【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a function of generating a light beam having a deviation in a specific direction from light having no deviation or a function of generating a light beam having a large deviation from light having little deviation (hereinafter referred to as "polarizing function"). )). The surface light source device according to the present invention can be used for any application that requires a polarized light beam, but is particularly advantageous as a backlight light source for a liquid crystal display device.
【０００２】[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）。2. Description of the Related Art A surface light source device is constructed by arranging a light source such as a fluorescent lamp on a side of a plate-shaped light guide having a light scattering function on the surface or inside thereof, and is used as a backlight light source of a liquid crystal display device. It is well known in the art to be used for various purposes (for example, JP-A-2-2219).
No. 26, JP-A-4-145485 and Japanese Utility Model Laid-Open No. 51-8.
9888 publication).
【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。In these conventional surface light source devices, the amount of light emitted from the light extraction surface is made by making the traveling direction of light as random as possible by the light scattering action given inside the light guide or in the surface area. That is, the light emitted from the light extraction surface does not have a clear directivity and does not have a function of generating light having a deviation in a specific direction.
【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。On the other hand, the present inventor firstly set up a wedge-shaped light-scattering light guide in which characteristic parameters (effective scattering irradiation parameter E and correlation distance a; details will be described later) defining the scattering characteristics are set in a predetermined range. It has been proposed to construct a collimating device by utilizing the fact that the body has a collimating function. When an improved surface light source device is configured by combining this collimating device with light source means, a clear directivity is recognized in the emitted light beam, but the function of generating polarized light with a bias in a specific direction is Not equipped.
【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。By the way, a polarizing plate, a beam splitter type polarizer or the like is known and used as a means for obtaining polarized light from unbiased light emitted from a general light source. Since an attempt is made to obtain polarized light by eliminating the polarized component in the direction orthogonal to the direction, about half of the light energy is wasted. Therefore, in the method of generating a polarized light flux by combining the above-described conventional type and improved type surface light source devices with such a polarizing element, a polarized light flux that makes full use of the brightness of the surface light source used. Is hard to get.
【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。For example, when the conventional or improved type surface light source device is arranged as the backlight light source means behind the liquid crystal display panel of the liquid crystal display device, the light polarized in a predetermined direction is transmitted to the liquid crystal layer. Due to the polarizing plate provided on the light incident side of the liquid crystal display panel for making light incident, at least half of the light energy of the light emitted from the surface light source device is wasted, impairing the display quality of the liquid crystal display device. It is one of the causes.
【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。If a surface light source device having an ability to generate a light beam polarized in a predetermined direction while suppressing a decrease in utilization efficiency of light energy is obtained, this is used as a backlight light source means of a liquid crystal display device. By adopting as
It is possible to reduce the loss when passing through the polarizing plate on the incident side of the liquid crystal display panel. That is, the loss can be avoided only by setting the polarization direction of the light flux emitted from the backlight light source and the polarization axis direction of the liquid crystal panel incident side polarization plate in parallel. From such a viewpoint, particularly in the field of liquid crystal display devices, realization of a surface light source device with a polarization function having an ability to generate a polarized light beam without significantly lowering energy utilization efficiency has been awaited.
【０００８】[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。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is based on the background of the above-mentioned prior art, and a surface light source having a polarization function capable of suppressing a decrease in utilization efficiency of light energy during polarization and obtaining a bright polarized light beam. The basic purpose is to provide a device. Further, the present invention has an intention to provide a surface light source device with a polarization function, which is particularly suitable for use as a backlight light source means of a liquid crystal display device.
【０００９】[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。According to the present invention, first, as a basic configuration for achieving the above-mentioned object, "the value of the effective scattering irradiation parameter E [cm-1 ] which defines the light scattering power is 0.
Within the range of 5 ≦ E ≦ 50, the correlation function γ (r) of the refractive index inhomogeneous structure that gives the light scattering power is γ (r) = exp
The value of the correlation distance a [μm] when approximated by [−r / a] (where r is the distance between two points in the light scattering guide) is 0.06.
A parallel light flux conversion element comprising a light-scattering light guide including a volume region having a wedge-shaped cross section in the range of ≦ a ≦ 35, and the cross-sectional area of the wedge-shaped cross section of the parallel light flux conversion element is relatively large. A light supply means arranged on the end face side, a light-transmissive polarized light separating means arranged so as to extend along the light extraction surface of the collimating beam converting element, and having a reflection characteristic depending on a polarization component, The polarization conversion means includes polarization conversion means arranged so as to extend along the surface of the collimating beam conversion element opposite to the light extraction surface, and the polarization conversion means includes three end faces each having an isosceles right triangle shape. Including a region in which a large number of composite prism regions having an integral shape in which triangular prism-shaped volume region elements are sequentially connected so that axial directions of the triangular prisms corresponding to the respective elements face three directions orthogonal to each other are arranged in parallel Polarization conversion hand characterized by The polarization function with surface light source device having "are those proposed (structure of claim 1).
【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。With respect to the polarization converting means having the above-mentioned structure, in correspondence with the parallel arrangement of the composite prism regions,
“Effective scattering irradiation parameter E [c
m−1 ] is in the range of 0.5 ≦ E ≦ 50, and the correlation function γ (r) of the non-uniform refractive index structure that gives light scattering power is γ (r) = exp [−r / a] (However, r is the distance between two points in the light-scattering light guide) and the correlation distance a [μm]
And a cross-sectional area of the wedge-shaped cross-section of the parallel light-beam converting element including a light-scattering light guide including a volume region having a wedge-shaped cross-section in the range of 0.06 ≦ a ≦ 35. A light supply means arranged on the side of the relatively larger end face and a light-transmitting member having a reflection characteristic depending on the polarization component, arranged so as to extend along the light extraction surface of the collimating beam conversion element. The polarization beam splitting means and the polarization converting means arranged so as to extend along the surface of the collimating beam conversion element opposite to the light extraction surface are provided. A unit of volume unit is a volume region having an integral shape in which triangular prism-shaped volume region elements forming a right-angled triangular shape are sequentially connected so that the axial directions of the triangular prisms corresponding to the respective elements face three directions orthogonal to each other. Connect multiple volume regions in parallel Integrally shaped parallel, characterized in that it includes a number sequence is a region were the polarization conversion means polarizing function with surface light source device provided with a composite prism area having "
(Structure of claim 2), "The value of the effective scattering irradiation parameter E [cm-1 ] which defines the light scattering power is in the range of 0.5≤E≤50, and the refractive index is non-uniform to give the light scattering power. Value of correlation distance a [μm] when the correlation function γ (r) of the structure is approximated by γ (r) = exp [−r / a] (where r is the distance between two points in the light scattering guide) Is in the range of 0.06 ≦ a ≦ 35, and the cross-sectional area of the wedge-shaped cross section of the parallel light-beam converting element including a light-scattering light guide including a volume region having a wedge-shaped cross-section is relatively large. A light supply means disposed on the larger end face side, and a light-transmissive polarization splitting device having a reflection characteristic depending on the polarization component, which is disposed so as to extend along the light extraction surface of the collimating light beam conversion element. And polarization conversion arranged so as to extend along the surface of the collimating beam conversion element opposite to the light extraction surface. The polarization conversion means sequentially includes a triangular prism-shaped volume region element whose both end surfaces have an isosceles right triangle shape, so that the axial directions of the triangular prisms corresponding to the respective elements are oriented in three directions orthogonal to each other. A region in which a large number of composite prism regions having an integrated shape in which a plurality of unit volume regions are connected in parallel are defined as a unit volume region and a plurality of united volume regions are connected in parallel,
A substrate region made of an optical material in which slopes are repeatedly formed on both sides of the front and back sides is included, and the composite prism region array region is provided on one of the repeated slopes on the front and back sides and is optically coupled to the substrate region. And a surface light source device having a polarization function, which is mechanically coupled to the polarization conversion means "(the structure of claim 3) and" the effective scattering irradiation parameter E [which defines the light scattering ability]. cm−1 ] is in the range of 0.5 ≦ E ≦ 50, and the correlation function γ (r) of the refractive index nonuniform structure that gives the light scattering power is γ (r) =
The value of the correlation distance a [μm] when approximated by exp [−r / a] (where r is the distance between two points in the light scattering guide) is 0.
A parallel light flux conversion element comprising a light-scattering light guide including a volume region having a wedge-shaped cross section in the range of 06 ≦ a ≦ 35, and one having a relatively large cross-sectional area of the wedge-shaped cross section of the parallel light flux conversion element. A light supply means arranged on the end face side, a light-transmitting polarized light separating means arranged so as to extend along the light extraction surface of the parallel light flux conversion element, and having a reflection characteristic depending on a polarization component, The polarization conversion means is arranged so as to extend along the surface opposite to the light extraction surface of the parallel light flux conversion element, and the polarization conversion means has both end surfaces of an isosceles right triangle shape. The volume regions having a triangular prism shape are sequentially connected so that the axial directions of the triangular prisms corresponding to the respective elements are oriented in three directions orthogonal to each other, and the volume regions having an integral shape are defined as unit volume regions, and the unit volume regions are arranged in parallel. Integrated shape with multiple connections to A region in which a large number of composite prism regions are arranged in parallel, and a substrate region made of an optical material in which a slope is repeatedly formed on one side of the front and back and the other side is a flat surface is included. A surface light source device with a polarization function, which is provided on the repeated slope and is optically and mechanically coupled to the substrate region, and which has a polarization converting means "(Claim 4)
Each of the above) is proposed.
【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。Further, the present invention has the above-mentioned constitutions as constitutions for adjusting the directional characteristics of the emitted light of the surface light source device.
A surface light source device with a polarization function (configuration of claim 5) provided with polarization conversion means, which imposes the requirement of "arranging a light emission direction correction element outside the polarization separation means", is also proposed. is there.
【００１２】[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。According to the present invention, the parallel light flux converting function of the light scattering guide used in the improved surface light source device and the reflection / transmission characteristics of the polarization component related to the approximate Brewster angle condition are used. In addition to the function of the polarization splitting means, by utilizing the polarization conversion function associated with the internal reflection of the composite prism in which triangular prisms are connected in a mutually orthogonal relationship, a polarization component in a predetermined direction can be obtained with relatively high energy utilization efficiency. It produces abundant light flux.
【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。First, in order to understand the function of the collimating element used in the present invention, the effective scattering irradiation parameter E and the correlation distance describing the scattering characteristics of the light scattering guide constituting the collimating element. "a" will be described with reference to Debye's theory, and its parallel light flux conversion function will be described.
【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。Now, light of intensity I 0 propagates in the light-scattering light guide body composed of a medium in which a non-uniform refractive index structure is uniformly formed in a base material having a constant refractive index, and y (cm) propagates 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).
【００１５】[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。[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. In addition, 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).
【００１６】[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。[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 + cos2 Φ) / 2 may be considered in consideration of Hh scattering.
【００１７】[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。[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, <η2 > is the mean square of the dielectric constant fluctuation in the medium (hereinafter,
<Η2 > = τ, and τ is appropriately used. ), And γ
(R) is called a correlation function and is expressed by the following equation (6).
【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。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 with respect 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.
【００１９】[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。[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.
【００２０】[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。[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.
【００２１】[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。[Equation 6] From the relationships described above, the correlation distance a and the dielectric constant fluctuation 2
It is understood that it is possible to control the scattered light intensity, the angle dependence of the scattered light intensity, and the effective scattered irradiation parameter E by changing the root-mean-square τ. FIG. 1 shows a curve representing a condition for keeping the effective scattering irradiation parameter E constant, where the correlation distance a is plotted on the abscissa and the dielectric constant fluctuation root mean square τ is plotted on the ordinate.
It is drawn for the case of 50 [cm−1 ] and E = 100 [cm−1 ]. The value of E is an index representing 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).
It turns out that. E = 0 corresponds to the non-scattering state. Therefore, a light-scattering light guide having a small E is suitable for use in a large-sized surface light source with uniform brightness, and a light-scattering light-guide having a large E is suitable for use in a small-sized surface light source. The argument holds.
【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。When it is assumed that a surface light source having a normal size (about several cm to several tens of cm) that is expected when the liquid crystal display device is applied to a backlight light source is used, a light scattering guide used. The effective value range of the effective scattering irradiation parameter E is about E = 0.5 to 50 [cm−1 ].
【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。On the other hand, the correlation distance a is a quantity deeply related to the directional characteristics 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.
【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。FIG. 2 is a graph illustrating this for two values of a. In the figure, the horizontal axis represents the scattering angle Φ (the incident light traveling direction is Φ = 0 °), and the vertical axis represents the scattered light intensity when natural light is assumed, that is, Φ = Value normalized to 0 °, Vvh (Φ)
/ Vvh (0) is represented. As also shown in the figure, when a = 0.13 μm and 2R = 0.2 μm converted into the particle size using the above (9), the graph of the normalized scattering intensity shows a gentle curve for Φ. It is a decreasing function, but a =
1.3 μm, the particle size conversion value by the above formula (9) is 2R =
In the case of 2.0 μm, the graph of the normalized scattering intensity is a function that sharply decreases in the range where Φ is small.
【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。As described above, the scattering generated by the non-uniform refractive index structure in the light-scattering light guide basically exhibits a forward scattering property, and when the value of the correlation distance a becomes smaller, the forward scattering property becomes weaker. The scattering angle range in scattering tends to be widened. This fact itself has been confirmed experimentally.
【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。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 described. 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.
【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。As is well known from the basic optical theory, light is emitted from the inner side of the light scattering guide having a relatively large refractive index as compared with the external medium (air) to the light extraction surface. Incidence angle α (Here, the direction of a normal line standing toward the inside of the light scattering guide with respect to the light extraction surface is α = 0 °)
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.
【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。PMMA (polymethyl methacrylate), which is a typical material of the light scattering guide used in the present invention,
With a refractive index of 1.492), α c = 42 °.
【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。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 The range is from 36.0 ° to 45.6 °.
【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。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.
【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。That is, under the conditions premised on the present invention, the effect of multiple scattering inside the light-scattering light guide, the interfaces on the light extraction surface side and the back surface side of the light-scattering light guide, or the light-scattering light-guide is arranged facing the interface. 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.
【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。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 direction 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.
【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）。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 polarization component is about 40% and the S polarization component is 20%. ), The interface transmittance increases sharply as the incident angle α becomes smaller than the critical angle α c, and becomes almost constant under the condition of 5 ° to 10 ° or less (in the case of an acrylic resin-air interface, P-polarized light is used). 90% of ingredient
As above, the S-polarized component is 85% or more).
【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。From the above, in the case of acrylic resin (αc = about 42 °), the light incident from the inside of the light-scattering light guide to the light extraction surface at the incident angle α = 35 ° -40 ° is about. ,
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 ° to 40 ° is refracted on the light extraction surface according to Snell's law, and is 65 ° ± with respect to the normal line that is erected to the outside on the light extraction surface. Direction that falls within the range of about 10 ° (that is,
The light is emitted in a direction of rising about 15 ° to 35 ° with respect to the surface of the light extraction surface.
【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。Even when a material other than acrylic resin is used for the light scattering guide, the practical range of the refractive index of the material is 1.
Since it is about 4 to 1.7, the same argument holds when the above angle is expected to be offset by several degrees.
【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。It should be noted, however, that if the value of the correlation distance a becomes too small, the forward scattering property of each scattering becomes weak, and the scattered light in a wide angle range including only the primary scattering and the backscattering. To occur,
This directivity is blurred. In the present invention, a light-scattering light guide having a characteristic that does not remarkably show such a directionality deceleration phenomenon is used. Hereinafter, such a light-scattering light guide will be referred to as a "directional emission" light-scattering light guide.
【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。Range specified by the present invention for the correlation distance a of the light scattering guide (0.06 μm ≦ a ≦ 35 μm)
Has taken this condition into account. When a light scattering light guide in which modified refractive index particles are uniformly dispersed in a polymer matrix is used, from the above formula (9), the range of the correlation distance is the modified refractive index particle size range, 0.
It can be seen that this corresponds to 1 μm to 54 μm.
【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。Next, the directional emission light-scattering light guide used in the surface light source device with a polarization function equipped with the polarization conversion means of the present invention is optically provided with a wedge-shaped cross-section. Explain the meaning. FIG. 3 shows the basic shape of the cross section of the light-scattering light guide used in the surface light source device of the present invention together with the state of repeated reflection inside.
【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。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a directional emission light-scattering light guide which constitutes a collimating light flux element, and B 0 is emitted from a light source L and enters the light-scattering light guide 1 from a light incident surface 2. It shows the path of a representative ray that represents the light that is taken in. Since the light source L is arranged so as to face the light incident surface 2 corresponding to the side end portion of the wedge shape having a relatively large cross-sectional area, the representative light ray B
It is assumed that 0 propagates in a substantially horizontal direction as illustrated.
【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。Considering the behavior of the representative light beam B0, the light beam B0 undergoes a direction change due to scattering at a constant rate, and while repeatedly reflected by the light extraction surface 3 and the back surface 4 inclined to the surface. , The light-scattering light guide 1 approaches the thin end portion. Since the internal reflections on the surfaces of the surfaces 3 and 4 are specular reflections, the incident angle and the reflection angle in each reflection are naturally equal (θ1, θ2, θ3 ...). From the inclination relationship between the two surfaces 3 and 4, the relationship of θ2>θ4> θ6 ... Is established for each reflection on the light extraction surface 3.
【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。Considering the interfacial transmittance at each reflection, θi> α c (critical angle; PMMA) is obtained by the same discussion as described in the description of the directional emission property of the light scattering guide.
-At the air interface of 42 °) total reflection occurs and θi
Is less than α c, the transmittance increases sharply, and θ i is a predetermined value (P
The transmittance becomes almost constant at an MMA-air interface of about 35 ° or less). In the figure, it is illustrated that the emitted lights B4 and B6 are generated due to the relationship of θ2>αc>θ4> θ6.
【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。Such an effect is not limited to the representative light beam B0 (non-scattered light), but must occur in a similar form for the primary scattered light and the multiple scattered light. Therefore, as a whole, the effect is obtained. As the distance from the light incident surface 2 increases, the light emission rate from the light extraction surface 3 increases. When this effect is evaluated by the function f (x) of the distance x from the light incident surface 2, f (x) is an increasing function with respect to x. On the other hand, in the portion near the light incident surface 2, the effect of being closer to the light source L works for both direct light and scattered light. This proximity effect is g
When evaluated by (x), g (x) can be regarded as a function having a decreasing tendency with respect to x.
【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。Therefore, the proximity effect g (x) and f (x) have a canceling relationship, and the intensity of the emitted light (brightness) of the light scattering guide 1 is made uniform. Also,
The opportunity for the light in the light scattering guide 1 to enter the light extraction surface 3
It is considered that the wedge-shaped effect tends to increase as the distance from the incident surface 2 increases, and this tendency is also considered to reinforce the effect evaluated by the increasing function f (x).
【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。There is no absolute limitation on the angle ψ formed by the two surfaces 3 and 4, but 0.5 ° ≦ ψ ≦ as a practical range in consideration of the brightness level, the uniformity, the directional characteristics and the like. 6 °
The value is obtained. Further, by making the inclined back surface 4 (in some cases, the light extraction surface 3) a curved surface, it is possible to control the increasing transition of the reflection angles θ 1, θ 2, θ 3 ..., And to realize more desirable characteristics. is there. Further, the wedge-shaped cross section does not necessarily have to extend over the entire light-scattering light guide 1, and in order to prevent uneven brightness due to reflection of a light source,
In some cases, the inclination in the vicinity of the light incident surface 2 is loosened to be flattened, or an inverted inclined portion is formed in some cases.
【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。It is clear that the effect obtained by adopting the light-scattering light guide member having the wedge-shaped cross section as described above is similarly established when the means having the light reflecting function is arranged along the back surface 4. The simplest of such means is a regular reflection member such as silver foil, but in the present invention, it is represented by a reflection type polarization conversion means Σ (hereinafter referred to as “polarization conversion element”). ) Is placed. The configuration and function of the polarization conversion element Σ will be described later.
【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。The inventor of the present invention has a polarization beam splitting means utilizing a Brewster angle condition similar to that of a collimating light beam conversion element composed of a directional emission light scattering guide having such a wedge-shaped cross section, and the above reflection. It has been found that, by using a combination of the two types of polarization conversion means, multiple polarization processes occur on both sides of the parallel light flux conversion element, and polarization of the light flux is achieved with high light energy utilization efficiency. The present invention provides a surface light source device with a polarization function based on this principle. A parallel light flux conversion element, a polarization splitting means utilizing Brewster's angle condition, and a method of combining polarization conversion elements, and multiplexing by it are provided. The specific contents of the specific polarization process will be described in the following examples.
【００４７】[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。FIG. 4 (1) is a sectional view showing an embodiment corresponding to the basic configuration of the surface light source device with a polarization function according to the present invention, and FIG. 4 (2) is used. 2 illustrates an appearance of an undulating surface formed on a back side slope of a polarization conversion element. In FIG. 4A, the same reference numerals are used for the elements common to FIG. Reference numeral 1 represents a parallel light flux conversion element composed of a directional emission light scattering light guide having a wedge-shaped cross-section, and here, as its material, polymethylmethacrylate (PMMA) has silicone resin material particles (diameter 2 μm, A material in which a refractive index of 1.4345) is uniformly dispersed at a ratio of 0.07 wt% is used. The size of the collimating beam conversion element 1 was 68 mm in the left-right direction in the figure, 85 mm in width, 4.0 mm at the end on the light incident surface 2 side, and 0.2 mm at the end 6.
【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。L is 1 m from the incident surface 2 of the collimating beam conversion element 1.
The fluorescent lamps having a diameter of 3 mm are arranged at a distance of m, and light is incident from the lamp l to the right, and the collimated light flux is extracted from the light extraction surface 3. In addition, R is a reflector that is appropriately arranged to secure as much light as possible from the incident surface 2 and is arranged so as to surround the light source L by a silver foil sheet here.
【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。A polarization conversion element Σ is arranged on the back surface 4 side of the collimating beam conversion element 1 with a thin air layer 5 sandwiched therebetween, or in close contact with the back surface 4 without an air layer sandwiched therebetween. The polarization conversion element Σ enhances the polarization function of the surface light source device by utilizing the polarization conversion action associated with the reflection inside the prism (usually “total reflection using the critical index condition”). Details of the structure and operation will be described later.
【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。Further, the collimating light beam converting element 1 with the air layer 7 interposed therebetween.
A polarization separation plate 8 serving as a polarization separation means is arranged at a position facing the light extraction surface 3 of the, and an air layer 9 is further provided outside thereof.
A light emitting direction correction element 10 is arranged with the light emitting direction correcting element 10 interposed therebetween. Reference numeral 11 is a light emitting surface of the light emitting direction correcting element 10,
It is also a light emitting 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 light emission direction correction element 10.
【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。The polarization separation plate 8 is composed of a plate-like body made of a transparent optical material, and here is a flat plate made of BK-7 (refractive index 1.5163) which is a typical optical glass and having a thickness of 1 mm. A shaped member was used. Refractive index of air layer 7 n0 = 1
As a result, the Brewster angle value is 56.60 °.
【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。The outline of the function of the surface light source device with a polarization function in which the polarization separation plate 8, the parallel light flux conversion element 1 and the polarization conversion element Σ are combined will be described below. For convenience of explanation, the polarization function based on the action of the polarization separation plate 8 and the parallel light flux conversion element 1 and the light emission direction correction function of the light emission direction correction element will be described first, and then the polarization conversion element will be described. .
【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。In FIG. 4A, the light emitted from the light source L and the light reflected from the reflector R enter the parallel light beam conversion element 1 through the light incident surface 2 and have a refractive index inside the parallel light beam conversion element 1. The light is guided toward the end portion 6 of the parallel light flux conversion element 1 while being scattered by the nonuniform structure (here, the modified refractive index particles). In the process, light is gradually emitted from the light extraction surface 3, but the emitted light is made into a parallel light flux and has a clear directivity because of the reason described in the section of "action". Therefore, FIG. 5 shows the behavior of the light emitted from the collimating beam converting element 1 in a ray tracing form by representing this collimated beam by the beam C0.
【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。As described in the section "Operation", in the case where PMMA is used as the base material of the collimating beam conversion element 1, the light is strongly emitted in the direction of about 65 ° measured from the normal line H0 standing on the light extraction surface 3. Since the emission occurs, the emission angle of the representative ray C0 is 65.
Let be °.
【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。The representative ray C 0 emitted from the light extraction surface 3 of the collimating beam conversion element 1 goes straight through the air layer 7 and the polarization separation plate 8 is emitted.
Ray C which is incident on the lower surface 8a of the
It is split into a ray C2 which is reflected by 1 and is directed to the collimating element 1 again. The ray C1 is refracted at the surface 8a, and the polarization separation plate 8
It goes straight inside, reaches the upper surface 8b of the polarization separation plate 8, and is split into an externally emitted light ray C3 and an internally reflected light ray C4. The internally reflected ray C4 further returns to the lower surface 8a and is again split into an internally reflected ray C7 and a ray C8 which travels to the air layer 7. Internal reflection ray C
Reference numeral 7 denotes an upper surface 8b, which is again split 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.
【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。On the other hand, the light rays C2 and C8 that travel straight through the air layer 7 toward the parallel light flux conversion element 1 are the light rays C11 and C13 that are re-incident in the parallel light flux conversion element 1 at the light extraction surface 3 and the reflected light rays C.
It is divided into 12 and C14. The reflected light rays C12 and C14 head toward the polarization separation plate 8 again and follow the same path as C0.
【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。Through such a multiple reflection / transmission process, the light energy of the light ray C0 is also divided and distributed into the reflected light ray and the transmitted light ray at each interface 3, 8a, 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.
【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）。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 deviating from 60 ° to 10 °, 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 °, the S-polarization rate of the reflected ray C2 is naturally 100%).
【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。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%,
The S-polarized 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 the S-polarized component 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 numerical values, as the ray division is repeated, the energy amount of each PS polarization component sharply decreases. Therefore, from the light rays C3 and C9 shown in FIG. Estimating the amounts, the P-polarized component = 97.6 and the S-polarized component = 61.9.
【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。As described above, it can be seen that even when only the light rays shown in FIG. 5 are taken into consideration, a considerably polarized output light beam is obtained, but it is opposed to the light extraction surface of the parallel light beam conversion element. Polarized light separating means arranged in the same manner (B in the first embodiment)
The polarization function is further enhanced by the process of reusing the light (hereinafter referred to as return light) returned from the K-7 plate) to the collimating beam conversion element.
【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。In the example of FIG. 5, the return light is almost completely S-polarized, as indicated by the numerical values attached to the rays C11 and C13. The returned light undergoes processes such as scattering and reflection in the process of propagating in the light-scattering light guide forming the collimating beam conversion element 1, and most of it is emitted from the light extraction surface 3. Considering the emission directivity at that time, although it is not as much as when it is incident from the incident surface 2, the forward scattering property toward the right side in FIG.
Based on the principle described in the section "Action", it is considered that the light beam C0 also has a weak directivity which can be represented by the emission direction.
【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。By the way, the rays C11 (S-polarized component 18.2) and C13 (S-polarized component 10.
In 6), the polarization direction is disturbed by the processes such as scattering and reflection in the collimating element. If we call this the polarization scramble effect,
Due to this polarization scrambling effect, the S polarization degree of the light emitted from the light extraction surface 3 originating from C11 or C13 is considerably lowered.
【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。If it is assumed that the polarization scrambling effect is perfect and the light is re-emitted from the light extraction surface 3 with no loss, the amount of energy is P-polarized component 9.1 and S-polarized component 9 for C11-derived components. .1, and the C13-derived component becomes a P-polarized component 5.3 and an S-polarized component 5.3.
【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。When both are added, P polarization 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.
【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。That is, a part of the light flux emitted from the light extraction surface 3 of the parallel light flux conversion element 1 is S-polarized and becomes return light,
At least a part of the light is depolarized in the parallel light beam conversion element 1, is re-emitted from the light extraction surface 3 of the parallel light beam conversion element 1, and is again subjected to the S-polarized light exclusion action by the polarization separation plate. The process is incorporated. Therefore, as explained in the above case, at least in principle,
It is also possible to fulfill the action of amplifying the P-polarized component contained in natural light to 100% or more. Such a feature is a feature commonly provided in each of the embodiments described below.
【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。In the above description of the first embodiment, the (first) emitted light of the collimating element 1 is represented by C0 with an emission angle of 65 °, but it is assumed that the emission angle condition changes by about 10 °. However, the essence of the phenomenon hardly changes. FIG. 6 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 extraction surface 3), and the vertical axis represents the P and S polarization components once. Transmittance of transmission (total output energy from 8b / 8
Total incident energy to a; re-incident of returning light is not considered. )
Is taken. As you can see from the graph, 55 ° ~
The transmittance of the P-polarized component is about 80 over almost 75 °.
%, And the transmittance of the S-polarized component is about 20%.
It is below the above. Therefore, it is clear that the essential part of the above description does not need to be changed even if the propagation direction of the light flux emitted from the light extraction surface 3 is slightly expanded or deviated.
【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。By the way, as can be seen from the explanation of the polarization process, the directivity of the emitted light, which is characterized by a large emission angle (65 ° in the above example) of the representative light beam C0, from the polarization separation means 8. The emitted light flux also remains strong, and is used for normal purposes (such as backlight light sources for liquid crystal display devices).
It is not optimal to meet the needs of a surface light source device that emits light in the frontal direction or a direction close to this, which is often required in.
【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。The light emitting direction modifying element 10 arranged outside the polarization separating plate 8 meets such a requirement, and is a directional light beam emitted from the light emitting surface 8b of the polarization separating plate 8 through the prism action. It has a function of correcting the propagation direction of the to the front direction. Hereinafter, the function of correcting the light emission direction of the light emission direction correction element will be described with reference to FIGS. 7A and 7B in addition to the reference drawings.
【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。FIG. 7 (A) is a diagram for explaining a typical structure and arrangement of the light emitting direction correcting element, and FIG. 7 (B) shows a modified arrangement, both of which are shown in FIG. 1), the cross-sectional view of the peripheral portion of the polarization separating plate and the light emitting direction correcting element in the arrangement shown in FIG. 5 is presented in a form in which the tracing paths of the light rays C3 and C9 are also shown. In both figures, the light emitting direction modifying elements 10 and 10 'are made of an optical material such as polycarbonate (PC; refractive index npr = 1.59), and have a large number of prism surfaces 10a and 10b on one surface.
(Vertical angle θpr) or 11a, 11b (vertical angle θ'pr) are formed. The light emitting direction correction elements 10 and 10 'are
The prism forming surface is used as a light incident surface as shown in FIG. 7A or conversely used as a light extraction surface as shown in FIG. 7B.
【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。First, in FIG. 7A, from the related description of FIG. 5 described above, 65 ° with respect to the light extraction surface 8b of the polarization separation plate 8.
C3 and C9 are drawn so that they are emitted at the emission angle of
Is considered to be substantially representative of the luminous flux emitted from the polarization separation plate 8 due to the representative ray C0. These representative rays C3 and C9 are generated by the air layer 9 (refractive index n0 = 1.
0), the light is incident on the prism surface 10a of the light emission direction correction element 10 at an angle close to vertical.
【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。Since it can be considered that the proportion of the amount of light incident on the prism surface 10b opposite to the prism surface 10a is relatively small, the representative rays C3 and C9 travel straight to the prism surface 10b and are specularly reflected. A light flux D is incident on the flat light extraction surface 11 of the light emission direction correction element 10 at an angle close to vertical, and is emitted from the surface 11 at an angle close to vertical.
【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。Inclination angle θa of the prism surface 10a on the incident side
Is set so that the light beams C3 and C9 are incident substantially vertically (here, θa = 25 °), and the inclination angle θb of the other prism surface 10b is set to the light extraction surface 11 where the internally reflected light is flat.
Is set so that it is incident almost perpendicularly to (here, θb = 65
(° / 2 = 32.5 °), the direction of the light beam D can be more accurately matched to the vertical direction. In this way, it is possible to adjust the directional characteristics of the light beam D by selecting the formation angle of the prism surface.
【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。Next, FIG. 7B is a sectional view for explaining the behavior of the representative rays C3 and C9 when the light emitting direction modifying element 10 'is arranged so that its prism surfaces 11a and 11b face outward. As in the case of FIG. 7A, the representative rays C3 and C9 travel straight through the air layer 9 (refractive index n0 = 1.0), and then the flat surface 10 'of the light emitting direction modifying element 10'.
It is incident at an angle inclined with respect to a, refracted upward, and most of it is emitted from the opposite prism surface 11a as a light beam D'at an angle close to vertical. The refractive index of the material forming the light emitting direction correction element 10 'and the prism surface 11a,
Depending on the values of the inclination angles θ′a and θ′b of 11b, an optical path may be used in which the light is once emitted from the prism surface 11a into the air and then specularly reflected by the opposite prism surface 11b to travel in the front direction. is there.
【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。As described above, the arrangement of FIG.
(B) Whichever arrangement is applied, the polarization separation plate 8
The output direction of light is controlled over a considerable range by appropriately selecting the inclination angle of each prism surface in relation to the direction characteristics of the output light from the I can.
【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。The light emitting direction correcting elements 10 and 10 '
Is not limited to one in which prism surfaces are formed in rows as shown in the drawing, and any type 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 a column-shaped convex portion having a semicylindrical cross section, and the like are considered. It is also possible to use a plurality of sheets in piles.
【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。The above is the polarization separation plate 8 and the collimating beam conversion element 1.
The following is an outline of the polarization function based on the collaborative action of the above and the light emitting direction correcting function of the light emitting direction correcting element. The function is not always sufficient, and there is considerable room for improvement. That is, as has been clarified in the above description, the conversion of the S-polarized component, which is contained in the returning light, into the P-polarized component is mainly performed by the polarization scrambling effect of the collimating beam collimating element 1. In particular, the scramble effect tends to be insufficient in the vicinity of the wedge-shaped end portion 6 of the collimating element 1.
【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。The polarization conversion element Σ arranged along the back surface 4 of the parallel light flux conversion element 1 provides a means for overcoming such a situation. Regarding the light transmitted through the back surface 4 of the parallel light flux conversion element 1. , And has a function of converting the S-polarized component into a P-polarized component. Hereinafter, the polarization conversion element Σ arranged on the back surface side of the parallel light flux conversion element 1 will be described in detail.
【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。In this polarization conversion element, triangular prisms made of an optical material are sequentially connected so that the axial directions of the triangular prisms are oriented in three directions orthogonal to each other to form an integrated compound prism region, and the inside thereof is formed. This is based on the principle that by forming a curved optical path that includes total reflection three times, the output light obtained by converting the polarization direction of the incident light beam by 90 ° can be extracted.
【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。FIG. 8 is a perspective view showing the structure of the polarization conversion unit forming the basic unit of the composite prism area which constitutes the main part of the polarization conversion element Σ. The principle of polarization conversion will be described. In the figure, a polarization conversion unit Σ1, which is generally denoted by reference numeral Σ1, is a basic constituent element of the polarization conversion element used in the present invention.
【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。As shown in the figure, this polarization conversion unit Σ 1 is configured so that three triangular isosceles right-angled triangular prisms ABCDEF, DCGEFJ, and DGHIFJ face three directions in which the axial directions of the triangular prisms are sequentially orthogonal to each other. Has a volume region made of an integrally formed optical material. As an optical material forming such a composite prism, a light-transmissive plastic material (acrylic resin or the like) or an optical material such as optical glass can be used. However, considering the ease of molding the material, It is preferable to adopt the former.
【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。The refractive index of the material is 1.4142 (the angle of incidence on the inner surface that gives the condition of total internal reflection to air is 45 °) to
It is practical to consider a range of about 2.0, and most ordinary optical materials satisfy this condition.
【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。The polarization conversion unit Σ1 composed of such a composite prism has the following polarization conversion function. Now, consider a case where a linearly polarized light L1 having an electric field vector vibrating surface in a direction parallel to the side AB as shown by a small arrow is incident perpendicularly to the square surface area ABCD (the surface 51a). The propagation path of the incident point R0 → the total reflection point R1 on the surface 51d → the total reflection point R2 on the surface 51e → the total reflection point R3 on the surface 51f → the emission point R'0 from the surface 51b. In order, the incident ray L1 and the outgoing ray L
1'has a parallel relationship (the propagation directions are opposite).
【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。The polarization direction is conserved at the total reflection point R1, but is converted by 90 ° in the direction parallel to the side HI at R2, and the converted state is preserved at R3, and the ray L
It is emitted as 1 '. That is, the outgoing ray L1 'is the incoming ray L
Is rotated by 90 °.
【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。Similarly, when the polarization direction of the incident light ray L1 is perpendicular to AB, the polarization direction of the emission light ray L1 'is converted to the direction perpendicular to the side HI, that is, the direction parallel to the side AB. From this, it is understood that the polarization conversion unit Σ1 has the function of converting the polarization direction of the incident light beam by 90 ° regardless of the condition of the polarization direction by the principle of superposition. Therefore, assuming that the incident light L1 is light rich in S-polarized component, the outgoing light L'1 is converted into light rich in P-polarized light. Further, when the incident angle of the incident light L'1 on the effective surface is not exactly vertical, the conversion efficiency is lowered, but a considerable polarization conversion efficiency can be expected unless the deviation from the vertical incident condition is large.
【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。The incident range in which such a polarization conversion action is exhibited is the surface 51a surrounded by ABCD. If the light propagation direction is reversed, the surface 51b surrounded by IDGH
Clearly gives an entrance surface equivalent to 51a.
Hereinafter, these two surfaces 51a and 51b or surfaces corresponding thereto will be referred to as "effective surfaces".
【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。On the other hand, when light is vertically incident on the triangular surface 1c surrounded by the points CDG, most of the light is transmitted only in parallel to the axial direction of the triangular prism CDGEFJ, and the polarized light It does not contribute to the conversion action. After that, this surface 51
The surface c or the surface corresponding to this will be referred to as an "ineffective surface". A reflective film can be formed on the back surface EFJ of this ineffective surface to form a reflective ineffective surface. Further, if a reflective film is also formed (for example, aluminum vapor deposition) on the inclined surface on the back surface side of the effective surface, the refractive index condition (> 1.41) regarding the material of the composite prism region forming the polarization conversion element (> 1.41).
42) can be mitigated.
【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。Incident surface ABCGH of polarization conversion unit Σ 1
The ratio of the effective surface to the entire ID is 80%, and the ratio of the invalid surface is 20%. Suppose that a linearly polarized parallel light beam having a cross section congruent with the incident surface ABCGHID is converted into a polarization conversion unit Σ1.
When the light is incident perpendicularly to, the polarization direction is converted for 80% of the light.
【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。In the present invention, a large number of polarization conversion units Σ
By arranging 1 in parallel in various forms to form a polarization conversion element with a relatively small thickness and using the effective surface of each polarization conversion unit Σ1 collectively and collectively, It exerts a polarization conversion action with high efficiency.
【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。When a large number of polarization conversion units Σ 1 are arranged in parallel, there is a portion that is not occupied by either the effective surface or the ineffective surface due to shape restrictions. This portion will be referred to as a "blank portion" for convenience. A reflective blank portion can be obtained by disposing a reflective film on the front surface (the entrance side when viewed from the light incident side) or the bottom surface (the exit side when viewed from the light incident side) of the blank portion.
【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。Although various degrees of freedom can be considered for the parallel arrangement form of a large number of polarization conversion units Σ1, roughly classified, there is a mode in which each polarization conversion unit Σ1 is arranged separately, and some (for example, four or more). 1) is integrated into a block (hereinafter referred to as a “connecting block”) to form an array unit.
【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。Further, when the polarization conversion units Σ1 or the connecting blocks are arranged in parallel, the polarization conversion units Σ1 are arranged such that the effective surfaces of the polarization conversion units Σ1 are on the same plane, and the polarization conversion units Σ1 are arranged on a plurality of mutually parallel inclined surfaces. There are modes that are distributed and arranged. If the latter idea is used, it is possible to construct a polarization conversion element that has a large number of effective surfaces that are tilted with respect to the extension direction of the polarization conversion element. It becomes easier to fill. In any of these arrangements, the polarization conversion action of the polarization conversion element is still based on the polarization conversion action of the polarization conversion unit Σ 1.
【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。When actually constructing the polarization conversion element, from the viewpoint of mechanical strength and a manufacturing process (a manufacturing method by injection molding of a plastic material is typical).
A large number of polarization conversion units Σ1 or connection blocks
It is preferable to optically and mechanically bond with a substrate region made of an optical material (integration without boundaries by injection molding, bonding with a transparent adhesive, etc.).
【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。The substrate region is generally in the form of a flat plate or a sheet as a whole, but the (geometric) boundary surface between the substrate region and the portion corresponding to the polarization conversion unit does not necessarily lie on one plane. It does not have to be provided, and an angle inclined with respect to the plane of extension of the polarization conversion element is provided so as to have a relationship inclined with respect to the plane of extension of the polarization conversion element defined by the overall extension direction of the substrate region. It is possible to arrange so as to exert a polarization conversion action on the light incident at. This tilt angle is
It is preferably selected to satisfy the conditions of normal incidence on the effective surface.
【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。Representative examples of the polarization conversion element Σ used in the present invention will be described below with reference to FIG. 9 to FIG. 13 sequentially. FIG. 9 (1) is a schematic cross-sectional view of a first example of the polarization conversion element Σ, and FIG. 9 (2) is
It is the thing which extracted and expanded the unit element of the polarization conversion unit parallel formation area combined with the board | substrate area | region, and was shown in the form of the perspective view seen from the front side of a board | substrate area | region.
【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。As shown in FIG. 9A, the entire polarization conversion element Σ is composed of a substrate region Q1 and a polarization conversion unit parallel formation region Σ'1. The polarization conversion unit parallel formation region Σ'1 is composed of polarization conversion unit connection blocks Σ4 having the shape shown in FIG. 9B, which are individually distributed in parallel on the back surface side of the substrate region Q1. The arrangement pattern of the polarization conversion unit connection block Σ4 is arbitrary,
Although the polarization conversion unit connection blocks Σ4 are arranged close to each other, they are not systematically connected. The structure of this polarization conversion unit connection block Σ4 itself is one in which four polarization conversion units are connected radially and the central portion is made into a square hole portion A. In FIG. 9 (2), reference numerals corresponding to those in FIG. 8 are also shown for one polarization conversion unit.
【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。A typical method of connecting the four polarization conversion units is to make the block Σ4 integral with the same optical material. Further, it is preferable that the surfaces corresponding to the surfaces 51a to 51c of the respective polarization conversion units and the substrate area Q1 are optically and mechanically integrated in the same manner. Therefore, it is desirable that the polarization conversion element Σ be made of the same optical material and integrated. Such integration can be easily realized by adopting a method of manufacturing the polarization conversion element Σ by injection molding of one transparent plastic material (acrylic resin or the like).
【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。The light input / output surface (51a) of each polarization conversion unit
(A surface corresponding to ~ 51c) is on the same plane, and when the linearly polarized light flux is incident perpendicularly to the extending direction of the polarization conversion element Σ, the polarization direction is changed through the substrate → polarization conversion unit → U-turn path of the substrate. It is emitted as a luminous flux converted by 90 °. As also shown in FIG. 9 (1), since the direction of the light emitted from the back surface 4 of the collimating beam conversion element 1 has a considerable spread, the polarization direction is converted by 90 ° for some of the directions.
【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。The light emitted from the back surface of the collimating element 1, especially the light emitted in the portion near the end portion 6 (see FIG. 4) contains a large amount of S-polarized light component derived from the return light. As a whole, the polarization function of the surface light source is strengthened and leveled by supplementing the P polarization function of the terminal portion where the scrambling effect of the parallel light beam conversion element 1 is weak.
【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）。In the case of this embodiment, the bottom of the hole A is provided by the back surface of the substrate region Q1. However, if a reflection film is formed on this portion, the amount of light that will pass through the polarization conversion element Σ will be described. Can be reduced and returned to the front side of the polarization conversion element Σ. The same selection can be made for the back surface of the ineffective surface 51c (corresponding to the front surface of the substrate region Q1). Such a modified mode of the configuration of the hole or the back surface of the polarization conversion element can be considered similarly in the following embodiments (in each embodiment, repetitive description on this point is omitted).
【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。Next, FIG. 10 shows another example of the polarization conversion element Σ. Instead of forming the polarization conversion unit parallel formation region with four polarization conversion unit connection blocks Σ4 individually, A plurality of polarization conversion unit connection blocks Σ 4 are connected in a close-packed manner to form a polarization conversion unit parallel formation region. FIG. 10 (1) is an abbreviated schematic cross-sectional structure of the entire polarization conversion element (not particularly distinguished from the case of FIG. 9), and FIG. 10 (2) is a polarization conversion unit formed on the back surface of the substrate. FIG. 3 is a perspective view showing an appearance (undulation pattern) of a part of the parallel formation region Σ′1 as viewed from the back surface side of the substrate.
【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。FIG. 10 (2) shows a connection mode of the block Σ4, and the hole portion A, the flat portion B, and the inclined portion C are designated for one block Σ4. Flat part B
Is at a position corresponding to the back surface of the invalid surface 51c described above,
The inclined portion C is located at a position corresponding to the back surface of the effective surface 51a.
【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。FIG. 11 (1) symbolically shows the undulation pattern of the polarization conversion unit parallel formation region Σ'1 shown in FIG. 10 (2) for this example of the polarization conversion element. It is similar to FIG. 10 (2) that the symbols A, B, and C respectively represent a hole portion, a flat portion, and an inclined portion, but the inclined portion C has
The direction of tilt is indicated by the arrows. The direction of the arrow is, as shown in FIG. 11 (2), from the ridge portion projecting to the back surface side of the polarization conversion element Σ to the substrate region Q1. Further, the numerical values shown together are an example of dimensions (unit is mm) when the polarization conversion element is manufactured by injection molding of a transparent plastic material.
【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。FIG. 12 shows an undulation pattern on the back surface of the polarization conversion element for the modified examples of the embodiments shown in FIGS. 9 to 10, and the notation is the same as that of FIG. This example is different from the examples shown in FIGS. 9 to 10 only in the connection arrangement pattern of the blocks including the four polarization conversion units. This connection pattern corresponds to the block unit row of the connection pattern of FIG. 11A shifted (dislocated) by a block half pitch. For both of these examples, it is considered most advantageous to have a structure in which the entire polarization conversion element is integrated with the same optical material (particularly, a transparent plastic material). If injection molding technology is applied, the shape and dimensions of the undulation pattern can be freely selected according to the shape of the mold used.
【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。Further, in any of the undulating patterns, the light input / output surfaces (51a to 51c) of the respective polarization conversion units are used.
(Corresponding surface) is on the same plane, and when a linearly polarized light beam is incident on the polarization conversion element Σ perpendicularly to the extending direction, the polarization direction is changed to 9 through the substrate → polarization conversion unit → U-turn path of the substrate.
There is no change in that it is emitted as a 0 ° converted light beam. Therefore, even when any of the polarization conversion elements shown in FIGS. 10 to 12 is arranged along the back surface 4 of the parallel light flux conversion element 1 (see FIG. 4), the polarization conversion element shown in FIG. 9 is used. For the same reason as the case, the polarization function of the surface light source device is enhanced.
【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。Next, FIG. 13 shows two examples in which the incident and outgoing directions of light can be set in a direction inclined with respect to the extending direction of the polarization conversion element. In these examples, since the light entering and exiting directions are inclined with respect to the extending direction of the polarization conversion element, both sides of the substrate area or the back surface side (optical and mechanical coupling with the polarization conversion unit is The shape of the taking side) has a repeated inclined surface.
【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。FIG. 13 (1) shows that both surfaces of the substrate area are repeatedly inclined surfaces, and an inclined surface Qa that functions as a light incident / emission surface on the front side of the substrate area and an inclination that does not substantially function as a light incident / emission surface. The surfaces Qb are alternately formed, and the boundary surface with the polarization conversion unit parallel formation region on the back surface has the same shape on the front side. On this sloping interface,
An undulating shape pattern as illustrated in FIG. 13C is formed. The drawing of FIG. 13C is shown in FIGS.
Similar to the case of 2, the undulating shape pattern is shown when the polarization conversion unit parallel formation region is viewed from the back side of the polarization conversion element Σ. As the pattern of the undulation pattern, the pattern shown in FIGS. 10 and 11 is illustrated, but it may be replaced with the pattern shown in FIG. Further, a large number of four-connection block type shown in FIG. 9 may be arranged in parallel.
【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。In any of these cases, the boundary surface between the polarization conversion unit parallel formation region and the substrate region (inclined with respect to the extending direction of the polarization conversion element Σ) is an optical interface between them.
It suffices to secure mechanical coupling, but as in the case of each of the above-described embodiments, it is possible to automatically configure optical and mechanical coupling by integrally forming the entire polarization conversion element by injection molding technology. Is the most practical way to secure it.
【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。A great advantage of the polarization conversion element of the type shown in FIG. 13 is that the substrate area is repeated in accordance with the directionality of the light emitted from the back surface 4 of the collimating beam conversion element 1, particularly the directionality of the return light. Through selecting the inclination angle of the inclined surface,
The point is that the polarization function can be further enhanced.
【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。Now, as an example, the return light is represented by the representative ray C in FIG.
0 (emission angle of 65 °), and the wedge-shaped angle ψ of the parallel light beam conversion element 1 using PMMA as a matrix.
When (see FIG. 3) is set to about 3 °, the incident angle β1 of the light that is re-incident on the collimating beam conversion element 1 and goes straight to the back surface 4 is about 35 °, and the emission angle β2 is about 60 °.
【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。Therefore, in the example shown in FIG. 13A, there is an inclination of about 30 ° with respect to the extending direction of the polarization conversion element Σ so that the inclined surface Qa is perpendicular to the propagation direction of the incident light. Has been formed. Further, it is desirable that the inclined surface Qb is formed so as to be parallel to the incident light. Under this condition, the incident light can be efficiently incident perpendicularly on each effective surface in the polarization conversion unit formation region of the polarization conversion element Σ. Light rich in the S-polarized component that is perpendicularly incident on each effective surface in the polarization conversion unit parallel formation region, that is, the surfaces corresponding to the surfaces 51a and 51b in FIG.
It undergoes the above-described polarization conversion action, is emitted from the polarization conversion element Σ as light rich in the P-polarized component, and is re-incident on the parallel light flux conversion element 1. As a result, the P-polarized component of light propagating in the parallel light flux conversion element 1 is increased, and thus the polarization function of the entire surface light source device is enhanced.
【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。On the other hand, FIG. 13 (2) shows an embodiment in which the repeated inclined surface of the substrate region is formed only on the back surface side.
In this case, the incident light and the emitted light are the front surface Qc of the substrate region.
At the same time, it is refracted according to the difference in refractive index with air. Therefore, in the case where the return light is considered under the same conditions as in FIG. 13 (1) and the material of the polarization conversion element Σ is the same PMMA as that of the collimating beam conversion element 1 (β1 = about 35 °), the polarization conversion element Σ has a back surface. The inclination angle of the formed inclined surface Qd is such that the inclined surface Qd is perpendicular to the propagation direction of the incident light.
It is desirable to form it with an inclination of about 35 ° with respect to the extending direction of the. Further, it is desirable that the inclined surface Qe is formed so as to be parallel to the incident light. Under this condition, the incident light can be efficiently incident perpendicularly on each effective surface in the polarization conversion unit formation region of the polarization conversion element Σ. Therefore, as in the case of FIG. 13 (1),
The polarization function of the surface light source device as a whole is enhanced.
【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。The undulation pattern of the polarization conversion unit parallel formation region is not particularly limited as in the case of FIG. 13A, and the pattern shown in FIGS. 9 and 10 or the pattern shown in FIG. 12 is used. Can be adopted.
【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。Further, in order to secure the optical / mechanical coupling at the boundary surface between the polarization conversion unit parallel formation area and the substrate area, the entire polarization conversion element Σ is injection-molded as in each of the above-described examples. The most practical method is to integrally configure by.
【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。Although various examples of the polarization conversion element Σ have been described above, the polarization conversion element Σ used in the present invention is not limited to these examples. As long as a plurality of polarization conversion units of the type shown in FIG. 8 are arranged in parallel, any one can be used.
【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。As a method of optically and mechanically coupling the substrate region to the polarization conversion unit parallel formation region, in addition to the above-mentioned injection molding technique, a transparent adhesive is used for adhesion, and both are placed in close contact with each other. Means such as fixing with a frame member or the like are also conceivable.
【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。By the way, as already mentioned, as a typical example in which the features of the surface light source device with a polarization function of the present invention are effectively utilized, there is application to a backlight light source means of a liquid crystal display device. That is, since the conventional surface light source device does not have a polarization function unlike the surface light source device with a polarization function of the present invention, the surface light source device is formed by the polarizing plate provided on the light incident side of the liquid crystal display panel. There was a phenomenon that about half of the light energy of the emitted light was blocked and wasted, but if the surface light source device with polarization function of the present invention is adopted as the backlight light source means of the liquid crystal display device, the backlight light source The ratio of the light energy that effectively contributes to the display can be remarkably improved only by arranging the polarization direction of the outgoing light flux and the polarization axis direction of the polarizing plate in parallel.
【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。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 light source means of a liquid crystal display device. In this embodiment, a surface light source device with a polarization function of the same type as that shown in the embodiment of the present invention described above (see FIG. 4) is used as the backlight light source means, and common elements are Instructions are given with the same symbols.
【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。That is, reference numeral 1 is a collimating light beam conversion element having a directional emission light-scattering light guide having a wedge-shaped cross section. Here, a silicone resin material particle (diameter: 2 μm, refraction: Rate = 1.434
A material made of a material in which 5) is uniformly dispersed at a rate of 0.08 wt% is used. When the effective scattering irradiation parameter E and the correlation distance a are calculated under this condition, E = 7.3
9 [cm−1 ], a = 1.3 μm. In addition, the size of the collimating beam conversion element 1 is 68 mm in length in the left-right direction in the figure, 85 mm in width, 4.0 mm at the end on the light incident surface side, and 0 at the end according to the size of the liquid crystal cell used. It was set to 0.2 mm.
【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。L is 1 mm from the incident surface of the collimating beam conversion element 1.
With the fluorescent lamps having a diameter of 3 mm arranged apart from each other, the light incident from the lamp 1 to the right is extracted from the light extraction surface 3 as a collimated light beam. R is a reflector that is appropriately arranged in order to secure the amount of light incident from the incident surface as much as possible, and a silver foil sheet is used.
【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。On the back surface 4 of the parallel light flux conversion element 1, one of the polarization conversion elements Σ described above, for example, the polarization conversion element Σ of the type shown in FIG. 13B is arranged.
【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。Reference numeral 8 is a polarization separating plate 8 arranged at a position facing the light extraction surface 3 of the collimating beam converting element 1, and a light emitting direction correcting element 10 is arranged outside thereof.
The polarization separation plate 8 has an optical glass BK-7 (refractive index of 1.5.
163), a flat plate-shaped member having a thickness of 1 mm was used. Further, the light emitting direction correcting element 10 was made of polycarbonate (PC; refractive index 1.59), and the prism forming surface was arranged so as to face the polarization separation plate 8.
【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。The light emitting side of the backlight light source section composed of the surface light source device with a polarization function composed of these elements has 2
A pair of polarizing plates 12 and 14 and a liquid crystal cell 1 arranged between them.
A liquid crystal display panel consisting of 3 is arranged. The direction of the transmission polarization axis of the polarizing plate 12 on the light incident side is set to face the horizontal direction in the figure, while the direction of the transmission polarization axis of the polarizing plate 14 on the light emitting side faces the vertical direction in the figure. Is set to.
【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。As already described in detail, the light is emitted from the surface light source device with the polarization function, which is composed of the light source L, the parallel light flux conversion element 1, the reflector R, the polarization separation plate 8, the light emission direction correction element 10, and the polarization conversion element Σ. The generated light flux has a high degree of polarization, has a directivity along the direction shown by the broken line in the figure, and has a light intensity profile with a high degree of flatness.
【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。As has been clarified in the explanation of the polarization process using the parallel light flux conversion element 1 and the polarization separation plate 8, the light flux emitted from the surface light source device with polarization function is P-polarized. Under the arrangement conditions shown, the main polarization axis is oriented in the horizontal direction in the figure. Therefore, the proportion of the amount of light that passes through the polarizing plate 12 in the light that has entered the polarizing plate 12 as a backlight luminous flux is large, and at least in principle, a light transmittance of more than 50% is secured.
【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。Such a characteristic cannot be expected at all in the conventional structure in which at least 50% of the light energy is wasted no matter how the direction of the transmission polarization axis of the polarizing plate on the liquid crystal panel entrance side is selected. It is a thing.
【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。The basic conditions required for the scattering characteristics of the light-scattering light guide constituting the collimated light beam conversion element 1 used are as set forth in the claims. However, a video camera, a personal computer, a word processor Considering the use as a backlight light source means of a liquid crystal display device having a panel size of 3 inches to 10 inches, which is highly demanded for displays such as televisions, the effective scattering irradiation parameter E and the correlation distance a are as follows. It has been found that particularly favorable results are obtained when in the range.
【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。Effective scattering irradiation parameter E; 2.77
[Cm−1 ] ≦ E ≦ 9.24 [cm−1 ] Correlation distance a; a ≦ 7 μm Next, some of the polarization separation means (polarization separation plate) 8 in the arrangement shown in FIG. 4 or FIG. A modified example will be described. FIG. 15 shows a collimating beam conversion element 1 as a polarized light separating means.
FIG. 9 is a diagram illustrating a polarization separation function when using two polarization separation plates 8 and 8 ′ arranged in parallel along the light extraction surface 3 of FIG. Each of the polarization separating plates 8 and 8'is made of an optical material with a small absorption loss.
(Polymethylmethacrylate; refractive index 1.492, Brewster angle = 56.17 °; absorption loss of internal transmission is 0.01% or less, which can be ignored as in the case of BK-7.) Using.
【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。The inner polarization separation plate 8 and the outer polarization separation plate 8'are separated from each other by a suitable spacer (not shown).
They are spaced 5 mm apart, and an air layer 9 is secured in the gap.
【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。On the outer side of the outer polarization separation plate 8 ',
A light emitting direction modifying element 10 similar to that of the embodiment shown in FIG. 4 is arranged with an air layer 9 ′ interposed therebetween.
【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）。As in the case of FIG. 5, the parallel light flux emitted from the light extraction surface 3 of the parallel light flux conversion element 1 is represented by a light ray C 0 ′ having an emission angle of 65 °, and the light emitted from the parallel light flux conversion element 1 is represented. Behavior is described in ray tracing format. Further, the amount of energy propagated at the time of branching of each ray is also shown according to the same notation as in the case of FIG. 5 (P-polarized component of ray C0 ′ = S
Polarization component = 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。The representative light ray C0 'travels straight through the air layer 7 and is incident on the lower surface 8a of the first polarization separation plate 8 and is reflected by the light ray C1' which enters the polarization separation plate 8 and is again a parallel light flux. Element 1
And a ray C2 'directed to. Each ray C1 ', C2'
After that, after following various branching paths as shown in the drawing, a part of them passes through the air layer 9 and the inner side surface 8 of the second polarization separation plate 8 '.
A part of the light is directed to a ′, and a part of the light is incident on the collimating beam conversion element 1 as return light.
【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。The history of this period is as follows.
As far as the part not related to is concerned, it is exactly the same as the case of the first embodiment shown in FIG. 5, and therefore its detailed description is omitted. However, since the refractive index of the polarization separation plate 8 made of PMMA is slightly different from that in the case of the first embodiment (BK-7), the refraction angles of the interfaces 8a and 8b at the time of entering and exiting are slightly changed, Accordingly, the branching ratios of the P-polarized component and the S-polarized component are changed by a small amount.
【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。The light ray C3 'emitted from the first polarization separation plate 8 reaches the inner side surface 8'a of the second polarization separation plate 8'and enters into the polarization separation plate 8'. It is split into a ray C1 "which is reflected by C2" and returns to the air layer 9. The subsequent path is almost the same as the case of the first polarization separation plate 8,
A considerable part of the light beam emitted from the inside of the polarization separation plate 8 ′ through the inner side surface 8′a to the air layer 9 is incident on the outer side surface 8b of the first polarization separation plate 8 and a part thereof returns to the inside. It is necessary to note that a part of the path is reflected and the path is again directed to the second polarization separation plate 8 '.
In the meantime, a part of the light returning to the first polarization separation plate 8 should further return to the collimating light beam converting element 1, but it should have occurred.
【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。As described above, when the two (or more) polarization separating plates 8 and 8'are arranged as the polarization separating means, the ray paths are extremely complicatedly branched, so that Therefore, it is difficult to exactly calculate the amounts of the P and S polarization components emitted from the outer surface of the second polarization separation plate 8 '.
【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。Therefore, by utilizing the fact that the amount of energy propagated each time the light ray path is branched is reduced, an approximate calculation is performed within the range of the illustrated light ray, and each of the light rays C "3 to C" 6 is calculated. From the integrated values of the numerical values, it is evaluated that the P polarization component = 94.9 and the S polarization component = 46.7.
【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。This is the corresponding numerical value P in the first embodiment.
Compared with the polarization component = 97.6 and the S polarization component = 61.9 (note that the difference in the material of the polarization separation plate has a small effect), the P polarization component is extracted and stored in any case. It can be seen that the S-polarized component is significantly reduced, while it is also excellent.
【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。As can be seen from this fact, when the light emitted from the collimating beam converting element 1 at around 65 ° is taken out through one or more polarization separation plates, one polarization separation is performed. About 30% to 40% of the S-polarized component is eliminated while preserving most of the P-polarized component at each interposition of the plate.
【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。A recycling process is formed by the action of preserving P-polarized light / excluding S-polarized light, the action of polarization scrambling of the parallel light beam conversion element 1 and the action of polarization conversion of the polarization conversion element Σ, and the P polarization component is enriched. Since the mechanism to be realized is as described above, it will not be repeated here.
【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。When the amount of returned light (S-polarized component) in this example is evaluated, the data shown in FIG.
10.4 + 7.4 + 4.8 = 40.1. If it is assumed that the PS polarization component ratio of the re-emitted light from the parallel light flux conversion element 1 is 50% due to the polarization scrambling effect of the parallel light flux conversion element 1 and the polarization conversion effect of the polarization conversion element Σ, about 20% is obtained. Re-emitted light having a P-polarized component can be obtained. If 94.9% of the polarized light is stored and emitted from the second polarization separation plate 8 ', about 19 polarization components are added. If this is added to the return light exclusion evaluation portion of 94.9, finally a polarized light output including about 114 P-polarized light components is obtained.
【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。It should be noted that the directivity of the outgoing light flux composed of the light rays C3 "to C6" and the like is not greatly deteriorated by using only two polarization separation plates. Therefore, also in the second embodiment, the light emitting direction modifying element 10 arranged in the next stage of the second polarization separation plate 8'is used to modify the light emitting direction substantially equivalent to that in the embodiment of FIG. The action will be exerted,
The polarized light flux propagating in the front direction can be emitted from the light emission surface 11 of the light emission direction correction element 10.
【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。Next, an example in which the polarization separating plate is further devised so as to further improve the degree of satisfaction of the Brewster angle condition at the time of incident light will be described. The entire structure of this example is the same as the example shown in FIG. 4 except for the structure of the polarization separation plate itself, and therefore the description of the entire structure is omitted here.
Alternatively, the flat plate type polarization separation plates 8 and 8'in FIG. 15 may be replaced by the polarization separation plate 8 "having the corrugated sectional structure shown in FIG.
(Hereinafter, it will be referred to as a “waveform polarization separation plate”.) As well as shown in the figure, the light beam emitted from the collimating beam converting element 1 will be represented by a representative light beam C0 having an emission angle of 65 °. .
【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。FIG. 16A shows the cross-sectional shape of the corrugated polarization separation plate 8 ″. As shown in the figure, a relatively short steep slope portion 81, 83 and a relatively long gentle slope portion 82, 8 are shown.
It has a corrugated shape of uniform thickness consisting of four repetitions. A transparent material having an appropriate refractive index is used as a material forming the corrugated polarized light separating plate 8 ″, but here, PMMA (polymethyl methacrylate; refractive index 1.49) is used.
2, Brewster's angle 56.17 °) is used.
【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。FIG. 16B is an enlarged view of a portion surrounded by a circle (one unit of repeating shape) in FIG. 16A. A ray tracing diagram of a representative ray C0 is also shown. The essential feature of this embodiment is that the inclination of the incident side 82 of the gentle slope portion is selected so as to satisfy the Brewster angle condition with respect to the representative ray C0. Here, 65 ° with respect to the normal line N standing on the light extraction surface 3 of the parallel light flux conversion element 1.
The inclination angle of the surface 82 with respect to the surface M parallel to the light extraction surface 3 so that the incident angle when the representative ray C0 having the emission angle of is incident on the surface 82 matches the Brewster angle 56 ° (approximate). Is set to 9 °.
【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。That is, under this angle condition, the representative ray C
The P-polarized component contained in the reflected ray R1 branched from 0 is theoretically 0, and all the P-polarized components are transmitted through the surface 82. Particularly, in comparison with the first or second embodiment, the P-polarized component is also applied to the light whose exit angle from the light extraction surface 3 of the collimating beam conversion element 1 is close to a right angle (in a more lying direction). There is an advantage that the surfaces 82 and 84 have high transmittance.
【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）。The light ray T1 containing a large amount of the P-polarized component which has entered the inside of the corrugated polarized light separating plate 8 "is branched into an outgoing ray T3 having an outgoing angle of 65 ° with the internally reflected ray T2 at the opposite inclined surface 84, The internally reflected ray T2 contains almost no P-polarized component (see data attached to ray C2 in FIG. 5 or ray C2 'in FIG. 9).
【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。The internally reflected light ray T2 is further branched at the surface 82 into the internally reflected light ray T4 and the light ray R2 directed to the collimating element 1. Hereinafter, the process of internal reflection / emission that is repeated multiple times is similar to that described in the first embodiment (in particular, FIG. 5), and the amount of energy carried as the process progresses rapidly. Get smaller.
【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。Therefore, according to this structure, the loss amount of the P-polarized component due to the arrangement of the polarization separation plate 8 ″ is extremely small, and accordingly, the emitted light containing a larger amount of the P-polarized component is generated. It is needless to say that if the light emission direction correction element 10 is arranged for the light emitted from this surface 84, the light emission direction correction is performed in the above-described manner.
【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。It is desirable that the inclination angles of the steep slopes 81 and 83 are set so that the light emitted from the collimating element 1 is parallel to the direction of the representative ray C0 so that the light is not incident as much as possible. . Here, 90 ° -65 ° =
It is set at 25 °. Steep slopes 81, 83 and gentle slopes 82,
The repeating cycle of 84 is not particularly limited, but generally, from the viewpoint of suppressing the thickness measured between the ridge line portions 85 and 86 and maintaining the uniformity of the brightness as a surface light source, a short cycle is preferable. Here, the repeating cycle is selected such that the thickness measured between the ridges 85 and 86 is 0.5 mm.
【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。Next, with reference to FIG. 17, an example will be described in which a polarization separation plate having a multilayer film made of a modified refractive index material is used as the polarization separation means. The overall configuration in this case is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 4 except for the structure of the polarization separation plate itself, and therefore the description of the overall configuration is omitted here and the flat plate in FIG. 4 or FIG. Type polarization splitter 8
Is assumed to be replaced with the multilayer film type polarization separation plate 18 shown in FIG.
【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）。Further, as also shown in FIG.
Assuming that the exit angle of the exit beam from the collimating element 1 is slightly shifted to the high-angle side (sleeping direction), it is assumed that the representative ray D0 having the exit angle of 70 ° is in the representative state. Do. (As described in the section of "Operation", the center of the emission direction of the light flux emitted from the light extraction surface 3 of the parallel light flux conversion element 1 is the refractive index of the light scattering guide forming the parallel light flux conversion element 1. And a variation range of several degrees to about 10 degrees depending on the value of the correlation distance a, etc.) In the multilayer film type polarization separation plate, a transparent material having a different refractive index is used for the material of each adjacent layer, It has a structure in which thin films of several layers (at least two layers in principle) to several tens of layers are laminated and formed, and FIG. 17 exemplifies the cross section for three layers and the main optical path of the representative ray D0. The multilayer film type polarization separation plate 18 is made of titanium dioxide (T
iO2; refractive index n1 = 2.3) layer 181, silicon dioxide (SiO2; refractive index n2 = 1.46) layer 182, titanium dioxide (TiO2; refractive index n3 = n1 = 2.3) layer 18
3 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, a layer of titanium oxide TiOx with a common oxidation number).
【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。The principle of polarization separation of the multi-layered 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 different refractive index materials. In that respect, it can be said that it has the same features as the polarization separation plate means in the first to third embodiments.
【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。As shown in FIG. 17, the representative ray D0 representative of the luminous flux emitted from the collimating element 1 is S-polarized component Is = 10 from the air layer 7 (refractive index n0 = 1.0).
The first layer 1 with a relative intensity of 0, P polarization component Ip = 100
The ray D1 which enters the inside of the layer 181 when entering 81
And a reflected ray D2 is generated.
【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。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.
Enter inside.
【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。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.
【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。Similarly, at the interface between the second layer 182 and the third layer 183, D5 and D6 branch, and the reflectance at that time is Rs (S polarization component) = 9.3%, Rp (P polarization). Component) = 1.9%.
【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。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.
【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。If the average common ratios at that time are rs (S-polarized component) and rp (P-polarized component), then rs <rp, and rp is slightly less than 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 °, but is established under a considerably wide range of angle conditions.
【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。18 to 20 are graphs for explaining this, in which the light transmittance of each interface in the layer structure of this embodiment is divided into the P-polarized component and the S-polarized component. As can be immediately read from these graphs, even if the incident angle of the representative ray D0 on the layer 181 is deviated from 70 ° to 10 °, the transmittance of the P-polarized component at each interface remains close to 100%, and , The transmittance of the S-polarized component is consistently lower than the transmittance of the P-polarized component.
【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。This shows that the function of purifying the P-polarized light component of the above-mentioned multilayer film type polarization separation plate is not established only under special conditions. From the above, the configuration using the multi-layered film type polarization separation plate as in the present embodiment has characteristics suitable for the case where the emitted light with a high polarization degree (the purity of the P-polarized component) is required. I understand.
【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。For reference, one example of the verification data is shown in FIG. This is based on TiOx (refractive index of about 2.3), SiO2 (refractive index of 1.46) and ZrO2 (refractive index of 2.0) on an optical glass plate BK-7 (refractive index 1.5163) having a thickness of 1 mm. A polarization separation plate formed by vacuum deposition of a multilayer film of the following is a spectrophotometer U-32 manufactured by Hitachi, Ltd.
00, the polarization separation function is used at an incident angle of 55 ° to 70 °.
It shows the result of measurement while changing to °. 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.
It can also be read that the larger the incident angle, the higher the polarized light separating function.
【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。Also in this example, the polarization scrambling effect and the polarization conversion effect on the return light similar to those described above can exert the enhancing effect of the P-polarized light component by the re-emission from the collimating beam conversion element 1. Needless to say, the light emitting direction can be corrected by arranging the light emitting direction correcting element 10 in the subsequent stage of the multilayer film type polarization separating plate 18.
【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。In the above description, it is assumed that a rod-shaped fluorescent lamp is used as the light source L. However, the light source in the present invention may be any light supply means in a broad sense, and the light source itself is not always necessary. Need not have. 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 originating from laser oscillation is supplied, the essential polarization action itself of the present invention is not impaired.
【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。Finally, in the present invention, the material and manufacturing method of the light-scattering light guide used as the collimating light beam conversion element will be described. Various polymer materials can be used as the base of the light-scattering light guide used in the present invention.
Representatives of these polymers are shown in Tables 1 and 2 below.
【０１６４】[0164]
【表１】[Table 1]
【０１６５】[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。[Table 2] The light-scattering light guide body based on such a polymer material can be manufactured by the following method. First, one of them is a method utilizing a molding process including a step of kneading two or more kinds of polymers. That is, two or more kinds of polymer materials having different refractive indexes (arbitrary shapes may be used. Industrially, for example, pellets are conceivable.) Are mixed and heated, and kneaded (kneading step) and kneaded. Injecting the liquid material into the mold of the injection molding machine at high pressure and cooling and solidifying the parallel light flux forming element, the parallel light flux converting element having a shape corresponding to the shape of the mold can be obtained by removing from the mold. You can
【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。Since the kneaded polymers of two or more kinds of modified refractive index are solidified without being completely mixed, non-uniformity (fluctuation) is generated and fixed in their local concentration,
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.
【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。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 produced 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.
【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。Another method of manufacturing the material that constitutes 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.
【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。Also, suspension polymerization is carried out for various combinations of particulate materials and monomers (combinations of particle concentration, particle size, refractive index, etc.), and a plurality of types 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.
【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。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.
【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。It is also possible to combine the polymer blending method and the particulate material mixing method described above. For example, it is conceivable to mix a particulate material during blending / kneading of polymers having different refractive indexes.
【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。Some examples of the manufacturing method will be given below. <Production Example 1> 0.3 pellets of methacrylic resin (Delvet 80N, manufactured by Asahi Kasei) and 0.8 μm particle size silicone resin powder (Toshiba Silicone, Tospearl 108) were used.
wt% was added, and the mixture was mixed and dispersed by a mixer, then extruded into a strand by an extruder and pelletized by a pelletizer to prepare pellets in which the silicone resin powder was uniformly dispersed.
【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。Using an injection molding machine, the pellets were molded under the conditions of a cylinder temperature of 230 ° C to 260 ° C and a mold temperature of 50 ° C, and the length was 68 mm, the width was 85 mm, and the thickness was 3.8 mm in the long side direction. To a wedge-shaped light-scattering light guide gradually changing from 0.2 mm to 0.2 mm.
【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。The correlation distance of the manufactured light scattering guide is a =
The value was 0.53 μm, and the estimated calculation value of the effective scattering irradiation parameter by the above-mentioned formula (11) was E = 12.6 [cm−1 ].
【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。<Production Example 2> Silicone resin powder having a particle size of 0.8 μm in MMA (manufactured by Toshiba Silicone, Tospearl 1
08) was added in an amount of 0.3 wt% to obtain spherical particles in which the powder was uniformly dispersed by a known suspension polymerization method.
This was pelletized with a pelletizer in the same manner as in Production Example 1 to prepare pellets in which the silicone resin powder was uniformly dispersed.
【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。Hereinafter, the same type of wedge-shaped light scattering guide was obtained under the same conditions as in Production Example 1. This light scattering guide was indistinguishable from the light scattering guide manufactured in Production Example 1 in appearance. The correlation distance was a = 0.53 μm, and the estimated value of the effective scattering irradiation parameter according to the equation (11) was E = 12.6 [cm−1 ].
【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。<Production Example 3> Polystyrene (PSt) 0.5 wt% in polymethylmethacrylate (PMMA)
Add and mix for 10 minutes using a V tumbler, then 5 minutes using a Henschel mixer. This is diameter 30
The pellets were prepared by melting and mixing under the conditions of a cylinder temperature of 220 ° C. to 250 ° C., a screw rotation speed of 75 rpm, and a discharge rate of 6 kg / hr using a 2-mm extruder (manufactured by Nakatani Machinery Co., Ltd.).
【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。Using an injection molding machine, the pellets were heated at a cylinder temperature of 220 ° C. to 250 ° C., a mold temperature of 65 ° C., an injection speed of medium speed, an injection pressure of a short shot pressure plus 10 k.
Molded under the conditions of g / cm2 , length 68 mm, width 85 mm
A wedge-shaped light-scattering light guide whose thickness gradually changed in the long side direction from 3.8 mm to 0.2 mm was obtained.
【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。<Production Example 4> 0.05% by weight of MMA (methyl methacrylate) and silicone resin powder having a particle size of 2 μm (Toshiba Silicone, Tospearl 120), respectively,
Four types of samples uniformly added with 0.08 wt%, 0.10 wt% and 0.15 wt% and MMA without particles added
Samples were prepared, and benzoyl peroxide (BPO) 0.5 was used as a radical polymerization initiator for each of a total of 5 types of samples.
wt%, 0.2 wt% of n-lauryl mercaptan (n-LM) as a chain transfer agent, cast polymerization at 70 ° C. for 24 hours, and the length is 68 mm, the width is 85 mm, and the thickness is from 3.8 mm in the long side direction. Wedge-shaped light-scattering light guides that gradually changed to 0.2 mm were manufactured one by one.
【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。<Production Example 5> 0.025 wt% of silicone oil was added to MMA (methyl methacrylate) and uniformly dispersed, 0.5 wt% of benzoyl peroxide (BPO) as a radical polymerization initiator and n as a chain transfer agent. -Butyl mercaptan (n-BM) 0.2 wt
%, Each of them was added, and sol formation was performed at 70 ° C. for 30 minutes, and then cast polymerization was further performed at 65 ° C. for 24 hours to give a vertical length of 68.
mm, width 85 mm, and a wedge-shaped light-scattering light guide having a thickness gradually changing from 3.8 mm to 0.2 mm in the long-side direction.
【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。<Production Example 6> 0.08 wt% of PMMA (polymethylmethacrylate) was added a silicone resin powder having a particle diameter of 2 μm (TOSPOLAR Silicone, Tospearl 120), and the mixture was applied for 10 minutes using a V-type tumbler and then Henschel. Mix for 5 minutes using a mixer. This was melt-mixed (cylinder temperature 220 ° C. to 250 ° C.) and extrusion-molded with a twin-screw extruder to prepare pellets.
【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。The pellets were injection-molded using an injection molding machine at a cylinder temperature of 220 ° C. to 250 ° C.
mm, width 85 mm, and a wedge-shaped light-scattering light guide having a thickness gradually changing from 3.8 mm to 0.2 mm in the long-side direction.
【０１８３】[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。The surface light source device with polarization function of the present invention is
Since a parallel polarization element, a polarization splitting means having a reflection characteristic depending on the polarization component, and a polarization conversion element using a composite prism are combined to realize a recycling polarization process, high energy utilization efficiency can be achieved. It is possible to obtain a polarized light beam.
【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。Further, according to the surface light source device with a polarization function according to the present invention, since the outgoing light flux retains the clear directivity derived from the parallel light flux conversion element, the parallel light flux conversion utilizing the prism action is performed. By additionally utilizing the element, it is possible to generate a polarized light beam which propagates in a desired direction.
【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。Such characteristics are extremely advantageous when the surface light source device with polarization function of the present invention is used as a backlight light source means of a liquid crystal display device, and the display quality of the liquid crystal display device is remarkably improved. This is enough to significantly improve the power saving property.
【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。FIG. 1 is a graph showing a condition for keeping the effective scattering irradiation parameter E constant, where E = 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 ].
【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。FIG. 2 is a graph illustrating that the intensity of the forward scattering property of the light scattering guide changes depending on the correlation distance a.
【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。FIG. 3 shows a basic shape of a cross section of a light-scattering light guide used in the surface light source device of the present invention together with a state of repeated reflection inside.
【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。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a basic arrangement of a surface light source device having a polarization function according to the present invention.
【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。FIG. 5 shows a collimating beam conversion element 1 for the arrangement shown in FIG.
The behavior of the light emitted from the light source is described in a ray tracing format for a representative ray.
【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。FIG. 6 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 polarized components for each single transmission.
【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。FIG. 7A is a diagram illustrating a typical structure and arrangement of a light emitting direction correction element, and FIG. 7B is a diagram showing a modified arrangement. Both figures are presented in a form in which the tracing 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 light emission direction correction element in the arrangements shown in FIGS. 4 and 5 are extracted and enlarged. .
【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。FIG. 8 is a perspective view showing a structure of a polarization conversion unit forming a basic unit of a composite prism area forming a main part of the polarization conversion element Σ.
【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。FIG. 9 (1) is a schematic cross-sectional view showing a first example of a polarization conversion element Σ, and FIG. 9 (2) is a drawing showing unit elements of a polarization conversion unit parallel formation region coupled to a substrate region. It is shown in the form of a perspective view, which is enlarged and seen from the front side of the substrate region.
【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。FIG. 10 shows another example of the polarization conversion element Σ, in which a large number of polarization conversion unit connection blocks Σ4 are connected in a close-packed manner to form a polarization conversion unit parallel formation region. (1) is an abbreviated schematic cross-sectional structure of the entire polarization conversion element, and (2) is an undulation in which a part of the polarization conversion unit parallel formation region Σ'1 formed on the back surface of the substrate is viewed from the back surface side of the substrate. It is a perspective view of the pattern.
【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。11 (1) is a symbolic representation of the undulation pattern of the polarization conversion unit parallel formation region Σ'1 shown in FIG. 10 (2), and FIG. 11 (2) is for explaining each symbol. FIG.
【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。FIG. 12 shows an undulation pattern on the back surface of the polarization conversion element for the modified examples of the examples shown in FIGS. 9 to 10, and the notation is the same as that in FIG. 11.
【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。FIG. 13 (1) is a cross-sectional view of a case where a polarization conversion element is configured by repeatedly sloping both sides of a substrate region,
(2) is a cross-sectional view in the case where the polarization conversion element is configured with the back surface of the substrate region being repeatedly inclined.
【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。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 light source means of a liquid crystal display device.
【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。FIG. 15 is a diagram illustrating a polarization separation function when two polarization separation plates arranged in parallel along a light extraction surface of a parallel light flux conversion element are used as polarization separation means.
【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。16 (A) is a diagram showing a cross-sectional shape of a corrugated polarization separation plate, and FIG. 16 (B) is an enlarged view of a portion surrounded by a circle in FIG. 16 (A) (one unit of repeating shape). In addition, a ray tracing diagram of a ray C0 representing the light flux emitted from the collimating element 1 is also shown.
【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。FIG. 17 is a diagram illustrating an example in which a polarization separation plate having a multilayer film made of a modified refractive index material is used as polarization separation means.
【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。18] TiO2 → S in the layer structure shown in FIG.
It is data in which the light transmittance is divided into a P-polarized component and an S-polarized component for the i02 boundary surface.
【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。FIG. 19 is a SiO2 → T in the layer structure shown in FIG.
It is data in which the light transmittance is divided into a P-polarized component and an S-polarized component for the i02 boundary surface.
【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。20 is an air-> TiO in the layer structure shown in FIG.
2 This is the data in which the light transmittance of the boundary surface is divided into the P-polarized component and the S-polarized component.
【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。FIG. 21 is a schematic diagram showing a T-shaped glass plate BK-7 having a thickness of 1 mm.
A graph showing the results of measuring the polarization separation function of a polarization separation plate formed by vacuum deposition of a multilayer film composed of iOx, SiO2 and ZrO2 while changing the incident angle from 55 ° to 70 ° using a spectrophotometer. is there.
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 1 collimating beam conversion element 2 light incident surface 3 light extraction surface 4 back surface 5 reflector (silver foil) 6 end of collimating beam conversion element 7, 9 air layer 8, 8'polarization separation plate (flat plate) 8 "waveform polarization separation Plate 10 Light emission direction correction element 11 Light emission surface of light emission direction correction element 18 Multilayer film type polarization separation plates 181 to 183 First to third layers of multilayer film 51a, 51b Effective surface 51c Invalid surface C0, C'0, D0 Representative light L Fluorescent lamp L1 Incident light or luminous flux L1 'Emitting light or luminous flux R Reflector Σ Polarization conversion element Σ1 Polarization conversion unit Σ'1 Polarization conversion unit parallel formation area Σ4 Connection block consisting of four polarization conversion units Q1 Substrate area Qa, Qb Substrate area front side slope Qc Substrate area front side flat surface Qd, Qe Substrate area back side slope R1 to R3 Total reflection point
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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