JPH10104621A

JPH10104621A - 導光板、面光源装置、偏光光源装置及び液晶表示装置

Info

Publication number: JPH10104621A
Application number: JP8277151A
Authority: JP
Inventors: Seiji Umemoto; 清司梅本
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-24
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JP3184103B2

Abstract

(57)【要約】【課題】入射光を効率よく伝送して出射面より平行光
性よく視認に有利な方向に出射させることができ、偏光
分離手段を介した再入射光も散乱等のロスの少ない状態
で、かつ初期出射光との方向の一致性よく再出射して有
効に再利用でき、光の利用効率に優れる導光板の開発。【解決手段】出射面（１１）、それに対向する底面
（１２）、及び出射面と底面間の側端面からなる入射面
（１３）を有する板状物からなり、前記の底面に入射面
に沿う方向の斜面からなる凸部又は凹部を周期的に有し
て、その斜面が底面との交点と頂点を結ぶ直線に基づい
て長辺面と短辺面からなり、長辺面の出射面に対する傾
斜角の絶対値が１〜１０度の範囲で漸次変化すると共
に、短辺面の当該絶対値が３０〜５０度の範囲で入射面
を基準に漸次増加し、かつ長辺面が凸部の場合には入射
面側に、凹部の場合には入射面に対向する側端側に位置
する導光板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、光の利用効率に優れる導
光板、及びそれを用いた面光源装置と偏光光源装置、並
びにそれらを利用した明るさに優れる液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【発明の背景】従来、側面よりの入射光を上面より出射
するようにしたサイドライト型の導光板としては、底面
に傾斜角４５度の斜面と出射面に平行な全反射面を交互
に配置したものが知られていた（特開平７−２０４６２
号公報）。これによれば、出射面に平行な伝送光が４５
度傾斜面を介した反射で出射面より垂直に出射され、出
射面に平行でない伝送光は平行面を介し全反射されて後
端に伝送されつつ４５度傾斜面に入射して種々の方向に
出射される。

【０００３】しかしながら、前記導光板の入射面に線状
光源を配置して面光源装置を形成した場合に、入射面側
が明るくて入射面に対向する側端面側が暗く、明暗差が
大きくて輝度の均一性に乏しい問題点があった。また出
射面に平行でない伝送光の出射面よりの出射方向が不揃
いで拡散性が大きく、出射方向の制御性に乏しい問題点
もあった。

【０００４】ちなみに、対角１２インチの液晶表示装置
を３０〜４０cm離れて画面中央より見た場合、画面の上
下で２４〜３４度の視角差が生じることとなり、仮に出
射方向が一定とすると当該視角変化で光の強度が大きく
変化することとなり画面位置で明るさが大きく変化す
る。従って画面位置での明るさの変化を抑制する点より
は、出射方向の制御が必要となるが前記の従来技術では
それが困難である。

【０００５】さらに従来技術では、４５度傾斜面と平行
面の出射面に対する投影面積の平均比は、導光板の厚さ
と入射面・対向側端面間の距離（長さ）で一義的に決ま
るため設計の自由度が小さく、平行面／４５度傾斜面の
面積比を高めて大面積化した場合、４５度傾斜面の間隔
の拡大による疎らな輝線状発光物となって表示品位を低
下させるか、４５度傾斜面の面積の微小化で製造の困難
化や回折による表示品位の低下を招くかして、薄型で大
面積の導光板を形成しにくい問題点もあった。

【０００６】

【発明の技術的課題】本発明は、入射光を効率よく伝送
して出射面より平行光性よく視認に有利な方向に出射さ
せることができ、偏光分離手段を介した再入射光も散乱
等のロスの少ない状態で、かつ初期出射光との方向の一
致性よく再出射して有効に再利用でき、総じて光の利用
効率に優れる導光板の開発を課題とする。

【０００７】

【課題の解決手段】本発明は、出射面、それに対向する
底面、及び出射面と底面間の側端面からなる入射面を有
する板状物からなり、前記の底面に入射面に沿う方向の
斜面からなる凸部又は凹部を周期的に有して、その斜面
が底面との交点と頂点を結ぶ直線に基づいて長辺面と短
辺面からなり、長辺面の出射面に対する傾斜角の絶対値
が１〜１０度の範囲で漸次変化すると共に、短辺面の当
該絶対値が３０〜５０度の範囲で入射面を基準に漸次増
加し、かつ長辺面が凸部の場合には入射面側に、凹部の
場合には入射面に対向する側端側に位置することを特徴
とする導光板を提供するものである。

【０００８】

【発明の効果】本発明によれば、長辺面への入射光を反
射を介して平行光化を図りつつ効率よく伝送して、その
伝送光を短辺面を介し導光板側面からの直接入射光と共
に平行光性に優れ、かつ液晶表示装置等の視認に有利な
方向に出射方向を制御した状態で出射面に供給すること
ができ、従って液晶表示装置等の視認性の向上に有効な
方向の出射光を効率よく形成できる導光板を得ることが
できる。また液晶表示装置等に容易に適用できる大型サ
イズで薄型の導光板も容易に得ることができる。

【０００９】従って前記の導光板を用いて、平行化され
た光を視認に有利な方向に出射し、光利用効率に優れて
明るい面光源装置や偏光光源装置、さらには明るくて見
やすく低消費電力の直視型等の液晶表示装置を形成する
ことができる。特に、偏光分離手段と組合せて偏光光源
装置とした場合には、平行光性に優れる出射光に基づい
て偏光分離手段を介した再入射光も散乱等によるロスや
角度変化の少ない状態で、かつ初期出射光との方向の一
致性よく再出射させることができ、偏光として有効に利
用できる光を入射伝送光の利用効率よく得ることができ
る。

【００１０】

【発明の実施形態】本発明の導光板は、出射面、それに
対向する底面、及び出射面と底面間の側端面からなる入
射面を有する板状物からなり、前記の底面に入射面に沿
う方向の斜面からなる凸部又は凹部を周期的に有して、
その斜面が底面との交点と頂点を結ぶ直線に基づいて長
辺面と短辺面からなり、長辺面の出射面に対する傾斜角
の絶対値が１〜１０度の範囲で漸次変化すると共に、短
辺面の当該絶対値が３０〜５０度の範囲で入射面を基準
に漸次増加し、かつ長辺面が凸部の場合には入射面側
に、凹部の場合には入射面に対向する側端側に位置する
ものである。

【００１１】本発明による導光板の例を、図１〜図４に
示した。また底面における凸部又は凹部の例を図５
（ａ）〜（ｄ）、図６（ａ）〜（ｄ）に示した。図１〜
図４において、１１が出射面、１２，１６，１７，１８
が底面、１３が入射面、１４が側面、１５が入射面１３
に対向する側端部である。また図５、図６において、２
１，２２，２３及び２４が凸部、２５，２６，２７及び
２８が凹部であり、３１，３３，３５，３７，４２，４
４，４６及び４８が長辺面を形成する斜面、３２，３
４，３６，３８，４１，４３，４５及び４７が短辺面を
形成する斜面である。

【００１２】本発明の導光板は、出射面、それに対向す
る底面、及び出射面と底面間の側端面からなる入射面を
有する板状物からなる。その板状物は、限定するもので
はないが図例の如く、入射面に対向する側端部の厚さが
入射面のそれよりも薄いもの、就中５０％以下の厚さで
あるものが好ましい。その入射面に対する対向側端部の
薄型化は、入射面より入射した光（図５、図６の太矢
印）が伝送端としての当該対向側端部に至るまでに、底
面の短辺面に効率よく入射しその反射を介し出射面より
出射して、入射伝送光を目的面に効率よく供給できる点
で有利である。またかかる薄型化構造とすることで導光
板を軽量化でき、例えば底面が図２の如き直線面の場
合、均一厚の導光板の約７５％の重量とすることができ
る。

【００１３】前記板状物の底面は、入射面に沿う方向の
斜面からなる凸部又は凹部を周期的に有するものとされ
る。すなわち、例えば図１及び図５（ａ）又は図６
（ａ）に基づく場合、図１に示した矢印の如く入射面１
３に沿う方向の斜面３１，３２又は４１，４２からなる
凸部２１又は凹部２５を周期的に有する底面とされる。

【００１４】前記の凸部又は凹部は、その凸部又は凹部
を形成する斜面の底面との交点を結ぶ直線に基づき、斜
面の交点（頂点）が当該直線よりも突出しているか
（凸）、窪んでいるか（凹）による。すなわち図５、図
６に例示のものに基づく場合、凸部（２１，２２，２
３，２４）又は凹部（２５，２６，２７，２８）を形成
する斜面（３１と３２、３３と３４、３５と３６、３７
と３８、４１と４２、４３と４４、４５と４６、４７と
４８）の底面との交点を結ぶ仮想線で示した直線２０に
基づき、斜面の交点（頂点）が当該直線２０よりも突出
しているか（凸）、窪んでいるか（凹）による。

【００１５】また前記の凸部又は凹部を形成する斜面
は、底面との交点と頂点を結ぶ直線に基づいて長辺面と
短辺面からなるものとされ、かつその長辺面は、凸部の
場合には入射面側に、凹部の場合には入射面に対向する
側端側に位置するように配置される。

【００１６】すなわち前記斜面は、例えば図１及び図５
（ａ）又は図６（ａ）に基づく場合、凸部２１又は凹部
２５を形成する斜面３１と３２、又は４１と４２は、底
面（仮想線２０に相当）との交点と頂点を結ぶ直線（図
５及び図６のｂ，ｃ，ｄの場合には仮想線に相当）に基
づいて長辺面３１，４２と短辺面３２，４１からなるも
のとされ、かつ凸部２１の場合にはその長辺面３１が入
射面１３の側に、凹部２５の場合には長辺面４２が入射
面に対向する側端側１５に位置するように配置される。

【００１７】また前記において、凸部又は凹部を形成す
る斜面における上記した長辺面は、図５、図６に例示の
如くその出射面１１に対する傾斜角の絶対値θ₁が１〜
１０度、好ましくは１〜５度、特に１〜３度の範囲で漸
次変化するものとされる。これにより、図５（ａ）、図
６（ａ）に折線矢印で例示した如く、当該傾斜角より大
きい角度で伝送される光が長辺面３１，４２に入射して
反射され、その場合に当該長辺面の傾斜角に基づいて出
射面１１により平行な角度で反射されて伝送光の平行光
化が図られる。その結果、伝送光が短辺面３２，４１に
入射し、反射されて出射面１１より出射する際の方向を
効率よく制御することが可能となる。すなわち、長辺面
の傾斜角より大きな角度で入射した光を反射を介して出
射面に平行な光に近付けることとなり、短辺面を介した
出射面よりの出射光に指向性をもたせて出射方向を制御
でき、輝度と視認性の向上を図りうる。

【００１８】前記した長辺面の傾斜角の変化は通例、伝
送光における入射面に近い長辺面への入射角は大きく、
入射面より遠い、従って伝送距離が長い位置にある長辺
面ほどその入射角は小さくなることから、入射面を基準
に当該傾斜角を漸次小さくすることで反射角を順次小さ
くでき、反射伝送光の平行光化を図りうる。すなわち例
えば、長辺面の傾斜角を２度としたとき、伝送角１０度
の光は長辺面を介した反射で４度の角度変化が生じて伝
送角が６度となって短辺面に入射する伝送光の入射角を
一定化でき、反射角のバラツキを抑制できて出射光の平
行光化が図られ、短辺面の傾斜角の調節で出射光に指向
性を付与できて、短辺面による反射を介した出射光の集
光性（指向性）を向上させることができる。

【００１９】前記において、長辺面の傾斜角が１０度を
超えると、長辺面の出射面に対する投影面積の割合が減
少して長辺面を介し出射方向を制御しうる伝送光の割合
が低下し、また長辺面を経由して短辺面に入射した伝送
光と、短辺面に直接入射した伝送光との反射角のバラツ
キが大きくなり、出射光を平行光化する制御性が低下し
て出射光の指向性に乏しくなる。ちなみにアクリル樹脂
等からなる屈折率が約１．５の導光板では、端面入射光
の伝送される光の最大角は４１．８度であり、導光板の
屈折率が増大するに伴い伝送される光の最大角はより小
さくなる。一方、長辺面の傾斜角が従来技術の全反射面
（平行面）の如く０度では、伝送光を平行化できず、ま
た当該傾斜角が１度未満でも反射を介した角度変化に乏
しくて伝送光を平行化する効率に劣る。

【００２０】従って従来の導光板の如く、出射効率の向
上を目的に、本発明における短辺面に相当する、伝送光
を反射して出射面に供給する役割の斜面を大きくしてそ
の出射面に対する投影面積比を増やし、そのために他方
の斜面（本発明での長辺面に相当）の傾斜角を２０度以
上とした構造にても、この斜面への伝送光の入射確率が
極めて小さくて平行光化をはかりにくく、出射光に指向
性をもたせることは困難になる。

【００２１】他方、凸部又は凹部を形成する斜面におけ
る上記した短辺面は、図５、図６に例示の如くその出射
面１１に対する傾斜角の絶対値θ₂が３０〜５０度、好
ましくは３８〜４５度、特に４０〜４４度の範囲で入射
面を基準に漸次増加するものとされる。これにより、図
５（ａ）、図６（ａ）に折線矢印で例示した如く、直接
又は長辺面を介して入射する伝送光をその短辺面３２，
４１を介し出射面１１に対して垂直方向やそれに近い角
度方向等の目的とする出射方向に反射して、液晶表示装
置等の視認性の向上に有効に作用する方向の光を効率よ
く出射させることができる。短辺面の傾斜角が前記範囲
外では出射方向が垂直方向と大きくずれることとなり、
出射光に指向性をもたせることも困難となって伝送光の
出射効率（利用効率）も低下する。

【００２２】一方、前記において短辺面の傾斜角の変化
は、上記したように出射方向の制御を目的とする。これ
は、本発明者が短辺面に直接入射する伝送光の光量につ
いて調べたところ、出射面に平行でない伝送光の入射密
度が予想外に大きく、特に入射面の近傍では大きくて、
傾斜角４５度の反射面では出射に有利に機能しないこと
を究明したことに基づく。

【００２３】すなわち前記の如く、短辺面には出射面に
平行な伝送光と平行でない伝送光が直接入射する。入射
伝送光の強度は入射面に対する入射角θに基づいてｃｏ
ｓ²θで表され、これは直接入射の平行光が強く影響す
ることを意味し、従って直接入射の平行光に対して従来
技術の如く当該傾斜角４５度の反射面とすることが有利
であることがわかる。

【００２４】一方、短辺面に直接入射する出射面に平行
でない伝送光は、その入射角が前記した長辺面の場合と
同様に、入射面に近いほど大きく、入射面より遠くなる
ほど小さくなり、仮に入射面の厚さが３mmで屈折率約
１．５の導光板に入射角３０度で入射したとき、入射面
で屈折して約１９度の角度で導光板内を伝送する。その
結果、入射角３０度以上の全ての入射光が入射面から約
２０mmの距離内の底面に入射することとなり、その入射
密度に基づく光量は平行伝送光による光量よりももしろ
大きい場合もあることから、光利用効率の点よりは出射
面に平行でない伝送光も有効利用できる傾斜角の短辺面
であることが望まれる。

【００２５】上記した短辺面の出射面に対する傾斜角の
絶対値における入射面を基準とした３０〜５０度の範囲
内での漸次増加の変化、すなわち入射面より遠くなるほ
ど傾斜角を大きくすることは、前記の最高密度で入射す
る伝送角度に有利に対処するために短辺面の傾斜角を最
適化させるためのもので、短辺面に最高密度で入射する
伝送角度は長辺面と短辺面の傾斜角や面積比、板形状な
どによっても変化するが、かかる範囲の漸次変化で最適
化を図りうる。最適化に好ましい傾斜角の変化範囲は、
上記したとおり３８〜４５度、就中４０〜４４度であ
る。

【００２６】前記した漸次増加の変化は、連続的変化や
漸増変化、平均変化（角度差／短辺面数）など適宜に決
定してよい。液晶表示装置の視認性等の点よりは、画面
の大型化に伴って画面に対する視認角度、特に長手方向
(左右方向)に対する視認角度が大きくなり、その視認性
の点よりは画像光の主流が視認者に向かう方向であるこ
とが好ましい。視認位置は通例、約４０cm離れた画面の
中央部である点より、出射角度がかかる視認位置方向と
なるようにな制御は、入射面より遠くなるほど傾斜角を
大きくすることで達成することができる。

【００２７】前記の場合の理想的な出射方向は、中央部
では出射面に垂直、上下左右では中央部に向かう方向で
あり、導光板における入射光の伝送方向を画面の上下方
向としたときには、入射面に近いほど伝送方向への角度
に近いこと、従って出射面方向に近いことが好ましい。
ちなみに対角１２インチの画面を４０cm離れて見る場合
には、±１３度の見込み角となり、その角度で画面の上
端では下側に、下端では上側に出射するのがよく、視認
位置や画面サイズ等でその角度は変化する。

【００２８】導光板における入射面に対向する側端面の
厚さは、光学的には０が理想であるが機械的強度や成形
性等の点よりそれが困難で、一般には０．５mm以上とさ
れる。その場合、入射面の厚さが３mmでは、出射面に平
行な光の１７％が短辺面に入射しないこととなり、平行
光の利用を主目的とした従来の傾斜角４５度の反射面で
は、平行でない光の利用効率に乏しい上に平行光の利用
も減じたものとなるから全体としての光利用効率の向上
を図りにくいことがわかる。

【００２９】導光板において長辺面は、上記したように
それに入射する伝送光を視認性の向上等に有効な状態で
その利用効率を高める面として機能する点より、その出
射面に対する投影面積が短辺面のそれの５倍以上となる
ように形成することが好ましい。また長辺面は、偏光光
源装置とした場合に偏光分離手段で反射された再入射光
を再出射させるために機能する部分であり、かかる点よ
り長辺面の出射面に対する好ましい投影面積は、短辺面
のそれの１０倍以上、特に１５〜１００倍である。

【００３０】前記により長辺面への伝送光の入射を確保
しつつ、入射面から遠い位置までの伝送を実現して、面
全体の均一発光化を図ることができる。面全体の均一発
光化の点よりは、長辺面と短辺面の出射面に対する投影
面積比が入射面を基準に長辺面／短辺面に基づいて減少
するものであること、就中、導光板中央部での長辺面／
短辺面を基準として、入射面の近傍ではその３〜１倍、
入射面に対向する側端面側ではその０．９〜０．３倍と
したものが好ましい。

【００３１】本発明において導光板の底面の形状は、適
宜に決定することができる。好ましくは上記したように
傾斜面として、入射面よりもその対向側端部を薄型化し
たもの、就中５０％以下としたものである。その場合、
傾斜面の形状は任意に決定してよく、図２に例示の如き
直線面や、図３、図４に例示の如き曲面などのように適
宜な面形状とすることができる。

【００３２】好ましい底面の形状は、図３や図４に例示
した如く下に凸の放物面に基づく曲面を有するものであ
る。特に放物面の頂点１９が図３の如く入射面１３、又
は図４の如く入射面１３とその対向側端面１５の間の入
射面側にある形状である。かかる放物面状の底面は、そ
の形状を介し出射面への反射角を制御して均一化し、視
認に有利な方向に出射光を集束させやすく、前記した入
射面の対向側端部の薄型化と共に相乗作用して当該対向
側端部よりの光の抜け損失を可及的に小さくでき、光の
利用効率をより向上させることができる。さらに導光板
の大面積化や薄型化で視認性が低下しにくい利点なども
有している。

【００３３】また放物面状の底面は、入射面より遠くに
伝送した光ほど出射面に平行な光とし、特に図４の如く
放物面の頂点１９が入射面とその対向側端面の間にある
形状では、底面の傾斜にしたがって膨らんだ部分での出
射面に平行な光の底面への入射が制限され、その傾斜角
よりも大きい角度で伝送する光が入射するため出射特性
に優れている。

【００３４】なお、放物面の頂点が入射面とその対向側
端面の間の対向側端面側にあると導光板の厚さが全ての
部分で入射面より大きくなり、出射面に平行な光が底面
に入射できなくて光の利用効率が低下し、体積の増加で
重量も大きくなる。当該頂点が図４の如く入射面側にあ
ることで、入射面に対向する側端面の薄型化や体積の減
量による軽量化が可能となる。その軽量化の点よりは、
最厚部（頂点）の厚さが入射面のそれの１．５倍以下、
就中１．３倍以下であることが好ましい。また出射面よ
りの出射光の出射方向を均一化する点などより、底面の
全位置でその変化角度が底面形状の平均角度より、５度
以内、就中２度以内にあることが好ましい。

【００３５】底面に設ける凸部又は凹部の形状も、図５
（ａ）〜（ｄ）や図６（ａ）〜（ｄ）に例示した如く直
線状の斜面で形成されている必要はなく、屈折面や湾曲
面等を含む斜面にて形成されていてもよい。また凸部又
は凹部は、底面の全体で凸凹やその形状等が同じである
必要はない。

【００３６】底面における凸部又は凹部は、出射光がそ
の凸部又は凹部を介してストライプ状に放出されるため
小さいほど好ましく、間隔が大きいと明暗ムラを生じて
面全体における明るさの均等性が低下しやすくなる。明
暗ムラの防止による明るさの均等性に優れる出射面を得
る点より好ましい凸部又は凹部の周期は、５００μm以
下、就中４００μm以下、特に５〜３００μmである。な
おその周期が、５μm未満では回折による分散が大きく
て液晶表示装置用のバックライトに不向きとなる。また
短辺面の周期が液晶セルのピッチと等しい場合やその整
数倍又は１／整数であるときも、モアレが顕著に現れて
液晶表示装置用のバックライトに不向きとなる。従って
液晶表示装置に用いる場合には、モアレも考慮した凸部
又は凹部のピッチとすることが好ましい。

【００３７】本発明において導光板における入射面の形
状については、特に限定はなく、適宜に決定することが
でる。一般には、出射面に対して垂直な面とされるが、
例えば湾曲凹形などの光源の外周等に応じた形状とし
て、入射光の入射効率の向上をはることもできる。ま
た、光源との間に介在する導入部を有する入射面構造な
どとすることもでき、その導入部は光源などに応じて適
宜な形状とすることができる。

【００３８】なお出射面の形状は、フラット面などが一
般的であるが、必要に応じて散乱目的の拡散層を表面に
有する構造などとすることもできる。ただし偏光光源装
置を形成する場合には、底面や出射面、あるいは導光板
の中間層を含む入射面以外の部分に、偏光状態を変化さ
せる拡散層の配置は好ましくない。従って底面の凸部又
は凹部を形成する斜面や出射面は滑らかであることが好
ましいが、偏光状態を変化させない拡散層の配置はむし
ろ好ましい。

【００３９】導光板は、光源の波長領域に応じてそれに
透明性を示す適宜な材料にて形成することができる。ち
なみに可視光域では、例えばポリメチルメタクリレート
の如きアクリル系樹脂、ポリカーボネートやポリカーボ
ネート・ポリスチレン共重合体の如きポリカーボネート
系樹脂、エポキシ系樹脂等で代表される透明樹脂やガラ
スなどがあげられる。なお後記する偏光光源装置を形成
する場合には、複屈折を示さないか、複屈折の小さい材
料で形成した導光板が好ましく用いうる。

【００４０】量産性等の点より導光板の好ましい製造方
法は、熱や紫外線ないし放射線等で重合処理しうる液状
樹脂を、所定の底面形状を形成しうる型に充填ないし流
延して重合処理する方法や、熱可塑性樹脂を所定の底面
形状を形成しうる金型に加熱下に押付て形状を転写する
方法、加熱溶融させた熱可塑性樹脂あるいは熱や溶媒を
介して流動化させた樹脂を所定の形状に成形しうる金型
に充填する方法などがあげられる。

【００４１】本発明の導光板においては、上記した短辺
面と長辺面の面積比や傾斜角、底面の形状や曲率等の制
御に基づいて出射光の角度分布や面内分布等の特性を調
節することができる。長辺面の傾斜角が１度以上である
ので、それが導光板の薄型化に寄与し、その大面積化に
有利である。短辺面と長辺面の上記した傾斜角に加えて
面積比の条件も満足することが、薄型で全面が効率よく
均一発光する実用サイズの導光板を得るうえで好まし
い。

【００４２】ちなみに屈折率が１．５で底面が曲率を有
しない傾斜面であり、初期出射光が垂直に出射する導光
板の場合、長辺面の出射面に対する傾斜角を６．６度以
下とすることで、偏光分離手段を介した再入射光を１０
度以内の角度変化で再出射させることができる。またそ
の場合、底面が曲率を有するときには当該傾斜角が６．
６度以下となる部分を上記した所定面積以上の割合で有
することにより、当該再入射光を１０度以内の角度変化
で再出射させることができる。

【００４３】なお本発明において導光板は、例えば光の
伝送を担う導光部に、底面形成用のシートを接着したも
のの如く、異種材料の積層体などとして形成されていて
もよく、１種の材料による一体的単層物として形成され
ている必要はない。導光板の厚さは、使用目的による導
光板のサイズや光源の大きさなどにより適宜に決定する
ことができる。

【００４４】液晶表示装置等に用いる場合の導光板の一
般的な厚さは、その入射面に基づき２０mm以下、就中
０．１〜１０mm、特に０．５〜８mmである。また入射面
と出射面の一般的な面積比は、前者／後者に基づき１／
５〜１／１００、就中１／１０〜１／８０、特に１／１
５〜１／５０である。

【００４５】導光板の底面には、必要に応じて反射層、
好ましくは鏡面反射層を付設することもできる。その例
を図７に示した。２が反射層であり、図例では金属層か
らなる。かかる反射層は、底面からの漏れ光の発生を防
止して出射効率の向上に有効である。また偏光光源装置
の場合には、偏光変換手段としても機能する。

【００４６】前記の偏光変換手段として機能させる場合
には、金属等からなる鏡面反射層が特に好ましい。鏡面
反射層によれば、反射時に偏光特性を効率的に反転させ
ることができ、その偏光変換効率が屈折率相違の界面を
介した全反射や拡散反射による場合よりも優れている。
ちなみに鏡面反射層に概ね垂直に円偏光が入射すると、
円偏光の左右の変換効率は１００％近い値となり、入射
角３０度位までは９０％以上の変換効率を示す。

【００４７】偏光変換効率の点より好ましい鏡面反射層
は、アルミニウム、銀、金、銅又はクロムなどからなる
高反射率の金属の少なくとも１種を含有するものであ
る。導光板の底面との密着性に優れる鏡面反射層は、バ
インダ樹脂による金属粉末の混入塗工層や、蒸着方式等
による金属薄膜の付設層などとして形成することができ
る。鏡面反射層の片面又は両面には、必要に応じ反射率
の向上や酸化防止等を目的とした適宜なコート層を設け
ることもできる。

【００４８】本発明による導光板によれば、それを用い
て高精度に平行化された光を視認に有利な垂直等の方向
に出射し、光源からの光を効率よく利用して明るさに優
れる面光源装置や、偏光光源装置、さらには明るくて見
やすく低消費電力性に優れる液晶表示装置などの種々の
装置を形成することができる。

【００４９】図８、図９に本発明による導光板を有する
面光源装置を例示した。１が導光板、５がそれを用いた
面光源装置である。これは、導光板の入射面１３に対し
て光源５１が配置されており、サイドライト型のバック
ライトなどとして用いうる。光源としては適宜なものを
用いうるが、例えば（冷，熱）陰極管や、発光ダイオー
ド等の線状ないし面状のアレイ体等からなる線状光源な
どが好ましく用いうる。低消費電力性や耐久性等の点よ
りは冷陰極管が特に好ましい。

【００５０】面光源装置の形成に際しては、必要に応じ
て図例の如く、導光板底面の反射層２や、線状光源から
の発散光を導光板の側面に導くために光源を包囲する光
源ホルダ５２、均等な面発光を得るために導光板の出射
面上に配置した拡散層５３や、光の出射方向制御用のプ
リズムシートなどの適宜な補助手段を配置した組合せ体
とすることもできる。

【００５１】反射層については、図９に例示の如く、前
記の反射層２に代えて、あるいはその反射層と共に、導
光板１の底面に沿って反射シート５４を設けることもで
きる。導光板の底面に反射シートを設ける方式は、長辺
面の傾斜角が同一の場合、偏光分離手段を介した再入射
光の再出射角を小さくできる利点がある。その反射シー
トについては、導光板で説明した反射層に準じることが
でき、偏光光源装置では、鏡面を有する反射シートが好
ましく用いうる。従って反射シートとしては、金属薄膜
を付設した樹脂シートや金属箔などの適宜なものを用い
ることができる。

【００５２】また反射シートとしては、特に偏光光源装
置等を形成する場合の反射シートとしては、再出射光の
広がりを抑制する点などより、平行光を入射させた場合
の反射光の反射角の広がりの半値幅の半角が１０度以
内、就中５度以内のものが好ましい。従って反射シート
としては、反射率が高く、反射角の広がりが少なくて、
拡散反射を生じない適宜なものを用いうる。凹凸や圧延
ロール等による粗表面を有して反射光の反射角が若干広
がるようにしたものであってもよい。

【００５３】なお光源ホルダとしては、高反射率金属薄
膜を付設した樹脂シートや金属箔などが一般に用いられ
る。光源ホルダを導光板の端部に接着剤等を介して接着
する場合には、その接着部分については底面における凸
部又は凹部の形成を省略することもできる。また光源ホ
ルダを導光板の底面に延設して反射シートを兼ねさすこ
ともできる。

【００５４】拡散層の配置は、明暗ムラの発生を防止し
て明るさの均等性により優れる出射面の形成に有利であ
り、微細凹凸面や拡散板などによる適宜な拡散層として
形成することができる。ただし上記したように、偏光光
源装置の形成に用いる場合には、偏光状態を変化させる
拡散層の配置は好ましくない。

【００５５】本発明による偏光光源装置は、自然光を透
過及び反射により左右の円偏光に分離する偏光分離手段
を併用して、偏光特性を示さない入射光を高効率に偏光
に変換して取出すことを目的とし、その場合に本発明に
よる導光板は、高精度に平行化された垂直性等に優れる
出射光を提供して、偏光分離手段を介した再入射光を角
度変化の少ない状態で初期の出射光と方向の一致性よく
再出射させることを可能とする。

【００５６】図１０、図１１に本発明による偏光光源装
置を例示した。これは、上記した面光源装置５における
導光板１の出射面１１の上方に、偏光分離手段６１を配
置したものからなる。実施例にては、その偏光分離手段
が導光板１における出射面１１の直上に配置されてい
る。なお図１１において、偏光分離手段６１の上面に設
けたもの６２は、円偏光を直線偏光化する偏光変換手段
である。

【００５７】前記の装置によれば、導光板１の出射面よ
り出射した光が偏光分離手段６１に入射し、左右の内の
所定（仮に左）の円偏光は透過し、所定外（右）の円偏
光は反射され、その反射光は、戻り光として導光板に再
入射する。導光板に再入射した光は、底面の反射層等か
らなる反射機能部分で反射されて再び偏光分離手段に入
射し、透過光と反射光（再々入射光）に再度分離され
る。

【００５８】従って、反射光としての再入射光は、偏光
分離手段を透過しうる所定の円偏光となるまで偏光分離
手段と導光板との間に閉じ込められて反射を繰返す。そ
の場合、本発明においては再入射光の利用効率等の点よ
り、可及的に少ない繰返し数で、就中、初回の再入射光
が反射の繰返しなく出射するようにしたものが好まし
い。

【００５９】前記において、本発明による導光板は高精
度に平行化された垂直性等に優れる出射光を提供するこ
とから、偏光分離手段を介した再入射光の多くが長辺面
に入射し、その緩やかな傾斜角に基づいて角度を大きく
変えることなく反射し、その角度変化の少ない反射で初
期の出射光と近似した方向に再出射させることができ、
初期出射光と再出射光の方向の一致性に優れて、偏光特
性に優れる光をロスの少ない利用効率に優れる状態で得
ることができる。

【００６０】導光板が鏡面反射層を有する場合には、再
入射光がそれによる反射反転により高効率に所定の円偏
光に変換され、従って光を効率よく取出すことができ
る。また垂直性に優れる出射光の場合には、屈折率が相
違する界面での屈折による光の進行方向の変化が小さい
利点なども有する。

【００６１】上記において従来のドット型やプリズム型
の導光板では、偏光分離手段を介した再入射光は、導光
板の底面を介した散乱反射（ドット）又は２回の全反射
（プリズム）を介して偏光分離手段に再入射することと
なる。しかし散乱反射式の場合には、出射光が指向性に
乏しく、また散乱光として再入射するため偏光分離手段
を介した変換効率は５０％を超え得ず、光の利用効率を
高める効果に乏しい。

【００６２】一方、前記の全反射式の場合にも、例え屈
折率が１．５の導光板としても再入射の偏光分離手段を
介した変換効率は４５％が最大であり、全反射による反
射角度によっては変換効率が大きく低下する。また入射
角が全反射条件を超えると反射は殆ど生じないことなど
により、偏光分離手段を介した再入射光の角度によって
は全く再出射せず、再入射光を再出射光として利用でき
ないために光の利用効率を高める効果は生じにくい。

【００６３】加えて散乱反射式及び全反射式のいずれの
場合にも、偏光分離手段を介した出射光に指向性をもた
せることが困難で、その出射角度も垂直性等に乏しく、
液晶表示等の視認性を低下させる、表示に不都合な垂直
方向と角度が大きくずれた、例えば垂直方向に対して４
５度以上の方向の出射光成分を多く含ものとなる。導光
板の出射面にプリズムシートを配置して垂直性を高める
補正をしたとしても、導光板底面の反射面に対しては垂
直方向から大きくずれた角度で入射するため光の再利用
効率を高める効果に乏しい。

【００６４】上記のように従来の導光板では、本発明に
おける如く、導光板を介し高精度に平行化された垂直性
等に優れる出射光を形成して、それを偏光分離手段を介
し初期出射光と再入射光に分離し、その再入射光を初期
出射光と出射方向の整合性よく再出射させることは困難
である。

【００６５】本発明において偏光光源装置の形成に好ま
しく用いうる導光板は、側面よりの入射光を高い効率で
出射面より出射させ、その出射光が高い指向性、就中、
出射面に対する垂直性等に優れる指向性を示すと共に、
偏光分離手段を介した再入射光の再出射効率に優れ、そ
の再出射光の指向性と出射角度が初期出射光の指向性と
出射角度に可及的に一致しているものである。

【００６６】前記において、再出射光と初期出射光の出
射角度の一致性に乏しく、出射方向が大きく異なるとそ
れらの輝度を加成できず、液晶表示装置等の視認性の向
上に有効利用できないし、むしろ角度の異なる方向に２
つのピーク輝度を示して視認性を低下させる。

【００６７】液晶表示装置等の形成に特に好ましく用い
うる導光板は、図１２（ａ）に例示の矢印の如く、面光
源装置としたときに出射光がそれぞれの位置より視点
（観察者）に向かって出射するようにしたものである。
図例の如き入射面に対向する側端面の近傍では出射面よ
り垂直方向に出射し、入射面に近づくにつれて対向側端
面側に強く傾斜した方向に出射する特性は、上記したよ
うに短辺面の傾斜角を入射面より遠くなるほど大きくす
ることで達成することができる。なお従来の導光板によ
る出射方向は、図１２（ｂ）に例示の矢印の如く、出射
面より垂直な方向に平行な状態で出射するものなどによ
り代表される。

【００６８】本発明において偏光光源装置を形成するた
めの偏光分離手段としては、上記した左右の円偏光に分
離するものの如く、透過と反射を介して偏光特性が相違
する状態の光に分離しうる適宜な手段を用いうる。本発
明においては、完全な分離機能を有することは要しない
が、透過又は反射により分離された偏光中に含まれる他
の状態の偏光が少ないほど好ましい。

【００６９】好ましく用いうる偏光分離手段としては、
コレステリック液晶相を有する層、就中コレステリック
相を呈する液晶ポリマーからなる層を有するシートや当
該層をガラス板等の上に展開したシート、あるいはコレ
ステリック相を呈する液晶ポリマーからなるフィルムな
どがあげられる。

【００７０】コレステリック液晶相によれば左右の円偏
光を透過・反射によりいずれか一方に選択的に分離で
き、コレステリック液晶を含む均一配向の液晶相は散乱
のない反射光を提供する。またコレステリック液晶相
は、視角変化に対する光学特性の変化が小さくて視野角
の広さに優れ、特に斜め方向からも直接観察される直視
型液晶表示装置等の形成に適している。

【００７１】偏光分離手段は、単層物又は２層以上の重
畳物として形成することができる。重畳化は、分離機能
の広波長域化や斜め入射光の波長シフトに対処する点等
より有利であり、その場合には所定外の円偏光として反
射する光の中心波長が異なる組合せで重畳することが好
ましい。

【００７２】すなわち単層のコレステリック液晶層では
通例、選択反射性（円偏光二色性）を示す波長域に限界
があり、その限界は約１００nmの波長域に及ぶ広い範囲
の場合もあるが、その波長範囲でも液晶表示装置等に適
用する場合に望まれる可視光の全域には及ばないから、
そのような場合に選択反射性の異なるコレステリック液
晶層を重畳させて円偏光二色性を示す波長域を拡大させ
ることができる。

【００７３】ちなみにコレステリック液晶層の場合、そ
の液晶相に基づく選択反射の中心波長が３００〜９００
nmのものを同じ偏光方向の円偏光を反射する組合せで、
かつ選択反射の中心波長が異なる、就中それぞれ５０nm
以上異なる組合せで用いて、その２〜６種類を重畳する
ことで可視光域等の広い波長域をカバーできる偏光分離
手段を効率的に形成することができる。

【００７４】なお前記した、同じ偏光方向の円偏光を反
射するもの同士の組合せで重畳物とする点は、各層で反
射される円偏光の位相状態を揃えて各波長域で異なる偏
光状態となることを防止し、利用できる状態の偏光の増
量を目的とする。

【００７５】従って偏光分離手段としては、それが所定
外の円偏光として反射しうる光の波長域が導光板に基づ
く出射光の波長域と可及的に一致したものが好ましく用
いうる。当該出射光に輝線スペクトル等の主波長がある
場合には、その１種又は２種以上の主波長に対してコレ
ステリック液晶相等に基づく反射光の波長を一致させる
ことが偏光分離の効率性等の点より次善策となり、必要
重畳数の減少化等による偏光分離手段の薄層化にも有利
である。その場合、反射光の波長の一致の程度は、導光
板の１種又は２種以上の主波長光に対してそれぞれ２０
nm以内の範囲とすることが好ましい。

【００７６】なおコレステリック液晶としては、適宜な
ものを用いてよく、特に限定はない。位相差の大きいコ
レステリック液晶分子ほど選択反射の波長域が広くな
り、層数の軽減や大視野角時の波長シフトに対する余裕
などの点より好ましく用いうる。また重さや自立性等の
点よりは液晶ポリマーが好ましく用いうる。

【００７７】ちなみにコレステリック液晶系の液晶ポリ
マーとしては、例えばポリエステル等の主鎖型液晶ポリ
マー、アクリル主鎖やメタクリル主鎖、シロキサン主鎖
等からなる側鎖型液晶ポリマー、低分子カイラル剤含有
のネマチック系液晶ポリマー、キラル成分導入の液晶ポ
リマー、ネマチック系とコレステリック系の混合液晶ポ
リマーなどがあげられる。取扱い性の点より、ガラス転
移温度が３０〜１５０℃の液晶ポリマーが好ましく用い
うる。

【００７８】液晶ポリマーによるコレステリック液晶層
の形成は、従来の配向処理に準じた方法で行いうる。ち
なみにその例としては、基板上にポリイミドやポリビニ
ルアルコール等の膜を形成してレーヨン布等でラビング
処理したものやＳｉＯの斜方蒸着層等からなる適宜な配
向膜の上に液晶ポリマーを展開してガラス転移温度以
上、等方相転移温度未満に加熱し、液晶ポリマー分子が
グランジャン配向した状態でガラス転移温度未満に冷却
してガラス状態とし、当該配向が固定化された固化層を
形成する方法などがあげられる。

【００７９】前記の基板としては、例えばトリアセチル
セルロースやポリビニルアルコール、ポリイミドやポリ
アリレート、ポリエステルやポリカーボネート、ポリス
ルホンやポリエーテルスルホン、エポキシ系樹脂の如き
プラスチックからなるフイルム、あるいはガラス板など
の適宜なものを用いうる。

【００８０】基板上に形成した液晶ポリマーの固化層
は、基板との一体物としてそのまま偏光分離手段に用い
うるし、基板より剥離してフィルム等からなる偏光分離
手段として用いることもできる。フィルムからなる基板
との一体物として形成する場合には、偏光の状態変化の
防止性などの点より、位相差が可及的に小さいフィルム
を用いることが好ましい。なお偏光分離手段は、導光板
の出射面に直接設けることもできる。

【００８１】液晶ポリマーの展開は、加熱溶融方式によ
ってもよいし、溶剤による溶液として展開することもで
きる。その溶剤としては、例えば塩化メチレンやシクロ
ヘキサノン、トリクロロエチレンやテトラクロロエタ
ン、Ｎ−メチルピロリドンやテトラヒドロフランなどの
適宜なものを用いうる。展開は、バーコーターやスピナ
ー、ロールコーター、グラビア印刷方式などの適宜な塗
工機にて行うことができる。展開に際しては、必要に応
じ配向膜を介したコレステリック液晶層の重畳方式など
も採ることができる。

【００８２】コレステリック液晶層の厚さは、配向の乱
れや透過率低下の防止、選択反射性（円偏光二色性を示
す波長範囲）などの点より、０．５〜１００μm、就中
１〜７０μm、特に１〜５０μmが好ましい。コレステリ
ック液晶層、ないし偏光分離手段の形成に際しては、安
定剤や可塑剤、あるいは金属類などからなる種々の添加
剤を必要に応じて配合することができる。

【００８３】本発明において用いる偏光分離手段は、例
えば低分子量体からなるコレステリック液晶層をガラス
やフィルム等の透明基材で挾持したセル形態、液晶ポリ
マーからなるコレステリック液晶層を透明基材で支持し
た形態、コレステリック液晶層の液晶ポリマーのフィル
ムからなる形態、それらの形態物を適宜な組合せで重畳
した形態などの適宜な形態とすることができる。

【００８４】前記の場合、コレステリック液晶層をその
強度や操作性などに応じて１層又は２層以上の支持体で
保持することもできる。２層以上の支持体を用いる場合
には、偏光の状態変化を防止する点などより例えば無配
向のフィルムや、配向しても複屈折の小さいトリアセテ
ートフィルムなどの如く位相差が可及的に小さいものが
好ましく用いうる。

【００８５】なお偏光分離手段は、上記の分離性能の均
一化や斜め入射光の波長シフトに対処する点等より平坦
な層として形成されていることが好ましく、重畳物の場
合にも各層は平坦なものであることが好ましい。コレス
テリック液晶層の重畳には、製造効率や薄膜化などの点
より液晶ポリマーの使用が特に有利である。

【００８６】本発明において図１１に例示の如く、偏光
分離手段６１の上方に偏光変換手段６２を有する場合、
偏光分離手段より出射した円偏光は、偏光変換手段に入
射して位相変化を受ける。その場合、位相変化が１／４
波長に相当する波長の光は直線偏光に変換され、他の波
長光は楕円偏光に変換される。変換されたその楕円偏光
は、前記の直線偏光に変換された光の波長に近いほど扁
平な楕円偏光となる。かかる結果、偏光板を透過しうる
直線偏光成分を多く含む状態の光が偏光変換手段より出
射される。

【００８７】前記の如く、偏光分離手段上に必要に応じ
て配置する偏光変換手段は、偏光分離手段より出射した
偏光を直線偏光成分の多い状態に変換することを目的と
するものである。直線偏光成分の多い状態に変換するこ
とにより、偏光板を透過しやすい光とすることができ
る。

【００８８】前記の偏光板は、例えば液晶表示装置の場
合、液晶セルに対する視野角の変化で発生する偏光特性
の低下を防止して表示品位を維持する光学素子や、より
高度な偏光度を実現してよりよい表示品位を達成する光
学素子などとして機能するものである。

【００８９】すなわち前記において、偏光板を用いず
に、偏光分離手段よりの出射偏光をそのまま液晶セルに
入射させて表示を達成することは可能であるが、偏光板
を介することで前記した表示品位の向上等をはかりうる
ことから必要に応じて偏光板が用いられる場合がある。

【００９０】前記の場合に、偏光板に対する透過率の高
いほど表示の明るさの点より有利であり、その透過率は
偏光板の偏光軸（透過軸）と一致する偏光方向の直線偏
光成分を多く含むほど高くなるので、それを目的に偏光
変換手段を介して偏光分離手段よりの出射偏光を所定の
直線偏光に変換するものである。

【００９１】ちなみに通例のヨウ素系偏光板に自然光や
円偏光を入射させた場合、その透過率は約４３％程度で
あるが、直線偏光を偏光軸を一致させて入射させた場合
には８０％を超える透過率を得ることができ、従って光
の利用効率が大幅に向上して明るさに優れる液晶表示な
どが可能となる。またかかる偏光板では、９９．９％に
達する偏光度も容易に達成でき、偏光分離手段単独では
かかる高偏光度の達成は困難で、特に斜めからの入射光
に対する偏光度が低下しやすい。

【００９２】偏光変換手段としては、その偏光特性に応
じて適宜なものを用いうる。円偏光の場合には、その位
相を変化させうる位相差層が好ましく用いうる。その位
相差層としては、偏光分離手段より出射した円偏光を、
１／４波長の位相差に相当して直線偏光を多く形成しう
ると共に、他の波長の光を前記直線偏光と可及的にパラ
レルな方向に長径方向を有し、かつ可及的に直線偏光に
近い扁平な楕円偏光に変換しうるものが好ましい。偏光
変換手段は、偏光分離手段、あるいは液晶セルの偏光板
と一体的に設けることもできる。

【００９３】前記の如き位相差層を用いることにより、
その出射光の直線偏光方向や楕円偏光の長径方向が偏光
板の透過軸と可及的に平行になるように配置して、偏光
板を透過しうる直線偏光成分の多い状態の光を得ること
ができる。位相差層は、適宜な材質で形成でき、透明で
均一な位相差を与えるものが好ましい。一般には位相差
層の形成に、位相差板が用いられる。

【００９４】位相差層にて付与する位相差は、偏光分離
手段より出射される円偏光の波長域などに応じて適宜に
決定しうる。ちなみに可視光域では波長範囲や変換効率
等の点より、殆どの位相差板がその材質特性より正の複
屈折の波長分散を示すものであることも加味して、その
位相差が小さいもの、就中２００nm以下、特に１００〜
１５０nmの位相差を与えるものが好ましく用いうる場合
が多い。

【００９５】位相差板は、１層又は２以上の重畳層とし
て形成することができる。１層からなる位相差板の場合
には、複屈折の波長分散が小さいものほど波長毎の偏光
状態の均一化をはかることができて好ましい。一方、位
相差板の重畳化は、波長域における波長特性の改良に有
効であり、その組合せは波長域などに応じて適宜に決定
してよい。

【００９６】なお可視光域を対象に２層以上の位相差板
とする場合、上記の如く２００nm以下の位相差を与える
層を１層以上の奇数層として含ませることが直線偏光成
分の多い光を得る点より好ましい。２００nm以下の位相
差を与える層以外の層は、通例２００〜４００nmの位相
差を与える層で形成することが波長特性の改良等の点よ
り好ましいが、これに限定するものではない。

【００９７】位相差板は、例えばポリカーボネート、ポ
リスルホン、ポリエステル、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリアミド、ポリビニールアルコール等からなるフ
ィルムを延伸処理してなる複屈折性シートなどとして得
ることができる。発光強度や発光色を広い視野角で均一
に維持する点よりは、位相差層の面内における位相差の
誤差が小さいほど好ましく、就中、その誤差が±１０nm
以下であることが好ましい。

【００９８】位相差層に設定する位相差や光学軸の方向
は、目的とする直線偏光の振動方向などに応じて適宜に
決定することができる。ちなみに１３５nmの位相差を与
える位相差層の場合、円偏光の向きに応じて光学軸に対
し振動方向が＋４５度又は−４５度の直線偏光（波長５
４０nm）が得られる。なお位相差層が２層以上からなる
場合、特にその外部側表面層を２００nm以下の位相差を
与える層が占める場合にはその層に基づいて配置角度に
設定することが好ましい。

【００９９】上記のように本発明による偏光光源装置
は、偏光分離手段による反射光（再入射光）を偏光変換
による出射光として再利用することで反射ロス等を防止
し、その出射光を必要に応じ位相差層等を介して直線偏
光成分をリッチに含む光状態に変換することで偏光板を
透過しやすくして吸収ロスを防止し、光利用効率の向上
をはかりうるようにしたものである。この方式により、
理想的には偏光板を透過する光量を約２倍に増量しうる
が、光源として利用する点よりは、偏光板を透過しうる
直線偏光成分を６５％以上、就中７０％以上含むことが
好ましい。

【０１００】本発明による導光板、ないしそれを用いた
面光源装置や偏光光源装置は、上記の如く光の利用効率
に優れ明るくて垂直性等の出射方向制御性に優れる光を
提供し、大面積化等も容易であることより液晶表示装置
等におけるバックライトシステムなどとして種々の装置
に好ましく用いうる。その場合、偏光状態を可及的に維
持しうる拡散板などを偏光光源装置上やその導光板上等
に配置することも可能である。

【０１０１】図１３に本発明による面光源装置５をバッ
クライトシステムに用いた液晶表示装置７を例示した。
また、図１４に本発明による偏光光源装置６をバックラ
イトシステムに用いた液晶表示装置８を例示した。７１
が下側の偏光板、７２が液晶セル、７３が上側の偏光
板、７４が拡散板である。下側の偏光板７１や拡散板７
４は、必要に応じて設けられる。

【０１０２】液晶表示装置は一般に、液晶シャッタとし
て機能する液晶セルとそれに付随の駆動装置、偏光板、
バックライト、及び必要に応じての補償用位相差板等の
構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。
本発明においては、上記した本発明による導光板、ない
しそれを用いた面光源装置や偏光光源装置を用いる点を
除いて特に限定はなく、従来に準じて形成することがで
き、特に直視型の液晶表示装置を好ましく形成すること
ができる。

【０１０３】従って用いる液晶セルについては特に限定
はなく、適宜なものを用いうる。偏光光源装置を用いる
場合には、偏光状態の光を液晶セルに入射させて表示を
行うものに有利に用いられ、例えばツイストネマチック
液晶やスーパーツイストネマチック液晶を用いた液晶セ
ル等に好ましく用いうるが、非ツイスト系の液晶や二色
性染料を液晶中に分散させたゲストホスト系の液晶、あ
るいは強誘電性液晶を用いた液晶セルなどにも用いう
る。液晶の駆動方式についても特に限定はない。

【０１０４】なお高度な直線偏光の入射による良好なコ
ントラスト比の表示を得る点よりは偏光板として、特に
バックライト側の偏光板として、例えばヨウ素系や染料
系の吸収型直線偏光子などの如く偏光度の高いものを用
いたものが好ましい。また液晶表示装置の形成に際して
は、例えば視認側の偏光板の上に設ける拡散板やアンチ
グレア層、反射防止膜、保護層や保護板、あるいは液晶
セルと偏光板の間に設ける補償用の位相差板などの適宜
な光学素子を適宜に配置することができる。

【０１０５】前記の補償用位相差板は、複屈折の波長依
存性などを補償して視認性の向上等をはかることを目的
とするものである。本発明においては、視認側又は／及
びバックライト側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応
じて配置される。なお補償用の位相差板としては、波長
域などに応じて適宜なものを用いることができ、１層又
は２層以上の重畳層として形成されていてよい。

【０１０６】液晶表示装置に用いる導光板は、図１２
（ａ）に例示の如く出射面より視認者の方向に光を出射
するものが好ましく用いうるが、プリズムシート等を介
して出射方向を修正することもできる。その場合には、
偏光状態を可及的に変化させないものが好ましく用いう
る。

【０１０７】本発明において、上記した導光板や面光源
装置、あるいは偏光光源装置や液晶表示装置を形成する
光学素子ないし部品は、全体的又は部分的に積層一体化
されて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置
したものであってもよい。なお面光源装置の上面には種
々の拡散板などを配置しうるが、偏光光源装置の場合に
は偏光特性を維持しうる拡散板などがその上面や導光板
上等の適宜な位置に配置しうる。

【０１０８】

【実施例】

参考例１アクリル系の主鎖を有するガラス転移温度が５７℃の側
鎖型コレステリック液晶ポリマーを、ガラス板のポリイ
ミドラビング処理面にスピンコート方式で成膜後、１３
０℃で３０秒間加熱後さらに１１０℃で２分間加熱して
急冷し、鏡面状の選択反射状態を呈する偏光分離板を得
た。これは、４２０〜５０５nmの波長範囲で良好な選択
反射性を示し、この領域で９０％以上を正反射方向に選
択反射するものであった。

【０１０９】参考例２アクリル系の主鎖を有するガラス転移温度が６４℃の側
鎖型コレステリック液晶ポリマーを、ガラス板のポリイ
ミドラビング処理面にスピンコート方式で成膜後、１５
０℃で３０秒間加熱後さらに１３０℃で２分間加熱して
急冷し、鏡面状の選択反射状態を呈する偏光分離板を得
た。これは、５００〜５９０nmの波長範囲で良好な選択
反射性を示し、この領域で９０％以上を正反射方向に選
択反射するものであった。

【０１１０】参考例３アクリル系の主鎖を有するガラス転移温度が７５℃の側
鎖型コレステリック液晶ポリマーを、ガラス板のポリイ
ミドラビング処理面にスピンコート方式で成膜後、１７
０℃で３０秒間加熱後さらに１４５℃で２分間加熱して
急冷し、鏡面状の選択反射状態を呈する偏光分離板を得
た。これは、５９５〜７０５nmの波長範囲で良好な選択
反射性を示し、この領域で９０％以上を正反射方向に選
択反射するものであった。

【０１１１】参考例４参考例１、参考例２及び参考例３で得た偏光分離板を積
層して重畳型の偏光分離板を得た。これは、４２０〜７
０５nmの波長範囲で良好な選択反射性を示し、この領域
で９０％以上を正反射方向に選択反射するものであっ
た。

【０１１２】実施例１所定寸法の透明ポリメチルメタクリレート板の一側面を
鏡面研削して入射面を形成した後、底面を研削して楔形
とし、その底面にＮＣ工作機を用いたダイヤモンドバイ
トによる研削方式で入射面方向の凸部を所定周期で形成
して導光板を得た。この導光板は、幅８０mm、奥行１５
０mm、入射面の厚さ５mm、その対向端の厚さ１mm、出射
面が平坦なものからなり、凸部のピッチが２５０μm
で、入射面を基準に短辺面の出射面に対する傾斜角が３
８〜４３度の範囲で連続的に変化すると共に、長辺面の
当該傾斜角が１．５〜３．７度の範囲で連続的に変化
し、出射面への投影面積比（短辺面／長辺面、以下同
じ）が１／１３．３のものである。

【０１１３】実施例２実施例１に準じて、底面が入射面から１０mmの位置に頂
点を有してその厚さが５．０２mmの下に凸の放物面から
なり、底面における凸部のピッチが２００μmで、入射
面を基準に短辺面の出射面に対する傾斜角が４１〜４４
度の範囲で連続的に変化すると共に、長辺面の当該傾斜
角が１．５〜３．７度の範囲で連続的に変化し、出射面
への投影面積比が入射面を基準に１／１４．４〜１／１
０．９の範囲で連続的に変化した導光板を得た。

【０１１４】実施例３実施例２に準じた導光板の底面に銀の薄膜を厚めに真空
蒸着して反射層を設けたものを得た。

【０１１５】実施例４実施例２に準じて、底面が入射面から３０mmの位置に頂
点を有する下に凸の放物面からなり、入射面を基準に底
面における凸部のピッチが２２０〜１８０μmの範囲で
漸次減少すると共に、短辺面の出射面に対する傾斜角が
３９〜４３度の範囲で連続的に変化し、かつ長辺面の当
該傾斜角が１．６〜３．３度の範囲で連続的に変化した
導光板を得た。

【０１１６】比較例１凸部をピッチが１００μmの三角プリズム（斜面角４５
度、出射面への投影面積比ほぼ１／１）としたほかは実
施例１に準じて導光板を得た。

【０１１７】比較例２実施例１に準じて、底面における凸部のピッチが４００
μmで、短辺面の出射面に対する傾斜角が４５度（一
定）、長辺面の当該傾斜角が０度、短辺面の出射面への
投影面積が１０．７μm、従って出射面への投影面積比
が１／３６．４（一定）の導光板を得た。

【０１１８】比較例３実施例２に準じて、底面が入射面に頂点を有する下に凸
の放物面からなり、短辺面の出射面に対する傾斜角が４
５度（一定）で、長辺面のそれが０度（一定）であり、
入射面を基準に底面における凸部のピッチが８００〜１
８０μmの範囲で漸次減少すると共に、短辺面の出射面
への投影面積が１０μm（一定）、出射面への投影面積
比が入射面を基準に１／７９〜１／１８の範囲で連続的
に変化した導光板を得た。

【０１１９】比較例４実施例２に準じて、底面が入射面に頂点を有する下に凸
の放物面からなり、短辺面の出射面に対する傾斜角が４
５度（一定）で、長辺面のそれが１５度（一定）であ
り、入射面を基準に短辺面の出射面への投影面積が４
１．５〜５１．３μmの範囲で連続的に変化し、出射面
への投影面積比が１／３．８〜１／２．９の範囲で連続
的に変化した導光板を得た。

【０１２０】比較例５メチルメタクリレート５０重量部、トリエチレングリコ
ールジメタクリレート５重量部、平均粒径１５μmの酸
化チタン粉末２５重量部、過酸化ベンゾイル１重量部、
パーロイルＴＣＰ１重量部、及び塩化メチレン１００重
量部を混合して乾燥窒素吹き込み後に脱泡し、それを幅
８０mm、奥行１４０mm、厚さ５mmのポリメチルメタクリ
レート板の片面に塗布し、塩化メチレンの揮発後に表面
をセパレータでカバーして５０℃で２時間加熱後さらに
７０℃で２時間加熱してセパレータを剥がし、その後８
０℃で２時間加熱して、完全な隠蔽性を示す拡散反射層
を有する底面からなる導光板を得た。

【０１２１】実施例５実施例１で得た導光板の入射面に直径３mmの冷陰極管を
配置し、銀蒸着のポリエステルフィルムからなる光源ホ
ルダにて冷陰極管を包囲し、導光板の底面に銀蒸着のポ
リエステルフィルムからなる反射シートを配置してサイ
ドライト型の面光源装置を得た。

【０１２２】実施例６実施例２で得た導光板を用いたほかは実施例５に準じて
面光源装置を得た。

【０１２３】実施例７実施例３で得た導光板の入射面に直径３mmの冷陰極管を
配置し、銀蒸着のポリエステルフィルムからなる光源ホ
ルダにて冷陰極管を包囲てサイドライト型の面光源装置
を得た。

【０１２４】実施例８実施例４で得た導光板を用いたほかは実施例５に準じて
面光源装置を得た。

【０１２５】比較例６比較例１で得た導光板を用いたほかは実施例５に準じて
面光源装置を得た。

【０１２６】比較例７比較例２で得た導光板を用いたほかは実施例５に準じて
面光源装置を得た。

【０１２７】比較例８比較例３で得た導光板を用いたほかは実施例５に準じて
面光源装置を得た。

【０１２８】比較例９比較例４で得た導光板を用いたほかは実施例５に準じて
面光源装置を得た。

【０１２９】比較例１０比較例５で得た導光板を用いたほかは実施例５に準じて
面光源装置を得た。

【０１３０】比較例１１導光板の出射面にプリズムシートを配置したほかは比較
例１０に準じて面光源装置を得た。

【０１３１】評価試験１実施例５〜８、比較例７〜１１で得た面光源装置の光源
を点灯し、導光板の幅方向の中央部に沿って入射面より
１０mmの位置を開始点として３０mmずつ隔てた位置にお
ける出射面での、最大の表面輝度とその方向を色彩色差
計（ミノルタ社製、ＣＳ−１００）を用いて暗室中にて
調べた。その結果を表１に示した。なお角度は出射面の
垂直方向を基準に光源側をマイナス方向、その反対側を
プラス方向とした。

【０１３２】

【表１】

【０１３３】表１より、実施例の面光源装置は、比較例
のものに比べて表面輝度とその均一性に優れており、最
大輝度の方向もより連続的に変化していることがわか
る。一方、比較例８の面光源装置では測定位置での輝度
はほぼ揃っているものの、これは疎らな輝線状の発光特
性を示して面全体での輝度の均一性には乏しく、比較例
１０の面光源装置では最大輝度の方向が大きく傾いてい
ることがわかる。

【０１３４】さらに比較例７，８では実施例に比べて拡
散光が多く、短辺面の傾斜角が４５度であるにも関らず
最大輝度方向の角度が垂直方向よりズレていることがわ
かる。このことは、出射面に平行でない光が影響してい
ると考えられ、また短辺面（４５度）と長辺面（０度）
の一定な傾斜角が伝送光を平行化できず、出射光が拡散
化して最大輝度の低い値となったものと考えられる。

【０１３５】実施例９実施例５で得た面光源装置における導光板の出射面に参
考例４で得た偏光分離板と、位相差が１３０nmの位相差
板と、ヨウ素系偏光板（Ｇ１２２０ＤＵ）を順次配置し
て偏光光源装置を得た。なお偏光板は最大輝度を示すよ
うに回転調節した。

【０１３６】実施例１０実施例６で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準
じて偏光光源装置を得た。

【０１３７】実施例１１実施例７で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準
じて偏光光源装置を得た。

【０１３８】実施例１２実施例８で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準
じて偏光光源装置を得た。

【０１３９】比較例１２比較例６で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準
じて偏光光源装置を得た。

【０１４０】比較例１３比較例７で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準
じて偏光光源装置を得た。

【０１４１】比較例１４比較例８で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準
じて偏光光源装置を得た。

【０１４２】比較例１５比較例９で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に準
じて偏光光源装置を得た。

【０１４３】比較例１６比較例１０で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に
準じて偏光光源装置を得た。

【０１４４】比較例１７比較例１１で得た面光源装置を用いたほかは実施例９に
準じて偏光光源装置を得た。

【０１４５】評価試験２実施例９〜１２、比較例１２〜１７で得た偏光光源装置
について、上記の面光源装置に準じてその最大輝度を示
した方向の表面輝度を調べた。その結果を表２に示し
た。なお前記の偏光板を配置する際にそれを回転させた
ところ、９０度回転毎に出射強度が変化し、位相差板を
介した出射光が偏光していることが確認できた。

【０１４６】

【表２】

【０１４７】表２より、実施例の偏光光源装置は比較例
のものに比べ格別に表面輝度に優れていることがわか
る。また偏光分離板を設けない場合との比較において、
実施例では輝度の低下が小さいのに対し、比較例１５，
１６，１７では大きく低下していることがわかる。これ
より実施例では、偏光分離板を介した戻り光が導光板を
介して垂直性よく効率的に、かつ所定方向の偏光として
再反射されて戻り光が有効に再利用されており、前記比
較例ではその効果に乏しいことがわかる。

【０１４８】評価試験３実施例５〜８、比較例６〜１１で得た面光源装置の上に
スーパーツイストネマチック液晶セルを配置して液晶表
示装置を得、その非選択状態における発光状態を調べ
た。なお前記の液晶表示装置は、液晶セルの両面に位相
差板を配置してノーマリーホワイトの白黒モードに調整
したものである。

【０１４９】前記において、実施例では発光の均一性に
優れる明るい表示特性を示し、かつ視認方向に自然な明
るさの変化を示して良好な表示品位を示し、短辺面の傾
斜角の変化による出射角度の変化が視認性の向上に有効
に機能していることがわかった。

【０１５０】一方、比較例６，７，９では導光板の入射
面近傍に相当する部分が特に明るく、それ以外の部分で
はかなり暗くて明るさの均一性に乏しいものであった。
また比較例１０では表示が暗く、プリズムシートを付加
した比較例１１においても実施例に比べて明るさに大き
く劣るものであった。さらに比較例７，８では発光間隔
が広くて視認性を低下させ、モアレが部分的に強く発生
して表示品位に劣るものであった。

【０１５１】評価試験４実施例９〜１２、比較例１２〜１７で得た偏光光源装置
の上にスーパーツイストネマチック液晶セルを配置して
ノーマリーホワイトの白黒モードに調整した液晶表示装
置を得、その非選択状態における発光状態を調べた。

【０１５２】前記においても、上記した面光源装置を用
いた場合と同様の結果が得られ、実施例の偏光光源装置
の優位性が確認された。また実施例では単に面光源装置
を用いた場合よりも輝度の大きい液晶表示装置が得ら
れ、偏光による照明システムとすることで輝度を向上さ
せうることが確認された。

【０１５３】上記の結果より総合的に、本発明による導
光板にて側面からの入射光を効率よく、かつ方向の制御
性よく上面より出射して光の利用効率に優れる面光源装
置を得ることができ、その光を偏光分離手段を介し偏光
化して、明るくて見やすい高表示品位の液晶表示装置を
形成できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】導光板例の斜視説明図

【図２】他の導光板例の側面説明図

【図３】さらに他の導光板例の側面説明図

【図４】さらに他の導光板例の側面説明図

【図５】凸部例の側面説明図

【図６】凹部例の側面説明図

【図７】さらに他の導光板例の側面説明図

【図８】面光源装置例の側面説明断面図

【図９】他の面光源装置例の側面説明断面図

【図１０】偏光光源装置例の側面説明断面図

【図１１】他の偏光光源装置例の側面説明断面図

【図１２】出射方向の側面説明図

【図１３】液晶表示装置例の側面説明断面図

【図１４】他の液晶表示装置例の側面説明断面図

【符号の説明】

１：導光板１１：出射面１２，１６，１７，１８：底面２１，２２，２３，２４：底面における凸部２５，２６，２７，２８：底面における凹部３１，３３，３５，３７，４２，４４，４６，４８：長
辺面３２，３４，３６，３８，４１，４３，４５，４７：短
辺面１３：入射面１９：頂点２：反射層５：面光源装置５１：光源５２：光源ホルダ５３：拡散層５
４：反射板６：偏光光源装置６１：偏光分離手段６２：偏光変換手段７，８：液晶表示装置７１，７４：偏光板７２：液晶セル７３：拡散
層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出射面、それに対向する底面、及び出射
面と底面間の側端面からなる入射面を有する板状物から
なり、前記の底面に入射面に沿う方向の斜面からなる凸
部又は凹部を周期的に有して、その斜面が底面との交点
と頂点を結ぶ直線に基づいて長辺面と短辺面からなり、
長辺面の出射面に対する傾斜角の絶対値が１〜１０度の
範囲で漸次変化すると共に、短辺面の当該絶対値が３０
〜５０度の範囲で入射面を基準に漸次増加し、かつ長辺
面が凸部の場合には入射面側に、凹部の場合には入射面
に対向する側端側に位置することを特徴とする導光板。
【請求項２】請求項１において、入射面に対向する側
端部の厚さが入射面のそれの５０％以下であり、底面に
おける凸部又は凹部の周期が５００μm以下で、長辺面
の出射面に対する投影面積が短辺面のそれの５倍以上で
ある導光板。
【請求項３】請求項１又は２において、長辺面の出射
面に対する傾斜角の絶対値が１〜５度の範囲にあり、短
辺面のそれが３８〜４５度の範囲にあると共に、その短
辺面における傾斜角の変化が入射面を基準に徐々に増加
するものである導光板。
【請求項４】請求項１〜３において、底面の凸部又は
凹部を形成する長辺面の出射面に対する投影面積が短辺
面のそれの１０倍以上である導光板。
【請求項５】請求項１〜４において、底面の凸部又は
凹部を形成する長辺面と短辺面の出射面に対する投影面
積比が入射面を基準に長辺面／短辺面に基づいて漸次減
少する導光板。
【請求項６】請求項１〜５において、底面が下に凸の
放物面に基づく曲面を有するものである導光板。
【請求項７】請求項６において、放物面の頂点が入射
面又は、入射面とその対向側端面の間の入射面側にある
導光板。
【請求項８】請求項６又は７において、最厚部の厚さ
が入射面のそれの１．５倍以下である導光板。
【請求項９】請求項１〜８において、底面にアルミニ
ウム、銀、金、銅又はクロムの少なくとも１種を含有す
る薄膜で形成した反射層を有する導光板。
【請求項１０】請求項１〜９に記載の導光板における
入射面に線状光源を少なくとも配置してなることを特徴
とする面光源装置。
【請求項１１】請求項１０において、導光板の底面に
沿って反射シートを有する面光源装置。
【請求項１２】請求項１１において、反射シートが鏡
面反射性を有するものである面光源装置。
【請求項１３】請求項１０〜１２に記載の面光源装置
における導光板の出射面に、自然光を透過及び反射によ
り左右の円偏光に分離する偏光分離手段を少なくとも配
置してなることを特徴とする偏光光源装置。
【請求項１４】請求項１３において、偏光分離手段が
少なくとも液晶ポリマーのコレステリック液晶相を有す
るものである偏光光源装置。
【請求項１５】請求項１３又は１４において、偏光分
離手段の上側に円偏光を直線偏光化する偏光変換手段を
配置してなる偏光光源装置。
【請求項１６】請求項１５において、偏光変換手段が
１００〜１５０nmの位相差を与える位相差板を１枚又は
２枚以上有する位相差層からなる偏光光源装置。
【請求項１７】請求項１０〜１２に記載の面光源装置
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１８】請求項１３〜１６に記載の偏光光源装
置を有することを特徴とする液晶表示装置。