面发光元件、图像显示元件及使用该元件的图像显示装置的制作方法

专利名称：面发光元件、图像显示元件及使用该元件的图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示装置等中使用的背光源等的面发光元件、图 像显示元件、以及使用该元件的图像显示装置。
背景技术：
在专利文献l中，公开出一种显示装置，其特征在于，具有向 前面射出光的照明装置；具备使从照明装置入射的光透过的透射区域 的矩阵状地配置的多个像素；以及在照明装置的前面分别相对于透射 区域而一对一地设置的多个会聚元件，分别通过了多个会聚元件的光 束的由多个像素规定的面中的会聚点的中心形成在透射区域内，多个 像素中的行方向上邻接的2个像素的各个上形成的会聚点的该像素处 的重心的列方向的位置相互不同。在专利文献2中，公开出如下的面光源装置在导光板的下面形 成有凹图案状的偏转图案，在作为朝向偏转图案的光源侧的倾斜面的 光反射部与平坦部之间，设置有提高向光反射部入射的光的指向性的 指向性转换部，而提高从导光板射出的光的指向性。在专利文献3中，公开出一种背光源装置，具备与液晶面板平 行地配置的具有折射率m的第l导光板；邻接配置在其端面的线光源； 以及配置在液晶面板侧的第1导光板上且具有与ni大致相等的折射率 的第2导光板，在第2导光板17的第1导光板13侧的面上形成有使 从光源在第l导光板内反复全反射而传导的光朝向液晶面板的准直轮 廓。在专利文献4中，公开出一种面光源元件，其特征在于，包括 光源；从所对置的两端面入射来自光源的光的导光体；以及设置在导
光体的射出面、且用于使来自射出面的光朝向射出面的正面方向的多 个凸部设置在与导光体对置的面上的射出光控制板，导光体与射出光 控制板的凸部前端经由l层以上的光学透明的层而紧密连接，射出光 控制板凸部的折射率比导光体的折射率大、且各层的折射率比导光体 的折射率大。在专利文献5中，公开出如下的指向性高的面光源装置，其特征 在于在入射侧面配置有线状光源的导光板的一方的面上形成有平均 倾斜角比较大的会聚图案，在另一方的面上设置有平均倾斜角比较小 的偏转图案，在导光板内反复反射而相对于射出面以小的仰角沿着与 射出面大致平行的方向被射出，进而通过会聚图案而被会聚到一个方 向。在非专利文献l中，公开有通过使用具有折射率各向异性的部件 来得到具有偏振性的射出光的面光源。专利文献1:日本特开2005 - 62741号公报专利文献2:日本特开2005 - 268201号公报专利文献3:日本特开平8-221013号公报专利文献4:日本特开2001 - 312915号7>才艮专利文献5:日本特开平9 - 113730号公报非专利文献1: Applied Optics誌、Vol.43 ， No.24， pp.4672 - 4676， 2004年在专利文献l中，示出了为了使会聚元件有效地起作用，需要使 从照明装置射出的光的指向性高的内容。作为该照明装置的一个例 子，示出了与专利文献2示出的面光源装置同样的结构的装置。但是，在专利文献1中示出了该照明装置的指向性在以光源的 LED为中心的圆弧上，切线方向上的指向性高而垂线方向上的指向性 差，且指向性高的方向根据情况而旋转的内容。在专利文献l中，通 过作为会聚元件使用球面透镜阵列，即使指向性的方向旋转，在面内 均匀地得到会聚元件的效果。在指向性本身的分布不变化而指向性高 的方向旋转的情况下，如专利文献l中叙述的那样，期待通过使用球
面透镜阵列来在面内得到均匀性的特性。但是，实际上，在作为会聚元件而应用了球面透镜阵列的情况下 为了最大限度地发挥会聚元件的功能，需要指向性与方位无关而在所 有方向上都高，在如专利文献l那样指向性高的方向仅为一个方向， 而且指向性高的方向旋转的情况下，存在无法充分地发挥会聚元件的 功能的问题点。作为提高了照明装置的指向性的面光源，公开有如专利文献2 至4中叙述的那样的各种方式。但是，现状为仍未出现与透镜阵列组 合而得到充分的特性的面光源。如上所述，在专利文献2中，存在指 向性高的方向根据情况而变化的问题点。在专利文献3以及专利文献 4中，也示出了利用第2导光板或射出光控制板来提高指向性的内容， 但无法得到在应用会聚元件、所谓的透镜阵列方面充分的指向性。在专利文献5中，也示出了在指向性高的面光源装置中应用会聚 元件，来得到实效的透射率的内容。但是，存在以下的问题点以关 于与指向性高的方向不同的方向，利用在导光板的一方的面上形成的 会聚图案来进行会聚为特长，而关于对于会聚元件来说重要的指向性 高的方向的指向性，无法提高到以往的面发光元件以上。在非专利文献1中，记载了除了与专利文献2示出的面光源装置 同样的结构以外，还通过层叠折射率不同的部件来得到偏振后的光的 面光源。但是，未考虑射出光的指向性，未示出指向性比专利文献2 优良的射出光。如上所述，目前为止的面光源装置存在未得到在应用会聚元件、 即透镜阵列的方面充分的指向性、即准直性的问题点。另外，在使用了准直光源和透镜阵列的情况下，视场角与正面亮 度是相反的特性。即，存在如果希望扩大视场角则正面亮度变低，相 反如果希望提高正面亮度则视场角变窄的问题点。发明内容本发明的目的在于提供一种准直性沿着至少一个方向良好、且该
方向也在面内与直角坐标系的一个轴方向一致的面发光元件、图像显 示元件、以及使用了该元件的图像显示装置。为了解决本发明的课题，第l方面的发明具有在使来自光源的 光传达的导光体的光取出侧层叠而形成的第l折射率层和第2折射率 层；配置在导光体与第l折射率层之间，且形成在第2折射率层的开 口部；以及对从导光体经由开口部射出的光进行反射的反射板，如果 将导光体、第1折射率层、第2折射率层的折射率分别设为n。 n2、 n3，贝'j满足ni〉ii2〉n3， 且- n2>n2 - n3。另外，第2方面的发明具有在使来自光源的光传达的导光体的 光取出侧形成的折射率层；在导光体与折射率层之间的界面形成有倾 斜槽的倾斜部；形成在导光体与折射率层之间的界面，且对从导光体 透过倾斜部而射出的光进行反射的反射板；以及形成在反射板表面上 的反射膜。另外，第3方面的发明具有在使来自光源的光传达的导光体的 光取出侧形成的折射率层；以及形成在折射率层的光取出侧，且具有如果将导光体、折射率层、反射部件的折射率分别设为ih、 n2、 n3, 则满足n3^h〉n2。另外，第4方面的发明具有在使来自光源的光传达的导光体的 与光取出侧的相反侧形成，且对所入射的光进行反射的反射板；以及 在导光体的与光取出侧的相反侧形成的折射率层，如果将导光体、折 射率层的折射率分别设为iM、 n2，则满足n户n2，且0<ni - n-0.17。另外，第5方面的发明具有光源；使来自该光源的光传达的导 光体；在配置有导光体的一侧具有平面的棱镜片；以及在导光体与棱 镜片之间的折射率比导光体以及棱镜片高的层。另外，第6方面的发明具有光源；使来自光源的光传达的导光 体；在导光体侧具有平面的棱镜片；以及在导光体与棱镜片之间，至 少在可见波长的一个波长处入射角度70°下的S偏振光和P偏振光的 透射率都为90%以上的无偏振透射层。
另外，笫7方面的发明具有 一对基板；夹着一对基板的一对偏 振片；由一对基板夹着的液晶层；形成在一对基板的一方基板与液晶 层之间，且形成在像素内的透射开口部；以及在相对于一方基板与配 置有液晶层的一侧的相反侧形成，且配置在一方基板与一对偏振片的 一方偏振片之间，而将光会聚到透射开口部的会聚元件，使透射开口 部的中心从像素的中心偏芯，所邻接的2个像素的各透射开口部被偏 芯而配置成靠近2个像素之间的边界，所邻接的2个像素被周期地配 置。另夕卜，第8方面的发明具有显示图像的图像显示元件；以及向 图像显示元件照射来自光源的光的面发光元件，图像显示元件具有 一对基板；由一对基板夹着的液晶层；形成在一对基板的一方基板与 液晶层之间，且形成在像素内的透射开口部；在相对于一对基板的一 方基板与配置有液晶层的一侧的相反侧形成的第l偏振片；以及形成 在一对基板的另一方基板与液晶层之间，且与液晶层相接而形成的第 2偏振片，面发光元件具有在使来自光源的光传导的导光体的光取 出侧形成的折射率层；以及对从导光体经由开口部射出的光进行反射 的反射板，另一方基板与折射率层被接近配置，图像显示元件使用笫 2偏振片对在面发光元件的反射板反射而射出的光进行偏振，液晶层 对偏振后的光的偏振方向进行切换而进行图像显示。另外，第9方面的发明具有显示图像的图像显示元件；以及向 图像显示元件照射来自光源的光的面发光元件，面发光元件具有使 来自光源的光传达的导光体；在导光体的光取出侧层叠而形成的第1 折射率层和第2折射率层；在导光体与第1折射率层之间配置的第2 折射率层上形成的开口部；以及对从导光体经由开口部而射出的光进 行反射的反射板，图像显示元件具有 一对基板；形成在一对基板之 间，且形成在像素内的透射开口部；以及配置在一对基板的一方基板 与面发光元件之间，且将从面发光元件射出的光会聚到透射开口部的 会聚元件。另外，第10方面的发明具有显示图像的图像显示元件；以及具有光源，且向图像显示元件照射来自光源的光的面发光元件，图像显示元件具有 一对基板；由一对基板夹着的液晶层；形成在像素内 的透射开口部；以及将从面发光元件射出的光会聚到透射开口部的会 聚元件，面发光元件具有使来自光源的光传达的导光体；在导光体 侧具有平面的棱镜片；以及在导光体与上述棱镜片之间的折射率比导 光体以及棱镜片高的层。另外，第ll方面的发明具有显示图像的图像显示元件；以及 具有光源，且向图像显示元件照射来自光源的光的面发光元件，图像 显示元件具有 一对基板；由一对基板夹着的液晶层；形成在像素内 的透射开口部；以及将从面发光元件射出的光会聚到透射开口部的会 聚元件，面发光元件具有使来自光源的光传达的导光体；在导光体 侧具有平面的棱镜片；以及在导光体与棱镜片之间，至少在可见波长 的一个波长处入射角度70。下的S偏振光和P偏振光的透射率都为90 %以上的无偏振透射层。可以提供准直性沿着至少一个方向良好、且该方向也在面内与直 角坐标系的一个轴方向一致的面发光元件、图像显示元件、以及使用 了该元件的图像显示装置。


图l是本发明的面发光元件以及图像显示元件的第1实施方式的 剖面图。图2是本发明的第1实施方式的面发光元件的剖面图。图3是本发明的第1实施方式的面发光元件的正面图。图4是本发明的第1实施方式的面发光元件的正面图。图5是本发明的第1实施方式的像素部和双面凸透镜的配置图。图6是本发明的第1实施方式的光取出开口部以及反射镜的斜视图。图7是本发明的第1实施方式的光入射面的剖面图。图8是本发明的面发光元件以及图像显示元件的第2实施方式的
剖面图。图9是本发明的第2实施方式的面发光元件的剖面图。图IO是本发明的第2实施方式的棱镜阵列的效果的说明图。图11是说明本发明的第2实施方式的面发光元件的组装方法的图。图12是本发明的第2实施方式的棱镜片的说明图。 图13是本发明的面发光元件以及图像显示元件的第3实施方式 的剖面图。图14是本发明的第3实施方式的面发光元件的正面图。 图15是本发明的第3实施方式的其他面发光元件的正面图。 图16是本发明的面发光元件以及图像显示元件的第4实施方式 的剖面图。图17是本发明的面发光元件的第5实施方式的剖面图。图18是本发明的第5实施方式的光取出倾斜部和反射镜的剖面图19是本发明的面发光元件以及图像显示元件的第6实施方式 的剖面图。图20是本发明的面发光元件以及图像显示元件的第7实施方式 的剖面图。图21是本发明的面发光元件的第8实施方式的剖面图。图22是本发明的第8实施方式的突起部的剖面图。图23是本发明的第8实施方式的面发光元件的正面图。图24是本发明的面发光元件的第9实施方式的剖面图。图25是本发明的图像显示元件的像素配置的第IO实施方式的正面图。图26是图25的正A-A，部的剖面图。图27是示出本发明的第IO实施方式的图像显示元件的视场角分 布的图。图28是示出本发明的第IO实施方式的透过透射开口部的光量与
双面凸透镜的偏芯量的关系的图。图29是本发明的第IO实施方式的图像显示元件的其他像素配置 的正面图。图30是本发明的第IO实施方式的图像显示元件的其他像素配置 的正面图。图31是本发明的面发光元件以及图像显示元件的第11实施方式 的剖面图。图32是本发明的第11实施方式的面发光元件的放大剖面图。 图33是示出本发明的第11实施方式的棱镜片中的透射率的角度 依赖性的图。图34是本发明的第11实施方式的其他面发光元件的放大剖面图。图35是本发明的第12实施方式的面发光元件的放大剖面图。 图36是示出本发明的第12实施方式的高折射率层中的透射率的 角度依赖性的图。图37是本发明的第12实施方式的其他面发光元件的放大剖面图。图38是本发明的第13实施方式的面发光元件的放大剖面图。 图39是示出本发明的第13实施方式的无偏振透射层中的透射率 的角度依赖性的图。 (标号说明) 1双面凸透镜 2偏芯双面凸透镜 3微透镜 4偏芯微透镜 5非对称双面凸透镜 7偏振片 9上基板 11滤色片
13液晶层15透射开口部16反射显示部17下基板19扩散片21第1低折射率层23第2低折射率层24、 77a、 77b低折射率层25光取出开口部27反射镜29反射膜31导光板33反射槽35反射片37 LED39棱镜阵列41棱镜片42带Z/2板的棱镜片 43内置偏振片 45光取出倾斜部 47突起部 48提取部侧面 49突起部形成片 51折返反射板 53子像素 55像素57液晶显示元件 59背光源 61入射端面 63透明粘接层65外光67 板69反射型偏振片71 S偏振光73 P偏振光75a、 75b高折射率层79、 79a、 79b无偏振透射膜具体实施方式
使用图l至图7,对本发明的第1实施方式进行说明。图1示出构成图像显示装置的面发光元件以及图像显示元件的 剖面图。此处，作为图像显示元件，示出显示图像的半透射 (transflective)型的液晶显示元件57，作为面发光元件，示出在向 图像显示元件照射来自光源的光的液晶显示装置中使用的背光源59。从光源(未图示)入射的光线主要在作为导光体的导光板31内 反复反射而传达。在导光板31的下方、即与液晶像显示元件57的相 反侧(与光取出侧的相反侧)设置有反射槽33，进而相对于该反射槽 33在与光取出侧的相反侧(下方)设置有反射片35。另外，在导光 板31的液晶显示元件57侧形成有作为第l折射率层的第l低折射率 层21以及作为第2折射率层的第2低折射率层23，以导光板31、第 2低折射率层23、第1低折射率层21的顺序层叠而形成(在导光板 31与第1低折射率层21之间配置有第2低折射率层23 )。光线在导 光板31与第2低折射率层23的界面全反射而在导光板31内传达。在作为取出光的开口部的光取出开口部25中，为了从导光板31 向液晶显示元件57侧取出光线而没有第2低折射率层23，而使导光 板31与第1低折射率层21直接相接。对于从导光板31经由光取出 开口部25而射出的光线，从第1低折射率层21取出在第2低折射率 层23上在第2低折射率层23的光取出侧(液晶显示元件57侧)形
成的作为反射板的反射镜27反射而从背光源59射出的、即在作为反 射板的反射镜27反射的光线。本实施例中的图像显示元件具备一对基板(上基板9、下基板 17)、夹着该一对基板的一对偏振片(偏振片7a、 7b)、配置在该一 对基板之间的液晶层13以及透射开口部15、配置在下基板17与面发 光元件59之间且将从该面发光元件59射出的光会聚到透射开口部15 的作为会聚元件的双面凸透镜(lenticular lens ) 1。为了使背光源59的光射出面内的亮度分布均匀化，而设置有扩 散片19。扩散片19优选为对从背光源59射出的光线的指向性几乎不 造成影响，而进行扩散。另外，将透过了一对偏振片中的一方的偏振片7b之后的光线使 用作为会聚元件的双面凸透镜l会聚到透射开口部15，而提高透过透 射开口部15的光量。如果使下基板17的基板厚度变薄，则可以增加 透过透射开口部15的光量，可以扩大视场角。另一方面，如果使下 基板17的基板变厚，则正面亮度变高，所以优选与所需的显示装置 的特性相匹配地确定下基板17的厚度。透过了透射开口部15的光线 透过液晶层13、滤色片11、上基板9、偏振片7a，透射率被切换 (switching)而显示图4象。通过设置反射显示部16，可以设为半透射的液晶显示装置。该 液晶显示元件57的结构与通常所使用的半透射型液晶显示元件相同 即可，在有源矩阵驱动的情况下，在反射显示部16设置薄膜晶体管 (TFT)来进行液晶层的切换即可。另外，如本实施方式那样在半透射的液晶显示元件57中，作为 偏振片7使用圆偏振片即可。另外，也可以在偏振片7b的背光源59 侧设置反射型偏振片，使用反射型偏振片反射由偏振片7b吸收的方 向的偏振光而回送到背光源59侧以再次利用，从而提高光利用效率。使用图2所示的背光源59部的放大剖面图，对本实施方式的背 光源59进行详细说明。光线在导光板31与第2低折射率层23的界面全反射而在导光板 31内传达，在光取出开口部25中向第1低折射率层21取出光。为此， 如果将导光板31、第1低折射率层21、第2低折射率层23的折射率 分别设为m、 n2、 n3，则需要满足如下的关系。 n户n2〉n3 ( 1 )从光取出开口部25透过到第1低折射率层21的光线在反射镜 27反射，而向第l低折射率层21的外部、即图像显示元件57侧被取 出。通过在作为反射板的反射镜27表面上形成使用了银、铝等高反 射率的金属或电介质多层膜的反射膜29，可以有效地取出光。当光线 在导光板31与第2低折射率层23的界面全反射而传播的情况下，向 导光板31与第2低折射率层23的界面的入射角^满足下式，所以，在对光取出开口部25入射的光线之中，满足下式的光线 射出到第l低折射率层21。此时，从光取出开口部25射出到第l低折射率层21的光线的射 出角02成为下式。因此，为了使在导光板31中传播的光线的角度扩大，优选使ih 尽可能比ih小，为了使对第1低折射率层21射出的光线的光线传播 方向的扩展角(在图2中为y轴方向)变小，优选使112与113的折射 率差小。例如，如果作为导光板31使用折射率1.59的聚碳酸酯(PC)、 作为第2低折射率层23使用折射率1.34的氟化聚合体，则成为 0户32.6。的光线在导光板31与第2低折射率层23的界面全反射，而 在导光板31中传播。另外，通过设为n2=1.351，成为9O。>02>82.68。，可以使从第1 低折射率层21射出的光线的扩展角度成为±5°。导光板31和第1低 折射率层21以及第2低折射率层23可以视为将导光板31作为芯并 将第1低折射率层21以及第2低折射率层23作为包层的光波导路径 结构。由芯的折射率1.351和包层的折射率1.34构成的光波导路径的
数值孔径(numerical aperture)为0.17，是可以充分控制的折射率差。 这样，可以高精度地控制折射率，所以易于精密地控制以得到所需的 视场角。
如上所述，优选为导光板31与第2低折射率层23的折射率差大， 为了提高指向性，优选为第l低折射率层21与第2低折射率层23的 折射率差小。为此，优选满足下式。
ni - n2>ii2 - n3 ( 5 )
即，通过满足式(1) 、 (5)，可以起到可提供指向性高，且方 向一致的面发光元件的显著的效果。
另外，为了得到低折射率，如果在形成了微细的空隙的材料中， 得到折射率1.3以下的材料，并将这样的复合低折射率材料使用于第 1低折射率层21以及第2低折射率层23,则向导光板的光封闭效果 进一步变大，是优选的。
进而，如果第l低折射率层21的折射率小，则从第l低折射率 层21取出光线时的光线的扩展角度的增加被抑制，所以是优选的。 如果在含有大量空隙的材料、例如氧化硅气凝胶(aerosol)中实现折 射率1.(B，并使用这些低折射率材料，则还可以将第2低折射率层23 设为空气层。
为了使作为会聚元件的双面凸透镜1发挥功能而增加透过透射 开口部15的光量，需要将来自面发光元件的背光源59的射出光的扩 展角度至少设为角度士7。以下，优选设为士5。以下。为了得到该指向性， 需要将使用下式表示的第l低折射率层与第2低折射率层之间的数值 孔径NA设为0.24以下，优选设为0.17以下。
NA-1/n22—n32 (6)
另外，通常作为亮度视场角(扩展角度)， 一般使用使亮度相对 于峰值的亮度成为一半的角度，视场角(扩展角度)据此来确定即可。 传播角度(90°-ej大的光线从导光板31被取出而传播角度小
的光线残留，所以随着光线传播，传播角度小的光线的比率变大，从
导光板31取出的光量减少。因此，在导光板31的与光射出面相反的
一面上设置反射槽33，而使亮度在背光源59的射出面内变得均匀。 通过对反射槽33的深度、斜面的角度这样的槽形状、反射槽33的间 隔进行调整，可以得到面内的均勻性。光线在反射槽33中反射，从 而0i变小，即使产生了在透过光取出开口部25之前透过第2低折射 率层23的光线，也可以在第1低折射率层21的表面全反射而再次回 送到导光板31。
进而，设置使用了银或铝这样的反射率高的金属或白色的材料的 反射片35，向导光板31侧反射从导光板31透过的光线，而可以再次 利用。
如果光线从光取出开口部25以外入射到反射镜27，则产生光损 失，但如上所述，光线在导光板31与第2低折射率层23的界面全反 射而传播，光线不会通过第2低折射率层23而直接到达反射镜27， 所以即使设置反射镜27，也不会增加背光源59中的光损失。
另外，在反射镜27反射的光线从背光源59被取出，所以光线基 本上仅到达1次反射膜29,即使在反射膜29中使用金属膜，也可以 将光损失抑制得较小。对于反射镜27的角度，设成使光线沿着期望 的方向射出即可，为了使与导光板31接近平行地射出的光线反射而 朝向正面，优选设成45。左右。在如上所述第l低折射率层21中的光 线的扩展角度为土Y的情况下，将反射镜27的角度a设为(45。+ Y) 即可。例如，在如上所述y-3.66。的情况下，设为a-48.66。即可。
第l低折射率层21以及第2低折射率层23可以通过使用溶液状 的透明树脂材料进行涂敷.硬化来形成。也可以使用透明无机材料。光 取出开口部25可以在第2低折射率层23中使用光感光性的材料，利 用在光硬化时曝光的图案来形成，也可以使用光刻来形成。
另外，还可以利用印刷来形成设置有光取出开口部25的第2低 折射率层23。
对于反射镜27，可以使用光感光性材料，并调整曝光量而进行 曝光来形成三角形形状的镜，或者也可以在形成有反射镜27形状的 槽的第1低折射率层21上形成反射膜29后与形成有第2低折射率层
23的导光板31贴合。在第2低折射率层23上形成反射镜27的情况 下，在形成了反射镜27的形状之后在其上形成反射膜29即可。
图3示出背光源的正面图。随机地配置了作为开口部的光取出开 口部25以及作为反射板的反射镜27，以使亮度分布以及亮度视场角 在面内变得均匀。将反射镜27的尺寸设成比像素的尺寸小，以不产 生与液晶显示元件57的像素的波紋和亮度的不均匀。将靠近光源的 LED 37的一侧的光取出开口部25设得较小，且随着远离LED 37而 将光取出开口部25的面积(宽度以及长度)设得较大，以不从LED37 侧向相反侧产生亮度倾斜。
对于从背光源59射出的光量，可以这样使用光取出开口部25 的形状和密度来调整，另外，还可以通过改变反射镜27的高度、宽 度来调整。
图4示出图像显示元件的正面图，图5示出像素部和双面凸透镜 的配置图。
像素55是矩阵状且二维周期地配置的，各像素55进而被分割成 RGB这三色的子像素53。子像素53沿着水平方向(行方向，在图中 为x轴方向)、观察画面时的左右方向排列。因此，双面凸透镜l沿 着y轴方向具有曲率，而沿着x轴方向长长地排列。使用该双面凸透 镜1 ，对来自背光源59的沿着y轴方向上指向性强的射出光进行会聚。
图4所示的椭圆概念地示出了来自背光源59的指向性的样子， 使用双面凸透镜1来会聚的y轴方向的指向性高，x轴方向的视场角 宽。作为图像显示装置，优选将该视场角宽的x轴方向设为左右方向， 而将指向性高的y轴方向设为上下方向。因此，与沿着该x轴方向排
列的子像素的透射开口部15相匹配地使用双面凸透镜1来进行会聚。 对于没有使用双面凸透镜会聚的y方向，优选对来自背光源59的射 出光的扩展角度进行调整，以得到期望的视场角。
这样，在作为会聚元件使用双面凸透镜l来进行会聚的情况下， 优选为在直角坐标系中， 一个坐标轴方向的指向性高且指向性的方向 一致，对于垂直的另一轴方向射出角度分布宽。
为了将光有效地会聚到透射开口部15，双面凸透镜1优选为非 球面透镜。特别，在下基板17薄且双面凸透镜1的曲率半径小的情 况下，使用非球面透镜是有效的。但是，即使设为球面透镜，在可以 得到充分的会聚性能的情况下，无需一定要设为非球面透镜。另外， 公知如果使双面凸透镜l的中心部的曲率变緩且接近平坦，则使透过 透射开口部15的光线的正面亮度变大，也适用于本实施方式。
在本实施方式中，在下基板17上形成了双面凸透镜1，但也可 以将双面凸透镜1的朝向上下反转而形成在其他透明基板上，也可以 形成在偏振片7b上。
另外，也可以使用折射率不同的材料覆盖而埋入双面凸透镜l， 而使双面凸透镜l的表面成为平面。如果在如这样将双面凸透镜l设 为埋入型的透镜的情况下对平坦的表面贴付偏振片7b，则可以抑制双 面凸透镜l以及偏振片7b表面处的反射，是优选的。另外，也可以 在下基板17与双面凸透镜1之间设置偏振片7b。
如果随机地调整双面凸透镜l的宽度、高度、曲率，则可以具有 光扩散功能。如果确保曲率的状态下对双面凸透镜1的宽度和高度进 行调制，则焦距不变化，而可以针对与双面凸透镜1的会聚方向垂直 的方向附加光扩散性，是特别优选的。在利用双面凸透镜充分地扩散 光，而在由液晶显示元件57显示的图像中不产生亮度的不均匀性的 情况下，也可以不使用扩散片19。另外，也可以在第1低折射率层 21的表面上形成凹凸形状而具有光扩散功能，也可以在第1低折射率 层21本身具有光扩散性。
图6示出光取出开口部25和反射镜27的斜视图。
从光取出开口部25射出的光线在反射镜27反射。光轴方向(此 处为y轴方向)的光线扩展角是根据从光取出开口部25射出的光线 的扩展角来决定的。对于与光轴方向垂直的方向(x轴方向)，可以 利用反射镜27的形状来调整扩展角。如果将反射镜27设为向光取出 开口部25侧弯曲的圆弧状，则可以减小与光轴方向垂直的方向的扩 展角度。在将该方向的扩展角度减小成特别窄的情况下，使光取出开
口部25变小，使反射镜27的圆弧的中心位于光取出开口部25之中。 使光取出开口部25的宽度小于反射镜27的宽度，以使透过了光取出 开口部25的光线到达反射镜27。进而，光取出开口部25的宽度在靠 近反射镜27的一侧宽，而随着远离而变窄。
图7示出来自LED 37的光所入射的入射端面61处的导光板31 的剖面形状。为了使向导光板31取入的光量变大，优选减小向导光 板31入射的光线的传播角度。因此，将入射端面61的形状设为在入 射侧凸的棱镜形状(图7(a))、在入射侧凸的柱透镜(图7(b))、 或者楔形形状(图7(c))，以使向导光板31入射的光线的传播角 度变小。在将入射端面61设为楔形形状的情况下(图7(C))，使 LED 37倾斜地入射光。
在本实施方式中，可以实现在射出面内指向性的方向一致，且沿 着一个方向指向性高的面发光元件。但是，尽管如此，在指向性的程 度和方向根据情况而不同，而在应用了会聚元件的图像显示装置中产 生亮度分布的情况下，优选根据情况对背光源射出面内的亮度进行调 整，以在应用了会聚元件时得到均匀的正面亮度。
在本实施方式的面发光元件中，为了可以得到沿着一个轴方向指 向性高的光线，应用了双面凸透镜l，但当准直性在背光源的全方位 优良的情况下，也可以应用双面凸透镜1来进行会聚。在该情况下， 可通过在液晶显示元件57的射出侧设置全息片(hologram sheet)、 双面凸透镜片、棱镜片、透镜阵列片来扩大视场角。
或者，也可以在背光源5 9与液晶显示元件5 7之间，设置全息片、 双面凸透镜片、棱镜片，来扩大一个轴方向的扩展角。另外，当准直 性在全方位优良的情况下，也可以改变双面凸透镜l而使用与子像素 对应的微透镜阵列。在该情况下，优选将透射开口部15设为交错配 置的所谓的A (delta)配置，以能够稠密地配置微透镜。
在本实施方式的面发光元件中可以使指向性高的方向一致，可以 在直角坐标系中针对至少一个轴方向提高指向性。因此，可以充分地 运用会聚元件、所谓的透镜阵列的会聚功能。
使用图8至图12，对本发明的第2实施方式进行说明。 图8示出面发光元件以及图像显示元件的剖面图。图像显示元件 使用与第1实施方式相同的元件。但是在本实施例中，在第l低折射 率层21的光取出侧配置有多个棱镜层(棱镜阵列39、棱镜片41)。 从第1低折射率层21的光取出侧，以棱镜阵列39、棱镜片41的顺序 层叠配置。
从光源(未图示)入射的光线在导光板31与第2低折射率层23 的界面全反射而在导光板31内传达。在光取出开口部25中，导光板 31与第l低折射率层21隔着粘接层相接，从导光板31向液晶显示元 件57侧取出光线。透过了光取出开口部25的光线在反射镜27反射， 透过棱镜阵列39而作为指向性高的光线被射出。进而，使用棱镜片 41向正面方向将光线弯曲，入射到偏振片7b。利用双面凸透镜l将 透过了偏振片7b的光线会聚到透射开口部25，提高实效的透射率。
使用图9所示的背光源59部的剖面图，对背光源59进行详细说明。
光线在导光板31与第2低折射率层23的界面全反射而在导光板 31内传达，从光取出开口部25向第1低折射率层21取出光线。在光 取出开口部25中有透明粘接层63，对光取出开口部25和第1低折射 率层21进行粘接。在透明粘接层63的折射率大于导光板31的折射 率的情况下，向第1低折射率层21射出的光线的角度与第1实施方 式相同。例如，如果作为导光板31使用折射率1.59的PC、作为第2 低折射率层23使用折射率1.34的氟化聚合体、作为第1低折射率层 21使用1.351的氟化聚合体，则成为90。>02>82.68°。
此处，将反射镜27的内部设为空洞，利用反射镜27中的全反射 来反射光线。因此，如果沿着正面方向反射光线，则产生不进行全反 射而透过的光线，所以与第1实施方式不同地沿着倾斜方向反射而不 朝向正面方向反射。此时，为了抑制从第1低折射率层21射出的光 线的扩展角度增加，而得到指向性高的光线，此处在第l低折射率层 21的表面设置有棱镜阵列39。由于光线从棱镜阵列39倾斜地射出，
所以进而使用棱镜片41来使光线朝向正面。
使用图IO对利用棱镜阵列39得到的光线的扩展角度增加抑制效
果进行说明。如果考虑向折射率lh至折射率112的介质的界面以入射
角度9i入射而以射出角度02射出的光线，则使用斯涅耳(snell)法 则，
<formula>formula see original document page 27</formula> (7)
e,仅稍微变化时的02的变化量A02如下式表示。
<formula>formula see original document page 27</formula> (8)
根据式(8)，相对于在入射光线与界面垂直地入射的e,o的
情况下为下式(9)，
<formula>formula see original document page 27</formula> (9)
随着&变大，02的变化量A02变大。因此，如图10(a)所示， 在向界面的入射角度大的情况下，相比于与界面垂直地入射的情 况，光线透过时的扩展角的增加变大。
因此，如图10 (b)那样在表面形成棱镜而与界面接近垂直地入 射光线，抑制了透过界面时的扩展角的增加。在该情况下，优选将棱 镜阵列39的斜面的角度s设定成使向斜面入射的光线中的光强度(或 亮度)最强的方向的光线向斜面大致垂直地入射。此时的扩展角度的 变化大致使用(9)式来表示。
另外，为了避免由棱镜阵列39的另一方的斜面来遮断亮度高的 方向的光线，将棱镜阵列39的顶角的角度设为90。左右。
图11示出本实施方式的面发光元件的组装方法。此处，利用注 射成型，分别独立地制成形成有反射槽33的导光板31、和形成有反 射镜27与棱镜阵列39的第1低折射率层21。在第1低折射率层21 中，与反射镜27对位地，通过印刷而形成第2低折射率层23。之后， 使用透明粘接层63来贴合导光板31和第1低折射率层21。在光取出 开口部25中，光线通过透明粘接层63从导光板31向第1低折射率 层21透过。透明粘接层63的折射率与导光板31的折射率相等，或 者高于第2低折射率层23的折射率即可。在本实施方式中，不在反射镜27设置反射层，而使用了界面中 的全反射，但也可以在反射镜27中设置反射层。在该情况下，与第1 实施方式的具有反射层29的反射镜27相同，可以确定反射镜27的 角度，以沿着正面方向反射光线。在这样沿着接近正面方向反射光线 的情况下，无需设置棱镜阵列39、或棱镜片41。
棱镜阵列39无需如本实施方式那样与第1低折射率层21 —体形 成，而也可以将第1低折射率层21表面设为平坦，并独立地设置棱 镜片。在该情况下，反射面根据界面的增加而增加，另一方面第l低 折射率层21也可以作为导光板31的一部分发挥功能。使用图12对 此时的棱镜形状进行说明。
如果将棱镜片的折射率设为n2、将入射侧的介质的折射率设为 ni、射出侧设为n3、将针对z轴方向的光入射角度设为将射出角 度设为e3、将棱镜的斜面的角度(棱镜的底角)设为￡，则通过斯涅 耳法则，存在如下的关系。
nisin0 i=n2sinS2 (1 0)
n2sin(￡ — 02) =n3sin(￡ — 03) (11)
如果将棱镜的斜面的角度设定成s (e3 — ￡)以使主要的光线相对 <formula>formula see original document page 28</formula>
例如，如果将折射率m、 ！i3的介质设为空气，则成为Ae^A6i，
具有对棱镜片提高指向性的效果。^越大，该效果越显著，并且n2
越大，该效果越显著。
但是，如果增大9i或I12,则对棱镜片入射时的反射变大，透过 棱镜片的光量减少。优选斟酌由这些指向性提高的反射引起的透射光 量的减少来确定入射角度以及折射率。此处，也为了使棱镜阵列39 的另一方的斜面不遮断亮度高的方向的光线，优选将棱镜阵列39的 顶角的角度设为接近卯。的值。
在本实施方式中，为了提高射出光的指向性，使从棱镜阵列39
射出的光线相对于背光源59射出面的垂线方向倾斜地射出。因此， 使用棱镜片41，设成朝向正面方向。将棱镜的角度s设定成在式(10)、(11)中使光强度最强的光线的方向成为e3 —0即可。由于光线相对于棱镜片41的入射面具有角度地入射，所以对于 棱镜片41的入射面处的反射率，P偏振光和S偏振光不同，从棱镜 片41射出的光线被偏振成包含较多的P偏振光分量。因此，优选与 该偏振方向相匹配地确定偏振片7b的方向。另外，在无法使偏振片 7b的方向相匹配的情况下，也可以使棱镜片41具有复折射率性来消 除偏振。为了在棱镜阵列39以及棱镜片41的棱镜与液晶显示元件的像素 之间不产生波紋，优选将棱镜的间距减小成可以在液晶显示元件的像 素内放入多个棱镜的程度。在本实施方式中，无需在反射镜27上形成反射层29，所以易于 形成面发光元件59。使用图13至图15，对本发明的第3实施方式进行说明。图13示出面发光元件以及图像显示元件的剖面图。图像显示元 件除了偏振片7b的位置以外，使用与第1实施方式相同的结构。另 外，面发光元件除了光取出开口部25和反射镜27的配置、以及未使 用扩散片19这两点以外与第1实施方式相同。在本实施方式中，与 液晶显示元件57的像素对位地形成了反射镜27。在反射镜27反射的 光线利用所对应的双面凸透镜l被会聚到透射开口部15，可以有效地 透过透射开口部15。偏振片7b设置在第1低折射率层21到下基板 17之间即可，但此处，偏振片7b贴付在第1低折射率层21上，而减 少与空气相接的界面的数量。对于双面凸透镜1与反射镜27的间隔，在宽时可以增大双面凸 透镜l的曲率半径，在易于形成双面凸透镜1这一点上是优选的。优 选减小从背光源射出的光线的扩展角e,以即使扩大双面凸透镜l与 反射镜27的间隔也可以有效地向双面凸透镜1入射光线。如果将双 面凸透镜的直径设为D、将双面凸透镜1与反射镜27的间隔设为L，
则优选为扩展角度e满足下式。0>tan-(13)另一方面，在使图像显示装置变薄的情况下，优选缩短双面凸透 镜l与反射镜27的间隔L。图14示出背光源59的正面图。光取出开口部25以及反射镜27 与透射开口部15的位置相匹配而周期地形成。通过形成为减小靠近 光源的LED 37的一侧的光取出开口部25的面积，而随着远离LED 37 增大光取出开口部25的面积，使得从LED37侧向相反侧不产生亮度 倾斜。对于从背光源59取出的光量，可以这样使用光取出开口部25 的形状来调整，另外，还可以通过利用反射镜27的高度、宽度来调 整。图15示出其他背光源59的正面图。此处，关于双面凸透镜1 的无会聚特性的方向、即子像素的排列方向，不分离光取出开口部25 以及反射镜27，而连接地形成。或者，也可以使反射镜27连续而使 光取出开口部25与子像素相匹配地分离。在本实施方式中，由于与像素相匹配地形成反射镜27，所以可 以减少反射镜27的个数，而易于制成。在本实施方式中，如果在确 保双面凸透镜l的曲率的状态下随机地对双面凸透镜l的宽度以及高 度进行调制，则也可以实现亮度均匀化，所以是优选的。在本实施方式中，如果将反射镜27设置在双面凸透镜1的焦点 位置，则可以得到沿着一个方向指向性高的光线。这样，也可以组合 本实施方式的面光源元件和双面凸透镜，而作为沿着一个方向指向性 高的面光源元件。在该情况下，在图像显示元件侧独立设置双面凸透 镜，而将光会聚到透射开口部15即可。使用图16，对本发明的第4实施方式进行说明。图16示出面发光元件以及图像显示元件的剖面图。对于面发光 元件，与此前所述的实施方式相同。对于图像显示元件，此处，使半 透射型的液晶显示元件57的下基板17变薄(比上基板9薄)，不使 用第1实施方式至第3实施方式记载的作为会聚元件的双面凸透镜而
贴付液晶显示元件57和背光源59。从光源(未图示)入射的光线在导光板31与第2低折射率层23 的界面全反射而在导光板31内传达。在光取出开口部25中，使导光 板31与第1低折射率层21相接，而从导光板31向液晶显示元件57 侧取出光线。光取出开口部25和反射镜27与透射开口部15对应地 形成。透过了光取出开口部25的光线在反射镜27的反射层29反射， 而入射到透射开口部15。在本实施方式中， 一对偏振片中的一方的偏振片7a (第1偏振 片)相对于上基板9配置在与配置有液晶层13的一侧的相反侧，另 一方的偏振片(第2偏振片)形成在下基板17与液晶层13之间，而 与液晶层13相接地配置成内置(incell)偏振片43，对在反射镜27 反射而入射的光线进行偏振，对在液晶层13中偏振后的光的偏振方 向进行切换，从而显示图像。通过将反射镜27与透射开口部15接近 地配置(将下基板17与第1低折射率层21接近地配置)，而提高来 自背光源的射出光的指向性，提高了实效的开口透射光量。在本实施方式中，无需使用微透镜阵列而可以增大透射光量，所 以可以简化图像显示装置的结构，并且可以使图像显示装置变薄。通 过根据情况对光取出开口部25以及反射镜27的形状、反射槽33的 形状.间距进行调整，可以使透过各透射开口部15的光量均匀化。在本实施方式中，为了使反射镜27与透射开口部15接近以增大 透射光量而使用了内置偏振片43，但偏振片也可以除了内置偏振片 43以外，或者代替内置偏振片43，还设置在下基板17与第l低折射 率层21之间。另外，也可以去除下基板17,而在第1低折射率层21 上形成液晶显示元件57。此时，在使用有源矩阵来驱动液晶显示元件 57的情况下，TFT优选采用使用了转印法或有机半导体材料的有机 TFT。另外，如果与后述的第6实施方式同样地，增大透射开口部15 并在第2低折射率层之上设置反射膜，则使用该反射膜反射从透射开 口部15入射的外光而可以利用成反射显示，所以使用透射型液晶显
示元件还可以得到所谓的微反射的显示。使用图17至图18，对本发明的第5实施方式进行说明。 图17示出本实施方式的面发光元件部的剖面图。光线在导光板 31与形成在导光板31的光取出侧的低折射率层24的界面全反射而在 导光板31内传达，而从光取出倾斜部45向低折射率层24取出光。 作为在导光板31与低折射率层24之间的界面形成有倾斜槽的倾斜部 (在导光板31的低折射率层24侧形成的倾斜槽)的光取出倾斜部45 的光线的入射角度大于光取出倾斜部45以外的部分，光线向低折射 率层24透过。通过在反射镜27表面上形成使用了银、铝等高反射率的金属或 电介质多层膜的反射膜29，可以有效地取出光。从导光板31透过了 光取出倾斜部45、低折射率层24的光线在反射镜27反射而向第1低 折射率层21外部被取出。图18示出光取出倾斜部45和反射镜27的放大图。如果将导光 板31、低折射率层24的折射率分别设为ni、 n2(ni>n2)，则在导光 板31与第2低折射率层23的界面全反射而传播的情况下，向导光板 31与第2低折射率层23的界面的入射角er满足下式。 ^〉sin-《Jl、 (1 4)通过将ri2设成充分小于nn可以扩大在导光板31中传播的光线 的角度。在向光取出倾斜部45入射的光线之中，满足下式的光线射 出到低折射率层24。此时，从光取出开口部25射出的光线的射出角02成为下式。例如，如果作为导光板31使用折射率1.59的透明聚合体、作为 第1低折射率层21使用折射率1.34的透明聚合体，则成为e户32.6。 的光线在导光板31与第2低折射率层23的界面全反射，而在导光板 31中传播。另外，如果将光取出倾斜部45的倾斜角度p设为0.75°,
则成为90.75°>e2>83.3°，可以使从低折射率层24射出的光线的扩展 角度成为±5°。此时通过将反射镜的倾斜角度a设为43.5。，可以向正 面反射光。这样，优选为导光板31与低折射率层24的界面和光取出倾斜部 45所成的角度p小，为了使从背光源59射出的光线的扩展角度成为 ±7°以下，需要将p设为大于0小于等于1。，为了使扩展角度成为士5。 以下，需要将卩设为大于O小于等于0.75。。入射角度et变大，且在光取出倾斜部45反射的光线的传播角度 变大成(90。-0t + 2a)。因此，在导光板31的与低折射率层24的相 反侧的面上不设置反射槽而设为平坦。在形成了形成有光取出倾斜部 45以及反射镜27的导光板31的反射层29之后，涂敷低折射率层21 并硬化。本实施方式的面光源元件的结构简单且易于形成。另外，本实施 方式的面发光元件可以代替第1、第3以及第4实施方式的面发光元 件而使用。另外，也可以在第1、第3以及第4实施方式的面发光元 件的光取出开口部25上设置倾斜面。使用图19，对本发明的第6实施方式进行说明。图19示出面发光元件以及图像显示元件的剖面图。此处，作为 图像显示元件使用透射型的液晶显示元件57。在第2低折射率层23 的液晶显示装置侧的表面也形成了反射膜29以外，背光源59的结构 与第1实施方式相同。第2低折射率层23的表面被设成凹凸形状， 而对光线进行扩散反射。透过了光取出开口部25的光线与第1实施 方式同样地在反射镜27反射，而通过双面凸透镜1被会聚到透射开 口部15后从液晶显示元件57射出。另一方面，从液晶显示元件57侧入射而透过了透射开口部15 的外光65在第2低折射率层23上的反射膜29反射，而再次透过透 射开口部15，从而利用于反射显示。通过利用反射膜29处的反射光， 可以设成使用设置在背光源59侧的反射部来反射外光65而用于显示 的所谓的微反射结构，即使在强的外光下也可以观察图像显示。在导
光板31内传播的光线在导光板31与低折射率层24的界面全反射而 传播，所以即使在低折射率层24上设置金属的反射膜29，也不会产 生光损失而可以使光线在导光板31内传播。使用图20，对本发明的第7实施方式进行说明。图20示出面发光元件以及图像显示元件的剖面图。与第2实施 方式相比，背光源59不使用棱镜片41这一点、液晶显示元件57作 为会聚元件使用非对称双面凸透镜5这一点不同。由于未使用棱镜片 41,所以光线从背光源59倾斜地射出。因此，使用非对称双面凸透 镜5，对来自背光源59的指向性强的光线进行会聚，并且改变光线的 方向以使正面方向的亮度变高。通过错开透射开口部15的中心与非 对称双面凸透镜5的透镜中心(透镜高度的顶点)，可以使倾斜地入 射的光线朝向正面方向。本实施方式的非对称双面凸透镜5优选为使用非球面透镜，去除 了透镜的一侧的形状。另外，作为非球面形状优选设为使用包括奇数 项的多项式来表现的非球面透镜。在本实施方式中，由于与第2实施方式相比未使用棱镜片41， 所以可以降低由于棱镜片41而引起的光损失。使用图21至图23，对本发明的第8实施方式进行说明。图21示出面发光元件的剖面图。从光源(未图示)入射的光线 主要在导光板31内出反复反射而传达。在导光板31的液晶显示元件 57側(光取出侧)形成有作为折射率层的低折射率层24，光线在导 光板31与低折射率层24的界面、以及低折射率层24的表面全反射 而在导光板31以及低折射率层24内传播。为了从导光板31向液晶显示元件侧取出光线，设置具有作为反 射面的突起部47的反射部件即突起部形成片49，突起部47的前端与 第1低折射率层21相接。该作为反射部件的突起部形成片49具有突 起部47，该突起部47设置在低折射率层24的光取出侧，作为对从导 光板31经由低折射率层24射出的光进行反射的反射面，入射到突起 部47的光线在突起部侧面48全反射而射出。如果将导光板31、低折
射率层24、突起部形成片49的折射率分别设为ni、 n2、 n3，则成为 下式。n3Sn々r^ (17)因此，如果将导光板31中的光线的传播角度设为0),则①小的 光线在导光板31与低折射率层24的界面全反射，仅①大的光线透过 低折射率层24而入射到突起部47。入射到低折射率层24的光线中的 未入射到突起部47的光线在低折射率层24的表面全反射，而回到导 光板31。图22示出突起部47的放大剖面图。为了使以传播角度①在导 光板31中行进的光线不在导光板31与低折射率层24的界面全反射， 而入射到低折射率层24，需要满足下式。步>的。—sirvD (18)另外，为了在低折射率层24与空气的界面进行全反射，需要满 足下式。/ ，、* <恥。一siir， ； (19》 如果将光线反射的位置处的突起部侧面48的角度设为a，则从 突起部形成片49射出的光线的角度甲如下式那样表示。<P =sirr《fi3sin(2Qf +s in—ide。s必》) (20)如上式所示，通过对低折射率层24的折射率进行控制，可以如 图21中用斜线表示的那样限制透过突起部47的光线的角度范围。其结果，可以减小从突起部形成片49射出的光线的扩展角度， 可以提高指向性。为了提高光线的指向性，优选为突起部47的折射 率大、低折射率层24的折射率小。为此，例如，优选使用氟化聚合 体那样的低折射率材料，在突起部47中优选使用折射率1.7以上的高 折射率的材料。高折射率材料例如可以通过对聚合体混入TiC)2那样 的高折射率的无机材料的微细粒子来实现。为了提高来自突起部形成片49的射出光的指向性，突起部47 的剖面形状优选设为抛物线，优选使抛物线的焦点位置成为突起部47
前端的中心。通过如这样将焦点位置设置在突起部47前端的中心， 在突起部侧面48反射的光线被会聚，除了在低折射率层24中限制光 线的角度而提高指向性之外，还可以进一步加强指向性。图23示出背光源59的正面图。通过将突起部47设为旋转对称 的突起形状，不论从哪个方向入射，对入射到突起部47的光线也同 样地发挥功能，可以提高指向性地射出。因此，在导光板31的与设 置有LED 37的入射端面的相反侧的端面上设置折返反射板51。在折 返反射板51反射而回到导光板31的光线也同样地入射到突起部47， 作为指向性高的光线而从突起部形成片49射出。目前为止作为光源示出了 LED，但还可以使用冷阴极荧光灯 (CCFL)这样的线状光源。由于可以如这样针对全方位提高指向性， 所以图像显示装置中使用的透镜除了双面凸透镜以外，还可以应用球 面透镜阵列。在使用双面凸透镜的情况下，仅提高一个方向的指向性 即可，所以也可以不必如本实施方式那样将突起部47分离，对于双 面凸透镜的长度方向，也可以连接突起部47。使用图24，对本发明的第9实施方式进行说明。图24示出面发光元件的剖面图。从光源(未图示)入射的光线 主要在导光板31内反复反射而传播。在导光板31的液晶显示装置的 相反侧形成有低折射率层24,光线在低折射率层24与空气界面全反 射，而在导光板31以及低折射率层24内传达。为了从导光板31向 液晶显示元件57侧取出光线，在导光板31的与光取出侧的相反侧设 置反射镜27，在反射镜27全反射的光线被射出。如果将导光板31、 低折射率层24的折射率分别设为ni、 n2,则设成下式，以使光线在 反射镜27全反射。ni>n2 (2 1)为了使以传播角度①在导光板31中行进的光线在反射镜27全反射，如果将反射镜27的角度设为a，则需要满足下式。另外，为了在导光板31内反射而进行传播，需要满足下式。0<90。—sin-D (2 3)从导光板31射出的光线的角度甲如下式那样表示。(p=s'm"(ni cos(2ff-0)) (24)根据式(22)至式(24)，为了提高从导光板31射出的光线的 指向性，优选为导光板31的折射率小，低折射率层24的折射率接近 导光板31的折射率。另外，优选将反射镜27的角度a设定成使在反射镜27全反射的 光线沿着正面方向反射。例如，如果设为ni-1.49、 n2 = 1.35JLa = 67.6。，则从导光板31射出的光线的角度成为±3.9°,提高指向性地被 射出。使用式(22)至式(24)进行研究的结果，为了将从导光板31 射出的光线的扩展角度设为士7。以下，需要满足下式，0<n广n2^0. 1 7为了设为士5。以下，需要满足下式。0〈n i — ri2^0. 1 5另外，导光板31的折射率m优选为大于l小于等于1.7，进一步优选为小于等于1.5，反射镜的角度a优选设为67。以上。从导光板31射出的亮度分布可以通过改变反射镜27的密度、高度、宽度来调整。另外，如果使导光板31以及低折射率层24的合计的厚度变薄，则可以增大所取出的每单位长度的光量。在本实施方式中作为导光板31优选为折射率小的导光板，由于从折射率小的位置射出光线，所以可以抑制从导光板31射出时的扩展角度增加。对于低折射率层24，可以通过在形成反射镜27那样地注射成型 后的导光板31上涂敷.硬化低折射率层24来形成。或者，还可以利用 所谓的2色成型来同时成型导光板31和低折射率层24。使用图25至图28，对本发明的第10实施方式进行说明。图25示出图像显示元件的像素配置的正面图，图26示出图25 的A-A，部的剖面图。在使用微透镜阵列而将指向性高的光线会聚到透射开口部的情
况下，图像显示元件的亮度视场角根据透镜的宽度和焦距被大致决 定。为了增大来自透射开口部的射出光量，使透镜的会聚位置与透射 开口部相匹配，所以其结果，视场角根据基板厚度而大致被决定。如 果缩短焦距、即、使基板厚度变薄，则可以增大透过开口部的光量， 视场角变宽，另一方面，正面亮度变小。相反，如果使基板厚度变厚， 则视场角变窄，但可以提高正面亮度。因此，为了使基板厚度变厚而提高正面亮度，而且扩大视场角，此处将2个相邻的双面凸透镜设为 一组，进行偏芯以使这些一组的双面凸透镜2的中心相互靠近。同时 还移动透射开口部15的位置，以与偏芯双面凸透镜2的中心一致。 即，在多个像素的各像素内形成透射开口部15，使透射开口部15的 中心从像素的中心偏芯，所邻接的2个像素的各透射开口部15被偏 芯配置，以靠近该2个像素间的边界，将该邻接的2个像素设为一组 而周期地配置。另外，将排列成一列的像素的2列设为一组，进行偏 芯以使一组像素的透射开口部15相互靠近。在图27中，针对使双面凸透镜未偏芯时的情况，示出使用双面 凸透镜会聚的方向的亮度视场角分布。示出2.4型VGA (像素间距 p76.5nm)、透射开口部15的尺寸w-16fim、 h-29nm的情况。通 过使用偏芯双面凸透镜2，正面亮度不变化，视场角在一侧变宽，而 另一方变窄。这样，如果使用偏芯双面凸透镜2，则与未偏芯的情况相比，从 正面观察时的亮度不变化，而可以使视场角变宽。但是，在从倾斜方 向观察的情况下由于针对每个线产生图像的浓淡，所以根据所观察的 角度，最差时分辨率降低为一半。在使用高分辨率的图像显示元件的 情况下，不易察觉到从该倾斜观察时的分辨率降低，在高分辨率的图 像显示元件、例如300ppi (pixel per inch，每英寸像素)以上的情况 下，使用偏芯双面凸透镜2是特别有效的。图28示出透过透射开口部15的光量与偏芯双面凸透镜2的偏芯 量s的关系。示出以未使用双面凸透镜时的透过光量为基准而规格化 的光量。通过使双面凸透镜偏芯，透过透射开口部15的光量增加。
由于正面亮度不变化，所以考虑成正面以外的方向的光量增加，但在对透过透射开口部15的所有光量进行重视的情况下，使双面凸透镜 偏芯的方法也是有效的。图29示出使用二维排列的偏芯微透镜阵列时的图像显示元件的 像素配置的正面图。在使用偏芯微透镜阵列4的情况下，将4个子像 素53设为一组，对中心进行偏芯以相互靠近。该一组4个子像素53 成为RGB三原色中的2个颜色的组合(包含2个颜色的滤色片)。 在该情况下，在像素的一行内包含有向上偏芯的子像素和向下偏芯的 子像素，所以不易察觉到分辨率降低。在图30中，针对除了 RGB以外还加上白(W)的4原色的情 况，示出使用偏芯微透镜阵列时的图像显示元件的像素配置的正面 图。在该情况下，可以在4个子像素53中包含RGBW这所有的子像 素。即将4个子像素53设为一组，对中心进行偏芯以相互靠近，该 一组4个子像素53包含4个颜色的滤色片。使用图31至图33，对本发明的第11实施方式进行说明。图31示出面发光元件以及图像显示元件的剖面图，图32示出面 发光元件的剖面图。图像显示元件使用与第1实施方式相同的元件。 另外，面发光元件使用除了将形成在第l低折射率层的棱镜阵列分离 并设为棱镜片41这一点、和设置带人/2板的棱镜片42这一点以外， 与第2实施方式相同的背光源59。即将第2实施方式中的多个棱镜层 设成棱镜片41和带1/2板的棱镜片42，从第1低折射率层的光取出 侧依次层叠配置棱镜片41和带人/2板的棱镜片42。因此，光线在将内部设为空洞的反射镜27全反射，从第l低折 射率层对正面方向沿着和与导光板31接近平行的方向上以倾斜的方 向射出。针对该倾斜地射出的光线，如在第2实施方式中说明的那样， 使用棱镜片41来提高指向性，并且使光线的行进方向朝向正面方向 侧。为了提高指向性，在棱镜片41中不完全地朝向正面，进而使用 带人/2板的棱镜片42折射成最终朝向正面方向。图33示出棱镜片41的基材膜81的表面处的透射率的角度依赖
性。第l低折射率层表面处的透射率也示出大致同样的特性。在本实施方式中，相对于第1低折射率层表面以及棱镜片41的入射面具有 大的角度地入射光线，所以对于这些界面处的透射率，与S偏振光71 相比P偏振光73—方大，透过棱镜片41的光线并非无偏振光，而被 偏振成包含较多的P偏振光分量。在本实施方式中，将反射镜27的 角度设定成在相对于棱镜片41表面大约70。的入射角产生峰值强度。 向该棱镜片41的入射角度越大，则利用棱镜片41提高指向性的效果 越显著，如从图33可知，透过棱镜片41的光的偏振度也变大。即， 为了增大指向性以及偏振度，优选增大向棱镜片41的入射角度、例 如设为70。以上。另一方面，为了增大透过棱镜片41的光量，优选为 棱镜片41的透射率高，向棱镜片41的入射角度优选为65°~75°。在对液晶显示元件57入射的光线的偏振方向中存在优选的方 向，透过棱镜片41的光线的偏振方向和适用于液晶显示元件57的偏 振方向一致的情况下，偏振后的光线可以有效地透过偏振片7b。但是， 在本实施方式中，作为液晶显示元件57使用IPS (In Plane Switch, 平面转换)模式，入射到液晶显示元件57的光线优选为大致朝向水 平方向，与透过了棱镜片41的光线的主要的偏振状态不同。因此，使用人/2板67将偏振方向旋转大约90°。通过在X/2板67 上形成棱镜阵列，而设为带人/2板的棱镜片42，无需增加图像显示装 置的厚度，而可以插入X/2板即相位差板以得到期望的偏振方向。利用偏振片41使光线以某种程度朝向接近正面方向，即使透过 了带板的棱镜片42之后，透过带人/2板的棱镜片42上的棱镜阵 列，偏振状态也几乎不变化。X/2板67使光学轴匹配，以得到期望的 偏振光即可。义/2板67不限于用作带X/2板的棱镜片42的基材，只要 存在于液晶显示元件57与棱镜片41之间即可，对于带X/2板的棱镜 片42的基材，可以使用光学各向同性的介质并设置在该棱镜片与液 晶显示元件57之间，也可以贴付在偏振片7b。或者，也可以不使用棱镜片41，而将来自第1低折射率层的光 线直接入射到带U2板的棱镜片42。另外，也可以代替k/2板67，而
使用消除偏振光那样的复折射率性介质来形成棱镜片。X/2板67优选具有在可视光的波长范围内成为的相位差，特 别优选在可见度高的波长550nm处使相位差成为X/2。另外，即使并 非完全的X/2板，只要是可以得到使偏振光旋转的效果的相位差板即 可。另外，在透过棱镜片41的光线的偏振方向和适用于液晶显示元 件57的偏振方向一致的情况下，无需设置X/2板67。例如，在作为 液晶显示元件57的偏振片使用圆偏振片的情况下，可以使偏振片的 轴方向与背光源光的偏振方向相匹配，所以也可以不设置5J2板67。另外，面发光元件不限于本实施方式的结构，只要是在与导光板 的射出面接近平行地射出光线的情况、或者使用在射出面侧具有平面 的片且从其上的具有棱镜形状的面射出光线的光学片而与片的面接 近平行地入射光线的情况下有效的结构即可。图34示出其他面发光元件的剖面图。此处，作为棱镜片41的基 材使用反射型偏振片69。反射型偏振片69具有对特定的方向的偏振 光进行反射而使垂直的偏振光透过的性质，在图34中，对S偏振光 进行反射。因此，透过棱镜片41的光线成为被较强地偏振成P偏振 光的直线偏振光。针对该偏振光，使用X/2板旋转偏振方向。即使在未使用反射型偏振片69的情况下，由于S偏振光的反射 率在棱镜片41的入射面处高，所以从棱镜片41射出的光线以某种程 度被偏振。此处，通过使反射型偏振片69的反射偏振方向与该反射 率高的方向相匹配，将S偏振光送回导光板31侧而再次利用，从而 从背光源59射出直线偏振光，使用X/2板69使其偏振方向与偏振片 7b的透射轴相匹配，从而可以增大透过偏振片7的光量。反射型偏振片69具有在垂直地入射了光线时，也对一个方向的 偏振光进行反射而使垂直方向的偏振光透过的功能。在本实施方式中，沿着与笫1低折射率层21接近平行且相对于 第1低折射率层21倾斜方向，射出射出方向以某种程度一致的光线， 所以通过改变反射型偏振片69，并层叠折射率不同的电介质膜，也可 以提高在棱镜片41反射的S偏振光的反射率，从棱镜片41取出被较
强地偏振成P偏振光的光线。在该情况下，从第1低折射率层21射 出的光线优选相对于棱镜片41的入射面成布儒斯特角地射出。在本实施方式中，从第1低折射率层21沿着倾斜方向射出射出 方向以某种程度一致的指向性高的光线，所以可以使反射型偏振片69 有效地发挥功能。背光源59不限于本实施方式，只要是可以得到从 导光板与导光板的射出面接近平行地射出，且射出方向以某种程度一 致的指向性高的光线的背光源，则通过使用反射型偏振板或X/2板， 也可以得到同样的效果。使用图35至图36，对本发明的第12实施方式进行说明。图35 示出面发光元件的剖面图。图像显示元件与第11实施方式同样地， 使用与第1实施方式相同的元件。另外，面发光元件也与第11实施 方式同样地，使用除了将形成在第l低折射率层的棱镜阵列分离并设 为棱镜片41这一点、和设置有带人/2板的棱镜片42这一点以外，与 第2实施方式相同的元件。在本实施方式中，在第1低折射率层21 上以及棱镜片41的基材膜81的导光板31侧(导光板31与棱镜片41 之间)设置高折射率层75a以及75b (折射率比导光板31与棱镜片 41高的层)这一点与笫11实施方式不同。图36示出高折射率层75b的折射率为2.0时的高折射率层75b 表面处的透射率的角度依赖性。与未设置高折射率层75b的情况(图 34)相比，高折射率层75b表面处的P偏振光73的透射率大，透过 高折射率层75b的光被偏振成包含更多的P偏振光分量。同样地，通 过在第1低折射率层21上也设置高折射率层75a而进一步增大偏振 度。作为高折射率层75，折射率需要比第1低折射率层21以及基材 膜81的折射率大，折射率越大，偏振度越大，而是优选的。因此， 作为高折射率层75的折射率优选设为1.8以上，优选使用Ti02、 Ta2Os、 Zr02、 ZnS的薄膜或在透明的聚合体中分散这些高折射率的 材料的微粒子的材料。另外，高折射率层75优选为厚到不产生光干 涉的程度，优选为lnm以上的厚度。但是，在液晶显示元件中设置有 微透镜阵列的情况下，利用微透镜阵列来緩和由于光干涉而引起的颜
色变化，所以还可以设为lnm以下的膜厚。针对从第1低折射率层21沿着与导光板31接近平行的倾斜方向 射出的光线，如在第2实施方式中说明的那样，使用棱镜片41来提 高指向性，并且使光线的行进方向朝向正面方向侧。为了提高指向性， 在棱镜片41中不完全地朝向正面，进而使用带)J2板的棱镜片折射成 最终朝向正面方向。在本实施方式中，将反射镜27的角度设定成在相对于棱镜片41 表面大约70。的入射角度产生峰值强度。向该棱镜片41的入射角度越 大，则利用棱镜片41提高指向性的效杲越显著，如从图36可知，透 过棱镜片41的光的偏振度也变大。即，为了增大指向性以及偏振度， 优选增大向棱镜片41的入射角度、例如设为70°以上。另一方面，为 了增大透过棱镜片41的光量，优选为棱镜片41的透射率高，向棱镜 片41的入射角度优选为60°~75°。在本实施方式中，也使用人/2板67将偏振方向旋转大约90。。通 过在k/2板67上形成棱镜阵列，而设为带k/2板的棱镜片42，无需增 加图像显示装置的厚度，而可以插入X/2板即相位差板以得到期望的 偏振方向。这样，在本实施方式中，可以得到高指向性的光，并且可以通过 设置高折射率层75而从背光源取出偏振后的光。在棱镜片41的基材 膜81的折射率大而得到了期望的偏振度的情况下，可以省略高折射 率层75b。另外，无需一定要设置高折射率层75a和75b这两方，而 也可以仅使用一个。图37示出其他面发光元件的剖面图。此处示出导光板的结构与 图35不同的实施方式。从光源(未图示)入射的光线在导光板31以及设置在导光板31 上的高折射率层75a内反复反射而传达。在导光板31的下方、即与 液晶显示元件57的相反侧(与光取出侧的相反侧)设置有反射槽33, 进而相对于该反射槽33在与光取出侧的相反侧(下方)设置有反射 片35。在导光板31内传播的光如果在反射槽33反射，则在导光板31内传播的角度变大，如果比高折射率层75a的空气界面处的全反射 角度大，则从导光板31向棱镜片41侧射出。此时，由于与导光板31 的射出面接近平行地射出，所以射出光利用界面处的透射率之差而被 偏振。进而，在对棱镜片41入射时，在高折射率层75b中进一步被 较强地偏振。针对该偏振后的光，利用设置在带X/2板的棱镜片42 上的X/2板67，与液晶显示元件相匹配地沿着期望的方向旋转偏振方 向。这样为了得到偏振度高的射出光，面发光元件的导光板的结构不 限于本实施方式，只要是与导光板的射出面接近平行地射出光，而得到射出方向以某种程度一致的光线的结构即可。使用图38至图39，对本发明的第13实施方式进行说明。图38 示出面发光元件的剖面图、此处，作为面发光元件，代替高折射率层 而设置无偏振透射膜79以外，设为与图37同样的结构。此处，作为无偏振透射膜79设为在基体的基材膜81a上依次层 叠有高折射率层75、低折射率层77的结构，将高折射率层75的折射 率设为1.8、将膜厚设为55nm，将低折射率层77的折射率设为1.22、 将膜厚设为176nm。将导光板31以及棱镜片41a的基材膜81a的折 射率设为1.5。此处，在导光板31的光取出侧设置无偏振透射膜79a, 在棱镜片41a的导光板31侧设置无偏振透射膜79b，各个膜结构相同。图39示出该无偏振透射膜79的波长550nm下的透射率的角度 依赖性。P偏振光和S偏振光的透射率大致相等，在入射角度大的一 侧S偏振光的透射率稍微大。在本实施方式中，设定成在相对于棱镜 片41a大约70。的入射角度产生峰值强度。因此，对于透过了棱镜片 41a的光，射出被稍微偏振成S偏振光的光。根据图39，为了取出被 偏振成S偏振光的光，向棱镜片41的入射角度优选设为55°以上。从 导光板射出的光的强度在60。至80。左右，特别在70。前后强度强。在 图39中入射角度70。下的S偏振光的透射率为98。/。，P偏振光的透射 率为92%。这样，通过配置无偏振透射层(无偏振透射膜79)，以 使在可见波长的一个波长中来自导光板的光强度变强的入射角度70。
下的S偏振光和P偏振光的透射率都成为90%以上，从而可以有效 地取出光，所以是优选的。透过了棱镜片41a的光不利用棱镜片41b 改变偏振方向而朝向正面方向。这样，通过在基材膜81a上依次层叠折射率比基材膜81a高的高 折射率层75、和折射率比基材膜81a低的低折射率层77，可以使从 倾斜方向入射的光几乎不偏振而透过。优选为高折射率层75的膜厚 比低折射率层77的膜厚薄。作为高折射率层75，可以采用使用了 Ti02、 Ta2Os、 Zr02、 ZnS或将这些和折射率低的无机材料混合的材 料的无机膜、在聚合体中混入了高折射率电介质材料的微粒子的材 料。作为低折射率层77，可以使用在MgO等低折射率电介质材料或 二氧化硅等基材上设置有比波长充分小的空隙的纳米空孔材料。如果 使用納米空孔材料，则如本实施方式中使用的那样，可以将折射率设 为1.3以下。这样的納米结构材料例如可以通过对将二氧化硅粒子分 散在溶剂中的涂料的涂膜进行加热而在内部形成微细的空孔来取得。作为无偏振透射膜79，示出了 2层的多层膜结构，但也可以使 用进一步多层的结构。另外，不限于多层结构，还可以利用波长以下 的^:细的周期结构(纳米结构)来得到通过偏振的透射率之差小的结 构。该纳米结构与作为无反射结构而被利用的结构相同，可以抑制表 面处的反射且提高透射率。在纳米结构中，可以减小透射率的波长依 赖性，可以在整个可见波长区域内提高透射率。另一方面，在如本实施方式那样使用多层膜结构的情况下，有可 能在无偏振透射膜79的透射率中产生波长依赖性，颜色根据所观察 的角度有可能变化。相对于此，如果在液晶显示元件中设置微透镜阵 列，则利用该微透镜阵列来緩和该波长依赖性，而可以抑制颜色变化。 这样，如在目前为止的实施方式中示出的那样，优选为组合设置有微 透镜阵列的液晶显示元件。在本实施方式中，无需旋转偏振方向，棱镜阵列39形成在无相 位差的基材膜81b上。在第11至第13实施方式中，示出了在本发明的面发光元件中对
偏振度、偏振方法进行控制的结构，但并不是限定面发光元件的结构。 一般，指向性高的面发光元件存在易于偏振的倾向，根据面发光元件 的结构，可以应用本发明的偏振控制结构。另外，所组合的液晶显示 元件也没有限定，还可以适用于未设置微透镜的液晶显示元件。目前为止，对作为光源使用了 LED的实施方式进行了说明，但 在光源中也可以使用冷阴极荧光灯(CCFL)等线状光源。另外，即 使在使用LED的情况下，LED的个数也没有限制。另外，在本实施方式中，作为液晶显示元件57使用IPS( In Plane Switch)模式而进行了说明，但还可以使用VA (Vertical Alignment, 垂直取向)模式等其他模式。
权利要求
1. 一种面发光元件，其特征在于，具有光源；使来自上述光源的光传达的导光体；在上述导光体的光取出侧层叠而形成的第1折射率层和第2折射率层；在配置于上述导光体与上述第1折射率层之间的上述第2折射率层上形成的开口部；以及对从上述导光体经由上述开口部射出的光进行反射的反射板，当将上述导光体、上述第1折射率层、上述第2折射率层的折射率分别设为n1、n2、n3时，满足n1>n2>n3，且n1-n2>n2-n3。
2. 根据权利要求1所述的面发光元件，其特征在于， 从上述第l折射率层取出在上述反射板上反射的光线。
3. 根据权利要求1所述的面发光元件，其特征在于， 上述反射板是反射镜， 在上述反射镜表面形成有反射膜。
4. 根据权利要求1所述的面发光元件，其特征在于， 上述反射板形成在上述第2折射率层上、且上述第2折射率层的光取出侧。
5. 根据权利要求1所述的面发光元件，其特征在于， 上述导光体在与光取出侧相反的一侧具有反射槽。
6. 根据权利要求l所述的面发光元件，其特征在于， 上述开口部以及上述反射板随机地配置在上述导光板上。
7. 根据权利要求l所述的面发光元件，其特征在于， 上述开口部以及上述反射板被周期地配置。
8. 根据权利要求1所述的面发光元件，其特征在于， 上述反射板是圆弧状，圆弧的中心位于上述开口部内。
9. 根据权利要求l所述的面发光元件，其特征在于， 在上述第l折射率层的光取出侧具有多个棱镜层。
10. 根据权利要求9所述的面发光元件，其特征在于， 上述多个棱镜层具有棱镜阵列和棱镜片，以上述棱镜阵列、上述棱镜片的顺序层叠配置在第l折射率层的光取出侧。
11. 根据权利要求9所述的面发光元件，其特征在于，上述多个棱镜层具有棱镜片和带板的棱镜片，以上述棱镜片、 上述带板的棱镜片的顺序层叠配置在第1折射率层的光取出侧。
12. 根据权利要求9所述的面发光元件，其特征在于， 在上述开口部具有透明粘接层。
13. 根据权利要求10所述的面发光元件，其特征在于， 上述棱镜阵列的棱镜的顶角为90°。
14. 根据权利要求l所述的面发光元件，其特征在于， 在上述第2折射率层上形成有反射膜，上述反射膜对所入射的外光进行反射。
15. —种面发光元件，其特征在于，具有 光源；使来自上述光源的光传达的导光体； 在上述导光体的光取出侧形成的折射率层；斜部；形成在上述导光体与上述折射率层之间的界面，且对从上述导光体透过上述倾斜部而射出的光进行反射的反射板；以及 形成在上述反射板表面上的反射膜。
16.根据权利要求15所述的面发光元件，其特征在于，的角度大于0小于等于1。。
17. —种面发光元件，其特征在于，具有: 光源；使来自上述光源的光传达的导光体； 在上述导光体的光取出侧形成的折射率层；以及 形成在上迷折射率层的光取出侧，且具有对从上述导光体经由上述折射率层而射出的光进行反射的反射面的反射部件，当将上述导光体、上述折射率层、上述反射部件的折射率分别设为ni、 n2、 n3时，满足
18. —种面发光元件，其特征在于，具有 光源；使来自上述光源的光传达的导光体；在上述导光体的与光取出侧相反的一侧形成，且对所入射的光进 行反射的反射板；以及在上述导光体的与光取出侧相反的一侧形成的折射率层， 当将上述导光体、上述折射率层的折射率分别设为ni、 n2，则满足且(Xn广n^(U7。
19. 根据权利要求18所述的面发光元件，其特征在于，
20. —种面发光元件，其特征在于，具有 光源；使来自上述光源的光传达的导光体； 在配置有上述导光体的一侧具有平面的棱镜片；以及 在上述导光体与上述棱镜片之间的折射率比上述导光体以及上 述棱镜片高的层。
21. 根据权利要求20所述的面发光元件，其特征在于， 具有X/2板，从上述导光体以上述棱镜片、上述X/2板的顺序层叠配置。
22. —种面发光元件，其特征在于，具有 光源；使来自上述光源的光传达的导光体；在上述导光体侧具有平面的棱镜片；以及在上述导光体与上述棱镜片之间，至少在可见波长的一个波长中 在入射角度70。时的S偏振光和P偏振光的透射率都为90%以上的无 偏振透射层。
23. 根据权利要求22所述的面发光元件，其特征在于， 上述无偏振透射层在基体基材上具有折射率比上述基体基材高的高折射率层和折射率比上述基体基材低的低折射率层，从上述基体基材依次层叠配置上述高折射率层、上述低折射率层。
24. —种图像显示元件，其特征在于，具有 一对基板；夹着上述一对基板的一对偏振片； 由上述一对基板夹着的液晶层；形成在上述一对基板的一方基板与上述液晶层之间，且形成在像 素内的透射开口部；以及在相对于上述一方基板的与配置有上述液晶层的一侧相反的一 侧形成，且配置在上述一方基板与上述一对偏振片的一方偏振片之 间，并将光会聚到上述透射开口部的会聚元件，使上述透射开口部的中心从上述像素的中心偏芯，所邻接的2个像素的各上述透射开口部被偏芯而配置成靠近上 述2个像素之间的边界，上述邻接的2个像素被周期地配置。
25. 根据权利要求24所述的图像显示元件，其特征在于， 上述会聚元件是双面凸透镜，将排列成一列的上述像素的2列设为 一组，进行偏芯以使一组的上述像素的上述透射开口部相互靠近。
26. 根据权利要求24所述的图像显示元件，其特征在于， 将4个上述像素设为一组，进行偏芯以使上述一组的上述像素的 上述透射开口部相互靠近。
27. 根据权利要求25所述的图像显示元件，其特征在于， 在上述一组像素中包含有2个颜色的滤色片。
28. 根据权利要求26所述的图像显示元件，其特征在于， 在上述一组的上述像素中包含有4个颜色的滤色片。
29. 根据权利要求24所述的图像显示元件，其特征在于， 上述会聚元件是非对称双面凸透镜。
30. —种图像显示装置，其特征在于，具有 显示图像的图像显示元件；以及具有光源，且向上述图像显示元件照射来自上述光源的光的面发 光元件，上述图像显示元件具有 一对基板；由上述一对基板夹着的液晶 层；形成在上述一对基板的一方基板与上述液晶层之间，且形成在像 素内的透射开口部；在相对于上述一对基板的一方基板的与配置有上 述液晶层的一侧相反的一侧形成的第l偏振片；以及形成在上述一对 基板的另一方基板与上述液晶层之间，且与上述液晶层相接而形成的 第2偏振片，上述面发光元件具有使来自上述光源的光传达的导光体；在上 述导光体的光取出侧形成的折射率层；以及对从上述导光体经由开口 部射出的光进行反射的反射板，上述图像显示元件的上述另一方基板与上述面发光元件的上述 折射率层被接近配置，上述图像显示元件使用上述第2偏振片对在上述面发光元件的 上述反射板反射而射出的光进行偏振，上述液晶层对上述偏振后的光 的偏振方向进行切换而进行图像显示。
31. —种图像显示装置，其特征在于，具有 显示图像的图像显示元件；以及具有光源，且向上述图像显示元件照射来自上述光源的光的面发光元件，上述面发光元件具有使来自上述光源的光传达的导光体；在上 述导光体的光取出侧层叠而形成的第l折射率层和第2折射率层；在 配置于上述导光体与上述第l折射率层之间的上述第2折射率层上形 成的开口部；以及对从上述导光体经由上述开口部而射出的光进行反 射的反射板，上述图像显示元件具有 一对基板；形成在上述一对基板之间， 且形成在像素内的透射开口部；以及配置在上述一对基板的一方基板 与上述面发光元件之间，且将从上述面发光元件射出的光会聚到上述 透射开口部的会聚元件。
32. 根据权利要求31所述的图像显示装置，其特征在于， 对于上述面发光元件，当将上述导光体、上述第l折射率层、上述第2折射率层的折射率分别设为m、 n2、 113时，满足且rh - n2〉n2 - n3o
33. 根据权利要求31所述的图像显示装置，其特征在于， 上述面发光元件和上述图像显示元件是直接接触而形成的。
34. 根据权利要求31所述的图像显示装置，其特征在于， 上述图像显示元件具有形成在上述一对基板之间的液晶层；以及在相对于上述一对基板的与配置有上述液晶层的相反侧配置的一 对偏振片。
35. 根据权利要求34所述的图像显示装置，其特征在于， 上述图像显示元件是使用了 IPS模式的液晶显示元件。
36. 根据权利要求34所述的图像显示装置，其特征在于， 上述图像显示元件是使用了 VA模式的液晶显示元件。
37. —种图像显示装置，其特征在于，具有 显示图像的图像显示元件；以及具有光源，且向上述图像显示元件照射来自上述光源的光的面发 光元件， 上述图像显示元件具有 一对基板；由上述一对基板夹着的液晶 层；形成在像素内的透射开口部；以及将从上述面发光元件射出的光 会聚到上述透射开口部的会聚元件，上述面发光元件具有使来自上述光源的光传达的导光体；在上 述导光体侧具有平面的棱镜片；以及在上述导光体与上述棱镜片之间 的折射率比上述导光体以及上述棱镜片高的层。
38. —种图像显示装置，其特征在于，具有显示图像的图像显示元件；以及具有光源，且向上述图像显示元件照射来自上述光源的光的面发 光元件，上述图像显示元件具有 一对基板；由上述一对基板夹着的液晶 层；形成在像素内的透射开口部；以及将从上述面发光元件射出的光 会聚到上述透射开口部的会聚元件，上述面发光元件具有使来自上述光源的光传达的导光体；在上 述导光体侧具有平面的棱镜片；以及在上述导光体与上述棱镜片之 间，至少在可见波长的一个波长中在入射角度70。时的S偏振光和P 偏振光的透射率都为90%以上的无偏振透射层。
全文摘要
本发明提供一种面发光元件、图像显示元件以及使用该元件的图像显示装置，指向性沿着至少一个方向良好、且其方向也一致。光线在导光板(31)与第2低折射率层(23)的界面全反射而在导光板(31)内传达，在光取出开口部(25)中向第1低折射率层(21)取出光。如果将导光板(31)、第1低折射率层(21)、第2低折射率层(23)的折射率分别设为n₁、n₂、n₃，则通过使n₂充分小于n₁，可以扩大在导光板(31)中传播的光线的角度，通过减小n₂与n₃的折射率差，可以减小对第1低折射率层(21)射出的光线的光线传播方向的扩展角度，可以使用反射镜(27)反射指向性高的光线而取出。
文档编号G02F1/1335GK101398568SQ200810145668
公开日2009年4月1日 申请日期2008年8月15日 优先权日2007年9月27日
发明者小村真一, 杉田辰哉, 足立昌哉 申请人:株式会社日立显示器