(57)【要約】【課題】  発光面の輝度分布において全体出射面法線方向及びその近傍の所要範囲の輝度が高く、表示装置のバックライトとして使用した場合に該表示装置による表示画像の品位を向上させることが可能なタンデム型の面光源装置を提供する。【解決手段】  複数の面発光ユニットが互いに平行に配列されている。各面発光ユニットＵ２は、屈折率ｎｇの板状の導光体３を有する。導光体裏面３４上の漏光モジュレータ８は、屈折率ｎ１，ｎ２（ｎｇ＞ｎ１，ｎ２＞ｎ１）の第１及び第２の屈折率領域部８１，８２を有する複合層８０と、屈折率ｎ３（ｎ３＞ｎ１）の第３屈折率層８３とを備える。漏光モジュレータ８の表面に形成された複数のプリズム列９のそれぞれは、一次光源１に近い側のプリズム面９１の傾斜が導光体光出射面３３に対して８０〜１０５°であり且つ一次光源１から遠い側のプリズム面９２の傾斜が導光体光出射面３３に対して３５〜５５°である。【選択図】  図２
2006108033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次光源と該一次光源から発せられる光を導光し且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面及びその反対側の裏面を有する屈折率ｎｇの板状の導光体とを有する複数の面発光ユニットが、前記光入射端面同士が同一の向きになり且つ前記複数の面発光ユニットの光出射面によりほぼ連続した全体出射面が形成されるようにして互いに平行に配列されているタンデム型面光源装置であって、
前記導光体の裏面上に漏光モジュレータが配置されており、該漏光モジュレータは、屈折率ｎ１（ここで、ｎｇ＞ｎ１）の複数の第１屈折率領域部と屈折率ｎ２（ここで、ｎ２＞ｎ１）の複数の第２屈折率領域部とを有する複合層と、該複合層上に位置し且つ屈折率ｎ３（ここで、ｎ３＞ｎ１）の第３屈折率層とを備えており、
前記漏光モジュレータの表面に又は前記漏光モジュレータに隣接して、前記導光体の光入射端面及び光出射面の双方と平行な方向に延在し且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されており、
前記プリズム列のそれぞれは、２つのプリズム面を含んで構成され、該プリズム面のうちの前記一次光源に近い側のプリズム面の傾斜が前記光出射面に対して８０〜１０５°であり且つ前記一次光源から遠い側のプリズム面の傾斜が前記光出射面に対して３５〜５５°であることを特徴とするタンデム型面光源装置。
【請求項２】
前記複数のプリズム列は前記漏光モジュレータの第３屈折率層の表面に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のタンデム型面光源装置。
【請求項３】
前記導光体と前記漏光モジュレータとの間に屈折率ｎ４（ここで、ｎｇ＞ｎ４＞ｎ１）の第４屈折率層が介在していることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載のタンデム型面光源装置。
【請求項４】
前記複数の第１屈折率領域部のそれぞれは空隙からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のタンデム型面光源装置。
【請求項５】
前記複数のプリズム列のそれぞれは前記２つのプリズム面の間の先端部に平坦部を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のタンデム型面光源装置。
【請求項６】
前記複数のプリズム列に隣接して光反射素子が配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のタンデム型面光源装置。
【請求項７】
前記導光体の光出射面上に偏光分離素子が配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のタンデム型面光源装置。
【請求項８】
前記導光体の光出射面上に光拡散素子または集光素子が配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のタンデム型面光源装置。
【請求項９】
前記導光体の光出射面には前記導光体の光入射端面とほぼ直交する方向に沿って延在し且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のタンデム型面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッジライト方式の面光源装置に関するものであり、特に、一次光源と導光体とを有するエッジライト方式の面発光ユニットを複数配列することで大面積であっても高い輝度の面発光が可能なタンデム型と呼ばれる面光源装置に関するものである。
【０００２】
本発明のタンデム型面光源装置は、例えば大型の液晶表示装置のバックライトに好適である。
【背景技術】
【０００３】
近年、液晶表示装置は、携帯用ノートパソコン等のモニターとして、あるいは液晶テレビやビデオ一体型液晶テレビ等の表示部として、更にはその他の種々の分野で広く使用されてきている。液晶表示装置は、基本的にバックライト部と液晶表示素子部とから構成されている。液晶表示装置の薄型化及びコンパクト化が要望されていることから、この要望を満たすべく、バックライト部としては薄型化の可能なエッジライト方式のものが多用されている。従来、エッジライト方式のバックライトとしては、矩形板状の導光体の少なくとも１つの端面を光入射端面として用いて、該光入射端面に沿って直管型蛍光ランプなどの線状または棒状の一次光源を配置し、該一次光源から発せられた光を導光体の光入射端面に入射させて導光体内部へと導入し、該導光体の２つの主面のうちの一方である光出射面から出射させるものが広く利用されている。
【０００４】
近年、液晶表示装置の表示画面の大型化及び高輝度化が要求されており、この要求を満たすべく、タンデム型と呼ばれる面光源装置が提案されている。タンデム型面光源装置については、例えば特開平１１−２８８６１１号公報（特許文献１）に記載がある。この特許文献１に記載されているように、タンデム型面光源装置は、一次光源と該一次光源から発せられる光を導光し且つ一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体とを有する導光ブロックを複数用いている。この導光ブロックは、導光体の光入射端面同士が同一の向きになり且つ導光体の光出射面同士によりほぼ連続した全体出射面が形成されるように、密接して互いに平行に配列されている。また、複数の導光ブロックを配列したものの上（即ち全体出射面上）にはプリズムシートが配置されている。プリズムシートは、内側（即ち全体出射面に対向する側）に導光体の光入射端面とほぼ平行に延びた複数のプリズム列を備えており、これにより全体出射面から出射される光の方向を導光体の光入射端面及び光出射面の双方と直交する断面内で全体出射面の法線方向に修正している。また、プリズムシートはその外側に導光体の光入射端面とほぼ垂直に延びた複数のプリズム列を備えており、これにより全体出射面から出射される光の方向を導光体光入射端面と平行な断面内で全体出射面の法線方向に修正している。
【特許文献１】特開平１１−２８８６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、タンデム型の面光源装置においては、導光体の光出射面に沿い且つ光入射端面とほぼ直交する方向の寸法（即ち、光入射端面に入射した光が導光体内を導光せしめられる方向の寸法：各導光ブロックの幅）は、輝度向上のために、例えば１００ｍｍ以下に縮減される傾向にある。このような比較的短い導光方向長さ（即ち導光長）の導光ブロックを有するタンデム型面光源装置においては、導光体に入射した光を光出射面及びその反対側の裏面による繰り返し内面反射の少ない回数で光出射面から出射させることが要求される。
【０００６】
このため、光出射面から出射する光の角度分布は、導光長の長いものに比べて、そのピークの方向が導光体光出射面に対してより大きな角度をなすようになる。このような全体出射面からの出射光をプリズムシートにより全体出射面法線方向へと方向修正しようとしても、プリズムシートの内側に形成されたプリズム列の一方のプリズム面に入射した光の一部は他方のプリズム面による内面反射を受けるが他の一部は他方のプリズム面による内面反射を受けることなしに該プリズムシートから出射する。このため、発光面を構成するプリズムシート外側面から出射する光の輝度分布において、法線方向に対してかなり傾いた方向にサイドローブが生じて、全体出射面法線方向への集中した光出射がなされず、所要の法線方向及びその近傍方向の輝度の向上が難しくなる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、発光面の輝度分布において所要の方向範囲とくに全体出射面法線方向及びその近傍の所要範囲の方向の輝度が高く、表示装置のバックライトとして使用した場合に該表示装置による表示画像の品位を向上させることが可能なタンデム型の面光源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、上記の技術的課題を解決するものとして、
一次光源と該一次光源から発せられる光を導光し且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面及びその反対側の裏面を有する屈折率ｎｇの板状の導光体とを有する複数の面発光ユニットが、前記光入射端面同士が同一の向きになり且つ前記複数の面発光ユニットの光出射面によりほぼ連続した全体出射面が形成されるようにして互いに平行に配列されているタンデム型面光源装置であって、
前記導光体の裏面上に漏光モジュレータが配置されており、該漏光モジュレータは、屈折率ｎ１（ここで、ｎｇ＞ｎ１）の複数の第１屈折率領域部と屈折率ｎ２（ここで、ｎ２＞ｎ１）の複数の第２屈折率領域部とを有する複合層と、該複合層上に位置し且つ屈折率ｎ３（ここで、ｎ３＞ｎ１）の第３屈折率層とを備えており、
前記漏光モジュレータの表面に又は前記漏光モジュレータに隣接して、前記導光体の光入射端面及び光出射面の双方と平行な方向に延在し且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されており、
前記プリズム列のそれぞれは、２つのプリズム面を含んで構成され、該プリズム面のうちの前記一次光源に近い側のプリズム面の傾斜が前記光出射面に対して８０〜１０５°であり且つ前記一次光源から遠い側のプリズム面の傾斜が前記光出射面に対して３５〜５５°であることを特徴とするタンデム型面光源装置、
が提供される。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記複数のプリズム列は前記漏光モジュレータの第３屈折率層の表面に形成されている。本発明の一態様においては、前記導光体と前記漏光モジュレータとの間に屈折率ｎ４（ここで、ｎｇ＞ｎ４＞ｎ１）の第４屈折率層が介在している。本発明の一態様においては、前記複数の第１屈折率領域部のそれぞれは空隙からなる。本発明の一態様においては、前記複数のプリズム列のそれぞれは前記２つのプリズム面の間の先端部に平坦部を有する。本発明の一態様においては、前記複数のプリズム列に隣接して光反射素子が配置されている。本発明の一態様においては、前記導光体の光出射面上に偏光分離素子が配置されている。本発明の一態様においては、前記導光体の光出射面上に光拡散素子または集光素子が配置されている。本発明の一態様においては、前記導光体の光出射面には前記導光体の光入射端面とほぼ直交する方向に沿って延在し且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような本発明のタンデム型面光源装置によれば、導光体の裏面上に漏光モジュレータ及び複数のプリズム列をこの順に配置し、該複数のプリズム列の２つのプリズム面のうちの一次光源に近い側のプリズム面の傾斜を導光体光出射面に対して８０〜１０５°となし且つ一次光源から遠い側のプリズム面の傾斜を導光体光出射面に対して３５〜５５°となしたことで、発光面の輝度分布において所要の方向とくに全体出射面法線方向の輝度が高く、表示装置のバックライトとして使用した場合に該表示装置による表示画像の品位を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明によるタンデム型面光源装置の一つの実施形態を示す模式図であり、（Ａ）はその平面図を示し、（Ｂ）はその断面図を示す。また、図２は、本実施形態の部分拡大断面図である。
【００１３】
図１に示されているように、本実施形態発明のタンデム型面光源装置は、複数の面発光ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４を備えている。
【００１４】
図２に示されているように、面発光ユニットＵ２は、導光体３と漏光モジュレータ８と一次光源１とを有する。導光体３は、一つの側端面を光入射端面３１とし、これと略直交する一つの表面を光出射面３３とし且つ該光出射面と反対側の表面を裏面３４としている。導光体３の光入射端面３１に対向して、光源リフレクタ２で覆われた線状の一次光源１が配置されている。導光体３は、全体として矩形板状をなしており、光入射端面３１に略直交した２つの主面がそれぞれＸＹ面と略平行な光出射面３３及び裏面３４とされている。導光体３は４つの側端面を有しており、そのうちＹＺ面と平行な１対の側端面のうちの一方が光入射端面３１とされている。光入射端面３１はＹ方向に延在する一次光源１と対向しており、一次光源１から発せられた光は光入射端面３１に入射し導光体３内へと導入される。導光体３の屈折率はｎｇである。
【００１５】
導光体３の裏面３４上に漏光モジュレータ８が配置されている。該漏光モジュレータ８は、屈折率ｎ１（ここで、ｎｇ＞ｎ１）の複数の第１屈折率領域部８１と屈折率ｎ２（ここで、ｎ２＞ｎ１）の複数の第２屈折率領域部８２とを有する複合層８０と、該複合層上に位置し且つ屈折率ｎ３（ここで、ｎ３＞ｎ１）の第３屈折率層８３とを備えている。漏光モジュレータ８上には互いに平行に配列された複数のプリズム列９が形成されている。本実施形態では、プリズム列９は、漏光モジュレータ８の表面に即ち第３屈折率層８３の表面に形成されており、導光体の光入射端面３１及び光出射面３３の双方と平行なＹ方向に延在している。各プリズム列９は、２つのプリズム面９１，９２を含んでいる。本発明においては、第３屈折率層８３を表面が平坦な層からなるものとし、該第３屈折率層８３の表面上に配置した透光性部材の表面に複数のプリズム列９を形成してもよい。この場合、複数のプリズム列９は漏光モジュレータに隣接して形成されたものとなる。尚、漏光モジュレータ８及びプリズム列９の作用については、後述する。
【００１６】
複数のプリズム列９に隣接して光反射素子５が配置されており、即ちプリズム列９の形成された第３屈折率層８３に対向して光反射素子５が配置されている。この光反射素子５は、光源リフレクタ２に連なってこれと一体的に形成されたものでもよい。
【００１７】
図２に示されているように、導光体３は光入射端面側が厚く且つそれと反対側が薄いクサビ形状をなしている。また、導光体３の光出射面３３側であって光入射端面３１側の部分には、所定幅及び所定深さの切欠段部３５が形成されている。この切欠段部３５は、隣接する面発光ユニットＵ１の導光体並びにそれに付された漏光モジュレータ及びプリズム列の導光体光入射端面と反対側の先端部分Ｅを受け入れて当該位置に保持する機能を有する。尚、光反射素子５は漏光モジュレータ等の付された導光体の先端部分の側端面にまで延びており、光源リフレクタ２は当該導光体の切欠段部３５の底面上にまで延びている。
【００１８】
他の面発光ユニットＵ１，Ｕ３，Ｕ４も上記面発光ユニットＵ２と同等であり、但し、面発光ユニットＵ１の導光体３には切欠段部が形成されていない。互いに隣接する面発光ユニット同士は、以上のような一方の面発光ユニットの導光体の切欠段部３５に他方の導光体の先端部分Ｅを載置することで、結合されている。かくして、複数の面発光ユニットＵ１〜Ｕ４の全体により、光入射端面３１同士が同一の向き（図２では左向き）になり且つ光出射面３３同士によりＸ方向に関してほぼ連続した全体出射面３３０が形成されている。全体出射面３３０はＸＹ面とほぼ平行な一平面上にある。
【００１９】
図３は、導光体３の形状を示す模式図である。導光体３の幅に対応するＸ方向の寸法Ｌ１は、例えば１０ｍｍ〜１００ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜５０ｍｍ、更に好ましくは１０ｍｍ〜３０ｍｍである。また、導光体３の切欠段部３５の幅に対応するＸ方向の寸法Ｌ２は、例えば２ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは３ｍｍ〜１０ｍｍ、更に好ましくは４ｍｍ〜８ｍｍである。寸法Ｌ１を１００ｍｍ以下とすることで、面発光ユニットの発光面積を小さくして、一次光源１から発せられ導光体内に導入された光を高い光度で光出射面から出射させることができ、かくして全体出射面３３０の輝度を十分に高めることができる。一方、寸法Ｌ１を１０ｍｍ以上とすることで、面発光ユニットの発光面積が過度に小さくならないようにし、一次光源１から発せられ導光体内に導入された光を良好に光出射面から出射させることができる。
【００２０】
導光体３の最大厚さに対応するＺ方向の寸法Ｔ１は、例えば１ｍｍ〜６ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍ、更に好ましくは２．２ｍｍ〜３．５ｍｍである。導光体の最小厚さに対応するＺ方向の寸法Ｔ２は、例えば０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜１．２ｍｍ、更に好ましくは０．７ｍｍ〜１．０ｍｍである。導光体３の切欠段部３５の高さに対応するＺ方向の寸法Ｔ３は、例えば０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜１．２ｍｍ、更に好ましくは０．７ｍｍ〜１．０ｍｍである。寸法Ｔ１を６ｍｍ以下とし、寸法Ｔ２を１．５ｍｍ以下とすることで、面発光ユニットを薄型化することができる。一方、寸法Ｔ１を１ｍｍ以上とし、寸法Ｔ２を０．４ｍｍ以上とすることで、導光体を所要の機械的強度に維持することができる。
【００２１】
尚、導光体３のＹ方向の寸法は、図示されていないが、一次光源１の長さに対応して適宜設定することができ、例えば２００ｍｍ〜４００ｍｍである。クサビ形状導光体３のクサビ角φは、例えば２°〜１０°、好ましくは、３°〜６°、更に好ましくは３．５°〜５°である。クサビ角φを２°〜１０°の範囲内とすることで、導光長が比較的短くても光出射面から効率よく光出射させることができる。
【００２２】
さて、図２に示されているように、漏光モジュレータ８は、屈折率ｎ１の低屈折率領域部（第１屈折率領域部）８１と屈折率ｎ２（ここで、ｎ２＞ｎ１）の高屈折率領域部（第２屈折率領域部）８２とからなる複合層８０及び屈折率ｎ３（ここで、ｎ３＞ｎ１）の光出射制御機能層（第３屈折率層）８３からなる。該光出射制御機能層８３は、複合層８０に密着しており、複合層８０への密着面とは反対側の面（即ち、図２では下側の面）に上記プリズム列９が形成されている。図示されているように、複合層８０では、低屈折率領域部８１と高屈折率領域部８２とが導光体３の光入射端面３１と直交するＸ方向に関して交互に配列されており、該低屈折率領域部８１及び高屈折率領域部８２のそれぞれは一次光源１と平行なＹ方向に関して一様に延在している。即ち、低屈折率領域部８１及び高屈折率領域部８２は、それぞれが一次光源１と平行な方向に延びた帯状をなしている。
【００２３】
低屈折率領域部８１及び高屈折率領域部８２は、その断面形状が図２のごとく略長方形のものに限定されるものではなく、即ち直方体の交互配列構造に限られるものではない。例えば、図７に示されるように、低屈折率領域部８１（または高屈折率領域部８２）の高さＨ１（またはＨ２）が高屈折率領域部８２（または低屈折率領域部８１）の高さＨ２（またはＨ１）より大きな構造を有するものや、断面が略半円の構造を有するものや、高屈折率領域部８２の断面形状が一部または全部に弧曲線を有する構造（弧曲面を有する構造）のもの等が適用可能である。
【００２４】
図４に、複合層８０と一次光源１との位置関係の模式的平面図を示す。一次光源１から離れるに従って、低屈折率領域部８１の幅（一次光源１と直交するＸ方向の寸法）は次第に小さくなっており、高屈折率領域部８２の幅は次第に大きくなっている。
【００２５】
図５及び図６は複合層８０の変形例を示す模式的平面図であり、これらの図では一次光源１も示されている。図５の例では、一次光源１と直交するＸ方向及び平行なＹ方向の双方に関して低屈折率領域部８１及び高屈折率領域部８２が交互に配列されており、高屈折率領域部８２が格子状をなしている。一次光源１から離れるに従って、一次光源１と平行な方向の低屈折率領域部８１の幅（一次光源１と直交するＸ方向の寸法）は次第に小さくなっており、一次光源１と平行な方向の高屈折率領域部８２の幅は次第に大きくなっている。また、一次光源１と平行な方向に中央部から両側部へと進むに従って、一次光源１と直交する方向の低屈折率領域部８１の幅（一次光源１と平行なＹ方向の寸法）は次第に小さくなっており、一次光源１と直交する方向の高屈折率領域部８２の幅は次第に大きくなっている。また、図６の例では、低屈折率領域部８１及び高屈折率領域部８２は、低屈折率領域部８１が島部を形成し且つ高屈折率領域部８２が海部を形成する海島構造をなしている。低屈折率領域部８１の大きさは、一次光源１から離れるに従って、次第に小さくなっている。即ち、一次光源１から離れるに従って、低屈折率領域部８１の占める面積割合が低下している。
【００２６】
複合層８０における低屈折率領域部８１及び高屈折率領域部８２の配列パターンとしては、以上のようなパターンを併用したもの等様々な形態を利用することが可能である。
【００２７】
次に、以上のような面光源装置における漏光モジュレータ８の機能、特に出射光輝度分布制御機能について説明する。
【００２８】
光出射制御機能層８３は、導光体３から漏光モジュレータ８へと入射した光の大部分をプリズム列９へと供給する機能を有するものである。導光体３の光入射端面３１より入射し導光体内部を伝搬せしめられる光の最大導波モードは、主として低屈折率領域部８１と導光体３との屈折率差によって規定される。光線が導光体３から低屈折率領域部８１へ向かう時、スネルの法則による全反条件を満たす伝搬モード光すなわちｎｇとｎ１との関係より決定される全反射臨界角Θ１以上の入射角を持つ全ての光が全反射モードとなり導光体内部を伝搬することができる。これら全反射モード光は、導光体内での伝搬過程において高屈折率領域部８２に出会うと、ｎｇ＞ｎ２＞ｎ１である場合、ｎ２とｎｇとの関係により規定される新たな全反射臨界角Θ２（Θ２＞Θ１の関係が成立する）よりも小さく且つΘ１より大きな入射角を有する伝搬モード光は、該高屈折率領域部８２を介して光出射制御機能層８３へと漏れることになる。従って、複合層８０における高屈折率領域部８２の占有密度（複合層８０の単位面積あたりの高屈折率領域部８２の占める面積）を複合層８０の面内で場所により適宜変化させることで、光出射制御機能層８３へ到達できる光の量を所望値に制御することができる。高屈折率領域部８２の占有密度を変化させる手段としては、図４〜図６に示したようなパターンを併用したり、その他複雑なパターン変化を用いる方法や、パターン形状を相似形となし且つ高屈折率領域部８２の面積を場所的に変化させる方法や、全く同一のパターン形状を用いそれらの配列ピッチ（Ｐ）を変化させる方法などの方法を用いることができる。
【００２９】
次に、導光体３の屈折率ｎｇと高屈折率領域部８２の屈折率ｎ２との相対的屈折率差を適宜に選択することで、Θ２を所望値に設定することができる。従って、これを用いて出射光分布を制御することも可能である。例えば、ｎｇとｎ２との差をより小さく設定しΘ２の値をより大きく設計した場合、高屈折率領域部８２と導光体３との界面において全反射される光束の割合が減少し、漏光効率が増大して、一次光源１から比較的近いところで導光体３から高屈折率領域部８２へとより多くの光を出射させることができる。従って、これらｎｇとｎ２との差を漏光モジュレータ８内において場所的に変化させることによっても、出射光分布を制御することが可能である。
【００３０】
以上のように、本発明による漏光モジュレータを具備した面発光ユニットによれば、上記いくつかの手段により、光出射制御機能層８３へ到達する光の量を自由に調整することが可能であり、導光体３のサイズや形状並びに一次光源１の形態及び光出射制御機能層８３における光出射効率などが変化した場合においても、これらとは基本的に独立に出射光分布を制御して、より均斉度に優れ且つ再現性の良い面光源となすことが容易である。このような特徴は、導光長が比較的短いタンデム型面光源装置の面発光ユニットにおける輝度均斉度の向上のためには好適である。
【００３１】
以上、ｎｇ＞ｎ２の場合について述べたが、一般に屈折率ｎ２、ｎ３及びｎｇの大小関係により次の３つに場合分け（分類）して光制御性を説明することができる。なお、本発明の面光源装置においては、常にｎ１＜ｎｇ、ｎ１＜ｎ２、ｎ１＜ｎ３の関係が成立する。
【００３２】
１）ｎ２≧ｎ３≧ｎｇ、または、ｎ３≧ｎ２≧ｎｇの場合：
この関係が成立する場合、ｎ１とｎｇとの関係により規定される臨界角Θ１よりも大きな入射角を有する導光体内部の伝搬モード光は、その全てが高屈折率領域部８２を介して光出射制御機能層８３へ移行する。一方、光出射制御機能層８３へ一旦入射した光が一部導光体３へ戻ってくる光に関しては、ｎ３とｎｇとの関係より規定される臨界角Θ３よりも小さな入射角を有する高次モードの光に限定される。そのため、光出射制御機能層８３内へ光が定在化する確率が最も高くなり、光機能制御の影響を強く受ける傾向にある。
【００３３】
２）ｎ２≧ｎｇ≧ｎ３、または、ｎｇ≧ｎ２≧ｎ３の場合：
この関係が成立する場合、臨界角Θ１よりも大きく臨界角Θ３よりも小さな入射角を有する一部の高次伝搬モード光のみが、高屈折率領域部８２を介して光出射制御機能層８３へ移行する。その他の低次モード光は常に全反射条件を満たすため、１）の場合に比較してより多くの光が一次光源１から遠方へ伝搬する確率が高くなる。一方、光出射制御機能層８３へ一旦入射した光が一部導光体３へ戻ってくる光に関しては、全くモード規制は受けず、そのすべてのモード光が導光体３へ戻ってくることができる。そのため、光出射制御機能層８３内へ光が定在化する確率は小さく、光機能制御の影響を抑制する効果が若干現れる。
【００３４】
３）ｎ３≧ｎｇ≧ｎ２、または、ｎｇ≧ｎ３≧ｎ２の場合：
この関係が成立する場合、全反射臨界角Θ１よりも大きく、ｎ２とｎｇとの関係により規定される臨界角Θ２よりも小さな全反射角度を有する高次伝搬モード光のみが、高屈折率領域部８２を介して光出射制御機能層８３へ移行できる。その他の低次伝搬モード光は常に全反射条件を満たすため、１）の場合に比較してより多くの光が一次光源１から遠方へ伝搬する確率が高くなる。一方、光出射制御機能層８３へ一旦入射した光が一部導光体３へ戻ってくる光に関しては、ｎ３とｎ２との関係により規定される臨界角Θ２３によってモード規制を受ける。そのため、光出射制御機能層８３内へ光が定在化する確率は上記２）よりも高くなり、光機能制御の影響を若干受け易い傾向となる。
【００３５】
以上、屈折率の大小関係に基づくこれら異なる特性は、光出射制御機能層８３の光制御機能の種類や特性に応じて使い分けることが好ましい。また、場合によっては、上記の幾つかの屈折率の大小関係を同一の面光源装置にて併用し、これらの関係を漏光モジュレータ８の面内において場所的に使い分けることも可能である。また、上記分類において説明したように、屈折率ｎ２、ｎ３及びｎｇの間の関係に応じて、出射光輝度分布特性や、機能性発現効果への影響が異なってくるので、漏光モジュレータ８の面内でこれら屈折率どうしの関係を変化させることによっても、上記出射光輝度分布特性や機能性発現効果の制御が可能である。
【００３６】
図７は、漏光モジュレータ８の低屈折率領域部８１の平均的な厚さＨ１と、高屈折率領域部８２の平均的な幅Ｗ２との関係を示すものである。尚、図７は、図２とは上下方向が逆転した状態で描かれている。Ｈ１そして／またはＨ２のサイズが大きすぎると、低屈折率領域部８１と高屈折率領域部８２との界面での不必要な反射光２７が発生したり、散乱等が増大したり、更に材料コストの増大を招く恐れがあり、Ｈ１，Ｈ２は２００ミクロン以下、好ましくは１００ミクロン以下が適当である。ただし、これらサイズは、面光源装置が大面積化する場合には、低屈折率領域部８１と高屈折率領域部８２との配列方向の画面サイズの拡大に伴って、２００ミクロン以上に大きく設定する必要性も生じてくる。
【００３７】
Ｗ２／Ｈ１の値が大きい場合には、入射光線は低屈折率領域部８１の側面２５に衝突する確率が低く、これによる不必要な不規則な反射または透過光２７を抑制し、漏光モジュレータの機能の主目的である導光体３から光出射制御機能層８３への伝搬光の漏光制御が障害なく忠実に達成される。このことは、後述の付加層１１の有無によらない。
【００３８】
また、漏光モジュレータ８の低屈折率領域部８１と高屈折率領域部８２との配列方向に対する高屈折率領域部８２への入射光のなす角度のより小さな光（低次モード光）を光出射制御機能層８３に積極的に漏光させる必要がある場合は、Ｗ２／Ｈ１の値はより大きく設定する必要がある。従って、先に説明したように高屈折率領域部８２を通過する光のモードに制限を与えるｎ２とｎｇとの屈折率の関係も、Ｗ２／Ｈ１の値の設計に大きく関係してくる。例えば、ｎ２／ｎｇの値が１より小さくなると、低次モード光の高屈折率領域部８２への漏光モード（２６）は大きく制限されるので、Ｗ２／Ｈ１の値は比較的小さな値、すなわち１から２程度で良い。しかし、ｎ２／ｎｇが１または１より大きな値に設計する必要性が生じた場合は、低次モード光の光出射制御機能層８３への漏光がより必要となる場合は、かなり入射角の大きな低次モード光までをも漏光し高屈折率領域部８２を通過させる必要があるため、Ｗ２／Ｈ１の値は２以上に設定しなければならない。不規則な反射光２７の割合をできる限り抑制し、漏光制御を忠実に行う目的からは、Ｗ２／Ｈ１の値は３以上であることが必要で、好ましくは５以上、更に好ましくは８以上である。入射角が９０度に近い伝搬モード光を積極的に漏光する必要性がある場合は、低次モードから高次モードへのモード変換機能（例えば楔形状導光体による）を利用するのが好ましい。しかし、Ｗ２／Ｈ１が必要以上に大きいと、導光体３の出射面積、Ｈ１の大きさや面光源としての必要解像度との関係もあるが、漏光部分のパターン寸法が人の目の解像度より大きくなり、輝点として欠陥の如く視認される可能性があるのであまり好ましくない。Ｗ２／Ｈ１は３０以下にとどめることが好ましく、１０以下の範囲が更に好ましい。  
【００３９】
また、一般的には、低屈折率領域部８１及び高屈折率領域部８２の断面形状は略矩形で良く（特殊な断面形状である必要はない）、またＷ２／Ｈ１が大きい方が好ましい。これは、前述したように低屈折率領域部８１と高屈折率領域部８２との界面２５で不必要な不規則な反射が起こり難いこと、更に、該漏光モジュレータ８を光硬化性樹脂を用いて金型転写賦形で製造する場合に金型作製が容易なこと、また成形時に金型からの成形物の離形性が高まるなどの製造上の利点がいくつかあるからである。
【００４０】
ただし、ここで述べる略矩形断面形状とは、低屈折率領域部８１及び高屈折率領域部８２の断面形状が必ずしも完全に矩形状でなくても、例えば低屈折率領域部８１及び高屈折率領域部８２の互いに接する側端面が若干のテーパ形状を形成しているものも含まれる。これらは、漏光モジュレータ８を金型転写で製造する場合において、金型から成形物を引き剥がすときの離形性を高める手段（抜きテーパ）としてむしろ好ましい。
【００４１】
次に、以上のような面光源装置における複数のプリズム列９の機能、特に指向性光反射制御機能について説明する。
【００４２】
複数のプリズム列９の主たる機能は、以上のようにして導光体３から漏光モジュレータ８へと導入され光出射制御機能層８３へと入射せしめられた光を全反射して所望方向とくに導光体３の光出射面３３の法線方向（Ｚ方向）及びその近傍方向に向けることである。このため、プリズム列９の２つのプリズム面のうちの一次光源１に近い側のプリズム面９１の傾斜が光出射面３３に対して８０〜１０５°とされており、一次光源１から遠い側のプリズム面９２の傾斜が光出射面３３に対して３５〜５５°とされている。
【００４３】
光出射制御機能層８３へと入射せしめられた光は、光出射制御機能層８３の複数のプリズム列９の形成された面へと向かう。これらのプリズム列９は、互いに平行に且つ導光体中の光のＸＹ面内における主たる伝搬方向であるＸ方向に略垂直となるＹ方向に延在している。これは、入射光のＸＹ面内における主たる伝搬方向に対して常にプリズム列９の稜線が直交した状態が、最も効率よく導光体光出射面法線方向に光が立ち上がることによる。本実施形態においては、プリズム列９は導光体３の光入射端面３１と略平行となるＹ方向に延在している。
【００４４】
プリズム列９の各々のプリズム面９１，９２を適宜設計することで、ピーク出射角度を自由に設定することができる。プリズム列９を構成する一方側の面［一次光源１から遠い側の面］（第２プリズム面）９２を導光体３の光出射面３３に対して３５度以上５５度以下の傾斜角に設定し、他方側の面［一次光源１に近い側の面］（第１プリズム面）９１を導光体３の光出射面３３に対して８０度から１０５度の傾斜角に設定することで、プリズム列９による内面反射光が導光体３へと再入射し光出射面３３から出射する際の出射光のピーク光を光出射面３３の略法線の方向に向けると共に、出射光の角度分布を狭く（たとえば、半値全幅１５〜２５度）することができる。光出射面法線方向の指向性を高めるためには、第２プリズム面９２の傾斜角は好ましくは３５〜５０度とくに好ましくは４０〜４５度の範囲であり、第１プリズム面９１のそれは好ましくは８０〜１００度とくに好ましくは８５〜９５度の範囲である。
【００４５】
形成されるプリズム列９のピッチは、加工可能な範囲で適宜選定することができるが、１０〜５００μｍの範囲であることが好ましく、更に好ましくは３０〜３００μｍの範囲である。モアレ防止の目的で、プリズム列９のピッチを部分的に或は連続的に変化させてもよい。面光源装置が大きくなり又は導光体３の厚さに対する長さの割合が大きくなり光出射面での均斉度が低下しがちな場合は、プリズム列９のピッチを部分的あるいは連続して変化させることにより、均斉度の改善効果を高めることもできる。さらに、プリズム面は平面であっても所定の曲率の曲面であってもよく、曲面とした場合には出射光の角度分布を幾分小さく又は大きくすることも可能である。
【００４６】
プリズム列９の第２プリズム面９２の機能は、光線を全反射して導光体３の光出射面３３の法線方向に向けることである。
【００４７】
以上のようなプリズム列９では、プリズム形状の先端部の光利用効率は低い。よって、プリズム列９の先端部を平坦にしたり、断面多角形や断面曲線状などいかなる形に加工しても、光学的性能にはそれ程影響を与えない。図８に示されるように、プリズム列９の先端部を平坦にして平坦部９３となすと、摩擦によるプリズム面の傷つき等が低減されて好ましい。
【００４８】
図９は、本発明によるタンデム型面光源装置の更に別の実施形態の面発光ユニットを示す模式的部分断面図である。この図において、図１〜図８におけると同様の部材には同一の符号が付されている。本実施形態では、漏光モジュレータの複合層８０と導光体３との間に、屈折率ｎ４（ここで、ｎ４＞ｎ１）の付加層（第４屈折率層）１１が介在している。この付加層１１が高屈折率領域部８２と類似の機能を果たし、ｎ２＝ｎ３の場合であっても、高屈折率領域部８２に代わって付加層１１が類似の役割を果たすことができる。
【００４９】
このように、本実施形態の特徴としては、導光体３の裏面３４に付加層１１を均一塗布などによって形成することで、この付加層１１に複合層８０の高屈折率領域部８２と類似した役割を持たせることができ、また、ｎ２＝ｎ３すなわち漏光モジュレータ内部の高屈折率領域部８２と光出射制御機能層８３とに同一材料を用いることができるなど、本発明の面光源装置を工業的に作製する上での低コスト化に有利となる。
【００５０】
より指向性に優れた漏光モジュレータ８への入射光を得る手段として、高屈折率領域部８２（または付加層１１）の屈折率ｎ２（またはｎ４）と導光体屈折率ｎｇとをｎ２＜ｎｇ（またはｎ４＜ｎｇ）の関係が成り立つように設定することが挙げられる。これにより、高屈折率領域部８２へ入射する光線を、すでに説明したように所定の限られた範囲の伝搬モードの光束に制限することができる。
【００５１】
ただし、平行平板形の導波路においては、一次光源１から離れるに従い、導光体３の内部に低次モード光の残留蓄積が起こるため、該低次モード光を常に高次モードへ変換する機構を設けることが好ましい。この手段としては、図９にも示すように、導光体３の厚みを一次光源１から遠ざかるに従い徐々に小さくしてゆくこと即ち楔形状とすること、そして／または、光拡散材の混入、導光体３の光出射面への粗面形態、マイクロプリズム、格子形状、切欠き等の付与が考えられる。中でも楔形状の導入は、一次光源１との距離に関して連続的にかつ容易にモード変換制御が可能な有効な手段である。
【００５２】
さらに、本発明においては、導光体３から出射し、漏光モジュレータ８及びプリズム列９によって狭視野化され高輝度化され導光体３へと導入され、該導光体を通って光出射面３３から出射する光を、輝度の低下をできる限り招くことなく、視野範囲を目的に応じて適度に制御するために、図１０に示されているように、導光体光出射面３３上に光拡散素子６を隣接配置することもできる。また、このように光拡散素子６を配置することによって、品位低下の原因となるぎらつきや輝度斑等を抑止し品位向上を図ることもできる。光拡散素子６は、導光体光出射面からの光が入射する入射面６１とその反対側の出射面６２とを有する。
【００５３】
光拡散素子６は、導光体３と一体化させて形成してもよいし、光拡散素子６を個別に導光体光出射面３３上に載置してもよい。個別に光拡散素子６を配置する方が好ましい。個別に光拡散素子６を載置する場合には、光拡散素子６の導光体光出射面３３に隣接する側の面には、導光体光出射面３３とのスティッキングを防止するため、凹凸構造を付与することが好ましい。同様に、光拡散素子６の出射面においても、その上に配置される液晶表示素子との間でのスティッキングを考慮する必要があり、光拡散素子６の出射面にも凹凸構造を付与することが好ましい。この凹凸構造は、スティッキング防止の目的のみに付与する場合には、平均傾斜角θａが０．７度以上となるような構造とすることが好ましく、さらに好ましくは１度以上であり、より好ましくは１．５度以上である。
【００５４】
ここで、平均傾斜角θａθａは、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４に従って、触針式表面粗さ計を用いて粗面形状を測定し、測定方向の座標をｘとして、得られた傾斜関数ｆ（ｘ）から次の式（１）および式（２）
ΔａΔａ＝（１／Ｌ）∫0L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ  ・・・  （１）
θａθａ＝ｔａｎ-1（ΔａΔａ）  ・・・  （２）
を用いて求めることができる。ここで、Ｌは測定長さであり、ΔａΔａは平均傾斜角θａθａの正接である。
【００５５】
本発明においては、輝度特性、視認性および品位等のバランスを考慮して導光体３からの出射光を適度に拡散させる光拡散特性を有する光拡散素子６を使用することが好ましい。すなわち、光拡散素子６の光拡散性が低い場合には、視野角を十分に広げることが困難となり視認性を低下させるとともに、品位改善効果が十分でなくなる傾向にあり、逆に光拡散性が高すぎる場合には漏光モジュレータ８及びプリズム列９による狭視野化の効果が損なわれるとともに、全光線透過率も低くなり輝度が低下する傾向にある。そこで、本発明の光拡散素子６においては、平行光を入射したときの出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅が１〜１３度の範囲であるものが使用される。光拡散素子６の半値全幅は、好ましくは３〜１１度の範囲、さらに好ましくは４〜８．５度の範囲である。なお、本発明において光拡散素子６の出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅とは、図１１に示すように、光拡散素子６に入射した平行光線が出射時にどの程度拡散して広がるかを示したもので、光拡散素子６を透過し拡散した光の出射光光度分布（ＸＺ面内）におけるピ−ク値に対する半値での広がり角の全幅の角度（ΔθH）をいう。
【００５６】
このような光拡散特性は、光拡散素子６中に光拡散剤を混入したり、光拡散素子６の少なくとも一方の表面に凹凸構造を付与することによって付与することができる。表面に形成する凹凸構造は、光拡散素子６の一方の表面に形成する場合と両方の表面に形成する場合とでは、その程度が異なる。光拡散素子６の一方の表面に凹凸構造を形成する場合には、その平均傾斜角を０．８〜１２度の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは３．５〜７度であり、より好ましくは４〜６．５度である。光拡散素子６の両方の表面に凹凸構造を形成する場合には、一方の表面に形成する凹凸構造の平均傾斜角を０．８〜６度の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは２〜４度であり、より好ましくは２．５〜４度である。この場合、光拡散素子６の全光線透過率の低下を抑止するためには、光拡散素子６の入射面側の平均傾斜角を出射面側の平均傾斜角よりも大きくすることが好ましい。また、光拡散素子６のヘイズ値としては８〜８２％の範囲とすることが、輝度特性向上と視認性改良の観点から好ましく、さらに好ましくは３０〜７０％の範囲であり、より好ましくは４０〜６５％の範囲である。
【００５７】
本発明の面光源装置は、デスクトップ型パソコンのモニター、液晶テレビ等の比較的サイズが大きい表示装置に好適である。このような表示装置に使用する場合、比較的広い視野角が必要であるとともに高い輝度が必要となる。そこで、光拡散素子６としては、広い視野角を得る光拡散性が必要とされ、出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅が６〜１３度の範囲のものを使用することが好ましく、さらに好ましくは６．５〜１１度、より好ましくは７〜９度の範囲である。また、ヘイズ値としては、５０〜８２％の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは６０〜７５％、より好ましくは６５〜７０％の範囲である。さらに、光拡散素子６の表面に凹凸構造を形成する場合には、その平均傾斜角が４．５〜１２度の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは５．５〜８．５度、より好ましくは６〜７度の範囲である。
【００５８】
本発明の面光源装置においては、上記のような光拡散素子６を用いる場合、導光体３からの出射光輝度分布（ＸＺ面内）の半値全幅が１９〜２６度程度の集光性が比較的弱い導光体３、漏光モジュレータ８及びプリズム列９を使用するとともに、光拡散性の比較的弱い光拡散素子６を使用した方がＹＺ面での拡散による輝度の低下を抑えられるため、輝度向上の観点からは好ましい場合がある。この場合、光拡散素子６としては、広い視野角を得る光拡散性が必要とされ、出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅が１〜８度の範囲のものを使用することが好ましく、さらに好ましくは２〜８度、より好ましくは３〜７度の範囲である。また、ヘイズ値としては、８〜７０％の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは３０〜６５％、より好ましくは４０〜６０％の範囲である。さらに、光拡散素子６の一方の表面に凹凸構造を形成する場合には、その平均傾斜角が０．８〜７度の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは３〜６．５度、より好ましくは３．５〜６度の範囲である。凹凸構造を両面に形成する場合には、その一方の表面の平均傾斜角が０．８〜４度の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１〜４度、より好ましくは２〜４度の範囲である。
【００５９】
本発明においては、光拡散素子６として光拡散性に異方性を有するもの（異方性光拡散素子たとえば異方性光拡散シート）を使用することが、光拡散素子６の全光線透過率を高め、光偏向素子４からの出射光を効率的に拡散でき、輝度を向上させることができるため好ましい。例えば、導光体３の一つの端面に線状の冷陰極管を一次光源１として配置した面発光ユニットを備えた光源装置において、漏光モジュレータ８及びプリズム列９により主としてＸＺ面において狭視野化を図り、このＸＺ面内で狭視野化された光をさらに光拡散素子６により拡散させ視野角を広げることができる。しかるに、光拡散素子６として等方性拡散性のものを使用した場合には、光偏向素子により狭視野化されていないＹＺ面内についても同等に光が拡散されるため、輝度の低下を招くことになる。そこで、図１２に示したように、ＹＺ面内よりもＸＺ面内での光拡散性が高いような異方拡散性を有する光拡散素子６を使用することにより、漏光モジュレータ８及びプリズム列９により狭視野化されたＸＺ面での光の拡散を強くし、狭視野化されていないＹＺ面内での光の拡散を弱くすることができ、導光体光出射面３３からの出射光を効率的に拡散することができ、輝度の低下を最小限に抑えることができる。
【００６０】
このような光拡散素子６の異方拡散性については、どのような異方性を有する光拡散素子６を使用するかは、上記のようなＸＺ面とＹＺ面での異方性のみの要因により決定されるものではなく、漏光モジュレータ８の形状、プリズム列９の形状や配列、面光源装置の用途等に応じて適宜選定することができる。すなわち、図１３に示したように、光拡散素子６の出射面法線及び出射面内の任意の方向（Ｐ−ｎ方向（ｎ＝１，２，・・・））を含む任意の面（ＺＰ−ｎ面（ｎ＝１，２，・・・））を想定し、これらの任意の面における出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅を相違させることによって異方性を付与することができる。なお、ＺＰ−ｎ面の半値全幅の中で最も大きいものを最大半値全幅、最も小さいものを最小半値全幅とする。同様に、光拡散素子６に異方拡散性を付与する凹凸構造の平均傾斜角についても、ＺＰ−ｎ面と光拡散素子６（ＸＹ面）が交差する任意のＰ-ｎ方向における平均傾斜角を相違させることによって平均傾斜角の異方性を付与することができる。このとき、Ｐ−ｎ方向の平均傾斜角の中で最も大きいものを最大平均傾斜角、最も小さいものを最小平均傾斜角とする。
【００６１】
例えば、導光体３のＹＺ面と平行な側端面に対向するように線状の冷陰極管を配置し一次光源１とした場合、漏光モジュレータ８及びプリズム列９は主としてＸＺ面で狭視野化を図りＹＺ面では殆ど作用しないため、導光体光出射面３３からの出射光をＸＺ面内で効果的に拡散しＹＺ面内では拡散させないような異方拡散性を有する光拡散素子６を使用することが最適である。従って、光拡散素子６としては、ＸＺ面で最大半値全幅を示し、ＹＺ面で最小半値全幅を示すような異方拡散性を有するものが好ましい。同様に、光拡散素子６に形成する凹凸構造も、Ｙ方向に最大平均傾斜角を有し、Ｘ方向に最小平均傾斜角を有するような構造あるいは配置とすることが好ましい。
【００６２】
このような異方拡散性を有する光拡散素子６においても、輝度特性、視認性および品位等のバランスを考慮して導光体光出射面３３からの出射光を適度に拡散させる光拡散特性を有する光拡散素子６を使用することが必要である。すなわち、光拡散素子６の光拡散性が低い場合には、視野角を十分に広げることが困難となり視認性を低下させるとともに、品位改善効果が十分でなくなる傾向にあり、逆に光拡散性が高すぎる場合には漏光モジュレータ８及びプリズム列９による狭視野化の効果が損なわれるとともに、全光線透過率も低くなり輝度が低下する傾向にある。そこで、出射光光度分布（ＸＺ面内）の最大半値全幅が１〜１３度の範囲であるものが使用され、好ましくは３〜１１度の範囲、さらに好ましくは４〜９度の範囲である。また、最小半値全幅に対する最大半値全幅の比（最大半値全幅／最小半値全幅）が１．１〜２０の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは２〜１５の範囲、より好ましくは４〜１０の範囲である。これは、最大半値全幅／最小半値全幅を１．１以上とすることによって光の利用効率を向上させ輝度を高めることができるためであり、２０以下とすることによって強い光拡散性による輝度の低下を抑止することができるためである。
【００６３】
光拡散素子６の一方の表面に凹凸構造を形成する場合には、その最大平均傾斜角を０．８〜１５度の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは３．５〜１１度であり、より好ましくは４〜９度である。また、最大半値全幅／最小半値全幅と同様の観点から、最小平均傾斜角に対する最大平均傾斜角の比（最大平均傾斜角／最小平均傾斜角）は、１．１〜２０の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは２〜１５の範囲、より好ましくは４〜１０の範囲である。凹凸構造は、光拡散素子６の両方の表面に形成してもよく、この場合、光拡散素子６の全光線透過率の低下を抑止するためには、光拡散素子６の入射面側の平均傾斜角を出射面側の平均傾斜角よりも大きくすることが好ましい。また、光拡散素子６のヘイズ値としては８〜８２％の範囲とすることが、輝度特性向上と視認性改良の観点から好ましく、さらに好ましくは３０〜７０％の範囲であり、より好ましくは４０〜６５％の範囲である。
【００６４】
このような異方拡散性を有する光拡散素子６の拡散性付与構造としては、例えば、図１４〜図１６に示したような凹凸構造が挙げられる。図１４に示した凹凸構造は、一軸上に長く延びたレンチキュラーレンズ列等のレンズ列６ａを多数略並列して連設した配列構造である。このようなレンズ列の配列ピッチは表示素子として使用される液晶表示素子のピッチおよび光偏向素子４のプリズム列等のレンズ列の配列ピッチに対してモアレの発生しにくいピッチを選定するか、ランダムな配列ピッチとすることが好ましい。通常、レンズ列の配列ピッチは１〜７０μｍの範囲とすることが好ましく、製造の容易さやモアレの発生を防止する観点から５〜４０μｍがさらに好ましく、より好ましくは１０〜３０μｍの範囲である。また、レンズ列の長手方向と直交する方向の平均傾斜角は０．８〜1５度の範囲とすることが輝度向上と視認性向上の観点から好ましく、さらに好ましくは３．５〜１１度、より好ましくは４〜９度の範囲である。
【００６５】
図１５に示した凹凸構造は、多数のシリンドリカルレンズ形状体６ｂを離散的に配列した構造である。シリンドリカルレンズ形状体の配列間隔は、一定の規則的なピッチでもよく、ランダムな配列ピッチであってもよい。通常、シリンドリカルレンズ形状体の配列ピッチは、１〜７０μｍの範囲とすることが好ましく、製造の容易さやモアレの発生を防止する観点から５〜４０μｍがさらに好ましく、より好ましくは１０〜３０μｍの範囲である。また、シリンドリカルレンズ形状体の長手方向と直交する方向の平均傾斜角は０．８〜１５度とすることが輝度向上と視認性向上の観点から好ましく、さらに好ましくは３．５〜１１度、より好ましくは４〜９度の範囲である。このような離散的な配列構造は、光拡散素子６として最大半値全幅を示すことが要求される面と光拡散素子６の出射面との交差する線と、シリンドリカルレンズ形状体の長手方向とが略直交する確率が高くなるように配列することが好ましい。また、光拡散素子６として最小半値全幅を示すことが要求される面と光拡散素子６の出射面との交差する線と、シリンドリカルレンズ形状体の長手方向とが略平行になる確率が高くなるよう配列することが好ましい。
【００６６】
図１６に示した凹凸構造はヘアライン構造である。ヘアライン６ｃの延びる方向に直交する方向の平均傾斜角は０．８〜1５度とすることが輝度向上と視認性向上の観点から好ましく、さらに好ましくは３．５〜１１度、より好ましくは４〜９度の範囲である。ヘアラインの延びる方向は、光拡散素子６として最大半値全幅を示すことが要求される面と光拡散素子６の出射面との交差する線と略直交する方向が好ましい。
【００６７】
このような異方拡散性を付与する凹凸構造が形成された面およびその裏面の少なくとも一方にマット構造を付与することにより、ぎらつきや輝度斑等を抑止することができ品位を向上させることができる。しかし、マット構造の光拡散性が強くなると異方拡散性が損なわれ輝度の低下を招く場合があるため、比較的光拡散性の弱いマット構造を付与することが好ましい。このようなマット構造としては、平均傾斜角度が０．５〜５度の範囲のものが好ましく、さらに好ましくは０．８〜４度、より好ましくは１〜３．５度の範囲である。なお、異方性付与凹凸構造の表面にマット構造を付与した場合のマット構造の平均傾斜角は、凹凸構造に起因する平均傾斜角度を除いたマット構造自体の平均傾斜角をいう。このような平均傾斜角は、凹凸構造の無い部分や凹凸構造の長手方向に平行な方向にて測定することができ、触針粗さ計による計測、光拡散素子６の断面形状を画像解析する方法、原子間力顕微鏡等を用いて測定することができる。
【００６８】
本発明においては、漏光モジュレータ８及びプリズム列９を用いて導光体光出射面３３からの出射光を法線方向等の特定な方向に出射させ、この出射光を異方拡散性を有する光拡散素子６を用いて所望の方向に出射させることもできる。この場合、光拡散素子６に異方拡散作用と光偏向角作用の両方の機能を付与することもできる。例えば、凹凸構造としてレンチキュラーレンズ列やシリンドリカルレンズ形状体を用いたものでは、その断面形状を非対称形状にすることで、異方拡散作用と光偏向作用の両機能を付与することができる。
【００６９】
また、本発明においては、面光源装置としての視野角を調整し、品位を向上させる目的で、光拡散素子６に光拡散材を含有させることもできる。このような光拡散材としては、光拡散素子６を構成する材料と屈折率が異なる透明な微粒子を使用することができ、例えば、シリコーンビーズ、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレ−ト、フッ素化メタクリレ−ト等の単独重合体あるいは共重合体等からなるものが挙げられる。光拡散材としては、光拡散素子６による適度な拡散効果を損なわないように、含有量、粒径、屈折率等を適宜選定する必要がある。例えば、光拡散材の屈折率は、光拡散素子６を構成する材料との屈折率差が小さすぎると拡散効果が小さく、大きすぎると過剰な散乱屈折作用が生じるため、屈折率差が０．０１〜０．１の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは０．０３〜０．０８、より好ましくは０．０３〜０．０５の範囲である。また、拡散材の粒径は、大きすぎると散乱が強くなりぎらつきや輝度の低下を引き起こし、小さすぎると着色が発生するため、平均粒径が０．５〜２０μｍの範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは２〜１５μｍ、より好ましくは２〜１０μｍの範囲である。
【００７０】
本発明においては、上記のような光拡散素子６に代えて、集光素子たとえば集光性フィルムを使用することも可能である。この集光素子は、上記光拡散素子６とは逆に、導光体光出射面３３から出射する光の角度分布を狭める（即ち集光させる）機能を有する。集光素子としては、集光効率を高めるための比較的大きな傾斜角成分を持つ凹凸表面構造を有するものが例示される。この集光素子としては、光拡散素子６の場合と同様に、集光性に異方性を有するものを使用することができる。以下、その実施形態を示す。
【００７１】
図１７は集光素子１８の模式的平面図であり、図１８及び図１９はそれぞれその部分断面図である。集光素子１８は、透光性を有するシート状基材１８ａの一方の表面に多数の微小凸部１８ｂが形成されたものである。
【００７２】
図１７に示されているように、微小凸部１８ｂのＺ方向に見た形状（平面形状）即ちシート状基材１８ａの表面への投影形状は楕円形である。即ち、微小凸部１８ｂはＸＹ面内において形状異方性をもっており、そのＸ方向寸法ｘはたとえば２０〜１００μｍであり、そのＹ方向寸法ｙはたとえば１５〜５０μｍである。また、図１９に示される微小凸部１８ｂのＺ方向寸法ｚは、たとえば８〜２５μｍである。本実施形態では、微小凸部１８ｂの平面形状の中心は微小凸部１８ｂの頂部Ｏに対応しており、該頂部Ｏを通るシート状基材１８ａの法線ＮＬを含む複数の断面のうちの１つであるＸＺ断面（図１８）での微小凸部８ｂの形状が略半楕円形である。また、頂部Ｏを通るシート状基材１８ａの法線ＮＬを含む複数の断面のうちの他の１つであるＹＺ断面（図１９）での微小凸部１８ｂの形状が略半円形である。
【００７３】
従って、微小凸部１８ｂの平面形状の中心を通り且つシート状基材１８ａの法線方向を含む複数の断面においてそれぞれ現れる平均傾斜角のうちの最大値と最小値は、それぞれＹＺ断面内及びＸＺ断面内にて現れる。これら平均傾斜角の最大値及び／または最小値は、例えば２５〜５５度、好ましくは３０〜５０度、更に好ましくは３５〜４５度である。平均傾斜角の最大値と最小値との差は、要求される集光異方性の程度により適宜設定されるが、たとえば５度以上、好ましくは１０度以上、更に好ましくは１５度以上とされる。
【００７４】
微小凸部１８ｂの表面の平均傾斜角θａは、上記のようにして求めることができる。
【００７５】
また、微小凸部１８ｂの頂部Ｏと裾部とを通る直線がシート状基材１８ａの表面となす傾斜角は、ＸＺ断面内ではφｘであり（裾部はＳｘ：図１８参照）、ＹＺ断面内ではφｙである（裾部はＳｙ：図１９参照）。本実施形態では、φｘが傾斜角の最小値であり、φｙが傾斜角の最大値である。これら最大値φｘ及び／または最小値φｙは、例えば３５〜６０度の範囲内、好ましくは４０〜５０度の範囲内とされる。このように傾斜角の最大値φｘ及び／または最小値φｙを３５〜６０度の範囲内とすることで、光の進行方向を法線方向に近づける一層良好な集光作用が得られる。傾斜角の最大値と最小値との差は、要求される集光異方性の程度により適宜設定されるが、たとえば５度以上、好ましくは１０度以上、更に好ましくは１５度以上とされる。
【００７６】
多数の微小凸部１８ｂは、その平面形状における短手方向（平均傾斜角の最大値が現れる断面に対応する方向）及び長手方向（平均傾斜角の最小値が現れる断面に対応する方向）がそれぞれ互いに平行になるようにして、シート状基材１８ａの一方の表面において離散的に配置されている。集光素子１８は、平均傾斜角の最小値が現れる断面が線状一次光源１の延在方向と略直交するように配置されている。
【００７７】
シート状基材１８ａの表面において微小凸部１８ｂが占有する面積の割合は、要求される集光性の程度に応じて適宜設定されるが、たとえば４０〜８０％、好ましくは５０〜７０％である。また、シート状基材１８の表面における微小凸部１８ｂの数密度は、たとえば１００〜３０００個／ｍｍ2、好ましくは３００〜２０００個／ｍｍ2、更に好ましくは５００〜１０００個／ｍｍ2である。更に、微小凸部１８ｂは、シート状基材１８ａの表面（法線ＮＬの方向と直交する面）への投影面積がたとえば２００〜４０００μｍ2である。
【００７８】
微小凸部１８ｂの表面の形状は、集光素子１８への入射光の角度分布に対して特定の関係にあるのが好ましい。即ち、微小凸部１８ｂの平均傾斜角の最小値が現れる断面及び最大値が現れる断面のうちの少なくとも一方において、導光体３からの拡散出射光が集光素子１８に入射する際の角度分布の半値半幅角度以下の光成分の進行方向が法線ＮＬの方向（Ｚ方向）に近づくような集光作用を受けるようにする。図２０は、このような集光作用について説明するための模式図である。ここでは、集光素子１８のシート状基材１８ａの下面（入射面）に入射する光の角度分布における半値半幅角度θh1で入射する光が微小凸部１８ｂの表面から屈折出射する様子が示されている。屈折出射位置での微小凸部１８ｂの表面の傾斜角をαとして、Ｚ方向に対する屈折出射光のなす角度θ3がＺ方向に対する集光素子１８内の光のなす角θ2より小さいことが、効率の良い集光の条件となる。この条件は、集光素子１８の屈折率をｎとして、α＞ｓｉｎ-1［ｓｉｎ（θh1）／ｎ］である。微小凸部１８ｂの表面において、このような条件を満たす領域の割合が全体の２０％以上となるようにすることで、良好な集光作用が得られる。
【００７９】
以上のようにして、光拡散異方性を持つ光拡散素子６または集光異方性を持つ集光素子１８を漏光モジュレータ８及びプリズム列９に対して適切な配置にて組み合わせ使用することで、漏光モジュレータ８及びプリズム列９により制御された光分布を所要断面内で適宜選択的に修正して、最終的に所望の視野角特性が得られるようにすることができる。
【００８０】
本発明においては、以上のような集光異方性を持つ集光素子１８を使用する代わりに、同様な異方集光機能を発揮するために、導光体３の光出射面３３に光入射端面３１とほぼ直交する方向に沿って延在し且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列を形成してもよい。このプリズム列としては、例えば頂角約１００度程度のものをピッチ１０〜１００μｍで配列したものが例示される。
【００８１】
一次光源１はＹ方向に延在する線状の光源であり、該一次光源１としては例えば蛍光ランプや冷陰極管を用いることができる。なお、本発明においては、一次光源１は線状光源に限定されるものではなく、ＬＥＤ光源、ハロゲンランプ、メタハロランプ等のような点状光源を用いてもよいし、これらの点状光源を複数用い適宜の間隔をもって配置したものを使用することもできる。また、光源リフレクタ２は一次光源１の光をロスを少なく導光体３へ導くものである。その材質としては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックフィルムを用いることができる。
【００８２】
このような光源リフレクタ２と同様な反射部材を、導光体３の光入射端面３１以外の側端面に付することも可能である。光反射素子５としては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックシートを用いることができる。本発明においては、光反射素子５として反射シートに代えて、導光体３の裏面３４等に金属蒸着等により形成された光反射層等とすることも可能である。尚、一次光源１から発せられ導光体３２より導光され漏光モジュレータ８を介してプリズム列９へと到達する光の第２プリズム面９２による内面反射が全反射の場合には、光反射素子５は省略してもよい。しかし、その場合であっても、外部から導光体光出射面３３へと入射し漏光モジュレータ８を通って第２プリズム面９２から出射する光を、光反射素子５により反射してプリズム列９及び漏光モジュレータ８へと再入射させ、発光に利用するのが、光利用効率の向上の点から好ましい。
【００８３】
本発明の導光体３、光拡散素子６及び集光素子１８は、光透過率の高い合成樹脂から構成することができる。このような合成樹脂としては、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂が例示できる。特に、メタクリル樹脂が、光透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性に優れており、最適である。このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリル酸メチルが８０重量％以上であるものが好ましい。導光体３、光拡散素子６及び集光素子１８の粗面、ヘアライン、プリズム列、レンチキュラーレンズ列又は微小凸部等の表面構造を形成するに際しては、透明合成樹脂板を所望の表面構造を有する型部材を用いて熱プレスすることで形成してもよいし、スクリーン印刷、押出成形や射出成形等によって成形と同時に形状付与してもよい。また、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて構造面を形成することもできる。更に、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等からなる透明フィルムあるいはシート等の透明基材の表面上に、活性エネルギー線硬化型樹脂からなる粗面構造またレンズ列配列構造を表面に形成してもよいし、このようなシートを接着、融着等の方法によって別個の透明基材上に接合一体化させてもよい。活性エネルギー線硬化型樹脂としては、多官能（メタ）アクリル化合物、ビニル化合物、（メタ）アクリル酸エステル類、アリル化合物、（メタ）アクリル酸の金属塩等を使用することができる。
【００８４】
導光体３も含み、低屈折率領域部８１、高屈折率領域部８２、光出射制御機能層８３及び付加層１１は、前述したように、それら屈折率の相対的な調整が必要な場合がある。特に付加層１１は導光体内部の伝搬モードの調整のためには、該導光体の屈折率よりも低い屈折率の材料を用いる必要がある。比較的低屈折率の層を構成する材料は一般にガラス転移温度（Ｔｇ）が室温以下のものが多く、耐熱性や屈折率制御等を考えると、比較的Ｔｇの大きな共重合体を採用することが好ましい。
【００８５】
有用な比較的低屈折率の材料としては、メチルメタクリレート、フッ化アルキル（メタ）アクリレート、フッ化アルキル−α−フルオロアクリレート、α−フルオロアクリレート、ペンタフルオロフェニルメチルメタクリレート、ペンタフルオロフェニル−α−フルオロアクリレート、ペンタフルオロフェニルメタクリレートのモノマー群より選定される単独重合体、そして／または、該モノマー群より選ばれる屈折率調整の可能な高透明共重合体により構成されるのが好ましい。また、導光体と漏光モジュレータとの間に介在する低屈折率層（付加層）においては、低屈折率無機材料であるフッ化マグネシウムを蒸着して用いる方法もある。一方、上記比較的低屈折率の材料に比べ比較的高屈折率な材料としては、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂等があげられる。導光体として一層高屈折率な材料を選定することで、低屈折率材料の層に対する材料選択の幅も広がる。
【００８６】
漏光モジュレータに関する高屈折率領域部８２、光出射制御機能層８３、付加層１１の構成材料として、紫外線硬化性樹脂組成物を用いることができる。該紫外線硬化性樹脂組成物としては、分子内にアクリロイル基またはメタクリロイル基を有する重合性化合物、紫外線感応性ラジカル重合開始剤そして／または紫外線吸収剤を主成分とする紫外線硬化性組成物がある。
【００８７】
分子内に（メタ）アクリロイル基を有する重合性化合物としては、光重合性オリゴマー、多官能（メタ）アクリレート、単官能（メタ）アクリレート等の化合物が挙げられる。
【００８８】
光重合性オリゴマーとしては、分子内に２つ以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネートと分子内に水酸基と（メタ）アクリロイル基を有する化合物を反応させて得られるウレタンポリ（メタ）アクリレートオリゴマー、分子内に２つ以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物と分子内にカルボキシル基と（メタ）アクリロイル基を有する化合物を反応させて得られるエポキシポリ（メタ）アクリレートオリゴマー等を挙げることかできる。
【００８９】
具体的には、イソホロンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート等のジイソシアネート化合物とヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクルート、テトラメチロールメタントリ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート等の水酸基合有（メタ）アクリレート化合物とを反応して得られるウレタンポリ（メタ）アクリレートオリゴマー、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、ビスフェノールＳジグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノールＡジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物と（メタ）アクリル酸との反応で得られるエポキシポリ（メタ）アクリレートオリゴマー等を代表として挙げることができる。
【００９０】
多官能（メタ）アクリレート化合物としては、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メ夕）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクルート、ポリブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、２，２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシフェニル］−プロパン、２，２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシフェニル］−プロパン、２，２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシジエトキシフェニル］−プロパン、２，２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシペンタエトキシフェニル］−プロパン、２，２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３−フェニルフェニル］−プロパン、ビス［４−（メタ）アクリロイルチオフェニル］スルフィド、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシフェニル］−スルフォン、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシフェニル］−スルフォン、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシジエトキシフェニル］−スルフォン、ビス［４−（メタ）アクロイルオキシペンタエトキシフェニル］−スルフォン、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３−フェニルフェニル］−スルフォン、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３，５−ジメチルフェニル］−スルフォン、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシフェニル］−スルフィド、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシフェニル］−スルフィド、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシペンタエトキシフェニル］−スルフィド、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３−フェニルフェニル］−スルフィド、ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３，５−ジメチルフェニル］−スルフィド、２，２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３，５−ジブロモフェニルプロパン］、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等を挙げることができる。
【００９１】
単官能（メタ）アクリレート化合物としては、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、フェニルエチル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、パラクミルフェノールエチレンオキサイト変性（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｉ−ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−へキシル（メタ）アクリレート、２−ヒトロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、フォスフォエチル（メタ）アクリレート等を挙げることができる。
【００９２】
本発明においては、上記のような化合物を単独で使用してもよいし、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００９３】
以上のような一次光源１、光源リフレクタ２、導光体３、漏光モジュレータ８、プリズム列９および光反射素子５を含んでなる面発光ユニットを複数、並びに光拡散素子６又は集光素子１８からなるタンデム型面光源装置の発光面（光拡散素子６の出射面６２など）上に、液晶表示素子を配置することにより、本発明のタンデム型面光源装置をバックライトとした液晶表示装置が構成される。液晶表示装置は、液晶表示素子を通して観察者により観察される。
【００９４】
ところで、典型的な液晶表示素子においては、特定の偏光成分のみが利用され、このためバックライトからの照明光が入射する側に偏光板が配置されている。即ち、面光源装置から液晶表示素子へと入射する光のうちで、表示に有効に利用されるのは、上記偏光板を通過する特定の偏光成分のみである。この特定の偏光成分と直交する方向の偏光成分は、偏光板により吸収され、表示には有効に利用されない。このように、液晶表示装置としての光の利用効率の向上の観点からは、液晶表示素子の偏光板を透過する偏光成分のみを面光源装置から出射させるのが好ましい。
【００９５】
そこで、本発明においては、図２１に示されるように、光拡散素子６上に偏光分離素子１２を配置して（または光拡散素子６の下に偏光分離素子１２を配置して）、それらの上に配置される液晶表示素子ＬＣの入射側偏光板の透過偏光方向と同一方向の偏光成分を透過させ、且つこれと直交する方向の偏光成分を反射させて、再び導光体３へと導くのが好ましい。これによれば、偏光分離素子１２により反射された偏光成分は、光拡散素子６、導光体３、漏光モジュレータ８及びプリズム列９更には反射素子５のそれぞれの内部又はこれらの境界での透過または反射の際に偏光方向が変換せしめられ、かくして再び導光体光出射面３３から偏光分離素子１２へと向かう時には、一部の光が偏光分離素子１２を透過する偏光成分へと変換せしめられている。このような作用を繰り返すことで、偏光分離素子１２から液晶表素子ＬＣへと向かう所要の偏光成分光量が、偏光分離素子を配置しない場合に比べて増加する。かくして、液晶表示装置の輝度が向上し、画像表示性能が向上する。
【００９６】
偏光分離素子１２は、導光体３からの光の一方(透過偏光面)の偏光成分を透過して、図２１において上方に出光させ、他方(反射偏光面)の偏光成分を光拡散素子６側に反射するものであり、透過偏光面と液晶表示素子ＬＣの入射側偏光板の透過方向とが一致するように設置される。
【００９７】
このような偏光分離素子１２としては、複屈折性を有するシ−トとそうでないシートとを所定厚みで交互に複数枚積層し、かつその積層の際の各シートの方向性を、隣接するシ−ト間の屈折率差が透過偏光面において小さく且つ反射偏光面において大きくなるようにしたものを用いることが好ましい。また、偏光分離素子１２としては、コレステリック液晶層を積層したフィルムと１／４波長板とを組み合わせたものも好ましい。この場合は、コレステリック液晶層で、ある方向の円偏光は透過し逆方向の円偏光は反射する。このとき、コレステリック液晶層上に１／４波長板を配置することで直線偏光を取り出すことができる。この直線偏光の方向を透過偏光面として、この方向が液晶表示素子ＬＣの入射側偏光板の透過方向と一致するように設置する。
【００９８】
偏光分離素子１２の偏光分離能を向上させるためには、偏光分離素子１２に入射する光の輝度分布をその法線方向に集中させることが必要である。入射する光の方向を偏光分離素子１２の法線方向に対して２５°以下とすることが、偏光分離素子１２の透過偏光面に対する透過率および反射偏光面に対する反射率を高めることから好ましい。この偏光分離素子１２の法線方向に対する入射光の方向は、より好ましくは２０°以下であり、さらに好ましくは１５°以下である。
【００９９】
このため、偏光分離素子１２へ入射する光の輝度分布における半値全幅が、導光体３の光入射端面３１に垂直な方向と光出射面３３の法線方向とを含むＸＺ面（導光体中を光が進行する主たる方向と平行な方向）において５０°以下となるようにすることが必要であり、好ましくは４５°以下、さらに好ましくは４０°以下である。一方、この半値全幅を小さくし過ぎると、液晶表示装置としての視野角が狭くなり過ぎるため、偏光分離素子１２へ入射する光の輝度分布におけるＸＺ面における半値全幅は２０°以上とすることが好ましく、より好ましくは２５°以上、特に好ましくは３０°以上である。本発明においては、偏光分離素子１２へ入射する光の輝度分布における半値全幅を上記のようにするために、光拡散素子６からの出射光のＸＺ面における輝度分布の半値全幅を上記の範囲となるようにすればよい。なお、本発明において輝度分布の半値全幅とは、輝度分布におけるピーク値に対する半値での広がり角の全幅の角度をいう。
【０１００】
一般に、図２に示したように、導光体光入射端面３１に略平行なＹ方向に延びる多数のプリズム列９を使用した面光源装置においては、導光体光出射面３３から出射する光の輝度分布は方向によって異なる。通常は、ＸＺ面においては導光体３からの出射光の輝度分布が狭くなっているが、プリズム列９と平行な方向と光出射面３３の法線方向とを含むＹＺ面（導光体３の光入射端面３１と平行な面、即ち導光体３中を光が進行するＸＹ面内の主たる方向であるＸ方向に垂直な方向）においては、導光体３からの出射光の輝度分布は広い。このため、ＹＺ面における偏光分離素子１２への入射光の輝度分布の半値全幅は８０°以下とすることが好ましく、より好ましくは７０°以下、特に好ましくは６０°以下である。一方、この半値全幅を小さくし過ぎると、液晶表示装置としての視野角が狭くなり過ぎるため、上記半値全幅は４０°以上とすることが好ましく、より好ましくは４５°以上、特に好ましくは５０°以上である。本発明においては、偏光分離素子１２へ入射する光の輝度分布における半値全幅を上記のようにするために、光拡散素子６からの出射光のＹＺ面における輝度分布の半値全幅を上記の範囲となるようにすればよい。
【０１０１】
この偏光分離素子１２を使用する場合には、とくに、図８に示されるように２つのプリズム面９１，９２の間の先端部に平坦部９３を形成しておき、偏光分離素子１２により反射され導光体３内へと導かれた光の一部を平坦部９３から出射させ、光反射素子５により反射させて、漏光モジュレータ８及び導光体３へと効率的に再入射させるのが好ましい。これにより、一次光源１から発せられた光の利用効率が一層高められる。
【０１０２】
尚、本発明においては、偏光分離素子１２を複数の面発光ユニットＵ１〜Ｕ４と光拡散素子６との間に配置してもよい。この場合には、偏光分離素子１２に入射する光の輝度分布をその法線方向に集中させることがより容易になる。
【０１０３】
図２２は、本発明によるタンデム型面光源装置の他の実施形態を示す模式的部分断面図である。本図において、上記図１〜図２１におけると同様の部分には同一の符号が付されている。
【０１０４】
本実施形態では、全ての面発光ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３等は、上記実施形態の面発光ユニットＵ１と同様に、導光体３に切欠段部が形成されていないものである。互いに隣接する面発光ユニット同士は、以上のような一方の面発光ユニットの導光体３の光入射端面３１近傍の端部に他方の導光体の先端部分Ｅを載置することで、結合されている。この実施形態でも、複数の面発光ユニットの全体において、光入射端面３１同士が同一の向き（図２では左向き）になっている。但し、本実施形態では、各面発光ユニットの光出射面３３は、互いに平行ではあるが僅かな段違い形態にて配置されている。本発明では、このような厳密には同一平面上にはない段違い形態の配列の光出射面３３の全体により形成される全体出射面３３０についても、Ｘ方向に関してほぼ連続した全体出射面であるものとする。本実施形態においては、全体出射面３３０から出射する光の分布とくに分布ピークの方向は、上記段違い形態に起因して、上記実施形態のものとは僅かな差異を有する。この光の分布とくに分布ピークの方向は、漏光モジュレータ８の表面に又は該漏光モジュレータに隣接して形成されるプリズム列の形状を適宜設定することで、所望の方向にすることができる。
【０１０５】
本実施形態は、上記実施形態と同様な機能を有する。更に、本実施形態によれば、全ての面発光ユニットの形状が同一であるので、面光源装置を構成する部品の種類を低減することが可能である。
【実施例】
【０１０６】
以下、実施例によって本発明を説明する。
【０１０７】
［実施例１］
図２２に関し説明した面光源装置（面発光ユニットの数は４個）を作製した。各面発光ユニットを構成する導光体３としては、屈折率ｎｇが１．４９で、図３に示す寸法が次のものを使用した：
Ｔ１＝３．５ｍｍ
Ｔ２＝０．７ｍｍ
Ｌ１＝３０ｍｍ
尚、図示されていないＹ方向寸法は、３５０ｍｍであった。
【０１０８】
漏光モジュレータ８として、低屈折率領域部（空気）８１の屈折率ｎ１が１．０で、高屈折率領域部８２の屈折率ｎ２が１．５０で、光出射制御機能層８３の屈折率ｎ３が１．５０のものを使用した。光出射制御機能層８３の表面に形成したプリズム列９のピッチは５０μｍで、一次光源１に近い側のプリズム面９１の傾斜が光出射面３３に対して８５°で、一次光源１から遠い側のプリズム面９２の傾斜が光出射面３３に対して４５°のものを使用した。
【０１０９】
各面発光ユニットの一次光源１を点灯して、全体出射面３３０の光度分布を測定した。測定結果を図２３に示す。これによれば、分布ピークの角度が約−５度（符号は光出射面法線に対して一次光源の側への傾きを負とする）で、半値全幅が１９度であり、指向性に優れ非常に高い法線輝度が得られることが分かる。
【０１１０】
［実施例２］
漏光モジュレータ８の光出射制御機能層８３の表面に形成したプリズム列９の一次光源１に近い側のプリズム面９１の傾斜を光出射面３３に対して９０°とし、更に、プリズム列９の先端部を切除して図８に示すように平坦にし、該プリズム列の高さを２０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして、面光源装置を作製した。
【０１１１】
各面発光ユニットの一次光源１を点灯して、全体出射面３３０の光度分布を測定した。測定結果を図２４に示す。これによれば、分布ピークの角度が約−５度（符号は光出射面法線に対して一次光源の側への傾きを負とする）で、半値全幅が２０度であり、指向性に優れ非常に高い法線輝度が得られることが分かる。
【０１１２】
［比較例］
漏光モジュレータ８の光出射制御機能層８３の表面に形成したプリズム列９の一次光源１に近い側のプリズム面９１の傾斜を光出射面３３に対して６５°とし、一次光源１から遠い側のプリズム面９２の傾斜が光出射面３３に対して３４°のものを使用したこと以外は、実施例１と同様にして、面光源装置を作製した。
【０１１３】
各面発光ユニットの一次光源１を点灯して、全体出射面３３０の光度分布を測定した。測定結果を図２５に示す。これによれば、分布ピークの角度が約１５度（符号は光出射面法線に対して一次光源の側への傾きを負とする）で、半値全幅が３２度であり、分布が広く指向性が低く更に低い法線輝度しか得られないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明によるタンデム型面光源装置の実施形態を示す模式図である。
【図２】図１の実施形態の部分拡大断面図である。
【図３】導光体の形状を示す模式図である。
【図４】複合層の低屈折率領域部及び高屈折率領域部と一次光源との位置関係を示す模式的平面図である。
【図５】複合層の低屈折率領域部及び高屈折率領域部と一次光源との位置関係を示す模式的平面図である。
【図６】複合層の低屈折率領域部及び高屈折率領域部と一次光源との位置関係を示す模式的平面図である。
【図７】漏光モジュレータの低屈折率領域部の平均的な厚さと、高屈折率領域部の平均的な幅とを示す図である。
【図８】光出射制御機能層及びプリズム列の変形例を示す模式的部分断面図である。
【図９】本発明によるタンデム型面光源装置の実施形態の面発光ユニットを示す模式的部分断面図である。
【図１０】本発明によるタンデム型面光源装置の実施形態を示す模式図である。
【図１１】出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅の説明図である。
【図１２】異方性光拡散素子の出射光光度分布（ＸＺ面内及びＹＺ面内）を示す図である。
【図１３】光拡散素子の異方拡散性の説明図である。
【図１４】異方性光拡散素子の凹凸構造を示す模式図である。
【図１５】異方性光拡散素子の凹凸構造を示す模式図である。
【図１６】異方性光拡散素子の凹凸構造を示す模式図である。
【図１７】集光素子の模式的平面図である。
【図１８】図１７の集光素子の部分断面図である。
【図１９】図１７の集光素子の部分断面図である。
【図２０】集光素子の集光作用について説明するための模式図である。
【図２１】本発明によるタンデム型面光源装置の実施形態を示す模式図である。
【図２２】本発明によるタンデム型面光源装置の実施形態を示す模式図である。
【図２３】タンデム型面光源装置の出射光光度分布（ＸＺ面内）を示す図である。
【図２４】タンデム型面光源装置の出射光光度分布（ＸＺ面内）を示す図である。
【図２５】タンデム型面光源装置の出射光光度分布（ＸＺ面内）を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４  面発光ユニット
１  一次光源
２  光源リフレクタ
３  導光体
３１  光入射端面
３３  光出射面
３３０  全体出射面
３４  裏面
３５  切欠段部
Ｅ  導光体先端部分
５  光反射素子
６  光拡散素子
６１  入射面
６２  出射面
６ａ  レンズ列
６ｂ  シリンドリカルレンズ形状体
６ｃ  ヘアライン
８  漏光モジュレータ
８０  複合層
８１  低屈折率領域部（第１屈折率領域部）
８２  高屈折率領域部（第２屈折率領域部）
８３  光出射制御機能層（第３屈折率層）
９  プリズム列
９１  第１プリズム面
９２  第２プリズム面
９３  平坦部
１１  付加層（第４屈折率層）
１２  偏光分離素子
ＬＣ  液晶表示素子
１８  集光素子
１８ａ  シート状基材
１８ｂ  微小凸部
Ｏ  頂部
ＮＬ  シート状基材の法線
Ｓｘ，Ｓｙ  裾部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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