JPWO2004015330A1 - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

一次光源（１）と、一次光源（１）から発せられる光を導光し、且つ一次光源（１）から発せられる光が入射する光入射面（３１）及び導光される光が出射する光出射面（３３）を有する導光体（３）と、導光体（３）の光出射面（３３）に隣接して配置されている光偏向素子（４）と、光偏向素子（４）の出光面（４２）側に配置されていて入射した光の一方の偏光成分を透過し且つ他方の偏光成分を反射する作用を持つ偏光分離素子（６）とからなり、偏光分離素子（６）への入射光の導光体（３）中を光が進行する方向と平行な方向のＸＺ面内における輝度分布の半値全幅が２５°以下である面光源装置。符号７は液晶表示素子を示す。

Description

本発明は、ノートパソコン、液晶テレビ、携帯電話機、携帯情報端末等において表示部として使用される液晶表示装置等を構成するエッジライト方式の光源装置に関するものであり、特に偏光分離素子を用いた面光源装置の改良に関するものである。

近年、カラー液晶表示装置は、携帯用ノートパソコンやパソコン等のモニターとして、あるいは液晶テレビやビデオ一体型液晶テレビ、携帯電話機、携帯情報端末等の表示部として、種々の分野で広く使用されてきている。また、情報処理量の増大化、ニーズの多様化、マルチメディア対応等に伴って、液晶表示装置の大画面化、高精細化が盛んに進められている。
液晶表示装置は、基本的にバックライト部と液晶表示素子部とから構成されている。バックライト部としては、液晶表示素子部の直下に光源を配置した直下方式のものや導光体の側端面に対向するように光源を配置したエッジライト方式のものがあり、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式が多用されている。
ところで、従来のバックライト部から出射される光は、偏光方向が不ぞろいであったため、液晶表示部の入射側に配置される偏光板によって、約半分が吸収され無駄になっていた。
この問題の解決策として、特表平９−５０６９８４号公報に開示されているように、バックライト部の出射面に、光の一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射する作用を持つ偏光分離素子を設置する方法が用いられる。液晶表示素子部の入射側に設けた偏光板の偏光透過方向と、偏光分離素子の偏光透過方向とを一致させることによって、これまで偏光板で吸収されて無駄になっていた偏光成分が、偏光分離素子で反射され、バックライト部に戻される。このバックライト部に戻された光は、導光体の裏面等で反射され、再び偏光分離素子に入射する。また、バックライト部に戻された光は、導光体中で反射を繰り返す間に偏光状態が変化し、偏光分離素子に再び入射した光の一部は偏光分離素子を通過し、それ以外の光は再び反射される。このように、偏光分離素子とバックライト部とを往復する間に光量の損失がなければ、すべての光がいずれは偏光分離素子を通過し、これまでのように液晶表示素子部の偏光板で吸収される光はなくなるはずである。
しかし、実際には、偏光分離素子で反射された光がバックライト部で反射するたびに光の損失が起こるため、理論通りには輝度が向上しなかった。そこで、バックライト部で反射した光が偏光分離素子に再び入射する割合を高めるために、導光体の裏面に正反射シートを使用することが、特開平１１−３５２４７９号公報に提案されている。また、バックライト部で反射することによる偏光状態の変化をより大きくするために、導光体の裏面にプリズム列を設け、このプリズム列を偏光分離素子の偏光透過面に対して斜め方向に延びるように形成することが、特開平１１−１４２８４９号公報に開示されている。
しかし、これらの方法を用いても、偏光分離素子とバックライト部との間での反射による損失を十分に小さくすることはできず、偏光分離素子の利用による輝度の向上効果は十分とはいえなかった。

そこで、本発明は、偏光分離素子の偏光分離能を向上させ、輝度の極めて高い面光源装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記のような従来技術の問題点に鑑み、偏光分離素子に入射する光を偏光分離素子の法線方向に集中させることによって偏光分離素子の透過軸方向の偏光に対する透過率を高めることができ、偏光分離素子の偏光分離能を向上させることができることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明の面光源装置は、一次光源と、該一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射面及び導光される光が出射する光出射面を有する導光体と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている光偏向素子と、該光偏向素子の出光面側に配置されていて入射した光の一方の偏光成分を透過し且つ他方の偏光成分を反射する作用を持つ偏光分離素子とからなり、前記偏光分離素子への入射光の前記導光体中を光が進行する方向と平行な方向における輝度分布の半値全幅が２５°以下であることを特徴とするものである。

図１は、本発明による面光源装置を示す模式的斜視図である。
図２は、本発明による面光源装置の光偏向素子の入光面のプリズム列の形状の説明図である。
図３は、本発明による面光源装置の光偏向素子の入光面のプリズム列の形状の説明図である。
図４は、本発明による面光源装置の光偏向素子の入光面のプリズム列の形状の説明図である。
図５は、本発明による面光源装置の光偏向素子の入光面のプリズム列の形状の説明図である。
図６は、本発明による面光源装置の光偏向素子の入光面のプリズム列の形状の説明図である。
図７は、本発明による光源装置を示す模式的斜視図である。
図８は、本発明による面光源装置の光拡散素子の出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、図に従って説明する。
図１は、本発明による面光源装置の一つの実施形態を示す模式的斜視図である。図１に示されているように、本発明の面光源装置は、少なくとも一つの側端面を光入射面３１とし、これと略直交する一つの表面を光出射面３３とする導光体３と、この導光体３の光入射面３１に対向して配置され光源リフレクタ２で覆われた一次光源１と、導光体３の光出射面３３上に配置され且つ入光面４１と出光面４２とを有する光偏向素子４と、光偏向素子４の出光面４２上に配置された偏光分離素子６と、導光体３の光出射面３３と反対側の裏面３４に対向して配置された光反射素子５とから構成される。図１には、面光源装置の偏光分離素子６の上に配置された液晶表示素子７も図示されており、これらにより液晶表示装置が構成されている。
偏光分離素子６は、光偏向素子４からの光の一方（透過偏光面）の偏光成分を透過して、図１において上方に出光させ、他方（反射偏光面）の偏光成分を光偏向素子４側に反射するものであり、透過偏光面と液晶表示素子７の入射側偏向板の透過方向とが一致するように設置する。
このような偏光分離素子６としては、複屈折性を有するシートを所定厚みで複数枚積層し、かつその積層の際の各シートの方向性を、隣接するシート間の屈折率差が透過偏光面において大きく且つ反射偏光面において小さくなるようにしたものを用いることが好ましい。また、偏光分離素子６としては、コレステリック液晶層を積層したフィルムと１／４波長板とを組み合わせたものも好ましい。この場合は、コレステリック液晶層で、ある方向の円偏光は透過し逆方向の円偏光は反射する。このとき、コレステリック液晶層上に１／４波長板を配置することで直線偏光を取り出すことができる。この直線偏光の方向を透過偏光面として、この方向が液晶表示素子７の入射側偏向板の透過方向と一致するように設置する。
偏光分離素子６の偏光分離能を向上させるためには、偏光分離素子６に入射する光の輝度分布をその法線方向に集中させることが必要である。入射する光の方向を偏光分離素子６の法線方向に対して２５°以下とすることが、偏光分離素子６の透過偏光面に対する透過率および反射偏光面に対する反射率を高めることから好ましい。この偏光分離素子６の法線方向に対する入射光の方向は、より好ましくは２０°以下であり、さらに好ましくは１５°以下である。
このため、偏光分離素子６へ入射する光の輝度分布における半値全幅が、導光体３の光入射面３１に垂直な方向と光出射面３３の法線方向とを含むＸＺ面（導光体中を光が進行する方向と平行な方向）において２５°以下とすることが必要であり、好ましくは２０°以下、さらに好ましくは１５°以下である。一方、この半値全幅を小さくし過ぎると、液晶表示装置としての視野角が狭くなり過ぎるため、偏光分離素子６へ入射する光の輝度分布におけるＸＺ面における半値全幅は５°以上とすることが好ましく、より好ましくは７°以上、特に好ましくは１０°以上である。本発明においては、偏光分離素子６へ入射する光の輝度分布における半値全幅を上記のようにするために、光偏向素子４からの出射光のＸＺ面における輝度分布の半値全幅を上記の範囲となるようにすればよい。なお、本発明において輝度分布の半値全幅とは、輝度分布におけるピーク値に対する半値での広がり角の全幅の角度をいう。
一般に、図１に示したように、光偏向素子４として導光体３の光入射面３１に略平行な方向に延びる多数のプリズム列を一方の面に並列して形成したものを使用し、このプリズム列形成面が導光体側となるように光偏向素子４を配置した面光源装置においては、光偏向素子４から出射する光の輝度分布は方向によって異なる。通常は、ＸＺ面においては導光体３からの出射光の輝度分布が狭くなっており、さらに光偏向素子４のプリズム列形状等によってこの輝度分布をさらに狭くすることでできるが、プリズム列と平行な方向と光出射面３３の法線方向とを含むＹＺ面（導光体３の光入射面３１と平行な面、即ち導光体中を光が進行する方向に垂直な方向）においては、導光体３からの出射光の輝度分布も広く、光偏向素子４によっても輝度分布を十分に狭くすることは困難である。このため、ＹＺ面における偏光分離素子６への入射光の輝度分布の半値全幅は５０°以下とすることが好ましく、より好ましくは４５°以下、特に好ましくは４２°以下である。一方、この半値全幅を小さくし過ぎると、液晶表示装置としての視野角が狭くなり過ぎるため、上記半値全幅は５°以上とすることが好ましく、より好ましくは７°以上、特に好ましくは１０°以上である。本発明においては、偏光分離素子６へ入射する光の輝度分布における半値全幅を上記のようにするために、光偏向素子４からの出射光のＹＺ面における輝度分布の半値全幅を上記の範囲となるようにすればよい。
本発明においては、偏光分離素子６へ入射する光の輝度分布における半値全幅が、ＸＺ面とＹＺ面との平均値で３３°以下であることが好ましく、より好ましくは３０°以下、さらに好ましくは２８°以下、特に好ましくは２５°以下である。偏光分離素子６へ入射する光の輝度分布における半値全幅を上記のようにするために、光偏向素子４からの出射光のＸＺ面及びＹＺ面における輝度分布の半値全幅を上記の範囲となるようにすればよい。
また、図７に示したように、一次光源１として点状光源を使用し、光偏向素子４として点状の一次光源１を取り囲むような弧状のプリズム列を一方の面に多数並列して形成したものを使用し、このプリズム列形成面が導光体側となるように光偏向素子４を配置した面光源装置においては、導光体中を光が進行する方向に平行な方向および導光体中を光が進行する方向に垂直な方向の両方について、光偏向素子４から出射する光の輝度分布を狭くすることができる。このため、このような面光源装置は、光偏向分離素子６の偏光分離能を向上させる上で非常に適している。この場合、偏光分離素子６への入射光の輝度分布の半値全幅並びに光偏向素子４からの出射光の輝度分布の半値全幅は、導光体中に光が入射する方向に平行な方向での半値全幅と導光体中を光が進行する方向に垂直な方向での半値全幅との平均値で１５°以下とすることが好ましく、より好ましくは１２°以下、さらに好ましくは１０°以下である。
また、偏光分離素子６へ入射する光の輝度分布における半値全幅並びに光偏向素子４からの出射光の輝度分布の半値全幅は、導光体中を光が進行する方向に平行な方向において２５°以下とすることが必要であり、好ましくは２０°以下、さらに好ましくは１５°以下である。一方、この半値全幅を小さくし過ぎると、液晶表示装置としての視野角が狭くなり過ぎるため、上記半値全幅は５°以上とすることが好ましく、より好ましくは７°以上、特に好ましくは１０°以上である。
さらに、導光体中を光が進行する方向と垂直な方向において、偏光分離素子６へ入射する光の輝度分布における半値全幅並びに光偏向素子４からの出射光の輝度分布の半値全幅は、３０°以下であることが好ましく、さらに好ましくは２５°以下、特に好ましくは２０°以下である。一方、この半値全幅を小さくし過ぎると、液晶表示装置としての視野角が狭くなり過ぎるため、上記半値全幅は５°以上とすることが好ましく、より好ましくは７°以上、特に好ましくは１０°以上である。
図２〜６は、本発明の面光源装置において使用される光偏向素子４のプリズム列のＸＺ断面の形状の説明図である。光偏向素子４は、主表面の一方を入光面４１とし他方の面を出光面４２とし、入光面４１には多数のプリズム列が略並列に配列され、各プリズム列は光源側に位置する第１のプリズム面４４と光源から遠い側に位置する第２のプリズム面４５との２つのプリズム面から構成されている。図２に示した実施形態においては、第１のプリズム面４４、第２のプリズム面４５が、共に平面である。本発明の面光源装置においては、プリズム列の頂角（α＋β）が、３５°〜８０°であることが好ましく、より好ましくは３５°〜７５°、さらに好ましくは４０°〜７０°の範囲である。この範囲であれば、光偏向素子４から出射する光の最も強度が強くなる方向（ピーク光の方向）を偏光分離素子６の法線方向とほぼ一致させることができ、偏光分離素子６での高い偏光分離能が得られる。
光偏向素子４から出射する光の導光体３の入射面に垂直な垂直方向（ＸＺ面）における輝度分布を偏光分離素子６の法線方向により集中させるためには、図３〜６に示したように、光偏向素子４の第２のプリズム面４５を出光面４２に近づくほど傾斜角が大きくなるように形成することが好ましい。この結果、第２のプリズム面全体で全反射され出射する光を一定の方向に集光させることができ、より指向性が高く、ピーク光の輝度が大きな光を出射することができる。この場合、第２のプリズム面４５を凸曲面から形成したり、傾斜角の異なる２つ以上の平面および／または凸曲面から形成することができる。
図３に示したように、第２のプリズム面４５を凸曲面から形成する場合、光偏向素子４による集光性をより高めるためには、凸曲面の曲率半径（ｒ）とプリズム列のピッチ（Ｐ）の比（ｒ／Ｐ）を２〜５０とすることが好ましく、より好ましくは５〜３０、さらに好ましくは７〜２０、特に好ましくは７．５〜１５の範囲である。また、第２のプリズム面４５のプリズム頂部とプリズム底部とを結ぶ仮想平面Ｑと凸曲面との最大距離（ｄ）のプリズム列のピッチ（Ｐ）に対する割合（ｄ／Ｐ）を０．０５〜５％とすることが好ましく、より好ましくは０．１〜３％、さらに好ましくは０．２〜２％、特に好ましくは０．７〜１．５％の範囲である。
また、第２のプリズム面４５を傾斜角が異なる２つ以上の平面および／または凸曲面から形成する場合には、平面または凸曲面の面数を３つ以上とすることが好ましく、より好ましくは５つ以上、さらに好ましくは６つ以上である。この面数が少なすぎると、光偏向素子４による集光性が低下し、輝度向上効果が損なわれる傾向にある。一方、この面数を多くすると、第２のプリズム面４５全面にわたってピーク光の方向を細かく調整することができるため、全体としての集中度を高めることができるが、傾斜角の異なる平面を細かく形成しなければならず、光偏向素子４のプリズムパターンを形成するための金型切削用のバイトの設計や製造が複雑となるとともに、一定の光学特性を有する光偏向素子４を安定して得ることも難しくなる。このため、第２のプリズム面４５に形成する面数は２０以下とすることが好ましく、より好ましくは１２以下である。この第２のプリズム面４５の平面及び／または凸曲面への分割は均等に行うことが好ましいが、必ずしも均等に分割する必要はなく、所望の出射光輝度分布（ＸＺ面内）に応じて調整することができる。また、異なる傾斜角を有する各面の幅（プリズム列断面における各面部分の長さ）は、プリズム列のピッチに対して４〜４７％の範囲とすることが好ましく、より好ましくは６〜３０％、さらに好ましくは７〜２０％の範囲である。
第２のプリズム面４５を傾斜角の異なる少なくとも２つの平面より構成し、これら平面の傾斜角が出光面４２に近いほど大きくなり、最も出光面に近い平面と最も出光面から遠い平面との傾斜角の差を１５°以下とすることにより、極めて高い集光効果を発揮させることができ、光源装置として極めて高い輝度を得ることができる。この最も出光面に近い平面と最も出光面から遠い平面との傾斜角の差は、好ましくは０．５〜１０°の範囲であり、より好ましくは１〜７°の範囲である。なお、傾斜角の異なる平面を３つ以上形成する場合には、この傾斜角の差は上記範囲とすることが好ましいが、特にこの範囲に限定されるものではない。また、第２のプリズム面４５をこのような構造にすることにより、所望の集光性を有する光偏向素子を容易に設計することもできるとともに、一定の光学特性を有する光偏向素子を安定して製造することもできる。なお、この傾斜角の差に関する事項は、第２のプリズム面を複数の凸曲面または凸曲面と平面との組合せで構成する場合においても、同様に当てはまる。
本発明において、平面あるいは凸曲面の場合の傾斜角とは、プリズム列形成平面４３に対する傾斜角度をいい、凸曲面の場合には凸曲面の複数の位置における接線のプリズム列形成平面４３に対する傾斜角度を平均したものをいい、凸曲面の両端を結んだ直線（弦）の傾斜角とすることができる。
本発明においては、例えば、図４および図５に示したように、上記のような異なる傾斜角を有する平面の少なくとも１つを凸曲面５２，５３，５４とすることもでき（４９〜５１は平面）、或いは全ての平面を凸曲面としてもよい。また、図６のようにすべての面を平面４６〜４８としたものでもよい。
凸曲面の形状は、そのＸＺ断面の形状が円弧あるいは非円弧となるようにすることができる。さらに、複数の凸曲面によりプリズム面を構成する場合には、各凸曲面の形状が異なることが好ましく、断面円弧形状の凸曲面と断面非円弧形状の凸曲面とを組み合わせることもでき、少なくとも１つの凸曲面を断面非円弧形状とすることが好ましい。複数の凸曲面を断面円弧形状とする場合には、各凸曲面でその曲率を変えたものであってもよい。非円弧形状としては、楕円形状の一部、放物線形状の一部等が挙げられる。
さらに、凸曲面は、その曲率半径（ｒ）とプリズム列のピッチ（Ｐ）との比（ｒ／Ｐ）を２〜５０の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは５〜３０、さらに好ましくは７〜２０、特に好ましくは７．５〜１５の範囲である。このｒ／Ｐが２未満であったり、５０を超えたりすると、十分な集光特性を発揮できなくなり、輝度が低下する傾向にある。
また、第２のプリズム面４５が傾斜角の異なる複数の平面あるいは凸曲面より構成されるとき、十分な集光特性を確保するためには、プリズム列の頂部と底部とを結ぶ仮想平面Ｑと複数の平面あるいは凸曲面（実際のプリズム面を形成する面）との最大距離ｄをプリズム列のピッチ（Ｐ）に対する割合（ｄ／Ｐ）で０．０５〜５％とすることが好ましい。これは、ｄ／Ｐが０．０５％未満あるいは５％を超えると、集光特性が低下する傾向にあり、十分な輝度向上を図れなくなる傾向にあるためであり、ｄ／Ｐはより好ましくは０．１〜３％の範囲であり、さらに好ましくは０．２〜２％、特に好ましくは０．７〜１．５％の範囲である。
また、集光特性を高めるためには、図４及び図６に示されているように、平面および／または凸曲面が、プリズム頂部からの高さｈの領域に少なくとも２つ形成され、プリズム列の高さをＨとしたときｈ／Ｈが６０％以下であることが好ましい。
本発明において、プリズム頂角の法線に対する左右の振り分け角（２つのプリズム面の法線に対する傾斜角度）α、βは、同一でも異なってもよいが、略法線方向（法線方向を０°とした場合のＸＺ面内における±１０°の範囲をいう。）の輝度を効率よく高めようとする場合には、異なった角度に設定することが好ましい。この場合、光源側に位置する振り分け角αを４０°以下、βを２５〜５０°の範囲とすることが好ましい。この頂角の振り分け角α、βは、その差がわずかにある場合が光利用効率が高くなり輝度をより向上させることができるため、振り分け角αを２５〜４０°、振り分け角βを２５〜４５°の範囲とし、振り分け角αとβの差の絶対値（｜α−β｜）を０．５〜１０°とすることが好ましく、より好ましくは１〜１０°、さらに好ましくは１〜８°の範囲である。なお、出射光輝度分布（ＸＺ面内）におけるピーク光を略法線方向以外とする場合は、プリズム頂角の振り分け角α、βを調整することによって、所望の方向にピーク光を有する出射光輝度分布（ＸＺ面内）を得ることができる。
また、振り分け角αを２０°以下とすることによっても光利用効率を高くでき輝度をより向上させることができる。この振り分け角αを小さくするほど光利用効率を高くすることができるが、振り分け角αを小さくしすぎるとプリズム列の頂角が小さくなりプリズムパターンの形成が困難となるため、振り分け角αは３〜１５°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは５〜１０°の範囲である。この場合、出射光輝度分布（ＸＺ面内）におけるピーク光を法線方向から±２°の範囲とし法線輝度を向上させるためには、振り分け角βを３５〜４０°の範囲とすればよい。
このように振り分け角αを２０°以下とする場合には、プリズム列の断面形状においてプリズム頂部と谷部を結んだ２つの直線の長さの比（光源に近い側の直線の長さＬ１に対する光源から遠い側の直線の長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１）を１．１以上とすることが好ましい。これは、Ｌ２／Ｌ１を１．１以上とすることにより光源に近い側のプリズム面から入射した光を光源から遠い側のプリズム面で効率よく受光することができ、光利用効率を高くでき輝度をより向上させることができるためである。Ｌ２／Ｌ１は、より好ましくは１．１５以上であり、さらに好ましくは１．１７以上である。一方、プリズム列のピッチＰが同一であるとした場合、Ｌ２／Ｌ１を大きくしすぎるとプリズム列の頂角が小さくなる傾向にありプリズムパターンの形成が困難となるため、Ｌ２／Ｌ１は１．３以下とすることが好ましく、より好ましくは１．２５以下、さらに好ましくは１．２以下である。また、プリズム列のピッチＰに対する光源から遠い側の直線の長さＬ２の比（Ｌ２／Ｐ）を１．２５以上とすることが同様の理由から好ましい。Ｌ２／Ｐは、より好ましくは１．３以上であり、さらに好ましくは１．４以上である。一方、このＬ２／Ｐを大きくしすぎるとプリズム列の頂角が小さくなる傾向にありプリズムパターンの形成が困難となるため、Ｌ２／Ｐは１．８以下とすることが好ましく、より好ましくは１．６以下、さらに好ましくは１．５以下である。
本発明において、上記のように一次光源１から遠い側のプリズム面である第２のプリズム面４５を非単一平面（単一平面以外の面をいう）とすることにより、導光体３の端面３１に一次光源を配置する場合の光偏向素子４から出射する光の出射光輝度分布（ＸＺ面内）における分布の幅を十分に小さくすることができる。なお、導光体３を伝搬する光が光入射面３１と反対側の端面３２で反射して戻ってくる割合が比較的高い場合、または導光体３の対向する２つの端面にそれぞれ一次光源１を配置する場合には、一次光源１に近い側のプリズム面（第１のプリズム面４４）も同様の形状とすることがより好ましい。一方、導光体３を伝搬する光が光入射面３１と反対側の端面３２で反射して戻ってくる割合が比較的低い場合には、一次光源１に近い側のプリズム面を略平面とすることが好ましい。また、本発明の光偏向素子４は、そのプリズム面の頂部近傍が略平面より構成されるのが好ましい。これにより、プリズム列形成のための成形用型部材の形状転写面形状のより正確な形成が可能になり、導光体３上に光偏向素子４を載置した際のスティッキング現象の発生を抑止することができる。
導光体３は、ＸＹ面と平行に配置されており、全体として矩形板状をなしている。導光体３は４つの側端面を有しており、そのうちＹＺ面と略平行な１対の側端面のうちの少なくとも一つの側端面を光入射面３１とする。光入射面３１は一次光源１と対向して配置されており、一次光源１から発せられた光は光入射面３１から導光体３内へと入射する。本発明においては、例えば、光入射面３１と対向する側端面３２等の他の側端面にも一次光源を配置してもよい。
導光体３の光入射面３１に略直交した２つの主面は、それぞれＸＹ面と略平行に位置しており、いずれか一方の面（図では上面）が光出射面３３となる。この光出射面３３またはその反対側の裏面３４のうちの少なくとも一方の面に粗面からなる指向性光出射機能部や、プリズム列、レンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等の多数のレンズ列を光入射面３１と略平行に形成したレンズ面からなる指向性光出射機能部などを付与することによって、光入射面３１から入射した光を導光体３中を導光させながら光出射面３３から、光入射面３１および光出射面３３の双方に直交する面（ＸＺ面）内の出射光分布において指向性のある光を出射させる。このＸＺ面内における出射光分布のピークの方向が光出射面３３となす角度をａとすると、この角度ａは１０〜４０°とすることが好ましく、出射光分布の半値全幅は１０〜４０°とすることが好ましい。
導光体３の表面に形成する粗面やレンズ列は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．５〜１５°の範囲のものとすることが、光出射面３３内での輝度の均斉度を図る点から好ましい。平均傾斜角θａは、さらに好ましくは１〜１２°の範囲であり、より好ましくは１．５〜１１°の範囲である。この平均傾斜角θａは、導光体３の厚さ（ｔ）と入射光が伝搬する方向の長さ（Ｌ）との比（Ｌ／ｔ）によって最適範囲が設定されることが好ましい。すなわち、導光体３としてＬ／ｔが２０〜２００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．５〜７．５°とすることが好ましく、さらに好ましくは１〜５°の範囲であり、より好ましくは１．５〜４°の範囲である。また、導光体３としてＬ／ｔが２０以下程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを７〜１２°とすることが好ましく、さらに好ましくは８〜１１°の範囲である。
導光体３に形成される粗面の平均傾斜角θａは、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４に従って、触針式表面粗さ計を用いて粗面形状を測定し、測定方向の座標をｘとして、得られた傾斜関数ｆ（ｘ）から次の（１）式および（２）式を用いて求めることができる。ここで、Ｌは測定長さであり、Δａは平均傾斜角θａの正接である。
Δａ＝（１／Ｌ）∫_０ ^Ｌ｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ ・・・ （１）
θａ＝ｔａｎ^−１（Δａ） ・・・ （２）
さらに、導光体３としては、その光出射率が０．５〜５％の範囲にあるものが好ましく、より好ましくは１〜３％の範囲である。これは、光出射率が０．５％より小さくなると導光体３から出射する光量が少なくなり十分な輝度が得られなくなる傾向にあり、光出射率が５％より大きくなると一次光源１の近傍で多量の光が出射して、光出射面３３内でのＸ方向における光の減衰が著しくなり、光出射面３３での輝度の均斉度が低下する傾向にあるためである。このように導光体３の光出射率を０．５〜５％とすることにより、光出射面から出射する光の出射光分布（ＸＺ面内）におけるピーク光の角度（ピーク角度）が光出射面の法線に対し５０〜８０°の範囲にあり、出射光分布（ＸＺ面内）の半値全幅が、１０〜４０°であるような指向性の高い出射特性の光を導光体３から出射させることができ、その出射方向を光偏向素子４で効率的に偏向させることができ、高い輝度を有する面光源素子を提供することができる。
本発明において、導光体３からの光出射率は次のように定義される。光出射面３３の光入射面３１側の端縁での出射光の光強度（Ｉ_０）と光入射面３１側の端縁から距離Ｌの位置での出射光強度（Ｉ）との関係は、導光体３の厚さ（Ｚ方向寸法）をｔとすると、次の（３）式のような関係を満足する。
Ｉ＝Ｉ_０・α（１−α）^Ｌ／ｔ ・・・ （３）
ここで、定数αが光出射率であり、光出射面３３における光入射面３１と直交するＸ方向での単位長さ（導光体厚さｔに相当する長さ）当たりの導光体３から光が出射する割合（％）である。この光出射率αは、縦軸に光出射面２３からの出射光の光強度の対数をとり横軸に（Ｌ／ｔ）をとり、これらの関係をプロットすることで、その勾配から求めることができる。
また、指向性光出射機能部が付与されていない他の主面には、導光体３からの出射光の一次光源１と平行な面（ＹＺ面）での指向性を制御するために、光入射面３１に対して略垂直の方向（Ｘ方向）に延びる多数のレンズ列を配列したレンズ面を形成することが好ましい。図１に示した実施形態においては、光出射面３３に粗面を形成し、裏面３４に光入射面３１に対して略垂直方向（Ｘ方向）に延びる多数のレンズ列の配列からなるレンズ面を形成している。本発明においては、図１に示した形態とは逆に、光出射面３３にレンズ面を形成し、裏面３４を粗面とするものであってもよい。
図１に示したように、導光体３の裏面３４あるいは光出射面３３にレンズ列を形成する場合、そのレンズ列としては略Ｘ方向に延びたプリズム列、レンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等が挙げられるが、ＹＺ断面の形状が略三角形状のプリズム列とすることが好ましい。
本発明において、導光体３に形成されるレンズ列としてプリズム列を形成する場合には、その頂角を７０〜１５０°の範囲とすることが好ましい。これは、頂角をこの範囲とすることによって導光体３からの出射光を十分集光することができ、面光源装置としての輝度の十分な向上を図ることができるためである。すなわち、プリズム頂角をこの範囲内とすることによって、出射光分布（ＸＺ面内）におけるピーク光を含みＸＺ面に垂直な面において出射光分布の半値全幅が３５〜６５°である集光された出射光を出射させることができ、面光源素子としての輝度を向上させることができる。なお、プリズム列を光出射面３３に形成する場合には、頂角は８０〜１００°の範囲とすることが好ましく、プリズム列を裏面３４に形成する場合には、頂角は７０〜８０°または１００〜１５０°の範囲とすることが好ましい。
なお、本発明では、上記のような光出射面３３またはその裏面３４に光出射機能部を形成する代わりにあるいはこれと併用して、導光体内部に光拡散性微粒子を混入分散することで指向性光出射機能を付与したものでもよい。また、導光体３としては、図１に示したような断面形状に限定されるものではなく、くさび状、船型状等の種々の断面形状のものが使用できる。
偏光分離素子６で反射された偏光成分は、バックライト部に再入射し、導光体３の裏面で反射して、再び偏光分離素子６に入射するが、このときに偏光状態が変化し偏光分離素子６を透過する成分が増加していることが好ましい。このようにするためには、導光体３に形成されるレンズ列の延びる方向と偏光分離素子６の透過偏光面の方向とが斜めに交わるようにすることが好ましい。このような構成にすると導光体３のレンズ列によって偏光状態を変化させやすくなるためである。
一次光源１はＹ方向に延在する線状の光源を用いることができる。該一次光源１としては例えば蛍光ランプや冷陰極管を用いることができる。なお、本発明においては、一次光源１としては線状光源に限定されるものではなく、ＬＥＤ光源、ハロゲンランプ、メタハロランプ等のような点光源を使用することもできる。特に、携帯電話機や携帯情報端末機等の比較的小さな画面寸法の表示装置に使用する場合には、ＬＥＤ等の小さな点光源を使用することが好ましい。また、一次光源１は、図１に示したように、導光体３の一方の側端面に対向するようにして設置する場合だけでなく、必要に応じて対向する他方の側端面にもさらに設置することもできる。
例えば、図７のように、一次光源１としてＬＥＤ光源等の略点状光源を導光体３のコーナー等に配置して使用する場合には、導光体３に入射した光は光出射面３３と同一の平面内において一次光源１を略中心とした放射状に導光体３中を伝搬し、光出射面３３から出射する出射光も同様に一次光源１を中心とした放射状に出射する。このような放射状に出射する出射光を、その出射方向に関わらず効率よく所望の方向に偏向させるためには、光偏向素子４に形成するプリズム列を一次光源１を取り囲むように略弧状に略並列して配置することが好ましい。このように、プリズム列を一次光源１を取り囲むように略弧状に略並列して配置することにより、光出射面３３から放射状に出射する光の殆どが光偏向素子４のプリズム列に対して略垂直に入射するため、導光体３の光出射面３３の全領域で出射光を効率良く特定の方向に向けることができ、前述したように、特に偏光分離素子６の分離能を向上させることができる。さらに輝度も向上させることができる。光偏向素子４に形成する略弧状のプリズム列は、導光体３中を伝搬する光の分布に応じてその弧状の程度を選定し、光出射面３３から放射状に出射する光の殆どが光偏向素子４のプリズム列に対して略垂直に入射するようにすることが好ましい。具体的には、ＬＥＤ等の点状光源を略中心とした同心円状に円弧の半径が少しずつ大きくなるように略並列して配置されたものが挙げられ、プリズム列の半径の範囲は、面光源システムにおける点状光源の位置と、液晶表示エリアに相当する面光源の有効エリアとの位置関係や大きさによって決定される。
光源リフレクタ２は一次光源１の光をロスを少なく導光体３へ導くものである。材質としては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックフィルムを用いることができる。図１に示されているように、光源リフレクタ２は、光反射素子５の端縁部外面から一次光源１の外面を経て光偏向素子４の出光面端縁部へと巻きつけられている。他方、光源リフレクタ２は、光偏向素子４を避けて、光反射素子５の端縁部外面から一次光源１の外面を経て導光体３の光出射面端縁部へと巻きつけることも可能である。
このような光源リフレクタ２と同様な反射部材を、導光体３の側端面３１以外の側端面に付することも可能である。光反射素子５としては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックシートを用いることができる。本発明においては、光反射素子５として、反射シートに代えて、導光体３の裏面３４に金属蒸着等により形成された光反射層等を用いることも可能である。
なお、偏光分離素子６で反射されてバックライト部に戻った光を確実に反射して偏光分離素子６に再び入射させるためには、導光体３の裏面に光反射素子５として反射シートを配置することが好ましい。反射シートとしては、少なくとも表面に金属を塗布したシート状の正反射部材や、白色ＰＥＴフィルム等からなるシート状の拡散反射部材を使用することができる。反射シート５に凹凸形状を持たせて、偏光状態の変化を促進させることも好ましく、例えば、コーナーキューブを多数配置したような反射シートを使用することができる。
本発明の面光源装置における導光体３及び光偏向素子４は、光透過率の高い合成樹脂から構成することができる。このような合成樹脂としては、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂が例示できる。特に、メタクリル樹脂が、光透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性に優れており、最適である。このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリル酸メチルが８０重量％以上であるものが好ましい。導光体３及び光偏向素子４の粗面の表面構造やプリズム列等の表面構造を形成するに際しては、透明合成樹脂板を所望の表面構造を有する型部材を用いて熱プレスすることで形成してもよいし、スクリーン印刷、押出成形や射出成形等によって成形と同時に形状付与してもよい。また、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて構造面を形成することもできる。更に、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等からなる透明フィルムあるいはシート等の透明基材上に、活性エネルギー線硬化型樹脂からなる粗面構造またレンズ列配列構造を表面に形成してもよいし、このようなシートを接着、融着等の方法によって別個の透明基材上に接合一体化させてもよい。活性エネルギー線硬化型樹脂としては、多官能（メタ）アクリル化合物、ビニル化合物、（メタ）アクリル酸エステル類、アリル化合物、（メタ）アクリル酸の金属塩等を使用することができる。
以上のような一次光源１、光源リフレクタ２、導光体３、光偏向素子４、光反射素子５及び偏光分離素子６からなる面光源装置の発光面（偏光分離素子６の出光面）上に、液晶表示素子７を配置することにより液晶表示装置が構成される。液晶表示装置は、図１における上方から液晶表示素子を通して観察者により観察される。また、本発明においては、十分にコリメートされた狭い輝度分布の光を、偏光分離素子６に入射させることができるため、高い偏光分離能が得られ、液晶表示素子７を通して観察した際の輝度が高くなる。また、十分コリメートした光を、液晶表示素子７に入射させることができるため、液晶表示素子７での階調反転等がなく明るさ及び色相の均一性の良好な画像表示が得られるとともに、所望の方向に集中した光照射が得られ、この方向の照明に対する一次光源の発光光量の利用効率を高めることができる。
さらに、本発明においては、このように光偏向素子４によって狭視野化され高輝度化された面光源装置において、輝度の低下をできる限り招くことなく、視野範囲を目的に応じて適度に制御するために、光拡散素子を配置することもできる。また、本発明においては、このように光拡散素子を配置することによって、品位低下の原因となるぎらつきや輝度斑等を抑止し品位向上を図ることもできる。以下、更に説明する。
光拡散素子は、光偏向素子４の出光面側に光偏向素子４と一体化させてもよいし、光拡散素子を個別に載置してもよいが、個別に光拡散素子を配置することが好ましい。光拡散素子は、例えば光拡散性シートの形態をとることができる。また、偏光分離素子６による分離能向上のためには、偏光分離素子６の光出射面上に光拡散素子を配置することが望ましい。この配置によって、偏光分離素子６に、法線方向に集光した光が入射し、偏光分離された後、光拡散素子によって、視野範囲調節や品位向上が行なわれるからである。光拡散素子の偏光分離素子６に隣接する側の面（入射面）には、偏光分離素子６とのスティッキングを防止するため、凹凸構造を付与することが好ましい。同様に、光拡散素子の出射面においても、その上に配置される表示素子７との間でのスティッキングを考慮する必要があり、光拡散素子の出射面にも凹凸構造を付与することが好ましい。この凹凸構造は、スティッキング防止の目的のみに付与する場合には、平均傾斜角が０．７°以上となるような構造とすることが好ましく、さらに好ましくは１°以上であり、より好ましくは１．５°以上である。また、光拡散素子は、液晶表示素子７の出射面側に配置しても、同様の効果が得られる。
本発明においては、輝度特性、視認性および品位等のバランスを考慮して光偏向素子４からの出射光を適度に拡散させる光拡散特性を有する光拡散素子を使用することが望ましい。すなわち、光拡散素子の光拡散性が低い場合には、視野角を十分に広げることが困難となり視認性改善効果や品位改善効果が十分でなくなる傾向にあり、逆に光拡散性が高すぎる場合には光偏向素子４による狭視野化の効果が損なわれるとともに、全光線透過率も低くなり輝度が低下する傾向にある。そこで、本発明では、光拡散素子として、平行光を入射したときの出射光分布（ＸＺ面内）の半値全幅が１〜１３°の範囲であるものが使用される。光拡散素子の半値全幅は、好ましくは３〜１１°の範囲、さらに好ましくは４〜８．５°の範囲である。なお、本発明において光拡散素子の出射光分布（ＸＺ面内）の半値全幅とは、図８に示すように、入射面８１及び出射面８２を有する光拡散素子８に入射した平行光線が出射時にどの程度拡散して広がるかを示したもので、光拡散素子８を透過し拡散した光の出射光分布（ＸＺ面内）におけるピーク値に対する半値での広がり角の全幅の角度（Δθ_Ｈ）をいう。
このような光拡散特性は、光拡散素子８中に光拡散剤を混入したり、光拡散素子８の少なくとも一方の表面に凹凸構造を付与することによって付与することができる。表面に形成する凹凸構造は、光拡散素子８の一方の表面に形成する場合と両方の表面に形成する場合とでは、その程度が異なる。光拡散素子８の一方の表面に凹凸構造を形成する場合には、その平均傾斜角を０．８〜１２°の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは３．５〜７°であり、より好ましくは４〜６．５°である。光拡散素子８の両方の表面に凹凸構造を形成する場合には、一方の表面に形成する凹凸構造の平均傾斜角を０．８〜６°の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは２〜４°であり、より好ましくは２．５〜４°である。この場合、光拡散素子８の全光線透過率の低下を抑止するためには、光拡散素子８の入射面側の平均傾斜角を出射面側の平均傾斜角よりも大きくすることが好ましい。また、光拡散素子８のヘイズ値としては８〜８２％の範囲とすることが、輝度特性向上と視認性改良の観点から好ましく、さらに好ましくは３０〜７０％の範囲であり、より好ましくは４０〜６５％の範囲である。
本発明において、ヘイズ値は、ＪＩＳ Ｋ−７１０５のＢ法に従って、５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさの試料を積分球式反射透過率計（村上色彩技術研究社製ＲＴ−１００型）を用いて得られた全光線透過率（Ｔｔ）及び拡散光線透過率（Ｔｄ）から、次の式（４）によって計算して求めることができる。
ヘイズ値（％）＝１００（Ｔｄ／Ｔｔ） ・・・ （４）
本発明の面光源装置においては、その発光面（例えば光拡散素子８の出射面）の法線方向から観察した場合の表示エリア内における輝度が均一であることも要求される。この輝度の均一性は面光源装置の表示エリアの大きさにも依存し、例えば、ノートパソコンやモニター等のための表示エリアが大きい大型の面光源装置では、比較的広い視野角特性が要求される場合があり、発光面から出射する出射光の分布（ＸＺ面内）をより広くすることが要求される。一方、携帯電話機や携帯情報端末等のための表示エリアが小さい小型の面光源装置では、高輝度や表示品位向上が優先される場合があり、発光面から出射する出射光の分布（ＸＺ面内）は比較的狭くてもよい。このため、光拡散素子８としては、面光源装置の表示エリアの大きさに応じて適切な光拡散特性を有するものを使用することが好ましい。
本発明においては、光拡散素子として光拡散性に異方性を有するものを使用することが、光拡散素子の全光線透過率を高め、偏光分離素子６からの出射光を効率的に拡散でき、輝度を向上させることができるため好ましい。例えば、導光体３の一つの端面に対向して線状の冷陰極管を一次光源１として配置した面光源装置においては、狭視野化を図るための光偏向素子４では、導光体３の光出射面から出射する出射光をＸＺ面において主として狭視野化を図るものであり、さらに光拡散素子により狭視野化されたＸＺ面の光を主として拡散させ視野角を広げることを目的としている。しかし、光拡散素子として等方性拡散性のものを使用した場合には、光偏向素子により狭視野化されていないＹＺ面の光も同等に拡散されるため、輝度の低下を招くことになる。そこで、ＹＺ面よりもＸＺ面での光拡散性が高いような異方拡散性を有する光拡散素子を使用することにより、光偏向素子４により狭視野化されたＸＺ面の光を強く拡散し、狭視野化されていないＹＺ面の光の拡散を弱くすることができ、光偏向素子４からの出射光を効率的に拡散することができ、輝度の低下をできる限り最小に抑えることができる。
以下、実施例及び比較例によって本発明を具体的に説明する。
なお、以下の実施例及び比較例における各特性値の測定は下記のようにして行った。
面光源装置の法線輝度及び輝度半値全幅の測定
一次光源として冷陰極管を用い、その駆動回路のインバータ（ハリソン社製ＨＩＵ−７４２Ａ）にＤＣ１２Ｖを印加して、冷陰極管を高周波点灯させた。法線輝度は、面光源装置の表面を２０ｍｍ四方の正方形に３×５分割し、各正方形の部分の法線方向の輝度値の１５点平均をとることで、求めた。また、輝度計の視野角度を０．１°にし、測定位置が面光源装置の光出射面の中央に位置するよう調整し、ゴニオ回転軸が回転するように調節した。それぞれの方向で回転軸を＋９０°〜−９０°まで１°間隔で回転させながら、輝度計で出射光の輝度分布（ＸＺ面内、ＹＺ面内）を測定し、ピーク輝度、輝度分布（ＸＺ面内およびＹＺ面内）の半値全幅（ピーク値の１／２以上の値の分布の広がり角）を求めた。
偏光分離素子による輝度上昇率の測定
偏光分離素子を組み込んでいない面光源装置を作製し、面光源素子の光出射面上に液晶表示素子７を設置した。この状態で上記の方法で法線方向の輝度値の１５点の平均を求めた。次に、これと同一の面光源装置に、偏光分離素子６を組み込んだ。この時、液晶表示素子７の光入射面側の偏光透過方向と、偏光分離素子６の透過偏光面とが平行になるようにした。この状態で上記の方法で法線方向の輝度値の１５点の平均を求めた。偏光分離素子６を用いた場合の測定値の偏光分離素子６を用いない場合の測定値に対する比率を、偏光分離素子６による輝度上昇率とする。
平均傾斜角（θａ）の測定
ＩＳＯ４２８７／１−１９８７に従って、触針として０１０−２５２８（１μｍＲ、５５°円錐、ダイヤモンド）を用いた触針式表面粗さ計（東京精器（株）製サーフコム５７０Ａ）にて、粗面の表面粗さを駆動速度０．０３ｍｍ／秒で測定した。この測定により得られたチャートより、その平均線を差し引いて傾斜を補正し、前記式（１）式および（２）式によって計算して求めた。
［比較例１］
アクリル樹脂（三菱レイヨン（株）製アクリペットＶＨ５＃０００）を用い射出成形することによって一方の面が平均傾斜角２．５°のマットで他方の面が鏡面である導光体を作製した。該導光体は、２１６ｍｍ×２９０ｍｍで、厚さが長さ２１６ｍｍの辺（短辺）に沿って２．０ｍｍ−０．７ｍｍに変化するクサビ板状をなしていた。この導光体の鏡面側に、導光体の短辺と平行になるように、アクリル系紫外線硬化樹脂によってプリズム頂角１００°のプリズム列がピッチ５０μｍで並列に連設配列されたプリズム層を形成した。導光体の長さ２９０ｍｍの辺（長辺）に対応する一方の側端面（厚さ２．０ｍｍの側の端面）に沿って冷陰極管を光源リフレクタ（麗光社製銀反射フィルム）で覆い配置した。さらに、その他の側端面に光拡散反射フィルム（東レ社製Ｅ６０）を貼付し、プリズム列配列の面（裏面）に反射シート（東レ社製Ｅ６０）を配置した。以上の構成を枠体に組み込んだ。
一方、屈折率１．５０６４のアクリル系紫外線硬化性樹脂を用いて、プリズム列を構成する第１のプリズム面及び第２のプリズム面がいずれも平面であり、これらプリズム面と法線とのなす角度（α，β）が共に３２．５°であるプリズム列が、ピッチ５６．５μｍで略並列に連設されたプリズム列形成面を、厚さ１２５μｍのポリエステルフィルムの一方の表面に形成したプリズムシート（光偏向素子４）を作製した。
得られたプリズムシートを、上記導光体の光出射面側にプリズム列形成面が向き、導光体の光入射面にプリズム稜線が平行であり第１のプリズム面が一次光源側となるようにして導光体上に載置し、面光源装置を得た。
この面光源装置について、光入射面および光出射面の双方に垂直な面内での出射光輝度分布（ＸＺ面内）、及び光入射面に平行で光出射面に垂直な面内での出射光輝度分布（ＹＺ面内）を求め、ピーク輝度の１／２の輝度を有する角度（半値全幅）を測定し、その結果を表１に示した。
この面光源装置の出射面上に液晶表示素子を配置した。この時、液晶表示素子の入射側の偏光板の透過軸を、導光体光入射面に対して４５°傾斜するようにした。この状態で、液晶表示素子を全面一様な表示状態として法線輝度を上記の方法で１５点について測定したものを平均し、輝度値Ａを得た。一方、複屈折性を有するシートを、所定厚みで複数枚積層し、かつその積層の際の各シートの方向性を、隣接するシート間の屈折率差が、透過偏光面において大きく、反射偏光面において小さくなるようにして、偏光分離素子を作製した。偏光分離素子を、上記面光源装置の、光偏向素子４と液晶表示素子７との間に、透過軸が液晶表示素子の入射側の偏光板の透過軸と平行になるように配置した。この状態で、液晶表示素子を輝度値Ａを得た際と同一の全面一様な表示状態として法線輝度を上記の方法で１５点について測定したものを平均し、輝度値Ｂを得た。偏光分離素子による輝度上昇率Ｂ／Ａを計算した。その結果を表１に示す。

光偏向素子４として以下のものを用いた以外は、比較例１と同一の方法で面光源装置を作製した。
屈折率１．５０６４のアクリル系紫外線硬化性樹脂を用いて、プリズム列を構成する一方のプリズム面（第１のプリズム面）を法線とのなす角度（α）が３２．５°の平面とし、他方のプリズム面（第２のプリズム面）を、プリズム頂部からプリズム列の高さ２１．４μｍまでが長径上の曲率半径４００μｍで短径上の曲率半径８００μｍの断面非円形状の一部（曲率半径８００μｍの部分の近傍）の凸曲面（傾斜角＝５６．６°、β＝３３．８°）で、プリズム頂部からプリズム列の高さ２１．４μｍ以上が曲率半径４００μｍの断面円弧形状の凸曲面（傾斜角＝５９．０°）である２つの凸曲面で構成したピッチ５６．５μｍのプリズム列が略並列に連設されたプリズム列形成面を、厚さ１２５μｍのポリエステルフィルムの一方の表面に形成したプリズムシートを作製した。プリズムシートの第２のプリズム面の仮想平面との最大距離（ｄ）のプリズム列のピッチ（Ｐ）に対する割合（ｄ／Ｐ）は１．０３％であった。
得られた面光源装置について、比較例１と同様にして、ＸＺ面及びＹＺ面における出射光輝度分布の半値全幅、及び偏光分離素子による輝度上昇率を測定し、その結果を表１に示した。

光偏向素子４として以下のものを用いた以外は、比較例１と同一の方法で面光源装置を作製した。
プリズム列を構成する第２のプリズム面を、プリズム頂部からプリズム列の高さ１６μｍまでが傾斜角５５．２°の平面（β＝３４．８°）で、プリズム列の高さ１６μｍからプリズム底部までがプリズム頂部に近い側から傾斜角５５．５°、５６．２°、５７．０°、５７．８°、５８．４°、５９．４°の同一幅の６つの平面である７つの平面で構成した以外は、実施例１と同様にしてプリズムシートを作製した。プリズムシートの第２のプリズム面の仮想平面との最大距離（ｄ）のプリズム列のピッチ（Ｐ）に対する割合（ｄ／Ｐ）は１．１０％であった。
得られた面光源装置について、比較例１と同様にして、ＸＺ面及びＹＺ面における出射光輝度分布の半値全幅、及び偏光分離素子による輝度上昇率を測定し、その結果を表１に示した。

光偏向素子４として以下のものを用いた以外は、比較例１と同一の方法で面光源装置を作製した。
プリズム列を構成する第２のプリズム面を、プリズム頂部からプリズム列の高さ１０．６μｍまでが傾斜角５６．４°の平面（β＝３３．６°）で、プリズム列の高さ１０．６〜２１．３μｍが傾斜角５６．８°の平面で、プリズム列の高さ２１．３μｍ以上が曲率半径４００μｍの断面円弧形状の凸曲面（傾斜角＝５９．２°）である２つの平面と１つの凸曲面とから構成した以外は、実施例１と同様にしてプリズムシートを作製した。プリズムシートの第２のプリズム面の仮想平面との最大距離（ｄ）のプリズム列のピッチ（Ｐ）に対する割合（ｄ／Ｐ）は１．０３％であった。
得られた面光源装置について、比較例１と同様にして、ＸＺ面及びＹＺ面における出射光輝度分布の半値全幅、及び偏光分離素子による輝度上昇率を測定し、その結果を表１に示した。

光偏向素子４として以下のものを用い、プリズム列のピッチを５０μｍとした以外は、比較例１と同一の方法で面光源装置を作製した。
プリズム列を構成する第１のプリズム面及び第２のプリズム面を、それぞれ曲率半径２５０μｍの断面円弧形状の１つの凸曲面（α＝３２．７°、β＝３２．７°、傾斜角＝５７．３°）から構成した以外は、実施例１と同様にしてプリズムシートを作製した。プリズムシートの第２のプリズム面の仮想平面との最大距離（ｄ）のプリズム列のピッチ（Ｐ）に対する割合（ｄ／Ｐ）は２．１４％であった。
得られた面光源装置について、比較例１と同様にして、ＸＺ面及びＹＺ面における出射光輝度分布の半値全幅、及び偏光分離素子による輝度上昇率を測定し、その結果を表１に示した。

光偏向素子４として以下のものを用い、プリズム列のピッチを５０μｍとした以外は、比較例１と同一の方法で面光源装置を作製した。
プリズム列を構成する第１のプリズム面及び第２のプリズム面を、それぞれ曲率半径４２５μｍの断面円弧形状の１つの凸曲面（α＝３２．７°、β＝３２．７°傾斜角＝５７．３°）から構成した以外は、実施例１と同様にしてプリズムシートを作製した。プリズムシートの第２のプリズム面の仮想平面との最大距離（ｄ）のプリズム列のピッチ（Ｐ）に対する割合（ｄ／Ｐ）は１．２６％であった。
得られた面光源装置について、比較例１と同様にして、ＸＺ面及びＹＺ面における出射光輝度分布の半値全幅、及び偏光分離素子による輝度上昇率を測定し、その結果を表１に示した。

アクリル樹脂（三菱レイヨン（株）製アクリペットＶＨ５＃０００）を用い射出成形することによって一方の面が平均傾斜角２．５°のマットで他方の面が鏡面である導光体を作製した。該導光体は、２１６ｍｍ×２９０ｍｍで、厚さが長さ２１６ｍｍの辺（短辺）に沿って２．０ｍｍ−０．７ｍｍに変化するクサビ板状をなしていた。この導光体の鏡面側に、導光体の短辺と平行になるように、ア
アクリル樹脂（三菱レイヨン（株）製アクリペットＶＨ５＃０００）を用い射出成形することによって導光体を作製した。該導光体は、４０ｍｍ×５０ｍｍで、厚さが長さ５０ｍｍの辺（長辺）に沿って０．８ｍｍ−０．６ｍｍに変化するクサビ板状をなしていた。導光体の長さ４０ｍｍの辺（短辺）に対応する一方の側端面（厚さ０．８ｍｍの側の端面）と、導光体の長辺とに挟まれたコーナー部を切り欠いて、光入射面を作った。導光体の光出射面には平均傾斜角２．５°の粗面を形成した。光入射面に密着して、ＬＥＤ（ＮＳＣＷ２１５Ｒ，日亜化学製）を配置した。さらに、その他の側端面に光拡散反射フィルム（東レ社製Ｅ６０）を貼付し、プリズム列配列の面（裏面）に反射シート（東レ社製Ｅ６０）を配置した。以上の構成を枠体に組み込んだ。
一方、屈折率１．５０６４のアクリル系紫外線硬化性樹脂を用いて、実施例２と同一の、第１のプリズム面と第２のプリズム面の形状を有する、ピッチ５６．５μｍのプリズム列を、プリズムシートの一つのコーナーを中心とした同心円状に、厚さ１２５μｍのポリエステルフィルムの一方の表面に形成した、プリズムシートを作製した。
得られたプリズムシートを、形成されたプリズム列の同心円の中心が、一次光源発光面中心にくるように、かつ、上記導光体の光出射面側にプリズム列形成面が向くように載置し、面光源装置を得た。
得られた面光源装置について、比較例１と同様にして、ＸＺ面及びＹＺ面における出射光輝度分布の半値全幅、及び偏光分離素子による輝度上昇率を測定し、その結果を表１に示した。なお、輝度上昇率の測定に際しては、液晶表示素子の入射側の偏光板の透過軸を、導光体光入射面と垂直にした状態での法線輝度を測定し輝度値Ａを得、また、偏光分離素子を、上記面光源装置の、光偏向素子と液晶表示素子との間に、透過軸が液晶表示素子の入射側の偏光板の透過軸と平行になるように配置した状態で、法線輝度を測定し輝度値Ｂを得た。

以上説明したように、本発明によれば、偏光分離素子に入射する光を偏向分離素子の法線方向に集光した分布とすることで、偏光分離素子の偏光分離能を向上させ、特定の偏光成分に基づく輝度の極めて高い面光源装置を提供することができる。このような面光源装置は、例えば液晶表示装置のように特定の偏光成分の光を利用する表示装置と組みあわせて使用されることで、低消費電力で極めて高輝度の表示を実現することができる。

Claims (22)

1. 一次光源と、該一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射面及び導光される光が出射する光出射面を有する導光体と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている光偏向素子と、該光偏向素子の出光面側に配置されていて入射した光の一方の偏光成分を透過し且つ他方の偏光成分を反射する作用を持つ偏光分離素子とからなり、前記偏光分離素子への入射光の前記導光体中を光が進行する方向と平行な方向における輝度分布の半値全幅が２５°以下であることを特徴とする面光源装置。
2. 前記偏光分離素子への入射光の前記導光体中を光が進行する方向に垂直な方向おける輝度分布の半値全幅が５０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記偏光分離素子への入射光の前記導光体中を光が進行する方向に垂直な方向と平行な方向とにおける輝度分布の半値全幅の平均値が３３°以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の面光源装置。
4. 前記光偏向素子は、前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、少なくとも、前記入光面に、互いに略平行に延びる複数のプリズム列が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の面光源装置。
5. 前記一次光源が点状光源からなり、前記光偏向素子は、前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、少なくとも、前記入光面に、前記一次光源を取り囲む略弧状のプリズム列が複数並列して形成されていること特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の面光源装置。
6. 前記光偏向素子のプリズム列のそれぞれは、２つのプリズム面から構成され、該プリズム面の少なくとも一方が非単一平面であることを特徴とする請求項４または５に記載の面光源装置。
7. 前記プリズム面の少なくとも一方は少なくとも１つの凸曲面を含んでなることを特徴とする請求項６に記載の面光源装置。
8. 前記プリズム面の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの凸曲面と、少なくとも１つの平面とからなり、前記出光面に近い側に位置する凸曲面または平面ほどその傾斜角が大きく、前記出光面に最も近い凸曲面または平面の傾斜角と前記出光面から最も遠い平面または凸曲面の傾斜角との差が１５°以下であることを特徴とする請求項７に記載の面光源装置。
9. 前記プリズム面の少なくとも一方は、少なくとも２つの互いに傾斜角の異なる凸曲面からなり、前記出光面に近い側に位置する凸曲面ほどその傾斜角が大きく、前記出光面に最も近い凸曲面の傾斜角と前記出光面から最も遠い凸曲面の傾斜角との差が１５°以下であることを特徴とする請求項７に記載の面光源装置。
10. 前記プリズム面の少なくとも一方は、少なくとも２つの互いに傾斜角の異なる平面からなり、前記出光面に近い側に位置する平面ほどその傾斜角が大きく、前記出光面に最も近い平面の傾斜角と前記出光面から最も遠い平面の傾斜角との差が１５°以下であることを特徴とする請求項６に記載の面光源装置。
11. 前記凸曲面の曲率半径（ｒ）とプリズム列のピッチ（Ｐ）との比（ｒ／Ｐ）が２〜５０であることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の面光源装置。
12. 前記平面および／または凸曲面が、プリズム頂部からの高さｈの領域に少なくとも２つ形成され、プリズム列の高さをＨとしたときｈ／Ｈが６０％以下であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の面光源装置。
13. 前記平面および／または凸曲面と、プリズム頂部とプリズム底部とを結ぶ仮想平面との最大距離（ｄ）の、プリズム列のピッチ（Ｐ）に対する割合（ｄ／Ｐ）が０．０５〜５％であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の面光源装置。
14. 前記プリズム列の頂角が３５〜８０°であることを特徴とする請求項４〜１３のいずれかに記載の面光源装置。
15. 前記プリズム列は、その頂角の一方の振り分け角αが４０°以下であり、前記頂角の他方の振り分け角βが２５〜５０°であることを特徴とする請求項４〜１４のいずれかに記載の面光源装置。
16. 前記プリズム列は、その頂角の一方の振り分け角αと他方の振り分け角βとが異なることを特徴とする請求項４〜１５のいずれかに記載の面光源装置。
17. 前記光偏向素子のプリズム列のそれぞれは、２つのプリズム面から構成され、該プリズム面の一方が平面および／または凸曲面から構成され、前記プリズム面の他方が略平面であることを特徴とする請求項４〜１６のいずれかに記載の面光源装置。
18. 前記導光体の光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内で前記導光体の光入射面に対して略垂直の方向に延び且つ互いに略平行に配列された複数のレンズ列が形成されていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の面光源装置。
19. 前記偏光分離素子は、複屈折性を有するシートが複数枚積層されてなり、隣接するシート間の屈折率差が反射される偏光成分の偏光方向において透過する偏光成分の偏光方向よりも小さいことを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の面光源装置。
20. 前記偏光分離素子の光出射面側に光拡散素子を配置してなることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の面光源装置。
21. 前記光拡散素子は、平行光を入射したときの出射光光度分布の半値全幅が１〜１３°であることを特徴とする請求項２０に記載の面光源装置。
22. 前記光拡散素子は、ヘイズ値が８〜８２％であることを特徴とする請求項２０または２１に記載の面光源装置。

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