CN100504464C - 面光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的面光源装置，包括下列组成：一次光源(1)；对一次光源(1)所发出的光进行导光、并具有让一次光源(1)所发出的光入射的光入射面(31)和让经过导光的光出射的光出射面(33)的导光体(3)；与导光体(3)的光出射面(33)邻接配置的光偏转元件(4)；以及配置于光偏转元件(4)的出光面(42)一侧、具有使所入射光其中一偏振光分量透射而另一偏振光分量反射这种作用的偏振分光元件(6)，偏振分光元件(6)的入射光在导光体(3)中光行进方向的平行方向上的XZ面内的亮度分布其半高宽为25或以下。标号7示出液晶显示元件。

Description

面光源装置
技术领域
本发明涉及构成笔记本电脑、液晶电视机、便携式电话、便携式信息终端等当中作为显示部使用的液晶显示装置等的边缘照明方式的光源装置，特别是涉及使用偏振分光元件的改进的面光源装置。
背景技术
近年来，彩色液晶显示装置，作为便携式笔记本电脑、个人电脑等的监控器，或者作为液晶电视机、带视频播放的液晶电视机、便携式电话、便携式信息终端等的显示部，在各种领域得到广泛使用。而且，随着信息处理量的增大、需求的多样化、对应多媒体等，正盛行液晶显示装置的大屏幕化和高清晰度化。
液晶显示装置基本上由背光照明部和液晶显示元件部构成。背光照明部有在液晶显示元件部的正下方配置光源的直接背光方式的背光照明部和对着导光体的侧端面配置光源的边缘照明方式的背光照明部，从液晶显示装置的小型化的观点出发，大多使用边缘照明方式的背光照明部。
但现有的背光照明部的出射光，其偏振方向不一致，因此大约有一半被液晶显示部的入射侧配置的偏振板吸收而浪费。
作为该问题的解决方案，如日本专利特表平9—506984号公报所揭示，采用在背光照明部的出射面上设置具有使光的一偏振分量透射、而使另一偏振分量反射这种作用的偏振分光元件的方法。通过使设置于液晶显示元件部的入射侧的偏振板的偏振光透射方向与偏振分光元件的偏振光透射方向一致，此前被偏振板所吸收而浪费的偏振光分量被偏振分光元件所反射，返回到背光照明部。向该背光照明部返回的光被导光体的背面等所反射，再度入射到偏振分光元件。而且，向背光照明部返回的光在导光体中反复反射期间偏振状态发生变化，再度入射到偏振分光元件的入射光其中一部分通过偏振分光元件，其余光再度被反射。这样，在偏振分光元件和背光照明部往复期间光量如果没有损耗，当然是所有光都通过偏振分光元件，而没有如此前所述那样被液晶显示元件部的偏振板所吸收的光。
但实际上，偏振分光元件的反射光每一次在背光照明部反射时都引起光损耗，因此理论上亮度没有提高。因此，为了提高背光照明部的反射光其中再度入射偏振分光元件的比例，日本特开平11—352479号公报提出了在导光体的背面使用正反射片的方案。而为了使背光照明部反射所产生的偏振光状态的变化更大，日本特开平11—142849号公报公开了在导光体背面设置棱镜列、并形成为使该棱镜列在相对于偏振分光元件的偏振光透射面倾斜的方向上延伸这种方案。
但即使利用这些方法，也不能使偏振分光元件和背光照明部两者间反射所产生的损耗足够小，对偏振分光元件的使用所带来的亮度提高效果不够充分。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种使偏振分光元件的偏振分光能力提高，亮度极高的面光源装置。
本发明人鉴于如上所述现有技术中存在的问题，发现可通过使向偏振分光元件入射的光集中于偏振分光元件的法线方向，来提高偏振分光元件相对于透射轴方向的偏振光的透射率，可提高偏振分光元件的偏振分光能力，从而实现了本发明。
也就是说，本发明的面光源装置，其特征在于，包括下列组成：一次光源；对该一次光源所发出的光进行导光、并具有让所述一次光源所发出的光入射的光入射面和让经过导光的光出射的光出射面的导光体；与所述导光体的光出射面邻接配置的光偏转元件；以及配置于该光偏转元件的出光面一侧、具有使所入射光其中一偏振光分量透射而另一偏振光分量反射这种作用的偏振分光元件，所述偏振分光元件的入射光在包含与所述导光体的出射面平行的面内的所述导光体中光行进方向的平行方向以及所述导光体的光出射面法线方向这两个方向的面内的亮度分布其半高宽为10-25°。
附图说明
图1是示出本发明面光源装置的示意性立体图。
图2是本发明面光源装置的光偏转元件的入光面的棱镜列形状的说明图。
图3是本发明面光源装置的光偏转元件的入光面的棱镜列形状的说明图。
图4是本发明面光源装置的光偏转元件的入光面的棱镜列形状的说明图。
图5是本发明面光源装置的光偏转元件的入光面的棱镜列形状的说明图。
图6是本发明面光源装置的光偏转元件的入光面的棱镜列形状的说明图。
图7是示出本发明光源装置的示意性立体图。
图8是本发明面光源装置的光扩散元件的出射光光强分布(XZ面内)的半高宽的说明图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
图1是示出本发明面光源装置的一个实施方式的示意性立体图。如图1所示，本发明的面光源装置包括下列构成：以至少一个侧端面作为光入射面31、以与其大致正交的一个表面作为光出射面33的导光体3；与该导光体3的光入射面31相对配置、由光源反光器2覆盖的一次光源1；配置在导光体3的光出射面33上、且具有入光面41和出光面42的光偏转元件4；配置在光偏转元件4的出光面42上的偏振分光元件6；以及与导光体3的光出射面33的相反侧的背面34相对配置的光反射元件5。图1中也图示了面光源装置的偏振分光元件6上配置的液晶显示元件7，可利用这些零部件构成液晶显示装置。
偏振分光元件6是使光偏转元件4的出射光其中一偏振光分量(透射偏振面)透射从而向图1中上方出射，而另一偏振光分量(反射偏振面)反射至光偏转元件4一侧的元件，设置为使透射偏振面与液晶显示元件7的入射侧偏振板的透射方向一致。
作为这样的偏振分光元件6来说，最好是采用这样的偏振分光元件，将具有双折射性的薄片按规定厚度多片层叠，而且使其层叠时的各薄片的方向性调整为相邻的薄片间的折射率差在透射偏振面上加大、而在反射偏振面上减小。而且，作为偏振分光元件6来说，最好是采用将层叠胆甾型液晶层得到的薄膜和1/4波长板两者进行组合而成的偏振分光元件。在这种情况下，胆甾型液晶层中某一方向上的圆偏振光透射，而相反方向的圆偏振光反射。这时，通过在胆甾型液晶层之上配置1/4波长板能够取出线偏振光。以该线偏振光的方向作为透射偏振面，从而设置为使该方向与液晶显示元件7的入射侧偏振板的透射方向一致。
为了提高偏振分光元件6的偏振分光能力，需要使向偏振分光元件6入射的光的亮度分布集中于其法线方向。使入射光的方向相对于偏振分光元件6的法线方向为25°或以下，由于可提高偏振分光元件6的透射偏振面的透射率和反射偏振面的反射率，因此较为理想。相对于该偏振分光元件6的法线方向的入射光方向在20°或以下则更理想，而15°或以下则进一步更理想。
因此，向偏振分光元件6入射的光的亮度分布的半高宽，在包含与导光体3的光入射面31垂直的方向和光出射面33的法线方向两者的XZ面(导光体中光行进方向的平行方向)中需要为25°或以下，20°或以下为理想，更为理想的是15°或以下。另一方面，如果该半高宽过小，作为液晶显示装置的视野角会变得过于狭窄，因此向偏振分光元件6入射的光的亮度分布在XZ面中的半高宽为5°或以上较好，7°或以上更为理想，10°或以上为特别理想。本发明中，为了如上所述设定向偏振分光元件6入射的光的亮度分布的半高宽，只要光偏转元件4的出射光在XZ面中的亮度分布的半高宽在上述范围内即可。另外，本发明中所谓亮度分布的半高宽是指亮度分布中峰值的一半数值处展宽角的整个宽度的角度。
通常，如图1所示，在其中一个面上并排形成有在导光体3的光入射面31的大致平行方向上延伸的多条棱镜列而成的元件用作光偏转元件4，并配置光偏转元件4使该棱镜列形成面处于导光体一侧这种面光源装置中，光偏转元件4的出射光的亮度分布因方向而异。通常，XZ面中导光体3的出射光的亮度分布狭窄，而且借助于光偏转元件4的棱镜列形状可以使该亮度分布更加狭窄，但在包含与棱镜列平行的方向和光出射面33的法线方向两者的YZ面(与导光体3的光入射面31平行的面、即导光体中光行进方向的垂直方向)中，导光体3的出射光的亮度分布还是宽，利用光偏转元件4也难于使亮度分布变得足够窄。因此，YZ面中向偏振分光元件6入射的光的亮度分布其半高宽以50°或以下为好，更为理想的是45°或以下，42°或以下则特别理想。另一方面，如果使该半高宽过小，作为液晶显示装置的视野角度变得过窄，因此上述半高宽以5°或以上为好，更为理想的是7°或以上，10°或以上则特别理想。本发明中，为了如上所述设定向偏振分光元件6入射的光的亮度分布的半高宽，只要光偏转元件4的出射光在YZ面中的亮度分布的半高宽在上述范围内即可。
本发明中，向偏振分光元件6入射的光的亮度分布的半高宽，对于XZ面和YZ面两者的平均值以33°或以下为好，更为理想的是30°或以下，28°或以下进一步更为理想，25°或以下则特别理想。为了如上所述设定向偏振分光元件6入射的光的亮度分布的半高宽，只要光偏转元件4的出射光在XZ面和YZ面中的亮度分布的半高宽在上述范围内即可。
而如图7所示，作为一次光源1使用点状光源，作为光偏转元件4使用在其中一个面上多条并排形成有围绕点状一次光源1的弧状的棱镜列而形成的导光体，配置光偏转元件4使该棱镜列形成面处于导光体一侧，这种面光源装置中，对于导光体中光行进方向的平行方向和导光体中光行进方向的垂直方向这两个方向，可以使光偏转元件4的出射光的亮度分布狭窄。因此，这样的面光源装置非常适合提高偏振分光元件6的偏振分光能力。这种情况下，向偏振分光元件6入射的光的亮度分布的半高宽以及来自光偏转元件4的出射光的亮度分布的半高宽度，按导光体中光入射方向的平行方向的半高宽和导光体中光行进方向的垂直方向的半高宽两者的平均值以15°或以下为理想，更理想的是12°或以下，10°或以下则进一步更为理想。
而且，向偏振分光元件6入射的光的亮度分布的半高宽以及光偏转元件4的出射光的亮度分布的半高宽度，需要在导光体中光行进方向的平行方向上为25°或以下，理想的是20°或以下，15°或以下则更为理想。另一方面，如果使该半高宽过小，作为液晶显示装置的视野角度会变得过于狭窄，因此上述半高宽以5°或以上为好，更理想的是7°或以上，10°或以上则特别理想。
而在导光体中光行进方向的垂直方向上，向偏振分光元件6入射的光的亮度分布的半高宽以及光偏转元件4的出射光的亮度分布的半高宽以30°或以下为好，更为理想的是25°或以下，20°或以下则特别理想。另一方面，如果使该半高宽过小，作为液晶显示装置的视野角会变得过于狭窄，因此上述半高宽以5°或以上为好，更为理想的是7°或以上，10°或以上则特别理想。
图2～图6是本发明面光源装置中所用的光偏转元件4的棱镜列的XZ剖面形状的说明图。光偏转元件4以主表面其中之一为入光面41，以另一面作为出光面42，入光面上大致并排排列有多条棱镜列，各棱镜列由位于光源侧的第1棱镜面44和位于远离光源侧的第2棱镜面45这两个棱镜面所构成。图2所示的实施方式中，第1棱镜面44和第2棱镜面45都是平面。本发明的面光源装置中，棱镜列的顶角(α+β)以35°～80°为好，35°～75°更为理想，40°～70°范围则进一步更加理想。如果是在该范围内，可以使光偏转元件4的出射光强度最大的方向(峰值光的方向)与偏振分光元件6的法线方向基本上一致，可用偏振分光元件6获得高偏振分光能力。
为了使光偏转元件4的出射光在导光体3的入射面的垂直方向(XZ面)上的亮度分布更加集中于偏振分光元件6的法线方向，较好是如图3～图6所示使光偏转元件4的第2棱镜面45形成得越靠近出光面42倾斜角越大。因此，可使第2棱镜面整个面发生全发射的出射光集中于一固定方向，可出射方向性更高、峰值光亮度大的光。这种情况下，可以由凸曲面形成第2棱镜面45，或由倾斜角不同的两个或以上的平面和/或凸曲面形成。
如图3所示，在由凸曲面形成第2棱镜面45的情况下，为了提高光偏转元件4的聚光性，因此凸曲面的曲率半径(r)和棱镜列间距(P)两者之比(r/P)理想地为2～50，5～30更为理想，进一步更理想的是7～20，7.5～15的范围特别理想。而连接第2棱镜面45的棱镜顶部和棱镜底部的虚拟平面Q与凸曲面的最大距离(d)相对于棱镜列间距(P)的比例(d/P)，以0.05～5％为好，更理想的是0.1～3％，进一步更理想的是0.2～2％，0.7～1.5％范围特别理想。
而由倾斜角不同的两个或以上的平面和/或凸曲面形成第2棱镜面45的情况下，平面或凸曲面的面数采用3个或以上为好，更理想的是5个或以上，6个或以上则进一步更为理想。如果该面数过少，则光偏转元件4的聚光性下降，往往有损于亮度提高效果。另一方面，如果其面数多的话，可以在第2棱镜面45的整个面上仔细调整峰值光的方向，因此能够提高作为整体的集中程度，但是必须仔细形成倾斜角不同的平面，因此形成光偏转元件4的棱镜图案所用的金属模具切削刀用刀刃的设计和制造变得复杂，而且难以稳定得到具有一定光学特性的光偏转元件4。因此，第2棱镜面45上形成的面数以20或以下为宜，12或以下则更为理想。最好是该第2棱镜面45均匀分割为平面和/或凸曲面，但不一定要均匀分割，可以根据所希望的出射光亮度分布(XZ面内)进行调整。而且，具有不同倾斜角的各面宽度(棱镜列剖面中各面部分的长度)以相对于棱镜列间距的4～47％范围为宜，6～30％更为理想，7～20％范围则进一步更为理想。
可由倾斜角不同的至少两个平面构成第2棱镜面，这些平面的倾斜角越是靠近出光面42越大，最靠近出光面的平面和最远离出光面的平面两者的倾斜角之差为15°或以下，来获得极高的聚光效果，作为光源装置可以得到极高的亮度。该最靠近出光面的平面和最远离出光面的平面两者的倾斜角之差以0.5～10°范围为宜，更为理想的是1～7°范围。另外形成3个或以上倾斜角不同的平面的情况下，该倾斜角之差以采用上述范围为宜，但并不特别限定于上述范围。而且，通过将第2棱镜面45形成为这种结构，也可很容易设计具有所希望的聚光特性的光偏转元件，同时还可稳定制造具有一固定光学特性的光偏转元件。另外，有关该倾斜角之差的限定，即使是由多个凸曲面或凸曲面和平面两者的组合来构成第2棱镜面的情况下也同样适用。
本发明中，平面或凸曲面情况下，所谓倾斜角是指相对于棱镜列形成面43的倾斜角度，凸曲面情况下是指凸曲面上多个位置的切线相对于棱镜列形成面43的倾斜角度的平均值，可以取为将凸曲面两端相连的直线(弦)的倾斜角。
本发明中，例如如图4和图5所示，还可以使具有如上所述不同倾斜角的平面的至少一个面形成为凸曲面52、53、54(49～51为平面)、或者也可以将全部平面形成为凸曲面。而且还可以如图6所示将全部面形成为平面46～48。
凸曲面的形状，其XZ剖面的形状可以形成为圆弧或非圆弧。而由多个凸曲面构成棱镜面的情况下，较好是各曲面的形状不同，也可以使剖面为圆弧状的凸曲面和剖面为非圆弧状的凸曲面组合，最好是至少一个凸曲面形成为非圆弧状剖面。多个凸曲面形成为圆弧状剖面的情况下，也可以各凸曲面其曲率变化这种凸曲面。非圆弧状可以举出有椭圆形其中一部分、抛物线形状其中一部分等。
而且，凸曲面其曲率半径(r)和棱镜列间距(P)两者之比(r/P)以2～50范围内为宜，更为理想的是5～30，7～20进一步更为理想，7.5～15范围则特别理想。如果该r/P不足2或超过50，则不能够发挥充分的聚光特性，往往亮度较低。
而第2棱镜面45由倾斜角不同的多个平面或凸曲面构成时，为了确保充分的聚光特性，连接棱镜列顶部和底部的虚拟平面Q与多个平面或凸曲面(实际棱镜面的形成面)的最大距离d相对于棱镜列间距(P)的比例(d/P)以0.5～5％为宜。这是由于d/P一旦不足0.05％或超过5％，聚光性往往降低，往往不能够谋求充分提高亮度，d/P在0.1～3％范围比较理想，0.2～2％范围更加理想，0.7～1.5％范围特别理想。
而且，为了提高聚光特性，如图4和图6所示，从棱镜顶部起高度为h的区域至少形成有两个平面和/或凸曲面，令棱镜列高度为H时，h/H最好是60％或以下。
本发明中，棱镜顶角相对于法线的左右分角(相对于两个棱镜面法线的倾斜角度)α、β可以相同，也可以不同，但要有效提高大致法线方向(指法线方向为0°情况下的XZ面内±10°范围)上亮度的情况下，最好是设定为不同的角度。这种情况下，位于光源一侧的分角α为40°或以下、β为25～50°范围为宜。该顶角的分角α、β其差值微小的情况下光利用效率高，能够进一步提高亮度，因此较好是分角α为25～40°范围，分角β为25～45°范围，分角α、β两者之差的绝对值(|α—β|)为0.5～10°范围为宜，更为理想的是1～10°范围，进一步更为理想的是1～8°范围。另外出射光亮度分布(XZ面内)的峰值光在大致法线方向以外的情况下，可通过调整棱镜顶角的分角α、β来获得在所希望的方向上具有峰值光的出射光亮度分布(XZ面内)。
而且，通过使分角α为20°或以下也能够提高光利用效率，能够进一步提高亮度。该分角α越小越能够提高光利用效率，但分角α一旦过小，棱镜列的顶角变小，难以形成棱镜图案，因此分角α以3～15°范围为宜，更理想的是5～10°范围。该情况下，为了使出射光亮度分布(XZ面内)中峰值光在法线方向的±2°范围内来使法线方向上亮度提高，可以使分角β取35～40°范围。
这样分角α为20°或以下的情况下，棱镜列的剖面形状中将棱镜顶部和底部相连的两条直线的长度之比(远离光源一侧的直线的长度L2和靠近光源一侧的直线的长度L1两者之比L2/L1)最好是1.1或以上。这是因为，通过使L2/L1为1.1或以上可以在远离光源一侧的棱镜面高效率地接收从靠近光源一侧的棱镜面来的入射光，可以使光利用效率更高，进一步提高亮度。L2/L1以1.15或以上为宜，更理想的是1.17或以上。另一方面，棱镜列的间距P相同的情况下，如果L2/L1过大，棱镜列的顶角往往变小，而难以形成棱镜图案，因此L2/L1以1.3或以下为宜，更为理想的是1.25或以下，进一步更为理想的是1.2或以下。而且由于相同的理由，远离光源一侧的直线的长度L2相对于棱镜列间距P之比(L2/P)以1.25或以上为宜。L2/P为1.3或以上更为理想，进一步更为理想的是1.4或以上。另一方面，如果该L2/P过大，棱镜列的顶角往往变小，而难以形成棱镜图案，因此，L2/P以1.8或以下为宜，1.6或以下更好，最好是1.5或以下。
本发明中，通过如上所述使远离一次光源一侧的棱镜面即第2棱镜面45为非单一平面(指单一平面以外的面)，能够充分减小将一次光源配置于导光体3的端面31的情况下光偏转元件4的出射光的出射光亮度分布(XZ面内)的分布宽度。另外，导光体3中所传播的光经光入射面31的相反侧的端面32反射所返回的比例相对较高的情况下，或导光体3的相对的两个端面分别配置一次光源1的情况下，接近一次光源1一侧的棱镜面(第1棱镜面44)以同样形状较为理想。另一方面，通过导光体3传播的光经光入射面31的相反侧的端面32反射所返回来的比例相对比较小的情况下，最好使接近一次光源一侧的棱镜面大致为平面。而本发明的光偏转元件4最好是其棱镜面的顶部附近由大致平面所构成。这样就能够更正确地形成棱镜列形成用的成型用型材的形状转印面形状，能够抑制导光体3上放置光偏转元件4时的粘附(sticking)现象发生。
导光体3与XY面平行配置，总体上形成矩形板状。导光体3具有4个侧端面，其中与YZ面大致平行的一对侧端面当中至少一个侧端面作为光入射面31。光入射面31与一次光源1相对配置，从一次光源1发生的光从光入射面31入射到导光体3内。本发明中，例如，也可在与光入射面31相对的侧端面32等其他侧端面上也配置一次光源。
与导光体3的光入射面31大致垂直的两个主面分别处于与XY面大致平行的位置，其中一个面(图中为上表面)成为光出射面33。对该光出射面33或其相反侧的背面34当中至少一个面，赋予粗糙面形成的取向性光出射功能部、或与光入射面31大致平行形成棱镜列、双凸透镜列、V字状槽等多个透镜列的透镜面所形成的取向性光出射功能部等，对从光入射面31入射的光在导光体3中导光的同时，使与光入射面31和光出射面33两者正交的面(XZ面)内的出射光分布中具有取向性的光从光出射面33出射。令该XZ面内的出射光分布的峰值方向与光出射面33形成的角度为a，该角度a最好是10～40°，而出射光分布的半高宽最好是10～40°。
导光体3的表面所形成的粗面和透镜列，根据ISO4287/1—1984的平均倾斜角θa为0.5～15°范围，从谋求光出射面33内亮度的均匀度这一点来考虑较为理想。平均倾斜角θa较为理想的是1～12°范围，1.5～11°范围则更为理想。该平均倾斜角θa最好根据入射光传播方向的长度(L)与导光体3的厚度(t)之比(L/t)设定最佳范围。也就是说，作为导光体3采用L/t为20～200左右的导光体的情况下，平均倾斜角θa以0.5～7.5°为宜，更为理想的是1～5°范围，进一步更为理想的是1.5～4°范围。而作为导光体3使用L/t为20或以下左右的导光体的情况下，平均倾斜角θa以7～12°为宜，8～11°范围则更为理想。
形成于导光体3的粗面的平均倾斜角θa，根据ISO4287/1—1984，用触针式表面粗度计测定粗面形状，以测定方向的坐标为X，从得到的倾斜函数f(x)，用下式(1)和(2)可以求得。其中，L为测定长度，△a是平均倾斜角θa的正切。
△a＝(1/L)∫0 L|(d/dx)f(x)|dx             ……(1)
θa＝tan-1(△a )                              ……(2)
而作为导光体3来说，其光出射率比较理想的是在0.5～5％范围内，更理想的是1～3％范围内。这是因为，光出射率如果小于0.5％，从导光体3出射的光量便变少，往往得不到足够的亮度，如果光出射率大于5％，一次光源1附近有较多光出射，光出射面33内X方向光的衰减明显，光出射面33的亮度其均匀度往往较低。这样，通过使导光体3的光出射率为0.5～5％，光出射面的出射光的出射光分布(XZ面内)的峰值光角度(峰值角度)相对于光出射面的法线处于50～80°范围内，能够从导光体3出射出射光分布(XZ面内)半高宽为10～40°这种取向性高的出射特性的光，能够有效地用光偏转元件4使其出射方向偏转，能够提供具有高亮度的面光源元件。
本发明中，导光体3的光出射率如下所述定义。光出射面33在光入射面31一侧端缘的出射光的光强(I0)与距光入射面31一侧端缘的距离L位置上的出射光强(I)两者的关系满足下式(3)所示关系，其中令导光体3的厚度(Z方向的尺寸)为t。
I＝I0·α(1—α)L/t                   ……(3)
其中，常数α为光出射率，是光出射面33上与光入射面31正交的X方向的每一单位长度(与导光体厚度t相当的长度)的导光体的出射光的出射比例(％)。该光出射率α，通过纵轴取光出射面23的出射光的光强的对数，横轴取L/t，对两者的关系进行绘图，由其梯度求得。
而未赋予取向性光出射功能部其他主面，为了控制导光体3的出射光在与一次光源1平行的面(YZ面)上的取向性，最好是形成在与光入射面31大致垂直的方向(X方向)上延伸的多条透镜列排列而成的透镜面。图1所示的实施方式中，在光出射面33上形成粗糙面，在背面34形成在与光入射面31大致垂直的方向(X方向)上延伸的多条透镜列排列形成的透镜面。本发明中，也可以与图1所示的方式相反，在光出射面33上形成透镜面，将背面34形成为粗糙面。
如图1所示，在导光体3的背面34或光出射面33上形成透镜列的情况下，作为该透镜列来说，可以举出有大致在X方向上延伸的棱镜列、双凸透镜列、V字状槽等，但是YZ剖面的形状最好为大致三角形的棱镜列。
本发明中，作为导光体3上形成的透镜列形成棱镜列的情况下，最好是使其顶角为70～150°范围。这是因为，可通过将顶角选定为该范围内来使导光体3的出射光充分聚光，可以谋求充分提高作为面光源装置的亮度。也就是说，利用将棱镜顶角限定于该范围内，可以出射包括出射光分布(XZ面内)的峰值光在内、在XZ面的垂直面上出射光分布的半高宽为35～65°的经过会聚的出射光，可以提高作为面光源元件的亮度。另外，在光出射面33上形成棱镜列的情况下，较好是顶角为80～100°范围，在背面上形成棱镜列的情况下，较好是顶角为70～80°或100～150°范围。
另外，本发明中，通过在导光体内部混入并分散光扩散微颗粒来赋予取向性出射功能，以此取代如上所述的光出射面33或其背面34形成光出射功能部，或者也可以与该功能部并用。而且，作为导光体3来说，不限于图1所示的剖面形状，也可以使用楔形、船形等各种剖面形状的导光体。
偏振分光元件6反射的偏振光分量，再度入射至背光照明部，在导光体3的背面反射后再度入射至偏振分光元件6，但较好是这时偏振状态发生变化，透过偏振分光元件6的分量增加。为了这样，最好是使形成于导光体3的透镜列的延伸方向与偏振分光元件6的透射偏振面的方向斜交。因为采用这样的构成，容易利用导光体的透镜列使偏振状态发生改变。
一次光源1可以使用在Y方向上延伸的线状光源。作为该一次光源1来说，可以使用例如荧光灯或冷阴极管。还有，在木发明中，作为一次光源1来说不限于线状光源，也可以使用LED光源、卤素灯、亚卤灯这种点光源。特别是在使用于便携式电话或便携式终端机等相对较小屏幕尺寸的显示装置的情况下，最好使用LED等较小的点光源。而且，一次光源1如图1所示，不仅设置为与导光体3其中一侧端面相对，而且可以根据需要也在相对的另一侧端面设置。
例如，如图7所示，在导光体3的角部等处配置LED光源等大致点状的光源作为一次光源1使用的情况下，向导光体3入射的光在与光出射面33同一平面内以一次光源为大致中心呈辐射状在导光体3中传播，从光出射面33出射的出射光也同样以一次光源1为中心呈辐射状出射。为了使这样呈辐射状出射的出射光与其出射方向无关地高效率偏转到所希望的方向上，最好是围绕着一次光源1将光偏转元件4上形成的棱镜列并列配置为近似弧状。通过这样围绕着一次光源1将棱镜列并列配置为近似弧状，从光出射面33按辐射状出射的光几乎都大致垂直入射到光偏转元件4的棱镜列，因此能够使出射光在导光体3的整个光出射面33高效率地指向特定方向，能够如上所述提高偏振分光元件6的分光能力。而且，也能够提高亮度。在光偏转元件4上形成的大致弧状的棱镜列，最好是根据在导光体3中所传播的光的分布选择其弧状的程度，使从光出射面33按辐射状出射的光几乎都与光偏转元件4的棱镜列大致垂直入射。具体来说，可以举出以LED等点状光源为大致中心的同心圆状大致并列配置使圆弧半径逐步增大的配置情况，棱镜列的半径范围根据面光源系统中点状光源的位置和相当于液晶显示区域的面光源的有效区域两者的位置关系和大小决定。
光源反光器2是使损耗减少使得一次光源1的光导向导光体3。其材料可以使用例如在表面具有金属蒸镀反射层的塑料膜。如图1所示，光源反光器2从光反射元件5的端缘部外面经过一次光源1的外面向光偏转元件4的光出射面端缘部卷绕。另一方面，光源反光器2还可避开光偏转元件4从光反射元件5的端缘部外面经过一次光源1的外面向导光体3的光出射面端缘部卷绕。
也可使与这种光源反光器2相同的反射材料附着在导光体3的侧端面31以外的侧端面上。作为光反射元件5来说，可以使用例如在表面上具有金属蒸镀层的塑料片。本发明中作为光反射元件5，也可以使用在导光体3的背面34靠金属蒸镀等形成的光反射层等代替反射片。
另外，为了可靠反射被偏振分光元件6反射返回至背光照明部的光并使其重新入射到偏振分光元件6，最好是在导光体3的背面配置反射片作为光反射元件5。作为反射片来说，可以使用至少在表面上涂布金属的片状的正反射材料或由白色PET膜等形成的片状漫反射材料。最好是使反射片5具有凹凸形状以促进偏振光状态的变化，可以使用例如配置许多三面直角镜这种反射片。
本发明的面光源装置中的导光体3和光偏转元件4可以由光透射率高的合成树脂构成。这样的合成树脂可以使用例如甲基丙烯酸树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯系树脂、聚酯系树脂、氯乙烯系树脂。特别是甲基丙烯酸树脂，其光透射率高，耐热性、力学特性、成型加工性能优异，最为适合。这样的甲基丙烯酸树脂，较好是以甲基丙烯酸甲酯为主成分的树脂，甲基丙烯酸甲酯为80重量％或以上的树脂。形成导光体3和光偏转元件4的粗糙面的表面结构和棱镜列等表面结构时，可以对透明合成树脂板用具有所希望的表面结构的成型构件进行热压形成，也可以利用网板印刷、挤压成型或射出成型等方法在成型的同时赋予形状。又可以用热硬化或光硬化性树脂等形成结构面。还可以在聚酯系树脂、丙烯酸系树脂、聚碳酸酯系树脂、氯乙烯系树脂、聚甲基丙烯酰亚胺系树脂等形成的透明膜或片等透明基体上，在表面上形成活性能量线硬化型树脂形成的粗糙面结构或透镜列排列结构，也可以利用粘接、熔接等方法将这样的薄片接合在别的透明基体上形成一体。作为活性能量线硬化型树脂，可以使用多官能(甲基)丙烯酸化合物、乙烯基化合物、(甲基)丙烯酸酯类、烯丙基化合物、(甲基)丙烯酸的金属盐等。
在这样的一次光源1、光源反光器2、导光体3、光偏转元件4、光反射元件5、以及偏振分光元件6构成的面光源装置的发光面(偏振分光元件6的出光面)上，通过配置液晶显示元件7构成液晶显示装置。观察者从图1上方通过液晶显示元件对液晶显示装置进行观察。而且，本发明中由于能够使经过充分准直的、亮度分布狭窄的光入射至偏振分光元件6，能够得到较高的偏振分光能力，通过液晶显示元件7进行观察时的亮度得到提高。而且，由于能够使充分准直的光入射至液晶显示元件7，因而能够得到在液晶显示元件7中没有灰度反转等的亮度和色调其均匀性良好的图像显示，同时能够得到集中于所希望方向的光照射，能够提高相对于该方向照明的一次光源的发光光量的利用效率。
而且，在本发明中，在这样利用光偏转元件4使视野狭窄化、高亮度化的面光源装置中，尽可能使亮度不至于下降对视野范围根据需要进行适度控制，也可以配置光扩散元件。而且，本发明中通过这样配置光扩散元件能够抑制造成质量下降的闪烁和亮斑等发生，谋求质量提高。以下进一步进行说明。
光扩散元件也可以在光偏转元件4的出光面一侧与光偏转元件4形成一体，也可以单独载置光扩散元件，但最好是单独配置光扩散元件。光扩散元件可以采取例如光扩散性薄片这种方式。而且，为了提高偏振分光元件6的分光能力，最好是在偏振分光元件6的光出射面上配置光扩散元件。因为这样的配置，在法线方向上会聚的光入射到偏振分光元件6，偏振分光后，可利用光扩散元件调节视野范围、提高品质。与光扩散元件的偏振分光元件6邻接一侧的面(入射面)上最好是赋予凹凸结构以防止与偏振分光元件6的粘附。同样，在光漫射元件的出射面上也需要考虑与其上配置的显示元件7之间的粘附现象，最好在光扩散元件的光出射面上也赋予凹凸结构。该凹凸结构仅以防止粘附现象为目的而赋予的情况下，以平均倾斜角为0.7°或以上的结构为宜，1°或以上还要理想，更理想的是1.5°或以上。而且，光扩散元件配置于液晶显示元件7的出射面侧，也可得到同样的效果。
本发明中，最好是考虑亮度特性、辨认性能以及品质等的平衡，使用具有使光偏转元件4的出射光适度扩散这种光扩散特性的光扩散元件。也就是说，在光扩散元件的光扩散特性低的情况下，难以使视野角充分扩展，辨认性能改善效果和品质改善效果往往不够充分，反之光扩散性过高的情况下，有损于光偏转元件4产生的窄视野效果，同时总光透射率也低，亮度往往下降。因此，本发明中，作为光扩散元件使用平行光入射时出射光分布(XZ面内)的半高宽为1～13°范围的元件。光扩散元件的半高宽以3～11°范围为宜，最好是4～8.5°范围。另外，本发明中，所谓光扩散元件的出射光分布(XZ面内)的半高宽，如图8所示，表示入射至具有入射面81和出射面82的光扩散元件8的平行光在出射时经扩散扩展到何种程度，指透射光扩散元件8的扩散光的出射光分布(XZ面内)中峰值的一半数值处的扩展角的全宽角度(△θH)。
这种光扩散特性可以通过在光扩散元件8中混入光扩散剂，或对光扩散元件8中至少一个表面赋予凹凸结构来实现。表面上形成的凹凸结构，光扩散元件8中一个表面上形成的情况和在两个表面形成的情况其程度不同。在光扩散元件8其中一个表面上形成凹凸结构的情况下，其平均倾斜角以0.8～12°范围为宜，3.5～7°更好，最理想的是4～6.5°范围。光扩散元件8的两个表面均形成凹凸结构的情况下，其中一个表面上形成的凹凸结构的平均倾斜角取0.8～6°范围为宜，更为理想的是2～4°，最好是2.5～4°。在这种情况下，为了抑制光扩散元件8的总光透射率的下降，最好是使光漫射元件8的入射面侧的平均倾斜角比出射面侧的平均倾斜角大。而且，从提高亮度特性和改善辨认性能的观点出发，作为光扩散元件8的光扩散透过率比值来说，以8～82％范围为宜，更为理想的是30～70％范围，进一步更为理想的是40～65％范围。
本发明中，光扩散透过率比值可按照JIS K—7105中B方法，根据以50mm×50mm大小的试样、用积分球式反射透射率计(日本村上色彩技术研究社制RT—100型)得到的总光透射率(Tt)以及扩散光透射率(Td)，利用下式(4)计算求得。
光扩散透过率比值(％)＝100(Td/Tt)                  ……(4)
本发明的面光源装置中，也要求从该发光面(例如光扩散元件8的出射面)的法线方向观察的情况下显示区域内亮度均匀。该亮度均匀性也取决于面光源装置的显示区域大小，例如笔记本电脑和监视器等使用的显示区域较大的大型面光源装置，有时候要求有相对比较宽的视野角特性，要求从发光面所出射的出射光分布(XZ面内)更宽。另一方面，便携式电话机和便携式终端等所用的显示区域小的小型面光源装置，往往在高亮度或显示质量提高方面较为优先，从发光面出射的出射光分布(XZ面内)也可以相对较窄。因此，作为光扩散元件8来说，最好使用其光扩散特性适合面光源装置的显示区域大小这种光扩散元件。
本发明中，作为光扩散元件使用光扩散性具有各向异性的元件，能够提高光扩散元件的总光透射率，有效扩散偏振分光元件6的出射光，能够提高亮度，因此是理想的。例如与导光体3的一个端面相对配置线状冷阴极管作为一次光源1的面光源装置中，谋求窄视野所用的光偏转元件4中主要谋求在XZ面使导光体3的光出射面所出射的出射光其视野狭窄化，而且其目的在于，主要用光扩散元件使视野狭窄的XZ面的光扩散来扩展视野角。但在使用扩散性为各向同性的元件作为光扩散元件的情况下，由于用光扩散元件使视野未经过狭窄的YZ面的光也在同等程度上扩散，因此导致亮度下降。因此，通过使用XZ面的光扩散性比YZ面高这种其光扩散性为各向异性的光扩散元件，能够使通过光偏转元件4使视野变狭窄的XZ面的光扩散加强，使未经过视野狭窄化的YZ面的光扩散减弱，能够有效地使光偏转元件4的出射光扩散，能够尽量抑制亮度下降为最低限度。
下面利用实施例和对比例对本发明进行具体说明。
另外，下述实施例和对比例中各特性值的测定如下所述进行。
面光源装置的法线亮度和亮度半高宽的测定
一次光源采用冷阴极管，其驱动电路的逆变器(哈里逊公司制造的HIU—742A)上施加直流电压12V，使冷阴极管高频率点亮。法线亮度通过将面光源装置的表面3×5分割为20mm见方的正方形，各正方形的部分的法线方向的亮度的15点取平均求得。而且，亮度计的视野角度取0.1°，观察位置调整为面光源装置的光出射面中央的位置，调节为使测角光强计旋转轴旋转。在各方向上使旋转轴在+90°到—90°之间每隔1°一边旋转一边用亮度计测定出射光的亮度分布(XZ面内、YZ面内)，求出峰值亮度、亮度分布(XZ面内和YZ面内)的半高宽(峰值的1/2或以上值的分布的展开角)。
利用偏振分光元件进行的亮度提高率测定
制作没有装入偏振分光元件的面光源装置，在面光源元件的光出射面上设置液晶显示元件7。在该状态下用上述方法求法线方向的亮度值的15点的平均值。接着，在与此相同的面光源装置上装入偏振分光元件6。这时，使液晶显示元件7的光入射面侧的偏振光透射方向与偏振分光元件6的透射偏振面平行。在这种状态下，用上述方法求出法线方向的亮度值的15点平均值。将使用偏振分光元件6的情况下的测定值与不使用偏振分光元件6的情况下的测定值之比作为使用偏振分光元件6所带来的亮度提高率。
平均倾斜角(θa)的测定
根据ISO4287/1—1987，通过触针采用010—2528(1μmR、55°圆锥、钻石)的触针式表面粗度计(东京精器株式会社制造サ—フコム570A)，以驱动速度0.03mm/秒测定粗面的表面粗糙度。根据该测定得到的曲线图，减去其平均线对斜率进行修正，利用上述式(1)和式(2)计算求得。
[对比例1]
使用丙烯酸树脂(三菱レイヨン株式会社制アクリペツトVH5#000)利用射出成型制作一个面为平均倾斜角2.5°的粗面，另一面是镜面的导光体。该导光体为216mm×290mm大小，厚度沿着长度216mm的边(短边)在2.0mm—0.7mm之间变化的楔形板状。在该导光体的镜面侧，与导光体的短边平行地利用丙烯酸系紫外线硬化树脂形成棱镜顶角为100°、棱镜列以间距50微米并列连续配置的棱镜层。沿着与导光体的长度290mm的边(长边)相对应的一方的侧端面(厚度2.0mm一侧的端面)以光源反光器(丽光株式会社制造的银反射膜)覆盖冷阴极管配置。而且，在其另一侧端面粘贴光漫反射膜(东レ株式会社制E60)，在棱镜列排列面(背面)上配置反射片(东レ株式会社制E60)。将以上构成组装于框体中。
另一方面，用折射率为1.5064的丙烯酸系紫外线硬化树脂构成棱镜列的第1棱镜面和第2棱镜面都是平面，这些棱镜面与法线所形成的角度(α、β)都是32.5°的棱镜列，将以56.5微米间距大致并列连续设置的棱镜列形成面形成于厚度125微米的聚酯膜的一个表面上制作棱镜片(光偏转元件4)。
将得到的棱镜片载置于导光体上得到面光源装置时，使棱镜列形成面向着上述导光体的光出射面侧，棱镜的棱线平行于导光体的光入射面，第1棱镜面在一次光源一侧。
对于该面光源装置，求与光入射面和光出射面两者垂直的面内的出射光亮度分布(XZ面内)以及与光入射面平行和与光出射面垂直的面内的出射光亮度分布(YZ面内)，测定具有峰值亮度的1/2亮度的角度(半高宽)，将其结果示于表1。
在该面光源位置的出射面上配置液晶显示元件。这时，使液晶显示元件的入射侧的偏振板的透光轴相对于导光体光入射面倾斜45°。在该状态下将液晶显示元件作为整个面上均匀的显示状态，就上述方法对15个点测定法线亮度求其平均值，得到亮度值A。另一方面，将具有双折射性的薄片多枚层叠为一定厚度，并且在进行上述层叠时调整各片的方向性，使相邻的薄片间的折射率差在透射偏振面上较大，而在反射偏振面上较小，来制作偏振分光元件。将偏振分光元件配置为上述面光源装置的光偏转元件4与液晶显示元件7之间透射轴与液晶显示元件的入射侧的偏振板的透射轴平行。在这一状态下，使液晶显示元件为与得到亮度值A时相同的整个面上均匀的显示状态，用上述方法对15点测定法线亮度求平均值，得到亮度值B。计算利用偏振分光元件得到的亮度提高率B/A。其结果示于表1。
[实施例1]
除了光偏转元件4使用以下所述元件以外，用与对比例1相同的方法制作面光源装置。
将用折射率1.5064的丙烯酸系紫外线硬化树脂构成棱镜列的一个棱镜面(第1棱镜面)形成为与法线所成的角度α为32.5°的平面，另一棱镜面(第2棱镜面)用这样的两个凸曲面构成，即从棱镜顶部到棱镜列的高度21.4微米为止，用长径上的曲率半径400微米，短径上的曲率半径800微米的剖面为非圆形状的一部分(曲率半径800微米部分附近)的凸曲面(倾斜角＝56.6°、β＝33.8°)，从棱镜顶部到棱镜列的高度21.4微米或以上，用曲率半径400微米的剖面为圆弧形状的凸曲面(倾斜角＝59.0°)这两个曲面构成，这样构成的间距56.5微米的棱镜列大致并列连续设置的棱镜列形成面形成于厚度125微米的聚酯膜片的一个表面上制作棱镜片。棱镜片的第1棱镜面与虚拟平面的最大距离(d)，与棱镜列间距(P)之比(d/P)为1.03％。
对于所得到的面光源装置，与对比例一样，测定XZ面和YZ面上的出射光亮度分布的半高宽以及偏振分光元件带来的亮度提高率，其结果示于表1。
[实施例2]
除了光偏转元件4使用以下所述元件以外，用与对比例1相同的方法制作面光源装置。
形成棱镜列的第2棱镜面的构成，从棱镜顶部到棱镜列的高度16微米为止，用倾斜角55.2°的平面(β＝34.8°)，从棱镜列的高度16微米起到棱镜列底部为止，从靠近棱镜顶部的一侧起用倾斜角55.5°、56.2°、57.0°、57.8°、58.4°、59.4°的相同宽度的6个平面，即共计用7个平面构成，除此以外，与实施例1一样制作棱镜片。棱镜片的第2棱镜面与虚拟平面的最大距离(d)，与棱镜列的间距(P)之比(d/P)为1.10％。
对于得到的面光源装置，与对比例一样，测定XZ面和YZ面上的出射光亮度分布的半高宽以及偏振分光元件带来的亮度提高率，其结果示于表1。
[实施例3]
除了光偏转元件4使用以下所述元件以外，用与对比例1相同的方法制作面光源装置。
形成棱镜列的第2棱镜面的构成，是从棱镜顶部到棱镜列的高度10.6微米为止，用倾斜角56.4°的平面(β＝33.6°)，棱镜列的高度10.6～21.3微米用倾斜角56.8°的平面，棱镜列的高度21.3微米或以上用曲率半径400微米的剖面形状为圆弧形的凸曲面(倾斜角59.2°)，即用两个平面和一个凸曲面构成，除此以外，与实施例1一样制作棱镜片。棱镜片的第2棱镜面与虚拟平面的最大距离(d)，与棱镜列的间距(P)之比(d/P)为1.03％。
对于得到的面光源装置，与对比例1一样，测定XZ面和YZ面上的出射光亮度分布的半高宽以及偏振分光元件带来的亮度提高率，其结果示于表1。
[实施例4]
除了光偏转元件4使用以下所述元件，棱镜列的间距采用50微米以外，用与对比例1相同的方法制作面光源装置。
形成棱镜列的第1棱镜面和第2棱镜面，由各曲率半径为250微米的剖面为圆弧状的一个凸曲面(α＝32.7°、β＝32.7°、倾斜角＝57.3°)构成，除此以外，与实施例1一样制作棱镜片。棱镜片的第2棱镜面与虚拟平面的最大距离(d)，与棱镜列的间距(P)之比(d/P)为2.14％。
对于得到的面光源装置，与对比例1一样，测定XZ面和YZ面上的出射光亮度分布的半高宽以及偏振分光元件带来的亮度提高率，其结果示于表1。
[实施例5]
除了光偏转元件4使用以下所述元件，棱镜列的间距采用50微米以外，用与对比例1相同的方法制作面光源装置。
形成棱镜列的第1棱镜面和第2棱镜面，由各曲率半径为425微米的剖面为圆弧状的一个凸曲面(α＝32.7°、β＝32.7°、倾斜角＝57.3°)构成，除此以外，与实施例1一样制作棱镜片。棱镜片的第2棱镜面与虚拟平面的最大距离(d)，与棱镜列的间距(P)之比(d/P)为1.26％。
对于得到的面光源装置，与对比例1一样，测定XZ面和YZ面上的出射光亮度分布的半高宽以及偏振分光元件带来的亮度提高率，其结果示于表1。
[实施例6]
使用丙烯酸树脂(三菱レイヨン株式会社制アクリペツトVH5#000)利用射出成型制作一个面为平均倾斜角为2.5°的粗面，另一面是镜面的导光体。该导光体为216mm×290mm大小，厚度沿着长度216mm的边(短边)在2.0mm—0.7mm之间变化的楔形板状。在该导光体的镜面侧，与导光体的短边平行地，用丙烯酸树脂(三菱レイヨン株式会社制アクリペツトVH5#000)，利用射出成型制作导光体。该导光体为40mm×50mm大小，形成厚度沿着长度50mm的边(长边)在0.8mm—0.6mm之间变化的楔形板状。与导光体的长度40mm的边(短边)对应的一侧端面(厚度0.8mm的一侧的端面)与导光体的长边夹着的角部形成切口，作成光入射面。在导光体的光出射面形成平均倾斜角2.5°的粗糙面。紧贴光入射面配置LED(NSCW215R，日亚化学株式会社制)。又在另一侧端面贴附光漫反射膜(东レ株式会社制E60)，在棱镜列排列面(背面)上配置反射片(东レ株式会社制E60)。将上述结构组装于框体中。
另一方面，用折射率1.5064的丙烯酸系紫外线硬化树脂，制作与实施例2相同的，具有第1棱镜面和第2棱镜面的形状的，间距56.5微米的棱镜列形成于厚度125微米的聚酯片的一个表面上成为以棱镜片的一个角部为中心的同心圆状这种棱镜片。
将得到的棱镜片放置为使形成的棱镜列的同心圆的中心靠近一次光源发光面的中心，并且棱镜列形成面向着上述导光体的光出射面侧，得到面光源装置。
对于得到的面光源装置，与对比例1一样，测定XZ面和YZ面上的出射光亮度分布的半高宽以及偏振分光元件带来的亮度提高率，其结果示于表1。还有，在测定亮度提高率时，在使液晶显示元件的入射侧的偏振板的透射轴与导光体入射面垂直的状态下测定法线亮度，得到亮度值A，而将偏振分光元件配置为上述面光源装置的光偏转元件与液晶显示元件之间透射轴与液晶显示元件的入射侧的偏振板的透射轴平行，在这种配置状态下测定法线亮度，得到亮度值B。
表1
 
XZ面亮度半高宽 YZ面亮度半高宽 亮度提高率(B/A)
对比例1 27.5° 40.2° 1.38
实施例1 14.1° 40.2° 1.46
实施例2 14.5° 40.2° 1.44
实施例3 13.9° 40.2° 1.47
实施例4 21.2° 40.2° 1.42
实施例5 15.3° 40.2° 1.45
实施例6 14.5° 16.4° 1.55
工业实用性
如上所述，采用本发明，能够提供一种通过使向偏振分光元件入射的光为会聚于偏振分光元件的法线方向的分布，来提高偏振分光元件的偏振分光能力，基于特定偏振光分量的亮度极高的面光源装置。这样的面光源装置与例如液晶显示装置那样利用特定偏振光分量的显示装置组合使用，能够以低电力消耗实现极高的亮度显示。

Claims (21)

1.一种面光源装置，其特征在于，包括下列组成：一次光源；对从该一次光源所发出的光进行导光、并具有让从所述一次光源所发出的光入射的光入射面和让经过导光的光出射的光出射面的导光体；与所述导光体的光出射面邻接配置的光偏转元件；以及配置于该光偏转元件的出光面一侧、具有使所入射光其中一偏振光分量透射且另一偏振光分量反射这种作用的偏振分光元件，所述偏振分光元件的入射光在包含与所述导光体的出射面平行的面内的所述导光体中光行进方向的平行方向以及所述导光体的光出射面法线方向这两个方向的面内的亮度分布其半高宽为10-25°。
2.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述偏振分光元件的入射光在包含与所述导光体的出射面平行的面内的所述导光体中光行进方向的垂直方向以及所述导光体的光出射面法线方向这两个方向的面内的亮度分布其半高宽为50°或以下。
3.如权利要求1或2所述的面光源装置，其特征在于，所述偏振分光元件的入射光在包含与所述导光体的出射面平行的面内的所述导光体中光行进方向的垂直方向以及所述导光体的光出射面法线方向这两个方向的面内的亮度分布的半高宽和在包含与所述导光体的出射面平行的面内的所述导光体中光行进方向的平行方向以及所述导光体的光出射面法线方向这两个方向的面内的亮度分布的半高宽的平均值为33°或以下。
4.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转元件具有处于与所述导光体的光出射面相对位置的入光面和其相反一侧的出光面，至少所述入光面形成有彼此平行延伸的多条棱镜列。
5.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述一次光源由点状光源构成，所述光偏转元件具有处于与所述导光体的光出射面相对位置的入光面和其相反一侧的出光面，至少所述入光面上多条并排形成有围绕所述一次光源的弧状的棱镜列。
6.如权利要求4或5所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转元件的棱镜列分别由2个棱镜面构成，该棱镜面的至少一个面为非单一平面。
7.如权利要求6所述的面光源装置，其特征在于，所述棱镜面的至少一个面包含至少1个凸曲面。
8.如权利要求7所述的面光源装置，其特征在于，所述棱镜面的至少一个面由所述至少1个凸曲面和至少1个平面所形成，越是位于接近所述出光面一侧的凸曲面或平面，其倾斜角越大，最为接近所述出光面的凸曲面或平面的倾斜角和距离所述出光面最远的平面或凸曲面的倾斜角两者之差为15°或以下。
9.如权利要求7所述的面光源装置，其特征在于，所述棱镜面的至少一个面由至少2个彼此倾斜角不同的凸曲面所形成，越是位于接近所述出光面一侧的凸曲面，其倾斜角越大，最为接近所述出光面的凸曲面的倾斜角和距离所述出光面最远的凸曲面的倾斜角两者之差为15°或以下。
10.如权利要求6所述的面光源装置，其特征在于，所述棱镜面的至少一个面由至少2个彼此倾斜角不同的平面所形成，越是位于接近所述出光面一侧的平面，其倾斜角越大，最为接近所述出光面的平面的倾斜角和距离所述出光面最远的平面的倾斜角两者之差为15°或以下。
11.如权利要求7所述的面光源装置，其特征在于，所述凸曲面的曲率半径(r)和棱镜列间距(P)两者之比(r/P)为2～50。
12.如权利要求8～11中任一项所述的面光源装置，其特征在于，距离棱镜顶部的高度h的区域内形成至少2个所述平面和/或凸曲面，令棱镜列高度为H时，h/H为60％或以下。
13.如权利要求8～11中任一项所述的面光源装置，其特征在于，所述平面和/或凸曲面与连接棱镜顶部和棱镜底部的虚拟平面的最大距离(d)，相对于棱镜列间距(P)的比例(d/P)为0.05～5％。
14.如权利要求4或5所述的面光源装置，其特征在于，所述棱镜列顶角为35～80°。15.如权利要求4或5所述的面光源装置，其特征在于，所述棱镜列，其顶角的一个分角α为40°或以下，所述顶角的另一分角β为25～50°；所述一个分角是棱镜顶角中相对于导光体光出射面的法线方向位于光源侧的分角；所述另一分角是棱镜顶角中相对于导光体光出射面的法线方向位于光源的相反侧的分角。
16.如权利要求4或5所述的面光源装置，其特征在于，所述棱镜列，其顶角其中一个分角α和另一分角β不同；所述一个分角是棱镜顶角中相对于导光体光出射面的法线方向位于光源侧的分角；所述另一分角是棱镜顶角中相对于导光体光出射面的法线方向位于光源的相反侧的分角。
17.如权利要求4或5中任一项所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转元件的棱镜列分别由2个棱镜面所构成，该棱镜面的一面由平面和/或凸曲面构成，所述棱镜面的另一面为平面。
18.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述导光体的光出射面和其相反一侧的背面其中之一，形成有在沿所述光出射面的面内相对于所述导光体的光入射面垂直的方向上延伸且彼此平行排列的多条透镜列。
19.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述偏振分光元件，层叠多片具有双折射性的薄片而成，在相互邻接的两薄片之间反射的偏振光分量的偏振方向上的所述两薄片间的折射率差小于透射所述两薄片间的偏振光分量的偏振方向上的所述两薄片间的折射率差。
20.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，将光扩散元件配置于所述偏振分光元件的光出射面一侧。
21.如权利要求20所述的面光源装置，其特征在于，所述光扩散元件让平行光入射时的出射光光强分布其半高宽为1～13°。
22.如权利要求20所述的面光源装置，其特征在于，所述光扩散元件，光扩散透过率比值为8～82％。
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