(57)【要約】【課題】  互いに直交する偏光方向をもつ２つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を他方の偏光成分と同一の偏光成分に効率よく変換し、高い透過率で所要の方向に偏光を出射させる偏光変換分離素子及びそれを用いた面光源装置を提供する。【解決手段】  フィルム状基材６ａ、屈折率差が０．０５以上である低屈折率薄膜６ｂ１と高屈折率薄膜６ｂ２とを交互に積層してなる薄膜積層体６ｂ、及びそれに隣接して配置された光学活性層６ｃを備える偏光変換分離素子６。薄膜６ｂ１，６ｂ２の各々の厚さは、当該薄膜内での使用光の波長をλとして、（０．７〜１．３）λ／４の範囲内にある。偏光変換分離素子６を、一次光源２、平均傾斜角０．５〜２０度の粗面からなる光出射面４２をもつ板状の導光体４、及び複数のプリズム列を互いに並列に配置してなるプリズムシート８と組み合わせることで面光源装置を得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の薄膜を積層してなり且つ前記薄膜は互いに隣接するもの同士の屈折率差が０．０５以上である薄膜積層体と、該薄膜積層体に隣接して配置された光学活性層とを備えることを特徴とする偏光変換分離素子。
【請求項２】
前記光学活性層は前記薄膜積層体に接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の偏光変換分離素子。
【請求項３】
前記薄膜の各々の厚さは、当該薄膜内での使用光の波長をλとして、（０．７〜１．３）λ／４の範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の偏光変換分離素子。
【請求項４】
前記薄膜の厚さは０．１〜１００μｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の偏光変換分離素子。
【請求項５】
前記薄膜積層体を構成する薄膜のうちの一種が屈折率１．４８以下の低屈折率薄膜であり、前記薄膜積層体を構成する薄膜のうちの他の一種が屈折率１．５以上の高屈折率薄膜であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の偏光変換分離素子。
【請求項６】
前記低屈折率薄膜はフッ素原子を含有する単量体を用いて得られる（共）重合体からなることを特徴とする、請求項５に記載の偏光変換分離素子。
【請求項７】
前記低屈折率膜は、単量体としてフッ素原子を含有するオレフィン、メタクリレート、アクリレート、エステルまたはエーテルを用いて得られる（共）重合体からなることを特徴とする、請求項６に記載の偏光変換分離素子。
【請求項８】
前記高屈折率薄膜はフェニル基を含有する単量体を用いて得られる（共）重合体からなることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の偏光変換分離素子。
【請求項９】
前記高屈折率膜は、単量体としてベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、フェニルエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ビニルベンゾエート、オルトクロロスチレン、パラフルオロスチレンまたはパライソプロピルスチレンを用いて得られる（共）重合体、ポリスチレン、またはポリカーボネートからなることを特徴とする、請求項８に記載の偏光変換分離素子。
【請求項１０】
前記薄膜積層体を構成する薄膜の少なくとも１つは活性エネルギー線硬化性樹脂からなることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の偏光変換分離素子。
【請求項１１】
前記活性エネルギー線硬化性樹脂はフッ素を含有するものであることを特徴とする、請求項１０に記載の偏光変換分離素子。
【請求項１２】
前記活性エネルギー線硬化性樹脂はフェニル基及び塩素のうちの少なくとも一方を含有するものであることを特徴とする、請求項１０に記載の偏光変換分離素子。
【請求項１３】
前記光学活性層はコレステリック液晶層であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の偏光変換分離素子。
【請求項１４】
前記光学活性層は光学異性を有する非晶性高分子化合物からなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の偏光変換分離素子。
【請求項１５】
前記光学活性層は生物により合成された物質からなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の偏光変換分離素子。
【請求項１６】
前記光学活性層はポリ乳酸またはポリエステル系縮重合体であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の偏光変換分離素子。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の偏光変換分離素子を製造する方法であって、前記薄膜積層体を、前記薄膜を溶媒キャスト法、流延法またはスピンコート法により順次積層することで形成することを特徴とする、偏光変換分離素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれかに記載の偏光変換分離素子を製造する方法であって、前記薄膜積層体を、前記薄膜を複合押し出ししたものを延伸することで形成することを特徴とする、偏光変換分離素子の製造方法。
【請求項１９】
前記薄膜積層体を形成した後に、該薄膜積層体に対して８０℃以上の温度で熱処理を施すことを特徴とする、請求項１７〜１８のいずれかに記載の偏光変換分離素子の製造方法。
【請求項２０】
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板状の導光体とを備えており、該導光体の光出射面は平均傾斜角０．５〜２０度の粗面とされており、前記光出射面上に請求項１〜１６のいずれかに記載の偏光変換分離素子が配置されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項２１】
前記導光体の光出射面からの出射光の分布ピーク光が該光出射面の法線の方向に対して５０〜７５度の角度をなすことを特徴とする、請求項２０に記載の面光源装置。
【請求項２２】
前記偏光変換分離素子上に光偏向素子が配置されており、該光偏向素子は前記導光体の光入射端面に沿った方向に延びた複数のプリズム列を互いに並列に配置してなるプリズムシートであることを特徴とする、請求項２０〜２１のいずれかに記載の面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに直交する偏光方向をもつ２つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を他方の偏光成分と同一の偏光成分に変換し、該他方の偏光成分を出射させることで、高い透過率で所要の方向に偏光を出射させる薄型の偏光変換分離素子に関するものであり、更にはその製造方法及びそれを用いた面光源装置に関するものである。本発明の偏光変換分離素子を用いた面光源装置は、大型で薄型の液晶表示装置のためのバックライト部として好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、カラー液晶表示装置は、携帯用ノートパソコンや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、携帯電話機、携帯情報端末等の表示部として、種々の分野で広く使用されてきている。また、情報処理量の増大化、ニーズの多様化、マルチメディア対応等に伴って、液晶表示装置の大画面化、高精細化が盛んに進められている。
【０００３】
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。バックライト部としては、液晶表示素子部の直下に光源を配置した直下方式のものや導光体の側端面に対向するように光源を配置したエッジライト方式のものがあり、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式のものが多用されている。
【０００４】
ところで、従来のバックライト部から出射される光は、偏光方向が不揃いの光の集合（即ち非偏光）であったため、液晶表示素子部の入射側に配置される偏光板によって、約半分が吸収され無駄になっていた。
【０００５】
この問題の解決策として、特表平９−５０６９８４号公報（特許文献１）に開示されているように、バックライト部の出射面に、光の互いに直交する２つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射する作用を持つ偏光分離素子を設置する方法が用いられる。液晶表示素子部の入射側に設けた偏光板の偏光透過方向と、偏光分離素子の偏光透過方向とを一致させることによって、これまで偏光板で吸収されて無駄になっていた偏光成分が、偏光分離素子で反射され、バックライト部に戻される。このバックライト部に戻された光は、導光体の裏面等で反射され、再び偏光分離素子に入射する。また、バックライト部に戻された光は、導光体中で反射を繰り返す間に偏光状態が変化し、偏光分離素子に再び入射した光の一部は偏光分離素子を通過し、それ以外の光は再び反射される。このように、偏光分離素子とバックライト部とを往復する間に光量の損失がなければ、全ての光がいずれは、偏光分離素子を通過し、これまでのように液晶表示素子部の偏光板で吸収される光はなくなるはずである。
【０００６】
しかし、実際には、偏光分離素子で反射された光がバックライト部で反射するたびに光の損失が起こるため、理論通りには輝度が向上しなかった。そこで、バックライト部で反射した光が偏光分離素子に再び入射する割合を高めるために、導光体の裏面に正反射シートを使用することが、特開平１１−３５２４７９号公報（特許文献２）に提案されている。また、バックライト部で反射することによる偏光状態の変化をより大きくするために、導光体の裏面にプリズム列を設け、このプリズム列を偏光分離素子の偏光透過面に対して斜め方向に延びるように形成することが、特開平１１−１４２８４９号公報（特許文献３）に開示されている。
【０００７】
一方、出射光の偏光成分を増加させる液晶表示装置用面光源装置として、複数の導光体シートの積層体からなる導光体ユニット本体において、ブリュースター角に関連する角度傾斜を有する溝を形成し更に導光体ユニット本体に複数の導光体膜を形成し、該導光体膜に更に光の偏光方向を変化させる旋光性フィルムを配置してなるものが、特開平１１−１５３７９６号公報（特許文献４）に開示されている。
【特許文献１】特表平９−５０６９８４号公報
【特許文献２】特開平１１−３５２４７９号公報
【特許文献３】特開平１１−１４２８４９号公報
【特許文献４】特開平１１−１５３７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の従来の偏光分離素子を使用する方法では、偏光分離素子とバックライト部との間での反射による損失を十分に小さくすることはできず、偏光分離素子の利用による輝度の向上効果は十分とはいえなかった。
【０００９】
また、上記の従来の出射光の偏光成分を増加させる液晶表示装置用面光源装置は、導光体の製作に関して精密な溝加工を必要とし、製造が容易ではないという難点があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的の１つは、互いに直交する偏光方向をもつ２つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を他方の偏光成分と同一の偏光成分に効率よく変換し、もって高い透過率で所要の方向に偏光を出射させることの可能な偏光変換分離素子を提供することにある。
【００１１】
更に、本発明の目的の他の１つは、そのような偏光変換分離素子を用いて、導光体の構成が簡易で製作容易な、薄型で輝度の極めて高い面光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、
複数の薄膜を積層してなり且つ前記薄膜は互いに隣接するもの同士の屈折率差が０．０５以上である薄膜積層体と、該薄膜積層体に隣接して配置された光学活性層とを備えることを特徴とする偏光変換分離素子、
が提供される。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記光学活性層は前記薄膜積層体に接合されている。本発明の一態様においては、前記薄膜の各々の厚さは、当該薄膜内での使用光の波長をλとして、（０．７〜１．３）λ／４の範囲内にある。本発明の一態様においては、前記薄膜の厚さは０．１〜１００μｍの範囲内にある。本発明の一態様においては、前記薄膜積層体を構成する薄膜のうちの一種が屈折率１．４８以下の低屈折率薄膜であり、前記薄膜積層体を構成する薄膜のうちの他の一種が屈折率１．５以上の高屈折率薄膜である。本発明の一態様においては、前記低屈折率薄膜はフッ素原子を含有する単量体を用いて得られる（共）重合体からなる。本発明の一態様においては、前記低屈折率膜は、単量体としてフッ素原子を含有するオレフィン、メタクリレート、アクリレート、エステルまたはエーテルを用いて得られる（共）重合体からなる。本発明の一態様においては、前記高屈折率薄膜はフェニル基を含有する単量体を用いて得られる（共）重合体からなる。本発明の一態様においては、前記高屈折率膜は、単量体としてベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、フェニルエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ビニルベンゾエート、オルトクロロスチレン、パラフルオロスチレンまたはパライソプロピルスチレンを用いて得られる（共）重合体、ポリスチレン、またはポリカーボネートからなる。本発明の一態様においては、前記薄膜積層体を構成する薄膜の少なくとも１つは活性エネルギー線硬化性樹脂からなる。本発明の一態様においては、前記活性エネルギー線硬化性樹脂はフッ素を含有するものである。本発明の一態様においては、前記活性エネルギー線硬化性樹脂はフェニル基及び塩素のうちの少なくとも一方を含有するものである。本発明の一態様においては、前記光学活性層はコレステリック液晶層である。本発明の一態様においては、前記光学活性層は光学異性を有する非晶性高分子化合物からなる。本発明の一態様においては、前記光学活性層は生物により合成された物質からなる。本発明の一態様においては、前記光学活性層はポリ乳酸またはポリエステル系縮重合体である。
【００１４】
また、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、
上記の偏光変換分離素子を製造する方法であって、前記薄膜積層体を、前記薄膜を溶媒キャスト法、流延法またはスピンコート法により順次積層することで形成することを特徴とする、偏光変換分離素子の製造方法、
及び、
上記の偏光変換分離素子を製造する方法であって、前記薄膜積層体を、前記薄膜を複合押し出ししたものを延伸することで形成することを特徴とする、偏光変換分離素子の製造方法、
が提供される。
【００１５】
本発明の一態様においては、前記薄膜積層体を形成した後に、該薄膜積層体に対して８０℃以上の温度で熱処理を施す。
【００１６】
また、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板状の導光体とを備えており、該導光体の光出射面は平均傾斜角０．５〜２０度の粗面とされており、前記光出射面上に上記の偏光変換分離素子が配置されていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
【００１７】
本発明の一態様においては、前記導光体の光出射面からの出射光の分布ピーク光が該光出射面の法線の方向に対して５０〜７５度の角度をなす。本発明の一態様においては、前記偏光変換分離素子上に光偏向素子が配置されており、該光偏向素子は前記導光体の光入射端面に沿った方向に延びた複数のプリズム列を互いに並列に配置してなるプリズムシートである。
【発明の効果】
【００１８】
以上のような本発明の偏光変換分離素子においては、屈折率差が０．０５以上である薄膜同士を互いに隣接させて積層してなる薄膜積層体と、該薄膜積層体に隣接して配置された光学活性層とを組み合わせているので、薄膜積層体において互いに直交する偏光方向をもつ２つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を反射させて光学活性層を介して導光体へと導き、ここで反射させ更に光学活性層を介して薄膜積層体に再入射させることで、他方の偏光成分と同一の偏光成分に効率よく変換することができ、高い透過率で所要の方向に偏光を出射させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明によれば、そのような偏光変換分離素子を用いることで、導光体の構成が簡易で製作容易な、薄型で輝度の極めて高い面光源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、本発明による偏光変換分離素子を用いたエッジライト方式の面光源装置の一つの実施形態を示す模式的部分斜視図である。
【００２２】
図示されているように、本実施形態の面光源装置は、１つの側端面を光入射端面４１とし、これと略直交する２つの主面のうちの一方を光出射面４２とし他方を裏面４３とする導光体４と、この導光体４の光入射端面４１に対向して配置された一次光源２と、導光体４の光出射面４２上に配置された偏光変換分離素子６と、該偏光変換分離素子６上に配置され且つ入光面８１と出光面８２とを有する光偏向素子８とを備えている。
【００２３】
一次光源２としては、Ｙ方向に延在する線状光源を用いることができる。線状一次光源２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、一次光源２としては、線状光源に限定されることなく、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲンランプ、メタハロランプ等のような点状光源を使用することもでき、特に複数の点状光源を線状に配列したものであってもよい。また、一次光源２は、図１に示したように導光体４の一方の側端面（光入射端面）４１に対向するようにして設置する場合だけでなく、必要に応じて側端面４１とは反対側の側端面にも対向配置することができる。尚、図示はされていないが、一次光源２には、それから発せられる光を導光体４の光入射端面４１へと効率よく入射させるために、リフレクタを付設することができる。
【００２４】
導光体４は、ＸＹ面と平行に配置されており、全体として矩形板状をなしている。導光体４は４つの側端面を有しており、そのうちＹＺ面と略平行な１対の側端面のうちの少なくとも１つの側端面を光入射端面４１とする。光入射端面４１は一次光源２と対向して配置されており、一次光源２から発せられた光は光入射端面４１に入射し導光体４内へと導入される。
【００２５】
導光体４の光入射端面４１に略直交した２つの主面は、それぞれＸＹ面と略平行に位置しており、いずれか一方の面（図では上面）が光出射面４２とされる。この光出射面４２またはその反対側の裏面４３のうちの少なくとも一方の面に粗面からなる指向性光出射機能部や、プリズム列、レンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等の多数のレンズ列を光入射端面４１と略平行に形成したレンズ面からなる指向性光出射機能部などを付与することによって、光入射端面４１から導入された光を導光体４中を導光させながら光出射面４２から、光入射端面４１および光出射面４２の双方に直交する面（ＸＺ面）内の出射光分布において指向性のある光を出射させる。このＸＺ面内における出射光分布のピークの方向が光出射面４２となす角度をａとすると、この角度ａは１５〜４０度とすることが好ましく、出射光分布の半値全幅は１０〜４０度とすることが好ましい。
【００２６】
導光体４の主面に形成する粗面やレンズ列は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．５〜２０度の範囲のものとすることが、光出射面４２内での輝度の均斉度の向上を図る点から好ましい。平均傾斜角θａは、さらに好ましくは１〜１２度の範囲であり、より好ましくは１．５〜１１度の範囲である。この平均傾斜角θａは、導光体４の厚さ（ｔ）と入射光が伝搬する方向（Ｘ方向）の長さ（Ｌ）との比（Ｌ／ｔ）によって最適範囲が設定されることが好ましい。すなわち、導光体４としてＬ／ｔが２０〜２００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．５〜７．５度とすることが好ましく、さらに好ましくは１〜５度の範囲であり、より好ましくは１．５〜４度の範囲である。また、導光体４としてＬ／ｔが２０以下程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを７〜１２度とすることが好ましく、さらに好ましくは８〜１１度の範囲である。
【００２７】
導光体４に形成される粗面の平均傾斜角θａ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（１）式および（２）式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、Δａは平均傾斜角θａの正接である。
【００２８】
Δａ＝（１／Ｌ）∫0L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ  ・・・  （１）
θａ＝ｔａｎ-1（Δａ）  ・・・  （２）
さらに、導光体４としては、その光出射率が０．５〜５％の範囲にあるものが好ましく、より好ましくは１〜３％の範囲である。これは、光出射率が０．５％より小さくなると導光体４から出射する光量が少なくなり十分な輝度が得られなくなる傾向にあり、光出射率が５％より大きくなると一次光源２の近傍で多量の光が出射して、光出射面４２内でのＸ方向における光の減衰が著しくなり、光出射面４２での輝度の均斉度が低下する傾向にあるためである。このように導光体４の光出射率を０．５〜５％とすることにより、光出射面から出射する光の出射光分布（ＸＺ面内）におけるピーク光の角度（ピーク角度）が光出射面の法線に対し５０〜７５度の範囲にあり、出射光分布（ＸＺ面内）の半値全幅が１０〜４０度であるような指向性の高い出射特性の光を導光体４から出射させることができる。
【００２９】
本発明において、導光体４からの光出射率は次のように定義される。光出射面４２の光入射端面４１側の端縁での出射光の光強度（Ｉ0）と光入射端面４１側の端縁から距離Ｌの位置での出射光強度（Ｉ）との関係は、導光体４の厚さ（Ｚ方向寸法）をｔとすると、次の（３）式のような関係を満足する。
【００３０】
Ｉ＝Ｉ0・［α／１００］（１−［α／１００］）L/t  ・・・  （３）
ここで、定数αが光出射率（％単位）であり、光出射面４２における光入射端面４１と直交するＸ方向での単位長さ（導光体厚さｔに相当する長さ）当たりの導光体４から光が出射する割合である。この光出射率αは、縦軸に光出射面４２からの出射光の光強度の対数をとり横軸に（Ｌ／ｔ）をとり、これらの関係をプロットすることで、その勾配から求めることができる。
【００３１】
また、導光体４の指向性光出射機能部が付与されていない他の主面である裏面４３には、導光体４からの出射光の一次光源２と平行な面（ＹＺ面）での指向性を制御するために、光入射端面４１に対して略垂直の方向（Ｘ方向）に延びる多数のレンズ列を配列したレンズ面を形成することが好ましい。図１に示した実施形態においては、光出射面４２に粗面を形成し、裏面４３に光入射端面４１に対して略垂直方向（Ｘ方向）に延びる多数のレンズ列４３ａの配列からなるレンズ面を形成している。本発明においては、図１に示した形態とは逆に、光出射面４２にレンズ面を形成し、裏面４３を粗面とするものであってもよい。
【００３２】
図１に示したように、導光体４の裏面４３あるいは光出射面４２にレンズ列を形成する場合、そのレンズ列としては略Ｘ方向に延びたプリズム列、レンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等が挙げられるが、ＹＺ断面の形状が略三角形状のプリズム列とすることが好ましい。
【００３３】
本発明において、導光体４に形成されるレンズ列としてプリズム列を形成する場合には、その頂角を７０〜１５０度の範囲とすることが好ましい。これは、頂角をこの範囲とすることによって導光体４からの出射光を十分集光することができ、面光源装置の輝度の十分な向上を図ることができるためである。すなわち、プリズム頂角をこの範囲内とすることによって、出射光分布（ＸＺ面内）におけるピーク光を含みＸＺ面に垂直な面において出射光分布の半値全幅が３５〜６５度である集光された出射光を出射させることができ、面光源装置の輝度を向上させることができる。なお、プリズム列を光出射面４２に形成する場合には、頂角は８０〜１００度の範囲とすることが好ましく、プリズム列を裏面４３に形成する場合には、頂角は７０〜８０度または１００〜１５０度の範囲とすることが好ましい。
【００３４】
なお、本発明では、上記のような光出射面４２またはその裏面４３に光出射機能部を形成する代わりにあるいはこれと併用して、導光体内部に光拡散性微粒子を混入分散することで指向性光出射機能を付与したものでもよい。また、導光体４としては、図１に示したようにＸＺ断面の形状が光入射端面４１から遠ざかるにつれて次第に厚さが薄くなるくさび形状に限定されるものではなく、ＸＺ断面の形状が矩形状であってもよい。また、図１に示されるような面光源装置を、ＹＺ面に関してそれと対称的なもう１つの面光源装置と組み合わせて一体化することで、上記のような導光体４の互いに反対側の２つの側端面４１に対向して一次光源２を配置した構成とすることができる。その場合、一体化された導光体の形状は、Ｘ方向に関して中央が薄く且つ両端が厚い形態となる。
【００３５】
尚、図示はされていないが、導光体４の裏面４３に対向して光反射体を配置するのが好ましい。このような光反射体としては、たとえば合成樹脂シートの表面に金属反射膜を形成したものが例示される。
【００３６】
偏光変換分離素子６は、フィルム状基材６ａと、薄膜積層体６ｂと、光学活性層６ｃとからなる。フィルム状基材６ａは、薄膜積層体６ｂ及びこれに接合された光学活性層６ｃを支持するものであり、適度の機械的強度と透光性とを有するものであればよい。
【００３７】
薄膜積層体６ｂは、フィルム状基材６ａの下面上に形成されており、複数の第１種の薄膜６ｂ１と複数の第２種の薄膜６ｂ２とからなる。第１種の薄膜６ｂ１と第２種の薄膜６ｂ２とは交互に積層されている。第１種の薄膜６ｂ１は、第１の屈折率ｎ１をもつ第１の材質からなり、厚さがｔ１である。第２種の薄膜６ｂ２は、第２の屈折率ｎ２（＞ｎ１）をもつ第２の材質からなり、厚さがｔ２である。便宜上、第１種の薄膜を低屈折率薄膜と呼び、第２種の薄膜を高屈折率薄膜と呼ぶ。屈折率ｎ２は屈折率ｎ１より０．０５以上、好ましくは０．１以上、更に好ましくは０．１５以上高い。屈折率ｎ２と屈折率ｎ１との差が小さすぎると、後述の偏光変換の機能が低下し、また所要の光透過性能を得るのに要する薄膜の数が多くなりすぎる傾向にある。屈折率ｎ１と屈折率ｎ２との差の上限は、実際に積層し得る低屈折率薄膜６ａ１と高屈折率薄膜６ｂ２との組み合わせにより自ずと決まるが、たとえば、０．３更には０．２５である。低屈折率薄膜の厚さｔ１及び高屈折率薄膜の厚さｔ２は、使用光の各薄膜内での波長λに応じて、（０．７〜１．３）λ／４の範囲内となるように設定するのが好ましく、更に好ましくは薄膜の厚さｔ１，ｔ２は（０．９〜１．１）λ／４の範囲内となるように設定される。白色光を用いる場合には、ＲＧＢの３原色のそれぞれに合わせた３種類の積層体を用いるのが好ましい。
【００３８】
この薄膜積層体６ｂを構成する低屈折率薄膜６ｂ１と高屈折率薄膜６ｂ２との組は、入射した互いに偏光方向が直交する２つの偏光成分のうちの一方の偏光成分を効率よく他方の偏光成分に変換し、入射したもともとの他方の偏光成分と共に、透過させる。このような低屈折率薄膜６ｂ１と高屈折率薄膜６ｂ２との組の数を増加させることで、薄膜積層体６ｂへと到来する光を一層高い効率で透過させることが可能となる。この点から、好ましくは、低屈折率薄膜６ｂ１と高屈折率薄膜６ｂ２との組の数は、３（即ち薄膜の数６）以上好ましくは５（即ち薄膜の数１０）以上である。但し、この低屈折率薄膜６ｂ１と高屈折率薄膜６ｂ２との組の数は、多すぎると製造コストが上昇するので、適宜の上限値たとえば１０（即ち薄膜の数２０）以下とするのが好ましい。尚、このような薄膜積層体６ｂの作用の効率は、薄膜の厚さｔ１，ｔ２を上記のようなλ／４に近い値とすることで、高めることができる。
【００３９】
薄膜積層体６ｂの厚さは、たとえば０．１〜１００μｍの範囲内にあるのが好ましい。厚さが薄すぎると、所要の光透過性能を得るのが困難になったり、薄膜形成の安定性が損なわれたりする。また、厚さが厚すぎると、薄膜内部にて光が薄膜表面に沿った方向に導光されやすくなり、光の損失が大きくなる。
【００４０】
低屈折率薄膜６ｂ１は、屈折率がたとえば１．４８以下の誘電体膜である。このような低屈折率薄膜としては、フッ素原子を含有する単量体を用いて（共）重合して得られる（共）重合体からなるものを挙げることができる。
【００４１】
ここで使用されるフッ素原子を含有する単量体としては、以下のオレフィン、メタクリレート、アクリレート、エステル及びエーテルを挙げることができる。
【００４２】
オレフィン：
（パーフルオロブチル）エチレン
（パーフルオロヘキチル）エチレン
（パーフルオロオクチル）エチレン
（パーフルオロデシル）エチレン
１−メトキシ−（パーフルオロ−２−メチル−１−プロペン）
１，４−ジビニルオクタフルオロブタン
１，６−ジビニルドデカフルオロヘキサン
１，８−ジビニルヘキサデカフルオロオクタン
メタクリレート：
２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート
２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート
２−（パーフルオロブチル）エチルメタクリレート
２−（パーフルオロヘキシル）エチルメタクリレート
２−（パーフルオロオクチル）エチルメタクリレート
２−（パーフルオロデシル）エチルメタクリレート
２−（パーフルオロ−３−メチルブチル）エチルメタクリレート
３−（パーフルオロ−３−メチルブチル）−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート
２−（パーフルオロ−５−メチルヘキシル）エチルメタクリレート
３−（パーフルオロ−５−メチルヘキシル）−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート
２−（パーフルオロ−７−メチルオクチル）エチルメタクリレート
３−（パーフルオロ−７−メチルオクチル）−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート
２−（パーフルオロ−９−メチルデシル）エチルメタクリレート
３−（パーフルオロ−８−メチルデシル）−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート
２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート
１Ｈ，１Ｈ，５Ｈ−オクタフルオロペンチルメタクリレート
１Ｈ，１Ｈ，７Ｈ−ドデカフルオロヘプチルメタクリレート
１Ｈ，１Ｈ，９Ｈ−ヘキサデカフルオロノニルメタクリレート
１Ｈ，１Ｈ，１１Ｈ−イコサフルオロウンデシルメタクリレート
２，２，２−トリフルオロ−１−トリフルオロメチルエチルメタクリレート
２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート
アクリレート：
２，２，２−トリフルオロエチルアクリレート
２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルアクリレート
２−（パーフルオロブチル）エチルアクリレート
３−パーフルオロブチル−２−ヒドロキシプロピルアクリレート
２−（パーフルオロヘキシル）エチルアクリレート
３−パーフルオロヘキシル−２−ヒドロキシプロピルアクリレート
２−（パーフルオロオクチル）エチルアクリレート
３−パーフルオロオクチル−２−ヒドロキシプロピルアクリレート
２−（パーフルオロデシル）エチルアクリレート
２−（パーフルオロ−３−メチルブチル）エチルアクリレート
３−（パーフルオロ−３−メチルブチル）−２−ヒドロキシプロピルアクリレート
２−（パーフルオロ−５−メチルヘキシル）エチルアクリレート
２−（パーフルオロ−９−メチルオクチル）エチルアクリレート
２−（パーフルオロ−９−メチルデシル）エチルアクリレート
２，２，３，３−テトラフルオロプロピルアクリレート
１Ｈ，１Ｈ，５Ｈ−オクタフルオロペンチルアクリレート
１Ｈ，１Ｈ，７Ｈ−ドデカフルオロヘプチルアクリレート
１Ｈ，１Ｈ，９Ｈ−ヘキサデカフルオロノニルアクリレート
１Ｈ，１Ｈ，１１Ｈ−イコサフルオロウンデシルアクリレート
２，２，２−トリフルオロ−１−トリフルオロメチルエチルアクリレート
２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルアクリレート
エステル：
メチルパーフルオロプロピオネート
エチルパーフルオロプロピオネート
メチルパーフルオロブチレート
エチルパーフルオロブチレート
メチルパーフルオロオクタノエート
エチルパーフルオロオクタノオート
メチルパーフルオロアセテート
エチルパーフルオロアセテート
エチル５Ｈ−オクタフルオロペンタノエート
エチル７Ｈ−ドデカフルオロヘプタノエート
エチル９Ｈ−ヘキサデカフルオロノナノエート
エチル１１Ｈ−イコサフルオロウンデカノエート
エーテル：
２，２，２−トリフルオロエチルメチルエーテル
２，２，２−トリフルオロエチルジフルオロメチルエーテル
２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメチルエーテル
２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル
２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピル１，１，２，２−テトラフルオロエチルエーテル
上記高屈折率薄膜６ｂ２は、屈折率がたとえば１．５以上の誘電体膜である。このような高屈折率薄膜としては、フェニル基を含有する単量体を用いて（共）重合して得られる（共）重合体からなるものを挙げることができる。ここで使用されるフェニル基を含有する単量体としては、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、フェニルエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ビニルベンゾエート、オルトクロロスチレン、パラフルオロスチレン及びパライソプロピルスチレンを挙げることができる。また、高屈折率薄膜としては、ポリスチレンまたはポリカーボネートを使用することができる。
【００４３】
薄膜積層体６ｂを構成する薄膜としては、活性エネルギー線硬化性樹脂からなるものを使用することも可能である。活性エネルギー線硬化性樹脂としては、紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂が挙げられる。薄膜積層体６ｂを構成する低屈折率薄膜を活性エネルギー線硬化性樹脂から構成する場合には、屈折率を１．４８以下とするために活性エネルギー線硬化性樹脂としてフッ素を含有するものを使用するのが好ましい。このような、活性エネルギー線硬化性樹脂としては、式Ｒ1−Ｃ（ＣＨ2）ＣＯＯＨ［ここで、Ｒ1はＨ，ＣＨ3，Ｆ，ＣＦ3］で表される酸と、式Ｒ2−ＯＨで表されるアルコールである３−パーフルオロブチル−２−プロペン−１−オール、３−パーフルオロヘキシル−２−プロペン−１−オール、３−パーフルオロオクチル−２−プロペン−１−オールとをエステル化反応させて得られる式Ｒ1−Ｃ（ＣＨ2）ＣＯＯ−Ｒ2で表される２官能モノマーを用いて重合して得られる重合体からなるものを挙げることができる。薄膜積層体６ｂを構成する高屈折率薄膜を活性エネルギー線硬化性樹脂から構成する場合には、屈折率を１．５以上とするために活性エネルギー線硬化性樹脂としてフェニル基及び塩素のうちの少なくとも一方を含有するものを使用するのが好ましい。このような、活性エネルギー線硬化性樹脂としては、フェニル基含有のものでは、アルキレンオキサイド付加物のジ（メタ）アクリレート、たとえばビスフェノールＡの（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）付加物ジメタクリレート、ビスフェノールＡの（ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）付加物ジメタクリレートや、トリメチロールプロパンアクリル酸安息香酸エステルや、ウレタンアクリレート、たとえばフェニルグリシジルエーテルアクリレート・トリレンジイソシアネートウレタンプレポリマー、フェニルグリシジルエーテルアクリレート・イソホロンジイソシアネートウレタンプレポリマー、フェニルグリシジルエーテルアクリレート・ヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマーなどの２官能モノマーを用いて重合して得られる重合体からなるものを挙げることができる。また、活性エネルギー線硬化性樹脂としては、塩素含有のものでは、１，３−ブタンジオールジ（メチル−α−クロロアクリレート）を用いて重合して得られる重合体からなるものを挙げることができる。
【００４４】
尚、薄膜積層体６ｂを構成する複数の薄膜は、互いに隣接するもの同士の屈折率差が０．０５以上であれば、３種以上からなるものでもよい。
【００４５】
光学活性層６ｃは、透過する光に対する偏光方向（偏光面）回転の作用をなす。上記薄膜積層体６ｂの各薄膜により反射される偏光成分（ｓ偏光成分）が光学活性層６ｃへと入射すると、その偏光方向（偏光面の方向）が回転せしめられる。かくして偏光面回転を受けた光は導光体４に再入射し反射せしめられて再び光学活性層６ｃへと到達し、ここを通過する際に再び偏光面回転を受け、薄膜積層体６ｂへと再入射する。この再入射の際には、透過する偏光成分（ｐ偏光成分）をも含むものとなっており、以上のような反射及び透過を繰り返すことで、薄膜積層体６ｂを出射してフィルム状基材６ａを透過する偏光の光量を増大させることができる。
【００４６】
以下に、図２を参照して偏光変換分離素子６による偏光変換の機能につき説明する。図２には、ＸＺ面内において、導光体４の光出射面４２からの出射光の分布ピークの方向の光（ピーク光）の進行が示されている。光出射面４２から出射するピーク光は光出射面４２となす角度がａであり、この光は、光学活性層６ｃに入射角θ１をもって入射し、該光学活性層６ｃ中を進行して、薄膜積層体６ｂの高屈折率薄膜６ｂ２に入射角θ２をもって入射し、該高屈折率薄膜６ｂ２中を進行して、その一部が薄膜積層体６ｂの低屈折率薄膜６ｂ１に入射角θ３をもって入射し、該低屈折率薄膜６ｂ１中を進行して、その一部が更に上の高屈折率薄膜６ｂ２に入射角θ４をもって入射し、以下同様に高屈折率薄膜６ｂ２及び低屈折率薄膜６ｂ１中を進行する。そして、この光の一部は、最も上の低屈折率薄膜６ｂ１からフィルム状基材６ａの下面へと入射し、該フィルム状基材６ａ中を進行して、その上面から出射角θ１で出射する。
【００４７】
上記のように角度ａは１５〜４０度であり、即ち入射角θ１は５０〜７５度である。ここで、たとえば入射角θ１が７０度であるとした場合、低屈折率薄膜６ｂ１への入射角θ３及び高屈折率薄膜６ｂ２への入射角θ４は約３５〜４５度となる。一方、低屈折率薄膜６ｂ１の屈折率ｎ１と高屈折率薄膜６ｂ２の屈折率ｎ２との差が０．１〜０．３の場合には、これらの膜界面への入射の際の偏光角（ブリュースター角）は約４０〜４９度となる。このように、低屈折率薄膜６ｂ１及び高屈折率薄膜６ｂ２への入射角は偏光角に近いものとなり、この界面でのｐ偏光とｓ偏光との分離効率が良好である。
【００４８】
低屈折率薄膜６ｂ１と高屈折率薄膜６ｂ２との界面で反射されたｓ偏光成分は、やがて光学活性層６ｃへと至り、ここで偏光面回転の作用を受けて、導光体４の方へと戻される。この偏光面回転を受けた導光体４に再入射した光は、導光体の種々の部分で反射せしめられて再び光学活性層６ｃへと到達し、ここを通過する際に再び偏光面回転を受ける。従って、薄膜積層体６ｂへと再入射する光は、透過偏光成分であるｐ偏光成分をも含むものとなっている。このｐ偏光成分は、上記のようにして、偏光変換分離素子６を透過する。
【００４９】
以上のような旋光性をもつ光学活性層６ｃとしては、コレステリック液晶からなるものや、光学異性を有する非晶性高分子化合物たとえばポリ乳酸またはポリエステル系縮重合体からなるものを使用することができる。また、光学活性層６ｃは生物により合成された物質からなるものを使用することができる。このような物質としては、たとえば、生分解性プラスチックとして知られているポリ（３−ヒドロキシブチレート−ｃｏ−ヒドロキシヘキサノエート）［重量平均分子量：約３０万〜約９０万、融点：１００〜１６０℃］を使用することができる。このように生物により合成された物質は、純度が高く旋光性に優れた光学異性体を安価に得ることができることから好ましい。
【００５０】
図３は、光偏向素子８のプリズム列のＸＺ断面の形状及び作用の説明図である。光偏向素子８は、主表面の一方を入光面８１とし他方の面を出光面８２とし、入光面８１には多数のプリズム列が略並列に配列され、各プリズム列は一次光源側に位置する第１のプリズム面８４と一次光源から遠い側に位置する第２のプリズム面８５との２つのプリズム面から構成されている。図３に示した実施形態においては、第１のプリズム面８４及び第２のプリズム面８５が、共に平面である。プリズム列の頂角（α＋β）は、３５°〜８０°であることが好ましく、より好ましくは３５°〜７５°、さらに好ましくは４０°〜７０°の範囲である。この範囲であれば、光偏向素子８から出射する光の最も強度が強くなる方向（ピーク光の方向）を偏光変換分離素子６の法線方向とほぼ一致させることができ、この方向に集中して偏光を出射させることができる。プリズム列の配列ピッチＰは、たとえば１０〜６０μｍである。本発明においては、光偏向素子８として、上記のように入光面８１に多数のプリズム列を形成したものが特に好ましいが、出光面８２に多数のプリズム列を略並列に形成したものであってもよい。
【００５１】
本発明の導光体４および光偏向素子８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４及び光偏向素子８の粗面又はプリズム列又はレンチキュラーレンズ列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。
【００５２】
以上のような構成を有する面光源装置の発光面（光偏向素子８の出光面８２）上に、液晶表示素子を配置することにより、本発明の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。
【００５３】
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。
【００５４】
以上のような本発明の面光源装置においては、一次光源２から発せられ導光体４を経て出射される光を偏光変換分離素子６により効率よく特定の偏光成分に変換した上で、液晶表示素子へと入射させることができるので、この出射偏光成分の偏光方向が液晶表示素子の入射側偏光板を透過する偏光成分の偏光方向と合致するような配置とすることで、液晶表示装置の光の利用効率を著しく向上させることができる。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。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例によって本発明を説明する。
【００５６】
上記図１〜図２に関し説明した偏光変換分離素子６を製造した。ここで、低屈折率薄膜６ｂ１は、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレートを重合させることで形成した。この重合体は、屈折率が１．４１で、ガラス転移点が８０℃であった。また、高屈折率薄膜６ｂ２は、ベンジルメタクリレートを重合させることで形成した。この重合体は、屈折率が、１．５７で、ガラス転移点が７０℃であった。これらの薄膜をシート状基材６ａ上に、スピンコーターを用いて、交互に合計１０層（各層の厚さ０．８μｍ）となるように積層した。これにより得られた薄膜積層体６ｂ上に、スピンコーターを用いてポリ乳酸を約２０μｍの厚さに塗布することで、光学活性層６ｃを形成した。
【００５７】
以上のようにして得られた偏光変換分離素子６を、上記図１〜図２に関し説明した一次光源２、導光体４（ＸＺ面内における光出射面４２からのピーク出射光の出射角度７０度）及び光偏向素子８と組み合わせて面光源装置を作製し、その上に液晶表示素子を配置して液晶表示装置を作製した。
【００５８】
一次光源２を点灯させて、液晶表示素子の正面輝度を測定したところ、偏光変換分離素子６を使用しないものに比べて、正面輝度が約２０％向上していた。
【００５９】
尚、偏光変換分離素子の薄膜積層体６ｂにおいて、低屈折率薄膜６ｂ１へのピーク光入射角は４０．４度であり、高屈折率薄膜６ｂ２へのピーク光入射角は３７度であり、偏光角は４１．９度であった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による偏光変換分離素子を用いた面光源装置の一つの実施形態を示す模式的部分斜視図である。
【図２】偏光変換分離素子による偏光変換の機能の説明図である。
【図３】光偏向素子のプリズム列のＸＺ断面の形状及び作用の説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
２  発明一次光源
４  導光体
４１  光入射端面
４２  光出射面
４３  裏面
６  偏光変換分離素子
６ａ  フィルム状基材
６ｂ  薄膜積層体
６ｂ１  低屈折率薄膜
６ｂ２  高屈折率薄膜
６ｃ  光学活性層
８  光偏向素子
８１  入光面
８２  出光面
８４  第１のプリズム面
８５  第２のプリズム面
【図１】
2006106592.tif 000003
【図２】
2006106592.tif 000004
【図３】
2006106592.tif 000005