JP3384867B2 - 偏光変換手段を備えた偏光化機能付面光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、偏りの無い光から特
定方向の偏りを有す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、「偏光化機能」と言う。）を備えた面光源装置に関
する。本願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使用され得るが、特に、液晶表
示装置のバックライト光源に用いて有利なものである。

【０００２】

【従来の技術】表面あるいは内部に光散乱機能を有する
板状の導光体の側方に蛍光ランプ等の光源を配置するこ
とによって面光源装置を構成し、液晶表示装置のバック
ライト光源等の用途で使用することは、従来より良く知
られているところである（例えば、特開平２−２２１９
２６号、特開平４−１４５４８５号及び実開昭５１−８
９８８８号公報など）。

【０００３】これらの旧来型の面光源装置は、導光体内
部あるいは表面領域に与えられた光散乱作用によって光
の進行方向を出来るだけランダムなものとすることを通
して光取出面から出射させる光量を確保するというもの
であり、光取出面から出射される光に明確な指向性は無
く、また、特定方向の偏りを呈する光を生成する機能も
有していない。

【０００４】これに対し、本発明者は先に、散乱特性を
規定する特性パラメータ（有効散乱照射パラメータＥ及
び相関距離ａ；詳細は後述。）を所定範囲に定めた楔形
状の光散乱導光体が平行光束化機能を有することを利用
して平行光束化装置を構成することを提案した。この平
行光束化装置を光源手段と組み合わせて改良型の面光源
装置を構成した場合、その出射光束に明確な指向性は認
められるが、特定の方向への偏りを持った偏光を生成す
る機能は備わっていない。

【０００５】ところで、一般の光源から発せられる偏り
の無い光から偏りのある光を得る手段としては、偏光板
あるいはビームスプリッタ型の偏光子等が知られて用い
られているが、これらは、所定の方向と直交する方向の
偏光成分を排除する形で偏りのある光を得ようとするも
のであるから、光エネルギの半分程度が無駄になってし
まう。従って、上記旧来型、改良型いずれの型の面光源
装置とこのような偏光素子を組み合わせて偏光化された
光束を生成するやり方では、使用される面光源の明るさ
を充分に生かした偏光光束を得ることは困難である。

【０００６】例えば、上記旧来型、改良型いずれの型の
面光源装置を液晶表示装置の液晶表示パネル背後にバッ
クライト光源手段として配置した場合でも、所定方向に
偏光化された光を液晶層に入射させる為に液晶表示パネ
ルの光入射側に設けられている偏光板によって、面光源
装置の出射光の光エネルギの少なくとも半分が無駄とな
る現象が生じており、液晶表示装置の表示品位を損なう
一因となっている。

【０００７】もし、光エネルギの利用効率の低下を抑制
した形で所定方向に偏光化された光束を生成する能力を
有する面光源装置が得られるならば、これを液晶表示装
置のバックライト光源手段として採用することにより、
上記液晶表示パネルの入射側の偏光板通過時の損失を低
下させることが可能になる。即ち、バックライト光源出
射光束の偏光方向と液晶パネル入射側偏光板の偏光軸方
向を平行にとるだけで、上記損失を回避出来る。このよ
うな観点から、特に液晶表示装置の分野では、エネルギ
利用効率を大きく低下させることなく偏光化された光束
を生成する能力を備えた偏光機能付面光源装置の実現が
待たれていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上記従来
技術の現状を背景に、偏光化に際しての光エネルギの利
用効率の低下を抑え、明るい偏光光束を得ることが出来
る偏光化機能付面光源装置を提供することを基本的な目
的としてなされたものである。また、本願発明は、特
に、液晶表示装置のバックライト光源手段として用いる
に適した偏光化機能付面光源装置を提供する企図を有す
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明は、先ず、上記
目的を達成する為の基本的な構成として、「光散乱能を
規定する有効散乱照射パラメータＥ［cm^-1］の値が０．
５≦Ｅ≦５０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
≦ａ≦３５の範囲にある楔形状断面を有する体積領域を
含む光散乱導光体からなる平行光束化素子と、該平行光
束化素子の前記楔形状断面の断面積が相対的に大きな方
の端面側に配置された光供給手段と、前記平行光束化素
子の光取出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、前記平行光束化素子の光取出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た偏光変換手段を含
み、前記偏光変換手段が、両端面が二等辺直角三角形形
状をなす３個の三角柱形状の体積領域要素を前記各要素
に対応した三角柱の軸方向が互いに直交する３方向を向
くように順次連結させた一体形状を有する複合プリズム
領域を並列的に多数配列させた領域を含んでいることを
特徴とする偏光変換手段を備えた偏光化機能付面光源装
置」（請求項１の構成）を提案したものである。

【００１０】そして、上記構成における偏光変換手段に
ついて、複合プリズム領域の並列配置形態に対応して、
「光散乱能を規定する有効散乱照射パラメータＥ［c
m^-1］の値が０．５≦Ｅ≦５０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≦ａ≦３５の範囲にある楔形状断面を有
する体積領域を含む光散乱導光体からなる平行光束化素
子と、該平行光束化素子の前記楔形状断面の断面積が相
対的に大きな方の端面側に配置された光供給手段と、前
記平行光束化素子の光取出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、前記平行光束化素子の光取出面と相反
する側の表面に沿って延在するように配置された偏光変
換手段を備えており、前記偏光変換手段が、両端面が二
等辺直角三角形形状をなす三角柱形状の体積領域要素を
前記各要素に対応した三角柱の軸方向が互いに直交する
３方向を向くように順次連結させた一体形状を有する体
積領域を単位体積領域として、該単位体積領域を並列的
に複数個連結させた一体形状を有する複合プリズム領域
を並列的に多数配列させた領域を含んでいることを特徴
とする偏光変換手段を備えた偏光化機能付面光源装置」
（請求項２の構成）、「光散乱能を規定する有効散乱照
射パラメータＥ［cm^-1］の値が０．５≦Ｅ≦５０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≦ａ≦３５の範囲に
ある楔形状断面を有する体積領域を含む光散乱導光体か
らなる平行光束化素子と、該平行光束化素子の前記楔形
状断面の断面積が相対的に大きな方の端面側に配置され
た光供給手段と、前記平行光束化素子の光取出面に沿っ
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、前記平行光束化素
子の光取出面と相反する側の表面に沿って延在するよう
に配置された偏光変換手段を備えており、前記偏光変換
手段が、両端面が二等辺直角三角形形状をなす三角柱形
状の体積領域要素を前記各要素に対応した三角柱の軸方
向が互いに直交する３方向を向くように順次連結させた
一体形状を有する体積領域を単位体積領域として、該単
位体積領域を並列的に複数個連結させた一体形状を有す
る複合プリズム領域を並列的に多数配列させた領域と、
表裏の双方側に斜面を繰り返し形成した光学材料からな
る基板領域を含んでおり、前記複合プリズム領域配列領
域が、前記表裏の一方側の繰り返し斜面上に設けられて
いると共に前記基板領域と光学的且つ機械的に結合され
ていることを特徴とする偏光変換手段を備えた偏光化機
能付面光源装置」（請求項３の構成）、並びに、「光散
乱能を規定する有効散乱照射パラメータＥ［cm^-1］の値
が０．５≦Ｅ≦５０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≦ａ≦３５の範囲にある楔形状断面を有する体積領
域を含む光散乱導光体からなる平行光束化素子と、該平
行光束化素子の前記楔形状断面の断面積が相対的に大き
な方の端面側に配置された光供給手段と、前記平行光束
化素子の光取出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、前記平行光束化素子の光取出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た偏光変換手段を備
えており、前記偏光変換手段が、両端面が二等辺直角三
角形形状をなす三角柱形状の体積領域要素を前記各要素
に対応した三角柱の軸方向が互いに直交する３方向を向
くように順次連結させた一体形状を有する体積領域を単
位体積領域として、該単位体積領域を並列的に複数個連
結させた一体形状を有する複合プリズム領域を並列的に
多数配列させた領域と、表裏の一方側に斜面を繰り返し
形成し他方側を平坦面とした光学材料からなる基板領域
を含んでおり、前記複合プリズム領域配列領域が前記繰
り返し斜面上に設けられていると共に前記基板領域と光
学的且つ機械的に結合していることを特徴とする偏光変
換手段を備えた偏光化機能付面光源装置」）（請求項４
の構成）を各々提案したものである。

【００１１】また、本願発明は更に面光源装置の出射光
の方向特性を調整する為の構成として、上記各構成に、
「前記偏光分離手段の外側に光出射方向修正素子を配置
する」という要件を課した、偏光変換手段を備えた偏光
化機能付面光源装置（請求項５の構成）を併せて提案し
たものである。

【００１２】

【作用】本願発明は、上記改良型の面光源装置に用いら
れる光散乱導光体の平行光束化機能と近似的なブリュー
スター角条件に関連した偏光成分の反射／透過特性を組
み合わせて利用した偏光分離手段の作用に加えて、三角
柱状プリズムを相互直交関係で連結した複合プリズムの
内部反射に伴う偏光変換作用を利用することにより、相
対的に高いエネルギ利用効率を以て所定の方向の偏光成
分に富んだ光束を生成するものである。

【００１３】初めに、本願発明で使用される平行光束化
素子の機能を理解する為に、平行光束化素子を構成する
光散乱導光体の散乱特性を記述する有効散乱照射パラメ
ータＥと相関距離ａについてＤｅｂｙｅの理論を引用し
て説明し、更に、その平行光束化機能について説明す
る。

【００１４】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。

【００１５】

【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。

【００１６】

【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。

【００１７】

【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。

【００１８】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。

【００１９】

【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。

【００２０】

【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。

【００２１】

【数６】 以上述べた諸関係から、相関距離ａ及び誘電率ゆらぎ２
乗平均τを変化させることにより、散乱光強度、散乱光
強度の角度依存性及び有効散乱照射パラメータＥを制御
することが可能なことが判る。図１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」を表わす指標であり、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）
ということになる。Ｅ＝０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。

【００２２】液晶表示装置のバックライト光源への適用
時等に想定される通常サイズ（数ｃｍ〜数１０ｃｍの程
度）の面光源を構成することを想定した場合、使用され
る光散乱導光体の有効散乱照射パラメータＥの実際的な
値の範囲は、Ｅ＝０．５〜５０［cm^-1］の程度となる。

【００２３】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。

【００２４】図２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°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°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＝０．１３μｍ、上記（９）を用いて粒径に換
算して２Ｒ＝０．２μｍ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＝
１．３μｍ、上記（９）式による粒径換算値で２Ｒ＝
２．０μｍ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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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°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。

【００２８】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°となる。

【００２９】後述するように、本願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°〜４５．６°となる。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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°乃至１０°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）。

【００３４】以上のことから、アクリル樹脂（αc ＝約
４２°）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°〜４０°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°〜４０°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６５°±１０°程度の範囲内に収まる方向（即ち、
光取出面表面に対して１５°〜３５°程度立ち上がった
方向）へ出射されることになる。

【００３５】光散乱導光体にアクリル樹脂以外の材料を
使用した場合でも、実際的な材料の屈折率の範囲は１．
４〜１．７の程度であるから、上記角度に数度程度のず
れを見込めば、同様の議論が成立する。

【００３６】但し、ここで注意すべきことは、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。本願発明で
は、このような指向性鈍化現象を顕著に示さないような
特性を有する光散乱導光体を使用する。以下、このよう
な光散乱導光体を「指向出射性」の光散乱導光体と呼ぶ
ことにする。

【００３７】本願発明が光散乱導光体の相関距離ａにつ
いて指定している範囲（０．０６μｍ≦ａ≦３５μｍ）
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は異屈折率粒子径の範囲、０．
１μｍ〜５４μｍに相当していることが判る。

【００３８】次に、本願発明の偏光変換手段を備えた偏
光化機能付面光源装置に使用される指向出射性の光散乱
導光体が楔形断面形状部分を有していることの光学的な
意味について説明する。図３は、本願発明の面光源装置
に用いられる光散乱導光体の断面の基本形状を内部にお
ける繰り返し反射の様子と共に記したものである。

【００３９】同図において、１は平行光束化素子を構成
する指向出射性の光散乱導光体であり、Ｂ0 は光源Ｌか
ら出射され、光入射面２から光散乱導光体１の内部に取
り込まれる光を代表する代表光線の進路を示したもので
ある。光源Ｌは楔形の相対的に断面積が大きい側端部に
あたる光入射面２に面して配置されるから、代表光線Ｂ
0 として図示した如く略水平方向に伝播するものを想定
する。

【００４０】この代表光線Ｂ0 の挙動を考察してみる
と、光線Ｂ0 は、一定割合で散乱による方向転換を受け
ながら、光取出面３及び該面に対して傾斜した裏面４で
反射を繰り返しながら、光散乱導光体１の厚みの薄い末
端部分へ近づいていく。面３，４の表面における内部反
射は正反射であるから、個々の反射における入射角と反
射角は当然等しい（θ1 ，θ2 ，θ3 ・・・・）。両面
３，４の傾斜関係から、光取出面３における各反射につ
いて、θ2 ＞θ4 ＞θ6 ・・・の関係が成立する。

【００４１】ここで、各反射時における界面透過率を考
えてみると、光散乱導光体の指向出射性の説明中で述べ
たと同様の議論により、θi ＞αc （臨界角；ＰＭＭＡ
−空気界面で４２°）の条件では全反射が起こり、θi
がαc を下回ると透過率が急上昇し、θi が所定値（Ｐ
ＭＭＡ−空気界面で３５°前後）以下で透過率はほぼ一
定となる。図では、θ2 ＞αc ＞θ4 ＞θ6 の関係によ
り、出射光Ｂ4 ，Ｂ6が生じている様子が描かれてい
る。

【００４２】このような効果は、代表光線Ｂ0 （無散乱
光）に限らず、１次散乱光や多重散乱光についても類似
した形態で生じている筈であるから、全体としては、こ
の効果によって光入射面２から遠ざかる程光取出面３か
らの光出射率が高められていることになる。この効果
を、光入射面２からの距離ｘの関数ｆ（ｘ）で評価する
と、ｆ（ｘ）はｘに関する増加関数である。一方、光入
射面２に近い部分では光源Ｌに近いという効果が直接
光、散乱光いずれについても働く。この近接効果をｇ
（ｘ）で評価すれば、ｇ（ｘ）はｘに関して減少傾向を
有する関数とみることが出来る。

【００４３】従って、近接効果ｇ（ｘ）とｆ（ｘ）が相
殺される関係にあり、光散乱導光体１の出射光強度（明
るさ）が均一化される作用が生じることになる。また、
光散乱導光体１内の光が光取出面３に入射する機会も、
楔形状の効果によって入射面２から遠ざかるにつれて増
大する傾向を持つと考えられるから、この傾向も上記増
加関数ｆ（ｘ）で評価される効果を補強しているものと
考えられる。

【００４４】なお、両面３，４のなす角度ψに絶対的な
制限は特にないが、明るさのレベル、均一度、指向特性
等を考慮した実際的な範囲として、０．５°≦ψ≦６°
という値が得られている。また、傾斜した裏面４（場合
によっては光取出面３）を曲面とすることにより、反射
角θ1 ，θ2 ，θ3 ・・・・の増大推移を制御し、より
望ましい特性を実現することも可能である。また、楔形
状の断面は必ずしも光散乱導光体１の全体に亙る必要は
なく、光源の映り込みによる輝度むらを防止する為に、
光入射面２の近傍の傾斜を緩めて平坦化したり、場合に
よっては逆傾斜部を形成する場合もある。

【００４５】以上述べた断面楔形状の光散乱導光体を採
用したことによる効果は、裏面４に沿って光反射機能を
有する手段を配置した場合にも同様に成立することは明
らかである。このような手段の最も簡単なものは、銀箔
のような正反射性の部材であるが、本願発明では反射型
の偏光変換手段Σ（以下、「偏光変換素子」という呼称
でこれを代表させる。）を配置する。なお、偏光変換素
子Σの構成と機能については後述する。

【００４６】本発明者は、このような楔形状断面部分を
有する指向出射性の光散乱導光体からなる平行光束化素
子と近似的なブリュースター角条件を利用した偏光分離
手段と、上記反射型の偏光変換手段を組合せて用いるこ
とにより、平行光束化素子の両側で多重的な偏光化過程
が発生し、高い光エネルギ利用効率で光束の偏光化が達
成されるという原理を見い出した。本願発明は、この原
理に基づいた偏光化機能付の面光源装置を提供したもの
であり、平行光束化素子、ブリュースター角条件を利用
した偏光分離手段並びに偏光変換素子の組合せ方、それ
による多重的な偏光化過程の具体的内容については、次
の実施例の中で述べることとする。

【００４７】

【実施例】図４（１）は、本願発明に係る偏光化機能付
の面光源装置の構成の基本形に相当する実施例を断面図
で示したものであり、図４（２）は使用される偏光変換
素子の裏面側斜面上に形成されている起伏面の外観を例
示したものである。図４（１）中、図３と共通する要素
については同じ符号が使用されている。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平行
光束化素子を表わしており、ここではその材料としてポ
リメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）中にシリコーン系
樹脂材料粒子（径２μｍ、屈折率＝１．４３４５）を
０．０７ｗｔ％の割合で一様に分散させたものが使用さ
れている。平行光束化素子１のサイズは、図中左右方向
の長さが６８ｍｍ、幅が８５ｍｍ、光入射面２側の端部
で４．０ｍｍ、末端部６で０．２ｍｍとした。

【００４８】Ｌは平行光束化素子１の入射面２から１ｍ
ｍ離して配置された直径３ｍｍの蛍光ランプで、このラ
ンプｌから右方に向かって光を入射させ、光取出面３か
ら平行化された光束を取り出す配置とした。また、Ｒは
入射面２から入射する光量を可能な限り多く確保する為
に適宜配置される反射体で、ここでは銀箔製シートで光
源Ｌを取り囲むように配置した。

【００４９】平行光束化素子１の裏面４側には、薄い空
気層５を挟んで、あるいは空気層を挟まずに裏面４に密
着させて、偏光変換素子Σが配置されている。偏光変換
素子Σは、プリズム内部における反射（通常」は、屈折
率臨界条件を利用した全反射）に伴う偏光変換作用を利
用して、面光源装置の偏光化機能を強化するものであ
り、その構造及び作用の詳細については後述する。

【００５０】また、空気層７を挟んで平行光束化素子１
の光取出面３と対向する位置には、偏光分離手段として
の偏光分離板８が配置され、更にその外側には空気層９
を挟んで光出射方向修正素子１０が配置されている。符
号１１は、光出射方向修正素子１０の光出射面であり、
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、光出射方向修正素子１０の更に外側に液晶表示パ
ネルが配置される。

【００５１】偏光分離板８は、透明な光学材料からなる
板状体で構成され、ここでは代表的な光学ガラスである
ＢＫ−７（屈折率１．５１６３）からなる厚さ１ｍｍの
平坦な板状部材を使用した。空気層７の屈折率ｎ0 ＝１
として、ブリュースター角の値は５６．６０°となる。

【００５２】以下、このような偏光分離板８、平行光束
化素子１並びに偏光変換素子Σを組み合わせた偏光化機
能付面光源装置の機能の概要について説明する。説明の
都合上、偏光分離板８と平行光束化素子１の作用に基づ
いた偏光化機能と、光出射方向修正素子の光出射方向修
正機能について先に述べ、次いで、偏光変換素子に関す
る記述を行なう。

【００５３】図４（１）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から平行光束化素
子１の内部に進入し、平行光束化素子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、平行光束化素子１の末端部６に向けて導光され
る。その過程において光取出面３から徐々に光が出射さ
れるが、「作用」の欄で述べた理由により、出射光は平
行光束化されて明瞭な指向性を有するものとなってい
る。そこで、この平行化光束を光線Ｃ0 で代表させ、平
行光束化素子１から出射された光の挙動を光線追跡形式
で記したものが図５である。

【００５４】「作用」の欄で説明したように、平行光束
化素子１の基材にＰＭＭＡを使用したケースでは光取出
面３に立てた法線Ｈ0 から測って６５°前後の方向へ強
く光出射が起ることから、代表光線Ｃ0 の出射角は６５
°とする。

【００５５】平行光束化素子１の光取出面３から出射さ
れた代表光線Ｃ0 は、空気層７を直進して偏光分離板８
の下面８ａに入射し、偏光分離板８内に進入する光線Ｃ
1 と反射して再び平行光束化素子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７へ進む光線Ｃ8 に分割される。内部反射光線Ｃ
7 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。

【００５６】一方、空気層７を平行光束化素子１へ向か
って直進する光線Ｃ2 及びＣ8 は、光取出面３で平行光
束化素子１内に再入射する光線Ｃ11，Ｃ13と反射光線Ｃ
12，Ｃ14 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。

【００５７】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３，８ａ，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。

【００５８】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°から１０°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°に一致すれば、反射
光線Ｃ2 のＳ偏光率は当然１００％となる）。

【００５９】光線Ｃ1 が偏光分離板８の上面８ｂに入射
した場合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、ＰＳ各偏光
成分のエネルギ量が急激に減少するので、図５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。

【００６０】このように、図５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、平行光束化素子の光取出面に
対向して配置される偏光分離手段（第１の実施例ではＢ
Ｋ−７板）から平行光束化素子に戻された光（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ている。

【００６１】図５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、平行光束化素子１を構成
する光散乱導光体内を伝播する過程で再び散乱、反射等
のプロセスを経た上で、その大部分が光取出面３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、やはり全体として
図５で右方に向かう前方散乱性は保存されているから、
「作用」の欄で述べた原理により、やはり光線Ｃ0 の出
射方向で代表し得る弱い指向性を有しているものと考え
られる。

【００６２】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、平行光束化素子内で上記散乱、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
由来する光取出面３からの出射光のＳ偏光度はかなり低
下させられる。

【００６３】もし、偏光スクランブル効果が完全であ
り、無損失で光取出面３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。

【００６４】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。

【００６５】即ち、平行光束化素子１の光取出面３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平行光束化素子１内で無偏光化さ
れて平行光束化素子１の光取出面３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１００％以上に増幅する
作用を果たさせることも可能である。このような特徴
は、以下に述べる各実施例においても共通して備わって
いる特徴である。

【００６６】なお、上記第１の実施例の説明では平行光
束化素子１の（初回の）出射光を出射角６５°のＣ0 で
代表させたが、出射角の条件が１０°程度変化したとし
ても現象の本質は殆ど変化しない。図６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（＝光
取出面３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／８
ａ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。グラフから判るように、５５°〜
７５°のほぼ全域に亙ってＰ偏光成分の透過率は約８０
％を越えており、Ｓ偏光成分の透過率はそれを約２０％
以上下回っている。従って、光取出面３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。

【００６７】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°）で特徴付けられる出射光の指向性は、偏
光分離手段８からの出射光束についても強く残ってお
り、通常の用途（液晶表示装置のバックライト光源等）
で要求されることの多い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のニーズに応える為に最適
であるとは言えない。

【００６８】偏光分離板８の外側に配置される光出射方
向修正素子１０は、このような要求に応えるもので、プ
リズム作用を通して偏光分離板８の光出射面８ｂ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７（Ａ），（Ｂ）を参照図
に加えて、この光出射方向修正素子の光出射方向修正機
能について説明する。

【００６９】図７（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、図７（Ｂ）は変形型の配
置を示したものであり、両図は図４（１），図５に示し
た配置における偏光分離板及び光出射方向修正素子の周
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、光
出射方向修正素子１０，１０’は、例えばポリカーボネ
ート（ＰＣ；屈折率ｎpr＝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１０ａ，１０ｂ
（頂角θpr）あるいは１１ａ，１１ｂ（頂角θ'pr ）が
形成されている。光出射方向修正素子１０，１０’は、
そのプリズム形成面を図７（Ａ）のように光入射面とす
るか、逆に図７（Ｂ）のように光取出面として使用す
る。

【００７０】先ず、図７（Ａ）では、前記の図５の関連
説明から、偏光分離板８の光取出面８ｂに対して６５°
の出射角で出射されるように描かれているＣ3 ，Ｃ9
は、前記代表光線Ｃ0 に由来して偏光分離板８から出射
される光束をほぼ代表しているものと考えられる。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、光出射方向修正素子１０のプリズム
面１０ａに垂直に近い角度で入射する。

【００７１】プリズム面１０ａと相反する側のプリズム
面１０ｂに入射する光量の割合は相対的に小さいと考え
ることが出来るから、代表光線Ｃ3 ，Ｃ9 はプリズム面
１０ｂまでほぼ直進して正反射され、光出射方向修正素
子１０の平坦な光取出面１１に対して垂直に近い角度で
入射し、該面１１から垂直方向に近い角度で出射する光
束Ｄとなる。

【００７２】入射側のプリズム面１０ａ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°）、他方のプリズム面
１０ｂの傾斜角θb を内部反射光が平坦な光取出面１１
にほぼ垂直に入射するように設定（ここではθb ＝６５
°／２＝３２．５°）すれば、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選択することを通して、光束Ｄの
方向特性を調整することが可能である。

【００７３】次に、図７（Ｂ）は、光出射方向修正素子
１０’をそのプリズム面１１ａ，１１ｂが外側に向く配
置とした場合について、代表光線Ｃ3 ，Ｃ9 の挙動を説
明した断面図であり、図７（Ａ）の場合と同様に、代表
光線Ｃ3 ，Ｃ9 は、空気層９（屈折率ｎ0 ＝１．０）を
直進した後、光出射方向修正素子１０’の平坦面１０’
ａ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１１ａから垂直に近
い角度で光束Ｄ’として出射される。光出射方向修正素
子１０’を構成する材料の屈折率やプリズム面１１ａ，
１１ｂの傾斜角θ'a，θ'bの値によっては、プリズム面
１１ａから一旦空気中に出射された上で対向するプリズ
ム面１１ｂ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。

【００７４】このように、図４の配置に、図７（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光出射方向修正素子を構成す
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。

【００７５】なお、光出射方向修正素子１０，１０’
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、いかなる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
も考えられる。

【００７６】以上が、偏光分離板８と平行光束化素子１
の協働的な作用に基づいた偏光化機能並びに光出射方向
修正素子の光出射方向修正機能の概要であるが、この偏
光分離板８と平行光束化素子１の協働的な作用による偏
光化機能については必ずしも十分なものとは言えず、相
当の改善の余地が残されている。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、専ら平行光束化素子１の
偏光スクランブル効果に頼って行なわれている故に、特
に平行光束化素子１の楔形状末端部６の近傍においてス
クランブル効果が不十分となりがちである。

【００７７】平行光束化素子１の裏面４に沿って配置さ
れる偏光変換素子Σは、このような状況を克服する手段
を与えるものであり、平行光束化素子１の裏面４を透過
する光について、そのＳ偏光成分をＰ偏光成分化する機
能を有している。以下、平行光束化素子１の裏面側に配
置される偏光変換素子Σについて詳しく説明する。

【００７８】この偏光変換素子は、光学材料からなる三
角柱状の直角プリズムを各三角柱の軸方向が互いに直交
する３方向を向くように順次連結させて一体形状の複合
プリズム領域を構成し、その内部に３回の全反射を含む
屈曲光路を形成することにより、入射光線の偏光方向を
９０°変換させた出射光が取り出せると言う原理を利用
したものである。

【００７９】図８は、偏光変換素子Σの主要部を構成す
る複合プリズム領域の基本単位を形成する偏光変換ユニ
ットの構造を表わした斜視図であり、先ず、この図を用
いて偏光変換素子Σの偏光変換の原理について説明す
る。同図において、全体を符号Σ1 で表わされた偏光変
換ユニットΣ1 は、本願発明で使用される偏光変換素子
の基本構成要素となっているものである。

【００８０】この偏光変換ユニットΣ1 は、図示されて
いるように、３個の三角柱形状の二等辺直角三角プリズ
ムＡＢＣＤＥＦ，ＤＣＧＥＦＪ，ＤＧＨＩＦＪを各三角
柱の軸方向が順次互いに直交した３つの方向を向くよう
に連結させた一体形状の光学材料からなる体積領域を有
している。このような複合プリズムを構成する光学材料
としては、透光性を有するプラスチック材料（アクリル
樹脂等）や光学ガラスなどの光学材料が使用可能である
が、材料の成形加工の容易性を考慮すると、前者を採用
することが好ましい。

【００８１】材料の屈折率としては、１．４１４２（空
気に対する全反射条件を与える内面入射角が４５°）〜
２．０程度の範囲を考えるのが実際的であり、通常の光
学材料の多くがこの条件を満たしている。

【００８２】このような複合プリズムで構成される偏光
変換ユニットΣ1 は次の様な偏光変換機能を有してい
る。今、正方形の表面領域ＡＢＣＤ（面５１ａ）に対し
て垂直に、小矢印で表示したように辺ＡＢと平行な方向
の電場ベクトル振動面を有する直線偏光Ｌ1 が入射した
場合を考えると、光線Ｌ1 の伝播経路は、面５１ａへの
入射点Ｒ0 →面５１ｄ上の全反射点Ｒ1 →面５１ｅ上の
全反射点Ｒ2 →面５１ｆ上の全反射点Ｒ3 →面５１ｂか
らの出射点Ｒ'0の順となり、入射光線Ｌ1 と出射光線Ｌ
1'は平行な関係（伝播方向は逆）となっている。

【００８３】そして、偏光方向は全反射点Ｒ1 では保存
されるが、Ｒ2 では辺ＨＩに平行な方向に９０°変換さ
れ、Ｒ3 ではその変換された状態が保存されて、光線Ｌ
1'として出射される。即ち、出射光線Ｌ1'は入射光線Ｌ
の偏光方向を９０°回転したものとなっている。

【００８４】同様に、入射光線Ｌ1 の偏光方向がＡＢと
垂直な場合には、出射光線Ｌ1'の偏光方向は辺ＨＩに垂
直方向、即ち、辺ＡＢと平行な方向に変換される。この
ことから、重ね合わせの原理により、偏光変換ユニット
Σ1 は偏光方向の条件如何に関わらず、入射光線の偏光
方向を９０°変換する作用を有していることが判る。従
って、入射光線Ｌ1 としてＳ偏光成分に富んだ光を想定
すれば、出射光Ｌ'1はＰ偏光に富んだ光に変換されるこ
とになる。また、入射光Ｌ'1の有効面への入射角が正確
に垂直でない場合には変換効率は低下するが、垂直入射
条件からのずれが大きくない限り、相当の偏光変換効率
が期待出来る。

【００８５】このような偏光変換作用が発揮される入射
範囲は、ＡＢＣＤで囲まれた面５１ａである。また、光
の伝播方向を逆にとれば、ＩＤＧＨで囲まれた面５１ｂ
が５１ａと等価な入射面を与えることは明らかである。
以後、この２つの面５１ａ，５１ｂあるいはこれに相当
する面を「有効面」と呼ぶことにする。

【００８６】これに対して、点ＣＤＧで囲まれた三角形
状の面１ｃに光を垂直に入射させた場合には、光の殆ど
が三角柱ＣＤＧＥＦＪの軸方向に平行に透過するだけで
あり、偏光変換作用には寄与しない。以後、この面５１
ｃあるいはこれに相当する面を「無効面」と呼ぶことに
する。なお、この無効面の裏面ＥＦＪに反射膜を形成し
反射性の無効面とすることが出来る。また、有効面の裏
面側の傾斜面上にも合わせて反射膜を形成（例えば、ア
ルミニウムの蒸着）すれば、偏光変換素子を構成する複
合プリズム領域の材料に関する屈折率条件（＞１．４１
４２）を緩和することも出来る。

【００８７】偏光変換ユニットΣ1 の入射面ＡＢＣＧＨ
ＩＤ全体に占める有効面の割合は８０％、無効面の割合
は２０％となる。仮に、入射面ＡＢＣＧＨＩＤと合同な
断面を有する直線偏光平行光束を偏光変換ユニットΣ1
に垂直に入射させると、その８０％について偏光方向が
変換されることになる。

【００８８】本願発明では、多数の偏光変換ユニットΣ
1 を種々の形態で並列配置させて厚さ寸法が相対的に小
さな偏光変換素子を構成し、各偏光変換ユニットΣ1 の
有効面を集合積算的に利用することにより、大断面積の
入射光束について高い効率で偏光変換作用を発揮させ
る。

【００８９】多数の偏光変換ユニットΣ1 を並列配置さ
せた場合には、形状上の制約から、有効面、無効面いず
れにも占有されない部分が生じる。この部分を便宜上
「空白部」と呼ぶことにする。空白部の前面（光入射側
から見て入口側）あるいは底面（光入射側から見て出口
側）に反射膜を配すれば、反射性の空白部とすることが
出来る。

【００９０】多数個の偏光変換ユニットΣ1 の並列配置
形態には種々の自由度が考えられるが、大別すると、各
偏光変換ユニットΣ1 を別個に配列する態様と、幾つか
（例えば、４個以上）の偏光変換ユニットΣ1 を一体化
してブロック（以下、「連結ブロック」と言う。）とし
たものを配列単位とする態様とがある。

【００９１】更に、これら偏光変換ユニットΣ1 あるい
は連結ブロックを並列配列させる場合に、各偏光変換ユ
ニットΣ1 の有効面が同一平面上に乗るように配置する
態様と、複数の互いに平行な傾斜面上に分布配置される
態様とがある。後者の考え方を用いれば、偏光変換素子
の延在方向に対して傾斜した方向を向いた多数の有効面
を持つ偏光変換素子を構成することが出来るから、有効
面への垂直入射条件をより正確に満たし易くなる。これ
らいずれの配置においても、偏光変換素子の偏光変換作
用が偏光変換ユニットΣ1 の偏光変換作用に基礎を置い
ていることに変わりはない。

【００９２】なお、実際に偏光変換素子を構成する場合
には、機械的強度や製造プロセス（プラスチック材料の
射出成形による製造法が代表的である。）の観点から、
多数の偏光変換ユニットΣ1 あるいは連結ブロックを、
光学材料で構成された基板領域と光学的且つ機械的に結
合（射出成形による境界なしの一体化、透明接着剤によ
る接着等）することが好ましい。

【００９３】基板領域は、全体としては平板乃至シート
状の形状をとることが通常であるが、基板領域と偏光変
換ユニット相当部分との（幾何学的な）境界面は、必ず
しも一平面に乗っていなくとも良く、また、基板領域の
全体的な延在方向で規定される偏光変換素子の延在平面
に対して傾斜した関係を持たせ、偏光変換素子の延在平
面に対して傾斜した角度で入射した光に対して偏光変換
作用を及ぼす配置とすることが出来る。この傾斜角は、
有効面への垂直入射条件を満たすように選択されること
が好ましい。

【００９４】以下、図９〜図１３を順次参照図に加え
て、本願発明で使用される偏光変換素子Σの代表的な例
について説明する。図９（１）は、偏光変換素子Σの第
１の例を断面図で略記したものであり、図９（２）は、
基板領域に結合された偏光変換ユニット並列形成領域の
単位要素を抽出拡大し、基板領域の表側から見た透視斜
視図の形で示したものである。

【００９５】図９（１）に示されているように、偏光変
換素子Σ全体は、基板領域Ｑ1 と偏光変換ユニット並列
形成領域Σ'1で構成されている。偏光変換ユニット並列
形成領域Σ'1は、図９（２）に示された形状の偏光変換
ユニット連結ブロックΣ4 を基板領域Ｑ1 の裏面側に個
別に並列分布させたもので構成されている。偏光変換ユ
ニット連結ブロックΣ4 の配列パターンは任意であり、
相互に接近して配置されているが偏光変換ユニット連結
ブロックΣ4 同士が系統的に連結されてはいない。この
偏光変換ユニット連結ブロックΣ4 自体の構造は、４個
の偏光変換ユニットを放射状に連結し、中央部を正方形
の穴部Ａとしたものである。図９（２）には、偏光変換
ユニット１個分について、図８に準じた符号が併記され
ている。

【００９６】４個の偏光変換ユニットを連結する代表的
な方法は、ブロックΣ4 を同一光学材料で構成された一
体のものとすることである。また、各偏光変換ユニット
の面５１ａ〜５１ｃ相当面と基板領域Ｑ1 の光学的並び
に機械的な結合についても同様の一体化を図ることが好
ましい。従って、偏光変換素子Σを同一光学材料で構成
された一体のものとすることが望ましい。１つの透明プ
ラスチック材料（アクリル樹脂等）の射出成形により偏
光変換素子Σを製造する手法を採用すれば、このような
一体化は容易に実現出来る。

【００９７】各偏光変換ユニットの光入出射面（５１ａ
〜５１ｃ相当面）は、同一平面上にあり、偏光変換素子
Σの延在方向に対して垂直に直線偏光光束が入射する
と、基板→偏光変換ユニット→基板のＵターン経路を経
て、偏光方向が９０゜変換された光束となって出射され
る。図９（１）に併記したように、平行光束化素子１の
裏面４から出射される光の方向には相当の拡がりがある
から、その何割かについて偏光方向が９０°変換され
る。

【００９８】平行光束化素子１の裏面から出射される
光、特に、末端部６（図４参照）に近い部分で出射され
る光には、戻り光に由来するＳ偏光成分が多く含まれる
から、全体としては、平行光束化素子１のスクランブル
効果の弱い末端部のＰ偏光化機能を補う形で面光源の偏
光化機能が強化、平準化されることになる。

【００９９】なお、この実施例の場合、穴部Ａの底部は
基板領域Ｑ1 の裏面で与えられることになるが、この部
分に反射膜を形成すれば、偏光変換素子Σを透過してし
まう光量を減らし、これを偏光変換素子Σの表側へ戻す
ことが出来る。無効面５１ｃの裏面部（基板領域Ｑ1 の
表面に相当）についても、同様の選択が可能である。こ
のような穴部あるいは偏光変換素子裏面部の構成の変形
態様は、以下の実施例についても同様に考えられるもの
である（各実施例において、この点に関する繰り返し説
明は省略）。

【０１００】次に、図１０は、偏光変換素子Σの別の例
を表わしており、偏光変換ユニット並列形成領域を４個
の偏光変換ユニット連結ブロックΣ4 を個別に多数形成
する形態とする代わりに、多数の偏光変換ユニット連結
ブロックΣ4 を最密充填的に連結させて偏光変換ユニッ
ト並列形成領域としたものである。図１０（１）は偏光
変換素子全体の概略断面構造を略記したものであり（図
９の場合と特に区別せず。）、図１０（２）は、基板の
裏面に形成された偏光変換ユニット並列形成領域Σ'1の
一部を基板裏面側から見た外観（起伏パターン）を斜視
図で表したものである。

【０１０１】図１０（２）には、ブロックΣ4 の連結態
様が描かれており、１個分のブロックΣ4 について、穴
部Ａ、平坦部Ｂ、傾斜部Ｃが指示されている。平坦部Ｂ
は前述した無効面５１ｃの裏面に相当した位置にあり、
傾斜部Ｃは有効面５１ａの裏面に相当した位置にある。

【０１０２】図１１（１）は、この偏光変換素子の例に
ついて、図１０（２）に示した偏光変換ユニット並列形
成領域Σ'1の起伏のパターンを記号化して示したもので
ある。記号Ａ、Ｂ、Ｃが各々穴部、平坦部、傾斜部を表
すことは図１０（２）と同様であるが、傾斜部Ｃには、
矢印を用いて傾斜の向きが示されている。矢印の向き
は、図１１（２）に示したように、偏光変換素子Σの裏
面側に突出した稜線部分から基板領域Ｑ1 に向かうもの
とされている。また、併記された数値は、偏光変換素子
を透明プラスチック材料の射出成形で製造する際の寸法
（単位はｍｍ）の一例である。

【０１０３】図１２は、図９〜図１０に示した実施例の
変形型について偏光変換素子裏面の起伏パターンを表し
たもので、その表記法は図１１と同じである。この例
が、図９〜図１０に示した例と異なるのは、偏光変換ユ
ニット４個からなるブロックの連結配置パターンのみで
ある。この連結パターンは、図１１（１）の連結パター
ンの各ブロック単位列をブロック半ピッチ分ずらせた
（ディスロケイトさせた）ものに相当している。これら
両例についても、偏光変換素子全体を同一光学材料（特
に、透明プラスチック材料）で一体化した構造とするこ
とが最も有利と考えられる。射出成形技術を適用すれ
ば、起伏パターンの形状・寸法は使用する金型の形状で
自由に選択することが出来る。

【０１０４】また、いずれの起伏パターンとした場合に
も、各偏光変換ユニットの光入出射面（５１ａ〜５１ｃ
相当面）は、同一平面上にあり、偏光変換素子Σに延在
方向に垂直に直線偏光光束が入射すると、基板→偏光変
換ユニット→基板のＵターン経路を経て、偏光方向が９
０゜変換された光束となって出射されることに変わりは
ない。従って、これら図１０〜図１２に示したいずれの
偏光変換素子を平行光束化素子１の裏面４に沿って配置
した場合にも（図４参照）、図９に示した偏光変換素子
を用いた場合と同様の理由により、面光源装置の偏光化
機能が強化される。

【０１０５】次に、図１３は光の入出射方向を偏光変換
素子の延在方向に対して傾斜した方向にとることが出来
る２つの例を表わしたものである。これらの例では、光
の入出射方向を偏光変換素子の延在方向に対して傾斜し
た方向にとる為に、基板領域の両面あるいは裏面側（偏
光変換ユニットとの光学的・機械的な結合をとる側）の
形状が、繰り返し傾斜面を有するものとされている。

【０１０６】図１３（１）は、基板領域の両面を繰り返
し傾斜面としたもので、基板領域の表側に光入出射面と
して機能する傾斜面Ｑa と実質的に光入出射面として機
能しない傾斜面Ｑb が交互に形成されており、裏面側の
偏光変換ユニット並列形成領域との境界面はこの表側の
同等の形状とされている。この傾斜した境界面上には、
図１３（３）に例示したような起伏形状パターンが形成
されている。この図１３（３）の描図は、図１０〜図１
２の場合と同じく、偏光変換素子Σの裏側から偏光変換
ユニット並列形成領域を見た起伏形状パターンを表わし
ている。起伏パターンの型としては、図１０、図１１に
示されたものが例示されているが、これを図１２に示し
た型のものに代えることも出来る。また、図９に示した
４個連結ブロック型のものを多数並列配置しても良い。

【０１０７】これらいずれの場合にあっても、偏光変換
ユニット並列形成領域と基板領域の境界面（偏光変換素
子Σの延在方向に対して傾斜）は、両者の間の光学的・
機械的な結合を確保するものであれば良いが、前述した
各実施例の場合と同じく、偏光変換素子全体を射出成形
技術によって一体的に構成することが、光学的・機械的
な結合を自動的に確保する最も実際的な方法である。

【０１０８】この図１３に示した型の偏光変換素子の大
きな利点は、平行光束化素子１の裏面４から出射される
光の方向性、特に、戻り光の方向性に合わせて基板領域
の繰り返し傾斜面の傾斜角度を選択することを通して、
偏光化機能を一層高めることが出来る点にある。

【０１０９】今、１例として戻り光を図５の代表光線Ｃ
0 （出射角６５°）に由来したものとし、ＰＭＭＡをマ
トリックに使用した平行光束化素子１の楔形状の角度ψ
（図３参照）を約３°とすると、平行光束化素子１へ再
入射して裏面４へ直進した光の入射角β1 は３５°程度
となり、出射角β2 は約６０°となる。

【０１１０】そこで、図１３（１）に示した例では、傾
斜面Ｑa が入射光の伝播方向に対して垂直となるように
偏光変換素子Σの延在方向に対して約３０°の傾斜をも
って形成されている。また、傾斜面Ｑb は、入射光と平
行となるように形成されていることが望ましい。この条
件により、入射光を効率的に偏光変換素子Σの偏光変換
ユニット形成領域における各有効面に垂直に入射させる
ことが可能になる。偏光変換ユニット並列形成領域にお
ける各有効面、即ち、図８における面５１ａ，５１ｂに
相当する面に垂直に入射するＳ偏光成分に富んだ光は、
既述した偏光変換作用を受けてＰ偏光成分に富んだ光と
して偏光変換素子Σから出射され、平行光束化素子１へ
再入射する。これにより、平行光束化素子１内を伝播す
る光のＰ偏光成分が増加し、従って、面光源装置全体の
偏光化機能が強化される。

【０１１１】一方、図１３（２）は基板領域の繰り返し
傾斜面を裏面側のみに形成した実施例を表わしている。
この場合には、入射光及び出射光が基板領域表側面Ｑc
で空気との屈折率差に応じた屈折作用を受ける。従っ
て、図１３（１）と同じ条件で戻り光を考え、偏光変換
素子Σの材料を平行光束化素子１と同じＰＭＭＡとした
ケース（β1 ＝約３５°）では、偏光変換素子Σの裏面
に形成された傾斜面Ｑdの傾斜角は、傾斜面Ｑd が入射
光の伝播方向に対して垂直となるように偏光変換素子Σ
の延在方向に対して約３５°の傾斜をもって形成される
ことが望ましい。また、傾斜面Ｑe は、入射光と平行と
なるように形成されていることが望ましい。この条件に
より、入射光を効率的に偏光変換素子Σの偏光変換ユニ
ット形成領域における各有効面に垂直に入射させること
が可能になる。従って、図１３（１）の場合と同様に、
面光源装置全体としての偏光化機能が強化されることに
なる。

【０１１２】なお、偏光変換ユニット並列形成領域の起
伏パターンとしては、図１３（１）の場合と同じく特に
制限は無く、図９、図１０に示した型あるいは図１２に
示した型のものが採用可能である。

【０１１３】また、偏光変換ユニット並列形成領域と基
板領域の境界面における光学的・機械的な結合を確保す
る為には、前述した各例の場合と同じく、偏光変換素子
Σ全体を射出成形技術によって一体的に構成することが
最も実際的な方法である。

【０１１４】以上、偏光変換素子Σの種々の例について
説明したが、本願発明で使用される偏光変換素子Σはこ
れらの例に限定されるものではない。図８に示した型の
偏光変換ユニットを多数並列配置して構成されるもので
あれば、任意のものが使用可能である。

【０１１５】基板領域を偏光変換ユニット並列形成領域
に光学的・機械的に結合する方法としては、上述した射
出成形技術による他に、透明な接着剤を用いた接着、両
者を密着配置した上で枠部材等で固定する等の手段も考
えられる。

【０１１６】ところで、既に触れたように、本願発明の
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光
源手段への適用がある。即ち、従来の面光源装置には本
願発明の偏光化機能付面光源装置のような偏光化機能が
備わっていないために、液晶表示パネルの光入射側に設
けられている偏光板によって面光源装置の出射光の光エ
ネルギの約半分が遮断されて無駄になる現象が生じてい
たが、本願発明の偏光化機能付面光源装置を液晶表示装
置のバックライト光源手段に採用すれば、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。

【０１１７】図１４は、本願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光源手段とし
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。この実施例では、バックライト光源手段
として先に説明した本願発明の実施例（図４参照）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、共通する要素については同じ符号で指示がなさ
れている。

【０１１８】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平行光束化素子で、ここ
ではポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）中にシリコ
ーン系樹脂材料粒子（径２μｍ、屈折率＝１．４３４
５）を０．０８ｗｔ％の割合で一様に分散させた材料か
らなるものが使用されている。この条件で有効散乱照射
パラメータＥ及び相関距離ａを計算すると、Ｅ＝７．３
９［cm^-1］，ａ＝１．３μｍとなる。また、平行光束化
素子１のサイズは使用する液晶セルのサイズに合わせ
て、図中左右方向の長さが６８ｍｍ、幅が８５ｍｍ、光
入射面側の端部で４．０ｍｍ、末端部で０．２ｍｍとし
た。

【０１１９】Ｌは平行光束化素子１の入射面から１ｍｍ
離して配置された直径３ｍｍの蛍光ランプで、このラン
プｌから右方に向かって入射した光は、光取出面３から
平行化された光束として取り出される。Ｒは入射面から
入射する光量を可能な限り多く確保する為に適宜配置さ
れる反射体で、銀箔製シートが使用されている。

【０１２０】平行光束化素子１の裏面４には、上記説明
したいずれかの偏光変換素子Σ、例えば図１３（２）に
示した型の偏光変換素子Σが配置されている。

【０１２１】符号８は平行光束化素子１の光取出面３と
対向する位置に配置された偏光分離板８であり、更にそ
の外側には光出射方向修正素子１０が配置されている。
偏光分離板８には、光学ガラスＢＫ−７（屈折率１．５
１６３）からなる厚さ１ｍｍの平坦な板状部材を使用し
た。また、光出射方向修正素子１０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。

【０１２２】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光源部の光出射側には、２
枚の偏光板１２，１４とその間に配置された液晶セル１
３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１２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１４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。

【０１２３】既に詳しく説明したように、光源Ｌ、平行
光束化素子１、反射体Ｒ、偏光分離板８及び光出射方向
修正素子１０、偏光変換素子Σ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、高い偏光度を有してお
り、また、図中破線で示した方向に沿った指向性を有す
ると共に、平坦度の高い光強度プロファイルを有してい
る。

【０１２４】平行光束化素子１と偏光分離板８を利用し
た偏光化プロセスの説明部分で明らかにしたように、偏
光化機能付面光源装置から出射される光束は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１２に入射した光の内、偏光板
１２を透過する光量の割合が大きくなり、少なくとも原
理的には、５０％を越える光透過率が確保される。

【０１２５】このような特徴は、液晶パネル入射側の偏
光板の透過偏光軸の方向をどのように選択しても光エネ
ルギの少なくとも５０％が無駄になっていた従来の構成
では全く期待出来なかったものである。

【０１２６】使用される平行光束化素子１を構成する光
散乱導光体の散乱特性について要求される基本的な条件
は特許請求の範囲に記載した通りであるが、ビデオカメ
ラ、パーソナルコンピュータ、ワープロ、テレビジョン
等のディスプレイ用に需要度が高いパネルサイズ３イン
チ〜１０インチの液晶表示装置のバックライト光源手段
としての用途を考えた場合には、有効散乱照射パラメー
タＥ及び相関距離ａが次の範囲にある時に特に好ましい
結果がもたらされることが確かめられている。

【０１２７】・有効散乱照射パラメータＥ；２．７７
［cm^-1］≦Ｅ≦９．２４［cm^-1］ ・相関距離ａ；ａ≦７μｍ 次に、図４あるいは図１４に示した配置における偏光分
離手段（偏光分離板）８の幾つかの変形例について述べ
る。図１５は、偏光分離手段として、平行光束化素子１
の光取出面３に沿って平行配置される２枚の偏光分離板
８，８’を用いた場合の偏光分離機能を説明する図であ
る。各偏光分離板８，８’は吸収損失の少ない光学材料
からなるもので、ここでは、共に板厚１ｍｍのＰＭＭＡ
（ポリメチルメタクリレート；屈折率１．４９２、ブリ
ュースター角＝５６．１７°；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。）の板状部材を用いた。

【０１２８】内側の偏光分離板８と外側の偏光分離板
８’は適当なスペーサ（図示省略）によって互いに０．
５ｍｍ離隔配置され、その間隙に空気層９が確保されて
いる。

【０１２９】また、外側の偏光分離板８’の外側には、
図４の実施例と同様の光出射方向修正素子１０が空気層
９’を挟んで配置されている。

【０１３０】図５の場合と同様に、平行光束化素子１の
光取出面３から出射される平行光束を出射角６５°の光
線Ｃ0'で代表させ、平行光束化素子１から出射された光
の挙動が光線追跡形式で記されている。また、各光線分
岐時に伝播されるエネルギ量が、図５の場合と同じ表記
法に従って併記されている（光線Ｃ0'のＰ偏光成分＝Ｓ
偏光成分＝１００）。

【０１３１】代表光線Ｃ0'は、空気層７を直進して１枚
目の偏光分離板８の下面８ａに入射し、偏光分離板８内
に進入する光線Ｃ1'と、反射して再び平行光束化素子１
に向かう光線Ｃ2'とに分割される。各光線Ｃ1'，Ｃ2'
は、以後、図示したような種々の分岐経路を辿って、一
部は空気層９を経て２枚目の偏光分離板８’の内側面８
ａ’へ向い、一部は平行光束化素子１へ戻り光として入
射する。

【０１３２】この間の経緯は、２枚目の偏光分離板８’
が関与しない部分に関する限り、図５で示した第１の実
施例の場合と全く同様であるから、詳しい説明は省略す
る。但し、ＰＭＭＡからなる偏光分離板８の屈折率がこ
こでは第１の実施例の場合（ＢＫ−７）と若干異なる為
に、各界面８ａ，８ｂの入出射時における屈折角がやや
変化し、それに応じてＰ偏光成分とＳ偏光成分について
の分岐割合が少量だけ変わっている。

【０１３３】１枚目の偏光分離板８から出射された光線
Ｃ3'は、２枚目の偏光分離板８’の内側面８’ａに到達
し、偏光分離板８’の内部へ進入する光線Ｃ2"と反射さ
れて空気層９に戻る光線Ｃ1"に分割される。以後の経路
は、１枚目の偏光分離板８の場合とほぼ同じであるが、
偏光分離板８’の内部から内側面８’ａを通って空気層
９へ出た光線の相当部分が１枚目の偏光分離板８の外側
面８ｂへ入射し、一部がその内部へ戻り、一部が反射さ
れて２枚目の偏光分離板８’へ再度向かうという経路が
多重的に形成されることに注意することが必要である。
この間に１枚目の偏光分離板８へ戻った光の一部が更に
平行光束化素子１へ戻る現象も僅かではあるが生起され
ている筈である。

【０１３４】以上、述べたように、２枚（あるいはそれ
以上の）偏光分離板８，８’を偏光分離手段として配置
した場合には、光線経路は極めて複雑に分岐したものと
なるから、最終的に２枚目の偏光分離板８’の外側面か
ら出射されるＰ，Ｓ各偏光成分の量を厳密に計算するこ
とは困難である。

【０１３５】そこで、光線経路が分岐する度に伝播され
るエネルギ量が逓減されることを利用して、図示された
経路の範囲で近似計算を行なうと、光線Ｃ"3〜Ｃ"6の各
数値の積算値から、Ｐ偏光成分＝９４．９、Ｓ偏光成分
＝４６．７と評価される。

【０１３６】これを第１の実施例における対応数値、Ｐ
偏光成分＝９７．６、Ｓ偏光成分＝６１．９と比較して
みると（偏光分離板の材料の違いの影響は小さいことに
注意。）、Ｐ偏光成分が抽出・保存状態はいずれの場合
にも良好である一方、Ｓ偏光成分が大幅に低下している
ことが判る。

【０１３７】この事実からも判るように、平行光束化素
子１から６５°前後で出射された光を１枚またはそれ以
上の枚数の偏光分離板を介して取り出す場合には、１枚
の偏光分離板の介在毎に、Ｐ偏光成分の大半を保存しな
がらＳ偏光成分の約３割〜４割程度が排除されて行く。

【０１３８】このようなＰ偏光保存／Ｓ偏光排除作用
と、平行光束化素子１の偏光スクランブル作用、並び
に、偏光変換素子Σの偏光変換作用によって、リサイク
ルプロセスが形成され、Ｐ偏光成分がより富化されるメ
カニズムについては既に述べた通りであるから、ここで
は繰り返さない。

【０１３９】この例における戻り光量（Ｓ偏光成分）を
評価すると、図１５に併記したデータから、１７．５＋
１０．４＋７．４＋４．８＝４０．１となる。平行光束
化素子１の偏光スクランブル作用と偏光変換素子Σの偏
光変換作用によって、平行光束化素子１からの再出射光
のＰＳ偏光成分比率が５０％になっているものと仮定す
ると、約２０のＰ偏光成分を有する平行光束化素子再出
射光が得られる。その９４．９％が保存されて２枚目の
偏光分離板８’から出射されれば、約１９の偏光成分が
上乗せされる。これを戻り光除外評価分の９４．９に加
算すれば、最終的に約１１４のＰ偏光成分を含む偏光出
力が得られることになる。

【０１４０】なお、偏光分離板を２枚使用した程度で
は、光線Ｃ3"〜Ｃ6"等からなる出射光束の指向性が大き
く崩れることは無い。従って、この第２の実施例におい
ても、２枚目の偏光分離板８’の次段に配置された光出
射方向修正素子１０によって、図４の実施例の場合とほ
ぼ同等の光出射方向修正作用が発揮されることになり、
光出射方向修正素子１０の光出射面１１から正面方向に
伝播する偏光化光束を出射させることが出来る。

【０１４１】次に、偏光分離板について、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更に
工夫を加えた例について述べる。なお、この例の全体構
成は偏光分離板自体の構造を除き、図４に示した例と同
様であるから、ここでは全体構成の説明は省略し、図４
あるいは図１５における平板型の偏光分離板８，８’を
図１６に示した波形の断面構造を有する偏光分離板８”
（以下、「波形偏光分離板」と呼ぶ。）に読み換えると
共に、同図に併記した如く、平行光束化素子１からの出
射光束を出射角６５°の代表光線Ｃ0 で代表させて説明
を行なう。

【０１４２】図１６（Ａ）には、波形偏光分離板８”の
断面形状が示されており、図示された通り、比較的短い
急斜面部分８１，８３と比較的長い緩斜面部分８２，８
４の繰り返しからなる等厚の波型形状を呈している。こ
の波形偏光分離板８”を構成する材料としては、適当な
屈折率を有する透光性の素材が利用されるが、ここでは
ＰＭＭＡ（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°）が使用されてい
る。

【０１４３】図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）中に○印で
囲まれた部分（繰り返し形状の１単位分）を拡大描示し
たもので、平行光束化素子１からの出射光束を代表する
光線Ｃ0 の光線追跡図が併記されている。本実施例の本
質的な特徴は、緩やかな斜面部分の入射側８２の傾斜
が、代表光線Ｃ0 に対してブリュースター角条件を満た
すように選択されていることである。ここでは、平行光
束化素子１の光取出面３に立てた法線Ｎに対して６５°
の出射角を持つ代表光線Ｃ0 が面８２に入射する際の入
射角がブリュースター角５６°（概算）に合致するよう
に、面８２の傾斜角が光取出面３と平行な面Ｍに対して
９°に設定されている。

【０１４４】即ち、この角度条件の下では、代表光線Ｃ
0 から分岐した反射光線Ｒ1 に含まれるＰ偏光成分は理
論的には０であり、すべてのＰ偏光成分が面８２を透過
することになる。特に、第１あるいは第２の実施例との
比較で言えば、平行光束化素子１の光取出面３からの出
射角が直角に近い（より寝た方向の）光に対してもＰ偏
光成分の面８２，８４の透過率が高いという利点があ
る。

【０１４５】波形偏光分離板８”内部に進入したＰ偏光
成分を多く含んだ光線Ｔ1 は、対向傾斜面８４で内部反
射光線Ｔ2 と６５°の出射角を持った出射光線Ｔ3 に分
岐するが、内部反射光線Ｔ2 にＰ偏光成分は殆ど含まれ
ない（図５中の光線Ｃ2 あるいは図９中の光線Ｃ2'に付
記されたデータ参照）。

【０１４６】内部反射光線Ｔ2 は、更に面８２で内部反
射光線Ｔ4 と平行光束化素子１へ向かう光線Ｒ2 に分岐
する。以下、多重的に繰り返される内部反射／出射のプ
ロセスは、第１の実施例（特に、図５）で説明したもの
と類似したものであり、プロセスの進行に伴って運ばれ
るエネルギ量は急激に小さくなる。

【０１４７】従って、この構成によれば、偏光分離板
８”を配置したことによるＰ偏光成分の損失量が極めて
小さくなるという特徴があり、それに応じてＰ偏光成分
をより多く含む出射光を生成することが出来る。この面
８４からの出射光に対して光出射方向修正素子１０を配
置すれば、前述した態様で光出射方向修正が行われるこ
とは言うまでもない。

【０１４８】急斜面８１，８３の傾斜角については、平
行光束化素子１からの出射光が可能な限り光が入射しな
いよう代表光線Ｃ0 の方向に平行となるような角度に設
定されることが望ましい。ここでは、９０°−６５°＝
２５°とされている。急斜面８１，８３と緩斜面８２，
８４の繰り返し周期について特に制限は無いが、一般に
は、稜線部８５，８６間で測った厚みを抑え、面光源と
して明かるさの均一性を保つという観点から、短い周期
とすることが好ましい。ここでは、稜線部８５，８６間
で測った厚さが０．５ｍｍとなるような繰り返し周期が
選ばれている。

【０１４９】次に、図１７を参照して、偏光分離手段と
して異屈折率材料からなる多層膜を備えた偏光分離板を
利用した例について説明する。なお、この場合の全体構
成も偏光分離板自体の構造を除き、図４に示した第１の
実施例と同様であるから、ここでは全体構成の説明は省
略し、図４あるいは図５における平板型の偏光分離板８
を、図１７に示した多層膜型偏光分離板１８に読み換え
た構成を想定するものとする。

【０１５０】また、図１７中に併記されているように、
平行光束化素子１からの出射光束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°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。（「作用」のの欄で説明したように、平
行光束化素子１の光取出面３からの出射光束の出射方向
の中心は、平行光束化素子１を構成する光散乱導光体の
屈折率や相関距離ａの値等によって、数度から１０度程
度の変動幅がある。）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し、図１７にはその３層分の断
面と代表光線Ｄ0 の主要光路が例示されている。多層膜
型偏光分離板１８は、入射側から順に二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2；屈折率ｎ1 ＝２．３）層１８１、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１８
３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）。

【０１５１】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、前述の第１〜第３の実施例に
おける偏光分離板手段と共通した特徴を有していると言
うことが出来る。

【０１５２】図１７に描かれているように、平行光束化
素子１からの出射光束を代表する代表光線Ｄ0 が、空気
層７（屈折率ｎ0 ＝１．０）からＳ偏光成分Ｉs ＝１０
０、Ｐ偏光成分Ｉp ＝１００の相対強度を以て第１層１
８１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。

【０１５３】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。

【０１５４】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。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】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°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。

【０１５８】図１８〜図２０は、これを説明する為のグ
ラフで、本実施例の層構成における各界面の光透過率が
Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分に分けて記されている。これら
のグラフから直ちに読み取れるように、代表光線Ｄ0 の
層１８１への入射角が７０°から１０°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
近いままであり、且つ、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。

【０１５９】これは、上記多層膜型偏光分離板の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
いことを物語っている。以上のことから、本実施例のよ
うな多層膜型の偏光分離板を利用した構成は、高い偏光
度（Ｐ偏光成分の純度）の出射光を必要とするケースに
適した特徴を備えていることが判る。

【０１６０】参考の為に、図２１に実証データの１例を
示した。これは厚さ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−３２
００を用いて、偏光分離機能を入射角度を５５°〜７０
°まで変えながら測定した結果を示したものである。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
向も読み取ることが出来る。

【０１６１】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偏光変換作
用により、平行光束化素子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の後段に光出射方向修正素子１０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
でもないことである。

【０１６２】なお、以上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
願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、本願発明の本質的
な偏光化作用自体が損なわれることは無い。

【０１６３】最後に、本願発明において、平行光束化素
子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。本願発明で使用す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利用可能である。
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
示した。

【０１６４】

【表１】

【０１６５】

【表２】 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。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
平行光束化素子を金型から取り出せば金型形状に対応し
た形状の平行光束化素子を得ることが出来る。

【０１６６】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。

【０１６７】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。

【０１６８】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。

【０１６９】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。

【０１７０】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。

【０１７１】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。

【０１７２】以下、製造法の幾つかの実例を挙げてお
く。 ＜製造例１＞メタクリル樹脂のペレット（旭化成製、デ
ルベット８０Ｎ）に粒径０．８μｍのシリコーン系樹脂
粉体（東芝シリコーン製、トスパール１０８）を０．３
ｗｔ％添加し、ミキサーで混合分散させた後、押し出し
機でストランド状に押し出し、ペレタイザーでペレット
化することにより、シリコーン系樹脂粉体が均一に分散
されたペレットを調製した。

【０１７３】このペレットを射出成形機を用い、シリン
ダー温度２３０゜Ｃ〜２６０゜Ｃ、型温度５０゜Ｃの条
件で成形して、縦６８ｍｍ、横８５ｍｍで厚さが長辺方
向に３．８ｍｍから０．２ｍｍ迄徐々に変化した楔型の
光散乱導光体を得た。

【０１７４】製造された光散乱導光体の相関距離はａ＝
０．５３μｍであり、有効散乱照射パラメータの前記
（１１）式による見積計算値はＥ＝１２．６[cm^-1]であ
った。

【０１７５】＜製造例２＞ＭＭＡに粒径０．８μｍのシ
リコーン系樹脂粉体（東芝シリコーン製、トスパール１
０８）を０．３ｗｔ％添加し、公知のサスペンション重
合法により、該粉体が均一に分散した球状粒子を得た。
これを製造例１と同様にペレタイザーでペレット化する
ことにより、シリコーン系樹脂粉体が均一に分散された
ペレットを調製した。

【０１７６】以下、製造例１と同じ条件で同型の楔状光
散乱導光体を得た。この光散乱導光体は、製造例１で作
製された光散乱導光体と外観上全く区別がつかないもの
であった。そして、相関距離はａ＝０．５３μｍであ
り、有効散乱照射パラメータの前記（１１）式による見
積値はＥ＝１２．６[cm^-1]であった。

【０１７７】＜製造例３＞ポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）にポリスチレン（ＰＳｔ）を０．５ｗｔ％
添加し、Ｖ型タンブラーを用いて１０分間、次いでヘン
シェルミキサーを用いて５分間混合した。これを径３０
ｍｍの２軸押し出し機［ナカタニ機械（株）製］を使っ
て、シリンダー温度２２０゜Ｃ〜２５０゜Ｃ、スクリュ
ー回転数７５ｒｐｍ、吐出量６ｋｇ／ｈｒの条件で融解
混合してペレットを作成した。

【０１７８】このペレットを射出成形機を用い、シリン
ダー温度２２０゜Ｃ〜２５０゜Ｃ、型温度６５゜Ｃ、射
出速度中速、射出圧力ショートショット圧プラス１０ｋ
ｇ／ｃｍ² の条件で成形して、縦６８ｍｍ、横８５ｍｍ
で厚さが長辺方向に３．８ｍｍから０．２ｍｍ迄徐々に
変化した楔型の光散乱導光体を得た。

【０１７９】＜製造例４＞ＭＭＡ（メチルメタクリレー
ト）に粒径２μｍのシリコーン系樹脂粉体（東芝シリコ
ーン製、トスパール１２０）を各々０．０５ｗｔ％、
０．０８ｗｔ％、０．１０ｗｔ％、０．１５ｗｔ％を加
えて均一に分散した４種類の試料と粒子無添加のＭＭＡ
試料を用意し、計５種類の試料の各々にラジカル重合開
始剤としてベンゾイルパーオキサイド（ＢＰＯ）０．５
ｗｔ％、連鎖移動剤としてｎ―ラウリルメルカプタン
（ｎ−ＬＭ）を０．２ｗｔ％加え、７０℃で２４時間注
型重合させて縦６８ｍｍ、横８５ｍｍで厚さが長辺方向
に３．８ｍｍから０．２ｍｍ迄徐々に変化した楔型の光
散乱導光体を１枚づつ作製した。

【０１８０】＜製造例５＞ＭＭＡ（メチルメタクリレー
ト）にシリコーンオイルを０．０２５ｗｔ％加えて均一
に分散させ、ラジカル重合開始剤としてベンゾイルパー
オキサイド（ＢＰＯ）を０．５ｗｔ％、連鎖移動剤とし
てｎ―ブチルメルカプタン（ｎ−ＢＭ）を０．２ｗｔ
％、各々加え、７０℃で３０分間にわたりゾル化を行な
った上で、更に６５℃で２４時間注型重合させて縦６８
ｍｍ、横８５ｍｍで厚さが長辺方向に３．８ｍｍから
０．２ｍｍまで徐々に変化した楔型の光散乱導光体を作
製した。

【０１８１】＜製造例６＞ＰＭＭＡ（ポリメチルメタク
リレート）に粒径２μｍのシリコーン系樹脂粉体（東芝
シリコーン製、トスパール１２０）を０．０８ｗｔ％加
え、Ｖ型タンブラを用いて１０分間、次いでヘンシェル
ミキサを用いて５分間混合した。これを２軸押し出し機
で溶融混合（シリンダ温度２２０℃〜２５０℃）・押出
成形して、ペレットを作製した。

【０１８２】このペレットを射出成形機を用いてシリン
ダ温度２２０℃〜２５０℃の条件で射出成形し、縦６８
ｍｍ、横８５ｍｍで厚さが長辺方向に３．８ｍｍから
０．２ｍｍまで徐々に変化した楔型の光散乱導光体を作
製した。

【０１８３】

【発明の効果】本願発明の偏光化機能付面光源装置は、
平行光束化素子、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複合プリズムを利用した偏光変換素
子を組み合わせる構成によって、リサイクル的な偏光化
プロセスを実現するものであるから、高いエネルギ利用
効率を以て偏光化された光束を得ることが出来る。

【０１８４】また、本願発明に係る偏光化機能付面光源
装置によれば、その出射光束に平行光束化素子に由来す
る明瞭な指向性が保存されているから、プリズム作用を
利用した平行光束化素子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。

【０１８５】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光源手段と
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】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。

【図３】本願発明の面光源装置に用いられる光散乱導光
体の断面の基本形状を内部における繰り返し反射の様子
と共に記したものである。

【図４】本願発明に係る偏光化機能付の面光源装置の基
本形の配置を断面図で示したものである。

【図５】図４に示した配置について、平行光束化素子１
から出射された光の挙動を代表光線に関する光線追跡形
式で記したものである。

【図６】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化
したものである。

【図７】（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。両図は、図４，図５に示した配置における偏光
分離板及び光出射方向修正素子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。

【図８】偏光変換素子Σの主要部を構成する複合プリズ
ム領域の基本単位を形成する偏光変換ユニットの構造を
表わした斜視図である。

【図９】（１）は、偏光変換素子Σの第１の例を断面図
で略記したものであり、（２）は、基板領域に結合され
た偏光変換ユニット並列形成領域の単位要素を抽出拡大
し、基板領域の表側から見た透視斜視図の形で示したも
のである。

【図１０】偏光変換素子Σの別の例を表わしており、多
数の偏光変換ユニット連結ブロックΣ4 を最密充填的に
連結させて偏光変換ユニット並列形成領域としたもので
ある。（１）は偏光変換素子全体の概略断面構造を略記
したものであり、（２）は基板の裏面に形成された偏光
変換ユニット並列形成領域Σ'1の一部を基板裏面側から
見た起伏パターンを斜視図で表したものである。

【図１１】（１）は、図１０（２）に示した偏光変換ユ
ニット並列形成領域Σ'1の起伏のパターンを記号化して
示したものであり、（２）は各記号の説明の為の図であ
る。

【図１２】図９〜図１０に示した実施例の変形型につい
て偏光変換素子裏面の起伏パターンを表したもので、そ
の表記法は図１１と同じである。

【図１３】（１）は基板領域の両面を繰り返し傾斜面と
して偏光変換素子を構成した場合の断面図であり、
（２）は基板領域の裏面を繰り返し傾斜面として偏光変
換素子を構成した場合の断面図である。

【図１４】本願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光源手段として使用した場
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。

【図１５】偏光分離手段として、平行光束化素子の光取
出面に沿って平行配置される２枚の偏光分離板を用いた
場合の偏光分離機能を説明する図である。

【図１６】（Ａ）は波形偏光分離板の断面形状を表わし
た図であり、（Ｂ）は（Ａ）中に○印で囲まれた部分
（繰り返し形状の１単位分）を拡大描示したもので、平
行光束化素子１からの出射光束を代表する光線Ｃ0 の光
線追跡図が併記されている。

【図１７】偏光分離手段として異屈折率材料からなる多
層膜を備えた偏光分離板を利用した例について説明する
図である。

【図１８】図１７に示した層構成におけるＴｉＯ2 →Ｓ
ｉＯ2 境界面について光透過率をＰ偏光成分、Ｓ偏光成
分に分けて記したデータである。

【図１９】図１７に示した層構成におけるＳｉＯ2 →Ｔ
ｉＯ2 境界面について光透過率をＰ偏光成分、Ｓ偏光成
分に分けて記したデータである。

【図２０】図１７に示した層構成における空気→ＴｉＯ
2 境界面について光透過率をＰ偏光成分、Ｓ偏光成分に
分けて記したデータである。

【図２１】厚さ１ｍｍの光学ガラス板ＢＫ−７上に、Ｔ
ｉＯx 、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、分光光度計を用
いて、偏光分離機能を入射角度を５５°〜７０°まで変
えながら測定した結果を示したグラフである。

【符号の説明】

１ 平行光束化素子 ２ 光入射面 ３ 光取出面 ４ 裏面 ５ 反射体（銀箔） ６ 平行光束化素子の末端部 ７，９ 空気層 ８，８’ 偏光分離板（平板形） ８” 波形偏光分離板 １０ 光出射方向修正素子 １１ 光出射方向修正素子の光出射面 １８ 多層膜型偏光分離板 １８１〜１８３ 多層膜の第１〜第３層 ５１ａ，５１ｂ 有効面 ５１ｃ 無効面 Ｃ0 ，Ｃ'0，Ｄ0 代表光線 Ｌ 蛍光ランプ Ｌ1 入射光線乃至光束 Ｌ1' 出射光線乃至光束 Ｒ 反射体 Σ 偏光変換素子 Σ1 偏光変換ユニット Σ'1 偏光変換ユニット並列形成領域 Σ4 偏光変換ユニット４個からなる連結ブロック Ｑ1 基板領域 Ｑa ，Ｑb 基板領域表側斜面 Ｑc 基板領域表側平坦面 Ｑd ，Ｑe 基板領域裏面側斜面 Ｒ1 〜Ｒ3 全反射点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−341284（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−156421（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−27203（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−189627（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−157621（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−141598（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13357 G02B 5/30 G02B 6/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光散乱能を規定する有効散乱照射パラメ
   ータＥ［cm^-1］の値が０．５≦Ｅ≦５０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≦ａ≦３５の範囲にある楔形状
   断面を有する体積領域を含む光散乱導光体からなる平行
   光束化素子と、 該平行光束化素子の前記楔形状断面の断面積が相対的に
   大きな方の端面側に配置された光供給手段と、 前記平行光束化素子の光取出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、前記平行光束化素子の光取出面と相
   反する側の表面に沿って延在するように配置された偏光
   変換手段を含み、 前記偏光変換手段が、両端面が二等辺直角三角形形状を
   なす３個の三角柱形状の体積領域要素を前記各要素に対
   応した三角柱の軸方向が互いに直交する３方向を向くよ
   うに順次連結させた一体形状を有する複合プリズム領域
   を並列的に多数配列させた領域を含んでいることを特徴
   とする偏光変換手段を備えた偏光化機能付面光源装置。
2. 【請求項２】 光散乱能を規定する有効散乱照射パラメ
   ータＥ［cm^-1］の値が０．５≦Ｅ≦５０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≦ａ≦３５の範囲にある楔形状
   断面を有する体積領域を含む光散乱導光体からなる平行
   光束化素子と、 該平行光束化素子の前記楔形状断面の断面積が相対的に
   大きな方の端面側に配置された光供給手段と、 前記平行光束化素子の光取出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、前記平行光束化素子の光取出面と相
   反する側の表面に沿って延在するように配置された偏光
   変換手段を備えており、 前記偏光変換手段が、両端面が二等辺直角三角形形状を
   なす三角柱形状の体積領域要素を前記各要素に対応した
   三角柱の軸方向が互いに直交する３方向を向くように順
   次連結させた一体形状を有する体積領域を単位体積領域
   として、該単位体積領域を並列的に複数個連結させた一
   体形状を有する複合プリズム領域を並列的に多数配列さ
   せた領域を含んでいることを特徴とする偏光変換手段を
   備えた偏光化機能付面光源装置。
3. 【請求項３】 光散乱能を規定する有効散乱照射パラメ
   ータＥ［cm^-1］の値が０．５≦Ｅ≦５０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≦ａ≦３５の範囲にある楔形状
   断面を有する体積領域を含む光散乱導光体からなる平行
   光束化素子と、 該平行光束化素子の前記楔形状断面の断面積が相対的に
   大きな方の端面側に配置された光供給手段と、 前記平行光束化素子の光取出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、前記平行光束化素子の光取出面と相
   反する側の表面に沿って延在するように配置された偏光
   変換手段を備えており、 前記偏光変換手段が、両端面が二等辺直角三角形形状を
   なす三角柱形状の体積領域要素を前記各要素に対応した
   三角柱の軸方向が互いに直交する３方向を向くように順
   次連結させた一体形状を有する体積領域を単位体積領域
   として、該単位体積領域を並列的に複数個連結させた一
   体形状を有する複合プリズム領域を並列的に多数配列さ
   せた領域と、表裏の双方側に斜面を繰り返し形成した光
   学材料からなる基板領域を含んでおり、 前記複合プリズム領域配列領域が、前記表裏の一方側の
   繰り返し斜面上に設けられていると共に前記基板領域と
   光学的且つ機械的に結合されていることを特徴とする偏
   光変換手段を備えた偏光化機能付面光源装置。
4. 【請求項４】 光散乱能を規定する有効散乱照射パラメ
   ータＥ［cm^-1］の値が０．５≦Ｅ≦５０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≦ａ≦３５の範囲にある楔形状
   断面を有する体積領域を含む光散乱導光体からなる平行
   光束化素子と、 該平行光束化素子の前記楔形状断面の断面積が相対的に
   大きな方の端面側に配置された光供給手段と、 前記平行光束化素子の光取出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、前記平行光束化素子の光取出面と相
   反する側の表面に沿って延在するように配置された偏光
   変換手段を備えており、 前記偏光変換手段が、両端面が二等辺直角三角形形状を
   なす三角柱形状の体積領域要素を前記各要素に対応した
   三角柱の軸方向が互いに直交する３方向を向くように順
   次連結させた一体形状を有する体積領域を単位体積領域
   として、該単位体積領域を並列的に複数個連結させた一
   体形状を有する複合プリズム領域を並列的に多数配列さ
   せた領域と、表裏の一方側に斜面を繰り返し形成し他方
   側を平坦面とした光学材料からなる基板領域を含んでお
   り、 前記複合プリズム領域配列領域が前記繰り返し斜面上に
   設けられていると共に前記基板領域と光学的且つ機械的
   に結合していることを特徴とする偏光変換手段を備えた
   偏光化機能付面光源装置。
5. 【請求項５】 前記偏光分離手段の外側に光出射方向修
   正素子を配置したことを特徴とする請求項１〜請求項４
   のいずか１項に記載された偏光変換手段を備えた偏光化
   機能付面光源装置。