JP2006106592A - Polarization conversion separating element and its manufacturing method, and surface light source device using the element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに直交する偏光方向をもつ2つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を他方の偏光成分と同一の偏光成分に変換し、該他方の偏光成分を出射させることで、高い透過率で所要の方向に偏光を出射させる薄型の偏光変換分離素子に関するものであり、更にはその製造方法及びそれを用いた面光源装置に関するものである。本発明の偏光変換分離素子を用いた面光源装置は、大型で薄型の液晶表示装置のためのバックライト部として好適である。 The present invention converts one polarization component of two polarization components having polarization directions orthogonal to each other into the same polarization component as the other polarization component, and emits the other polarization component, thereby achieving high transmittance. The present invention relates to a thin polarization conversion / separation element that emits polarized light in a required direction, and further relates to a manufacturing method thereof and a surface light source device using the same. The surface light source device using the polarization conversion separation element of the present invention is suitable as a backlight unit for a large and thin liquid crystal display device.
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。 In recent years, color liquid crystal display devices have been widely used in various fields as monitors for portable notebook computers, personal computers, etc., or as display units for liquid crystal televisions, video-integrated liquid crystal televisions, mobile phones, personal digital assistants, and the like. Yes. In addition, with the increase in the amount of information processing, diversification of needs, compatibility with multimedia, and the like, liquid crystal display devices have been increased in screen size and definition.
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のものが多用されている。 The liquid crystal display device basically includes a backlight unit and a liquid crystal display element unit. As the backlight unit, there are a direct type with a light source arranged directly under the liquid crystal display element unit and an edge light type with a light source arranged so as to face the side end face of the light guide. From the viewpoint of making it easier, an edge light type is widely used.
ところで、従来のバックライト部から出射される光は、偏光方向が不揃いの光の集合(即ち非偏光)であったため、液晶表示素子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。 By the way, since the light emitted from the conventional backlight unit is a set of light with non-uniform polarization directions (that is, non-polarized light), about half of the light is absorbed by the polarizing plate disposed on the incident side of the liquid crystal display element unit. Was wasted.
この問題の解決策として、特表平9−506984号公報(特許文献1)に開示されているように、バックライト部の出射面に、光の互いに直交する2つの偏光成分のうち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、全ての光がいずれは、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。 As a solution to this problem, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-506984 (Patent Document 1), one of two polarization components of light orthogonal to each other is formed on the exit surface of the backlight unit. A method is used in which a polarization separation element having an action of transmitting a polarization component and reflecting the other polarization component is installed. By aligning the polarization transmission direction of the polarizing plate provided on the incident side of the liquid crystal display element unit with the polarization transmission direction of the polarization separation element, the polarization component that has been absorbed and wasted by the polarizing plate until now is polarized. The light is reflected by the separation element and returned to the backlight unit. The light returned to the backlight unit is reflected by the back surface of the light guide or the like, and enters the polarization separation element again. In addition, the polarization state of the light returned to the backlight unit changes while it is repeatedly reflected in the light guide, and a part of the light incident on the polarization separation element again passes through the polarization separation element. The light is reflected again. In this way, if there is no loss of light amount between the polarization separation element and the backlight unit, all the light will eventually pass through the polarization separation element, and the polarizing plate of the liquid crystal display element unit as before The light that is absorbed in should be gone.
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(特許文献2)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(特許文献3)に開示されている。 However, in actuality, the light is lost every time the light reflected by the polarization beam splitting element is reflected by the backlight unit, and thus the luminance is not improved as expected. Therefore, in order to increase the rate at which the light reflected by the backlight unit is incident again on the polarization separation element, it is possible to use a regular reflection sheet on the back surface of the light guide body. Has been proposed. In order to further increase the change in the polarization state due to reflection by the backlight unit, a prism array is provided on the back surface of the light guide, and the prism array extends in an oblique direction with respect to the polarization transmission surface of the polarization separation element. Such formation is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-142849 (Patent Document 3).
一方、出射光の偏光成分を増加させる液晶表示装置用面光源装置として、複数の導光体シートの積層体からなる導光体ユニット本体において、ブリュースター角に関連する角度傾斜を有する溝を形成し更に導光体ユニット本体に複数の導光体膜を形成し、該導光体膜に更に光の偏光方向を変化させる旋光性フィルムを配置してなるものが、特開平11−153796号公報(特許文献4)に開示されている。
しかし、上記の従来の偏光分離素子を使用する方法では、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。 However, in the method using the conventional polarization separation element, the loss due to the reflection between the polarization separation element and the backlight portion cannot be sufficiently reduced, and the brightness improvement effect by using the polarization separation element Was not enough.
また、上記の従来の出射光の偏光成分を増加させる液晶表示装置用面光源装置は、導光体の製作に関して精密な溝加工を必要とし、製造が容易ではないという難点があった。 In addition, the conventional surface light source device for a liquid crystal display device that increases the polarization component of the emitted light described above requires a precise groove processing for the manufacture of the light guide, and has a drawback that it is not easy to manufacture.
そこで、本発明の目的の1つは、互いに直交する偏光方向をもつ2つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を他方の偏光成分と同一の偏光成分に効率よく変換し、もって高い透過率で所要の方向に偏光を出射させることの可能な偏光変換分離素子を提供することにある。 Accordingly, one of the objects of the present invention is to efficiently convert one polarization component of two polarization components having polarization directions orthogonal to each other into the same polarization component as the other polarization component, thereby achieving high transmittance. An object of the present invention is to provide a polarization converting / separating element capable of emitting polarized light in a required direction.
更に、本発明の目的の他の1つは、そのような偏光変換分離素子を用いて、導光体の構成が簡易で製作容易な、薄型で輝度の極めて高い面光源装置を提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a surface light source device that is thin and extremely high in luminance, using such a polarization conversion / separation element, having a simple light guide structure and easy to manufacture. is there.
本発明によれば、上記の技術的課題を解決するものとして、
複数の薄膜を積層してなり且つ前記薄膜は互いに隣接するもの同士の屈折率差が0.05以上である薄膜積層体と、該薄膜積層体に隣接して配置された光学活性層とを備えることを特徴とする偏光変換分離素子、
が提供される。
According to the present invention, as a solution to the above technical problem,
A thin film stack comprising a plurality of thin films stacked and a difference in refractive index between adjacent thin films of 0.05 or more, and an optically active layer disposed adjacent to the thin film stack. A polarization conversion separation element,
Is provided.
本発明の一態様においては、前記光学活性層は前記薄膜積層体に接合されている。本発明の一態様においては、前記薄膜の各々の厚さは、当該薄膜内での使用光の波長をλとして、(0.7〜1.3)λ/4の範囲内にある。本発明の一態様においては、前記薄膜の厚さは0.1〜100μmの範囲内にある。本発明の一態様においては、前記薄膜積層体を構成する薄膜のうちの一種が屈折率1.48以下の低屈折率薄膜であり、前記薄膜積層体を構成する薄膜のうちの他の一種が屈折率1.5以上の高屈折率薄膜である。本発明の一態様においては、前記低屈折率薄膜はフッ素原子を含有する単量体を用いて得られる(共)重合体からなる。本発明の一態様においては、前記低屈折率膜は、単量体としてフッ素原子を含有するオレフィン、メタクリレート、アクリレート、エステルまたはエーテルを用いて得られる(共)重合体からなる。本発明の一態様においては、前記高屈折率薄膜はフェニル基を含有する単量体を用いて得られる(共)重合体からなる。本発明の一態様においては、前記高屈折率膜は、単量体としてベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、フェニルエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ビニルベンゾエート、オルトクロロスチレン、パラフルオロスチレンまたはパライソプロピルスチレンを用いて得られる(共)重合体、ポリスチレン、またはポリカーボネートからなる。本発明の一態様においては、前記薄膜積層体を構成する薄膜の少なくとも1つは活性エネルギー線硬化性樹脂からなる。本発明の一態様においては、前記活性エネルギー線硬化性樹脂はフッ素を含有するものである。本発明の一態様においては、前記活性エネルギー線硬化性樹脂はフェニル基及び塩素のうちの少なくとも一方を含有するものである。本発明の一態様においては、前記光学活性層はコレステリック液晶層である。本発明の一態様においては、前記光学活性層は光学異性を有する非晶性高分子化合物からなる。本発明の一態様においては、前記光学活性層は生物により合成された物質からなる。本発明の一態様においては、前記光学活性層はポリ乳酸またはポリエステル系縮重合体である。 In one aspect of the present invention, the optically active layer is bonded to the thin film laminate. In one aspect of the present invention, the thickness of each of the thin films is in the range of (0.7 to 1.3) λ / 4, where λ is the wavelength of light used in the thin film. In one aspect of the present invention, the thickness of the thin film is in the range of 0.1 to 100 μm. In one aspect of the present invention, one of the thin films constituting the thin film stack is a low refractive index thin film having a refractive index of 1.48 or less, and the other of the thin films constituting the thin film stack is It is a high refractive index thin film having a refractive index of 1.5 or more. In one aspect of the present invention, the low refractive index thin film comprises a (co) polymer obtained using a monomer containing a fluorine atom. In one aspect of the present invention, the low refractive index film is made of a (co) polymer obtained by using an olefin, methacrylate, acrylate, ester or ether containing a fluorine atom as a monomer. In one aspect of the present invention, the high refractive index thin film comprises a (co) polymer obtained using a monomer containing a phenyl group. In one embodiment of the present invention, the high refractive index film is obtained using benzyl methacrylate, phenyl methacrylate, phenylethyl methacrylate, benzyl acrylate, vinyl benzoate, orthochlorostyrene, parafluorostyrene, or paraisopropylstyrene as a monomer. (Co) polymer, polystyrene or polycarbonate. In one aspect of the present invention, at least one of the thin films constituting the thin film laminate is made of an active energy ray curable resin. In one aspect of the present invention, the active energy ray-curable resin contains fluorine. In one aspect of the present invention, the active energy ray-curable resin contains at least one of a phenyl group and chlorine. In one aspect of the present invention, the optically active layer is a cholesteric liquid crystal layer. In one aspect of the present invention, the optically active layer comprises an amorphous polymer compound having optical isomerism. In one aspect of the present invention, the optically active layer is made of a substance synthesized by a living organism. In one aspect of the present invention, the optically active layer is polylactic acid or a polyester-based condensation polymer.
また、本発明によれば、上記の技術的課題を解決するものとして、
上記の偏光変換分離素子を製造する方法であって、前記薄膜積層体を、前記薄膜を溶媒キャスト法、流延法またはスピンコート法により順次積層することで形成することを特徴とする、偏光変換分離素子の製造方法、
及び、
上記の偏光変換分離素子を製造する方法であって、前記薄膜積層体を、前記薄膜を複合押し出ししたものを延伸することで形成することを特徴とする、偏光変換分離素子の製造方法、
が提供される。
Further, according to the present invention, as a solution to the above technical problem,
A method of manufacturing the polarization conversion separation element, wherein the thin film stack is formed by sequentially stacking the thin film by a solvent casting method, a casting method, or a spin coating method. Manufacturing method of separation element,
as well as,
A method for manufacturing the polarization conversion separation element, wherein the thin film laminate is formed by stretching a composite extrusion of the thin film,
Is provided.
本発明の一態様においては、前記薄膜積層体を形成した後に、該薄膜積層体に対して80℃以上の温度で熱処理を施す。 In one embodiment of the present invention, after the thin film stack is formed, the thin film stack is subjected to heat treatment at a temperature of 80 ° C. or higher.
また、本発明によれば、上記の技術的課題を解決するものとして、
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端面及び導光される光が出射する光出射面及びその反対側の裏面を有する板状の導光体とを備えており、該導光体の光出射面は平均傾斜角0.5〜20度の粗面とされており、前記光出射面上に上記の偏光変換分離素子が配置されていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
Further, according to the present invention, as a solution to the above technical problem,
A plate having a primary light source, a light incident end surface to which light emitted from the primary light source is incident and light emitted from the primary light source is incident, a light emitting surface from which the guided light is emitted, and a back surface on the opposite side The light output surface of the light guide is a rough surface with an average inclination angle of 0.5 to 20 degrees, and the polarization conversion separation element is provided on the light output surface. A surface light source device characterized by being disposed;
Is provided.
本発明の一態様においては、前記導光体の光出射面からの出射光の分布ピーク光が該光出射面の法線の方向に対して50〜75度の角度をなす。本発明の一態様においては、前記偏光変換分離素子上に光偏向素子が配置されており、該光偏向素子は前記導光体の光入射端面に沿った方向に延びた複数のプリズム列を互いに並列に配置してなるプリズムシートである。 In one aspect of the present invention, the distribution peak light of the emitted light from the light emitting surface of the light guide forms an angle of 50 to 75 degrees with respect to the direction of the normal line of the light emitting surface. In one aspect of the present invention, a light deflection element is disposed on the polarization conversion separation element, and the light deflection element connects a plurality of prism rows extending in a direction along the light incident end face of the light guide to each other. This is a prism sheet arranged in parallel.
以上のような本発明の偏光変換分離素子においては、屈折率差が0.05以上である薄膜同士を互いに隣接させて積層してなる薄膜積層体と、該薄膜積層体に隣接して配置された光学活性層とを組み合わせているので、薄膜積層体において互いに直交する偏光方向をもつ2つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を反射させて光学活性層を介して導光体へと導き、ここで反射させ更に光学活性層を介して薄膜積層体に再入射させることで、他方の偏光成分と同一の偏光成分に効率よく変換することができ、高い透過率で所要の方向に偏光を出射させることが可能となる。 In the polarization conversion / separation device of the present invention as described above, a thin film laminate in which thin films having a refractive index difference of 0.05 or more are laminated adjacent to each other, and the thin film laminate are arranged adjacent to each other. In combination with the optically active layer, the thin film laminate reflects one polarization component of two polarization components having polarization directions orthogonal to each other and guides it to the light guide through the optically active layer, Reflecting here and re-entering the thin film stack through the optically active layer enables efficient conversion to the same polarization component as the other polarization component, and emits polarized light in the required direction with high transmittance. It becomes possible to make it.
また、本発明によれば、そのような偏光変換分離素子を用いることで、導光体の構成が簡易で製作容易な、薄型で輝度の極めて高い面光源装置を提供することができる。 In addition, according to the present invention, by using such a polarization conversion separation element, it is possible to provide a thin and extremely high luminance surface light source device that has a simple light guide structure and can be easily manufactured.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による偏光変換分離素子を用いたエッジライト方式の面光源装置の一つの実施形態を示す模式的部分斜視図である。 FIG. 1 is a schematic partial perspective view showing one embodiment of an edge light type surface light source device using a polarization conversion separation element according to the present invention.
図示されているように、本実施形態の面光源装置は、1つの側端面を光入射端面41とし、これと略直交する2つの主面のうちの一方を光出射面42とし他方を裏面43とする導光体4と、この導光体4の光入射端面41に対向して配置された一次光源2と、導光体4の光出射面42上に配置された偏光変換分離素子6と、該偏光変換分離素子6上に配置され且つ入光面81と出光面82とを有する光偏向素子8とを備えている。
As shown in the drawing, in the surface light source device of the present embodiment, one side end surface is a light incident end surface 41, one of two main surfaces substantially orthogonal to this is a
一次光源2としては、Y方向に延在する線状光源を用いることができる。線状一次光源2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、一次光源2としては、線状光源に限定されることなく、発光ダイオード(LED)、ハロゲンランプ、メタハロランプ等のような点状光源を使用することもでき、特に複数の点状光源を線状に配列したものであってもよい。また、一次光源2は、図1に示したように導光体4の一方の側端面(光入射端面)41に対向するようにして設置する場合だけでなく、必要に応じて側端面41とは反対側の側端面にも対向配置することができる。尚、図示はされていないが、一次光源2には、それから発せられる光を導光体4の光入射端面41へと効率よく入射させるために、リフレクタを付設することができる。
As the primary
導光体4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4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1つの側端面を光入射端面41とする。光入射端面41は一次光源2と対向して配置されており、一次光源2から発せられた光は光入射端面41に入射し導光体4内へと導入される。
The light guide 4 is disposed in parallel with the XY plane and has a rectangular plate shape as a whole. The light guide 4 has four side end faces, and at least one of the pair of side end faces substantially parallel to the YZ plane is a light incident end face 41. The light incident end face 41 is disposed to face the primary
導光体4の光入射端面41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42とされる。この光出射面42またはその反対側の裏面43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端面41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、光入射端面41から導入された光を導光体4中を導光させながら光出射面42から、光入射端面41および光出射面42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42となす角度をaとすると、この角度aは15〜40度とすることが好ましく、出射光分布の半値全幅は10〜40度とすることが好ましい。
The two principal surfaces substantially orthogonal to the light incident end surface 41 of the light guide 4 are respectively positioned substantially parallel to the XY plane, and one of the surfaces (upper surface in the drawing) is the
導光体4の主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0.5〜20度の範囲のものとすることが、光出射面42内での輝度の均斉度の向上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度の範囲であり、より好ましくは1.5〜11度の範囲である。この平均傾斜角θaは、導光体4の厚さ(t)と入射光が伝搬する方向(X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4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度とすることが好ましく、さらに好ましくは1〜5度の範囲であり、より好ましくは1.5〜4度の範囲である。また、導光体4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度とすることが好ましく、さらに好ましくは8〜11度の範囲である。 The rough surface and the lens array formed on the main surface of the light guide 4 should have an average inclination angle θa in the range of 0.5 to 20 degrees according to ISO 4287 / 1-1984. This is preferable from the viewpoint of improving the uniformity of luminance. The average inclination angle θa is more preferably in the range of 1 to 12 degrees, and more preferably in the range of 1.5 to 11 degrees. The average inclination angle θa is set to an optimum range by a ratio (L / t) between the thickness (t) of the light guide 4 and the length (L) in the direction (X direction) in which incident light propagates. Is preferred. That is, when the light guide 4 having a L / t of about 20 to 200 is used, the average inclination angle θa is preferably 0.5 to 7.5 degrees, more preferably 1 to 5 degrees. It is a range, More preferably, it is the range of 1.5-4 degree | times. Moreover, when using the thing with L / t of about 20 or less as the light guide 4, it is preferable that the average inclination | tilt angle (theta) a shall be 7-12 degree | times, More preferably, it is the range of 8-11 degree | times.
導光体4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。 The average inclination angle θa of the rough surface formed on the light guide 4 is obtained by measuring the rough surface shape using a stylus type surface roughness meter in accordance with ISO 4287 / 1-1984 and setting the coordinate in the measurement direction as x. From the obtained gradient function f (x), the following equation (1) and equation (2) can be used. Here, L is the measurement length, and Δa is the tangent of the average inclination angle θa.
Δa=(1/L)∫0 L|(d/dx)f(x)|dx ・・・ (1)
θa=tan-1(Δa) ・・・ (2)
さらに、導光体4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4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2の近傍で多量の光が出射して、光出射面42内でのX方向における光の減衰が著しくなり、光出射面42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4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50〜75度の範囲にあり、出射光分布(XZ面内)の半値全幅が10〜40度であるような指向性の高い出射特性の光を導光体4から出射させることができる。
Δa = (1 / L) ∫ 0 L | (d / dx) f (x) | dx (1)
θa = tan −1 (Δa) (2)
Further, the light guide 4 preferably has a light emission rate in the range of 0.5 to 5%, more preferably in the range of 1 to 3%. This is because when the light output rate is less than 0.5%, the amount of light emitted from the light guide 4 tends to be small and sufficient luminance cannot be obtained. When the light output rate is greater than 5%, the vicinity of the primary
本発明において、導光体4からの光出射率は次のように定義される。光出射面42の光入射端面41側の端縁での出射光の光強度(I0)と光入射端面41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4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。
In the present invention, the light emission rate from the light guide 4 is defined as follows. The relationship between the light intensity (I 0 ) of the emitted light at the edge on the light incident end face 41 side of the
I=I0・[α/100](1−[α/100])L/t ・・・ (3)
ここで、定数αが光出射率(%単位)であり、光出射面42における光入射端面41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4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42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。
I = I 0 · [α / 100] (1− [α / 100]) L / t (3)
Here, the constant α is the light emission rate (% unit), and per unit length (a length corresponding to the light guide thickness t) in the X direction orthogonal to the light incident end surface 41 on the
また、導光体4の指向性光出射機能部が付与されていない他の主面である裏面43には、導光体4からの出射光の一次光源2と平行な面(YZ面)での指向性を制御するために、光入射端面41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42に粗面を形成し、裏面43に光入射端面41に対して略垂直方向(X方向)に延びる多数のレンズ列43a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42にレンズ面を形成し、裏面43を粗面とするものであってもよい。
In addition, the
図1に示したように、導光体4の裏面43あるいは光出射面42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。
As shown in FIG. 1, when a lens array is formed on the
本発明において、導光体4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度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4からの出射光を十分集光することができ、面光源装置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度である集光された出射光を出射させることができ、面光源装置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42に形成する場合には、頂角は80〜100度の範囲とすることが好ましく、プリズム列を裏面43に形成する場合には、頂角は70〜80度または100〜150度の範囲とすることが好ましい。
In the present invention, when a prism row is formed as a lens row formed on the light guide 4, the apex angle is preferably in the range of 70 to 150 degrees. This is because by setting the apex angle within this range, the light emitted from the light guide 4 can be sufficiently collected, and the luminance of the surface light source device can be sufficiently improved. That is, by setting the prism apex angle within this range, the full width at half maximum of the emitted light distribution is 35 to 65 degrees on the plane perpendicular to the XZ plane including the peak light in the emitted light distribution (in the XZ plane). The emitted light can be emitted, and the luminance of the surface light source device can be improved. When the prism row is formed on the
なお、本発明では、上記のような光出射面42またはその裏面43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4としては、図1に示したようにXZ断面の形状が光入射端面41から遠ざかるにつれて次第に厚さが薄くなるくさび形状に限定されるものではなく、XZ断面の形状が矩形状であってもよい。また、図1に示されるような面光源装置を、YZ面に関してそれと対称的なもう1つの面光源装置と組み合わせて一体化することで、上記のような導光体4の互いに反対側の2つの側端面41に対向して一次光源2を配置した構成とすることができる。その場合、一体化された導光体の形状は、X方向に関して中央が薄く且つ両端が厚い形態となる。
In the present invention, light diffusing fine particles are mixed and dispersed in the light guide instead of or in combination with the
尚、図示はされていないが、導光体4の裏面43に対向して光反射体を配置するのが好ましい。このような光反射体としては、たとえば合成樹脂シートの表面に金属反射膜を形成したものが例示される。
Although not shown, it is preferable to dispose a light reflector facing the
偏光変換分離素子6は、フィルム状基材6aと、薄膜積層体6bと、光学活性層6cとからなる。フィルム状基材6aは、薄膜積層体6b及びこれに接合された光学活性層6cを支持するものであり、適度の機械的強度と透光性とを有するものであればよい。
The polarization conversion separation element 6 includes a film-
薄膜積層体6bは、フィルム状基材6aの下面上に形成されており、複数の第1種の薄膜6b1と複数の第2種の薄膜6b2とからなる。第1種の薄膜6b1と第2種の薄膜6b2とは交互に積層されている。第1種の薄膜6b1は、第1の屈折率n1をもつ第1の材質からなり、厚さがt1である。第2種の薄膜6b2は、第2の屈折率n2(>n1)をもつ第2の材質からなり、厚さがt2である。便宜上、第1種の薄膜を低屈折率薄膜と呼び、第2種の薄膜を高屈折率薄膜と呼ぶ。屈折率n2は屈折率n1より0.05以上、好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.15以上高い。屈折率n2と屈折率n1との差が小さすぎると、後述の偏光変換の機能が低下し、また所要の光透過性能を得るのに要する薄膜の数が多くなりすぎる傾向にある。屈折率n1と屈折率n2との差の上限は、実際に積層し得る低屈折率薄膜6a1と高屈折率薄膜6b2との組み合わせにより自ずと決まるが、たとえば、0.3更には0.25である。低屈折率薄膜の厚さt1及び高屈折率薄膜の厚さt2は、使用光の各薄膜内での波長λに応じて、(0.7〜1.3)λ/4の範囲内となるように設定するのが好ましく、更に好ましくは薄膜の厚さt1,t2は(0.9〜1.1)λ/4の範囲内となるように設定される。白色光を用いる場合には、RGBの3原色のそれぞれに合わせた3種類の積層体を用いるのが好ましい。
The thin film laminate 6b is formed on the lower surface of the film-
この薄膜積層体6bを構成する低屈折率薄膜6b1と高屈折率薄膜6b2との組は、入射した互いに偏光方向が直交する2つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を効率よく他方の偏光成分に変換し、入射したもともとの他方の偏光成分と共に、透過させる。このような低屈折率薄膜6b1と高屈折率薄膜6b2との組の数を増加させることで、薄膜積層体6bへと到来する光を一層高い効率で透過させることが可能となる。この点から、好ましくは、低屈折率薄膜6b1と高屈折率薄膜6b2との組の数は、3(即ち薄膜の数6)以上好ましくは5(即ち薄膜の数10)以上である。但し、この低屈折率薄膜6b1と高屈折率薄膜6b2との組の数は、多すぎると製造コストが上昇するので、適宜の上限値たとえば10(即ち薄膜の数20)以下とするのが好ましい。尚、このような薄膜積層体6bの作用の効率は、薄膜の厚さt1,t2を上記のようなλ/4に近い値とすることで、高めることができる。 The pair of the low-refractive index thin film 6b1 and the high-refractive index thin film 6b2 constituting the thin-film laminate 6b efficiently converts one of the two polarized components whose polarization directions are orthogonal to each other into the other polarized component. And is transmitted together with the original other polarized component incident thereon. Increasing the number of pairs of the low refractive index thin film 6b1 and the high refractive index thin film 6b2 makes it possible to transmit light arriving at the thin film stack 6b with higher efficiency. From this point, preferably, the number of pairs of the low refractive index thin film 6b1 and the high refractive index thin film 6b2 is 3 (that is, the number of thin films 6) or more, preferably 5 (that is, the number of thin films 10) or more. However, if the number of pairs of the low refractive index thin film 6b1 and the high refractive index thin film 6b2 is too large, the manufacturing cost increases. Therefore, it is preferable to set it to an appropriate upper limit, for example, 10 (that is, the number of thin films 20) or less. . The efficiency of the action of the thin film laminate 6b can be increased by setting the thin film thicknesses t1 and t2 to a value close to λ / 4 as described above.
薄膜積層体6bの厚さは、たとえば0.1〜100μmの範囲内にあるのが好ましい。厚さが薄すぎると、所要の光透過性能を得るのが困難になったり、薄膜形成の安定性が損なわれたりする。また、厚さが厚すぎると、薄膜内部にて光が薄膜表面に沿った方向に導光されやすくなり、光の損失が大きくなる。 The thickness of the thin film laminate 6b is preferably in the range of 0.1 to 100 μm, for example. If the thickness is too thin, it may be difficult to obtain the required light transmission performance, or the stability of thin film formation may be impaired. On the other hand, if the thickness is too thick, light is easily guided in the direction along the surface of the thin film inside the thin film, and the loss of light increases.
低屈折率薄膜6b1は、屈折率がたとえば1.48以下の誘電体膜である。このような低屈折率薄膜としては、フッ素原子を含有する単量体を用いて(共)重合して得られる(共)重合体からなるものを挙げることができる。 The low refractive index thin film 6b1 is a dielectric film having a refractive index of, for example, 1.48 or less. Examples of such a low refractive index thin film include those composed of (co) polymers obtained by (co) polymerization using monomers containing fluorine atoms.
ここで使用されるフッ素原子を含有する単量体としては、以下のオレフィン、メタクリレート、アクリレート、エステル及びエーテルを挙げることができる。 Examples of the fluorine atom-containing monomer used here include the following olefins, methacrylates, acrylates, esters and ethers.
オレフィン:
(パーフルオロブチル)エチレン
(パーフルオロヘキチル)エチレン
(パーフルオロオクチル)エチレン
(パーフルオロデシル)エチレン
1−メトキシ−(パーフルオロ−2−メチル−1−プロペン)
1,4−ジビニルオクタフルオロブタン
1,6−ジビニルドデカフルオロヘキサン
1,8−ジビニルヘキサデカフルオロオクタン
メタクリレート:
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート
2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルメタクリレート
2−(パーフルオロブチル)エチルメタクリレート
2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート
2−(パーフルオロオクチル)エチルメタクリレート
2−(パーフルオロデシル)エチルメタクリレート
2−(パーフルオロ−3−メチルブチル)エチルメタクリレート
3−(パーフルオロ−3−メチルブチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート
2−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)エチルメタクリレート
3−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート
2−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)エチルメタクリレート
3−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート
2−(パーフルオロ−9−メチルデシル)エチルメタクリレート
3−(パーフルオロ−8−メチルデシル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート
2,2,3,3−テトラフルオロプロピルメタクリレート
1H,1H,5H−オクタフルオロペンチルメタクリレート
1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチルメタクリレート
1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロノニルメタクリレート
1H,1H,11H−イコサフルオロウンデシルメタクリレート
2,2,2−トリフルオロ−1−トリフルオロメチルエチルメタクリレート
2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルメタクリレート
アクリレート:
2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート
2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルアクリレート
2−(パーフルオロブチル)エチルアクリレート
3−パーフルオロブチル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート
2−(パーフルオロヘキシル)エチルアクリレート
3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート
2−(パーフルオロオクチル)エチルアクリレート
3−パーフルオロオクチル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート
2−(パーフルオロデシル)エチルアクリレート
2−(パーフルオロ−3−メチルブチル)エチルアクリレート
3−(パーフルオロ−3−メチルブチル)−2−ヒドロキシプロピルアクリレート
2−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)エチルアクリレート
2−(パーフルオロ−9−メチルオクチル)エチルアクリレート
2−(パーフルオロ−9−メチルデシル)エチルアクリレート
2,2,3,3−テトラフルオロプロピルアクリレート
1H,1H,5H−オクタフルオロペンチルアクリレート
1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチルアクリレート
1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロノニルアクリレート
1H,1H,11H−イコサフルオロウンデシルアクリレート
2,2,2−トリフルオロ−1−トリフルオロメチルエチルアクリレート
2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルアクリレート
エステル:
メチルパーフルオロプロピオネート
エチルパーフルオロプロピオネート
メチルパーフルオロブチレート
エチルパーフルオロブチレート
メチルパーフルオロオクタノエート
エチルパーフルオロオクタノオート
メチルパーフルオロアセテート
エチルパーフルオロアセテート
エチル5H−オクタフルオロペンタノエート
エチル7H−ドデカフルオロヘプタノエート
エチル9H−ヘキサデカフルオロノナノエート
エチル11H−イコサフルオロウンデカノエート
エーテル:
2,2,2−トリフルオロエチルメチルエーテル
2,2,2−トリフルオロエチルジフルオロメチルエーテル
2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルメチルエーテル
2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル
2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル
上記高屈折率薄膜6b2は、屈折率がたとえば1.5以上の誘電体膜である。このような高屈折率薄膜としては、フェニル基を含有する単量体を用いて(共)重合して得られる(共)重合体からなるものを挙げることができる。ここで使用されるフェニル基を含有する単量体としては、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、フェニルエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ビニルベンゾエート、オルトクロロスチレン、パラフルオロスチレン及びパライソプロピルスチレンを挙げることができる。また、高屈折率薄膜としては、ポリスチレンまたはポリカーボネートを使用することができる。
Olefin:
(Perfluorobutyl) ethylene (perfluorohexyl) ethylene (perfluorooctyl) ethylene (perfluorodecyl) ethylene 1-methoxy- (perfluoro-2-methyl-1-propene)
1,4-divinyloctafluorobutane 1,6-divinyldodecafluorohexane 1,8-divinylhexadecafluorooctane methacrylate:
2,2,2-
2,2,2-
Methyl perfluoropropionate Ethyl perfluoropropionate Methyl perfluorobutyrate Ethyl perfluorobutyrate Methyl perfluorooctanoate Ethyl perfluorooctanoate Methyl perfluoroacetate Ethyl perfluoroacetate Ethyl 5H-octafluoropentanoate Ethyl 7H-dodecafluoroheptanoate Ethyl 9H-hexadecafluorononanoate Ethyl 11H-icosafluoroundecanoate Ether:
2,2,2-
薄膜積層体6bを構成する薄膜としては、活性エネルギー線硬化性樹脂からなるものを使用することも可能である。活性エネルギー線硬化性樹脂としては、紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂が挙げられる。薄膜積層体6bを構成する低屈折率薄膜を活性エネルギー線硬化性樹脂から構成する場合には、屈折率を1.48以下とするために活性エネルギー線硬化性樹脂としてフッ素を含有するものを使用するのが好ましい。このような、活性エネルギー線硬化性樹脂としては、式R1−C(CH2)COOH[ここで、R1はH,CH3,F,CF3]で表される酸と、式R2−OHで表されるアルコールである3−パーフルオロブチル−2−プロペン−1−オール、3−パーフルオロヘキシル−2−プロペン−1−オール、3−パーフルオロオクチル−2−プロペン−1−オールとをエステル化反応させて得られる式R1−C(CH2)COO−R2で表される2官能モノマーを用いて重合して得られる重合体からなるものを挙げることができる。薄膜積層体6bを構成する高屈折率薄膜を活性エネルギー線硬化性樹脂から構成する場合には、屈折率を1.5以上とするために活性エネルギー線硬化性樹脂としてフェニル基及び塩素のうちの少なくとも一方を含有するものを使用するのが好ましい。このような、活性エネルギー線硬化性樹脂としては、フェニル基含有のものでは、アルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、たとえばビスフェノールAの(CH2CH2O)付加物ジメタクリレート、ビスフェノールAの(CH3CH2CH2O)付加物ジメタクリレートや、トリメチロールプロパンアクリル酸安息香酸エステルや、ウレタンアクリレート、たとえばフェニルグリシジルエーテルアクリレート・トリレンジイソシアネートウレタンプレポリマー、フェニルグリシジルエーテルアクリレート・イソホロンジイソシアネートウレタンプレポリマー、フェニルグリシジルエーテルアクリレート・ヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーなどの2官能モノマーを用いて重合して得られる重合体からなるものを挙げることができる。また、活性エネルギー線硬化性樹脂としては、塩素含有のものでは、1,3−ブタンジオールジ(メチル−α−クロロアクリレート)を用いて重合して得られる重合体からなるものを挙げることができる。 As a thin film which comprises the thin film laminated body 6b, what consists of active energy ray hardening resin can also be used. Examples of the active energy ray curable resin include an ultraviolet curable resin and an electron beam curable resin. When the low refractive index thin film constituting the thin film laminate 6b is composed of an active energy ray curable resin, a material containing fluorine as the active energy ray curable resin is used to make the refractive index 1.48 or less. It is preferable to do this. Such an active energy ray-curable resin includes an acid represented by the formula R 1 —C (CH 2 ) COOH [where R 1 is H, CH 3 , F, CF 3 ], and a formula R 2. 3-perfluorobutyl-2-propen-1-ol, 3-perfluorohexyl-2-propen-1-ol, and 3-perfluorooctyl-2-propen-1-ol, which are alcohols represented by —OH And a polymer obtained by polymerizing using a bifunctional monomer represented by the formula R 1 —C (CH 2 ) COO—R 2 obtained by esterification reaction. When the high refractive index thin film constituting the thin film laminate 6b is made of an active energy ray curable resin, in order to make the refractive index 1.5 or more, as an active energy ray curable resin, of the phenyl group and chlorine It is preferable to use one containing at least one. As such an active energy ray curable resin, those having a phenyl group include di (meth) acrylates of alkylene oxide adducts such as (CH 2 CH 2 O) adduct dimethacrylate of bisphenol A, bisphenol A (CH 3 CH 2 CH 2 O) adduct dimethacrylate, trimethylolpropane acrylate benzoate, urethane acrylate such as phenyl glycidyl ether acrylate / tolylene diisocyanate urethane prepolymer, phenyl glycidyl ether acrylate / isophorone diisocyanate urethane prepolymer A polymer and a polymer obtained by polymerization using a bifunctional monomer such as phenylglycidyl ether acrylate / hexamethylene diisocyanate urethane prepolymer It can be given to. Examples of the active energy ray-curable resin include those made of a polymer obtained by polymerization using 1,3-butanedioldi (methyl-α-chloroacrylate) in the case of containing chlorine. .
尚、薄膜積層体6bを構成する複数の薄膜は、互いに隣接するもの同士の屈折率差が0.05以上であれば、3種以上からなるものでもよい。 The plurality of thin films constituting the thin film laminate 6b may be composed of three or more types as long as the difference in refractive index between adjacent ones is 0.05 or more.
光学活性層6cは、透過する光に対する偏光方向(偏光面)回転の作用をなす。上記薄膜積層体6bの各薄膜により反射される偏光成分(s偏光成分)が光学活性層6cへと入射すると、その偏光方向(偏光面の方向)が回転せしめられる。かくして偏光面回転を受けた光は導光体4に再入射し反射せしめられて再び光学活性層6cへと到達し、ここを通過する際に再び偏光面回転を受け、薄膜積層体6bへと再入射する。この再入射の際には、透過する偏光成分(p偏光成分)をも含むものとなっており、以上のような反射及び透過を繰り返すことで、薄膜積層体6bを出射してフィルム状基材6aを透過する偏光の光量を増大させることができる。
The optically
以下に、図2を参照して偏光変換分離素子6による偏光変換の機能につき説明する。図2には、XZ面内において、導光体4の光出射面42からの出射光の分布ピークの方向の光(ピーク光)の進行が示されている。光出射面42から出射するピーク光は光出射面42となす角度がaであり、この光は、光学活性層6cに入射角θ1をもって入射し、該光学活性層6c中を進行して、薄膜積層体6bの高屈折率薄膜6b2に入射角θ2をもって入射し、該高屈折率薄膜6b2中を進行して、その一部が薄膜積層体6bの低屈折率薄膜6b1に入射角θ3をもって入射し、該低屈折率薄膜6b1中を進行して、その一部が更に上の高屈折率薄膜6b2に入射角θ4をもって入射し、以下同様に高屈折率薄膜6b2及び低屈折率薄膜6b1中を進行する。そして、この光の一部は、最も上の低屈折率薄膜6b1からフィルム状基材6aの下面へと入射し、該フィルム状基材6a中を進行して、その上面から出射角θ1で出射する。
The function of polarization conversion by the polarization conversion separation element 6 will be described below with reference to FIG. FIG. 2 shows the progress of light (peak light) in the direction of the distribution peak of the emitted light from the
上記のように角度aは15〜40度であり、即ち入射角θ1は50〜75度である。ここで、たとえば入射角θ1が70度であるとした場合、低屈折率薄膜6b1への入射角θ3及び高屈折率薄膜6b2への入射角θ4は約35〜45度となる。一方、低屈折率薄膜6b1の屈折率n1と高屈折率薄膜6b2の屈折率n2との差が0.1〜0.3の場合には、これらの膜界面への入射の際の偏光角(ブリュースター角)は約40〜49度となる。このように、低屈折率薄膜6b1及び高屈折率薄膜6b2への入射角は偏光角に近いものとなり、この界面でのp偏光とs偏光との分離効率が良好である。 As described above, the angle a is 15 to 40 degrees, that is, the incident angle θ1 is 50 to 75 degrees. Here, for example, when the incident angle θ1 is 70 degrees, the incident angle θ3 to the low refractive index thin film 6b1 and the incident angle θ4 to the high refractive index thin film 6b2 are about 35 to 45 degrees. On the other hand, when the difference between the refractive index n1 of the low-refractive index thin film 6b1 and the refractive index n2 of the high-refractive index thin film 6b2 is 0.1 to 0.3, the polarization angle at the time of incidence on these film interfaces ( Brewster angle) is about 40 to 49 degrees. Thus, the incident angle to the low refractive index thin film 6b1 and the high refractive index thin film 6b2 is close to the polarization angle, and the separation efficiency between p-polarized light and s-polarized light at this interface is good.
低屈折率薄膜6b1と高屈折率薄膜6b2との界面で反射されたs偏光成分は、やがて光学活性層6cへと至り、ここで偏光面回転の作用を受けて、導光体4の方へと戻される。この偏光面回転を受けた導光体4に再入射した光は、導光体の種々の部分で反射せしめられて再び光学活性層6cへと到達し、ここを通過する際に再び偏光面回転を受ける。従って、薄膜積層体6bへと再入射する光は、透過偏光成分であるp偏光成分をも含むものとなっている。このp偏光成分は、上記のようにして、偏光変換分離素子6を透過する。
The s-polarized component reflected at the interface between the low-refractive index thin film 6b1 and the high-refractive index thin film 6b2 eventually reaches the optically
以上のような旋光性をもつ光学活性層6cとしては、コレステリック液晶からなるものや、光学異性を有する非晶性高分子化合物たとえばポリ乳酸またはポリエステル系縮重合体からなるものを使用することができる。また、光学活性層6cは生物により合成された物質からなるものを使用することができる。このような物質としては、たとえば、生分解性プラスチックとして知られているポリ(3−ヒドロキシブチレート−co−ヒドロキシヘキサノエート)[重量平均分子量:約30万〜約90万、融点:100〜160℃]を使用することができる。このように生物により合成された物質は、純度が高く旋光性に優れた光学異性体を安価に得ることができることから好ましい。
As the optically
図3は、光偏向素子8のプリズム列のXZ断面の形状及び作用の説明図である。光偏向素子8は、主表面の一方を入光面81とし他方の面を出光面82とし、入光面81には多数のプリズム列が略並列に配列され、各プリズム列は一次光源側に位置する第1のプリズム面84と一次光源から遠い側に位置する第2のプリズム面85との2つのプリズム面から構成されている。図3に示した実施形態においては、第1のプリズム面84及び第2のプリズム面85が、共に平面である。プリズム列の頂角(α+β)は、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8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)を偏光変換分離素子6の法線方向とほぼ一致させることができ、この方向に集中して偏光を出射させることができる。プリズム列の配列ピッチPは、たとえば10〜60μmである。本発明においては、光偏向素子8として、上記のように入光面81に多数のプリズム列を形成したものが特に好ましいが、出光面82に多数のプリズム列を略並列に形成したものであってもよい。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the shape and action of the XZ cross section of the prism row of the
本発明の導光体4および光偏向素子8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4及び光偏向素子8の粗面又はプリズム列又はレンチキュラーレンズ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の表面に、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。
The light guide 4 and the
以上のような構成を有する面光源装置の発光面(光偏向素子8の出光面82)上に、液晶表示素子を配置することにより、本発明の面光源装置をバックライトとした液晶表示装置が構成される。液晶表示装置は、液晶表示素子を通して観察者により観察される。
A liquid crystal display device using the surface light source device of the present invention as a backlight by disposing a liquid crystal display element on the light emitting surface of the surface light source device having the above-described configuration (the
液晶表示素子においては、特定の偏光成分のみが利用され、このためバックライトからの照明光が入射する側に偏光板が配置されている。即ち、面光源装置から液晶表示素子へと入射する光のうちで、表示に有効に利用されるのは、上記偏光板を通過する特定の偏光成分のみである。この特定の偏光成分と直交する方向の偏光成分は、偏光板により吸収され、表示には有効に利用されない。 In the liquid crystal display element, only a specific polarization component is used. For this reason, a polarizing plate is disposed on the side where illumination light from the backlight is incident. That is, of the light incident on the liquid crystal display element from the surface light source device, only a specific polarization component that passes through the polarizing plate is effectively used for display. The polarization component in the direction orthogonal to the specific polarization component is absorbed by the polarizing plate and is not effectively used for display.
以上のような本発明の面光源装置においては、一次光源2から発せられ導光体4を経て出射される光を偏光変換分離素子6により効率よく特定の偏光成分に変換した上で、液晶表示素子へと入射させることができるので、この出射偏光成分の偏光方向が液晶表示素子の入射側偏光板を透過する偏光成分の偏光方向と合致するような配置とすることで、液晶表示装置の光の利用効率を著しく向上させることができる。かくして、液晶表示装置の輝度が向上し、画像表示性能が向上する。
In the surface light source device of the present invention as described above, the light emitted from the primary
以下、実施例によって本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.
上記図1〜図2に関し説明した偏光変換分離素子6を製造した。ここで、低屈折率薄膜6b1は、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートを重合させることで形成した。この重合体は、屈折率が1.41で、ガラス転移点が80℃であった。また、高屈折率薄膜6b2は、ベンジルメタクリレートを重合させることで形成した。この重合体は、屈折率が、1.57で、ガラス転移点が70℃であった。これらの薄膜をシート状基材6a上に、スピンコーターを用いて、交互に合計10層(各層の厚さ0.8μm)となるように積層した。これにより得られた薄膜積層体6b上に、スピンコーターを用いてポリ乳酸を約20μmの厚さに塗布することで、光学活性層6cを形成した。
The polarization conversion separation element 6 described with reference to FIGS. Here, the low refractive index thin film 6b1 was formed by polymerizing 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate. This polymer had a refractive index of 1.41 and a glass transition point of 80 ° C. The high refractive index thin film 6b2 was formed by polymerizing benzyl methacrylate. This polymer had a refractive index of 1.57 and a glass transition point of 70 ° C. These thin films were laminated on the sheet-
以上のようにして得られた偏光変換分離素子6を、上記図1〜図2に関し説明した一次光源2、導光体4(XZ面内における光出射面42からのピーク出射光の出射角度70度)及び光偏向素子8と組み合わせて面光源装置を作製し、その上に液晶表示素子を配置して液晶表示装置を作製した。
The polarization conversion separation element 6 obtained as described above is used for the primary
一次光源2を点灯させて、液晶表示素子の正面輝度を測定したところ、偏光変換分離素子6を使用しないものに比べて、正面輝度が約20%向上していた。
When the primary
尚、偏光変換分離素子の薄膜積層体6bにおいて、低屈折率薄膜6b1へのピーク光入射角は40.4度であり、高屈折率薄膜6b2へのピーク光入射角は37度であり、偏光角は41.9度であった。 In the thin film laminate 6b of the polarization conversion separation element, the peak light incident angle to the low refractive index thin film 6b1 is 40.4 degrees, the peak light incident angle to the high refractive index thin film 6b2 is 37 degrees, The angle was 41.9 degrees.
2 発明一次光源
4 導光体
41 光入射端面
42 光出射面
43 裏面
6 偏光変換分離素子
6a フィルム状基材
6b 薄膜積層体
6b1 低屈折率薄膜
6b2 高屈折率薄膜
6c 光学活性層
8 光偏向素子
81 入光面
82 出光面
84 第1のプリズム面
85 第2のプリズム面
2 invention primary light source 4 light guide 41 light
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