JPH09138406A

JPH09138406A - 偏光変換素子を用いた偏光化機能付き面光源装置

Info

Publication number: JPH09138406A
Application number: JP7318436A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Arai; 孝之荒井
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1997-05-27
Anticipated expiration: 2015-11-14
Also published as: JP3526994B2

Abstract

(57)【要約】【課題】明るい偏光光束を得ることが可能で、液晶表
示装置のバックライト光源に好適な偏光化機能付面光源
装置。【解決手段】ランプ１からの光は光入射面２から楔形
断面形状の指向出射性導光板１内へ導入され、発光面５
から出射される。空気層ＡＲ２を挟んで偏光分離板８が
配置され、その外側には空気層ＡＲ３を挟んでプリズム
シート４が配置される。偏光分離板８は、Ｐ偏光成分の
大半を透過させ、Ｓ偏光成分の相当部分を導光板１に戻
す。戻された光は導光板１内で偏光スクランブル作用を
受けると共に、偏光変換素子１０によりＰ偏光化され、
導光板１からの再出射光のＰ偏光成分が再度取り出され
て照明光とされる。偏光変換素子１０の入出力面１１に
は偏向プリズム溝が形成され、裏面１２には４５度斜め
方向に配向された偏光変換プリズム溝が形成されてい
る。偏光変換素子の裏面側は、偏光変換プリズム溝に代
えて４５度斜め方向に偏光軸を配向された４分の１波長
板と反射板で構成しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏りの無い光から
特定方向の偏りのある光束を生成する機能、あるいは偏
りの乏しい光から偏りに富んだ光束を生成する機能（以
下、両者併せて「偏光化機能」と呼ぶ。）を備えた面光
源装置に関する。更に詳しく言えば、本発明は指向出射
性の導光板と偏光変換素子とを組み合わせて用いたサイ
ドライト型の偏光化機能付き面光源装置に関する。本発
明に係る面光源装置は、偏りのある光束を必要とする任
意の用途に適用され得るが、特に、液晶表示装置のバッ
クライト光源に適用して有利なものである。

【０００２】

【従来の技術】導光板の側方に冷陰極管のような光源素
子を配置し、導光板面を発光面とするサイドライト型の
面光源装置は、薄型の構成で比較的大きな断面積を持つ
照明光束が得られるという特性を生かして、液晶ディス
プレイのバックライトなどに広く用いられている。

【０００３】特に、導光板として光散乱導光体（透明な
光学材料の内部にミクロな屈折率不均一構造を分布させ
て光散乱能を与えた光学要素）を用いた場合、より簡単
な構造で光利用効率に優れたサイドライト型の面光源装
置を構成することが出来る。また、透明な光学材料の内
部にミクロな屈折率不均一構造のサイズを過剰に小さく
しない条件（例えば、０．０６［μｍ］を下回らなくす
る。）では、発光面から出射光束に明瞭な指向性を与え
ることが出来る。このような条件を満たす導光板を「指
向出射性」の導光板と呼ぶこととする。なお、導光板が
指向出射性を持つメカニズムは周知でなので、ここでは
詳細説明は省略する（詳しくは、例えば特開平７−１９
８９５６号を参照）。

【０００４】サイドライト型の面光源装置に使用される
指向出射性の導光板としては、上記の光散乱導光体を用
いたものの他に、透明な光学材料からなる導光板の表面
に全反射を抑制するための微細な凹凸部を設けたものが
知られている。このような凹凸部は、導光板の表面自体
を微細な凹凸形状とする方法や、導光板の平滑な表面上
に透光性の微粒子を透光性の結合剤（バインダ）で固着
する方法によって形成することが出来る。

【０００５】このような指向出射性の導光板の発光面か
ら出射される照明光の優先伝播方向（主たる伝播方向）
は、一般に、発光面に立てた法線に対して６０度〜８０
度程度傾斜している（理由と具体例は後述）。

【０００６】良く知られているように、このような傾斜
はプリズムシートを導光板の発光面側に配置することで
修正可能である。プリズムシートの配置法には、そのプ
リズム面を内側（発光面側、以下同様。）に向けて配置
する方法と、外側（発光面と反対側、以下同様。）に向
けて配置する方法がある。

【０００７】図１は、前者の配置法を採用した面光源装
置の基本的な構成を見取図で示したものである。これを
簡単に説明すると、符号１は楔形断面形状を有する導光
板で、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）か
らなるマトリックス中に異屈折率物質を一様に混入分散
させた光散乱導光体からなる。導光板１の肉厚側の端面
は光入射面２とされており、その近傍には光源素子（冷
陰極管）Ｌが配置されている。

【０００８】照明光は導光板１の一方の面（発光面）５
から取り出され、符号４で示されたプリズムシートに入
射する。導光板１の他方の面６（以下、「裏面」と言
う。）は照明光の取出しには使用されず、光の散逸を防
ぐ目的で正反射性の銀箔シートあるいは拡散反射性の白
色シートからなる反射体３が配置される。

【０００９】プリズムシート４は、斜面４ａ，４ｂから
なるプリズム列を微細なピッチで多数形成し、他方の面
を平坦面な光取出面４ｅとした透光性のシートで、材料
としては通常ポリカーボネートなどのプラスチックが使
用される。なお、描示の都合上、プリズムシート４と発
光面５の間の間隔及びプリズムシートのに形成される繰
り返しプリズム列のピッチは、本図以下において誇張し
て描かれている。面光源装置を液晶ディスプレイのバッ
クライトとして使用する場合には、プリズムシート４の
更に外側に公知の液晶表示パネルが配置される。

【００１０】図１に示した面光源装置は、導光板１の厚
さが光入射面２側から遠ざかるにつれて薄くなる傾向を
持つ為に、導光板１内で起こる斜面繰り返し反射効果に
より、光の利用効率と輝度の均一性に関して優れた特性
を有している。なお、このような導光板の形状に基づく
効果の詳細については、特願平５−３４９４７８号に添
付された明細書並びに図面などに記されている。

【００１１】光源素子Ｌから導光板１内に送り込まれた
光は、導光板１内で散乱作用や反射作用を受けながら肉
薄側の端面７に向けて導光される過程で、徐々に発光面
５から出射される。前述した通り、導光板１内に混入分
散させる異屈折率粒子の粒径（一般には、屈折率不均一
構造に関する相関距離）が余り小さくないという条件の
下では、発光面５から出射される光は明瞭な優先伝播方
向５ａを持ち、その傾斜角は、発光面５に立てた法線に
対してほぼ６０度〜８０度の間にある。

【００１２】優先伝播方向５ａを持つ発光面５からの出
射光は、プリズムシート４の内側面４ａ，４ｂから入射
し、外側面（光取出面）４ｅからほぼ正面方向に出射さ
れる。プリズムシート４のプリズム面を外側に向けて配
置した場合にも、類似した反射・屈折作用により、優先
伝播方向を修正することが出来る。

【００１３】以上の如き構成を採用することで、サイド
ライト型の面光源装置から明るく均一な照明光を希望す
る方向へ出射させるという技術課題は概ね解決済みであ
ると言って良い。しかし、特願平６−７２７４６号、特
願平６−８３７１７号に添付した各明細書の中で指摘し
たように、例えば液晶ディスプレイのバックライトへの
適用を考えた場合、このような特性だけでは必ずしも満
足出来ない。

【００１４】即ち、周知の通り、液晶ディスプレイの液
晶表示パネルには、所定方向に偏光成分のみの透過を許
容する偏光板が液晶層を挟んで設けられている一方、上
記従来構成の面光源装置で生成される照明光は偏り（偏
光度）の乏しい通常光であるために、照明光の光エネル
ギの約半分は液晶層の光入射側に配置された偏光子によ
って遮断されてしまい、液晶ディスプレイの表示に寄与
することが出来ない。

【００１５】そこで、本発明者らは、上記先行出願（特
願平６−７２７４６号、特願平６−８３７１７号）で偏
りのある照明光を生成ことの出来る面光源装置を提案し
た。これらの先行出願に係る面光源装置においては、導
光板の発光面（光取出面）側に配置される透光性の偏光
分離板と裏面側に配置される位相差板、複合プリズム面
を有する偏光変換素子によって面光源装置に偏光化機能
を付与することで、上記問題点に対処している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このような改良によ
り、かなりの程度まで偏光化機能を面光源装置に与える
ことに成功したが、導光板の裏面側で偏光変換素子によ
って行なわれる偏光化に関して、未だ改善されなければ
ならない余地が残されている。即ち、上記改良型の面光
源装置では、偏光変換素子に対する入射角が大きく傾斜
しているために、偏光変換素子の本来の偏光化機能が十
分に発揮されない点に先ず問題がある。

【００１７】これは、上記したように指向出射性の導光
板の裏面から出射される光の優先伝播方向は、発光面か
ら出射と同様、法線方向から大きく（６０度〜８０度程
度）傾斜している故に、偏光変換素子の平坦な光入射面
への入射角も大きく傾斜することが避けられないからで
ある。

【００１８】また、複合プリズム面を有する偏光変換素
子を用いた面光源装置では、この問題点に加えて、偏光
変換素子に無効面（偏光化作用のない領域）が存在する
ことによる偏光化効率の低下や光損失も無視は出来な
い。

【００１９】そこで、本発明の基本的な目的は、光エネ
ルギの利用効率の低下を抑えながら、より高い効率で偏
光化を達成出来るようにした偏光化機能付面光源装置を
提供することにある。また、本発明は、そのことを通し
て、特に液晶表示装置のバックライトに有利に適用し得
る偏光化機能付面光源装置を提供しようとするものであ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、楔形状断面を
有する指向出射性の導光板と、該導光板の肉厚端面の近
傍に配置された光供給手段と、導光板の発光面に沿って
延在するように配置され、偏光成分に依存した反射特性
を有する透光性の偏光分離手段と、導光板の発光面と相
反する側の表面に沿って延在するように配置され、導光
板の裏面からの出射光を偏向プリズム溝を形成した入出
力面から入射させ、Ｓ偏光成分をＰ偏光成分に変換した
後、入出力面から導光板の裏面に向けて出射させる偏光
変換素子を用いて面光源装置を構成することで、上記課
題を解決したものである。

【００２１】偏光変換素子の入出力面に形成された偏向
プリズム溝は、導光板の裏面からの出射光の伝播方向を
前記偏光変換素子の厚み方向に転換させるためのもので
あり、偏向プリズム溝は導光板の光入射面の延在方向と
平行に多数形成されている。

【００２２】偏光変換素子は、その裏面側に、Ｓ偏光成
分をＰ偏光成分に変換するための手段として、（１）導
光板の光入射面の延在方向と４５度傾斜した方向を向く
ように形成された多数の偏光変換プリズム溝、または、
（２）Ｓ偏光成分をＰ偏光成分に変換するために偏光軸
を導光板の光入射面の延在方向と４５度傾斜した方向を
向くように配向配置された４分の１波長板並びに該４分
の１波長板の外側に配置された反射体を備えている。

【００２３】導光板に光散乱導光体を使用する場合に
は、該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータＥ［c
m^-1］の値が０．５［cm^-1］≦Ｅ≦５０［cm^-1］の範囲
にあると共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相
関関数γ（ｒ）をγ（ｒ）＝ｅｘｐ［−ｒ／ａ］（但
し、ｒは光散乱導光体内の２点間距離）で近似した時の
相関距離ａ［μｍ］の値が０．０６［μｍ］≦ａ≦３５
［μｍ］の範囲にあることが好ましい。また、通常サイ
ズの液晶ディスプレイのバックライトへの適用を考えた
場合には、２．７７［cm^-1］≦Ｅ≦９．２４［cm^-1］の
範囲にあると共に、０．０６［μｍ］≦ａ≦７［μｍ］
の範囲にあることが特に好ましい。

【００２４】照明光の優先伝播方向の修正が必要な場合
には、偏光分離手段の外側に照明光の優先伝播方向を修
正するためのプリズムシートが適宜配置されて良い。

【００２５】なお、本発明に言う「楔形状断面を有する
導光板」は、断面形状が単一の楔形をなす導光板に限ら
れるものではなく、２個の楔形を肉薄側で連結した形状
（連結楔形状）をなす導光板をも含んでいる。その場
合、「肉厚端面」は２つ存在し、光供給手段も各肉厚端
面の近傍に配置され、いわゆる両灯式（二灯式とも言
う）の形態をとる。

【００２６】

【作用】本発明の面光源装置においては、指向出射性の
導光板、偏光成分に依存した反射特性を有する偏光分離
手段並びに偏向プリズム面を備えた偏光変換素子を組み
合わせる構成によりリサイクル的な偏光化プロセスが高
効率で達成される。従って、高いエネルギ利用効率を以
て偏光化された照明光の生成が可能になる。

【００２７】また、その出射光束に明瞭な指向性が保存
されているから、プリズム作用を利用したプリズムシー
トを付加的に利用することによって、所望の方向に伝播
する偏光化光束を生成させることが出来る。このような
特性は、液晶表示装置のバックライトとして用いた際に
極めて有利であり、液晶ディスプレイの表示品位を格段
に向上させ、省電力性を大幅に改善させる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明は、入射角調整用の偏向プ
リズム溝を形成した入出力面を備えた偏光変換素子を導
光板の裏面側に配置した点に基本的な特徴がある。そし
て、本発明では、このような偏光変換素子として２種類
の特徴ある形態を提案している。偏光変換素子の第１の
形態では、「傾斜プリズム溝の内部反射」が偏光変換に
利用される。また、第２の形態では、「位相差板（４分
の１波長板）内部の往復伝播時の偏光成分間の位相差
（レターデイション）」が偏光変換に利用される。

【００２９】そこで、本明細書では、先ず第１の形態の
偏光変換素子を用いた第１の実施形態について、面光源
装置の全体を説明し、次いで、第２の形態の偏光変換素
子を用いた第２の実施形態について第２の形態の偏光変
換素子に関連した部分を中心に説明することにする。

【００３０】図２は本発明の第１の実施形態に係る面光
源装置の概略構造を断面図で表わしたものである。この
面光源装置は、図１に示した従来構造を改良し、効率的
な偏光化機能が発揮されるようにしたものであり、両者
に共通した要素については、適宜同じ符号で指示した。

【００３１】同図において、符号１は楔形断面形状を有
する指向出射性の光散乱導光体からなる導光板を表わし
ており、ここではその材料としてポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ；屈折率１．４９２）中にシリコーン系
樹脂材料粒子（東芝シリコーン製；トスパール１２０、
屈折率＝１．４３４５）を０．０１ｗｔ％の割合で一様
に分散させたものが使用されている。

【００３２】一般には、指向出射性の導光板１に光散乱
導光体を使用する場合、有効散乱照射パラメータＥの値
が０．５［cm^-1］〜５０［cm^-1］の範囲にあることが好
ましい。

【００３３】また、導光板１に十分な指向性を与えるた
めに好ましい範囲は、デバイの散乱理論に言う相関距離
ａの値が、０．０６［μｍ］以上である。指向性の観点
からは、相関距離ａの上限は特に無いが、実際的な一つ
の値として３５［μｍ］を挙げることが出来る。なお、
有効散乱照射パラメータＥ、相関距離ａについては、後
に補足説明を行なう。

【００３４】導光板１のサイズは、光源素子Ｌ側から見
た奥行方向（図中左右方向）の長さが１８０ｍｍ、幅が
１３５ｍｍとし、厚さを光入射面２側の端部で２．５ｍ
ｍ、末端部７で０．５ｍｍとした。なお、導光板１に楔
形のものを使用する場合、発光面５と裏面６のなす角度
は、０．５度〜６度程度とすることが実際的である。

【００３５】光源素子ｌとしては、直径２．４ｍｍの直
管形の冷陰極管（以下、単に「ランプＬ」と言う。）を
使用し、入射面２から１ｍｍ離して配置した。このラン
プＬから右方に向かって光を入射させ、発光面５から指
向性の光を取り出す配置とした。また、符号Ｒは入射面
２からの入射光量を高める為に適宜配置される反射体
で、ここでは銀箔製シートＲが光源Ｌを背後側から取り
囲むように配置されている。

【００３６】導光板１の裏面６側には、薄い空気層ＡＲ
１を挟んで、両面プリズム型の偏光変換素子１０が配置
されている。この偏光変換素子１０は、導光板１の裏面
６から出射される光を入力光として受け入れ、偏光変換
された出力光を導光板１の裏面６へ向けて再帰させる機
能を有する機能素子で、その構造及び作用の詳細につい
ては後述する。

【００３７】一方、空気層ＡＲ２を挟んで導光板１の発
光面５と対向する位置には偏光分離板８が配置され、更
にその外側には空気層ＡＲ２を挟んでプリズムシート４
が配置されている。符号４ｅは、プリズムシート４の光
取出面であり、面光源装置としての光出射面でもある。
この面光源装置を液晶表示装置のバックライト光源とし
て使用する場合には、プリズムシート４の更に外側に液
晶表示パネルが配置される。

【００３８】偏光分離板８は偏光成分（Ｐ偏光成分とＳ
偏光成分）による反射率の差を利用してＰ偏光成分とＳ
偏光成分を分離する素子である。偏光分離板８には、い
くつかの種類があるが、ここでは先ず透明な光学材料か
らなる板状体（光学ガラス；ＢＫ−７［屈折率１．５１
６３］，厚さ１ｍｍ）を使用した場合について説明す
る。空気層ＡＲ２の屈折率ｎ0 ＝１として、偏光分離板
８のブリュースター角の値は５６．６０度となる。な
お、偏光分離板８の他の例については後述する。

【００３９】以下、このような概略構成を持つ面光源装
置について、更に細部の構成と機能について説明する。
説明の都合上、記述を次の二つの部分に分ける。Ｉ．偏光分離板８と導光板１の作用に基づいた偏光化機
能並びにプリズムシートの光出射方向修正機能ＩＩ．偏光変換素子１０の構造と機能。

【００４０】［Ｉ］偏光分離板８と導光板１の作用に基
づいた偏光化機能並びにプリズムシートの光出射方向修
正機能図２において、光源Ｌの放射光及び反射体Ｒからの反射
光は、光入射面２から導光板１の内部に進入し、導光板
１内部の屈折率不均一構造（ここでは、異屈折率粒子）
による散乱を受けながら、導光板１の末端部７に向けて
導光される。その過程において発光面５から徐々に指向
性の光が出射される。前述したように、指向性の中心角
度（代表光線Ｃ0 の出射角）は一般には発光面５に立て
た法線Ｈ0 から測って約６０度〜の８０度程度の範囲に
ある。本例では６５前後の方向に強い出射光が得られる
ので、発光面５からの出射光を代表する代表光線Ｃ0 の
出射角φ＝６５度とする。

【００４１】図３は、代表光線Ｃ0 を用いて偏光分離板
８の偏光化機能について説明する図である。同図に示し
たように、導光板１の発光面５から出射された代表光線
Ｃ0は、空気層ＡＲ２を直進して偏光分離板８の下面８
ａに入射し、偏光分離板８内に進入する光線Ｃ1 と反射
して再び導光板１に向かう光線Ｃ2 に分割される。光線
Ｃ1 は面８ａで屈折し、偏光分離板８内を直進し、偏光
分離板８の上面８ｂに至り、外部出射光線Ｃ3 と内部反
射光線Ｃ4 に分割される。内部反射光線Ｃ4 は更に下面
８ａに戻り、再度内部反射光線Ｃ7 と空気層ＡＲ２へ進
む光線Ｃ8 に分割される。内部反射光線Ｃ7 は上面８ｂ
で、再度外部出射光線Ｃ9 と内部反射光線Ｃ10に分割さ
れる。以下、内部反射光線は同様の過程を繰り返す。

【００４２】これに対して、空気層ＡＲ２を導光板１へ
向かって直進する光線Ｃ2 及びＣ8は、発光面５で導光
板１内に再入射する光線Ｃ11，Ｃ13と反射光線Ｃ12，Ｃ
14に分割される。反射光線Ｃ12，Ｃ14は再度偏光分離板
８へ向い、Ｃ0 と同様の経路を辿る。

【００４３】このような多重反射／透過のプロセスを通
して、光線Ｃ0 の光エネルギも各界面５，８ａ，８ｂに
おいて反射光線と透過光線に分割・分配されるが、その
分配割合はＰ偏光成分とＳ偏光成分とで大きく異なって
いる。また、偏光分離板８を構成する厚さ１ｍｍのＢＫ
−７板の内部光線透過率は９９．９％以上であり、その
吸収損失は無視出来る程小さい。そこで、光線Ｃ0 をＰ
偏光成分のエネルギとＳ偏光成分のエネルギを１００づ
つ等量に有する偏光度０の自然光とした場合の各光線Ｃ
1 〜Ｃ14の偏光成分別エネルギ量を計算し、その結果を
図中に併記した。

【００４４】例えば、光線Ｃ0 がＣ1 とＣ2 と分割され
る際には、Ｐ偏光成分の透過率は極めて高く９８．８％
を示すが、Ｓ偏光成分の透過率は７６．６％しかない。
従って、光線Ｃ2 は殆どＳ偏光成分のみに偏光した光と
なっている。即ち、ＢＫ−７のブリュースター角５６．
６０度から１０度程度ずれた範囲では、近似的にブリュ
ースター角条件が満たされていると言うことができ、反
射光線Ｃ2 のＳ偏光率は極めて高い（もし、Ｃ0 の入射
角がブリュースター角５６．６０度に一致すれば、反射
光線Ｃ2 のＳ偏光率は当然１００％となる）。

【００４５】光線Ｃ1 が偏光分離板８の上面８ｂに入射
した際の偏光成分別反射率も、Ｐ偏光成分１．２％、Ｓ
偏光成分２３．４％となる。従って、外部に出射される
光線Ｃ3 の偏光成分別エネルギ量はＰ偏光成分９７．
６、Ｓ偏光成分５８．７であり、相当程度の偏光度を有
していることが判る。同様の計算をＣ4 以下について行
なった値は図中に示されている。それらの数値から明か
な如く、光線分割が繰り返されるにつれて、Ｐ，Ｓ各偏
光成分のエネルギ量が急激に減少するので、図３に示し
た光線Ｃ3 とＣ9 から近似的に外部出射光の偏光成分別
エネルギ量を見積ると、Ｐ偏光成分＝９７．６、Ｓ偏光
成分＝６１．９となる。

【００４６】このように、図３に示された光線のみを考
慮した場合でも、相当程度に偏光化された出射光束が得
られていることが判るが、偏光分離板８から導光板に戻
される光（以下、戻り光と言う。）が再利用されるプロ
セスにより、偏光化機能が更に強化される。

【００４７】図３の例で言えば、光線Ｃ11とＣ13に付記
された数値に示したように、戻り光はほぼ完全にＳ偏光
となっている。この戻り光は、導光板１による散乱、反
射作用や後述する偏光変換素子１０による偏光化のプロ
セスを経た上で、その多くの部分が発光面５から出射さ
れる。その際の出射指向性を考察してみると、入射面２
から入射した場合程ではないが、全体としては図３で右
方に向かう弱い指向性は保存されていると考えられる。
従って、この発光面５からの再出射光の挙動も上記説明
した代表光線Ｃ0 の挙動とある程度類似したものと考え
られる。

【００４８】ところで、大半がＳ偏光成分からなる光線
Ｃ11（Ｓ偏光成分１８．２）やＣ13（Ｓ偏光成分１０．
６）は、導光板内で上記散乱、反射等のプロセスを経る
ことによってその偏光方向が乱されることになる。これ
を偏光スクランブル効果と呼ぶことにすると、この偏光
スクランブル効果により、Ｃ11あるいはＣ13に由来する
発光面５からの出射光のＳ偏光度はかなり低下させられ
る。

【００４９】もし、偏光スクランブル効果が完全であ
り、無損失で発光面５から再出射されると仮定すれば、
そのエネルギ量は、Ｃ11由来分についてＰ偏光成分９．
１、Ｓ偏光成分９．１であり、Ｃ13由来分については、
Ｐ偏光成分５．３、Ｓ偏光成分５．３となる。

【００５０】両者を加算すると、Ｐ偏光成分＝１４．
４、Ｓ偏光成分＝１４．４となる。この光がＣ0 と同様
の履歴を経るものとすれば、（１４．４／１００）×９
７．６＝１４．１のエネルギ量が偏光分離板８の上面８
ｂからの出射光束のＰ偏光成分に加算される。従って、
このモデルから近似的に評価される最終的なＰ偏光成分
エネルギ量は９７．６＋１４．１＝１１１．７となる。
また、Ｓ偏光成分エネルギ量は６１．９＋（６１．９／
１００）×１４．１＝７０．６となる。

【００５１】即ち、導光板１の発光面５から出射された
光束の一部がＳ偏光化されて戻り光となり、その少なく
とも一部が導光板１内で無偏光化されて導光板１の発光
面５から再出射され、再度偏光分離板によるＳ偏光排除
作用を受けるという、リサイクル的な偏光化過程が取り
入れられている。それ故、上記事例で説明した如く、少
なくとも原理的には、自然光に含まれるＰ偏光成分を１
００％以上に増幅する作用を果たさせることも可能であ
る。

【００５２】このようなＰ偏光成分の富化作用は、後述
する偏光変換素子１０の偏光変換作用によって更に強化
される。なお、上記第１の実施形態の説明では導光板１
の（初回の）出射光を出射角６５度のＣ0 で代表させた
が、出射角の条件が多少変化したとしても現象の本質は
殆ど変化しない。図４は、これを理解する為のグラフ
で、横軸にＢＫ−７板への入射角（＝発光面５からの出
射角）をとり、縦軸にＰ，Ｓ各偏光成分の１回透過の透
過率（８ｂからの全出射エネルギ／８ａへの全入射エネ
ルギ；戻り光の再入射は考えない。）をとったものであ
る。

【００５３】グラフから判るように、６５度〜８０度の
ほぼ全域に亙ってＰ偏光成分の透過率は高い値を示し、
且つ、Ｓ偏光成分の透過率を約２０％以上上回ってい
る。従って、発光面５からの出射光束の伝播方向に多少
の拡がりあるいはずれがあっても、上記説明の本質的な
部分に変更を要しないことは明らかである。

【００５４】ところで、上記偏光化のプロセスの説明か
らも判るように、代表光線Ｃ0 の大きな出射角（上記例
では、６５度）で特徴付けられる出射光の指向性は、偏
光分離手段８からの出射光についても強く残っている。
そこで、正面方向あるいはこれに近い方向に光を出射す
る面光源装置が求められる場合には、偏光分離手段８か
らの出射光について優先伝播方向を修正する必要があ
る。

【００５５】偏光分離板８の外側に配置されるプリズム
シート４は、このような要求が生じた時に使用されるも
ので、プリズム作用を通して偏光分離板８の光出射面８
ｂから出射される指向性の光束の伝播方向を正面方向に
修正する機能を有している。以下、図５（Ａ），（Ｂ）
を参照図に加えて、このプリズムシートの光出射方向修
正機能について説明する。

【００５６】図５（Ａ）は、プリズムシートの典型的な
構造と配置を説明する図、図５（Ｂ）は変形型の配置を
示したものであり、両図は図２、図３に示した配置にお
ける偏光分離板及びプリズムシートの周辺部分を抽出拡
大した断面図に、光線Ｃ3 ，Ｃ9 の追跡経路を併記した
形で提示されている。両図において、プリズムシート
４，４’は、例えばポリカーボネート（ＰＣ；屈折率ｎ
pr＝１．５９）のような光学材料からなり、一方の面に
多数のプリズム面４ａ，４ｂ（頂角θpr）あるいは４’
ａ，４’ｂ（頂角θ'pr ）が形成されている。プリズム
シート４，４’は、そのプリズム形成面を図５（Ａ）の
ように光入射面とするか、逆に図５（Ｂ）のように光取
出面として使用する。

【００５７】先ず、図５（Ａ）において、偏光分離板８
の光取出面８ｂに対して６５度の出射角で出射されるよ
うに描かれているＣ3 ，Ｃ9 は、前記の図３の関連説明
から、前記代表光線Ｃ0 に由来して偏光分離板８から出
射される光束を近似的に代表しているものと考えること
が出来る。これら代表光線Ｃ3 ，Ｃ9 は、空気層９（屈
折率ｎ0 ＝１．０）を直進した後、プリズムシート４の
プリズム面４ａに垂直に近い角度で入射する。

【００５８】プリズム面４ａと相反する側のプリズム面
４ｂに入射する光量の割合は相対的に小さいと考えて良
いから、代表光線Ｃ3 ，Ｃ9 はプリズム面４ｂまでほぼ
直進して正反射され、プリズムシート４の平坦な光取出
面４ｅに対して垂直に近い角度で入射し、該面４ｅから
垂直方向に近い角度で出射する照明光束Ｄとなる。

【００５９】入射側のプリズム面４ａの傾斜角θa を、
光束Ｃ3 ，Ｃ9 がほぼ垂直に入射するように設定すると
共に（ここではθa ＝２５度）、他方のプリズム面４ｂ
の傾斜角θb を内部反射光が平坦な光取出面４ｅにほぼ
垂直に入射するように設定すれば（ここではθb ＝６５
度／２＝２．５度）、照明光束Ｄの方向を垂直方向によ
り正確に一致させることが出来る。このように、プリズ
ム面の形成角度を適当に選択することを通して、照明光
束Ｄの方向特性を調整することが可能である。

【００６０】次に、図５（Ｂ）では、プリズムシート
４’をそのプリズム面４’ａ，４’ｂが外側に向く配置
とした場合について、代表光線Ｃ3 ，Ｃ9 の挙動が断面
図で描かれている。図５（Ａ）の場合と同様に、代表光
線Ｃ3 ，Ｃ9 は、空気層ＡＲ２（屈折率ｎ0 ＝１．０）
を直進した後、プリズムシート４’の平坦面４’ｃに対
して傾斜した角度で入射し、上方に向けて屈折され、そ
の大半は反対側のプリズム面４’ａ，４’ｂから垂直に
近い角度で照明光束Ｄ’として出射される。プリズムシ
ート４’を構成する材料の屈折率やプリズム面４’ａ，
４’ｂの傾斜角θa'，θ'bの値によっては、プリズム面
４’ａから一旦空気中に出射された上で対向するプリズ
ム面４’ｂで正反射されて正面方向へ向かう光路が利用
される場合もある。

【００６１】このように、図２の配置に、図５（Ａ），
（Ｂ）いずれの配置を適用した場合にも、偏光分離板８
からの出射光の方向特性やプリズムシートを構成する材
料と関連させて各プリズム面の傾斜角等を適当に選択す
ることにより、相当程度の範囲に亙って光の出射方向を
制御出来る。

【００６２】なお、プリズムシート４，４’は、図示し
たように列状にプリズム面が形成されたものに限らず、
他の型のものを使用しても良い。例えば、３角錐状ある
いはドーム状の突起群を分布させたフィルム、かまぼこ
形断面を有する列状凸部を有する板状素子等が考えられ
る。また、複数枚重ねて使用することも可能である。

【００６３】偏光分離板８の形態についても、上記説明
したような単一の透明板以外に種々のものがあり、本発
明ではいずれの型のものを使用しても構わない。ここ
で、他の型の偏光分離板のいくつかの例について述べて
おく（詳しくは、前記先行出願、特願平６−７２７４６
号、特願平６−８３７１７号に添付された明細書及び図
面を参照）。

【００６４】（１）上記説明したような透明板を２枚以
上重ねて配置する形態。例えば、２枚の板厚１ｍｍのＰ
ＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート；屈折率１．４９
２、ブリュースター角＝５６．１７度；内部透過の吸収
損失は０．０１％以下で、ＢＫ−７の場合と同様、無視
出来る。）の板状部材を適当なスペーサを挟んで０．５
ｍｍ離隔配置したものを偏光分離板８として使用する。

【００６５】（２）偏光分離板の断面形状（特に、光入
射面）を波形として、光入射時のブリュースター角条件
の満足度をより向上させるよう工夫を加えた形態。

【００６６】（３）偏光分離板として異屈折率材料から
なる多層膜を利用する形態。本形態については、図６を
参照して偏光分離機能をやや詳しく説明しておく。

【００６７】図６は、図３と同様の形式で、多層膜を利
用した偏光分離板の機能を説明する図である。但し、本
例では導光板１からの出射光の出射角がやや高角度側
（寝た方向）にずれた場合を想定し、７０度の出射角を
持つ代表光線Ｄ0 で代表される状態にあるものとして説
明を行なう（優先伝播方向は、導光板１の基材の屈折率
や相関距離ａの値等によって多少の変動があることに注
意）。

【００６８】多層膜型偏光分離板は、各隣り合う層の材
料に屈折率の異なる透明材料を使用するという条件で、
数層（原理的には最低２層）〜数１０層の薄膜を積層形
成した構造を有する。図６にはその３層分の断面と代表
光線Ｄ0 の主要光路が示されている。

【００６９】多層膜型偏光分離板１８は、入射側から順
に二酸化チタン（ＴｉＯ2 ；屈折率ｎ1 ＝２．３）層１
８１、二酸化珪素（ＳｉＯ2 ；屈折率ｎ2 ＝１．４６）
層１８２、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ；屈折率ｎ3 ＝ｎ1
＝２．３）層１８３で構成されており、以下、総層数に
合わせて二酸化チタン層と二酸化珪素層が交互に積層さ
れた構造を有している。屈折率が更に異なる材料の層を
積層させることもあり得る（例えば、二酸化ジルコニウ
ムＺｒＯ2 、一般の酸化数を持った酸化チタンＴｉＯx
の層）。

【００７０】このような多層膜型の偏光分離板１８の偏
光分離原理は、異屈折率材料間に形成される界面におけ
るＳ偏光成分とＰ偏光成分の反射特性の違いを利用した
ものであり、その点では、前述の（１），（２）の型の
偏光分離板手段と共通している。

【００７１】図６に描かれているように、導光板１から
の出射光束を代表する代表光線Ｄ0が、空気層ＡＲ２
（屈折率ｎ0 ＝１．０）からＳ偏光成分Ｉs ＝１００、
Ｐ偏光成分Ｉp ＝１００の相対強度を以て第１層１８１
に入射すると、層１８１の内部へ進入する光線Ｄ1 と反
射光線Ｄ2 が生じる。

【００７２】その際の反射率は、Ｓ偏光成分については
Ｒs ＝５１．８％であるが、Ｐ偏光成分についてはＲp
＝０．５５％と極めて小さい。即ち、Ｓ偏光成分は半分
程度しか第１層１８１内に進入出来ないが、Ｐ偏光成分
についてはほぼその全量が界面を通過して第１層１８１
内に進入する。

【００７３】この光線Ｄ2 が第２層との界面に到達する
と、再び光線Ｄ3 とＤ4 に分岐する。その際の反射率
は、Ｒs （Ｓ偏光成分）＝９．３％、Ｒp （Ｐ偏光成
分）＝１．９％である。即ち、Ｓ偏光成分の９割程度が
第２層１８２内に進入する一方、Ｐ偏光成分については
その大半が界面を通過して第２層１８２内に進入するこ
とになる。

【００７４】同様に、第２層１８２と第３層１８３の界
面においては、Ｄ5 とＤ6 の分岐が起こり、その際の反
射率はＲs （Ｓ偏光成分）＝９．３％、Ｒp （Ｐ偏光成
分）＝１．９％となる。

【００７５】このように、各界面に遭遇する度にＰ偏光
成分の大部分が次層へ伝播されていくのに対し、Ｓ偏光
成分の相当部分が排除されていくという現象が起る。多
重反射及び吸収損失の効果は小さいとして、本事例にお
ける第３層進入時の偏光成分の見積りを行なうと、Ｓ偏
光成分；Ｉs ＝３９．７，Ｐ偏光成分；Ｉp ＝９５．７
という値が計算される。層数が更に増えれば、各数値Ｉ
s ，Ｉp は等比数列的に減少すると考えられる。

【００７６】その際の平均的な公比をｒs （Ｓ偏光成
分），ｒp （Ｐ偏光成分）とすれば、ｒs ＜ｒp であ
り、ｒp は１を僅かに下回る程度となる。従って、多層
膜型偏光分離板１８を構成する層の総数が多い程Ｐ偏光
成分の「純度」は高くなると考えられる。このような傾
向は、代表光線Ｄ0 の出射角が７０度である場合に限ら
ず、相当幅広い角度条件の下で成り立つものである。

【００７７】図７は、これを実証するデータの一例を表
わすグラフである。本グラフは、厚さ１ｍｍの光学ガラ
ス板ＢＫ−７（屈折率１．５１６３）上に、ＴｉＯx
（屈折率２．３前後）、ＳｉＯ2 （屈折率１．４６）及
びＺｒＯ2 （屈折率２．０）からなる多層膜を真空蒸着
により形成した偏光分離板について、日立製作所製の分
光光度計Ｕ−３２００を用い、偏光分離機能を入射角度
を５５度〜７０度まで変えながら測定した結果を示した
ものである。

【００７８】このグラフから容易に読み取れるように、
可視光の全域に亙って高い偏光分離機能が発揮されてい
ることが判る。また、入射角が大きい方が偏光分離機能
が高いという傾向があるものの、代表光線Ｄ0 の層１８
１への入射角が７０度から１０度程度ぶれたとしても、
各界面におけるＰ偏光成分の透過率は１００％に近いま
まである。そして、Ｓ偏光成分の透過率はＰ偏光成分の
透過率を一貫して下回っている。このことから、多層膜
型の偏光分離板のＰ偏光成分純化機能が特殊な条件下だ
けで成立するものではないことが判る。

【００７９】なお、本例においても、先に説明したと同
様の戻り光に対する偏光スクランブル効果と次に述べる
偏光変換作用により、導光板１からの再出射によるＰ偏
光成分の増強作用が発揮されることや、多層膜型偏光分
離板１８の後段にプリズムシート４を配置することによ
って光出射方向の修正を行えるということは言うまでも
ない。

【００８０】［ＩＩ］偏光変換素子１０（第１の形態；
傾斜プリズム溝の内面反射で偏光変換）の構造と機能上記［Ｉ］の項で説明したように、偏光分離板８と導光
板１の協働的な作用によって照明光の偏光化がかなりの
程度達成される。しかし、更に詳しい考察を行なうと、
未だ相当の改善の余地が残されていることが判る。即
ち、上記説明の中でも明らかにしたように、戻り光中に
多く含まれるＳ偏光成分のＰ偏光成分への変換は、導光
板１の偏光スクランブル効果に依存しているので必ずし
も十分ではない。特に、昨今の面光源装置の薄型化のニ
ーズに応えようとした場合、強いスクランブル効果を期
待することには出来ない。

【００８１】導光板１の裏面６に沿って配置される偏光
変換素子１０は、このような状況を克服する手段を与え
るものであり、導光板１の裏面６を透過する光につい
て、そのＳ偏光成分を高い効率でＰ偏光成分に変換する
機能を有している。以下、図２に示した実施形態で使用
される第１の形態の偏光変換素子１０について、その構
造と機能を詳しく説明する。

【００８２】図２に略記されているように、この偏光変
換素子１０は表裏両面１１，１２がプリズム面とされて
いるが、両プリズム面１１，１２を形成する多数の平行
プリズム溝の配向方向は平行でなく、互いに斜交してい
る。図８は、偏光変換素子１０を導光板１の側から見た
時のプリズム溝の配向方向を示した図である。同図にお
いて、実線で描かれているのが裏面６に向き合う入出力
面１１に形成された偏向プリズム溝である。偏向プリズ
ム溝は、ランプＬの延在方向（即ち、導光板１の光入射
面２の延在方向）と平行な向きに配向している。

【００８３】一方、破線で描かれているのが偏光変換を
達成するための偏光変換プリズム溝であり、入出力面と
反対側の面（裏面）１２に形成される。偏光変換プリズ
ム溝は、ランプＬの延在方向（即ち、導光板１の光入射
面２の延在方向）に対して±４５度（対称性のため、傾
斜の向きは±いずれも可）で傾斜して形成されている。
なお、図８では、各プリズム溝の本数は大幅に減じて示
した。

【００８４】次に、偏光変換素子１０の入出力面に形成
された偏向プリズム溝の偏向作用並びに裏面側に形成さ
れた偏光変換プリズム溝の偏光変換作用について、図９
及び図１０を参照して説明する。先ず、図９は偏光変換
素子１０の断面を局所的に抽出描示し、更に代表光線Ｌ
1 の光路と偏向変換過程の概略を透視的に併記したもの
である。偏光変換素子１０は導光板１の裏面からの出射
光に多く含まれるＳ偏光成分をＰ偏光に変換するための
ものであるから、代表光線Ｌ1 としては出射角β1 で裏
面６から出射されたＳ偏光光線Ｌ1 を考える。出射角β
1 は、発光面５からの出射時とほぼ同じで、一般に６０
度〜８０度の間にある。

【００８５】光線Ｌ1 は空気層ＡＲ１を直進し、偏向プ
リズム溝の一方のプリズム面（有効面）１０１から偏光
変換素子１０内に入射し、対向するプリズム面１０２の
内面で反射され（通常は全反射）、偏光変換素子１０の
厚み方向に方向転換される（符号１２１で表示）。そし
て、斜め４５度に形成された偏光変換プリズム溝の一方
のプリズム面１１１に入射し、図中、斜め４５度向こう
向き（または斜め４５度手前向き）に方向転換される
（符号１２２で表示）。

【００８６】光線Ｌ1 は更に対向するプリズム面１１２
で反射され（通常は全反射）、偏向プリズム溝の一方の
プリズム面１０１の内面で反射され（通常は全反射）、
対向するプリズム面１１２から空気層ＡＲ１に脱出す
る。脱出した光線Ｌ1'で代表される出力光は裏面６から
再度導光板２に戻る。

【００８７】偏向プリズム溝のプリズム頂角β2 は、光
路１２１が偏光変換素子１０の延在方向（導光板１の裏
面６の延在方向）と垂直になるように選ばれる。この条
件で選ばれるプリズム頂角β2 の値は、例えば、６５度
程度になる。なお、プリズム面１０１，１０２の傾斜角
は必ずしも等しく設計される必要はない（プリズム溝の
形状は対称、非対称いずれも可）。これに対して、偏光
変換プリズム溝のプリズム頂角は、９０度とされ、プリ
ズム面１１１，１１２の傾斜角は４５度とされる（プリ
ズム溝の形状は対称）。

【００８８】偏光変換素子１０の表裏を往復するこの過
程で、Ｓ偏光はほぼ１００％の効率でＰ偏光に変換され
る。即ち、代表光線Ｌ1 は符号１２１の光路までのＳ偏
光状態から、光路１２２のＰ，Ｓ偏光の中間状態を経
て、光路１２２以後はＰ偏光となる。

【００８９】なお、実際には代表光線Ｌ1 とは伝播方向
の大きく異なる光もある程度は偏光変換素子１０に入射
して来る。そのような光は、プリズム面１１１，１１２
を透過して散逸し、わずかではあるが光損失の原因とな
る。符号３（図２では記載省略）はこのような透過光の
散逸による光損失を防止するために適宜設けられる反射
体（例えば、銀箔）である。

【００９０】図１０は、偏光変換過程を更に詳しく説明
するために、偏光変換素子１０の裏面に形成された偏光
変換用のプリズム溝の一部（便宜上、「単位ユニット」
と言う。）を斜視的に拡大描示し、図９における光路１
２１〜１２３について偏光状態を併記したものである。

【００９１】同図において、偏光変換用の単位ユニット
は直角二等辺三角柱ＡＢＣＤＥＦで表わされており、面
ＡＢＥＦ，ＣＤＦＥが各々プリズム面１１１，１１２に
対応している。従って、ＥＦが偏光変換プリズム溝の延
在方向を表わしている。図８に示したように、このプリ
ズム溝の延在方向は、入出力面側の偏向プリズム溝の延
在方向（ランプ平行方向）に対して４５度傾斜してい
る。

【００９２】導光板１の裏面６から出射される光には、
多くのＳ偏光成分が含まれ、その偏光面は辺ＥＦの方向
と４５度をなしていると考えられる。そこで、ここでは
代表光線Ｌ1 は、そのような方向（矢印Ｓ1 で表示）の
偏光面を持つ直線偏光であるとする。また、プリズム面
の対称性などを考慮すれば、代表光線Ｌ1 は面ＡＢＣＤ
上の任意の点Ｒ0 を通って面ＡＢＣＤを垂直に通過する
ものを１本考えれば十分である。

【００９３】代表光線Ｌ1 は、点Ｒ0 からプリズム面Ａ
ＢＥＦに向い、点Ｒ1 で反射後、９０度伝播方向を変え
て光路１２２をとる。点Ｒ1 における反射は空気層との
界面の高屈折率媒質側からの反射であり、通常の条件
（偏光変換素子１０の屈折率１．４９〜１．６０程度）
では全反射となる。そして、この反射（全反射）に際し
て偏光面がねじられ、矢印Ｓ2 で示した方向の偏光面を
持つ直線偏光となる。

【００９４】光線Ｌ1 は更に、プリズム面ＣＤＦＥに向
い、点Ｒ2 で反射後、９０度伝播方向を変えて光路１２
３をとり、入出力面へ向かう。光路１２３は光路１２１
と平行で、向きは反対である。点Ｒ2 における反射も、
点Ｒ1 における反射と同様に通常の条件では全反射とな
る。また、この反射（全反射）に際して偏光面が更にね
じられ、矢印Ｓ3 で示した方向の偏光面を持つ直線偏光
となる。

【００９５】このように、偏光変換プリズム溝を形成し
た面における内部反射の過程を通して、Ｓ偏光光線Ｌ1
で代表される入力光は、９０度偏光面をねじられて、Ｐ
偏光光線Ｌ1'に変換される。アルファベット”Ｇ”形の
パターン１００，１００’，１００”はこの偏光面のね
じれの進行過程を表現したものである。一旦、偏光変換
された光線Ｌ1'の偏光面は、偏向プリズム溝のプリズム
面１０１，１０２の反射、透過時には保存されるから、
Ｐ偏光化された光線Ｌ1'が裏面６から導光板１に再入射
することになる。

【００９６】これにより、導光板１内ではＳ偏光成分の
割合が低下する。それに応じて発光面３から出射される
光に含まれるＰ偏光成分の割合が増し、偏光分離板８、
プリズムシート４を通って照明光となるＰ偏光の光量が
増大する。即ち、偏光変換素子１０には、偏光分離板８
から導光板１への戻り光に多く含まれるＳ偏光成分の相
当部分（裏面６から出射された部分）をＰ偏光化してか
ら照明光として取り出すプロセス（Ｐ偏光化リサイクル
プロセス）を促進する顕著な作用がある。

【００９７】ここで、注目すべきことは、導光板１の裏
面からの出射光のほぼ全量が有効に偏光変換素子１０に
入射して偏光変換作用を受けるために、偏光変換の効率
が高いだけでなく、入出力面、偏光変換面いずれにおい
ても光エネルギの損失が非常に小さいことである（特願
平６−７２７４６号、特願平６−８３７１７号に係る発
明との相違）。

【００９８】次に、図１１を参照して、本発明の第２の
実施形態について説明する。図１１は、第２の実施形態
に係る面光源装置の概略構造を図２と同様の形式で表わ
した断面図である。既述した通り、この第２の実施形態
は、「位相差板（４分の１波長板）内部の往復伝播時に
発生する偏光成分間の位相差（レターデイション）」を
偏光変換に利用した偏光変換素子を使用した点に特徴が
ある。

【００９９】そして、図１１に示した第２の実施形態の
面光源装置では、第１の形態の偏光変換素子１０に代え
て第２の形態の偏光変換素子５０を使用した点を除き、
導光板１、偏光分離板８、プリズムシート４の構造、配
置など、すべて図２に示した第１の実施形態の面光源装
置と共通のものとした。従って、前記第１の実施形態に
関する記述は、偏光変換素子の詳細記述を除き本実施形
態についても適用され得るものである。それ故、ここで
は前記項［ＩＩ］に代わる項として下記の項［ＩＩ’］
を設け、偏光変換素子５０に関連した説明のみを行い、
他の部分の繰り返し説明は省略する。

【０１００】［ＩＩ’］偏光変換素子５０（第２の形
態；位相差板（４分の１波長板）内部の往復伝播時に発
生する偏光成分間の位相差で偏光変換）の構造と機能図１１に示したように、第２の実施形態において導光板
１の裏面６に沿って配置される偏光変換素子５０は、第
１の実施形態の場合と同じく、導光板１の裏面６を透過
する光に多く含まれるＳ偏光成分を高い効率でＰ偏光成
分に変換する機能を有している。図１１に略記されてい
るように、この偏光変換素子５０の入出力面は、第１の
実施形態の場合と同様に多数の偏向プリズム溝を形成し
たプリズム面とされる。

【０１０１】一方、偏光変換素子５０の裏面側には、反
射板（あるいは反射層。以下、同じ。）５３で覆われた
４分の１波長板５２が設けられている。４分の１波長板
５２は周知の構造と機能を有するもので、反射板５３と
対をなすことで往復光路を用いた２分の１波長板として
機能する。波長板５２の光学軸は、入出力面側の偏向プ
リズム溝の延在方向に対して±４５度傾斜している。

【０１０２】図１２は、偏光変換素子５０を導光板１の
側から見た時のプリズム溝並びに光学軸の配向方向を図
８と同様の形式で示したものである。同図において、実
線で描かれているのが入出力時に光の伝播方向を偏向す
る偏向プリズム溝である。偏向プリズム溝は、導光板１
の裏面６に向き合う面に形成される、ランプＬの延在方
向（即ち、導光板１の光入射面２の延在方向）と平行な
向きに配向している。

【０１０３】一方、偏光変換を行なうための４分の１波
長板５２は、その光学軸の方向が、破線で表示したよう
にランプＬの延在方向（即ち、導光板１の光入射面２の
延在方向）に対して±４５度傾斜した方向を持つように
配置される（対称性のため、傾斜の向きは±いずれも
可）。

【０１０４】次に、偏光変換素子５０の入出力面に形成
された偏向プリズム溝の偏向作用並びに４分の１波長板
による偏光変換作用について、図１３を参照して説明す
る。図１３は、偏光変換素子５０の断面を局所的に抽出
描示し、更に代表光線Ｌ1 の光路と偏向変換過程の概略
を透視的に併記したものである。代表光線Ｌ1 として
は、偏光変換素子１０の場合と同じく出射角β1 で裏面
６から出射されたＳ偏光光線Ｌ1 を考える。出射角β1
は、発光面５からの出射時とほぼ同じであり、一般に６
０度〜８０度の間にある。

【０１０５】入出力面５１に形成された偏向プリズム溝
の偏向作用並びに４分の１波長板による偏光変換作用に
ついて、図１３を参照して説明する。入出力面５１に形
成された偏向プリズム溝の偏向作用は、偏光変換素子１
０の場合と同様である。

【０１０６】即ち、光線Ｌ1 は空気層ＡＲ１を直進し、
偏向プリズム溝の一方のプリズム面（有効面）５０１か
ら偏光変換素子５０内に入射し、対向するプリズム面５
０２の内面で反射され（通常は全反射）、偏光変換素子
５０の厚み方向に方向転換される（符号５２１で表
示）。そして、４分の１波長板５２に入射し（符号５２
２で表示）、反射板５３との界面で反射され１８０度方
向転換される（符号５２３で表示）。

【０１０７】光線Ｌ1 は再度プリズム面５０２で反射さ
れ（通常は全反射）、偏向プリズム入射時と同じプリズ
ム面５０１から空気層ＡＲ１に脱出する。脱出した光線
Ｌ1'で代表される出力光は裏面６から再度導光板２に戻
る。

【０１０８】偏向プリズム溝のプリズム頂角β3 は、光
路５２１が偏光変換素子５０の延在方向（導光板１の裏
面６の延在方向）と垂直になるように選ばれる。この条
件で選ばれるプリズム頂角β3 の値は、例えば、６５度
程度になる。なお、プリズム面５０１，５０２の傾斜角
は必ずしも等しくなくとも良い（プリズム溝の形状は、
対称、非対称いずれも可）。

【０１０９】偏光変換素子５０の表裏を往復するこの過
程で、Ｓ偏光はほぼ１００％の効率でＰ偏光に変換され
る。即ち、４分の１波長板５２への入射後の光路５２２
において、光路５２１までのＳ偏光状態からＰ偏光状態
への変換が進み、光路５２３以後はほぼ完全なＰ偏光と
なる。一旦、偏光変換された光線Ｌ1'の偏光面は、偏向
プリズム溝のプリズム面５０１，５０２の反射、透過時
には保存されるから、Ｐ偏光化された光線Ｌ1'が裏面６
から導光板１に再入射することになる。

【０１１０】これにより、第１の実施形態の場合と同じ
く、導光板１内のＳ偏光成分の割合が低下し（５０％に
近づく方向）、発光面３から出射される光のＰ偏光成分
が増し、それに応じて偏光分離板８、プリズムシート４
を通って照明光となるＰ偏光成分が増大する。即ち、偏
光変換素子５０は、偏光分離８から導光板１への戻り光
に多く含まれるＳ偏光成分の相当部分（裏面６から出射
された部分）をＰ偏光化して照明光に再利用し易くする
顕著な働きがある。

【０１１１】そして、偏光変換素子１０を使用した第１
の実施形態と同様、導光板１の裏面からの出射光のほぼ
全量が有効に偏光変換素子１０に入射して偏光変換作用
を受けるために、偏光変換の効率が高いだけでなく、入
出力面、偏光変換面いずれにおいても光エネルギの損失
が非常に小さいことである（特願平６−７２７４６号、
特願平６−８３７１７号に係る発明との相違）。

【０１１２】ところで、既に触れたように、本発明の偏
光化機能付面光源装置の特徴が極めて有効に生かされる
代表的な事例として、液晶表示装置のバックライトへの
適用がある。即ち、本発明の偏光化機能付面光源装置を
液晶表示装置のバックライトへ適用することで、バック
ライト光源出射光束の偏光方向と偏光板の偏光軸方向が
平行となる配置をとるだけで、表示に有効に寄与する光
エネルギの割合を格段に向上させることが出来る。

【０１１３】図１４は、本発明に係る偏光化機能付の面
光源装置を液晶表示装置のバックライトとして使用した
場合の基本的な配置を要素分解斜視図で示したものであ
る。本例では、バックライトとして上記第１または第２
の実施形態（図２、図１１参照）に示したものと同じ型
の偏光化機能付面光源装置が使用されており、共通する
要素は同じ符号で指示されている。

【０１１４】即ち、符号１は楔形断面形状を有する指向
出射性の光散乱導光体からなる導光板で、第１、第２の
実施形態で使用されているものである。また、導光板１
のサイズは使用する液晶セルのサイズに合わせ設計され
る。ここでは、図中左右方向の長さが１８０ｍｍ、幅が
１３５ｍｍとした。

【０１１５】前述した通り、一般には、指向出射性の導
光板１に光散乱導光体を使用する場合、有効散乱照射パ
ラメータＥと相関距離ａのの好ましい範囲は、各々０．
５［cm^-1］≦Ｅ≦５０［cm^-1］，０．０６［μｍ］≦ａ
≦３５［μｍ］である。また、特に普及サイズのノート
ブック型パーソナルコンピュータの液晶ディスプレイへ
の適用を考えた場合には、２．７７［cm^-1］≦Ｅ≦９．
２４［cm^-1］，０．０６［μｍ］≦ａ≦７［μｍ］で特
に好ましい結果が得られている。

【０１１６】銀箔製シートＲを背面側に設けたランプＬ
から右方に向かって入射した光は、発光面５から指向性
の光として取り出される。導光板１の裏面６には、上記
説明した偏光変換素子１０または５０が配置されてい
る。符号８は導光板１の発光面５に沿って配置された偏
光分離板８であり、更にその外側にはプリズムシート４
が配置される。偏光分離板８には、前述したいずれかの
型のものを配置する。また、プリズムシート４はポリカ
ーボネート（ＰＣ；屈折率１．５９）からなるものを使
用し、そのプリズム形成面を偏光分離板８の方向に向け
て配置した。

【０１１７】これら要素からなる偏光化機能付面光源装
置で構成されるバックライトの光出射側には、２枚の偏
光板６０，８０とその間に配置された液晶セル７０から
なる液晶表示パネルが配置される。光入射側の偏光板６
０の透過偏光軸の方向は図中で水平方向を向くように設
定される一方、光出射側の偏光板８０の透過偏光軸の方
向は図中で鉛直方向を向くように設定されている。

【０１１８】既に詳しく説明したように、光源Ｌ、導光
板１、反射体Ｒ、偏光分離板８及びプリズムシート４、
偏光変換素子１０または５０からなる偏光化機能付面光
源装置から出射される光束は強くＰ偏光化されているか
ら、図示された配置条件では、その主たる偏光軸が図中
水平方向を向くことになる。従って、バックライト光束
として偏光板６０に入射した光の内、偏光板６０を透過
する光量の割合が大きくなり、５０％を上回る光透過率
が確保される。

【０１１９】なお、液晶ディスプレイの視覚特性に対称
性を与えるために、偏光板６０，８０の偏光透過軸の方
向を表示面のフレームの縦または横方向に対して傾斜
（通常は４５度傾斜）させる技術が知られている。この
技術を適用する場合には、光学軸を照明光の偏光軸に対
して所定角度だけ傾斜させた２分の１波長板９０（破線
で描示）をプリズムシート４と偏光板６０の間に更に配
置すれば、２分の１波長板９０の周知の作用により、照
明光の偏光軸の方向を偏光板６０の偏光透過軸の方向と
一致させることが出来る。偏光板６０の偏光透過軸の傾
斜角度を４５度とした場合、２分の１波長板９０の光学
軸の傾斜角はその２分の１である２２．５度とされる。

【０１２０】また、これまでの実施形態の説明において
は、光源Ｌとして棒状の蛍光灯を使用することを一応の
前提としたが、本発明における光源は広義には光供給手
段であれば良く、必ずしも自身が発光能力を有する必要
はない。例えば、他の発光素子に結合された光ファイバ
束の出射端などであっても構わない。その偏光特性につ
いても特に制限はなく、レーザ発振に由来した光のよう
に特定の偏光特性を有する光を供給した場合でも、本発
明の本質的な偏光化作用自体が損なわれることは無い。

【０１２１】また、前述したように、本発明に言う「楔
形状断面を有する導光板」には、２個の楔形を肉薄側で
連結した形状（連結楔形状）をなす導光板も含まれる。
上記各実施形態における導光板１をそのような連結楔形
状の導光板に代え、各肉厚端面（光入射面）の近傍に１
本づつランプＬを配置すれば、いわゆる両灯式の面光源
装置が構成される。このような両灯式の面光源装置にお
いても、本発明の特徴的な作用（Ｐ偏光化リサイクルプ
ロセス）が発揮されることは、これまでの説明から明ら
かであろう。

【０１２２】次に、導光板１の材料に光散乱導光体を採
用した場合に、その散乱特性を記述する指標値となる有
効散乱照射パラメータＥと相関距離ａについてＤｅｂｙ
ｅの理論を引用して説明し、更に、その指向出射性につ
いて簡単に説明しておく。

【０１２３】今、一定の屈折率を有する基材内に一様に
屈折率不均一構造を分布形成させた媒体からなる光散乱
導光体内を強度Ｉ0 の光がｙ(cm)伝播し、その間の散乱
により強度がＩに減衰した場合を考え、有効散乱照射パ
ラメータＥを次式（１）または（２）で定義する。

【０１２４】

【数１】上式（１），（２）は各々いわゆる積分形及び微分形の
表現であり、物理的な意味は等価である。なお、このＥ
は濁度と呼ばれることもある。一方、媒体内に分布した
不均一構造によって光散乱が起こる場合の散乱光強度
は、縦偏光の入射光に対して出射光の大半が縦偏光であ
る通常の場合（ＶV 散乱）には、次式（３）で表され
る。

【０１２５】

【数２】自然光を入射させた場合には、Ｈh 散乱を考慮して、式
（３）の右辺に（１＋cos²Φ）／２を乗じた次式を考え
れば良いことが知られている。

【０１２６】

【数３】ここで、λ0 は入射光の波長、ν＝（２πｎ）／λ0 、
ｓ＝２sin （Φ／２）、ｎは媒体の屈折率、Φは散乱
角、＜η²＞は媒体中の誘電率ゆらぎ２乗平均（以下、
＜η²＞＝τとして、τを適宜使用する。）であり、γ
（ｒ）は相関関数と呼ばれるものであり、次式（６）で
表わされる。

【０１２７】Ｄｅｂｙｅの理論によれば、媒体の屈折率
不均一構造が界面を持ってＡ相とＢ相に分かれて分散し
ている場合には、誘電率のゆらぎに関して相関関数γ
（ｒ）、相関距離ａ、誘電率ゆらぎ２乗平均τ等につい
て、下記の関係式（７），（８）が成立する。

【０１２８】

【数４】不均一構造が半径Ｒの球状界面で構成されているとみな
せば、相関距離ａは次式で表される。

【０１２９】

【数５】相関関数γ（ｒ）についての式（６）を用い、式（５）
に基づいて自然光を媒体に入射させた時の有効散乱照射
パラメータＥを計算すると結果は次のようになる。

【０１３０】

【数６】図１５は、横軸に相関距離ａ、縦軸に誘電率ゆらぎ２乗
平均τをとり、有効散乱照射パラメータＥを一定にする
条件を表わす曲線を、Ｅ＝５０［cm^-1］及びＥ＝１００
［cm^-1］の場合について描いたものである。Ｅの値は散
乱導光媒体の散乱能の「強さ」の目安となる指標であ
り、Ｅの値が大きければ散乱能が強く、Ｅの値が小さけ
れば散乱能が弱い（透明に近い）という傾向が生じる。
Ｅ＝０［cm^-1］は無散乱状態に対応している。従って、
大寸法で明るさが均一な面光源の用途にはＥの小さな光
散乱導光体が適し、小寸法の面光源の用途にはＥの大き
な光散乱導光体が適しているという一般論が成立する。
既述したＥの範囲（０．５［cm^-1］≦Ｅ≦５０［cm^-1］
あるいは２．７７［cm^-1］≦Ｅ≦９．２４［cm^-1］に
は、このような観点が考慮されている。

【０１３１】一方、相関距離ａは、光散乱導光体内部に
おける個々の散乱現象における散乱光の方向特性に深く
関わっている量である。即ち、上記（３）式乃至（５）
式の形から推察されるように、光散乱導光体内部におけ
る光散乱は一般に前方散乱性を帯びているが、前方散乱
性の強さが相関距離ａに依存して変化する。

【０１３２】図１６は、これをａの２つの値について例
示したグラフである。図において、横軸は散乱角度Φ
（入射光線の進行方向をΦ＝０度とする。）を表わし、
縦軸は自然光を仮定した場合の散乱光強度、即ち、上記
（５）式をΦ＝０度に対して規格化した値、Ｖvh（Φ）
／Ｖvh（０）を表わしている。同図に併記されているよ
うに、ａ＝０．１３［μｍ］、上記（９）を用いて粒径
に換算して２Ｒ＝０．２［μｍ］の場合には、規格化散
乱強度のグラフはΦに関する緩やかな減少関数となる
が、ａ＝１．３［μｍ］、上記（９）式による粒径換算
値で２Ｒ＝２．０［μｍ］の場合には、規格化散乱強度
のグラフはΦが小さい範囲で急激に減少する関数とな
る。

【０１３３】このように、光散乱導光体内の屈折率の不
均一構造によって生ずる散乱は、基本的に前方散乱性を
示し、相関距離ａの値が小さくなると前方散乱性が弱ま
り、１回の散乱における散乱角度範囲が広がる傾向を持
つようになる。この事実自体は、実験的にも確認済みの
事項である。

【０１３４】以上は光散乱導光体内部に分布した屈折率
不均一構造による個々の散乱現象そのものに着目した議
論であるが、光散乱導光体の光取出面から実際に出射さ
れる光の方向特性を評価する際には、光散乱導光体の内
部側から光取出面に入射する光の全反射の現象と光出射
時の界面透過率（光散乱導光体からの脱出率）を併せて
考慮する必要がある。

【０１３５】基礎的な光学理論によって良く知られてい
るように、外部の媒体（空気）に比して相対的に大きな
屈折率を有する光散乱導光体の内部側から光取出面に光
が入射角α（ここでは、光取出面に対して光散乱導光体
内部に向けて立てた法線の方向をα＝０度とする。）
が、光散乱導光体内外の媒体の屈折率によって決まる臨
界角αc を上回る場合には、外部（空気層）への出射
（光の脱出）が起らない。

【０１３６】本願発明に使用される光散乱導光体の代表
的な材料であるＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート；
屈折率１．４９２）では、αc ＝４２度となる。

【０１３７】後述するように、本発明で光散乱導光体の
マトリックスとして好適に使用される樹脂材料の屈折率
は、１．４〜１．７の範囲にあり、これに対応する臨界
角αc の範囲は、３６．０度〜４５．６度となる。

【０１３８】従って、本願発明のように光取出面の側方
に光入射面をとるケースでは（後述する各実施例参
照）、光入射面から入射した光が不均一構造に遭遇して
発生した１次散乱光が、直ちに上記臨界角条件を満たし
て光取出面から外部へ出射されることは極めて起り難い
と考えられる。

【０１３９】即ち、本願発明が前提とする条件の下で
は、光散乱導光体内部における多重散乱の効果、光散乱
導光体の光取出面側及び背面側の界面あるいはそれに面
して配置された反射部材（本願発明では、反射型の偏光
変換手段が配置される。詳細は後述。）による反射の効
果等が複合的に作用し合った結果として、上記臨界角条
件を満たすに至った光が外部に出射されるという現象
が、光取出面からの光出射に大きく関与しているものと
考えて良い。

【０１４０】そうだとすると、臨界角条件を満たした条
件で光取出面方向に伝播する光について考えた場合、光
入射面から入射した時点における光の伝播方向性を全体
として保存するように作用する前記前方散乱性の効果
は、上記複合的な効果によって相当程度薄められ、光の
伝播方向分布にかなりの拡がりが生じている筈である。
その結果、光散乱導光体から出射される光の方向特性
は、臨界角条件を満たした光の光取出面における界面透
過率（脱出率）の角度依存性に大きく左右されることに
なる。

【０１４１】一般に、臨界角条件（α＜αc ）をぎりぎ
りで満たすような条件における界面透過率は極めて低く
（例えば、アクリル樹脂−空気界面の場合、Ｐ偏光成分
４０％程度、Ｓ偏光成分２０％程度）、入射角αが臨界
角αc を下回る量が増えれば界面透過率は急激に上昇
し、５度乃至１０度以上下回った条件ではほぼ一定とな
る（アクリル樹脂−空気界面の場合、Ｐ偏光成分９０％
以上、Ｓ偏光成分８５％以上）。

【０１４２】以上のことから、アクリル樹脂（αc ＝約
４２度）の場合で言えば、光散乱導光体内部側から光取
出面へ入射角α＝３５度〜４０度前後で入射した光が、
光散乱導光体の光取出面からの光出射に最も寄与してい
るものと考えられる。このα＝３５度〜４０度の入射角
で光取出面に入射した光は、スネルの法則に従って光取
出面で屈折し、光取出面に外部に向けて立てた法線に対
して６０度〜８０度程度の範囲内に収まる方向（即ち、
光取出面表面に対して２０度〜３０度程度立ち上がった
方向）へ出射されることになる。

【０１４３】図１７のグラフこれを実証する測定例で、
第１、第２の実施形態で使用した導光板１について、発
光面５から出射される光の角度別の強度を偏光成分別に
測定した結果を表わしている。測定は、輝度計（ミノル
タ製ＬＳ１１０；測定視野角１／３度、クローズアップ
レンズ装着）を発光面５の中央点Ｐ（図２参照）を常に
距離２０３ｍｍの距離から視線ｂで見る条件で、視線ｂ
の方向をランプＬに対して垂直な面内で旋回走査させな
がら行なった。また、グラフの縦軸にプロットされてい
るのは、COS 補正（φの走査によって測光対象とされる
発光面の面積が1/COS φを因子に持って変化することの
効果を補償するための補正）を行なった後のＰ偏光成分
及びＳ偏光成分の輝度値である。

【０１４４】このグラフから、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分
では輝度値のピークを与える角度が数度程度異なってい
るが、いずれも６０度〜８０度の範囲で明瞭なピークを
示している。同様の事実は光散乱導光体を用いた本事例
に限らず、一般の出射指向性の導光板で確認される事柄
である。

【０１４５】但し、ここで注意すべきことは、導光板に
光散乱導光体を採用した場合、相関距離ａの値が余り小
さくなると、個々の散乱における前方散乱性そのものが
薄れてしまい、一次散乱のみで後方散乱を含む広角度範
囲の散乱光が発生するようになる為に、この指向性がぼ
やけてしまうことである。

【０１４６】本発明で使用する「指向出射性」の導光板
は、このような現象を顕著に示さないような特性を有し
ているものであり、相関距離ａについて指定した前述の
範囲（０．０６［μｍ］≦ａ≦３５［μｍ］あるいは
０．０６［μｍ］≦ａ≦７［μｍ］）には、この条件が
考慮に入れられている。光散乱導光体として、ポリマー
マトリックス中に異屈折率粒子を均一に分散させたもの
を使用する場合には、前記（９）式から、上記相関距離
の範囲（０．０６［μｍ］≦ａ≦３５［μｍ］）を異屈
折率粒子径の範囲に換算すると、０．１［μｍ］〜５４
［μｍ］になる。

【０１４７】最後に、本発明において、導光板として使
用される光散乱導光体の材料及び製造方法について説明
する。本発明で導光板の材料として好適に使用される光
散乱導光体のベースとしては、種々のポリマー材料があ
る。これらポリマーの代表的なものを下記の表１及び表
２に示す。このようなポリマー材料をベースとする光散
乱導光体は、次のような方法によって製造することが可
能である。

【０１４８】

【表１】

【０１４９】

【表２】先ず、その１つは、２種類以上のポリマーを混練する工
程を含む成形プロセスを利用する方法である。即ち、２
種類以上の屈折率の相互に異なるポリマー材料（任意形
状で良い。工業的には、例えばペレット状のものが考え
られる。）を混合加熱して、練り合わし（混練工程）、
混練された液状材料を射出成形機の金型内に高圧で射出
注入し、冷却固化することによって成形された導光板を
金型から取り出せば金型形状に対応した形状の導光板を
得ることが出来る。

【０１５０】混練された２種類以上の異屈折率のポリマ
ーは完全には混ざり合うことなく固化するので、それら
の局所的濃度に不均一（ゆらぎ）が生まれて固定され、
一様な散乱能が与えられる。また、混練された材料を押
し出し成形機のシリンダー内に注入し、通常のやり方で
押し出せば目的とする成形物を得ることが出来る。

【０１５１】これらポリマーブレンドの組合せや混合割
合については、非常に幅広い選択が可能であり、屈折率
差、成形プロセスで生成される屈折率不均一構造の強さ
や性質（散乱照射パラメータＥ、相関距離ａ、誘電率ゆ
らぎ２乗平均τ等）を考慮して決定すれば良い。なお、
使用し得るポリマー材料の代表的なものは前記表１及び
表２に示した通りである。

【０１５２】光散乱導光体を構成する材料の製造法の別
の１つは、ポリマー材料中に屈折率の異なる（０．００
１以上の屈折率差）粒子状材料を一様に混入分散させる
ものである。そして、粒子状材料の一様混入に利用可能
な方法の１つにサスペンション重合法と呼ばれる方法が
ある。即ち、粒子状材料をモノマー中に混入し、湯中に
懸濁させた状態で重合反応を行なわせると、粒子状材料
が一様に混入されたポリマー材料を得ることが出来る。
これを原材料に用いて成形を行なえば、所望の形状の光
散乱導光体が製造される。

【０１５３】また、サスペンション重合を種々の粒子状
材料とモノマーの組合せ（粒子濃度、粒径、屈折率等の
組合せ）について実行し、複数種類の材料を用意してお
き、これを選択的にブレンドして成形を行なえば、多様
な特性の光散乱導光体を製造することが出来る。また、
粒子状材料を含まないポリマーをブレンドすれば、粒子
濃度を簡単に制御することが出来る。

【０１５４】粒子状材料の一様混入に利用可能な方法の
他の１つは、ポリマー材料と粒子状材料を混練するもの
である。この場合も、種々の粒子状材料とポリマーの組
合せ（粒子濃度、粒径、屈折率等の組合せ）で混練・成
形（ペレット化）を行なっておき、これらを選択的にブ
レンドして光散乱導光体を成形製造することにより、多
様な特性の光散乱導光体を得ることが出来る。

【０１５５】また、上記のポリマーブレンド法と粒子状
材料混入方法を組み合わせることも可能である。例え
ば、屈折率の異なるポリマーのブレンド・混練時に粒子
状材料を混入させることが考えられる。

【０１５６】

【発明の効果】本発明の偏光化機能付面光源装置によれ
ば、指向出射性の導光板、偏光成分に依存した反射特性
を有する偏光分離手段並びに偏向プリズム面を備えた偏
光変換素子を組み合わせる構成によりリサイクル的な偏
光化プロセスが高効率で達成され、高いエネルギ利用効
率を以て偏光化された照明光の生成が可能になる。

【０１５７】また、本発明に係る偏光化機能付面光源装
置によれば、その出射光束に明瞭な指向性が保存されて
いるから、プリズム作用を利用したプリズムシートを付
加的に利用することによって、所望の方向に伝播する偏
光化光束を生成させることが出来る。

【０１５８】このような特性は、本願発明の偏光化機能
付面光源装置を液晶表示装置のバックライトとして用い
た際に極めて有利であり、液晶表示装置の表示品位を格
段に向上させ、省電力性を大幅に改善させるに充分なも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のサイドライト型面光源装置の基本的な構
成を説明する見取り図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る面光源装置の概
略構造を断面図で表わしたものである。

【図３】偏光分離板８の偏光化機能について説明する図
である。

【図４】横軸にＢＫ−７板への入射角をとり、縦軸に
Ｐ，Ｓ各偏光成分の１回透過の透過率をとってグラフ表
示したものである。

【図５】（Ａ）は、光出射方向修正素子の典型的な構造
と配置を説明する図、（Ｂ）は変形型の配置を示した図
である。

【図６】図３と同様の形式で、多層膜を利用した偏光分
離板の機能を説明する図である。

【図７】厚さ１ｍｍの光学ガラス板ＢＫ−７上に、Ｔｉ
Ｏx 、ＳｉＯ2 及びＺｒＯ2 からなる多層膜を真空蒸着
により形成した偏光分離板について、偏光分離機能を入
射角度を５５度〜７０度まで変えながら測定した結果を
示したグラフである。

【図８】偏光変換素子１０を導光板１の側から見た時の
プリズム溝の配向方向を示した図である。

【図９】偏光変換素子１０の断面を局所的に抽出描示
し、更に代表光線Ｌ1 の光路と偏向変換過程の概略を透
視的に併記したものである。

【図１０】偏光変換過程を更に詳しく説明するために、
偏光変換素子１０の裏面に形成された偏光変換用のプリ
ズム溝の一部（単位ユニット）を斜視的に拡大描示し、
図９における光路１２１〜１２３について偏向状態を併
記したものである。

【図１１】第２の実施形態に係る面光源装置の概略構造
を図２と同様の形式で表わした断面図である。

【図１２】偏光変換素子５０を導光板１の側から見た時
のプリズム溝並びに光学軸の配向方向を図８と同様の形
式で示したものである。

【図１３】偏光変換素子５０の断面を局所的に抽出描示
し、更に代表光線Ｌ1 の光路と偏向変換過程の概略を透
視的に併記したものである。

【図１４】本発明に係る偏光化機能付の面光源装置を液
晶表示装置のバックライトとして使用した場合の基本的
な配置を要素分解斜視図で示したものである。

【図１５】横軸に相関距離ａ、縦軸に誘電率ゆらぎ２乗
平均τをとり、有効散乱照射パラメータＥを一定にする
条件を表わす曲線を、Ｅ＝５０［cm^-1］及びＥ＝１００
［cm^-1］の場合について描いたものである。

【図１６】相関距離ａによって光散乱導光体の前方散乱
性の強さが変化することを説明するグラフである。

【図１７】第１、第２の実施形態で使用した導光板１に
ついて、発光面５から出射される光の角度別の強度を偏
光成分別に表わしたグラフである。

【符号の説明】

１導光板２光入射面３反射体（銀箔）４プリズムシート４ａ，４ｂプリズムシート４のプリズム面４’ａ，４’ｂプリズムシート４’のプリズム面４ｅプリズムシート４の平坦面４’ｃプリズムシート４’の平坦面５発光面６導光板の裏面７導光板の末端部８偏光分離板８ａ偏光分離板８の光入射面８ｂ偏光分離板８の光出射面１０，５０偏光変換素子１１偏光変換素子１０の入出力面１２偏光変換素子１０の裏面５２４分の１波長板５３反射板（反射層）１０１，１０２，１１１，１１２偏光変換素子１０の
プリズム面５０１，５０２偏光変換素子５０のプリズム面１２１，１２２，１２３偏光変換素子１０内の光路５２１，５２２，５２３偏光変換素子５０内の光路ＡＲ１〜ＡＲ３空気層Ｌ光源素子（冷陰極管；蛍光ランプ）Ｐ導光板１の中央点Ｒ反射体（銀箔）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】楔形状断面を有する指向出射性の導光板
と、該導光板の肉厚端面の近傍に配置された光供給手段
と、前記導光板の発光面に沿って延在するように配置さ
れ、偏光成分に依存した反射特性を有する透光性の偏光
分離手段と、前記導光板の発光面と相反する側の表面に
沿って延在するように配置され、前記導光板の裏面から
の出射光を入出力面から入射させ、Ｓ偏光成分をＰ偏光
成分に変換した後、前記入出力面から前記導光板の裏面
に向けて出射させる偏光変換素子を含み、前記偏光変換素子の入出力面には、前記導光板の裏面か
らの出射光の伝播方向を前記偏光変換素子の厚み方向に
転換させるための多数の偏向プリズム溝が前記導光板の
光入射面の延在方向と平行に形成されている、偏光変換素子を用いた偏光化機能付き面光源装置。
【請求項２】楔形状断面を有する指向出射性の導光板
と、該導光板の肉厚端面の近傍に配置された光供給手段
と、前記導光板の発光面に沿って延在するように配置さ
れ、偏光成分に依存した反射特性を有する透光性の偏光
分離手段と、前記導光板の発光面と相反する側の表面に
沿って延在するように配置され、前記導光板の裏面から
の出射光を入出力面から入射させ、Ｓ偏光成分をＰ偏光
成分に変換した後、前記入出力面から前記導光板の裏面
に向けて出射させる偏光変換素子を含み、前記偏光変換素子の入出力面には、前記導光板の裏面か
らの出射光の伝播方向を前記偏光変換素子の厚み方向に
転換させるための多数の偏向プリズム溝が前記導光板の
光入射面の延在方向と平行に形成されており、前記偏光変換素子の裏面側には、Ｓ偏光成分をＰ偏光成
分に変換するための多数の偏光変換プリズム溝が、前記
導光板の光入射面の延在方向と４５度傾斜した方向に形
成されている、偏光変換素子を用いた偏光化機能付き面光源装置。
【請求項３】楔形状断面を有する指向出射性の導光板
と、該導光板の肉厚端面の近傍に配置された光供給手段
と、前記導光板の発光面に沿って延在するように配置さ
れ、偏光成分に依存した反射特性を有する透光性の偏光
分離手段と、前記導光板の発光面と相反する側の表面に
沿って延在するように配置され、前記導光板の裏面から
の出射光を入出力面から入射させ、Ｓ偏光成分をＰ偏光
成分に変換した後、前記入出力面から前記導光板の裏面
に向けて出射させる偏光変換素子と、前記偏光変換素子の裏面側に配置された反射体を含み、前記偏光変換素子の入出力面には、前記導光板の裏面か
らの出射光の伝播方向を前記偏光変換素子の厚み方向に
転換させるための多数の偏向プリズム溝が前記導光板の
光入射面の延在方向と平行に形成されており、前記偏光変換素子の裏面側には、Ｓ偏光成分をＰ偏光成
分に変換するための多数の偏光変換プリズム溝が、前記
導光板の光入射面の延在方向と４５度傾斜した方向に形
成されている、偏光変換素子を用いた偏光化機能付き面光源装置。
【請求項４】前記導光板が光散乱導光体で構成され、
該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータＥ［cm^-1］の
値が０．５［cm^-1］≦Ｅ≦５０［cm^-1］の範囲にあると
共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相関関数γ
（ｒ）をγ（ｒ）＝ｅｘｐ［−ｒ／ａ］（但し、ｒは光
散乱導光体内の２点間距離）で近似した時の相関距離ａ
［μｍ］の値が０．０６［μｍ］≦ａ≦３５［μｍ］の
範囲にある、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載された、偏光
変換素子を用いた面光源装置。
【請求項５】前記導光板が光散乱導光体で構成され、
該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータＥ［cm^-1］の
値が２．７７［cm^-1］≦Ｅ≦９．２４［cm^-1］の範囲に
あると共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相関
関数γ（ｒ）をγ（ｒ）＝ｅｘｐ［−ｒ／ａ］（但し、
ｒは光散乱導光体内の２点間距離）で近似した時の相関
距離ａ［μｍ］の値が０．０６［μｍ］≦ａ≦７［μ
ｍ］の範囲にある、請求項１〜請求項３のいずれか１項
に記載された偏光変換素子を用いた面光源装置。
【請求項６】楔形状断面を有する指向出射性の導光板
と、該導光板の肉厚端面の近傍に配置された光供給手段
と、前記導光板の発光面に沿って延在するように配置さ
れ、偏光成分に依存した反射特性を有する透光性の偏光
分離手段と、前記導光板の発光面と相反する側の表面に
沿って延在するように配置され、前記導光板の裏面から
の出射光を入出力面から入射させ、Ｓ偏光成分をＰ偏光
成分に変換した後、前記入出力面から前記導光板の裏面
に向けて出射させる偏光変換素子を含み、前記偏光変換素子の入出力面には、前記導光板の裏面か
らの出射光の伝播方向を前記偏光変換素子の厚み方向に
転換させるための多数の偏向プリズム溝が前記導光板の
光入射面の延在方向と平行に形成されており、前記偏光変換素子はその裏面側に、Ｓ偏光成分をＰ偏光
成分に変換するために偏光軸を前記導光板の光入射面の
延在方向と４５度傾斜した方向を向くように配向配置さ
れた４分の１波長板と、該４分の１波長板の外側に配置
された反射体を備えている、偏光変換素子を用いた偏光
化機能付き面光源装置。
【請求項７】前記導光板が光散乱導光体で構成され、
該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータＥ［cm^-1］の
値が０．５［cm^-1］≦Ｅ≦５０［cm^-1］の範囲にあると
共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相関関数γ
（ｒ）をγ（ｒ）＝ｅｘｐ［−ｒ／ａ］（但し、ｒは光
散乱導光体内の２点間距離）で近似した時の相関距離ａ
［μｍ］の値が０．０６［μｍ］≦ａ≦３５［μｍ］の
範囲にある、請求項６に記載された、偏光変換素子を用いた面光源装
置。
【請求項８】前記導光板が光散乱導光体で構成され、
該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータＥ［cm^-1］の
値が２．７７［cm^-1］≦Ｅ≦９．２４［cm^-1］の範囲に
あると共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相関
関数γ（ｒ）をγ（ｒ）＝ｅｘｐ［−ｒ／ａ］（但し、
ｒは光散乱導光体内の２点間距離）で近似した時の相関
距離ａ［μｍ］の値が０．０６［μｍ］≦ａ≦７［μ
ｍ］の範囲にある、請求項６に記載された偏光変換素子
を用いた面光源装置。
【請求項９】前記偏光分離手段の外側に照明光の優先
伝播方向を修正するためのプリズムシートが配置されて
いる請求項１〜請求項８のいずか１項に記載された、偏
光変換素子を用いた偏光化機能付面光源装置。