(57)【要約】【課題】偏光方向の揃った光を射出可能な安価な偏光光源を提供する。【解決手段】偏光光源は、棒状導光体２２と、棒状導光体２２の長手方向と平行な第１端面２２ａと対向して配置され、第１偏光Ｌ１を透過し、第１偏光Ｌ１と偏光方向が直交する第２偏光Ｌ２を反射する反射偏光層２４と、反射偏光層２４と棒状導光体２２の第１端面２２ａとの間に配置された位相差層２５と、棒状導光体２２の第１端面２２ａと対向する第２端面２２ｂに対向して配置された反射層２６と、棒状導光体２２の第１端面２２ａと隣接する第３端面２２ｃに光を入射する発光素子２３と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状導光体と、
前記棒状導光体の長手方向と平行な第１端面と対向して配置され、第１偏光を透過し、前記第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光を反射する反射偏光層と、
前記反射偏光層と前記棒状導光体の第１端面との間に配置された位相差層と、
前記棒状導光体の第１端面と対向する第２端面に対向して配置された反射層と、
前記棒状導光体の第１端面と隣接する第３端面に光を入射する発光素子と、を備えている偏光光源。
【請求項２】
前記棒状導光体は、前記第１端面と前記第２端面との距離が前記第３端面に近い側から遠い側に向けて徐々に小さくなる楔形の導光体である請求項１に記載の偏光光源。
【請求項３】
前記棒状導光体は、前記第２端面に鋸歯状の凹凸形状が形成された鋸歯状導光体である請求項１に記載の偏光光源。
【請求項４】
前記反射偏光層において前記第２偏光が反射される光反射面と前記棒状導光体の第１端面との距離は、前記棒状導光体の第３端面に近い側から遠い側に向けて徐々に大きくなっている請求項２又は３に記載の偏光光源。
【請求項５】
前記反射偏光層において前記第２偏光が反射される光反射面と、前記反射層において前記棒状導光体から前記反射層に入射した光が反射される光反射面とは、互いに平行に配置されている請求項４に記載の偏光光源。
【請求項６】
前記反射偏光層を透過する前記第１偏光の透過方向と、前記反射偏光層で反射された前記第２偏光が、前記位相差層を透過し、前記反射層で反射され、再び前記位相差層を透過して前記反射偏光層を透過する際の透過方向と、が等しい請求項４又は５に記載の偏光光源。
【請求項７】
前記棒状導光体には、前記棒状導光体の内部を伝播する光を散乱する散乱体が分散されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の偏光光源。
【請求項８】
前記散乱体の密度は、前記棒状導光体の第３端面から遠ざかるほど小さくなっている請求項７に記載の偏光光源。
【請求項９】
前記反射偏光層で反射された前記第１偏光が、前記位相差層を透過して前記反射層で反射され、再び前記位相差層を透過して前記反射偏光層を透過する際の透過光量が最大となるように、前記位相差層の遅相軸と前記反射偏光層の透過軸とのなす角度と、前記位相差層のリタデーションと、が調整されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の偏光光源。
【請求項１０】
前記位相差層の遅相軸と前記反射偏光層の透過軸とのなす角度は４５°よりも小さい請求項９に記載の偏光光源。
【請求項１１】
前記位相差層の遅相軸と前記反射偏光層の透過軸とのなす角度は３６°以上４０°以下である請求項１０に記載の偏光光源。
【請求項１２】
前記発光素子を挟んで２つの前記棒状導光体が対向配置され、前記発光素子は、前記２つの棒状導光体に光を入射させる請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の偏光光源。
【請求項１３】
前記棒状導光体、前記反射偏光層、前記位相差層、前記反射層および前記発光素子を含む複数の光源ユニットを備えている請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の偏光光源。
【請求項１４】
前記反射偏光層から射出された前記第１偏光の進行方向を変更する光路変換部材を備えている請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の偏光光源。
【請求項１５】
前記光路変換部材は、前記反射偏光層を透過した第１偏光が入射する第１の端面と、前記第１の端面から入射した前記第１偏光を反射する第２の端面とを有し、
前記第１偏光は前記第１の端面に対してＰ偏光として入射する請求項１４に記載の偏光光源。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の偏光光源と、
前記偏光光源の第１端面と対向する端面を光入射面とし、前記光入射面と隣接する主面を光射出面とする導光体と、を備えている照明装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の照明装置と、
前記照明装置の導光体の光射出面から射出された光を変調する光変調素子と、を備えている表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光光源、照明装置および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導光体の端面から入射した無偏光の光を一方向の偏光に揃えて射出するエッジライト方式の照明装置として、特許文献１に記載の照明装置が知られている。特許文献１の照明装置は、偏光分離膜と位相差板（λ／４板）と反射板とを組み合わせた偏光変換素子を導光体の主面全体に設置し、導光体の主面から射出された無偏光の光を一方向の偏光に揃える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７２２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の照明装置では、偏光変換素子を導光体の主面全体に配置するので、偏光分離膜や位相差板などの光学部材を広い面積で使用する。そのため、部材のコストが上昇し、装置全体のコストアップにつながる。
【０００５】
本発明の目的は、偏光方向の揃った光を射出可能な安価な偏光光源、光源装置および表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の偏光光源は、棒状導光体と、前記棒状導光体の長手方向と平行な第１端面と対向して配置され、第１偏光を透過し、前記第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光を反射する反射偏光層と、前記反射偏光層と前記棒状導光体の第１端面との間に配置された位相差層と、前記棒状導光体の第１端面と対向する第２端面に対向して配置された反射層と、前記棒状導光体の第１端面と隣接する第３端面に光を入射する発光素子と、を備えている。
【０００７】
前記棒状導光体は、前記第１端面と前記第２端面との距離が前記第３端面に近い側から遠い側に向けて徐々に小さくなる楔形の導光体でもよい。
【０００８】
前記棒状導光体は、前記第２端面に鋸歯状の凹凸形状が形成された鋸歯状導光体でもよい。
【０００９】
前記反射偏光層において前記第２偏光が反射される光反射面と前記棒状導光体の第１端面との距離は、前記棒状導光体の第３端面に近い側から遠い側に向けて徐々に大きくなっていてもよい。
【００１０】
前記反射偏光層において前記第２偏光が反射される光反射面と、前記反射層において前記棒状導光体から前記反射層に入射した光が反射される光反射面とは、互いに平行に配置されていてもよい。
【００１１】
前記反射偏光層を透過する前記第１偏光の透過方向と、前記反射偏光層で反射された前記第２偏光が、前記位相差層を透過し、前記反射層で反射され、再び前記位相差層を透過して前記反射偏光層を透過する際の透過方向と、が等しくてもよい。
【００１２】
前記棒状導光体には、前記棒状導光体の内部を伝播する光を散乱する散乱体が分散されていてもよい。
【００１３】
前記散乱体の密度は、前記棒状導光体の第３端面から遠ざかるほど小さくなっていてもよい。
【００１４】
前記反射偏光層で反射された前記第１偏光が、前記位相差層を透過して前記反射層で反射され、再び前記位相差層を透過して前記反射偏光層を透過する際の透過光量が最大となるように、前記位相差層の遅相軸と前記反射偏光層の透過軸とのなす角度と、前記位相差層のリタデーションと、が調整されていてもよい。
【００１５】
前記位相差層の遅相軸と前記反射偏光層の透過軸とのなす角度は４５°よりも小さくてもよい。
【００１６】
前記位相差層の遅相軸と前記反射偏光層の透過軸とのなす角度は３６°以上４０°以下であってもよい。
【００１７】
前記発光素子を挟んで２つの前記棒状導光体が対向配置され、前記発光素子は、前記２つの棒状導光体に光を入射させてもよい。
【００１８】
前記棒状導光体、前記反射偏光層、前記位相差層、前記反射層および前記発光素子を含む複数の光源ユニットを備えていてもよい。
【００１９】
前記反射偏光層から射出された前記第１偏光の進行方向を変更する光路変換部材を備えていてもよい。
【００２０】
前記光路変換部材は、前記反射偏光層を透過した第１偏光が入射する第１の端面と、前記第１の端面から入射した前記第１偏光を反射する第２の端面とを有し、前記第１偏光は前記第１の端面に対してＰ偏光として入射してもよい。
【００２１】
本発明の照明装置は、本発明の偏光光源と、前記偏光光源の第１端面と対向する端面を光入射面とし、前記光入射面と隣接する主面を光射出面とする導光体と、を備えている。
【００２２】
本発明の表示装置は、本発明の照明装置と、前記照明装置の導光体の光射出面から射出された光を変調する光変調素子と、を備えている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、偏光方向の揃った光を射出可能な安価な偏光光源、光源装置および表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態の表示装置の斜視図である。
【図２】光源ユニットの概略図である。
【図３】反射偏光層を透過する光の透過方向と透過光量との関係を示すシミュレーション結果である。
【図４】位相差層のリタデーションおよび遅相軸の方向と、反射偏光層を透過する光の光量との関係を示すシミュレーション結果である。
【図５】位相差層のリタデーションおよび遅相軸の方向と、反射偏光層を透過する光の光量との関係を示すシミュレーション結果である。
【図６】位相差層のリタデーションおよび遅相軸の方向と、反射偏光層を透過する光の光量との関係を示すシミュレーション結果である。
【図７】第２実施形態の光源ユニットの概略図である。
【図８】第３実施形態の光源ユニットの概略図である。
【図９】第４実施形態の光源ユニットの概略図である。
【図１０】第５実施形態の光源ユニットの概略図である。
【図１１】第６実施形態の光源ユニットの概略図である。
【図１２】第７実施形態の照明装置の斜視図である。
【図１３】光源ユニットの変形形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の表示装置１の斜視図である。
【００２６】
表示装置１は、照明装置３と、照明装置３の導光体１０の光射出面１０ｂから射出された光を変調する光変調素子２と、を備えている。
【００２７】
光変調素子２は、例えば、第１基板３１と、第１基板３１と対向配置された第２基板３２と、第１基板３１と第２基板３２との間に挟持された液晶層３３と、第２基板３２の光射出面に貼合された偏光板３４と、を備えたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。光変調素子２には、カラーフィルターや、液晶層３３の配向を制御するための各種配線および電極などが必要に応じて付設されるが、図１ではそれらの図示は省略している。
【００２８】
照明装置３は、導光体１０と、導光体１０の光入射面１０ａに直線偏光を入射させる偏光光源２０と、を備えている。
【００２９】
導光体１０は、ＸＺ平面と平行な端面を光入射面１０ａ、ＸＹ平面と平行な主面を光射出面１０ｂとする透明な板状部材である。導光体１０の光射出面１０ｂと対向する主面には、Ｘ方向に延びる溝１１がＹ方向に沿って複数本形成されている。導光体１０の内部をＹ方向に伝播する光は、溝１０の表面で全反射し、光射出面１０ｂから光変調素子２に向けて射出される。
【００３０】
導光体１０は、内部を伝播する光の偏光特性が損なわれないように、低複屈折性を有する光透過性の樹脂材料で構成されている。「低複屈折性を有する」とは、例えば、光が光入射面１０ａから入射し、Ｙ方向に伝播して、光入射面１０ａから最も遠い端部に至るまでに受けるリタデーションが光の波長の１／４以下であることを言う。低複屈折性を有する樹脂材料は、例えば、正の複屈折物質と負の複屈折物質との混合体、もしくは正の複屈折物質と負の複屈折物質との共重合体で構成される。
【００３１】
偏光光源２０は、導光体１０の光入射面１０ａに沿って配列された複数の光源ユニット２１と、複数の光源ユニット２１から射出された光の進行方向を変更して導光体１０の光入射面１０ａに入射させる光路変換部材２８と、を備えている。
【００３２】
光源ユニット２１は、発光素子２３から射出された無偏光の光を一偏光に変換して導光体１０の光入射面１０ａに向けて斜めに射出する光源装置である。光路変換部材２８は、例えば、光源ユニット２１から斜めに射出された光を屈折させて導光体１０の光入射面１０ａに対して垂直に入射させる複数のプリズム素子２７からなるプリズムアレイである。光路変換部材２８は、屈折により光の進行方向を変更するものに限らず、回折などの他の光学作用によって光の進行方向を変更するものでもよい。
【００３３】
図２は、光源ユニット２１の概略図である。
【００３４】
光源ユニット２１は、導光体の光入射面に沿って配置された棒状導光体２２と、棒状導光体２２の長手方向（Ｘ方向）と平行な第１端面２２ａと対向して配置され、第１偏光（例えばＰ偏光）Ｌ１を透過し、第１偏光Ｌ１と偏光方向が直交する第２偏光（例えばＳ偏光）Ｌ２を反射する反射偏光層２４と、反射偏光層２４と棒状導光体２２の第１端面２２ａとの間に配置された位相差層２５と、棒状導光体２２の第１端面２２ａと対向する第２端面２２ｂに対向して配置された反射層２６と、棒状導光体２２の第１端面２２ａと隣接する第３端面２２ｃに光を入射する発光素子２３と、を備えている。
【００３５】
棒状導光体２２は、ＹＺ平面と平行な第３端面２２ｃを光入射面、ＸＺ平面と平行な第２端面２２ｂを光射出面とするＸ方向に長手の透明な棒状部材である。棒状導光体２２は、第３端面２２ｃに近い側から遠い側に向けてＹ方向の幅が徐々に小さくなる楔形の形状を有している。図２の例では、第３端面２２ｃと対向する端部を尖らせたＺ方向から見て直角三角形の形状をなす楔形導光体が用いられているが、第３端面２２ｃと対向する端部を尖らせない台形形状の楔形導光体、または、第３端面２２ｃに近い側から遠い側に向けてＹ方向の幅が一定である四角柱状の導光体が用いられてもよい。棒状導光体２２の第２端面２２ｂには、アルミニウムなどの高反射率の反射層２６が対向して設けられている。反射層２６は、第２端面２２ｂに直接接触して対向配置されていてもよく、第２端面２２ｂと空気層を挟んで対向配置されていてもよい。
【００３６】
棒状導光体２２は、内部を伝播する光の偏光特性が損なわれないように、低複屈折性を有する光透過性の樹脂材料で構成されている。「低複屈折性を有する」とは、例えば、光が第３端面２２ｃから入射し、Ｘ方向に伝播して、第３端面２２ｃから最も遠い端部に至るまでに受けるリタデーションが光の波長の１／４以下であることを言う。低複屈折性を有する樹脂材料は、例えば、正の複屈折物質と負の複屈折物質との混合体、もしくは正の複屈折物質と負の複屈折物質との共重合体で構成される。
【００３７】
反射偏光層２４としては、例えば、ＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film；３Ｍ社製）が用いられる。反射偏光層２４は、棒状導光体２２の第１端面２２ａに対して傾斜して配置されている。反射偏光層２４と棒状導光体２２の第１端面２２ａとの距離は、棒状導光体２２の第３端面２２ｃに近い側から遠い側に向けて徐々に大きくなっている。この場合、反射偏光層２４を透過する第１偏光Ｌ１の透過方向と、反射偏光層２４で反射された第２偏光Ｌ２が位相差層２５及び反射層２６によって偏光変換され、第１偏光Ｌ５として反射偏光層２４を透過する際の第１偏光Ｌ５の透過方向と、が概ね等しくなる。よって、反射偏光層２４から射出される第１偏光Ｌ１，Ｌ５の指向性が高まる。
【００３８】
反射偏光層２４は、棒状導光体２２の第１端面２２ａと平行に配置されていてもよい。しかし、その場合には、棒状導光体２２の第２端面２２ｂは第１端面２２ａに対して斜めに傾いて配置されているため、棒状導光体２２の内部をＸ方向に光が伝播していく間に、第１端面２２ａから射出される光の角度が第３端面２２ｃから遠ざかるにつれて大きくなってしまう。そのため、第１端面２２ａから射出される光の角度が第１端面２２ａ全体で均一になるように、反射偏光層２４を第１端面２２ａに対して傾けて配置することが好ましい。
【００３９】
本実施形態の場合、反射偏光層２４において第２偏光Ｌ２が反射される光反射面２４ａと、反射層２６において棒状導光体２２から反射層２６に入射した光が反射される光反射面２６ａとは、互いに平行に配置されている。これにより、反射偏光層２４を透過する第１偏光Ｌ１の透過方向と、反射偏光層２４で反射された第２偏光Ｌ２が位相差層２５及び反射層２６によって偏光変換され、第１偏光Ｌ５として反射偏光層２４を透過する際の第１偏光Ｌ５の透過方向と、が概ね等しくなる。
【００４０】
位相差層２５は、入射した第２偏光Ｌ２に対してπ／２の位相差（１／４波長分の位相差）を生じさせる位相差層である。位相差層２５は、棒状導光体２２の第１端面２２ａと平行に配置されている。反射偏光層２４で反射された第２偏光Ｌ２は、位相差層２５で円偏光Ｌ３に変換され、反射層２６で反射されて回転方向の異なる円偏光Ｌ４となった後、位相差層２５で第２偏光Ｌ２と偏光方向が直交する第１偏光Ｌ５に変換され、反射偏光層２４を透過する。
【００４１】
位相差層２５には、第２偏光Ｌ２および円偏光Ｌ４が斜めに入射する。そのため、位相差層２５の遅相軸がＹ方向から見て反射偏光層２４の透過軸と４５°をなすように配置されていると、第２偏光Ｌ２から第１偏光Ｌ５への偏光変換が十分に行われない。そのため、位相差層２５の遅相軸は、Ｙ方向から見て反射偏光層２４の透過軸と４５°よりも小さい角度をなすように配置されている。これにより、第２偏光Ｌ２から第１偏光Ｌ５への偏光変換が十分に行われるようになり、第１偏光Ｌ５が反射偏光層２４を透過する際の光の透過量が最大化される。
【００４２】
発光素子２３としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの固体光源が用いられる。発光素子２３は、偏光方向がランダムな無偏光の光Ｌ０を棒状導光体２２の第３端面２２ｃに向けて射出する。発光素子２３から射出された無偏光の光Ｌ０は、位相差層２５、反射偏光層２４および反射層２６によって一方向の偏光（第１偏光）に揃えられて反射偏光層２４から射出される。反射偏光層２４から射出された第１偏光Ｌ１，Ｌ５は、プリズム素子２７の第１の端面２７ａに入射し、プリズム素子２７の第２の端面２７ｂで反射することにより、進行方向がＹ方向に変換される。
【００４３】
本実施形態の場合、第１偏光Ｌ１，Ｌ５は、ＸＹ平面と平行な面内に振動方向を有する偏光であり、第２偏光Ｌ２は、第１偏光と直交する振動方向を有する偏光である。第１偏光Ｌ１，Ｌ２は、プリズム素子２７のＹＺ平面と平行な第１の端面２７ａにＰ偏光として入射する。Ｐ偏光はＳ偏光に比べて界面反射によるロス（フレネル損失）が少ないため、第１の端面２７ａに対して第１偏光Ｌ１，Ｌ５をＰ偏光として入射させることで、光のロスの少ない照明装置３が提供される。
【００４４】
図３（ａ）は、反射偏光層を透過する光の透過方向と透過光量との関係を示すシミュレーション結果である。図３（ｂ）は、図３（ａ）においてψ＝１８０°としたときの光の透過方向と透過光量との関係を示すシミュレーション結果である。なお、図３（ａ）および図３（ｂ）のθとψは、図３（ｃ）における極座標の仰角と方位角をそれぞれ示す。図３（ｃ）のＸ′軸は、図２に示すＸ軸を反射偏光層２４と平行な平面に投影した軸である。
【００４５】
図３（ａ）に示すように、反射偏光層を透過する光は、仰角θが１２０°ないし１８０°、方位角ψが１００°ないし２６０°の方向に指向性を持った光である。図３（ｂ）に示すように、仰角θが１６０°、方位角ψが１８０°のときに透過光量が最も大きくなる。方位角ψが１８０°の方向から見たときの仰角方向の透過光量の半値幅は２２°であり、高い指向性を持った光が反射偏光層から射出されていることがわかる。
【００４６】
反射偏光層から射出される光が指向性をもつ理由は次のとおりである。すなわち、図２において、棒状導光体２２の内部を伝播する光は、棒状導光体２２の第１端面２２ａへの入射角が臨界角よりも大きい間は棒状導光体２２の内部に閉じ込められ、第１端面２２ａへの入射角が臨界角よりも小さくなった時点で第１端面２２ａから順次射出される。よって、ＸＹ平面内で見たとき、発光素子２３から射出された光は棒状導光体２２に入射した時点では指向性を持たないが、棒状導光体２２から射出する時点では高い指向性を有する光となる
【００４７】
反射偏光層２４を透過した光は、図１に示した導光体１０の光入射面１０ａに対して大きな角度で入射する。そのため、図１に示すように、偏光光源２０においては、反射偏光層２４と導光体１０の光入射面１０ａとの間に光路変換部材２８が設置され、反射偏光層２４から射出された光が導光体１０の光入射面１０ａに対して概ね垂直に入射するように、光の進行方向が変換されている。
【００４８】
図４ないし図６は、位相差層のリタデーションを１３０ｎｍから１６０ｎｍまで変化させながら、位相差層の遅相軸と反射偏光層の透過軸とのなす角度φを３５°から４２°まで変化させたときに、反射偏光層から方位角ψ＝１８０°および仰角θの方向に射出される光（波長：５５０ｎｍ）の光量がどのように変化するかを示したシミュレーション結果を示す図である。
【００４９】
なお、「位相差層の遅相軸と反射偏光層の透過軸とのなす角度φ」とは、Ｙ方向から見たときの位相差層の遅相軸と反射偏光層の透過軸とのなす角度（すなわち、反射偏光層の透過軸を位相差層上に投影したときの、投影後の反射偏光層の透過軸と位相差層の遅相軸とのなす角度）を意味する。
【００５０】
また、位相差層のリタデーションは、位相差層の厚みｄと位相差層の複屈折Δｎとの積で表される。シミュレーションにおいては、位相差層の面方向の主屈折率をｎｘおよびｎｙ、位相差層の光軸方向（Ｚ方向）の主屈折率をｎｚとし、Δｎ＝ｎｘ−ｎｚ＝０．００１、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚとして計算を行っている。リタデーションΔｎ・ｄを変化させる場合には、位相差層の厚みｄを変化させる。
【００５１】
図４に示すように、仰角θが１６０°の場合には、角度φが３８°、リタデーションΔｎ・ｄが１４２ｎｍのときに、反射偏光層を透過する光の光量が最大になる。図５に示すように、仰角θが１６５°の場合には、角度φが３９°、リタデーションΔｎ・ｄが１４１ｎｍのときに、反射偏光層を透過する光の光量が最大になる。図６に示すように、仰角θが１５５°の場合には、角度φが３７°、リタデーションΔｎ・ｄが１４３ｎｍのときに、反射偏光層を透過する光の光量が最大になる。
【００５２】
上記のシミュレーション結果は、仰角θを１５５°、１６０°、１６５°としたときのシミュレーション結果である。実際には、図３に示すように、仰角θの範囲は１５５°から１６５°の範囲よりも広いので、角度φは上記の範囲（３７°以上３９°以下）よりも若干広い範囲で最適化できる。例えば、角度φが３６°以上４０°以下の範囲であれば、反射偏光層から射出される光の光量を概ね最大にすることができる。
【００５３】
位相差層に光が垂直に入射する場合には、角度φが４５°、リタデーションΔｎ・ｄが１４０ｎｍのときに、反射偏光層を透過する光の光量が最大になる。本実施形態の偏光光源では、位相差層に対して斜めに光が入射するため、その最適条件が異なるものとなっている。最適条件は、反射偏光層を透過する光の透過方向（仰角θ）にもよるが、角度φが４５°よりも小さく、リタデーションΔｎ・ｄが光の波長の１／４よりも大きいときに最適条件となる。
【００５４】
以上説明した本実施形態の表示装置１においては、導光体１０の光入射面１０ａに、発光素子２３から射出された無偏光の光を一偏光に変換して射出する偏光光源２０が設置されている。偏光光源２０は、導光体１０の光入射面１０ａに沿って反射偏光層２４、位相差層２５および反射層２６を配置して形成されているので、これらの光学部材の配置面積が小さくコストも小さい。よって、偏光方向の揃った光を射出可能な安価な偏光光源２０および照明装置３を提供することができる。このような偏光光源２０および照明装置３を備えた表示装置１は、光変調素子２に入射する光の偏光方向が一方向に揃っているため、光変調素子２の光入射側の偏光板を省略することができる。よって、部材点数の少ない、安価な表示装置が提供される。
【００５５】
なお、本実施形態では、光変調素子２の光入射側の偏光板を省略したが、光変調素子２の光入射側に偏光板を配置し、液晶層に入射する光の偏光度を高めるようにしてもよい。
【００５６】
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の光源ユニット４０の概略図である。光源ユニット４０において第１実施形態の光源ユニット２１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５７】
第１実施形態の光源ユニット２１では、棒状導光体２２として、Ｚ方向から見た形状が直角三角形である楔形導光体が用いられていた。これに対して、本実施形態の光源ユニット４０では、棒状導光体４１として、第２端面４１ｂに鋸歯状の凹凸形状が形成された鋸歯状導光体が用いられている。棒状導光体４１は、第１実施形態の楔形導光体と相似形をなす複数の小型の楔形導光体をＸ方向に繋げたような形状を有する。反射層２６は、鋸歯状に形成された凹凸の斜面に対向して設けられている。
【００５８】
この構成によれば、棒状導光体４１のＹ方向の幅を小さくすることができるので、小型の偏光光源、照明装置および表示装置を提供することができる。
【００５９】
［第３実施形態］
図８は、第３実施形態の光源ユニット４２の概略図である。光源ユニット４２において第１実施形態の光源ユニット２１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６０】
第１実施形態の光源ユニット２１では、１つの光源ユニット内に、棒状導光体２２、発光素子２３および反射層２６が１つずつ設けられていた。これに対して、本実施形態の光源ユニット４２では、１つの光源ユニット内に、棒状導光体４３、発光素子４４および反射層４５を１組とする単位構造体がＸ方向に複数設けられている。棒状導光体４３は、第１実施形態の棒状導光体２２と相似形をなす小型の楔形導光体である。発光素子４４は、第１実施形態の発光素子２３と同様にＬＥＤなどの固体光源が用いられる。反射層４５は、棒状導光体４３の斜面に対向して設けられている。
【００６１】
この構成によれば、棒状導光体４３のＹ方向の幅を小さくすることができるので、小型の偏光光源、照明装置および表示装置を提供することができる。
【００６２】
［第４実施形態］
図９は、第４実施形態の光源ユニット４６の概略図である。光源ユニット４６において第３実施形態の光源ユニット４２と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６３】
第３実施形態の光源ユニット４２では、棒状導光体４３と発光素子４４とが１対１に対応していた。これに対して、本実施形態の光源ユニット４６では、１つの発光素子４８を挟んで２つの棒状導光体４７が対向配置され、１つの発光素子４８が、２つの棒状導光体４８に光を入射させる構成となっている。１つの光源ユニット内には、発光素子４８、一対の棒状導光体４７および一対の反射層４５を１組とする単位構造体がＸ方向に複数設けられている。
【００６４】
一対の棒状導光体４７は、互いの光入射面（第３端面）が向かい合うように、発光素子４８を通るＹ軸と平行な線に対して線対称に配置されている。この場合、一対の棒状導光体４７から射出される光の方向は互いに逆方向となる。そのため、反射偏光層５０は、棒状導光体４７の光射出面（第１端面）に対して傾斜させず、位相差層２５と同様に、棒状導光体４７の光射出面と平行となるように配置される。この場合、反射偏光層５０から射出される光の指向性は若干低下するが、棒状導光体４７が小型であり、棒状導光体４７の内部を伝播する光の伝播距離が小さくなる（光が反射層４９で反射される回数が少なくなる）ため、指向性の低下はそれほど大きくならない。
【００６５】
この構成によれば、第３実施形態の構成に比べて発光素子４８の数を少なくすることができるため、安価な偏光光源、照明装置および表示装置を提供することができる。
【００６６】
［第５実施形態］
図１０は、第５実施形態の光源ユニット５１の概略図である。光源ユニット５１において第１実施形態の光源ユニット２１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６７】
第１実施形態の光源ユニット２１では、棒状導光体２２として、Ｚ方向から見た形状が直角三角形である楔形導光体が用いられていた。これに対して、本実施形態の光源ユニット５１では、棒状導光体５２として、Ｚ方向から見た形状が長方形である四角柱状導光体が用いられている。棒状導光体５２は、ＹＺ平面と平行な第３端面５２ｃを光入射面、ＸＺ平面と平行な第２端面５２ｂを光射出面とするＸ方向に長手の透明な棒状部材である。発光素子５３は、棒状導光体５２の第３端面５２ｃに無偏光の光を入射させる。棒状導光体５２の第１端面５２ａと対向する第２端面５２ｂには反射層５６が対向して設けられている。
【００６８】
四角柱状の棒状導光体５２では、楔形導光体を用いた場合と異なり、第１端面５２ａから射出される光の角度が第３端面２２ｃから遠ざかるにつれて大きくなることはない。そのため、反射偏光層５４は、位相差層５５と同様に、棒状導光体５２の第１端面５２ａと平行となるように配置される。
【００６９】
棒状導光体５２の第１端面５２ａの近傍には、棒状導光体５２の内部を伝播し第１端面５２ａに向けて進行する光を散乱させる散乱体５７が分散されている。散乱体５７としては、光の波長（例えば５６０ｎｍ）よりも大きい粒径の散乱体が用いられる。例えば、直径が１μｍ〜１０μｍのシリコン系樹脂粉体（東芝シリコン製、トスパール１２０）が好適である。散乱体５７の密度は第１端面５２ａ全体で概ね均一である。
【００７０】
散乱体５７の粒径が光の波長よりも大きくなると、ミー散乱が生じやすくなる。ミー散乱では、散乱体の粒径が大きくなるほど、前方散乱が生じやすくなり、側方および後方への散乱は生じにくくなる。散乱体５７を棒状導光体５２の第１端面５２ａの近傍に設けることにより、棒状導光体５２の内部を伝播した光を第１端面５２ａから取り出しやすくなる。粒径が１μｍ〜１０μｍの散乱体５７では、散乱能が弱いため、棒状導光体５２の内部を伝播する光の偏光特性が損なわれる惧れは少ない。また、導光している光は散乱することで角度が変化し、臨界角を破ったある範囲の光のみが第１端面５２ａから射出されるので、第１端面５２ａから射出される光の指向性が大きく損なわれることもない。
【００７１】
この構成によれば、棒状導光体５２の第１端面５２ａ近傍に、弱散乱を生じる散乱体５７が含有されているため、第１端面５２ａから射出される光の光量を第１端面５２ａ全体で均一化することができる。
【００７２】
［第６実施形態］
図１１は、第６実施形態の光源ユニット５８の概略図である。光源ユニット５８において第１実施形態の光源ユニット２１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７３】
光源ユニット５８において第１実施形態の光源ユニット２１と異なる点は、棒状導光体２２の内部に散乱体５９が含有されている点である。散乱体５９の機能及び材料などは第５実施形態で説明した散乱体５７と同じである。第５実施形態の散乱体５７は、棒状導光体の第１端面近傍に選択的に配置され、散乱体５７の密度は第１端面全体で概ね均一となっていたが、本実施形態の散乱体５９は、棒状導光体２２の短手方向（Ｙ方向）全体に配置され、散乱体５９の密度は第３端面２２ｃから遠ざかるほど小さくなっている。図１１では、短手方向の散乱体５９の密度は均一となっているが、第１端面２２ａに近付くにつれて散乱体５９の密度が大きくなるように、短手方向に密度勾配を持たせてもよい。
【００７４】
楔形の棒状導光体２２では、第３端面２２ｃから遠ざかるほど第１端面２２ａに対する光の入射角は小さくなる。そのため、第３端面２２ｃから遠ざかるほど第１端面２２ａから射出される光の光量が大きくなる。そのため、第３端面２２ｃから遠い側で散乱体５９の密度を小さくし、第３端面２２ｃに近い側で散乱体５９の密度を多くすれば、第１端面２２ａから射出される光の光量は均一化される。
【００７５】
この構成によれば、光の伝播方向（Ｘ方向）に沿って楔形棒状導光体２２の内部の散乱体５９の密度を変化させているので、第１端面２２ａから射出される光の光量を第１端面２２ａ全体で均一化することができる。
【００７６】
［第７実施形態］
図１２は、第７実施形態の照明装置４の斜視図である。照明装置４において第１実施形態の照明装置３と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７７】
照明装置４において第１実施形態の照明装置３と異なる点は、導光体６０として、偏光光源７０が設けられた端面（光入射面６０ａ）に近い側から遠い側に向けて厚みが徐々に薄くなる楔形の導光体が用いられている点と、偏光光源７０が図１の１つの光源ユニット２１を大型化した単一の光源ユニットによって構成されている点である。
【００７８】
図１２の例では、導光体６０として、光入射面と対向する端部を尖らせたＸ方向から見て直角三角形の形状をなす楔形導光体が用いられているが、光入射面と対向する端部を尖らせない台形形状の楔形導光体が用いられてもよい。
【００７９】
偏光光源７０は、導光体６０の光入射面６０ａに沿って配置された棒状導光体７２と、棒状導光体７２の長手方向（Ｘ方向）と平行な第１端面７２ａに設けられ、第１偏光（例えばＰ偏光）を透過し、第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光（例えばＳ偏光）を反射する反射偏光層７４と、反射偏光層７４と棒状導光体７２の第１端面７２ａとの間に配置された位相差層７５と、棒状導光体７２の第１端面７２ａと対向する第２端面７２ｂに対向して配置された反射層７６と、棒状導光体７２の第１端面７２ａと隣接する第３端面７２ｃに光を入射する発光素子７３と、反射偏光層２８から導光体６０の光入射面６０ａに向けて斜めに射出された直線偏光を導光体６０の光入射面６０ａに対して垂直に入射させる複数のプリズム素子２７からなる光路変換部材２８と、を備えている。
【００８０】
棒状導光体７２、反射偏光層７４、位相差層７５、反射層７６および光源７３の配置や機能は、第１実施形態の棒状導光体２２、反射偏光層２４、位相差層２５、反射層２６および光源２３の配置や機能と同じであり、異なるのはサイズのみである。
【００８１】
この構成では、偏光光源７０が１つの光源ユニットによって構成されているので、部品点数が少ない。そのため、安価な偏光光源７０、照明装置４および表示装置を提供することができる。
【００８２】
［変形形態］
図１等では、真っ直ぐな反射偏光層２４を棒状導光体２２の第１端面２２ａに対して傾斜して配置したが、反射偏光層２４の構成はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、鋸歯状に屈曲した反射偏光層８０を棒状導光体２２の第１端面２２ａに対して対向配置してもよい。図１３の反射偏光層８０は、棒状導光体２２の第１端面２２ａに対して傾斜した傾斜面８１ａを有し、該傾斜面８１ａが光反射面となって第２偏光Ｌ２が反射される。傾斜面８１ａは、例えば、反射層２６の光反射面２６ａと平行である。この光源ユニット８５によれば、反射偏光層８０の設置スペースを小さくすることができるので、省スペースな光源ユニット８５が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、偏光光源、照明装置および表示装置の分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１…表示装置、２…光変調素子、３…照明装置、４…照明装置、１０…導光体、１０ａ…光入射面、１０ｂ…光射出面、２０…偏光光源、２１…光源ユニット、２２…棒状導光体、２２ａ…第１端面、２２ｂ…第２端面、２２ｃ…第３端面、２３…発光素子、２４…反射偏光層、２４ａ…光反射面、２５…位相差層、２６…反射層、２６ａ…光反射面、２７ａ…第１の端面、２７ｂ…第２の端面、２８…光路変換部材、４０…光源ユニット、４１…棒状導光体、４１ｂ…第２端面、４２…光源ユニット、４３…棒状導光体、４４…発光素子、４５…反射層、４６…光源ユニット、４７…棒状導光体、４８…発光素子、４９…反射層、５０…反射偏光層、５１…光源ユニット、５２…棒状導光体、５３…発光素子、５４…反射偏光層、５５…位相差層、５６…反射層、５７…散乱体、５８…光源ユニット、５９…散乱体、６０…導光体、７０…偏光光源、７２…棒状導光体、７２ａ…第１端面、７２ｂ…第２端面、７２ｃ…第３端面、７３…発光素子、７４…反射偏光層、７５…位相差層、７６…反射層、８０…反射偏光層、８１ａ…傾斜面（光反射面）、８５…光源ユニット、Ｌ１…第１偏光、Ｌ２…第２偏光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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