの周期で有する光路制御層を配置してなり、その光路制御層の溝が前記導光板の微細プリズム状凹凸に対し５〜４０度の角度で交差し、かつ当該溝の緩斜面が前記光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態にあることを特徴とする面光源装置を提供するものである。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、光路制御層の溝が導光板に基づく輝線を細分して輝線の発光間隔を短縮し、微細プリズム状凹凸の周期を微細化した如き作用をなすと共に、溝を形成する特に緩斜面を介した輝線の屈折で暗部との輝度差が平準化されて液晶セルの画素との干渉によるモアレを低減でき、溝周期に基づく回折による球面波によってもモアレを抑制することができる。
【００１３】
また導光板より出射した指向性の輝線の殆どが溝の緩斜面に入射し、そのウェッジ板機能に基づいて透過光の光路が緩斜面の肉厚方向に指向性よく変換される。従って、溝の緩斜面が光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態に光路制御層を配置することにより、導光板より出射した指向性の輝線の光路を屈折を介して、より垂直方向に近い状態に指向性よく変換でき、拡散による輝度の低下を防止しつつ、しかも導光板より出射した輝線の指向性を拡散や分散で崩すことなく良好に維持して光路変換でき、導光板出射光を損失の少ない状態で、かつ垂直性に優れる状態で利用できて光の有効利用効率に優れている。
【００１４】
前記の結果、光利用効率に優れて明るい光を提供するものの、モアレの発生原因となる縞状の輝線発光と出射光の指向性がズレていることの難点がある導光板の利点を活かした難点の克服が可能となり、液晶表示装置等の視認性の向上に有効な方向の出射光を光利用効率よく提供するバックライトシステムの形成が可能となり、明るくて見やすく低消費電力の液晶表示装置を形成することができる。
【００１５】
【発明の実施形態】
本発明の面光源装置は、上面、それに対向する下面、及び上面と下面間の光源配置側面を有する板状物の上下面の少なくとも一方に、その光源配置側面に沿う方向の微細プリズム状凹凸を周期的に有して、側面に配置した光源からの入射光を上下面の一方より輝部と暗部の縞模様として出射する導光板の光出射側に、平面に対する傾斜角が５〜３５度の緩斜面と６０度以上の急斜面とからなる筋状の溝を周期的に有する光路制御層を配置してなり、その光路制御層の溝が前記導光板の微細プリズム状凹凸に対し５〜４０度の角度で交差し、かつ当該溝の緩斜面が前記光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態にあるものからなる。その光路制御層の例を図１、図２に示した。１が光路制御層であり、１１が溝、１２がその緩斜面、１３がその急斜面である。また１４は透明基材、２は拡散層である。本発明における光路制御層は、シート状物等からなる独立の光路制御板や、導光板等の光学部品に直接形成した部品付属層などの適宜な形態で形成することができる。
【００１６】
光路制御層における緩斜面は、ウェッジ板機能による光路変更の主体をなす部分であり、この部分に可及的に多くの、理想的には１００％の光が入射する構造が光の有効利用効率の向上の点より好ましい。かかる点より、緩斜面の傾斜角θ1は平面を基準に５〜３５度とされる。その角度が５度未満では光路変更の効果に乏しく、３５度を超えると同じ周期とした場合の平面に対する投影面積が減少し、急斜面のそれが相対的に大きくなって緩斜面への入射効率に乏しくなる。
【００１７】
緩斜面の傾斜角は、前記範囲において導光板出射光等のそれに入射する光の角度に応じて適宜に決定しうる。図１に例示の如く光路制御層１への入射角αが約２０度以下、就中５〜２０度である場合に、垂直方向への光路の変更性（α1，α2）や光の指向性などの点より好ましい緩斜面の傾斜角は、７〜３０度、就中１０〜２５度である。
【００１８】
一方、急斜面は、それに入射した光が有効利用できないロス光となるため、それに入射する光を可及的に抑制する点などより平面を基準に６０度以上の傾斜角θ2とされる。入射光の抑制などの点より急斜面の好ましい傾斜角は、７５〜１１０度、就中８５〜９０度である。
【００１９】
緩斜面及び急斜面は、平面である必要はなく、前記の傾斜角を維持する範囲で曲面などからなっていてもよいが、それらからなる溝は筋状に周期的に形成される。その周期は、光路の制御を目的とする入射光の特性などに応じて適宜に決定しうるが、一般には溝の形成性や輝線の細分化などの点より８０μm以下、就中６５μm以下、特に１０〜５０μmとされる。ちなみに１０μm未満の周期では、溝の深さを５μm以下とする必要が生じて高精度の製造の困難性が大きくなる。緩斜面を急斜面を介して周期的に有する溝形状とすることにより、光路制御層を薄型化することができる。
【００２０】
光路制御層は、入射光の波長領域などに応じてそれに透明性を示す適宜な材料を用いて適宜な方法により形成することができる。ちなみに可視光域では、例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂等で代表される透明樹脂やガラスなどを用いうる。
【００２１】
量産性等の点より光路制御層の好ましい製造方法は、所定の溝形状を形成しうる金型やロールを熱可塑性樹脂に加熱下に押付て形状を転写する方法、所定の溝形状を形成しうる型やロールに熱や紫外線ないし放射線等で重合処理しうる液状樹脂を、充填ないし流延して重合処理する方法や透明基材上に塗布しながら、あるいは塗布後に重合処理する方法、加熱溶融させた熱可塑性樹脂あるいは熱や溶媒を介して流動化させた樹脂を所定の溝形状に成形しうる金型に射出方式等で充填する方法などがあげられる。
【００２２】
なお本発明において光路制御層は、図２に例示の如く例えば透明基材１４の上に所定の溝を塗布形成したものの如く、同種又は異種の材料の積層体などとして形成されていてもよく、１種の材料による一体的単層物として形成されている必要はない。透明基材としては、例えば厚さが３０〜５００μmのプラスチックフィルムなどの適宜なものを用いうる。
【００２３】
光路制御層の厚さは、使用目的などにより適宜に決定できるが、一般には薄型化などを目的に１mm以下、就中５〜５００μm、特に１０〜２００μmとされる。光路制御層が光路制御板等として形成される場合、緩斜面と急斜面からなる溝形状は、表裏の両面に有していてもよい。また緩斜面と急斜面からなる溝形状を設ける面は、平面や局面等の適宜な面形態を有していてよく、特に限定はない。
【００２４】
図２に例示した如く光路制御層１には、必要に応じてその片面又は両面に拡散層２を設けることもできる。拡散層は、上記した如く輝部と暗部の平準化による拡散効果でモアレのさらなる抑制を目的とするが、その場合に拡散角の小さいもの、すなわち拡散性の低いものを用いることにより拡散による指向性の低下などを抑制することができる。
【００２５】
上記した光路制御層は、種々の入射光に対しその入射角に応じた光路変更を行い、本発明は、その光路制御層を用いて面光源装置を形成したものである。図３にその面光源装置の例を示した。これは、側面に配置した光源４からの入射光を上下面の一方より輝部と暗部の縞模様として出射する導光板３の光出射側に、光路制御層１を設けたものである。
【００２６】
導光板としては、光の利用効率に優れて明るい面光源を得る点などより、板状物の上下面の少なくとも一方に、光源配置の側面に沿う方向の微細プリズム状凹凸を周期的に、好ましくは５０〜５００μmの周期で有する導光板が用いうる。
【００２７】
前記導光板の例を図４（ａ）〜（ｃ）に示した。また微細プリズム状凹凸の例を図５（ａ）〜（ｃ）に示した。図４において、２１が上面、２２，２６，２７が下面、２３が光源配置側面、２４が横側面、２５が光源配置側面２３に対向する側端部である。また図５において、２８，２９は凸部、３０は凹部であり、３１，３３（３４），３７が下り斜面、３２，３５，３６が上り斜面である。
【００２８】
導光板は、上面、それに対向する下面、及び上面と下面間の光源配置側面を有する板状物よりなる。板状物は、同厚板等でもよいが、好ましくは図例の如く、光源配置側面２３に対向する側端部２５の厚さが光源配置側面のそれよりも薄いもの、就中５０％以下の厚さとしたものである。
【００２９】
前記した対向側端部の薄厚化により、図５（ａ）に示した太矢印の如く、光源配置側面より入射した光が伝送端としての当該対向側端部に至るまでに、下面の上り斜面に効率よく入射し、その反射を介し上面より出射して入射光を目的面に効率よく供給でき、また導光板を軽量化することができる利点などがある。ちなみに、下面が図４（ａ）の如き直線面の場合、均一厚の導光板の約７５％の重量とすることができる。
【００３０】
前記板状物の上下面の少なくとも一方に設けられる微細プリズム状凹凸は、光源配置側面に沿う方向の斜面にて凸部又は凹部として周期的に形成される。なお凸部又は凹部は、その凸部又は凹部を形成する斜面の下面との交点を結ぶ直線２０に基づき、斜面の交点（頂点）が当該直線よりも突出しているか（凸）、窪んでいるか（凹）による。
【００３１】
また前記の凸部又は凹部を形成する斜面は、下面との交点と頂点を結ぶ直線に基づいて下り斜面と上り斜面からなるものとされる。これにより、上り斜面に直接入射する伝送光に加えて、下り斜面に入射してその反射を介し上り斜面に入射する伝送光もその上り斜面を介した反射にて出射面に供給することができ、その分の光利用効率の向上をはかりうる。なお前記の下り斜面又は上り斜面は、光源から遠ざかる方向に下り傾斜の斜面であるか、上り傾斜の斜面であるかによる。
【００３２】
微細プリズム状凹凸を設ける導光板の面は通例、上記した如く傾斜面とされるが、その傾斜形状は任意であり、図４（ａ）に例示の如き直線面や、図４（ｂ），（ｃ）に例示の如き曲面などのように適宜な面形状とすることができる。直線面でない場合、出射光の出射方向を均一化する（指向性）点などよりは、微細プリズム状凹凸を設ける面の全位置で平均傾斜角度より５度以内の範囲にあることが好ましい。
【００３３】
微細プリズム状凹凸を形成する凸部又は凹部の形状も、図５（ａ）〜（ｃ）に例示した如く直線状の斜面で形成されている必要はなく、屈折面や湾曲面等を含む斜面にて形成されていてもよい。また凸部又は凹部は、面の全体で凸凹やその形状等が同じである必要はなく、出射光の垂直性の向上等の点よりは、光源配置側から徐々にその形状や角度が変化する構造が好ましく、特に上り斜面の導光板平面に対する傾斜角が光源側より順次増大する構造が好ましい。
【００３４】
凸部又は凹部の周期は、出射光におけるストライプ状の輝線の間隔に関係し、面全体における明るさの平均化などの点よりその周期は、上記したように５００μm以下、就中１０〜４００μm、特に５０〜３００μmが好ましい。
【００３５】
また凸部又は凹部を形成する上記した下り斜面は、図５（ａ）に例示の如くその導光板平面に対する傾斜角θ3が１０度以下、就中５度以下、特に２度以下であることが好ましい。なお図５（ｂ）に例示の如く、下り斜面は当該傾斜角が０度であることも許容する。図例では傾斜角０度の部分３４を部分的に設けてあるが、垂直面等からなる段差部分を介して上り斜面間の全体が傾斜角０度の水平面であってもよい。従って本発明における下り斜面には傾斜角０度の水平面も含まれる。かかる傾斜角の範囲とすることにより、図５（ａ）に折線矢印で例示した如く、当該傾斜角より大きい角度で伝送される光が下り斜面３１に入射して反射され、その場合に当該下り斜面の傾斜角に基づいて出射面２１により平行な角度で反射されて上り斜面３２に入射し、反射されて出射面より出射する。
【００３６】
前記の結果、上り斜面に入射する光の入射角を一定化でき、反射角のバラツキを抑制できて出射光の平行光化をはかることができる。従って、凸部又は凹部を形成する下り斜面と上り斜面の当該傾斜角を調節することにより、出射光に指向性をもたせることができ、それにより出射面に対して垂直方向に近い角度で光を出射させることが可能になる。
【００３７】
一方、凸部又は凹部を形成する上記した上り斜面は、図５（ａ）に例示の如く導光板平面に対する傾斜角θ4が３０〜５０度、就中３５〜４５度であることが好ましい。かかる傾斜角の範囲とすることにより、図５（ａ）に折線矢印で例示した如く、直接又は下り斜面を介して入射する伝送光をその上り斜面３２を介し出射面２１に対して垂直に近い角度で反射して、光を効率よく出射させることができる。上り斜面の傾斜角が前記範囲外では垂直方向とのずれが大きくなり、出射光に垂直に近い指向性をもたせることが困難で、伝送光の出射効率（利用効率）が低下する場合がある。
【００３８】
導光板における光源配置側面の形状については、特に限定はなく、適宜に決定してよい。一般には、出射面に対して垂直な面とされるが、例えば湾曲凹形などの光源の外周等に応じた形状として、入射光率の向上をはることもできる。また、光源との間に介在する導入部を有する面構造などとすることもできる。その導入部は、光源などに応じて適宜な形状とすることができる。
【００３９】
導光板は、光源の波長領域に応じてそれに透明性を示す適宜な材料にて形成でき、その材料や製造方法については、上記した光路制御層で例示したものなどがあげられる。なお導光板は、例えば光の伝送を担う導光部に微細プリズム状凹凸を形成したシートを接着したものの如く、異種材料の積層体などとして形成されていてもよく、１種の材料による一体的単層物として形成されている必要はない。導光板の厚さは、使用目的による導光板のサイズや光源の大きさなどにより適宜に決定することができる。液晶表示装置等に用いる場合の一般的な厚さは、その光源配置側面に基づき２０mm以下、就中０．１〜１０mm、特に０．５〜８mmである。
【００４０】
導光板の微細プリズム状凹凸を設けた面には、図３に例示の如く必要に応じて反射層５、好ましくは金属反射層を付設することもできる。かかる反射層は、微細プリズム状凹凸形成面からの漏れ光の発生を防止して出射効率の向上に有効である。また偏光分離手段と組合せた偏光光源装置の場合には、偏光変換手段としても機能する。
【００４１】
前記の偏光変換手段として機能させる場合には、金属からなる反射層が特に好ましい。かかる金属反射層によれば、反射時に偏光特性を効率的に反転させることができ、その偏光変換効率が屈折率相違の界面を介した全反射や拡散反射による場合よりも優れている。ちなみに金属面に概ね垂直に円偏光が入射すると、円偏光の左右の変換効率は１００％近い値となる。
【００４２】
偏光変換効率の点より好ましい金属反射層は、アルミニウム、銀、金、銅又はクロムなどからなる高反射率の金属の少なくとも１種を含有する金属面を有するものである。導光板との密着性に優れる金属反射層は、バインダ樹脂による金属粉末の混入塗工層や、蒸着方式等による金属薄膜の付設層などとして形成することができる。金属反射層の片面又は両面には、必要に応じ反射率の向上や酸化防止等を目的とした適宜なコート層を設けることもできる。
【００４３】
導光板３の光出射側２１に設ける光路制御層１は、モアレの発生を防止する点より、その溝が導光板の微細プリズム状凹凸に対し５〜４０度の角度で交差する状態に配置され、就中７〜３０度、特に１０〜２５度の角度で交差した状態にあることが好ましく、また溝の周期が導光板の微細プリズム状凹凸の周期よりも小さい光路制御層を用いることが好ましい。前記の交差関係が垂直状態や平行状態ではモアレの解消効果に乏しく、また４０度を超えると光路制御層の溝方向における光路変更が大きくなり、出射光の方向制御性が低下して指向性に乏しくなる場合がある。一方、溝の周期が微細プリズム状凹凸の周期よりも大きいと、輝線の細分化が不充分でモアレの防止効果に乏しくなる場合がある。
【００４４】
さらに光路制御層は、図１に例示した如く導光板を出射した光をウェッジ板効果に基づいて、より垂直方向に指向性よく光路変更する点などより、溝における緩斜面が光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態に配置される。図１においては、図面左側が光源側である。
【００４５】
なお上記したように光路制御層は、導光板に直接形成されていてもよいし、光路制御板等の独立物として導光板上に配置されていてもよい。独立物の場合、本発明における光路制御層にては表裏がなく、いずれの面も導光板側とすることができて従来のプリズムシートの如く表裏相違の配置ミスを生じることがない。ただし、急斜面に入射する光の抑制などの点よりは、溝のない側を導光板側とすることが好ましい。
【００４６】
導光板の側面に配置する光源４としては、適宜なものを用いうるが例えば（冷，熱）陰極管等の線状光源や、発光ダイオード等の点光源、あるいはその線状又は面状等のアレイ体などが好ましく用いうる。低消費電力性や耐久性等の点よりは、冷陰極管が特に好ましい。面光源装置の形成に際しては、必要に応じて線状光源からの発散光を導光板の側面に導くために光源を包囲する光源ホルダ４１、均等な面発光を得るための拡散層２、漏れ光防止用の反射層５などの適宜な補助手段を適宜な位置に配置した組合せ体とすることもできる。
【００４７】
光源ホルダとしては、高反射率金属薄膜を付設した樹脂シートや金属箔などが一般に用いられる。拡散層の配置は、明暗ムラの発生を防止して明るさの均等性により優れる面光源装置の形成に有利であり、拡散板や微細凹凸面などによる適宜な拡散角の小さい拡散層として形成することができる。
【００４８】
なお反射層については、上記した反射層５に代えて、あるいはその反射層と共に、導光板の微細プリズム状凹凸の形成面に沿って反射シートを設けることもできる。その反射シートについては、導光板で説明した反射層に準じることができ、従って偏光光源装置では金属反射面を有する反射シートが好ましく用いうる。
【００４９】
上記のように本発明による面光源装置によれば、高精度に平行化された光を視認に有利な垂直性に優れる方向に出射し、光源からの光を効率よく利用して明るさに優れる偏光光源装置や、明るくて見やすく低消費電力性に優れる液晶表示装置などの種々の装置を形成でき、サイドライト型のバックライトなどとして好ましく用いうる。
【００５０】
前記した偏光光源装置は、透過及び反射による偏光分離手段を併用して、偏光特性を示さない入射光を高効率に偏光に変換して取出すことを目的とし、その場合に本発明による面光源装置は、高精度に平行化された垂直性に優れる出射光を提供して、偏光分離手段を介した戻り光を角度変化の少ない状態で初期の出射光と方向の一致性よく再出射させることを可能とする。
【００５１】
図７に本発明による偏光光源装置７を例示した。これは、上記した面光源装置における光路制御層１の上方に、透過及び反射による偏光分離手段６を配置したものからなる。実施例にては、その偏光分離手段として所定の円偏光は透過し所定外の円偏光は反射するものを用いており、拡散層を介することなく光路制御層１の直上に配置されている。なお図７において、偏光分離手段６の上面に設けた層６１は、直線偏光変換手段である。
【００５２】
前記の装置によれば、光路制御層１より出射した光が偏光分離手段６に入射し、左右の内の所定（仮に左）の円偏光は透過し、所定外（右）の円偏光は反射され、その反射光は、戻り光として光路制御層を介し導光板に再入射する。導光板に再入射した光は、下面の反射層等からなる反射機能部分で反射されて再び偏光分離手段に入射し、透過光と反射光（戻り光）に再度分離される。従って反射光としての戻り光は、偏光分離手段を透過しうる所定の円偏光となるまで偏光分離手段と導光板との間に閉じ込められて反射を繰り返す。
【００５３】
前記において、本発明による面光源装置は高精度に平行化された垂直性に優れる出射光を提供し、光路制御層の可逆性に優れる緩斜面を経由して導光板に至ることから、偏光分離手段を介した戻り光の多くが導光板の下り斜面に入射し、その緩やかな傾斜角に基づいて角度を大きく変えることなく反射し、その角度変化の少ない反射で初期の出射光と近似した方向に、従って垂直性よく再出射させることができて、初期出射光と再出射光の方向の一致性に優れ、偏光特性に優れる光をロスの少ない利用効率に優れる状態で得ることができる。
【００５４】
なお前記の如く偏光分離手段を介した戻り光は、導光板の下り斜面による反射を介して再出射させるため、偏光光源装置の形成に用いる導光板としては、その出射面に対する下り斜面の投影面積が上り斜面のそれの３倍以上、就中５倍以上、特に１０〜１００倍であるものが光の利用効率などの点より好ましい。
【００５５】
また偏光光源装置の形成に用いる導光板は、偏光分離手段を介した戻り光を下り斜面を介して効率的に反射するために導光板の光出射面でない側に反射層又は／及び反射シートを有することが好ましい。その反射層等が金属反射面を有する場合には、戻り光がそれによる反射反転により高効率に所定の偏光状態に変換され、光を効率よく取出すことができる。
【００５６】
偏光分離手段としては、上記した左右の円偏光に分離するものの如く、透過と反射を介して偏光特性が相違する状態の光に分離しうる適宜な手段を用いうる。本発明においては、完全な分離機能を有することは要しないが、透過又は反射により分離された偏光中に含まれる他の状態の偏光が少ないほど好ましい。
【００５７】
ちなみに前記した偏光分離手段の例としては、直線偏光又は円偏光を選択的に分離するものなどがあげられる。その直線偏光を選択的に分離するものの具体例としては、複屈折により反射率の異方性を示す多層膜などがあげられ、円偏光を選択的に分離するものの具体例としては、コレステリック液晶相などがあげられる。
【００５８】
偏光分離手段は、前記した多層膜やコレステリック液晶相の単独層からなっていてもよいし、それらをプラスチックフィルムやガラス板等の透明基材で支持又は挾持した積層体やセルなどの適宜な形態を有するものであってよい。コレステリック液晶相としては、取扱性などの点よりコレステリック液晶ポリマーからなるものが特に好ましい。
【００５９】
偏光分離手段、特にコレステリック液晶相からなる偏光分離手段は、２層以上の重畳物からなっていてもよい。重畳化は、分離機能の広波長域化や斜め入射光の波長シフトに対処する点等より有利であり、その場合には所定外の円偏光として反射する光の中心波長が異なる組合せで重畳することが好ましい。
【００６０】
ちなみに選択反射の中心波長が３００〜９００nmのコレステリック液晶層を同じ偏光方向の円偏光を反射する組合せで、かつ選択反射の中心波長が異なる、就中それぞれ５０nm以上異なる組合せで用いて、その２〜６種類を重畳することで可視光域等の広い波長域をカバーできる偏光分離手段を効率的に形成することができる。
【００６１】
前記の同じ偏光方向の円偏光を反射するもの同士の組合せで重畳物とする点は、各層で反射される円偏光の位相状態を揃えて各波長域で異なる偏光状態となることを防止し、利用できる状態の偏光の増量を目的とするものである。なおコレステリック液晶層の重畳には、製造効率や薄膜化などの点より液晶ポリマーの使用が特に有利である。
【００６２】
本発明において図７に例示の如く、円偏光を選択的に分離する偏光分離手段６の上方に直線偏光変換手段６１を設けた場合には、偏光分離手段より出射した円偏光の位相を変化させることができる。従ってその位相変化が１／４波長に相当する波長の光は直線偏光に変換され、他の波長光は楕円偏光に変換される。変換されたその楕円偏光は、前記の直線偏光に変換された光の波長に近いほど扁平な楕円偏光となる。かかる結果、偏光板を透過しうる直線偏光成分を多く含む状態の光が直線偏光変換手段より出射される。
【００６３】
前記の如く、偏光分離手段上に必要に応じて配置する直線偏光変換手段は、偏光分離手段より出射した円偏光を直線偏光成分の多い状態に変換することを目的とするものである。直線偏光成分の多い状態に変換することにより、偏光板を透過しやすい光とすることができる。この偏光板は、例えば液晶表示装置の場合、液晶セルに対する視野角の変化で発生する偏光特性の低下を防止して表示品位を維持する光学素子や、より高度な偏光度を実現してよりよい表示品位を達成する光学素子などとして機能するものである。
【００６４】
すなわち前記において、偏光板を用いずに、偏光分離手段よりの出射円偏光をそのまま液晶セルに入射させて表示を達成することは可能であるが、偏光板を介することで前記した表示品位の向上等をはかりうることから必要に応じて偏光板が用いられる場合がある。その場合に、偏光板に対する透過率の高いほど表示の明るさの点より有利であり、その透過率は偏光板の偏光軸（透過軸）と一致する偏光方向の直線偏光成分を多く含むほど高くなるので、それを目的に直線偏光変換手段を介して偏光分離手段よりの出射偏光を所定の直線偏光に変換するものである。
【００６５】
ちなみに通例のヨウ素系偏光板に自然光や円偏光を入射させた場合、その透過率は約４３％程度であるが、直線偏光を偏光軸を一致させて入射させた場合には８０％を超える透過率を得ることができ、従って光の利用効率が大幅に向上して明るさに優れる液晶表示などが可能となる。
【００６６】
直線偏光変換手段としては、その偏光特性に応じて適宜なものを用いうる。円偏光の場合には、その位相を変化させうる位相差層が好ましく用いうる。その位相差層としては、偏光分離手段より出射した円偏光を、１／４波長の位相差に相当して直線偏光を多く形成しうると共に、他の波長の光を前記直線偏光と可及的にパラレルな方向に長径方向を有し、かつ可及的に直線偏光に近い扁平な楕円偏光に変換しうるものが好ましい。
【００６７】
前記の如き位相差層を用いることにより、その出射光の直線偏光方向や楕円偏光の長径方向が偏光板の透過軸と可及的に平行になるように配置して、偏光板を透過しうる直線偏光成分の多い状態の光を得ることができる。位相差層は、適宜な材質で形成でき透明で均一な位相差を与えるものが好ましく、一般には位相差板が用いられる。
【００６８】
位相差層にて付与する位相差は、偏光分離手段より出射される円偏光の波長域などに応じて適宜に決定しうる。ちなみに可視光域では波長範囲や変換効率等の点より、殆どの位相差板がその材質特性より正の複屈折の波長分散を示すものであることも加味して、その位相差が小さいもの、就中１００〜２００nm、特に１００〜１６０nmの位相差を与えるものが好ましく用いうる場合が多い。
【００６９】
位相差板は、１層又は２以上の重畳層として形成することができる。１層からなる位相差板の場合には、複屈折の波長分散が小さいものほど波長毎の偏光状態の均一化をはかることができて好ましい。一方、位相差板の重畳化は、波長域における波長特性の改良に有効であり、その組合せは波長域などに応じて適宜に決定してよい。
【００７０】
なお可視光域を対象に２層以上の位相差板とする場合、上記の如く１００〜２００nmの位相差を与える層を１層以上の奇数層として含ませることが直線偏光成分の多い光を得る点より好ましい。１００〜２００nmの位相差を与える層以外の層は、通例２００〜４００nmの位相差を与える層で形成することが波長特性の改良等の点より好ましいが、これに限定するものではない。
【００７１】
位相差板は、例えばポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリビニールアルコール等からなるフィルムを延伸処理してなる複屈折性シートなどとして得ることができる。発光強度や発光色を広い視野角で均一に維持する点よりは、位相差層の面内における位相差の誤差が小さいほど好ましく、就中、その誤差が±１０nm以下であることが好ましい。
【００７２】
位相差層に設定する位相差や光学軸の方向は、目的とする直線偏光の振動方向などに応じて適宜に決定することができる。ちなみに１３５nmの位相差を与える位相差層の場合、円偏光の向きに応じて光学軸に対し振動方向が＋４５度又は−４５度の直線偏光（波長５４０nm）が得られる。なお位相差層が２層以上からなる場合、特にその外部側表面層を１００〜２００nmの位相差を与える層が占める場合にはその層に基づいて配置角度に設定することが好ましい。
【００７３】
上記のように本発明による偏光光源装置は、偏光分離手段による反射光（戻り光）を偏光変換による出射光として再利用することで反射ロス等を防止し、その出射光を必要に応じ位相差層等を介して直線偏光成分をリッチに含む光状態に変換することで偏光板を透過しやすくして吸収ロスを防止し、光利用効率の向上をはかりうるようにしたものである。
【００７４】
従って本発明による面光源装置や偏光光源装置は上記の如く、光の利用効率に優れて明るくて垂直性に優れる光を提供し、大面積化等も容易であることより液晶表示装置等におけるバックライトシステムなどとして種々の装置に好ましく適用でき、明るくて見やすく低消費電力の液晶表示装置等を得ることができる。
【００７５】
図８に本発明による偏光光源装置７をバックライトシステムに用いた液晶表示装置８を例示した。８１が下側の偏光板、８２が液晶セル、８３が上側の偏光板、８４が拡散板である。下側の偏光板８１や拡散板８４は、必要に応じて設けられる。
【００７６】
液晶表示装置は一般に、液晶シャッタとして機能する液晶セルとそれに付随の駆動装置、偏光板、バックライト、及び必要に応じての補償用位相差板等の構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。本発明においては、上記した面光源装置又は偏光光源装置を用いる点を除いて特に限定はなく、従来に準じて形成することができる。特に、直視型の液晶表示装置を好ましく形成することができる。
【００７７】
従って用いる液晶セルについては特に限定はなく、適宜なものを用いうる。偏光光源装置を用いる場合には、偏光状態の光を液晶セルに入射させて表示を行うものに有利に用いられ、例えばツイストネマチック液晶やスーパーツイストネマチック液晶を用いた液晶セル等に好ましく用いうるが、非ツイスト系の液晶や二色性染料を液晶中に分散させたゲストホスト系の液晶、あるいは強誘電性液晶を用いた液晶セルなどにも用いうる。液晶の駆動方式についても特に限定はない。
【００７８】
なお高度な直線偏光の入射による良好なコントラスト比の表示を得る点よりは偏光板として、特にバックライト側の偏光板として、例えばヨウ素系や染料系の吸収型直線偏光子などの如く偏光度の高いものを用いたものが好ましい。また液晶表示装置の形成に際しては、例えば視認側の偏光板の上に設ける拡散板やアンチグレア層、反射防止膜、保護層や保護板、あるいは液晶セルと偏光板の間に設ける補償用の位相差板などの適宜な光学素子を適宜に配置することができる。
【００７９】
前記の補償用位相差板は、複屈折の波長依存性などを補償して視認性の向上等をはかることを目的とするものである。本発明においては、視認側又は／及びバックライト側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応じて配置される。なお補償用の位相差板としては、波長域などに応じて適宜なものを用いることができ、１層又は２層以上の重畳層として形成されていてよい。
【００８０】
本発明において、上記した面光源装置や偏光光源装置や液晶表示装置を形成する光路制御板や導光板、偏光分離手段や液晶セル、偏光板等の光学素子ないし部品は、全体的又は部分的に積層一体化されて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置したものであってもよい。なお面光源装置の上面には種々の拡散板などを配置しうるが、偏光光源装置の場合には偏光特性を維持しうる拡散板などがその上面に配置しうる。
【００８１】
【実施例】
参考例１
アクリル系の主鎖を有するガラス転移温度が５７℃の側鎖型コレステリック液晶ポリマーを、トリアセチルセルロースフィルムのポリイミドラビング処理面にスピンコート方式で成膜後、１４０℃で３０秒間加熱後さらに１２０℃で５分間加熱して急冷し、鏡面状の選択反射状態を呈する偏光分離板を得た。これは、４２０〜５０５nmの波長範囲で良好な選択反射性を示し、この領域で９０％以上を正反射方向に選択反射するものであった。
【００８２】
参考例２
ガラス転移温度が相違する側鎖型コレステリック液晶ポリマーを用いて参考例１に準じて、５００〜５９０nm又は５９５〜７０５nmの波長範囲で良好な選択反射性を示し、この領域で９０％以上を正反射方向に選択反射する２種の偏光分離板を得た。
【００８３】
参考例３
参考例１及び参考例２で得た３種の偏光分離板を選択反射の波長順序で積層して重畳型の偏光分離板を得た。これは、４２０〜７０５nmの波長範囲で良好な選択反射性を示し、この領域で９０％以上を正反射方向に選択反射するものであった。
【００８４】
参考例４
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を加熱熔融させて所定のプリズム構造を形成した１００℃の金属金型に注入し、１分間放置後徐冷して導光板を得た。この導光板は、幅１９５mm、奥行１５０mm、光源配置側面の厚さ３mm、その対向端の厚さ１mmであり、出射面（上面）は平坦、下面は光源配置側面からその対向端に向かって平面に近い下側に突出した湾曲面（図４ｂ）の全面に光源配置側面に平行な凸部（図５ａ）を２２５μmの周期で有し、その下り斜面の傾斜角が約５度で上り斜面の傾斜角約４０度であり、下り斜面／上り斜面の出射面に対する投影面積比が８／１のものである。
【００８５】
参考例５
所定の溝形状を形成した金型の表面に、反応開始剤約１重量％配合のＰＭＭＡを塗布し、その上にポリエステルフィルムを配置して高圧水銀ランプを照射しＰＭＭＡを硬化させ、金型より剥離してポリエステルフィルム上にＰＭＭＡの硬化層からなる光路制御層を有する光路制御板を得た。その光路制御層は、傾斜角が１０度の緩斜面と８０度の急斜面を３０μmの周期で有するものである。
【００８６】
参考例６
参考例５に準じ緩斜面の傾斜角が２０度の光路制御板を得た。
【００８７】
参考例７
参考例５に準じ緩斜面の傾斜角が３５度の光路制御板を得た。
【００８８】
参考例８
参考例５に準じ急斜面の傾斜角が６０度の光路制御板を得た。
【００８９】
参考例９
ポリエステルフィルムに代えて、トリアセチルセルロースフィルムを用いたほかは参考例５に準じて光路制御板を得た。
【００９０】
参考例１０
参考例５に準じ緩斜面の傾斜角が４５度の光路制御板を得た。
【００９１】
参考例１１
参考例５に準じ急斜面の傾斜角が４５度の光路制御板を得た。
【００９２】
参考例１２
参考例５に準じ緩斜面と急斜面の傾斜角が４５度の光路制御板を得た。
【００９３】
参考例１３
２枚のガラス板を２０度の交差角で配置し、その間にＰＭＭＡを充填してウェッジ板を得た。
【００９４】
実施例１
参考例４で得た導光板の所定側面に直径３mmの冷陰極管を配置して銀蒸着を施したポリエステルフィルムからなる光源ホルダにて包囲し、導光板の下面に光源ホルダと同素材の反射シートを銀蒸着層側を介し配置し、導光板の出射面に参考例５で得た光路制御板をプリズム面を下にして、かつ緩斜面の肉厚側を光源側にして配置して面光源装置を得た。なお光路制御板は、その溝が導光板の光源配置側面（プリズム方向）に対して１０度の交差角となるように設置した。
【００９５】
実施例２
光路制御板をその溝が導光板の光源配置側面に対して５度の交差角となるように設置したほかは実施例１に準じて面光源装置を得た。
【００９６】
実施例３
光路制御板をその溝が導光板の光源配置側面に対して３５度の交差角となるように設置したほかは実施例１に準じて面光源装置を得た。
【００９７】
実施例４
光路制御板をその溝が導光板の光源配置側面と平行となるように設置したほかは実施例１に準じて面光源装置を得た。
【００９８】
実施例５
参考例６で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【００９９】
実施例６
参考例７で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１００】
実施例７
参考例８で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０１】
実施例８
参考例９で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０２】
比較例１
参考例１０で得た光路制御板をプリズム面を上にして用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０３】
比較例２
参考例１１で得た光路制御板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０４】
比較例３
参考例１２で得た光路制御板をプリズム面を上にして用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０５】
比較例４
光路制御板に代えて、参考例１３で得たウェッジ板を用いたほかは、実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０６】
比較例５
光路制御板を配置しないほかは実施例１に準じて面光源装置を得た。
【０１０７】
実施例９
実施例５で得た面光源装置の光路制御板の上に参考例３で得た偏光分離板を配置して偏光光源装置を得た。
【０１０８】
実施例１０
実施例８で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準じて偏光光源装置を得た。
【０１０９】
比較例６
比較例３で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準じて偏光光源装置を得た。
【０１１０】
比較例７
比較例５で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準じて偏光光源装置を得た。
【０１１１】
評価試験１
最大輝度と方向
実施例１〜８、比較例１〜５で得た面光源装置の光源を点灯し、中央部における最大輝度とその方向を輝度計（トプコン社製、ＢＭ−７）を用いて調べた。
【０１１２】
モアレ
実施例１〜８、比較例１〜５で得た面光源装置の上に、白状態のＴＦＴ液晶セルを配置し、モアレの発生状態を調べて、強いものを５、弱いものを１として５段階評価した。また光路制御板と導光板の間にヘイズが６０％の拡散板を配置した面光源装置を形成して、同様にモアレを調べた。
【０１１３】
前記の結果を表１に示した。
【表１】
┏━━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━┓
┃ ┃最大輝度┃最大輝度┃ モ ア レ ┃
┃ ┃(cd／m２)┃方向(度)┣━━━━┳━━━━┫
┃ ┃ ┃ ┃拡散板無┃拡散板有┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例１ ┃２２４０┃ ６ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例２ ┃２２５０┃ ５ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例３ ┃１９９０┃ ９ ┃ １ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例４ ┃２２７０┃ ５ ┃ ４ ┃ ２ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例５ ┃２１９０┃ ３ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例６ ┃２０４０┃ −１ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例７ ┃２０９０┃ ６ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例８ ┃２２９０┃ ６ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例１ ┃１８７０┃ ６５ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例２ ┃１７３０┃ ６ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例３ ┃１５２０┃ ４７ ┃ ２ ┃ １ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例４ ┃２３１０┃ ４ ┃ ５ ┃ ３ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例５ ┃２３９０┃ １１ ┃ ５ ┃ ３ ┃
┗━━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┛
【０１１４】
（削除）
【０１１５】
評価試験２
輝度特性
実施例５，８、比較例３，５で得た面光源装置の上に、白状態のＴＦＴ液晶セルを配置し、正面（垂直）方向の輝度、及び最大輝度とその方向を輝度計を用いて調べた。
【０１１６】
輝度特性
実施例９，１０、比較例６，７で得た偏光光源装置の上に、位相差が１３５ｎｍの位相差板を配置し、その上に白状態のＴＦＴ液晶セルを配置して、正面方向の輝度を輝度計を用いて調べた。なお位相差板は、その光軸が偏光板の光軸に対し４５度となるように配置し、透過率が最大となるように設置した。
【０１１７】
前記の結果を表２に示した。
【表２】
┏━━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━┓
┃ ┃正面輝度┃最大輝度┃最大輝度┃
┃ ┃(cd／m２)┃(cd／m２)┃方向(度)┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例５ ┃ １０１ ┃ １０４ ┃ ３ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例８ ┃ ９８ ┃ １０８ ┃ ６ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例９ ┃ １３８ ┃ − ┃ − ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃実施例１０┃ １４７ ┃ − ┃ − ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例３ ┃ １９ ┃ ６１ ┃−４０ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例５ ┃ ７９ ┃ １０５ ┃ ９ ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例６ ┃ ４２ ┃ − ┃ − ┃
┣━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃比較例７ ┃ １４２ ┃ − ┃ − ┃
┗━━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┛
【０１１８】
（削除）
【０１１９】
表１より、実施例の面光源装置では、光路制御層を有しない場合（比較例５）に比べて、少ない最大輝度の低下、従って導光板出射光の殆どが光路制御層を介してより垂直性に優れる方向に光路が変換されていることがわかる。なお比較例１，３でプリズム面を上側としたのは、下側としたのでは垂直方向への光路変換ができないためである。比較例１〜３での最大輝度の大きな低下は、急斜面に入射した光の影響が大きく、比較例１，３では緩斜面入射光が反射により導光板側に戻るため、比較例２では急斜面への入射光量が大きくなるためと考えられ、出射角を加味した場合、有効利用できる光量はさらに低くなる。
【０１２０】
また実施例３より、溝方向とプリズム方向の交差角は３５度が略限界で、これより大きくなると急斜面が向いた方向の偏りが大きくなり指向性が低下して垂直方向の最大輝度の低下を招くことがわかる。さらに表２より、実施例の面光源装置及び偏光光源装置では、比較例に比べて正面輝度に優れて最大輝度との差も小さく、明るい表示が達成されていることがわかる。
【０１２１】
モアレについては、光路制御層を有しない場合に比べて、実施例１〜３，５〜８及び比較例１〜３とも光路制御層の介在で大きく改善されていることがわかる。なお実施例４より、溝方向とプリズム方向が平行では輝線の細分化効果に乏しくてモアレの防止効果が低下するものの、拡散板の配置で実用レベルに達することがわかる。しかし比較例４のウェッジ板では、モアレの抑制に何の有効性もないことがわかる。
【０１２２】
上記の結果より総合的に、本発明では光路制御層を介して輝度や指向性の低下を抑制しつつ導光板出射光を視認に有効な正面方向に効率よく光路変換でき、光の有効利用効率に優れる面光源装置やより光の有効利用効率に優れる偏光光源装置を得ることができ、モアレが少なく明るくて見やすい高表示品位の液晶表示装置を形成できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 光路制御層例の側面説明図
【図２】 他の光路制御層例の側面説明図
【図３】 面光源装置例の側面説明図
【図４】 導光板例の側面説明図
【図５】 微細プリズム状凹凸例の側面説明図
【図６】 発光状態の説明図
【図７】 偏光光源装置例の側面説明図
【図８】 液晶表示装置例の側面説明図
【図９】 従来例の側面説明図
【符号の説明】
１：光路制御層
１１：溝
１２：緩斜面
１３：急斜面
１４：透明基材
２：拡散層
３：導光板
２１：上面（出射面）
２２，２６，２７：下面
２８，２９：凸部
３０：凹部
３１，３３（３４），３７：下り斜面
３２，３５，３６：上り斜面
２３：光源配置側面
３８：輝部
３９：暗部
４：光源
５：反射層
７：偏光光源装置
６：偏光分離手段
６１：直線偏光変換手段
８：液晶表示装置
８１，８３：偏光板
８２：液晶セル
８４：拡散板
Claims (11)
- 上面、それに対向する下面、及び上面と下面間の光源配置側面を有する板状物の上下面の少なくとも一方に、その光源配置側面に沿う方向の微細プリズム状凹凸を周期的に有して、側面に配置した光源からの入射光を上下面の一方より輝部と暗部の縞模様として出射する導光板の光出射側に、平面に対する傾斜角が５〜３５度の緩斜面と６０度以上の急斜面とからなる筋状の溝を周期的に有する光路制御層を配置してなり、その光路制御層の溝が前記導光板の微細プリズム状凹凸に対し５〜４０度の角度で交差し、かつ当該溝の緩斜面が前記光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態にあることを特徴とする面光源装置。
- 請求項１において、光路制御層が厚さ３０〜５００μmの透明基材の少なくとも片面に溝を１０〜８０μmの周期で有する面光源装置。
- 請求項１又は２において、光路制御層が少なくとも片面に拡散層を有する面光源装置。
- 請求項１〜３の一において、導光板における微細プリズム状凹凸の周期が５０〜５００μmである面光源装置。
- 請求項１〜４の一において、導光板の微細プリズム状凹凸における光源から遠ざかる方向に上り傾斜の斜面の導光板平面に対する傾斜角が３５〜４５度である面光源装置。
- 請求項１〜５の一おいて、導光板の微細プリズム状凹凸における光源から遠ざかる方向に上り傾斜の斜面の導光板平面に対する傾斜角が光源側より順次増大する面光源装置。
- 請求項１〜６の一において、導光板の微細プリズム状凹凸における光源から遠ざかる方向に下り傾斜の斜面の導光板平面に対する傾斜角が０〜１０度であり、導光板の出射面に対する前記下り傾斜の斜面の投影面積がそれに対向する上り傾斜の斜面のそれの５倍以上である面光源装置。
- 請求項１〜７の一に記載の面光源装置の光出射側に偏光分離手段を有することを特徴とする偏光光源装置。
- 請求項８において、偏光分離手段が円偏光又は直線偏光を選択的に分離するものである偏光光源装置。
- 請求項８又は９において、導光板の光出射面でない側に反射層を有する偏光光源装置。
- 請求項１〜７の一に記載の面光源装置又は請求項８〜１０の一に記載の偏光光源装置における光出射側に液晶セルを有することを特徴とする液晶表示装置。
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