JP2010033748A - 偏光性面光源 - Google Patents

Abstract

【課題】光学シートの数を低減でき、且つ偏光性が高く高輝度の光線を射出できる偏光性面光源を提供することにある。
【解決手段】この偏光性面光源は、平板状に形成され、その一端面３ｂが、その一端面３ｂに対向配置された光源１からその一端面３ｂに入射する光線を所定方向に透過させる様に形成された導光板３と、導光板３の後面３ｄの内面上に、導光板３の一端面３ｂを前記所定方向に透過した光線のｓ偏光のみを反射させて導光板３の前面３ｃから略垂直に射出させる三角形状のプリズム４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置等のバックライト装置に関し、特にサイドライト方式の導光板より偏光させた光を取り出すための構造に関する。

図１１は、従来のサイドライト型のバックライト装置の概略構成図である。

従来のサイドライト型のバックライト装置は、図１１の様に、導光板３０３と、導光板３の一端面に対向配置された冷陰極管等の光源３０１と、光源３０１からの光線を反射し集光して導光板３の一端面に入射させるランプリフレクタ３０２とを備えている。導光板３０３の後面には、拡散ドット３０４がシルク印刷法あるいは出成型などにより形成されている。このバックライト装置は、更に、導光板３０３の後面から放出された光を前方に反射して、光源光を有効利用する反射板３０５と、導光板３０３から前方に放出された光を拡散する拡散板３０６と、拡散板３０６を通過した光の放射角度分布をｘ方向およびｙ方向ともに真上方向に寄せるためのプリズムシート３０７ａ，３０７ｂと、プリズムシート３０７ｂの前方に配置された液晶パネル３０８とを備えている（非特許文献１）。これらの構成に加え、プリズムシート３０７ｂと液晶パネル３０８の間に反射型偏光分離板３０９を更に配置して、輝度を向上させたものも知られている（特許文献１）。

この構成により、光源３０１から放射された光線は、ランプリフレクタ３０２で集光されて導光板３０３に入射し、導光板３０３の前後面で全反射を繰り返しながら伝播し、拡散ドット３０４に当たって様々な方向に散乱される。そして後方に散乱された光線は、反射板３０５で前方に反射される。また拡散ドット３０５で前方に散乱された光線および反射板３０５で前方に反射された光線は、導光板３０３の前面から射出され、拡散板３０６およびプリズムシート３０７ａ，３０７ｂを通過し、その一方向の偏光のみが偏光分離板３０９を通過して液晶パネル３０８に入射する。他方、偏光分離板３０９を通過できなかった偏光は、偏光分離板３０９で反射され、そして反射板３０５で前方に反射され、その反射の際または導光板３０３内での反射で偏光方向を変化し、上述同様、その一方の偏光のみが偏光分離板３０９を通過して液晶パネル３０８に入射する。この様にして、光源３０２からの光線により液晶パネル３０８が照射される。

液晶 Vol.12 No.1 2008 （発行人 日本液晶学会） 特開平１１−９６８１９号公報

非特許文献１および特許文献１では、高輝度化させるために光学シート（偏光分離板３０９やプリズムシート３０７ａ，３０７ｂ）を多数使用しているため、コストが高くなるという問題がある。

そこで、この発明の課題は、光学シートの数を低減でき、且つ偏光性が高く高輝度の光線を射出できる偏光性面光源を提供することにある。

上記課題を解決する為には、請求項１に記載の発明は、光を射出する前面とそれに平行な後面とを有する平板状とし、その一端面に入射される光源からの光線を前記後面に対して所定角度となる様に偏向させる偏向部を備えた導光板と、前記後面に、前記所定角度方向で入射した前記光線のうち光の電気ベクトルが前記一端面の長手方向に対して平行なｓ偏光を一部反射させて前記導光板の前面から略垂直に射出させるとともに前記ｓ偏光に直交するｐ偏光をほとんど反射しない第１反射面を有するプリズムと、を備えるものである。

請求項１に記載の発明によれば、導光板の後面の内面上に、導光板の一端面を所定方向に透過した光線を所定の傾斜角度を持ったプリズム面に対して、ｐ偏光の反射率をほとんど０にするいわゆるブリュースター角をなすように入射させるプリズムを備えるので、プリズムでの反射光にｓ偏光を多く含める事ができ、これにより導光板の前面から偏光性が高く高輝度の光線を射出させる事ができる。

また偏光板を使用せずに導光板の前面からの射出光の偏光性を高める事ができ、且つプリズムシートを使用せずに導光板の前面からの射出光を導光板の前面に略垂直な方向に射出できるので、光学シート（プリズムシートや偏光板）の数を低減できる。

また導光板の一端面は、その一端面に対向配置された光源からその一端面に入射する光線を所定方向に透過させる様に形成されているので、（１）光源からの光線の大部分をブリュースター角前後の角度で入射させる事ができ、また（２）当該所定方向を適宜方向（例えばｙ軸方向に対して±３０°の方向）に設定することで、光源からの光線を導光板の前面では全反射させる事ができ、これにより光損失を低減できる。

実施の形態１．
＜全体構成＞
図１は、本発明である偏光性面光源（バックライト装置）３０を備えた画像表示装置２００の構成概略図である。

この画像表示装置２００は、例えば液晶表示装置であり、図１の様に、偏光性面光源３０と、偏光性面光源３０の前方に配置された液晶パネル８とを備えている。

偏光性面光源３０は、導光板３と、導光板３の一端面３ｂに対向配置された例えば冷陰極管である光源１と、光源１からの光線を反射・集光して導光板３の一端面３ｂに入射させるランプリフレクタ２と、導光板３の後面３ｄ側に配置された反射板５と、導光板３の他端面３ａに対向配置された位相差板９と、位相差板９の後側に配置された平面状の反射板１０と、導光板３の前面３ｃ側に配置された拡散板６と、拡散板６の前側に配置されたプリズムシート７とを備えている。

尚、導光板３の一端面３ｂの長手方向に沿った方向（紙面垂直方向）をｘ軸方向とし、導光板３における一端面３ｂとその反対側の他端面３ａとの対向方向をｙ軸方向とし、ｘｙ平面に垂直な方向（導光板３の前面３ｃに垂直な方向）をｚ軸方向とする。

導光板３は、例えば矩形形状の平板状に形成されており、その一端面（入射面）３ｂには、凹部（偏向部）３ｅが形成されている。この凹部３ｅは、導光板３の入射面３ｂの長手方向（ｘ軸方向）に沿って溝状に形成されている。この凹部３ｅは、導光板３の一端面３ｂに入射された光源１からの光線を導光板３の後面３ｄに対して所定角度となるように偏向させるためのものである。

図２は、凹部３ｃの拡大図である。図２の点線Ｓは、光源１からの光線の軌跡を表している。光源１から放射される光線は、およそcosθ分布をしていることが知られている。図２の矢印Ｔは、光源１の各発光点の最大強度の光線が、光源１の中心から放射状に発光していることと同等であることを示すためのものである。導光板３の凹部３ｃは、光源１からの光線Ｓが、導光板３内に、導光板３の主面方向（ｙ軸方向）に対してほぼ３０°または−３０°の方向に透過する様な形に形成されている。これにより光源１からの光線は、導光板３内に、ｙ軸方向に対して±３０°方向を中心に幅±１０°の範囲に集光・分散して透過する。通常、導光板３として用いられるポリカーボネートやアクリル等の樹脂の屈折率は１．６弱であり、その場合、上記の様にｙ軸に対して±３０°方向を中心に幅±１０°の範囲で導光板３内を伝搬する光線は、プリズム４等の構造が無ければ、導光板３の上下面３ｃ，３ｄで全反射を繰り返して伝播する光線となる。

また導光板３の後面３ｄの内面には、図１の様に、光源１からの光線を前方（ｚ軸の＋方向）に反射させるために、二等辺三角形のプリズム４が縦横に複数配置されている。尚、各プリズム４は、一定の間隔で形成される必要は無く、面光源としての均一性を良くするために間隔を適宜変えて形成しても良い。

各プリズム４は、例えば、その底面を導光板３の後面３ｄに一致させ、その頂角θを導光板３の前面３ｃ側に向け、その頂角θ側の稜線を導光板３の入射面３ｂに平行にして配置されている。ここでは各プリズム４は、導光板３の後面３ｄに、二等辺三角形の溝（断面Ｖ字形の溝）を導光板３の入射面３ｂの長手方向（ｘ軸方向）に沿って形成することで、形成されている。

ここで、導光板３内を伝搬する光線の電気ベクトルのうち、プリズム４の溝に沿った成分（ｘ軸方向成分）をｓ偏光と呼び、プリズム４の溝に直交する成分をｐ偏光と呼ぶと、入射面３ｂに対する光線の角度がほぼブリュースター角となるように凹部３ｅの形状とプリズム４のプリズム面（第１反射面）の角度を設定しているため、プリズム４で反射される光線は主にｓ偏光となり、ｐ偏光は、ほとんど反射されることなくプリズム４を透過して導光板３の他端面３ａまで伝播する。ｓ偏光は、導光板３内からプリズム４への入射時の反射およびプリズム４内から導光板３への入射時の反射で発生する。このプリズム４は、導光板３内からプリズム４への入射時に発生する反射光（ｓ偏光）を導光板３の前面３ｃにほぼ垂直な方向（ｚ軸方向）に反射させるためのものである。またその反射光のｓ偏光のみが反射される様に、プリズム４の頂角および底角は適宜値に設定されている。

冷陰極管である光源１は、導光板３の入射面３ｂの長手方向（ｘ軸方向）に沿って配置されている。

反射板５の前面には、各プリズム４に対向する配置に、反射溝５ａが複数形成されている。各反射溝５ａは、断面Ｖ字形に形成され、且つプリズム４の溝方向（ｘ軸方向）に沿って形成されている。この反射溝５ａは、導光板３の後面３ｄから放出された光線を、導光板３の前面３ｃにほぼ垂直な方向（即ちｚ軸方向）に反射させるためのものである。

尚、ここでは、プリズム４の二等辺三角形の底辺の長さ（ｙ軸方向の長さ）を１０μｍ〜２００μｍ程度とし、反射板５の反射溝５ａの形成時に、反射板５が金型に載った状態で、導光板３の後面３ｄの平面部と反射板５の前面の平面部とを接着することで、反射溝５ａとプリズム４との位置を対向配置させて固定することができる。また反射溝５ａの断面の断面Ｖ字の横幅をプリズム４の二等辺三角形の底辺よりも若干長くすることで、反射溝５ａとプリズム４との間に多少の位置ずれがあっても、性能の劣化を防止できる。

位相差板９は、導光板３の他端面３ａに伝搬してきたｐ偏光をｓ偏光に変換するものである。位相差板９として例えばλ／４板を用いれば、位相差板９を２回通過することで、理想的には電場成分の向きを９０°回転させることができ、ｐ偏光をｓ偏光に変換できる。

この構成によりこの画像表示装置２００では、光源１から放射された光線は、ランプリフレクタ２で集光されて導光板３の入射面３ｂから導光板３内に入射し、導光板３の前後面３ｃ，３ｄで反射を繰り返しながら伝播する。その際、導光板３の入射面３ｂの凹部３ｃにより、導光板３内の光線は、所定方向（即ちｙ軸方向に対して±３０°方向を中心に幅±１０°の範囲の方向）に伝搬するので、導光板３の前後面３ｃ，３ｄで全反射しながら伝搬する。

そして導光板３内を伝搬する光線のｓ偏光は、プリズム４の一方のプリズム面で前方（ｚ軸の＋方向）に反射されて導光板３の前面３ｃから射出され、またはプリズム４内に入射して他方のプリズム面で内面反射して後方に反射されて、更に反射板５の反射溝５ａで反射されて前方（ｚ軸の＋方向）に反射されて導光板３の前面３ｃからほぼ垂直に射出される。この様に、光源１からの光線は、導光板３内を伝搬するに連れ、プリズム４および反射板５の反射溝５ａにより、そのｓ偏光が導光板３の前面３ｃからほぼ垂直な方向に射出される。

また導光板３内を伝搬する光線のｐ偏光は、プリズム４を透過して導光板３の他端面３ａで反射される。その際、位相差板９により、その反射光の位相が回転されてｓ偏光を含む光線となり、往路の場合と同様にプリズム４および反射溝５ａにより、導光板３の前面３ｃからほぼ垂直に射出される。

そして導光板３の前面３ｃから射出された光線は、拡散板６およびプリズムシート７を通過して、液晶パネル８を照射する。

＜プリズム４の頂角θおよび反射溝５ａの底角εの設定値＞
図３の様にプリズム４の頂角をθとし、プリズム４の底角をγとする。プリズム４において、導光板３内から一方のプリズム面（第１のプリズム面）４ａに角度β１で入射した光線１００は、角度δでプリズム４内に透過し、再度、角度θ−δで他方のプリズム面（第２のプリズム面）４ｂに入射し、角度β２で導光板３内に透過する。図３の点線１００ａは、その際の入射光線１００の第１のプリズム面４ａでの反射光１００ａであり、点線１００ｂは、入射光線１００の第２のプリズム面４ｂでの反射光１００ｂを示している。尚、入射光線１００は、ｙ軸方向に対して３０°の方向に伝搬している。

プリズム４の頂角θを１２０°に設定すると、第１のプリズム面４ａでの入射角β１は３０°となり、反射光１００ａは、ｚ軸の＋方向に反射されて導光板３の前面３ｃからほぼ垂直に射出される。またこの場合、導光板３の屈折率を約１．６とすると、入射角β１はほぼ、導光板（即ち屈折率約１．６の媒質）３からプリズム４内（即ち大気中）に入射する光線１００に対するブリュースター角となるので、入射光線１００のうち、ｓ偏光の一部は第１のプリズム面４ａで反射され、ｐ偏光は第１のプリズム面４ａで殆ど反射されずに透過する。このため、第１のプリズム面４ａでの反射光１００ａは、殆どｓ偏光となる。

そしてこの場合、第２のプリズム面４ｂでの入射角δはほぼ、６６°となり、プリズム４内から導光板３に入射する光線１００に対するブリュースター角となるので、第２のプリズム面４ｂでの反射光１００ｂも、殆どｓ偏光となる。

そして反射光１００ｂは、ｚ軸の−方向に伝搬し、反射板５の反射溝５ａで反射してｚ軸の＋方向に方向転換し、第２のプリズム面４ｂを透過して導光板３の前面３ｃからほぼ垂直に射出される。

反射板５が反射溝５ａの無い平坦な反射板であれば、第２のプリズム面４ｂでの反射光１００ｂは、反射板５での反射により、導光板３の前面３ｃから、ｙ軸に対してほぼ６０°の角度をなす方向に射出される。しかしここでは、反射板５には反射溝５ａが形成されているので、第２のプリズム面４ｂでの反射光１００ｂは、反射溝５ａにより導光板３の前面３ｃからほぼ垂直に射出される。以下、この点について詳しく検討する。

反射溝５ａの斜面と反射板５の主面方向（ｙ軸方向）とのなす角（底角）をεとすると、反射光１００ｂの第２のプリズム面４ｂへの入射角χは、式（１）となる。

第２のプリズム面４ｂに入射した反射光１００ｂが導光板３内にｚ軸の＋方向に透過するには、式（２）を満たす様にεを選べばよい。尚、式（２）中のｎは導光板３の屈折率（例えばｎ≒１．６）である。

式（１）（２）より、プリズム４の頂角θを１２０°とし、入射光１００が角度β１＝３０°で第１のプリズム面４ａに入射する場合、反射溝５ａの底角εを３０°とすることで、反射溝５ａでの反射光１００ｂを、導光板３の前面３ｃからほぼ垂直（即ちｚ軸の＋方向）に射出させる事ができる。

尚ここでは、プリズム４の頂角θを１２０°としたが、１２０°に限る必要はない。図４は、光源１からの光線が１つ目のプリズム４の第１のプリズム面４ａに入射する入射角β１を横軸に表し、その光線が１つ目のプリズム４を通過して、次のプリズム４の第１のプリズム面４ａに入射する入射角β１を縦軸に表したものである。例えば各プリズム４の頂角θが１２０°の場合、１つ目のプリズム４の第１のプリズム面４ａに入射角β１＝３０°で入射した光線は、次のプリズム４の第１のプリズム面４ａでは入射角β１＝３５°で入射し、その後、その光線は、各プリズム４の第１のプリズム面４ａへの入射角β１を３０°または３５°と交互に繰り返しながら導光板３内を伝播する。第１のプリズム面４ａでｓ偏光を多く反射させるためには、入射角β１としては３０°±１０°の範囲であることが望ましく、プリズム頂角θ＝１２０°は、この角度範囲内で伝播する光線の条件を表している。尚、図４より、少なくともプリズム頂角θとして９０°〜１３０°の範囲であれば、入射角β１＝３０°を作り出すことが可能である。

この様にプリズム４の頂角θおよび反射溝５ａの底角εを設定することで、第１のプリズム面４ａおよび反射溝５ａでの反射方向をｚ軸の＋方向にでき（従って導光板３の前面３ｃからの射出方向を前方に収束させる事ができ）、且つ第１のプリズム面４ａでｓ偏光を多く反射させる事ができる。

以上の様に構成された偏光性面光源３０によれば、導光板３の後面の内面上に、導光板３の一端面３ｂを所定方向に透過した光線のｓ偏光を反射させて導光板３の前面３ｃから略垂直に射出させるとともにｐ偏光を概ね透過する三角形状のプリズム４を備えるので、プリズム４での反射光にｓ偏光を多く含める事ができ、これにより導光板３の前面３ｃから偏光性が高く高輝度の光線を射出させる事ができる。

また偏光板を使用せずに導光板３の前面３ｃからの射出光の偏光性を高める事ができ、且つプリズムシートを使用せずに導光板３の前面３ｃからの射出光を導光板３の前面３ｃに略垂直な方向に射出できるので、光学シート（プリズムシートや偏光板）の数を低減できる。

また導光板３の一端面３ｂには、その一端面３ｂに対向配置された光源１からその一端面３ｂに入射する光線を所定方向に透過させる（すなわち導光板３の後面３ｄに対して所定角度となるように偏向させる）偏向部３ｅが形成されているので、（１）光源１からの光線の大部分を有効的にプリズム４で略全反射させる事ができ、また（２）当該所定方向を適宜方向（例えばｙ軸方向に対して±３０°の方向）に設定することで、光源１からの光線を導光板３の前後面３ｃ，３ｄで略全反射させる事ができ、これにより光損失を低減できる。

またプリズム４として、二等辺三角形プリズムを備えるので、導光板３の他端面３ａで反射した光線に対しても、往路の場合と同様に、導光板３の前面３ｃから偏光性が高く高輝度の光線を射出させる事ができる。

また導光板３の他端面３ａに位相差板９および反射板１０を順に配置するので、導光板３の他端面３ａに伝搬したｐ偏光を効果的にｓ偏光に変換できる。

また導光板３の後面３ｄ側に、プリズム４に対向する箇所に断面Ｖ字形の反射溝５ａを有する反射板５を備えるので、プリズム４の内面で後側に反射した光線を導光板３の前面３ｃからほぼ垂直な方向に射出させる事ができる。

また偏向部３ｅとして、導光板３の一端面３ｂに対向配置された光源１からその一端面３ｂに入射する光線を所定方向に透過させる様に凹部３ｅが形成されるので、光源１からの光線を導光板３内に所定方向に透過させる事ができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、導光板３の入射面３ｂに形成した凹部（偏向部）３ｅにより、導光板３の入射面３ｃに入射した光線が、導光板３内で所定方向（所定角度）で伝搬する様に制御したが、この実施の形態では、別の制御方法を説明する。

この実施の形態では、図５の様に、導光板３の一端面３ｂを例えば導光板３の前面３ｃ側に所定角度（ｚ軸方向から３０°）傾斜した斜面となる様に形成し、その斜面にグリンレンズの様な平凸レンズ１１を形成する。すなわち、この実施の形態では、導光板３の一端面３ｂに形成される偏向部は、導光板３の一端面３ｂが導光板３の前面側に傾斜した平凸面である。これにより、光源１からの光線を、導光板３内で、導光板３の主面方向（ｙ軸方向）に対して所定角度（例えば−３０°方向を中心に幅±１０°）の範囲に集光・分散させて透過させる事ができる。

尚、図５中の点線Ｓは、光源１からの光線の軌跡を表している。光源１から放射される光線は、およそcosθ分布をしていることが知られている。また図５の矢印Ｔは光源１の各発光点の最大強度の光線が、光源１の中心から放射状に発光していることと同等であることを示すためのものである。

以上の様に構成された偏光性面光源３０Ｂによれば、導光板３の一端面３ｂは、導光板３の前面３ｃ側に所定角度（例えばｚ軸方向に対して３０°）傾斜され、その傾斜面が、例えば平凸プリズム１１により平凸面状に形成されるので、光源１からの光線を導光板３内に所定方向（例えばｙ軸方向に対して３０°方向）に透過させる事ができる。

実施の形態３．
実施の形態１において、光源１としてレーザーダイオードやＬＥＤ等の指向性の高いものを用いる場合は、導光板３の入射面３ｂに形成される偏向部を図６の様に形成しても良い。

即ちこの実施の形態では、導光板３の入射面３ｂを導光板３の前面３ｃ側に所定角度（例えばｚ軸方向に対して３０°）傾斜させる。そして、高指向性光源１からの光線が導光板３の入射面３ｂにほぼ垂直に入射する様に、指向性光源１を導光板３の入射面３ｂに対向配置させる。

また導光板３の入射面３ｂを上記の様に単に傾斜させるだけでは、導光板３の前面３ｃから射出される光の強度が前面３ｃの場所によって周期的に強弱する現象（リンギング）が発生する。

これを防ぐためには、導光板３の平坦な前面３ｃにおける入射面３ｂ側の周縁３ｃ−１を前側に屈曲させる（その屈曲位置をＢとする）。そして、高指向性光源１の前端から導光板３の入射面３ｂに入射して反射無く伝搬した光線Ｓ１と、高指向性光源１の後端から導光板３の入射面３ｂに入射して導光板３の後面３ｄで一度内面反射した光線Ｓ２とが交差する点Ａに、導光板３の前面３ｃの屈曲位置Ｂを合わせる様に導光板３を形成する。これにより、導光板３の前面３ｃから、輝度が均一で前方に収束した光線を射出できる。

以上の様に構成された偏光性面光源３０Ｂによれば、光源１として指向性の高いものを使用する場合に、光源１からの光線を導光板３内に所定方向に透過させる事ができ、且つリンギング現象を防止できる。

実施の形態４．
実施の形態１において、光源１としてレーザーダイオードやＬＥＤ等の指向性の良いものを用い、更に光強度を上げたい場合は、図７の様に２つの光源１ａ，１ｂを用いれば良い。

即ちこの実施の形態４では、導光板３の一端面３ｂに形成される偏向部は、図７の様に形成される。すなわち、導光板３の入射面３ｂの前半面３ｂ−１を導光板３の前面３ｃ側に所定角度（例えばｚ軸方向に対して３０°）傾斜させ、且つ入射面３ｂの後半面３ｂ−２を導光板３の後面３ｄ側に所定角度（例えばｚ軸方向に対して３０°）傾斜させる。そして、高指向性光源１ａからの光線が導光板３の前半面３ｂ−１にほぼ垂直に入射する様に、指向性光源１ａを導光板３の前半面３ｂ−１に対向配置させ、且つ高指向性光源１ｂからの光線が導光板３の後半面３ｂ−２にほぼ垂直に入射する様に、指向性光源１ｂを導光板３の後半面３ｂ−２に対向配置させる。

そして実施の形態３と同様の理由により、導光板３の平坦な前面３ｃにおける入射面３ｂ側の周縁３ｃ−１を前側に屈曲させ（尚、その屈曲位置をＢ１とする。）、且つ導光板３の平坦な後面３ｄにおける入射面３ｂ側の周縁３ｄ−１を後側に屈曲させる（尚、その屈曲位置をＢ２とする）。

そして、高指向性光源１ａの前端から導光板３の前半面３ｂ−１に入射して反射無く伝搬した光線Ｓ１と、高指向性光源１ｂの前端から導光板３の後半面３ｂ−２に入射して反射無く伝搬した光線Ｓ３とが交差する点Ａ１に、導光板３の前面３ｃの屈曲位置Ｂ１を合わせ、且つ高指向性光源１ａの後端から導光板３の前半面３ｂ−１に入射して反射無く伝搬した光線Ｓ２と、高指向性光源１ｂの後端から導光板３の後半面３ｂ−２に入射して反射無く伝搬した光線Ｓ４とが交差する点Ａ２に、導光板３の後面３ｄの屈曲位置Ｂ２を合わせる様に導光板３を形成する。これにより、導光板３の前面３ｃから、輝度が高輝度且つ均一で、前方に収束した光線を射出できる。

以上の様に構成された偏光性面光源３０Ｃによれば、光源１として指向性の高いものを使用する場合に、輝度を光源１ａ，ｂからの光線を導光板３内に所定方向に透過させる事ができ、且つリンギング現象を防止できる。また光源を２個使用するので、導光板３の前面３ｃから射出される光線を高輝度にできる。

実施の形態５．
実施の形態１では、各プリズム４はそれぞれ同形の二等辺三角形のものであったが、この実施の形態では、図８の様に、各プリズム４は、二等辺三角形に限らず且つ異なる形の三角形のものが使用される。尚、図８では、異なる２種類の三角形のプリズム４Ａ，４Ｂをｙ軸方向（導光板３の入射面３ｂと他端面３ａとの対向方向）に沿って交互に配置した場合が図示されている。また実施の形態１では、反射板５には反射溝５ａが形成されたが、この実施の形態では、反射板５Ｄは、反射溝５ａは無く平坦に形成されている。このように実施の形態５では、導光板３の後面側に入射面３ｂ側から形状の異なる第１の三角プリズム４Ａと第２の三角プリズム４Ｂとからなる三角形のプリズムの組を設置した。また、導光板３の後面側には実施の形態１の後面３ｄのような平坦部がなく、全面がプリズム４Ａ，４Ｂの組よりなっていてもよい。その場合、厳密には後面３ｄを有さないが、設置された三角プリズム４Ａ，４Ｂの後側の頂点はおおむね導光板３の前面３ｃと平行な仮想的な後面上にあるので、以下では仮想的な後面を有するものとして説明する。反射板５Ｄはこの仮想的な後面に平行に設置される。

尚、図８の様に、各プリズム４Ａ，４Ｂの三角形の底角をγ１、γ２、γ３、γ４と定義し、それら各底角に対応するプリズム面をそれぞれ第１のプリズム面（第１反射面）Ｈ１、第２のプリズム面（第２反射面）Ｈ２、第３のプリズム面Ｈ３、第４のプリズム面Ｈ４とし、第ｋのプリズム面Ｈｋでの光線の入射角および出射角のうち、導光板３側の角をβｋとし、プリズム側の角をδｋとする。第１のプリズム面Ｈ１と第２のプリズム面Ｈ２とは、それらの面Ｈ１，Ｈ２に入射する入射光の入射角がブリュースター角またはその近傍の角度を有するように、それらの面Ｈ１，Ｈ２の角度を調整する。このため、これらの面では入射する光のうちｓ偏光のみ（例えばｓ偏光の一部）を反射してｐ偏光はほとんど反射しない。第１のプリズム面Ｈ１では導光板３に入射または伝搬してきた光を直接導光板３の前面３ｃに反射して前面３ｃから射出させる。第２のプリズム面Ｈ２は後ろ側に設置した反射板５Ｄ側に反射する。第２のプリズム面Ｈ２から反射板５Ｄに入射した光は反射されて導光板３の前面３ｃから射出される。前面３ｃから射出される光の強度の角度分布が前面３ｃ垂直方向に強い強度を有するように第１のプリズム面Ｈ１や第２のプリズム面Ｈ２の角度を調整するとよい。第１のプリズム面Ｈ１の反射により前面３ｃから略垂直方向に射出するようにしてもよい。尚、プリズム４Ａを通過したｓ偏光は、プリズム４Ｂにより、導光板３の前面に対して所定の角度に偏向される。

今、導光板３内を伝搬する光線１００が、第１のプリズム面Ｈ１に角度β１で入射してプリズム４Ａ内に角度δ１で出射し、次いで第２のプリズム面Ｈ２に角度δ２で入射して導光板３内に角度β２で出射し、更に第３のプリズム面Ｈ３に角度β３で入射してプリズム４Ｂ内に角度δ３で出射し、次いで第４のプリズム面Ｈ４に角度δ４で入射して導光板３内に角度β４で出射する場合を考える。この場合、導光板３の屈折率をｎとすると、角度δ１は式（３）から求められる。

また光線１００と第１のプリズム面Ｈ１と第２のプリズム面Ｈ２とで形成された三角形の内角の和に着目すると、式（４）が成立し、δ２は式（４）から求められる。

また角度β２は、式（５）から求められる。

また光線１００と第２のプリズム面Ｈ２と第３のプリズム面Ｈ３とで形成された三角形の内角の和に着目すると、式（６）が成立し、β３は式（６）から求められる。

上記と同様にして、δ３、δ４、β４はそれぞれ式（７）、式（８）、式（９）から求められる。

次に光線１００の第２のプリズム面Ｈ２での反射光１００ｂに関して説明する。今、反射光１００ｂが、プリズム４Ａ内で第２のプリズム面Ｈ２で角度δ２で反射し、次いで反射板５Ｄにて角度ζで入射・反射し、再び第の２プリズム面Ｈ２に角度δ２’で入射して導光板３内に角度β２’で出射する場合を考える。

角度δ２で反射する反射光１００ｂ−１と、第２のプリズム面Ｈ２と、反射板５Ｄとで形成される三角形の内角の和に着目すると、ζは式（１０）から求められる。

また角度ζで反射する反射光１００ｂ−２と、第２のプリズム面Ｈ２と、反射板５Ｄとで形成される三角形の内角の和に着目すると、δ２’は式（１１）から求められる。

また角度β２’は式（１２）から求められる。

角度β２’で進む光線１００ｂ−３が導光板３の前面３ｃから垂直に射出するには、式（１３）の関係が成立しなければならない。

しかし、第１のプリズム面Ｈ１での反射光１００ａを導光板３の前面３ｃからほぼ垂直に射出させるために、入射角β１＝３０°とし、底角γ１＝３０°とした場合、図９に示す様に、β２’＝９０°（即ち導光板３の前面３ｃに垂直）となるような解は無い事が分かる。

γ２＝４７°の場合に、β２’は最大値７７°となり、光線１００ｂ−３は、導光板３の前面３ｃから垂直方向に対して２１°の角度で射出される。一般的に、バックライトの角度輝度分布は、導光板３の前面３ｃの垂直方向を中心に±２０°〜３０°であるので、この場合のγ２（＝４７°）の値は適用範囲内となる。

γ１は、入射角度β１が、第１のプリズム面Ｈ１での反射光１００ａをｚ軸の＋方向に反射させる角度となる様に、設定されるのが良い。例えばｙ軸に対して３０°の傾きを持つ光線に対してはγ１＝３０°と設定するのが良い。他方、γ２〜γ４は、第２のプリズム面Ｈ２での反射光１００ｂが弱くなる様に設定され、且つ第２から第４のプリズム面Ｈ２〜Ｈ４を順に通過した光線が次にプリズム４Ａの第１のプリズム面Ｈ１に入射する入射角が、上記の入射角β１と同じ角度となる様に、設定されるのが良い。プリズム面Ｈ２〜Ｈ４を順に通過後の光の導光板３の前面３ｃに対する角度が、プリズム面Ｈ１に入射する光の導光板３の仮想的な後面に対する角度と同じ角度とすると、プリズム４Ａ，４Ｂの組を透過した光は導光板３の前面３ｃで反射して再び他のプリズム４Ａ，４Ｂの組のプリズム面Ｈ１に同じ角度で入射する。

また例えばγ２＝４７°、γ３＝８８°、γ４＝５０°とした場合、第２から第４のプリズム面Ｈ２〜Ｈ４を通過する間に、第３および第４のプリズム面Ｈ３，Ｓ４でそれぞれ図８の点線で示す様な反射光（ｓ偏光）１００ｃ，１００ｄが発生するが、それら反射光（ｓ偏光）１００ｃ，１００ｄのうちの７６％を前方に反射させる事が可能である。

この実施の形態のプリズム４は、導光板３の他端面３ａで反射した光線に対しては適用できず、楔形の様に他端面３ａ側が尖った形の様に入射面３ｂ側と他端面３ａ側とが非対称な形をした導光板に対して特に有効である。

この実施の形態のプリズム４を用いた場合、プリズム４を透過したｐ偏光をｓ偏光に変換する手段としては、図１０の様に、導光板３の前面３ｃ上に位相差板２０を配設すれば良い。

尚、図１０は、この実施の形態の画像表示装置２００Ｄの構成概略図を示している。この画像表示装置２００Ｄは、実施の形態１の画像表示装置２００と比べて、プリズム４が上記の様に異なる点、導光板３の前面３上に位相差板２０が配設されている点、導光板３の端面３ａに位相差板９が配置されていない点、反射板５Ｄに反射溝５ａが無い点（即ち反射板５Ｄが平坦である点）が異なる以外は同様に構成されている。

この構成では、光源１からの光線は、リフレクタ２により反射・集光されて導光板３の入射面３ｂから導光板３内に入射し、導光板３の後面３ｄの内面上に配置された前述のプリズム４で反射される。その反射ではｓ偏光だけが反射される。そしてその反射光は、導光板３の前面３ｃからほぼ垂直に射出され、位相差板２０、拡散板６およびプリズムシート７を透過して液晶パネル８を照射する。

その際、位相差板２０は、導光板３の前面３ｃから射出された反射光（ｓ偏光）の偏光方向が、液晶パネル８に配設された偏光板（不図示）の偏光軸と同方向となる様に、その反射光の偏光方向を回転させる。尚、ＴＮ（ツイストネマチック）液晶パネルでは、その偏光板の偏光軸はｘｙ平面内で４５°の角度に設定されているので、液晶パネル８がＴＮ液晶パネルの場合は、位相差板２０を用いる手段は、特に有効な手段である。

他方、光源１からの光線のうち、プリズム４を透過した光線（ｐ偏光）は、導光板３内で反射を繰り返して位相差板２０の後面に比較的大きな入射角度で入射して反射され、その反射により楕円偏光の光線または偏光方向を変えた光線（即ちｓ偏光を含む光線）に変化する。この様にして、位相差板２０によりｐ偏光がｓ偏光に変換される。そして位相差板２０で反射された当該光線は、導光板３内で反射を繰り返してプリズム４に入射し反射され、上記と同様に、導光板３の前面３ｃから垂直に射出される。

以上の様に構成された偏光性面光源３０Ｄによれば、プリズム４として、異なる形の複数種の三角形状のプリズム４（例えば４Ａ，４Ｂ）を備えるので、各プリズム４のプリズム面の底角を異ならせる事ができる。これにより、各プリズム４Ａ，４Ｂの各プリズム面Ｈ１〜Ｈ４に、（１）実施の形態１の様に入射光線のうちｓ偏光のみを反射させて導光板３の前面３ｃから垂直に射出させるだけでなく、（２）プリズム面の内面での反射光を反射板５Ｄで反射させて導光板３の前面からほぼ垂直に射出させたり、（３）プリズム面の内面での反射光を弱くさせる様に、各プリズム面に対応する底角を設定できる。例えば上記（２）の場合は、反射板５Ｄに実施の形態１の様な反射溝５ａを形成する必要が無くなる。また上記（３）の場合は、プリズム面の内面での反射光の光強度が弱くなるので、導光板３の前面３ｃから垂直に射出させなくても、光の無駄を低減できる。

また導光板３の前面３ｃ上に位相差板２０を備えるので、導光板３の前面３ｃから射出される光線の偏光方向を、例えば液晶パネル８の種類に応じて所定方向に変更できる。また位相差板２０の後面での反射によりｐ偏光をｓ偏光に変換できる。

また導光板３の後面３ｄ側に、平坦な反射板５Ｄを更に備えるので、プリズム４で後側に反射された光線を前方に反射させる事ができる。

尚、この様な、導光板３の前面３ｃに位相差板２０を配設してｐ偏光をｓ偏光に変換する手段は、実施の形態１の二等辺三角形のプリズムに対しても適用できる。

尚、実施の形態１〜５を組み合わせたものも、技術範囲に含まれるものとする。

実施の形態１に係る画像表示装置の構成概略図である。 実施の形態１の導光板３の入射面３ｂに形成された凹部３ｃの断面拡大図である。 実施の形態１のプリズム４および反射板５の反射溝５ａの断面拡大図である。 実施の形態１における、１つ目のプリズム４の第１のプリズム面への入射角と次のプリズム４の第１のプリズム面への入射角との相関図である。 実施の形態２の導光板３の入射面３ｃの断面拡大図である。 実施の形態３の導光板３の入射面３ｃの断面拡大図である。 実施の形態４の導光板３の入射面３ｃの断面拡大図である。 実施の形態５のプリズム４と反射板５の断面拡大図である。 実施の形態５の第２のプリズム面Ｈ２の底角γ２と第２のプリズム面Ｈ２からの出射角β２’との相関図である。 実施の形態５の画像表示装置の構成概略図である。 従来の画像表示装置の構成概略図である。

符号の説明

１ 光源、２ リフレクタ、３ 導光板、３ａ 他端面、３ｂ 一端面、３ｂ−１ 前半面、３ｂ−２ 後半面、３ｃ 前面、３ｃ−１ 周縁、３ｄ 後面、３ｄ−１ 周縁、４ プリズム、４ａ，４ｂ プリズム面、５ 反射板、５ａ 反射溝、６ 拡散板、７ プリズムシート、８ 液晶パネル、９ 位相差板、１０ 反射板、２０ 位相差板、Ａ 光線Ｓ１，Ｓ２の交点、Ａ１ 光線Ｓ１，Ｓ３の交点、Ａ２ 光線Ｓ２，Ｓ４の交点、Ｂ，Ｂ１ 前面３ｃの屈曲位置、Ｂ２ 後面３ｄの屈曲位置、３０〜３０Ｄ 偏光性面光源、１００，１００ｂ 光線、２００ 画像表示装置。

Claims (10)

1. 光を射出する前面とそれに平行な後面とを有する平板状とし、その一端面に入射される光源からの光線を前記後面に対して所定角度となるように偏向させる偏向部を備えた導光板と、
   前記後面に、前記所定角度方向で入射した前記光線のうち光の電気ベクトルが前記一端面の長手方向に対して平行なｓ偏光を一部反射させて前記導光板の前面から略垂直に射出させるとともに前記ｓ偏光に直交するｐ偏光を反射しない第１反射面を有するプリズムと、
   を備えることを特徴とする偏光性面光源。
2. 前記プリズムとして、二等辺三角形プリズムを備えることを特徴とする請求項１に記載の偏光性面光源。
3. 前記導光板の後面側に、前記プリズムに対向する箇所に断面Ｖ字形の反射溝を有する反射板を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光性面光源。
4. 前記導光板における前記一端面と反対側の他端面に対向配置された位相差板と、
   前記位相差板に後側に配設された反射面と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の偏光性面光源。
5. 前記導光板の後面側に、平坦な反射板を更に備え、
   前記プリズムは、形状の異なる第１の三角プリズムと第２の三角プリズムとからなる組を有し、
   前記第１の三角プリズムは、前記第２の三角プリズムよりも前記一端面側に配置されて、前記一端面側の前記第１反射面を通過したｓ偏光の一部を前記反射板側に反射することにより前記ｓ偏光を前記導光板の前面から射出させるとともにｐ偏光をおおむね反射しない第２反射面を備え、
   前記第２の三角プリズムは、前記第１の三角プリズムを通過したｓ偏光を前記導光板の前面に対して所定の角度で偏向させることを特徴とする
   請求項１に記載の偏光性面光源。
6. 前記導光板の前面上に位相差板を更に備えることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の偏光性面光源。
7. 前記導光板の前記一端面に、放射状に発光する光源が配向配置される場合において、
   前記偏向部は、前記導光板の前記一端面に形成された凹部であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の偏光性面光源。
8. 前記導光板の前記一端面に、放射状に発光する光源が配向配置される場合において、
   前記偏向部は、前記導光板の前記一端面が前記導光板の前面側に傾斜した平凸面であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の偏光性面光源。
9. 前記導光板の前記一端面に、指向性の高い光源が対向配置される場合において、
   前記偏向部は、前記導光板の前記一端面を前記導光板の前面側に傾斜させ、且つ前記導光板の前面における前記一端面側の周縁を前側に屈曲させ、前記光源の前端から前記導光板の前記一端面に入射して反射無く伝搬した光線と、前記光源の後端から前記導光板の前記一端面に入射して前記導光板の後面で一度内面反射した光線とが交差する点に、前記導光板の前面の前記屈曲の位置を合わせた構造を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の偏光性面光源。
10. 前記導光板の前記一端面のうち、その前半面に、指向性の高い第１の光源が対向配置され、その後半面に、指向性の高い第２の光源が対向配置される場合において、
    前記偏向部は、前記導光板の前記一端面のうち、その前半面を前記導光板の前面側に傾斜させ、その後半面を前記導光板の後面側に傾斜させ、且つ前記導光板の前面における前記一端面側の周縁を前側に屈曲させ、前記導光板の後面における前記一端面側の周縁を後側に屈曲させ、前記第１の光源の前端から前記導光板の前記前半面に入射して反射無く伝搬した光線と、前記第２の光源の前端から前記導光板の前記後半面に入射して反射無く伝搬した光線とが交差する点に、前記導光板の前面の前記屈曲の位置を合わせ、且つ前記第１の光源の後端から前記導光板の前記前半面に入射して反射無く伝搬した光線と、前記第２の光源の後端から前記導光板の前記後半面に入射して反射無く伝搬した光線とが交差する点に、前記導光板の後面の前記屈曲の位置を合わせた構造を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の偏光性面光源。

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