JP5005086B2 - 平面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置等に使用可能な平面光源装置に関するものである。

特許文献１には、裸眼立体画像表示装置が開示されている。この表示装置は、特許文献１の第１図Ａの様に、導光板２と、導光板２の両側の光入射面にそれぞれ配置された光源１ａ，１ｂと、導光板２の光射出面側に配置され、導光板２側の光入射面には、導光板２の光入射面と平行な方向に伸びる三角形状プリズム列を有し、導光板２側と反対側の光射出面には、前記三角形状プリズム列と平行に伸びる半円柱状レンズ列を有する両面プリズムシート３と、両面プリズムシート３の光射出面側に配置された透過型表示パネル４と、透過型表示パネル４に交互に表示される左右視差画像と同期して光源１ａ，１ｂを点灯駆動して、光源１ａ，１ｂからの光をそれぞれ左右の視差に対応する角度で透過型表示パネル４から射出させる同期駆動手段５とを備える。

この表示装置では、光源１ａ，１ｂからの光がそれぞれ左右の視差に対応する角度で透過型表示パネル４から射出されるので、クロストークの少ない高品位の立体視の画像表示、および同一画面で同時に異なる画面表示が可能となる効果がある。

特許文献２には、液晶表示装置の高輝度化のために、反射偏光板を用いて、直線偏光を射出するバックライト装置が開示されている。このバックライト装置は、特許文献２の図１の様に、導光板１０１ｂと、導光板１０１ｂの光射出面側に配置された反射偏光板１０２と、導光板１０１ｂの光射出面と反対側の面側に配置された（１／４）波長位相差板１０４と、位相差板１０４の裏面側に配置された反射板１０３とを備える。

このバックライト装置では、導光板１０１ｂの光射出面からの射出光のうち、反射偏光板１０２の透過軸に沿った直線偏光の光は、反射偏光板１０２を透過し、他方、それ以外の偏光の光は、反射偏光板１０２で反射されて更に反射板１０３で反射されて位相差板１０４を２度通過することで、反射偏光板１０２の透過軸に沿った直線偏光の光に変換されて、反射偏光板１０２を透過する。この様に、導光板１０１ｂからの射出光のうち、反射偏光板１０２の透過軸に沿わない偏光を、位相差板１０４を介して反射偏光板１０２と反射板１０３との間で多重反射させることで、反射偏光板１０２の透過軸に沿った直線偏光に変換して、反射偏光板１０２を透過させることで、光の利用効率を向上させている。

しかしこのバックライト装置では、上記の様に反射偏光板１０２と反射板１０３との間で光を多重反射させるので、特許文献１の裸眼立体画像表示装置のバックライト装置として用いた場合、左右の視差画像の間でクロストークが発生して、立体画像表示が困難になるという問題点があった。

また反射偏光板は価格が高いので、製造コストが高くなるという問題点もあった。

尚、特許文献３にも、特許文献２と同様のバックライト装置が開示されている。

特許文献４，５には、光を指向性よく散乱する回折格子を導光板に形成したバックライト装置が開示されている。しかし、このバックライト装置では、回折格子による回折現象により光を反射させるので、波長の違いよって回折方向が異なり、これにより波長の違いに起因する色割れが生じるという問題点があった。また、導光板からの射出光の偏光状態に関しての記述は無く、液晶パネルで有効に使用できる偏光を多く取り出せるかは分からない。

ＷＯ２００４／０２７４９２ 特開平１１−６４７９１号公報 特開２００６−２３６８０４号公報 特開２００４−３１９２５１号公報 特開２００４−３１９２５２号公報

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、反射偏光板を用いず且つ多重反射を行わずに光の利用効率を向上でき、且つ色割れを防止できる平面光源装置を提供することを目的としている。

本発明に係る平面光源装置は、平板状の導光板と、前記導光板の両側の端面の少なくとも一方に対向配置された光源と、前記導光板の内部における裏面に形成され、前記光源から前記導光板に入射された光を前記導光板の前面側に反射させる分断プリズムと、を備え、前記分断プリズムは、それぞれ前記光源の光の波長と同程度の幅のプリズム部分と分断部分とを有し、前記導光板における前記光源に対向する前記端面に平行な方向に沿って、前記プリズム部分と前記分断部分とを交互に繰り返して形成されるものである。

本発明に係る平面光源装置によれば、分断プリズムは、それぞれ光源の光の波長と同程度の幅のプリズム部分と分断部分とを有し、導光板における光源に対向する端面に平行な方向に沿って、前記プリズム部分と前記分断部分とを交互に繰り返して形成されるので、分断プリズムで反射された反射光を、垂直偏光（分断プリズム１１の稜線方向に垂直な偏光）よりも平行偏光（分断プリズム１１の稜線方向に平行な偏光）の方を相当多く含む光にできる（即ち、反射光を偏光度の高い光にできる）。これにより、反射偏光板を用いず且つ多重反射を行わずに光の利用効率を向上できる。また回折現象を利用しないので、色割れも防止できる。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態１に係る平面光源装置１の構成概略図（斜視図）である。 実施の形態１に係る平面光源装置１の側面図である。 図１の導光板３の平面視図である。 図１の導光板３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 反射シミュレーションで使用した導光板３のモデルを説明する図である。 分断プリズム１１において、ｄ１＝ｄ２＝０．２μｍの場合、ｄ１＝ｄ２＝０．４μｍの場合およびｄ１＝ｄ２＝０．８μｍの場合のシミュレーション結果を示した図である。 連続プリズムの反射シミュレーションの結果を示した図である。 分断プリズム１１において、入射光の入射角度を１０度、２０度および３０度にした場合のシミュレーション結果を示した図である。 分断プリズム１１の頂角が鈍角（１３０度）の場合において、入射光の入射角度を１０度、２０度および３０度にした場合のシミュレーション結果を示した図である。 分断プリズム用金型１５の構成概略図（斜視図）である。 図１０のＸＩ−ＸＩ断面概略図である。 分断プリズム用金型の製造方法を説明する図である。（ａ）〜（ｄ）の右側の図は、左側の図のＰ方向からの側面図である。 実施の形態３に係る平面光源装置１Ｂの側面図である。 分割プリズム１１による反射光１０ａの導光板３の光射出面への入射角度を説明する図である。 分割プリズム１１による反射光１０ａの、導光板３の内部と外部（空気層）との界面での反射率を説明する図である。 実施の形態４に係る平面光源装置１Ｃの構成概略図（平面図および側面図）である。

実施の形態１．
＜全体構成＞
この実施の形態に係る平面光源装置１は、例えば液晶表示装置のバックライト装置として使用可能であり、その構成を図１〜図４に示す。図１は当該平面光源装置１の斜視図であり、図２は側面図、図３は平面視図、図４は図１に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。

図１〜図４の様に、平面光源装置１は、導光板３と、導光板３の両側の端面（光入射面）に対向配置された光源５ａ，５ｂと、導光板３の前面（光射出面）に貼り付けられた位相差板７と、導光板３の裏面に配置された反射シート９とを備える。尚、導光板３の光射出面の前側に、液晶表示装置の液晶パネル１３が配置される。

導光板３は、透明樹脂等の透明部材により例えば矩形形状の平板状に形成されており、その内部の裏面上には、１つ以上の分断プリズム１１が形成されている。

分断プリズム１１は、それぞれ光源５ａ，５ｂの光の波長と同程度の幅ｄ１，ｄ２のプリズム部分１１ａと分断部分（即ち導光板３の一部）１１ｂとを有し、導光板３の光入射面に平行な方向に沿って、プリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとを交互に繰り返して形成されている。

より詳細には、例えば分断プリズム１１は、２等辺三角柱プリズムにおいて、その２等辺三角の底辺側の面を導光板３の裏面上に配置し、その２等辺三角の頂角の稜線方向に間欠的に分断されてプリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとを交互に繰り返したものに形成されている。換言すれば、分断プリズム１１は、複数の薄い２等辺三角プリズム１１ａを、それらの頂角の稜線方向に互いに所定間隔１１ｂを空けて並列配置したプリズム集合体として構成されており、その２等辺三角の頂角の稜線方向は、導光板３の光入射面に平行な方向である。

プリズム部分１１ａは、例えば、導光板３の裏面において、導光板３の外部側から内部側に凹設された凹部として形成されている。即ちプリズム部分１１ａは、その内部が空気層（屈折率ｎ＝１）のプリズムとして形成されている。

分断プリズム１１は、例えば、導光板３の内部における裏面上に、縦横に（即ち頂角の稜線方向およびその稜線方向の直交方向に）適宜間隔ｄ４，ｄ５を空けて複数配列されている。尚、頂角の稜線方向の間隔（輝度調整用間隔）ｄ５を調整することで、平面光源装置１の輝度調整が可能である。

ここでは一例として、分断プリズム１１において、頂角の稜線方向の全長（即ちプリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとの繰り返し方向の長さ）ｄ０は１μｍ〜５０μｍに設定され、頂角は１００度に設定され、底角は４０度に設定され、２等辺三角形の底辺の長さｄ９は光の波長よりも十分長い４μｍに設定され、プリズム部分１１ａの幅ｄ１は０．４μｍに設定され、分断部分１１ｂの幅ｄ２は０．４μｍに設定され、プリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとの繰り返しピッチｄ３は０．８μｍに設定され、分断プリズムの高さｄ１０は３μｍに設定されている。また隣接する分断プリズム１１の稜線間のピッチｄ４は５μｍに設定され、輝度調整用間隔ｄ５は１０μｍ〜１００μｍに設定されている。

この平面光源装置１では、図２の様に、光源５ａを点灯した場合、光源５ａからの光１０は、導光板３の光入射面から導光板３の内部に入射し、導光板３の内面で反射しながら伝搬し、ある地点で、分断プリズム１１のプリズム面に入射して、当該プリズム面で反射する反射光１０ａと、当該プリズム面を透過する透過光１０ｂとに分離する。その際、後述の様に、分断プリズム１１の分断部分１１ｂの存在により、反射光１０ａは、垂直偏光（分断プリズム１１の稜線方向に垂直な偏光）よりも、平行偏光（分断プリズム１１の稜線方向に平行な偏光）の方を、多く含む光になる。

そして反射光１０ａは、当該プリズム面で反射して導光板３の光射出面から外部に射出し、位相差板７を透過して所定の方向に偏光が回転して、液晶パネル１３を照射する。例えば、光源５ａからの光１０が、図２の様に、俯角５度で導光板３に入射した場合、分断プリズム１１での反射光１０ａは、反射角４５度で反射され、導光板３の光射出面にほぼ垂直な方向に反射されて、液晶パネル１３を照射する。ここで、位相差板７は１/２波長板であり、遅相軸は分断プリズム１１の稜線方向に平行な方向に対し２２．５度の角度で貼り付けられており、反射光１０ａの平行偏光は分断プリズム１１の稜線方向に平行な方向に対し４５度の角度の偏光に変わる。この方向の偏光は、ツイストネマテックタイプの液晶パネルにとっては利用効率の高い偏光である。

他方、透過光１０ｂは、分断プリズム１１を透過し、再び導光板３の内面および反射シート９で反射しながら伝播し、分断プリズム１１での反射および透過を繰り返す。尚、透過光１０ｂには、反射光１０ａに平行偏光が多く含まれるため、逆に垂直偏光が多く含まれる。しかし、透過光１０ｂは、導光板３の複屈折性ならびに位相差板７により伝搬中に偏光状態が変化し、減少した水平偏光が再び増加し、自然光に近い状態になる。よって透過光１０ｂが再び後段の分断プリズム１１で反射した場合も、その反射光には平行偏光を相当多く含む光となる。

尚、分断プリズム１１は、２等辺三角形状（即ち導光板３の両側の光入射面に対して対称）なので、光源５ｂからの光も、光源５ａからの光と同様の挙動を示す。したがって、光源５ａと同様に、光源５ｂの光からも有効に偏光を放射できるため、高い光の利用効率で高輝度な照明が可能になる。

この様に、この平面光源装置１では、偏光度の高い光（特定の偏光状態の光の割合が相当高い光）が射出される。

尚、この実施の形態では、導光板３の両側の端面から光を入射する場合なので、分断プリズム１１を２等辺三角形としたが、導光板３の一方側の端面からのみ光を入射する場合は、分断プリズム１１を不等辺三角形としてもよい。

また分断プリズム１１を、三角柱状のプリズムでなくても、例えばシリンドリカルレンズの様な形状のプリズムであっても良く、一般的には、導体板３の光入射面に平行に延びたプリズム面を有し、その平行に延びた方向にプリズム部分と分断部分とを交互に繰り返した構造体であれば、特に限定しない。

また分断プリズム１１は、導光体３の裏面の全面を埋めるのではなく、適当な間隔を空けて配置される。また分断プリズム１１は、必ずしも図１の様に、縦横に規則正しく配置される必要はない。

＜分断プリズム１１の反射シミュレーション＞
図５は、分断プリズム１１の反射シミュレーションで使用した導光板３のモデルを示したものである。

このモデルでは、導光板３の屈折率ｎは、１．５に設定されている。また分断プリズム１１は、頂角の稜線方向の全長ｄ０が５μｍに設定され（尚、ｄ０の値は例えば１μｍ〜５０μｍの範囲であればどの値でも良い）、各プリズム部分１１ａが２等辺三角柱形の中空の凹部（従って屈折率ｎ＝１）に設定されている。

尚、図５では、導光板３の光入射面に垂直な両方向のうち、一方の方向を０度方向と設定し、他方の方向を１８０度方向と設定し、導光板３の光射出面に直交する上向きの方向を９０度方向と設定している。

この導光板３に対し、０度方向から所定の偏光状態の平面波を入射して、分断プリズム１１により反射された反射光１０ａの相対光度（即ち入射光１０の光度に対する反射光１０ａの光度）を測定する波動光学シミュレーションを行った。

ここでは、入射光１０として、波長０．５４μｍで且つ分断プリズム１１の稜線方向に平行な方向に電界の振動方向を持つ平行偏光の平面波を入射する場合と、波長０．５４μｍで且つ分断プリズム１１の稜線方向に垂直な方向に電界の振動方向を持つ垂直偏光の平面波を入射する場合とでシミュレーションを行った。

また分割プリズム１１のプリズム部分１１ａの幅ｄ１、分断部分１１ｂの幅ｄ２およびそれらの繰り返しピッチｄ３がそれぞれ、ｄ１＝ｄ２＝０．２μｍおよびｄ３＝０．４μｍの場合、ｄ１＝ｄ２＝０．４μｍおよびｄ３＝０．８μｍの場合、ｄ１＝ｄ２＝０．８μｍおよびｄ３＝１．６μｍの場合でシミュレーションを行った。

図６は、上記のシミュレーションの結果を示したものである。

図６より、反射角度１００度の方向に注目すると、ｄ１＝ｄ２＝０．２μｍおよびｄ３＝０．４μｍの場合、ｄ１＝ｄ２＝０．４μｍおよびｄ３＝０．８μｍの場合、ｄ１＝ｄ２＝０．８μｍおよびｄ３＝１．６μｍの場合の何れの場合も、反射波１０ａの相対光度（即ち反射率）は、入射光１０が平行偏光の場合の方が垂直偏光の場合よりも、１０倍から２倍程度大きいことが分かる。この事から、非偏光の光を導光板３に入射した場合、分断プリズム１１による反射光１０ａには、平行偏光の光の方が垂直偏光の光よりも多く含まれる事が分かる。

図７は、分断プリズム１１を分断部分１１ｂの無い連続な２等辺三角柱プリズム（以後、連続プリズムと呼ぶ）に変更し、その他は同じ条件で、上記の波動光学シミュレーションと同じ波動光学シミュレーションを行った場合の結果を示したものである。

図７より、この場合の反射光１０ａの相対光度は、入射光１０が平行偏光の場合も垂直偏光の場合もほぼ等しいことが分かる。これは、稜線方向の全長ｄ０＝５μｍが入射光１０の波長０．５４μｍに比べて数倍以上大きな連続プリズムでは、通常の全反射条件となるため稜線方向のどの部分でも、平行偏光と垂直偏光とは同じ様に反射するためである（即ち分断プリズム１１では、入射光１０の波長に近い幅ｄ２の分断部分１１ｂが有るために、その分断部分１１ｂでは、垂直偏光の光は、平行偏光の光よりも反射し難く（即ち通過し易く）なっている）。

これにより、図６の様に、入射光１０が平行偏光の場合と垂直偏光の場合とで、反射光１０ａの相対光度に差が生じるのは、分断プリズム１１に形成された、入射光の波長に近い幅ｄ１，ｄ２のプリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとの繰り返し構造に起因する現象であることが分かる。

図６には、ｄ１＝ｄ２＝０．２μｍおよびｄ３＝０．４μｍの場合（Ａ）、ｄ１＝ｄ２＝０．８μｍおよびｄ３＝１．６μｍの場合（Ｂ）のシミュレーション結果も示されている。それらの結果から、垂直偏光の場合に対する平行偏光の場合の反射光１０ａの相対光度の比は、上記Ａの場合は１００程度で、上記Ｂの場合は１．５程度である。これより、プリズム部分１１ａの幅ｄ１、分断部分１１ｂの幅ｄ２およびそれらの繰り返しピッチｄ３をそれぞれ、例えば上記Ｂの場合よりも小さく設定することで、反射光１０ａを、垂直偏光よりも平行偏光の方を相当多く含む光（即ち偏光度の高い光）にできる事が分かる。

この様に、プリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとの繰り返しピッチｄ３を小さく設定することで、反射光１０ａの偏光度を相当高くできる傾向がある。そして繰り返しピッチｄ３を、入射光（可視光）１０の波長と同程度以下に小さく設定することで、その傾向が顕著となると考えられる。但し、繰り返しピッチｄ３＝０．４μｍの場合で、上記の比は１００程度と実用上十分大きく、繰り返しピッチｄ３を０．２μｍより小さくしても、分断プリズム１１の形成が困難となるだけであるので、繰り返しピッチｄ３は０．２μｍ以上にするのが実用的である。

尚、図６で、繰り返しピッチｄ３を小さくすると、反射光１０ａの相対光度が低下しているのは、分断プリズム１１を透過する透過光１０ｂが多くなるためと考えられる。

図８は、分断プリズム１１において、プリズム部分１１ａの幅ｄ１を０．４μｍに設定し、分断部分１１ｂの幅ｄ２を０．４μｍに設定し、それらの繰り返しピッチｄ３を０．８μｍに設定し、頂角を１００度に設定し、頂角の稜線方向の全長ｄ０を５μｍに設定し、入射光１０の入射角度を０度、１０度および２０度に設定した場合で、上記のシミュレーションと同じシミュレーションを行った場合の結果を示したものである。

図８より、反射光１０ａの反射角度は、入射光１０の入射角度が２０度の場合では８０度と変化し、入射光１０の入射角度が１０度の場合は９０度と変化するが、垂直偏光の場合に対する平行偏光の場合の反射光１０ａの相対光度の比は、何れの場合も２倍以上である。

図９は、分断プリズム１１において、プリズム部分１１ａの幅ｄ１を０．４μｍに設定し、分断部分１１ｂの幅ｄ２を０．４μｍに設定し、それらの繰り返しピッチｄ３を０．８μｍに設定し、頂角を１３０度に設定し、頂角の稜線方向の全長ｄ０を５μｍに設定し、入射光１０の入射角度を０度、１０度および２０度に設定した場合で、上記のシミュレーションと同じシミュレーションを行った場合の結果を示したものである。この結果でも、反射光１０ａの反射角度は、１３０度、１２０度、１００度と変化するが、垂直偏光の場合に対する平行偏光の場合の反射光１０ａの相対光度の比は、何れの場合も２倍以上である。

以上のシミュレーション結果から、分断プリズム１１の頂角の大きさに依らず、プリズム部分１１ａの幅ｄ１、分断部分１１ｂの幅ｄ２およびそれらの繰り返しピッチｄ３をそれぞれ、例えばｄ１＝ｄ２＝０．８μｍおよびｄ３＝１．６よりも小さく設定することで、分断プリズム１１による反射光１０ａを、偏光度の高い光にすることができる事が分かる。

＜主な効果＞
以上の様に構成された平面光源装置１によれば、分断プリズム１１は、それぞれ光源５ａ，５ｂの光の波長と同程度の幅のプリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとを有し、導光板３における光源５ａ，５ｂに対向する端面に平行な方向に沿って、プリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとを交互に繰り返して形成されるので、分断プリズム１１で反射された反射光１０ａを、分断プリズム１１の稜線方向に垂直な方向に電界の振動方向を持つ垂直偏光よりも分断プリズム１１の稜線方向に平行な方向に電界の振動方向を持つ平行偏光の方を多く含む光にできる（即ち、反射光１０ａを偏光度の高い光にできる）。これにより、反射偏光板を用いず且つ多重反射を行わずに光の利用効率を向上できる。また回折現象を利用しないので、色割れも防止できる。

また分断プリズム１１のプリズム部分１１ａは、導光板３の裏面に凹設された凹部であるので、他の部材と導光板との接触による損傷の危険性が無く、安定した構造で導光板３の内部に分断プリズム１１を設けることができる。

また分断プリズム１１は、２等辺三角柱プリズムにおいて、その２等辺三角の底辺側の面を導光板３の裏面上に配置し、その２等辺三角の頂角の稜線方向にプリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとを交互に繰り返したものであるので、即ち分断プリズム１１は、導光板３の両側の端面に対して対称に形成されるので、導光板３の両側のどちらの端面から来た光も、有効に偏光度の高い光として導光板３の前面側に反射できる。

また光源５ａ，５ｂの光が可視光の場合は、分断プリズム１１のプリズム部分１１ａおよび分断部分１１ｂの各々の幅は、０．８μｍ以下であるので、光源の光が可視光の場合において、有効に分断プリズム１１の効果を得る事ができる。

また分断プリズム１１におけるプリズム部分１１ａと分断部分１１ｂとの繰り返し方向の長さｄ０は、１μｍ〜５０μｍであるので、回折による光の散乱の問題が無く分断プリズム１１の効果を得る事ができる。

実施の形態２．
この実施の形態では、実施の形態１の分断プリズム１１を形成するための分断プリズム用金型およびその製造方法を説明する。

＜分断プリズム用金型の説明＞
図１０および図１１は、分断プリズム用金型１５の構成を示す図であり、図１０は当該分断プリズム用金型１５の斜視図、図１１は図１０に示すＸＩ−ＸＩに沿った断面図である。図１０および図１１の様に、この分断プリズム用金型１５は、導光板３の底面を形成する底面金型部１５ａ上に、分断プリズム１１のプリズム部分１１ａを形成するプリズム部分金型部１５ｂが縦横に複数突形成されて構成される。

各プリズム部分金型部１５ｂはそれぞれ、分断プリズム１１のプリズム部分１１ａと同型同大（ここでは薄い２等辺三角柱形）に形成され、各プリズム部分１１ａと同じ配列で底面金型部１５ａ上に形成されている。ここでは、例えば各プリズム部分金型部１５ｂの幅ｄ７および隣接するプリズム部分金型部１５ｂの間隔ｄ８は、例えばｄ７＝ｄ８＝０．８μｍに設定されている。図１１の間隔ｄ１１は、分割プリズム間の輝度調整用間隔ｄ５に対応する部分である。

この分断プリズム用金型１５を用いて導光板３に分断プリズム１１を形成する方法としては、射出形成、熱転写および光転写がある。

射出形成では、導光板３の上面および側面を形成する金型（不図示）と分断プリズム用金型１５とを組み合わせて、その組み合わせた金型の内部に溶融状態の透明樹脂を射出して硬化させることで、透明樹脂により導光板３を形成すると共に導光板３の裏面に分断プリズム１１を凹部として形成する。

また熱転写では、熱可塑性の透明樹脂で形成された導光板３の裏面に、加熱した分断プリズム用金型１５を押し当てることで、透明樹脂で形成された導光板３の裏面に分断プリズム１１を凹部として形成する。

また光転写では、透明樹脂で形成された導光板３の裏面に紫外線効果樹脂膜を塗布し、分断プリズム用金型１５のプリズム部分金型部１５ｂの凹凸を押し付けて転写し、その後に紫外線で紫外線硬化樹脂を硬化させることで、導光板３の裏面に分断プリズム１１を凹部として形成する。

あるいは、透明フィルムの表面に紫外線効果樹脂膜を塗布し、分断プリズム用金型１５のプリズム部分金型部１５ｂの凹凸を押し付けて転写し、その後に紫外線で紫外線硬化樹脂を硬化させた透明フィルムを、導光板３の裏面に貼り付けることにより分断プリズム１１を凹部として形成する。

＜分断プリズム用金型１５の製造方法の説明＞
まず図１２（ａ）の様に、例えばラインアンドスペースを形成した石英基板金型を用い、電鋳法により底面金型部１５ａ上に、複数の凸条部１５ｃが、互いに平行な直線状で且つ互いに所定間隔空けてラインアンドスペース状に形成された基本金型１５Ｋを形成する。尚、上記の石英基板金型は、石英基板の表面に例えば露光技術を用いて基本金型１５Ｋの凹凸パターンを形成し、その表面に導電膜を成膜して形成したものである。

各凸条部１５ｃは、最終的に各プリズム部分金型部１５ｂに形成される部分であり、ここでは、その幅ｄ７およびそれらの間隔ｄ８は、例えばｄ７＝ｄ８＝０．８μｍに設定されている。

そして図１２（ｂ）の様に、基本金型１５Ｋ上に、複数の凸条部１５ｃを被覆する様に保護剤１７を塗布し硬化させる。

そして図１２（ｃ）の様に、切削治具１９を用いて、切削加工により、基本金型１５Ｋ上のラインアンドスペースを塗布された保護剤１７とともに削り取り、表面に複数の凹条部１５ｅを形成する。各凹条部１５ｅは、断面逆三角形状または断面逆台形状で、底面金型部１５ａの表面付近に達する深さで、凸条部１５ｃと直交する方向に直線状に延びる様に形成される。これにより、各凸条部１５ｃは、２等辺三角形が横一列に並んだ鋸状に形成され、それら各２等辺三角形がそれぞれプリズム形成金型部１５ｂとなる。

そして図１２（ｄ）の様に、保護剤１７を除去する。これにより、基本金型１５Ｋから分断プリズム用金型１５が形成される。

以上に説明した分断プリズム用金型の製造方法によれば、電鋳法および切削加工により分断プリズム用金型１５を製造するので、周知の技術を用いて安価に分断プリズム用金型１５を製造できる。

ここで、凹条部１５ｅの深さは凸条部１５ｃよりも、浅いことが重要である。完成した分断プリズム用金型１５を用いて、導光板の分断反射プリズムを製造した場合に、無偏光光を反射する溝を形成しないために、良好な偏光反射特性を実現できるという特長がある。

実施の形態３．
この実施の形態に係る平面光源装置１Ｂは、実施の形態１の変形例であり、図１３の様に、導光板３と、導光板３の一方の端面（光入射面）に対向配置された光源５ａと、導光板３の前面（光射出面）に配設された位相差板７と、導光板３の裏面に配置された反射シート９と、導光板３の前記光入射面側と反対側の側面（反射面）に配設された位相差板２１と、導光板３の前記反射面に位相差板２１を介して対向配置された反射板２３と、導光板３の光射出面に位相差板７を介して対向配置された逆プリズムシート２５とを備える。尚、導光板３の光射出面の前方に、液晶表示装置の液晶パネル１３が配置される。

導光板３は、実施の形態１と同様に、透明樹脂等の透明部材により例えば矩形形状の板状に形成されており、その内部の裏面上には、１つ以上の分断プリズム１１が形成されている。

分断プリズム１１は、実施の形態１の場合と比べて、２等辺三角形の頂角が例えば１６０度〜１７５度の鈍角（ここでは１７０度とする。）に設定される点を除いて同様に形成される。ここでは、分断プリズム１１の高さｄ１０は例えば０．２２μｍに設定されている。

位相差板７は、その遅相軸が導光板３の光入射面に対して４５度の角度で貼り付けられており分断反射プリズム１１から斜め５０から６０度程度の方向の角度で入射する光に対し（１／２）波長板の機能を有している。この位相差板７は、この位相差板７を斜めに入射し透過する光をその偏光方向を９０度回転させて透過させる。

位相差板２１は、その遅相軸が導光板３の光放射面の法線方向に対して４５度傾いて配置された（１／４）波長板である。この位相差板２１は、この位相差板２１を透過する直線偏光（円偏光）の光を円偏光（直線偏光）の光に変換して透過させる。

逆プリズムシート２５は、透明部材によりシート状に形成されたシート部２５ａの裏面（導光板３側の面）に複数のプリズム２５ｂが形成されて構成される。

複数のプリズム２５ｂは、それぞれ導光板３の光入射面に平行に延び、且つ互いに所定ピッチ間隔空けて形成される。ここでは、各プリズム２５ｂは、例えば２等辺三角柱状に形成され、その２等辺三角形の底辺側の面がシート部２５ａの裏面に配設され（従ってその２等辺三角形の頂角側が導光板３側に向けられ）、且つその２等辺三角形の頂角の稜線方向が導光板３の光入射面に平行になる様に配設されている。

この平面光源装置１Ｂでは、図１３の様に、光源５ａを点灯した場合、光源５ａからの光１０は、導光板３の光入射面から導光板３の内部に入射し、導光板３の内面で反射しながら伝搬し、ある地点で、分断プリズム１１のプリズム面に入射して、当該プリズム面で反射する反射光１０ａと、当該プリズム面を透過する透過光１０ｂとに分離する。その際、実施の形態１の場合と同様に、分断プリズム１１の分断部分１１ｂの存在により、反射光１０ａは、分断プリズム１１の稜線方向に垂直な方向に電界の振動方向を有す垂直偏光よりも分断プリズム１１の稜線方向に平行な方向に電界の振動方向を有す水平偏光の方を相当多く含む光になっている。

そして反射光１０ａは、導光板３の光射出面から外部に射出し、位相差板７を透過して偏光方向が９０度回転され（従って平行偏光の光よりも垂直偏光の光の方を相当多く含む光に変換され）、逆プリズムシート２５を透過して導光板３の光射出面の正面方向に屈折され、液晶パネル１３を照射する。

図１５は、分割プリズム１１による反射光１０ａの、導光板３の内部と外部（空気層）との界面での反射率を示した図である。図１５から分かるように、反射光１０ａが導光板３の内部から外部（空気層）に伝搬する場合、その内部と外部との界面では、垂直偏光よりも平行偏光の方が反射率が高い（即ち平行偏光よりも垂直偏光の方が透過し易い）。分割プリズム１１で反射された反射光１０ａは、垂直偏光よりも水平偏光の方を相当多く含むので、上記の様に、位相差板７により、反射光の偏光方向を９０度回転させて、平行偏光よりも垂直偏光の方を相当多く含む光に変換することで、反射光１０ａの導光板３の内部から外部への透過率を向上させている。

尚ここでは、分割プリズム１１の頂角は鈍角なので（従ってプリズム面１０ｃは緩やかな斜面なので）、そのプリズム面１０ｃで反射された反射光１０ａの導光板３の光射出面（即ち位相差板７）への入射角度は、比較的大きくなる。例えば図１４の様に、入射光１０の入射角度が４５度の場合、入射光１０が導光板３の光射出面で一度反射された後、分断プリズム１１で反射されて、再び導光板３の光射出面に入射した場合、その入射角度は、３５度になる。そのため、反射光１０ａの導光板３から外部への射出角度も比較的大きくなる（即ち反射光１０は導光板３の光射出面の正面方向に射出され難い）。そのため、図１３の様に、導光板３から射出された反射光１０ａを、逆プリズムシート２５により屈折させて導光板３の光射出面の正面方向に射出させている。

他方、透過光１０ｂは、当該分断プリズム１１を透過し、再び導光板３の内面および反射シート９で反射しながら伝播し、導光板３の他方の端面および位相差板２１を透過して反射板２３で反射されて、再び導光板３内を伝搬する。その際、透過光１０ｂは、位相差板２１や導光板３の複屈折性により偏光状態が変化して、平行偏光を再び増加させる。

そして反射板２３で反射された透過光１０ｂは、分断プリズム１１が２等辺三角形なので、入射光１０と同じ挙動を行って伝搬する。これにより透過光１０ｂも有効に導光板３の光射出面から射出される。

この様に、この平面光源装置１Ｂでは、実施の形態１と同様に、偏光度の高い光（特定の偏光状態の光の割合が相当高い光）が射出される。

以上の様に構成された平面光源装置１Ｂによれば、導光板３の前面には、導光板３の前面から射出された光の偏光方向を９０度回転させる位相差板７が配設されるので、導光板３の前面（即ち内部）から外部（即ち空気層）に射出される射出光を、分断プリズム１１の稜線方向に平行な方向に電界の振動方向を有す平行偏光よりも分断プリズム１１の稜線方向に垂直な方向に電界の振動方向を有す垂直偏光の方を多く含む光にでき、これにより導光板３の内部と外部（空気層）との界面での光の透過率を向上できる。

また分断プリズム１１の頂角は１６０度〜１７５度の鈍角であるので、分断プリズム１１の高さｄ１０を分割プリズムの全長ｄ０に対して低く（即ち浅く）でき、分断プリズム用金型１５の製造および導光板３への分割プリズム１１の形成が容易になる。

また導光板３の前面側には、その導光板３側の面に、導光板３における光源５ａに対向する端面（光入射面）に平行な方向に延びた複数のプリズムを有し、導光板３の前面（光射出面）からの射出光を導光板３の前面の正面方向に屈折させる逆プリズムシートが配置されるので、導光板３の前面からの射出光が左右に反れる場合でも、導光板３の前面の正面方向に伝搬させる事ができる。

導光板３の他方側の端面（光入射面と反対の面）には、順に（１／４）波長板２１および反射板２３が配設されるので、（１／４）波長板２１および反射板２３により、導光板３の他方の端面に到達した光源１５ａの光を、平行偏光を多く含む光に変換して反射でき、光の再利用性を向上できる。

実施の形態４．
図１６は、実施の形態４に係る平面光源装置１Ｃの構成概略図であり、平面光源装置１Ｃの平面図とその右側に側面図を示している。図１６の様に、当該平面光源装置１Ｃは、導光板３と、導光板３の少なくとも一方の端面（光入射面）に対向配置された光源導光板３０と、光源導光板３０の一方の端面（光入射面）に配置された点光源５０ａとを備える。光源導光板３０は、点光源５０ａからの光１００を屈折させ、導光板３の光入射面に入射させるよう機能する。

本実施の形態の光源導光板３０は、実施の形態３の導光板３と同様の構成を有している。即ち、光源導光板３０は、光源導光板３０の前面（光射出面）に配設された位相差板７０と、光源導光板３０の裏面に配置された反射シート９０と、光源導光板３０の前記光入射面側と反対側の側面（反射面）に配設された位相差板２１０と、光源導光板３０の前記反射面に位相差板２１０を介して対向配置された反射板２３０と、光源導光板３０の光射出面に位相差板７０を介して対向配置された逆プリズムシート２５０とを備える。

尚、ここでは光源導光板３０が実施の形態３の導光板３と同様の構成を有する例を示しているが、光源導光板３０として、実施の形態１の導光板３と同様の構成のものを用いてもよい。

液晶表示装置の液晶パネル１３（図示せず）は、導光板３の光射出面の前方に配置される。また、導光板３における光射出面の反対側の面には、光源導光板３０の光射出面ならびに導光板３の入光面に対し平行な方向に伸びる反射プリズム３１が形成されている。

光源導光板３０は、実施の形態１，３と同様に、透明樹脂等の透明部材により例えば矩形形状の板状に形成されており、その内部の裏面（導光板３に対向する面と反対の面）上には、１つ以上の分断プリズム１１０が形成されている。

分断プリズム１１０は、実施の形態３と同様に、２等辺三角形の頂角が例えば１６０度〜１７５度の鈍角（ここでは１７０度とする）で同様に形成され、分断プリズム１１０の高さｄ１０は例えば０．２２μｍに設定されている。

位相差板７０は、その遅相軸が光源導光板３０の光入射面に対して４５度の角度で貼り付けられており、分断反射プリズム１１０から斜め５０から６０度程度の方向の角度で入射する光に対し（１／２）波長板の機能を有している。この位相差板７０は、この位相差板７０を斜めに入射し透過する光をその偏光方向を９０度回転させて透過させる。

位相差板２１０は、その遅相軸が光源導光板３０の光放射面の法線方向に対して４５度傾いて配置された（１／４）波長板である。この位相差板２１０は、位相差板２１０を透過する直線偏光（円偏光）の光を円偏光（直線偏光）の光に変換して透過させる。

逆プリズムシート２５０は、透明部材によりシート状に形成されたシート部２５０ａの裏面（光源導光板３０側の面）に頂角が６０度程度の複数のプリズム２５０ｂが形成されて構成される。

複数のプリズム２５０ｂは、それぞれ光源導光板３０の光入射面に平行に延び、且つ互いに所定ピッチ間隔空けて形成される。ここでは、各プリズム２５０ｂは、例えば２等辺三角柱状に形成され、その２等辺三角形の底辺側の面がシート部２５０ａの裏面に配設され（従ってその２等辺三角形の頂角側が光源導光板３０側に向けられ）、且つその２等辺三角形の頂角の稜線方向が光源導光板３０の光入射面に平行になる様に配設されている。

この平面光源装置１Ｃでは、図１６の様に、点光源５０ａを点灯した場合、点光源５０ａからの光１００は、光源導光板３０の光入射面から光源導光板３０の内部に入射し、光源導光板３０の内面で反射しながら伝搬し、ある地点で、分断プリズム１１０のプリズム面に入射して、当該プリズム面で反射する反射光１００ａと、当該プリズム面を透過する透過光１００ｂとに分離する。その際、実施の形態１の場合と同様に、分断プリズム１１０の分断部分の存在により、反射光１００ａは、分断プリズム１１０の稜線方向に垂直な方向に電界の振動方向を有す垂直偏光よりも分断プリズム１１０の稜線方向に平行な方向に電界の振動方向を有す水平偏光の方を相当多く含む光になっている。

そして反射光１００ａは、光源導光板３０の光射出面から外部に射出し、位相差板７０を透過して偏光方向が９０度回転され（従って平行偏光の光よりも垂直偏光の光の方を相当多く含む光に変換され）、逆プリズムシート２５０を透過して光源導光板３０の光射出面の正面方向に屈折され、導光板３へと入射する。さらに導光板３に入射した光１００ｃは、導光板３の中を伝播し、反射プリズム３１により反射されて導光板３の光射から出射し、液晶パネル１３を照射する。

ここでも導光板３の内部と外部（空気層）との界面における反射光１００ａの反射率は、図１５に示す特性を有する。よって、反射光１００ａが光源導光板３０の内部から外部（空気層）に伝搬する場合、その内部と外部との界面では、垂直偏光よりも平行偏光の方が反射率が高い（即ち平行偏光よりも垂直偏光の方が透過し易い）。分割プリズム１１０で反射された反射光１００ａは、垂直偏光よりも水平偏光の方を相当多く含むので、上記の様に、位相差板７０により、反射光の偏光方向を９０度回転させて、平行偏光よりも垂直偏光の方を相当多く含む光に変換することで、反射光１００ａの光源導光板３０の内部から外部への透過率を向上させている。

尚ここでは、分割プリズム１１０の頂角は鈍角なので（従ってプリズムは緩やかな斜面なので）、そのプリズム面で反射された反射光１００ａの光源導光板３０の光射出面（即ち位相差板７０）への入射角度は、比較的大きくなる。実施例３での説明（図１４）と同様に、入射光１００の入射角度が４５度の場合、入射光１００が光源導光板３０の光射出面で一度反射された後、分断プリズム１１で反射されて、再び光源導光板３０の光射出面に入射した場合、その入射角度は、３５度になる。そのため、反射光１００ａの光源導光板３０から外部への射出角度も比較的大きくなる（即ち反射光１００ａは光源導光板３０の光射出面の正面方向に射出され難い）。そのため、光源導光板３０から射出された反射光１００ａを、逆プリズムシート２５０により屈折させて光源導光板３０の光射出面の正面方向に高い指向性で射出させている。

他方、透過光１００ｂは、当該分断プリズム１１０を透過し、再び光源導光板３０の内面および反射シート９０で反射しながら伝播し、光源導光板３０の他方の端面および位相差板２１０を透過して反射板２３０で反射されて、再び光源導光板３０内を伝搬する。その際、透過光１００ｂは、位相差板２１０や光源導光板３０の複屈折性により偏光状態が変化して、平行偏光を再び増加させる。

そして反射板２３０で反射された透過光１００ｂは、分断プリズム１１０が２等辺三角形なので、入射光１００と同じ挙動を行って伝搬する。これにより透過光１００ｂも有効に光源導光板３０の光射出面から射出される。

この様に、逆プリズムシート２５０を通過した反射光１００ａは、主に光源導光板３０の正面方向（導光板３へ向かう方向）に指向性よく放射され、しかも、平行偏光の光よりも垂直偏光の光の方を相当多く含んでいる状態で導光板３に入射する。

導光板３に入射した光１００ｃは導光板３の中を伝播し、導光板３内の反射プリズム３１により反射され、導光板３の光出射面から出射して液晶パネル１３を照射する。ここで、反射プリズム３１の反射面の法線方向は入射光１００ｃの反射光路の面内にあるため、入射光１００ｃが反射プリズム３１で反射されるときその偏光の成分比は保存される。したがって、液晶パネル１３を照射する光には、平行偏光の光よりも垂直偏光の光の方を相当多く含んでいることになる。

この平面光源装置１Ｃにおいても、実施の形態１、３と同様に、偏光度の高い光（特定の偏光状態の光の割合が相当高い光）が導光板３から射出される。またこの射出光の指向性は導光板３の正面方向への指向性が高い。

本実施の形態に係る平面光源装置１Ｃにおいて、光源導光板３０の前面には、光源導光板３０の前面から射出された光の偏光方向を９０度回転させる位相差板７０が配設されるので、光源導光板３０の前面（内部）から外部（空気層）に射出される射出光を、分断プリズム１１０の稜線方向に平行な方向に電界の振動方向を有す平行偏光よりも分断プリズム１１０の稜線方向に垂直な方向に電界の振動方向を有す垂直偏光の方を多く含む光にできる。これにより光源導光板３０の内部と外部（空気層）との界面での光の透過率を向上できる。

また光源導光板３０の前面側（光源導光板３０と導光板３との間）には、その光源導光板３０側の面に、光源導光板３０における点光源５０ａに対向する端面（光入射面）に平行な方向に延びた複数のプリズムを有し、光源導光板３０の前面（光射出面）からの射出光を光源導光板３０の前面の正面方向に屈折させる逆プリズムシートが配置されるので、光源導光板３０の前面からの射出光が左右に反れる場合でも、光源導光板３０の前面の正面方向に伝搬させる事ができる。

光源導光板３０の他方側（光入射面と反対の面）の端面には、順に（１／４）波長板２１０および反射板２３０が配設される。これら（１／４）波長板２１０および反射板２３０により、光源導光板３０の他方の端面に到達した光源１５０ａの光を、平行偏光を多く含む光に変換して反射でき、光の再利用性を向上できる。

導光板３の反射プリズム３１は、光源導光板３０の射出面および導光板３の入光面に平行な方向に形成されているので、その反射面の法線方向は入射光１００ｃの反射光路の面内にある。よって入射光１００ｃが反射プリズム３１により反射されるとき、その偏光の成分比は保存される。したがって、液晶パネル１３を照射する光には、平行偏光の光よりも垂直偏光の光の方を相当多く含んでいることになる。液晶パネルの平面光源装置側に設けられる偏光板の透過軸の角度を、垂直偏光の電界振動方向の角度に合わせることにより、高効率で明るい表示を実現できる。また、液晶パネルに入射する光の指向性が乱れないため、液晶パネルの正面方向に対して高い輝度が実現できる。

上記したように、光源導光板３０は、実施の形態１の導光板３と同様の構成でもよく、その場合も同様の効果を得ることができる。

以上、本発明に係る平面光源装置について、液晶ディスプレイのバックライトを例に説明したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。本発明の平面光源装置は、例えば反射型液晶ディスプレイのフロントライトなど、偏光を利用するあらゆる機器の平面光源として用いることができ、そのように用いた場合にも輝度効率改善の効果が得られることは明らかである。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

Claims (9)

1. 平板状の導光板（３）と、
   前記導光板（３）の両側の端面の少なくとも一方に対向配置された光源（５ａ）と、
   前記導光板（３）の内部における裏面に形成され、前記光源（５ａ）から前記導光板（３）に入射された光を前記導光板（３）の前面側に反射させる分断プリズム（１１）と、
   を備え、
   前記分断プリズム（１１）は、それぞれ前記光源（５ａ）の光の波長と同程度以下の幅のプリズム部分（１１ａ）と分断部分（１１ｂ）とを有し、前記導光板（３）における前記光源（５ａ）に対向する前記端面に平行な方向に沿って、前記プリズム部分（１１ａ）と前記分断部分（１１ｂ）とを交互に繰り返して形成されることを特徴とする平面光源装置。
2. 分断プリズム（１１）の前記プリズム部分（１１ａ）は、前記導光板（３）の裏面に凹設された凹部であることを特徴とする請求項１に記載の平面光源装置。
3. 前記導光板（３）の前面には、前記導光板（３）の前面から射出された光の偏光方向を回転させる位相差板（７）が配設されることを特徴とする請求項１に記載の平面光源装置。
4. 前記分断プリズム（１１）は、２等辺三角柱プリズムにおいて、その２等辺三角の底辺側の面を前記導光板（３）の裏面上に配置し、その２等辺三角の頂角の稜線方向に前記プリズム部分（１１ａ）と前記分断部分（１１ｂ）とを交互に繰り返したものであることを特徴とする請求項１に記載の平面光源装置。
5. 前記分断プリズム（１１）の前記頂角は、１６０度〜１７５度の鈍角であることを特徴とする請求項４に記載の平面光源装置。
6. 前記導光板（３）の前面側には、前記導光板（３）側の面に、前記導光板（３）における前記光源（５ａ）に対向する前記端面に平行な方向に延びた複数のプリズム（２５ｂ）を有し、前記導光板（３）の前面から射出された光を前記導光板（３）の前面の正面方向に屈折させる逆プリズムシート（２５）が配置されることを特徴とする請求項１に記載の平面光源装置。
7. 前記導光板（３）の一方側の端面だけに前記光源（５ａ）が対向配置される場合において、
   前記導光板（３）の他方側の端面には、順に（１／４）波長板（２１）および反射板（２３）が配設されることを特徴とする請求項１に記載の平面光源装置。
8. 前記光源（５ａ）の光が可視光の場合は、前記分断プリズム（１１）の前記プリズム部分（１１ａ）および前記分断部分（１１ｂ）の各々の幅は、０．８μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の平面光源装置。
9. 前記分断プリズム（１１）における前記プリズム部分（１１ａ）と前記分断部分（１１ｂ）との繰り返し方向の長さは、１μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の平面光源装置。

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