光学デバイス
【課題】導光部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができる光学デバイスを得る。
【解決手段】反射型偏光層１３と、反射型偏光層１３に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられたλ／４層４１と、反射板５０と、反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられると共に反射型偏光層１３側の面とは反対の面に断面三角形状のプリズム１１ｃが複数設けられたプリズム層１１と、を備え、プリズム１１ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部１１ｄと、プリズム底面１１ｂと、プリズム斜面１１ａとを有する。
【解決手段】反射型偏光層１３と、反射型偏光層１３に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられたλ／４層４１と、反射板５０と、反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられると共に反射型偏光層１３側の面とは反対の面に断面三角形状のプリズム１１ｃが複数設けられたプリズム層１１と、を備え、プリズム１１ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部１１ｄと、プリズム底面１１ｂと、プリズム斜面１１ａとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モニターや携帯電話などの光学機器において、液晶パネルなどの表示部から出射される光の輝度を向上させることは、明るさやコントラストなどの見栄えに大きく影響すると共に省エネの観点からも利点がある。そのため、近年ではバックライト光源部（導光部）から表示部に入射する光の利用効率を向上させるために種々の試みがなされている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に示される従来技術は、光源から出射される光のうちＰ偏光（偏光方向が入射面に平行な偏光）は透過させると共にＳ偏光（偏光方向が入射面に垂直な偏光）は選択反射させるプリズムアレイと、このプリズムアレイで反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換してプリズムアレイに入射させる変換手段とを有して構成されている。すなわち下記特許文献１に示される従来技術は、プリズムアレイで反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換してプリズムアレイに再び入射させることにより、光の利用効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１９０００６号公報（図３など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、λ／４波長板とプリズムアレイとの間に空気層が存在するため、空気界面で部分反射によるロスが生じるという課題があった。より具体的には、この従来技術では、プリズムアレイとλ／４波長板との間に空気層が存在するため、プリズムアレイで反射されたＳ偏光がλ／４波長板へ入射する際に空気界面（λ／４波長板と空気との境界面）において部分反射が生じると共に、反射鏡で反射されてλ／４波長板を通過した光がプリズムアレイへ入射する際にも空気界面（プリズムアレイと空気との境界面）によって部分反射が生じる。そのため、これらの部分反射によって一部の光が迷光となる。このように、上記特許文献１に示される従来技術では、λ／４波長板とプリズムアレイとの間に空気層が存在するため、光の利用効率が下がるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、導光部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができる光学デバイスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源から出射された光源光に含まれるＰ偏光を透過させると共に、前記光源光に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光層と、前記反射型偏光層に前記光源光が入射する側にて前記反射型偏光層と平行かつ面接触した状態で設けられ、前記反射型偏光層で反射された光に１／４波長の位相差を与える位相差層と、前記位相差層を透過した光を反射して前記位相差層に再度入射させる反射部と、前記反射型偏光層からＰ偏光が出射される側にて前記反射型偏光層と平行かつ面接触した状態で設けられると共に、前記反射型偏光層側の面とは反対の面に断面三角形状のプリズムが複数設けられたプリズム層と、を備え、前記位相差層は、前記反射部からの反射光に再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換し、前記プリズム層に設けられた各プリズムは、前記位相差層から前記反射型偏光層に向かう方向に凸となる頂部と、前記反射型偏光層と平行に設けられ前記反射型偏光層を透過したＰ偏光を取り込む底面と、前記頂部の両側に形成され前記底面からプリズム内に取り込まれたＰ偏光を前記プリズム層の延設方向と垂直の方向に出射する斜面と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、プリズム層、反射型偏光層、およびλ／４層を一体化するようにしたので、導光部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる光学デバイスの構成図である。
【図２】図２は、図１に示される出射角とプリズム頂角との相関関係を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２にかかる光学デバイスの構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３にかかる光学デバイスの構成図である。
【図５】図５は、図４に示される出射角とプリズム頂角との相関関係を説明するための図である。
【図６】図６は、液晶表示装置のバックライトユニットに実施の形態２、３にかかる光学デバイスを適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる光学デバイスの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光学デバイス１００の構成図である。図１に示される光学デバイス１００は、プリズム層１１、反射型偏光層１３、λ／４層（位相差層）４１、および反射板５０を有して構成されている。
【００１２】
図１に示される光源光２１は、図示しない光源から出射された光である。反射型偏光層１３の法線に対する光源光２１の出射角θ１（以下単に「出射角θ１」と称する）は、例えば４３．５°に設定されている。光源光２１には、偏光方向が異なる２種類の偏光（Ｐ偏光とＳ偏光）が含まれており、反射型偏光層１３は、光源光２１に含まれるＰ偏光を透過させると共に、光源光２１に含まれるＳ偏光を反射させる。
【００１３】
λ／４（１／４波長）層４１は、反射型偏光層１３に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３に平行かつ面接触した状態で設けられ、反射型偏光層１３で反射された光に１／４波長の位相差を与えると共に、この位相差の与えられた光が反射板５０で折り返されて再びλ／４層４１へ入射した際に、再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換する。反射板（反射部）５０は、λ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる。その結果、反射型偏光層１３で反射された光にλ／２の位相差が与えられるので、反射型偏光層１３で反射した光がλ／４層４１および反射板５０によってＰ偏光に変換される。
【００１４】
なお、図１に示される反射板５０は、反射型偏光層１３で反射されたＳ偏光の進路上に設けられ、かつ、反射型偏光層１３の法線に直交する線に対して所定の角度（例えば出射角θ１と同じ角度）で設けられている。
【００１５】
プリズム層１１は、反射型偏光層１３からＰ偏光が出射される側にて反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられ、反射型偏光層１３側の面とは反対の面に断面三角形状の複数のプリズム１１ｃが設けられている。プリズム１１ｃは、プリズム層１１が延在する方向に沿って配列されている。
【００１６】
各プリズム１１ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部１１ｄと、反射型偏光層１３と平行に設けられ反射型偏光層１３を透過したＰ偏光を取り込むプリズム底面１１ｂと、プリズム頂部１１ｄの両側に形成されプリズム底面１１ｂから取り込まれたＰ偏光をプリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射するプリズム斜面１１ａとを有する。
【００１７】
図１に示される各部材（プリズム層１１、反射型偏光層１３、およびλ／４層４１など）は、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）相当の材質で構成されており、その屈折率は、例えば約１．４９である。また、図１に示される光学デバイス１００では、プリズム層１１、反射型偏光層１３、およびλ／４層４１が一体化され、さらにプリズム頂部１１ｄの頂角（プリズム頂角φ）が５０°に設定され、出射角θ１が４３．５°に設定されている。その結果、反射型偏光層１３を透過したＰ偏光は、プリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射される。
【００１８】
次に光学デバイス１００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図１に示される記号Ａ〜Ｅを用いて説明する。（Ａ）光源光２１は、出射角θ１＝４３．５°で入射し、光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光層１３を透過する。（Ｂ）光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光層１３で反射される。（Ｃ）反射型偏光層１３で反射された光は、λ／４層４１に入射した後に反射板５０で反射されて再びλ／４層４１を透過する。（Ｄ）この光は、λ／４層４１を２度透過したことによりＰ偏光に変換され、変換されたＰ偏光は、反射型偏光層１３に入射する。そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４層４１で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光層１３を透過し、プリズム底面１１ｂからプリズム１１ｃ内に入射する。（Ｅ）プリズム１１ｃ内に入射した各Ｐ偏光は、プリズム斜面１１ａにて同方向（プリズム層１１の延設方向と垂直の方向）に揃えられて出射される。
【００１９】
上記特許文献１に示される従来技術では、λ／４波長板とプリズムアレイとの間に空気層が存在するため、プリズムアレイで反射された光がλ／４波長板へ入射する際に空気界面によって部分反射が生じると共に、反射鏡で反射されてλ／４波長板から出射された光がプリズムアレイへ入射する際にも空気界面によって部分反射が生じる。そのため、これらの部分反射によって一部の光が迷光となる。
【００２０】
実施の形態１にかかる光学デバイス１００では、プリズム層１１と反射型偏光層１３との間に空気層が存在しないだけでなく、反射型偏光層１３とλ／４層４１との間にも空気層が存在しない。従って、反射型偏光層１３で反射された光がλ／４層４１へ入射する際に部分反射が生じることがない。また、反射板５０で反射されてλ／４層４１を透過した光が反射型偏光層１３に入射する際にも、部分反射が生じることがない。このように、実施の形態１にかかる光学デバイス１００は、光源光２１が全てＰ偏光に変換されることによってＰ偏光とＳ偏光の両方を利用することができると共に、部材間（プリズム層１１と反射型偏光層１３との間、および反射型偏光層１３とλ／４層４１との間）に、空気層を介在させないようにしたので光の利用効率を向上させることができる。
【００２１】
図２は、図１に示される出射角θ１とプリズム頂角φとの相関関係を説明するための図である。上記説明では、一例として出射角θ１を４３．５°とした構成例を説明したが、出射角θ１を４３．５°以外の値にした場合でも、出射角θ１の値に応じてプリズム頂角φを変更することで、プリズム層１１の延設方向と垂直の方向にＰ偏光を出射させることが可能である。
【００２２】
出射角θ１とプリズム頂角φとの相関関係は、出射角θ１が小さくなるほどプリズム頂角φは大きくなり、出射角θ１が大きくなるほどプリズム頂角φは小さくなる。各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が５７．８°の場合、プリズム頂角φは３０°にすればよい。また、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が２５．３°の場合、プリズム頂角φは９０°にすればよい。
【００２３】
以上に説明したように、実施の形態１にかかる光学デバイス１００は、光源光２１に含まれるＰ偏光を透過させると共に、光源光２１に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光層１３と、反射型偏光層１３に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられ、反射型偏光層１３で反射された光に１／４波長の位相差を与える位相差層（λ／４層４１）と、位相差層を透過した光を反射して位相差層に再度入射させる反射板５０と、反射型偏光層１３からＰ偏光が出射される側にて反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられると共に、反射型偏光層１３側の面とは反対の面に断面三角形状のプリズム１１ｃが複数設けられたプリズム層１１と、を備え、位相差層は、反射板５０からの反射光に再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換し、プリズム層１１に設けられた各プリズム１１ｃは、位相差層から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部１１ｄと、反射型偏光層１３と平行に設けられ反射型偏光層１３を透過したＰ偏光を取り込むプリズム底面１１ｂと、プリズム頂部１１ｄの両側に形成されプリズム底面１１ｂから取り込まれたＰ偏光をプリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射するプリズム斜面１１ａとを有するようにしたので、反射型偏光層１３で反射された光が位相差層へ入射する際に部分反射が生じることがなく、また反射板５０で反射され位相差層を透過した光が反射型偏光層１３に入射する際にも部分反射が生じることがない。その結果、実施の形態１にかかる光学デバイス１００によれば、上述した従来技術に比べて、光の利用効率を向上させることが可能である。
【００２４】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる光学デバイス２００の構成図である。実施の形態１にかかる光学デバイス１００と異なる点は、反射板５０の代わりに、シート化した反射シート（反射部）５２が用いられている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００２５】
図３に示される光学デバイス２００は、プリズム層１１と、反射型偏光層１３と、λ／４層４１（位相差層）と、反射シート５２とを有して構成されている。
【００２６】
反射シート５２は、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行に設けられ、λ／４層４１側の面に断面三角形状の複数のプリズム５２ｃが設けられている。プリズム５２ｃは、反射シート５２が延在する方向に沿って配列されている。また反射シート５２は、λ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる。
【００２７】
反射シート５２に設けられた各プリズム５２ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部５２ｄと、光源光２１を取り込む光源光入射面５２ｂと、プリズム頂部５２ｄの一方の斜面であって光源光入射面５２ｂから取り込まれた光源光２１をλ／４層４１に向けて出射する光源光出射面５２ａと、プリズム頂部５２ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５２ｅとを有する。
【００２８】
光源光入射面５２ｂは、反射型偏光層１３の法線に直交する線と平行に設けられている。この線と反射面５２ｅとの成す角は、この線と光源光出射面５２ａとの成す角に等しい値である。このように、各プリズム５２ｃは、片側の斜面に反射面５２ｅを有している。なお図３では、説明の便宜上、プリズム頂部５２ｄがλ／４層４１と離反した状態で示されているが、実際にはプリズム頂部５２ｄがλ／４層４１の表面に接触した状態で設けられているものとする。
【００２９】
ここで、実施の形態２にかかる光学デバイス２００では、出射角θ１が４５°に設定され、プリズム頂角φ１が８２°に設定され、プリズム５２ｃの頂角（プリズム頂角φ２）が１２３．４°に設定されている。そのため、反射型偏光層１３を透過したＰ偏光は、プリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射される。
【００３０】
次に光学デバイス２００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図３に示される記号Ａ〜Ｅを用いて説明する。（Ａ）プリズム頂角φ１を８２°とし、プリズム頂角φ２を１２３．４°とし、出射角θ１を４５°とした場合、光源光２１は、光源光入射面５２ｂからプリズム５２ｃ内に入射する。プリズム５２ｃ内に取り込まれた光源光２１は、光源光出射面５２ａに対して垂直に近い角度で出射される。光源光出射面５２ａから出射された光源光２１は、λ／４層４１を透過し、光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光層１３を透過する。（Ｂ）光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光層１３で反射される。（Ｃ）反射型偏光層１３で反射された光は、λ／４層４１に入射した後に反射面５２ｅで反射されて再びλ／４層４１を透過する。（Ｄ）この光は、λ／４層４１を２度透過したことによりＰ偏光に変換され、変換されたＰ偏光は、反射型偏光層１３に入射する。そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４層４１で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光層１３を透過し、プリズム底面１１ｂからプリズム１１ｃ内に入射する。（Ｅ）プリズム１１ｃ内に入射した各Ｐ偏光は、プリズム斜面１１ａにて同方向（プリズム層１１の延設方向と垂直の方向）に揃えられて出射される。
【００３１】
実施の形態２にかかる光学デバイス２００では、シート化された反射シート５２がλ／４層４１に近接して配置されている。この構成によって、デバイス全体の小型化および薄型化を図ることが可能である。特に、反射型偏光層１３からプリズム頂部５２ｄまでにおける厚みを減らすことができるため、実施の形態１にかかる光学デバイス１００よりも小型化および薄型化を図ることが可能である。
【００３２】
なお、実施の形態２の説明では、一例として出射角θ１を４５°とした構成例を説明したが、出射角θ１を４５°以外の値にした場合でも、出射角θ１の値に応じて、プリズム頂角φ１とプリズム頂角φ２の値を変更することで、プリズム層１１の延設方向と垂直の方向にＰ偏光を出射させることが可能である。
【００３３】
実施の形態２にかかる出射角θ１とプリズム頂角φ１との相関関係は、実施の形態１と同様に、出射角θ１が小さくなるほどプリズム頂角φ１は大きくなり、出射角θ１が大きくなるほどプリズム頂角φ１は小さくなる。
【００３４】
出射角θ１とプリズム頂角φ２との相関関係は、出射角θ１が小さくなるほどプリズム頂角φ２は大きくなり、出射角θ１が大きくなるほどプリズム頂角φ２は小さくなる。各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が６０°の場合、プリズム頂角φ１は６５．４°、プリズム頂角φ２は１０８．９°にすればよい。また、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が３０°の場合、プリズム頂角φ１は１０７°、プリズム頂角φ２は１４０．８°にすればよい。
【００３５】
以上に説明したように、実施の形態２にかかる光学デバイス２００は、プリズム層１１と、反射型偏光層１３と、λ／４層４１と、反射シート５２とを有し、反射シート５２は、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行に設けられ、λ／４層４１側の面に断面三角形状の複数のプリズム５２ｃが設けられ、反射シート５２に設けられた各プリズム５２ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部５２ｄと、光源光２１を取り込む光源光入射面５２ｂと、プリズム頂部５２ｄの一方の斜面であって光源光入射面５２ｂから取り込まれた光源光２１をλ／４層４１に向けて出射する光源光出射面５２ａと、プリズム頂部５２ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５２ｅとを有するようにしたので、上述した従来技術よりも光の利用効率を向上させることができると共に、実施の形態１にかかる光学デバイス１００よりも小型化および薄型化を図ることが可能である。
【００３６】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる光学デバイス３００の構成図である。実施の形態２にかかる光学デバイス２００と異なる点は、反射シート（反射部）５３を反射シート５２の代わりに用いている点である。以下、実施の形態１、２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００３７】
図４に示される光学デバイス３００は、プリズム層１１と、反射型偏光層１３と、λ／４層４１（位相差層）と、反射シート５３とを有して構成されている。
【００３８】
反射シート５３は、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行に設けられ、λ／４層４１側の面に断面三角形状の複数の第１のプリズム５４ｃが設けられ、λ／４層４１側の面とは反対の面に断面三角形状の複数の第２のプリズム５３ｃが設けられている。また反射シート５３は、λ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる。
【００３９】
第１のプリズム５４ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となる第１のプリズム頂部５４ｄ（第１の頂部）と、第１のプリズム頂部５４ｄの一方の斜面であって第１のプリズム５４ｃ内に取り込まれた光源光２１をλ／４層４１に向けて出射する光源光出射面５４ａと、第１のプリズム頂部５４ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５４ｅとを有する。
【００４０】
反射型偏光層１３の法線に直交する線と、反射面５４ｅとの成す角は、この線と光源光出射面５４ａとの成す角に等しい値である。このように、各第１のプリズム５４ｃは、片側の斜面に反射面５４ｅを有している。なお、図４では、説明の便宜上、第１のプリズム頂部５４ｄがλ／４層４１と離反した状態で示されているが、実際には第１のプリズム頂部５４ｄがλ／４層４１の表面に接触した状態で設けられているものとする。
【００４１】
第２のプリズム５３ｃは、反射型偏光層１３からλ／４層４１に向かう方向に凸となる第２のプリズム頂部５３ｄ（第２の頂部）と、この第２のプリズム頂部５３ｄの一方の斜面であって光源光２１を取り込む光源光入射面５３ｂと、第２のプリズム頂部５３ｄの他方の斜面であるプリズム斜面５３ａとを有する。
【００４２】
ここで、実施の形態３にかかる光学デバイス３００では、プリズム頂角φ２が９０°に設定され、反射型偏光層１３の法線に直交する線と光源光入射面５３ｂとの成す角θ３（以下単に「角θ３」と称する）が１０°に設定され、この線とプリズム斜面５３ａとの成す角θ４（以下単に「角θ４」と称する）が４５°に設定され、第２のプリズム５３ｃの頂角（プリズム頂角φ３）が１２５°に設定されている。そのため、光学デバイス３００では、出射角θ１が例えば６８．７°の光源光２１を取り込み、Ｐ偏光をプリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射することが可能である。
【００４３】
次に光学デバイス３００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図４に示される記号Ａ〜Ｅを用いて説明する。（Ａ）例えば、出射角θ１＝６８．７°の角度で光源光２１を反射シート５３に入射させたとき、光源光２１は、光源光入射面５３ｂから第２のプリズム５３ｃ内に入射する。第２のプリズム５３ｃ内に取り込まれた光源光２１は、第１のプリズム５４ｃを経由して光源光出射面５４ａに対してほぼ垂直に出射される。光源光出射面５４ａから出射された光源光２１は、λ／４層４１を透過し、光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光層１３を透過する。（Ｂ）光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光層１３で反射される。（Ｃ）反射型偏光層１３で反射された光は、λ／４層４１に入射した後に反射面５４ｅで反射されて再びλ／４層４１を透過する。（Ｄ）この光は、λ／４層４１を２度透過したことによりＰ偏光に変換され、変換されたＰ偏光は、反射型偏光層１３に入射する。そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４層４１で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光層１３を透過し、プリズム底面１１ｂからプリズム１１ｃ内に入射する。（Ｅ）プリズム１１ｃ内に入射した各Ｐ偏光は、プリズム斜面１１ａにて同方向（プリズム層１１の延設方向と垂直の方向）に揃えられて出射される。
【００４４】
実施の形態３では、シート化された反射シート５３がλ／４層４１に近接して配置されているため、実施の形態１に比べてデバイス全体の小型化および薄型化を図ることが可能である。さらに、実施の形態３では、各プリズムの角度（プリズム頂角φ３、角θ３、角θ４など）を光源光２１の出射角θ１に応じて変更することができるため、実施の形態２に比べて光の利用効率を高めることが可能である。
【００４５】
図５は、図４に示される出射角θ１とプリズム頂角θ３との相関関係を説明するための図である。上記説明では、一例として出射角θ１を６８．７°とした構成例を説明したが、出射角θ１を６８．７°以外の値にした場合でも、出射角θ１の値に応じて、角θ３を変更させることで、プリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光をプリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射させることが可能である。
【００４６】
出射角θ１と角θ３との相関関係は、出射角θ１が小さくなるほど角θ３は大きくなり、出射角θ１が大きくなるほど角θ３は小さくなる。より具体的には、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が５０°の場合、角θ３は３５°になる。また、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が７８．３°の場合、角θ３は５°になる。出射角θ１と角θ３との間には、このような相関関係があるため、光学デバイス３００は、出射角θ１の様々な角度にも柔軟に対応することができる。
【００４７】
また、実施の形態３では、角θ４が、光源光入射面５３ｂに入射して光源光出射面５４ａへ向かう光とプリズム斜面５３ａとが平行になる角度に設定される。このようにすることで、光源光入射面５３ｂに入射した光を、プリズム斜面５３ａで反射されることなく光源光出射面５４ａから出射させることができる。
【００４８】
以上に説明したように、実施の形態３にかかる光学デバイス３００は、反射シート５３は、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層と平行に設けられ、λ／４層４１側の面に断面三角形状の複数の第１のプリズム５４ｃが設けられ、λ／４層４１側の面とは反対の面に断面三角形状の複数の第２のプリズム５３ｃが設けられ、第１のプリズム５４ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となる第１のプリズム頂部５４ｄと、第１のプリズム頂部５４ｄの一方の斜面であって第１のプリズム５４ｃ内に取り込まれた光源光２１をλ／４層４１に向けて出射する光源光出射面５４ａと、第１のプリズム頂部５４ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５４ｅとを有し、第２のプリズム５３ｃは、反射型偏光層１３からλ／４層４１に向かう方向に凸となる第２のプリズム頂部５３ｄと、この第２のプリズム頂部５３ｄの一方の斜面であって光源光２１を取り込む光源光入射面５３ｂと、第２のプリズム頂部５３ｄの他方の斜面であるプリズム斜面５３ａとを有するようにしたので、実施の形態１に比べてデバイス全体の小型化および薄型化を図ることができると共に、実施の形態２に比べて光の利用効率を高めることが可能である。
【００４９】
図６は、液晶表示装置のバックライトユニットに実施の形態２、３にかかる光学デバイス２００、３００を適用した例を示す図である。図６には、バックライトユニットの構成部である、光学デバイス２００、３００と、端部に設けられた光源から出射された光源光を導光しその光源光を光学デバイス２００、３００へ出射する導光部２０と、光学デバイス２００、３００の出射面側に配置される液晶パネル３０とが示されている。
【００５０】
図３、４に示される反射シート５２、５３は、導光部２０と対向する面に設けられ、図３、４に示されるプリズム層１１は、液晶パネル３０と対向する面に設けられている。このように、液晶表示装置のバックライトユニットに光学デバイス２００、３００を適用することによって、液晶パネル３０と導光部２０との間における厚みを減らすことができるため、バックライトユニットの更なる小型化および薄型化を図ることが可能である。
【００５１】
なお、実施の形態１〜３では、プリズム層１１、反射型偏光層１３、およびλ／４層４１などの各部材の屈折率を約１．４９とした場合の構成例を説明したが、前述した相関関係が成り立つように構成すれば、各部材の屈折率は、他の値であってもよい。
【００５２】
また、実施の形態１〜３にかかる光学デバイス１００〜３００は、例えば偏光顕微鏡にも適用可能である。
【００５３】
また、実施の形態１〜３に示した光学デバイス１００〜３００は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明は、光学デバイスに適用可能であり、特に、バックライト光源部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１１ プリズム層
１１ａ、５３ａ プリズム斜面
１１ｂ プリズム底面
１１ｃ、５２ｃ プリズム
１１ｄ、５２ｄ プリズム頂部
１３ 反射型偏光層
２０ 導光部
２１ 光源光
３０ 液晶パネル
４１ λ／４層（位相差層）
５０ 反射板（反射部）
５２、５３ 反射シート（反射部）
５２ａ、５４ａ 光源光出射面
５２ｂ、５３ｂ 光源光入射面
５２ｅ、５４ｅ 反射面
５３ｃ 第２のプリズム
５３ｄ 第２のプリズム頂部
５４ｃ 第１のプリズム
５４ｄ 第１のプリズム頂部
１００、２００、３００ 光学デバイス
θ１ 反射型偏光板の法線に対する光源光の出射角
θ３ 反射型偏光層の法線に直交する線と光源光入射面との成す角
θ４ 反射型偏光層の法線に直交する線とプリズム斜面との成す角
φ、φ１、φ２、φ３ プリズム頂角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モニターや携帯電話などの光学機器において、液晶パネルなどの表示部から出射される光の輝度を向上させることは、明るさやコントラストなどの見栄えに大きく影響すると共に省エネの観点からも利点がある。そのため、近年ではバックライト光源部（導光部）から表示部に入射する光の利用効率を向上させるために種々の試みがなされている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に示される従来技術は、光源から出射される光のうちＰ偏光（偏光方向が入射面に平行な偏光）は透過させると共にＳ偏光（偏光方向が入射面に垂直な偏光）は選択反射させるプリズムアレイと、このプリズムアレイで反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換してプリズムアレイに入射させる変換手段とを有して構成されている。すなわち下記特許文献１に示される従来技術は、プリズムアレイで反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換してプリズムアレイに再び入射させることにより、光の利用効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１９０００６号公報（図３など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、λ／４波長板とプリズムアレイとの間に空気層が存在するため、空気界面で部分反射によるロスが生じるという課題があった。より具体的には、この従来技術では、プリズムアレイとλ／４波長板との間に空気層が存在するため、プリズムアレイで反射されたＳ偏光がλ／４波長板へ入射する際に空気界面（λ／４波長板と空気との境界面）において部分反射が生じると共に、反射鏡で反射されてλ／４波長板を通過した光がプリズムアレイへ入射する際にも空気界面（プリズムアレイと空気との境界面）によって部分反射が生じる。そのため、これらの部分反射によって一部の光が迷光となる。このように、上記特許文献１に示される従来技術では、λ／４波長板とプリズムアレイとの間に空気層が存在するため、光の利用効率が下がるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、導光部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができる光学デバイスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源から出射された光源光に含まれるＰ偏光を透過させると共に、前記光源光に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光層と、前記反射型偏光層に前記光源光が入射する側にて前記反射型偏光層と平行かつ面接触した状態で設けられ、前記反射型偏光層で反射された光に１／４波長の位相差を与える位相差層と、前記位相差層を透過した光を反射して前記位相差層に再度入射させる反射部と、前記反射型偏光層からＰ偏光が出射される側にて前記反射型偏光層と平行かつ面接触した状態で設けられると共に、前記反射型偏光層側の面とは反対の面に断面三角形状のプリズムが複数設けられたプリズム層と、を備え、前記位相差層は、前記反射部からの反射光に再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換し、前記プリズム層に設けられた各プリズムは、前記位相差層から前記反射型偏光層に向かう方向に凸となる頂部と、前記反射型偏光層と平行に設けられ前記反射型偏光層を透過したＰ偏光を取り込む底面と、前記頂部の両側に形成され前記底面からプリズム内に取り込まれたＰ偏光を前記プリズム層の延設方向と垂直の方向に出射する斜面と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、プリズム層、反射型偏光層、およびλ／４層を一体化するようにしたので、導光部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる光学デバイスの構成図である。
【図２】図２は、図１に示される出射角とプリズム頂角との相関関係を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２にかかる光学デバイスの構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３にかかる光学デバイスの構成図である。
【図５】図５は、図４に示される出射角とプリズム頂角との相関関係を説明するための図である。
【図６】図６は、液晶表示装置のバックライトユニットに実施の形態２、３にかかる光学デバイスを適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる光学デバイスの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光学デバイス１００の構成図である。図１に示される光学デバイス１００は、プリズム層１１、反射型偏光層１３、λ／４層（位相差層）４１、および反射板５０を有して構成されている。
【００１２】
図１に示される光源光２１は、図示しない光源から出射された光である。反射型偏光層１３の法線に対する光源光２１の出射角θ１（以下単に「出射角θ１」と称する）は、例えば４３．５°に設定されている。光源光２１には、偏光方向が異なる２種類の偏光（Ｐ偏光とＳ偏光）が含まれており、反射型偏光層１３は、光源光２１に含まれるＰ偏光を透過させると共に、光源光２１に含まれるＳ偏光を反射させる。
【００１３】
λ／４（１／４波長）層４１は、反射型偏光層１３に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３に平行かつ面接触した状態で設けられ、反射型偏光層１３で反射された光に１／４波長の位相差を与えると共に、この位相差の与えられた光が反射板５０で折り返されて再びλ／４層４１へ入射した際に、再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換する。反射板（反射部）５０は、λ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる。その結果、反射型偏光層１３で反射された光にλ／２の位相差が与えられるので、反射型偏光層１３で反射した光がλ／４層４１および反射板５０によってＰ偏光に変換される。
【００１４】
なお、図１に示される反射板５０は、反射型偏光層１３で反射されたＳ偏光の進路上に設けられ、かつ、反射型偏光層１３の法線に直交する線に対して所定の角度（例えば出射角θ１と同じ角度）で設けられている。
【００１５】
プリズム層１１は、反射型偏光層１３からＰ偏光が出射される側にて反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられ、反射型偏光層１３側の面とは反対の面に断面三角形状の複数のプリズム１１ｃが設けられている。プリズム１１ｃは、プリズム層１１が延在する方向に沿って配列されている。
【００１６】
各プリズム１１ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部１１ｄと、反射型偏光層１３と平行に設けられ反射型偏光層１３を透過したＰ偏光を取り込むプリズム底面１１ｂと、プリズム頂部１１ｄの両側に形成されプリズム底面１１ｂから取り込まれたＰ偏光をプリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射するプリズム斜面１１ａとを有する。
【００１７】
図１に示される各部材（プリズム層１１、反射型偏光層１３、およびλ／４層４１など）は、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）相当の材質で構成されており、その屈折率は、例えば約１．４９である。また、図１に示される光学デバイス１００では、プリズム層１１、反射型偏光層１３、およびλ／４層４１が一体化され、さらにプリズム頂部１１ｄの頂角（プリズム頂角φ）が５０°に設定され、出射角θ１が４３．５°に設定されている。その結果、反射型偏光層１３を透過したＰ偏光は、プリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射される。
【００１８】
次に光学デバイス１００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図１に示される記号Ａ〜Ｅを用いて説明する。（Ａ）光源光２１は、出射角θ１＝４３．５°で入射し、光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光層１３を透過する。（Ｂ）光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光層１３で反射される。（Ｃ）反射型偏光層１３で反射された光は、λ／４層４１に入射した後に反射板５０で反射されて再びλ／４層４１を透過する。（Ｄ）この光は、λ／４層４１を２度透過したことによりＰ偏光に変換され、変換されたＰ偏光は、反射型偏光層１３に入射する。そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４層４１で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光層１３を透過し、プリズム底面１１ｂからプリズム１１ｃ内に入射する。（Ｅ）プリズム１１ｃ内に入射した各Ｐ偏光は、プリズム斜面１１ａにて同方向（プリズム層１１の延設方向と垂直の方向）に揃えられて出射される。
【００１９】
上記特許文献１に示される従来技術では、λ／４波長板とプリズムアレイとの間に空気層が存在するため、プリズムアレイで反射された光がλ／４波長板へ入射する際に空気界面によって部分反射が生じると共に、反射鏡で反射されてλ／４波長板から出射された光がプリズムアレイへ入射する際にも空気界面によって部分反射が生じる。そのため、これらの部分反射によって一部の光が迷光となる。
【００２０】
実施の形態１にかかる光学デバイス１００では、プリズム層１１と反射型偏光層１３との間に空気層が存在しないだけでなく、反射型偏光層１３とλ／４層４１との間にも空気層が存在しない。従って、反射型偏光層１３で反射された光がλ／４層４１へ入射する際に部分反射が生じることがない。また、反射板５０で反射されてλ／４層４１を透過した光が反射型偏光層１３に入射する際にも、部分反射が生じることがない。このように、実施の形態１にかかる光学デバイス１００は、光源光２１が全てＰ偏光に変換されることによってＰ偏光とＳ偏光の両方を利用することができると共に、部材間（プリズム層１１と反射型偏光層１３との間、および反射型偏光層１３とλ／４層４１との間）に、空気層を介在させないようにしたので光の利用効率を向上させることができる。
【００２１】
図２は、図１に示される出射角θ１とプリズム頂角φとの相関関係を説明するための図である。上記説明では、一例として出射角θ１を４３．５°とした構成例を説明したが、出射角θ１を４３．５°以外の値にした場合でも、出射角θ１の値に応じてプリズム頂角φを変更することで、プリズム層１１の延設方向と垂直の方向にＰ偏光を出射させることが可能である。
【００２２】
出射角θ１とプリズム頂角φとの相関関係は、出射角θ１が小さくなるほどプリズム頂角φは大きくなり、出射角θ１が大きくなるほどプリズム頂角φは小さくなる。各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が５７．８°の場合、プリズム頂角φは３０°にすればよい。また、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が２５．３°の場合、プリズム頂角φは９０°にすればよい。
【００２３】
以上に説明したように、実施の形態１にかかる光学デバイス１００は、光源光２１に含まれるＰ偏光を透過させると共に、光源光２１に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光層１３と、反射型偏光層１３に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられ、反射型偏光層１３で反射された光に１／４波長の位相差を与える位相差層（λ／４層４１）と、位相差層を透過した光を反射して位相差層に再度入射させる反射板５０と、反射型偏光層１３からＰ偏光が出射される側にて反射型偏光層１３と平行かつ面接触した状態で設けられると共に、反射型偏光層１３側の面とは反対の面に断面三角形状のプリズム１１ｃが複数設けられたプリズム層１１と、を備え、位相差層は、反射板５０からの反射光に再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換し、プリズム層１１に設けられた各プリズム１１ｃは、位相差層から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部１１ｄと、反射型偏光層１３と平行に設けられ反射型偏光層１３を透過したＰ偏光を取り込むプリズム底面１１ｂと、プリズム頂部１１ｄの両側に形成されプリズム底面１１ｂから取り込まれたＰ偏光をプリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射するプリズム斜面１１ａとを有するようにしたので、反射型偏光層１３で反射された光が位相差層へ入射する際に部分反射が生じることがなく、また反射板５０で反射され位相差層を透過した光が反射型偏光層１３に入射する際にも部分反射が生じることがない。その結果、実施の形態１にかかる光学デバイス１００によれば、上述した従来技術に比べて、光の利用効率を向上させることが可能である。
【００２４】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる光学デバイス２００の構成図である。実施の形態１にかかる光学デバイス１００と異なる点は、反射板５０の代わりに、シート化した反射シート（反射部）５２が用いられている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００２５】
図３に示される光学デバイス２００は、プリズム層１１と、反射型偏光層１３と、λ／４層４１（位相差層）と、反射シート５２とを有して構成されている。
【００２６】
反射シート５２は、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行に設けられ、λ／４層４１側の面に断面三角形状の複数のプリズム５２ｃが設けられている。プリズム５２ｃは、反射シート５２が延在する方向に沿って配列されている。また反射シート５２は、λ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる。
【００２７】
反射シート５２に設けられた各プリズム５２ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部５２ｄと、光源光２１を取り込む光源光入射面５２ｂと、プリズム頂部５２ｄの一方の斜面であって光源光入射面５２ｂから取り込まれた光源光２１をλ／４層４１に向けて出射する光源光出射面５２ａと、プリズム頂部５２ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５２ｅとを有する。
【００２８】
光源光入射面５２ｂは、反射型偏光層１３の法線に直交する線と平行に設けられている。この線と反射面５２ｅとの成す角は、この線と光源光出射面５２ａとの成す角に等しい値である。このように、各プリズム５２ｃは、片側の斜面に反射面５２ｅを有している。なお図３では、説明の便宜上、プリズム頂部５２ｄがλ／４層４１と離反した状態で示されているが、実際にはプリズム頂部５２ｄがλ／４層４１の表面に接触した状態で設けられているものとする。
【００２９】
ここで、実施の形態２にかかる光学デバイス２００では、出射角θ１が４５°に設定され、プリズム頂角φ１が８２°に設定され、プリズム５２ｃの頂角（プリズム頂角φ２）が１２３．４°に設定されている。そのため、反射型偏光層１３を透過したＰ偏光は、プリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射される。
【００３０】
次に光学デバイス２００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図３に示される記号Ａ〜Ｅを用いて説明する。（Ａ）プリズム頂角φ１を８２°とし、プリズム頂角φ２を１２３．４°とし、出射角θ１を４５°とした場合、光源光２１は、光源光入射面５２ｂからプリズム５２ｃ内に入射する。プリズム５２ｃ内に取り込まれた光源光２１は、光源光出射面５２ａに対して垂直に近い角度で出射される。光源光出射面５２ａから出射された光源光２１は、λ／４層４１を透過し、光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光層１３を透過する。（Ｂ）光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光層１３で反射される。（Ｃ）反射型偏光層１３で反射された光は、λ／４層４１に入射した後に反射面５２ｅで反射されて再びλ／４層４１を透過する。（Ｄ）この光は、λ／４層４１を２度透過したことによりＰ偏光に変換され、変換されたＰ偏光は、反射型偏光層１３に入射する。そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４層４１で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光層１３を透過し、プリズム底面１１ｂからプリズム１１ｃ内に入射する。（Ｅ）プリズム１１ｃ内に入射した各Ｐ偏光は、プリズム斜面１１ａにて同方向（プリズム層１１の延設方向と垂直の方向）に揃えられて出射される。
【００３１】
実施の形態２にかかる光学デバイス２００では、シート化された反射シート５２がλ／４層４１に近接して配置されている。この構成によって、デバイス全体の小型化および薄型化を図ることが可能である。特に、反射型偏光層１３からプリズム頂部５２ｄまでにおける厚みを減らすことができるため、実施の形態１にかかる光学デバイス１００よりも小型化および薄型化を図ることが可能である。
【００３２】
なお、実施の形態２の説明では、一例として出射角θ１を４５°とした構成例を説明したが、出射角θ１を４５°以外の値にした場合でも、出射角θ１の値に応じて、プリズム頂角φ１とプリズム頂角φ２の値を変更することで、プリズム層１１の延設方向と垂直の方向にＰ偏光を出射させることが可能である。
【００３３】
実施の形態２にかかる出射角θ１とプリズム頂角φ１との相関関係は、実施の形態１と同様に、出射角θ１が小さくなるほどプリズム頂角φ１は大きくなり、出射角θ１が大きくなるほどプリズム頂角φ１は小さくなる。
【００３４】
出射角θ１とプリズム頂角φ２との相関関係は、出射角θ１が小さくなるほどプリズム頂角φ２は大きくなり、出射角θ１が大きくなるほどプリズム頂角φ２は小さくなる。各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が６０°の場合、プリズム頂角φ１は６５．４°、プリズム頂角φ２は１０８．９°にすればよい。また、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が３０°の場合、プリズム頂角φ１は１０７°、プリズム頂角φ２は１４０．８°にすればよい。
【００３５】
以上に説明したように、実施の形態２にかかる光学デバイス２００は、プリズム層１１と、反射型偏光層１３と、λ／４層４１と、反射シート５２とを有し、反射シート５２は、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行に設けられ、λ／４層４１側の面に断面三角形状の複数のプリズム５２ｃが設けられ、反射シート５２に設けられた各プリズム５２ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となるプリズム頂部５２ｄと、光源光２１を取り込む光源光入射面５２ｂと、プリズム頂部５２ｄの一方の斜面であって光源光入射面５２ｂから取り込まれた光源光２１をλ／４層４１に向けて出射する光源光出射面５２ａと、プリズム頂部５２ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５２ｅとを有するようにしたので、上述した従来技術よりも光の利用効率を向上させることができると共に、実施の形態１にかかる光学デバイス１００よりも小型化および薄型化を図ることが可能である。
【００３６】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる光学デバイス３００の構成図である。実施の形態２にかかる光学デバイス２００と異なる点は、反射シート（反射部）５３を反射シート５２の代わりに用いている点である。以下、実施の形態１、２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００３７】
図４に示される光学デバイス３００は、プリズム層１１と、反射型偏光層１３と、λ／４層４１（位相差層）と、反射シート５３とを有して構成されている。
【００３８】
反射シート５３は、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層１３と平行に設けられ、λ／４層４１側の面に断面三角形状の複数の第１のプリズム５４ｃが設けられ、λ／４層４１側の面とは反対の面に断面三角形状の複数の第２のプリズム５３ｃが設けられている。また反射シート５３は、λ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる。
【００３９】
第１のプリズム５４ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となる第１のプリズム頂部５４ｄ（第１の頂部）と、第１のプリズム頂部５４ｄの一方の斜面であって第１のプリズム５４ｃ内に取り込まれた光源光２１をλ／４層４１に向けて出射する光源光出射面５４ａと、第１のプリズム頂部５４ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５４ｅとを有する。
【００４０】
反射型偏光層１３の法線に直交する線と、反射面５４ｅとの成す角は、この線と光源光出射面５４ａとの成す角に等しい値である。このように、各第１のプリズム５４ｃは、片側の斜面に反射面５４ｅを有している。なお、図４では、説明の便宜上、第１のプリズム頂部５４ｄがλ／４層４１と離反した状態で示されているが、実際には第１のプリズム頂部５４ｄがλ／４層４１の表面に接触した状態で設けられているものとする。
【００４１】
第２のプリズム５３ｃは、反射型偏光層１３からλ／４層４１に向かう方向に凸となる第２のプリズム頂部５３ｄ（第２の頂部）と、この第２のプリズム頂部５３ｄの一方の斜面であって光源光２１を取り込む光源光入射面５３ｂと、第２のプリズム頂部５３ｄの他方の斜面であるプリズム斜面５３ａとを有する。
【００４２】
ここで、実施の形態３にかかる光学デバイス３００では、プリズム頂角φ２が９０°に設定され、反射型偏光層１３の法線に直交する線と光源光入射面５３ｂとの成す角θ３（以下単に「角θ３」と称する）が１０°に設定され、この線とプリズム斜面５３ａとの成す角θ４（以下単に「角θ４」と称する）が４５°に設定され、第２のプリズム５３ｃの頂角（プリズム頂角φ３）が１２５°に設定されている。そのため、光学デバイス３００では、出射角θ１が例えば６８．７°の光源光２１を取り込み、Ｐ偏光をプリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射することが可能である。
【００４３】
次に光学デバイス３００におけるＰ偏光およびＳ偏光の光路を図４に示される記号Ａ〜Ｅを用いて説明する。（Ａ）例えば、出射角θ１＝６８．７°の角度で光源光２１を反射シート５３に入射させたとき、光源光２１は、光源光入射面５３ｂから第２のプリズム５３ｃ内に入射する。第２のプリズム５３ｃ内に取り込まれた光源光２１は、第１のプリズム５４ｃを経由して光源光出射面５４ａに対してほぼ垂直に出射される。光源光出射面５４ａから出射された光源光２１は、λ／４層４１を透過し、光源光２１に含まれるＰ偏光は、反射型偏光層１３を透過する。（Ｂ）光源光２１に含まれるＳ偏光は、反射型偏光層１３で反射される。（Ｃ）反射型偏光層１３で反射された光は、λ／４層４１に入射した後に反射面５４ｅで反射されて再びλ／４層４１を透過する。（Ｄ）この光は、λ／４層４１を２度透過したことによりＰ偏光に変換され、変換されたＰ偏光は、反射型偏光層１３に入射する。そして、光源光２１に含まれるＰ偏光と、λ／４層４１で変換されたＰ偏光とは、各々反射型偏光層１３を透過し、プリズム底面１１ｂからプリズム１１ｃ内に入射する。（Ｅ）プリズム１１ｃ内に入射した各Ｐ偏光は、プリズム斜面１１ａにて同方向（プリズム層１１の延設方向と垂直の方向）に揃えられて出射される。
【００４４】
実施の形態３では、シート化された反射シート５３がλ／４層４１に近接して配置されているため、実施の形態１に比べてデバイス全体の小型化および薄型化を図ることが可能である。さらに、実施の形態３では、各プリズムの角度（プリズム頂角φ３、角θ３、角θ４など）を光源光２１の出射角θ１に応じて変更することができるため、実施の形態２に比べて光の利用効率を高めることが可能である。
【００４５】
図５は、図４に示される出射角θ１とプリズム頂角θ３との相関関係を説明するための図である。上記説明では、一例として出射角θ１を６８．７°とした構成例を説明したが、出射角θ１を６８．７°以外の値にした場合でも、出射角θ１の値に応じて、角θ３を変更させることで、プリズム１１ｃ内に入射したＰ偏光をプリズム層１１の延設方向と垂直の方向に出射させることが可能である。
【００４６】
出射角θ１と角θ３との相関関係は、出射角θ１が小さくなるほど角θ３は大きくなり、出射角θ１が大きくなるほど角θ３は小さくなる。より具体的には、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が５０°の場合、角θ３は３５°になる。また、各部材の屈折率が約１．４９であり、かつ、出射角θ１が７８．３°の場合、角θ３は５°になる。出射角θ１と角θ３との間には、このような相関関係があるため、光学デバイス３００は、出射角θ１の様々な角度にも柔軟に対応することができる。
【００４７】
また、実施の形態３では、角θ４が、光源光入射面５３ｂに入射して光源光出射面５４ａへ向かう光とプリズム斜面５３ａとが平行になる角度に設定される。このようにすることで、光源光入射面５３ｂに入射した光を、プリズム斜面５３ａで反射されることなく光源光出射面５４ａから出射させることができる。
【００４８】
以上に説明したように、実施の形態３にかかる光学デバイス３００は、反射シート５３は、λ／４層４１に光源光２１が入射する側にて反射型偏光層と平行に設けられ、λ／４層４１側の面に断面三角形状の複数の第１のプリズム５４ｃが設けられ、λ／４層４１側の面とは反対の面に断面三角形状の複数の第２のプリズム５３ｃが設けられ、第１のプリズム５４ｃは、λ／４層４１から反射型偏光層１３に向かう方向に凸となる第１のプリズム頂部５４ｄと、第１のプリズム頂部５４ｄの一方の斜面であって第１のプリズム５４ｃ内に取り込まれた光源光２１をλ／４層４１に向けて出射する光源光出射面５４ａと、第１のプリズム頂部５４ｄの他方の斜面であってλ／４層４１を透過した光を反射してλ／４層４１に再度入射させる反射面５４ｅとを有し、第２のプリズム５３ｃは、反射型偏光層１３からλ／４層４１に向かう方向に凸となる第２のプリズム頂部５３ｄと、この第２のプリズム頂部５３ｄの一方の斜面であって光源光２１を取り込む光源光入射面５３ｂと、第２のプリズム頂部５３ｄの他方の斜面であるプリズム斜面５３ａとを有するようにしたので、実施の形態１に比べてデバイス全体の小型化および薄型化を図ることができると共に、実施の形態２に比べて光の利用効率を高めることが可能である。
【００４９】
図６は、液晶表示装置のバックライトユニットに実施の形態２、３にかかる光学デバイス２００、３００を適用した例を示す図である。図６には、バックライトユニットの構成部である、光学デバイス２００、３００と、端部に設けられた光源から出射された光源光を導光しその光源光を光学デバイス２００、３００へ出射する導光部２０と、光学デバイス２００、３００の出射面側に配置される液晶パネル３０とが示されている。
【００５０】
図３、４に示される反射シート５２、５３は、導光部２０と対向する面に設けられ、図３、４に示されるプリズム層１１は、液晶パネル３０と対向する面に設けられている。このように、液晶表示装置のバックライトユニットに光学デバイス２００、３００を適用することによって、液晶パネル３０と導光部２０との間における厚みを減らすことができるため、バックライトユニットの更なる小型化および薄型化を図ることが可能である。
【００５１】
なお、実施の形態１〜３では、プリズム層１１、反射型偏光層１３、およびλ／４層４１などの各部材の屈折率を約１．４９とした場合の構成例を説明したが、前述した相関関係が成り立つように構成すれば、各部材の屈折率は、他の値であってもよい。
【００５２】
また、実施の形態１〜３にかかる光学デバイス１００〜３００は、例えば偏光顕微鏡にも適用可能である。
【００５３】
また、実施の形態１〜３に示した光学デバイス１００〜３００は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明は、光学デバイスに適用可能であり、特に、バックライト光源部から表示部に入射する光の利用効率を向上させることができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１１ プリズム層
１１ａ、５３ａ プリズム斜面
１１ｂ プリズム底面
１１ｃ、５２ｃ プリズム
１１ｄ、５２ｄ プリズム頂部
１３ 反射型偏光層
２０ 導光部
２１ 光源光
３０ 液晶パネル
４１ λ／４層（位相差層）
５０ 反射板（反射部）
５２、５３ 反射シート（反射部）
５２ａ、５４ａ 光源光出射面
５２ｂ、５３ｂ 光源光入射面
５２ｅ、５４ｅ 反射面
５３ｃ 第２のプリズム
５３ｄ 第２のプリズム頂部
５４ｃ 第１のプリズム
５４ｄ 第１のプリズム頂部
１００、２００、３００ 光学デバイス
θ１ 反射型偏光板の法線に対する光源光の出射角
θ３ 反射型偏光層の法線に直交する線と光源光入射面との成す角
θ４ 反射型偏光層の法線に直交する線とプリズム斜面との成す角
φ、φ１、φ２、φ３ プリズム頂角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光源光に含まれるＰ偏光を透過させると共に、前記光源光に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光層と、
前記反射型偏光層に前記光源光が入射する側にて前記反射型偏光層と平行かつ面接触した状態で設けられ、前記反射型偏光層で反射された光に１／４波長の位相差を与える位相差層と、
前記位相差層を透過した光を反射して前記位相差層に再度入射させる反射部と、
前記反射型偏光層からＰ偏光が出射される側にて前記反射型偏光層と平行かつ面接触した状態で設けられると共に、前記反射型偏光層側の面とは反対の面に断面三角形状のプリズムが複数設けられたプリズム層と、
を備え、
前記位相差層は、前記反射部からの反射光に再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換し、
前記プリズム層に設けられた各プリズムは、前記位相差層から前記反射型偏光層に向かう方向に凸となる頂部と、前記反射型偏光層と平行に設けられ前記反射型偏光層を透過したＰ偏光を取り込む底面と、前記頂部の両側に形成され前記底面からプリズム内に取り込まれたＰ偏光を前記プリズム層の延設方向と垂直の方向に出射する斜面と、を有することを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記反射部は、前記位相差層に前記光源光が入射する側にて前記反射型偏光層と平行に設けられ、前記位相差層側の面に断面三角形状の複数のプリズムが設けられ、
前記反射部に設けられた各プリズムは、前記光源光を取り込む光源光入射面と、前記位相差層から前記反射型偏光層に向かう方向に凸となる頂部と、この頂部の一方の斜面であって前記光源光入射面から取り込まれた光源光を前記位相差層に向けて出射する光源光出射面と、この頂部の他方の斜面であって前記位相差層を透過した光を反射して前記位相差層に再度入射させる反射面とを有することを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記プリズム層に設けられた各プリズムの頂部の角度は、前記反射型偏光層の法線に対する前記光源光の出射角が、大きいほど小さく、かつ、小さいほど大きくなることを特徴とする請求項１または２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記反射部は、前記位相差層に前記光源光が入射する側にて前記反射型偏光層と平行に設けられ、前記位相差層側の面に断面三角形状の複数の第１のプリズムが設けられ、前記位相差層側の面とは反対の面に断面三角形状の複数の第２のプリズムが設けられ、
前記第１のプリズムは、前記位相差層から前記反射型偏光層に向かう方向に凸となる第１の頂部と、前記第１の頂部の一方の斜面であって前記第１のプリズム内に取り込まれた光源光を前記位相差層に向けて出射する光源光出射面と、前記第１の頂部の他方の斜面であって前記位相差層を透過した光を反射して前記位相差層に再度入射させる反射面とを有し、
前記第２のプリズムは、前記反射型偏光層から前記位相差層に向かう方向に凸となる第２の頂部と、この第２の頂部の一方の斜面であって前記光源光を取り込む光源光入射面と、前記第２の頂部の他方の斜面とを有することを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記反射型偏光層の法線と直交する線と前記光源光入射面との成す角は、前記反射型偏光層の法線に対する前記光源光の出射角が、大きいほど小さく、かつ、小さいほど大きくなることを特徴とする請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記反射型偏光層の法線と直交する線と前記他方の斜面との成す角は、前記光源光入射面に入射して前記光源光出射面へ向かう光と前記他方の斜面とが平行になる角度に設定されていることを特徴とする請求項４または５に記載の光学デバイス。
【請求項１】
光源から出射された光源光に含まれるＰ偏光を透過させると共に、前記光源光に含まれるＳ偏光を反射させる反射型偏光層と、
前記反射型偏光層に前記光源光が入射する側にて前記反射型偏光層と平行かつ面接触した状態で設けられ、前記反射型偏光層で反射された光に１／４波長の位相差を与える位相差層と、
前記位相差層を透過した光を反射して前記位相差層に再度入射させる反射部と、
前記反射型偏光層からＰ偏光が出射される側にて前記反射型偏光層と平行かつ面接触した状態で設けられると共に、前記反射型偏光層側の面とは反対の面に断面三角形状のプリズムが複数設けられたプリズム層と、
を備え、
前記位相差層は、前記反射部からの反射光に再度１／４波長の位相差を与えてＰ偏光に変換し、
前記プリズム層に設けられた各プリズムは、前記位相差層から前記反射型偏光層に向かう方向に凸となる頂部と、前記反射型偏光層と平行に設けられ前記反射型偏光層を透過したＰ偏光を取り込む底面と、前記頂部の両側に形成され前記底面からプリズム内に取り込まれたＰ偏光を前記プリズム層の延設方向と垂直の方向に出射する斜面と、を有することを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記反射部は、前記位相差層に前記光源光が入射する側にて前記反射型偏光層と平行に設けられ、前記位相差層側の面に断面三角形状の複数のプリズムが設けられ、
前記反射部に設けられた各プリズムは、前記光源光を取り込む光源光入射面と、前記位相差層から前記反射型偏光層に向かう方向に凸となる頂部と、この頂部の一方の斜面であって前記光源光入射面から取り込まれた光源光を前記位相差層に向けて出射する光源光出射面と、この頂部の他方の斜面であって前記位相差層を透過した光を反射して前記位相差層に再度入射させる反射面とを有することを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記プリズム層に設けられた各プリズムの頂部の角度は、前記反射型偏光層の法線に対する前記光源光の出射角が、大きいほど小さく、かつ、小さいほど大きくなることを特徴とする請求項１または２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記反射部は、前記位相差層に前記光源光が入射する側にて前記反射型偏光層と平行に設けられ、前記位相差層側の面に断面三角形状の複数の第１のプリズムが設けられ、前記位相差層側の面とは反対の面に断面三角形状の複数の第２のプリズムが設けられ、
前記第１のプリズムは、前記位相差層から前記反射型偏光層に向かう方向に凸となる第１の頂部と、前記第１の頂部の一方の斜面であって前記第１のプリズム内に取り込まれた光源光を前記位相差層に向けて出射する光源光出射面と、前記第１の頂部の他方の斜面であって前記位相差層を透過した光を反射して前記位相差層に再度入射させる反射面とを有し、
前記第２のプリズムは、前記反射型偏光層から前記位相差層に向かう方向に凸となる第２の頂部と、この第２の頂部の一方の斜面であって前記光源光を取り込む光源光入射面と、前記第２の頂部の他方の斜面とを有することを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記反射型偏光層の法線と直交する線と前記光源光入射面との成す角は、前記反射型偏光層の法線に対する前記光源光の出射角が、大きいほど小さく、かつ、小さいほど大きくなることを特徴とする請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記反射型偏光層の法線と直交する線と前記他方の斜面との成す角は、前記光源光入射面に入射して前記光源光出射面へ向かう光と前記他方の斜面とが平行になる角度に設定されていることを特徴とする請求項４または５に記載の光学デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８１９５５（Ｐ２０１２−１８１９５５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４２６６４（Ｐ２０１１−４２６６４）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（５０３３５４０４４）財団法人２１あおもり産業総合支援センター (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（５０３３５４０４４）財団法人２１あおもり産業総合支援センター (27)
【Ｆターム（参考）】
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