JP4389604B2 - 照明装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置および表示装置に係り、更に詳しくは、光源からの光を導光して光射出面より射出する導光板および光源を備えた面状の照明装置、およびこの照明装置からの射出光をＬＣＤパネル等の照明光として画像等を表示する表示装置に関する。

通常、透過型のＬＣＤパネルの背面に用いられる照明光源である所謂バックライトには、光源からの光を均一にＬＣＤパネルに導くために、透明樹脂からなる導光板が用いられている。図１２に示すように、この種の導光板１０に光源１２が配置されてなる照明装置１４では、導光板１０の端面１１から導光板１０内に入射した光は、導光板１０の平面部を全反射しながら導光板１０内を進む。なお、図１２は、光源１２として線状の光源を用いた例を示しているが、光源１２の形状は線状に限るものではなく、例えば点状であってもよい。導光板１０の平面部には所々にプリズム１６が設けられ、プリズム１６に当たった光は、図中矢印に示すように、導光板１０から図中上方側へ向かって射出される。

図１３に示すように、この照明装置１４の導光板１０の上部に透過型のＬＣＤパネル１８を配置し、導光板１０から図中上方側へと射出した光を透過させることによって画像を表示する表示装置２４が形成される。

以下に特許文献を記す。
特開平５−２６４８１９号公報 図１２および図１３に示すように背面にプリズム１６が設けられた導光板に係る公知例としては、例えば下記特許文献１がある。

一方、プリズムを用いない照明装置の例としては、導光板１０の面に散乱性のドットを印刷することにより、光を拡散射出する方法もある。

しかしながら、このような照明装置は無偏光の照明光を射出し、特にＬＣＤパネルなどの照明として使用する際に、特定方向の偏光しか必要ないため、光の利用効率が低いという問題があった。

また、導光板上に設けられたプリズムなどの単純な光学素子は、光を導光板から射出することに留まり、光を効率よくＬＣＤパネルなどの照明光とするためには、別の光学フィルムの寄与が必要であった。

特に、プリズムを用いる場合には構造が比較的大きいために目視観察時にプリズムの配置パターンを隠すのが困難であること、またプリズムによって導光板の厚みが厚くなること、射出光を自由に制御することができないなどの問題がある。

更に、導光板の端面に光源を設置した際に、光源に近い側と遠い側との光強度を一定にするのが困難となる。特に、点状の光源もしくはムラのある光源の場合には、光源側の端面から光源に遠い側の端面に光が向かう平均的な方向である平均導光方向Ｆと直交する方向における射出光の分布の均一性と光の利用効率を共に高くすることは困難である。

そのため、上記のような導光板と光源を透過型表示素子の背面に用いて表示装置を構成した場合には、上述したように光強度を一定にすること、および光の利用効率を高める、すなわち明るく表示することが困難となる。これにより、限定された視域内では、明るい表示像を観察することがより困難となる。このため、導光板と透過型表示素子の間に各種の光学フィルムを挿入する方法も提案されているが、これでは表示装置の厚みが増してしまい、製造コストも嵩んでしまうという別の問題が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、照明装置から射出する光の偏光方向を揃えることができ、最適化して光の利用効率を高くし、射出面における射出光強度の均一性を高くし、さらに射出光の角度範囲を自在に制御することが可能な照明装置を提供することにある。また、その第２の目的は、このような照明装置を用いることによって、表示対象物を明るく表示することができる表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち、請求項１の発明は、第１の目的を達成するために、光源と、光源から入射した光を導光し、導光された光を光射出面から射出する平面状の導光板とを備えた照明装置において、光射出面および／または光射出面に対向する面に複数の偏光依存性光学素子を配し、偏光依存性光学素子がレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムを予め決められた領域内に形成したものであり、前記導光板上の前記偏光依存性光学素子を配した面に対向する面に、平均導光方向とは直交する方向に強い光拡散性を有する導光板に一体成形されたレリーフ構造が設けられ、レリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムを構成する媒質、もしくはレリーフ面を含む表面に形成された媒質の少なくとも一方が複屈折性を有し、特定の偏光成分に対応する軸における屈折率差が大きく、特定の偏光成分と直交する軸における屈折率差が極めて小さくなるようにしている。
また、導光板上の偏光依存性光学素子を配した面に対向する面に、平均導光方向とは直交する方向に強い光拡散性を有するレリーフ構造を設けている。
従って、光源がＬＥＤ光源などの小さい光源の場合や、線状でもムラのある光源の場合に、平均導光方向と直交する方向に強く拡散することにより、導光板を導光中の光の均一性を増すことができ、照明光の分布を均一にできる。また、光射出面に光拡散性を有するレリーフ構造がある場合には、導光板から射出する際にも光を拡散することができるため、偏光依存性光学素子からの射出角度範囲を狭く簡便に設計でき、更に白色光がレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムによって分光した効果を抑制できる。
このとき、光拡散性を有するレリーフ構造も導光板上に一体成形可能であるため、上述の効果を有し、かつ更に均一な照明光分布を持った照明装置を簡便に安価に作製することが可能となる。

従って、偏光依存性光学素子を構成するレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムが特定の偏光成分にのみ機能して予め決められた回折光を生成し、一方、それと直交する偏光成分は影響を受けない。特定の偏光成分を持った回折光を臨界角以下の角度にすることはレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムの機能により容易であり、すなわち、照明光として導光板から射出することができる。特定の偏光成分に直交する偏光成分の光は導光中の反射あるいは回折あるいは散乱により偏光状態は変化するが、このうち特定の偏光成分と合致した成分のみ射出するという状態になる。これにより、入射した光を効率よく特定の偏光成分の照明光に変換することができ、本発明の照明装置からは特定の偏光を持った明るい照明光を得ることができる。また、射出光の射出角度範囲、射出光強度分布については、偏光依存性光学素子の配置ピッチ、サイズ、あるいは偏光依存性光学素子を構成するレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムの回折格子パターンの格子ピッチ、レリーフの深さ等を調整することによって自在に制御することが可能である。更に、本発明の照明装置は、導光板の表面に偏光依存性光学素子を構成するレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムを形成し、この表面に複屈折性材料を配置することにより実現でき、簡便に安価に構成できる。

請求項２の発明は、第１の目的を達成するために、請求項１記載の照明装置において、偏光依存性光学素子の配置密度を導光板の光入射側から離れるに従って大きくしている。

従って、光量の多い入射側の光射出面から射出する照明光量を抑制することによって、導光板の光射出面から射出する照明光の分布を光射出面において、特定の偏光成分を持つ均一な照明光分布を実現することができる。

請求項３の発明は、第１の目的を達成するために、請求項１又は２に記載の照明装置に
おいて、平均導光方向において偏光依存性光学素子の大きさが５μｍ以上１００μｍ以下としている。

従って、偏光依存性光学素子の大きさを５μｍ以上１００μｍ以下とすると、その大きさによる回折を生じさせることができ、偏光依存性光学素子を構成する回折格子パターンからの回折光を望ましい方向へ射出しつつ、適切な拡がりを持たせることができる。

特に、白色光に対して単純な回折格子パターンが作用すると回折光が分光してしまうため、白色光に対して用いる場合には、分光を大きい方向に関して偏光依存性光学素子の大きさを３０μｍ以下にすれば、当該方向における回折光の拡がり方が大きくなり、個々の波長の回折光同士を重なり合わせることで分光の影響を抑制することができる。

請求項４の発明は、第１の目的を達成するために、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置において、偏光依存性光学素子により特定の偏光成分が予め決められた角度範囲の射出光に変換されるようにしている。

従って、照明光の射出角度範囲が制御でき、望ましい照明光分布が得られ、射出角度範囲内では明るい照明光が得られる。このとき、偏光依存性光学素子がレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムから構成されているため、容易に射出光の角度範囲を制御することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置と、前記照明装置に備えられた導光板の光射出面に並行に配置され、前記光射出面から射出された光を透過させることによって画像を表示する透過型ＬＣＤ表示素子とを備えた表示装置。
である。

従って、上述した照明装置の効果を持った表示装置、すなわち、明るく（光の利用効率が高く）、均一な明るさの表示を行う表示装置を実現することが可能である。特に、透過型ＬＣＤ表示素子の照明光入射側に最適な偏光と照明装置からの照明光の偏光を合わせることが可能であり、極めて効率よく表示光を得ることができ、明るい表示が可能となる。
更に、他の光学フィルムの助けなしに射出光の拡がりも制御できるため、薄く、安価に製造できる簡便な構成にしながら、視域を限定して視域内ではより明るい表示像を観察することも容易に可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、照明装置から射出する光の偏光方向を最適化して光の利用効率を高くし、射出面における射出光強度の均一性を高くし、さらに射出光の角度範囲を自在に制御することが可能な照明装置を実現することができる。

また、このような照明装置を用いることによって表示対象物を明るく表示することが可能な表示装置を実現することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態に係る照明装置の構成例を示す斜視図である。図２は、図１の照明装置における導光状態を示した断面図である。図３は、図１の照明装置における偏光依存性光学素子の機能を示した断面図である。

すなわち、本実施の形態に係る照明装置は、光源から入射した光を導光板によって導光し、この導光された光を、導光板の光射出面の対向面に設けられた複数の微少な平面形状が長方形の領域に形成された偏光依存性光学素子（＃１〜＃ｎ）において特定の偏光成分の光を回折させ、光射出面から射出させる。光源として端面にほぼ平行に配置された線状の光源を用いた場合、導光板における平均的な導光方向は、図１に示すように、光源からの入射端面にほぼ直交する平均導光方向Ｆとなる。

また、光源として、端面に配置された点状のＬＥＤ等の光源を用いてもよく、この場合、局所的には光源を中心とする放射方向に導光するが、導光板全体に亘って平均すると図１と同様の平均導光方向Ｆに沿って導光する。

２つの異なる材質でその界面が構成されたレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムはその２つの材質の屈折率差により、回折効率が異なる。すなわち、屈折率差がほとんど無い２つの材質の場合には、回折光は発生せず、均質な透過媒質と同様の光学的作用しかもたないので、２つの材質の界面を光は直進（透過）する。一方、２つの材質の屈折率差が大きくなるに従い、その界面に形成されたレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムの回折効率が大きくなる。従って、レリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムのレリーフ面を形成する媒質の少なくとも一方が複屈折性を有し、特定の直線偏光成分に対応する軸における屈折率差が大きく、特定の直線偏光成分と直交する軸における屈折率差が極めて小さくなるようにすることにより、特定の直線偏光成分は偏光依存性光学素子３８を構成するレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムによって回折し、これと直交する偏光成分は回折しない状況を作り出せる。

図３に示すように、導光板を導光中の光は偏光依存性光学素子３８に入射し、偏光依存性光学素子３８は、特定の偏光成分に関して回折光５１，５４を発生し、それ以外の光成分５２は透過する。この透過光５２は、特定の偏光成分の偏光依存性光学素子３８からの透過光成分と、その偏光に直交する偏光成分である。導光板中の臨界角以下の角度となった特定の偏光成分の回折光５４は射出面から射出し、特定の偏光成分を持った照明光５６となる。導光板中の臨界角以上の回折角となる回折光５４や、透過光５２は導光板中をそのまま導光する。このとき、回折光５１や５４の比率は、偏光依存性光学素子３８を構成するレリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０の各回折次数の回折効率に依存するので、これらの断面形状や深さ、第１の導光板構成材料３５と第２の導光板構成材料３６との界面における屈折率差により任意に設計することが出来る。従って、偏光依存性光学素子３８により、特定の偏光成分を照明光として取り出せると共に、導光板１０上に設けた各偏光依存性光学素子３８において導光中の光５０に対する照明光５６の割
合を最適化し、各偏光依存性光学素子３８の配置を適切に行うことにより、導光板１０上の射出面から射出する光強度を均一にすることも容易である。

偏光依存性光学素子３８を構成するレリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０は、ブレーズド回折格子や、断面形状が矩形状の回折格子、断面形状が正弦波状の回折格子などから成る。ブレーズド回折格子の場合、１次回折光強度を極めて高くすることが可能であり、偏光依存性光学素子３８に入射した導光中の光を効率よく照明光５６に変換でき、照明装置としての高効率化が図れ、また偏光依存性光学素子３８の配置の最適化が容易であり、更に偏光依存性光学素子３８を小さくしやすく、配置密度を細かくすることが可能であり、射出光の強度分布を極めて均一にできる。矩形状の回折格子は多くの回折次数の回折光が発生するため、導光板中の光の分布を均一化しやすい。正弦波状の回折格子は、０次回折光と１次回折光が強く発生し、その他の回折光が少ないため、偏光依存性光学素子３８の配置の最適化が容易であり、射出光の強度分布を均一にできる。

また、レリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０は、回折光（特に１次回折光）の光強度角度依存性を任意に設計できるため、従って照明光５６の射出角度範囲（光強度分布）を用途に合わせて設定することが可能である。特に、レリーフ型回折格子を用いる場合、パターンの設計が容易で有ると共に、高効率化も容易である。一方、レリーフ型ホログラムを用いる場合、複雑な光学的機能を付与することが可能であり、照明光５６の射出角度範囲（光強度分布）の制御等をより精密に最適化して実現可能である。

図２では、導光板１０の略平面状の界面である光射出面２６および対向面２８において、導光板１０の内部を光が全反射している様子を示している。すなわち、導光板１０に入射した光が光射出面２６および対向面２８に対して臨界角度を超えた角度で進み、導光板１０の界面である光射出面２６および対向面２８で全反射している。

臨界角度は、導光板１０を構成する材料の屈折率と導光板１０の外側の媒質の屈折率とから決定され、例えば前者の屈折率を１．５、後者を１．０とすると臨界角度は約４２°となるため、それ以上の角度で導光板１０内から導光板１０の界面である光射出面２６および対向面２８に入射した光は全反射する。このように全反射して導光された光は損失が極めて少ないため、照明装置として最適である。

このような全反射条件にある光のうち、偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）で反射した偏光成分の光は、レリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０によって回折光を生じる。このときの主要な回折光は１次回折光である。レリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０上の微小領域において、レリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０を構成する格子ピッチｄと、１次回折光の射出角度（回折角）θＲとの関係は、下記（１）式により表される。

ｄ＝λ／（ｓｉｎθｉ−ｓｉｎθＲ）…（１）
ただし、λは光の波長、θｉは正反射角度（回折格子が反射時に作用する場合）である。本実施の形態では、格子ベクトル方向ｖと平均導光方向Ｆがほぼ同一であるため、格子ピッチｄを適切に設定することにより、全反射しながら平均導光方向Ｆに進む光が回折格子によってθＲの角度で回折し、全反射条件を外れて導光板１０の光射出面２６から射出して行く。特にθＲ〜０°とすると、導光板表面に対してほぼ垂直に照明光が射出し、一般的な用途においては最も好ましい。

このとき、レリーフ型である回折格子の構造は、典型的には、０．１〜１μｍ程度であるため、余計な突起のない、ほぼ平面と見なせる導光板１０を実現できる。すなわち、照明装置を薄くできる。

更に、偏光依存性光学素子３８は、レリーフ型の回折格子もしくはホログラムから構成されているため、導光板１０と一体成型可能であり、極めて簡便に安価に製造可能である。その後、適切な複屈折性を有する材料をレリーフ形成面にコートすることにより、容易に偏光依存性光学素子３８を構成することができる。なお、図では偏光依存性光学素子３８の配置面全面に複屈折材料をコートしているが、偏光依存性光学素子３８が必要な領域のみに複屈折材料をコートするようにしてもよい。

以上のように、本発明の照明装置から射出する光は、偏光が揃っており、また射出角度範囲が制御されており、更に射出面内で均一な分布を実現できるため、その他の光学シートなど余分な構成物を追加する必要なく、様々な用途に対応でき、光の利用効率が高く、薄く、安価な製品を提供できる。

なお、導光板１０は、図１、図４、図８乃至１２に示すように平均導光方向Ｆに沿って進むにつれてその厚みが徐々に薄くなる場合のみならず、その厚みを一定とするような構成であっても良い。

また、本実施の形態においては、対向面２８に偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）を設ける例を示したが、光射出面２６に偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）を形成するようにしてもよい。この場合、回折格子は光透過時に作用する場合に最大の回折効果を持つようにレリーフ高さ（深さ）ｈを設計するのが好ましい。

なお、レリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０を光射出面２６、対向面２８の配置と、レリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０の反射時の回折効果、透過時の回折効果とは上述の組み合わせに限定されるものではなく、任意の組み合わせが選択できる。組み合わせに依らず、レリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０の反射時の回折効果、透過時の回折効果のいずれを利用するのかに従って、その場合の回折効率を適切にするようにレリーフ高さ（深さ）ｈを設計するのがよい。より詳細には、このとき、回折効率はレリーフ高さ（深さ）ｈとレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムのレリーフ面を形成する媒質の屈折率差とに依存するため、回折を起こさせる偏光に対する屈折率差を考慮する必要がある。

一方、光源としては、複数の光源を備えてもよい。特にＬＥＤ光源を用いる場合には、照明輝度を上げるために複数のＬＥＤを並列に並べることも多いが、平均導光方向Ｆに関して、上述と同様の効果が成り立つ。

なお、図４に示すように、導光板１０の対向面２８の表面を覆うように反射体３２を配置することにより、対向面２８からの漏れ光を再び導光板１０側へ反射し再利用することができ、光の利用効率を一層高めることができる。このとき、反射体３２を配置する側に、従来のプリズムのような大きな突起などは存在せず、導光板１０と反射体３２との間に不必要な空間を空ける必要がないため、照明装置全体を薄くすることが可能となる。

偏光依存性光学素子３８を構成するレリーフ型の回折格子もしくはホログラムは、導光板を導光している光を回折光として射出するのみでなく、その回折光の拡がり方（射出角度範囲）を制御することも可能である（ここでは、ホログラムも微視的には回折格子パターンとして議論する）。具体的には、図５（ａ）のような直線状の回折格子パターンは、導光中の光を曲げる働きのみを持ち、図５（ｂ）のような曲線状の回折格子パターンは射出する回折光の範囲をそのパターンによって任意に設計できる。

ここで、導光板上での回折格子パターンは、平均導光方向Ｆと平均的な格子ベクトル方
向ｖとを一致させると、全反射条件を満たす光に対して効果的に作用する構成とすることができる。すなわち、導光中の光に対して、射出光の方向を大きく異ならせることができ、確実に導光板から射出できるようになる。

一方、偏光依存性光学素子３８の外形形状としては、図６に示すように長方形状、円形状、楕円形状のうち何れであっても良い。また、同一の導光板１０に配置される偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）は全て同一形状であっても、長方形状と円形状と楕円形状が混在していても良い。

一方、各偏光依存性光学素子３８の大きさを肉眼でも観察できるほど大きな値にしてしまうと、見栄えが損なわれてしまう。そこで、本実施の形態では、この大きさを１００μｍ以下としている。１００μｍ以下の大きさでは肉眼では観察できないために、見栄えを損なうことはない。このような観点から、大きさとして５〜１００μｍとするのが好適である。一方、回折格子の大きさによる光の拡がりの効果について図７を用いて説明する。

矩形開口のフラウンホーファー回折による光強度分布は、下記（２）式で計算できる。

このとき、光の波長をλ、矩形開口の大きさを直交する２方向（ｘ方向、ｙ方向）においてそれぞれＤｘ、Ｄｙ、開口から光強度を観察する面までの距離をｒとしている。Ａは矩形開口の大きさに依存しない値であるので、ここでは定数として扱える。ここで、ｓｉｎｃ関数は、下記（３）式である。

従って、本発明において、回折格子による１次回折光を射出光として利用する場合、偏光依存性光学素子３８の大きさが開口に相当し、偏光依存性光学素子３８の大きさに従ってｘ方向、ｙ方向に１次回折光の拡がり方を制御することができる
具体的には、ｘ方向を平均導光方向Ｆとすると、ｘ方向における偏光依存性光学素子３８の大きさが１００μｍの場合、５００ｎｍの波長λに対して、３００ｍｍ離れた位置で、回折光の拡がり（回折光のピークを中心に最初に強度が０になるところ同士の幅）は約３ｍｍとなる。一方、ｘ方向における偏光依存性光学素子３８の大きさが５μｍの場合には、回折光の拡がりは約６０ｍｍとなる。また、ｘ方向における偏光依存性光学素子３８の大きさが１０μｍの場合には、回折光の拡がりは約３０ｍｍとなる。上記条件において、これらをグラフにすると図７に示す通りとなる。

従って、偏光依存性光学素子３８の大きさが５〜１００μｍの範囲であれば、回折光の拡がりを６０ｍｍから３ｍｍまでと、現実的に十分な範囲に亘って制御することができる。更に偏光依存性光学素子３８の大きさを５μｍ以下とすると、更に拡がりを大きくすることも可能である。以上のように、偏光依存性光学素子３８を構成する外形の線分に直交する方向へ回折光が拡がる。

以上から、偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）の外形形状により、回折格子による回折光成分を更に回折により拡げられることが分かる。この回折光の拡がり幅は、偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）の各方向における長さにより制御可能である。すなわち、本発明の照明装置から射出する照明光の拡がり方を適宜設計可能となる。

特に、白色光を照明光として射出する場合に、回折光が分光する度合いは上記（１）式により求められるが、偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）の格子ベクトル方向ｖの長さＤｘを十分に小さくすることで、回折光の拡がり幅を大きくし、分光の影響を抑制することができる。

また、偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）の外形形状を、導光板１０上で同一とすることで、回折光の拡がり方の均一化を図ることができる。あるいは、大きさや形状の異なる偏光依存性光学素子３８や、導光板１０の表面における配置方向を異とする偏光依存性光学素子３８によって、回折光の拡がり方を任意に制御することができる。

例えば、偏光依存性光学素子３８の形状を長方形とすることにより、長方形の各辺に直交する方向へのみ回折光を拡がらせることができ、拡がり方を当該方向における長方形の大きさで制御することができる。従って、２方向への射出光の拡がり方を自由に設計可能である。一般的には、導光板１０の平均導光方向Ｆに対して、一組の辺を直交するように長方形を配置し、各辺に直交する方向の射出光の拡がり方を制御するのが望ましい。これにより、平均導光方向Ｆとそれに直交する方向の射出光の拡がり方を独立に設定し、適宜、射出光の角度範囲を制御したり、回折格子による波長分散効果を打ち消したりできる。

また、偏光依存性光学素子３８の形状を円形もしくは楕円形とすることにより、あらゆる方向に拡がりを持つ射出光を実現できる。その際、偏光依存性光学素子３８の大きさにより射出光の拡がり方を制御できる。また、楕円形の場合には、長軸、短軸に直交する方向への回折光の拡がり方を、当該方向における大きさで制御することができる。従って、２方向への射出光の拡がり方を自由に設計可能である。一般的には、導光板１０の平均導光方向Ｆに対して、片方の軸が直交するように配置し、各辺に直交する方向の射出光の拡がり方を制御するのが望ましい。これにより、平均導光方向Ｆとそれに直交する方向Ｖの射出光の拡がり方を独立に設定し、適宜、射出光の角度範囲を制御したり、回折格子による波長分散効果を極小化できる。

また、偏光依存性光学素子３８の配置間隔を１００μｍ以下とすると、一般的な観察条件における人間の目の解像度以下となり、このような照明装置の光射出面２６を目視観察した場合でも、偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）の大きさは十分小さく、単位面積あたりに十分な数の偏光依存性光学素子３８を配置できるため、均一な射出光を出す面として観察させることができる。

通常、導光板は、光源に近い端面側の偏光依存性光学素子３８（＃１）ほど光の射出光強度は大きく、光源から遠い端面側の偏光依存性光学素子３８（＃ｎ）ほど光の射出光強度は小さくなる。このため、各偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）を構成するレリーフ型回折格子（もしくはレリーフ型ホログラム）３０が同じ場合には、図８乃至９に示すように、導光板１０の平均導光方向Ｆにおいて、導光板１０の光入射側の端面１１から離れるほど偏光依存性光学素子３８の配置密度を高めることにより、光強度の強い端面１１側において導光板１０から射出する光の割合を少なく、端面１１から離れるほど射出割合を増加することができ、導光板１０の光射出面２６全域に亘って均一な強度の光を射出することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図１０を用いて説明する。本実施の形態に係る照明装置は、第１の実施の形態に係る照明装置の光射出面２６に、導光板１０を導光中の光もしくは光射出面２６から射出された光を拡散するための凹凸形状の光散乱構造３４を形成した構成としている。このとき、光散乱構造３４を、平均導光方向とは直交する方向に強い光拡散性を有するようにしている。

本実施の形態に係る導光板１０は、上述したような構成をしているので、導光板１０を導光中の光もしくは偏光依存性光学素子３８（＃１〜＃ｎ）から射出する光を、光散乱構造３４によって拡散させることができる。これにより、光散乱構造３４の拡散方向に対する射出光角度を拡げることができる。また、光源がＬＥＤ光源などの小さい光源の場合や
、線状でもムラのある光源の場合に、平均導光方向と直交する方向に強く拡散することにより、導光板１０を導光中の光の均一性を増すことができる。このとき、光散乱構造３４も含めて、実施例１の照明装置の導光板１０に一体成形可能であるため、複合した機能を持った導光板１０を容易に作製でき、上述の効果を有し、かつ更に均一な照明光分布を持った照明装置を簡便に安価に作製することが可能となる。

続いて、本発明の第３の実施の形態を図１１を用いて説明する。

本実施の形態では、第１乃至２の実施の形態に係る照明装置を適用した表示装置について説明する。この表示装置２４は、図１１の構成概念図に示すように、照明装置の光射出面２６を覆うように配置され、光射出面２６から射出された光を透過させることによって、予め定められた画像を表示するＬＣＤパネルなどの透過型表示素子１８を備えた構成としている。照明装置１４の構成については、第１乃至２の実施の形態で説明した通りであるので、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。

本実施の形態に係る表示装置２４では、第１乃至２の実施の形態に係る照明装置１４の光射出面２６を覆うように透過型表示素子１８を配置していることにより、特定の偏光のみを有する照明光を透過型表示素子１８に効率よく入射することができ、明るさの均一性、色度の均一化、安定化につながり、高品質な表示像を得ることが可能となる。特に、照明装置１４の特定の偏光を、透過型表示素子１８の入射面に最適な偏光（典型的には４５度の直線偏光）に合わせることにより、極めて効率の良い照明が実現でき、明るい表示像が得られる。このとき、透過型表示素子１８の入射側の偏光板を省くことも可能であり、この場合、より安価で、より光利用効率の高い表示装置を構成できる。

更に、他の光学フィルムの助けなしに射出光の拡がり方を制御できるため、薄く、安価に製造できる簡便な構成にしながら、視域を限定して視域内ではより明るい表示像を観察することも容易となる。特に、射出光範囲の制御はノイズとなる光の成分を発生しないことになり、コントラストの向上化を図ることも可能となる。

以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

光源からの光を導光して光射出面より効率よく射出する導光板および光源を備えた面状の照明装置、およびこの照明装置からの射出光をＬＣＤパネル等の照明光として画像等を表示する表示装置として好適に用いられる。

第１の実施の形態に係る照明装置の構成例を示す斜視図。 図１の照明装置における導光状態を示した断面図。 偏光依存性光学素子の機能を示す断面図。 本発明の照明装置の背面に反射板を使用した構成例を示す斜視図。 偏光依存性光学素子を構成する回折格子パターンの例を示す平面図及び断面図。 偏光依存性光学素子の外形形状の例を示す平面図。 フラウンホーファー回折による開口大きさと回折光の拡がり幅との関係を示す図。 導光板における偏光依存性光学素子の配置パターンの例を示す平面図。 導光板における偏光依存性光学素子の配置パターンの別の例を示す平面図。 第２の実施の形態に係る照明装置の構成例を示す斜視図。 第３の実施の形態に係る表示装置の構成例を示す斜視図。 従来技術による導光体が適用されてなる照明装置を示す斜視図。 図１２に示す照明装置が適用されてなる表示装置を示す斜視図。

符号の説明

Ｆ…平均導光方向
ｖ…格子ベクトル方向
１０…導光板
１２…光源
１４…照明装置
１６…プリズム
１８…透過型ＬＣＤパネル
２４…表示装置
２６…光射出面
２８…対向面
３０…レリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラム
３２…反射体
３４…凹凸形状の光散乱構造
３６…複屈折性材料
３８…偏光依存性光学素子
５０…導波光
５１…偏光依存性光学素子の回折光成分のうち再び導波条件を満たす光（０次回折光など）
５２…偏光依存性光学素子での非回折光（導波光）
５４…特定偏光の射出光（偏光依存性光学素子の回折光の一部）
５６…照明光
５８…表示光

Claims (6)

1. 光源と、光源から入射した光を導光し、前記導光された光を光射出面から射出する平面状の導光板とを備えた照明装置において、
   光射出面および／または光射出面に対向する面に複数の偏光依存性光学素子を配し、
   前記偏光依存性光学素子がレリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムを予め決められた領域内に形成したものであり、
   前記導光板上の前記偏光依存性光学素子を配した面に対向する面に、平均導光方向とは
   直交する方向に強い光拡散性を有する導光板に一体成形されたレリーフ構造が設けられ、
   レリーフ型回折格子もしくはレリーフ型ホログラムを構成する媒質、もしくはレリーフ面を含む表面に形成された媒質の少なくとも一方が複屈折性を有し、特定の偏光成分に対応する軸における屈折率差が大きく、前記特定の偏光成分と直交する軸における屈折率差が極めて小さいことを特徴とする照明装置。
   
2. 前記偏光依存性光学素子の配置密度を導光板の光入射側から離れるに従って大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 平均導光方向において前記偏光依存性光学素子の大きさが５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記偏光依存性光学素子により前記特定の偏光成分が予め決められた角度範囲の射出光に変換されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置と、前記照明装置に備えられた導光板の光射出面に並行に配置され、前記光射出面から射出された光を透過させることによって画像を表示する透過型ＬＣＤ表示素子とを備えた表示装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置を用いた液晶表示装置に対する光照射方法。

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