JPH06331824A - 偏光光学素子 - Google Patents
偏光光学素子Info
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- JPH06331824A JPH06331824A JP5117359A JP11735993A JPH06331824A JP H06331824 A JPH06331824 A JP H06331824A JP 5117359 A JP5117359 A JP 5117359A JP 11735993 A JP11735993 A JP 11735993A JP H06331824 A JPH06331824 A JP H06331824A
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- G02F1/133528—Polarisers
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- G02F1/13362—Illuminating devices providing polarized light, e.g. by converting a polarisation component into another one
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ランダムな偏光状態の通常の光源を利用し
て、特定の振動方向の偏光を効率よく取り出すことがで
きる素子を得ること。 【構成】 光の進行に伴い該光の偏波面を回転させる機
能を持つ平行平面状の導光体と；少なくとも１偏波面
（Ｘ方向）に対してはこの導光体の平均屈折率ｎより高
い屈折率ｎX （ｎX ＞ｎ）を有し、この偏波面に直交す
る偏波面に対してはこの導光体の平均屈折率ｎより低い
屈折率ｎY （ｎY ＜ｎ）を有する複屈折性材料からな
り、該導光体の一面に接合された透光層と；導光体の他
面に形成された反射面と；を有する偏光光学素子。
て、特定の振動方向の偏光を効率よく取り出すことがで
きる素子を得ること。 【構成】 光の進行に伴い該光の偏波面を回転させる機
能を持つ平行平面状の導光体と；少なくとも１偏波面
（Ｘ方向）に対してはこの導光体の平均屈折率ｎより高
い屈折率ｎX （ｎX ＞ｎ）を有し、この偏波面に直交す
る偏波面に対してはこの導光体の平均屈折率ｎより低い
屈折率ｎY （ｎY ＜ｎ）を有する複屈折性材料からな
り、該導光体の一面に接合された透光層と；導光体の他
面に形成された反射面と；を有する偏光光学素子。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、例えば、液晶テレビの照明光源
として用いることができる偏光光学素子に関する。
として用いることができる偏光光学素子に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】周知のように、液晶テレ
ビは、その照明光源として、特定の方向の振動成分のみ
をもつ偏光を用いている。従って、その照明光源として
は、ランダムな振動方向を持つ無偏光光源の光量を如何
に有効利用するかが関心事であり、従来、振動方向を揃
えるための各種の提案がなされている。しかしながら、
従来装置はいずれも、光源の光量の有効利用という点で
十分ではないのが実情であった。
ビは、その照明光源として、特定の方向の振動成分のみ
をもつ偏光を用いている。従って、その照明光源として
は、ランダムな振動方向を持つ無偏光光源の光量を如何
に有効利用するかが関心事であり、従来、振動方向を揃
えるための各種の提案がなされている。しかしながら、
従来装置はいずれも、光源の光量の有効利用という点で
十分ではないのが実情であった。
【０００３】
【発明の目的】本発明は、従って、ランダムな振動方向
を持つ無偏光光源の光を利用しながら、特定の方向の振
動成分を持つ偏光を、高い光の利用効率で取り出すこと
ができる偏光光学素子を得ることを目的とする。
を持つ無偏光光源の光を利用しながら、特定の方向の振
動成分を持つ偏光を、高い光の利用効率で取り出すこと
ができる偏光光学素子を得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】本発明の偏光光学素子は、光の進行に伴
い該光の偏波面を回転させる機能を持つ平行平面状の導
光体と；少なくとも１偏波面に対してはこの導光体の平
均屈折率より高い屈折率を有し、この偏波面に直交する
偏波面に対してはこの導光体の平均屈折率より低い屈折
率を有する複屈折性材料からなり、該導光体の一面に接
合された透光層と；この導光体の他面に形成された反射
面と；を有することを特徴としている。
い該光の偏波面を回転させる機能を持つ平行平面状の導
光体と；少なくとも１偏波面に対してはこの導光体の平
均屈折率より高い屈折率を有し、この偏波面に直交する
偏波面に対してはこの導光体の平均屈折率より低い屈折
率を有する複屈折性材料からなり、該導光体の一面に接
合された透光層と；この導光体の他面に形成された反射
面と；を有することを特徴としている。
【０００５】この偏光光学素子による偏光光束の出射原
理は次の通りである。導光体に入射したランダムな偏光
状態の光は、やがて透光層との境界面に至る。透光層
は、少なくとも１偏波面に対してはこの導光体の屈折率
より高い屈折率を有し、これに直交する偏波面に対して
はこの導光体の屈折率より低い屈折率を有する複屈折性
材料からなっているので、その１偏波面の振動方向を持
つ偏光成分のみがこの境界面から出射し、これに直交す
る振動方向の偏光成分はこの境界面で全反射する。この
反射した光は、導光体内を進むにつれて、該導光体の偏
波面回転の機能により、その偏波面が回転する。つまり
振動方向が変換される。その結果、このように偏波面回
転の作用を受けながら導光体内を進む光が、反射面を経
て次に再び導光体と透光層との境界面に到達するときに
は、上記１偏波面の振動方向を持つ偏光成分が含まれる
こととなる。従って、２回目に境界面に至った光のう
ち、上記１偏波面の振動方向を持つ偏光成分は、透光層
を通って出射され、残りの光は全反射されて導光体内に
戻される。以下同じ作用が繰り返されるから、ランダム
な偏光状態の光から、特定の振動方向のみをもった偏光
が出射されることとなる。
理は次の通りである。導光体に入射したランダムな偏光
状態の光は、やがて透光層との境界面に至る。透光層
は、少なくとも１偏波面に対してはこの導光体の屈折率
より高い屈折率を有し、これに直交する偏波面に対して
はこの導光体の屈折率より低い屈折率を有する複屈折性
材料からなっているので、その１偏波面の振動方向を持
つ偏光成分のみがこの境界面から出射し、これに直交す
る振動方向の偏光成分はこの境界面で全反射する。この
反射した光は、導光体内を進むにつれて、該導光体の偏
波面回転の機能により、その偏波面が回転する。つまり
振動方向が変換される。その結果、このように偏波面回
転の作用を受けながら導光体内を進む光が、反射面を経
て次に再び導光体と透光層との境界面に到達するときに
は、上記１偏波面の振動方向を持つ偏光成分が含まれる
こととなる。従って、２回目に境界面に至った光のう
ち、上記１偏波面の振動方向を持つ偏光成分は、透光層
を通って出射され、残りの光は全反射されて導光体内に
戻される。以下同じ作用が繰り返されるから、ランダム
な偏光状態の光から、特定の振動方向のみをもった偏光
が出射されることとなる。
【０００６】本発明の偏光光学素子により出射される特
定の振動方向を持つ光の総量は、明らかに、最初に導光
体に導入されるランダムな偏光状態の光に含まれる特定
の振動方向を持つ光の量より多い。すなわち、本発明に
よれば、特定の振動方向を持つ偏光を効率よく取り出す
ことができる。
定の振動方向を持つ光の総量は、明らかに、最初に導光
体に導入されるランダムな偏光状態の光に含まれる特定
の振動方向を持つ光の量より多い。すなわち、本発明に
よれば、特定の振動方向を持つ偏光を効率よく取り出す
ことができる。
【０００７】本発明の偏光光学素子は、理想的には、最
初に導光体と透光層との境界面に光が到達したとき、光
源からの出射光量の約５０％の光量が出射され、次に同
境界面に残りの光が到達したとき、同２５％（５０％×
５０％）の光量が出射され、３回目のとき同１２．５％
（２５％×５０％）の光量が出射され、以下出射の度に
前回の出射光量の半分の光量が出射されるから、その偏
光の出射状況を外部から観察すると、導光体に入射する
光の光源に近い程明るく、光源から遠ざかると暗くなる
という現象が生じる。このような状況でも、偏光照明系
として用いることは十分可能であるが、より明るさを均
一にする必要がある場合には、例えば、導光体の両端部
に対称に光源を設け、あるいは、導光体と透光層との間
に、その透過率が光源側程小さく、光源から遠ざかるに
つれ増大する性質を持つ透過層（透過率変化ハーフミラ
ー）を挿入して補正することができる。
初に導光体と透光層との境界面に光が到達したとき、光
源からの出射光量の約５０％の光量が出射され、次に同
境界面に残りの光が到達したとき、同２５％（５０％×
５０％）の光量が出射され、３回目のとき同１２．５％
（２５％×５０％）の光量が出射され、以下出射の度に
前回の出射光量の半分の光量が出射されるから、その偏
光の出射状況を外部から観察すると、導光体に入射する
光の光源に近い程明るく、光源から遠ざかると暗くなる
という現象が生じる。このような状況でも、偏光照明系
として用いることは十分可能であるが、より明るさを均
一にする必要がある場合には、例えば、導光体の両端部
に対称に光源を設け、あるいは、導光体と透光層との間
に、その透過率が光源側程小さく、光源から遠ざかるに
つれ増大する性質を持つ透過層（透過率変化ハーフミラ
ー）を挿入して補正することができる。
【０００８】また、本発明の偏光光学素子においては、
透光層から外部へ光が出る際、透光層と外部媒質（一般
的には空気）の屈折率差と、両者の境界面への光の入射
角によっては全反射が生じ、外部へ光が出射せずに、再
び透光層、導光体側へ戻ることがあり得る。このような
現象を防止するには、透光層の外部媒質との境界面に、
全反射を生じさせない表面処理を施せばよい。具体的に
は、例えば細かい粒状性を持たせた拡散面とすれば、そ
の拡散効果によって光を外部へ導き出すことができる。
透光層から外部へ光が出る際、透光層と外部媒質（一般
的には空気）の屈折率差と、両者の境界面への光の入射
角によっては全反射が生じ、外部へ光が出射せずに、再
び透光層、導光体側へ戻ることがあり得る。このような
現象を防止するには、透光層の外部媒質との境界面に、
全反射を生じさせない表面処理を施せばよい。具体的に
は、例えば細かい粒状性を持たせた拡散面とすれば、そ
の拡散効果によって光を外部へ導き出すことができる。
【０００９】
【発明の実施例】以下図示実施例について本発明を説明
する。本発明の偏光光学素子１０は、導光板１１と、こ
の導光板１１の表裏に接合した透光層１２及び反射鏡１
３とからなっており、この偏光光学素子１０の両端部に
は、光源１４がそれぞれ配置されている。
する。本発明の偏光光学素子１０は、導光板１１と、こ
の導光板１１の表裏に接合した透光層１２及び反射鏡１
３とからなっており、この偏光光学素子１０の両端部に
は、光源１４がそれぞれ配置されている。
【００１０】導光板１１は、図２のようにＸＹＺの座標
軸を定めたとき、Ｙ＝Ｘで表わされる直線方向に僅かな
配向を持つ光学材料、例えばポリカーボネイトからなっ
ている。Ｙ＝Ｘで表わされる直線方向に僅かな配向を持
つとは、Ｘ方向とＹ方向の屈折率ｎX とｎY が同一では
なく（ｎX ≠ｎY ）、このため、光がこの導光板１１の
中を進行すると、その偏波面が回転する機能を持つこと
を意味する。この導光板１１の平均屈折率ｎは、約ｎ＝
１．５９である。
軸を定めたとき、Ｙ＝Ｘで表わされる直線方向に僅かな
配向を持つ光学材料、例えばポリカーボネイトからなっ
ている。Ｙ＝Ｘで表わされる直線方向に僅かな配向を持
つとは、Ｘ方向とＹ方向の屈折率ｎX とｎY が同一では
なく（ｎX ≠ｎY ）、このため、光がこの導光板１１の
中を進行すると、その偏波面が回転する機能を持つこと
を意味する。この導光板１１の平均屈折率ｎは、約ｎ＝
１．５９である。
【００１１】一方、透光層１２は、複屈折性の光学材
料、例えば液晶ポリマーからなるもので、そのＸ方向と
Ｙ方向の屈折率ｎX とｎY はそれぞれ、約ｎX ＝１．７
０、ｎY ＝１．５０である。つまり、この透光層１２
は、Ｘ方向の偏波面を持つ光に対しては、導光板１１の
平均屈折率１．５９より高い屈折率ｎX ＝１．７０を有
し、Ｙ方向の偏波面を持つ光に対しては導光板１１の平
均屈折率１．５９より低い屈折率ｎY ＝１．５０を有し
ている。透光層１２の外部媒体（空気）との接触面１２
ａは、全反射を防ぐ拡散面となっている。
料、例えば液晶ポリマーからなるもので、そのＸ方向と
Ｙ方向の屈折率ｎX とｎY はそれぞれ、約ｎX ＝１．７
０、ｎY ＝１．５０である。つまり、この透光層１２
は、Ｘ方向の偏波面を持つ光に対しては、導光板１１の
平均屈折率１．５９より高い屈折率ｎX ＝１．７０を有
し、Ｙ方向の偏波面を持つ光に対しては導光板１１の平
均屈折率１．５９より低い屈折率ｎY ＝１．５０を有し
ている。透光層１２の外部媒体（空気）との接触面１２
ａは、全反射を防ぐ拡散面となっている。
【００１２】光源１４は、ランダムな偏光状態の光を発
する蛍光灯等の通常の光源である。
する蛍光灯等の通常の光源である。
【００１３】以上の構成の本偏光光学素子１０は、光源
１４から出て導光板１１内に入射した光がやがて、導光
板１１と透光層１２との境界面に達する。光源１４から
出た光は、ランダムな振動方向を持つ光の集合体である
が、いま代表的な光としてＸ方向とＹ方向に振動してい
る光を考えると、導光板１１の平均屈折率ｎは１．５９
であるのに対し、透光層１２のＸ方向の屈折率ｎX は
１．７０であり、ｎX ＞ｎである。よって、Ｘ方向に振
動する光は、この境界面でスネルの法則に基づいて屈折
して透光層１２内に向かい、拡散面１２ａから外部に出
射される。これに対し、Ｙ方向に振動している光につい
ては、透光層１２のＹ方向の屈折率ｎY は１．５０であ
り、ｎY ＜ｎである。よって、Ｙ方向に振動する光は、
導光板１１と透光層１２の境界面で全反射し、再び導光
板１１内に向かうこととなる。つまり、最初に導光板１
１と透光層１２の境界面に達した光（１次光）は、Ｘ方
向に振動している偏光のみが取り出され、Ｙ方向に振動
している光は取り出されない。つまり、光源１４の全光
量の約５０％の光が照明光として取り出されることとな
る。
１４から出て導光板１１内に入射した光がやがて、導光
板１１と透光層１２との境界面に達する。光源１４から
出た光は、ランダムな振動方向を持つ光の集合体である
が、いま代表的な光としてＸ方向とＹ方向に振動してい
る光を考えると、導光板１１の平均屈折率ｎは１．５９
であるのに対し、透光層１２のＸ方向の屈折率ｎX は
１．７０であり、ｎX ＞ｎである。よって、Ｘ方向に振
動する光は、この境界面でスネルの法則に基づいて屈折
して透光層１２内に向かい、拡散面１２ａから外部に出
射される。これに対し、Ｙ方向に振動している光につい
ては、透光層１２のＹ方向の屈折率ｎY は１．５０であ
り、ｎY ＜ｎである。よって、Ｙ方向に振動する光は、
導光板１１と透光層１２の境界面で全反射し、再び導光
板１１内に向かうこととなる。つまり、最初に導光板１
１と透光層１２の境界面に達した光（１次光）は、Ｘ方
向に振動している偏光のみが取り出され、Ｙ方向に振動
している光は取り出されない。つまり、光源１４の全光
量の約５０％の光が照明光として取り出されることとな
る。
【００１４】なお、境界面における全反射は、tan-1(ny
/n) で定義される臨界角θT より大きい入射角で光が入
射した場合に生じる。従って、導光板１１と透光層１２
の境界面にθT 以下の角度で光が入射した場合には、ス
ネルの法則に基づき、一部の光量が透光層側へ抜け出
て、不要な望ましくない光となり得るが、このような不
要光の割合は、構造上、極めて少ない。
/n) で定義される臨界角θT より大きい入射角で光が入
射した場合に生じる。従って、導光板１１と透光層１２
の境界面にθT 以下の角度で光が入射した場合には、ス
ネルの法則に基づき、一部の光量が透光層側へ抜け出
て、不要な望ましくない光となり得るが、このような不
要光の割合は、構造上、極めて少ない。
【００１５】導光板１１内に戻された光は、当初はその
大部分がＹ方向成分である。ところが、導光板１１は偏
波面回転の機能を有するため、導光板１１内を進行する
に伴い、Ｘ方向の成分が徐々に増加していくこととな
る。従って、導光板１１内に戻されて反射鏡１３で反射
し、再び導光板１１と透光層１２の境界面に達する光
（２次光）は、Ｘ方向とＹ方向に振動している光を含ん
でおり、よって、その境界面において、１次光と全く同
様に、Ｘ方向の光のみが出射し、Ｙ方向の光が反射され
ることとなる。以下、３次光、４次光についても、同様
に、導光板１１による偏波面回転とＸ方向成分の増加、
反射鏡１３における反射、導光板１１と透光層１２の境
界面におけるＸ方向の光の出射とＹ方向の光の反射、が
繰り返される結果、Ｘ方向成分の偏光のみを極めて効率
的に取り出すことができることとなる。
大部分がＹ方向成分である。ところが、導光板１１は偏
波面回転の機能を有するため、導光板１１内を進行する
に伴い、Ｘ方向の成分が徐々に増加していくこととな
る。従って、導光板１１内に戻されて反射鏡１３で反射
し、再び導光板１１と透光層１２の境界面に達する光
（２次光）は、Ｘ方向とＹ方向に振動している光を含ん
でおり、よって、その境界面において、１次光と全く同
様に、Ｘ方向の光のみが出射し、Ｙ方向の光が反射され
ることとなる。以下、３次光、４次光についても、同様
に、導光板１１による偏波面回転とＸ方向成分の増加、
反射鏡１３における反射、導光板１１と透光層１２の境
界面におけるＸ方向の光の出射とＹ方向の光の反射、が
繰り返される結果、Ｘ方向成分の偏光のみを極めて効率
的に取り出すことができることとなる。
【００１６】なお前述のように、透光層１２から出射さ
れる光線の光量を均一化するために、導光板１１と透光
層１２の間に、その透過率が光源１４側程小さく、光源
１４から遠ざかるにつれ増大する性質を持つ透過層（透
過率変化ハーフミラー）を挿入することができる。
れる光線の光量を均一化するために、導光板１１と透光
層１２の間に、その透過率が光源１４側程小さく、光源
１４から遠ざかるにつれ増大する性質を持つ透過層（透
過率変化ハーフミラー）を挿入することができる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明の偏光光学素子によ
れば、ランダムな偏光状態の通常の光源を利用して、特
定の振動方向の偏光を効率よく取り出すことができる。
れば、ランダムな偏光状態の通常の光源を利用して、特
定の振動方向の偏光を効率よく取り出すことができる。
【図１】本発明による偏光光学素子の実施例を示す模式
断面図である。
断面図である。
【図２】同模式斜視図である。
１０ 偏光光学素子 １１ 導光板 １２ 透光層 １２ａ 拡散面 １３ 反射鏡 １４ 光源
Claims (4)
- 【請求項１】 光の進行に伴い該光の偏波面を回転させ
る機能を持つ平行平面状の導光体と；少なくとも１偏波
面に対してはこの導光体の平均屈折率より高い屈折率を
有し、この偏波面に直交する偏波面に対してはこの導光
体の平均屈折率より低い屈折率を有する複屈折性材料か
らなり、該導光体の一面に接合された透光層と；上記導
光体の他面に形成された反射面と；を有することを特徴
とする偏光光学素子。 - 【請求項２】 請求項１において、さらに導光体内に照
明光を導入する光源が備えられている偏光光学素子。 - 【請求項３】 請求項１または２において、透光層の導
光体との接合面と反対側の外部媒体接触面には、導光体
側から該外部媒体接触面に入射する光線の全反射を防ぐ
表面処理が施されている偏光光学素子。 - 【請求項４】 請求項３において、表面処理は、拡散面
処理である偏光光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5117359A JPH06331824A (ja) | 1993-05-19 | 1993-05-19 | 偏光光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5117359A JPH06331824A (ja) | 1993-05-19 | 1993-05-19 | 偏光光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06331824A true JPH06331824A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=14709734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5117359A Pending JPH06331824A (ja) | 1993-05-19 | 1993-05-19 | 偏光光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06331824A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1993
- 1993-05-19 JP JP5117359A patent/JPH06331824A/ja active Pending
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