(57)【要約】【課題】従来のプリズムシートを用いて複数の光源からの入射光を合成する光源装置は、光線の利用効率が低いという問題があった。本発明は従来の問題を解決し、薄型化が可能で、光合成性能に優れた光源装置、及びこれを備えた表示装置を提供する。【解決手段】発光波長の異なる複数の光源と、一方の面に複数の微細なプリズムを有し、他方の面が平面であるプリズムシートとを備え、前記プリズムシートの入射面側に、前記複数の光源を所定の角度に傾けて配置することにより前記プリズムシートの入射面側より所定の角度をもって入射された複数の光源からの入射光をプリズムシートの出射面側より混色させた出射光として出力する光源装置であって、前記各光源とプリズムシートの間に、対応する光源から出射された波長領域の光線を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラーが設けられていることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光波長の異なる複数の光源と、一方の面に複数の微細なプリズムを有し、他方の面が平面であるプリズムシートとを備え、前記プリズムシートの入射面側に、前記複数の光源を所定の角度に傾けて配置することにより前記プリズムシートの入射面側より所定の角度をもって入射された複数の光源からの入射光をプリズムシートの出射面側より混色させた出射光として出力する光源装置であって、
前記各光源とプリズムシートの間に、対応する光源から出射された波長領域の光線を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラーが設けられていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記プリズムシートの入射面側より所定の角度をもって入射された光源からの入射光は、前記プリズムシートの、一のプリズム斜面又は他のプリズム斜面に入射され、一のプリズム斜面に入射した光線は屈折して前記プリズムシートの出射面から出射され、他のプリズム斜面に入射した光線は反射されて前記バンドパスミラーに向い、前記バントパスミラーによって反射されて前記プリズムシートの入射面に入射され、前記プリズムシートの出射面から出射されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記各光源の入射光は、前記プリズムシートにおける所定の集光点に向かって入射することを特徴とする請求項１または２項に記載の光源装置。
【請求項４】
前記複数の光源における発光面の前方には、各々集光用のレンズを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記レンズは縦と横とで異なる曲率半径を有するレンズであることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記バンドパスミラーは、前記レンズの出射面に形成された反射膜であることを特徴とする請求項４または５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記反射膜を形成したレンズの出射面が曲面であることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記プリズムシートは、複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記プリズムシートは２枚のプリズムシートよりなり、前記２枚のプリズムシートは、各々のプリズム列が所定の角度で交叉して積層配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記各光源は、積層された２枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉によって形成される４つのゾーンに分散されて配置されていることを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記各光源の入射光は、積層された２枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉角の中心線近傍に沿って入射することを特徴とする請求項９または１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記各光源の入射光は、積層された２枚のプリズムシートにおける所定の集光点に向かって入射することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記各光源は、前記２枚のプリズムシートにおける所定の集光点に対して、点対称に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記各光源は、前記２枚のプリズムシートにおける所定の集光点を通る軸線に対して、線対称に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記複数の光源はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源を含むことを特徴とする請求項８乃至１４の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記プリズムシートの入射面側における３ヶ所に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源が配置され、１ヶ所にＧ・ＬＥＤ光源が配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記積層された２枚のプリズムシートの入射面側における３ヶ所に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源が配置され、１ヶ所にＧ・ＬＥＤ光源が配置されており、前記２個のＧ・ＬＥＤ光源が隣接したゾーンに配置されていることを特徴とする請求項９乃至１６の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記プリズムシートの入射面側におけるに３ヶ所に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源が配置され、１ヶ所にＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤ光源が配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
【請求項１９】
前記プリズムシートの入射面側における３ヶ所に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源が配置され、１ヶ所に反射ミラーが配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の光源装置
【請求項２０】
前記微細なプリズム列の頂角が略直角であることを特徴とする請求項１乃至１９の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項２１】
請求項１乃至２０の何れか１項に記載の光源装置を液晶セルのバックライトとして備えた液晶表示装置であって、前記液晶セルと光源装置との間には反射型偏光変換素子を設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２２】
前記プリズムシートが複屈折特性を有することを特徴とする請求項２１記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記反射型偏光変換素子と前記バンドパスミラーとの間に位相差板を配置したことを特徴とする請求項２１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の光源からの入射光を混色して出射する光源装置に係り、特に小型薄型化が可能で、且つ光線の利用効率を高めた光源装置、及びこれを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カラー光源を用いた表示装置として、カラー投影機や、投影方式のカラーテレビ、さらにバックライトを用いた液晶表示装置等がある。これらの装置に用いられる光源装置としては、例えばカラー投影機や投影方式のカラーテレビについてはダイクロイックプリズムを用いる方式がある。（例えば、特許文献１参照。）また、このダイクロイックプリズムが高価な部材であるため、装置としての価格が高くなることや、この方式が本質的に大きな光量ロスを伴う欠点があるため、これらの欠点を解決する方式としてリニアプリズムを用いて複数光線を単一光線にする光源装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）さらに液晶表示装置等のバックライトとして、ＬＥＤ光源からの出射光を２枚のプリズムシートを用いて輝度の均一性を高めた光源装置が提案されている。（例えば、特許文献３参照。）
【０００３】
以下、図面を用いて従来技術における光源装置の構成について説明する。図２８、図２９は特許文献２に示すカラー投影機の構成を示すものであり、図２８はカラー投影機の構成図、図２９は図２８に示すリニアプリズム板の部分断面図である。図２９において５０はリニアプリズム板であり、上面が多数のプリズム列を有する出射面、下面が平面の入射面を構成している。リニアプリズム板５０における下面側の入射面５１に、異なる斜めの２方向から入射した入射光Ｐ５１ａ、Ｐ５１ｂは、各々入射面５１で屈折した後にプリズムの２つの出射面５２、５３で屈折して同一方向の光Ｐ５２、Ｐ５３として出射される。
【０００４】
すなわちリニアプリズム板５０の材質によって決まる屈折率と、プリズムの頂角（先端角）を適切に設計することにより、プリズム列に直交する２方向から入射した２種類の入射光は、各々プリズムの２つの出射面で屈折して同一方向に出射される。この原理により２種類の光源からの入射光を合成した単一光として出射することができ、２種類の光源が異なるカラー光の場合には、２色を混色光として出射することができる。また３種類以上の光源を合成したい場合には、リニアプリズム板５０を複数枚使用して合成を繰り返すことにより実行できる。
【０００５】
図２８は図２９に示すリニアプリズム板５０を２枚使用して赤色（以後、Ｒ）緑色（以後、Ｇ）青色（以後、Ｂ）の３色光を合成する光源装置を備えたカラー投影機を示し、５０ａ、５０ｂは前記リニアプリズム板５０と同一構成を有するリニアプリズム板である。また５５は投写レンズ、５６は投影スクリーン、５７はＲ光源、５８はＧ光源、５９はＢ光源であり、６１、６２、６３はそれぞれＲ光源５７、Ｇ光源５８、Ｂ光源５９のリレーレンズである。
【０００６】
上記構成において、リニアプリズム板５０ａの入射面に対して、それぞれ異なる方向で４５°の角度に配置されたＲ光源５７とＧ光源５８から放射されたＲ光とＧ光とが、それぞれリレーレンズ６１、６２を通して平行光線化された後、相異なる４５°の斜め方向からリニアプリズム板５０ａの入射面に入射する。そしてＲ光とＧ光との２つの入射光はリニアプリズム板５０ａによって合成された単一光としてリニアプリズム板５０ａの出射面より垂直方向に出射される。そしてこのリニアプリズム板５０ａからの合成された出射光は、リニアプリズム板５０ａに対して４５°の角度位置に配置されたリニアプリズム板５０ｂの入射面に４５°の斜め方向から入射することになる。
【０００７】
また、Ｂ光源５９から放射されたＢ光が、リレーレンズ６３を通して平行光線化された後、前記Ｒ光とＧ光との合成された単一光とは相異なる４５°の斜め方向からリニアプリズム板５０ｂの入射面に入射する。この結果Ｒ光とＧ光との合成された単一光とＢ光とがリニアプリズム板５０ｂによって合成され、Ｒ光とＧ光とＢ光とを合成した単一光としてリニアプリズム板５０ｂの出射面より垂直方向に出射される。
【０００８】
次に図３０、図３１により、引用文献３に示す面発光装置の構成を説明する。図３０は面発光装置の分解斜視図、図３１は図３０に示す発光基板の発光状態を示す部分拡大側面図である。図３０において７０は面発光装置であり、各々のプリズム列を直交させて積層配置された２枚のプリズムシート７０ａ、７０ｂの下側に複数のＬＥＤ７２と複数の反射体７３を有する保持基板７４によって構成された発光基板７５が配置されている。そしてこの面発光装置７０の上面側に液晶ユニット８０が配置されることにより、面発光装置７０をバックライトとする液晶表示装置を構成している。
【０００９】
前記発光基板７５には複数のＬＥＤ７２が例えばマトリックス状に配列されており、各反射体７３は１列に配置されたＬＥＤ７２を一括して覆うように設けられている。図３１に示すように、反射体７３はそれぞれ、ＬＥＤ７２の発光面に対向する第１面７３ａと上面を覆う第２面７３ｂを有している。そしてＬＥＤ７２より発光された放射光は反射体７３の第１面７３ａで側方に反射されて隣の反射体７３に入射され、隣の反射体７３の第２面７３ｂで上方に反射されて積層配置されているプリズムシート７０ａ、７０ｂに入射する。そして積層配置されたプリズムシート７０ａ、７０ｂは、発光基板７５に設けられた複数の反射体７３の第２面７３ｂから入射される反射光の光路を整えて上方（液晶ユニット８０の方向）に出射させる役目を担っている。
【００１０】
前記構成における面発光装置７０はバックライトとして白色光を出射している。従って発光基板７５からは白色光を発光することになるが、白色のＬＥＤは大別すると特定の発光波長のＬＥＤと蛍光体を組み合わせたタイプと、１つのパッケージの中にＲ、Ｇ、Ｂの３つのＬＥＤ設けるタイプがあり、何れのタイプでも使用することができる。また、発光基板７５に配置する複数のＬＥＤ７２をＲ、Ｇ、Ｂの３種類のＬＥＤとし、反射体７３の第１面７３ａと第２面７３ｂによってそれらの３色の光が混ざり合うように反射させて出射することで、白色光の面発光装置を実現することもできる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２４４２１１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３２２１５号公報
【特許文献３】特開２００６−２２８７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来技術における光源装置には以下の問題がある。特許文献１におけるダイクロイックプリズムを用いる光源装置はダイクロイックプリズムが高価な部材であるため、装置としての価格が高くなることや、この方式が本質的に大きな光量ロスを伴うという問題がある。
【００１３】
また、特許文献２における複数のリニアプリズムを用いる光源装置は、例えばＲ、Ｇ、Ｂ、３色のＬＥＤの光源を合成させる場合、２枚のリニアプリズムには所定の角度を有する配置間隔を設ける必要があるのでリニアプリズムの配置スペースが広くなるため、光源装置全体としての形状が大きくなり、装置の薄型化が困難となる問題がある。またリニアプリズムに入射する光線を斜め方向から入射させるため、リニアプリズムから出射する時の光線幅が引き伸ばされ、入射と出射との光線幅が異なると共に光線の縦横比が変化してしまう結果となり、この変化量はリニアプリズムの斜光入射回数によって増加していく。すなわち図２８に示す光源装置の場合、Ｒ光とＧ光とがリニアプリズム板５０ａに斜光入射して合成された後、その合成された単一光がリニアプリズム板５０ｂに斜光入射してＢ光と合成されるため、Ｒ光とＧ光についてはリニアプリズムの斜光入射が２回行われ、縦横比が２倍異なる結果となる。
【００１４】
さらに、特許文献３における反射体つきの発光基板と２枚のプリズムシートを用いる光源装置は、２枚のプリズムシートのプリズム列を直交させて積層配置しているが、白色光の合成は発光基板７５において行われ、プリズム列を直交させて積層配置した２枚のプリズムシートは、単に合成された光の光路を変更する目的でのみ使用されている。
【００１５】
（発明の目的）
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、プリズムシートとバンドパスミラーの組み合わせにより光学装置を薄型化すると共に、複数の光源の入射方向を工夫してプリズムシートに合成機能を行わせることで、価格が安く小型薄型化が可能で、光合成性能に優れ且つ光線の利用効率を高めた光源装置、及びこれを備えた表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の光源装置は、発光波長の異なる複数の光源と、一方の面に複数の微細なプリズムを有し、他方の面が平面であるプリズムシートとを備え、前記プリズムシートの入射面側に、前記複数の光源を所定の角度に傾けて配置することにより前記プリズムシートの入射面側より所定の角度をもって入射された複数の光源からの入射光をプリズムシートの出射面側より混色させた出射光として出力する光源装置であって、前記各光源とプリズムシートの間に、対応する光源から出射された波長領域の光線を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラーが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
これによれば、プリズムシートの入射面側より所定の角度をもって入射された光源からの入射光は、前記プリズムシートの、一のプリズム斜面又は他のプリズム斜面に入射され、一のプリズム斜面に入射した光線は屈折して前記プリズムシートの出射面から出射され、他のプリズム斜面に入射した光線は前記バンドパスミラーに向い、前記バントパスミラーによって反射されて前記プリズムシートの入射面に入射され、前記プリズムシートの出射面から出射される。
【００１８】
したがって、光線の有効利用が図られ、光線の利用効率を高めた光源装置を提供することができる。また、プリズムシートによる薄型構成の光学系によって複数の光源からの入射光を合成することができるため、形状的に小型薄型で、光学的に光合成性能の優れた光源装置を提供できる。
【００１９】
前記各光源の入射光は、前記プリズムシートにおける所定の集光点に向かって入射することを特徴とする。
【００２０】
前記複数の光源における発光面の前方には、各々集光用のレンズを備えたことを特徴とする。
【００２１】
前記レンズは縦と横とで異なる曲率半径を有するレンズであることを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、入射光を平行光線化できるとともに、縦と横とで異なる曲率半径を有するレンズを使用することによって、入射光が斜めから入射することによる出射光の光線幅の広がりを抑えることができる。
【００２３】
前記バンドパスミラーは、前記レンズの出射面に形成された反射膜であることを特徴とする。
【００２４】
前記反射膜を形成したレンズの出射面が曲面であることを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、バンドパスミラーをレンズの出射面に形成できるため、バンドパスミラーのための特別な部材を設ける必要がなく、部品数と取り付けスペースが必要なくなるとともに、レンズの形状によってバンドパスミラーの集光性を調整することができる。
【００２６】
前記プリズムシートは、複数設けられていることを特徴とする。
【００２７】
この場合において、前記プリズムシートは２枚のプリズムシートよりなり、前記２枚のプリズムシートは、各々のプリズム列が所定の角度で交叉して積層配置されていることが好ましい。
【００２８】
これによれば、複数の光源を積層された２枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉によって形成される４つのゾーンに分散させて配置し、各光源の入射光を、積層された２枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉角の中心線近傍に沿って入射させ、さらに各光源のすべての入射光を、積層された２枚のプリズムシートにおける所定の集光点に向かって入射させるという本願特有の複数光源の入射方式によって、積層配置された２枚のプリズムシートに光合成機能を行わせることができる。
【００２９】
２枚のプリズムシートを積層配置したとき、前記各光源は、積層された２枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉によって形成される４つのゾーンに分散されて配置されることを特徴とする。
【００３０】
このとき、前記各光源の入射光は、積層された２枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉角の中心線近傍に沿って入射することを特徴とする。
【００３１】
または、前記各光源の入射光は、積層された２枚のプリズムシートにおける所定の集光点に向かって入射することを特徴とする。
【００３２】
また、光源配置の他の態様として、前記各光源は、前記２枚のプリズムシートにおける所定の集光点に対して、点対称に配置されていることを特徴とする。
【００３３】
さらなる光源配置の他の態様として、前記各光源は、前記２枚のプリズムシートにおける所定の集光点を通る軸線に対して、線対称に配置されていることを特徴とする。
【００３４】
複数のプリズムシートを設けたとき、又は、２枚のプリズムシートを積層配置したとき、前記複数の光源はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源を含むことを特徴とする。
【００３５】
具体的には、前記プリズムシートの入射面側における３ヶ所に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源が配置され、１ヶ所にＧ・ＬＥＤ光源が配置されていることを特徴とする。
【００３６】
上記構成によれば、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源の混色による白色光の出射において、Ｒ、ＢのＬＥＤ光源に比べて発光量の少ないＧ・ＬＥＤ光源の数を増やすことによって、色バランスの良い白色光を発光させることができる。
【００３７】
または、前記プリズムシートの入射面側におけるに３ヶ所に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源が配置され、１ヶ所にＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤ光源が配置されていることを特徴とする。
【００３８】
または、前記プリズムシートの入射面側における３ヶ所に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源が配置され、１ヶ所に反射ミラーが配置されていることを特徴とする。
【００３９】
特に、２枚のプリズムシートを積層配置した場合の光源の配置は、前記積層された２枚のプリズムシートの入射面側における３ヶ所に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ光源が配置され、１ヶ所にＧ・ＬＥＤ光源が配置されており、前記２個のＧ・ＬＥＤ光源が隣接したゾーンに配置されていることを特徴とする。
【００４０】
上記の光源装置のプリズムシートは、前記微細なプリズム列の頂角が略直角であることを特徴とする。
【００４１】
上記の光源装置を液晶セルのバックライトとして備えた液晶表示装置は、前記液晶セルと光源装置との間には反射型偏光変換素子が設けられていることを特徴とする。
【００４２】
これによれば、液晶セルによって、無効となる光を光源装置に向って反射させることによって再利用でき、光の利用効率を向上できる。
【００４３】
この場合において、前記プリズムシートが複屈折特性を有することを特徴とする。これによれば、プリズムシートの複屈折特性によって、液晶セルにとって有効な光に変換できる。
【００４４】
この有効な光への変換は、前記反射型偏光変換素子と前記バンドパスミラーとの間に位相差板を配置することによっても、達成できる。
【００４５】
つまり、本発明の液晶表示装置は、液晶表示装置のバックライトとして、反射型偏光変換素子と、複屈折特性を有するプリズムシート又は位相差板を組み合わせることによって、光線再利用率を高めることができ、明るい表示装置を提供できる。
【発明の効果】
【００４６】
以上のように本発明の光源装置においては、プリズムシートによる薄型構成の光学系によって複数の光源からの入射光を合成することができ、またバンドパスミラーによって光線の利用効率を高めることができるため、形状的に小型薄型で、光学的に光合成性能の優れた光源装置、及びこれを備えた表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本実施形態の光源装置は、発光波長の異なる複数の光源と、一方の面に複数の微細なプリズムを有し、他方の面が平面であるプリズムシートとを備えている。複数の光源は、プリズムシートの入射面側に、所定の角度に傾けて配置されている。
【００４８】
所定の角度に傾けた配置とは、プリズムシートの入射面側より所定の角度をもって入射された複数の光源からの入射光をプリズムシートの出射面側より混色させた出射光として出力させる際に、出射光が、例えば直上といった、同一方向に出射されるように配置することであり、光源から出射される光がプリズムシートにおける所定の集光点に向って出射されるように配置される。
この配置は、例えば、プリズムシートの屈折率、配置されるプリズムシートの枚数、複数のプリズムシートを用いる場合には各プリズムシートの配置関係、プリズムシートの微細なプリズムを有する面と平面のいずれを入射面あるいは出射面とするか、プリズムの形状、プリズムの頂角の角度等によって定められる。
【００４９】
ここで、本実施形態の光源装置の特徴は、各光源とプリズムシートの間に、対応する光源から出射された波長領域の光線を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラーが設けられている点にある。例えば、赤色光を出射する光源に設けられたバントパスミラーは、赤色の波長領域の光線のみを透過し、赤色以外の波長領域の光線を反射するようになっている。
【００５０】
続いて、本実施形態の光源装置の動作を説明する。各光源から出射された光線は、バントパスミラーを介して、プリズムシートの入射面側から所定の角度をもって入射される。この入射光の内、プリズムシートの一のプリズム斜面に入射した光線は屈折して前記プリズムシートの出射面から出射されて、他の光源の光線と合成されて合成光となる。
一方、他のプリズム斜面に入射した光線は、プリズムシートからバンドパスミラーに向って反射される。各光源の前方に設けられたバントパスミラーは対応する光源の光線と異なる波長領域の光線を反射するため、バントパスミラーに向った光線は、プリズムシートに向って反射される。反射された光線は、プリズムシートの入射面に入射してプリズムシートの出射面から出射され、一の斜面に入射された光とともに合成光となって出射される。このように、プリズムシートの入射面で反射された光は、再度、プリズムシートに向って出射され出射面から出射させる。つまり、従来、プリズムシートによって反射された無効な光を有効な光に変換できるため、光線の有効利用が図られ、光線の利用効率を高めた光源装置を提供することができる。さらに、本実施形態の光源装置は、プリズムシートによる薄型構成の光学系によって複数の光源からの入射光を合成することができるため、形状的に小型薄型で、光学的に光合成性能の優れた光源装置を提供できる。
【００５１】
この光源装置について、実施例を用いて、詳細に説明する。
【００５２】
（第１実施例）
以下、本発明の光源装置の実施例１について、図面を参照しながら説明する。図１〜図１３は本発明の第１実施例における光源装置を示すものであり、図１は光源装置の外観斜視図、図２は２枚のプリズムシートの構成を示す上面図及び側面図、図３は２枚のプリズムシートと複数の光源の関係を示す平面図である。
【００５３】
図１に示すとおり、本実施例の光源装置１０は、積層配置された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２と、プリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の入射面側に所定の角度に傾けて配置された光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４が備えられている。光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４から出射された光は、プリズムシートＰＳ１の入射面から入射してプリズムシートＰＳ２の出射面から出射して、図示していない液晶表示素子に入射するようになっている。
【００５４】
各光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４は、発光色の異なる発光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）１と、光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４の光を集光する集光レンズ２と、ＬＥＤ１と集光レンズ２を収納するケース３が備えられている。光源Ｋ１は赤色ＬＥＤ１ｒ（以下、Ｒ・ＬＥＤという。）が設けられ、光源Ｋ２、Ｋ３は緑色ＬＥＤ１ｇ（以下、Ｇ・ＬＥＤという。）が設けられ、光源Ｋ４は青色ＬＥＤ１ｂ（以下、Ｂ・ＬＥＤという。）が設けられている。
【００５５】
次に、２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２と４つの光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４の配置関係について、図２、図３を用いて説明する。図２は２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の構成を示す上面図及び側面図であり、中央に積層したプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の上面図を示し、図の左側にＸ軸方向から見た側面図、図の下側にＹ軸方向から見た側面図を示している。また、図３は、図２に示す積層したプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の上面図に対する４つの光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４の配置関係を示している。
【００５６】
プリズムシートＰＳ１、ＰＳ２は、図２に示すように、プリズムシートＰＳ１、ＰＳ２は、いずれも、平面を入射面とし、プリズムを有するプリズム面を出射面としている。本実施例では、対称のプリズム列の稜線が平行に形成され、各プリズム列のピッチが１μｍ〜１００μｍであり、プリズム頂角が略直角であり、屈折率ｎが１．４９であるアクリル（ＰＭＭＡ）製のプリズムシートを用いている。
【００５７】
このプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２は、プリズム列を略垂直に交叉させて積層されている。この交叉角度は、プリズムシートの材質、形状等によって定められるものである。図２では、プリズムシートＰＳ１のプリズム列に平行な軸をＹ軸とし、プリズムシートＰＳ２のプリズム列に平行な軸をＸ軸としている。なお、Ｘ軸に平行な実線は、上側のプリズムシートＰＳ２のプリズム列における頂部と谷部のラインを示し、Ｙ軸に平行な点線は、下側のプリズムシートＰＳ１のプリズム列における頂部と谷部のラインを示しており、この実線と点線は直交する升目を構成している。なお、図示していないが、Ｘ−Ｙ平面に垂直な軸を、Ｚ軸と定めている。
【００５８】
次に、２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２に対する４つの光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４の配置関係を図３を参照しながら説明する。積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の各プリズム列の交叉によって形成される４つのゾーン、すなわちプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の平面をＸ軸とＹ軸とで区分した４つのゾーンＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に、４つの光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４が分散されて配置されている。従って光源Ｋ１から放射された入射光Ｐ１、光源Ｋ２から放射された入射光Ｐ２、光源Ｋ３から放射された入射光Ｐ３、光源Ｋ４から放射された入射光Ｐ４は積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２における各プリズム列の交叉角の中心線Ｎ、Ｍの近傍に沿って入射して、また、２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の所定の集光点Ｐｏに向けて集中的に入射するようになっている。なお、本実施例においては２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の所定の集光点Ｐｏを上プリズムシートＰＳ２の上部中心点としている。
【００５９】
この結果、各光源の位置関係は、図３に示すように、光源Ｋ１と光源Ｋ４及び光源Ｋ２と光源Ｋ３とは各々集光点Ｐｏに対して点対称の位置に配置され、また、光源Ｋ１と光源Ｋ３及び光源Ｋ２と光源Ｋ４とは各々集光点Ｐｏを通るＸ軸に対して線対称の位置に配置されている。そして、各光源のＸ軸からの角度はすべて同一であり、この角度は２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の材質による屈折率とプリズム頂角の角度等によって決まる角度である。本実施例においては、Ｘ−Ｙ平面から見たとき、すべての光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４はＸ軸から４３．５°の同一角度の位置に配置されている。この理由はプリズム角には＋−があるため、当たる面によって光線の向きは異なる４方向となるが、面の法線との角度で見ると４方向は同じになる。すなわち光線の向きは異なっていても角度は同じになり、プリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の屈折率ｎを１．４９、プリズム頂角を９０°として出射光を直上方向に出射させるためには、入射光の入射方向はＸ軸基準で±４３．５°の同一角度となる。
同様の理由で、Ｘ−Ｚ平面から見たとき、図１２に示すように、すべての光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４は、Ｚ軸から３８．４°の同一角度の位置に配置される。
【００６０】
続いて、本実施例の特徴であるバントパスミラー５について、図１を参照しながら説明する。バントパスミラー５は、各光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４とプリズムシートＰＳ１の間に設けられ、対応する各光源のＬＥＤから出射される波長領域の光線を透過し、他の波長領域の光線を反射するミラーである。光源Ｋ１の発光面の前方には、対応するＲ・ＬＥＤ１ｒから出射される赤色光（以後Ｒ光）の波長領域を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラー５ｒが設けられている。光源Ｋ２、Ｋ３の発光面の前方には、対応するＧ・ＬＥＤ１ｇから出射される緑色光（以後Ｇ光）の波長領域を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラー５ｇが設けられている。光源Ｋ４の発光面の前方には、Ｂ・ＬＥＤ１ｂから出射される青色光（以後Ｂ光）のみを透過して、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラー５ｂが設けられている。なお、バントパスミラー５は、各光源に設けられた集光レンズ２の出射面に反射膜を成膜させて設けてもかまわない。
【００６１】
本発明における積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２に対する各光源からの入射条件については後に詳述するが、基本的な光合成（混色）動作について、図２を参照しながら説明する。ここでは、プリズムシートＰＳ１のプリズム面を構成する一方のプリズム斜面をＬ１、他方のプリズム斜面をＬ２とし、プリズムシートＰＳ２のプリズム面を構成する一方のプリズム斜面をＵ１、他方のプリズム斜面をＵ２として説明する。
【００６２】
上記の位置に配置された各光源からの入射光は、プリズムシートＰＳ１に向って斜光入射する。すなわち、光源装置１０は、プリズム面に対して各光源からの入射光を斜光入射させ、プリズム面を斜めに使用することによって、４方向からの入射光を同一条件で屈折放射ができるようにしている。図２に示すように、光源Ｋ1から放射された入射光Ｐ１は、プリズムシートＰＳ１のプリズム斜面Ｌ１とプリズムシートＰＳ２のプリズム斜面Ｕ２を通過して出射光となる。光源Ｋ２から放射された入射光Ｐ２は、プリズムシートＰＳ１のプリズム斜面Ｌ２とプリズムシートＰＳ２のプリズム斜面Ｕ２を通過して出射光となる。光源Ｋ３から放射された入射光Ｐ３は、プリズムシートＰＳ１のプリズム斜面Ｌ１とプリズムシートＰＳ２のプリズム斜面Ｕ１を通過して出射光となる。光源Ｋ４から放射された入射光Ｐ４は、プリズムシートＰＳ１のプリズム斜面Ｌ２とプリズムシートＰＳ２のプリズム斜面Ｕ１を通過して出射光となる。
【００６３】
各光源から放射された広い面積を有する入射光は、２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２に形成された多数のプリズム列の各斜面に入射してそれぞれ屈折放射を行うが、各プリズム列のピッチは１μｍ〜１００μｍの微細なピッチとなっているため、目視的には別々の出射光としては認識されず、合成された単一の出射光として認識される。したがって、光源Ｋ１をＲ光、光源Ｋ４をＢ光、光源Ｋ２、Ｋ３をＧ光とした場合には、Ｒ光、Ｂ光、Ｇ光が混色された白色光Ｐｗが出射される。
【００６４】
次に、２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２に対する各光源からの入射光の光路について、図４、５を参照しながら詳細に説明する。図４は図２に示すプリズムシートＰＳ２の部分拡大図であり、プリズムシートＰＳ２を屈折しながら透過する各入射光の光路を示す。図５は図２に示すプリズムシートＰＳ１の部分拡大図であり、プリズムシートＰＳ１を屈折しながら透過する各入射光の光路を示す。
【００６５】
一般にプリズムの光路を求める方法としては、下記のように行われる。すなわち、１枚のプリズムシートの入射面側から入射光を入れて、プリズムシートの直上方向に出射光を得ようとした場合、光の光路を逆方向にたどるやり方が行われる。例えば、図４の上側プリズムシートであるプリズムシートＰＳ２の場合には、まず出射光として混色された白色光Ｐｗを直上方向に出射させる必要があるので、各光源からの出射光を逆向きにして、プリズムシートの直上方向からプリズムシート中に入射させる。この時、入射光は空気とアクリルとの屈折率の差によってスネルの法則が適用され、境界面において所定の屈折角があたえられてプリズムシート内を進行して行く。さらにプリズムシートＰＳ２の入射面から空気中に出射する時にも境界面においてスネルの法則による所定の屈折角があたえられて空気中に出射される。
【００６６】
プリズムシートＰＳ２を実際の光源装置として用いる場合には、上記結果に基づいてプリズムシートＰＳ２の入射面より空気中に出射された出射光の角度で、各光源からの入射光を入射すればプリズムシート内を同様の所定屈折角で進行し、プリズムシートＰＳ２の出射面より直上方向に出射光を得ることができる。
【００６７】
そこで、上記の光路を求める方法を適用した光源装置１０の各光源からプリズムシートに入射した光は、図４、５に示すような光路となる。
図４に示す上側のプリズムシートＰＳ２の場合はＹ−Ｚ平面を示しており、図２に示す光源Ｋ１からの入射光Ｐ１と光源Ｋ２からの入射光Ｐ２とがプリズムシートＰＳ２の左側のプリズム斜面Ｕ２を通過し、また光源Ｋ３からの入射光Ｐ３と光源Ｋ４からの入射光Ｐ４とがプリズムシートＰＳ２の右側のプリズム斜面Ｕ１を通過して直上方向に出射される。従ってプリズムシートＰＳ２の入射面に入射する方向は入射光Ｐ１、Ｐ２とが左傾斜で、入射光Ｐ３、Ｐ４が右傾斜とその入射方向は逆になるが、その入射光の進行角度はすべて同じ角度となる。
【００６８】
このとき、各入射光におけるプリズムシートＰＳ２の入射面の境界面法線（点線で示す）との角度θ２及びγ２、各出射光におけるプリズムシートＰＳ２のプリズム斜面の境界面法線（点線で示す）との角度β２及びα２はすべて同じになる。そしてこれらの角度は屈折率が１．４９のアクリルを使用し、プリズム頂角が９０°のプリズムシートＰＳ２においてはα２＝４５．０°、β２＝２８．３°、γ２＝１６．７°、θ２＝２５．３°である。
【００６９】
次に、図５に示す下側のプリズムシートＰＳ１の場合はＸ軸−Ｚ軸平面を示しており、各入射光におけるプリズムシートＰＳ１の入射面の境界面法線（点線で示す）との角度θ１及びγ１、各出射光におけるプリズムシートＰＳ１のプリズム斜面の境界面法線（点線で示す）との角度β１及びα１はすべて同じになる。そしてこれらの角度は屈折率が１．４９のアクリルを使用し、プリズム頂角が９０°のプリズムシートＰＳ１においてはα１＝５０．３°、β１＝３１．１°、γ１＝２４．６°、θ１＝３８．４°である。なお、図５におけるプリズムシートＰＳ１からの各出射光Ｐ１〜Ｐ４が作図上は直上方向に出射されるように図示されているが、これらの出射光は紙面に対して垂直方向に傾斜角を有するものであり、図５のＸ−Ｚ平面では傾斜が見えない方向になっているためである。つまり、出射光Ｐ１、Ｐ２は紙面の奥方向へ向う傾斜角を有し、出射光Ｐ３、Ｐ４は紙面の手前方向へ向う傾斜角を有している。
【００７０】
すなわち、各出射光Ｐ１〜Ｐ４の傾斜方向は逆になっているが、その傾斜角度はすべて同じであり、Ｚ軸に対しては２５．３°の傾斜を有し、これをプリズムシートＰＳ１におけるプリズム斜面の境界面法線を基準にすると５０．３°の傾きとなる。従ってＺ軸に対しては２５．３°の傾斜を有する下側のプリズムシートＰＳ１の各出射光Ｐ１〜Ｐ４は、上側のプリズムシートＰＳ２における下面の境界面法線に対して２５．３°の入射角、すなわちθ２の入射角を有する入射光となり、プリズムシートＰＳ２の内部を屈折進行して上面より直上方向に出射される。なお、図４、図５においては、理解を容易にするために入射光Ｐ１と入射光Ｐ２及び入射光Ｐ３と入射光Ｐ４とを別々のプリズム斜面に入射している状態を示したが、実際には各々同一のプリズム斜面にも同時に入射して合成されるものである。
【００７１】
図６は、２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２を入射光が連続して通過していく光路の進行状態を模擬的に示したものであり、入射光Ｐ１のみを代表的に示している。すなわち、下側のプリズムシートＰＳ１の入射面のｆ１点より入射光Ｐ１がプリズム列に対してＸ軸から４３．５°のＸ―Ｙ平面方向の角度、下面の境界面法線から３８．４°のＺ軸方向の角度（θ１）で入射するとプリズムシートＰＳ１内で屈折が行われたのちにプリズム斜面Ｌ１のｆ２点より空気中に出射される。この出射された入射光Ｐ１は上側のプリズムシートＰＳ２の入射面のｆ３点より境界面法線から２５．３°のＺ軸方向の角度（θ２）で入射され、プリズムシートＰＳ２内で屈折が行われたのちにプリズム斜面Ｕ２のｆ４点より直上方向の空気中に出射される。また、図示は省略したが、入射光Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４についても図４、図５に示した光路に従って同様に進行出射されるものである。なお、図６は理解し易くするために、２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２を実際より少し離して図示し、かつプリズムシートＰＳ２の配置位置を解り易くするために仮想軸としてＸ軸に対応するＸ’軸を設けている。
【００７２】
このように、プリズム列を交叉させて積層配置した２枚のプリズムシートにおける各プリズム列に対して、入射光をＸ―Ｙ平面方向の角度とＺ軸方向の角度を有する斜め方向から入射させることで、プリズム斜面を斜めに使用している。この結果、同一の光学的条件のもとで４方向からの入射光を同時に入射さて合成することでき、Ｒ光とＧ光とＢ光とを合成した単一の白色光ＰｗとしてプリズムシートＰＳ２の出射面より直上方向に出射させる。
【００７３】
ところで、光源装置１０では、次に各光源からプリズムシートに入射される光線のうち、プリズムシートの出射面側に出射される有効光線とプリズムシートの出射面側に出射されない無効光線が存在する。この無効光線が生じる理由について、図７を参照しながら説明する。図７は、下側のプリズムシートＰＳ１の部分断面図であり、１例としてプリズムシートＰＳ１のプリズム面に図５における光源Ｋ４からの入射光Ｐ４が入射した状態を示している。図７に示すように、光源Ｋ４からの入射光Ｐ４は左傾斜の入射光であり、プリズムシートＰＳ１の左傾斜のプリズム斜面Ｌ２に入射した光線が有効光として出射されるため、プリズム斜面Ｌ２が有効プリズム斜面となり、右傾斜のプリズム斜面Ｌ１が非有効プリズム斜面となる。
【００７４】
上記前提により光源Ｋ４からある幅を有する入射光Ｐ４がプリズムシートＰＳ１の入射面側より入射すると、黒塗り矢印で示す大部分の光線は有効プリズム斜面であるプリズム斜面Ｌ２を通過し有効光Ｐ４ａとして出射される。しかし白塗りの矢印で示す入射光の一部は非有効プリズム斜面であるプリズム斜面Ｌ１に当って反射し、プリズム内を進んでプリズム斜面Ｌ２に当り屈折して出射する。さらに空気中を進み隣のプリズムのプリズム斜面Ｌ１に当って屈折し、再びプリズム内を進んでプリズム斜面Ｌ２に当って反射することにより、非有効光Ｐ４ｂとしてプリズムシートＰＳ１の入射面側に放出される。
【００７５】
すなわち、黒塗り矢印で示す有効光はプリズム斜面Ｌ２に当ったとき、臨界角よりも小さい角度で当るため光線は屈折して透過する。一方白塗りの矢印で示す非有効光はプリズム斜面Ｌ１に当ったとき、臨界角よりも大きい角度で当るため光線は反射する。前記プリズム斜面Ｌ１に当って反射した非有効光はその後、臨界角との関係によって透過と反射を行い入射時とは反対方向へ向かって進むことになる。本実施例におけるプリズムシートＰＳ１の場合は非有効光の光路は、最初のプリズムシートＰＳ１の下面への入射角と、最後のプリズムシートＰＳ１の下面からの出射角は同じ角度になる。
【００７６】
次に、上記非有効光を有効光に変換する原理を図８により説明する。図８は光源Ｋ４からの出射光の非有効光を光源Ｋ１のバンドパスミラー５ｒによって有効光に変換する構成を示すプリズムシートと光源の部分断面図であり、図８において光源Ｋ４と光源Ｋ１とは図３に示すとおり対向位置に配置されている。そして図７に示すとおり光源Ｋ４からの出射光Ｐ４は有効光Ｐ４ａと非有効光Ｐ４ｂを含んでおり、黒塗り矢印で示す有効光Ｐ４ａは下側プリズムシートＰＳ１のプリズム斜面Ｌ２を通過して直上方向に出射される。また白抜き矢印で示す非有効光Ｐ４ｂはプリズム斜面Ｌ１に入射して反射、屈折を繰り返してプリズムシートＰＳ１の下面側に出射される。
【００７７】
ここで注目すべき点は、非有効光Ｐ４ｂの進行方向である。前記図７で説明したとおり、非有効光Ｐ４ｂは最初のプリズムシートＰＳ１の入射面への入射角と最後のプリズムシートＰＳ１の入射面からの出射角は同じになることである。この結果プリズムシートＰＳ１の入射面側から出射された非有効光Ｐ４ｂは対向する位置に配置されている光源Ｋ１のバンドパスミラー５ｒに当って反射されることにより有効光Ｐ４ａに変換される。すなわち反射された有効光Ｐ４ａは右傾斜の入射光となってプリズムシートＰＳ１の入射面側から入射され、プリズム斜面Ｌ１を通過して直上方向に出射される。この非有効光Ｐ４ｂを有効光Ｐ４ａに変換できるのは、非有効光Ｐ４ｂの光路が最初のプリズムシートＰＳ１の下面への入射角と最後のプリズムシートＰＳ１の下面からの出射角は同じになるためである。
【００７８】
また、バンドパスミラー５ｒに当って反射された有効光Ｐ４ａがプリズムシートＰＳ１のプリズム斜面Ｌ１に入射できるのはプリズムのサイズに対し、バンドパスミラーのサイズやプリズム面からバンドパスミラーまでの距離が大幅に違っているためである。すなわちプリズム列のピッチは１μｍ〜１００μｍと微細であるのに対し、バンドパスミラーのサイズやプリズムからの距離は５〜２０ｍｍと２桁程度異なるため、長い距離を進行した光線は平行性や部品組立て精度等の影響により多少の揺らぎをもつことになる。従ってバンドパスミラー５ｒに当って反射された有効光Ｐ４ａは正確にもとの位置に戻るのではなく、多少の揺らぎをもって入射角の広いプリズム斜面Ｌ１に戻っていくことになる。この結果、反射光のほとんどがプリズム斜面Ｌ１を通過して直上方向に出射されることにより、非有効光は有効光に変換される。
【００７９】
次に、上記非有効光Ｐ４ｂを有効光Ｐ４ａに変換する構成を図９、図１０により説明する。図９は光源Ｋ４の出射光Ｐ４の非有効光Ｐ４ｂを光源Ｋ１のバンドパスミラー５ｒによって有効光Ｐ４ａに変換する構成を示すプリズムシートと光源の断面図、図１０は光源Ｋ１の出射光Ｐ１の非有効光Ｐ１ｂを光源Ｋ４のバンドパスミラー５ｂによって有効光Ｐ１ａに変換する構成を示すプリズムシートと光源の断面図である。なお、図９、図１０において太い矢印は所定の面積を有する光線束を示しており、有効光を白抜き矢印で示し、非有効光を黒塗り矢印で示している。図９において光源Ｋ４と光源Ｋ１とは図８で説明したとおり対向位置に配置されており、光源Ｋ４からの出射光Ｐ４は有効光Ｐ４ａと非有効光Ｐ４ｂを含んでいる。そして白抜き矢印で示す有効光Ｐ４ａの光線束は下側プリズムシートＰＳ１の多数のプリズム斜面Ｌ２を通過して直上方向に出射され、また黒塗り矢印で示す非有効光Ｐ４ｂの光線束は多数のプリズム斜面Ｌ１に入射したのち反射、屈折を繰り返してプリズムシートＰＳ１の出射面側に出射される。
【００８０】
このプリズムシートＰＳ１の出射側から出射された非有効光Ｐ４ｂの光線束は対向する位置に配置されている光源Ｋ１のバンドパスミラー５ｒに当って反射されることにより有効光Ｐ４ａの光線束に変換される。すなわち反射された有効光Ｐ４ａの光線束は右傾斜の入射光となってプリズムシートＰＳ１の下面側から入射され、多数のプリズム斜面Ｌ１を通過して直上方向に出射される。
【００８１】
なお、この変換動作における、バンドパスミラーの役割は以下の通りである。まず光源Ｋ４における、バンドパスミラー５ｂはＢ光の波長領域の光線のみが通過し、他の波長領域の光線を反射するので、光源Ｋ４から発光されるＢ光の出射光Ｐ４はバンドパスミラー５ｂを通過してプリズムシートＰＳ１に入射する。また光源Ｋ１におけるバンドパスミラー５ｒはＲ光の波長領域の光線のみが通過し、他の波長領域の光線を反射するのでプリズムシートＰＳ１から入射するＢ光の入射光Ｐ４ｂは反射されてプリズムシートＰＳ１に再入射することになる。すなわち、バンドパスミラー５は対応する光源からの発光光線を通過させ、他の光源からの発光光線を反射することによって、他の光源からの発光光線の非有効光を有効光に変換する機能を有するものである。
【００８２】
図１０は光源Ｋ１の出射光Ｐ１の非有効光Ｐ１ｂを光源Ｋ４のバンドパスミラー５ｂによって有効光Ｐ１ａに変換する構成を示すプリズムシートと光源の断面図であり、図９に示す変換構成と逆の関係を示すものである。すなわち、光源Ｋ１から出射される出射光Ｐ１は有効光Ｐ１ａと非有効光Ｐ１ｂを含んでいる。そして白抜き矢印で示す有効光Ｐ１ａの光線束は下側プリズムシートＰＳ１の多数のプリズム斜面Ｌ１を通過して直上方向に出射され、また黒塗り矢印で示す非有効光Ｐ１ｂの光線束は多数のプリズム斜面Ｌ２に入射したのち反射、屈折を繰り返してプリズムシートＰＳ１の入射面側に出射される。
【００８３】
このプリズムシートＰＳ１の入射面側から出射された非有効光Ｐ１ｂの光線束は対向する位置に配置されている光源Ｋ４のバンドパスミラー５ｂに当って反射されることにより有効光Ｐ１ａの光線束に変換される。すなわち反射された有効光Ｐ１ａの光線束は左傾斜の入射光となってプリズムシートＰＳ１の下面側から入射され、多数のプリズム斜面Ｌ２を通過して直上方向に出射される
【００８４】
なお、この変換動作における、バンドパスミラーの役割は以下の通りである。まず光源Ｋ１における、バンドパスミラー５ｒはＲ光の波長領域の光線のみが通過し、他の波長領域の光線を反射するので、光源Ｋ１から発光されるＲ光の出射光Ｐ１はバンドパスミラー５ｒを通過してプリズムシートＰＳ１に入射する。また光源Ｋ４におけるバンドパスミラー５ｂはＢ光の波長領域の光線のみが通過し、他の波長領域の光線を反射するのでプリズムシートＰＳ１から入射するＲ光の入射光Ｐ１ｂは反射されてプリズムシートＰＳ１に再入射することになる。
【００８５】
すなわち、光源Ｋ４と光源Ｋ１とは各々のバンドパスミラーによって互いに相手の非有効光を有効光に変換する機能を果たしている。そしてこの２つの変換動作は同時におこなわれているものである。さらに対向配置された光源Ｋ３と光源Ｋ２も同様の相互交換機能を果たしているので、すべての光源の非有効光は有効光に変換されることになる。
【００８６】
また、この相互交換機能はプリズムシートＰＳ１のみが行うものではなく、上側のプリズムシートＰＳ２でも行われる。すなわち下側のプリズムシートＰＳ１から出射された有効光Ｐ４ａ、Ｐ１ａもプリズムシートＰＳ２の入射面側より入射した場合、プリズムシートＰＳ１の時と同様に非有効光と有効光に分けられる。例えば図９に示す光源Ｋ４からの出射光Ｐ４ａについて説明すると、プリズムシートＰＳ１から出射された出射光Ｐ４ａはプリズムシートＰＳ２の下面側より入射したとき、図４に入射光Ｐ４で示すように右傾斜の入射光となるため、プリズムシートＰＳ２におけるプリズム斜面Ｕ１が有効プリズム斜面となり、プリズム斜面Ｕ２が非有効プリズム斜面となる。
【００８７】
この結果、プリズムシートＰＳ２に入射した入射光Ｐ４ａの大部分はプリズム斜面Ｕ２を通過して直上方向に出射されるが、プリズム斜面Ｕ１に当った光線は反射と屈折を繰り返してプリズムシートＰＳ２の入射面側より出射されてプリズムシートＰＳ１に戻ってくる。そして、このプリズムシートＰＳ２からプリズムシートＰＳ１に入射する光線はプリズムシートＰＳ１の２つのプリズム斜面、すなわちプリズム斜面Ｌ１とプリズム斜面Ｌ２に均等に当るため２つに分割されてプリズムシートＰＳ１を通過し、各光源のバンドパスミラーによって反射される。そしてこの反射によって非有効光から有効光に変換された後、再びプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２を通過して直上方向に出射される。以上の相互交換機能はすべての光源からの発光光線について同時に行われることは前述の通りである。
【００８８】
図１１は、図９に示す光源Ｋ４からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２からの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図である。図１１においてＸ−Ｙ軸に対する４つのゾーンは図２及び図３に示す光源配置に対応しており、Ｐ４はゾーンＳ４の光源Ｋ４からの入射光、Ｐ４ｂ1はゾーンＳ１へ向う反射光で、プリズムシートＰＳ１における全反射光とプリズムシートＰＳ２における反射光の半分を加えた光量である。また、入射光Ｐ４ｂ２はゾーンＳ２へ向う反射光で、プリズムシートＰＳ２における反射光の半分の光量である。さらに光源Ｋ４からの入射光の場合はゾーンＳ３へ向う反射光は存在せず、その光線方向を点線で示してある。
【００８９】
Ｘ−Ｙ平面においてはすべての光線方向はＸ軸から４３．５°の方向であり、光量Ｋ４からの入射光Ｐ４はそのほとんどが直上方向に出射される。そしてその１部分はプリズムシートＰＳ１で反射屈折されてゾーンＳ１へ向い、さらにプリズムシートＰＳ２で反射屈折された反射光はプリズムシートＰＳ１のプリズム面で２分されてそれぞれ半分づつがゾーンＳ１、Ｓ２へ向うことになる。上記説明はゾーンＳ４の光源Ｋ４の発光光線について行ったが、ゾーンＳ１、Ｓ２、Ｓ３の各光源からの発光光線についても同様の動作がおこなわれている。
【００９０】
次に本発明の光源装置における光線の広がりについて説明する。図１２は下側のプリズムシートＰＳ１の下面に入射光Ｐ１及びＰ４が入射した時の光線の広がりを示す側面図である。この光源装置を照明装置とするとＺ軸に平行方向が照明装置の出射光軸であり、Ｚ軸からθ１（３８．４°）傾いた方向が光源Ｋ１、Ｋ４からの入射光軸となる。また水平軸はプリズムシートＰＳ１のＸ軸から４３．５°回転した軸である。光源Ｋ１から光束幅がＨの入射光Ｐ１をプリズムシートＰＳ１の下面に入射した場合を考えると、斜め方向から水平面に向けて幅のある光線を入射させているため、入射面において光線の幅が広がり、１．２８Ｈの幅の光線となって出射される。また、光源Ｋ４からの入射光Ｐ４も、光源Ｋ１の入射光Ｐ１と同様の条件で対称位置から入射され、同様の広がりとなる。
【００９１】
図１３は、図１２に示す光源装置において、積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２に光源Ｋ１〜Ｋ４の４光源によって４方向から入射光を入射させた時の光線の広がりを示す平面図である。図１３において点線はＸ軸から４３．５°回転した軸である。またＳ１４は光源Ｋ１とＫ４によって構成された照明光、Ｓ２３は光源Ｋ２とＫ３によって構成された照明光であり、各々短軸が入射光の幅Ｈ、長軸が出射光の幅１．２８Ｈの楕円形となっている。そしてこの２個の楕円形の照明光Ｓ１４、Ｓ２３は中心点を共通にして重ね合わされ、この結果斜線で示す２個の楕円形の重なり部分が４つの光源Ｋ１〜Ｋ４の合成された照明光Ｓとして利用できる。すなわち４つの光源Ｋ１〜Ｋ４をＲ光、Ｂ光、Ｇ光、Ｇ光にした場合には、照明光Ｓが混色された白色光Ｐｗとして利用できる。
【００９２】
（第２実施例）
次に本発明の第２実施例における光源装置について図１４〜図１６を参照しながら説明する。図１４は下側のプリズムシートＰＳ１の下面に光源Ｋ１、Ｋ４から入射光Ｐ１及びＰ４が入射した時の光線の広がりを示す側面図であり、第１実施例の光源装置における図１２に対応するものである。従って図１２の光源装置と同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図１４の光源装置において図１２の光源装置と異なるところは、光源Ｋ１及び光源Ｋ４とプリズムシートＰＳ１の下面との間の光路中に光学装置として縦と横とで異なる曲率半径を有するレンズを設けたことであり、本実施例においてはアナモフィックレンズ１２が、設けられている。
【００９３】
次に図１４、図１５により光線の広がり状態を説明する。いま光源Ｋ１から図１５（ａ）に示すような直径がＨの円形を有する入射光Ｐ１が放射された場合を考えると、この入射光Ｐ１はアナモフィックレンズ１２を通ることによって、縦と横とで異なる光学変化を受けることにより、入射光Ｐ１は図１５（ｂ）に示すような横方向の長軸がＨで、縦方向の短軸がＨｓの楕円形の光線形状となって下側のプリズムシートＰＳ１の下面に入射する。この結果、斜め方向から水平面に向けて入射させた入射光Ｐ１は、入射面において光線の縦方向の幅が広がることで光線幅ＨｓがＨに広り、図１０（ａ）に示す直径がＨの円形を有する光線に復元して出射される。すなわち、入射光Ｐ１をアナモフィックレンズ１２を用いて、予め斜光入射によって広がる分だけ縮めておくことによって、入射光と同一形状の出射光を得るようにしている。
【００９４】
図１６は、図１４に示すアナモフィックレンズ１２を有する光源装置において、積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２に光源Ｋ１〜Ｋ４の４光源によって４方向から入射光を入射させた時の光線の広がりを示す平面図であり、第１実施例の光源装置における図１３に対応するものである。図１６において図１３と異なるところは、光源Ｋ１とＫ４によって構成された照明光Ｓ１４、光源Ｋ２とＫ３によって構成された照明光Ｓ２３共に直径がＨの円形となるため、重ね合わされた照明光Ｓも直径がＨの円形となる。従って照明光Ｓ１４、Ｓ２３、Ｓはすべて斜線で示す１個の円形となっている。すなわち、第２実施例における光源装置は入射光のすべてを照明光として利用できるため、効率の良い照明装置となる。なお、図１４の光源装置においては図７に示す第１実施例の光源装置の光路中にアナモフィックレンズ１２を設ける構成を示したが、これに限定されるものではなく、各光源Ｋに設けられている集光レンズ２の替わりにアナモフィックレンズ１２を設けても良い。また、アナモフィックレンズ１２の出射面に反射膜を成膜して、バントパスミラーの機能を持たせても構わない。
【００９５】
（第３実施例）
次に本発明の第３実施例における光源装置について図１７、図１８により説明する。図１７は第３実施例における光源装置の斜視図であり、図１に示す第１実施例の光源装置と基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図１７において２０は光源装置であり、図１の光源装置１０と異なるところは、光源Ｋ３の発光手段としてＧ・ＬＥＤの替わりにＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤ１ｂｙを配置したことである。
【００９６】
次にＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤ１ｂｙの構成を説明する。図１８は蛍光体混色型の白色発光装置であるＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤの断面図である。１ｂｙはＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤであり、電極３１、３２を有する基板３３にＢ・ＬＥＤ１ｂが接続されており、該Ｂ・ＬＥＤ１ｂをＹＡＧ系の蛍光粒子３５を混入した透明樹脂３６でモールドしている。
【００９７】
上記ＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤ１ｂｙの動作は、前記電極３１、３２に駆動電圧を印加するとＢ・ＬＥＤ１ｂが青色光Ｐｂを発光する。そしてこの青色光Ｐｂが透明樹脂３６に混入された蛍光粒子３５に衝突すると蛍光粒子３５が励起されて波長変換が行われ、蛍光粒子３５から黄色光Ｐｅが発光される。この結果ＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤ１ｂｙからは、前記Ｂ・ＬＥＤ１ｂから発光されて蛍光粒子３５に衝突せずに出力される青色光Ｐｂと、蛍光粒子３５に衝突して波長変換された黄色光Ｐｅとが混合された蛍光系の白色光Ｐｗｙとして発光される。
【００９８】
図１７に示すように、光源装置２０は、光源Ｋ１にはＲ・ＬＥＤ１ｒ、光源Ｋ２にはＧ・ＬＥＤ１ｇ、光源Ｋ３にはＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤ１ｂｙ、光源Ｋ４にはＢ・ＬＥＤ１ｂを配置して混色を行っているため、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤによる混色に加えてＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤ１ｂｙによる蛍光系の白色光Ｐｗｙが混色されることによって演色性が良く明るい照明装置が実現できる。
【００９９】
（第４実施例）
次に本発明の第４実施例における光源装置について図１９から図２２により説明する。図１９は本発明の第４実施例における光源装置の斜視図、図２０は図１１と同様の各光源からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２からの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図であり、図２０の（ａ）はゾーンＳ３の光源Ｋ３からの入射光を示し、（ｂ）はゾーンＳ４の光源Ｋ４からの入射光を示し、（ｃ）はゾーンＳ１の光源Ｋ１からの入射光を示し、（ｄ）はゾーンＳ２の光源Ｋ２からの入射光を示すものである。図２１は図１に示す本発明の第１実施例の光源装置１０における光源Ｋ３からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２からの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図であり、図２２は図１９に示す本発明の第４実施例の光源装置における光源Ｋ３からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２からの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図である。
【０１００】
図１９において３０は光源装置であり、基本的構成は図１の光源装置１０と同様であり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。光源装置３０において光源装置１０と異なるところは、光源Ｋ２と光源Ｋ４を入れ替えたことであり、光源装置１０では光源Ｋ４がゾーンＳ４に配置され、光源Ｋ２がゾーンＳ２に配置されていたものを光源装置３０ではゾーンＳ４に光源Ｋ２を、ゾーンＳ２に光源Ｋ４を配置したものである。こうすることによって反射光である非有効光の有効光への変換効率を高めている。
【０１０１】
以下、その理由を説明する。図２０は、各光源からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２からの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図であり、図２０の（ａ）はゾーンＳ３の光源Ｋ３からの入射光を示し、（ｂ）はゾーンＳ４の光源Ｋ４からの入射光を示し、（ｃ）はゾーンＳ１の光源Ｋ１からの入射光を示し、（ｄ）はゾーンＳ２の光源Ｋ２からの入射光を示すものである。すなわち図１１で説明したように各光源からの入射光に対して２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２からの反射光の関係は、光源の存在するゾーンに対して対向するゾーンに多量の反射光が向い、もう一つゾーンに少量の反射光が向い、残りのゾーンには反射光が存在しないことは前述の通りである。そして各ゾーンからの入射光に対して反射光の存在しないゾーンは図２０の（ａ）〜（ｄ）に示す通りであり、（ａ）に示すように、ゾーンＳ３の光源Ｋ３からの入射光に対してはゾーンＳ４に反射光が存在せず、（ｂ）のゾーンＳ４の光源Ｋ４からの入射光に対してはゾーンＳ３に反射光が存在せず、（ｃ）のゾーンＳ１の光源Ｋ１からの入射光に対してはゾーンＳ２に反射光が存在せず、（ｄ）のゾーンＳ２の光源Ｋ２からの入射光に対してはゾーンＳ１に反射光が存在しないことがわかる。
【０１０２】
図２１は図１に示す第１実施例の光源装置１０における光源Ｋ３からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２からの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図であり、図２０に示す反射光の方向を考慮して反射光である非有効光の有効光への変換効率を検討したものである。すなわち光源装置１０においてはＲ光、Ｂ光、Ｇ光の各発光光線を混色して出射するものであるが、現在のＬＥＤではＲ・ＬＥＤ、Ｂ・ＬＥＤに比べてＧ・ＬＥＤの発光量が少ないためＧ・ＬＥＤを２個使用し、図２１に示すようにゾーンＳ１にＲ・ＬＥＤ、ゾーンＳ２にＧ・ＬＥＤ、ゾーンＳ３にＧ・ＬＥＤ、ゾーンＳ４にＢ・ＬＥＤを配置している。
【０１０３】
この構成は２個のＧ・ＬＥＤを対向するゾーンＳ２、Ｓ３に配置しているため混色の条件としては最適な配置であるが、反射光である非有効光から有効光への変換効率
の面からみると若干低下する。すなわち各光源には各々バンドパスミラーが設けられていることは前述の通りだが、２個のＧ・ＬＥＤを有する光源Ｋ２と光源Ｋ３にはバンドパスミラーとして同じＧ光の波長領域を透過させるバンドパスミラー５ｇ（斜線で示す）が設けられている。この結果、光源Ｋ３から発光された入射光Ｐ３の反射光Ｐ３ｂはゾーンＳ２に向うが、光源Ｋ２に設けられたバンドパスミラー５ｇはＧ光であるＰ３ｂを反射することができず、透過させてしまう。この結果反射光Ｐ３ｂが反射されて有効光に変換できない分だけ変換効率が低下することになる。
【０１０４】
図２２は図１９に示す第４実施例の光源装置３０における光源Ｋ３からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートＰＳ１、ＰＳ２からの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図であり、光源装置３０においてはＧ・ＬＥＤを有する光源Ｋ２がゾーンＳ４に、またゾーンＳ２にはＢ・ＬＥＤを有する光源Ｋ４が配置されている。この結果、光源Ｋ３から発光された入射光Ｐ３の反射光Ｐ３ｂはゾーンＳ２に向うが、ゾーンＳ２には光源Ｋ４が配置されており、この光源Ｋ４に設けられたバンドパスミラー５ｂによって反射され有効光に変換される。すなわち反射光Ｐ３ｂを透過させるバンドパスミラー５ｇを設けた光源Ｋ２は光源Ｋ３の反射光が存在しないゾーンＳ４に配置させることによって有効光への変換効率を高めることができる。
【０１０５】
上記のように同色の発光光源の配置は、対向するゾーンに配置せずに、お互いの反射光が存在しない隣接したゾーンに配置すれば良く、この同色の発光光源の配置は図２２に示すゾーンＳ３、Ｓ４以外にもゾーンＳ１、Ｓ２に配置しても良いことがわかる。
【０１０６】
（第５実施例）
次に本発明の第５実施例における光源装置について図２３により説明する。図２３は本発明の第５実施例における光源装置の斜視図である。図２３において４０は光源装置であり、基本的構成は図１の光源装置１０と同様であり、同一要素には同一番号を付し重複する説明を省略する。光源装置４０において光源装置１０と異なるところは、ゾーンＳ３に配置されていた光源Ｋ３を単なる反射ミラー６に置き換えたことである。すなわち光源装置４０においては光源としてはＲ光の光源Ｋ１、Ｇ光の光源Ｋ２、Ｂ光の光源Ｋ４の３光源を使用し、ゾーンＳ３に配置されている反射ミラー６は単に各光源からの反射光をすべて反射させて、非有効光から有効光への変換機能のみを行うものである。この構成においては光源Ｋ２に設けるＧ・ＬＥＤとしては、駆動電流を大きくして光量を増加させるか、または実装するＧ・ＬＥＤの数を増加させることにより、他のＲ・ＬＥＤやＢ・ＬＥＤとの光量をバランスさせることが望ましい。
【０１０７】
（第６実施例）
次に本発明の第６実施例における光源装置の光源について説明する。図２４は本発明の第６実施例の光源装置における光源の断面図である。図においてＫは光源であり、ケース３の内部にＬＥＤ１、２個のレンズ２ａ、２ｂが組み込まれ、第２レンズ２ｂの出射面にバンドパスミラー５の被膜が形成されている。すなわち本実施例における光源Ｋは、２個の集光レンズを用いてＬＥＤ１の発光を十分に平行光線化するとともに、第２レンズ２ｂの出射面にバンドパスミラー５を被膜形成することによってバンドパスミラー５の一体化を行っており、さらに第２レンズ２ｂの出射面を凹レンズとすることにより反射光の集光性も良くしている。
【０１０８】
なお、バンドパスミラー５を被膜形成する第２レンズ２ｂの出射面は、凹レンズ（凹面鏡）に限らず凸レンズ（凸面鏡）や平面レンズでも良いが、それぞれ発光源であるＬＥＤの発光状態や反射光の状態によって適宜決めることが望ましい。すなわち、ＬＥＤが多面発光のように広がりを有する光源の場合には、反射光を絞る機能を有する凹レンズが良く、ＬＥＤが中心に強度を有する点発光の場合は、反射光を広げる機能を有する凸レンズが望ましい。
【０１０９】
（第７実施例）
次に本発明の第７実施例における光源装置について図２５により説明する。図２５は本発明の第７実施例における光源装置の斜視図である。図２５において６０は光源装置であり、基本的構成は図１の光源装置１０の１部であり、同一要素には同一番号を付し重複する説明を省略する。光源装置６０において光源装置１０と異なるところは、プリズムシートとしては１枚のプリズムシートＰＳ１のみとし、光源としてもＲ・ＬＥＤを有する光源Ｋ１とＢ・ＬＥＤを有する光源Ｋ４の２光源としたことであり、プリズムシートＰＳ１からの出射光は光源Ｋ１のＲ光と光源Ｋ４のＢ光が混色したカラー光Ｐｃとなる。すなわち本実施例における光源装置６０は１枚のプリズムシートによって２光源を混色させるとともに、バンドパスミラーによって非有効光を有効光への変換を行う構成であり、２光源の混色及びバンドパスミラーによる非有効光の有効光への変換動作は図７、図８で説明した通りである。なお、配置する光源は、目的とするカラー光Ｐｃの色に応じて、任意に設定できる。
【０１１０】
この１枚のプリズムシートの場合は２光源からの入射光をプリズムシートのプリズム列に対して斜光入射させることにより、２光源の光の合成ができる。本実施例における光源装置６０は１枚のプリズムシートと２光源を組み合わせた簡単な構成によって、変換効率の良い混色を行うことができるため、効率良く混色された単色光として利用することができ、カラー照明装置等の利用が期待できる。
【０１１１】
（第８実施例）
次に本発明の光源装置をバックライトとする液晶表示装置の構成を説明する。図２６は本発明の光源装置をバックライトとする液晶表示装置を模式的に示す断面図であり、１０は図１に示す本発明の光源装置で、４個のバンドパスミラー５ｒ、５ｇ、５ｂ、５ｇが内蔵されている状態を示している。７は液晶表示素子であり、上偏光板１１、下偏光板１２を備えている。８は液晶表示素子７と光源装置１０の間に配置された反射型偏光変換素子、９は反射型偏光変換素子８と光源装置１０に備えられたバンドパスミラー５との間に配置された位相差板である。そして前記液晶表示素子７、反射型偏光変換素子８、位相差板９によって液晶表示装置が構成され、光源装置１０がバックライトを構成している。なお、光源装置は上記のいずれの光源装置でもかまわない。
【０１１２】
次に、本発明の液晶表示装置における照明光の作用について説明する。図２６において格子模様で示すＰｗは光源装置１０からの出射光、斜線で示すＰｐは反射型偏光変換素子８を透過する光線（例えばＰ波光線）、梨地模様で示すＰｓは反射型偏光変換素子８で反射される光線（例えばＳ波光線）である。まず光源装置１０から出射された出射光Ｐｗは位相差板９を透過して反射型偏光変換素子８に向かう。そして反射型偏光変換素子８では出射光ＰｗのうちのＰ波光線Ｐｐは反射型偏光変換素子８を通過して液晶表示素子７を照明する。しかしＳ波光線Ｐｓは反射型偏光変換素子８で反射されて位相差板９を透過し光源装置１０に戻る。
【０１１３】
この光源装置１０に逆入射されたＳ波光線Ｐｓは後述するように積層されたプリズムシートによって４方向に分散され、４個のバンドパスミラー５ｒ、５ｇ、５ｂ、５ｇにより反射されて再び光源装置１０から出射される。この再出射されたＳ波光線Ｐｓは位相差板９を通過することによってＰ波光線Ｐｐに変換され、今度は反射型偏光変換素子８を通過して液晶表示素子７を照明する。なお、本実施例における位相差板９のレタデーションは位相差板を２回通過することによってＳ波光線がＰ波光線に変換されるように設定されている。
【０１１４】
図２７に反射型偏光変換素子８で反射されて光源装置１０に逆入射される光線の状態を示す。図２７は１例としてゾーンＳ１の光源Ｋ１から発光されたＲ光の成分を有する逆入射光線の状態を示し、逆入射された光線は４等分されて４個のバンドパスミラー５ｒ、５ｇ、５ｂ、５ｇに向う。そしてＲ光の成分を有する光線は斜線矢印で示すように、バンドパスミラー５ｇ、５ｂによって反射されるが、発光元のバンドパスミラー５ｒは透過するため反射が行われない。しかしバンドパスミラー５ｒを透過した光線は細線矢印で示すように、その一部の光線はＬＥＤ素子の実装面に当って反射して行く。
【０１１５】
上記のとおり、本発明の光源装置と液晶表示素子の組み合わせにおいてはバックライトの光路中に拡散性を高める部材を使用せずに、反射型偏光変換素子のリサイクルを効率よく行うことを可能とするものであり、位相差板を組み合わせることによってさらに効率を高めることができる。また、本実施例においては液晶表示素子７と光源装置１０の間に位相差板９を配置しているが、光源装置を構成するプリズムシートに所望のレタデーションとなる複屈折特性を有するプリズムシートを用いることにより、この位相差板９を省略することができ、さらに薄型で低価格のバックライトを実現することが可能となる。
【０１１６】
以上、各実施例においては、光源装置の構成として、1枚プリズムシート、２枚プリズムシートの積層について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図２８に示す光源装置のように、２枚または３枚のプリズムシートを任意に配置して複数光源の合成を行う構成においても、各光源の前方にバンドパスミラーを設けることにより、同様の目的を達成することができる。
【０１１７】
上記のとおり、本発明によれば、プリズムシートによる薄型構成の光学系によって複数の光源からの入射光を効率良く合成することができるため、形状的に小型薄型で、光学的に光合成性能の優れた光源装置を提供することができる。そしてその応用範囲は広く、一般照明だけでなく、プロジェクター用の光源等に利用することができる。また、表示装置用のバックライトに利用することにより、光の利用効率の高い表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１実施例における光源装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示す２枚のプリズムシートの構成を示す、上面図及び側面図である。
【図３】図２に示す２枚のプリズムシートと複数の光源の関係を示す平面図である。
【図４】図２に示すプリズムシートＰＳ２の部分拡大図である。
【図５】図２に示すプリズムシートＰＳ１の部分拡大図である。
【図６】図２に示す２枚のプリズムシートにおける入射光の通過光路を模擬的に示す斜視図である。
【図７】図２に示すプリズムシートＰＳ１の部分拡大図であり、有効光と非有効光の状態を示す。
【図８】図２に示すプリズムシートＰＳ１の部分拡大図であり、有効光と非有効光の状態を示す。
【図９】光源Ｋ４の出射光の非有効光を光源Ｋ１のバンドパスミラーによって有効光に変換する構成を示すプリズムシートと光源の部分断面図である。
【図１０】光源Ｋ１の出射光の非有効光を光源Ｋ４のバンドパスミラーによって有効光に変換する構成を示すプリズムシートと光源の部分断面図である。
【図１１】光源Ｋ４からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートからの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図である。
【図１２】本発明のプリズムシートに入射光が斜光入射した時の光線の広がりを示す側面図である。
【図１３】図１２に示すプリズムシートに４光源から入射した光線の平面図である。
【図１４】本発明の第２実施例における光源装置のプリズムシートに入射光が斜光入射した時の光線の広がりを示す側面図である。
【図１５】図１４に示すプリズムシートへの入射光の平面図である。
【図１６】図１４に示すプリズムシートに４光源から入射した光線の平面図である。
【図１７】本発明の第３実施例における光源装置の外観斜視図である。
【図１８】図１７に示すＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤの断面図である。
【図１９】本発明の第４実施例における光源装置の斜視図である。
【図２０】図１９における各光源からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートからの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図である。
【図２１】図１９における光源Ｋ３からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートからの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図である。
【図２２】図１９の光源装置における光源Ｋ３からの入射光と、積層された２枚のプリズムシートからの反射光の関係をＸ−Ｙ平面で示す平面図である。
【図２３】本発明の第５実施例における光源装置の斜視図である。
【図２４】本発明の第６実施例の光源装置における光源の断面図である。
【図２５】本発明の第７実施例における光源装置の斜視図である。
【図２６】本発明の光源装置をバックライトとする液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２７】図２６に示す反射型偏光変換素子８で反射されて光源装置１０に逆入射される光線の状態を示す平面図である。
【図２８】従来のカラー投影機の構成図である。
【図２９】図２８に示すリニアプリズム板の部分断面図である。
【図３０】従来の面発光装置の分解斜視図である。
【図３１】図３０に示す発光基板の部分拡大側面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１      ＬＥＤ
１ｒ    赤色ＬＥＤ
１ｂ    青色ＬＥＤ      
１ｇ    緑色ＬＥＤ
１ｂｙ  ＢｌｕｅＹＡＧ・ＬＥＤ
２、２ａ、２ｂ    集光レンズ
３      ケース
５、５ｒ、５ｇ、５ｂ    バンドパスミラー
６      反射ミラー
７      液晶表示素子
８      反射型偏光変換素子
９      位相差板
１０、２０、３０、４０、６０    光源装置
１２    アナモフィックレンズ
１３    上偏光板
１４    下偏光板
ＰＳ１、ＰＳ２    プリズムシート
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４    光源
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４    入射光
Ｌ１、Ｌ２、Ｕ１、Ｕ２    プリズム斜面
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４    ゾーン
Ｐｏ    集光点
Ｓ、Ｓ１４、Ｓ２３    照明光
３１、３２    電極
３３    基板
３５    蛍光粒子
３６    透明樹脂
Ｐｂ    青色光
Ｐｅ    黄色光
Ｐｗｙ、Ｐｗ    白色光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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