JPH09138406A - Surface light source device with polarizing function using polarization conversion element - Google Patents
Surface light source device with polarizing function using polarization conversion elementInfo
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- JPH09138406A JPH09138406A JP7318436A JP31843695A JPH09138406A JP H09138406 A JPH09138406 A JP H09138406A JP 7318436 A JP7318436 A JP 7318436A JP 31843695 A JP31843695 A JP 31843695A JP H09138406 A JPH09138406 A JP H09138406A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、偏りの無い光から
特定方向の偏りのある光束を生成する機能、あるいは偏
りの乏しい光から偏りに富んだ光束を生成する機能(以
下、両者併せて「偏光化機能」と呼ぶ。)を備えた面光
源装置に関する。更に詳しく言えば、本発明は指向出射
性の導光板と偏光変換素子とを組み合わせて用いたサイ
ドライト型の偏光化機能付き面光源装置に関する。本発
明に係る面光源装置は、偏りのある光束を必要とする任
意の用途に適用され得るが、特に、液晶表示装置のバッ
クライト光源に適用して有利なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a function of generating a light beam having a certain direction of polarization from light having no polarization, or a function of generating a light beam having a high polarization from light having little polarization (hereinafter, both of them will be referred to as " It is referred to as a "polarizing function"). More specifically, the present invention relates to a side light type surface light source device with a polarization function using a combination of a directional light guide plate and a polarization conversion element. The surface light source device according to the present invention can be applied to any application requiring a polarized light beam, but is particularly advantageous when applied to a backlight light source of a liquid crystal display device.
【0002】[0002]
【従来の技術】導光板の側方に冷陰極管のような光源素
子を配置し、導光板面を発光面とするサイドライト型の
面光源装置は、薄型の構成で比較的大きな断面積を持つ
照明光束が得られるという特性を生かして、液晶ディス
プレイのバックライトなどに広く用いられている。2. Description of the Related Art A side light type surface light source device, in which a light source element such as a cold cathode tube is arranged on the side of a light guide plate and the light guide plate surface serves as a light emitting surface, has a thin structure and a relatively large cross sectional area. It is widely used for backlights of liquid crystal displays, etc. by taking advantage of the characteristic that it has the luminous flux.
【0003】特に、導光板として光散乱導光体(透明な
光学材料の内部にミクロな屈折率不均一構造を分布させ
て光散乱能を与えた光学要素)を用いた場合、より簡単
な構造で光利用効率に優れたサイドライト型の面光源装
置を構成することが出来る。また、透明な光学材料の内
部にミクロな屈折率不均一構造のサイズを過剰に小さく
しない条件(例えば、0.06[μm]を下回らなくす
る。)では、発光面から出射光束に明瞭な指向性を与え
ることが出来る。このような条件を満たす導光板を「指
向出射性」の導光板と呼ぶこととする。なお、導光板が
指向出射性を持つメカニズムは周知でなので、ここでは
詳細説明は省略する(詳しくは、例えば特開平7−19
8956号を参照)。In particular, when a light-scattering light guide (an optical element in which a microscopic refractive index non-uniform structure is distributed inside a transparent optical material to provide light-scattering ability) is used as the light guide plate, a simpler structure is obtained. Thus, a sidelight type surface light source device excellent in light utilization efficiency can be configured. Further, under the condition that the size of the microscopic non-uniform refractive index structure is not excessively reduced inside the transparent optical material (for example, it does not fall below 0.06 [μm]), the light beam emitted from the light emitting surface is clearly directed. You can give them sex. A light guide plate satisfying such a condition will be referred to as a "directional emission" light guide plate. Since the mechanism of the light guide plate having the directional emission property is well known, a detailed description thereof will be omitted here (for details, see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-19).
8956).
【0004】サイドライト型の面光源装置に使用される
指向出射性の導光板としては、上記の光散乱導光体を用
いたものの他に、透明な光学材料からなる導光板の表面
に全反射を抑制するための微細な凹凸部を設けたものが
知られている。このような凹凸部は、導光板の表面自体
を微細な凹凸形状とする方法や、導光板の平滑な表面上
に透光性の微粒子を透光性の結合剤(バインダ)で固着
する方法によって形成することが出来る。As the directional light guide plate used in the side light type surface light source device, in addition to the light guide plate using the above-mentioned light-scattering light guide, total reflection is performed on the surface of the light guide plate made of a transparent optical material. It is known that a fine concavo-convex portion is provided for suppressing the above. Such uneven portions are formed by a method of forming a fine uneven shape on the surface of the light guide plate or a method of fixing the transparent fine particles to the smooth surface of the light guide plate with a transparent binder. Can be formed.
【0005】このような指向出射性の導光板の発光面か
ら出射される照明光の優先伝播方向(主たる伝播方向)
は、一般に、発光面に立てた法線に対して60度〜80
度程度傾斜している(理由と具体例は後述)。The preferential propagation direction (main propagation direction) of the illumination light emitted from the light emitting surface of the light guide plate having such a directional emission property.
Is generally 60 ° to 80 ° with respect to the normal to the light emitting surface.
It is inclined by about a degree (the reason and specific examples will be described later).
【0006】良く知られているように、このような傾斜
はプリズムシートを導光板の発光面側に配置することで
修正可能である。プリズムシートの配置法には、そのプ
リズム面を内側(発光面側、以下同様。)に向けて配置
する方法と、外側(発光面と反対側、以下同様。)に向
けて配置する方法がある。As is well known, such inclination can be corrected by disposing a prism sheet on the light emitting surface side of the light guide plate. There are two methods of arranging the prism sheet: the prism surface is arranged inside (the light emitting surface side, the same applies hereinafter) and the prism surface is arranged outside (the side opposite to the light emitting surface, the same applies below). .
【0007】図1は、前者の配置法を採用した面光源装
置の基本的な構成を見取図で示したものである。これを
簡単に説明すると、符号1は楔形断面形状を有する導光
板で、例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)か
らなるマトリックス中に異屈折率物質を一様に混入分散
させた光散乱導光体からなる。導光板1の肉厚側の端面
は光入射面2とされており、その近傍には光源素子(冷
陰極管)Lが配置されている。FIG. 1 is a schematic view showing the basic structure of a surface light source device adopting the former arrangement method. To briefly explain this, reference numeral 1 is a light guide plate having a wedge-shaped cross section, and is composed of a light scattering light guide in which a modified refractive index material is uniformly mixed and dispersed in a matrix made of polymethylmethacrylate (PMMA). . An end face on the thick side of the light guide plate 1 is a light incident face 2, and a light source element (cold cathode tube) L is arranged in the vicinity thereof.
【0008】照明光は導光板1の一方の面(発光面)5
から取り出され、符号4で示されたプリズムシートに入
射する。導光板1の他方の面6(以下、「裏面」と言
う。)は照明光の取出しには使用されず、光の散逸を防
ぐ目的で正反射性の銀箔シートあるいは拡散反射性の白
色シートからなる反射体3が配置される。Illumination light is applied to one surface (light emitting surface) 5 of the light guide plate 1.
And is incident on the prism sheet indicated by reference numeral 4. The other surface 6 of the light guide plate 1 (hereinafter, referred to as “rear surface”) is not used for taking out illumination light, and is made of a specular reflection silver foil sheet or a diffuse reflection white sheet for the purpose of preventing light from being scattered. The reflector 3 is formed.
【0009】プリズムシート4は、斜面4a,4bから
なるプリズム列を微細なピッチで多数形成し、他方の面
を平坦面な光取出面4eとした透光性のシートで、材料
としては通常ポリカーボネートなどのプラスチックが使
用される。なお、描示の都合上、プリズムシート4と発
光面5の間の間隔及びプリズムシートのに形成される繰
り返しプリズム列のピッチは、本図以下において誇張し
て描かれている。面光源装置を液晶ディスプレイのバッ
クライトとして使用する場合には、プリズムシート4の
更に外側に公知の液晶表示パネルが配置される。The prism sheet 4 is a translucent sheet in which a large number of prism rows composed of inclined surfaces 4a and 4b are formed at a fine pitch, and the other surface is a flat light extraction surface 4e. The material is usually polycarbonate. Plastics such as are used. Note that, for convenience of illustration, the interval between the prism sheet 4 and the light emitting surface 5 and the pitch of the repeating prism rows formed in the prism sheet are exaggerated in the drawings and below. When the surface light source device is used as a backlight of a liquid crystal display, a known liquid crystal display panel is arranged outside the prism sheet 4.
【0010】図1に示した面光源装置は、導光板1の厚
さが光入射面2側から遠ざかるにつれて薄くなる傾向を
持つ為に、導光板1内で起こる斜面繰り返し反射効果に
より、光の利用効率と輝度の均一性に関して優れた特性
を有している。なお、このような導光板の形状に基づく
効果の詳細については、特願平5−349478号に添
付された明細書並びに図面などに記されている。The surface light source device shown in FIG. 1 has a tendency that the thickness of the light guide plate 1 becomes thinner as the distance from the light incident surface 2 side increases. It has excellent characteristics in terms of utilization efficiency and brightness uniformity. Details of the effect based on the shape of the light guide plate are described in the specification, drawings, and the like attached to Japanese Patent Application No. 5-349478.
【0011】光源素子Lから導光板1内に送り込まれた
光は、導光板1内で散乱作用や反射作用を受けながら肉
薄側の端面7に向けて導光される過程で、徐々に発光面
5から出射される。前述した通り、導光板1内に混入分
散させる異屈折率粒子の粒径(一般には、屈折率不均一
構造に関する相関距離)が余り小さくないという条件の
下では、発光面5から出射される光は明瞭な優先伝播方
向5aを持ち、その傾斜角は、発光面5に立てた法線に
対してほぼ60度〜80度の間にある。The light sent from the light source element L into the light guide plate 1 is gradually guided to the end face 7 on the thin side while being subjected to the scattering action and the reflection action in the light guide plate 1, and the light emitting face is gradually emitted. It is emitted from 5. As described above, the light emitted from the light emitting surface 5 is provided under the condition that the particle size of the modified refractive index particles mixed in and dispersed in the light guide plate 1 (generally, the correlation distance regarding the non-uniform refractive index structure) is not very small. Has a clear preferential propagation direction 5a, and its inclination angle is between about 60 degrees and 80 degrees with respect to the normal to the light emitting surface 5.
【0012】優先伝播方向5aを持つ発光面5からの出
射光は、プリズムシート4の内側面4a,4bから入射
し、外側面(光取出面)4eからほぼ正面方向に出射さ
れる。プリズムシート4のプリズム面を外側に向けて配
置した場合にも、類似した反射・屈折作用により、優先
伝播方向を修正することが出来る。Light emitted from the light emitting surface 5 having the preferential propagation direction 5a enters from the inner side surfaces 4a and 4b of the prism sheet 4 and is emitted from the outer side surface (light extraction surface) 4e in a substantially front direction. Even when the prism surface of the prism sheet 4 is arranged outward, the preferential propagation direction can be corrected by similar reflection and refraction actions.
【0013】以上の如き構成を採用することで、サイド
ライト型の面光源装置から明るく均一な照明光を希望す
る方向へ出射させるという技術課題は概ね解決済みであ
ると言って良い。しかし、特願平6−72746号、特
願平6−83717号に添付した各明細書の中で指摘し
たように、例えば液晶ディスプレイのバックライトへの
適用を考えた場合、このような特性だけでは必ずしも満
足出来ない。It can be said that the technical problem of causing the sidelight type surface light source device to emit bright and uniform illumination light in a desired direction by employing the above-mentioned structure is almost solved. However, as pointed out in the specifications attached to Japanese Patent Application Nos. 6-72746 and 6-83717, for example, when considering application to a backlight of a liquid crystal display, only such characteristics are obtained. So I'm not always satisfied.
【0014】即ち、周知の通り、液晶ディスプレイの液
晶表示パネルには、所定方向に偏光成分のみの透過を許
容する偏光板が液晶層を挟んで設けられている一方、上
記従来構成の面光源装置で生成される照明光は偏り(偏
光度)の乏しい通常光であるために、照明光の光エネル
ギの約半分は液晶層の光入射側に配置された偏光子によ
って遮断されてしまい、液晶ディスプレイの表示に寄与
することが出来ない。That is, as is well known, a liquid crystal display panel of a liquid crystal display is provided with polarizing plates that allow transmission of only a polarized component in a predetermined direction with a liquid crystal layer interposed therebetween. Since the illumination light generated in is normal light with little polarization (polarization degree), about half of the light energy of the illumination light is blocked by the polarizer arranged on the light incident side of the liquid crystal layer, and the liquid crystal display Cannot contribute to the display of.
【0015】そこで、本発明者らは、上記先行出願(特
願平6−72746号、特願平6−83717号)で偏
りのある照明光を生成ことの出来る面光源装置を提案し
た。これらの先行出願に係る面光源装置においては、導
光板の発光面(光取出面)側に配置される透光性の偏光
分離板と裏面側に配置される位相差板、複合プリズム面
を有する偏光変換素子によって面光源装置に偏光化機能
を付与することで、上記問題点に対処している。Therefore, the inventors of the present invention have proposed a surface light source device capable of generating uneven illumination light in the above-mentioned prior applications (Japanese Patent Application Nos. 6-72746 and 6-83717). In the surface light source device according to these prior applications, the light guide plate has a light-transmissive polarization separation plate arranged on the light emitting surface (light extraction surface) side, a retardation plate arranged on the back surface side, and a composite prism surface. The above problem is dealt with by imparting a polarization function to the surface light source device by means of a polarization conversion element.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】このような改良によ
り、かなりの程度まで偏光化機能を面光源装置に与える
ことに成功したが、導光板の裏面側で偏光変換素子によ
って行なわれる偏光化に関して、未だ改善されなければ
ならない余地が残されている。即ち、上記改良型の面光
源装置では、偏光変換素子に対する入射角が大きく傾斜
しているために、偏光変換素子の本来の偏光化機能が十
分に発揮されない点に先ず問題がある。With such an improvement, it has succeeded in giving the surface light source device a polarization function to a considerable extent, but regarding the polarization performed by the polarization conversion element on the back side of the light guide plate, There is still room for improvement. That is, the above-mentioned improved surface light source device has a problem that the original polarization function of the polarization conversion element is not sufficiently exerted because the incident angle to the polarization conversion element is greatly inclined.
【0017】これは、上記したように指向出射性の導光
板の裏面から出射される光の優先伝播方向は、発光面か
ら出射と同様、法線方向から大きく(60度〜80度程
度)傾斜している故に、偏光変換素子の平坦な光入射面
への入射角も大きく傾斜することが避けられないからで
ある。As described above, the preferential propagation direction of the light emitted from the back surface of the light guide plate having the directional emission property is largely inclined (about 60 to 80 degrees) from the normal direction like the emission from the light emitting surface. Therefore, it is unavoidable that the incident angle on the flat light incident surface of the polarization conversion element is also greatly inclined.
【0018】また、複合プリズム面を有する偏光変換素
子を用いた面光源装置では、この問題点に加えて、偏光
変換素子に無効面(偏光化作用のない領域)が存在する
ことによる偏光化効率の低下や光損失も無視は出来な
い。Further, in the surface light source device using the polarization conversion element having the compound prism surface, in addition to this problem, the polarization conversion efficiency due to the existence of the ineffective surface (the region having no polarization effect) in the polarization conversion element. The decrease of light and the loss of light cannot be ignored.
【0019】そこで、本発明の基本的な目的は、光エネ
ルギの利用効率の低下を抑えながら、より高い効率で偏
光化を達成出来るようにした偏光化機能付面光源装置を
提供することにある。また、本発明は、そのことを通し
て、特に液晶表示装置のバックライトに有利に適用し得
る偏光化機能付面光源装置を提供しようとするものであ
る。Therefore, a basic object of the present invention is to provide a surface light source device with a polarization function capable of achieving polarization with higher efficiency while suppressing a decrease in utilization efficiency of light energy. . In addition, the present invention intends to provide a surface light source device with a polarization function which can be advantageously applied to a backlight of a liquid crystal display device.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明は、楔形状断面を
有する指向出射性の導光板と、該導光板の肉厚端面の近
傍に配置された光供給手段と、導光板の発光面に沿って
延在するように配置され、偏光成分に依存した反射特性
を有する透光性の偏光分離手段と、導光板の発光面と相
反する側の表面に沿って延在するように配置され、導光
板の裏面からの出射光を偏向プリズム溝を形成した入出
力面から入射させ、S偏光成分をP偏光成分に変換した
後、入出力面から導光板の裏面に向けて出射させる偏光
変換素子を用いて面光源装置を構成することで、上記課
題を解決したものである。According to the present invention, a light guide plate having a wedge-shaped cross section and having a directional emission property, a light supply means arranged in the vicinity of a thick end face of the light guide plate, and a light emitting surface of the light guide plate are provided. Is arranged so as to extend along the light-transmitting polarized light separating means having a reflection characteristic depending on the polarization component, and arranged so as to extend along the surface opposite to the light emitting surface of the light guide plate, A polarization conversion element that allows the light emitted from the back surface of the light guide plate to enter from the input / output surface in which the deflection prism groove is formed, converts the S polarization component into the P polarization component, and then outputs the light from the input / output surface toward the back surface of the light guide plate. The above problem is solved by configuring the surface light source device using.
【0021】偏光変換素子の入出力面に形成された偏向
プリズム溝は、導光板の裏面からの出射光の伝播方向を
前記偏光変換素子の厚み方向に転換させるためのもので
あり、偏向プリズム溝は導光板の光入射面の延在方向と
平行に多数形成されている。The deflection prism groove formed on the input / output surface of the polarization conversion element is for converting the propagation direction of the light emitted from the back surface of the light guide plate to the thickness direction of the polarization conversion element. Are formed in parallel with the extending direction of the light incident surface of the light guide plate.
【0022】偏光変換素子は、その裏面側に、S偏光成
分をP偏光成分に変換するための手段として、(1)導
光板の光入射面の延在方向と45度傾斜した方向を向く
ように形成された多数の偏光変換プリズム溝、または、
(2)S偏光成分をP偏光成分に変換するために偏光軸
を導光板の光入射面の延在方向と45度傾斜した方向を
向くように配向配置された4分の1波長板並びに該4分
の1波長板の外側に配置された反射体を備えている。On the back side of the polarization conversion element, as means for converting the S-polarized component into the P-polarized component, (1) it should be oriented in a direction inclined by 45 degrees with respect to the extending direction of the light incident surface of the light guide plate. A number of polarization conversion prism grooves formed in
(2) A quarter-wave plate that is oriented so that its polarization axis is oriented at a direction inclined by 45 degrees with respect to the extending direction of the light incident surface of the light guide plate in order to convert the S polarization component into the P polarization component, and A reflector is provided outside the quarter wave plate.
【0023】導光板に光散乱導光体を使用する場合に
は、該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータE[c
m-1]の値が0.5[cm-1]≦E≦50[cm-1]の範囲
にあると共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相
関関数γ(r)をγ(r)=exp[−r/a](但
し、rは光散乱導光体内の2点間距離)で近似した時の
相関距離a[μm]の値が0.06[μm]≦a≦35
[μm]の範囲にあることが好ましい。また、通常サイ
ズの液晶ディスプレイのバックライトへの適用を考えた
場合には、2.77[cm-1]≦E≦9.24[cm-1]の
範囲にあると共に、0.06[μm]≦a≦7[μm]
の範囲にあることが特に好ましい。When a light-scattering light guide is used for the light guide plate, the effective scattering irradiation parameter E [c
The value of m −1 ] is in the range of 0.5 [cm −1 ] ≦ E ≦ 50 [cm −1 ], and the correlation function γ (r) of the non-uniform refractive index structure that gives the light scattering power is γ ( r) = exp [−r / a] (where r is the distance between two points in the light scattering guide), and the value of the correlation distance a [μm] is 0.06 [μm] ≦ a ≦ 35.
It is preferably in the range of [μm]. In addition, when considering application to a backlight of a normal-sized liquid crystal display, it is in the range of 2.77 [cm −1 ] ≦ E ≦ 9.24 [cm −1 ] and 0.06 [μm ] ≦ a ≦ 7 [μm]
It is particularly preferable that it is in the range.
【0024】照明光の優先伝播方向の修正が必要な場合
には、偏光分離手段の外側に照明光の優先伝播方向を修
正するためのプリズムシートが適宜配置されて良い。When it is necessary to correct the preferential propagation direction of the illuminating light, a prism sheet for modifying the preferential propagating direction of the illuminating light may be appropriately arranged outside the polarized light separating means.
【0025】なお、本発明に言う「楔形状断面を有する
導光板」は、断面形状が単一の楔形をなす導光板に限ら
れるものではなく、2個の楔形を肉薄側で連結した形状
(連結楔形状)をなす導光板をも含んでいる。その場
合、「肉厚端面」は2つ存在し、光供給手段も各肉厚端
面の近傍に配置され、いわゆる両灯式(二灯式とも言
う)の形態をとる。The "light guide plate having a wedge-shaped cross section" referred to in the present invention is not limited to a light guide plate having a single wedge-shaped cross section, and a shape in which two wedge shapes are connected on the thin side ( It also includes a light guide plate having a connection wedge shape. In that case, there are two “thick-walled end faces”, and the light supply means is also arranged in the vicinity of each thick-walled end face, and has a so-called double-lamp type (also referred to as a dual-lamp type).
【0026】[0026]
【作用】本発明の面光源装置においては、指向出射性の
導光板、偏光成分に依存した反射特性を有する偏光分離
手段並びに偏向プリズム面を備えた偏光変換素子を組み
合わせる構成によりリサイクル的な偏光化プロセスが高
効率で達成される。従って、高いエネルギ利用効率を以
て偏光化された照明光の生成が可能になる。In the surface light source device of the present invention, recycling light is polarized by a combination of a directional light guide plate, a polarization separating means having a reflection characteristic depending on a polarization component, and a polarization conversion element having a deflecting prism surface. The process is achieved with high efficiency. Therefore, it is possible to generate polarized illumination light with high energy utilization efficiency.
【0027】また、その出射光束に明瞭な指向性が保存
されているから、プリズム作用を利用したプリズムシー
トを付加的に利用することによって、所望の方向に伝播
する偏光化光束を生成させることが出来る。このような
特性は、液晶表示装置のバックライトとして用いた際に
極めて有利であり、液晶ディスプレイの表示品位を格段
に向上させ、省電力性を大幅に改善させる。Further, since the outgoing light flux has a clear directivity, it is possible to generate a polarized light flux propagating in a desired direction by additionally utilizing a prism sheet utilizing a prism action. I can. Such characteristics are extremely advantageous when used as a backlight of a liquid crystal display device, which significantly improves the display quality of the liquid crystal display and significantly improves the power saving property.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】本発明は、入射角調整用の偏向プ
リズム溝を形成した入出力面を備えた偏光変換素子を導
光板の裏面側に配置した点に基本的な特徴がある。そし
て、本発明では、このような偏光変換素子として2種類
の特徴ある形態を提案している。偏光変換素子の第1の
形態では、「傾斜プリズム溝の内部反射」が偏光変換に
利用される。また、第2の形態では、「位相差板(4分
の1波長板)内部の往復伝播時の偏光成分間の位相差
(レターデイション)」が偏光変換に利用される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is basically characterized in that a polarization conversion element having an input / output surface having a deflection prism groove for adjusting an incident angle is arranged on the back side of a light guide plate. Then, the present invention proposes two types of characteristic forms as such a polarization conversion element. In the first form of the polarization conversion element, “internal reflection of the inclined prism groove” is used for polarization conversion. Further, in the second embodiment, “the phase difference (retardation) between the polarization components during the round-trip propagation inside the phase difference plate (quarter wave plate)” is used for the polarization conversion.
【0029】そこで、本明細書では、先ず第1の形態の
偏光変換素子を用いた第1の実施形態について、面光源
装置の全体を説明し、次いで、第2の形態の偏光変換素
子を用いた第2の実施形態について第2の形態の偏光変
換素子に関連した部分を中心に説明することにする。Therefore, in this specification, first, the entire surface light source device will be described for the first embodiment using the polarization conversion element of the first mode, and then the polarization conversion element of the second mode will be used. The second embodiment will be described focusing on the portion related to the polarization conversion element of the second embodiment.
【0030】図2は本発明の第1の実施形態に係る面光
源装置の概略構造を断面図で表わしたものである。この
面光源装置は、図1に示した従来構造を改良し、効率的
な偏光化機能が発揮されるようにしたものであり、両者
に共通した要素については、適宜同じ符号で指示した。FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of the surface light source device according to the first embodiment of the present invention. This surface light source device is an improvement of the conventional structure shown in FIG. 1 so that an efficient polarization function is exhibited, and elements common to both are designated by the same reference numerals as appropriate.
【0031】同図において、符号1は楔形断面形状を有
する指向出射性の光散乱導光体からなる導光板を表わし
ており、ここではその材料としてポリメチルメタクリレ
ート(PMMA;屈折率1.492)中にシリコーン系
樹脂材料粒子(東芝シリコーン製;トスパール120、
屈折率=1.4345)を0.01wt%の割合で一様
に分散させたものが使用されている。In the figure, reference numeral 1 represents a light guide plate composed of a directional emission light-scattering light guide having a wedge-shaped cross-section, and here, the material thereof is polymethylmethacrylate (PMMA; refractive index 1.492). Silicone resin material particles (made by Toshiba Silicone; Tospearl 120,
A material in which a refractive index of 1.4345) is uniformly dispersed at a ratio of 0.01 wt% is used.
【0032】一般には、指向出射性の導光板1に光散乱
導光体を使用する場合、有効散乱照射パラメータEの値
が0.5[cm-1]〜50[cm-1]の範囲にあることが好
ましい。Generally, when a light-scattering light guide is used for the directional emission light guide plate 1, the value of the effective scattering irradiation parameter E is in the range of 0.5 [cm -1 ] to 50 [cm -1 ]. Preferably there is.
【0033】また、導光板1に十分な指向性を与えるた
めに好ましい範囲は、デバイの散乱理論に言う相関距離
aの値が、0.06[μm]以上である。指向性の観点
からは、相関距離aの上限は特に無いが、実際的な一つ
の値として35[μm]を挙げることが出来る。なお、
有効散乱照射パラメータE、相関距離aについては、後
に補足説明を行なう。A preferred range for giving sufficient directivity to the light guide plate 1 is that the value of the correlation distance a according to Debye's scattering theory is 0.06 [μm] or more. From the viewpoint of directivity, there is no particular upper limit of the correlation distance a, but one practical value is 35 [μm]. In addition,
The effective scattering irradiation parameter E and the correlation distance a will be supplemented later.
【0034】導光板1のサイズは、光源素子L側から見
た奥行方向(図中左右方向)の長さが180mm、幅が
135mmとし、厚さを光入射面2側の端部で2.5m
m、末端部7で0.5mmとした。なお、導光板1に楔
形のものを使用する場合、発光面5と裏面6のなす角度
は、0.5度〜6度程度とすることが実際的である。The size of the light guide plate 1 is 180 mm in length in the depth direction (horizontal direction in the figure) when viewed from the light source element L side and 135 mm in width, and the thickness is 2. at the end on the light incident surface 2 side. 5m
m and 0.5 mm at the end portion 7. When the wedge-shaped light guide plate 1 is used, it is practical that the angle formed by the light emitting surface 5 and the back surface 6 is about 0.5 to 6 degrees.
【0035】光源素子lとしては、直径2.4mmの直
管形の冷陰極管(以下、単に「ランプL」と言う。)を
使用し、入射面2から1mm離して配置した。このラン
プLから右方に向かって光を入射させ、発光面5から指
向性の光を取り出す配置とした。また、符号Rは入射面
2からの入射光量を高める為に適宜配置される反射体
で、ここでは銀箔製シートRが光源Lを背後側から取り
囲むように配置されている。As the light source element 1, a straight tube type cold-cathode tube having a diameter of 2.4 mm (hereinafter, simply referred to as "lamp L") was used, and it was arranged 1 mm away from the incident surface 2. Light is incident from the lamp L to the right and directional light is extracted from the light emitting surface 5. Reference symbol R is a reflector that is appropriately arranged to increase the amount of incident light from the incident surface 2, and here, the silver foil sheet R is arranged so as to surround the light source L from the rear side.
【0036】導光板1の裏面6側には、薄い空気層AR
1を挟んで、両面プリズム型の偏光変換素子10が配置
されている。この偏光変換素子10は、導光板1の裏面
6から出射される光を入力光として受け入れ、偏光変換
された出力光を導光板1の裏面6へ向けて再帰させる機
能を有する機能素子で、その構造及び作用の詳細につい
ては後述する。On the back surface 6 side of the light guide plate 1, a thin air layer AR
A double-sided prism type polarization conversion element 10 is disposed with 1 interposed therebetween. The polarization conversion element 10 is a functional element having a function of receiving light emitted from the back surface 6 of the light guide plate 1 as input light and returning the polarization-converted output light toward the back surface 6 of the light guide plate 1. Details of the structure and operation will be described later.
【0037】一方、空気層AR2を挟んで導光板1の発
光面5と対向する位置には偏光分離板8が配置され、更
にその外側には空気層AR2を挟んでプリズムシート4
が配置されている。符号4eは、プリズムシート4の光
取出面であり、面光源装置としての光出射面でもある。
この面光源装置を液晶表示装置のバックライト光源とし
て使用する場合には、プリズムシート4の更に外側に液
晶表示パネルが配置される。On the other hand, a polarization separation plate 8 is arranged at a position facing the light emitting surface 5 of the light guide plate 1 with the air layer AR2 sandwiched therebetween, and the prism sheet 4 is further provided outside thereof with the air layer AR2 sandwiched therebetween.
Is arranged. Reference numeral 4e is a light extraction surface of the prism sheet 4 and also a light emission surface as a surface light source device.
When this surface light source device is used as a backlight light source of a liquid crystal display device, a liquid crystal display panel is arranged further outside the prism sheet 4.
【0038】偏光分離板8は偏光成分(P偏光成分とS
偏光成分)による反射率の差を利用してP偏光成分とS
偏光成分を分離する素子である。偏光分離板8には、い
くつかの種類があるが、ここでは先ず透明な光学材料か
らなる板状体(光学ガラス;BK−7[屈折率1.51
63],厚さ1mm)を使用した場合について説明す
る。空気層AR2の屈折率n0 =1として、偏光分離板
8のブリュースター角の値は56.60度となる。な
お、偏光分離板8の他の例については後述する。The polarization separation plate 8 has a polarization component (P polarization component and S component).
P polarization component and S
It is an element that separates polarized components. There are several types of the polarization separation plate 8, but here, first, a plate-shaped body (optical glass; BK-7 [refractive index 1.51
63] and a thickness of 1 mm) will be described. When the refractive index n0 of the air layer AR2 is 1, the Brewster angle of the polarization separation plate 8 is 56.60 degrees. Other examples of the polarization separation plate 8 will be described later.
【0039】以下、このような概略構成を持つ面光源装
置について、更に細部の構成と機能について説明する。
説明の都合上、記述を次の二つの部分に分ける。 I.偏光分離板8と導光板1の作用に基づいた偏光化機
能並びにプリズムシートの光出射方向修正機能 II.偏光変換素子10の構造と機能。The detailed structure and function of the surface light source device having such a schematic structure will be described below.
For convenience of explanation, the description is divided into the following two parts. I. Polarization function based on the actions of the polarization separation plate 8 and the light guide plate 1 and the light emission direction correction function of the prism sheet II. Structure and function of the polarization conversion element 10.
【0040】[I]偏光分離板8と導光板1の作用に基
づいた偏光化機能並びにプリズムシートの光出射方向修
正機能 図2において、光源Lの放射光及び反射体Rからの反射
光は、光入射面2から導光板1の内部に進入し、導光板
1内部の屈折率不均一構造(ここでは、異屈折率粒子)
による散乱を受けながら、導光板1の末端部7に向けて
導光される。その過程において発光面5から徐々に指向
性の光が出射される。前述したように、指向性の中心角
度(代表光線C0 の出射角)は一般には発光面5に立て
た法線H0 から測って約60度〜の80度程度の範囲に
ある。本例では65前後の方向に強い出射光が得られる
ので、発光面5からの出射光を代表する代表光線C0 の
出射角φ=65度とする。[I] Polarizing function based on the action of the polarization separating plate 8 and the light guide plate 1 and the light emitting direction correcting function of the prism sheet. In FIG. 2, the emitted light of the light source L and the reflected light from the reflector R are: A structure with a non-uniform refractive index inside the light guide plate 1 entering the inside of the light guide plate 1 from the light incident surface 2 (here, modified refractive index particles)
The light is guided toward the end portion 7 of the light guide plate 1 while being scattered by. In the process, directional light is gradually emitted from the light emitting surface 5. As described above, the central angle of directivity (the emission angle of the representative ray C0) is generally in the range of about 60 degrees to about 80 degrees measured from the normal line H0 standing on the light emitting surface 5. In this example, strong outgoing light is obtained in the direction of about 65, so the outgoing angle φ of the representative ray C0 representing the outgoing light from the light emitting surface 5 is set to φ = 65 degrees.
【0041】図3は、代表光線C0 を用いて偏光分離板
8の偏光化機能について説明する図である。同図に示し
たように、導光板1の発光面5から出射された代表光線
C0は、空気層AR2を直進して偏光分離板8の下面8
aに入射し、偏光分離板8内に進入する光線C1 と反射
して再び導光板1に向かう光線C2 に分割される。光線
C1 は面8aで屈折し、偏光分離板8内を直進し、偏光
分離板8の上面8bに至り、外部出射光線C3 と内部反
射光線C4 に分割される。内部反射光線C4 は更に下面
8aに戻り、再度内部反射光線C7 と空気層AR2へ進
む光線C8 に分割される。内部反射光線C7 は上面8b
で、再度外部出射光線C9 と内部反射光線C10に分割さ
れる。以下、内部反射光線は同様の過程を繰り返す。FIG. 3 is a diagram for explaining the polarization function of the polarization separation plate 8 using the representative ray C0. As shown in the figure, the representative ray C0 emitted from the light emitting surface 5 of the light guide plate 1 goes straight through the air layer AR2 and the lower surface 8 of the polarization separation plate 8 is shown.
It is split into a light ray C1 which is incident on a and which enters the polarization separation plate 8 and a light ray C2 which is reflected and again travels to the light guide plate 1. The light ray C1 is refracted at the surface 8a, travels straight in the polarization separation plate 8, reaches the upper surface 8b of the polarization separation plate 8, and is split into an external emission light ray C3 and an internally reflected light ray C4. The internally reflected light ray C4 further returns to the lower surface 8a, and is again split into an internally reflected light ray C7 and a light ray C8 which travels to the air layer AR2. The internally reflected ray C7 is the upper surface 8b.
Then, it is again divided into an externally emitted light ray C9 and an internally reflected light ray C10. Thereafter, the same process is repeated for the internally reflected ray.
【0042】これに対して、空気層AR2を導光板1へ
向かって直進する光線C2 及びC8は、発光面5で導光
板1内に再入射する光線C11,C13と反射光線C12,C
14に分割される。反射光線C12,C14は再度偏光分離板
8へ向い、C0 と同様の経路を辿る。On the other hand, the light rays C2 and C8 traveling straight through the air layer AR2 toward the light guide plate 1 are the light rays C11, C13 and the reflected light rays C12, C re-incident in the light guide plate 1 at the light emitting surface 5.
Divided into 14 The reflected light rays C12 and C14 head toward the polarization separation plate 8 again and follow the same path as C0.
【0043】このような多重反射/透過のプロセスを通
して、光線C0 の光エネルギも各界面5,8a,8bに
おいて反射光線と透過光線に分割・分配されるが、その
分配割合はP偏光成分とS偏光成分とで大きく異なって
いる。また、偏光分離板8を構成する厚さ1mmのBK
−7板の内部光線透過率は99.9%以上であり、その
吸収損失は無視出来る程小さい。そこで、光線C0 をP
偏光成分のエネルギとS偏光成分のエネルギを100づ
つ等量に有する偏光度0の自然光とした場合の各光線C
1 〜C14の偏光成分別エネルギ量を計算し、その結果を
図中に併記した。Through this multiple reflection / transmission process, the light energy of the light ray C0 is also divided and distributed into the reflected light rays and the transmitted light rays at the interfaces 5, 8a and 8b. The polarization component is very different. In addition, the BK having a thickness of 1 mm that constitutes the polarization separation plate 8
The internal light transmittance of the -7 plate is 99.9% or more, and its absorption loss is so small that it can be ignored. Therefore, let the ray C0 be P
Each light ray C in the case where natural light having a polarization degree of 0, which has 100 parts of the energy of the polarization component and 100 parts of the energy of the S polarization component, is used.
The amount of energy for each polarized component of 1 to C14 was calculated, and the results are also shown in the figure.
【0044】例えば、光線C0 がC1 とC2 と分割され
る際には、P偏光成分の透過率は極めて高く98.8%
を示すが、S偏光成分の透過率は76.6%しかない。
従って、光線C2 は殆どS偏光成分のみに偏光した光と
なっている。即ち、BK−7のブリュースター角56.
60度から10度程度ずれた範囲では、近似的にブリュ
ースター角条件が満たされていると言うことができ、反
射光線C2 のS偏光率は極めて高い(もし、C0 の入射
角がブリュースター角56.60度に一致すれば、反射
光線C2 のS偏光率は当然100%となる)。For example, when the light ray C0 is split into C1 and C2, the transmittance of the P-polarized component is extremely high and 98.8%.
However, the transmittance of the S-polarized component is only 76.6%.
Therefore, the light ray C2 is almost exclusively S-polarized light. That is, BK-7 Brewster angle 56.
It can be said that the Brewster angle condition is approximately satisfied in the range deviated from 60 degrees to 10 degrees, and the S polarization of the reflected ray C2 is extremely high (if the incident angle of C0 is the Brewster angle). If it coincides with 56.60 degrees, the S-polarization rate of the reflected ray C2 is naturally 100%).
【0045】光線C1 が偏光分離板8の上面8bに入射
した際の偏光成分別反射率も、P偏光成分1.2%、S
偏光成分23.4%となる。従って、外部に出射される
光線C3 の偏光成分別エネルギ量はP偏光成分97.
6、S偏光成分58.7であり、相当程度の偏光度を有
していることが判る。同様の計算をC4 以下について行
なった値は図中に示されている。それらの数値から明か
な如く、光線分割が繰り返されるにつれて、P,S各偏
光成分のエネルギ量が急激に減少するので、図3に示し
た光線C3 とC9 から近似的に外部出射光の偏光成分別
エネルギ量を見積ると、P偏光成分=97.6、S偏光
成分=61.9となる。The reflectance for each polarization component when the light ray C1 is incident on the upper surface 8b of the polarization separation plate 8 is P polarization component 1.2%, S
The polarization component becomes 23.4%. Therefore, the amount of energy of the light ray C3 emitted to the outside by polarization component is 97.
6, the S-polarized component is 58.7, and it can be seen that it has a considerable degree of polarization. Values obtained by performing the same calculation for C4 and below are shown in the figure. As is clear from these values, the energy amount of each of the P and S polarization components sharply decreases as the ray division is repeated. Therefore, the polarization components of the externally emitted light from the light rays C3 and C9 shown in FIG. Estimating the different amounts of energy, P polarization component = 97.6 and S polarization component = 61.9.
【0046】このように、図3に示された光線のみを考
慮した場合でも、相当程度に偏光化された出射光束が得
られていることが判るが、偏光分離板8から導光板に戻
される光(以下、戻り光と言う。)が再利用されるプロ
セスにより、偏光化機能が更に強化される。As described above, even when only the light rays shown in FIG. 3 are taken into consideration, it can be seen that a considerably polarized polarized light beam is obtained, but the light beam is returned from the polarization separation plate 8 to the light guide plate. The polarization function is further enhanced by the process in which light (hereinafter referred to as return light) is reused.
【0047】図3の例で言えば、光線C11とC13に付記
された数値に示したように、戻り光はほぼ完全にS偏光
となっている。この戻り光は、導光板1による散乱、反
射作用や後述する偏光変換素子10による偏光化のプロ
セスを経た上で、その多くの部分が発光面5から出射さ
れる。その際の出射指向性を考察してみると、入射面2
から入射した場合程ではないが、全体としては図3で右
方に向かう弱い指向性は保存されていると考えられる。
従って、この発光面5からの再出射光の挙動も上記説明
した代表光線C0 の挙動とある程度類似したものと考え
られる。In the example of FIG. 3, the return light is almost completely S-polarized, as indicated by the numerical values attached to the rays C11 and C13. The returned light is scattered and reflected by the light guide plate 1 and polarized by the polarization conversion element 10 which will be described later, and most of the returned light is emitted from the light emitting surface 5. Considering the emission directivity at that time, the incident surface 2
It is considered that the weak directivity to the right in FIG. 3 is preserved as a whole, though not as much as when incident from
Therefore, it is considered that the behavior of the re-emitted light from the light emitting surface 5 is similar to the behavior of the representative ray C0 described above to some extent.
【0048】ところで、大半がS偏光成分からなる光線
C11(S偏光成分18.2)やC13(S偏光成分10.
6)は、導光板内で上記散乱、反射等のプロセスを経る
ことによってその偏光方向が乱されることになる。これ
を偏光スクランブル効果と呼ぶことにすると、この偏光
スクランブル効果により、C11あるいはC13に由来する
発光面5からの出射光のS偏光度はかなり低下させられ
る。By the way, rays C11 (S-polarized component 18.2) and C13 (S-polarized component 10.
In 6), the polarization direction is disturbed by undergoing the processes such as scattering and reflection in the light guide plate. If this is called the polarization scrambling effect, the S polarization degree of the light emitted from the light emitting surface 5 originating from C11 or C13 is considerably lowered by this polarization scrambling effect.
【0049】もし、偏光スクランブル効果が完全であ
り、無損失で発光面5から再出射されると仮定すれば、
そのエネルギ量は、C11由来分についてP偏光成分9.
1、S偏光成分9.1であり、C13由来分については、
P偏光成分5.3、S偏光成分5.3となる。If it is assumed that the polarization scrambling effect is perfect and the light is re-emitted from the light emitting surface 5 without loss,
The amount of energy is the P-polarized component 9.
1, S-polarized component 9.1, and C13-derived component,
The P-polarized component 5.3 and the S-polarized component 5.3 are obtained.
【0050】両者を加算すると、P偏光成分=14.
4、S偏光成分=14.4となる。この光がC0 と同様
の履歴を経るものとすれば、(14.4/100)×9
7.6=14.1のエネルギ量が偏光分離板8の上面8
bからの出射光束のP偏光成分に加算される。従って、
このモデルから近似的に評価される最終的なP偏光成分
エネルギ量は97.6+14.1=111.7となる。
また、S偏光成分エネルギ量は61.9+(61.9/
100)×14.1=70.6となる。When both are added, the P-polarized component = 14.
4, S-polarized component = 14.4. If this light goes through the same history as C0, then (14.4 / 100) × 9
The energy amount of 7.6 = 14.1 is the upper surface 8 of the polarization separation plate 8.
It is added to the P-polarized component of the light flux emitted from b. Therefore,
The final amount of energy of the P-polarized component estimated approximately from this model is 97.6 + 14.1 = 11.1.
Further, the energy amount of S-polarized component is 61.9+ (61.9 /
100) × 14.1 = 70.6.
【0051】即ち、導光板1の発光面5から出射された
光束の一部がS偏光化されて戻り光となり、その少なく
とも一部が導光板1内で無偏光化されて導光板1の発光
面5から再出射され、再度偏光分離板によるS偏光排除
作用を受けるという、リサイクル的な偏光化過程が取り
入れられている。それ故、上記事例で説明した如く、少
なくとも原理的には、自然光に含まれるP偏光成分を1
00%以上に増幅する作用を果たさせることも可能であ
る。That is, a part of the light flux emitted from the light emitting surface 5 of the light guide plate 1 is S-polarized to return light, and at least a part of the light is depolarized in the light guide plate 1 to emit light. A recyclable polarization process in which the light is re-emitted from the surface 5 and is again subjected to the S-polarized light elimination action by the polarization separation plate is introduced. Therefore, as explained in the above case, at least in principle, the P-polarized component included in natural light is reduced to 1
It is also possible to achieve the effect of amplifying to more than 00%.
【0052】このようなP偏光成分の富化作用は、後述
する偏光変換素子10の偏光変換作用によって更に強化
される。なお、上記第1の実施形態の説明では導光板1
の(初回の)出射光を出射角65度のC0 で代表させた
が、出射角の条件が多少変化したとしても現象の本質は
殆ど変化しない。図4は、これを理解する為のグラフ
で、横軸にBK−7板への入射角(=発光面5からの出
射角)をとり、縦軸にP,S各偏光成分の1回透過の透
過率(8bからの全出射エネルギ/8aへの全入射エネ
ルギ;戻り光の再入射は考えない。)をとったものであ
る。The enrichment action of the P-polarized component is further enhanced by the polarization conversion action of the polarization conversion element 10 described later. In the description of the first embodiment, the light guide plate 1
The (first) emitted light is represented by C0 with an emission angle of 65 degrees, but the essence of the phenomenon hardly changes even if the conditions of the emission angle change to some extent. FIG. 4 is a graph for understanding this, in which the horizontal axis represents the incident angle to the BK-7 plate (= the exit angle from the light emitting surface 5) and the vertical axis represents the single transmission of each of the P and S polarization components. (Total emission energy from 8b / total incident energy to 8a; re-incident of returning light is not considered).
【0053】グラフから判るように、65度〜80度の
ほぼ全域に亙ってP偏光成分の透過率は高い値を示し、
且つ、S偏光成分の透過率を約20%以上上回ってい
る。従って、発光面5からの出射光束の伝播方向に多少
の拡がりあるいはずれがあっても、上記説明の本質的な
部分に変更を要しないことは明らかである。As can be seen from the graph, the transmittance of the P-polarized component shows a high value over almost the entire range of 65 to 80 degrees.
Moreover, it exceeds the transmittance of the S-polarized component by about 20% or more. Therefore, it is clear that the essential part of the above description does not need to be changed even if there is some spread or deviation in the propagation direction of the light flux emitted from the light emitting surface 5.
【0054】ところで、上記偏光化のプロセスの説明か
らも判るように、代表光線C0 の大きな出射角(上記例
では、65度)で特徴付けられる出射光の指向性は、偏
光分離手段8からの出射光についても強く残っている。
そこで、正面方向あるいはこれに近い方向に光を出射す
る面光源装置が求められる場合には、偏光分離手段8か
らの出射光について優先伝播方向を修正する必要があ
る。By the way, as can be seen from the description of the polarization process, the directivity of the emitted light, which is characterized by a large emission angle (65 degrees in the above example) of the representative light beam C0, from the polarization separation means 8. The emitted light remains strong.
Therefore, when a surface light source device that emits light in the front direction or a direction close to the front direction is required, it is necessary to correct the preferential propagation direction of the emitted light from the polarization splitting means 8.
【0055】偏光分離板8の外側に配置されるプリズム
シート4は、このような要求が生じた時に使用されるも
ので、プリズム作用を通して偏光分離板8の光出射面8
bから出射される指向性の光束の伝播方向を正面方向に
修正する機能を有している。以下、図5(A),(B)
を参照図に加えて、このプリズムシートの光出射方向修
正機能について説明する。The prism sheet 4 arranged on the outer side of the polarization separation plate 8 is used when such a demand occurs, and the light exit surface 8 of the polarization separation plate 8 is subjected to the prism action.
It has a function of correcting the propagation direction of the directional light flux emitted from b to the front direction. Hereinafter, FIG. 5 (A), (B)
In addition to the reference diagram, the function of correcting the light emitting direction of the prism sheet will be described.
【0056】図5(A)は、プリズムシートの典型的な
構造と配置を説明する図、図5(B)は変形型の配置を
示したものであり、両図は図2、図3に示した配置にお
ける偏光分離板及びプリズムシートの周辺部分を抽出拡
大した断面図に、光線C3 ,C9 の追跡経路を併記した
形で提示されている。両図において、プリズムシート
4,4’は、例えばポリカーボネート(PC;屈折率n
pr=1.59)のような光学材料からなり、一方の面に
多数のプリズム面4a,4b(頂角θpr)あるいは4’
a,4’b(頂角θ'pr )が形成されている。プリズム
シート4,4’は、そのプリズム形成面を図5(A)の
ように光入射面とするか、逆に図5(B)のように光取
出面として使用する。FIG. 5 (A) is a diagram for explaining a typical structure and arrangement of the prism sheet, and FIG. 5 (B) shows a modified arrangement, both of which are shown in FIGS. The traced paths of the light rays C3 and C9 are also shown in a sectional view in which the peripheral portions of the polarization separation plate and the prism sheet in the arrangement shown are extracted and enlarged. In both figures, the prism sheets 4 and 4'are made of, for example, polycarbonate (PC; refractive index n
pr = 1.59) and has a large number of prism surfaces 4a, 4b (vertical angle θpr) or 4'on one surface.
a, 4'b (vertical angle θ'pr) are formed. The prism forming surfaces of the prism sheets 4 and 4'are used as a light incident surface as shown in FIG. 5A or conversely used as a light extraction surface as shown in FIG. 5B.
【0057】先ず、図5(A)において、偏光分離板8
の光取出面8bに対して65度の出射角で出射されるよ
うに描かれているC3 ,C9 は、前記の図3の関連説明
から、前記代表光線C0 に由来して偏光分離板8から出
射される光束を近似的に代表しているものと考えること
が出来る。これら代表光線C3 ,C9 は、空気層9(屈
折率n0 =1.0)を直進した後、プリズムシート4の
プリズム面4aに垂直に近い角度で入射する。First, referring to FIG. 5A, the polarization separation plate 8
C3 and C9, which are drawn so as to be emitted at an emission angle of 65 degrees with respect to the light extraction surface 8b, are derived from the representative ray C0 from the polarization separation plate 8 from the related description of FIG. It can be considered that the emitted light beam is approximately representative. These representative rays C3 and C9 travel straight through the air layer 9 (refractive index n0 = 1.0) and then enter the prism surface 4a of the prism sheet 4 at an angle close to vertical.
【0058】プリズム面4aと相反する側のプリズム面
4bに入射する光量の割合は相対的に小さいと考えて良
いから、代表光線C3 ,C9 はプリズム面4bまでほぼ
直進して正反射され、プリズムシート4の平坦な光取出
面4eに対して垂直に近い角度で入射し、該面4eから
垂直方向に近い角度で出射する照明光束Dとなる。Since it can be considered that the ratio of the amount of light incident on the prism surface 4b opposite to the prism surface 4a is relatively small, the representative rays C3 and C9 travel straight to the prism surface 4b and are specularly reflected. The illumination light flux D is incident on the flat light extraction surface 4e of the sheet 4 at an angle close to vertical, and is emitted from the surface 4e at an angle close to vertical.
【0059】入射側のプリズム面4aの傾斜角θa を、
光束C3 ,C9 がほぼ垂直に入射するように設定すると
共に(ここではθa =25度)、他方のプリズム面4b
の傾斜角θb を内部反射光が平坦な光取出面4eにほぼ
垂直に入射するように設定すれば(ここではθb =65
度/2=2.5度)、照明光束Dの方向を垂直方向によ
り正確に一致させることが出来る。このように、プリズ
ム面の形成角度を適当に選択することを通して、照明光
束Dの方向特性を調整することが可能である。The inclination angle θa of the prism surface 4a on the incident side is
The light beams C3 and C9 are set so as to be incident almost vertically (here, θa = 25 degrees), and the other prism surface 4b is used.
Is set so that the internally reflected light enters the flat light extraction surface 4e almost vertically (here, θb = 65).
(Degree / 2 = 2.5 degrees), the direction of the illumination light flux D can be more accurately matched to the vertical direction. In this way, it is possible to adjust the directional characteristics of the illumination light flux D by appropriately selecting the formation angle of the prism surface.
【0060】次に、図5(B)では、プリズムシート
4’をそのプリズム面4’a,4’bが外側に向く配置
とした場合について、代表光線C3 ,C9 の挙動が断面
図で描かれている。図5(A)の場合と同様に、代表光
線C3 ,C9 は、空気層AR2(屈折率n0 =1.0)
を直進した後、プリズムシート4’の平坦面4’cに対
して傾斜した角度で入射し、上方に向けて屈折され、そ
の大半は反対側のプリズム面4’a,4’bから垂直に
近い角度で照明光束D’として出射される。プリズムシ
ート4’を構成する材料の屈折率やプリズム面4’a,
4’bの傾斜角θa',θ'bの値によっては、プリズム面
4’aから一旦空気中に出射された上で対向するプリズ
ム面4’bで正反射されて正面方向へ向かう光路が利用
される場合もある。Next, in FIG. 5B, the behavior of the representative rays C3 and C9 is depicted in a sectional view in the case where the prism sheet 4'is arranged so that its prism surfaces 4'a and 4'b face outward. Has been. Similar to the case of FIG. 5 (A), the representative rays C3 and C9 have an air layer AR2 (refractive index n0 = 1.0).
After going straight on, the light enters at a slanted angle with respect to the flat surface 4'c of the prism sheet 4'and is refracted upward, most of which is perpendicular to the opposite prism surface 4'a, 4'b. It is emitted as an illumination light flux D ′ at a close angle. The refractive index of the material forming the prism sheet 4'and the prism surface 4'a,
Depending on the values of the inclination angles θa ′ and θ′b of 4′b, an optical path that is emitted from the prism surface 4′a once into the air and then specularly reflected by the opposing prism surface 4′b and heading in the front direction is obtained. It may be used.
【0061】このように、図2の配置に、図5(A),
(B)いずれの配置を適用した場合にも、偏光分離板8
からの出射光の方向特性やプリズムシートを構成する材
料と関連させて各プリズム面の傾斜角等を適当に選択す
ることにより、相当程度の範囲に亙って光の出射方向を
制御出来る。Thus, in the arrangement of FIG. 2, as shown in FIG.
(B) Whichever arrangement is applied, the polarization separation plate 8
By appropriately selecting the inclination angle of each prism surface and the like in relation to the directional characteristics of the light emitted from the light source and the material forming the prism sheet, the light emission direction can be controlled over a considerable range.
【0062】なお、プリズムシート4,4’は、図示し
たように列状にプリズム面が形成されたものに限らず、
他の型のものを使用しても良い。例えば、3角錐状ある
いはドーム状の突起群を分布させたフィルム、かまぼこ
形断面を有する列状凸部を有する板状素子等が考えられ
る。また、複数枚重ねて使用することも可能である。The prism sheets 4 and 4'are not limited to those in which the prism surfaces are formed in rows as shown in the drawing.
Other types may be used. For example, a film in which protrusions having a triangular pyramid shape or a dome shape are distributed, a plate-shaped element having columnar convex portions having a semicylindrical cross section, and the like are conceivable. It is also possible to stack and use a plurality of sheets.
【0063】偏光分離板8の形態についても、上記説明
したような単一の透明板以外に種々のものがあり、本発
明ではいずれの型のものを使用しても構わない。ここ
で、他の型の偏光分離板のいくつかの例について述べて
おく(詳しくは、前記先行出願、特願平6−72746
号、特願平6−83717号に添付された明細書及び図
面を参照)。There are various types of the polarization separating plate 8 other than the single transparent plate described above, and any type may be used in the present invention. Here, some examples of other types of polarization separation plates will be described (for details, the above-mentioned prior application, Japanese Patent Application No. 6-72746).
No., Japanese Patent Application No. 6-83717, see the description and drawings attached thereto).
【0064】(1)上記説明したような透明板を2枚以
上重ねて配置する形態。例えば、2枚の板厚1mmのP
MMA(ポリメチルメタクリレート;屈折率1.49
2、ブリュースター角=56.17度;内部透過の吸収
損失は0.01%以下で、BK−7の場合と同様、無視
出来る。)の板状部材を適当なスペーサを挟んで0.5
mm離隔配置したものを偏光分離板8として使用する。(1) A form in which two or more transparent plates as described above are arranged in an overlapping manner. For example, two P plates with a thickness of 1 mm
MMA (polymethylmethacrylate; refractive index 1.49
2, Brewster angle = 56.17 degrees; absorption loss of internal transmission is 0.01% or less, which can be ignored as in the case of BK-7. ) Plate-shaped member of 0.5) with an appropriate spacer in between
The ones separated by mm are used as the polarization separation plate 8.
【0065】(2)偏光分離板の断面形状(特に、光入
射面)を波形として、光入射時のブリュースター角条件
の満足度をより向上させるよう工夫を加えた形態。(2) A form in which the cross-sectional shape of the polarization separation plate (particularly, the light incident surface) is formed into a waveform so that the satisfaction of the Brewster angle condition at the time of light incidence is further improved.
【0066】(3)偏光分離板として異屈折率材料から
なる多層膜を利用する形態。本形態については、図6を
参照して偏光分離機能をやや詳しく説明しておく。(3) A mode in which a multilayer film made of a modified refractive index material is used as the polarization separation plate. In this embodiment, the polarization separation function will be described in some detail with reference to FIG.
【0067】図6は、図3と同様の形式で、多層膜を利
用した偏光分離板の機能を説明する図である。但し、本
例では導光板1からの出射光の出射角がやや高角度側
(寝た方向)にずれた場合を想定し、70度の出射角を
持つ代表光線D0 で代表される状態にあるものとして説
明を行なう(優先伝播方向は、導光板1の基材の屈折率
や相関距離aの値等によって多少の変動があることに注
意)。FIG. 6 is a diagram for explaining the function of a polarization separation plate using a multilayer film in the same format as FIG. However, in this example, assuming that the emission angle of the emission light from the light guide plate 1 is shifted to a slightly higher angle side (sleeping direction), the state is represented by the representative ray D0 having the emission angle of 70 degrees. The description will be given assuming that the preferential propagation direction is slightly changed depending on the refractive index of the base material of the light guide plate 1 and the value of the correlation distance a.
【0068】多層膜型偏光分離板は、各隣り合う層の材
料に屈折率の異なる透明材料を使用するという条件で、
数層(原理的には最低2層)〜数10層の薄膜を積層形
成した構造を有する。図6にはその3層分の断面と代表
光線D0 の主要光路が示されている。In the multilayer film type polarization separation plate, transparent materials having different refractive indexes are used for the materials of adjacent layers,
It has a structure in which thin films of several layers (in principle, at least two layers) to several tens layers are laminated. FIG. 6 shows the cross sections of the three layers and the main optical path of the representative ray D0.
【0069】多層膜型偏光分離板18は、入射側から順
に二酸化チタン(TiO2 ;屈折率n1 =2.3)層1
81、二酸化珪素(SiO2 ;屈折率n2 =1.46)
層182、二酸化チタン(TiO2 ;屈折率n3 =n1
=2.3)層183で構成されており、以下、総層数に
合わせて二酸化チタン層と二酸化珪素層が交互に積層さ
れた構造を有している。屈折率が更に異なる材料の層を
積層させることもあり得る(例えば、二酸化ジルコニウ
ムZrO2 、一般の酸化数を持った酸化チタンTiOx
の層)。The multi-layered polarization separation plate 18 comprises a titanium dioxide (TiO2; refractive index n1 = 2.3) layer 1 in order from the incident side.
81, silicon dioxide (SiO2; refractive index n2 = 1.46)
Layer 182, titanium dioxide (TiO2; refractive index n3 = n1
= 2.3) layer 183, and has a structure in which titanium dioxide layers and silicon dioxide layers are alternately laminated according to the total number of layers. It is also possible to stack layers of materials with different refractive indices (eg zirconium dioxide ZrO2, titanium oxide TiOx with a general oxidation number).
Layers).
【0070】このような多層膜型の偏光分離板18の偏
光分離原理は、異屈折率材料間に形成される界面におけ
るS偏光成分とP偏光成分の反射特性の違いを利用した
ものであり、その点では、前述の(1),(2)の型の
偏光分離板手段と共通している。The principle of polarization separation of such a multilayer film type polarization separation plate 18 utilizes the difference in the reflection characteristics of the S polarization component and the P polarization component at the interface formed between the modified refractive index materials. In that respect, it is common with the above-mentioned polarization separating plate means of the types (1) and (2).
【0071】図6に描かれているように、導光板1から
の出射光束を代表する代表光線D0が、空気層AR2
(屈折率n0 =1.0)からS偏光成分Is =100、
P偏光成分Ip =100の相対強度を以て第1層181
に入射すると、層181の内部へ進入する光線D1 と反
射光線D2 が生じる。As shown in FIG. 6, the representative ray D0 representing the light flux emitted from the light guide plate 1 is represented by the air layer AR2.
(Refractive index n0 = 1.0) to S polarization component Is = 100,
The first layer 181 with the relative intensity of the P-polarized component Ip = 100
Incident on the layer 181 produces a light ray D1 and a reflected light ray D2 which enter the inside of the layer 181.
【0072】その際の反射率は、S偏光成分については
Rs =51.8%であるが、P偏光成分についてはRp
=0.55%と極めて小さい。即ち、S偏光成分は半分
程度しか第1層181内に進入出来ないが、P偏光成分
についてはほぼその全量が界面を通過して第1層181
内に進入する。The reflectance at that time is Rs = 51.8% for the S-polarized component, but Rp for the P-polarized component.
= 0.55%, which is extremely small. That is, only about half of the S-polarized component can enter the first layer 181, but almost the entire amount of the P-polarized component passes through the interface and the first layer 181.
To enter.
【0073】この光線D2 が第2層との界面に到達する
と、再び光線D3 とD4 に分岐する。その際の反射率
は、Rs (S偏光成分)=9.3%、Rp (P偏光成
分)=1.9%である。即ち、S偏光成分の9割程度が
第2層182内に進入する一方、P偏光成分については
その大半が界面を通過して第2層182内に進入するこ
とになる。When this ray D2 reaches the interface with the second layer, it again branches into rays D3 and D4. The reflectance at that time is Rs (S-polarized component) = 9.3% and Rp (P-polarized component) = 1.9%. That is, about 90% of the S-polarized light component enters the second layer 182, while most of the P-polarized light component passes through the interface and enters the second layer 182.
【0074】同様に、第2層182と第3層183の界
面においては、D5 とD6 の分岐が起こり、その際の反
射率はRs (S偏光成分)=9.3%、Rp (P偏光成
分)=1.9%となる。Similarly, at the interface between the second layer 182 and the third layer 183, D5 and D6 are branched, and the reflectance at that time is Rs (S polarization component) = 9.3% and Rp (P polarization). Component) = 1.9%.
【0075】このように、各界面に遭遇する度にP偏光
成分の大部分が次層へ伝播されていくのに対し、S偏光
成分の相当部分が排除されていくという現象が起る。多
重反射及び吸収損失の効果は小さいとして、本事例にお
ける第3層進入時の偏光成分の見積りを行なうと、S偏
光成分;Is =39.7,P偏光成分;Ip =95.7
という値が計算される。層数が更に増えれば、各数値I
s ,Ip は等比数列的に減少すると考えられる。As described above, most of the P-polarized light component is propagated to the next layer each time each interface is encountered, whereas a considerable portion of the S-polarized light component is eliminated. Assuming that the effects of multiple reflection and absorption loss are small, the polarization component when entering the third layer in this case is estimated. S polarization component; Is = 39.7, P polarization component; Ip = 95.7.
Is calculated. If the number of layers increases, each value I
It is considered that s and Ip decrease in geometric progression.
【0076】その際の平均的な公比をrs (S偏光成
分),rp (P偏光成分)とすれば、rs <rp であ
り、rp は1を僅かに下回る程度となる。従って、多層
膜型偏光分離板18を構成する層の総数が多い程P偏光
成分の「純度」は高くなると考えられる。このような傾
向は、代表光線D0 の出射角が70度である場合に限ら
ず、相当幅広い角度条件の下で成り立つものである。If the average common ratios at that time are rs (S-polarized light component) and rp (P-polarized light component), then rs <rp, and rp is slightly below 1. Therefore, it is considered that the “purity” of the P-polarized light component increases as the total number of layers forming the multilayer film type polarization separation plate 18 increases. Such a tendency is not limited to the case where the emission angle of the representative ray D0 is 70 degrees, but is established under a considerably wide range of angle conditions.
【0077】図7は、これを実証するデータの一例を表
わすグラフである。本グラフは、厚さ1mmの光学ガラ
ス板BK−7(屈折率1.5163)上に、TiOx
(屈折率2.3前後)、SiO2 (屈折率1.46)及
びZrO2 (屈折率2.0)からなる多層膜を真空蒸着
により形成した偏光分離板について、日立製作所製の分
光光度計U−3200を用い、偏光分離機能を入射角度
を55度〜70度まで変えながら測定した結果を示した
ものである。FIG. 7 is a graph showing an example of data demonstrating this. This graph shows TiOx on an optical glass plate BK-7 (refractive index 1.5163) with a thickness of 1 mm.
Regarding a polarization separation plate in which a multilayer film made of SiO2 (refractive index 1.46) and ZrO2 (refractive index 2.0) (having a refractive index of about 2.3) is formed by vacuum evaporation, a spectrophotometer U- manufactured by Hitachi, Ltd. 3 shows the result of measuring the polarization separation function using 3200 while changing the incident angle from 55 degrees to 70 degrees.
【0078】このグラフから容易に読み取れるように、
可視光の全域に亙って高い偏光分離機能が発揮されてい
ることが判る。また、入射角が大きい方が偏光分離機能
が高いという傾向があるものの、代表光線D0 の層18
1への入射角が70度から10度程度ぶれたとしても、
各界面におけるP偏光成分の透過率は100%に近いま
まである。そして、S偏光成分の透過率はP偏光成分の
透過率を一貫して下回っている。このことから、多層膜
型の偏光分離板のP偏光成分純化機能が特殊な条件下だ
けで成立するものではないことが判る。As can be easily read from this graph,
It can be seen that a high polarization separation function is exhibited over the entire visible light range. Further, the larger the incident angle is, the higher the polarized light separating function tends to be, but the layer 18 of the representative light beam D0.
Even if the incident angle to 1 is deviated from 70 degrees to 10 degrees,
The transmittance of the P-polarized component at each interface remains close to 100%. The transmittance of the S-polarized component is consistently lower than the transmittance of the P-polarized component. From this, it is understood that the P-polarized component purifying function of the multilayer film type polarization separating plate is not established only under special conditions.
【0079】なお、本例においても、先に説明したと同
様の戻り光に対する偏光スクランブル効果と次に述べる
偏光変換作用により、導光板1からの再出射によるP偏
光成分の増強作用が発揮されることや、多層膜型偏光分
離板18の後段にプリズムシート4を配置することによ
って光出射方向の修正を行えるということは言うまでも
ない。Also in this example, the polarization scrambling effect on the return light similar to that described above and the polarization conversion function described below exhibit the enhancement effect of the P-polarized component by re-emission from the light guide plate 1. Needless to say, it is possible to correct the light emission direction by disposing the prism sheet 4 at the subsequent stage of the multilayer film type polarization separation plate 18.
【0080】[II]偏光変換素子10(第1の形態;
傾斜プリズム溝の内面反射で偏光変換)の構造と機能 上記[I]の項で説明したように、偏光分離板8と導光
板1の協働的な作用によって照明光の偏光化がかなりの
程度達成される。しかし、更に詳しい考察を行なうと、
未だ相当の改善の余地が残されていることが判る。即
ち、上記説明の中でも明らかにしたように、戻り光中に
多く含まれるS偏光成分のP偏光成分への変換は、導光
板1の偏光スクランブル効果に依存しているので必ずし
も十分ではない。特に、昨今の面光源装置の薄型化のニ
ーズに応えようとした場合、強いスクランブル効果を期
待することには出来ない。[II] Polarization conversion element 10 (first mode;
Structure and Function of Polarization Conversion by Inner Surface Reflection of Inclined Prism Groove) As described in the above [I], the polarization of the illumination light is considerably increased by the cooperative action of the polarization separation plate 8 and the light guide plate 1. To be achieved. However, after a more detailed examination,
It turns out that there is still considerable room for improvement. That is, as has been clarified in the above description, the conversion of the S-polarized component, which is mostly contained in the return light, into the P-polarized component depends on the polarization scrambling effect of the light guide plate 1 and is not always sufficient. In particular, when it is attempted to meet the recent needs for thinning the surface light source device, a strong scramble effect cannot be expected.
【0081】導光板1の裏面6に沿って配置される偏光
変換素子10は、このような状況を克服する手段を与え
るものであり、導光板1の裏面6を透過する光につい
て、そのS偏光成分を高い効率でP偏光成分に変換する
機能を有している。以下、図2に示した実施形態で使用
される第1の形態の偏光変換素子10について、その構
造と機能を詳しく説明する。The polarization conversion element 10 arranged along the back surface 6 of the light guide plate 1 provides a means for overcoming such a situation, and the light transmitted through the back surface 6 of the light guide plate 1 has its S polarization. It has a function of converting a component into a P-polarized component with high efficiency. Hereinafter, the structure and function of the polarization conversion element 10 of the first embodiment used in the embodiment shown in FIG. 2 will be described in detail.
【0082】図2に略記されているように、この偏光変
換素子10は表裏両面11,12がプリズム面とされて
いるが、両プリズム面11,12を形成する多数の平行
プリズム溝の配向方向は平行でなく、互いに斜交してい
る。図8は、偏光変換素子10を導光板1の側から見た
時のプリズム溝の配向方向を示した図である。同図にお
いて、実線で描かれているのが裏面6に向き合う入出力
面11に形成された偏向プリズム溝である。偏向プリズ
ム溝は、ランプLの延在方向(即ち、導光板1の光入射
面2の延在方向)と平行な向きに配向している。As shown in FIG. 2, the polarization conversion element 10 has both front and back surfaces 11 and 12 as prism surfaces, but the orientation directions of a large number of parallel prism grooves forming both prism surfaces 11 and 12 are set. Are not parallel and cross each other. FIG. 8 is a diagram showing the alignment direction of the prism grooves when the polarization conversion element 10 is viewed from the light guide plate 1 side. In the figure, what is drawn by a solid line is a deflection prism groove formed on the input / output surface 11 facing the back surface 6. The deflection prism groove is oriented in a direction parallel to the extending direction of the lamp L (that is, the extending direction of the light incident surface 2 of the light guide plate 1).
【0083】一方、破線で描かれているのが偏光変換を
達成するための偏光変換プリズム溝であり、入出力面と
反対側の面(裏面)12に形成される。偏光変換プリズ
ム溝は、ランプLの延在方向(即ち、導光板1の光入射
面2の延在方向)に対して±45度(対称性のため、傾
斜の向きは±いずれも可)で傾斜して形成されている。
なお、図8では、各プリズム溝の本数は大幅に減じて示
した。On the other hand, what is drawn by a broken line is a polarization conversion prism groove for achieving polarization conversion, which is formed on the surface (rear surface) 12 opposite to the input / output surface. The polarization conversion prism groove is ± 45 degrees with respect to the extending direction of the lamp L (that is, the extending direction of the light incident surface 2 of the light guide plate 1) (because of the symmetry, the inclination direction can be ±). It is formed to be inclined.
In addition, in FIG. 8, the number of each prism groove is greatly reduced and shown.
【0084】次に、偏光変換素子10の入出力面に形成
された偏向プリズム溝の偏向作用並びに裏面側に形成さ
れた偏光変換プリズム溝の偏光変換作用について、図9
及び図10を参照して説明する。先ず、図9は偏光変換
素子10の断面を局所的に抽出描示し、更に代表光線L
1 の光路と偏向変換過程の概略を透視的に併記したもの
である。偏光変換素子10は導光板1の裏面からの出射
光に多く含まれるS偏光成分をP偏光に変換するための
ものであるから、代表光線L1 としては出射角β1 で裏
面6から出射されたS偏光光線L1 を考える。出射角β
1 は、発光面5からの出射時とほぼ同じで、一般に60
度〜80度の間にある。Next, the deflection action of the deflection prism groove formed on the input / output surface of the polarization conversion element 10 and the polarization conversion action of the polarization conversion prism groove formed on the back side will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. First, FIG. 9 shows the cross section of the polarization conversion element 10 by locally extracting and depicting it
The outline of the optical path of 1 and the deflection conversion process is also shown in perspective. Since the polarization conversion element 10 is for converting the S-polarized component contained in the light emitted from the rear surface of the light guide plate 1 into the P-polarized light, the S light emitted from the rear surface 6 at the emission angle β1 as the representative ray L1. Consider a polarized ray L1. Exit angle β
1 is almost the same as when emitted from the light emitting surface 5, and is generally 60
Between 80 and 80 degrees.
【0085】光線L1 は空気層AR1を直進し、偏向プ
リズム溝の一方のプリズム面(有効面)101から偏光
変換素子10内に入射し、対向するプリズム面102の
内面で反射され(通常は全反射)、偏光変換素子10の
厚み方向に方向転換される(符号121で表示)。そし
て、斜め45度に形成された偏光変換プリズム溝の一方
のプリズム面111に入射し、図中、斜め45度向こう
向き(または斜め45度手前向き)に方向転換される
(符号122で表示)。The light ray L1 travels straight through the air layer AR1, enters the polarization conversion element 10 from one prism surface (effective surface) 101 of the deflecting prism groove, and is reflected on the inner surface of the opposing prism surface 102 (usually the entire surface). Reflection), and the direction is changed in the thickness direction of the polarization conversion element 10 (indicated by reference numeral 121). Then, it is incident on one prism surface 111 of the polarization conversion prism groove formed at an angle of 45 degrees, and is turned to the other side (or the front side of an angle of 45 degrees) in the figure (indicated by reference numeral 122). .
【0086】光線L1 は更に対向するプリズム面112
で反射され(通常は全反射)、偏向プリズム溝の一方の
プリズム面101の内面で反射され(通常は全反射)、
対向するプリズム面112から空気層AR1に脱出す
る。脱出した光線L1'で代表される出力光は裏面6から
再度導光板2に戻る。The light ray L1 is further reflected by the prism surface 112 which faces the light ray L1.
Is reflected (usually total reflection), is reflected by the inner surface of one prism surface 101 of the deflection prism groove (usually total reflection),
The air escapes from the facing prism surface 112 to the air layer AR1. The output light represented by the escaped light ray L1 ′ returns to the light guide plate 2 again from the back surface 6.
【0087】偏向プリズム溝のプリズム頂角β2 は、光
路121が偏光変換素子10の延在方向(導光板1の裏
面6の延在方向)と垂直になるように選ばれる。この条
件で選ばれるプリズム頂角β2 の値は、例えば、65度
程度になる。なお、プリズム面101,102の傾斜角
は必ずしも等しく設計される必要はない(プリズム溝の
形状は対称、非対称いずれも可)。これに対して、偏光
変換プリズム溝のプリズム頂角は、90度とされ、プリ
ズム面111,112の傾斜角は45度とされる(プリ
ズム溝の形状は対称)。The prism apex angle β 2 of the deflecting prism groove is selected so that the optical path 121 is perpendicular to the extending direction of the polarization conversion element 10 (the extending direction of the back surface 6 of the light guide plate 1). The value of the prism apex angle β 2 selected under this condition is, for example, about 65 degrees. The inclination angles of the prism surfaces 101 and 102 do not necessarily have to be designed to be equal (the shape of the prism groove may be symmetrical or asymmetrical). On the other hand, the prism apex angle of the polarization conversion prism groove is 90 degrees, and the inclination angles of the prism surfaces 111 and 112 are 45 degrees (the shape of the prism groove is symmetrical).
【0088】偏光変換素子10の表裏を往復するこの過
程で、S偏光はほぼ100%の効率でP偏光に変換され
る。即ち、代表光線L1 は符号121の光路までのS偏
光状態から、光路122のP,S偏光の中間状態を経
て、光路122以後はP偏光となる。In this process of reciprocating between the front and back of the polarization conversion element 10, S-polarized light is converted into P-polarized light with an efficiency of almost 100%. That is, the representative light beam L1 is changed from the S-polarized state up to the optical path 121 to the P-polarized state in the optical path 122 to the P-polarized state after the optical path 122.
【0089】なお、実際には代表光線L1 とは伝播方向
の大きく異なる光もある程度は偏光変換素子10に入射
して来る。そのような光は、プリズム面111,112
を透過して散逸し、わずかではあるが光損失の原因とな
る。符号3(図2では記載省略)はこのような透過光の
散逸による光損失を防止するために適宜設けられる反射
体(例えば、銀箔)である。Actually, light whose propagation direction is largely different from that of the representative light beam L1 also enters the polarization conversion element 10 to some extent. Such light is reflected by the prism surfaces 111, 112.
And then dissipate, causing a slight loss of light. Reference numeral 3 (not shown in FIG. 2) is a reflector (for example, a silver foil) that is appropriately provided to prevent light loss due to the dissipation of such transmitted light.
【0090】図10は、偏光変換過程を更に詳しく説明
するために、偏光変換素子10の裏面に形成された偏光
変換用のプリズム溝の一部(便宜上、「単位ユニット」
と言う。)を斜視的に拡大描示し、図9における光路1
21〜123について偏光状態を併記したものである。FIG. 10 illustrates a part of a prism groove for polarization conversion formed on the back surface of the polarization conversion element 10 (for convenience, a "unit unit") in order to explain the polarization conversion process in more detail.
Say ) Is an enlarged perspective view of the optical path 1 in FIG.
The polarization states of 21 to 123 are also shown.
【0091】同図において、偏光変換用の単位ユニット
は直角二等辺三角柱ABCDEFで表わされており、面
ABEF,CDFEが各々プリズム面111,112に
対応している。従って、EFが偏光変換プリズム溝の延
在方向を表わしている。図8に示したように、このプリ
ズム溝の延在方向は、入出力面側の偏向プリズム溝の延
在方向(ランプ平行方向)に対して45度傾斜してい
る。In the figure, the unit for polarization conversion is represented by a right-angled isosceles triangular prism ABCDEF, and surfaces ABEF and CDFE correspond to the prism surfaces 111 and 112, respectively. Therefore, EF represents the extending direction of the polarization conversion prism groove. As shown in FIG. 8, the extending direction of the prism groove is inclined by 45 degrees with respect to the extending direction of the deflecting prism groove on the input / output surface side (the lamp parallel direction).
【0092】導光板1の裏面6から出射される光には、
多くのS偏光成分が含まれ、その偏光面は辺EFの方向
と45度をなしていると考えられる。そこで、ここでは
代表光線L1 は、そのような方向(矢印S1 で表示)の
偏光面を持つ直線偏光であるとする。また、プリズム面
の対称性などを考慮すれば、代表光線L1 は面ABCD
上の任意の点R0 を通って面ABCDを垂直に通過する
ものを1本考えれば十分である。The light emitted from the back surface 6 of the light guide plate 1 includes
It is considered that many S-polarized components are included and the plane of polarization thereof forms 45 degrees with the direction of the side EF. Therefore, here, the representative light ray L1 is assumed to be linearly polarized light having a polarization plane in such a direction (indicated by arrow S1). In consideration of the symmetry of the prism surface, the representative ray L1 is the surface ABCD.
It suffices to consider one that passes vertically through the plane ABCD through any point R0 above.
【0093】代表光線L1 は、点R0 からプリズム面A
BEFに向い、点R1 で反射後、90度伝播方向を変え
て光路122をとる。点R1 における反射は空気層との
界面の高屈折率媒質側からの反射であり、通常の条件
(偏光変換素子10の屈折率1.49〜1.60程度)
では全反射となる。そして、この反射(全反射)に際し
て偏光面がねじられ、矢印S2 で示した方向の偏光面を
持つ直線偏光となる。The representative ray L1 is from the point R0 to the prism surface A.
It is directed to the BEF, reflected at the point R1, and then changed in the propagation direction by 90 degrees to take the optical path 122. The reflection at the point R1 is the reflection from the high refractive index medium side at the interface with the air layer, and is a normal condition (refractive index of the polarization conversion element 10 is about 1.49 to 1.60).
Then it becomes total reflection. During this reflection (total reflection), the plane of polarization is twisted to become linearly polarized light having a plane of polarization in the direction indicated by arrow S2.
【0094】光線L1 は更に、プリズム面CDFEに向
い、点R2 で反射後、90度伝播方向を変えて光路12
3をとり、入出力面へ向かう。光路123は光路121
と平行で、向きは反対である。点R2 における反射も、
点R1 における反射と同様に通常の条件では全反射とな
る。また、この反射(全反射)に際して偏光面が更にね
じられ、矢印S3 で示した方向の偏光面を持つ直線偏光
となる。The light ray L1 is further directed to the prism surface CDFE, and after being reflected at the point R2, the propagation direction is changed by 90 ° and the optical path 12 is changed.
Take 3 and go to the input / output side. Optical path 123 is optical path 121
Parallel to the opposite direction. The reflection at point R2 is also
Similar to the reflection at the point R1, it is a total reflection under normal conditions. Further, during this reflection (total reflection), the plane of polarization is further twisted to become linearly polarized light having a plane of polarization in the direction indicated by arrow S3.
【0095】このように、偏光変換プリズム溝を形成し
た面における内部反射の過程を通して、S偏光光線L1
で代表される入力光は、90度偏光面をねじられて、P
偏光光線L1'に変換される。アルファベット”G”形の
パターン100,100’,100”はこの偏光面のね
じれの進行過程を表現したものである。一旦、偏光変換
された光線L1'の偏光面は、偏向プリズム溝のプリズム
面101,102の反射、透過時には保存されるから、
P偏光化された光線L1'が裏面6から導光板1に再入射
することになる。Thus, through the process of internal reflection on the surface on which the polarization conversion prism groove is formed, the S-polarized light beam L1
The input light, which is represented by
It is converted into polarized light L1 '. Alphabet "G" -shaped patterns 100, 100 ', 100 "express the process of twisting of the polarization plane. The polarization plane of the light beam L1' which has been polarization-converted once is the prism plane of the deflection prism groove. It is preserved at the time of reflection and transmission of 101 and 102,
The P-polarized light beam L1 ′ reenters the light guide plate 1 from the back surface 6.
【0096】これにより、導光板1内ではS偏光成分の
割合が低下する。それに応じて発光面3から出射される
光に含まれるP偏光成分の割合が増し、偏光分離板8、
プリズムシート4を通って照明光となるP偏光の光量が
増大する。即ち、偏光変換素子10には、偏光分離板8
から導光板1への戻り光に多く含まれるS偏光成分の相
当部分(裏面6から出射された部分)をP偏光化してか
ら照明光として取り出すプロセス(P偏光化リサイクル
プロセス)を促進する顕著な作用がある。As a result, the ratio of the S-polarized component is reduced in the light guide plate 1. Accordingly, the proportion of the P-polarized component contained in the light emitted from the light emitting surface 3 is increased, and the polarization separation plate 8,
The amount of P-polarized light that becomes illumination light through the prism sheet 4 increases. That is, the polarization conversion element 10 includes the polarization separation plate 8
From the rear surface 6 to the light guide plate 1 is a significant part of the S polarization component (a portion emitted from the back surface 6) that is P-polarized and then extracted as illumination light (P polarization recycling process). It has an effect.
【0097】ここで、注目すべきことは、導光板1の裏
面からの出射光のほぼ全量が有効に偏光変換素子10に
入射して偏光変換作用を受けるために、偏光変換の効率
が高いだけでなく、入出力面、偏光変換面いずれにおい
ても光エネルギの損失が非常に小さいことである(特願
平6−72746号、特願平6−83717号に係る発
明との相違)。Here, it should be noted that the efficiency of the polarization conversion is high because almost all the light emitted from the back surface of the light guide plate 1 is effectively incident on the polarization conversion element 10 and is subjected to the polarization conversion action. In addition, the loss of light energy is very small on both the input / output surface and the polarization conversion surface (the difference from the inventions according to Japanese Patent Application Nos. 6-72746 and 6-83717).
【0098】次に、図11を参照して、本発明の第2の
実施形態について説明する。図11は、第2の実施形態
に係る面光源装置の概略構造を図2と同様の形式で表わ
した断面図である。既述した通り、この第2の実施形態
は、「位相差板(4分の1波長板)内部の往復伝播時に
発生する偏光成分間の位相差(レターデイション)」を
偏光変換に利用した偏光変換素子を使用した点に特徴が
ある。Next, with reference to FIG. 11, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a sectional view showing the schematic structure of the surface light source device according to the second embodiment in the same format as FIG. As described above, in the second embodiment, "the phase difference (retardation) between the polarization components generated during the round trip propagation inside the phase difference plate (quarter wave plate)" is used for the polarization conversion. The feature is that a polarization conversion element is used.
【0099】そして、図11に示した第2の実施形態の
面光源装置では、第1の形態の偏光変換素子10に代え
て第2の形態の偏光変換素子50を使用した点を除き、
導光板1、偏光分離板8、プリズムシート4の構造、配
置など、すべて図2に示した第1の実施形態の面光源装
置と共通のものとした。従って、前記第1の実施形態に
関する記述は、偏光変換素子の詳細記述を除き本実施形
態についても適用され得るものである。それ故、ここで
は前記項[II]に代わる項として下記の項[II’]
を設け、偏光変換素子50に関連した説明のみを行い、
他の部分の繰り返し説明は省略する。In the surface light source device of the second embodiment shown in FIG. 11, except that the polarization conversion element 50 of the second embodiment is used in place of the polarization conversion element 10 of the first embodiment,
The structures and arrangements of the light guide plate 1, the polarization separation plate 8 and the prism sheet 4 are all the same as those of the surface light source device of the first embodiment shown in FIG. Therefore, the description of the first embodiment can be applied to this embodiment except for the detailed description of the polarization conversion element. Therefore, here, as an alternative to the above term [II], the following term [II ′]
, Only the explanation related to the polarization conversion element 50 is provided,
Repeated description of other parts is omitted.
【0100】[II’]偏光変換素子50(第2の形
態;位相差板(4分の1波長板)内部の往復伝播時に発
生する偏光成分間の位相差で偏光変換)の構造と機能 図11に示したように、第2の実施形態において導光板
1の裏面6に沿って配置される偏光変換素子50は、第
1の実施形態の場合と同じく、導光板1の裏面6を透過
する光に多く含まれるS偏光成分を高い効率でP偏光成
分に変換する機能を有している。図11に略記されてい
るように、この偏光変換素子50の入出力面は、第1の
実施形態の場合と同様に多数の偏向プリズム溝を形成し
たプリズム面とされる。[II '] Structure and function of polarization conversion element 50 (second mode; polarization conversion by phase difference between polarization components generated during reciprocal propagation inside retardation plate (quarter wave plate)) As shown in FIG. 11, the polarization conversion element 50 arranged along the back surface 6 of the light guide plate 1 in the second embodiment transmits the back surface 6 of the light guide plate 1 as in the case of the first embodiment. It has a function of efficiently converting the S-polarized component contained in a large amount of light into the P-polarized component. As schematically shown in FIG. 11, the input / output surface of the polarization conversion element 50 is a prism surface in which a large number of deflection prism grooves are formed as in the case of the first embodiment.
【0101】一方、偏光変換素子50の裏面側には、反
射板(あるいは反射層。以下、同じ。)53で覆われた
4分の1波長板52が設けられている。4分の1波長板
52は周知の構造と機能を有するもので、反射板53と
対をなすことで往復光路を用いた2分の1波長板として
機能する。波長板52の光学軸は、入出力面側の偏向プ
リズム溝の延在方向に対して±45度傾斜している。On the other hand, on the back side of the polarization conversion element 50, a quarter-wave plate 52 covered with a reflection plate (or a reflection layer; the same applies hereinafter) 53 is provided. The quarter-wave plate 52 has a well-known structure and function, and when paired with the reflection plate 53, it functions as a half-wave plate using a round-trip optical path. The optical axis of the wave plate 52 is inclined ± 45 degrees with respect to the extending direction of the deflection prism groove on the input / output surface side.
【0102】図12は、偏光変換素子50を導光板1の
側から見た時のプリズム溝並びに光学軸の配向方向を図
8と同様の形式で示したものである。同図において、実
線で描かれているのが入出力時に光の伝播方向を偏向す
る偏向プリズム溝である。偏向プリズム溝は、導光板1
の裏面6に向き合う面に形成される、ランプLの延在方
向(即ち、導光板1の光入射面2の延在方向)と平行な
向きに配向している。FIG. 12 shows the alignment direction of the prism grooves and the optical axis when the polarization conversion element 50 is viewed from the light guide plate 1 side in the same format as in FIG. In the figure, what is drawn by a solid line is a deflection prism groove for deflecting the propagation direction of light at the time of input / output. The deflection prism groove is formed by the light guide plate 1.
The lamp L is oriented in a direction parallel to the extending direction of the lamp L (that is, the extending direction of the light incident surface 2 of the light guide plate 1) formed on the surface facing the back surface 6.
【0103】一方、偏光変換を行なうための4分の1波
長板52は、その光学軸の方向が、破線で表示したよう
にランプLの延在方向(即ち、導光板1の光入射面2の
延在方向)に対して±45度傾斜した方向を持つように
配置される(対称性のため、傾斜の向きは±いずれも
可)。On the other hand, in the quarter-wave plate 52 for performing polarization conversion, the direction of its optical axis is the extending direction of the lamp L as shown by the broken line (that is, the light incident surface 2 of the light guide plate 1). It is arranged so as to have a direction inclined by ± 45 degrees with respect to the (extending direction of) (because of the symmetry, the inclination directions can be ±).
【0104】次に、偏光変換素子50の入出力面に形成
された偏向プリズム溝の偏向作用並びに4分の1波長板
による偏光変換作用について、図13を参照して説明す
る。図13は、偏光変換素子50の断面を局所的に抽出
描示し、更に代表光線L1 の光路と偏向変換過程の概略
を透視的に併記したものである。代表光線L1 として
は、偏光変換素子10の場合と同じく出射角β1 で裏面
6から出射されたS偏光光線L1 を考える。出射角β1
は、発光面5からの出射時とほぼ同じであり、一般に6
0度〜80度の間にある。Next, the deflection action of the deflection prism groove formed on the input / output surface of the polarization conversion element 50 and the polarization conversion action of the quarter wavelength plate will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross sectional view of the polarization conversion element 50, which is locally extracted and drawn, and the optical path of the representative light beam L1 and the outline of the polarization conversion process are also shown in perspective. As the representative light ray L1, consider the S-polarized light ray L1 emitted from the back surface 6 at the emission angle β1 as in the case of the polarization conversion element 10. Exit angle β1
Is almost the same as when the light is emitted from the light emitting surface 5, and is generally 6
It is between 0 and 80 degrees.
【0105】入出力面51に形成された偏向プリズム溝
の偏向作用並びに4分の1波長板による偏光変換作用に
ついて、図13を参照して説明する。入出力面51に形
成された偏向プリズム溝の偏向作用は、偏光変換素子1
0の場合と同様である。The deflection action of the deflection prism groove formed on the input / output surface 51 and the polarization conversion action by the quarter wavelength plate will be described with reference to FIG. The deflection effect of the deflection prism groove formed on the input / output surface 51 is the same as that of the polarization conversion element 1.
It is similar to the case of 0.
【0106】即ち、光線L1 は空気層AR1を直進し、
偏向プリズム溝の一方のプリズム面(有効面)501か
ら偏光変換素子50内に入射し、対向するプリズム面5
02の内面で反射され(通常は全反射)、偏光変換素子
50の厚み方向に方向転換される(符号521で表
示)。そして、4分の1波長板52に入射し(符号52
2で表示)、反射板53との界面で反射され180度方
向転換される(符号523で表示)。That is, the light ray L1 goes straight through the air layer AR1,
The prism surface 5 that enters the polarization conversion element 50 from one prism surface (effective surface) 501 of the deflection prism groove and faces the polarization conversion element 50.
The light is reflected by the inner surface of 02 (usually total reflection) and is turned in the thickness direction of the polarization conversion element 50 (indicated by reference numeral 521). Then, it is incident on the quarter-wave plate 52 (reference numeral 52
2), and is reflected at the interface with the reflection plate 53 to change the direction by 180 degrees (shown by reference numeral 523).
【0107】光線L1 は再度プリズム面502で反射さ
れ(通常は全反射)、偏向プリズム入射時と同じプリズ
ム面501から空気層AR1に脱出する。脱出した光線
L1'で代表される出力光は裏面6から再度導光板2に戻
る。The light ray L1 is reflected again by the prism surface 502 (usually total reflection), and escapes from the same prism surface 501 as when entering the deflecting prism to the air layer AR1. The output light represented by the escaped light ray L1 ′ returns to the light guide plate 2 again from the back surface 6.
【0108】偏向プリズム溝のプリズム頂角β3 は、光
路521が偏光変換素子50の延在方向(導光板1の裏
面6の延在方向)と垂直になるように選ばれる。この条
件で選ばれるプリズム頂角β3 の値は、例えば、65度
程度になる。なお、プリズム面501,502の傾斜角
は必ずしも等しくなくとも良い(プリズム溝の形状は、
対称、非対称いずれも可)。The prism apex angle β 3 of the deflecting prism groove is selected so that the optical path 521 is perpendicular to the extending direction of the polarization conversion element 50 (the extending direction of the back surface 6 of the light guide plate 1). The value of the prism apex angle β3 selected under this condition is, for example, about 65 degrees. The prism surfaces 501 and 502 do not have to have the same inclination angle (the shape of the prism groove is
Both symmetrical and asymmetrical are possible).
【0109】偏光変換素子50の表裏を往復するこの過
程で、S偏光はほぼ100%の効率でP偏光に変換され
る。即ち、4分の1波長板52への入射後の光路522
において、光路521までのS偏光状態からP偏光状態
への変換が進み、光路523以後はほぼ完全なP偏光と
なる。一旦、偏光変換された光線L1'の偏光面は、偏向
プリズム溝のプリズム面501,502の反射、透過時
には保存されるから、P偏光化された光線L1'が裏面6
から導光板1に再入射することになる。In this process of reciprocating between the front and back of the polarization conversion element 50, S polarized light is converted into P polarized light with an efficiency of almost 100%. That is, the optical path 522 after entering the quarter-wave plate 52
In, the conversion from the S-polarized state up to the optical path 521 to the P-polarized state progresses, and after the optical path 523, it becomes almost complete P-polarized light. The polarization plane of the light beam L1 ′ which has been polarization-converted once is preserved when reflected and transmitted by the prism surfaces 501 and 502 of the deflection prism groove, so that the P-polarized light beam L1 ′ is converted into the back surface 6
Will re-enter the light guide plate 1.
【0110】これにより、第1の実施形態の場合と同じ
く、導光板1内のS偏光成分の割合が低下し(50%に
近づく方向)、発光面3から出射される光のP偏光成分
が増し、それに応じて偏光分離板8、プリズムシート4
を通って照明光となるP偏光成分が増大する。即ち、偏
光変換素子50は、偏光分離8から導光板1への戻り光
に多く含まれるS偏光成分の相当部分(裏面6から出射
された部分)をP偏光化して照明光に再利用し易くする
顕著な働きがある。As a result, as in the case of the first embodiment, the ratio of the S-polarized component in the light guide plate 1 is reduced (toward 50%), and the P-polarized component of the light emitted from the light emitting surface 3 is reduced. The polarization separation plate 8 and the prism sheet 4 accordingly.
The P-polarized light component that becomes the illumination light increases. That is, the polarization conversion element 50 makes it possible to easily P-polarize a considerable portion (a portion emitted from the back surface 6) of the S-polarized component included in the return light from the polarization separation 8 to the light guide plate 1 and reuse it as illumination light. There is a remarkable function to do.
【0111】そして、偏光変換素子10を使用した第1
の実施形態と同様、導光板1の裏面からの出射光のほぼ
全量が有効に偏光変換素子10に入射して偏光変換作用
を受けるために、偏光変換の効率が高いだけでなく、入
出力面、偏光変換面いずれにおいても光エネルギの損失
が非常に小さいことである(特願平6−72746号、
特願平6−83717号に係る発明との相違)。The first using the polarization conversion element 10
In the same manner as in the above embodiment, almost all of the light emitted from the back surface of the light guide plate 1 is effectively incident on the polarization conversion element 10 and is subjected to the polarization conversion action. , The loss of light energy is extremely small on any polarization conversion surface (Japanese Patent Application No. 6-72746,
Difference from the invention of Japanese Patent Application No. 6-83717).
【0112】ところで、既に触れたように、本発明の偏
光化機能付面光源装置の特徴が極めて有効に生かされる
代表的な事例として、液晶表示装置のバックライトへの
適用がある。即ち、本発明の偏光化機能付面光源装置を
液晶表示装置のバックライトへ適用することで、バック
ライト光源出射光束の偏光方向と偏光板の偏光軸方向が
平行となる配置をとるだけで、表示に有効に寄与する光
エネルギの割合を格段に向上させることが出来る。By the way, as already mentioned, as a typical example in which the characteristics of the surface light source device with a polarization function of the present invention are utilized very effectively, there is application to a backlight of a liquid crystal display device. That is, by applying the surface light source device with a polarization function of the present invention to the backlight of the liquid crystal display device, only by arranging the polarization direction of the light flux emitted from the backlight light source and the polarization axis direction of the polarizing plate to be parallel, The proportion of light energy that effectively contributes to display can be significantly improved.
【0113】図14は、本発明に係る偏光化機能付の面
光源装置を液晶表示装置のバックライトとして使用した
場合の基本的な配置を要素分解斜視図で示したものであ
る。本例では、バックライトとして上記第1または第2
の実施形態(図2、図11参照)に示したものと同じ型
の偏光化機能付面光源装置が使用されており、共通する
要素は同じ符号で指示されている。FIG. 14 is an element exploded perspective view showing the basic arrangement when the surface light source device with a polarization function according to the present invention is used as a backlight of a liquid crystal display device. In this example, the first or second backlight is used as the backlight.
The same type of surface light source device with a polarization function as that shown in the embodiment (see FIGS. 2 and 11) is used, and common elements are designated by the same reference numerals.
【0114】即ち、符号1は楔形断面形状を有する指向
出射性の光散乱導光体からなる導光板で、第1、第2の
実施形態で使用されているものである。また、導光板1
のサイズは使用する液晶セルのサイズに合わせ設計され
る。ここでは、図中左右方向の長さが180mm、幅が
135mmとした。That is, reference numeral 1 is a light guide plate made of a light-scattering light guide having a directional emission property having a wedge-shaped cross section, which is used in the first and second embodiments. Light guide plate 1
The size is designed according to the size of the liquid crystal cell used. Here, the horizontal length in the figure is 180 mm and the width is 135 mm.
【0115】前述した通り、一般には、指向出射性の導
光板1に光散乱導光体を使用する場合、有効散乱照射パ
ラメータEと相関距離aのの好ましい範囲は、各々0.
5[cm-1]≦E≦50[cm-1],0.06[μm]≦a
≦35[μm]である。また、特に普及サイズのノート
ブック型パーソナルコンピュータの液晶ディスプレイへ
の適用を考えた場合には、2.77[cm-1]≦E≦9.
24[cm-1],0.06[μm]≦a≦7[μm]で特
に好ましい結果が得られている。As described above, generally, when a light scattering guide is used for the directional light guide plate 1, the preferable ranges of the effective scattering irradiation parameter E and the correlation distance a are each 0.
5 [cm -1 ] ≤E≤50 [cm -1 ], 0.06 [μm] ≤a
≦ 35 [μm]. Further, when considering the application to a liquid crystal display of a notebook personal computer of a popular size, 2.77 [cm −1 ] ≦ E ≦ 9.
Particularly preferable results are obtained at 24 [cm −1 ] and 0.06 [μm] ≦ a ≦ 7 [μm].
【0116】銀箔製シートRを背面側に設けたランプL
から右方に向かって入射した光は、発光面5から指向性
の光として取り出される。導光板1の裏面6には、上記
説明した偏光変換素子10または50が配置されてい
る。符号8は導光板1の発光面5に沿って配置された偏
光分離板8であり、更にその外側にはプリズムシート4
が配置される。偏光分離板8には、前述したいずれかの
型のものを配置する。また、プリズムシート4はポリカ
ーボネート(PC;屈折率1.59)からなるものを使
用し、そのプリズム形成面を偏光分離板8の方向に向け
て配置した。Lamp L provided with a silver foil sheet R on the back side
The light that enters from the right side is extracted as directional light from the light emitting surface 5. On the back surface 6 of the light guide plate 1, the polarization conversion element 10 or 50 described above is arranged. Reference numeral 8 denotes a polarization separation plate 8 arranged along the light emitting surface 5 of the light guide plate 1, and the prism sheet 4 is provided outside thereof.
Is arranged. The polarization separation plate 8 is of any type described above. Further, the prism sheet 4 made of polycarbonate (PC; refractive index 1.59) was used, and the prism forming surface was arranged so as to face the polarization separation plate 8.
【0117】これら要素からなる偏光化機能付面光源装
置で構成されるバックライトの光出射側には、2枚の偏
光板60,80とその間に配置された液晶セル70から
なる液晶表示パネルが配置される。光入射側の偏光板6
0の透過偏光軸の方向は図中で水平方向を向くように設
定される一方、光出射側の偏光板80の透過偏光軸の方
向は図中で鉛直方向を向くように設定されている。A liquid crystal display panel including two polarizing plates 60 and 80 and a liquid crystal cell 70 disposed between the polarizing plates 60 and 80 is provided on the light emitting side of the backlight which is composed of the surface light source device with a polarization function including these elements. Will be placed. Polarizer 6 on the light incident side
The direction of the transmission polarization axis of 0 is set to face the horizontal direction in the figure, while the direction of the transmission polarization axis of the polarizing plate 80 on the light emission side is set to face the vertical direction in the figure.
【0118】既に詳しく説明したように、光源L、導光
板1、反射体R、偏光分離板8及びプリズムシート4、
偏光変換素子10または50からなる偏光化機能付面光
源装置から出射される光束は強くP偏光化されているか
ら、図示された配置条件では、その主たる偏光軸が図中
水平方向を向くことになる。従って、バックライト光束
として偏光板60に入射した光の内、偏光板60を透過
する光量の割合が大きくなり、50%を上回る光透過率
が確保される。As already described in detail, the light source L, the light guide plate 1, the reflector R, the polarization separation plate 8 and the prism sheet 4,
Since the light beam emitted from the surface light source device with polarization function composed of the polarization conversion element 10 or 50 is strongly P-polarized, the main polarization axis is oriented in the horizontal direction in the figure under the arrangement condition shown. Become. Therefore, the proportion of the amount of light that passes through the polarizing plate 60 in the light that has entered the polarizing plate 60 as the backlight luminous flux is large, and a light transmittance of more than 50% is ensured.
【0119】なお、液晶ディスプレイの視覚特性に対称
性を与えるために、偏光板60,80の偏光透過軸の方
向を表示面のフレームの縦または横方向に対して傾斜
(通常は45度傾斜)させる技術が知られている。この
技術を適用する場合には、光学軸を照明光の偏光軸に対
して所定角度だけ傾斜させた2分の1波長板90(破線
で描示)をプリズムシート4と偏光板60の間に更に配
置すれば、2分の1波長板90の周知の作用により、照
明光の偏光軸の方向を偏光板60の偏光透過軸の方向と
一致させることが出来る。偏光板60の偏光透過軸の傾
斜角度を45度とした場合、2分の1波長板90の光学
軸の傾斜角はその2分の1である22.5度とされる。In order to give symmetry to the visual characteristics of the liquid crystal display, the directions of the polarization transmission axes of the polarizing plates 60 and 80 are inclined with respect to the vertical or horizontal direction of the frame on the display surface (usually 45 degrees). Techniques for making them known are known. When this technique is applied, a half-wave plate 90 (illustrated by a broken line) whose optical axis is inclined by a predetermined angle with respect to the polarization axis of the illumination light is provided between the prism sheet 4 and the polarizing plate 60. If further arranged, the direction of the polarization axis of the illumination light can be matched with the direction of the polarization transmission axis of the polarizing plate 60 by the well-known function of the half-wave plate 90. When the inclination angle of the polarization transmission axis of the polarizing plate 60 is 45 degrees, the inclination angle of the optical axis of the half-wave plate 90 is half, that is, 22.5 degrees.
【0120】また、これまでの実施形態の説明において
は、光源Lとして棒状の蛍光灯を使用することを一応の
前提としたが、本発明における光源は広義には光供給手
段であれば良く、必ずしも自身が発光能力を有する必要
はない。例えば、他の発光素子に結合された光ファイバ
束の出射端などであっても構わない。その偏光特性につ
いても特に制限はなく、レーザ発振に由来した光のよう
に特定の偏光特性を有する光を供給した場合でも、本発
明の本質的な偏光化作用自体が損なわれることは無い。In the above description of the embodiments, it is assumed that a rod-shaped fluorescent lamp is used as the light source L, but the light source in the present invention may be any light supply means in a broad sense. It is not always necessary for the device itself to have a light emitting ability. For example, it may be the emitting end of an optical fiber bundle coupled to another light emitting element. The polarization property is not particularly limited, and even when light having a specific polarization property such as light derived from laser oscillation is supplied, the essential polarization effect itself of the present invention is not impaired.
【0121】また、前述したように、本発明に言う「楔
形状断面を有する導光板」には、2個の楔形を肉薄側で
連結した形状(連結楔形状)をなす導光板も含まれる。
上記各実施形態における導光板1をそのような連結楔形
状の導光板に代え、各肉厚端面(光入射面)の近傍に1
本づつランプLを配置すれば、いわゆる両灯式の面光源
装置が構成される。このような両灯式の面光源装置にお
いても、本発明の特徴的な作用(P偏光化リサイクルプ
ロセス)が発揮されることは、これまでの説明から明ら
かであろう。As described above, the "light guide plate having a wedge-shaped cross section" according to the present invention also includes a light guide plate having a shape in which two wedge shapes are connected on the thin side (connection wedge shape).
The light guide plate 1 in each of the above-described embodiments is replaced with such a light guide plate having a connection wedge shape, and 1 is provided near each thick end face (light incident face).
By arranging the lamps L one by one, a so-called dual lamp type surface light source device is configured. It will be apparent from the above description that the characteristic action of the present invention (the P-polarization recycling process) is also exerted in such a dual-lamp type surface light source device.
【0122】次に、導光板1の材料に光散乱導光体を採
用した場合に、その散乱特性を記述する指標値となる有
効散乱照射パラメータEと相関距離aについてDeby
eの理論を引用して説明し、更に、その指向出射性につ
いて簡単に説明しておく。Next, when a light-scattering light guide is used as the material of the light guide plate 1, the effective scattering irradiation parameter E and the correlation distance a, which are index values for describing the scattering characteristics, are Deby.
The theory of e will be cited and explained, and further its directional emission property will be briefly explained.
【0123】今、一定の屈折率を有する基材内に一様に
屈折率不均一構造を分布形成させた媒体からなる光散乱
導光体内を強度I0 の光がy(cm)伝播し、その間の散乱
により強度がIに減衰した場合を考え、有効散乱照射パ
ラメータEを次式(1)または(2)で定義する。Now, the light of intensity I0 propagates in y (cm) through the light scattering guide made of a medium in which a nonuniform refractive index structure is uniformly formed in a base material having a constant refractive index, and during that time, Considering the case where the intensity is attenuated to I by the scattering of, the effective scattering irradiation parameter E is defined by the following equation (1) or (2).
【0124】[0124]
【数1】 上式(1),(2)は各々いわゆる積分形及び微分形の
表現であり、物理的な意味は等価である。なお、このE
は濁度と呼ばれることもある。一方、媒体内に分布した
不均一構造によって光散乱が起こる場合の散乱光強度
は、縦偏光の入射光に対して出射光の大半が縦偏光であ
る通常の場合(VV 散乱)には、次式(3)で表され
る。(Equation 1) The above expressions (1) and (2) are expressions of so-called integral type and differential type, respectively, and their physical meanings are equivalent. Note that this E
Is sometimes called turbidity. On the other hand, the scattered light intensity when light scattering occurs due to the non-uniform structure distributed in the medium is as follows in the usual case where most of the emitted light is vertically polarized light with respect to vertically polarized incident light (VV scattering). It is expressed by equation (3).
【0125】[0125]
【数2】 自然光を入射させた場合には、Hh 散乱を考慮して、式
(3)の右辺に(1+cos2Φ)/2を乗じた次式を考え
れば良いことが知られている。(Equation 2) It is known that, when natural light is incident, the following equation obtained by multiplying the right side of equation (3) by (1 + cos 2 Φ) / 2 may be considered in consideration of Hh scattering.
【0126】[0126]
【数3】 ここで、λ0 は入射光の波長、ν=(2πn)/λ0 、
s=2sin (Φ/2)、nは媒体の屈折率、Φは散乱
角、<η2 >は媒体中の誘電率ゆらぎ2乗平均(以下、
<η2 >=τとして、τを適宜使用する。)であり、γ
(r)は相関関数と呼ばれるものであり、次式(6)で
表わされる。(Equation 3) Where λ0 is the wavelength of the incident light, ν = (2πn) / λ0,
s = 2 sin (Φ / 2), n is the refractive index of the medium, Φ is the scattering angle, <η 2 > is the mean square of the dielectric constant fluctuation in the medium (hereinafter,
<Η 2 > = τ, and τ is appropriately used. ), And γ
(R) is called a correlation function and is expressed by the following equation (6).
【0127】Debyeの理論によれば、媒体の屈折率
不均一構造が界面を持ってA相とB相に分かれて分散し
ている場合には、誘電率のゆらぎに関して相関関数γ
(r)、相関距離a、誘電率ゆらぎ2乗平均τ等につい
て、下記の関係式(7),(8)が成立する。According to Debye's theory, when the refractive index nonuniform structure of the medium has an interface and is divided into A phase and B phase and dispersed, the correlation function γ is related to the fluctuation of the dielectric constant.
The following relational expressions (7) and (8) hold for (r), the correlation distance a, the dielectric constant fluctuation root mean square τ, and the like.
【0128】[0128]
【数4】 不均一構造が半径Rの球状界面で構成されているとみな
せば、相関距離aは次式で表される。(Equation 4) Assuming that the non-uniform structure is composed of spherical interfaces of radius R, the correlation distance a is expressed by the following equation.
【0129】[0129]
【数5】 相関関数γ(r)についての式(6)を用い、式(5)
に基づいて自然光を媒体に入射させた時の有効散乱照射
パラメータEを計算すると結果は次のようになる。(Equation 5) Using the equation (6) for the correlation function γ (r), the equation (5)
The effective scattering irradiation parameter E when the natural light is made incident on the medium is calculated based on the above, and the result is as follows.
【0130】[0130]
【数6】 図15は、横軸に相関距離a、縦軸に誘電率ゆらぎ2乗
平均τをとり、有効散乱照射パラメータEを一定にする
条件を表わす曲線を、E=50[cm-1]及びE=100
[cm-1]の場合について描いたものである。Eの値は散
乱導光媒体の散乱能の「強さ」の目安となる指標であ
り、Eの値が大きければ散乱能が強く、Eの値が小さけ
れば散乱能が弱い(透明に近い)という傾向が生じる。
E=0[cm-1]は無散乱状態に対応している。従って、
大寸法で明るさが均一な面光源の用途にはEの小さな光
散乱導光体が適し、小寸法の面光源の用途にはEの大き
な光散乱導光体が適しているという一般論が成立する。
既述したEの範囲(0.5[cm-1]≦E≦50[cm-1]
あるいは2.77[cm-1]≦E≦9.24[cm-1]に
は、このような観点が考慮されている。(Equation 6) FIG. 15 shows a curve representing a condition for keeping the effective scattering irradiation parameter E constant, where E is 50 [cm −1 ] and E =, where the horizontal axis is the correlation distance a and the vertical axis is the dielectric constant fluctuation root mean square τ. 100
The drawing is for the case of [cm -1 ]. The value of E is an index that is a measure of the "strength" of the scattering power of the scattering light guide medium. The larger the value of E, the stronger the scattering power, and the smaller the value of E, the weaker the scattering power (close to transparent). The tendency arises.
E = 0 [cm -1 ] corresponds to the non-scattering state. Therefore,
There is a general theory that a light-scattering light guide with a small E is suitable for the application of a large-sized surface light source with uniform brightness, and a light-scattering light-guide with a large E is suitable for the application of a small-sized surface light source. To establish.
The range of E described above (0.5 [cm -1 ] ≤E≤50 [cm -1 ]
Alternatively, 2.77 [cm −1 ] ≦ E ≦ 9.24 [cm −1 ] takes such a viewpoint into consideration.
【0131】一方、相関距離aは、光散乱導光体内部に
おける個々の散乱現象における散乱光の方向特性に深く
関わっている量である。即ち、上記(3)式乃至(5)
式の形から推察されるように、光散乱導光体内部におけ
る光散乱は一般に前方散乱性を帯びているが、前方散乱
性の強さが相関距離aに依存して変化する。On the other hand, the correlation distance a is an amount that is deeply related to the direction characteristic of scattered light in each scattering phenomenon inside the light scattering guide. That is, the above equations (3) to (5)
As inferred from the form of the formula, light scattering inside the light scattering guide generally has a forward scattering property, but the strength of the forward scattering property changes depending on the correlation distance a.
【0132】図16は、これをaの2つの値について例
示したグラフである。図において、横軸は散乱角度Φ
(入射光線の進行方向をΦ=0度とする。)を表わし、
縦軸は自然光を仮定した場合の散乱光強度、即ち、上記
(5)式をΦ=0度に対して規格化した値、Vvh(Φ)
/Vvh(0)を表わしている。同図に併記されているよ
うに、a=0.13[μm]、上記(9)を用いて粒径
に換算して2R=0.2[μm]の場合には、規格化散
乱強度のグラフはΦに関する緩やかな減少関数となる
が、a=1.3[μm]、上記(9)式による粒径換算
値で2R=2.0[μm]の場合には、規格化散乱強度
のグラフはΦが小さい範囲で急激に減少する関数とな
る。FIG. 16 is a graph illustrating this with respect to two values of a. In the figure, the horizontal axis is the scattering angle Φ
(The traveling direction of the incident ray is Φ = 0 degree.)
The vertical axis represents the scattered light intensity assuming natural light, that is, the value obtained by normalizing the above equation (5) with respect to Φ = 0 degree, Vvh (Φ)
/ Vvh (0) is represented. As also shown in the figure, in the case of a = 0.13 [μm] and 2R = 0.2 [μm] converted to the particle size using the above (9), the normalized scattering intensity of The graph shows a gradual decrease function with respect to Φ. The graph is a function that sharply decreases in the range where Φ is small.
【0133】このように、光散乱導光体内の屈折率の不
均一構造によって生ずる散乱は、基本的に前方散乱性を
示し、相関距離aの値が小さくなると前方散乱性が弱ま
り、1回の散乱における散乱角度範囲が広がる傾向を持
つようになる。この事実自体は、実験的にも確認済みの
事項である。As described above, the scattering generated by the non-uniform refractive index structure in the light-scattering light guide basically shows a forward scattering property, and when the value of the correlation distance a becomes small, the forward scattering property becomes weak. The scattering angle range in scattering tends to be widened. This fact itself has been confirmed experimentally.
【0134】以上は光散乱導光体内部に分布した屈折率
不均一構造による個々の散乱現象そのものに着目した議
論であるが、光散乱導光体の光取出面から実際に出射さ
れる光の方向特性を評価する際には、光散乱導光体の内
部側から光取出面に入射する光の全反射の現象と光出射
時の界面透過率(光散乱導光体からの脱出率)を併せて
考慮する必要がある。The above is a discussion focusing on the individual scattering phenomenon itself due to the non-uniform refractive index structure distributed inside the light-scattering light guide, but the light actually emitted from the light extraction surface of the light-scattering light guide is When evaluating the directional characteristics, the phenomenon of total internal reflection of light incident on the light extraction surface from the inside of the light-scattering light guide and the interface transmittance (escape rate from the light-scattering light guide) at the time of light emission are evaluated. It needs to be considered together.
【0135】基礎的な光学理論によって良く知られてい
るように、外部の媒体(空気)に比して相対的に大きな
屈折率を有する光散乱導光体の内部側から光取出面に光
が入射角α(ここでは、光取出面に対して光散乱導光体
内部に向けて立てた法線の方向をα=0度とする。)
が、光散乱導光体内外の媒体の屈折率によって決まる臨
界角αc を上回る場合には、外部(空気層)への出射
(光の脱出)が起らない。As is well known from the basic optical theory, the light is guided from the inner side of the light scattering guide having a relatively large refractive index to the light extraction surface to the outside medium (air). Incidence angle α (Here, the direction of a normal line that is erected toward the inside of the light scattering guide with respect to the light extraction surface is α = 0 degree)
However, when the angle exceeds the critical angle αc determined by the refractive index of the medium inside and outside the light scattering guide, the emission (light escape) to the outside (air layer) does not occur.
【0136】本願発明に使用される光散乱導光体の代表
的な材料であるPMMA(ポリメチルメタクリレート;
屈折率1.492)では、αc =42度となる。PMMA (polymethylmethacrylate; which is a typical material of the light-scattering light guide used in the present invention;
With a refractive index of 1.492), α c = 42 degrees.
【0137】後述するように、本発明で光散乱導光体の
マトリックスとして好適に使用される樹脂材料の屈折率
は、1.4〜1.7の範囲にあり、これに対応する臨界
角αc の範囲は、36.0度〜45.6度となる。As will be described later, the refractive index of the resin material suitably used as the matrix of the light-scattering light guide in the present invention is in the range of 1.4 to 1.7, and the corresponding critical angle α c Is in the range of 36.0 degrees to 45.6 degrees.
【0138】従って、本願発明のように光取出面の側方
に光入射面をとるケースでは(後述する各実施例参
照)、光入射面から入射した光が不均一構造に遭遇して
発生した1次散乱光が、直ちに上記臨界角条件を満たし
て光取出面から外部へ出射されることは極めて起り難い
と考えられる。Therefore, in the case where the light incident surface is provided on the side of the light extraction surface as in the present invention (see each embodiment described later), the light incident from the light incident surface encounters the non-uniform structure and is generated. It is extremely unlikely that the primary scattered light immediately satisfies the critical angle condition and is emitted to the outside from the light extraction surface.
【0139】即ち、本願発明が前提とする条件の下で
は、光散乱導光体内部における多重散乱の効果、光散乱
導光体の光取出面側及び背面側の界面あるいはそれに面
して配置された反射部材(本願発明では、反射型の偏光
変換手段が配置される。詳細は後述。)による反射の効
果等が複合的に作用し合った結果として、上記臨界角条
件を満たすに至った光が外部に出射されるという現象
が、光取出面からの光出射に大きく関与しているものと
考えて良い。That is, under the conditions premised on the present invention, the effect of multiple scattering inside the light-scattering light guide body, the light extraction surface side and the back surface side interface of the light-scattering light guide body, or the surface facing the interface are arranged. In addition, as a result of the combined effect of the reflection by the reflection member (in the present invention, the reflection type polarization conversion means is arranged. The details will be described later), the light which satisfies the above-mentioned critical angle condition. It can be considered that the phenomenon that the light is emitted to the outside largely contributes to the light emission from the light extraction surface.
【0140】そうだとすると、臨界角条件を満たした条
件で光取出面方向に伝播する光について考えた場合、光
入射面から入射した時点における光の伝播方向性を全体
として保存するように作用する前記前方散乱性の効果
は、上記複合的な効果によって相当程度薄められ、光の
伝播方向分布にかなりの拡がりが生じている筈である。
その結果、光散乱導光体から出射される光の方向特性
は、臨界角条件を満たした光の光取出面における界面透
過率(脱出率)の角度依存性に大きく左右されることに
なる。If so, when considering light propagating in the direction of the light extraction surface under the condition that the critical angle condition is satisfied, the above-mentioned action that preserves the propagation directionality of the light at the time of incidence from the light incident surface as a whole. The effect of the forward scattering property should be considerably diminished by the combined effect, and the distribution of the light in the propagation direction should be considerably spread.
As a result, the directional characteristics of the light emitted from the light-scattering light guide are largely influenced by the angular dependence of the interfacial transmittance (escape ratio) at the light extraction surface of the light that satisfies the critical angle condition.
【0141】一般に、臨界角条件(α<αc )をぎりぎ
りで満たすような条件における界面透過率は極めて低く
(例えば、アクリル樹脂−空気界面の場合、P偏光成分
40%程度、S偏光成分20%程度)、入射角αが臨界
角αc を下回る量が増えれば界面透過率は急激に上昇
し、5度乃至10度以上下回った条件ではほぼ一定とな
る(アクリル樹脂−空気界面の場合、P偏光成分90%
以上、S偏光成分85%以上)。Generally, the interfacial transmittance is extremely low under the condition that the critical angle condition (α <αc) is barely satisfied (for example, in the case of the acrylic resin-air interface, the P-polarized component is about 40% and the S-polarized component is 20%. If the incident angle α falls below the critical angle α c, the interfacial transmittance rises sharply and becomes almost constant under the condition of 5 ° to 10 ° or less (in the case of the acrylic resin-air interface, P-polarized light is used). 90% of ingredient
As above, the S-polarized component is 85% or more).
【0142】以上のことから、アクリル樹脂(αc =約
42度)の場合で言えば、光散乱導光体内部側から光取
出面へ入射角α=35度〜40度前後で入射した光が、
光散乱導光体の光取出面からの光出射に最も寄与してい
るものと考えられる。このα=35度〜40度の入射角
で光取出面に入射した光は、スネルの法則に従って光取
出面で屈折し、光取出面に外部に向けて立てた法線に対
して60度〜80度程度の範囲内に収まる方向(即ち、
光取出面表面に対して20度〜30度程度立ち上がった
方向)へ出射されることになる。From the above, in the case of acrylic resin (αc = about 42 degrees), the light incident from the inside of the light-scattering light guide to the light extraction surface at an incident angle α = 35 ° to 40 ° is detected. ,
It is considered that it contributes most to the light emission from the light extraction surface of the light scattering guide. The light incident on the light extraction surface at the incident angle of α = 35 degrees to 40 degrees is refracted on the light extraction surface according to Snell's law, and is 60 degrees to the normal line set to the outside on the light extraction surface. Direction within 80 degrees (that is,
The light is emitted in a direction in which it rises about 20 to 30 degrees with respect to the surface of the light extraction surface.
【0143】図17のグラフこれを実証する測定例で、
第1、第2の実施形態で使用した導光板1について、発
光面5から出射される光の角度別の強度を偏光成分別に
測定した結果を表わしている。測定は、輝度計(ミノル
タ製LS110;測定視野角1/3度、クローズアップ
レンズ装着)を発光面5の中央点P(図2参照)を常に
距離203mmの距離から視線bで見る条件で、視線b
の方向をランプLに対して垂直な面内で旋回走査させな
がら行なった。また、グラフの縦軸にプロットされてい
るのは、COS 補正(φの走査によって測光対象とされる
発光面の面積が1/COS φを因子に持って変化することの
効果を補償するための補正)を行なった後のP偏光成分
及びS偏光成分の輝度値である。Graph of FIG. 17 In a measurement example demonstrating this,
With respect to the light guide plate 1 used in the first and second embodiments, the results obtained by measuring the intensity of light emitted from the light emitting surface 5 for each polarization component are shown. For the measurement, a luminance meter (LS110 manufactured by Minolta; measurement viewing angle 1/3 degree, with a close-up lens attached) is used under the condition that the center point P (see FIG. 2) of the light emitting surface 5 is always viewed from the distance 203 mm with the line of sight b. Line of sight b
Was carried out while swirling and scanning in the direction perpendicular to the lamp L. Also, plotted on the vertical axis of the graph is COS correction (for compensating for the effect of changing the area of the light-emitting surface that is subject to photometry by scanning φ with 1 / COS φ being a factor). It is the luminance value of the P-polarized component and the S-polarized component after correction).
【0144】このグラフから、P偏光成分とS偏光成分
では輝度値のピークを与える角度が数度程度異なってい
るが、いずれも60度〜80度の範囲で明瞭なピークを
示している。同様の事実は光散乱導光体を用いた本事例
に限らず、一般の出射指向性の導光板で確認される事柄
である。From this graph, the angles giving the peaks of the luminance values are different by several degrees between the P-polarized component and the S-polarized component, but both show clear peaks in the range of 60 to 80 degrees. The same fact is not limited to this case using the light-scattering light guide body, but is a matter that is confirmed by a general light guide plate having an emission directivity.
【0145】但し、ここで注意すべきことは、導光板に
光散乱導光体を採用した場合、相関距離aの値が余り小
さくなると、個々の散乱における前方散乱性そのものが
薄れてしまい、一次散乱のみで後方散乱を含む広角度範
囲の散乱光が発生するようになる為に、この指向性がぼ
やけてしまうことである。It should be noted, however, that when a light scattering guide is used for the light guide plate, if the value of the correlation distance a becomes too small, the forward scattering property of each scattering itself becomes weak, and This directivity is blurred because scattered light in a wide angle range including backscattering is generated only by scattering.
【0146】本発明で使用する「指向出射性」の導光板
は、このような現象を顕著に示さないような特性を有し
ているものであり、相関距離aについて指定した前述の
範囲(0.06[μm]≦a≦35[μm]あるいは
0.06[μm]≦a≦7[μm])には、この条件が
考慮に入れられている。光散乱導光体として、ポリマー
マトリックス中に異屈折率粒子を均一に分散させたもの
を使用する場合には、前記(9)式から、上記相関距離
の範囲(0.06[μm]≦a≦35[μm])を異屈
折率粒子径の範囲に換算すると、0.1[μm]〜54
[μm]になる。The "directional emission" light guide plate used in the present invention has such a characteristic that such a phenomenon is not significantly exhibited, and the above-mentioned range (0 .06 [μm] ≦ a ≦ 35 [μm] or 0.06 [μm] ≦ a ≦ 7 [μm]), this condition is taken into consideration. When a light scattering light guide in which modified refractive index particles are uniformly dispersed in a polymer matrix is used, the above correlation distance range (0.06 [μm] ≦ a ≦ 35 [μm]) is converted to a range of modified refractive index particle diameters, 0.1 [μm] to 54.
[Μm].
【0147】最後に、本発明において、導光板として使
用される光散乱導光体の材料及び製造方法について説明
する。本発明で導光板の材料として好適に使用される光
散乱導光体のベースとしては、種々のポリマー材料があ
る。これらポリマーの代表的なものを下記の表1及び表
2に示す。このようなポリマー材料をベースとする光散
乱導光体は、次のような方法によって製造することが可
能である。Finally, in the present invention, the material and manufacturing method of the light scattering guide used as the light guide plate will be described. Various polymer materials can be used as the base of the light-scattering light guide that is preferably used as the material of the light guide plate in the present invention. Representatives of these polymers are shown in Tables 1 and 2 below. The light-scattering light guide body based on such a polymer material can be manufactured by the following method.
【0148】[0148]
【表1】 [Table 1]
【0149】[0149]
【表2】 先ず、その1つは、2種類以上のポリマーを混練する工
程を含む成形プロセスを利用する方法である。即ち、2
種類以上の屈折率の相互に異なるポリマー材料(任意形
状で良い。工業的には、例えばペレット状のものが考え
られる。)を混合加熱して、練り合わし(混練工程)、
混練された液状材料を射出成形機の金型内に高圧で射出
注入し、冷却固化することによって成形された導光板を
金型から取り出せば金型形状に対応した形状の導光板を
得ることが出来る。[Table 2] First, one of them is a method utilizing a molding process including a step of kneading two or more kinds of polymers. That is, 2
Polymer materials having different refractive indices of more than one kind (arbitrary shapes are acceptable. Industrially, for example, pellets are conceivable.) Are mixed and kneaded (kneading step),
By injecting the kneaded liquid material into the mold of the injection molding machine at high pressure, and cooling and solidifying the molded light guide plate, the light guide plate with a shape corresponding to the mold shape can be obtained by taking it out of the mold. I can.
【0150】混練された2種類以上の異屈折率のポリマ
ーは完全には混ざり合うことなく固化するので、それら
の局所的濃度に不均一(ゆらぎ)が生まれて固定され、
一様な散乱能が与えられる。また、混練された材料を押
し出し成形機のシリンダー内に注入し、通常のやり方で
押し出せば目的とする成形物を得ることが出来る。Since the kneaded polymers of two or more different refractive indexes are solidified without being completely mixed, nonuniformity (fluctuation) is generated in their local concentration and is fixed,
Uniform scattering power is given. In addition, if the kneaded material is injected into the cylinder of an extrusion molding machine and extruded in a usual manner, the desired molded product can be obtained.
【0151】これらポリマーブレンドの組合せや混合割
合については、非常に幅広い選択が可能であり、屈折率
差、成形プロセスで生成される屈折率不均一構造の強さ
や性質(散乱照射パラメータE、相関距離a、誘電率ゆ
らぎ2乗平均τ等)を考慮して決定すれば良い。なお、
使用し得るポリマー材料の代表的なものは前記表1及び
表2に示した通りである。A wide variety of combinations and mixing ratios of these polymer blends can be selected, and the difference in refractive index, the strength and properties of the non-uniform refractive index structure generated in the molding process (scattering irradiation parameter E, correlation distance) a, dielectric constant fluctuation root mean square τ, etc.) may be taken into consideration. In addition,
Typical polymer materials that can be used are as shown in Tables 1 and 2 above.
【0152】光散乱導光体を構成する材料の製造法の別
の1つは、ポリマー材料中に屈折率の異なる(0.00
1以上の屈折率差)粒子状材料を一様に混入分散させる
ものである。そして、粒子状材料の一様混入に利用可能
な方法の1つにサスペンション重合法と呼ばれる方法が
ある。即ち、粒子状材料をモノマー中に混入し、湯中に
懸濁させた状態で重合反応を行なわせると、粒子状材料
が一様に混入されたポリマー材料を得ることが出来る。
これを原材料に用いて成形を行なえば、所望の形状の光
散乱導光体が製造される。Another method of manufacturing the material forming the light-scattering light guide is different in the refractive index (0.00
One or more refractive index difference) A particulate material is uniformly mixed and dispersed. Then, one of the methods that can be used for uniformly mixing the particulate material is a method called a suspension polymerization method. That is, when the particulate material is mixed in the monomer and the polymerization reaction is carried out in a state of being suspended in hot water, a polymer material in which the particulate material is uniformly mixed can be obtained.
When this is used as a raw material and molding is performed, a light-scattering light guide having a desired shape is manufactured.
【0153】また、サスペンション重合を種々の粒子状
材料とモノマーの組合せ(粒子濃度、粒径、屈折率等の
組合せ)について実行し、複数種類の材料を用意してお
き、これを選択的にブレンドして成形を行なえば、多様
な特性の光散乱導光体を製造することが出来る。また、
粒子状材料を含まないポリマーをブレンドすれば、粒子
濃度を簡単に制御することが出来る。Further, suspension polymerization is carried out for various combinations of particulate materials and monomers (combination of particle concentration, particle diameter, refractive index, etc.), plural kinds of materials are prepared, and these are selectively blended. Then, the light-scattering light guide having various characteristics can be manufactured. Also,
By blending a polymer containing no particulate material, the particle concentration can be easily controlled.
【0154】粒子状材料の一様混入に利用可能な方法の
他の1つは、ポリマー材料と粒子状材料を混練するもの
である。この場合も、種々の粒子状材料とポリマーの組
合せ(粒子濃度、粒径、屈折率等の組合せ)で混練・成
形(ペレット化)を行なっておき、これらを選択的にブ
レンドして光散乱導光体を成形製造することにより、多
様な特性の光散乱導光体を得ることが出来る。Another method that can be used to uniformly mix the particulate material is to knead the polymer material and the particulate material. Also in this case, kneading / molding (pelletizing) is performed by combining various particulate materials and polymers (combination of particle concentration, particle size, refractive index, etc.), and these are selectively blended to conduct light scattering. By forming and manufacturing a light body, a light-scattering light guide having various characteristics can be obtained.
【0155】また、上記のポリマーブレンド法と粒子状
材料混入方法を組み合わせることも可能である。例え
ば、屈折率の異なるポリマーのブレンド・混練時に粒子
状材料を混入させることが考えられる。It is also possible to combine the above-mentioned polymer blending method and the particulate material mixing method. For example, it is conceivable to mix a particulate material during blending / kneading of polymers having different refractive indexes.
【0156】[0156]
【発明の効果】本発明の偏光化機能付面光源装置によれ
ば、指向出射性の導光板、偏光成分に依存した反射特性
を有する偏光分離手段並びに偏向プリズム面を備えた偏
光変換素子を組み合わせる構成によりリサイクル的な偏
光化プロセスが高効率で達成され、高いエネルギ利用効
率を以て偏光化された照明光の生成が可能になる。According to the surface light source device with a polarization function of the present invention, a light guide plate having a directional emission property, a polarization separation means having a reflection characteristic depending on a polarization component, and a polarization conversion element having a deflection prism surface are combined. The construction achieves a highly efficient recycling polarization process and enables the production of polarized illumination light with high energy utilization efficiency.
【0157】また、本発明に係る偏光化機能付面光源装
置によれば、その出射光束に明瞭な指向性が保存されて
いるから、プリズム作用を利用したプリズムシートを付
加的に利用することによって、所望の方向に伝播する偏
光化光束を生成させることが出来る。Further, according to the surface light source device with a polarization function according to the present invention, since clear directivity is preserved in the emitted light beam, it is possible to additionally use the prism sheet utilizing the prism action. It is possible to generate a polarized light beam that propagates in a desired direction.
【0158】このような特性は、本願発明の偏光化機能
付面光源装置を液晶表示装置のバックライトとして用い
た際に極めて有利であり、液晶表示装置の表示品位を格
段に向上させ、省電力性を大幅に改善させるに充分なも
のである。Such characteristics are extremely advantageous when the surface light source device with polarization function of the present invention is used as a backlight of a liquid crystal display device, and the display quality of the liquid crystal display device is remarkably improved, and power consumption is reduced. It is sufficient to significantly improve the sex.
【図1】従来のサイドライト型面光源装置の基本的な構
成を説明する見取り図である。FIG. 1 is a sketch diagram illustrating a basic configuration of a conventional side light type surface light source device.
【図2】本発明の第1の実施形態に係る面光源装置の概
略構造を断面図で表わしたものである。FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of a surface light source device according to a first embodiment of the present invention.
【図3】偏光分離板8の偏光化機能について説明する図
である。FIG. 3 is a diagram illustrating a polarization function of a polarization separation plate 8.
【図4】横軸にBK−7板への入射角をとり、縦軸に
P,S各偏光成分の1回透過の透過率をとってグラフ表
示したものである。FIG. 4 is a graph in which the horizontal axis represents the incident angle to the BK-7 plate and the vertical axis represents the transmittance of the P and S polarization components for each single transmission.
【図5】(A)は、光出射方向修正素子の典型的な構造
と配置を説明する図、(B)は変形型の配置を示した図
である。FIG. 5A is a diagram illustrating a typical structure and arrangement of a light emitting direction correction element, and FIG. 5B is a diagram showing a modified arrangement.
【図6】図3と同様の形式で、多層膜を利用した偏光分
離板の機能を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the function of a polarization separation plate using a multilayer film in the same format as FIG.
【図7】厚さ1mmの光学ガラス板BK−7上に、Ti
Ox 、SiO2 及びZrO2 からなる多層膜を真空蒸着
により形成した偏光分離板について、偏光分離機能を入
射角度を55度〜70度まで変えながら測定した結果を
示したグラフである。FIG. 7: Ti is formed on an optical glass plate BK-7 having a thickness of 1 mm.
6 is a graph showing the results of measuring the polarization separation function of a polarization separation plate formed by vacuum deposition of a multilayer film of Ox, SiO2 and ZrO2 while changing the incident angle from 55 degrees to 70 degrees.
【図8】偏光変換素子10を導光板1の側から見た時の
プリズム溝の配向方向を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing an alignment direction of prism grooves when the polarization conversion element 10 is viewed from the light guide plate 1 side.
【図9】偏光変換素子10の断面を局所的に抽出描示
し、更に代表光線L1 の光路と偏向変換過程の概略を透
視的に併記したものである。FIG. 9 is a diagram in which a cross section of the polarization conversion element 10 is locally extracted and drawn, and the optical path of the representative light beam L1 and the outline of the polarization conversion process are also shown in perspective.
【図10】偏光変換過程を更に詳しく説明するために、
偏光変換素子10の裏面に形成された偏光変換用のプリ
ズム溝の一部(単位ユニット)を斜視的に拡大描示し、
図9における光路121〜123について偏向状態を併
記したものである。FIG. 10 is a diagram for explaining the polarization conversion process in more detail.
A part (unit unit) of a prism groove for polarization conversion formed on the back surface of the polarization conversion element 10 is enlarged and drawn in perspective.
The deflection states of the optical paths 121 to 123 in FIG. 9 are also shown.
【図11】第2の実施形態に係る面光源装置の概略構造
を図2と同様の形式で表わした断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a surface light source device according to a second embodiment in the same format as FIG.
【図12】偏光変換素子50を導光板1の側から見た時
のプリズム溝並びに光学軸の配向方向を図8と同様の形
式で示したものである。FIG. 12 shows the orientation of the prism grooves and the optical axis when the polarization conversion element 50 is viewed from the light guide plate 1 side in the same format as in FIG.
【図13】偏光変換素子50の断面を局所的に抽出描示
し、更に代表光線L1 の光路と偏向変換過程の概略を透
視的に併記したものである。FIG. 13 is a diagram in which the cross section of the polarization conversion element 50 is locally extracted and drawn, and the optical path of the representative light beam L1 and the outline of the polarization conversion process are also shown together in perspective.
【図14】本発明に係る偏光化機能付の面光源装置を液
晶表示装置のバックライトとして使用した場合の基本的
な配置を要素分解斜視図で示したものである。FIG. 14 is an element exploded perspective view showing a basic arrangement when the surface light source device with a polarization function according to the present invention is used as a backlight of a liquid crystal display device.
【図15】横軸に相関距離a、縦軸に誘電率ゆらぎ2乗
平均τをとり、有効散乱照射パラメータEを一定にする
条件を表わす曲線を、E=50[cm-1]及びE=100
[cm-1]の場合について描いたものである。FIG. 15 is a curve showing the conditions for keeping the effective scattering irradiation parameter E constant, where the horizontal axis is the correlation distance a and the vertical axis is the mean square τ of the dielectric constant fluctuation, and E = 50 [cm −1 ] and E = 100
The drawing is for the case of [cm -1 ].
【図16】相関距離aによって光散乱導光体の前方散乱
性の強さが変化することを説明するグラフである。FIG. 16 is a graph illustrating that the intensity of the forward scattering property of the light scattering guide changes with the correlation distance a.
【図17】第1、第2の実施形態で使用した導光板1に
ついて、発光面5から出射される光の角度別の強度を偏
光成分別に表わしたグラフである。FIG. 17 is a graph showing the intensity of light emitted from the light emitting surface 5 for each polarization component of the light guide plate 1 used in the first and second embodiments.
1 導光板 2 光入射面 3 反射体(銀箔) 4 プリズムシート 4a,4b プリズムシート4のプリズム面 4’a,4’b プリズムシート4’のプリズム面 4e プリズムシート4の平坦面 4’c プリズムシート4’の平坦面 5 発光面 6 導光板の裏面 7 導光板の末端部 8 偏光分離板 8a 偏光分離板8の光入射面 8b 偏光分離板8の光出射面 10,50 偏光変換素子 11 偏光変換素子10の入出力面 12 偏光変換素子10の裏面 52 4分の1波長板 53 反射板(反射層) 101,102,111,112 偏光変換素子10の
プリズム面 501,502 偏光変換素子50のプリズム面 121,122,123 偏光変換素子10内の光路 521,522,523 偏光変換素子50内の光路 AR1〜AR3 空気層 L 光源素子(冷陰極管;蛍光ランプ) P 導光板1の中央点 R 反射体(銀箔)1 light guide plate 2 light incident surface 3 reflector (silver foil) 4 prism sheet 4a, 4b prism surface of prism sheet 4 4'a, 4'b prism surface of prism sheet 4 '4e flat surface of prism sheet 4 4'c prism Flat surface of sheet 4'5 Light emitting surface 6 Back surface of light guide plate 7 End portion of light guide plate 8 Polarization separation plate 8a Light incident surface of polarization separation plate 8b Light emission surface of polarization separation plate 10,50 Polarization conversion element 11 Polarization Input / output surface of the conversion element 10 12 Back surface of the polarization conversion element 52 Quarter wave plate 53 Reflector plate (reflection layer) 101, 102, 111, 112 Prism surface 501, 502 of the polarization conversion element 10 of the polarization conversion element 50 Prism surface 121,122,123 Optical path in polarization conversion element 10 521,522,523 Optical path in polarization conversion element 50 AR1 to AR3 Air layer L Light source element (cold cathode) ; Fluorescent lamp) central point P the light guide plate 1 R reflector (silver foil)
Claims (9)
と、該導光板の肉厚端面の近傍に配置された光供給手段
と、前記導光板の発光面に沿って延在するように配置さ
れ、偏光成分に依存した反射特性を有する透光性の偏光
分離手段と、前記導光板の発光面と相反する側の表面に
沿って延在するように配置され、前記導光板の裏面から
の出射光を入出力面から入射させ、S偏光成分をP偏光
成分に変換した後、前記入出力面から前記導光板の裏面
に向けて出射させる偏光変換素子を含み、 前記偏光変換素子の入出力面には、前記導光板の裏面か
らの出射光の伝播方向を前記偏光変換素子の厚み方向に
転換させるための多数の偏向プリズム溝が前記導光板の
光入射面の延在方向と平行に形成されている、 偏光変換素子を用いた偏光化機能付き面光源装置。1. A light guide plate having a wedge-shaped cross section and having a directional emission property, a light supply means arranged in the vicinity of a thick end face of the light guide plate, and a light guide plate extending along a light emitting surface of the light guide plate. A light-transmitting polarized light separating means having a reflection characteristic depending on a polarization component, and arranged so as to extend along the surface of the light guide plate opposite to the light emitting surface, and from the back surface of the light guide plate. Including a polarization conversion element that makes the output light of the input light incident from the input / output surface to convert the S polarization component to the P polarization component and then outputs the light from the input / output surface toward the back surface of the light guide plate. On the output surface, a large number of deflection prism grooves for converting the propagation direction of the light emitted from the back surface of the light guide plate into the thickness direction of the polarization conversion element are parallel to the extending direction of the light entrance surface of the light guide plate. Formed surface with polarization function using polarization conversion element Source apparatus.
と、該導光板の肉厚端面の近傍に配置された光供給手段
と、前記導光板の発光面に沿って延在するように配置さ
れ、偏光成分に依存した反射特性を有する透光性の偏光
分離手段と、前記導光板の発光面と相反する側の表面に
沿って延在するように配置され、前記導光板の裏面から
の出射光を入出力面から入射させ、S偏光成分をP偏光
成分に変換した後、前記入出力面から前記導光板の裏面
に向けて出射させる偏光変換素子を含み、 前記偏光変換素子の入出力面には、前記導光板の裏面か
らの出射光の伝播方向を前記偏光変換素子の厚み方向に
転換させるための多数の偏向プリズム溝が前記導光板の
光入射面の延在方向と平行に形成されており、 前記偏光変換素子の裏面側には、S偏光成分をP偏光成
分に変換するための多数の偏光変換プリズム溝が、前記
導光板の光入射面の延在方向と45度傾斜した方向に形
成されている、 偏光変換素子を用いた偏光化機能付き面光源装置。2. A light guide plate having a wedge-shaped cross section and having a directional emission property, a light supply means arranged in the vicinity of a thick end face of the light guide plate, and so as to extend along a light emitting surface of the light guide plate. A light-transmitting polarized light separating means having a reflection characteristic depending on a polarization component, and arranged so as to extend along the surface of the light guide plate opposite to the light emitting surface, and from the back surface of the light guide plate. Including a polarization conversion element that makes the output light of the input light incident from the input / output surface to convert the S polarization component to the P polarization component and then outputs the light from the input / output surface toward the back surface of the light guide plate. On the output surface, a large number of deflection prism grooves for converting the propagation direction of the light emitted from the back surface of the light guide plate into the thickness direction of the polarization conversion element are parallel to the extending direction of the light entrance surface of the light guide plate. S polarization is formed on the back side of the polarization conversion element. A plurality of polarization conversion prism grooves for converting the light into P polarization components are formed in a direction inclined by 45 degrees with respect to the extending direction of the light incident surface of the light guide plate. Surface light source device.
と、該導光板の肉厚端面の近傍に配置された光供給手段
と、前記導光板の発光面に沿って延在するように配置さ
れ、偏光成分に依存した反射特性を有する透光性の偏光
分離手段と、前記導光板の発光面と相反する側の表面に
沿って延在するように配置され、前記導光板の裏面から
の出射光を入出力面から入射させ、S偏光成分をP偏光
成分に変換した後、前記入出力面から前記導光板の裏面
に向けて出射させる偏光変換素子と、 前記偏光変換素子の裏面側に配置された反射体を含み、 前記偏光変換素子の入出力面には、前記導光板の裏面か
らの出射光の伝播方向を前記偏光変換素子の厚み方向に
転換させるための多数の偏向プリズム溝が前記導光板の
光入射面の延在方向と平行に形成されており、 前記偏光変換素子の裏面側には、S偏光成分をP偏光成
分に変換するための多数の偏光変換プリズム溝が、前記
導光板の光入射面の延在方向と45度傾斜した方向に形
成されている、 偏光変換素子を用いた偏光化機能付き面光源装置。3. A light guide plate having a wedge-shaped cross section and having a directional emission property, a light supply means arranged in the vicinity of a thick end face of the light guide plate, and a light guide plate extending along a light emitting surface of the light guide plate. A light-transmitting polarized light separating means having a reflection characteristic depending on a polarization component, and arranged so as to extend along the surface of the light guide plate opposite to the light emitting surface, and from the back surface of the light guide plate. Of the output light of which is incident from the input / output surface to convert the S-polarized component into the P-polarized component, and then output from the input / output surface toward the back surface of the light guide plate, and the back surface side of the polarization conversion element. A plurality of deflection prism grooves for converting the propagation direction of the light emitted from the back surface of the light guide plate into the thickness direction of the polarization conversion element on the input / output surface of the polarization conversion element. Is formed parallel to the extending direction of the light incident surface of the light guide plate. On the back side of the polarization conversion element, a large number of polarization conversion prism grooves for converting an S polarization component into a P polarization component are provided at a direction inclined by 45 degrees with respect to the extending direction of the light incident surface of the light guide plate. A surface light source device with a polarization function that uses a polarization conversion element.
該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータE[cm-1]の
値が0.5[cm-1]≦E≦50[cm-1]の範囲にあると
共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相関関数γ
(r)をγ(r)=exp[−r/a](但し、rは光
散乱導光体内の2点間距離)で近似した時の相関距離a
[μm]の値が0.06[μm]≦a≦35[μm]の
範囲にある、 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載された、偏光
変換素子を用いた面光源装置。4. The light guide plate is composed of a light scattering light guide,
The value of the effective scattering irradiation parameter E [cm -1 ] of the light-scattering light guide is in the range of 0.5 [cm -1 ] ≤ E ≤ 50 [cm -1 ] and the refractive index that gives the light-scattering ability. Correlation function γ of inhomogeneous structure
The correlation distance a when (r) is approximated by γ (r) = exp [−r / a] (where r is the distance between two points in the light scattering guide).
The surface light source device using the polarization conversion element according to claim 1, wherein the value of [μm] is in the range of 0.06 [μm] ≦ a ≦ 35 [μm]. .
該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータE[cm-1]の
値が2.77[cm-1]≦E≦9.24[cm-1]の範囲に
あると共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相関
関数γ(r)をγ(r)=exp[−r/a](但し、
rは光散乱導光体内の2点間距離)で近似した時の相関
距離a[μm]の値が0.06[μm]≦a≦7[μ
m]の範囲にある、請求項1〜請求項3のいずれか1項
に記載された偏光変換素子を用いた面光源装置。5. The light guide plate comprises a light scattering light guide,
The value of the effective scattering irradiation parameter E [cm -1 ] of the light-scattering light guide is within the range of 2.77 [cm -1 ] ≤ E ≤ 9.24 [cm -1 ] and the light-scattering ability is given. The correlation function γ (r) of the refractive index nonuniform structure is γ (r) = exp [−r / a] (however,
The value of the correlation distance a [μm] when approximated by r is the distance between two points in the light scattering guide) is 0.06 [μm] ≦ a ≦ 7 [μ
m] in a range, the surface light source device using the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 3.
と、該導光板の肉厚端面の近傍に配置された光供給手段
と、前記導光板の発光面に沿って延在するように配置さ
れ、偏光成分に依存した反射特性を有する透光性の偏光
分離手段と、前記導光板の発光面と相反する側の表面に
沿って延在するように配置され、前記導光板の裏面から
の出射光を入出力面から入射させ、S偏光成分をP偏光
成分に変換した後、前記入出力面から前記導光板の裏面
に向けて出射させる偏光変換素子を含み、 前記偏光変換素子の入出力面には、前記導光板の裏面か
らの出射光の伝播方向を前記偏光変換素子の厚み方向に
転換させるための多数の偏向プリズム溝が前記導光板の
光入射面の延在方向と平行に形成されており、 前記偏光変換素子はその裏面側に、S偏光成分をP偏光
成分に変換するために偏光軸を前記導光板の光入射面の
延在方向と45度傾斜した方向を向くように配向配置さ
れた4分の1波長板と、該4分の1波長板の外側に配置
された反射体を備えている、偏光変換素子を用いた偏光
化機能付き面光源装置。6. A light guide plate having a wedge-shaped cross section and having a directional emission property, a light supply unit arranged in the vicinity of a thick end face of the light guide plate, and a light guide plate extending along a light emitting surface of the light guide plate. A light-transmitting polarized light separating means having a reflection characteristic depending on a polarization component, and arranged so as to extend along the surface of the light guide plate opposite to the light emitting surface, and from the back surface of the light guide plate. Including a polarization conversion element that makes the output light of the input light incident from the input / output surface to convert the S polarization component to the P polarization component and then outputs the light from the input / output surface toward the back surface of the light guide plate. On the output surface, a large number of deflection prism grooves for converting the propagation direction of the light emitted from the back surface of the light guide plate into the thickness direction of the polarization conversion element are parallel to the extending direction of the light entrance surface of the light guide plate. The polarization conversion element has an S polarization on the back surface side. A quarter-wave plate oriented so that its polarization axis is oriented in a direction inclined by 45 degrees with respect to the extending direction of the light incident surface of the light guide plate in order to convert the component into a P-polarized component; A surface light source device with a polarization function using a polarization conversion element, which is provided with a reflector arranged outside a one-wave plate.
該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータE[cm-1]の
値が0.5[cm-1]≦E≦50[cm-1]の範囲にあると
共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相関関数γ
(r)をγ(r)=exp[−r/a](但し、rは光
散乱導光体内の2点間距離)で近似した時の相関距離a
[μm]の値が0.06[μm]≦a≦35[μm]の
範囲にある、 請求項6に記載された、偏光変換素子を用いた面光源装
置。7. The light guide plate comprises a light-scattering light guide,
The value of the effective scattering irradiation parameter E [cm -1 ] of the light-scattering light guide is in the range of 0.5 [cm -1 ] ≤ E ≤ 50 [cm -1 ] and the refractive index that gives the light-scattering ability. Correlation function γ of inhomogeneous structure
The correlation distance a when (r) is approximated by γ (r) = exp [−r / a] (where r is the distance between two points in the light scattering guide).
The surface light source device using a polarization conversion element according to claim 6, wherein the value of [μm] is in the range of 0.06 [μm] ≦ a ≦ 35 [μm].
該光散乱導光体の有効散乱照射パラメータE[cm-1]の
値が2.77[cm-1]≦E≦9.24[cm-1]の範囲に
あると共に、光散乱能を与える屈折率不均一構造の相関
関数γ(r)をγ(r)=exp[−r/a](但し、
rは光散乱導光体内の2点間距離)で近似した時の相関
距離a[μm]の値が0.06[μm]≦a≦7[μ
m]の範囲にある、請求項6に記載された偏光変換素子
を用いた面光源装置。8. The light guide plate comprises a light-scattering light guide,
The value of the effective scattering irradiation parameter E [cm -1 ] of the light-scattering light guide is within the range of 2.77 [cm -1 ] ≤ E ≤ 9.24 [cm -1 ] and the light-scattering ability is given. The correlation function γ (r) of the refractive index nonuniform structure is γ (r) = exp [−r / a] (however,
The value of the correlation distance a [μm] when approximated by r is the distance between two points in the light scattering guide) is 0.06 [μm] ≦ a ≦ 7 [μ
A surface light source device using the polarization conversion element according to claim 6, which is in the range of m].
伝播方向を修正するためのプリズムシートが配置されて
いる請求項1〜請求項8のいずか1項に記載された、偏
光変換素子を用いた偏光化機能付面光源装置。9. The polarization conversion according to claim 1, wherein a prism sheet for correcting the preferential propagation direction of the illumination light is arranged outside the polarized light separating means. A surface light source device with a polarization function using an element.
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JP31843695A JP3526994B2 (en) | 1995-11-14 | 1995-11-14 | Surface light source device with polarization function using polarization conversion element |
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