(57)【要約】【課題】  導光板から出射する光の偏光度を効率よく高めることができる。【解決手段】  光源と、前記光源が発した光を面状光線に変換して表面から出射する導光板と、前記導光板から出射した前記面状光線の進行方向を変える光学シートとを有し、前記光源は、前記導光板における前記表面とは異なる１つの端面に配置されている照明装置であって、前記導光板における前記表面とは反対側の面には、当該導光板を導波する光の偏光状態を変換する偏光状態変換構造が設けられており、当該偏光状態変換構造は、前記端面の長手方向と平行な方向とは異なる方向に稜線を有する傾斜面から構成される照明装置。【選択図】  図３
2011192468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源が発した光を面状光線に変換して表面から出射する導光板と、
前記導光板から出射した前記面状光線の進行方向を変える光学シートとを有し、
前記光源は、前記導光板における前記表面とは異なる１つの端面に配置されている照明装置であって、
前記導光板は、少なくとも前記表面の面内方向に複屈折性を有し、かつ、その遅相軸の方向が前記端面の長手方向と平行である透明体でなり、
前記導光板における前記表面とは反対側の面には、当該導光板を導波する光の偏光状態を変換する偏光状態変換構造が設けられており、
当該偏光状態変換構造は、前記端面の長手方向と平行な方向とは異なる方向に稜線を有する傾斜面から構成されることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源が発した光を面状光線に変換して表面から出射する導光板と、
前記導光板から出射した前記面状光線の進行方向を変える光学シートとを有し、
前記光源は、前記導光板における前記表面とは異なる１つの端面に配置されている照明装置であって、
前記導光板は、前記表面に当該導光板よりも屈折率が高い高屈折率層を有し、
前記導光板における前記表面とは反対側の面には、当該導光板を導波する光の偏光状態を変換する偏光状態変換構造が設けられており、
当該偏光状態変換構造は、前記端面の長手方向と平行な方向とは異なる方向に稜線を有する傾斜面から構成されることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記高屈折率層の厚さをｄｈ、当該高屈折率層の屈折率をｎｈとし、
前記導光板から出射する前記面状光線において輝度または光度が最大となる角度の光が当該高屈折率層を通過するときの角度をξとしたときに、
可視波長λの光に対する前記厚さｄｈ、前記屈折率ｎｈ、および前記角度ξの関係が
ｄｈ≒λ/（４・ｎｈ・cosξ）
の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記偏光状態変換構造は、前記端面の長手方向と直交する方向に稜線を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項５】
前記偏光状態変換構造は、前記端面の長手方向と平行な方向とは異なる方向に稜線を有するＶ字状の構造で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項６】
前記偏光状態変換手段における前記Ｖ字状の構造は、頂角が８０度から１３０度までの範囲のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記偏光状態変換構造における傾斜面は、前記表面に対する傾き角度が４０度から６５度までの範囲のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光学シートは、基材と、前記基材における前記導光板側を向いた面もしくはその反対側の面に設けられた複数のプリズムで構成されるプリズム列とを有し、
前記プリズムは、少なくとも２つの斜面を有し、かつ、その稜線が前記導光板における前記端面の長手方向と平行であり、
前記基材は、前記導光板から出射して当該基材に所定の入射角度で入射するｐ偏光に対して、位相差を生じさせない透明体により構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項９】
前記基材を構成する前記透明体は、前記プリズム列が設けられた面内方向の複屈折性を有し、かつ、その遅相軸の方向が前記プリズムの稜線方向に対して平行または直交していることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記基材を構成する前記透明体は、二軸異方性を有し、その遅相軸の方向が前記プリズムの稜線方向に対して平行または直交していることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記光学シートは、基材と、前記基材における前記導光板とは反対側の面に設けられた複数のプリズムで構成されるプリズム列と、前記基材における前記導光板側を向いた面に設けられたｓ偏光増反射層とを有し、
前記プリズムは、少なくとも２つの斜面を有し、かつ、その稜線が前記導光板における前記端面の長手方向と平行であり、
前記基材は、前記導光板から出射して当該基材に所定の入射角度で入射するｐ偏光に対して、位相差を生じさせない透明体により構成され、
前記ｓ偏光増反射層は、前記導光板から出射して当該ｓ偏光増反射層に所定の入射角度で入射する光に対して、そのｓ偏光成分を反射して当該光学シートを透過する光のｐ偏光成分の割合を高める透明体により構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記ｓ偏光増反射層は、前記所定の角度に応じた厚さであり、かつ、前記光学シートにおける前記基材よりも屈折率の高い透明材料でなる層により構成されることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
請求項１または請求項２に記載された照明装置と、前記照明装置から出射する前記面状光線の進行方向に配置された液晶表示パネルとを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、液晶層を挟んで配置される一対の偏光板を有し、
前記一対の偏光板のうちの前記照明装置から近い位置に配置される偏光板における吸収軸の方向は、前記照明装置の前記導光板における前記側面の長手方向となす角が当該長手方向と直交する方向となす角よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置および液晶表示装置に関し、特に、導光板を用いて面状光線を生成する照明装置および当該照明装置をバックライトとして用いる液晶表示装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示装置は情報を視覚的に人間に伝えるメディアであり、高度な情報社会となった現代では、人間、社会にとって重要な存在となっている。特に液晶表示装置は近年性能が著しく向上しており、携帯電話端末に搭載される表示装置、パーソナルコンピューターに接続して使用する表示装置、大画面テレビ等の表示装置として採用されている。これらの液晶表示装置は、一般に、液晶表示パネルと、その背面に配置して液晶表示パネルに光を照射するバックライト（照明装置）とを有する。
【０００３】
バックライトを有する液晶表示装置（以下、単に「液晶表示装置」と呼ぶ。）は、液晶表示パネルの各画素におけるバックライトからの光の透過光量を画素毎に独立して調節することで映像や画像を表示する。このとき、液晶表示パネルとしては、液晶層を挟んで配置される一対の偏光板を有し、液晶層により光の偏光状態を制御することで表示を行うものが、比較的低い駆動電圧でコントラスト比の高い映像を得られることから望ましい。このような液晶表示パネルの表示方式としては、たとえば、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）方式、ＥＣＢ（Electrical Controlled Birefringence）方式、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式、ＶＡ（Vertical Aligned）方式等が知られている。いずれの表示方式であっても、液晶表示パネルは、通常、一対の基板と、これらの基板の間に挟持される液晶層と、一対の基板および液晶層を挟んで配置された一対の偏光板とを有し、液晶層により光の偏光状態を変化させることで各画素における光の透過光量を制御して映像や画像を表示する。
【０００４】
液晶表示パネルに用いる偏光板は、所定の直線偏光成分を吸収し、これと振動面が直交する直線偏光を透過する機能を有する。そのため、液晶表示パネルに照射されるバックライトからの光（以下、バックライト光と呼ぶ。）が無偏光の場合には、液晶表示パネルに設けた偏光板がバックライト光の少なくとも５０％を吸収する。すなわち、液晶表示装置では、バックライト光が無偏光の場合には、バックライト光の約半分が偏光板で吸収され損失となっている。したがって、液晶表示パネルに設けた偏光板において吸収されるバックライト光の割合を減らし、バックライト光の利用効率を向上させることが、より明るい画像、または低消費電力な液晶表示装置を実現するうえで重要である。
【０００５】
ところで、液晶表示装置のバックライトには、エッジライト方式（導光体方式）、直下方式（反射板方式）、面状光源方式等があり、液晶表示装置の用途等に応じて使い分けられている。このうちのエッジライト方式のバックライトは、他の方式に比べて薄型化、軽量化、低消費電力化が容易であり、たとえば、携帯型電子機器に搭載する液晶表示装置等に多く用いられている。エッジライト方式のバックライトは、線状または点状の光源、光源からの光を面状に広げて液晶表示パネル側に出射させる導光板、プリズムシートや拡散シートなどの光学シート、反射シート等を有する。
【０００６】
エッジライト方式のバックライト（以下、単に「バックライト」と呼ぶ。）において導光板から出射する光は、一般に、導光板における出光面の垂線（法線）方向に対し、６０度から８０度傾いた方向に輝度または光度の最大値（ピーク）を有する。そのため、導光板と液晶表示パネルとの間には、導光板から出射した光のうちの輝度または光度が最大となる光の進行方向を調整するプリズムシートが配置されている。
【０００７】
プリズムシートは光透過性の光学部材であり、多数のプリズムをシート状の基材の上に連続的に配置したものが一般的である。また、プリズムは、たとえば、断面が三角形状であるものが一般的である。
【０００８】
また、導光板から出射する光のうちの輝度または光度が最大となる角度（ピーク角度）、およびこの近傍の角度で出射する光は、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分のほうが多い光となることが知られている。そのため、近年では、導光板から出射したｐ偏光成分の多い光を正面方向に優先的に導くように構成したプリズムシートを用いた面光源装置（バックライト）が提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。
【０００９】
特許文献１の面光源装置では、プリズムシートを構成する各プリズム列が２つの斜面を有しており、相対的に光源から遠い方の斜面の傾斜角は導光板から出射したｐ偏光成分の多い光を正面方向へ屈折させるように選択される。また、相対的に光源から近い方の斜面の傾斜角は導光板から出射したｐ偏光成分の多い光が入射しない範囲に選択される。この場合、面光源装置からの照明光は偏光の偏りを有するので、液晶表示装置のバックライトに適している、と特許文献１には述べられている。
【００１０】
特許文献１および以下の説明で参照する特許文献２は、それぞれ、下記の通りである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３２９９０８７号公報
【特許文献２】特許第４２５０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
導光板から出射する光は、前述のように、導光板の出光面の垂線方向に対して６０度から８０度傾いた方向に輝度または光度のピーク角度を有し、当該ピーク角度およびこの近傍の角度で出射する光は、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分の方が多い光となることが知られている。これは、導光板と空気との界面における透過率がｐ偏光成分とｓ偏光成分とでは異なることに起因するものと考えられる。
【００１３】
たとえば、屈折率が１．５８の透明体から構成される導光板において、導光板の表面（出光面）からの出射角、すなわち出光面の垂線方向からの角度が７６度の光について検討すると、計算上、無偏光の光は導光板から出射するとｐ偏光に対する偏光度が約２４％の光になる。
【００１４】
ここで、導光板から出射した光の輝度を、検光子（偏光板）を回転させながら、検光子を通して測定したときの最大輝度をＩmax、最小輝度をＩminとすると、偏光度ρは、下記数式１で表される。
【００１５】
ρ＝（Ｉmax−Ｉmin）/（Ｉmax＋Ｉmin）  ・・・（数式１）
【００１６】
また、本明細書では、検光子の吸収軸とｐ偏光とが互いに直交するときの輝度をＩｐmax、互いに平行なときの光の輝度をＩｐminとし、ｐ偏光に対する偏光度（ｐ偏光の偏光度）ρｐを下記数式２で定義する。
【００１７】
ρｐ＝（Ｉｐmax-Ｉｐmin）/（Ｉｐmax＋Ｉｐmin）  ・・・（数式２）
【００１８】
数式２に基づいて、本願発明者らが実際に導光板から出射した光におけるｐ偏光の偏光度ρｐを測定したところ、図３６に示すような結果が得られた。なお、図３６は、従来の導光板における導光板から出射する光の出射角度とｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。また、図３６のグラフにおいて、横軸は導光板から出射する光の出射角度α（度）であり、縦軸はｐ偏光の偏光度ρｐである。また、図３６のグラフ図において、下側の丸印がある折れ線は検光子を用いて本願発明者らが測定した結果（実測値）であり、上側の曲線は導光板と空気との屈折率の差から算出したｐ偏光の偏光度（計算値）である。
【００１９】
図３６からわかるように、導光板の表面から出射した光のｐ偏光の偏光度ρｐの実測値は、導光板の屈折率および空気の屈折率から算出される計算値よりも低くなった。たとえば、出射角度αが７６度の光におけるｐ偏光の偏光度ρｐは、計算上だと約２４％となるが、実際には約１３％と低くなっている。
【００２０】
このようにｐ偏光の偏光度ρｐの実測値が計算値より低くなるのは、空気と導光板との界面で反射して導光板内に留まる光が、出射する光とは逆にｓ偏光成分の割合の高い光になっていることが原因と考えられる。すなわち、導光板から出射する光はｐ偏光成分が多くなるが、その分、導光板内に留まって導光板内を進む光はｓ偏光成分が多くなる。そのため、実際に導光板から出射する光は、導光板内を進む光を無偏光と仮定した計算値よりもｐ偏光の偏光度が低くなったと考えられる。
【００２１】
ところで、液晶表示装置では、液晶表示パネルに設けた一対の偏光板のうちのバックライトから近いほうの偏光板における透過軸の方向が導光板から出射する光におけるｐ偏光の振動方向と概ね平行になるように設定されている。そのため、バックライト光の利用効率を高めるには、導光板から出射した光におけるｐ偏光成分の割合を高めることが有効であると考えられる。
【００２２】
しかしながら、従来のバックライトでは、前述のように、導光板から出射する光におけるｐ偏光成分の割合（ｐ偏光の偏光度ρｐ）を十分に高められないという問題がある。
【００２３】
本発明の目的は、エッジライト方式の照明装置において、導光板から出射する光の偏光度を効率よく高めることが可能な技術を提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、エッジライト方式の照明装置（バックライト）を有する液晶表示装置において、バックライトからの光の利用効率を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【００２５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。
【００２７】
（１）光源と、前記光源が発した光を面状光線に変換して表面から出射する導光板と、前記導光板から出射した前記面状光線の進行方向を変える光学シートとを有し、前記光源は、前記導光板における前記表面とは異なる１つの端面に配置されている照明装置であって、前記導光板は、前記表面の面内方向に複屈折性を有し、かつ、その遅相軸の方向が前記端面の長手方向と平行である透明体でなり、前記導光板における前記表面とは反対側の面には、当該導光板を導波する光の偏光状態を変換する偏光状態変換構造が設けられており、当該偏光状態変換構造は、前記端面の長手方向と平行な方向とは異なる方向に稜線を有する傾斜面から構成される照明装置。
【００２８】
（２）光源と、前記光源が発した光を面状光線に変換して表面から出射する導光板と、前記導光板から出射した前記面状光線の進行方向を変える光学シートとを有し、前記光源は、前記導光板における前記表面とは異なる１つの端面に配置されている照明装置であって、前記導光板は、前記表面に当該導光板よりも屈折率が高い高屈折率層を有し、前記導光板における前記表面とは反対側の面には、当該導光板を導波する光の偏光状態を変換する偏光状態変換構造が設けられており、当該偏光状態変換構造は、前記端面の長手方向と平行な方向とは異なる方向に稜線を有する傾斜面から構成される照明装置。
【００２９】
（３）前記（１）または（２）の照明装置と、前記照明装置から出射する前記面状光線の進行方向に配置された液晶表示パネルとを有する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルは、液晶層を挟んで配置される一対の偏光板を有し、前記一対の偏光板のうちの前記照明装置から近い位置に配置される偏光板における吸収軸の方向は、前記照明装置の前記導光板における前記端面の長手方向となす角が当該長手方向と直交する方向となす角よりも小さい液晶表示装置。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の照明装置によれば、導光板から出射する光の偏光度を効率よく高めることができる。
【００３１】
また、本発明の液晶表示装置によれば、バックライトからの光の利用効率を向上させることができる
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による実施例１の照明装置における主要部の概略構成を示す模式斜視図である。
【図２】照明装置の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図３】実施例１の照明装置における導光板の断面構成の一例を示す概略断面図である。
【図４】実施例１の照明装置における導光板の屈折率を説明するための模式平面図である。
【図５】実施例１の照明装置における導光板の裏面の形状の一例を示す模式斜視図である。
【図６】導光板における光取り出し構造の形状を説明するための模式側断面図である。
【図７】複屈折性を有する導光板から出射する光の偏光成分と出射角度との関係を示す模式断面図である。
【図８】導光板の内部から表面に入射する光の進行角度とｐ偏光およびｓ偏光の透過率との関係の一例を示すグラフ図である。
【図９】図８に示した関係を基に計算した光の進行角度と導光板から出射する光におけるｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。
【図１０】導光板の内部から表面に向う光の進行角度と光度の関係の一例を示すグラフ図である。
【図１１】図１０に示した光度の分布をもつ光が導光板の表面から出射したときの出射角度と光度との関係の一例を示すグラフ図である。
【図１２】導光板の内部から表面に向う光の進行角度と光度の関係の一例を示すグラフ図である。
【図１３】図１２に示した光度の分布をもつ光が導光板の表面から出射したときの出射角度と光度との関係の一例を示すグラフ図である。
【図１４】偏光状態変換構造が設けられた領域の断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図１５】偏光状態変換構造により光の偏光状態が変化する様子を示す模式図である。
【図１６】ｓ偏光の進行角度と当該ｓ偏光が偏光状態変換構造で反射したときの反射光におけるｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。
【図１７】ｓ偏光が偏光状態変換構造で反射した後、導光板の表面から出射する際の出射角度とｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。
【図１８】ｓ偏光が偏光状態変換構造に入射したときの反射光における偏光状態変換構造の頂角とｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。
【図１９】偏光状態変換構造の第１の変形例を示す模式断面図である。
【図２０】偏光状態変換構造の第２の変形例を示す模式断面図である。
【図２１】偏光状態変換構造の第３の変形例を示す模式断面図である。
【図２２】光取り出し構造の変形例を示す模式断面図である。
【図２３】本発明による実施例２の導光板における裏面の形状の一例を示す模式斜視図である。
【図２４】図２３におけるｙｚ平面と平行な断面における導光板の断面形状の一例を示す模式断面図である。
【図２５】図２３におけるｘｚ平面と平行な断面における導光板の断面形状の一例を示す模式断面図である。
【図２６】実施例２の導光板における光取り出し構造の変形例を示す模式断面図である。
【図２７】本発明による実施例３の導光板における裏面の形状の一例を示す模式斜視図である。
【図２８】図２７におけるｙｚ平面と平行な断面における導光板の断面形状の一例を示す模式断面図である。
【図２９】図２７におけるｘｚ平面と平行な断面における導光板の断面形状の一例を示す模式断面図である。
【図３０】本発明による実施例４の照明装置における導光板の断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図３１】本発明による実施例５の照明装置におけるプリズムシートの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【図３２】ＰＥＴフィルムを想定してモデリングした二軸異方性の透明体にｐ偏光を入射したときの方位角と透過率との関係の一例を示すグラフ図である。
【図３３】プリズムシートにおけるプリズムの断面形状の一例を示す模式断面図である。
【図３４】本発明による実施例６の液晶表示装置の断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図３５】照明装置から出射する光と液晶表示パネルにおける偏光板の透過軸との関係の一例を示す模式平面図である。
【図３６】従来の導光板における導光板から出射する光の出射角度とｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
まず、本発明に係る照明装置が備える主な構成のいくつかについて、その概要を説明する。
【００３４】
本発明に係る照明装置は、少なくとも、点状または線状の光を発する光源と、当該光源が発した光（以下、光源光と呼ぶ。）を面状光線に変換して出射させる導光板と、導光板から出射した光の進行方向を変える光学シートと、反射手段と、を備える。
【００３５】
また、本発明に係る照明装置が備える主な構成は、以下の通りである。
（構成１）導光板は、後述する表面から出射した光において輝度または光度が最大値となる出射角度（以下、ピーク角度と呼ぶ。）が、導光板の表面における垂線方向に対して６０度から８５度傾くような構成とする。
（構成２）導光板における表面とは反対側の面（以下、裏面と呼ぶ。）には、導光板内を進む光の偏光状態を変換する偏光状態変換構造を設ける。偏光状態変換構造は、具体的には、導光板において光源が配置される側面（端面）に対して直交する方向に稜線を有する傾斜面である。
（構成３）光学シートは、導光板の表面から出射した光のうちのピーク角度の光が入射した際に、当該光を正面方向（表面の垂線方向）に屈折させる構成とし、具体的にはプリズムシートを用いる。プリズムシートは、導光板から出射したピーク角度の光がプリズムシートを通過する際に、位相差を生じさせない透明体で構成する。
【００３６】
またさらに、導光板は、構成１および構成２に加え、下記の構成のいずれか一方、またはこれらを組み合わせた構成にすることが望ましい。
（構成４）導光板は、複屈折性を有する透明体で構成し、かつ、その遅相軸の方向を導光板において光源が配置される側面と平行な方向にする。
（構成５）導光板の表面に、導光板よりも屈折率が高い高屈折率層を設ける。高屈折率層は、屈折率をｎｈとし、高屈折率層が無い場合に導光板からピーク角度で出射する出射光が高屈折率層内を進むときの角度（導光板の出光面に垂直な方向からの傾き角度）をξとし、厚さをｄｈとしたときに、下記数式３を満たすようにすることが望ましい。なお、下記数式３におけるλおよびｍは、それぞれ、任意の可視波長および任意の整数である。
【００３７】
ｄｈ＝λ/（４・ｎｈ・cosξ）・（２ｍ＋１）  ・・・（数式３）
【００３８】
上記の構成１乃至構成５は、本発明に係る照明装置において以下のように作用する。
【００３９】
まず、構成１を備えることにより、導光板から出射する光をｐ偏光成分の割合の多い光にすることができる。たとえば、輝度のピーク角度が７５度から８０度の範囲にある導光板の場合、輝度のピーク角度およびこの近傍の角度で出射する光が、ｓ偏光成分よりもｐ偏光成分のほうが多い光になることはよく知られている。
【００４０】
しかしながら、構成１を備える場合、導光板の表面（導光板と空気との界面）ではｓ偏光成分の反射が大きいので、何も対策をしていないと導光板内に留まる光はｓ偏光成分が多くなる。
【００４１】
これに対し、本発明に係る照明装置では、構成２を備えることにより、導光板の表面で反射した光が裏面で反射して再び表面に入射するときには偏光状態が変化している。このとき、再び表面に入射する光は、具体的には、ｓ偏光成分の割合が低下し、ｐ偏光成分の割合が増加する。すなわち、導光板内に留まる光は導光板の裏面に配置した偏光状態変換構造によりｓ偏光成分の増加が抑制されるので、導光板の表面から出射する光はｐ偏光成分の割合がより多い光となる。
【００４２】
また、構成３を備えることにより、導光板から出射したピーク角度の光がプリズムシートを通過する際の偏光状態の変化を防ぐことができる。そのため、プリズムシートを通過するｐ偏光は、ｐ偏光の状態を維持する。特にプリズム列を導光板とは反対側の面に備える場合、プリズムシートに入射する光はプリズムシートの裏面と表面の２箇所において、空気との界面で屈折する。この屈折におけるｐ偏光成分の透過率はｓ偏光成分の透過率よりも高くなるので、導光板の表面から出射する光におけるｐ偏光成分の割合が多くなれば、プリズムシートを通過する光の光量が多くなる。
【００４３】
また、構成４および構成５は、それぞれ、ピーク角度で導光板から出射する光が、導光板と空気との界面を通過するときのｐ偏光成分の透過率を増加し、ｓ偏光成分の反射率を増加する構成である。そのため、構成４または構成５あるいはその両方を備えることにより、ピーク角度で導光板から出射する光はｐ偏光成分の割合がさらに多くなる。また、構成４および構成５は、特に構成２との相乗効果により、導光板と空気との界面で反射したｓ偏光成分の少なくとも一部が偏光状態変換構造においてｐ偏光成分へ変換されるので、ｐ偏光成分の割合がより高い光を出射する導光板の実現に有効である。
【００４４】
このように、構成１および構成２を前提として、その他の構成３乃至構成５の一部、または、全てを備える照明装置を構成することで、所定の直線偏光成分（ｐ偏光成分）の光量が大きな照明光を得ることができる。
【００４５】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００４６】
図１および図２は、本発明による実施例１の照明装置の概略構成を示す模式図である。  図１は、本発明による実施例１の照明装置における主要部の概略構成を示す模式斜視図である。図２は、照明装置の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【００４７】
実施例１の照明装置１は、たとえば、図１および図２に示すように、導光板２、複数の光源３、反射シート４、プリズムシート５、および拡散シート６を有する。
【００４８】
導光板２は、光源３が発した光Ｌを面状光線に変換する透明な板状の光学部品であり、構成１および構成２を備える。また、導光板２は、反射シート４とプリズムシート５との間に配置されており、光源３から発した光Ｌを主としてプリズムシート５と対向する面の領域ＡＲから出射させる構成になっている。以下の説明では、導光板２においてプリズムシート５と対向している面を表面（おもてめん）または出光面と呼び、反射シート４と対向している面を裏面（うらめん）と呼ぶ。
【００４９】
また、導光板２は、表面の平面形状を長方形とする。また、本明細書では、導光板２の出光面における短辺方向をｘ軸方向、長辺方向をｙ軸とする。また、本明細書では、表面の垂線方向をｚ軸方向とし、かつ、出光面からプリズムシート５に向かうｚ軸方向を＋ｚ方向とする。また、本明細書における以下の説明において、導光板２の短辺方向および長辺方向といった場合は、それぞれ、表面における短辺方向および長辺方向のことであるとする。導光板２の具体的な構成については、後述する。
【００５０】
光源３は、小型、高発光効率、低発熱といった条件を満たすものが望ましく、このような光源としては、たとえば、冷陰極蛍光管や発光ダイオード（ＬＥＤ: Light Emitting Diodes）が挙げられる。実施例１では、光源３として発光ダイオードを用いた場合を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではないことはもちろんである。
【００５１】
光源３として発光ダイオードを用いる場合、発光ダイオードは点状の光源であるため、たとえば、図１および図２に示したように、導光板２の短辺方向の端面２１に沿って複数個（図１および図２では４個）の光源３を並べて配置する。なお、光源３の数および配置する側面が適宜変更可能であることはもちろんである。
【００５２】
また、光源３としては、たとえば、白色の光を発する発光ダイオードを用いることができる。このような発光ダイオードとしては、たとえば、青色の光を発する発光ダイオードチップと、当該発光ダイオードチップが発した青色の光で励起され黄色の光を発する蛍光体とを組み合わせることで白色発光を実現するものが知られている。また、白色の光を発する発光ダイオードには、たとえば、青色の光または紫外線を発する発光ダイオードチップと、当該発光ダイオードチップが発した光で励起され発光する蛍光体とを組み合わせることで、青色、緑色、および赤色に発光ピーク波長を有する白色発光を実現するものもある。
【００５３】
また、実施例１の照明装置１は、薄型で、所定の偏光成分の割合が大きい照明光を出射することができるものであり、たとえば、液晶表示装置のバックライトとして好適である。実施例１の照明装置１を加法混色によるカラー表示に対応した液晶表示装置のバックライトとして用いる場合は、光源３として、たとえば、赤色、緑色、および青色の三原色を発光する発光ダイオードを用いると良い。実施例１の照明装置１をカラー液晶表示パネルと組み合わせて用いる場合、液晶表示パネルにおけるカラーフィルタの透過スペクトルに対応した発光ピーク波長を有する光源３を用いることで、色再現範囲が広い表示装置が実現できる。また、カラーフィールドシーケンシャルによりカラー表示を実現する液晶表示装置の場合は、液晶表示パネルに光損失の原因であるカラーフィルタを設ける必要がないため、赤色、緑色、および青色の三原色を発光する発光ダイオードを光源３として用いることで光の損失が少なく色再現範囲が広い表示装置が実現できる。
【００５４】
また、図示は省略しているが、光源３は、配線を通じて電源および点灯／消灯を制御する制御手段に接続されている。
【００５５】
導光板２の裏面側に配置された反射シート４は、導光板２の裏面から出射した光を導光板２に戻して有効利用するためのものである。反射シート４としては、たとえば、高い反射率を有する反射層を、樹脂板または高分子フィルム等の支持基材上に形成したものを用いることができる。反射層は、たとえば、支持基材上にアルミニウムや銀等の反射率の高い金属薄膜を蒸着法やスパッタリング法等により成膜する、支持基材上に増反射膜となるように誘電体多層膜を形成する、あるいは支持基材上に光反射性の塗料をコートするなどの方法で形成することができる。また、反射層は、たとえば、屈折率の異なる透明媒体を複数層積層することで反射手段として機能するようにしたものであってもよい。
【００５６】
導光板２の表面側に配置されたプリズムシート５は、導光板２の表面（領域ＡＲ）から出射した光の進行方向を変えるための光学シートである。プリズムシート５は、たとえば、複数のプリズムからなるプリズム列を備えており、図１および図２に示したように、それぞれのプリズム５１における稜線５１ｄは、導光板２の短辺方向と平行な方向に延びている。プリズムシート５は、従来の照明装置において用いられているものでよいので、実施例１では具体的な説明は省略する。なお、プリズムシート５におけるプリズム５１の望ましい構成（断面形状）については、後述する。
【００５７】
導光板２から見てプリズムシート５の上に配置された拡散シート６は、プリズムシート５により進行方向が変わった光を拡散させて、たとえば、照明装置１から出射する光Ｌの出射角度の分布を広げたり、面輝度を均一化させたりするためのものである。拡散シート６は、従来の照明装置において用いられているものでよいので、具体的な説明は省略する。
【００５８】
また、図２に示した方向ＤＩＲの角度θは、以下の説明に出てくる方位角である。方位角θは、導光板２の短辺方向を０度とし、導光板２を出光面の上から見たときの反時計回り方向を正とする。
【００５９】
図３は、実施例１の照明装置における導光板の断面構成の一例を示す概略断面図である。
なお、図３には、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｙｚ平面と平行な断面で見た断面構成、および当該断面の奥行き方向に見える構成を示している。
【００６０】
導光板２は、たとえば、図３に示すように、光源３から出射し、一方の端面２１から入射した光Ｌを導波させつつ、その一部を表面２２から出射させることで、光Ｌを面状に変換する機能を有するものである。このとき、導光板２は可視光に対して透明な略矩形の板状部材から構成され、かつ、端面２１から入射して導光板２を導波する光Ｌを表面２２から出射させるための構造２３（以下、光取り出し構造と呼ぶ。）を有する。実施例１では、光取り出し構造２３の一例として、図３に示したように、導光板２の裏面に設けたＶ字型の構造を挙げる。
【００６１】
なお、光取り出し構造２３は公知技術を用いればよく、たとえば、導光板２の裏面に微細な段差や、凹凸形状、レンズ形状などを形成したり、あるいは白色顔料によるドット印刷を施したりするなどの、導光板２を導波する光Ｌの進行角度（表面への入射角度）を変える構造により実現することができる。なお、導光板２の製造コストや導光板２から出射する光の効率を考慮すると、導光板２の裏面に、導波する光の進行角度を変化させる微細な形状を形成することが望ましい。微細な形状は、導光体内を導波する光の進行角度を変えることができる傾斜面を備えるものであれば良く、段差、凹凸、レンズ状などの形状により実現できる。
【００６２】
端面２１から導光板２に入射した光Ｌは、表面２２および裏面で全反射をしながら、主としてｙ軸方向に導波する。このとき、光Ｌが光取り出し構造２３で反射すると、反射した後の進行角度β（表面２２への入射角度）は反射前よりも小さくなる。またこのとき、進行角度βが臨界角、すなわち全反射条件を満たす最小の角度よりも小さくなると、光Ｌの一部（光Ｌ１）は表面２２で屈折して導光板２から出射角度αで出射し、残りは反射して導光板２内に留まる。また、表面２２で反射した光は、裏面に入射する。このとき、導光板２から出射した光Ｌ１は、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分を有する。なお、導光板２における表面２２の垂線と光Ｌ１の進行方向とを含む面内に光の電気ベクトルの振動方向が含まれる直線偏光成分がｐ偏光成分、これと電気ベクトルの振動方向が直交する直線偏光成分がｓ偏光成分と定義される。すなわち、図３では、光Ｌ１に付している太い実線の両矢印がｐ偏光成分の電気ベクトルの振動方向を示しており、中に黒丸がある丸印がｐ偏光成分の電気ベクトルの振動方向を示している。
【００６３】
さて、実施例１の照明装置における導光板２は、前述のように構成２を備えている。すなわち、導光板２の裏面には、導光板内を進む光の偏光状態を変換する偏光状態変換構造が設けられている。実施例１では、この偏光状態変換構造２５を、導光板における裏面のうちの光取り出し構造２３が設けられていない領域２４に設けている。なお、偏光状態変換構造２５の具体的な構造については、後述する。
【００６４】
すなわち、表面２２で反射した光が、図３に示したように、裏面の領域２４に入射すると、その一部または全部は、領域２４で反射するとともに偏光状態変換構造２５により偏光状態が変化する。そして、裏面の領域２４で反射した光が再び表面２２に入射すると、その光の一部は表面２２で屈折して導光板２から出射角度αで出射し、残りは反射して導光板２内に留まる。このように裏面の領域２４に偏光状態変換構造２５を設けた場合の効果については、後述する。
【００６５】
図４は、実施例１の照明装置における導光板の屈折率を説明するための模式平面図である。
なお、図４に示した実線の両矢印ＡＸ１（進相軸）および点線の両矢印ＡＸ２（遅相軸）の長さは、それぞれの矢印の方向における屈折率の大小関係を表している。
【００６６】
実施例１の照明装置における導光板２は、前述の構成４または構成５のいずれか一方、あるいは両方を備えていることが望ましい。そこで、実施例１では、構成４、すなわち複屈折性を有する導光板を用いた場合を挙げる。
【００６７】
すなわち、実施例１の照明装置における導光板２は、可視光に対して透明であり、かつ複屈折性を有することが重要であり、その材料としては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、環状オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂等を用いることができる。複屈折性を有する導光板２は、たとえば、一軸延伸した透明樹脂を基材とし、その表面２２または裏面に導光板２内を導波する光Ｌを表面から出射させるための光取り出し構造２３を転写すること実現できる。また、射出成型で導光板２を形成する場合には、たとえば、樹脂の流動方向に沿って生じる内部の残留応力を利用することで複屈折性を付与してもよい。また、アクリル系樹脂などから構成する光学的に等方な導光板２の表面２２または裏面に位相差フィルムを張り合わせることで複屈折性を付与してもよい。
【００６８】
導光板２が有する複屈折性は、少なくとも導光板２を表面２２の上から観察したときの平面内に一軸性の屈折率異方性を有するものであれば良く、その条件は進相軸（屈折率が低い方の軸）、または遅相軸（屈折率が高い方の軸）の方向（方位角θ）で規定できる。
【００６９】
本明細書では、図２に示したように、導光板２の表面２２の上側から照明装置１を平面的に観察したときの導光板２の短辺方向（ｘ軸方向）を０度とし、反時計回り方向を正とする角度として方位角θを定義している。このとき、導光板２における進相軸ＡＸ１の方向は、図４に示すように、導光板２の長辺方向、すなわち方位角θを９０度とすることが後述する理由から望ましい。すなわち、進相軸ＡＸ１の方向は、光源３から出射して導光板２に入射した光Ｌが、導光板２を導波する際の主たる進行方向と概略平行にすることが望ましい。言い換えると、導光板２の遅相軸ＡＸ２の方向は、導光板２における光源３が配置された端面２１の長手方向（導光板２の短辺方向）、すなわち方位角θを０度とすることが望ましい。
【００７０】
なお、光源３から出射して導光板２に入射する光Ｌには、図４に示したように、進行方向がｙ軸方向と平行でない成分も含まれている。しかしながら、いずれの成分も、導光板２の２つの短辺のうちの光源３のすぐそばにある短辺から他方の短辺に向かって進行する。すなわち、本明細書における導光板２を導波する光の主たる進行方向というのは、導光板２の長辺方向（ｙ軸方向）のことである。
【００７１】
また、導光板２は、厚さ方向の屈折率が面内方向の屈折率と異なっていてもよい。すなわち、実施例１の照明装置１における導光板２は、導光板２の複屈折性が２軸異方性であってもよい。
【００７２】
図５は、実施例１の照明装置における導光板の裏面の形状の一例を示す模式斜視図である。
【００７３】
導光板２における裏面には、前述のように、導波する光Ｌを表面２２から出射させるための光取り出し構造２３が複数設けられている。実施例１では、光取り出し構造２３の一例としてＶ字型の構造を挙げている。このとき、光取り出し構造２３は、２つの傾斜面から構成されており、かつ、稜線は方位角θが０度の方向に延びている。
【００７４】
また、隣接する２つの光取り出し構造２３の間にある領域２４は、従来の導光板では一般に平坦な面であるが、実施例１では、裏面の領域２４に、図５に示したような偏光状態変換構造２５を設けている。偏光状態変換構造２５は、具体的には、導光板２において光源３が配置される端面２１の長手方向（導光板２の短辺方向）と直交する方向、すなわち方位角θが９０度の方向に延びる稜線を有する複数のＶ字状の構造で構成される。なお、偏光状態変換構造２５の詳細については、後述する。
【００７５】
図６は、導光板における光取り出し構造の形状を説明するための模式側断面図である。
なお、図６には、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｙｚ平面と平行な断面、すなわち導光板２を導波する光の主たる進行方向と平行な断面で見た断面構成、および当該断面の奥行き方向に見える構成を示している。
【００７６】
導光板２の裏面に設ける光取り出し構造２３は、たとえば、図６に示すように、２つの傾斜面で構成されている。このとき、光源３は導光板２の左手に配置されており、２つの傾斜面のうちの光源３から近い方の傾斜面の角度η１と遠い方の傾斜面の角度η２とは異なり、かつ、角度η１の方が大きい。なお、傾斜面の角度η１，η２は、それぞれ、導光板２の表面と平行な面に対する傾斜角度である。
【００７７】
実施例１の照明装置１における導光板２は、前述の構成１、すなわち表面２２から出射する光の量に関する指標値（たとえば輝度や光度）が、方位角θがほぼ９０度で光の出射角度αが６５度から８５度の方向において最大値となるように構成する。
【００７８】
導光板２の表面２２から出射する光の指標値が、方位角θが９０度、出射角度αが６５度から８５度の方向において最大値となるような導光板２は、たとえば、光取り出し構造構造２３を構成する傾斜面の角度η２を０．５度から３度程度にすることで実現できる。また、光取り出し構造２３は、そのピッチＰが数十μｍから百数十μｍとなるように形成すれば良い。また、光取り出し構造２１を構成する傾斜面の角度η１は導光板２を導波する光の損失が小さくなるような角度を選択すればよく、具体的には７０度から９０度の範囲から選択すればよい。
【００７９】
導光板２から出射する光のうちの輝度または光度が最大値となる光の出射角度αが導光板２における表面２２の垂線（法線）方向に対して傾いている場合、当該出射角度αで出射する光は、ｐ偏光成分の割合が大きくなる。このように、導光板２の表面２２の垂線方向に対して傾いた方向に出射する光Ｌ１において、ｐ偏光成分がｓ偏光成分よりも多くなるのは、導光板２の表面２２と空気層との界面で光が屈折する際の透過率がｐ偏光とｓ偏光とで異なることに起因するものであって、一般的に知られていることである。なお、前述したように、導光板２から出射する光Ｌ１の輝度や光度が最大値となるのは、光Ｌ１の進行方向の方位角θが９０度の場合なので、以下ではこの方向に進む光に着目することにし、特にことわりが無い限り、導光板２の表面２２の垂線（法線）と方位角θが９０度の方向を含むｙｚ平面内に電気ベクトルの振動方向が含まれる直線偏光をｐ偏光、これと電気ベクトルの振動方向が直交する直線偏光をｓ偏光という。
【００８０】
導光板２やプリズムシート５などから出射する光の輝度を、検光子（偏光板）を回転させながら、検光子を通して測定したときの最大輝度をＩmax、最小輝度をＩminとすると、偏光度ρは下記数式１で表される。
【００８１】
ρ＝（Ｉmax−Ｉmin）/（Ｉmax＋Ｉmin）  ・・・（数式１）
【００８２】
また、本明細書では、前述のように、検光子の吸収軸とｐ偏光とが互いに直交するときの輝度をＩｐmax、互いに平行なときの光の輝度をＩｐminとし、ｐ偏光に対する偏光度（ｐ偏光の偏光度）ρｐを下記数式２で定義している。
【００８３】
ρｐ＝（Ｉｐmax−Ｉｐmin）/（Ｉｐmax＋Ｉｐmin）  ・・・（数式２）
【００８４】
実施例１の照明装置１における導光板２は、光の主たる進行方向（方位角θが９０度の方向）に進相軸ＡＸ１を有し、導光板２において光源３が配置される端面２１の長手方向（方位角θが０度の方向）に遅相軸ＡＸ２を有する複屈折性の材料で構成される。実施例１では、複屈折性を有する導光板２の一例として、方位角θが９０度の方向の屈折率が１.５９、方位角θが０度の方向の屈折率が１．６４のものを挙げる。このような導光板２は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート系樹脂を基材とし、透明な樹脂を用いてその裏面に光取り出し構造２３や偏光状態変換構造２５を転写、形成することで実現できる。
【００８５】
図７は、複屈折性を有する導光板から出射する光の偏光成分と出射角度との関係を示す模式断面図である。
なお、図７には、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｙｚ平面と平行な断面、すなわち導光板２を導波する光の主たる進行方向と平行な断面を示している。
【００８６】
方位角θが０度の方向に遅相軸ＡＸ２を有する導光板２では、導波する光Ｌにおけるｓ偏光成分に対しては屈折率が高く、ｐ偏光成分に対しては屈折率が低い状態になる。そのため、導光板２の内部から表面２２に入射する光Ｌの透過率や出射角度が、ｐ偏光とｓ偏光とで異なる。具体的には、図７に示すように、ｐ偏光およびｓ偏光の進行角度βが同じであっても、ｓ偏光の出射角度αｓはｐ偏光の出射角度αｐよりも大きくなる。
【００８７】
図８は、導光板の内部から表面に入射する光の進行角度とｐ偏光およびｓ偏光の透過率との関係の一例を示すグラフ図である。
なお、図８のグラフは、横軸が光の進行角度β（度）であり、縦軸が透過率Ｔ（相対値）である。また、図８のグラフにおいて、ＴｐおよびＴｓはそれぞれｐ偏光およびｓ偏光の透過率であり、ｎｘおよびｎｙはそれぞれ方位角θが０度の方向および９０度の方向の屈折率である。
【００８８】
図８からわかるように、導光板２と空気との界面を光Ｌが通過する際、光Ｌが斜めに入射するとｐ偏光の透過率Ｔｐとｓ偏光の透過率Ｔｓに差が生じる。特に、実施例１のように方位角θが０度の方向に遅相軸ＡＸ２を有する場合、ｓ偏光の透過率Ｔｓがより低下し、ｐ偏光の透過率Ｔｐとの差が拡大する。このため、実施例１の照明装置１では、導光板２の表面２２から出射する光におけるｐ偏光成分の割合がより高くなるという効果がある。
【００８９】
図９は、図８に示した関係を基に計算した光の進行角度と導光板から出射する光におけるｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。
なお、図９のグラフは、横軸が光の入射角度β（度）であり、縦軸がｐ偏光の偏光度ρｐである。また、図９において、ｎｘおよびｎｙはそれぞれ方位角θが０度の方向および９０度の方向の屈折率である。また、図９において、実線の曲線は実施例１の照明装置１で用いる複屈折性を有する導光板２における関係を示しており、破線の曲線は複屈折性を有しない導光板における関係を示している。
【００９０】
図９からわかるように、実施例１の照明装置１では、導光板２の表面２２から出射する光におけるｐ偏光の偏光度ρｐが、従来の一般的な照明装置で用いられている複屈折性を有しない導光板に比べて高い。特に、光の進行角度β（表面２２への入射角度）が３８度を超える大きな範囲では、ｐ偏光の偏光度ρｐが１となり、ｓ偏光は出射しなくなる。これは、光の入射角度βがｓ偏光に作用する屈折率に対する臨界角を超えるからである。つまり、実施例１の照明装置１に用いる導光板２では、光の進行角度βを、ｓ偏光に対しては臨界角以上となり、ｐ偏光に対しては臨界角未満の角度となる範囲に実現でき、この範囲では原理上、導光板２から出射する光をｐ偏光のみにできるので、表面２２から出射する光におけるｐ偏光成分の割合を非常に高くすることができる。
【００９１】
図１０は、導光板の内部から表面に向う光の進行角度と光度の関係の一例を示すグラフ図である。図１１は、図１０に示した光度の分布をもつ光が導光板の表面から出射したときの出射角度と光度との関係の一例を示すグラフ図である。
なお、図１０のグラフは、横軸が光の進行角度β（度）であり、縦軸が光度ＬＩ（相対値）である。また、図１１のグラフは、横軸が導光板２の表面２２から出射した光の出射角度α（度）であり、縦軸が光度ＬＩ（相対値）である。また、図１１のグラフにおいて、ＬｐおよびＬｓはそれぞれｐ偏光およびｓ偏光であり、ｎｘおよびｎｙはそれぞれ方位角θが０度の方向および９０度の方向の屈折率である。また、図１１のグラフにおいて、短い破線の曲線は、比較例である複屈折性を有しない従来の導光板におけるｓ偏光Ｌｓの出射角度αと光度ＬＩとの関係を示している。
【００９２】
図１０に示す特性の導光板２を用いた場合、光度ＬＩが最大値となる光の進行角度β（表面２２への入射角度）の角度は、３４．７度である。このとき、導光板２から出射するｐ偏光Ｌｐおよびｓ偏光Ｌｓの出射角度αと光度ＬＩとの関係は、それぞれ、図１１に示した実線の曲線および長い破線の曲線のような関係になる。すなわち、実施例１の照明装置１で用いる導光板２のように複屈折性を有し、かつ、方位角が０度の方向に遅相軸を有する導光板２では、表面２２から出射するｓ偏光Ｌｓの光度ＬＩの最大値が低下し、そのピーク角度も大きくなる。そのため、実施例１の照明装置１に用いる導光板２では、特に光の出射角度αがｐ偏光Ｌｐの光度がピークとなる角度およびそれ以下の角度において、よりｐ偏光成分が多い光を出射させることができる。
【００９３】
図１２は、導光板の内部から表面に向う光の進行角度と光度の関係の別の一例を示すグラフ図である。図１３は、図１２に示した光度の分布をもつ光が導光板の表面から出射したときの出射角度と光度との関係の一例を示すグラフ図である。
なお、図１２のグラフは、横軸が光の進行角度β（度）であり、縦軸が光度ＬＩ（相対値）である。また、図１３のグラフは、横軸が導光板２の表面２２から出射した光の出射角度α（度）であり、縦軸が光度ＬＩ（相対値）である。また、図１３のグラフにおいて、ＬｐおよびＬｓはそれぞれｐ偏光およびｓ偏光であり、ｎｘおよびｎｙはそれぞれ方位角θが０度の方向および９０度の方向の屈折率である。また、図１３のグラフにおいて、短い破線の曲線は、比較例である複屈折性を有しない従来の導光板におけるｓ偏光Ｌｓの出射角度αと光度ＬＩとの関係を示している。
【００９４】
図１２に示す特性の導光板２は、図１０に示した特性の導光板２と比較して、光度ＬＩが最大値となる光の進行角度β（表面２２への入射角度）の角度が３７度と大きくなっている。このような導光板２は、光取り出し構造２３の傾斜面の角度η２を小さくする、具体的には２度未満の小さな角度にすることで実現できる。このとき、導光板２から出射するｐ偏光Ｌｐおよびｓ偏光Ｌｓの出射角度αと光度ＬＩとの関係は、それぞれ、図１３に示した実線の曲線および長い破線の曲線のような関係になる。そのため、この場合も、特に光の出射角度αがｐ偏光Ｌｐの光度がピークとなる角度およびそれ以下の角度において、よりｐ偏光成分が多い光を出射させることができる。
【００９５】
また、図１１と図１３とを比較すると、図１３の方、すなわち光度ＬＩが最大値となる光の進行角度β（表面２２への入射角度）の角度が３７度になる導光板２の方が、表面２２から出射するｓ偏光Ｌｓの光度ＬＩが小さい。したがって、光の進行角度βのピーク角度がより大きな導光板２を用いることでよりｐ偏光成分が多い光を出射させることができる。
【００９６】
上述のように、方位角θが０度の方向、すなわち導光板２において光源３が配置される端面２１の長手方向と平行な方向に遅相軸ＡＸ２を有する導光板２を用いることで、導光板２の表面２２から出射する光におけるｐ偏光成分の割合をより多くすることができる。
【００９７】
一方、導光板２の表面２２で反射して導光板２の内部に戻る光はｓ偏光成分の割合が多い光である。そのため、導光板２から出射する光におけるｐ偏光成分の量をさらに増やすには、導光板２に残るｓ偏光をｐ偏光に変換することが極めて有効と考えられる。実施例１の照明装置１に用いる導光板２は、構成２を備えているので、表面２２で反射して導光板２の裏面に向う光は、裏面で反射する際に、偏光状態変換構造２５の作用によりその偏光状態が変化する。そのため、導光板２に残った光におけるｓ偏光成分の割合を低下させることができる。すなわち、導光板２の裏面で反射して再び表面に向う光はｐ偏光成分が増すので、表面２２から出射する光におけるｐ偏光成分の割合が高くなる。したがって、ｐ偏光成分の割合がより高い光を出射する導光板２を実現できる。
【００９８】
次に、偏光状態変換構造２５を含む導光板２の裏面の構造について詳細に述べる。
【００９９】
図１４および図１５は、導光板に設ける偏光状態変換構造の一例を説明するための模式図である。
図１４は、偏光状態変換構造が設けられた領域の断面構成の一例を示す模式断面図である。図１５は、偏光状態変換構造により光の偏光状態が変化する様子を示す模式図である。
なお、図１４には、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｘｚ平面と平行な断面、すなわち導光板２において光源３が配置される端面２１の長手方向と平行な断面で見た断面構成、および当該断面の奥行き方向に見える構成を示している。
【０１００】
実施例１の照明装置１に用いる導光板２における偏光状態変換構造２５は、たとえば、図１４に示すように、その断面形状がＶ字状となる構造にしている。ここで、Ｖ字状の構造を形成する向い合う傾斜面どうしがなす角度を頂角φと定義する。たとえば、頂角φを９０度とする場合、導光板２を方位角θが９０度の方向に進む光が、偏光状態変換構造２５に対して進行角度βで入射すると、その反射角度は平坦面に入射した場合と同様、同じ角度βで反射する。
【０１０１】
また、偏光状態変換構造２５へ入射する光は２つの傾斜面で反射する。このとき、たとえば、図１５に示すように、ｓ偏光Ｌｓ（本明細書で定義する狭義のｓ偏光）が偏光状態変換構造２５へ入射する場合、入射光の偏光軸に対して、偏光状態変換構造２５を構成する傾斜面が傾いているため、ある傾斜面の点Ｐ１で反射すると、その偏光状態が変化する。さらに隣り合う傾斜面の点Ｐ２で反射するときにも、偏光状態が変化する。このように偏光状態変換構造２５に入射した光はその偏光状態が変換される。
【０１０２】
図１６は、ｓ偏光の進行角度と当該ｓ偏光が偏光状態変換構造で反射したときの反射光におけるｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。図１７は、ｓ偏光が偏光状態変換構造で反射した後、導光板の表面から出射する際の出射角度とｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。
なお、図１６のグラフは、横軸がｓ偏光の進行角度β（度）であり、縦軸がｐ偏光の偏光度ρｐである。また、図１７のグラフは、横軸が光の出射角度α（度）であり、縦軸がｐ偏光の偏光度ρｐである。
【０１０３】
偏光状態変換構造２５の頂角φを９０度とし、当該偏光状態変換構造２５における屈折率ｎを１．５８として、方位角θが９０度の方向に進行角度βで進むｓ偏光が偏光状態変換構造２５で反射したときの反射光におけるｐ偏光の偏光度ρｐを計算したところ、図１６に示すような結果が得られた。すなわち、偏光状態変換構造２５にｓ偏光が入射した場合、実際に利用される進行角度βの範囲である３０度から４０度の範囲においてｓ偏光の割合を半分程度に減らすことができる。このように、導光板２の表面２２で反射したｓ偏光成分の割合の高い光は、導光板２の裏面に設けた偏光状態変換構造２５によりその偏光状態が変化し、ｓ偏光成分の割合が低下する。そのため、再び導光板の表面２２に入射する光は、ｐ偏光成分の割合がより高い光として出射する。
【０１０４】
また、方位角θが９０度の方向に進行角度βで進むｓ偏光が偏光状態変換構造２５で反射したときの反射光が導光板２の表面２２から出射する際の出射角度αとｐ偏光の偏光度ρｐとの関係を計算したところ、図１７に示すような結果が得られた。なお、図１７には、偏光状態変換構造２５の頂角φを９０度とし、当該偏光状態変換構造２５を含む導光板の屈折率ｎを１．５０、１．５８、および１．６８とした場合の出射角度αとｐ偏光の偏光度ρｐとの関係を示している。
【０１０５】
図１７からわかるように、導光板２から出射する光の量に関する指標値（たとえば、輝度や光度）が最大となる角度範囲（出射角度αが６５度から８５度の範囲）では、屈折率ｎが高くなるほどｐ偏光の偏光度ρｐが高くなり、効率の良い偏光変換が行われる。そのため、偏光状態変換構造２５を含む導光板の屈折率ｎの値は高くすることが望ましい。
【０１０６】
また、特に導光板２の基材と偏光状態変換構造２５を異なる材料で形成する場合は、偏光状態変換構造２５の屈折率を導光板２における方位角θが０度の方向の屈折率と等しくするか、または、ほぼ同等とすることが望ましい。この場合、ｓ偏光成分に対しては、導光板２の基材と偏光状態変換構造２５との屈折率には差が無い、または差が非常に小さくなり、導光板２の基材と偏光状態変換構造２５との界面でのｓ偏光成分の反射が抑制されて偏光状態変換構造２５の作用を効率良く得られるからである。
【０１０７】
なお、導光板２の基材と偏光状態変換構造２５を異なる材料で形成する場合、偏光状態変換構造２５は、たとえば、所望の形状が形成された金型を用いて透明な樹脂を導光板２の基材に転写することで実現できる。透明な樹脂としては、たとえば、紫外線硬化樹脂等を用いればよいが、本発明における偏光状態変換構造２５の材料は紫外線硬化樹脂に限定されるものではない。
【０１０８】
図１８は、ｓ偏光が偏光状態変換構造に入射したときの反射光における偏光状態変換構造の頂角とｐ偏光の偏光度との関係の一例を示すグラフ図である。
なお、図１８のグラフは、横軸が偏光状態変換構造を構成する傾斜面の頂角φ（度）であり、縦軸がｐ偏光の偏光度ρｐである。また、図１８のグラフには、ｓ偏光の進行角度βが３５度の場合、および３８度の場合の頂角φとｐ偏光の偏光度ρｐとの関係を示している。また、厳密には導光板２の屈折率によって変わるが、進行角度βが３５度から３８度の範囲は、導光板２から出射する光の量に関する指標値（たとえば、輝度や光度）が最大となる出射角度αが６５度から８５度の範囲と概ね対応する角度である。
【０１０９】
偏光状態変換構造２５は、稜線の方向が方位角θが９０度の方向となる傾斜面を備えることで機能する。そのため、偏光状態変換構造２５がＶ字状の構造により構成される場合、その頂角φが１８０度未満であれば偏光状態を変えることができる。ただし、有意な効果を得るには、頂角φが８０度から１３０度の範囲であることが望ましい。またさらに、偏光状態変換構造２５の頂角φとｐ偏光の偏光度ρｐとの関係について調べたところ、図１８に示したように、進行角度βが３５度および３８度の場合、頂角φが１００度から１１０度の間でｐ偏光の偏光度ρｐは最大となる。そのため、偏光状態変換構造２５の頂角φは偏光変換の効率の観点からは１００度から１１０度の範囲内から選択することが望ましい。
【０１１０】
また、Ｖ字状の構造が偏光状態変換構造２５として機能するには、Ｖ字状の構造のピッチを可視光の波長よりも大きくする必要があり、数μｍから数百μｍとすることが現実的である。また、照明装置１の照射対象が液晶表示パネルの場合、液晶表示パネルの画素ピッチとの関係でモアレが起きにくいピッチを選択する、もしくは、不等ピッチとすることでモアレの発生を抑制するようにすることが望ましい。
【０１１１】
以上説明したように、実施例１の照明装置１では、導光板２の表面２２で反射した光に多く含まれているｓ偏光の偏光状態を偏光状態変換構造２５により他の偏光状態に変換することで、導光板２から出射する光におけるｐ偏光の割合を非常に多くすることができる。そのため、導光板２から出射する光の偏光度を効率よく高めることができる。
【０１１２】
また、実施例１の照明装置１は、導光板２から出射する光の偏光度が高いので、たとえば、液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、当該液晶表示装置におけるバックライトからの光の利用効率が向上する。
【０１１３】
図１９乃至図２２は、実施例１の照明装置１に用いる導光板の変形例を説明するための模式図である。
図１９は、偏光状態変換構造の第１の変形例を示す模式断面図である。図２０は、偏光状態変換構造の第２の変形例を示す模式断面図である。図２１は、偏光状態変換構造の第３の変形例を示す模式断面図である。図２２は、光取り出し構造の変形例を示す模式断面図である。
なお、図１９、図２０、および図２１には、ぞれぞれ、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｘｚ平面と平行な断面、すなわち導光板２において光源３が配置される端面２１の長手方向と平行な断面で見た断面構成、および当該断面の奥行き方向に見える構成を示している。また、図２２には、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｙｚ平面と平行な断面、すなわち導光板２を導波する光の主たる進行方向と平行な断面で見た断面構成、および当該断面の奥行き方向に見える構成を示している。
【０１１４】
導光板２に設ける偏光状態変換構造２５の一例として、実施例１では、たとえば、図５や図１４に示したように、導光板２の裏面のうちの、隣接する光取り出し構造２３の間にある領域２４に２つの傾斜面により構成されるＶ字状の構造を挙げている。また、図５や図１４に示した例では、隣接する光取り出し構造２３の間にある領域２４全体にＶ字状の構造を連続的に設けている。
【０１１５】
しかしながら、偏光状態変換構造２５をＶ字状の構造とする場合は、これに限らず、たとえば、図１９に示すように、導光板２の裏面のうちの隣接する光取り出し構造２３の間にある領域２４に間欠的に配置し、隣接する偏光状態変換構造２５の間に平坦部を設けてもよい。
【０１１６】
また、偏光状態変換構造２５は、Ｖ字状の構造に限らず、たとえば、図２０に示すように、偏光状態を変換する際に対になる２つの傾斜面の間に平坦部を有する構造であってもよい。またさらに、偏光状態変換構造２５は、たとえば、図２１に示すように、偏光状態を変換する際に対になる２つの傾斜面の間、および隣接する偏光状態変換構造２５の間のそれぞれに平坦部を有する構造であってもよい。
【０１１７】
これらの構造は、いずれも偏光状態を変換する機能を有し、光学設計上、あるいは、金型の作成や導光板の成型工程において最適な構成を選択すればよい。つまり、導光板２の裏面に設ける偏光状態変換構造２５は、方位角θが９０度の方向に稜線を有する傾斜面を備えることで機能するため、その形態には様々なバリエーションがあり、各用途に応じて最適な形態を選択すれば良い。
【０１１８】
また、図２０および図２１に示したような偏光状態変換構造２５の場合、それぞれの傾斜面が平坦部となす角度φ１，φ２を、それぞれ、図１４を参照して説明した頂角φの半分の角度とすれば良い。具体的には、角度φ１，φ２が９０度未満であれば偏光状態を変えることができ、有意な効果を得るには、角度φ１，φ２は４０度から６５度の範囲であることが望ましい。さらに、高い偏光変換の効率を得るには、角度φ１，φ２を５０度から５５度の範囲内から選択することが望ましい。
【０１１９】
また、傾斜面の稜線の方向は方位角θが９０度の方向、すなわち導光板を進む光の主たる進行方向と平行とすることが、偏光状態を変換する機能の実現と、偏光状態変換構造を形成するための金型を作成する上で望ましいと考えられるが、これに限定されるものではない。すなわち、傾斜面の稜線の方向が方位角θが０度の方向以外の方向であれば偏光状態は変化するので、たとえば、傾斜面の稜線の方向が方位角θが９０度の方向から±４５度の範囲内でずれていたり、傾斜面の稜線の方向がこの角度範囲内でジグザク状、または波状となっていてもよい。
【０１２０】
また、実施例１では、導光板２の裏面に設ける光取り出し構造２３の一例として、図６等に示したようなＶ字型の構造を挙げている。この構造の場合、導光板２を導波する光Ｌの進行角度を変える機能を担うのは、Ｖ字型を構成する２つの傾斜面のうちの、光源３から遠い方の傾斜面である。
【０１２１】
しかしながら、導光板２の裏面に設ける光取り出し構造２３は、これに限らず、たとえば、図２２に示すようなＶ字型の溝、すなわちＶ字型を構成する２つの傾斜面のうちの、光源３から近い方の傾斜面が光Ｌの進行角度を変える機能を担う構造であってもよい。
【０１２２】
この場合も、２つの傾斜面のうちの光Ｌの進行角度を変える機能を担う傾斜面の角度をη２とすると、導光板２の表面２２から出射する光の指標値が、方位角θが９０度の方向、出射角度αが６５度から８５度の方向において最大値となるような導光板２は、当該傾斜面の角度η２を０．５度から３度程度とすることで実現できる。また、光取り出し構造２３のピッチは、数十μｍから百数十μｍとなるように形成すれば良い。また、光取り出し構造２３における他方の傾斜面の角度η１は導光板２を導波する光の損失が小さくなるような角度を選択すればよく、具体的には７０度から９０度の範囲から選択すればよい。
【０１２３】
また、光取り出し構造２３としてＶ字型の溝を設けた場合も、隣接する２つの光取り出し構造２３の間に偏光状態変換構造２５を設けることにより、実施例１で説明した導光板２と同様の効果が得られる。
【実施例２】
【０１２４】
図２３乃至図２５は、本発明による実施例２の照明装置における導光板の概略構成の一例を示す模式図である。
図２３は、本発明による実施例２の導光板における裏面の形状の一例を示す模式斜視図である。図２４は、図２３におけるｙｚ平面と平行な断面における導光板の断面形状の一例を示す模式断面図である。図２５は、図２３におけるｘｚ平面と平行な断面における導光板の断面形状の一例を示す模式断面図である。
なお、図２３に示したｘｙｚ座標系におけるｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向は、それぞれ、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向と同じ方向である。
【０１２５】
実施例２では、実施例１で挙げた照明装置１の構成をもとにし、導光板２の裏面に設ける偏光状態変換構造２５を変更した例について説明する。そのため、導光板２の裏面の構成を除く他の構成に関する説明は省略する。
【０１２６】
実施例１の照明装置１に用いる導光板２における偏光状態変換構造２５は、図５などに示したように、導光板２の裏面に設けられた光取り出し構造２３の間にある領域２４のみに設けている。これに対し、実施例２の導光板２では、たとえば、図２３乃至図２５に示すように、光取り出し構造２３および光取り出し構造２３の間にある領域２４を貫通する偏光状態変換構造２５を設けている。このとき、偏光状態変換構造２５は、実施例１で挙げたようなＶ字状の構造であり、その稜線の方向は方位角θが９０度の方向、またはその近傍の角度と平行な方向としている。
【０１２７】
導光板２の裏面に形成する光取り出し構造２３は、たとえば、図２４に示したように、２つの傾斜面で構成されるＶ字状の構造である。このとき、光源３は導光板２の左手に配置されており、導光板２を導波する光Ｌの進行角度を変える機能を担うのは、２つの傾斜面のうちの光源３から遠い方の傾斜面である。そのため、光取り出し構造２３における光源３から遠い方の傾斜面の角度をη２とすると、実施例１で説明したように、当該角度η２は０．５度から３度程度とすればよい。またこのとき、光取り出し構造２３における光源３から近い方の傾斜面の角度η１も、実施例１で説明したように、７０度から９０度の範囲から選択すればよい。また、光取り出し構造２３のピッチＰは数十μｍから百数十μｍとなるようにすればよい。
【０１２８】
また、実施例２の導光板２では、光取り出し構造２３および光取り出し構造２３の間にある領域２４を貫通する偏光状態変換構造２５を設けている。そのため、偏光状態変換構造２５は、たとえば、図２３および図２５に示したように、導光板２において光源３が配置される端面２１の長手方向（ｘ軸方向）と平行な方向に対して間欠的に配置し、隣接する偏光状態変換構造２５の間に平坦部を設けることが望ましい。これにより、たとえば、光取り出し構造２３を構成する傾斜面の減少による進行角度の変換効率の低下を抑えながら、導光板２の表面２２から出射する光におけるｐ偏光成分の割合を多くすることができる。
【０１２９】
また、偏光状態変換構造２５として設けるＶ字状の構造は、前述のように、頂角φが１８０度未満であれば原理上は偏光状態を変えることができる。ただし、有意な効果を得るには、頂角φが８０度から１３０度の範囲であることが望ましい。またさらに、ｓ偏光からｐ偏光への変換を高い効率で行うためには、頂角φを１００度から１１０度の範囲内から選択することが望ましい。
【０１３０】
実施例１の照明装置１における導光板２を、実施例２の導光板２に変えた場合も、導光板２の表面２２で反射して裏側の面に向う光は、裏面で反射する際に、偏光状態変換構造２５の作用によりその偏光状態が変化してｓ偏光成分の割合を低下させることができる。そのため、再び導光板２の表面２２に向う光は、ｐ偏光成分が多い光となり、ｐ偏光成分の割合がより高い光を出射する導光板２が実現できる。
【０１３１】
また、実施例２の導光板２では、実施例１の導光板２とは異なり、偏光状態変換構造２５を設ける位置が隣り合う光取り出し構造２３の間にある領域２４に限定されない。そのため、実施例２の導光板２には、設計上の尤度が広がるという利点がある。また、導光板２における光の主たる進行方向（方位角θが９０度の方向）に対し、連続的に偏光状態変換構造２５を設けることができるので、ｓ偏光成分の多い光の偏光状態を変換する機能を導光板２の裏面に均一に配置することができるという利点もある。
【０１３２】
また、図示は省略するが、実施例２の導光板２においても、偏光状態変換構造２５の構造は、偏光状態を変換する機能を有し、光学設計上、あるいは、金型の作成や導光板の成型工程において最適な構成を選択すればよい。つまり、導光板２の裏面に設ける偏光状態変換構造２５は、方位角θが９０度の方向に稜線を有する傾斜面を備えることで機能するため、その形態には様々なバリエーションがあり、各用途に応じて最適な形態を選択すれば良い。したがって、実施例２の導光板２における偏光状態変換構造２５は、図２３および図２５に示したような構造に限らず、たとえば、図２０に示したような構成、すなわち偏光状態を変換する際に対になる２つの傾斜面の間に平坦部を有する構造であってもよい。
【０１３３】
また、偏光状態変換構造２５における傾斜面の稜線の方向は方位角θが９０度の方向、すなわち導光板を進む光の主たる進行方向と平行とすることが、偏光状態を変換する機能の実現と、偏光状態変換手段を形成するための金型を作成する上で望ましいと考えられるが、これに限定されるものではない。すなわち、傾斜面の稜線の方向が方位角θが０度の方向以外の方向であれば偏光状態は変化するので、たとえば、傾斜面の稜線の方向が方位角θが９０度の方向から±４５度の範囲内でずれていたり、傾斜面の稜線の方向がこの角度範囲内でジグザク状、または波状となっていてもよい。
【０１３４】
図２６は、実施例２の導光板における光取り出し構造の変形例を示す模式断面図である。
なお、図２６には、図２３に示したｘｙｚ座標系におけるｙｚ平面と平行な断面、すなわち導光板２を導波する光の主たる進行方向と平行な断面で見た断面構成、および当該断面の奥行き方向に見える構成を示している。
【０１３５】
実施例２では、導光板２の裏面に設ける光取り出し構造２３の一例として、図２３および図２４に示したようなＶ字型の構造を挙げている。この構造の場合、導光板２を導波する光Ｌの進行角度を変える機能を担うのは、Ｖ字型を構成する２つの傾斜面のうちの、光源３から遠い方の傾斜面である。
【０１３６】
しかしながら、導光板２の裏面に設ける光取り出し構造２３は、これに限らず、たとえば、図２６に示すようなＶ字型の溝、すなわちＶ字型を構成する２つの傾斜面のうちの、光源３から近い方の傾斜面が光Ｌの進行角度を変える機能を担う構造であってもよい。
【０１３７】
この場合も、光取り出し構造２３における光源３から近い方の傾斜面の角度をη２とすると、当該角度η２は０．５度から３度程度とすればよい。またこのとき、光取り出し構造２３における光源３から遠い方の傾斜面の角度η１も、７０度から９０度の範囲から選択すればよい。また、光取り出し構造２３のピッチＰは数十μｍから百数十μｍとなるようにすればよい。
【実施例３】
【０１３８】
図２７乃至図２９は、本発明による実施例３の照明装置における導光板の概略構成の一例を示す模式図である。
図２７は、本発明による実施例２の導光板における裏面の形状の一例を示す模式斜視図である。図２８は、図２７におけるｙｚ平面と平行な断面における導光板の断面形状の一例を示す模式断面図である。図２９は、図２７におけるｘｚ平面と平行な断面における導光板の断面形状の一例を示す模式断面図である。
なお、図２７に示したｘｙｚ座標系におけるｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向は、それぞれ、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向と同じ方向である。
【０１３９】
実施例３では、実施例１で挙げた照明装置１の構成をもとにし、導光板２の裏面に設ける偏光状態変換構造２５をさらに変更した例について説明する。そのため、導光板２の裏面の構成を除く他の構成に関する説明は省略する。
【０１４０】
実施例１の照明装置１に用いる導光板２における偏光状態変換構造２５は、図５などに示したように、導光板２の裏面に設けられた光取り出し構造２３の間にある領域２４のみに設けている。これに対し、実施例３の導光板２では、領域２４だけでなく、光取り出し構造２３にもＶ字状の偏光状態変換構造２５を設けている。このとき、偏光状態変換構造２５は、実施例１で挙げたようなＶ字状の構造であり、その稜線の方向は方位角θが９０度の方向、またはその近傍の角度と平行な方向としている。
【０１４１】
なお、実施例３の導光板２における偏光状態変換構造２５は、実施例２の導光板２における偏光状態変換構造２５とは異なり、光取り出し構造２３およびその間にある領域２４を貫通する１つのＶ字状構造における稜線のうちの光取り出し構造２３を通る部分は、図２７および図２８に示したように、当該光取り出し構造２３を構成する傾斜面と平行な方向に傾いている。
【０１４２】
導光板２の裏面に形成する光取り出し構造２３は、たとえば、図２８に示したように、２つの傾斜面で構成されるＶ字状の構造である。このとき、光源３は導光板２の左手に配置されており、導光板２を導波する光Ｌの進行角度を変える機能を担うのは、２つの傾斜面のうちの光源３から遠い方の傾斜面である。そのため、光取り出し構造２３における光源３から遠い方の傾斜面の角度をη２とすると、実施例１で説明したように、当該角度η２は０．５度から３度程度とすればよい。またこのとき、光取り出し構造２３における光源３から近い方の傾斜面の角度η１も、実施例１で説明したように、７０度から９０度の範囲から選択すればよい。また、光取り出し構造２３のピッチＰは数十μｍから百数十μｍとなるようにすればよい。
【０１４３】
またさらに、光取り出し構造２３を構成する傾斜面のうちの、導光板２を導波する光Ｌの進行角度を変える機能を担う傾斜面は、隣り合う光取り出し構造２３の間にある領域２４に設ける偏光状態変換構造２５と同じ構造を設ける。すなわち、導光板２を導波する光Ｌの進行角度を変える機能を担う傾斜面は、隣り合う光取り出し構造２３の間にある偏光状態変換構造２５を設けた領域を、そのまま角度η２だけ傾けたような構造（形状）にする。
【０１４４】
また、偏光状態変換構造２５として設けるＶ字状の構造は、前述のように、頂角φが１８０度未満であれば原理上は偏光状態を変えることができる。ただし、有意な効果を得るには、頂角φが８０度から１３０度の範囲であることが望ましい。またさらに、ｓ偏光からｐ偏光への変換を高い効率で行うためには、頂角φを１００度から１１０度の範囲内から選択することが望ましい。
【０１４５】
実施例１の照明装置１における導光板２を、実施例３の導光板２に変えた場合も、導光板２の表面２２で反射して裏側の面に向う光は、裏面で反射する際に、偏光状態変換構造２５の作用によりその偏光状態が変化してｓ偏光成分の割合を低下させることができる。そのため、再び導光板２の表面２２に向う光は、ｐ偏光成分が多い光となり、ｐ偏光成分の割合がより高い光を出射する導光板２が実現できる。
【０１４６】
また、実施例３の導光板２では、実施例１の導光板２とは異なり、偏光状態変換構造２５が光取り出し構造２３およびその間にある領域２４の両方に設けられている。また、光取り出し構造２３における偏光状態変換構造２５は、実施例２の導光板２とは異なり、光取り出し構造２３の間にある領域２４における偏光状態変換構造２５と同じ構造であり、傾斜角度が異なるだけである。また、実施例３の導光板２における光取り出し構造２３では、光Ｌの進行角度を変える機能を担う面が偏光状態変換構造２５としての機能も有する。そのため、実施例３の導光板２は、実施例２の導光板２と比べて、導光板２の面内でより均一に偏光状態の変換を行うことができるという利点がある。
【０１４７】
また、図示は省略するが、実施例３の導光板２においても、偏光状態変換構造２５の構造は、偏光状態を変換する機能を有し、光学設計上、あるいは、金型の作成や導光板の成型工程において最適な構成を選択すればよい。つまり、導光板２の裏面に設ける偏光状態変換構造２５は、方位角θが９０度の方向に稜線を有する傾斜面を備えることで機能するため、その形態には様々なバリエーションがあり、各用途に応じて最適な形態を選択すれば良い。したがって、実施例２の導光板２における偏光状態変換構造２５は、図２７および図２９に示したような構造に限らず、たとえば、図２０に示したような構成、すなわち偏光状態を変換する際に対になる２つの傾斜面の間に平坦部を有する構造であってもよい。
【０１４８】
また、偏光状態変換構造２５における傾斜面の稜線の方向は方位角θが９０度の方向、すなわち導光板２を進む光の主たる進行方向と平行とすることが、偏光状態を変換する機能の実現と、偏光状態変換手段を形成するための金型を作成する上で望ましいと考えられるが、これに限定されるものではない。すなわち、傾斜面の稜線の方向が方位角θが０度の方向以外の方向であれば偏光状態は変化するので、たとえば、傾斜面の稜線の方向が方位角θが９０度の方向から±４５度の範囲内でずれていたり、傾斜面の稜線の方向がこの角度範囲内でジグザク状、または波状となっていてもよい。
【０１４９】
またさらに、実施例３では、導光板２の裏面に設ける光取り出し構造２３の一例として、図２７および図２８に示したようなＶ字型の構造を挙げているが、光取り出し構造２３は、これに限らず、たとえば、図２２や図２６などに示したようなＶ字型の溝、すなわちＶ字型を構成する２つの傾斜面のうちの、光源３から近い方の傾斜面が光Ｌの進行角度を変える機能を担う構造であってもよい。
【実施例４】
【０１５０】
図３０は、本発明による実施例４の照明装置における導光板の断面構成の一例を示す模式断面図である。
なお、図３０には、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｙｚ平面と平行な断面、すなわち導光板２を導波する光の主たる進行方向と平行な断面で見た断面構成、および当該断面の奥行き方向に見える構成を示している。
【０１５１】
実施例１乃至実施例３で挙げた照明装置１は、導光板２が前述の構成１、構成２、および構成４を備える構成であった。しかしながら、導光板２は、前述のように、構成１および構成２を必須の構成とし、加えて構成４または構成５のいずれか一方あるいは両方を備えることが望ましい。そのため、実施例４では、導光板２の望ましい構成の別の例として構成５、すなわち表面２２に導光板２よりも屈折率が高い層（以下、高屈折率層と呼ぶ。）を備える構成例について説明する。なお、実施例４の照明装置は、実施例１で挙げた照明装置１の構成をもとにし、導光板２の構成を変更しただけである。そのため、導光板２の構成を除く他の構成に関する説明は省略する。
【０１５２】
実施例４の導光板２は、たとえば、図３０に示すように、導光板２の表面２２に高屈折率層２６が設けられている。
【０１５３】
導光板２は、光源３が発した光Ｌを面状光線に変換するためのものであり、構成１および構成２を備える。そのため、導光板２は可視光に対して透明な略矩形の板状部材から構成され、かつ、端面２１から入射して導光板２を導波する光Ｌを表面２２から出射させるための光取り出し構造２３を備える。
【０１５４】
光取り出し構造２３は、実施例１乃至実施例３の導光板２と同様の構造、たとえば、方位角θが０度の方向と平行な方向に稜線を有する２つの傾斜面から構成されるＶ字状の構造にする。
【０１５５】
また、導光板２は、実施例１乃至実施例３の導光板２と同様に、進相軸ＡＸ１の方向が方位角θが９０度の方向となる複屈折性の材料を用いることができる。しかしながら、実施例４では、構成５による作用効果を明確にするために、平均屈折率が約１．５７で光学的に略等方なポリカーボネート樹脂でなる導光板２を使用した場合について説明する。また、実施例４では、方位角θが９０度の方向における表面２２から出射した光Ｌ１の輝度が最大となる出射角度αが７６度、光度が最大となる出射角度角度αが６８度となる場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１５６】
この場合、出射角度αが７６度の光Ｌ１においては、導光板２と空気との界面を光が通過する際、そのｐ偏光とｓ偏光の透過率の違いから出射光のｐ偏光の偏光度ρｐは約２３％となる。より具体的には、ｐ偏光はその８８％が透過し、ｓ偏光は４５％しか透過しないため、導光板２と空気との界面で反射して導光板２内に残る光はｓ偏光成分がｐ偏光成分の約４．６倍となる。
【０１５７】
さらに、導光板２の表面２２の上に導光板２よりも屈折率が高い高屈折率層２６を設けることで、導光板２から出射する光におけるｐ偏光成分を増加することができる。このとき、高屈折率層２６の厚さｄｈは、導光板２から出射する光の輝度または光度が最大となる角度に対して以下の条件を満たすように形成すると良い。
【０１５８】
すなわち、高屈折率層２６の屈折率をｎｈとし、導光板２から出射する光のうち輝度または光度が最大となる角度で出射する光が高屈折率層２６内を進むときの角度をξとすると、高屈折率層２６の厚さｄｈは、下記数式３を満たすようにすれば良い。
【０１５９】
ｄｈ＝λ/（４・ｎｈ・cosξ）・（２ｍ＋１）  ・・・（数式３）
【０１６０】
なお、数式３における角度ξは、導光板２の表面２２の垂線方向（ｚ軸方向）からの角度、すなわち高屈折率層２６と空気層との界面への入射角度である。また、数式３において、λは任意の可視波長であり、ｍは任意の整数である。また、波長λは、可視波長であればよく、たとえば、視感度が高い５５０ｎｍを用いればよい。また、高屈折率層２６の厚さｄｈは、数式３におけるｍの値を１以上の整数として得られる値であってもよいが、厚さｄｈが大きくなると、高屈折率層２６を構成する透明体の屈折率の波長依存性の影響が大きくなるため、ｍ＝０として算出される厚さｄｈを選択することが望ましい。
【０１６１】
以上のような条件に基づき、高屈折率層２６の形成に用いることが可能な材質およびその屈折率と、出射角度αが７６度の光に対する最適な厚さｄｈとの関係の一例を、下記表１に示す。
【０１６２】
【表１】
2011192468.tif 000003
【０１６３】
また、表１には、導光板２の屈折率を１．５７０５とした場合の導光板２と空気との界面でのｐ偏光の透過率Ｔｐ（％）、ｓ偏光の反射率Ｒｓ（％）、およびｐ偏光の偏光度ρｐ（％）も示している。また、表１には、比較のために、高屈折率層２６を設けていない場合のｐ偏光の透過率Ｔｐ（％）、ｓ偏光の反射率Ｒｓ（％）、およびｐ偏光の偏光度ρｐ（％）も示している。また、表１におけるＵＶＣＲは、紫外線硬化樹脂である。また、以下の説明では、特にことわりが無い場合、導光板２の（平均）屈折率は１．５７０５とする。
【０１６４】
表１からわかるように、高屈折率層２６を形成すると、導光板２と空気との界面におけるｐ偏光の透過率Ｔｐ、およびｓ偏光の反射率Ｒｓがともに向上する。そのため、高屈折率層２６を設けた導光板２における表面２２から出射する光は、よりｐ偏光成分が多い光となる。また、高屈折率層２６の屈折率が高くなるほど、その効果が大きくなる。
【０１６５】
高屈折率層２６を比較的安価に形成する方法としては、たとえば、リオトロピック液晶をせん断応力を加えながら塗布、乾燥する方法や、紫外線硬化樹脂を用いる方法がある。しかしながら、これらの方法で得られる高屈折率層２６の屈折率は１．７程度である。さらに高い屈折率を実現するには、たとえば、ＳｉＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｎＳなどの材料を用いる方法がある。しかしながら、これらの材料を使えば大きな効果が得られるものの製造コストが高くなる。そのため、実際に適用する場合にはコストと効果のバランスでその製品にあった条件を選択すればよい。
【０１６６】
なお、このように高屈折率層２６を形成した場合にも、実際に導光板２から出射する光におけるｐ偏光成分の量は、導光板２と空気との界面におけるｐ偏光とｓ偏光の反射の違いから予測される値よりも低くなる。これは、導光板２と空気との界面で反射して導光板内に残る光は、ｓ偏光成分がｐ偏光成分よりも多いためと考えられる。たとえば、屈折率２．０の高屈折率層２６を形成した場合、ｐ偏光はその９５％が透過し、ｓ偏光は２３％しか透過しないため、導光板２と空気との界面で反射して導光板内に残る光は、ｓ偏光成分がｐ偏光成分の約１５倍となる。このため、導光板２から出射する光におけるｐ偏光成分の量を増やすには、導光板内に残るｓ偏光をｐ偏光に効率よく変換することが極めて有効と考えられる。
【０１６７】
導光板２に残るｓ偏光をｐ偏光に効率よく変換するために、本発明の照明装置に係る導光板２では構成２、すなわち導光板２の裏面に偏光状態変換構造２５を備える。偏光状態変換構造２５の構造およびその作用効果については実施例１乃至実施例３で説明したとおりである。そのため、実施例４においても、表面２２で反射したｓ偏光成分の多い光を偏光状態変換構造２５で反射することで、再び導光板２の表面２２に向う光はｐ偏光成分が多い光となり、ｐ偏光成分の割合がより高い光を出射する導光板２が実現できる。
【０１６８】
また、実施例４のように導光板２の表面２２に、膜厚ｄｈを所望の厚さに制御した高屈折率層２６を備える場合には、前述のように、表面２２におけるｐ偏光の透過率Ｔｐおよびｓ偏光の反射率Ｒｓがともに大きくなる。そのため、表面２２で反射したｓ偏光成分の多い光の一部が偏光状態変換構造２５によりｐ偏光成分に変換された後、再び導光板２の表面２２に向かう場合、ｐ偏光成分がより一層多くなる。すなわち、実施例４の導光板２は、高屈折率層２６と偏光状態変換構造２５との相乗効果により、より一層ｐ偏光成分が多い光を出射させることができる。
【実施例５】
【０１６９】
図３１は、本発明による実施例５の照明装置におけるプリズムシートの概略構成の一例を示す模式断面図である。
なお、図３１には、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｙｚ平面と平行な断面、すなわち導光板２を導波する光の主たる進行方向と平行な断面で見た断面構成を示している。
【０１７０】
実施例１乃至実施例４では、主として、本発明に係る照明装置１のうちの導光板２の構成、すなわち上記の構成１乃至構成５のうちの構成１、構成２、構成４、および構成５について説明してきた。そこで、実施例５では、残る構成３、すなわちプリズムシート５についての望ましい構成の一例について説明する。なお、実施例５の照明装置は、実施例１で挙げた照明装置１の構成をもとにし、プリズムシート５の構成を変更しただけである。そのため、プリズムシート５の構成を除く他の構成に関する説明は省略する。
【０１７１】
プリズムシート５は、たとえば、図３１に示したように、透明なフィルムを基材５２とし、その表面にプリズム５１を列状に形成したものを用いることが生産性など産業上の有用性を考慮すると現実的である。このとき、基材５２には、プリズムシート５を通過する光Ｌ１のｐ偏光成分に位相差が生じない透明体を用いる。これは、導光板２から出射してプリズムシート５を通過するｐ偏光に変化が生じてｐ偏光成分が損失することを抑制し、プリズムシート５からｐ偏光成分の割合のより大きい光を出射させるためである。
【０１７２】
また、実施例５のプリズムシート５は、通過する光Ｌ１におけるｐ偏光成分の割合をより一層大きくするために、基材５２のプリズム５１が形成された面の裏側にｓ偏光増反射層５３を設けている。プリズム５１の形状およびｓ偏光増反射層５３の具体的な構成については、後述する。
【０１７３】
基材５２には、たとえば、トリアセチルセルロースフィルムや無延伸のポリカーボネートフィルムなど、少なくとも面内の屈折率異方性がほとんどない光学的に等方な透明体を用いることができる。また、基材５２には、たとえば、ポリカーボネート系樹脂やオレフィン系樹脂などからなるフィルムを一方向に延伸することで面内に屈折率の一軸異方性を持つ透明体を用いることもできる。なお、屈折率の一軸異方性を持つ透明体を基材５２として用いる場合は、プリズムシート５を通過するｐ偏光に位相差が生じないようにするために、プリズムシート５を配置する際に、基材５２の遅相軸の方向を方位角θが０度の方向または９０度の方向とすることが重要である。
【０１７４】
また、基材５２としては、比較的安価で取り扱いやすいＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いることが産業上は極めて有用である。ただし、ＰＥＴフィルムは二軸異方性を有するので、ＰＥＴフィルムを基材５２として用いる場合、プリズムシート５を通過するｐ偏光に位相差が生じないようにするために特別の配慮が必要となる。
【０１７５】
図３２のグラフは、ＰＥＴフィルムを想定してモデリングした二軸異方性の透明体（主屈折率：ｎｘ＝１．６８、ｎｙ＝１．６２、ｎｚ＝１．４７、厚さ５０μｍ）にｐ偏光を入射したときのｐ偏光の透過率のシミュレーション結果である。具体的には、ｐ偏光の入射角度αを７６度とし、その方位角と、相対輝度により表される光の透過率と、の関係を示している。また、図３２のグラフには、透明体における遅相軸の方位角θＡＸ３を１３５度、０度、および９０度にしたときのシミュレーション結果を示している。
【０１７６】
図３２からわかるように、二軸異方性の透明体では、遅相軸の方位角θＡＸ３を０度または９０度とすることにより、所定の入射角度αで方位角θが９０度の方向に進むｐ偏光に位相差が生じてｐ偏光成分が少なくなるということがない。さらに、遅相軸の方位角θＡＸ３を０度とすることで、方位角９０度を含むより広い方位角の範囲でｐ偏光に生じる位相差が小さくなり、ｐ偏光の損失が抑制される。
【０１７７】
ところで、透明体をプリズムシート５の基材５２として用いる場合、導光板２から出射する光の角度分布を考慮すると、プリズムシート５を通過する光として特に検討すべき角度範囲は、方位角θが０度±１５度、入射角度αが６０度から８５度の範囲である。そのため、プリズムシート５の基材５２としてＰＥＴフィルムのような二軸異方性の透明体を用いる場合は、その遅相軸の方位角θＡＸ３を０度または９０度とする、すなわち遅相軸の方向をプリズム５１の稜線方向と平行または直交にすることが望ましい。またさらに、上記のように遅相軸の方位角θＡＸ３を０度とすれば、より多くのｐ偏光をプリズムシート５から出射させることができるようになるので、透明体（基材５２）の遅相軸の方向はプリズム５１の稜線方向と平行にすることがより望ましい。なお、より高い効果を得るには、プリズム５１の稜線方向と基材５２の遅相軸の方向とは上記条件に一致させることが望ましいが、実際の製品ではばらつきが生じて角度がずれることが考えられ、この場合は±５度程度の変動であれば許容される。
【０１７８】
このようにプリズムシート５の基材５２として二軸異方性の透明体を用いる場合に、遅相軸の方位角θＡＸ３を０度にしたときと９０度にしたときとで効果に大きな差が生じることは、基材５２として一軸異方性の透明体を用いた場合の遅相軸の方位角が９０度であっても０度のときと同様にｐ偏光の損失が抑制されることと対照的である。
【０１７９】
図３３は、プリズムシートにおけるプリズムの断面形状の一例を示す模式断面図である。
なお、図３３には、図３１に示したプリズムシート５におけるプリズム５１の１つを拡大して示している。
【０１８０】
本発明に係る照明装置１におけるプリズムシート５は、上記の構成３、すなわち導光板２から出射した光のうちの輝度または光度が最大値となる角度の光が入射した際に、当該光を正面方向（＋ｚ方向）に屈折させる構成であり、かつ、当該光がプリズムシートを通過する際に、位相差を生じさせない透明体でなる。このような構成３の条件を満たすプリズムシート５としては種々の構成が知られているが、実施例５では、より望ましい構成の一例として、プリズム５１の稜線と直交する方位角方向（θ＝９０度の方向）において視野角（極角）を変えたときに生じる色の変化を抑制する構成を挙げる。この構成は、たとえば、特許文献２に開示されている構成であり、その主要な特徴は次の通りである。
【０１８１】
プリズムの断面形状は、２種類の主たる傾斜角度を備える複数の斜面を含んで構成されており、プリズムの頂点からみて相対的に光源から遠い側の部分が少なくとも３つの斜面から構成され、そのうちの少なくとも一つの斜面は他の斜面に対してプリズムシートの光出射面からみて逆向きの傾きを有する。なお、２種類の主たる傾斜角度とは、プリズムの頂点（導光板からの光が入射する面から最も遠い点）からみて、相対的に光源から遠い側の斜面と、近い側の斜面の角度であり、特に導光板から出射する光のうち輝度や光度が最大となる角度の光がプリズムシートに入射したとき、この光を正面方向に屈折させる傾斜角度と、この光が直接はほとんど入射しない傾斜角度のことである。
【０１８２】
実施例５のプリズムシート５におけるプリズム５１の断面形状は、たとえば、図３３に示したように、基材５２と接する辺ＳＳ０と、２種類の主たる傾斜角度γ１，γ２を備える５つの斜面ＳＳ１〜ＳＳ５とを組み合わせた形状をしている。なお、図３３に示した向きでプリズム５１を見た場合、光源３はプリズム５１の左手に配置される。
【０１８３】
この５つの斜面ＳＳ１〜ＳＳ５のうち、導光板２から出射した光Ｌ１がプリズムシート５に入射したときにこの光Ｌ１を正面方向に屈折させる傾斜角度γ２を有する斜面は、斜面ＳＳ１と斜面ＳＳ３である。また、導光板２から出射した輝度や光度が最大となる角度の光がプリズムシート５に入射したときにこの光が入射しない主たる傾斜角度γ１を有する斜面は、斜面ＳＳ４である。また、斜面ＳＳ２は、導光板２から出射した輝度や光度が最大となる角度の光が入射する斜面ではあるが、斜面ＳＳ１および斜面ＳＳ３とは異なる方向に光を屈折するものであり、斜面ＳＳ１および斜面ＳＳ３とは逆向きの傾きを有する。また、斜面ＳＳ５は、プリズム５１の先端が鋭角になると製造上、不具合が生じやすくなるので、プリズム５１の先端が鋭角になることを回避するために形成する斜面である。
【０１８４】
プリズム列のピッチ（全体の幅Ｗ１）およびプリズム５１の高さｈ１としては、数十μｍ程度が実用的である。プリズム５１の具体的な寸法および傾斜角度は、プリズムシート５において基材５２やプリズム５１を構成する透明体の屈折率に応じて、光学シミュレーション等を駆使して選択すれば良い。
【０１８５】
プリズム５１の寸法および傾斜角度の一例を挙げると、以下の通りである。まず、プリズム５１における全体の幅Ｗ１は３５μｍ、高さｈ１は約２５μｍとし、斜面ＳＳ１および斜面ＳＳ３の傾斜角度γ２は約６９度、斜面ＳＳ４の傾斜角度γ１は約５８度とする。また、斜面ＳＳ１のｘｙ平面内における幅Ｗ２は約６μｍ、斜面ＳＳ２と斜面ＳＳ３とを合わせた斜面のｘｙ平面内における幅Ｗ３は約１２μｍとする。また、斜面ＳＳ２の高さｈ２は約１３μｍ、斜面ＳＳ１と斜面ＳＳ３との接続辺の高さｈ３は約９μｍ、斜面ＳＳ４の高さｈ４は約２５μｍとする。また、斜面ＳＳ２と斜面ＳＳ３とがなす角度γ３は約８０度となる。
【０１８６】
プリズム５１の形状を上記のようにした場合、プリズムシート５の基材５２の平均屈折率を１．６５とし、プリズム５１の屈折率を１．６８とすると、導光板２から出射した光Ｌ１のうちの出射角度αが７７度の光に対し、プリズム５１の斜面ＳＳ１または斜面ＳＳ３から出射する光の角度δは０．５度となり、ほぼ照明装置１の正面方向（＋ｚ方向）に出射する。また、基材５２の平均屈折率を１．６５とし、プリズム５１の屈折率を１．６４とすれば、導光板２から出射した光Ｌ１のうちの光度が最大となる出射角度αが６８度の光に対し、プリズム５１の斜面ＳＳ１または斜面ＳＳ３から出射する光の角度δは０．２度となり、ほぼ正面に出射する。
【０１８７】
なお、導光板２から出射する輝度または光度が最大値となるピーク角度の光の一部は、プリズムシート５（プリズム５１）を通過する際に、斜面ＳＳ２に入射する。斜面ＳＳ２は、斜面ＳＳ１および斜面ＳＳ３とは傾きが逆である。そのため、導光板２から出射した光の大部分は、プリズムシート５を通過する際に光源３を配置した方向（方位角θが２７０度の方向）に向かって屈折するが、斜面ＳＳ２を通過する一部の光は逆の方向（方位角θが９０度の方向）に向かって屈折する。この場合、プリズムシート５を構成する透明体の屈折率の波長依存性に起因して、光の屈折の際に生じる色の変化の一部が平均化される。したがって、透明体の屈折率の波長依存性に起因して生じるので、このような色の変化を抑制することができる。
【０１８８】
プリズム５１には、透明で光学的に等方な透明体、または通過するｐ偏光に対して有害な位相差を生じさせない透明体を用いる。これはプリズムシート５における基材５２と同様、導光板２から出射してプリズム５１を通過するｐ偏光に変化が生じてｐ偏光成分が損失することを抑制し、プリズム５１からよりｐ偏光成分の割合の大きい光を出射するためである。
【０１８９】
そのため、上記の要件を満たすものであれば、プリズム５１を構成する透明体としては紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂など、いずれの透明体を用いても良い。また、所望の屈折率を実現するために、たとえば、必要に応じて酸化チタンなどの透明で屈折率が高い微粒子を含有させても良い。なお、上記の微粒子を含有させる場合は、少なくとも可視波長域の光に対する散乱が小さくなるように、微粒子の直径を数ｎｍから数十ｎｍ程度とすることが望ましい。
【０１９０】
また、プリズムシート５の裏面に設けたｓ偏光増反射層５３は、導光板２から出射した光のうちの少なくとも輝度または光度が最大値となる角度の光がプリズムシート５に入射する際に、ｓ偏光成分をより多く反射するためのものである。すなわち、ｓ偏光増反射層５３は、導光板２から出射した輝度または光度が最大値となる角度の光が当該ｓ偏光増反射層５３を有しないプリズムシート５における基材５２に直接入射したときと比べてｓ偏光成分をより多く反射する機能を有するものである。なお、プリズムシート５に垂直に入射する光に対しては、ｓ偏光とｐ偏光とで反射率が異なる必要は無い。しかしながら、垂直に入射する光に対してｓ偏光成分をより多く反射するような構造を実現するには、たとえば、屈折率異方性が異なる層を複数積層する必要がある。この場合は厚みが増加し、コストが高くなることが考えられる。
【０１９１】
一方、実施例５のプリズムシート５におけるｓ偏光増反射層５３は、特に導光板２から出射する光のうちの、少なくとも輝度や光度が最大値となる角度の光に対して、ｓ偏光成分をより多く反射する構造であればよい。つまり、ｓ偏光増反射層５３は、プリズムシート５に斜めに入射する光に対してｓ偏光成分をより多く反射すれば良い。また、ｓ偏光増反射層５３は、後述のとおり、プリズムシート５に対する単層の形成、またはその表面形状の変更により設けることができるので、垂直に入射する光に対してｓ偏光成分をより多く反射する構造よりも厚みの増加やコストの上昇を小さく抑えられる。
【０１９２】
ｓ偏光増反射層５３は、プリズムシート５の基材５２よりも屈折率が高い透明な単層とし、その厚さｄｓが、導光板２から出射する光における輝度または光度が最大となる角度に対して以下の条件を満たすように形成すると良い。すなわち、ｓ偏光増反射層５３の屈折率をｎｓとし、導光板２から出射した光のうち輝度または光度が最大となる角度でプリズムシート５に入射した光がｓ偏光増反射層５３を進むときの角度をεとすると、ｓ偏光増反射層５３の膜厚ｄｓは、下記数式４を満たすようにするとよい。
【０１９３】
ｄｓ＝λ/（４・ｎｓ・cosε）・（２ｍ＋１）  ・・・（数式４）
【０１９４】
数式４において、λは任意の可視波長であり、ｍは任意の整数である。また、波長λは、可視波長であればよく、たとえば、視感度が高い５５０ｎｍを用いればよい。また、ｓ偏光増反射層５３の膜厚ｄｓは、数式４におけるｍの値を１以上の整数として得られる値であってもよいが、膜厚ｄｓが大きくなると、ｓ偏光増反射層５３を構成する透明体の屈折率の波長依存性の影響が大きくなるため、ｍ＝０として算出される膜厚ｄｓを選択することが望ましい。
【０１９５】
また、ｓ偏光増反射層５３には、たとえば、実施例４で説明した導光板２の表面２２に形成する高屈折率層２６と同じ材料を用いることができる。ｓ偏光増反射層５３として基材５２よりも屈折率が高い材料でなる膜を一層形成する場合、ｓ偏光増反射層５３として用いる透明体の屈折率ｎｓが高くなると、導光板２から出射した光がプリズムシート５に入射したときのｐ偏光成分の損失（反射）は低減し、ｓ偏光成分はより多く反射されるため、プリズムシート５を透過する光としてはｐ偏光成分の割合がより高い光が得られるようになる。特に、プリズムシート５の裏側における最表面（露出面）の屈折率を高くすることで、導光板２から出射する光のうち、輝度や光度が最大となる角度に対して、ブリュースター角の条件を満たす状態、あるいはブリュースター角の条件により近い状態にして、プリズムシート５の裏面におけるｐ偏光成分の反射損失を無くすか、あるいは極めて小さくすることができる。
【０１９６】
また、プリズムシート５の裏面で反射したｓ偏光は、導光板２および反射シート４を経由して再びプリズムシート５に入射するが、導光板２を通過する際に、導光板２が備える偏光状態変換構造２５により、その偏光状態が変化する。そのため、導光板２および反射シート４を経由して再びプリズムシート５に入射する光はｐ偏光成分を含む光となり、プリズムシート５を通過する。すなわち、プリズムシート５の裏面で反射したｓ偏光の少なくとも一部がｐ偏光に変換され、照明光として利用されるので、ｐ偏光成分の光量を増加することができる。
【０１９７】
なお、ｓ偏光増反射層５３として用いる透明体の屈折率ｎｓが高くなると、膜厚ｄｓのばらつきに対するｐ偏光およびｓ偏光の反射率の変動が大きくなるため、製造上のマージンは小さくなる。したがって、ｓ偏光増反射層５３として用いる透明体の屈折率は、プリズムシート５の基材５２に対して、０．２から０．７の範囲で大きくすることが現実的である。
【０１９８】
また、本発明に係る照明装置１では、図１や図３１に示したように、導光板２から見たプリズムシート５の上に、必要に応じて拡散シート６を配置しても良い。拡散シート６はプリズムシート５から出射した光を拡散することで、出射角度の分布を広げる、あるいは、輝度の面内均一性を高める機能を有する。拡散シート６としては、たとえば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）等の透明な高分子フィルムの表面に凹凸を形成したもの、透明媒体中に当該透明媒体とは屈折率の異なる透光性の微粒子を混合した拡散層を高分子フィルムの表面に形成したもの、板もしくはフィルム内部に気泡を混入して拡散性を持たせたもの、アクリル樹脂等の透明部材中に白色顔料を分散させたもの、等が使用できる。また、プリズムシート５のプリズム形成面は傷が付きやすいため、拡散シート６をプリズムシート５の保護層として機能させても良い。
【０１９９】
なお、拡散シート６としてＰＥＴフィルムやＰＣフィルム等の光学異方性を有するフィルムを使用する場合は、その遅相軸の方向を方位角θが０度または９０度の方向とすることで、プリズムシート５を出射したｐ偏光の状態を維持するようにすることが、所定の直線偏光成分の光量が大きい照明光を実現するために重要である。
【０２００】
また、拡散シート６は、その表面にマイクロレンズを形成することで、これを通過する光の指向性を変えるようにしても良い。また、拡散シート６は、その表面に微細な構造を形成し、これを通過する光の指向性を回折効果を利用して変えるようにしてもよい。
【実施例６】
【０２０１】
図３４および図３５は、本発明による実施例６の液晶表示装置の概略構成の一例を説明するための模式図である。
図３４は、本発明による実施例６の液晶表示装置の断面構成の一例を示す模式断面図である。図３５は、照明装置から出射する光と液晶表示パネルにおける偏光板の透過軸との関係の一例を示す模式平面図である。
なお、図３４には、図１に示したｘｙｚ座標系におけるｙｚ平面と平行な断面、すなわち導光板２における光の主たる進行方向と平行な断面で見た断面構成を示している。
【０２０２】
実施例１乃至実施例５で挙げた照明装置１は、当該照明装置１から出射する面状光線が、ｐ偏光成分が非常に多い光となっている。このような照明装置１は、たとえば、液晶表示装置のバックライトとして用いるのが好適である。そこで、実施例６では、実施例１乃至実施例５で挙げた照明装置１を有する液晶表装置の概略構成および作用効果について簡単に説明する。
【０２０３】
実施例６の液晶表示装置は、たとえば、図３４に示すように、液晶表示パネル７と、照明装置１とを有する。このとき、液晶表示パネル７は、照明装置１における光の出射方向、すなわち導光板２からみて拡散シート６の上に配置される。
【０２０４】
液晶表示パネル７は、液晶層の配向状態を制御することで入射する光の透過光量を調節し、画像を表示する表示パネルであり、一対の基板７１，７２と、当該一対の基板７１，７２の間に挟持された液晶層７３、およびこれらを挟んで配置される一対の偏光板７４，７５を有する。実施例６の液晶表示装置における液晶表示パネル７は、たとえば、従来のバックライトを有する液晶表示装置に用いられている液晶表示パネルのいずれかであればよい。そのため、実施例６では、液晶表示パネル７の構成や動作に関する詳細な説明を省略する。
【０２０５】
また、照明装置１は、実施例１乃至実施例５で挙げた照明装置１のいずれかを用いる。このとき、照明装置１から出射して液晶表示パネル７に入射する光は、前述のように、ｐ偏光成分が非常に多い光である。すなわち、照明装置１から液晶表示パネル７側に出射する光は、たとえば、図３５に示すように、振動面ＯＳの方向の方位角θが９０度、すなわち導光板２における光の主たる進行方向（ｙ軸方向）と平行な直線偏光成分が非常に多い光である。
【０２０６】
このとき、照明装置１から出射した光（バックライト光）の利用効率を高めるには、液晶表示パネル７が有する一対の偏光板７４，７５のうちの照明装置１から近い位置にある偏光板７４における透過軸ＡＸ４の方向が照明装置１から出射する光における振動面ＯＳの方向と概ね平行になるようにすればよい。このとき、偏光板７４は、たとえば、吸収軸ＡＸ５の方向が、照明装置１が有するプリズムシート５におけるプリズム５１の稜線の方向（導光板２における光源３が配置された端面２１の長手方向）と平行になるようにすればよい。
【０２０７】
一方、照明装置１から遠い位置にある偏光板７５は、たとえば、吸収軸ＡＸ６の方向が、照明装置１が有するプリズムシート５におけるプリズム５１の稜線の方向（偏光板７４における吸収軸ＡＸ５の方向）と直交させる。
【０２０８】
なお、図３５に示した例では、偏光板７５における吸収軸ＡＸ６を偏光板７４における吸収軸ＡＸ５と直交させているが、液晶表示パネル７における画素の構成（表示モード）によっては、これに限らず、偏光板７５における吸収軸ＡＸ６を偏光板７４における吸収軸ＡＸ５と平行になるようにしてもよいことはもちろんである。
【０２０９】
照明装置１から出射する光は、上記の通り、照明装置１が有するプリズムシート５におけるプリズム５１の稜線方向（図３５におけるｘ軸方向）に対して直交する方向（図３５におけるｙ軸方向）に電気ベクトルの振動面ＯＳを有する直線偏光（ｐ偏光）が多い光である。そのため、液晶表示パネル７において照明装置１側に配置される偏光板７４の吸収軸ＡＸ５をプリズム５１の稜線方向と平行にすると、偏光板７４で吸収されて損失となる光の量を小さくすることができる。すなわち、実施例６の液晶表示装置では、照明装置１から出射する光に対する液晶表示パネル７の透過率が向上するので、バックライト光の利用効率が向上し、より明るい画像表示を実現できるという効果がある。また、実施例６の液晶表示装置では、バックライト光の利用効率が向上するので、たとえば、従来の液晶表示装置と同じ明るさの画像表示を行う場合には、照明装置１（バックライト）の消費電力を下げられるという効果がある。
【０２１０】
なお、図３５に示した例では、偏光板７４における吸収軸ＡＸ５が端辺と平行になっているが、液晶表示パネル７における画素の構成によっては、吸収軸ＡＸ５が偏光板７４の端辺に対して斜めになることがある。その場合は、偏光板７４の吸収軸ＡＸ５の方向は、プリズム５１の稜線方向（導光板２における端面２１の長手方向）となす角が当該稜線方向と直交する方向となす角よりも小さくなるようにすればよい。液晶表示パネル７において偏光板７４の吸収軸ＡＸ５が端辺に対して斜めになる場合、吸収軸ＡＸ５の方向と端辺とのなす角は、たとえば、５度から１５度程度である。そのため、上記の条件を満たすように配置すればバックライト光の利用効率が向上する。
【０２１１】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。
【０２１２】
たとえば、前記実施例１乃至実施例６では、導光板２の構成例として、導波する光の主たる進行方向における厚さが概ね均一である平板状の基材の裏面に光取り出し構造２３および偏光状態変換構造２５を設けた構成を挙げている。しかしながら、導光板２の構成は、これに限らず、導波する光の主たる進行方向における厚さが光源３から遠ざかるにつれて薄くなるくさび状の基材の裏面に光取り出し構造２３および偏光状態変換構造２５を設けた構成でもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【０２１３】
１  照明装置
２  導光板
２１  （導光板２の）端面
２２  （導光板２の）表面
２３  光取り出し構造
２５  偏光状態変換構造
２６  高屈折率層
３  光源
４  反射シート
５  プリズムシート
５１  プリズム
５２  （プリズムシート５の）基材
５３  ｓ偏光増反射層
６  拡散シート
７  液晶表示パネル
７１，７２  基板
７３  液晶層
７４，７５  偏光板
【図１】
2011192468.tif 000004
【図２】
2011192468.tif 000005
【図３】
2011192468.tif 000006
【図４】
2011192468.tif 000007
【図５】
2011192468.tif 000008
【図６】
2011192468.tif 000009
【図７】
2011192468.tif 000010
【図８】
2011192468.tif 000011
【図９】
2011192468.tif 000012
【図１０】
2011192468.tif 000013
【図１１】
2011192468.tif 000014
【図１２】
2011192468.tif 000015
【図１３】
2011192468.tif 000016
【図１４】
2011192468.tif 000017
【図１５】
2011192468.tif 000018
【図１６】
2011192468.tif 000019
【図１７】
2011192468.tif 000020
【図１８】
2011192468.tif 000021
【図１９】
2011192468.tif 000022
【図２０】
2011192468.tif 000023
【図２１】
2011192468.tif 000024
【図２２】
2011192468.tif 000025
【図２３】
2011192468.tif 000026
【図２４】
2011192468.tif 000027
【図２５】
2011192468.tif 000028
【図２６】
2011192468.tif 000029
【図２７】
2011192468.tif 000030
【図２８】
2011192468.tif 000031
【図２９】
2011192468.tif 000032
【図３０】
2011192468.tif 000033
【図３１】
2011192468.tif 000034
【図３２】
2011192468.tif 000035
【図３３】
2011192468.tif 000036
【図３４】
2011192468.tif 000037
【図３５】
2011192468.tif 000038
【図３６】
2011192468.tif 000039