(57)【要約】【課題】  導光板から出射された光の利用効率が高い半透過反射シートを提供する。【解決手段】  半透過反射シート１９の下面は平坦な光入射面４７となっており、光入射面４７と反対側の面には、光反射領域４３ａと光透過領域４３ｂが設けられている。光透過領域４３ｂは、光入射面４７と平行な平坦面となっている。光反射領域４３ａは、断面が直角二等辺三角形状となった凸状パターン４２によって構成されている。光入射面４７から光透過領域４３ｂに入射した光４１の一部は、半透過反射シート１９を透過して光入射面４７と反対側の面から出射する。光入射面４７から入射した光４１の残りの一部は、凸状パターン４２を成す反射壁４４、４５によって２回全反射する。反射壁４４、４５で反射した光は、元の入射方向とほぼ平行に、入射光と逆向きに出射される。【選択図】      図９
2006085954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面を光入射面とする透明基板の、当該光入射面と対向する面に、少なくとも２つの傾斜した反射壁を有する凸状パターンを相互に間隙をあけて複数形成し、
前記透明基板に入射した光の一部を、前記凸状パターンの各反射壁で全反射させることによって入射方向と平行な方向へ向けて光入射面から出射させると共に、前記透明基板に入射した光の残りの一部を、前記反射壁を形成していない領域を透過させることによって光入射面と対向する面から出射させるようにした光学シート。
【請求項２】
前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凸状パターンの断面形状は、前記凸状パターンを構成する２つの反射面が略９０度の角度をなす二等辺三角形であることを特徴とする、請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凸状パターンの断面形状は、前記反射壁の傾斜角が略４５度の等脚台形であることを特徴とする、請求項１に記載の光学シート。
【請求項４】
前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凸状パターンの断面形状は、前記光入射面から最も遠い位置にある頂点の頂角が略９０度であり、当該頂点を挟む２辺の、前記光入射面への射影長がほぼ等しい四角形であることを特徴とする、請求項１に記載の光学シート。
【請求項５】
前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凸状パターンの断面形状は、中央部で窪んだ略Ｗ字状の五角形であり、当該凸状パターンの光入射面から遠い側へ向けて突出している２つの頂点の頂角がいずれも９０度であり、これらの頂点を挟む２辺の、前記光入射面への射影長がいずれもほぼ等しいことを特徴とする、請求項１に記載の光学シート。
【請求項６】
一方の面を光入射面とする透明基板の、当該光入射面と対向する面に、少なくとも２つの傾斜した反射壁を有する凹状パターンを相互に間隙をあけて複数形成し、
前記透明基板に入射した光の一部を、前記凹状パターン間の反射壁で全反射させることによって入射方向と平行な方向へ向けて光入射面から出射させると共に、前記透明基板に入射した光の残りの一部を、前記反射壁を形成していない領域を透過させることによって光入射面と対向する面から出射させるようにした光学シート。
【請求項７】
前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凹状パターンの断面形状は、前記凹状パターンを構成する２つの反射壁が略９０度の角度をなす二等辺三角形のＶ溝状であることを特徴とする、請求項６に記載の光学シート。
【請求項８】
前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凹状パターンの断面形状は、前記反射壁の傾斜角が略４５度の等脚台形の凹溝状であることを特徴とする、請求項６に記載の光学シート。
【請求項９】
一方の面を光入射面とする透明基板の、当該光入射面と対向する面に、少なくとも３つの傾斜した反射壁を有する凹状及び凸状をした凹凸パターンを相互に間隙をあけて複数形成し、
前記透明基板に入射した光の一部を、前記凹凸パターン間の反射壁で全反射させることによって入射方向と平行な方向へ向けて光入射面から出射させると共に、前記透明基板に入射した光の残りの一部を、前記反射壁を形成していない領域を透過させることによって光入射面と対向する面から出射させるようにした光学シート。
【請求項１０】
前記透明基板の光入射面及び光入射面に対向する面のうち、前記反射壁でない面の少なくとも一部に光拡散面を形成したことを特徴とする、請求項１、６又は９に記載の光学シート。
【請求項１１】
光源と、当該光源から入射した光を面状に広げて光出射面から出射させる導光板とからなる面光源装置において、
請求項１乃至１０に記載の光学シートを、その光入射面を前記導光板に向けて前記導光板の光出射面側に配置することにより、前記導光板の光出射面側及び光出射面と反対側へ光を出射させるようにしたことを特徴とする面光源装置。
【請求項１２】
光源と、当該光源から入射した光を面状に広げて光出射面から出射させる導光板とからなる面光源装置において、
前記導光板の光出射面側に偏光選択反射シートを配置し、請求項１乃至１０に記載の光学シートを、その光入射面を前記導光板に向けて前記導光板の光出射面と反対側に配置することにより、前記導光板の光出射面側及び光出射面と反対側へ光を出射させるようにしたことを特徴とする面光源装置。
【請求項１３】
光源と、当該光源から入射した光を面状に広げて光出射面から出射させる導光板とからなる面光源装置において、
前記導光板の光出射面側に偏光選択反射シートを配置し、請求項４又は５に記載の光学シートを、その光入射面を前記導光板に向けて前記導光板の光出射面と反対側に配置することにより、前記導光板の光出射面側及び光出射面と反対側へ光を出射させるようにすると共に、
前記導光板の光出射面と対向する面から出射された光を、前記光学シートの凸状パターンによって反射又は屈折させることにより、光学シートの凸状パターンを形成していない領域を透過する光と同じ向きに偏向させ、前記光学シートの光入射面と対向する面から光を出射させるようにしたことを特徴とする面光源装置。
【請求項１４】
請求項１２、又は１３に記載の面光源装置において、
前記光学シートの凸状、凹状又は凹凸パターンは、当該光学シートの光入射面側から見て直線状に形成されており、当該凸状、凹状又は凹凸パターンが直線状に延びている方向と前記偏光選択反射シートの偏光軸方向とが略４５度の角度をなしていることを特徴とする面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学シート及び面光源装置に係るものである。すなわち、入射した光のうち一部の光を透過させ、一部の光を反射させる光学シートに関する。また、当該光学シートを用いた面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来例による両面画像表示装置７の構造を示す概略断面図である。この両面画像表示装置７にあっては、光源１と導光板２からなる面光源装置３の一方の面に、拡散光を集光するための集光シート５とサイズの大きな第１の液晶パネル４ａを対向させて順次配置している。面光源装置３の他方の面には、半透過反射シート６とサイズの小さな第２の液晶パネル４ｂを対向させて配置している。
【０００３】
ここで用いられている半透過反射シート６は、入射した光の一部を反射させ、残りの光を透過させるものであって、例えば図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すような構造のものが従来より知られている（特許文献１）。
【０００４】
図２（ａ）に示すものは半透過反射シート６の一従来例であって、ガラス又はプラスチック等の透明な基材８の一方の面に、金属薄膜や白色塗料からなる光反射用の反射膜１０が部分的に形成されている。半透過反射シート６のうち反射膜１０を形成された領域は光反射領域１３となっており、反射膜１０が形成されておらず透明な基材８が露出している領域が光透過領域１４となっている。従って、反射膜１０側から半透過反射シート６に光が入射すると、その入射光のうち光反射領域１３に到達した光は、反射膜１０で反射されて入射してきた方向へ戻り、また、光透過領域１４に到達した光は、透明な基材８を透過して入射面と反対側の面から入射方向と同じ向きに出射される。
【０００５】
図２（ｂ）に示すものは半透過反射シート６の別な従来例であって、不透明な基材８の一方の面に金属薄膜や白色塗料などからなる光反射用の反射膜１０が部分的に形成されており、基材８の上に反射膜１０を形成された領域が光反射領域１３となっている。また、基材８の反射膜１０を形成されていない領域には貫通穴９が打ち抜かれており、この貫通穴９を打ち抜かれた領域が光透過領域１４となっている。従って、この反射膜１０の設けられている側から半透過反射シート６に入射した光のうち、光反射領域１３に到達した光は、反射膜１０で反射されて入射してきた方向へ戻り、また、光透過領域１４に到達した光は、貫通穴９を透過して入射面と反対側の面から入射方向と同じ向きに出射される。
【０００６】
図２（ｃ）に示すものは半透過反射シート６のさらに別な従来例であって、透明な基材８内に微細な気泡１１を分散させたものである。この半透過反射シート６に入射した光は、基材８と気泡１１の界面で屈折あるいは全反射されることによって散乱され、入射した光の一部は入射面側から出射し、一部の光は入射面と反対側の面から出射する。
【０００７】
図２（ｄ）に示すものは半透過反射シート６のさらに別な従来例であって、白色顔料１２を分散させた乳白色の基材８によって形成されている。しかして、この半透過反射シート６に入射した光は、白色顔料１２で反射され、入射した光の一部が入射面側から出射し、また、一部の光が入射面と反対側の面から出射される。
【０００８】
しかしながら、図２（ａ）（ｂ）に示すように、金属薄膜や白色塗料の反射膜１０を用いて一部の光を反射させるようにした半透過反射シート６においては、反射膜１０による光の吸収があり、反射光の利用効率（光の反射効率）が悪くなる。また、反射膜１０による反射光の吸収率が波長に依存するので、所望の反射率や波長依存性のない反射率が得られるように作製することが難しいといった問題があった。
【０００９】
一方、図２（ｃ）（ｄ）に示すように基材８内に、微細な気泡１１や白色顔料１２を分散させた半透過反射シート６の量産工程においては、気泡１１や白色顔料１２の含有量の割合を一定にすることが難しく、さらには、気泡１１や白色顔料１２を基材８の全面にわたって均一に分布させることも容易でない。そのため、このような従来例では、気泡１１や白色顔料１２の含有量のバラツキがあるため、個々の半透過反射シート６において反射率や透過率が一定となるように品質管理することが困難である。また、基材８内において気泡１１や白色顔料１２に分布ムラがあると、半透過反射シート６にも反射率や透過率のムラが発生する。さらに、これらの従来例では、垂直に入射する光が不特定な方向へ散乱されるので、光の利用効率が低かった。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−８７４０９
【特許文献２】特開２００３−３１７５２０
【特許文献３】特開平８−２４８４２１号公報
【特許文献４】特許第３３１００２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光の反射率や透過率を精度良くコントロールすることができ、しかも、光の利用効率にも優れた光学シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる第１の光学シートは、一方の面を光入射面とする透明基板の、当該光入射面と対向する面に、少なくとも２つの傾斜した反射壁を有する凸状パターンを相互に間隙をあけて複数形成し、前記透明基板に入射した光の一部を、前記凸状パターンの各反射壁で全反射させることによって入射方向と平行な方向へ向けて光入射面から出射させると共に、前記透明基板に入射した光の残りの一部を、前記反射壁を形成していない領域を透過させることによって光入射面と対向する面から出射させるようにしたものである。
【００１３】
本発明にかかる第１の光学シートによれば、凸状パターンの反射壁に入射した光は、反射壁で少なくとも２回反射されることによって元の入射方向へ向けて反射される。また、反射壁のない部分へ入射した光は、光学シートを透過して光入射面と反対側の面から出射される。この光学シートにあっては、前記反射壁が形成された領域（光反射領域）の面積と前記反射壁が形成されていない領域（透過領域）の面積との比に基づいて、光学シートの透過率及び／又は反射率を設定することができる。よって、この光学シートは、例えば半透過反射シートとして使用することができる。
【００１４】
このような第１の光学シートによれば、透明基板の表面に形成した凸状パターンの反射壁で光を全反射しているので、光の反射に金属薄膜などを利用した従来例や気泡や白色顔料を分散させた従来例のように光の吸収や散乱がなく、高い光利用効率でもって一部の光を反射させ一部の光を透過させることができる。また、金属薄膜を用いた従来例のように反射率が入射光の周波数に依存する心配もない。さらに、この光学シートによれば、例えば反射壁の設けられている領域（反射領域）の全体に対する面積比（密度）や、反射壁の設けられていない領域（透過領域）の全体に対する面積比によって、光学シートの反射率あるいは透過率を変化させることができるので、光学シートの反射率や透過率を精度良く制御することができる。また、反射壁の配置（分布）の設計の仕方によって光シートの反射率や透過率の分布を均一にすることができる。
【００１５】
本発明にかかる第１の光学シートのある実施態様では、前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凸状パターンの断面形状は、前記凸状パターンを構成する２つの反射面が略９０度の角度をなす二等辺三角形となっている。かかる実施態様においては、光学シートの光入射面にほぼ垂直に入射した光は、凸状パターンの２つの反射面で続けて全反射されることにより、入射光とほぼ平行に反射される。なお、通常の用途では、反射光の方向は入射光の方向と完全に平行であることは要求されないので、凸状パターンを構成する２つの反射面は略９０度の角度をなしていればよく、９０度に対して数度大きくても、小さくても差し支えない。
【００１６】
本発明にかかる第１の光学シートの別な実施態様では、前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凸状パターンの断面形状は、前記反射壁の傾斜角が略４５度の等脚台形となっている。本発明にかかる光学シートでは、凸状パターンの断面形状が等脚台形となっていて傾斜角が４５度の反射壁が離間しているが、光学シートの光入射面にほぼ垂直に入射して一方の反射壁で全反射された光は、凸状パターン内を進んで他方の反射壁で全反射され、入射光とほぼ平行に反射される。また、かかる実施態様においては、凸状パターンの断面形状が等脚台形となっていて反射壁が凸状パターンの両端に分離されているので、反射領域を構成する各反射壁が細かく分散させられることになり、反射壁が目立ちにくくなる。特に、光透過側から見たときの反射壁による暗点や、光入射側から見たときの反射壁による輝点が目立ちにくくなり、光学シートの特性を均一化することができる。
【００１７】
本発明にかかる第１の光学シートのさらに別な実施態様では、前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凸状パターンの断面形状は、前記光入射面から最も遠い位置にある頂点の頂角が略９０度であり、当該頂点を挟む２辺の、前記光入射面への射影長がほぼ等しい四角形となっている。かかる実施態様によれば、頂角が略９０度の頂点を挟む、凸状パターンの２辺で入射光を全反射させることにより、元の入射方向とほぼ平行な方向へ向けて光を反射させることができる。また、この実施態様では、頂角が略９０度の頂点を挟む２辺の光入射面への射影長がほぼ等しくなっているので、一方の辺で全反射された光が他方の辺で反射されることなく斜め方向へ反射されるといった不都合や、一方の辺で反射された光を反射させるために使用されない領域が他方の辺に生じるといった不都合を小さくすることができる。さらに、この実施態様によれば、頂角が略９０度の頂点を挟む辺以外の第三の辺の傾きを適当に設計することにより、光学シートの入射面に斜め入射した光を第三の辺等で全反射させることによって入射面とほぼ垂直な方向へ出射させることができ、光利用効率をより向上させることができる。なお、この凸状パターンは微細なパターンであるから、製造誤差によって完全に２辺の射影長を等しくすることは困難であり、数十％程度の誤差は許容される。
【００１８】
本発明にかかる第１の光学シートのさらに別な実施態様では、前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凸状パターンの断面形状は、中央部で窪んだ略Ｗ字状の五角形であり、当該凸状パターンの光入射面から遠い側へ向けて突出している２つの頂点の頂角がいずれも９０度であり、これらの頂点を挟む２辺の、前記光入射面への射影長がいずれもほぼ等しいことを特徴としている。かかる実施態様によれば、頂角が９０度の頂点を挟む、凸状パターンの２辺で入射光を全反射させることにより、元の入射方向とほぼ平行な方向へ向けて光を反射させることができる。また、この実施態様では、頂角が９０度の頂点を挟む２辺の光入射面への射影長がほぼ等しくなっているので、一方の辺で全反射された光が他方の辺で反射されることなく斜め方向へ反射されるといった不都合や、一方の辺で反射された光を反射させるために使用されない領域が他方の辺に生じるといった不都合を小さくすることができる。さらに、この実施態様によれば、断面が５角形の凸状パターンを成形するための型は、角度が９０度の隅部をほぼ２箇所に備えた断面Ｗ溝状の凹部を有するので、長方形状のバイトを用いて傾きを変えて２度研削することにより容易に型の凹部を製作することができる。
【００１９】
本発明にかかる第２の光学シートは、一方の面を光入射面とする透明基板の、当該光入射面と対向する面に、少なくとも２つの傾斜した反射壁を有する凹状パターンを相互に間隙をあけて複数形成し、前記透明基板に入射した光の一部を、前記凹状パターン間の反射壁で全反射させることによって入射方向と平行な方向へ向けて光入射面から出射させると共に、前記透明基板に入射した光の残りの一部を、前記反射壁を形成していない領域を透過させることによって光入射面と対向する面から出射させるようにしたものである。
【００２０】
本発明にかかる第２の光学シートによれば、凹状パターンの反射壁に入射した光は、隣接する凹状パターンの反射壁間で少なくとも２回反射されることによって元の入射方向へ向けて反射される。また、反射壁のない部分へ入射した光は、光学シートを透過して光入射面と反対側の面から出射される。この光学シートにあっては、前記反射壁が形成された領域（光反射領域）の面積と前記反射壁が形成されていない領域（透過領域）との面積の比に基づいて、光学シートの透過率及び／又は反射率を設定することができる。よって、この光学シートは、例えば半透過反射シートとして使用することができる。
【００２１】
このような第２の光学シートによれば、透明基板の表面に形成した凹状パターンの反射壁で光を全反射しているので、光の反射に金属薄膜などを利用した従来例や気泡や白色顔料を分散させた従来例のように光の吸収や散乱がなく、高い光利用効率でもって一部の光を反射させ一部の光を透過させることができる。また、金属薄膜を用いた従来例のように反射率が入射光の周波数に依存する心配もない。さらに、この光学シートによれば、例えば反射壁の設けられている領域（反射領域）の全体に対する面積比（密度）や、反射壁の設けられていない領域（透過領域）の全体に対する面積比によって、光学シートの反射率あるいは透過率を変化させることができるので、光学シートの反射率や透過率を精度良く制御することができる。また、反射壁の配置（分布）の設計の仕方によって光シートの反射率や透過率の分布を均一にすることができる。
【００２２】
本発明にかかる第２の光学シートのある実施態様では、前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凹状パターンの断面形状は、前記凹状パターンを構成する２つの反射壁が略９０度の角度をなす二等辺三角形のＶ溝状となっている。かかる実施態様においては、光学シートの光入射面にほぼ垂直に入射した光は、隣接する凹状パターンの各反射面で続けて全反射されることにより、入射光とほぼ平行に反射される。なお、通常の用途では、反射光の方向は入射光の方向と完全に平行であることは要求されないので、凹状パターンを構成する２つの反射面は略９０度の角度をなしていればよく、９０度に対して数度大きくても、小さくても差し支えない。
【００２３】
本発明にかかる第２の光学シートの別な実施態様では、前記透明基板の光入射面に垂直なある断面における前記凹状パターンの断面形状は、前記反射壁の傾斜角が略４５度の等脚台形の凹溝状となっている。本発明にかかる光学シートでは、隣接する凹状パターンの傾斜角が４５度の反射壁が並んでいるので、光学シートの光入射面にほぼ垂直に入射して一方の反射壁で全反射された光は、他方の反射壁で全反射され、入射光とほぼ平行に反射される。また、かかる実施態様においては、凹状パターンの断面形状が等脚台形となっていて反射壁が凹状パターンの両端に分離されているので、反射領域を構成する各反射壁が細かく分散させられることになり、反射壁が目立ちにくくなる。特に、光透過側から見たときの反射壁による暗点や、光入射側から見たときの反射壁による輝点が目立ちにくくなり、光学シートの特性を均一化することができる。
【００２４】
本発明にかかる第３の光学シートは、一方の面を光入射面とする透明基板の、当該光入射面と対向する面に、少なくとも３つの傾斜した反射壁を有する凹状及び凸状をした凹凸パターンを相互に間隙をあけて複数形成し、前記透明基板に入射した光の一部を、前記凹凸パターン間の反射壁で全反射させることによって入射方向と平行な方向へ向けて光入射面から出射させると共に、前記透明基板に入射した光の残りの一部を、前記反射壁を形成していない領域を透過させることによって光入射面と対向する面から出射させるようにしたものである。
【００２５】
本発明にかかる第３の光学シートによれば、凹凸パターンの反射壁に入射した光は、凹凸パターンの反射壁で少なくとも２回反射されることによって元の入射方向へ向けて反射される。また、反射壁のない部分へ入射した光は、光学シートを透過して光入射面と反対側の面から出射される。この光学シートにあっては、前記反射壁が形成された領域（光反射領域）の面積と前記反射壁が形成されていない領域（透過領域）との面積の比に基づいて、光学シートの透過率及び／又は反射率を設定することができる。よって、この光学シートは、例えば半透過反射シートとして使用することができる。
【００２６】
このような第３の光学シートによれば、透明基板の表面に形成した凹凸パターンの反射壁で光を全反射しているので、原理的には、光の反射に金属薄膜などを利用した従来例や気泡や白色顔料を分散させた従来例のように光の吸収や散乱がなく、高い光利用効率でもって一部の光を反射させ一部の光を透過させることができる。また、金属薄膜を用いた従来例のように反射率が入射光の周波数に依存する心配もない。さらに、この光学シートによれば、例えば反射壁の設けられている領域（反射領域）の全体に対する面積比（密度）や、反射壁の設けられていない領域（透過領域）の全体に対する面積比によって、光学シートの反射率あるいは透過率を変化させることができるので、光学シートの反射率や透過率を精度良く制御することができる。また、反射壁の配置（分布）の設計の仕方によって光シートの反射率や透過率の分布を均一にすることができる。
【００２７】
本発明にかかる第１、第２及び第３の光学シートのさらに別な実施態様では、前記透明基板の光入射面及び光入射面に対向する面のうち、前記反射壁でない面の少なくとも一部に光拡散面が形成されている。かかる実施態様によれば、光拡散面によって光学シートに入射した光を拡散させることができるので、光学シートに拡散シートの機能を持たせることができる。よって、拡散シートが必要な場合でも、別途拡散シートを用意する必要が無くなる。
【００２８】
本発明にかかる第１の面光源装置は、光源と、当該光源から入射した光を面状に広げて光出射面から出射させる導光板とからなる面光源装置において、本発明の第１、第２又は第３の光学シートを、その光入射面を前記導光板に向けて前記導光板の光出射面側に配置することにより、前記導光板の光出射面側及び光出射面と反対側へ光を出射させるようにしたものである。
【００２９】
本発明の第１の面光源装置にあっては、導光板の光出射面から出射された光の一部が光学シートを透過する。残りの一部の光は、光学シートで反射された後、導光板を透過して光出射面と反対側の面から出射される。この結果、導光板の光出射面及び光出射面と反対側へ光を出射させることができ、両面発光型の面光源装置を得ることができる。しかも、この面光源装置にあっては、本発明の光学シートを用いているので、高い光利用効率を達成できる。また、光学シートの反射率が入射光の周波数に依存する心配もない。さらに、この光学シートによれば、例えば反射壁の設けられている領域（反射領域）の全体に対する面積比（密度）や、反射壁の設けられていない領域（透過領域）の全体に対する面積比によって、光学シートの反射率あるいは透過率を変化させることができるので、光学シートの反射率や透過率を精度良く制御することができる。
【００３０】
本発明にかかる第２の面光源装置は、光源と、当該光源から入射した光を面状に広げて光出射面から出射させる導光板とからなる面光源装置において、当該導光板の光出射面側に偏光選択反射シートを配置し、本発明の第１、第２又は第３の光学シートを、その光入射面を前記導光板に向けて前記導光板の光出射面と反対側に配置することにより、前記導光板の光出射面側及び光出射面と反対側へ光を出射させるようにしたものである。
【００３１】
本発明の第２の面光源装置にあっては、導光板の光出射面から出射された光のうち一方の偏光方向の光が偏光選択反射シートを透過する。他方の偏光方向の光は偏光選択反射シートで反射され、導光板を透過して光学シートに達し、光学シートに達した光の一部は光学シートを透過する。また、光学シートに達した残りの光は光学シートで反射され、このとき偏光状態が変化させられる。光学シートで反射した光は導光板を透過して偏光選択反射シートに達し、一方の偏光方向の光は偏光選択反射シートを透過し、他方の偏光方向の光は偏光選択反射シートで反射される。この結果、導光板の光出射面及び光出射面と反対側へ光を出射させることができ、両面発光型の面光源装置を得ることができる。しかも、この面光源装置にあっては、本発明の光学シートを用いているので、高い光利用効率を達成できる。また、光学シートの反射率が入射光の周波数に依存する心配もない。さらに、この光学シートによれば、例えば反射壁の設けられている領域（反射領域）の全体に対する面積比（密度）や、反射壁の設けられていない領域（透過領域）の全体に対する面積比によって、光学シートの反射率あるいは透過率を変化させることができるので、光学シートの反射率や透過率を精度良く制御することができる。
【００３２】
本発明にかかる第３の面光源装置は、光源と、当該光源から入射した光を面状に広げて光出射面から出射させる導光板とからなる面光源装置において、前記導光板の光出射面側に偏光選択反射シートを配置し、断面が四角形又は五角形の凸状パターンを有する本発明の光学シートを、その光入射面を前記導光板に向けて前記導光板の光出射面と反対側に配置することにより、前記導光板の光出射面側及び光出射面と反対側へ光を出射させるようにすると共に、前記導光板の光出射面と対向する面から出射された光を、前記光学シートの凸状パターンによって反射又は屈折させることにより、光学シートの凸状パターンを形成していない領域を透過する光と同じ向きに偏向させ、前記光学シートの光入射面と対向する面から光を出射させるようにしたものである。
【００３３】
本発明の第３の面光源装置にあっては、導光板の光出射面から出射された光のうち一方の偏光方向の光が偏光選択反射シートを透過する。他方の偏光方向の光は偏光選択反射シートで反射され、導光板を透過して光学シートに達し、光学シートに達した光の一部は光学シートを透過する。また、光学シートに達した残りの光は光学シートで反射され、このとき偏光状態が変化させられる。光学シートで反射した光は導光板を透過して偏光選択反射シートに達し、一方の偏光方向の光は偏光選択反射シートを透過し、他方の偏光方向の光は偏光選択反射シートで反射される。この結果、導光板の光出射面及び光出射面と反対側へ光を出射させることができ、両面発光型の面光源装置を得ることができる。また、導光板の光出射面と対向する面から出射された光を、光学シートの凸状パターンによって反射又は屈折させることにより、光学シートの凸状パターンを形成していない領域を透過する光と同じ向きに偏向させて光学シートの光入射面と対向する面から光を出射させるようにしているので、光の利用効率をより向上させることができる。
【００３４】
本発明の第２又は第３の面光源装置の実施態様では、導光板の光出射面側に偏光選択反射シートを配置し、その反対側の面に光学シートを配置した面光源装置において、前記光学シートの凸状、凹状又は凹凸パターンは、当該光学シートの光入射面側から見て直線状に形成されており、当該凸状、凹状又は凹凸パターンが直線状に延びている方向と前記偏光選択反射シートの偏光軸方向とが略４５度の角度をなしていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、導光板から出射され偏光選択反射シートで反射された後、導光板を透過してある偏光方向の直線偏光が光学シートに到達したとき、光学シートにより反射された光の偏光方向を入射した直線偏光の偏光方向に対して９０度回転させることができる。よって、光学シートで反射された光の偏光方向は、偏光選択反射シートの偏光方向と平行となり、偏光選択反射シートで反射されることなく透過する。よって、偏光選択反射シートと光学シートとの間における光の反射回数を減らし、スムーズに光を取り出すことが可能になる。
【００３５】
なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものでないことは勿論である。
【実施例１】
【００３７】
図３は、本発明の実施例１による両面画像表示装置１５の構造を示す分解斜視図である。この両面画像表示装置１５は、一方の表示面を構成する第１の液晶パネル１６、他方の表示面を構成する第２の液晶パネル１８、面光源装置１７、半透過反射シート（光学シート）１９から構成されている。第１の液晶パネル１６は、半透過反射シート１９の一方の面（液晶パネル１６の配置されている側の面を、図３に従って上面側とする）に対向するように配置され、半透過反射シート１９の他方の面（面光源装置１７の配置されている側の面を、図３に従って下面側とする）に対向するように面光源装置１７が配置されている。第２の液晶パネル１８は、面光源装置１７の半透過反射シート１９と対向してる面の反対側の面と対向するように配置されている。また、面光源装置１７は、小さな光源２０（点光源と言われることがある。）と導光板２１からなる。
【００３８】
図４は、前記光源２０の構造を示す断面図である。光源２０は、導光板２１の幅に比較して小さな光源である。光源２０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ２２を透明樹脂２３内に封止し、その前面以外の面を白色透明樹脂２４で覆って構成されている。この光源２０は、フィルム配線基板２５上に実装され、半田２６によってフィルム配線基板２５に固定されている。さらに、フィルム配線基板２５は、ガラスエポキシ樹脂からなる補強板２７に固定される。導光板２１のコーナー部には、光源２０を挿入するための孔２８が上下方向に貫通している。孔２８の近傍において、導光板２１の下面には位置決めピン２９が突出している。一方、フィルム配線基板（ＦＰＣ）２５と補強板２７には、位置決めピン２９を通すための通孔３０、３１があけられている。
【００３９】
しかして、光源２０を導光板２１に取り付けるに当たっては、位置決めピン２９の基部周囲において導光板２１の下面に紫外線硬化型接着剤３２を塗布しておく。位置決めピン２９をフィルム配線基板２５と補強板２７の通孔３０、３１に通したら、ＣＣＤカメラ等でモニターしながら導光板２１の厚み方向中心と光源２０の発光中心との位置決めを行う。位置決めが完了したら、紫外線を照射し、紫外線硬化型接着剤３２を硬化させることによって、光源２０を導光板２１にしっかりと固定し、位置決めピン２９を熱かしめする。
【００４０】
このとき、図４に示されているように、孔２８の内面の厚み方向中心に設けられた突起３３を目印として光源２０の発光中心の位置決めを行っても良い。突起３３を設ける位置は、光源２０の背面側でも正面側でもよく、その両方でもよい。
【００４１】
なお、フィルム配線基板２５の代わりにガラスエポキシ配線基板やリードフレームを用いてもよい。また、２個以上の発光ダイオードチップを用いる場合には、複数個の発光ダイオードチップを１箇所に集めることで点光源化してもよい。また、光源２０は、発光ダイオードチップを直接導光板２１内にインサート成形することによって形成してもよく、導光板２１の外部（導光板２１の外周面に対向する位置）に配置されていてもよい。また、複数個の点光源を近接させて配置して光源２０としてもよい。
【００４２】
図５は、前記導光板２１の下面図である。前記導光板２１は、ポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂、メタクリル樹脂等の屈折率の高い透明樹脂やガラスによって略矩形平板状に成形されている。導光板２１の下面には、実質的な面光源となる長方形状の面発光領域３４が形成され、面発光領域３４の周囲には、非発光領域３５が枠状に形成されている。光源２０を納めるための孔２８は、導光板２１の短辺側の端で、非発光領域３５に開口されている。なお、導光板２１の光入射面（孔２８の内周面）には、光源２０から導光板２１内に入る光の配向パターンを制御するために、レンズやプリズム、ディフューザー等からなる光学素子が形成されている。
【００４３】
導光板２１の下面の面発光領域３４には、多数の微小な偏向パターン３６を有するパターン面３８が形成されている。すなわち、導光板２１の面発光領域３４とは、偏向パターン３６を形成された領域である。図６は、導光板２１の下面の面発光領域３４に形成された偏向パターン３６の配置を上側から見た平面図である。偏向パターン３６は、光源２０を中心とする円周上に沿って隙間をあけて離散的に、かつ、同心円状に配置されている。各偏向パターン３６の間隔は、光源２０に近い側では比較的広く、光源２０から離れるに従って次第に間隔が短くなっている。言い換えると、各偏向パターン３６は、光源２０に近い側では比較的パターン密度が小さく、光源２０から離れるに従って、次第にパターン密度が大きくなっている。これにより、導光板２１の上面（以下、光出射面３７という）における輝度が均一になるようにしている。
【００４４】
図７（ａ）は偏向パターン３６の輪郭を示す斜視図である。偏向パターン３６は、導光板２１の下面を三角溝状に凹設して形成されている。偏向パターン３６は、光源２０側を向いた偏向傾斜面３９と光源２０から遠い側を向いた再入射面４０とを有している。図７（ｂ）（ｃ）は、偏向パターン３６の断面を表している。図７（ｂ）に示すように、偏向傾斜面３９の傾斜角をβとすれば、傾斜角βは、例えば約５０°となっており、再入射面４０の傾斜角γは偏向傾斜面３９の傾斜角βよりも大きくなっている。しかして、偏向傾斜面３９に入射した光４１は、偏向傾斜面３９で全反射され、導光板２１の上面に対してほぼ垂直に入射し、導光板２１の光出射面３７からほぼ垂直に出射される。また、図７（ｃ）に示すように、偏向パターン３６の偏向傾斜面３９から導光板２１の外へ漏れた光４１の一部は、再入射面４０から再び導光板２１内に入射し、再利用される。
【００４５】
図８は半透過反射シート１９を模式的に示す平面図、図９は半透過反射シート１９の一部を示す拡大断面図である。半透過反射シート１９は、透明樹脂や透明ガラスからなる平板状をした透明シート４６によって形成されている。半透過反射シート１９の光入射面４７は平坦な面となっており、光入射面４７と対向する面には、光反射領域４３ａと光透過領域４３ｂが交互に形成されている。透明シート４６を成形するための透明樹脂としては、例えばポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等を用いることができる。図８に示すように、半透過反射シート１９の光反射領域４３ａには、一定の間隔をあけて複数本のストライプ状をした凸状パターン４２が互いに平行に形成されている。なお、図８においては、図示の都合上、数本の凸状パターン４２が大きく描かれているが、実際には数μｍ〜数十μｍの微細幅の凸状パターン４２が多数形成されている。
【００４６】
図９に示すように、１つの凸状パターン４２は、２面の反射壁４４、４５から構成されており、反射壁４４、４５は光透過領域４３ｂに対して、それぞれ４５°の傾斜角で反対向きに傾斜している。凸状パターン４２の長手方向に垂直で、光透過領域４３ｂに垂直な断面においては、反射壁４４と反射壁４５は略９０°の角度を成しており、凸状パターン４２の断面は直角二等辺三角形状となっている。また、図９に示すように、光透過領域４３ｂは、半透過反射シート１９の下面（光入射面）と平行な平坦な平面で形成されている。
【００４７】
しかして、この半透過反射シート１９は、次に説明するような働きをする。導光板２１の光出射面３７からほぼ垂直に出射した光４１は、半透過反射シート１９内へ半透過反射シート１９の下面からほぼ垂直に入射し、光反射領域４３ａおよび光透過領域４３ｂに到達する。光透過領域４３ｂに到達した光４１は、光透過領域４３ｂを透過して、半透過反射シート１９の上面からほぼ垂直に出射される。一方、光反射領域４３ａに到達した光４１は、反射壁４４及び４５で２度全反射されて、半透過反射シート１９の下面からほぼ垂直に出射される。
【００４８】
次に、図１０（ａ）〜（ｃ）により、半透過反射シート１９の製造方法の一例を説明する。半透過反射シート１９を成形するためには、透明な熱可塑性樹脂からなる、表面が平坦な透明シート４６を用いる。半透過反射シート１９を成形するための成形金型は、上金型４８と下金型４９とからなる。下金型４９の表面は平坦に形成されている。上金型４８の下面には、半透過反射シート１９の凸状パターン４２を成形するための断面直角三角形状をした凹条５０と、半透過反射シート１９の光透過領域４３ｂを形成するための平坦面５１とが形成されている。
【００４９】
しかして、半透過反射シート１９を成形するに当たっては、図１０（ａ）に示すように、透明シート４６を下金型４９の上に平らに置く。次に、図１０（ｂ）に示すように、下金型４９の上に置かれた透明シート４６を上金型４８で押さえ、透明シート４６に熱を加えながら上金型４８と下金型４９で透明シート４６を加圧する。そうすると、図１０（ｃ）に示すように、上金型４８に形成された凹条５０が透明シート４６に転写され、透明シート４６の表面に光反射領域４３ａ（凸状パターン４２）と光透過領域４３ｂが形成され、半透過反射シート１９が得られる。
【００５０】
次に、この両面画像表示装置１５における光の挙動を図１１及び図１２により説明する。この面光源装置１７における光の挙動を図１１及び図１２により説明する。図１１は導光板２１内における光の挙動を示す図、図１２は導光板２１から出射された光の挙動を示した図である。図１１に示すように、光源２０から出射された光４１は、光入射面から導光板２１内に入光する。光入射面から導光板２１に入射した光４１は、導光板２１内で放射状に広がって進むが、このとき導光板２１内で広がる光４１の各方位の光量は各方位における導光板２１の面積に比例するように、光入射面に設けられたレンズやプリズム、ディフューザー等の光学素子を設計しておくのが望ましい。具体的にいうと、図１３に示すように、導光板２１の任意の方位において広がりΔθの範囲内に出射される光量は、この範囲Δθに含まれる導光板面積（図１３で斜線を施して示した領域の面積）に比例するようにしておくことが望ましく、これによって各方位における面光源装置１７の輝度分布を均一にすることができる。
【００５１】
導光板２１内に入射した光４１は、図１１に示すように、導光板２１の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板２１内を光源２０から遠ざかる方向へ進んでいく。導光板２１の下面に入射する光４１は、断面三角形状をした偏向パターン３６で反射し、光出射面３７を透過して光出射面３７にほぼ垂直に出射される。前記のように、いずれの偏向パターン３６も、その長さ方向が光源２０と各偏向パターン３６を結ぶ方向と直交するように配置されている。そのため、導光板２１内を伝搬している光４１が偏向パターン３６で拡散されても、その光４１は光源２０と当該偏向パターン３６とを結ぶ方向を含む光出射面３７に垂直な平面内では拡散されるが、光出射面３７に平行な平面内では拡散されることなく直進する。
【００５２】
こうして導光板２１の光出射面３７からほぼ垂直に出射された光は、図１２に示すように、半透過反射シート１９に入射する。半透過反射シート１９に入射した光のうち光透過領域４３ｂに到達した光は、半透過反射シート１９を透過し、光反射領域４３ａに到達した光は、凸状パターン４２で全反射される。半透過反射シート１９の光透過領域４３ｂを透過した光は、液晶パネル１６を透過して液晶パネル１６の画像を生成する。また、半透過反射シート１９の光反射領域４３ａで反射した光は、導光板２１をそのまま透過して、さらに液晶パネル１８を透過して液晶パネル１８の画像を生成する。
【００５３】
しかして、実施例１の両面画像表示装置１５によれば、ひとつの面光源装置１７によって２つの液晶パネル１６、１８を同時に照明することができるので、両面画像表示装置１５の薄型化を図ることができると共に、省電力化を図ることができる。また、面光源装置１７から出射された光は、半透過反射シート１９の光反射領域４３ａで吸収されないので、光源２０から出た光をほとんどロス無く利用することができ、光の利用効率に優れている。
【００５４】
さらに、半透過反射シート１９に形成された光反射領域４３ａと光透過領域４３ｂのパターンを数μｍ〜数十μｍと微細な大きさに形成されているので、半透過反射シート１９の全面にわたってほぼ均一に光反射領域４３ａと光透過領域４３ｂを配置できる。したがって、半透過反射シート１９の全面で均一に光が反射あるいは透過される。
【００５５】
本発明の半透過反射シート１９においては、一般に、反射壁の光入射面への投影面積をσ、光透過領域の面積をεとすれば、半透過反射シート１９の反射率はσ／（σ＋ε）で決定され、透過率はε／（σ＋ε）として決定される。特に、凸状パターン４２が断面直角二等辺三角形状をしている当該実施例では、凸状パターン４２の投影面積をσとし、凸状パターン４２間の平坦な領域の面積をεとして、上式により反射率及び透過率を決定できる。
【００５６】
また、半透過反射シート１９の反射率および透過率は、
０＜σ／（σ＋ε）＜１
あるいは、
０＜ε／（σ＋ε）＜１
の関係が成り立つ範囲内で任意に設定することができる。これにより、導光板２１から出射された光が液晶パネル１６、１８を照明する割合を必要に応じて設定することができる。
【００５７】
しかしながら、半透過反射シート１９の製造工程において、図１４に示すように、光反射領域４３ａは、反射壁４４、４５が裾を引いた領域４４ａ、４５ａ（以下、裾部４４ａ、４５ａという）が形成され、設計値よりも若干広くなることがある。そのため、凸状パターン４２が断面三角形状をしている場合には、光透過領域４３ｂが無くならないように、光反射領域４３ａの投影面積σの割合σ／（σ＋ε）を０.９５以下にすることが望ましい。つまり、反射率を９５％以下にすることが望ましい。
【００５８】
さらに、半透過反射シート１９の上面に形成された光反射領域４３ａと光透過領域４３ｂの配置は、光源２０が点光源の場合、図１５に示すように、光源２０を中心として同心円状に光反射領域４３ａおよび光透過領域４３ｂを配置してもよい。
【実施例２】
【００５９】
本発明の実施例２は、実施例１における半透過反射シート１９の構造を変更したものである。図１６に実施例２による半透過反射シート１９の上面図を示す。本実施例の半透過反射シート１９では、図１６（ａ）に示すように、透明シート４６の上面に凸状に形成された光反射領域４３ａを細かい領域に分割し、凸状パターン４２を離散的に配置している。これにより、実施例１に示した半透過反射シート１９よりも凸状パターン４２が目立ちにくくしている。さらに、半透過反射シート１９と液晶パネル１６の間でモアレが発生しにくくなる。
【００６０】
半透過反射シート１９の上面に形成される凸状パターン４２の形状は、図６（ｂ）に示すような三角柱状のものでもよく、図１６（ｃ）に示すようなピラミッド状のものでもよく、図１６（ｄ）に示すように、円錐状のものでもよい。
【００６１】
なお、３面以上の反射壁を有する凸状パターン４２としては、図１６に示したようなものに限らず、図１７（ａ）に示すような断面を有する凸状パターン４２（例えば、長手方向に沿って直線状に形成したもの）も含まれる。図１７（ａ）では、凸状パターン４２を相互に間隙をあけて配置している（請求項１）が、このようなパターンを間隙をあけずに配置した図１７（ｂ）のような形態では、凹凸パターン４２’を相互に間隙をあけて配置したものとなる（請求項９）。もちろん、図１７（ａ）に示したようなパターンも凹凸パターン４２’を相互に間隙をあけて配置したものとみることもできる。
【実施例３】
【００６２】
本発明の実施例３は、実施例１における半透過反射シート１９の構造を変更したものである。図１８は、実施例３による半透過反射シート１９の断面図である。半透過反射シート１９は、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等の透明樹脂によって平板状に成形されており、光入射面４７と反対側の面には、断面が等脚台形をした凸状パターン４２が相互に間隙をあけて形成されている。半透過反射シート１９の上面には、光反射領域４３ａと光透過領域４３ｂが形成されている。光反射領域４３ａは、傾斜角が４５°となった、凸状パターン４２の反射壁４４及び反射壁４５によって形成されている。また、光透過領域４３ｂは、光入射面４７と平行な領域であって、凸状パターン４２の外側における平坦な領域と、凸状パターン４２内における平坦な領域とからなる。
【００６３】
図１８に示すように、単一の凸状パターン４２に含まれている反射壁４４と反射壁４５は、光透過領域４３ｂを挟んで分離されている。つまり、光透過領域４３ｂは、反射壁４４、４５の下端とつながっている平坦な領域（凸状パターン４２外の光透過領域４３ｂ）と、反射壁４４、４５の上端とつながっている、一段高い位置にある平坦な領域（凸状パターン４２内の光透過領域４３ｂ）とに分けられる。また、反射壁４４、４５は、光透過領域４３ｂに対して、それぞれ４５°の斜面で反対向きに傾斜している。つまり、反射壁４４、４５は、直交している。
【００６４】
しかして、導光板２１の光出射面３７からほぼ垂直に出射した光４１は、半透過反射シート１９の下面から半透過反射シート１９内へほぼ垂直に入射し、光反射領域４３ａおよび光透過領域４３ｂに到達する。光透過領域４３ｂに到達した光４１は、光透過領域４３ｂからほぼ垂直に出射される。一方、光反射領域４３ａに到達した光４１は、一方の反射壁４４で全反射されて光透過領域４３ｂと平行に進み、他方の反射壁４５で全反射されて、半透過反射シート１９の下面からほぼ垂直に出射する。
【００６５】
この様な半透過反射シート１９を介して、液晶パネル１６を照明すると、光反射領域４３ａの反射壁４４と反射壁４５が分離して配置されているので、光反射領域４３ａで反射されて液晶パネル１８側へ光が出射される領域と、光透過領域４３ｂを透過して液晶パネル１６側に光りが出射される領域とが認識されにくくなる。よって、半透過反射シート１９の光透過側と光反射側で光の輝度を均一化でき、明るさのムラが生じにくくなる。
【実施例４】
【００６６】
本発明の実施例４は、実施例１における半透過反射シート１９の構造を変更したものである。図１９は、実施例４による半透過反射シート１９の断面図である。この半透過反射シート１９にあっては、光入射面４７と反対側の面のうち光透過領域４３ｂには、光を散乱させるための散乱面５２が形成されている。散乱面５２としては、例えば凸状パターン４２よりも十分に微細な凹凸をランダムに形成したものである。
【００６７】
かかる実施例によれば、液晶パネル１６に照射される光の指向性を広げるために、例えば、本実施例１の図３に示した、両面画像表示装置１５において、液晶パネル１６と半透過反射シート１９との間に光を散乱する為の拡散シートが設けられる場合があるがある。しかし、本実施例のような光拡散機能を備えた半透過反射シート１９を用いると、拡散シートが不要になる。
【実施例５】
【００６８】
本発明の実施例５は、実施例１における半透過反射シート１９の構造を変更したものである。図２０は、実施例５による半透過反射シート１９の断面図である。この実施例においては、半透過反射シート１９の光入射面４７の全体もしくは一部に光を散乱させるための散乱面５２を形成している。
【００６９】
液晶パネル１８に照射される光の指向性を広げるために、例えば、実施例１の図３に示した、両面画像表示装置１５において、液晶パネル１８と半透過反射シート１９との間に光を散乱する為の拡散シートが設けられる場合がある。しかし、本実施例のような光拡散機能を備えた半透過反射シート１９を用いると、拡散シートが不要になる。また、実施例１の図３に示した、両面画像表示装置１５のように半透過反射シート１９の下面が平坦な場合、導光板２１と半透過反射シート１９が密着してしまい、輝度むらが発生することがある。本実施例のように、液晶パネル１８と対向する面を散乱面５２にした半透過反射シート１９を用いれば、導光板２１と半透過反射シート１９の間で発生する密着による輝度むらを防止することが可能となる。
【実施例６】
【００７０】
図２１は、本発明の実施例６における、両面画像表示装置１５の分解斜視図である。この両面画像表示装置１５は、第１の液晶パネル１６、面光源装置１７、第２の液晶パネル１８、半透過反射シート１９および偏光選択反射シート５３から構成されている。面光源装置１７の一方の面に対向するように偏光選択反射シート５３が配置（偏光選択反射シート５３が配置されている側の面を、図２１に従って上面側とする。）され、面光源装置１７の他方の面に対向するように半透過反射シート１９が配置（半透過反射シート１９が配置されている側の面を、図２１に従って下面側とする。）されている。さらに、偏光選択反射シート５３の上面側と対向するように第１の液晶パネル１６が配置され、半透過反射シート１９の下面側と対向するように第２の液晶パネル１８が配置されている。また、面光源装置１７は、光源２０と導光板２１により構成されている。
【００７１】
偏光選択反射シート５３は、液晶パネル１６、１８の画素形成領域よりも大きな面積を有している。偏光選択反射シート５３は、入射する光のうち一方の偏光状態の光を透過させ、他方の偏光状態の光を反射させるものである。このような偏光選択反射シート５３としては、入射する光のうち一方の偏光方向の直線偏光の光を透過させ、これと直交する偏光方向の直線偏光の光を反射させるものとして、例えば住友スリーエム（株）製のＤ−ＢＥＦ（商品名）がある。また、入射する光のうち一方の旋回方向の円偏光又は楕円偏光の光を透過させ、反対向きの旋回方向の円偏光又は楕円偏光の光を反射させるものとして、例えば日東電工（株）製のＮＩＰＯＣＳ−ＰＣＦ（商品名）がある。以下の説明においては、偏光選択反射シート５３は、一方の直線偏光の光（これをＰ偏光の光という。）を透過し、他方の直線偏光の光（これをＳ偏光の光という。）を反射するように配置されているものとする。
【００７２】
図２２に示すように、液晶パネル１６は、その偏光透過軸Ｎ１が偏光選択反射シート５３の偏光透過軸Ｍの方向と平行となるようにして、偏光選択反射シート５３の上方に配置されている。同様に、液晶パネル１８は、その偏光透過軸Ｎ２が偏光選択反射シート５３の偏光透過軸Ｍと垂直となるようにして、半透過反射シート１９の下方に配置されている。本実施例においては、液晶パネル１６は、Ｐ偏光の光を透過し、液晶パネル１８は、Ｓ偏光の光を透過するように配置されている。なお、液晶パネル１６、１８は透過型又は半透過型のものである。
【００７３】
この両面画像表示装置１５における面光源装置１７から出射された光の挙動を図２２により説明する。面光源装置１７の光出射面３７からほぼ垂直に出射された光は、図２２に示すように、偏光選択反射シート５３に入射する。ここで、面光源装置１７から出射された光は、Ｐ偏光およびＳ偏光の光を有している。偏光選択反射シート５３に入射した光のうちＰ偏光の光は、偏光選択反射シート５３を透過し、Ｓ偏光の光は、偏光選択反射シート５３で反射される。液晶パネル１６の偏光透過軸Ｎ１がＰ偏光の光を透過するように配置されているので、偏光選択反射シート５３を透過したＰ偏光の光は、液晶パネル１６を透過して液晶パネル１６の画像を生成する。
【００７４】
また、偏光選択反射シート５３で反射されたＳ偏光の光は、面光源装置１７を通過して半透過反射シート１９に入射する。半透過反射シート１９に入射したＳ偏光の光のうち光透過領域４３ｂに到達したＳ偏光の光は、半透過反射シート１９を透過し、光反射領域４３ａに到達したＳ偏光の光は、反射壁４４および４５で反射される。液晶パネル１８の偏光透過軸Ｎ２がＳ偏光の光を透過するように配置されているので、半透過反射シート１９の光透過領域４３ｂを透過したＳ偏光の光は、液晶パネル１８を透過して液晶パネル１８の画像を生成する。
【００７５】
一方、半透過反射シート１９の光反射領域４３ａで反射された光は、光反射領域４３ａで反射される時に、光の偏光方向が旋回するので、Ｐ偏光およびＳ偏光の光が混在した光となる。半透過反射シート１９の光反射領域４３ａで反射された光は、面光源装置１７を透過して、再び偏光選択反射シート５３に入射する。偏光選択反射シート５３に入射した光のうちＰ偏光の光は、偏光選択反射シート５３を透過し、液晶パネル１６の画像を生成する。偏光選択反射シート５３に入射した光のうちＳ偏光の光は、偏光選択反射シート５３で反射され、再び半透過反射シート１９に入射する。半透過反射シート１９に入射したＳ偏光の一部は、半透過反射シート１９を透過し、液晶パネル１８の画像を生成する。
【００７６】
また、他の一部は、半透過反射シート１９で反射されて旋回し、Ｐ偏光およびＳ偏光が混在した光となって、再び偏光選択反射シート５３に入射する。この様に、導光板２１を出射した光は、偏光選択反射シート５３と半透過反射シート１９の間で、反射と偏光軸の回転を繰り返し、液晶パネル１６の画像生成と液晶パネル１８の画像生成に無駄なく使われる。
【００７７】
しかして、本実施例の両面画像表示装置１５によれば、ひとつの面光源装置１７によって２つの液晶パネル１６、１８を同時に照明することができるので、両面画像表示装置１５の薄型化を図ることができると共に、省電力化を図ることができる。また、面光源装置１７から出射した光は、半透過反射シート１９の光反射領域４３ａで吸収されないので、光源２０から出た光をほとんどロスすること無く利用することができ、光の利用効率に優れている。
【００７８】
ここで、本実施例の両面画像表示装置１５において、半透過反射シート１９に形成された光反射領域４３ａと光透過領域４３ｂを、図２３に示すように、偏光選択反射シート５３の偏光軸Ｍに対してφ＝４５°または、φ＝１３５°回転させて配置すれば、反射壁４４または４５で反射される度に光の偏光方向は、４５°旋回する。つまり、半透過反射シート１９の光反射領域４３ａに入射した光は、反射壁４４と４５で２回反射されるので、半透過反射シート１９で反射されて出射した光の偏光方向は、半透過反射シート１９に入射した光に対して、偏光方向が９０°旋回することとなる。
【００７９】
したがって、本実施例の両面画像表示装置１５において、半透過反射シート１９の光反射領域４３ａに入射したＳ偏光の光は、Ｐ偏光の光となって反射されることになる。つまり、両面画像表示装置１５に用いれば、面光源装置１７から出射した光のうち、Ｐ偏光の光は偏光選択反射シート５３を透過して、液晶パネル１６の画像を生成する。一方、Ｓ偏光の光は、偏光選択反射シート５３で反射されて、半透過反射シート１９に到達する。半透過反射シート１９に到達したＳ偏光の光の一部は、半透過反射シート１９を透過し、液晶パネル１８の画像を生成する。残りの一部は、半透過反射シート１９で反射されると共に、光の偏光方向が９０°回転して、Ｐ偏光の光となり、偏光選択反射シート５３を透過して、液晶パネル１６の画像を生成する。
【００８０】
この様に、偏光選択反射シート５３の偏光軸Ｍと半透過反射シート１９に形成された光反射領域４３ａと光透過領域４３ｂの配置を考慮しない場合に比べて、偏光選択反射シート５３と半透過反射シート１９の間で光が反射する回数が減るので、より効率的に液晶パネルを照明することができる。
【実施例７】
【００８１】
面光源装置１７の導光板２１からは、必ずしも垂直な方向にのみ光が出射される訳ではなく、光出射面３７やその反対側の面からは斜め方向に向けて出射されている漏れ光が存在する。例えば、導光板２１に設けられている偏向パターン３６の偏向傾斜面３９から外部に漏れた光が、再入射面４０に入ることなく、斜めに出射される場合などがある。このような漏れ光は、液晶パネルの照明に利用されておらず、無駄になっている。そこで、本発明の実施例７の半透過反射シート１９は、この漏れ光を有効に利用できる構造を提案するものである。
【００８２】
図２４に半透過反射シート１９の断面図を示す。半透過反射シート１９の下面（光入射面４７と反対側の面）には、光反射領域４３ａと光透過領域４３ｂが形成されている。光透過領域４３ｂは、半透過反射シート１９の光入射面４７と平行で平坦な面により構成されている。一方、光反射領域４３ａは、四角形の断面形状を有する凸状パターン４２によって構成されている。図２４は、凸状パターン４２の長さ方向に垂直で、かつ、光入射面４７に垂直な断面を表わしており、凸状パターン４２の断面形状は４つの頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有しており、頂点Ｂの頂角が９０°の角度となっている。頂点Ｂを挟む辺ＡＢと辺ＢＣがそれぞれ反射壁４４と反射壁４５となっている。頂点Ｃと頂点Ｄを結ぶ辺ＣＤは漏れ光反射壁５５となっており、光入射面４７にほぼ垂直な面となっている。また、頂点Ｂから光入射面４７に垂直に降ろした垂線と光透過領域４３ｂと一致する平面との交点をＥとし、頂点Ｃから光入射面４７に垂直に降ろした垂線と光透過領域４３ｂと一致する平面との交点をＦとするとき、辺ＡＢの射影長ＡＥと、辺ＢＣの射影長ＥＦとは等しくなっている。なお、図２４では、辺ＣＤ（漏れ光反射壁５５）は、光入射面４７に垂直な面となっているので、頂点Ｄと点Ｆとは重なり合っている。
【００８３】
この実施例においては、半透過反射シート１９の光入射面４７に垂直に入射した光４１のうち、一部の光４１は光透過領域４３ｂを透過して光入射面４７と反対側の面から出射される。残りの一部の光４１は、凸状パターン４２の反射壁４４又は反射壁４５に入射し、反射壁４４、４５で回帰反射されて元の方向に戻り、光入射面４７から入射方向と反対向きに出射される。
【００８４】
また、導光板２１から斜めに出射した漏れ光５４は、光入射面４７から半透過反射シート１９内に斜め入射する。斜め入射して漏れ光反射壁５５に入射した光は、漏れ光反射壁５５で全反射された後、反射壁４４に入射し、反射壁４４で屈折されて反射壁４４から外部へ出射される。ここで、漏れ光５４の角度ψをある角度に想定し、漏れ光反射壁５５の傾きをその角度ψに対して適当な角度に設定することにより、反射壁４４を屈折して出射された漏れ光５４の方向が、光入射面４７に垂直な方向を向くようにしている。
【００８５】
この様に、本実施例の半透過反射シート１９では、導光板２１からの漏れ光５４も液晶パネルの照明に使用することができるので、より効率的に光源２０からの光を使用することができる。
【００８６】
なお、本実施例の両面画像表示装置１５に用いた導光板２１からの漏れ光５４は、図２５に示した測定結果のように、導光板２１のパターン面３８と垂直な方向からψ≒６８°傾いた方向にピークを持っている。本実施例で示した凸状パターン４２の形状は、このψ≒６８°方向に出射される漏れ光５４をを垂直な方向に出射させて効率よく利用できるように設計されている。当然、漏れ光５４の出射方向が変化した場合、凸状パターン４２の形状もそれに合わせて変わることは、言うまでもない。
【００８７】
また、この実施例では、射影長ＡＥと射影長ＥＦとが等しくなっている。この射影長ＡＥとＥＦを等しくしていると、反射壁４４の全面で全反射された光が反射壁４５の全面に広がって入射し、逆に反射壁４５の全面で全反射された光が反射壁４４の全面に広がって入射し、一方の反射壁４４、４５で反射された光が他方の反射壁４５、４４で反射されることなく斜め方向へ出射されることがない。また、反射壁４４、４５に無駄な領域が生じることが無く、光を効率的に反射させることのできる微小な凸状パターン４２を無駄のない寸法で製作することができる。
【００８８】
図２６はこの理由を説明する図である。図２６において、点Ｅは頂点Ｂから光入射面４７に垂直に降ろした垂線と光透過領域４３ｂと一致する平面との交点であり、点Ｆは頂点Ｃから光入射面４７に垂直に降ろした垂線と光透過領域４３ｂと一致する平面との交点である。なお、図２４では辺ＣＤ（漏れ光反射壁５５）は、光透過領域４３ｂと垂直になっていて点Ｆは点Ｄと一致していたが、図２６では点Ｆと点Ｄを区別するために辺ＣＤに少し傾きを持たせた場合を示している。
【００８９】
また、頂点Ａを通り光透過領域４３ｂに垂直な直線と、頂点Ｂを通過し光透過領域４３ｂに平行な直線との交点をＧとし、頂点Ｃを通り光透過領域４３ｂに垂直な直線と、頂点Ｂを通過し光透過領域４３ｂに平行な直線との交点をＨとする。さらに、頂点Ｂから線分ＡＣに下した垂線の足をＪとする。
【００９０】
いま、図２６の上方から光透過領域４３ｂに垂直に光４１が入射したとき、辺ＡＢ（反射壁４４）で反射した光束がすべて辺ＢＣ（反射壁４５）に入射し、かつ、辺ＡＢで反射した光束が辺ＢＣの全体に広がっている場合を考えると、そのためには、図２６に示す光４１のように、辺ＡＢの端の頂点Ａに入射して辺ＡＢで反射された光が頂点Ｃに入射していればよいことが分かる。
【００９１】
垂線ＡＧから測った辺ＡＢの傾きを∠ＢＡＧ＝τとすると、頂点Ａに垂直入射する光４１は、辺ＡＢに対してτの傾きをもって入射している。よって、辺ＡＢで反射した光４１も辺ＡＢに対してτの傾きをもって出射する。すなわち、∠ＢＡＪ＝τとなる。よって、１つの頂角がτの直角三角形ＢＡＧと、１つの頂角がτの直角三角形ＢＡＪとは合同であり、
長さＧＢ＝長さＪＢ    …（１）
であることが分かる。
【００９２】
角度ＣＢＪ＝τ、角度ＣＢＨ＝τであることも容易に確かめることができるから、１つの頂角がτの直角三角形ＣＢＪと、１つの頂角がτの直角三角形ＣＢＨとは合同であり、
長さＢＪ＝長さＢＨ    …（２）
であることが分かる。
【００９３】
よって、（１）式と（２）式より、
長さＧＢ＝長さＢＨ    …（３）
が得られる。長さＧＢ＝長さＡＥ、長さＢＨ＝長さＥＦであることは明らかであるから、結局辺ＡＢに入射した光束が辺ＢＣ全体に広がって入射するためには、次の（４）式が成り立っていればよいことが分かる。
辺ＡＢの射影長ＡＥ＝辺ＢＣの射影長ＥＦ    …（４）
【００９４】
同様に光の逆行の原理によれば、垂直上方から入射して辺ＢＣ（反射壁４５）で反射した光束がすべて辺ＡＢ（反射壁４４）に入射し、かつ、辺ＢＣで反射した光束が辺ＡＢの全体に広がる条件も、上記（４）式で与えられることが分かる。
【実施例８】
【００９５】
本発明の実施例８は、実施例７をさらに変形したものである。図２７は、半透過反射シート１９の断面図である。半透過反射シート１９の光入射面４７と反対側の面には、光反射領域４３ａと、光透過領域４３ｂとが形成されている。光透過領域４３ｂは、半透過反射シート１９の光入射面４７と平行で平坦な面により構成されている。一方、光反射領域４３ａは、断面Ｗ字状の五角形をした凸状パターン４２によって構成されている。図２７に示すように、凸状パターン４２の頂点をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｌ、Ｋによって表わすと、頂点Ｂ及び頂点Ｌの頂角がいずれも９０°となっており、辺ＡＢ及び辺ＫＬが反射壁４４となっており、辺ＢＣと辺ＣＬが反射壁４５となっている。また、頂点Ｂから光入射面４７に垂直に降ろした垂線と光透過領域４３ｂと一致する平面との交点をＥとし、頂点Ｃから光入射面４７に垂直に降ろした垂線と光透過領域４３ｂと一致する平面との交点をＦとし、頂点Ｌから光入射面４７に垂直に降ろした垂線と光透過領域４３ｂと一致する平面との交点をＭとするとき、辺ＡＢの射影長ＡＥと、辺ＢＣの射影長ＥＦとは互いに等しくなっており、また、辺ＣＬの射影長ＦＭと、辺ＬＫの射影長ＭＫとは互いに等しくなっている。なお、図２７では、凸状パターン４２の断面形状は左右対称な形状となっているが、上記条件を満たせば、左右対称でなくても差し支えない。
【００９６】
この実施例にあっては、図２７に示すように、半透過反射シート１９に入射した光４１のうち、一部の光４１は光透過領域４３ｂに到達し、半透過反射シート１９の光入射面４７と反対側の面から出射される。残りの一部の光４１は、凸状パターン４２の反射壁４４、４５で全反射され、半透過反射シート１９の光入射面４７から入射した方向と逆向きの方向に出射される。
【００９７】
また、導光板２１から斜め方向へ出射された漏れ光５４は、光入射面４７から半透過反射シート１９内へ入射する。そのうち反射壁４４に入射した光は、反射壁４４で全反射されることなく反射壁４４を透過し、そのとき屈折させられる。そして、反射壁４４を屈折して外部へ出射される漏れ光５４は、光入射面４７とほぼ垂直な方向へ向けて出射される。このような光学的挙動を達成するためには、漏れ光５４の入射方向に応じて反射壁４４の傾斜角度を設計しておけばよい。
【００９８】
この様に、本実施例の半透過反射シート１９では、導光板２１からの漏れ光５４も液晶パネルの照明に使用することができるので、より効率的に光源２０からの光を使用することができる。
【００９９】
また、この実施例でも、射影長ＡＥと射影長ＥＦとが等しくなっているので、反射壁４４（辺ＡＢ）の全面で全反射された光が反射壁４５（辺ＢＣ）の全面に広がって入射し、逆に反射壁４５（辺ＢＣ）の全面で全反射された光が反射壁４４（辺ＡＢ）の全面に広がって入射する。同様に、射影長ＦＭと射影長ＭＫとが等しくなっているので、反射壁４４（辺ＬＫ）の全面で全反射された光が反射壁４５（辺ＣＬ）の全面に広がって入射し、逆に反射壁４５（辺ＣＬ）の全面で全反射された光が反射壁４４（辺ＬＫ）の全面に広がって入射する。よって、反射壁４４、４５に無駄な領域が生じることが無く、光を効率的に反射させることのできる微小な凸状パターン４２を無駄のない寸法で製作することができる。
【０１００】
さらに、本実施例の凸状パターン４２では、実施例７に示した半透過反射シート１９の凸状パターン４２に比較して成形時に金型から外し易い断面形状となっている。
【０１０１】
また、半透過反射シート１９は、図１０（ａ）〜（ｃ）により説明したように、成形金型を用いて製造される。上金型４８は、バイトを用いる研削加工することにより、凸状パターン４２を成形するための凹条５０を設けられる。ここで、実施例７の半透過反射シート１９を作製する場合には、上金型４８の凹条５０の断面が変形した四角形状となっているので、この凹条５０を切削加工するためには、図２８（ａ）に示すように、特殊な形状のバイト５６が必要とされる。
【０１０２】
これに対し、本実施例の凸状パターン４２を成形するための上金型４８では、図２８（ｂ）に示すように、開口側で幅が広くなった断面Ｗ字状の凹条５０を必要とする。しかも、このＷ字状の凹条５０の最も低い位置にある両側の隅部の角度は９０°となる。従って、上金型４８にこのような形状の凹条５０を研削加工しようとすれば、図２８（ｂ）に示すように、長方形状の簡単な形状をしたバイト５７を用意し、バイト５７の傾きを変えてバイト５７の角を９０°の２箇所の隅部に合わせて２回研削加工すれば、単純な形状のバイトを用いて容易に凹条５０を加工することができる。
【実施例９】
【０１０３】
図２９は本発明の実施例９による半透過反射シート１９を示す部分拡大断面図である。実施例９では、半透過反射シート１９の光反射領域４３ａが、Ｖ溝状をした複数の凹状パターン４２”によって構成されている（請求項６）。凹状パターン４２”は、互いに直交する反射壁４４と反射壁４５によって構成されており、凹状パターン４２”は互いに間隙をあけて平行に配置されている。
【０１０４】
このような半透過反射シート１９では、凹状パターン４２”間に形成された平坦な領域が光透過領域４３ｂとなり、ここに入射した光４１は半透過反射シート１９を透過する。また、光反射領域４３ａである反射壁４４又は４５に入射した光４１は、隣接する凹状パターン４２”間の反射壁４４と反射壁４５で反射され、元の方向へ向けて回帰反射される。
【０１０５】
なお、上記各実施例においては、面光源装置又は液晶表示装置に関連して本発明の光学シートを説明したが、本発明の光学シートの用途は、面光源装置や液晶表示装置に限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】従来の両面画像表示装置の概略側面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、いずれも従来の半透過反射シートの断面図である。
【図３】本発明の実施例１による両面画像表示装置の構造を示す分解斜視図である。
【図４】実施例１に用いられている光源の構造を示す断面図である。
【図５】実施例１に用いられている導光板の裏面図である。
【図６】同上の導光板の下面に設けられている偏光パターンを示す図である。
【図７】（ａ）一つの偏光パターンの輪郭を示す斜視図、（ｂ）（ｃ）は、偏光パターンの断面形状とその作用を示す図である。
【図８】実施例１に用いられている半透過反射シートの平面図である。
【図９】同上の半透過反射シートの一部を拡大して示す断面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、半透過反射シートの製造方法を説明する図である。
【図１１】実施例１の両面画像表示装置において、導光板内の光の挙動を説明する図である。
【図１２】実施例１の両面画像表示装置において、導光板から出射された光の挙動を説明する図である。
【図１３】導光板内における各方位への光の分配の仕方を説明するための図である。
【図１４】半透過反射シートの凸状パターンにおいて裾を引いた領域を示す拡大図である。
【図１５】円弧状に形成された凸状パターンを示す半透過反射シートの平面図である。
【図１６】（ａ）は実施例２に用いられている半透過反射シートの平面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）はいずれも（ａ）の半透過反射シートに形成されている凸状パターンの形状を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は凸状パターンの異なる断面形状を説明する図であり、（ｂ）は光反射領域を構成する凹凸パターンを示す断面図である。
【図１８】実施例３に用いられている半透過反射シートを示す部分拡大断面図である。
【図１９】実施例４に用いられている半透過反射シートの部分拡大断面図である。
【図２０】実施例５に用いられている半透過反射シートの部分拡大断面図である。
【図２１】本発明の実施例６による両面画像表示装置の構造を示す分解斜視図である。
【図２２】実施例６の両面画像表示装置における光の挙動を説明する図である。
【図２３】同上の別な両面画像表示装置における光の挙動を説明する図である。
【図２４】実施例７に用いられている半透過反射シートの部分拡大断面図である。
【図２５】導光板からの漏れ光の出射方向と光強度との関係を表わしたグラフである。
【図２６】実施例７の半透過反射シートにおいて、射影長ＡＥとＥＦとを等しくしている理由を説明するための図である。
【図２７】実施例８に用いられている半透過反射シートの部分拡大断面図である。
【図２８】（ａ）は実施例７に用いられている半透過反射シートの製造に用いる上金型の加工方法を説明する図、（ｂ）は実施例８に用いられている半透過反射シートの製造に用いる上金型の加工方法を説明する図である。
【図２９】実施例９による半透過反射シートの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１５  両面画像表示装置
１６、１８  液晶パネル
１７  面光源装置
１９  半透過反射シート
２０  光源
２１  導光板
４２  凸状パターン  
４２’  凹凸パターン
４２”  凹状パターン
４３ａ  光反射領域
４３ｂ  光透過領域
４４、４５  反射壁
４７  光入射面
５２  散乱面
５３  偏光選択反射シート
【図１】
2006085954.tif 000003
【図２】
2006085954.tif 000004
【図３】
2006085954.tif 000005
【図４】
2006085954.tif 000006
【図５】
2006085954.tif 000007
【図６】
2006085954.tif 000008
【図７】
2006085954.tif 000009
【図８】
2006085954.tif 000010
【図９】
2006085954.tif 000011
【図１０】
2006085954.tif 000012
【図１１】
2006085954.tif 000013
【図１２】
2006085954.tif 000014
【図１３】
2006085954.tif 000015
【図１４】
2006085954.tif 000016
【図１５】
2006085954.tif 000017
【図１６】
2006085954.tif 000018
【図１７】
2006085954.tif 000019
【図１８】
2006085954.tif 000020
【図１９】
2006085954.tif 000021
【図２０】
2006085954.tif 000022
【図２１】
2006085954.tif 000023
【図２２】
2006085954.tif 000024
【図２３】
2006085954.tif 000025
【図２４】
2006085954.tif 000026
【図２５】
2006085954.tif 000027
【図２６】
2006085954.tif 000028
【図２７】
2006085954.tif 000029
【図２８】
2006085954.tif 000030
【図２９】
2006085954.tif 000031