JP2012181958A - 光学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】導光部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができる光学デバイスを得る。
【解決手段】光源光２１に含まれるＰ偏光を透過させると共に、光源光２１に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光板１２と、反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換して反射型偏光板１２に入射させる変換部６０と、反射型偏光板１２側の面に複数のプリズム１１ｃが設けられたプリズムシート１１とを備え、プリズム１１ｃは、プリズムシート１１から反射型偏光板１２に向かう方向に凸となるプリズム頂部１１ｄと、この頂部の両側に形成され反射型偏光板１２から出射されたＰ偏光を取り込むプリズム斜面１１ａと、この斜面からプリズム１１ｃ内に取り込まれたＰ偏光をプリズムシート１１の延設方向と垂直の方向に出射するプリズム底面１１ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学デバイスに関するものである。

モニターや携帯電話などの機器において、液晶パネルなどの表示部から出射される光の輝度を向上させることは、明るさやコントラストなどの見栄えに大きく影響すると共に省エネの観点からも利点がある。そのため、近年ではバックライト光源部（導光部）から表示部に入射する光の利用効率を向上させるために種々の試みがなされている。

例えば、下記特許文献１に示される従来技術は、光源から出射される光のうちＰ偏光（偏光方向が入射面に平行な偏光）は透過させると共にＳ偏光（偏光方向が入射面に垂直な偏光）は選択反射させるプリズムアレイと、このプリズムアレイで反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換してプリズムアレイに入射させる変換手段とを有して構成されている。すなわち下記特許文献１に示される従来技術は、プリズムアレイで反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換してプリズムアレイに再び入射させることにより、光の利用効率を向上させている。

特開平８−１９０００６号公報（図３、図６など）

しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、プリズムアレイにおいて屈折を利用して光の方向を変更しているため、光の屈折で部分反射が発生して一部の光が迷光となってしまい、光の利用効率が下がるという課題があった。より具体的に説明すると、上記特許文献１の図６に示されるプリズムの底面においては、このプリズムの内部に屈折して入射する光（透過光）と、空気界面（プリズムと空気との境界面）で反射される光（プリズムの内部に入射しない光）とに分かれる。また、同図に示されるプリズムのプリズム斜面から空気層に出射される箇所においても、屈折して空気層に出射される光（透過光）と、空気界面で反射される光（プリズムの内部に折り返される光）とに分かれる。このように、空気界面を透過する度に、光の一部が反射して迷光となる。このように、上記特許文献１に示される従来技術では、プリズムにおいて２回の屈折を利用して光の方向を変えていることから、光の方向を変えるために２箇所の界面で迷光が発生している。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、導光部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができる光学デバイスを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源から出射された光源光に含まれるＰ偏光を透過させると共に、前記光源光に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光部と、前記反射型偏光部で反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換して前記反射型偏光部に入射させる変換部と、前記反射型偏光部からＰ偏光が出射する側にて前記反射型偏光部と平行に設けられ、前記反射型偏光部側の面に断面三角形状の複数のプリズムが設けられたプリズムシートと、を備え、前記プリズムシートに設けられた各プリズムは、前記プリズムシートから反射型偏光部に向かう方向に凸となる頂部と、この頂部の両側に形成され前記反射型偏光部から出射されたＰ偏光を取り込む斜面と、この斜面からプリズム内に取り込まれたＰ偏光を前記プリズムシートの延設方向と垂直の方向に出射する底面とを有すること、を特徴とする。

この発明によれば、プリズムシートと反射型偏光部とが対向する面に設けられたプリズムの斜面に、反射型偏光部から出射されたＰ偏光を入射させるようにしたので、導光部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる光学デバイスの構成図である。 図２は、図１に示される出射角とプリズム頂角との相関関係を説明するための図である。 図３は、本発明の実施の形態２にかかる光学デバイスの構成図である。 図４は、本発明の実施の形態３にかかる光学デバイスの構成図である。 図５は、図４に示される出射角とプリズム頂角との相関関係を説明するための図である。 図６は、本発明の実施の形態４にかかる光学デバイスの構成図である。 図７は、実施の形態３、４にかかる光学デバイスを、液晶表示装置のバックライトユニットに適用した例を示す図である。

以下に、本発明にかかる光学デバイスの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光学デバイス１００の構成図である。図１に示される光学デバイス１００は、反射型偏光板（反射型偏光部）１２と、プリズムシート１１と、変換部６０とを有して構成されている。

図１に示される光源光２１は、図示しない光源から出射された光である。反射型偏光板１２の法線に対する光源光２１の出射角θ１（以下単に「出射角θ１」と称する）は、例えば６０°に設定されている。光源光２１には、偏光方向が異なる２種類の偏光（Ｐ偏光とＳ偏光）が含まれており、反射型偏光板１２は、光源光２１に含まれるＰ偏光を透過させると共に、光源光２１に含まれるＳ偏光を反射させる。

変換部６０は、反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換して反射型偏光板１２に入射させる。より具体的に説明すると、変換部６０は、λ／４（１／４波長）板（位相差部）４０および反射板（反射部）５０を有しており、λ／４板４０は、反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光に１／４波長の位相差を与えると共に、この位相差の与えられた光が反射板５０で折り返されて再びλ／４板４０を入射した際に、再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換する。反射板５０は、λ／４板４０を透過した光を反射してλ／４板４０に再度入射させる。その結果、反射型偏光板１２で反射された光にλ／２の位相差が与えられるので、反射型偏光板１２で反射した光が変換部６０によってＰ偏光に変換される。

なお、図１に示される、反射板５０は、板状を成し、反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光の進路上に設けられ、かつ、反射型偏光板１２の法線に直交する線に対して所定の角度（例えば出射角θ１と同じ角度）で設けられている。またλ／４板４０は、板状を成し、反射型偏光板１２と反射板５０との間に介在し、反射板５０と平行に設けられている。λ／４板４０が延在する方向の長さと、反射板５０が延在する方向の長さとは、実質的にほぼ同じである。

プリズムシート１１は、反射型偏光板１２からＰ偏光が出射される側にて反射型偏光板１２と平行に設けられ、反射型偏光板１２側の面に断面三角形状の微細構造のプリズム１１ｃが複数設けられている。

各プリズム１１ｃは、プリズムシート１１から反射型偏光板１２に向かう方向に凸となるプリズム頂部１１ｄと、このプリズム頂部１１ｄの両側に形成され反射型偏光板１２から出射されたＰ偏光を取り込むプリズム斜面１１ａと、このプリズム斜面１１ａからプリズム１１ｃ内に取り込まれたＰ偏光をプリズムシート１１の延設方向と垂直の方向に出射するプリズム底面１１ｂと、を有する。なお、図１では、説明の便宜上、プリズム頂部１１ｄが反射型偏光板１２と離反した状態で示されているが、実際にはプリズム頂部１１ｄが反射型偏光板１２の表面に接触した状態で設けられているものとする。

図１に示される各部材（プリズムシート１１および反射型偏光板１２など）は、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）相当の材質で構成されており、その屈折率は、例えば約１．４９である。また、図１に示される光学デバイス１００では、プリズム頂部１１ｄの頂角（プリズム頂角φ）と、出射角θ１とが６０°に設定されている。その結果、プリズム斜面１１ａの法線に対するＰ偏光の入射角θ２（以下単に「入射角θ２」と称する）は、０°となる。このように、反射型偏光板１２を透過したＰ偏光は、プリズム斜面１１ａへ垂直に入射することとなる。

次に光学デバイス１００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図１に示される記号Ａ〜Ｆを用いて説明する。（Ａ）光源光２１は、出射角θ１＝６０°で入射し、光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光板１２を透過する。（Ｂ）光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光板１２で反射される。（Ｃ）反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光は、λ／４板４０に入射した後に反射板５０で反射されて再びλ／４板４０を透過する。このＳ偏光は、λ／４板４０を２度透過したことによりＰ偏光に変換される。（Ｄ）変換されたＰ偏光は、反射型偏光板１２に入射する。そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４板４０で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光板１２を透過し、反射型偏光板１２とプリズム１１ｃとが対向する面から出射される。（Ｅ）反射型偏光板１２から出射された各Ｐ偏光は、プリズム斜面１１ａへ垂直に入射する。（Ｆ）プリズム斜面１１ａからプリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光は、プリズム斜面１１ａで全反射され、プリズムシート１１の延設方向と垂直の方向に出射される。

上記特許文献１に示される従来技術では、プリズムの底面においては、このプリズムの内部に屈折して入射する光と、空気界面で反射される光とに分かれる。また、このプリズムのプリズム斜面から空気層に出射される箇所においても、屈折して空気層に出射される光と、空気界面で反射される光とに分かれる。すなわち、空気界面を透過する度に、光の一部が反射して迷光となる。このように従来技術では、プリズムにおいて２回の屈折を利用して光の方向を変えていることから、光の方向を変えるために２箇所の界面で迷光が発生している。

実施の形態１にかかる光学デバイス１００は、光源光２１が全てＰ偏光に変換されることによってＰ偏光とＳ偏光の両方を利用することができると共に、プリズムシート１１の入射面側に、反射型偏光板１２に向かって凸となるプリズム１１ｃを設けることによって、プリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光をプリズム斜面１１ａで全反射させてプリズム底面１１ｂから出射することが可能である。すなわち、光学デバイス１００は、プリズム１１ｃにおいて２回の屈折を利用して光の方向を変えているわけではないため、光の方向を変えるときにおける迷光を低減することが可能である。

図２は、図１に示される出射角θ１とプリズム頂角φとの相関関係を説明するための図である。上記説明では、一例として出射角θ１を６０°とした構成例を説明したが、実施の形態１にかかる光学デバイス１００は、出射角θ１を６０°以外の値にした場合でも、出射角θ１の値に応じてプリズム頂角φを変更させることで、プリズム斜面１１ａからプリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光をプリズム底面１１ｂから垂直に出射することが可能である。

出射角θ１とプリズム頂角φとの相関関係は、出射角θ１が小さくなるほどプリズム頂角φは小さくなり、出射角θ１が大きくなるほどプリズム頂角φは大きくなる。各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が３０．７°の場合、プリズム頂角φは４４°にすればよい。また、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が７０．５°の場合、プリズム頂角φは６６°にすればよい。

以上に説明したように、実施の形態１にかかる光学デバイス１００は、光源光２１に含まれるＰ偏光を透過させると共に、光源光２１に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光板１２と、反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換して反射型偏光板１２に入射させる変換部６０と、反射型偏光板１２側の面に複数のプリズム１１ｃが設けられたプリズムシート１１と、を備え、プリズム１１ｃは、プリズムシート１１から反射型偏光板１２に向かう方向に凸となる頂部（プリズム頂部１１ｄ）と、この頂部の両側に形成され反射型偏光板１２から出射されたＰ偏光を取り込む斜面（プリズム斜面１１ａ）と、この斜面からプリズム１１ｃ内に取り込まれたＰ偏光をプリズムシート１１の延設方向と垂直の方向に出射する底面（プリズム底面１１ｂ）とを有するようにしたので、光源光２１が全てＰ偏光に変換されると共に、プリズム１１ｃの内に入射したＰ偏光をプリズム斜面１１ａで全反射させてプリズム底面１１ｂから出射することが可能である。その結果、実施の形態１の光学デバイス１００によれば、上述した従来技術に比べて、光を垂直出射するよう屈曲させることにおいて光の利用効率を向上させることが可能である。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる光学デバイス２００の構成図である。実施の形態１にかかる光学デバイス１００と異なる点は、出射角θ１およびプリズム頂角φの値と、変換部６０の設置角の大きさである。実施の形態１にかかる光学デバイス１００では、反射型偏光板１２を透過したＰ偏光がプリズム斜面１１ａに垂直に入射するように構成されていた。実施の形態２にかかる光学デバイス２００では、反射型偏光板１２を透過したＰ偏光がプリズム斜面１１ａにブリュースター角（Brewster's angle）である５６°で入射するように構成されている。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

図３に示される光学デバイス２００は、反射型偏光板１２と、プリズムシート１１と、変換部６０とを有して構成されている。実施の形態２にかかる光学デバイス２００では、各部材（プリズムシート１１および反射型偏光板１２など）の屈折率が約１．４９であり、出射角θ１が例えば１５．２７°に設定され、プリズム頂角φが３７．４６°に設定されている。

このように構成された光学デバイス２００では、入射角θ２が５６°になる。これにより、プリズム斜面１１ａにおけるＰ偏光の反射がほぼ０になり、実施の形態１にかかる光学デバイス１００に比べて、プリズム斜面１１ａでの部分反射による光のロスを減らすことが可能である。

次に光学デバイス２００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図３に示される記号Ａ〜Ｆを用いて説明する。（Ａ）光源光２１は、出射角θ１＝１５．２７°で入射し、光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光板１２を透過する。（Ｂ）光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光板１２で反射される。（Ｃ）反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光は、λ／４板４０に入射した後に反射板５０で反射されて再びλ／４板４０を透過する。このＳ偏光は、λ／４板４０を２度透過したことによりＰ偏光に変換される。（Ｄ）変換されたＰ偏光は、反射型偏光板１２に入射する。そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４板４０で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光板１２を透過し、反射型偏光板１２とプリズム１１ｃとが対向する面から出射される。（Ｅ）反射型偏光板１２から出射された各Ｐ偏光は、入射角θ２＝５６°でプリズム斜面１１ａへ入射する。（Ｆ）そして、プリズム斜面１１ａからプリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光は、プリズム斜面１１ａで全反射され、プリズムシート１１の延設方向と垂直の方向に出射される。

以上に説明したように、実施の形態２にかかる光学デバイス２００は、反射型偏光板１２と、変換部６０と、プリズムシート１１と、を備え、各部材の屈折率が約１．４９の部材で構成され、プリズム頂角φが３７．４６°に設定され、出射角θ１が１５．２７°に設定されているので、実施の形態１にかかる光学デバイス１００に比べて、プリズム斜面１１ａでの部分反射による光のロスを減らすことが可能である。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる光学デバイス３００の構成図である。実施の形態１にかかる光学デバイス１００と異なる点は、反射板５０の代わりにシート化された反射シート（反射部）５２を用いている点と、λ／４板４０の代わりにλ／４板（位相差部）４２を用いている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

図４に示される光学デバイス３００は、プリズムシート１１と、反射型偏光板１２と、変換部６１とを有して構成されている。変換部６１は、λ／４板４２および反射シート５２を有している。

λ／４板４２は、反射型偏光板１２に光源光２１が入射する側にて反射型偏光板１２と平行に設けられ、反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光に１／４波長の位相差を与えると共に、この位相差の与えられた光が反射シート５２で折り返されて再びλ／４板４２を入射した際に、再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換する。λ／４板４２は、反射型偏光板１２に近接して配置されている。

反射シート５２は、λ／４板４２に光源光２１が入射する側にてλ／４板４２と平行に設けられ、λ／４板４２側の面とは反対の面（光源光２１が反射シート５２へ入射する側の面）に断面三角形状の複数のプリズム５２ｃが設けられ、λ／４板４２を透過した光を反射してλ／４板４２に再度入射させる。反射シート５２は、λ／４板４２に近接して配置されている。

各プリズム５２ｃは、λ／４板４２から反射シート５２に向かう方向に凸となるプリズム頂部５２ｄと、このプリズム頂部５２ｄの一方の斜面であって光源光２１を取り込むプリズム斜面５２ａ（第１の斜面）と、プリズム頂部５２ｄの他方の斜面であってλ／４板４２を透過した光を反射してλ／４板４２に再度入射させる反射面５１（第２の斜面）と、プリズム斜面５２ａから取り込まれた光源光２１をλ／４板４２側に出射すると共に、反射型偏光板１２で反射されてλ／４板４２を透過した光を取り込み、反射面５１で反射された光をλ／４板４２側に出射するプリズム底面５２ｂと、を有する。なお、プリズム底面５２ｂは、λ／４板４２と平行に設けられている。

ここで、実施の形態３にかかる光学デバイス３００では、出射角θ１が３０°に設定され、プリズム底面５２ｂとプリズム斜面５２ａとの成す角であるプリズム底角θ３が出射角θ１と同じ３０°に設定され、プリズム底面５２ｂと反射面５１との成す角であるプリズム底角θ４が６０°に設定され、プリズム底面５２ｂと反射面５１との成す角であるプリズム頂角φ２が９０°に設定されている。そのためプリズム斜面５２ａの法線に対す光源光２１の入射角θ５は、略０°となる。

また、実施の形態１では、プリズム頂角φが出射角θ１と同じ角度に設定されていたが、実施の形態３では、プリズム１１ｃの頂角であるプリズム頂角φ１が例えば５３．２°に設定されている。このように、実施の形態３にかかる光学デバイス３００は、出射角θ１が３０°の場合、プリズム底角θ３が３０°、プリズム底角θ４が６０°、プリズム頂角φ２が９０°に設定され、さらにプリズム頂角φ１が５３．２°に設定されている。そのため、反射型偏光板１２を透過したＰ偏光は、プリズム１１ｃ内に入射した後に、プリズム斜面１１ａで全反射されて、プリズム底面１１ｂから垂直に出射される。なお、図４では、入射角θ２が０°ではないが、プリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光は、プリズム底面１１ｂから垂直に出射される。また、図４では、説明の便宜上、プリズム頂部１１ｄが反射型偏光板１２と離反した状態で示されているが、実際にはプリズム頂部１１ｄが反射型偏光板１２の表面に接触した状態で設けられているものとする。

次に光学デバイス３００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図４に示される記号Ａ〜Ｈを用いて説明する。（Ａ）出射角θ１＝３０°の光源光２１を反射シート５２に入射させたとき、（Ｂ）光源光２１は、プリズム斜面５２ａへ垂直に入射して、（Ｃ）プリズム底面５２ｂから出射される。プリズム底面５２ｂから出射された光源光２１は、λ／４板４２を透過し、光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光板１２を透過する。（Ｄ）光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光板１２で反射される。（Ｅ）反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光は、λ／４板４２に入射した後に反射面５１で反射されて再びλ／４板４２を透過する。このＳ偏光は、λ／４板４２を２度透過したことによりＰ偏光に変換される。（Ｆ）変換されたＰ偏光は、反射型偏光板１２に入射する。（Ｇ）そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４板４２で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光板１２を透過し、反射型偏光板１２とプリズム１１ｃとが対向する面から出射される。反射型偏光板１２から出射された各Ｐ偏光は、プリズム斜面１１ａへ入射する。（Ｈ）そして、プリズム斜面１１ａからプリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光は、プリズム斜面１１ａで全反射されて、プリズムシート１１の延設方向と垂直の方向に出射される。

実施の形態３にかかる光学デバイス３００では、λ／４板４２が反射型偏光板１２に近接して配置されると共に、反射シート５２がλ／４板４２に近接して配置されている。この構成によって、デバイス全体の小型化および薄型化を図ることが可能である。特に、反射型偏光板１２からプリズム頂部５２ｄまでの厚みを減らすことができるため、実施の形態１にかかる光学デバイス１００よりも小型化および薄型化を図ることが可能である。

図５は、図４に示される出射角θ１とプリズム頂角φ１との相関関係を説明するための図である。上記説明では、一例として出射角θ１を３０°とした構成例を説明したが、実施の形態３にかかる光学デバイス３００は、出射角θ１を３０°以外の値にした場合でも、出射角θ１の値に応じて、プリズム底角θ３と、プリズム頂角φ１とを変更させることで、プリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光をプリズム底面１１ｂから垂直に出射することが可能である。

プリズム底角θ３については、出射角θ１に合わせる。また、出射角θ１とプリズム頂角φ１との相関関係は、出射角θ１が小さくなるほどプリズム頂角φ１は小さくなり、出射角θ１が大きくなるほどプリズム頂角φ１は大きくなる。より具体的には、各部材（プリズムシート１１、反射型偏光板１２、λ／４板４２、および反射シート５２など）の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が２６．９°の場合、プリズム頂角φ２は９０°、プリズム底角θ３は２６．９°、プリズム底角θ４は６３．１°、プリズム頂角φ１は５０°にすればよい。また、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が３５．５°の場合、プリズム頂角φ２は９０°、プリズム底角θ３は３５．５°、プリズム底角θ４は５４．５°、プリズム頂角φ１は６０°にすればよい。

以上に説明したように、実施の形態３にかかる光学デバイス３００は、反射型偏光板１２に光源光２１が入射する側にて反射型偏光板１２と平行に設けられ、反射型偏光板１２で反射されたＳ偏光に１／４波長の位相差を与えるλ／４板４２と、λ／４板４２に光源光２１が入射する側にてλ／４板４２と平行に設けられ、λ／４板４２側の面とは反対の面に断面三角形状の複数のプリズム５２ｃが設けられ、λ／４板４２を透過した光を反射してλ／４板４２に再度入射させる反射シート５２と、を備え、λ／４板４２は、反射シート５２からの反射光に再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換し、反射シート５２に設けられた各プリズム５２ｃは、λ／４板４２から反射シート５２に向かう方向に凸となるプリズム頂部５２ｄと、このプリズム頂部５２ｄの一方の斜面であって光源光２１を取り込むプリズム斜面５２ａと、このプリズム頂部５２ｄの他方の斜面であってλ／４板４２を透過した光を反射してλ／４板４２に再度入射させる反射面５１と、プリズム斜面５２ａから取り込まれた光源光２１をλ／４板４２側に出射すると共に、反射型偏光板１２で反射されてλ／４板４２を透過した光を取り込み、反射面５１で反射された光をλ／４板４２側に出射するプリズム底面５２ｂと、を有するようにしたので、プリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光をプリズム斜面１１ａで全反射させてプリズム底面１１ｂから垂直に出射することができると共に、実施の形態１にかかる光学デバイス１００よりも小型化および薄型化を図ることが可能である。

実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４にかかる光学デバイス４００の構成図である。実施の形態３にかかる光学デバイス３００と異なる点は、実施の形態３の反射型偏光板１２の代わりに反射型偏光層（反射型偏光部）１３を用いている点と、λ／４板４２の代わりにλ／４層（位相差部）４１を用いている点と、反射シート５２の代わりに反射シート層（反射部）５３を用いている点と、さらに、反射型偏光層１３、λ／４層４１、および反射シート層５３が一体化されている点である。以下、実施の形態３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

図６に示される光学デバイス４００は、プリズムシート１１と、反射型偏光層１３と、変換部６２とを有して構成されている。変換部６２は、λ／４層４１および反射シート層５３を有している。

λ／４層４１は、反射型偏光層１３に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行に設けられ、反射型偏光層１３で反射されたＳ偏光に１／４波長の位相差を与える。また、λ／４層４１は、この位相差の与えられた光が反射シート層５３で折り返されて再びλ／４層４１を入射した際に、再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換する。λ／４層４１は、反射型偏光層１３に面接触した状態で配置されている。

反射シート層５３は、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にてλ／４層４１と平行に設けられ、λ／４層４１側の面とは反対の面に断面三角形状の複数のプリズム５２ｃが設けられ、λ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる。反射シート層５３は、λ／４層４１に面接触した状態で配置されている。

各プリズム５２ｃは、λ／４層４１から反射シート層５３に向かう方向に凸となるプリズム頂部５２ｄと、このプリズム頂部５２ｄの一方の斜面であって光源光２１を取り込むプリズム斜面５２ａ（第１の斜面）と、プリズム頂部５２ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５１（第２の斜面）と、プリズム斜面５２ａから取り込まれた光源光２１をλ／４層４１側に出射すると共に、反射型偏光層１３で反射されてλ／４層４１を透過した光を取り込み、反射面５１で反射された光をλ／４層４１側に出射するプリズム底面５２ｂと、を有する。なお、図６では、入射角θ２が０°ではないが、プリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光は、プリズム底面１１ｂから垂直に出射される。また、図６では、説明の便宜上、プリズム頂部１１ｄが反射型偏光層１３と離反した状態で示されているが、実際にはプリズム頂部１１ｄが反射型偏光層１３の表面に接触した状態で設けられているものとする。

次に光学デバイス４００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図６に示される記号Ａ〜Ｇを用いて説明する。（Ａ）例えば、出射角θ１＝３０°の角度で光源光２１を反射シート層５３に入射させたとき、（Ｂ）光源光２１は、プリズム斜面５２ａへ垂直に入射する。（Ｃ）プリズム斜面５２ａからプリズム５２ｃ内に入射した光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光層１３を透過する。（Ｄ）一方、光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光層１３で反射される。（Ｅ）反射型偏光層１３で反射されたＳ偏光は、λ／４層４１に入射した後に反射面５１で反射されて再びλ／４層４１を透過する。このＳ偏光は、λ／４層４１を２度透過したことによりＰ偏光に変換され、変換されたＰ偏光は、反射型偏光層１３に入射する。（Ｆ）そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４層４１で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光層１３を透過し、反射型偏光層１３とプリズム１１ｃとが対向する面から出射される。反射型偏光層１３から出射された各Ｐ偏光は、プリズム斜面１１ａへ入射する。（Ｇ）そして、プリズム斜面１１ａからプリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光は、プリズム斜面１１ａで全反射されて、プリズムシート１１の延設方向と垂直の方向に出射される。

実施の形態３では、反射型偏光板１２とλ／４板４２とが面接触しておらず、λ／４板４２と反射シート５２とが面接触していない。そのため、各部材間に空気層が存在し、空気界面での部分反射によるロスが発生する。実施の形態４では、反射型偏光層１３とλ／４層４１とが面接触しており、λ／４層４１と反射シート層５３とが面接触している。そのため、各部材間の空気層が排除され、空気界面での部分反射によるロスが低減される。

なお、光学デバイス４００における出射角θ１とプリズム頂角φ１との相関関係は、実施の形態３にかかる光学デバイス３００と同じである。すなわち、プリズム底角θ３については、出射角θ１に合わせることで対応が可能である。またプリズム頂角φ１については、出射角θ１が小さくなるほどプリズム頂角φ１は小さくなり、出射角θ１が大きくなるほどプリズム頂角φ１は大きくなる。

以上に説明したように、実施の形態４にかかる光学デバイス４００は、反射型偏光層１３に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行に設けられ、反射型偏光層１３で反射されたＳ偏光に１／４波長の位相差を与えるλ／４層４１と、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にてλ／４層４１と平行に設けられ、λ／４層４１側の面とは反対の面に断面三角形状の複数のプリズム５２ｃが設けられ、λ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射シート層５３と、を備え、λ／４層４１は、反射シート層５３からの反射光に再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換し、反射シート層５３に設けられた各プリズム５２ｃは、λ／４層４１から反射シート層５３に向かう方向に凸となるプリズム頂部５２ｄと、このプリズム頂部５２ｄの一方の斜面であって光源光２１を取り込むプリズム斜面５２ａと、このプリズム頂部５２ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５１と、プリズム斜面５２ａから取り込まれた光源光２１をλ／４層４１側に出射すると共に、反射型偏光層１３で反射されてλ／４層４１を透過した光を取り込み、反射面５１で反射された光をλ／４層４１側に出射するプリズム底面５２ｂと、を有し、さらに、λ／４層４１は、反射型偏光層１３に面接触した状態で配置され、反射シート層５３は、λ／４層４１に面接触した状態で配置されているので、実施の形態３の構成に比べて、空気界面での部分反射によるロスを軽減することができると共に、反射型偏光層１３からプリズム頂部５２ｄまでにおける厚みをより一層減らすことができるため、更なる小型化および薄型化を図ることが可能である。

図７は、実施の形態３、４にかかる光学デバイス３００、４００を、液晶表示装置のバックライトユニットに適用した例を示す図である。図７には、バックライトユニットの構成部である、光学デバイス３００、４００と、端部に設けられた光源から出射された光源光を導光し、その光源光を光学デバイス３００、４００へ出射する導光部２０と、光学デバイス３００、４００の出射面側に配置される液晶パネル３０とが示されている。

図４、６に示される反射シート５２および反射シート層５３は、導光部２０と対向する面に設けられ、図４、６に示されるプリズムシート１１は、液晶パネル３０と対向する面に設けられている。このように、液晶表示装置のバックライトユニットに光学デバイス３００、４００を適用することによって、液晶パネル３０と導光部２０との間における厚みを減らすことができるため、バックライトユニットの更なる小型化および薄型化を図ることが可能である。

なお、実施の形態１〜４では、一例としてプリズムシート１１などの各部材の屈折率を約１．４９とした場合の構成例を説明したが、同図に示した相関関係が成り立つように構成すれば、各部材の屈折率は、他の値であってもよい。

また、実施の形態１〜４にかかる光学デバイス１００〜４００は、例えば偏光顕微鏡にも適用可能である。

また、実施の形態１〜４に示した光学デバイス１００〜４００は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、光学デバイスに適用可能であり、特に、バックライト光源部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができる発明として有用である。

１１ プリズムシート
１１ａ プリズム斜面
１１ｂ、５２ｂ プリズム底面
１１ｃ、５２ｃ プリズム
１１ｄ、５２ｄ プリズム頂部
１２ 反射型偏光板（反射型偏光部）
１３ 反射型偏光層（反射型偏光部）
２０ 導光部
２１ 光源光
３０ 液晶パネル
４０、４２ λ／４板（位相差部）
４１ λ／４層（位相差部）
５０ 反射板（反射部）
５１ 反射面（第２の斜面）
５２ 反射シート（反射部）
５２ａ プリズム斜面（第１の斜面）
５３ 反射シート層（反射部）
６０、６１、６２ 変換部
１００、２００、３００、４００ 光学デバイス
θ１ 反射型偏光板の法線に対する光源光の出射角
θ２ プリズム斜面の法線に対するＰ偏光の入射角
θ３、θ４ プリズム底角
θ５ プリズム斜面の法線に対す光源光の入射角
φ、φ１、φ２ プリズム頂角

Claims (5)

1. 光源から出射された光源光に含まれるＰ偏光を透過させると共に、前記光源光に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光部と、
   前記反射型偏光部で反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換して前記反射型偏光部に入射させる変換部と、
   前記反射型偏光部からＰ偏光が出射する側にて前記反射型偏光部と平行に設けられ、前記反射型偏光部側の面に断面三角形状の複数のプリズムが設けられたプリズムシートと、
   を備え、
   前記プリズムシートに設けられた各プリズムは、前記プリズムシートから反射型偏光部に向かう方向に凸となる頂部と、この頂部の両側に形成され前記反射型偏光部から出射されたＰ偏光を取り込む斜面と、この斜面からプリズム内に取り込まれたＰ偏光を前記プリズムシートの延設方向と垂直の方向に出射する底面とを有すること、
   を特徴とする光学デバイス。
2. 前記変換部は、
   前記反射型偏光部に前記光源光が入射する側にて前記反射型偏光部と平行に設けられ、前記反射型偏光部で反射されたＳ偏光に１／４波長の位相差を与える位相差部と、
   前記位相差部に前記光源光が入射する側にて前記位相差部と平行に設けられ、前記位相差部側の面とは反対の面に断面三角形状の複数のプリズムが設けられ、前記位相差部を透過した光を反射して前記位相差部に再度入射させる反射部と、
   を備え、
   前記位相差部は、前記反射部からの反射光に再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換し、
   前記反射部に設けられた各プリズムは、前記位相差部から前記反射部に向かう方向に凸となる頂部と、この頂部の一方の斜面であって前記光源光を取り込む第１の斜面と、この頂部の他方の斜面であって前記位相差部を透過した光を反射して前記位相差部に再度入射させる第２の斜面と、前記第１の斜面から取り込まれた前記光源光を前記位相差部側に出射すると共に、前記反射型偏光部で反射されて前記位相差部を透過した光を取り込み、前記第２の斜面で反射された光を前記位相差部側に出射する底面とを有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記位相差部は、前記反射型偏光部に面接触した状態で配置され、
   前記反射部は、前記位相差部に面接触した状態で配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光学デバイス。
4. 前記プリズムシートに設けられた各プリズムの頂部の角度は、前記反射型偏光部の法線に対する前記光源光の出射角が、大きいほど大きく、小さいほど小さくなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の光学デバイス。
5. 前記プリズムシートに設けられた各プリズムの頂部の角度、および前記反射型偏光部の法線に対する前記光源光の出射角は、６０°に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。

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