(57)【要約】【課題】光源光の利用効率が高く、少ない部品点数で構成できる照明装置及び明るさ（輝度）が向上した液晶表示装置を提供する。【解決手段】照明装置は、平板状の導光板と、導光板の側方に配置される光源部と、導光板と光源部との間に配置され、第１の偏光方向の直線偏光を透過し、第１の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光を反射する偏光分離素子とを備えるように構成する。また、光源部と偏光分離手段との間に位相変調素子をさらに備えるように構成する。液晶表示装置は、上記照明装置と液晶パネルで構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の導光板と、前記導光板の側方に配置される光源部と、前記導光板と前記光源部の間に配置され、第１の偏光方向の直線偏光を透過し、前記第１の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光を反射する偏光分離素子と、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源部と前記偏光分離素子の間に、位相変調素子を備えることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記光源部は、発光源と、前記発光源からの光を反射する反射部材を有することを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
【請求項４】
前記発光源が線状の発光源であり、前記反射部材が前記線状の発光源を囲むように配置されていることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源部は柱状の導光体を有し、前記発光源が点状の発光源であり、前記柱状の導光体の端面に前記点状の発光源が配置され、前記柱状の導光体の第１の側面から光が出射し、前記第１の側面に対向する第２の側面に前記反射部材が設けられることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
【請求項６】
前記第２の側面がプリズム面であることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
【請求項７】
平板状の導光板と、前記導光板の側方に配置される光源部と、前記導光板と前記光源部の間に配置される位相変調素子と、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
前記光源部は、点状の発光源と、柱状の導光体を有し、前記柱状の導光体の端面に前記点状の発光源が配置され、前記柱状の導光体の第１の側面から光が出射することを特徴とする請求項７記載の照明装置。
【請求項９】
前記第１の側面に対向する第２の側面がプリズム面であることを特徴とする請求項８記載の照明装置。
【請求項１０】
液晶パネルと、平板状の導光板と、前記導光板の側方に配置される光源部と、前記導光板と前記光源部の間に配置され、第１の偏光方向の直線偏光を透過し、前記第１の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光を反射する偏光分離素子とを有する照明装置と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
前記光源部と前記偏光分離素子の間に、第１の位相変調素子を備えることを特徴とする請求項１０記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記液晶パネルと前記照明装置の間に、第２の位相変調素子を備えることを特徴とする請求項１０または１１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルに光を照射する照明装置及び、この照明装置を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、薄くて軽いこと、さらに消費電力が低いことなどから、携帯型の情報端末のディスプレイとして広く利用されている。液晶表示装置は、その構成要素である液晶パネルが自発光型素子ではないため、照明装置を必要とする。照明装置は、液晶パネルの背面側（すなわち、視認者と反対側）に配置される、いわゆるバックライトと、液晶パネルの前面側（すなわち、視認者側）に配置される、いわゆるフロントライトがある。液晶パネルが透過型である場合はバックライトを、反射型である場合にはフロントライトを用いる。反射型液晶パネルは、基本的に照明装置を必要としない素子であるが、光が少ないような状況下では視認することが困難であり、最近では、前面にフロントパネルを配置することが多くなっている。
【０００３】
携帯型の情報端末に用いられる液晶表示装置では、照明装置も薄型である必要があるため、透明部材で形成された平板状の導光板の側部に冷陰極管などの線状光源をリフレクタ（反射板）とともに配置する、いわゆるサイドライト型（エッジライト型などともいう）の照明装置が用いられる。このようなサイドライト型の照明装置では、線状光源から出射した光が直接的にあるいはリフレクタで反射して間接的に導光板の側面から入射する。導光板に入射した光は導光板内を伝播しながら、平板状の導光板の上面側（バックライトの場合）または下面側（フロントライトの場合）から出射し、導光板（照明装置）の上面側または下面側に配置される液晶パネルに入射する。
【０００４】
冷陰極管などの光源から出射する光は、通常、ランダム偏光（無偏光の光）であるため、導光板から出射する光もランダム偏光である。しかし、液晶パネルには、通常、入射側（および出射側）に偏光子が設けられており、所定の直線偏光のみが液晶パネル内に入射するようにしている。したがって、導光板を出射し液晶パネルに入射するランダム偏光のうち、実際に液晶パネル内に入射して表示に利用されるのは約半分の光だけであり、光の利用効率が悪い。携帯型の情報端末のディスプレイには、高輝度化が要求されている。この従来の構成で高輝度化を図るためには、冷陰極管などの光源の発光量を多くすれば良いが、そうすると消費電力が増加してしまい、特に、バッテリ駆動の携帯型の情報端末などのディスプレイとして適さなくなってしまう。
【０００５】
このような問題を解決する手段として、導光板から出射し液晶パネルに入射する光を直線偏光とし、照明装置から出射する光の殆どを液晶パネルに入射させて利用しようとする技術がある。例えば、特開平９−７３０８３号公報には、サイドライト型の照明装置において、光源と導光板の間に光源側から、補助導光板、コレステリック液晶シートからなる偏光分離手段とポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなる位相変換手段を配置する構成が開示されている。この従来技術では、コレステリック液晶シートからなる偏光分離手段で第１の円偏光を透過、第２の円偏光を反射し、透過した第１の円偏光を位相変換手段で直線偏光に変換して導光板に入射させている。また、偏光分離手段の入射角依存性による影響を防ぐために、偏光分離手段に入射する光の角度を揃える補助導光板が配置されている。一方、反射した第２の円偏光は光源側に戻り、光源表面やリフレクタ等で反射して極性が反転した円偏光（すなわち、第１の円偏光）となり、偏光分離手段を透過するようになる。
【０００６】
よって、この従来の照明装置では、光源からの光の半分以上を導光板へ導入し利用することが可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の照明装置では、円偏光を分離する偏光分離手段の入射角依存性による影響を防ぐために、偏光分離手段への入射角を制御する補助導光板のような補助部材が必要になる。上記文献中には、このような補助部材（補助導光板）が設けられない構成も開示されているが、実用上は、補助部材を設けなければ所望の効果（光源光の利用効率を上げる）は得られない。よって、上記の従来技術では、部品点数が多くなり、小型・軽量化を実現できず、さらに、安価に製造することが困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を鑑み、光源光の利用効率が高く、少ない部品点数で構成できる照明装置、及び、明るさ（輝度）が向上した液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の観点によれば、上記課題は以下の特徴を持つ照明装置及び液晶表示装置によって解決される。
【００１０】
すなわち、平板状の導光板と、導光板の側方に配置される光源部と、導光板と光源部との間に配置され、第１の偏光方向の直線偏光を透過し、第１の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光を反射する偏光分離素子とを備えることを特徴とする照明装置およびそれを用いた液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１１】
以上の通り、本発明によれば、安価に製造が可能な部品点数が少ない構成で、照明装置の光源光の利用効率を向上させること、さらに、液晶表示装置の明るさ（輝度）を向上させることが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態を示す図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態を示す図である。
【図９】本発明の第８の実施の形態を示す図である。
【図１０】本発明の第９の実施の形態を示す図である。
【図１１】本発明の第１０の実施の形態を示す図である。
【図１２】冷陰極管を備える光源部を示す図である。
【図１３】ＬＥＤを備える光源部を示す図である。
【図１４】柱状導光体内の光を説明する図である。
【図１５】柱状導光体内の光を説明する図である。
【図１６】偏光分離シートでの反射光を説明する図である。
【図１７】偏光分離シートでの反射光を説明する図である。
【図１８】導光体内の光を説明する図である。
【図１９】導光板の出射光と偏光子の透過軸を説明する図である。
【図２０】光学素子の構造例を示す図である。
【図２１】直線偏光の偏光方向と偏光子の光学軸との角度の関係を示す図である。
【図２２】偏光分離素子の出射光と導光板の出射光の偏光方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本発明の原理）
図１は、本発明の原理図である。光源部２から出射した光Ｌ１は、無偏光の光である。光Ｌ１は位相変調素子４を透過して光Ｌ２（光Ｌ１と同様に無偏光）となり、第１の偏光方向の光を透過し、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の光を反射する偏光分離素子６に入射する。偏光分離素子６は、第１の直線偏光Ｌ３を透過し、偏光方向が直線偏光Ｌ３と直交する第２の直線偏光Ｌ４を反射する。直線偏光Ｌ３は図示しない導光板へ向かう。直線偏光Ｌ４は位相変調素子４に入射して円偏光Ｌ５に変換され、円偏光Ｌ５は光源部２へ戻る。
【００１４】
光源部２に戻った光Ｌ５は、光源部２の内部で反射等を繰り返し、再び無偏光Ｌ１となって光源部２から出射する。そして、上述のように偏光分離素子６で半分の光、すなわち第１の直線偏光Ｌ３が透過して導光板へ向かい、残りの光、すなわち第２の直線偏光が再び光源部２へ戻る。この繰り返しにより、光源部２から出射する光の殆どが導光板へ入射して利用可能となる。
【００１５】
尚、円偏光Ｌ５が光源部２で一回反射されて光源部２を出射した場合、逆の円偏光となるため、位相変調素子４で直線偏光（第１の直線偏光）に変換され、偏光分離素子６をそのまま透過するようになる。
【００１６】
また、上記説明では、位相変調素子４を光源部２と偏光分離素子６との間に設けたが、位相変調素子４を省略することも可能である。
【００１７】
（本発明の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、同様な機能を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施の形態である照明装置１１０を示す図である。照明装置１１０はフロントライト型の照明装置であり、平板状の導光板３０と、導光板３０の一側面に配置される、偏光分離素子となる偏光分離シート２０及び線状の光源部１０を備える。偏光分離シート２０は光源部１０と導光板３０の間に配置される。線状の光源部１０は、例えば図１２（ａ）に示すように、線状の発光源である冷陰極管１２と反射部材であるリフレクタ１４で構成される。リフレクタ１４は例えばアルミで形成され、光の出射側を除いて冷陰極管１２を囲むように配置されている。尚、図１及び以降の図では、光源部１０は簡略化して冷陰極管１２のみ図示している。
【００１９】
冷陰極管１２からの光は一般的に無偏光の光であり、リフレクタ１４で反射した光も同様に無偏光の光である。冷陰極管１２を出射した光は、図１２（ｂ）に示すように、直接的にあるいはリフレクタ１４で反射して光源部１０を出射し、偏光分離シート２０に入射する。（尚、図１２（ｂ）には、後述する実施の形態に開示される位相変調素子（４分の１波長シート４０）が示されている。）偏光分離シート２０としては、市販されているシート（例えば、３Ｍ社よりＤ−ＢＥＦの商品名で市販されているもの）を用いることができる。偏光分離シート２０に入射した光は所定の偏光方向を有する直線偏光の光が透過し、それに直交する偏光方向の直線偏光の光が反射する。上記所定の方向すなわち透過する直線偏光の偏光方向は、偏光分離シートの光学的軸の配置方向によって定められる。偏光分離シート２０で反射した他方の直線偏光の光は、光源部１０に戻り一部は冷陰極管１２に向かい、残りはリフレクタ１４へ向かう。冷陰極管１２に入射した光は、冷陰極管１２の蛍光体によって２次発光し、再び無偏光の光となって偏光分離シート２０に入射し、所望の直線偏光の光だけが透過し、それに直交する直線偏光の光は反射され再び光源部１０へ戻る。これが繰り返されることによって、殆ど全ての光が偏光分離シート２０を透過し導光板３０へ向かう。ここで「殆ど全て」というのは、実際には、界面でのロス、反射時のロス、２次発光時のロスなどがあり、無限回に繰り返されるものではないからである。
【００２０】
偏光分離シート２０を透過した直線偏光の光は、導光板３０に入射する。偏光板３０はフロントライト型照明装置の導光板であり、例えば図１８に示すように、上面側（反射型液晶パネルとともに用いられた場合の視認側）に傾斜角度の異なる２種類の斜面３２及び３４からなるプリズム面が形成され、下面側（反射型液晶パネルと用いられた場合の液晶パネル側）が平坦面３６となっている。導光板３０に入射した光のうち（図中、左方から光が入射する）、傾斜角度の小さな斜面３２に入射した光は全反射により導光板中を伝播し、傾斜角度の大きな斜面３４に入射した光は反射して下面３６より導光板３０の外部に出射する。導光板３０に入射する光が直線偏光であれば、導光板３０内では偏光状態が維持されるので、導光板３０からの出射光は同様に直線偏光の光となる。
【００２１】
したがって、上記第１の実施の形態のように、光源部と導光板の間に偏光分離素子を配置するだけで、偏光分離素子での反射光を再利用して導光板への入射光を直線偏光化でき、それにより導光板からの出射光を直線偏光とすることが可能となるため、光の利用効率の高い照明装置を少ない部品点数で構成することが可能となる。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施の形態である照明装置１２０を示す図である。前述の第１の実施の形態の照明装置１１０と類似した構成であり、相違点は光源部５０の構成である。光源部５０の詳細な構成は図１３に示される。図１３（ａ）に示すように、光源部５０は、略四角柱形状の透明部材からなる柱状導光体５２と、その両端部に配置された点状の発光部となる点状発光部５１を備える。点状発光部５１は、例えば、安価に入手できる発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）で構成される。柱状導光体５２は、４つの側面のうちの一側面が平坦な出射面５４となり、出射面５４に対向する他の一側面がプリズム面５３となっている。残りの２つの側面は平坦面となっている。
【００２３】
また、図１４に示すように、プリズム面５３には、反射部材として金属膜あるいは多層膜などからなる反射層５７が設けられる。よって、点状発光部５１から柱状導光体５２に入射した光は、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、プリズム面５３への入射角に関係なくプリズム面５３に設けられた反射層５７により反射されるので、光が無効になることなく出射面５４から出射して偏光分離シート２０へ向かう。点状発光部５１のＬＥＤから出射する光は一般的に無偏光の光であるため、柱状導光体５２から出射する光も無偏光の光となる。
【００２４】
柱状導光体５２から出射した無偏光の光は、偏光分離シート２０で所定の直線偏光の光だけ透過し、図１６に示すように、直交する直線偏光の光は柱状導光体５２に戻る。柱状導光体５２に戻った光はプリズム面５３に入射し、図１６（ａ）に示すように、一部の光は反射層５７で反射されて無偏光の光に変換し、再び出射面５４から出射して偏光分離シート２０に入射する。そして、偏光分離シート２０では、所定の直線偏光の光のみ透過し、直交する直線偏光の光を反射する。これを繰り返す。
【００２５】
また、柱状導光体５２に戻った光の他の一部は、図１６（ｂ）に示すように、反射層５７で反射し、さらに出射面５４で全反射して柱状導光体５２内を伝播しながら点状発光部５１に入射し、２次発光により無偏光の光となって柱状導光体５２内を伝播しながら再び出射面５４から出射して偏光分離シート２０に入射する。そして、偏光分離シート２０では、所定の直線偏光の光のみ透過し、直交する直線偏光の光を反射する。これを繰り返す。
【００２６】
このように、本実施の形態の光源部５０では、点状発光部５１から出射する光の殆ど全てが、柱状導光体５２および偏光分離シート２０を通って、直線偏光に変換されて導光板３０に入射する。そして、偏光板３０では入射した光の偏光状態を維持して直線偏光のまま出射する。したがって、本実施の形態の照明装置１２０は、前述の第１の実施の形態と同様な作用・効果を有する。
【００２７】
尚、点状発光部５１としては、他の構成も適用することができる。例えば、図１３（ｂ）に示すように、柱状導光体５２の端面に蛍光体５５を塗布し、その上にＬＥＤ５６等の点光源を配置する構成が可能であり、さらに、図１３（ｃ）に示すように、柱状導光体５２の１つの端面に複数のＬＥＤ５６等の点光源を配置する構成も可能である。また、図１３（ｃ）の構成の場合、複数の点光源の波長が同一でも良いし、異なる波長のものでも良い。
【００２８】
また、柱状導光体５２としては、四角柱形状に限らず、他の多角柱形状のものが適用できる。この場合、少なくとも１つの側面を出射面とし、少なくとも１つの他の側面に反射部材あるいはプリズム面（または両方）を設ければよい。
【００２９】
図４は、本発明の第３の実施の形態である液晶表示装置１４０を示す図である。液晶表示装置１４０は反射型の液晶表示装置であり、反射型液晶パネル７０と、その前面に配置され、光源部１０、偏光分離シート２０及び導光板３０を備えた、前述の第１の実施の形態であるフロントライト型の照明装置１１０とを有する。照明装置１１０は液晶パネル７０の前面から光を照射し、液晶パネル７０で反射された光は照明装置１１０の導光板３０を透過する。したがって、液晶パネル７０の表示は導光板３０を介して見ることになる。
【００３０】
ここで、液晶パネル７０の前面側（入射側）には偏光子が設けられており、偏光子の偏光軸は液晶パネル７０の長手方向（線状光源部１０の長手方向）となるように設けられている。よって、導光板３０を出射して液晶パネル７０に入射する直線偏光の偏光方向と、偏光子の透過軸方向を合わせる必要がある。図２１は、直線偏光の偏光方向と偏光子の光学軸との角度の関係を示す図である。横軸は偏光子に入射する直線偏光の偏光方向の角度を示し、９０度方向が偏光子の遮光軸方向に対応し、１８０度方向（本実施の形態におていは、液晶パネルの長手方向、すなわち線状光源部の長手方向）が偏光子の透過軸方向に対応する。縦軸は液晶パネルからの出射光（透過光あるいは反射光）の透過光量を最大透過光量で規格化した消光比を示している。図から、直線偏光の偏光方向が偏光子の透過軸とほぼ一致する時に最大の透過光量となることが分かる。言い換えれば、直線偏光の偏光方向と偏光子の透過軸がずれていると、偏光子での吸収によるロスが生じてしまう。
【００３１】
したがって、本実施の形態では、偏光分離シート２０を透過する直線偏光の偏光方向を調整することで、導光板３０を出射する光の偏光方向と液晶パネル７０前面の偏光子の透過軸が略一致するようにしている。すなわち、偏光分離シート２０を大きなシートから切り出す時に、その透過光の偏光方向が所定の方向となるように、例えば、偏光分離シート２０の長手方向と透過光の偏光方向が略平行（水平方向）となるように切り出す。ここで所定の方向とは、偏光分離シート２０を透過した直線偏光が導光板３０を通って液晶パネル７０の偏光子に入射する時に、直線偏光の偏光方向が偏光子の透過軸と略一致するような方向のことである。
【００３２】
図２２は、偏光分離素子（偏光分離シート２０）の出射光と導光板（導光板３０）の出射光の偏光方向を示す図である。横軸は各出射光の角度示し、偏光子の透過軸に対する角度で示している。偏光子の透過軸の配置方向は上述の通りである。縦軸は液晶パネル（液晶パネル７０）からの出射光（透過光あるいは反射光）の透過光量を最大透過光量で規格化した消光比を示している。図より、本実施の形態では、偏光分離シート２０からの出射光の偏光特性と、導光板３０からの出射光の偏光特性がほぼ一致していることが分かる。すなわち、導光板３０で入射した直線偏光の偏光状態が維持されていることが分かる。
【００３３】
上述したように、本実施の形態の液晶表示装置１４０では、光の利用効率の良い照明装置１１０を用い、さらに照明装置１１０からの光がロスなく効率よく液晶パネル７０に入射するように、偏光分離シート２０の光の透過方向と液晶パネル７０の偏光子の透過軸方向が設定されているので、明るい液晶表示装置を実現することが可能となる。
【００３４】
尚、本実施の形態において、照明装置としては、前述の第２の実施の形態に示した照明装置１２０を用いることも可能である。また、反射型液晶パネル７０としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード液晶パネル、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）モード液晶パネルなどの他、種々のモードの反射型液晶パネルを用いることができる。
【００３５】
図５は、本発明の第４の実施の形態である液晶表示装置１５０を示す図である。液晶表示装置１５０は透過型の液晶表示装置であり、透過型液晶パネル９０と、その背面に配置され、前述の第２の実施の形態の照明装置１２０をバックライト型とした照明装置とを有する。バックライト型の照明装置は、第２の実施の形態の照明装置１２０と光源部５０及び偏光分離シート２０が共通であるが、導光板８０が異なる。導光板８０は、背面に入射した光を上面（前面）に向けて拡散させる拡散パターンが形成され、さらに背面側に反射板が配置される。そして、導光板８０の上面が出射面となって光が出射し、導光板８０を出射した光は透過型液晶パネル９０の背面から入射する。したがって、液晶パネル９０の表示は液晶パネル９０の前面を直接見ることになる。導光板８０の機能は、前述の実施の形態の導光板３０と同様であり、光源部５０及び偏光分離シート２０により直線偏光化された光が入射し、その偏光状態を維持したまま出射させる。
【００３６】
ここで、前述の実施の形態と同様に、液晶パネル９０の入射側（背面側）には偏光子が設けられている。そこで、本実施の形態でも、偏光分離シート２０を透過した直線偏光が導光板３０を通って液晶パネル７０の偏光子に入射する時に、直線偏光の偏光方向が偏光子の透過軸と略一致するように、偏光分離シート２０と液晶パネル９０の入射側の偏光子の配置方向が定められている。
【００３７】
上述したように、本実施の形態の液晶表示装置１５０においても、前述の液晶表示装置１４０と同様に、光の利用効率の良い照明装置を用い、さらに照明装置からの光がロスなく効率よく液晶パネル９０に入射するように、偏光分離シート２０の光の透過方向と液晶パネル９０の偏光子の透過軸方向が設定されているので、明るい液晶表示装置を実現することが可能となる。
【００３８】
尚、本実施の形態においても、照明装置として、前述の第１の実施の形態に示した照明装置１１０をバックライト型の照明装置に適用したものを用いることが可能である。また、透過型液晶パネル９０として、前述の実施の形態同様、種々のモードの透過型液晶パネルを用いることができる。
【００３９】
図６は、本発明の第５の実施の形態である照明装置１６０を示す図である。照明装置１６０はフロントライト型の照明装置であり、前述の第１の実施の形態の照明装置１１０と類似した構成であるが、相違点は光源部１０と偏光分離シート２０との間に位相変調素子となる４分の１波長シート４０が配置されている点である。
【００４０】
本実施の形態においては、図１２（ｂ）に示すように、冷陰極管１２を出射した無偏光の光は、直接的にあるいはリフレクタ１４で反射して光源部１０を出射し、4 分の１波長シート４０に入射及び透過し、偏光分離シート２０に入射する。偏光分離シート２０としては、市販されているシート（例えば、３Ｍ社よりＤ−ＢＥＦの商品名で市販されているもの）を用いることができる。偏光分離シート２０に入射した光は所定の偏光方向を有する直線偏光の光が透過し、それに直交する偏光方向の直線偏光の光が反射する。上記所定の方向すなわち透過する直線偏光の偏光方向は、偏光分離シートの光学的軸の配置方向によって定められる。偏光分離シート２０で反射した直線偏光の光は、４分の１波長シート４０に入射し、円偏光に変換されて光源部１０に戻る。光源部１０に戻った円偏光の光の一部は冷陰極管１２に向かい、残りはリフレクタ１４へ向かう。冷陰極管１２に入射した円偏光の光は、冷陰極管１２の蛍光体によって２次発光し、再び無偏光の光となって光源部１０を出射する。出射した無偏光の光は、４分の１波長シート４０を透過した後、偏光分離シート２０に入射し、再び所定の直線偏光の光だけが透過し、それに直交する直線偏光の光は反射され再び光源部１０へ戻る。また、リフレクタ１４に入射した円偏光の光は、リフレクタ１４で反射される時に逆の円偏光の光となり、この状態で光源部１０を出射する。光源部１０を出射した逆の円偏光の光は、４分の１波長シート４０に入射し直線偏光に変換される。この変換された直線偏光の偏光方向は、偏光分離シート２０で反射されて戻された直線偏光の偏光方向と直交する方向となる。すなわち、偏光分離シート２０を透過する直線偏光の光となる。したがって、４分の１波長シート４０で変換された直線偏光の光は、そのまま偏光分離シート２０を透過して導光板３０へ向かうことになる。
【００４１】
これが繰り返されることによって、光源部１０を出射する殆ど全ての光が偏光分離シート２０を透過し導光板３０へ向かう。ここで「殆ど全て」というのは、実際には、界面でのロス、反射時のロス、２次発光時のロスなどがあり、無限回に繰り返されるものではないからである。しかしながら、本実施の形態では、光源部と偏光分離素子（偏光分離シート２０）との間に、位相変調素子（４分の１波長シート４０）が配置されている。そのため、偏光分離素子で反射されて戻された直線偏光の光のうち、位相変調素子で円偏光に変換され、光源部のリフレクタで反射されて再び位相変調素子に入射する光は、偏光分離素子を透過する直線偏光に変換されるので、一度光源部に戻るだけで導光板へ向かうことができる。よって、各素子での反射や透過、２次発光などを何度も繰り返すことがないため、それらに起因するロスが少なく、光の再利用効率が向上する。したがって、本実施の形態（光源部と偏光分離素子との間に位相変調素子を配置する構成）は、前述の第１〜第３の実施の形態などと比べ、さらに光の利用効率が向上し、液晶パネルと組み合わせると、さらに明るい液晶表示パネルを実現することができる。
【００４２】
図７は、本発明の第６の実施の形態である照明装置１７０を示す図である。照明装置１７０はフロントライト型の照明装置であり、前述の第２の実施の形態の照明装置１２０と類似した構成であるが、相違点は光源部５０と偏光分離シート２０との間に位相変調素子となる４分の１波長シート４０が配置されている点である。また、前述の第５の実施の形態の照明装置１６０とも類似しており、相違点は光源部５０の構成である。光源部５０の構成については、前述のとおりである。
【００４３】
本実施の形態においては、図１７に示すように、柱状導光体５２から出射した無偏光の光は、４分の１波長シート４０に入射及び透過し、偏光分離シート２０で所定の直線偏光の光だけ透過し、直交する直線偏光の光は４分の１波長シート４０を透過して柱状導光体５２に戻る。柱状導光体５２に戻った光は、４分の１波長シート４０を透過することで円偏光の光となっている。柱状導光体５２に戻った円偏光の光はプリズム面５３に入射し、図１７（ａ）に示すように、一部の光は反射層５７で反射される時に逆の円偏光の光となり、再び出射面５４から出射する。出射面５４から出射した逆の円偏光の光は、４分の１波長シート４０を透過して直線偏光の光に変換される。この変換された直線偏光の偏光方向は、偏光分離シート２０で反射されて戻された直線偏光の偏光方向と直交する方向となる。すなわち、偏光分離シート２０を透過する直線偏光の光となる。したがって、４分の１波長シート４０で変換された直線偏光の光は、そのまま偏光分離シート２０を透過して導光板３０へ向かうことになる。
【００４４】
また、柱状導光体５２に戻った円偏光の光の他の一部は、図１７（ｂ）に示すように、反射層５７で反射し、さらに出射面５４で全反射して柱状導光体５２内を伝播しながら点状発光部５１に入射し、２次発光により無偏光の光となって柱状導光体５２内を伝播しながら再び出射面５４から出射し、４分の１波長シート４０を透過して偏光分離シート２０に入射する。そして、偏光分離シート２０では、所定の直線偏光の光のみ透過し、直交する直線偏光の光を反射する。これを繰り返す。
【００４５】
このように、本実施の形態においても、前述の第５の実施の形態と同様に、光源部と偏光分離素子（偏光分離シート２０）との間に、位相変調素子（４分の１波長シート４０）が配置されている。そのため、偏光分離素子で反射されて戻された直線偏光の光のうち、位相変調素子で円偏光に変換され、光源部で反射されて再び位相変調素子に入射する光は、偏光分離素子を透過する直線偏光に変換されるので、一度光源部に戻るだけで導光板へ向かうことができる。よって、各素子での反射や透過、２次発光などを何度も繰り返すことがないため、それらに起因するロスが少なく、光の再利用効率が向上する。したがって、本実施の形態においても、前述の第１，第２の実施の形態などと比べ、さらに光の利用効率が向上し、液晶パネルと組み合わせると、さらに明るい液晶表示パネルを実現することができる。
【００４６】
図８は、本発明の第７の実施の形態である液晶表示装置１８０を示す図である。液晶表示装置１８０は反射型の液晶表示装置であり、前述の第３の実施の形態の液晶表示装置１４０と類似した構成であるが、相違点はフロントライト型の照明装置として第５の実施の形態の照明装置１６０を用いている点である。
【００４７】
本実施の形態においては、照明装置として第５の実施の形態の照明装置１６０を用いているので、第３の実施の形態の液晶表示装置１４０よりも、さらに明るい液晶表示装置を実現することができる。
【００４８】
尚、本実施の形態において、照明装置としては、前述の第６の実施の形態に示した照明装置１７０を用いることも可能である。また、反射型液晶パネル７０としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード液晶パネル、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）モード液晶パネルなどの他、種々のモードの反射型液晶パネルを用いることができるのは、前述の実施の形態と同様である。
【００４９】
図９は、本発明の第８の実施の形態である液晶表示装置１９０を示す図である。液晶表示装置１９０は透過型の液晶表示装置であり、前述の第４の実施の形態の液晶表示装置１５０と類似した構成であるが、相違点はバックライト型の照明装置として第６の実施の形態の照明装置１７０をバックライト型とした照明装置を用いている点である。
【００５０】
本実施の形態においては、照明装置として第６の実施の形態の照明装置１７０を用いているので、第４の実施の形態の液晶表示装置１５０よりも、さらに明るい液晶表示装置を実現することができる。
【００５１】
尚、本実施の形態においても、照明装置として、前述の第５の実施の形態に示した照明装置１６０をバックライト型の照明装置に適用したものを用いることが可能であり、また、透過型液晶パネル９０として、種々のモードの透過型液晶パネルを用いることができることは、前述の実施の形態と同様である。
【００５２】
図１０は、本発明の第９の実施の形態である液晶表示装置２００を示す図である。液晶表示装置２００は透過型の液晶表示装置であり、前述の第８の実施の形態の液晶表示装置１９０と類似した構成であるが、相違点は導光板８０と透過型液晶パネル９０の間に第２の位相変調素子となる２分の１波長シートを配置した点である。
【００５３】
また、液晶表示装置２００おいては、液晶パネル９０の入射側に設けられた偏光子の透過軸の方向が、前述した実施の形態のものと異なっている。つまり、前述までの実施の形態の液晶パネルでは、透過軸の方向が液晶パネルの長手方向（線状の光源部の長手方向：図１９（ａ）における矢印２４の方向）としていたが、本実施の形態の液晶パネル９０では、透過軸の方向と液晶パネルの長手方向（線状の光源部５０の長手方向）との間の角度が略４５度（図１９（ａ）における矢印９２の方向）となるように配置されている。一般的に、液晶パネルには視角依存性が有ることから、一対の偏光子の透過軸方向を直交させるとともに（クロスニコル）、それぞれを液晶パネルの長手方向に対して４５度の角度をなす方向に設けられる。
【００５４】
このような液晶パネル９０を用いた場合、図１９（ｂ）に示すように、偏光分離シート２０を透過する直線偏光の偏光方向が矢印２２の方向となるように配置することが考えられる。しかし、直線偏光の偏光方向がどのような角度で導光板８０に入射しても、直線偏光が導光板８０内を伝播していくうちに、図１９（ａ）に示すように、導光板８０から出射する直線偏光の偏光方向は液晶パネル９０（光源５０）の長手方向に平行な方向（矢印２４）となる。そうすると、液晶パネル９０の入射側の偏光子の透過軸方向（矢印９２）との間にずれが生じる。
【００５５】
このため、本実施の形態の液晶表示装置２００では、２分の１波長シート１００を配置している。また、２分の１波長シート１００は、図１９（ｃ）に示すように、２分の１波長シート１００の光学軸の方向（矢印１０２）が、導光板８０から出射する直線偏光の偏光方向（矢印２４）と液晶パネル９０の入射側の偏光子の透過軸の方向（矢印９２）との中間となるように配置される。このように配置することで、導光板８０を出射した直線偏光の偏光方向が回転させられ、液晶パネル９０の入射側の偏光子の透過軸の方向と同じ方向となって、液晶パネル９０（入射側の偏光子）に入射することとなる。よって、導光板８０を出射した直線偏光が無駄なく液晶パネルに入射されることとなる。
【００５６】
このように、本実施の形態においては、照明装置（導光板）から出射する直線偏光の偏光方向を、２分の１波長シート等の位相変調素子で回転させ、液晶パネルの入射側の偏光子の透過軸方向に合わせるようにしているので、偏光子での吸収ロスなどを低減でき、照明装置からの光を無駄なく効率よく利用できるので、明るい液晶表示装置を実現することができる。
【００５７】
尚、本実施の形態においても、照明装置として、前述の実施の形態に示した照明装置をバックライト型の照明装置に適用したものを用いることが可能であり、また、透過型液晶パネルとして、種々のモードの透過型液晶パネルを用いることができることは、前述の実施の形態と同様である。
【００５８】
図１１は、本発明の第１０の実施の形態である照明装置１３０を示す図である。前述の第２の実施の形態の照明装置１２０と類似した構成であり、相違点は、光源部５０の構成が一部異なる点と、偏光分離シート２０の代わりに２分の１波長シート６０が配置されている点である。すなわち、光源部５０は、図１５に示すように、柱状導光体５２のプリズム面５３に前述の第２の実施の形態にあるような反射層が設けられていない構成となっている。
【００５９】
したがって、点状発光部５１から柱状導光体５２に入射した光は、図１５（ａ）に示すように、プリズム面５３に全反射条件で入射する光のみが出射面５４から出射する。図１５（ｂ）に示すように、プリズム面５３に対して全反射条件を満たさずに入射し、透過して柱状導光体５２から出て行ってしまう光、あるいは、図１５（ｃ）に示すように、一旦プリズム面５３から出射し、他のプリズム面５３から再び柱状導光体５２に入射して、柱状導光体５２内を伝播していき反対側に抜けていってしまう光は、出射面５４から出射して２分の１波長シート６０へ向かう光とはならずに無効となってしまう光である。
【００６０】
光が全反射する場合、特定の角度条件でＳ偏光成分が多くなる場合がある。したがって、本実施の形態のような構成の場合、プリズム面５３の角度を特定の角度条件にすることにより、光がプリズム面５３での入射・反射を繰り返すうちに、柱状導光体５２内の光はＳ偏光成分が多くなる。したがって、柱状導光体５２から出射する光は、偏光分離素子を用いなくとも直線偏光の光が得られることになる。（尚、前述の実施の形態に示した平板状の導光板３０等は、Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分が同程度全反射される条件で構成されている。）よって、導光板３０に入射する光を所定方向の直線偏光の光とするには、２分の１波長シート６０のみでよい。２分の１波長シート６０で所望の偏光方向に回転させられた直線偏光の光は導光板３０に入射し、その偏光状態が維持されたまま導光板３０から出射する。
【００６１】
したがって、本実施の形態の照明装置１３０を前述の第９の実施の形態の液晶表示装置２００の照明装置として用いると、照明装置１３０の２分の１波長シート６０が、液晶表示装置２００の２分の１波長シート１００の機能を兼ねることができるため、２分の１波長シート１００を省略することができる。よって、本実施の形態の照明装置１３０を用いると、より少ない部品点数で、明るい液晶表示装置を実現することが可能となる。
【００６２】
図２０は、前述の実施の形態に用いられている、偏光分離シート２０、４分の１波長シート４０、２分の１波長シート１００の各光学素子の構成例を示す図である。図２０（ａ）は、表面凹凸型の素子であり、凹凸の変調周期を細かくすることで波長シートと同様な機能を有する素子を作製することができる。また、図２０（ｂ）は、媒体内の屈折率が周期的に変化している、いわゆる体積型素子であり、媒体内部の屈折率の変調周期を細かくすることで波長シートと同様な機能を有するシートを作製することができ、また、図２０（ｂ）のように基板面にほぼ平行に屈折率の周期をもたせることで偏光分離シートと同様な機能を有する素子を作製することができる。
【００６３】
以上、本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
２，１０，５０：光源部
４：位相変調素子
６：偏光分離素子
２０：偏光分離シート
３０，８０：導光板
４０：４分の１波長シート
６０：２分の１波長シート
７０：反射型液晶パネル
９０：透過型液晶パネル
１００：２分の１波長シート
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年6月14日(2011.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の導光板と、
前記導光板の側方に配置され、第１の側面とプリズム面である第２の側面とを有する柱状の導光体と、前記柱状の導光体の端面に配置された点状の発光源とを有する光源部と、
前記導光板と前記光源部の間に配置される位相変調素子とを備え、
前記点状の発光源から発する光はランダム偏光であり、
前記プリズム面は、光が全反射する際にＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多くなる条件の角度を有し、
前記光源部は、前記柱状の導光体の第１の側面から、偏光分離素子を用いることなく、直線偏光の光を出射する
ことを特徴とする照明装置。