導光板および面光源装置
【課題】偏光分離効率を向上させつつ、導光板の端面に光源を配置させた場合であっても輝度ムラを抑制させる手段を提供する。
【解決手段】導光板１は、光源１１から照射される光を側面である入射面３０ａから内部に導入する導光層３０と；入射面に平行に伸延しかつ入射面に垂直に配列した複屈折性を有する複数の第１ファイバ４１、および、第１ファイバを保持し第１ファイバの常光線屈折率または異常光線屈折率と一致する屈折率を備える等方性の第１保持媒体４２を含み、導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層４０と；入射面に垂直に伸延しかつ入射面に平行に配列した複屈折性の複数の第２ファイバ５１、および、第２ファイバの常光線屈折率および異常光線屈折率の少なくとも一方と異なる屈折率を備える等方性の第２保持媒体５２を含み、導光層に積層された光均質化層５０と；を備える。
【解決手段】導光板１は、光源１１から照射される光を側面である入射面３０ａから内部に導入する導光層３０と；入射面に平行に伸延しかつ入射面に垂直に配列した複屈折性を有する複数の第１ファイバ４１、および、第１ファイバを保持し第１ファイバの常光線屈折率または異常光線屈折率と一致する屈折率を備える等方性の第１保持媒体４２を含み、導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層４０と；入射面に垂直に伸延しかつ入射面に平行に配列した複屈折性の複数の第２ファイバ５１、および、第２ファイバの常光線屈折率および異常光線屈折率の少なくとも一方と異なる屈折率を備える等方性の第２保持媒体５２を含み、導光層に積層された光均質化層５０と；を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ等に使用される導光板、およびその導光板を備える面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、ビデオカメラ、液晶テレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）、移動通信端末機などに使われる液晶表示装置は、自体的な発光能力がない受光型表示装置であり、外部から照射された照明光を選択的に透過させることによって画像を表示する。このため、液晶表示装置の背面には光源となるバックライトとして面光源装置が設置される。
【０００３】
液晶表示装置では、面光源装置から出射された光が略透過軸を直交させた一対の偏光板間に液晶層を配置した液晶セルを透過し、この透過光が電気的にＯＮ・ＯＦＦされることで画像表示を実現する。偏光板としては、通常、ヨウ素で着色されて一軸延伸されたポリビニルアルコールフィルムを偏光子として使用し、偏光子の片面または両面に、トリアセチルセルロースフィルム等の保護フィルム、アクリル樹脂等によるコーティング層、またはノルボルネンやポリカーボネート等の位相差フィルムを配置した吸収型偏光板が用いられている。
【０００４】
しかしながら、このような吸収型偏光板は偏光板の透過軸方向の光のみを透過し、残りの成分の光を吸収するという特性を有するため、原理的に光の利用効率（光透過率）が５０％を超えることはなく、さらに、内表面の反射率が４％であることを考慮すると最大でも４６％とするのが限界であった。このため、バックライトの有効活用および輝度向上を図ることは、低消費電力化を達成する上で、液晶表示装置の命題になっている。
【０００５】
これを解決する方法の一つとして、光学反射干渉特性を利用した反射型偏光板が知られている。反射型偏光板は、特定の偏光を反射し、それと逆の性質を示す偏光を透過するものである。具体的には、反射型偏光板を透過した光が直線偏光として偏光板を透過するように軸合わせすることで、透過軸方向の偏光のみを透過させるとともに吸収型偏光板で吸収されていた偏光を反射させて再利用する。これにより、バックライトから発する光の利用効率を向上させることができる。
【０００６】
反射型偏光板の一例が、屈折率等方性層と屈折率異方性層との交互積層フィルムからなる住友スリーエム社製のデュアル輝度上昇フィルム（ＤＢＥＦ）である。しかし、ＤＢＥＦは可視光領域に渡って偏光特性を確保するために全体で数百層ものポリマーフィルムを積層させる必要があり、厳密な制御が必要であるために製造コストが高いという問題がある。
【０００７】
より安価に光利用効率および偏光分離能を向上させる方法として、偏光感応性散乱要素（ＰＳＳＥ）を利用する技術が注目されている。例えば、特許文献１には、ＰＳＳＥにより透過軸と直交方向の偏光成分を後方に散乱させ偏光を分離し、当該後方散乱成分をλ／４板によって偏光状態を反転させて再利用する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、複屈折性を有する繊維からなる複屈折体をＰＳＳＥとして利用した反射型偏光板が開示されている。この方法では、複屈折体の断面方向の屈折率（常光線屈折率）と支持媒体の屈折率とを一致させた層（偏光層Ａ）と、複屈折体の長手方向の屈折率（常光線屈折率）と支持媒体の屈折率とを一致させた層（偏光層Ｂ）とを、複屈折体の配列方向が交差するように積層させることにより、斜めから入射する光や拡散光に対する偏光分離能を向上させる。
【０００９】
さらに、特許文献３には、ＰＳＳＥとしての複屈折ファイバが埋め込まれた等方性の樹脂層を導光板と一体化させることにより、一方の偏光のみを散乱させて外部に放出させ、偏光分離効率を向上させる方法も開示されている。
【００１０】
一方、面光源装置の低消費電力を図る上で、長寿命・省電力効果に優れるＬＥＤを光源として用いたバックライトが主流になりつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−５０２０３６号公報
【特許文献２】特開２００９−０４７８０２号公報
【特許文献３】特開２００６−５１７７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１〜３に記載の方法では、ＬＥＤのような光源を使用した場合に、ＬＥＤ光源の光が線状に表れてムラとなり液晶表示装置などの輝度ムラとなる問題がある。特に、これらの文献では、ＰＳＳＥにより偏光分離効率は向上するものの、ＰＳＳＥによる散乱する光の方向がファイバなどのＰＳＳＥと垂直な方向のみに偏ってしまうため、ＬＥＤ光源を使用した場合には依然として輝度ムラが生じてしまう。
【００１３】
そこで本発明は、偏光分離効率を向上させつつ、導光板の端面に不連続な光源を配置させた場合であっても輝度ムラを抑制させる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは上記課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、ファイバの屈折率および配列方向とファイバを保持する保持媒体の屈折率とが制御された２つの層（偏光分離層および光均質化層）を導光層に積層させることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明の一形態は、側面である入射面から光を内部に導入する導光層と、前記導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を前記導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層と、前記導光層に積層された光均質化層と、を備える導光体である。そして、偏光分離層は、前記入射面に平行に伸延しかつ前記入射面に垂直に配列した複屈折性を有する複数の第１ファイバ、および、前記第１ファイバを保持し前記第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）または異常光線屈折率（ｎｅ１）と一致する屈折率を備える等方性の第１保持媒体を含み、光均質化層は、前記入射面に垂直に伸延しかつ前記入射面に平行に配列した複屈折性の複数の第２ファイバ、および、前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）の少なくとも一方と異なる屈折率を備える等方性の第２保持媒体を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入射面と垂直に伸延した第２ファイバが配列された光均質化層によって、光が面内方向の様々な角度に散乱・拡散されるため、不連続な光源を使用した場合であっても均一な輝度が得られる。さらに、入射面に平行に伸延した第１ファイバが配列された偏光分離層によって高い偏光分離効率で所望の偏光成分だけを選択的に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態である面光源装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】１本のファイバと、屈折率との関係を説明するための図面である。
【図２Ｂ】１本のファイバと、屈折率との関係を説明するための図面である。
【図３】ファイバの断面形状の変形例を示す図である。
【図４】図４（ａ）は図１の面光源装置の右側面図であり、図４（ｂ）は偏光分離層４０に入射するｓ偏光成分の伝播の様子を示す図４（ａ）の拡大図であり、図４（ｃ）は偏光分離層４０に入射するｐ偏光成分の伝播の様子を示す図４（ａ）の拡大図である。
【図５】図１の面光源装置の底面図である。
【図６】第２実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図７】第３実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図８】第４実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図９】第５実施形態である面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図１０】第６実施形態である面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図１１】第７実施形態である面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図１２】実施例１で形成された偏光分離層の断面である。
【図１３】実施例２で作製した面光源装置の導光板の上面（発光面）から射出される光の二次元輝度分布を示す図面である。
【図１４】比較例１で作製した面光源装置の導光板の上面（発光面）から射出される光の二次元輝度分布を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみには制限されない。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１９】
本明細書において、「積層する」という場合、直接的に積層する場合だけでなく、間に他の構成を介して間接的に積層する場合も含みうる。また、層、領域、板などの部材が他の部材の「上に」または「上部に」あるとは、他の部材の「直上に」ある場合だけでなく、その中間にさらに他の部材がある場合をも含む。同様に、層、領域、板などの部材が他の部材の「下に」または「下部に」あるとは、他の部材の「直下に」ある場合だけでなく、その中間にさらに他の部材がある場合をも含む。
【００２０】
本発明の一形態によれば、光源から照射される光を側面である入射面から内部に導入する導光層と；前記入射面に平行に伸延しかつ前記入射面に垂直に配列した複屈折性を有する複数の第１ファイバ、および、前記第１ファイバを保持し前記第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）または異常光線屈折率（ｎｅ１）と一致する屈折率を備える等方性の第１保持媒体を含み、前記導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を前記導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層と；前記入射面に垂直に伸延しかつ前記入射面に平行に配列した複屈折性の複数の第２ファイバ、および、前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）の少なくとも一方と異なる屈折率を備える等方性の第２保持媒体を含み、前記導光層に積層された光均質化層と；を備える、導光板が提供される。
【００２１】
まず、本形態の導光板が適用され得る面光源装置の基本的な構成を、図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態である面光源装置の概略構成を示す斜視図、図２Ａおよび図２Ｂは１本のファイバと、屈折率との関係を説明するための図面、図３はファイバの断面形状の変形例を示す図である。図１に示すように、面光源装置１はエッジライト型の面光源装置として構成され、光源部１０と、光源部１０の光源１１から照射された光のうち所望の偏光成分を出射させる導光板２０と、を備える。本実施形態では、面光源装置１は、紙面の上方に向かって、面発光する。図示は省略しているが、面光源装置１が、液晶ディスプレイに適用される場合、面発光側には、液晶ユニットが配置される。
【００２３】
光源部１０は、面光源装置１に供給するための光を発生するものであり、導光板２０の側方に配置され、複数の光源１１が間欠的に配列されて構成される。図１に示す形態では、光源１１が一次元配列されて光源部１０が構成されているが、光源が二次元配列されていてもよい。光源１１は、例えば、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）で構成されうる。
【００２４】
導光板２０は、略直方体板形状をしており、導光層３０と、導光層３０に積層された偏光分離層４０と、導光層３０に積層された光均質化層５０と、導光層３０に取り付けられた位相差板６０と、反射板７０と、を備える。
【００２５】
導光層３０は、光源１１から照射される光を、側面である入射面３０ａから内部に導入する。導入された光は、導光層３０内を伝播し、偏光分離層４０から所定の偏光成分だけが選択的に取り出される。
【００２６】
導光層３０は、入射光を透過させうる透明材質から構成され、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネート（ＰＣ）のような光学的等方性材料から形成される。
【００２７】
偏光分離層４０は、導光層３０に積層され、導光層３０内の光のうち所望の偏光を導光層２０の一方の主面である発光面３０ｂから導出し、当該偏光と直交する偏光の光を反射させる。偏光分離層の位置は特に限定されないが好ましくは最外層に位置する。
【００２８】
偏光分離層４０は、第１ファイバ４１と第１ファイバ４１を保持する第１保持媒体４２とを含む。
【００２９】
第１ファイバ４１は、導光層３０の入射面３０ａに平行に伸延した形状に形成されている。本明細書において、「入射面に平行に伸延」とは、第１ファイバ４１の伸延方向（長手方向）が完全に入射面３０ａに平行な方向と一致する場合のみならず、入射面３０ａに平行な方向に対して第１ファイバ４１の伸延方向（長手方向）が±４５°傾斜している場合も含む。
【００３０】
偏光分離層４０において、第１ファイバ４１は複数本設けられ、導光層３０の入射面３０ａに垂直な方向に配列されている。
【００３１】
光均質化層５０は、導光層３０に積層され、導光層３０内の光を、面内方向、すなわち、光の伝播方向ａと直交する方向に拡散させて、光の方向を均質化する。
【００３２】
光均質化層５０は、第２ファイバ５１と第２ファイバ５１を保持する第２保持媒体５２とを含む。
【００３３】
第２ファイバ５１は、導光層３０の入射面３０ａに垂直に伸延した形状に形成されている。本明細書において、「入射面に垂直に伸延」とは、第２ファイバ５１の伸延方向（長手方向）が完全に入射面３０ａに垂直な方向と一致する場合のみならず、入射面３０ａに垂直な方向に対して第２ファイバ５１の伸延方向（長手方向）が±４５°傾斜している場合も含む。
【００３４】
光均質化層５０において、第２ファイバ５１は複数本設けられ、導光層３０の入射面３０ａに平行な方向に配列されている。すなわち、第２ファイバ５１は、偏光分離層４０における第１ファイバ４１の配列方向と直交する方向に配列されている。
【００３５】
偏光分離層４０および光均質化層５０に含まれるファイバ（４１、５１）は、長手方向の屈折率である異常光線屈折率（ｎｅ）が大きく、断面方向の屈折率である常光線屈折率（ｎｏ）が小さい複屈折性を有する。ここで、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、１本のファイバ（４１、５１）と、屈折率との関係を説明する。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ファイバ（４１、５１）は、断面方向の屈折率（常光線屈折率、ｎｏ）が長手方向の屈折率（異常光線屈折率、ｎｅ）よりも小さい。
【００３６】
ファイバ（４１、５１）としては複屈折性を有する多様な材料を使用できるが、断面形状の安定性および耐久性に優れ、配向性の制御が容易である点から、ポリマーを延伸することによって製造されるポリマーファイバであることが好ましい。
【００３７】
具体的なポリマーファイバの材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン系繊維、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などのポリビニル系繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）などのアクリル系繊維、ナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６，６（Ｎ６６）、ナイロン４，６（Ｎ４６）、ナイロン６，１０（Ｎ６１０）などの脂肪族ポリアミド系繊維、ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）（ＰＭＰＩＡ）、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＭＰＴＡ）などの芳香族ポリアミド系繊維（アラミド繊維）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ−ε−カプロラクトンなどのポリエステル系繊維、シルク、ウール、蜘蛛の糸などの動物性の繊維、キュプラ、レーヨン系繊維などのセルロース系植物繊維、などが挙げられる。第１ファイバおよび第２ファイバの種類は、後述する屈折率の関係を満たすように選択され、同一種類のものを使用してもよいし、異なる種類のものを使用してもよい。また、場合によっては、偏光分離層４０や光均質化層５０において複数の種類のファイバを使用してもよい。
【００３８】
好ましくは、異常光線屈折率（ｎｅ）と常光線屈折率（ｎｏ）との差（Δｎ）が大きいポリマーファイバを使用することが好ましい。屈折率差が大きいほど、偏光分離層４０の偏光分離効率や光均質化層５０の光拡散効率を向上させることができる。具体的には、Δｎが０．０３以上であり、好ましくは０．０５以上、より好ましくは０．１以上である。
【００３９】
これらのポリマーファイバの常光線屈折率（ｎｏ）および異常光線屈折率（ｎｅ）は、ポリマーを延伸する際の引張速度や引張率、ポリマーの材質、ファイバの太さ（径）や密度を調整することにより制御される。
【００４０】
表１に、代表的な延伸ポリマーファイバの常光線屈折率（ｎｏ）および異常光線屈折率（ｎｅ）を示す。なお、表１の屈折率（ｎｏ、ｎｅ）はファイバを種々の屈折率の液体中に浸漬し、偏光顕微鏡を使用して、ファイバ線が液体と同化して見えなくなる液体を調整し、この液体の屈折率をアタゴ社製デジタルアッベ屈折計 ＤＲ−Ａ１を使用して測定することによりファイバの屈折率を求めた（波長５８９ｎｍ）。偏光の透過軸それぞれについて測定することでｎｏおよびｎｅが測定できる。
【００４１】
【表１】
【００４２】
ファイバ（４１、５１）の太さは特に制限されず、適用するディスプレイの大きさに合わせて、また、所望の屈折率が得られるように制御され、一例をあげると、１〜２００μｍである。ファイバ（４１、５１）の配列間隔も特に制限されず、適用される液晶表示装置の画素ピッチよりも小さくなるように、ディスプレイの大きさに合わせて適宜選択すればよい。ファイバ（４１、５１）の配列間隔は、規則的であってもよいし、不規則であってもよい。また、ファイバ（４１、５１）は一層構造としてもよいし、多層構造としてもよい。
【００４３】
好ましくは、第１ファイバは光源１１から離れるに従って粗から密に配置される。すなわち、偏光分離層４０における第１ファイバ４１の密度が光源１１から離れるに従って連続的または段階的に増加することが好ましい。光源１１から離れるにつれて光量が少なくなるため、光量の少ない光源１１から離れた領域において第１ファイバ４１を密に配置し、光量の多い光源１１の近傍に第１ファイバ４１を粗に配置することにより、導光板の上面（発光面）全体において均質な光を取り出すことができる。
【００４４】
ファイバ（４１、５１）の長さは、ファイバ（４１、５１）を配置する偏光分離層４０や光均質化層５０のサイズに合わせて決定すればよい。ただし、ファイバ（４１、５１）の長さは偏光分離層４０や光均質化層５０の長さ方向にわたって連続的である必要はない。すなわち、一部ファイバ（４１、５１）が分断され、不連続となっている部分が存在してもよい。さらに、一部ファイバ（４１、５１）が重なっている部分が存在してもよい。
【００４５】
ファイバ（４１、５１）は、図１に示すように、断面が円形であってもよいが、円形である必要はなく、他の断面形状を有することもできる。他の断面形状としては、図３に示すように、例えば、三角形、長方形、六角形などの規則的および不規則な多角形、または曲線および直線の辺を組み合わせた断面形状を使用することができる。なお、本明細書において「多角形」とは各辺が直線である図形のみならず各辺が若干の曲線性を有する図形も包含する。すなわち、ポリマーファイバ（４１、５１）の多角形断面は、各辺や頂点部分に若干の曲線性を有することがあるが、このような断面形状も「多角形」である断面形状に含まれるものとする。
【００４６】
好ましくは、第１ファイバ４１の断面形状が多角形であることが好ましい。偏光分離層４０では、後述するように第１ファイバ４１により特定の光の偏光成分だけが選択的に散乱されて発光面３０ｂから取り出されるが、この際、導波方向に散乱されることが多く、光の進行方向に対して垂直な方向の散乱光が少なくなってしまう。本発明の導光板を面光源として液晶ディスプレイのバックライトとして使用する場合には、第１ファイバ４１の断面形状を多角形とすることで、散乱角度が多様となり、導波方向と垂直方向への散乱光を増加させて、より均一な角度分布を有する光を得ることができる。
【００４７】
ファイバ（４１、５１）の外周面の形状は特に制限されない。ただし、第１ファイバの外周面の表面粗さ（Ｒｚ）は０．１〜１０μｍであることが好ましい。かような場合には、第１ファイバによる光の散乱角度が多様となり、より均一な角度分布を有する光を得ることができる。なお、「表面粗さ（Ｒｚ）」とはＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１で規定される平滑面の最大高さを意味する。
【００４８】
保持媒体（４２、５２）は、ファイバ（４１、５１）を保持する役割を果たし、光学的等方性を有する材料から形成される。したがって、保持媒体（４２、５２）の材料は、ファイバ（４１、５１）に対して良好な密着性を示し、光学的透明性を有するものであれば特に制限されない。例えば、熱や放射線により重合／架橋反応する硬化性樹脂が挙げられる。具体的には、アクリロイル基、メタアクリロイル基、ビニル基、アリル基、スチリル基、チオール基、エポキシ基、ビニルエーテル基、オキセタニル基などを有する化合物からなるＵＶ硬化樹脂；シリコーン樹脂、アリルエステル、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、ウレタン系樹脂などからなる熱硬化性樹脂；およびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。さらに、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などのポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）などのポリエーテル、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などのビニル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、これらを構成するモノマーを２種以上用いた共重合体、ならびにこれらのポリマーブレンドなどを使用してもよい。複数の樹脂を混合することにより、保持媒体（４２、５２）の屈折率（ｎｍ）を所望の値に制御することができる。
【００４９】
偏光分離層４０は、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）と、第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）または異常光線屈折率（ｎｅ１）とが一致するように構成される。以下では、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）は、第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致するものとして説明する。
【００５０】
本明細書において、「屈折率ｎＡが屈折率ｎＢと一致する」とは、ｎＡとｎＢとが小数点２桁以上の精度で一致していることをいい、より好ましくは３桁以上の精度で一致していることをいい、さらに好ましくはｎＡ＝ｎＢ±０．００３であることをいう。
【００５１】
光均質化層５０は、第２保持媒体５２の屈折率（ｎｍ２）と、第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）の少なくとも一方と、が異なるように構成される。以下では、第２保持媒体５２の屈折率ｎｍ２が、第２ファイバ５１の常光線屈折率ｎｏ２と異常光線屈折率ｎｅ２との両方と異なるものとして説明する。
【００５２】
位相差板６０は、導光層３０の入射面３０ａとは反対の側面に取り付けられ、導光層３０を伝播する光の偏光方向を変換する。本実施形態では、位相差板６０は例えば、位相をλ／４ずらす、λ／４板である。なお、本発明において、位相差板は必須のものではなく、位相差板を含まない形態も好ましく使用されうる。
【００５３】
反射板７０は、導光層３０内の光が発光面３０ｂ以外から漏れることを防止するために、導光層３０の入射面３０ａ以外の側面や発光面３０ｂとは反対側の主面に積層される。本実施形態では、図示するように、位相差板６０や光均質化層５０に積層されて取り付けられている。図示していないが、本実施形態においては、導光層３０の入射面３０ａおよび入射面３０ａの反対側の面以外の２つ側面にも反射板７０が設けられている。また、図示していないが、反射板７０は、複数の光源１１の間や上下に設けられてもよい。
【００５４】
次に、面光源装置１において光源の光を面発光として取り出す原理について説明する。
【００５５】
図４（ａ）は図１の面光源装置の右側面図であり、図４（ｂ）は偏光分離層４０に入射するｓ偏光成分の伝播の様子を示す図４（ａ）の拡大図であり、図４（ｃ）は偏光分離層４０に入射するｐ偏光成分の伝播の様子を示す図４（ａ）の拡大図である。図４（ａ）に示すように、光源１１から導光層３０の入射面３０ａに光が入射される。入射された光は、一点鎖線および二点鎖線で示すように、偏光分離層４０、光均質化層５０、および位相差板６０の界面において内部全反射を繰り返しながら、導光層３０を伝播する。光は、位相差板６０の外側および光均質化層５０の下部、導光層３０の側面に取り付けられた反射板７０によっても反射されるので、発光面３０ｂ側以外からは漏れずに、導光層３０内を伝播し続ける。
【００５６】
光源１１が発生する光は自然光であり、様々な偏光成分の光が混合している。以下では、図４中、一点鎖線と黒丸とで示される紙面と同じ平面で振動する偏光成分をｐ偏光成分といい、二点鎖線と矢印とで示される紙面と垂直な平面で振動する偏光成分をｓ偏光成分という。本実施形態では、偏光分離層４０によって、ｓ偏光成分が選択的に発光面３０ｂ側から取り出される。
【００５７】
偏光分離層４０は、上述のように、第１ファイバ４１を有する。図２Ａに図示したように、第１ファイバ４１は、長手方向に異常光線屈折率（ｎｅ１）を、断面方向に常光線屈折率（ｎｏ１）を有する。ｓ偏光成分は、第１ファイバ４１を長手方向に切った断面と平行な平面で振動するので、第１ファイバ４１の長手方向の異常光線屈折率（ｎｅ１）に影響は受けうるが、断面方向の常光線屈折率（ｎｏ１）には影響を受けない。逆に、ｐ偏光成分は、第１ファイバ４１の断面と平行な平面で振動するので、第１ファイバ４１の断面方向の常光線屈折率（ｎｏ１）に影響は受けうるが、長手方向の異常光線屈折率（ｎｅ１）には影響を受けない。
【００５８】
ここで、第１ファイバ４１を保持している第１保持媒体４２は、屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致するように形成されている。したがって、第１保持媒体４２から第１ファイバ４１に、または、第１ファイバ４１から第１保持媒体４２に光が入射する際、ｐ偏光成分にとっては、同じ屈折率の材料を伝播していることになる。このため、光のｐ偏光成分は、常光線屈折率（ｎｏ１）に影響なく、直進する。換言すると、光のｐ偏光成分については、第１保持媒体４２中に第１ファイバ４１が存在していないのと同じである。このため、図４の二点鎖線で示すｐ偏光成分は第１ファイバ４１によって屈折せず、結果として、第１保持媒体４２の内部全反射条件にしたがって、反射される。
【００５９】
一方、第１保持媒体４２は、屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の異常光線屈折率ｎｅ１とは相違するように形成されている。したがって、第１保持媒体４２から第１ファイバ４１に、または、第１ファイバ４１から第１保持媒体４２に光が入射する際、ｓ偏光成分にとっては、異なる屈折率の材料を伝播していくことになる。このため、光のｓ偏光成分は、異常光線屈折率（ｎｅ１）の影響を受けて、屈折したり反射したりする。したがって、図４の一点鎖線で示すｓ偏光成分は第１ファイバ４１によって屈折または反射し、一部が第１保持媒体４２の内部全反射条件から逸脱して、鋭角に界面に入射して、第１保持媒体４２から取り出される。このように、偏光分離層４０を導光層３０に積層させることにより、ｓ偏光成分だけを選択的に散乱させ、発光面３０ｂ側から取り出すことができる。結果として、液晶ユニットに必要な偏光成分だけを選択的に取り出すことができる。
【００６０】
上記では、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致し、異常光線屈折率（ｎｅ１）と相違する場合について説明したが、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の異常光線屈折率（ｎｅ１）と一致し、常光線屈折率（ｎｏ１）と一致する構成としてもよい。この場合には、ｐ偏光成分だけを選択的に散乱させ、発光面３０ｂ側から取り出すことができる。ただし、光の導波方向と同じ面内で振動するｐ偏光成分よりも、光の導波方向と同じ面内で振動しないｓ偏光成分を使用する方が散乱効率に優れるため、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致する構成とするのが好ましい。
【００６１】
続いて、光均質化層５０により、導光層３０内の光を面内方向に拡散する原理について説明する。図５は、図１の面光源装置の底面図である。
【００６２】
図５に示すように、光源１１であるＬＥＤは点発光であるために、隣接する光源１１との間の光量が少なくなり、光源１１近傍の光源間領域１２に暗部が発生しやすい。本実施形態では、導光層３０内を伝播する光が、光均質化層５０によって面内方向に散乱されることにより、導光層３０内の光の方向分布を均質化する。
【００６３】
光均質化層５０は、上述のように、第２ファイバ５１を含み、第２ファイバ５１は、長手方向に異常光線屈折率（ｎｅ２）を、断面方向に常光線屈折率（ｎｏ２）を有する。第２ファイバ５１は、その長手方向が光の導波方向と一致するように配置されている。このため、第２ファイバに入射する光は、常光線屈折率（ｎｏ１）と、実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）との影響を受けることとなる。
【００６４】
ここで、図２Ｂに示すように、光均質化層において、第２ファイバ５１の長手方向に導波する光が入射角θで第２ファイバ５１に入射した場合に第２ファイバ５１が有する実効異常光線屈折率ｎｅ２_ｅｆｆは下記式（Ａ）で表される。
【００６５】
【数１】
【００６６】
上記式中、ｎｏ２は第２ファイバの常光線屈折率であり、ｎｅ２は第２ファイバの異常光線屈折率であり、θは第２ファイバ（長手方向）への光の入射角である。
【００６７】
ｐ偏光成分は、第２ファイバ５１を長手方向に切った断面と平行な平面で振動するので、第２ファイバ５１の長手方向の実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）に影響は受けうるが、断面方向の常光線屈折率（ｎｏ２）には影響を受けない。逆に、ｓ偏光成分は、第２ファイバ５１の断面と平行な平面で振動するので、第２ファイバ５１の断面方向の常光線屈折率（ｎｏ２）に影響は受けうるが、長手方向の実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）には影響を受けない。
【００６８】
すなわち、第２保持媒体５２から第２ファイバ５１に、または、第２ファイバ５１から第２保持媒体５２に光が入射する際、ｐ偏光成分は実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）の影響を受けて屈折したり反射したりし、ｓ偏光成分は常光線屈折率（ｎｏ２）の影響を受けて屈折したり反射したりする。この際、光均質化層５０では、第２ファイバ５１の長手方向が導波方向と平行になるように第２ファイバ５１が配置されているため、光が入射する第２ファイバ５１と第２保持媒体５２との界面は導波方向と直交しておらず、該界面でｐ偏光成分やｓ偏光成分が屈折・反射する際に、光の面内方向の角度分布が変化する。すなわち、光は導波方向の左右に角度を付けられる。これにより、導光層３０内を伝播する光が様々な角度に散乱・拡散され、光の方向分布を均質化することができる。
【００６９】
なお、光均質化層では光は左右方向のみに屈折して広げられ、上下方向の角度は変わらないので、ｐ，ｓの両偏光ともに光均質化層によって全反射条件を満たさなくなるわけではない。すなわち、光均質化層では光を左右に広げてＬＥＤのムラをなくすことのみに機能し、偏光分離層ではｓ偏光のみの上下方向の屈折角が変更されるので、所望の片偏光のみが導光板から取り出されることと、ＬＥＤの光ムラの改善が両立される。
【００７０】
光均質化機能を発揮させるためには、第２保持媒体５２の屈折率（ｎｍ２）が第２ファイバ５１の常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）と異なっていればよい。
【００７１】
ただし、光均質化層５０はｓ偏光の均質化層としてより強く作用することが好ましい。かかる観点から、ｎｏ２とｎｍ２との屈折率差が好ましくは０．０３以上、より好ましくは０．０５以上、さらに好ましくは０．１以上異なることが望ましい。
【００７２】
また、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分の双方をバランスよく散乱・拡散させるために、第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）、ならびに第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）は下記式（１）を満たすことが好ましい。
【００７３】
【数２】
【００７４】
より好ましくは、第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）は第２ファイバの実効異常光線屈折率（ｎｅ２＿ｅｆｆ）よりも小さいことが望ましい。
【００７５】
【数３】
【００７６】
すなわち、第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）が下記式（３）を満たすことが好ましい。かような場合には、第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）が、第２ファイバの実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）よりも小さくなるため、ｐ偏光成分を散乱・拡散することが可能である。したがって、p偏光、ｓ偏光の両方の偏光を効果的に拡散・散乱させる光均一化層として作用することができる。
【００７７】
【数４】
【００７８】
上記式中、ｎｏ２は第２ファイバの常光線屈折率であり、ｎｅ２は第２ファイバの異常光線屈折率であり、ｎｌは導光層の屈折率である。
【００７９】
ここで、上記式（３）は上記式（２）と上記式（Ａ）と下記式（Ｂ）〜（Ｆ）とから導出されたものである。
【００８０】
【数５】
【００８１】
上記式中、ｎｏ２は第２ファイバの常光線屈折率であり、ｎｅ２は第２ファイバの異常光線屈折率であり、ｎｉは導光板の外部媒体の屈折率であり、ｎｌは導光層の屈折率であり、θｉは導光層に入射する光の入射角であり、θｉは導光層に入射する光の入射角であり、θｌは導光層に入射した光の屈折角であり、θｉｎは光均質化層に入射する光の入射角であり、θｏｕｔは光均質化層に入射した光の屈折角である。通常、導光板は空気中に配置されており、導光板の外部媒体の屈折率ｎｉは空気の屈折率（＝１）と等しく、上記（Ｂ）で表される。
【００８２】
上記式（Ａ）において、ｎｍ２＝ｎｅ２＿ｅｆｆとし、上記式（Ｂ）〜（Ｅ）を用いて式変形を行うと、上記式（Ｆ）が導出される。そして、上記式（２）および上記式（Ｆ）とから、上記式（３）が導出される。ｎｍ２＝ｎｅ２＿ｅｆｆの場合には、p偏光のうち角度が最大となる入射光成分（θi≒π／２）は光均質化層の第２ファイバで屈折・反射することなしに直進せず、光均質化層はそのような光に対して光均質化作用を発揮し得ない。なお、この場合には、角度（θ）の小さい光に対する実効屈折率はｎｏ２に近い値を取るようになる。
【００８３】
上記式（５）を満たす場合には、全ての角度（θ）で第２ファイバに入射する入射光成分に対して光均質化作用を発揮することが可能となる。
【００８４】
特に好ましくは、ｐ偏光成分の均質化層としての効果を一層向上させる観点から、ｎｍ２と上記（Ｆ）式で表されるｎｅ２_ｅｆｆとの屈折率差が０．０３以上異なることが好ましい。
【００８５】
図５に示すように、光均質化層５０においては、隣接する光源間の中心線上に位置する第２ファイバの密度が、光源の光照射方向の軸線上に位置する第２ファイバの密度より大きいことが好ましい。光源と光源の間は光量が少なく、光源近傍の光源間領域１２には暗部が生じやすい。したがって、これらの領域において第２ファイバを密に配置させることにより、より一層の光均質化効果が図られる。
【００８６】
なお、上述した偏光分離層４０においては、第１ファイバ４１の長手方向が導波方向と直交するように第１ファイバが配置されている。したがって、第１ファイバ４１の直径方向の断面形状は、第１ファイバ４１の長さ方向のどこで切っても略同じである。第１ファイバ４１は、長さ方向に形状の変化がないので、ｐ偏光成分やｓ偏光成分が第１ファイバ４１により屈折・反射する際には、光は、平面から見て、導波方向の両側には実質的には散乱しない。導波方向に沿った平面内で散乱する。すなわち、面内方向の角度分布は実質的に変化しない。本実施形態に係る発明は光均質化層５０において入射面３０ａと垂直に伸延した第２ファイバにより面内方向への光の散乱を可能とするものである。本実施形態に係る発明では、入射面と平行に伸延した第１ファイバ４１のＰＳＳＥを使用するだけでは、十分に得られない光の面内方向への散乱を得ることができる。
【００８７】
ｓ偏光成分のみが取り出されていくと、ｐ偏光成分に近い位相の光が導光層３０内に残る。残った光も有効に活用するために位相差板６０に配置されている。
【００８８】
図１に示す実施形態では、位相差板６０は、λ／４板であり、位相差板６０に直角に入射した光の位相を９０度ずらすような厚みに形成されている。導光層３０内を内部全反射する光は、図４を参照してもわかるように、位相差板４０に直角に入射しない。ｐ偏光成分は、ｓ偏光成分に近づくように位相がずらされる。反対にｓ偏光成分もｐ偏光成分に変換される場合があるが、ｓ偏光成分が選択的に外部に放出されているので、ｐ偏光成分からｓ偏光成分に変換される割合の方が高い。このように、導光層２０内に残った光も、ｓ偏光成分に変換していくので、ｓ偏光成分の取り出し効率が高くなり、つまり、光の利用効率を高められる。
【００８９】
位相差板としては、波長域などに応じて適宜なものを用いることができ、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）、ポリアミド、ポリエステルなどから形成されるフィルムを延伸処理してなる複屈折性シートや液晶ポリマー配向層の支持シート、またはこれらの多層積層体を使用することができる。また、偏光分離層４０や光均質化層５０で使用されるファイバ（４１、５１）を保持媒体中に配列させてなるシートを位相差板として使用することもできる。
【００９０】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【００９１】
図４に示す第１実施形態において、光均質化層５０は、導光層３０の下面に設けられている。しかし、光均質化層５０は導光層３０に積層されていればよい。図６に示す面光源装置１のように、光均質化層５０が、導光層３０と偏光分離層４０との間に設けられていてもよい。
【００９２】
（第３実施形態）
図７は第３実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【００９３】
図７に示す面光源装置１のように、光均質化層５０が、偏光分離層４０の上面に設けられていてもよい。
【００９４】
（第４実施形態）
図８は第４実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【００９５】
図４に示す第１実施形態では、位相差板６０は、導光層３０の入射面３０ａとは反対の側面に取り付けられている。しかし、位相差板６０は、偏光分離層４０の積層面とは反対側の導光層３０の主面および導光層３０の入射面３０ａ以外の側面の少なくとも一方に取り付けられうる。
【００９６】
例えば、図８に示す面光源装置１のように、位相差板６０は、偏光分離層４０の積層面とは反対側の導光層３０の主面、すなわち、導光層３０の下面に設けられうる。ただし、図８に示す形態のように、光の導波方向に垂直な導光層３０の主面または側面に位相差板６０を設ける場合には、位相差板６０はλ／２板であり、位相差板６０に直角に入射した光の位相を１８０度ずらすような厚みに形成される。
【００９７】
これにより、たとえ、偏光分離層４０において光が導光層３０側に屈折・反射され、鋭角に位相差板６０に入射された場合でも、位相が略１８０度変更され、ｓ偏光成分の光はｓ偏光成分のまま維持される。反射板７０により反射され、再び、導光層３０に戻り、偏光分離層４０から出射される。これにより、ｐ偏光成分の光が出射することが防止される。なお、上述の通り、導光層３０内を導波する光は、通常、位相差板６０に直角には入射しないので、λ／２位相差板６０によって適度にｐ偏光成分からｓ偏光成分に変換される。
【００９８】
（第５実施形態）
図９は第５実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【００９９】
図９は、偏光分離光均質化層８０を備える面光源装置１を、図８でいうＡ方向から見た一部断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成は、同様の参照番号により説明する。
【０１００】
第１〜４実施形態では、偏光分離層４０と光均質化層５０とを別体に形成している。しかし、図９に示すような偏光分離層４０と光均質化層５０とを一体化させた偏光分離光均質化層８０を使用してもよい。
【０１０１】
図９に示すように、偏光分離光均質化層８０は、第１ファイバ８１、第２ファイバ８２、および第１ファイバ８１および第２ファイバ８２を保持する第３保持媒体８３を含む。第１ファイバ８１は、導光層３０の入射面３０ａに平行に伸延し、入射面３０ａに垂直方向に複数本が配列している。第２ファイバ８２は、導光層３０の入射面３０ａに垂直に伸延し、入射面３０ａに平行方向に複数本が配列している。すなわち、第１ファイバ８１と第２ファイバ８２とは相互に直交する方向に伸延・配列しており、第１ファイバ８１と第２ファイバ８２とが相互に編み込まれた状態で、第３保持媒体８３中に保持されている。
【０１０２】
偏光分離光均質化層８０において、第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）および異常光線屈折率（ｎｅ１）、第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）、ならびに第３保持媒体の屈折率（ｎｍａｔｒｉｘ３）は下記式（４）および（５）を満たす。
【０１０３】
【数６】
【０１０４】
これにより、第１ファイバ８１（縦糸）はｓ偏光成分のみを選択的に散乱させて偏光分離光均質化層８０の上面である発光面から導出させる機能を果たし、第２ファイバ８２（横糸）は、導光層３０内を伝搬する光を面内方向に拡散して光の方向分布を均質化する機能を果たす。
【０１０５】
すなわち、第３保持媒体８３の屈折率（ｎｍ３）は、第１ファイバ８１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致し、異常光線屈折率（ｎｅ１）と相違する。したがって、光のｐ偏光成分は第１ファイバ８１によって屈折せず直進し、光のｓ偏光成分のみが第１ファイバ８１の異常光線屈折率（ｎｅ１）の影響を受けて屈折・反射し、その一部が発光面から導出される。
【０１０６】
一方、第３保持媒体８３の屈折率（ｎｍ３）は、第２ファイバ８２の常光線屈折率（ｎｏ２）と相違し、異常光線屈折率（ｎｅ２）と相違する。したがって、光のｓ偏光成分は第２ファイバ８２によって屈折せず直進し、光のｐ偏光成分のみが第２ファイバ８２の異常光線屈折率（ｎｅ１）の影響を受けて屈折・反射して面内方向に拡散される。
【０１０７】
本実施形態におけるファイバ（８１，８２）および第３保持媒体８３としては、上記で例示したファイバ（４１，５１）および保持媒体（４２，５２）が同様に好ましく使用されうる。ただし、本形態では、屈折率の上記関係式（４）（５）を満たすべく、第１ファイバ８１と第２ファイバ８２とは異なる材質から形成される。
【０１０８】
（第６実施形態）
図１０は第６実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【０１０９】
上述した多様な第１〜第５実施形態（図１〜９）では、導光層３０は、第１保持媒体４２および第２保持媒体５２とは異なる材料により形成されている。しかし、導光層３０は、第１保持媒体および第２保持媒体の少なくとも一方と同一の材料から形成されていてもよい。図１０に示す第６実施形態は、図４に示す実施形態において導光層３４は、第１実施形態の導光層３０が第１保持媒体３２と同一の材料で形成された場合に相当する。あるいは、図示していないが、第１実施形態の導光層を第２保持媒体と同一の材料で形成し、導光層と光均質化層との一体層として形成してもよい。あるいは、図示していないが、第１実施形態の導光層と第１保持媒体と第２保持媒体とを全て同一の材料で形成し、導光層と偏光分離層と光均質化層との一体層としてもよい。さらには、図９に示す偏光分離層と光均質化層とが一体化された形態において、導光層を第３保持媒体と同一の材料で形成し、偏光分離光均質化層と導光層との一体層としてもよい。このように、導光層を偏光分離層および／または光均質化層と一体化させることにより、製造が容易となり、また、コストダウンも可能であり、薄膜化できるためデバイスの薄型化が可能な点で優れる。
【０１１０】
図１０の形態においては、導光層と偏光分離層との一体層中の上部領域に第１ファイバが配列されているが、一体層中の全体に第１ファイバが配置されていてもよいし、一体層中の他の領域に第１ファイバが配置されていてもよい。
【０１１１】
（第７実施形態）
図１１は第７実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【０１１２】
上述した多様な第１〜第６実施形態（図１〜１０）において、光源部１０は、導光板２０を構成する導光層３０の短軸側の一方の側面に配置されている。しかし、面光源装置１は、複数の光源部１０を有していてもよい。例えば、図１１に示す面光源装置１のように、光源部１０が導光板２０を構成する導光層３０の短軸側の両方の側面に配置されてもよい。なお、図１１に示す第５実施形態は、図８に示す第４実施形態において、反射板７０に代えて、光源部１０が設けられた場合に相当する。図示していないが、第３実施形態以外の形態、例えば、第１、２，４の実施形態においても同様に導光層３０の短軸側の両方の側面に光源部１０を配置してもよい。さらに、場合によっては、導光層３０の長軸側の発光面以外の側面に追加の光源部１０を配置してもよい。
【実施例】
【０１１３】
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
【０１１４】
［実施例１］
（１）導光層の準備
導光層として、ＰＭＭＡ（サイズ：６ｃｍ×９ｃｍ）を準備した。
【０１１５】
（２）偏光分離層の形成
この導光層の上面に、第１ファイバとしてのＰＥＴファイバ（材質：ポリエチレンテレフタレート、ｎｏ＝１．５４４９、ｎｅ＝１．７２００、外周面の表面粗さＲｚ＝２μｍ、断面形状：直径２０μｍの円）を同一方向に隙間がないように１５層の厚さで配列させ、硬化後の屈折率が１．５４５となるように設計した第１保持媒体としてのＵＶ硬化樹脂（大阪ガスケミカル社製ＥＡ−Ｆ５５０３；４０重量部、新中村化学工業社製ＭＫエステルＡ-４００；５８重量部、およびチバスペシャリティケミカル社製光重合開始剤イルガキュア１８４；２重量部の混合物）を浸透させた。真空脱泡してファイバとＵＶ樹脂の間の空気を除去したのち、離型処理を施したガラス板で上部を覆い、ＵＶランプを使用して樹脂を硬化させた後、ガラス板を剥離することにより、導光層上に偏光分離層を形成した。偏光分離層の断面をレーザー顕微鏡（装置：キーエンス社製ＶＫ−９６００）により観察したところ、図１１に示すように、偏光分離層は同一方向に整列した第１ファイバがＵＶ硬化樹脂に保持された構造を有することが確認された。
【０１１６】
（３）光均質化層の形成
導光層の下面に、第２ファイバとしてのＮ６１０ファイバ（材質：ナイロン６，１０、ｎｏ＝１．５２１７、ｎｅ＝１．５７１１、断面形状：直径５０μｍの円）を偏光分離層中の第一ファイバの配列方向と直交する方向に隙間がないように３層の厚さで配列させ、硬化後の屈折率が１．５７１となるように設計した第２保持媒体としてのＵＶ硬化樹脂（新中村化学工業社製ＭＫエステルＡ−ＢＰＥ−４、７４重量部、新中村化学工業社製ＭＫエステルＡ-ＬＥＮ-１０、２４重量部、およびチバスペシャリティケミカル社製光重合開始剤イルガキュア１８４、２重量部の混合物）を浸透させた。そして、偏光分離層の形成と同様にして、樹脂を硬化させることにより、導光層上に光均質化層を形成した。
【０１１７】
（４）光源部、位相差板、反射板の配置
次いで、導光層の側面に、光源であるＬＥＤ９個が一次元配列（直列配列）した光源部を導光層の短軸側に設置した。この際、光源部が設置される導光層の側面は、偏光分離層中の第１ファイバの長手方向に平行で、かつ、光均質化層中の第２ファイバの断面方向に垂直な面とし、ＬＥＤの配列方向は偏光分離層中の第１ファイバの長手方向に平行な方向とした。
【０１１８】
その後、光源部を設置した面と反対側の導光層の側面にλ／４位相差板を配置し、さらに、偏光分離層の上面（発光面）および光源部が設置された面以外の全ての面に反射板を取り付けた。これにより、面光源装置を作製した。なお、本実施例の面光源装置は図１に示す第１実施形態に相当する。
【０１１９】
［実施例２］
導光層の上面に光均質化層を形成し、かつ、この光均質化層の上面に偏光分離層を形成したこと、および、光均質化層を構成する第２ファイバとしてＰＥＴファイバ（材質：ポリエチレンテレフタレート、ｎｏ＝１．５４４９、ｎｅ＝１．７２００、外周面の表面粗さＲｚ＝２μｍ、断面形状：直径２０μｍの円）を使用し、第２保持媒体として硬化後の屈折率が１．６０５（大阪ガスケミカル社製ＥＡ−Ｆ５５０３；６８重量部、ベンジルアクリレート；３０重量部、およびチバスペシャリティケミカル社製光重合開始剤イルガキュア１８４；２重量部の混合物）となるように設計したＵＶ硬化樹脂を使用したこと以外は、実施例１の方法と同様にして、面光源装置を作製した。なお、本実施例の面光源装置は図６に示す第２実施形態に相当する。
【０１２０】
［実施例３］
導光層の上面に偏光分離層を形成し、かつ、この偏光分離層の上面に光均質化層を形成したこと以外は、実施例２の方法と同様にして、面光源装置を作製した。なお、本実施例の面光源装置は図７に示す第３実施形態に相当する。
【０１２１】
［実施例４］
偏光分離層を構成する第１ファイバとしてＰＥＴファイバ（材質：ポリエチレンテレフタレート、ｎｏ＝１．５４４９、ｎｅ＝１．７２００、外周面の表面粗さＲｚ＝２μｍ、断面形状：一辺１０ｕｍの正三角形）を使用したこと以外は、実施例２の方法と同様にして、面光源装置を作製した。
【０１２２】
［比較例１］
導光層の下面に光均質化層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして面光源装置を作製した。
【０１２３】
［評価］
上記実施例および比較例１で得られた面光源装置において、発光面から射出される光の輝度および輝度ムラならびに偏光度の測定を行った。ここで、輝度および輝度ムラの測定、偏光度の測定はそれぞれ、２次元色彩輝度計コニカミノルタ製 ＣＡ−２０００またはＡＵＴＲＯＮＩＣ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ ＧｍｂＨ製Ｃｏｎｏｓｃｏｐｅ８０を偏光板と組み合わせて使用することにより行い、任意の偏光成分の比率を求めた。なお、輝度測定は、直列配列した９個のLEDを３０ｍＡの定電流で駆動させることにより行い、その際に発光される光の導光板の発光面中央における正面輝度を測定した。結果を表２に示す。図１３および図１４に、ＣＡ−２０００により測定された、実施例２および比較例１で作製した面光源装置の導光板の上面（発光面）から射出される光の二次元輝度分布を示す。なお、他の実施例１，３，４においても導光板の上面（発光面）で図１３と同様の二次元輝度分布が得られた。
【０１２４】
【表２】
【０１２５】
光均質化層を有する実施例１〜４の面光源装置では、図１３に示されるように、積層体の上面から射出される光に、筋ムラは観測されず、不連続な光源であるＬＥＤを使用した場合であっても輝度ムラを解消することができることがわかった。また、これらの実施例で得られた面光源装置は、高い偏光分離能を達成できることが確認された。
【０１２６】
一方、比較例１で作製された面光源装置では、偏光分離比は実施例の場合と同等であったが、図１４に示されるように、積層体の上面から射出される光に、筋ムラが明確に観測された。
【０１２７】
さらに、偏光分離層を構成する第１ファイバの断面形状が正三角形である実施例４の面光源装置では、第１ファイバの断面形状が円である実施例２の面光源装置に比べて、導光層と垂直な方向への光（積層体の上面から射出される光）の強度（輝度）が、２倍大きかった。
【０１２８】
以上のことから、本発明の面光源装置は高い偏光分離能を達成でき、かつ、ＬＥＤのような不連続な光源を使用した場合であっても光の筋ムラを防止できることが確認された。
【符号の説明】
【０１２９】
１ 面光源装置、
１０光源部、
１１ 光源、
１２ 光源間領域、
２０ 導光板、
３０、３４ 導光層、
３０ａ 入射面、
３０ｂ 発光面、
４０ 偏光分離層、
４１、８１ 第１ファイバ、
４２ 第１保持媒体
５０ 光均質化層、
５１、８２ 第２ファイバ、
５２ 第２保持媒体、
６０ 位相差板、
７０ 反射板、
８０ 偏光分離光均質化層、
８３ 第３保持媒体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ等に使用される導光板、およびその導光板を備える面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、ビデオカメラ、液晶テレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）、移動通信端末機などに使われる液晶表示装置は、自体的な発光能力がない受光型表示装置であり、外部から照射された照明光を選択的に透過させることによって画像を表示する。このため、液晶表示装置の背面には光源となるバックライトとして面光源装置が設置される。
【０００３】
液晶表示装置では、面光源装置から出射された光が略透過軸を直交させた一対の偏光板間に液晶層を配置した液晶セルを透過し、この透過光が電気的にＯＮ・ＯＦＦされることで画像表示を実現する。偏光板としては、通常、ヨウ素で着色されて一軸延伸されたポリビニルアルコールフィルムを偏光子として使用し、偏光子の片面または両面に、トリアセチルセルロースフィルム等の保護フィルム、アクリル樹脂等によるコーティング層、またはノルボルネンやポリカーボネート等の位相差フィルムを配置した吸収型偏光板が用いられている。
【０００４】
しかしながら、このような吸収型偏光板は偏光板の透過軸方向の光のみを透過し、残りの成分の光を吸収するという特性を有するため、原理的に光の利用効率（光透過率）が５０％を超えることはなく、さらに、内表面の反射率が４％であることを考慮すると最大でも４６％とするのが限界であった。このため、バックライトの有効活用および輝度向上を図ることは、低消費電力化を達成する上で、液晶表示装置の命題になっている。
【０００５】
これを解決する方法の一つとして、光学反射干渉特性を利用した反射型偏光板が知られている。反射型偏光板は、特定の偏光を反射し、それと逆の性質を示す偏光を透過するものである。具体的には、反射型偏光板を透過した光が直線偏光として偏光板を透過するように軸合わせすることで、透過軸方向の偏光のみを透過させるとともに吸収型偏光板で吸収されていた偏光を反射させて再利用する。これにより、バックライトから発する光の利用効率を向上させることができる。
【０００６】
反射型偏光板の一例が、屈折率等方性層と屈折率異方性層との交互積層フィルムからなる住友スリーエム社製のデュアル輝度上昇フィルム（ＤＢＥＦ）である。しかし、ＤＢＥＦは可視光領域に渡って偏光特性を確保するために全体で数百層ものポリマーフィルムを積層させる必要があり、厳密な制御が必要であるために製造コストが高いという問題がある。
【０００７】
より安価に光利用効率および偏光分離能を向上させる方法として、偏光感応性散乱要素（ＰＳＳＥ）を利用する技術が注目されている。例えば、特許文献１には、ＰＳＳＥにより透過軸と直交方向の偏光成分を後方に散乱させ偏光を分離し、当該後方散乱成分をλ／４板によって偏光状態を反転させて再利用する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、複屈折性を有する繊維からなる複屈折体をＰＳＳＥとして利用した反射型偏光板が開示されている。この方法では、複屈折体の断面方向の屈折率（常光線屈折率）と支持媒体の屈折率とを一致させた層（偏光層Ａ）と、複屈折体の長手方向の屈折率（常光線屈折率）と支持媒体の屈折率とを一致させた層（偏光層Ｂ）とを、複屈折体の配列方向が交差するように積層させることにより、斜めから入射する光や拡散光に対する偏光分離能を向上させる。
【０００９】
さらに、特許文献３には、ＰＳＳＥとしての複屈折ファイバが埋め込まれた等方性の樹脂層を導光板と一体化させることにより、一方の偏光のみを散乱させて外部に放出させ、偏光分離効率を向上させる方法も開示されている。
【００１０】
一方、面光源装置の低消費電力を図る上で、長寿命・省電力効果に優れるＬＥＤを光源として用いたバックライトが主流になりつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−５０２０３６号公報
【特許文献２】特開２００９−０４７８０２号公報
【特許文献３】特開２００６−５１７７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１〜３に記載の方法では、ＬＥＤのような光源を使用した場合に、ＬＥＤ光源の光が線状に表れてムラとなり液晶表示装置などの輝度ムラとなる問題がある。特に、これらの文献では、ＰＳＳＥにより偏光分離効率は向上するものの、ＰＳＳＥによる散乱する光の方向がファイバなどのＰＳＳＥと垂直な方向のみに偏ってしまうため、ＬＥＤ光源を使用した場合には依然として輝度ムラが生じてしまう。
【００１３】
そこで本発明は、偏光分離効率を向上させつつ、導光板の端面に不連続な光源を配置させた場合であっても輝度ムラを抑制させる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは上記課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、ファイバの屈折率および配列方向とファイバを保持する保持媒体の屈折率とが制御された２つの層（偏光分離層および光均質化層）を導光層に積層させることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明の一形態は、側面である入射面から光を内部に導入する導光層と、前記導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を前記導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層と、前記導光層に積層された光均質化層と、を備える導光体である。そして、偏光分離層は、前記入射面に平行に伸延しかつ前記入射面に垂直に配列した複屈折性を有する複数の第１ファイバ、および、前記第１ファイバを保持し前記第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）または異常光線屈折率（ｎｅ１）と一致する屈折率を備える等方性の第１保持媒体を含み、光均質化層は、前記入射面に垂直に伸延しかつ前記入射面に平行に配列した複屈折性の複数の第２ファイバ、および、前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）の少なくとも一方と異なる屈折率を備える等方性の第２保持媒体を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入射面と垂直に伸延した第２ファイバが配列された光均質化層によって、光が面内方向の様々な角度に散乱・拡散されるため、不連続な光源を使用した場合であっても均一な輝度が得られる。さらに、入射面に平行に伸延した第１ファイバが配列された偏光分離層によって高い偏光分離効率で所望の偏光成分だけを選択的に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態である面光源装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】１本のファイバと、屈折率との関係を説明するための図面である。
【図２Ｂ】１本のファイバと、屈折率との関係を説明するための図面である。
【図３】ファイバの断面形状の変形例を示す図である。
【図４】図４（ａ）は図１の面光源装置の右側面図であり、図４（ｂ）は偏光分離層４０に入射するｓ偏光成分の伝播の様子を示す図４（ａ）の拡大図であり、図４（ｃ）は偏光分離層４０に入射するｐ偏光成分の伝播の様子を示す図４（ａ）の拡大図である。
【図５】図１の面光源装置の底面図である。
【図６】第２実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図７】第３実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図８】第４実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図９】第５実施形態である面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図１０】第６実施形態である面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図１１】第７実施形態である面光源装置の概略構成を示す図面である。
【図１２】実施例１で形成された偏光分離層の断面である。
【図１３】実施例２で作製した面光源装置の導光板の上面（発光面）から射出される光の二次元輝度分布を示す図面である。
【図１４】比較例１で作製した面光源装置の導光板の上面（発光面）から射出される光の二次元輝度分布を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみには制限されない。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１９】
本明細書において、「積層する」という場合、直接的に積層する場合だけでなく、間に他の構成を介して間接的に積層する場合も含みうる。また、層、領域、板などの部材が他の部材の「上に」または「上部に」あるとは、他の部材の「直上に」ある場合だけでなく、その中間にさらに他の部材がある場合をも含む。同様に、層、領域、板などの部材が他の部材の「下に」または「下部に」あるとは、他の部材の「直下に」ある場合だけでなく、その中間にさらに他の部材がある場合をも含む。
【００２０】
本発明の一形態によれば、光源から照射される光を側面である入射面から内部に導入する導光層と；前記入射面に平行に伸延しかつ前記入射面に垂直に配列した複屈折性を有する複数の第１ファイバ、および、前記第１ファイバを保持し前記第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）または異常光線屈折率（ｎｅ１）と一致する屈折率を備える等方性の第１保持媒体を含み、前記導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を前記導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層と；前記入射面に垂直に伸延しかつ前記入射面に平行に配列した複屈折性の複数の第２ファイバ、および、前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）の少なくとも一方と異なる屈折率を備える等方性の第２保持媒体を含み、前記導光層に積層された光均質化層と；を備える、導光板が提供される。
【００２１】
まず、本形態の導光板が適用され得る面光源装置の基本的な構成を、図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態である面光源装置の概略構成を示す斜視図、図２Ａおよび図２Ｂは１本のファイバと、屈折率との関係を説明するための図面、図３はファイバの断面形状の変形例を示す図である。図１に示すように、面光源装置１はエッジライト型の面光源装置として構成され、光源部１０と、光源部１０の光源１１から照射された光のうち所望の偏光成分を出射させる導光板２０と、を備える。本実施形態では、面光源装置１は、紙面の上方に向かって、面発光する。図示は省略しているが、面光源装置１が、液晶ディスプレイに適用される場合、面発光側には、液晶ユニットが配置される。
【００２３】
光源部１０は、面光源装置１に供給するための光を発生するものであり、導光板２０の側方に配置され、複数の光源１１が間欠的に配列されて構成される。図１に示す形態では、光源１１が一次元配列されて光源部１０が構成されているが、光源が二次元配列されていてもよい。光源１１は、例えば、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）で構成されうる。
【００２４】
導光板２０は、略直方体板形状をしており、導光層３０と、導光層３０に積層された偏光分離層４０と、導光層３０に積層された光均質化層５０と、導光層３０に取り付けられた位相差板６０と、反射板７０と、を備える。
【００２５】
導光層３０は、光源１１から照射される光を、側面である入射面３０ａから内部に導入する。導入された光は、導光層３０内を伝播し、偏光分離層４０から所定の偏光成分だけが選択的に取り出される。
【００２６】
導光層３０は、入射光を透過させうる透明材質から構成され、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネート（ＰＣ）のような光学的等方性材料から形成される。
【００２７】
偏光分離層４０は、導光層３０に積層され、導光層３０内の光のうち所望の偏光を導光層２０の一方の主面である発光面３０ｂから導出し、当該偏光と直交する偏光の光を反射させる。偏光分離層の位置は特に限定されないが好ましくは最外層に位置する。
【００２８】
偏光分離層４０は、第１ファイバ４１と第１ファイバ４１を保持する第１保持媒体４２とを含む。
【００２９】
第１ファイバ４１は、導光層３０の入射面３０ａに平行に伸延した形状に形成されている。本明細書において、「入射面に平行に伸延」とは、第１ファイバ４１の伸延方向（長手方向）が完全に入射面３０ａに平行な方向と一致する場合のみならず、入射面３０ａに平行な方向に対して第１ファイバ４１の伸延方向（長手方向）が±４５°傾斜している場合も含む。
【００３０】
偏光分離層４０において、第１ファイバ４１は複数本設けられ、導光層３０の入射面３０ａに垂直な方向に配列されている。
【００３１】
光均質化層５０は、導光層３０に積層され、導光層３０内の光を、面内方向、すなわち、光の伝播方向ａと直交する方向に拡散させて、光の方向を均質化する。
【００３２】
光均質化層５０は、第２ファイバ５１と第２ファイバ５１を保持する第２保持媒体５２とを含む。
【００３３】
第２ファイバ５１は、導光層３０の入射面３０ａに垂直に伸延した形状に形成されている。本明細書において、「入射面に垂直に伸延」とは、第２ファイバ５１の伸延方向（長手方向）が完全に入射面３０ａに垂直な方向と一致する場合のみならず、入射面３０ａに垂直な方向に対して第２ファイバ５１の伸延方向（長手方向）が±４５°傾斜している場合も含む。
【００３４】
光均質化層５０において、第２ファイバ５１は複数本設けられ、導光層３０の入射面３０ａに平行な方向に配列されている。すなわち、第２ファイバ５１は、偏光分離層４０における第１ファイバ４１の配列方向と直交する方向に配列されている。
【００３５】
偏光分離層４０および光均質化層５０に含まれるファイバ（４１、５１）は、長手方向の屈折率である異常光線屈折率（ｎｅ）が大きく、断面方向の屈折率である常光線屈折率（ｎｏ）が小さい複屈折性を有する。ここで、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、１本のファイバ（４１、５１）と、屈折率との関係を説明する。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ファイバ（４１、５１）は、断面方向の屈折率（常光線屈折率、ｎｏ）が長手方向の屈折率（異常光線屈折率、ｎｅ）よりも小さい。
【００３６】
ファイバ（４１、５１）としては複屈折性を有する多様な材料を使用できるが、断面形状の安定性および耐久性に優れ、配向性の制御が容易である点から、ポリマーを延伸することによって製造されるポリマーファイバであることが好ましい。
【００３７】
具体的なポリマーファイバの材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン系繊維、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などのポリビニル系繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）などのアクリル系繊維、ナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６，６（Ｎ６６）、ナイロン４，６（Ｎ４６）、ナイロン６，１０（Ｎ６１０）などの脂肪族ポリアミド系繊維、ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）（ＰＭＰＩＡ）、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＭＰＴＡ）などの芳香族ポリアミド系繊維（アラミド繊維）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ−ε−カプロラクトンなどのポリエステル系繊維、シルク、ウール、蜘蛛の糸などの動物性の繊維、キュプラ、レーヨン系繊維などのセルロース系植物繊維、などが挙げられる。第１ファイバおよび第２ファイバの種類は、後述する屈折率の関係を満たすように選択され、同一種類のものを使用してもよいし、異なる種類のものを使用してもよい。また、場合によっては、偏光分離層４０や光均質化層５０において複数の種類のファイバを使用してもよい。
【００３８】
好ましくは、異常光線屈折率（ｎｅ）と常光線屈折率（ｎｏ）との差（Δｎ）が大きいポリマーファイバを使用することが好ましい。屈折率差が大きいほど、偏光分離層４０の偏光分離効率や光均質化層５０の光拡散効率を向上させることができる。具体的には、Δｎが０．０３以上であり、好ましくは０．０５以上、より好ましくは０．１以上である。
【００３９】
これらのポリマーファイバの常光線屈折率（ｎｏ）および異常光線屈折率（ｎｅ）は、ポリマーを延伸する際の引張速度や引張率、ポリマーの材質、ファイバの太さ（径）や密度を調整することにより制御される。
【００４０】
表１に、代表的な延伸ポリマーファイバの常光線屈折率（ｎｏ）および異常光線屈折率（ｎｅ）を示す。なお、表１の屈折率（ｎｏ、ｎｅ）はファイバを種々の屈折率の液体中に浸漬し、偏光顕微鏡を使用して、ファイバ線が液体と同化して見えなくなる液体を調整し、この液体の屈折率をアタゴ社製デジタルアッベ屈折計 ＤＲ−Ａ１を使用して測定することによりファイバの屈折率を求めた（波長５８９ｎｍ）。偏光の透過軸それぞれについて測定することでｎｏおよびｎｅが測定できる。
【００４１】
【表１】
【００４２】
ファイバ（４１、５１）の太さは特に制限されず、適用するディスプレイの大きさに合わせて、また、所望の屈折率が得られるように制御され、一例をあげると、１〜２００μｍである。ファイバ（４１、５１）の配列間隔も特に制限されず、適用される液晶表示装置の画素ピッチよりも小さくなるように、ディスプレイの大きさに合わせて適宜選択すればよい。ファイバ（４１、５１）の配列間隔は、規則的であってもよいし、不規則であってもよい。また、ファイバ（４１、５１）は一層構造としてもよいし、多層構造としてもよい。
【００４３】
好ましくは、第１ファイバは光源１１から離れるに従って粗から密に配置される。すなわち、偏光分離層４０における第１ファイバ４１の密度が光源１１から離れるに従って連続的または段階的に増加することが好ましい。光源１１から離れるにつれて光量が少なくなるため、光量の少ない光源１１から離れた領域において第１ファイバ４１を密に配置し、光量の多い光源１１の近傍に第１ファイバ４１を粗に配置することにより、導光板の上面（発光面）全体において均質な光を取り出すことができる。
【００４４】
ファイバ（４１、５１）の長さは、ファイバ（４１、５１）を配置する偏光分離層４０や光均質化層５０のサイズに合わせて決定すればよい。ただし、ファイバ（４１、５１）の長さは偏光分離層４０や光均質化層５０の長さ方向にわたって連続的である必要はない。すなわち、一部ファイバ（４１、５１）が分断され、不連続となっている部分が存在してもよい。さらに、一部ファイバ（４１、５１）が重なっている部分が存在してもよい。
【００４５】
ファイバ（４１、５１）は、図１に示すように、断面が円形であってもよいが、円形である必要はなく、他の断面形状を有することもできる。他の断面形状としては、図３に示すように、例えば、三角形、長方形、六角形などの規則的および不規則な多角形、または曲線および直線の辺を組み合わせた断面形状を使用することができる。なお、本明細書において「多角形」とは各辺が直線である図形のみならず各辺が若干の曲線性を有する図形も包含する。すなわち、ポリマーファイバ（４１、５１）の多角形断面は、各辺や頂点部分に若干の曲線性を有することがあるが、このような断面形状も「多角形」である断面形状に含まれるものとする。
【００４６】
好ましくは、第１ファイバ４１の断面形状が多角形であることが好ましい。偏光分離層４０では、後述するように第１ファイバ４１により特定の光の偏光成分だけが選択的に散乱されて発光面３０ｂから取り出されるが、この際、導波方向に散乱されることが多く、光の進行方向に対して垂直な方向の散乱光が少なくなってしまう。本発明の導光板を面光源として液晶ディスプレイのバックライトとして使用する場合には、第１ファイバ４１の断面形状を多角形とすることで、散乱角度が多様となり、導波方向と垂直方向への散乱光を増加させて、より均一な角度分布を有する光を得ることができる。
【００４７】
ファイバ（４１、５１）の外周面の形状は特に制限されない。ただし、第１ファイバの外周面の表面粗さ（Ｒｚ）は０．１〜１０μｍであることが好ましい。かような場合には、第１ファイバによる光の散乱角度が多様となり、より均一な角度分布を有する光を得ることができる。なお、「表面粗さ（Ｒｚ）」とはＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１で規定される平滑面の最大高さを意味する。
【００４８】
保持媒体（４２、５２）は、ファイバ（４１、５１）を保持する役割を果たし、光学的等方性を有する材料から形成される。したがって、保持媒体（４２、５２）の材料は、ファイバ（４１、５１）に対して良好な密着性を示し、光学的透明性を有するものであれば特に制限されない。例えば、熱や放射線により重合／架橋反応する硬化性樹脂が挙げられる。具体的には、アクリロイル基、メタアクリロイル基、ビニル基、アリル基、スチリル基、チオール基、エポキシ基、ビニルエーテル基、オキセタニル基などを有する化合物からなるＵＶ硬化樹脂；シリコーン樹脂、アリルエステル、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、ウレタン系樹脂などからなる熱硬化性樹脂；およびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。さらに、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などのポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）などのポリエーテル、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などのビニル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、これらを構成するモノマーを２種以上用いた共重合体、ならびにこれらのポリマーブレンドなどを使用してもよい。複数の樹脂を混合することにより、保持媒体（４２、５２）の屈折率（ｎｍ）を所望の値に制御することができる。
【００４９】
偏光分離層４０は、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）と、第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）または異常光線屈折率（ｎｅ１）とが一致するように構成される。以下では、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）は、第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致するものとして説明する。
【００５０】
本明細書において、「屈折率ｎＡが屈折率ｎＢと一致する」とは、ｎＡとｎＢとが小数点２桁以上の精度で一致していることをいい、より好ましくは３桁以上の精度で一致していることをいい、さらに好ましくはｎＡ＝ｎＢ±０．００３であることをいう。
【００５１】
光均質化層５０は、第２保持媒体５２の屈折率（ｎｍ２）と、第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）の少なくとも一方と、が異なるように構成される。以下では、第２保持媒体５２の屈折率ｎｍ２が、第２ファイバ５１の常光線屈折率ｎｏ２と異常光線屈折率ｎｅ２との両方と異なるものとして説明する。
【００５２】
位相差板６０は、導光層３０の入射面３０ａとは反対の側面に取り付けられ、導光層３０を伝播する光の偏光方向を変換する。本実施形態では、位相差板６０は例えば、位相をλ／４ずらす、λ／４板である。なお、本発明において、位相差板は必須のものではなく、位相差板を含まない形態も好ましく使用されうる。
【００５３】
反射板７０は、導光層３０内の光が発光面３０ｂ以外から漏れることを防止するために、導光層３０の入射面３０ａ以外の側面や発光面３０ｂとは反対側の主面に積層される。本実施形態では、図示するように、位相差板６０や光均質化層５０に積層されて取り付けられている。図示していないが、本実施形態においては、導光層３０の入射面３０ａおよび入射面３０ａの反対側の面以外の２つ側面にも反射板７０が設けられている。また、図示していないが、反射板７０は、複数の光源１１の間や上下に設けられてもよい。
【００５４】
次に、面光源装置１において光源の光を面発光として取り出す原理について説明する。
【００５５】
図４（ａ）は図１の面光源装置の右側面図であり、図４（ｂ）は偏光分離層４０に入射するｓ偏光成分の伝播の様子を示す図４（ａ）の拡大図であり、図４（ｃ）は偏光分離層４０に入射するｐ偏光成分の伝播の様子を示す図４（ａ）の拡大図である。図４（ａ）に示すように、光源１１から導光層３０の入射面３０ａに光が入射される。入射された光は、一点鎖線および二点鎖線で示すように、偏光分離層４０、光均質化層５０、および位相差板６０の界面において内部全反射を繰り返しながら、導光層３０を伝播する。光は、位相差板６０の外側および光均質化層５０の下部、導光層３０の側面に取り付けられた反射板７０によっても反射されるので、発光面３０ｂ側以外からは漏れずに、導光層３０内を伝播し続ける。
【００５６】
光源１１が発生する光は自然光であり、様々な偏光成分の光が混合している。以下では、図４中、一点鎖線と黒丸とで示される紙面と同じ平面で振動する偏光成分をｐ偏光成分といい、二点鎖線と矢印とで示される紙面と垂直な平面で振動する偏光成分をｓ偏光成分という。本実施形態では、偏光分離層４０によって、ｓ偏光成分が選択的に発光面３０ｂ側から取り出される。
【００５７】
偏光分離層４０は、上述のように、第１ファイバ４１を有する。図２Ａに図示したように、第１ファイバ４１は、長手方向に異常光線屈折率（ｎｅ１）を、断面方向に常光線屈折率（ｎｏ１）を有する。ｓ偏光成分は、第１ファイバ４１を長手方向に切った断面と平行な平面で振動するので、第１ファイバ４１の長手方向の異常光線屈折率（ｎｅ１）に影響は受けうるが、断面方向の常光線屈折率（ｎｏ１）には影響を受けない。逆に、ｐ偏光成分は、第１ファイバ４１の断面と平行な平面で振動するので、第１ファイバ４１の断面方向の常光線屈折率（ｎｏ１）に影響は受けうるが、長手方向の異常光線屈折率（ｎｅ１）には影響を受けない。
【００５８】
ここで、第１ファイバ４１を保持している第１保持媒体４２は、屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致するように形成されている。したがって、第１保持媒体４２から第１ファイバ４１に、または、第１ファイバ４１から第１保持媒体４２に光が入射する際、ｐ偏光成分にとっては、同じ屈折率の材料を伝播していることになる。このため、光のｐ偏光成分は、常光線屈折率（ｎｏ１）に影響なく、直進する。換言すると、光のｐ偏光成分については、第１保持媒体４２中に第１ファイバ４１が存在していないのと同じである。このため、図４の二点鎖線で示すｐ偏光成分は第１ファイバ４１によって屈折せず、結果として、第１保持媒体４２の内部全反射条件にしたがって、反射される。
【００５９】
一方、第１保持媒体４２は、屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の異常光線屈折率ｎｅ１とは相違するように形成されている。したがって、第１保持媒体４２から第１ファイバ４１に、または、第１ファイバ４１から第１保持媒体４２に光が入射する際、ｓ偏光成分にとっては、異なる屈折率の材料を伝播していくことになる。このため、光のｓ偏光成分は、異常光線屈折率（ｎｅ１）の影響を受けて、屈折したり反射したりする。したがって、図４の一点鎖線で示すｓ偏光成分は第１ファイバ４１によって屈折または反射し、一部が第１保持媒体４２の内部全反射条件から逸脱して、鋭角に界面に入射して、第１保持媒体４２から取り出される。このように、偏光分離層４０を導光層３０に積層させることにより、ｓ偏光成分だけを選択的に散乱させ、発光面３０ｂ側から取り出すことができる。結果として、液晶ユニットに必要な偏光成分だけを選択的に取り出すことができる。
【００６０】
上記では、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致し、異常光線屈折率（ｎｅ１）と相違する場合について説明したが、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の異常光線屈折率（ｎｅ１）と一致し、常光線屈折率（ｎｏ１）と一致する構成としてもよい。この場合には、ｐ偏光成分だけを選択的に散乱させ、発光面３０ｂ側から取り出すことができる。ただし、光の導波方向と同じ面内で振動するｐ偏光成分よりも、光の導波方向と同じ面内で振動しないｓ偏光成分を使用する方が散乱効率に優れるため、第１保持媒体４２の屈折率（ｎｍ１）が第１ファイバ４１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致する構成とするのが好ましい。
【００６１】
続いて、光均質化層５０により、導光層３０内の光を面内方向に拡散する原理について説明する。図５は、図１の面光源装置の底面図である。
【００６２】
図５に示すように、光源１１であるＬＥＤは点発光であるために、隣接する光源１１との間の光量が少なくなり、光源１１近傍の光源間領域１２に暗部が発生しやすい。本実施形態では、導光層３０内を伝播する光が、光均質化層５０によって面内方向に散乱されることにより、導光層３０内の光の方向分布を均質化する。
【００６３】
光均質化層５０は、上述のように、第２ファイバ５１を含み、第２ファイバ５１は、長手方向に異常光線屈折率（ｎｅ２）を、断面方向に常光線屈折率（ｎｏ２）を有する。第２ファイバ５１は、その長手方向が光の導波方向と一致するように配置されている。このため、第２ファイバに入射する光は、常光線屈折率（ｎｏ１）と、実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）との影響を受けることとなる。
【００６４】
ここで、図２Ｂに示すように、光均質化層において、第２ファイバ５１の長手方向に導波する光が入射角θで第２ファイバ５１に入射した場合に第２ファイバ５１が有する実効異常光線屈折率ｎｅ２_ｅｆｆは下記式（Ａ）で表される。
【００６５】
【数１】
【００６６】
上記式中、ｎｏ２は第２ファイバの常光線屈折率であり、ｎｅ２は第２ファイバの異常光線屈折率であり、θは第２ファイバ（長手方向）への光の入射角である。
【００６７】
ｐ偏光成分は、第２ファイバ５１を長手方向に切った断面と平行な平面で振動するので、第２ファイバ５１の長手方向の実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）に影響は受けうるが、断面方向の常光線屈折率（ｎｏ２）には影響を受けない。逆に、ｓ偏光成分は、第２ファイバ５１の断面と平行な平面で振動するので、第２ファイバ５１の断面方向の常光線屈折率（ｎｏ２）に影響は受けうるが、長手方向の実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）には影響を受けない。
【００６８】
すなわち、第２保持媒体５２から第２ファイバ５１に、または、第２ファイバ５１から第２保持媒体５２に光が入射する際、ｐ偏光成分は実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）の影響を受けて屈折したり反射したりし、ｓ偏光成分は常光線屈折率（ｎｏ２）の影響を受けて屈折したり反射したりする。この際、光均質化層５０では、第２ファイバ５１の長手方向が導波方向と平行になるように第２ファイバ５１が配置されているため、光が入射する第２ファイバ５１と第２保持媒体５２との界面は導波方向と直交しておらず、該界面でｐ偏光成分やｓ偏光成分が屈折・反射する際に、光の面内方向の角度分布が変化する。すなわち、光は導波方向の左右に角度を付けられる。これにより、導光層３０内を伝播する光が様々な角度に散乱・拡散され、光の方向分布を均質化することができる。
【００６９】
なお、光均質化層では光は左右方向のみに屈折して広げられ、上下方向の角度は変わらないので、ｐ，ｓの両偏光ともに光均質化層によって全反射条件を満たさなくなるわけではない。すなわち、光均質化層では光を左右に広げてＬＥＤのムラをなくすことのみに機能し、偏光分離層ではｓ偏光のみの上下方向の屈折角が変更されるので、所望の片偏光のみが導光板から取り出されることと、ＬＥＤの光ムラの改善が両立される。
【００７０】
光均質化機能を発揮させるためには、第２保持媒体５２の屈折率（ｎｍ２）が第２ファイバ５１の常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）と異なっていればよい。
【００７１】
ただし、光均質化層５０はｓ偏光の均質化層としてより強く作用することが好ましい。かかる観点から、ｎｏ２とｎｍ２との屈折率差が好ましくは０．０３以上、より好ましくは０．０５以上、さらに好ましくは０．１以上異なることが望ましい。
【００７２】
また、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分の双方をバランスよく散乱・拡散させるために、第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）、ならびに第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）は下記式（１）を満たすことが好ましい。
【００７３】
【数２】
【００７４】
より好ましくは、第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）は第２ファイバの実効異常光線屈折率（ｎｅ２＿ｅｆｆ）よりも小さいことが望ましい。
【００７５】
【数３】
【００７６】
すなわち、第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）が下記式（３）を満たすことが好ましい。かような場合には、第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）が、第２ファイバの実効異常光線屈折率（ｎｅ２_ｅｆｆ）よりも小さくなるため、ｐ偏光成分を散乱・拡散することが可能である。したがって、p偏光、ｓ偏光の両方の偏光を効果的に拡散・散乱させる光均一化層として作用することができる。
【００７７】
【数４】
【００７８】
上記式中、ｎｏ２は第２ファイバの常光線屈折率であり、ｎｅ２は第２ファイバの異常光線屈折率であり、ｎｌは導光層の屈折率である。
【００７９】
ここで、上記式（３）は上記式（２）と上記式（Ａ）と下記式（Ｂ）〜（Ｆ）とから導出されたものである。
【００８０】
【数５】
【００８１】
上記式中、ｎｏ２は第２ファイバの常光線屈折率であり、ｎｅ２は第２ファイバの異常光線屈折率であり、ｎｉは導光板の外部媒体の屈折率であり、ｎｌは導光層の屈折率であり、θｉは導光層に入射する光の入射角であり、θｉは導光層に入射する光の入射角であり、θｌは導光層に入射した光の屈折角であり、θｉｎは光均質化層に入射する光の入射角であり、θｏｕｔは光均質化層に入射した光の屈折角である。通常、導光板は空気中に配置されており、導光板の外部媒体の屈折率ｎｉは空気の屈折率（＝１）と等しく、上記（Ｂ）で表される。
【００８２】
上記式（Ａ）において、ｎｍ２＝ｎｅ２＿ｅｆｆとし、上記式（Ｂ）〜（Ｅ）を用いて式変形を行うと、上記式（Ｆ）が導出される。そして、上記式（２）および上記式（Ｆ）とから、上記式（３）が導出される。ｎｍ２＝ｎｅ２＿ｅｆｆの場合には、p偏光のうち角度が最大となる入射光成分（θi≒π／２）は光均質化層の第２ファイバで屈折・反射することなしに直進せず、光均質化層はそのような光に対して光均質化作用を発揮し得ない。なお、この場合には、角度（θ）の小さい光に対する実効屈折率はｎｏ２に近い値を取るようになる。
【００８３】
上記式（５）を満たす場合には、全ての角度（θ）で第２ファイバに入射する入射光成分に対して光均質化作用を発揮することが可能となる。
【００８４】
特に好ましくは、ｐ偏光成分の均質化層としての効果を一層向上させる観点から、ｎｍ２と上記（Ｆ）式で表されるｎｅ２_ｅｆｆとの屈折率差が０．０３以上異なることが好ましい。
【００８５】
図５に示すように、光均質化層５０においては、隣接する光源間の中心線上に位置する第２ファイバの密度が、光源の光照射方向の軸線上に位置する第２ファイバの密度より大きいことが好ましい。光源と光源の間は光量が少なく、光源近傍の光源間領域１２には暗部が生じやすい。したがって、これらの領域において第２ファイバを密に配置させることにより、より一層の光均質化効果が図られる。
【００８６】
なお、上述した偏光分離層４０においては、第１ファイバ４１の長手方向が導波方向と直交するように第１ファイバが配置されている。したがって、第１ファイバ４１の直径方向の断面形状は、第１ファイバ４１の長さ方向のどこで切っても略同じである。第１ファイバ４１は、長さ方向に形状の変化がないので、ｐ偏光成分やｓ偏光成分が第１ファイバ４１により屈折・反射する際には、光は、平面から見て、導波方向の両側には実質的には散乱しない。導波方向に沿った平面内で散乱する。すなわち、面内方向の角度分布は実質的に変化しない。本実施形態に係る発明は光均質化層５０において入射面３０ａと垂直に伸延した第２ファイバにより面内方向への光の散乱を可能とするものである。本実施形態に係る発明では、入射面と平行に伸延した第１ファイバ４１のＰＳＳＥを使用するだけでは、十分に得られない光の面内方向への散乱を得ることができる。
【００８７】
ｓ偏光成分のみが取り出されていくと、ｐ偏光成分に近い位相の光が導光層３０内に残る。残った光も有効に活用するために位相差板６０に配置されている。
【００８８】
図１に示す実施形態では、位相差板６０は、λ／４板であり、位相差板６０に直角に入射した光の位相を９０度ずらすような厚みに形成されている。導光層３０内を内部全反射する光は、図４を参照してもわかるように、位相差板４０に直角に入射しない。ｐ偏光成分は、ｓ偏光成分に近づくように位相がずらされる。反対にｓ偏光成分もｐ偏光成分に変換される場合があるが、ｓ偏光成分が選択的に外部に放出されているので、ｐ偏光成分からｓ偏光成分に変換される割合の方が高い。このように、導光層２０内に残った光も、ｓ偏光成分に変換していくので、ｓ偏光成分の取り出し効率が高くなり、つまり、光の利用効率を高められる。
【００８９】
位相差板としては、波長域などに応じて適宜なものを用いることができ、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）、ポリアミド、ポリエステルなどから形成されるフィルムを延伸処理してなる複屈折性シートや液晶ポリマー配向層の支持シート、またはこれらの多層積層体を使用することができる。また、偏光分離層４０や光均質化層５０で使用されるファイバ（４１、５１）を保持媒体中に配列させてなるシートを位相差板として使用することもできる。
【００９０】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【００９１】
図４に示す第１実施形態において、光均質化層５０は、導光層３０の下面に設けられている。しかし、光均質化層５０は導光層３０に積層されていればよい。図６に示す面光源装置１のように、光均質化層５０が、導光層３０と偏光分離層４０との間に設けられていてもよい。
【００９２】
（第３実施形態）
図７は第３実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【００９３】
図７に示す面光源装置１のように、光均質化層５０が、偏光分離層４０の上面に設けられていてもよい。
【００９４】
（第４実施形態）
図８は第４実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【００９５】
図４に示す第１実施形態では、位相差板６０は、導光層３０の入射面３０ａとは反対の側面に取り付けられている。しかし、位相差板６０は、偏光分離層４０の積層面とは反対側の導光層３０の主面および導光層３０の入射面３０ａ以外の側面の少なくとも一方に取り付けられうる。
【００９６】
例えば、図８に示す面光源装置１のように、位相差板６０は、偏光分離層４０の積層面とは反対側の導光層３０の主面、すなわち、導光層３０の下面に設けられうる。ただし、図８に示す形態のように、光の導波方向に垂直な導光層３０の主面または側面に位相差板６０を設ける場合には、位相差板６０はλ／２板であり、位相差板６０に直角に入射した光の位相を１８０度ずらすような厚みに形成される。
【００９７】
これにより、たとえ、偏光分離層４０において光が導光層３０側に屈折・反射され、鋭角に位相差板６０に入射された場合でも、位相が略１８０度変更され、ｓ偏光成分の光はｓ偏光成分のまま維持される。反射板７０により反射され、再び、導光層３０に戻り、偏光分離層４０から出射される。これにより、ｐ偏光成分の光が出射することが防止される。なお、上述の通り、導光層３０内を導波する光は、通常、位相差板６０に直角には入射しないので、λ／２位相差板６０によって適度にｐ偏光成分からｓ偏光成分に変換される。
【００９８】
（第５実施形態）
図９は第５実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【００９９】
図９は、偏光分離光均質化層８０を備える面光源装置１を、図８でいうＡ方向から見た一部断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成は、同様の参照番号により説明する。
【０１００】
第１〜４実施形態では、偏光分離層４０と光均質化層５０とを別体に形成している。しかし、図９に示すような偏光分離層４０と光均質化層５０とを一体化させた偏光分離光均質化層８０を使用してもよい。
【０１０１】
図９に示すように、偏光分離光均質化層８０は、第１ファイバ８１、第２ファイバ８２、および第１ファイバ８１および第２ファイバ８２を保持する第３保持媒体８３を含む。第１ファイバ８１は、導光層３０の入射面３０ａに平行に伸延し、入射面３０ａに垂直方向に複数本が配列している。第２ファイバ８２は、導光層３０の入射面３０ａに垂直に伸延し、入射面３０ａに平行方向に複数本が配列している。すなわち、第１ファイバ８１と第２ファイバ８２とは相互に直交する方向に伸延・配列しており、第１ファイバ８１と第２ファイバ８２とが相互に編み込まれた状態で、第３保持媒体８３中に保持されている。
【０１０２】
偏光分離光均質化層８０において、第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）および異常光線屈折率（ｎｅ１）、第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）、ならびに第３保持媒体の屈折率（ｎｍａｔｒｉｘ３）は下記式（４）および（５）を満たす。
【０１０３】
【数６】
【０１０４】
これにより、第１ファイバ８１（縦糸）はｓ偏光成分のみを選択的に散乱させて偏光分離光均質化層８０の上面である発光面から導出させる機能を果たし、第２ファイバ８２（横糸）は、導光層３０内を伝搬する光を面内方向に拡散して光の方向分布を均質化する機能を果たす。
【０１０５】
すなわち、第３保持媒体８３の屈折率（ｎｍ３）は、第１ファイバ８１の常光線屈折率（ｎｏ１）と一致し、異常光線屈折率（ｎｅ１）と相違する。したがって、光のｐ偏光成分は第１ファイバ８１によって屈折せず直進し、光のｓ偏光成分のみが第１ファイバ８１の異常光線屈折率（ｎｅ１）の影響を受けて屈折・反射し、その一部が発光面から導出される。
【０１０６】
一方、第３保持媒体８３の屈折率（ｎｍ３）は、第２ファイバ８２の常光線屈折率（ｎｏ２）と相違し、異常光線屈折率（ｎｅ２）と相違する。したがって、光のｓ偏光成分は第２ファイバ８２によって屈折せず直進し、光のｐ偏光成分のみが第２ファイバ８２の異常光線屈折率（ｎｅ１）の影響を受けて屈折・反射して面内方向に拡散される。
【０１０７】
本実施形態におけるファイバ（８１，８２）および第３保持媒体８３としては、上記で例示したファイバ（４１，５１）および保持媒体（４２，５２）が同様に好ましく使用されうる。ただし、本形態では、屈折率の上記関係式（４）（５）を満たすべく、第１ファイバ８１と第２ファイバ８２とは異なる材質から形成される。
【０１０８】
（第６実施形態）
図１０は第６実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【０１０９】
上述した多様な第１〜第５実施形態（図１〜９）では、導光層３０は、第１保持媒体４２および第２保持媒体５２とは異なる材料により形成されている。しかし、導光層３０は、第１保持媒体および第２保持媒体の少なくとも一方と同一の材料から形成されていてもよい。図１０に示す第６実施形態は、図４に示す実施形態において導光層３４は、第１実施形態の導光層３０が第１保持媒体３２と同一の材料で形成された場合に相当する。あるいは、図示していないが、第１実施形態の導光層を第２保持媒体と同一の材料で形成し、導光層と光均質化層との一体層として形成してもよい。あるいは、図示していないが、第１実施形態の導光層と第１保持媒体と第２保持媒体とを全て同一の材料で形成し、導光層と偏光分離層と光均質化層との一体層としてもよい。さらには、図９に示す偏光分離層と光均質化層とが一体化された形態において、導光層を第３保持媒体と同一の材料で形成し、偏光分離光均質化層と導光層との一体層としてもよい。このように、導光層を偏光分離層および／または光均質化層と一体化させることにより、製造が容易となり、また、コストダウンも可能であり、薄膜化できるためデバイスの薄型化が可能な点で優れる。
【０１１０】
図１０の形態においては、導光層と偏光分離層との一体層中の上部領域に第１ファイバが配列されているが、一体層中の全体に第１ファイバが配置されていてもよいし、一体層中の他の領域に第１ファイバが配置されていてもよい。
【０１１１】
（第７実施形態）
図１１は第７実施形態の面光源装置の概略構成を示す図面である。
【０１１２】
上述した多様な第１〜第６実施形態（図１〜１０）において、光源部１０は、導光板２０を構成する導光層３０の短軸側の一方の側面に配置されている。しかし、面光源装置１は、複数の光源部１０を有していてもよい。例えば、図１１に示す面光源装置１のように、光源部１０が導光板２０を構成する導光層３０の短軸側の両方の側面に配置されてもよい。なお、図１１に示す第５実施形態は、図８に示す第４実施形態において、反射板７０に代えて、光源部１０が設けられた場合に相当する。図示していないが、第３実施形態以外の形態、例えば、第１、２，４の実施形態においても同様に導光層３０の短軸側の両方の側面に光源部１０を配置してもよい。さらに、場合によっては、導光層３０の長軸側の発光面以外の側面に追加の光源部１０を配置してもよい。
【実施例】
【０１１３】
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
【０１１４】
［実施例１］
（１）導光層の準備
導光層として、ＰＭＭＡ（サイズ：６ｃｍ×９ｃｍ）を準備した。
【０１１５】
（２）偏光分離層の形成
この導光層の上面に、第１ファイバとしてのＰＥＴファイバ（材質：ポリエチレンテレフタレート、ｎｏ＝１．５４４９、ｎｅ＝１．７２００、外周面の表面粗さＲｚ＝２μｍ、断面形状：直径２０μｍの円）を同一方向に隙間がないように１５層の厚さで配列させ、硬化後の屈折率が１．５４５となるように設計した第１保持媒体としてのＵＶ硬化樹脂（大阪ガスケミカル社製ＥＡ−Ｆ５５０３；４０重量部、新中村化学工業社製ＭＫエステルＡ-４００；５８重量部、およびチバスペシャリティケミカル社製光重合開始剤イルガキュア１８４；２重量部の混合物）を浸透させた。真空脱泡してファイバとＵＶ樹脂の間の空気を除去したのち、離型処理を施したガラス板で上部を覆い、ＵＶランプを使用して樹脂を硬化させた後、ガラス板を剥離することにより、導光層上に偏光分離層を形成した。偏光分離層の断面をレーザー顕微鏡（装置：キーエンス社製ＶＫ−９６００）により観察したところ、図１１に示すように、偏光分離層は同一方向に整列した第１ファイバがＵＶ硬化樹脂に保持された構造を有することが確認された。
【０１１６】
（３）光均質化層の形成
導光層の下面に、第２ファイバとしてのＮ６１０ファイバ（材質：ナイロン６，１０、ｎｏ＝１．５２１７、ｎｅ＝１．５７１１、断面形状：直径５０μｍの円）を偏光分離層中の第一ファイバの配列方向と直交する方向に隙間がないように３層の厚さで配列させ、硬化後の屈折率が１．５７１となるように設計した第２保持媒体としてのＵＶ硬化樹脂（新中村化学工業社製ＭＫエステルＡ−ＢＰＥ−４、７４重量部、新中村化学工業社製ＭＫエステルＡ-ＬＥＮ-１０、２４重量部、およびチバスペシャリティケミカル社製光重合開始剤イルガキュア１８４、２重量部の混合物）を浸透させた。そして、偏光分離層の形成と同様にして、樹脂を硬化させることにより、導光層上に光均質化層を形成した。
【０１１７】
（４）光源部、位相差板、反射板の配置
次いで、導光層の側面に、光源であるＬＥＤ９個が一次元配列（直列配列）した光源部を導光層の短軸側に設置した。この際、光源部が設置される導光層の側面は、偏光分離層中の第１ファイバの長手方向に平行で、かつ、光均質化層中の第２ファイバの断面方向に垂直な面とし、ＬＥＤの配列方向は偏光分離層中の第１ファイバの長手方向に平行な方向とした。
【０１１８】
その後、光源部を設置した面と反対側の導光層の側面にλ／４位相差板を配置し、さらに、偏光分離層の上面（発光面）および光源部が設置された面以外の全ての面に反射板を取り付けた。これにより、面光源装置を作製した。なお、本実施例の面光源装置は図１に示す第１実施形態に相当する。
【０１１９】
［実施例２］
導光層の上面に光均質化層を形成し、かつ、この光均質化層の上面に偏光分離層を形成したこと、および、光均質化層を構成する第２ファイバとしてＰＥＴファイバ（材質：ポリエチレンテレフタレート、ｎｏ＝１．５４４９、ｎｅ＝１．７２００、外周面の表面粗さＲｚ＝２μｍ、断面形状：直径２０μｍの円）を使用し、第２保持媒体として硬化後の屈折率が１．６０５（大阪ガスケミカル社製ＥＡ−Ｆ５５０３；６８重量部、ベンジルアクリレート；３０重量部、およびチバスペシャリティケミカル社製光重合開始剤イルガキュア１８４；２重量部の混合物）となるように設計したＵＶ硬化樹脂を使用したこと以外は、実施例１の方法と同様にして、面光源装置を作製した。なお、本実施例の面光源装置は図６に示す第２実施形態に相当する。
【０１２０】
［実施例３］
導光層の上面に偏光分離層を形成し、かつ、この偏光分離層の上面に光均質化層を形成したこと以外は、実施例２の方法と同様にして、面光源装置を作製した。なお、本実施例の面光源装置は図７に示す第３実施形態に相当する。
【０１２１】
［実施例４］
偏光分離層を構成する第１ファイバとしてＰＥＴファイバ（材質：ポリエチレンテレフタレート、ｎｏ＝１．５４４９、ｎｅ＝１．７２００、外周面の表面粗さＲｚ＝２μｍ、断面形状：一辺１０ｕｍの正三角形）を使用したこと以外は、実施例２の方法と同様にして、面光源装置を作製した。
【０１２２】
［比較例１］
導光層の下面に光均質化層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして面光源装置を作製した。
【０１２３】
［評価］
上記実施例および比較例１で得られた面光源装置において、発光面から射出される光の輝度および輝度ムラならびに偏光度の測定を行った。ここで、輝度および輝度ムラの測定、偏光度の測定はそれぞれ、２次元色彩輝度計コニカミノルタ製 ＣＡ−２０００またはＡＵＴＲＯＮＩＣ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ ＧｍｂＨ製Ｃｏｎｏｓｃｏｐｅ８０を偏光板と組み合わせて使用することにより行い、任意の偏光成分の比率を求めた。なお、輝度測定は、直列配列した９個のLEDを３０ｍＡの定電流で駆動させることにより行い、その際に発光される光の導光板の発光面中央における正面輝度を測定した。結果を表２に示す。図１３および図１４に、ＣＡ−２０００により測定された、実施例２および比較例１で作製した面光源装置の導光板の上面（発光面）から射出される光の二次元輝度分布を示す。なお、他の実施例１，３，４においても導光板の上面（発光面）で図１３と同様の二次元輝度分布が得られた。
【０１２４】
【表２】
【０１２５】
光均質化層を有する実施例１〜４の面光源装置では、図１３に示されるように、積層体の上面から射出される光に、筋ムラは観測されず、不連続な光源であるＬＥＤを使用した場合であっても輝度ムラを解消することができることがわかった。また、これらの実施例で得られた面光源装置は、高い偏光分離能を達成できることが確認された。
【０１２６】
一方、比較例１で作製された面光源装置では、偏光分離比は実施例の場合と同等であったが、図１４に示されるように、積層体の上面から射出される光に、筋ムラが明確に観測された。
【０１２７】
さらに、偏光分離層を構成する第１ファイバの断面形状が正三角形である実施例４の面光源装置では、第１ファイバの断面形状が円である実施例２の面光源装置に比べて、導光層と垂直な方向への光（積層体の上面から射出される光）の強度（輝度）が、２倍大きかった。
【０１２８】
以上のことから、本発明の面光源装置は高い偏光分離能を達成でき、かつ、ＬＥＤのような不連続な光源を使用した場合であっても光の筋ムラを防止できることが確認された。
【符号の説明】
【０１２９】
１ 面光源装置、
１０光源部、
１１ 光源、
１２ 光源間領域、
２０ 導光板、
３０、３４ 導光層、
３０ａ 入射面、
３０ｂ 発光面、
４０ 偏光分離層、
４１、８１ 第１ファイバ、
４２ 第１保持媒体
５０ 光均質化層、
５１、８２ 第２ファイバ、
５２ 第２保持媒体、
６０ 位相差板、
７０ 反射板、
８０ 偏光分離光均質化層、
８３ 第３保持媒体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射される光を側面である入射面から内部に導入する導光層と；
前記入射面に平行に伸延しかつ前記入射面に垂直に配列した複屈折性を有する複数の第１ファイバと、前記第１ファイバを保持し前記第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）または異常光線屈折率（ｎｅ１）と一致する屈折率を備える等方性の第１保持媒体とを含み、前記導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を前記導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層と；
前記入射面に垂直に伸延しかつ前記入射面に平行に配列した複屈折性の複数の第２ファイバ、および、前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）の少なくとも一方と異なる屈折率を備える等方性の第２保持媒体を含み、前記導光層に積層された光均質化層と；
を備える、導光板。
【請求項２】
前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）、ならびに前記第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）は下記式（１）を満たす、請求項１に記載の導光板。
【数１】
【請求項３】
光源から照射される光を側面である入射面から内部に導入する導光層と；
前記入射面に平行に伸延しかつ前記入射面に垂直に配列した、複屈折性を有する複数の第１ファイバと、前記入射面に垂直に伸延し、かつ、前記入射面に平行に配列した、複屈折性を有する複数の第２ファイバと、が相互に編みこまれた状態で第３保持媒体中に保持されてなり、
前記導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を前記導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層と；
を備え、
前記第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）および異常光線屈折率（ｎｅ１）、前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）、ならびに前記第３保持媒体の屈折率（ｎｍａｔｒｉｘ３）は下記式（４）および（５）を満たす、導光板。
【数２】
【請求項４】
前記第１ファイバの外周面の表面粗さ（Ｒｚ）は０．１〜１０μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導光板。
【請求項５】
前記第１ファイバの半径方向の断面形状が多角形である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導光板。
【請求項６】
前記導光層に取り付けられ、前記導光層内の光の偏光方向を変換する位相差板と；
前記偏光分離層の積層面とは反対側の前記導光層の主面および前記導光層の入射面以外の側面の少なくとも一方に積層され、導光層内方に光を反射する反射板と；
をさらに備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の導光板。
【請求項７】
導光層が第１保持媒体および第２保持媒体の少なくとも一方と同一の材料から形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導光板。
【請求項８】
複数の光源が間欠的に一次元または二次元配列されてなる光源部と；
請求項１〜７のいずれか１項に記載の導光板と；
を備える面光源装置。
【請求項９】
隣接する光源間の中心線上に位置する第２ファイバの密度は、前記光源の光照射方向の軸線上に位置する第２ファイバの密度より大きい、請求項８に記載の面光源装置。
【請求項１】
光源から照射される光を側面である入射面から内部に導入する導光層と；
前記入射面に平行に伸延しかつ前記入射面に垂直に配列した複屈折性を有する複数の第１ファイバと、前記第１ファイバを保持し前記第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）または異常光線屈折率（ｎｅ１）と一致する屈折率を備える等方性の第１保持媒体とを含み、前記導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を前記導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層と；
前記入射面に垂直に伸延しかつ前記入射面に平行に配列した複屈折性の複数の第２ファイバ、および、前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）の少なくとも一方と異なる屈折率を備える等方性の第２保持媒体を含み、前記導光層に積層された光均質化層と；
を備える、導光板。
【請求項２】
前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）、ならびに前記第２保持媒体の屈折率（ｎｍ２）は下記式（１）を満たす、請求項１に記載の導光板。
【数１】
【請求項３】
光源から照射される光を側面である入射面から内部に導入する導光層と；
前記入射面に平行に伸延しかつ前記入射面に垂直に配列した、複屈折性を有する複数の第１ファイバと、前記入射面に垂直に伸延し、かつ、前記入射面に平行に配列した、複屈折性を有する複数の第２ファイバと、が相互に編みこまれた状態で第３保持媒体中に保持されてなり、
前記導光層に積層されて当該導光層内の光のうち所望の偏光を前記導光層の一方の主面である発光面から導出する偏光分離層と；
を備え、
前記第１ファイバの常光線屈折率（ｎｏ１）および異常光線屈折率（ｎｅ１）、前記第２ファイバの常光線屈折率（ｎｏ２）および異常光線屈折率（ｎｅ２）、ならびに前記第３保持媒体の屈折率（ｎｍａｔｒｉｘ３）は下記式（４）および（５）を満たす、導光板。
【数２】
【請求項４】
前記第１ファイバの外周面の表面粗さ（Ｒｚ）は０．１〜１０μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導光板。
【請求項５】
前記第１ファイバの半径方向の断面形状が多角形である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導光板。
【請求項６】
前記導光層に取り付けられ、前記導光層内の光の偏光方向を変換する位相差板と；
前記偏光分離層の積層面とは反対側の前記導光層の主面および前記導光層の入射面以外の側面の少なくとも一方に積層され、導光層内方に光を反射する反射板と；
をさらに備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の導光板。
【請求項７】
導光層が第１保持媒体および第２保持媒体の少なくとも一方と同一の材料から形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導光板。
【請求項８】
複数の光源が間欠的に一次元または二次元配列されてなる光源部と；
請求項１〜７のいずれか１項に記載の導光板と；
を備える面光源装置。
【請求項９】
隣接する光源間の中心線上に位置する第２ファイバの密度は、前記光源の光照射方向の軸線上に位置する第２ファイバの密度より大きい、請求項８に記載の面光源装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−７９０１（Ｐ２０１３−７９０１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０６４９（Ｐ２０１１−１４０６４９）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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