WO2002054119A1 - Plaque de guidage de la lumiere et dispositif d'affichage a cristaux liquides comprenant cette plaque - Google Patents

Description

明 細 書 導光板及びこの導光板を備えた液晶表示装置 技術分野

本発明は、 液晶パネルの照明光のように決められた方向の偏光を出射する導 光板およびこの導光板を用いる液晶表示装置に関する。 背景技術

情報端末の表示機器などに使われる液晶パネル 5 ' を用いた液晶表示装置に おいては、 液晶パネル 5' は自らは発光しないので、 例えば、 図 65に示す様 な照明装置 6 ' と組み合わせて用いられる。 図 65に図示する照明装置 6 'は、 光源 2' として冷陰極管と、 透明材料で成形された導光手段 40' と、 反射板 手段 30 ' (30 a'、 30 b' ) と、 から構成される。

光源 2 ' から発した光 3 a' は導光手段 40 ' に入射し、 反射手段 30 ' で の反射を繰り返しながら導光手段 40， 内を進み、 液晶パネル 5' がある方向 に出射する。 この時、 液晶パネル 5' を均一に照明するように、 導光手段 40 ' の内外には、 光を拡散させたり、 あるいは指向性を持たせるような構造 （詳し くは後述） を備える場合がある。

液晶パネル 5 ' は、 液晶板 52 ' を偏光板 51 '， 53' により両側から挟む ようにして配置されている。 液晶板 52 ' は、 図示を省略した表示信号が加え られた部分 52 a' (以下、 表示部分 52 a') では入射する所定の向きの直線 偏光をそのまま透過させ、 表示信号が無い部分 52 b' (以下、 透過部分 52 b') では、 所定の向きの直線偏光が入射すると、 その偏光方向を 90度回転さ せて出射するように動作する。 このような機能は、 ツイストネマティック型と 呼ばれる液晶パネルで実用化されている。

実際上のツイストネマティック型の液晶パネル 5' は、 偏光板 51 ' を透過 する直線偏光の向きと上述の無制御状態の液晶板 52 ' を透過する直線偏光の 向きとを一致させてあり、 偏光板 53' を透過する偏光の向きと偏光板 51 ' を透過する偏光の向きとを直交させてある。

このような構成のもと、 照明装置 6' から光が出射されると、 照明装置 6' から偏光板 51 ' へ進む非偏光な照明光 （31：！'〜 34 j ) は、 液晶パネル 5 ' の偏光板 51 ' の偏光分離機能のため、 照明装置 6' からの入射光 （31 j〜 34 j ) のうち偏光板 51 ' を透過する紙面に垂直な偏光成分 （31 d〜34 d) だけが透過する。

液晶板 52' の図形や文字などの表示部分 52 a '、 および、 全体の背景光を 構成する透過部分 52 b' に所定の向きの直線偏光 31 d〜34 dが入射する と、 表示部分 52 a， では偏光方向をそのままに 31 e, 32 eが透過し、 ま た、 透過部分 52b' では偏光方向が 90 ° 変換されて 33 e , 34 eが透過 する。

従って、 液晶パネル 5 '全体としては、 無制御状態の表示（透過部分 52 b') では偏光板 51' を透過する偏光の照明光は液晶パネル 5' も透過して （直線 偏光 33 f， 34 f ) 液晶パネル 5' の全面を明るくし、 図形や文字などの表 示箇所 （表示部分 52 a') のみに電圧を印加して図形や文字パターン部分 （表 示部分 52 a') では偏光板 53 ' と直交する光が透過するが偏光板 53， で吸 収するため黒色の図形 ·文字パターンとして表示される。

このように、 偏光板 51 ' において、 照明装置 6' からの入射光 （31 j〜 34 j ) では、 透過する光 31 d〜 34 d以外の光 （紙面に水平な両矢印で図 示される偏光成分)、 すなわち全光量の半分以上の光は吸収される。

次に、 従来技術による液晶表示装置.照明装置の開示例を説明する。 図 66 は一連の日本国特許、 特許第 2 8 1 3 1 3 1号公報 「回折格子を利用したバッ クライト導光板」、 特許第 2 8 6 5 6 1 8号公報 「導光板および導光板ァセンブ リ」、 特許第 2 9 8 6 7 7 3号公報 「点光源用の導光板」 に開示された液晶表示 装置に係わり、 高輝度と輝度の均一性を図るものである。

図 6 6おいて、 光源 2 ' からバックライト導光板 7 1に入射した光は、 回折 格子 7 2で回折されて、 拡散板 7 5および集光用プリズムシート 7 6を介して 液晶パネル 5 ' のバックライトとしての照明光が形成される。 ここで、 回折格 子 7 2はサブミクロンから数十ミクロンのピッチで形成し、 バックライト導光 板 7 1の面上を均一に照らし、 また、 色収差を拡散板 7 5で解決できることが 述べられている。

これらの例に述べられた回折格子 7 2は、 光源から導光板内に入射した光を 液晶パネルの方向に反射偏光するように用いられている。 回折格子 7 2の構造 は、 上記特許公報に開示されているように正弦波形状、 鋸歯形状 （ブレーズ形 状)、 矩形形状などのように単一の形状の繰り返しによるものである。

図 6 7は日本国特開平 5— 1 4 2 5 3 6号公報 「照明装置」 に開示され、 ケ 一シング 7 7内に一組の光源 2 ' と、 この光源 2 ' の間の空間に対向させて配 置した反射板 7 7 aと、 拡散板 7 8と、 を有する照明装置であって、 更に反射 板 7 7 aと拡散板 7 8との間に形成される空間に、 光源 2 ' から遠ざかるに従 つて反射板 7 7 aとの距離が小さくなる傾斜を有し、 かつ光源 2 ' から遠ざか るに従って孔径が大きくなる孔 8 0を多数形成した調光板 7 9が設けられてい る。

かかる構成により、 反射板 7 7 aと拡散板 7 8とで反射面および拡散面が形 成され、 調光板 7 9がケーシング 7 7内の光に対して反射'拡散の両方の機能 を営み、 孔 8 0の孔径と分布密度により、 照明装置の軽量化を可能にして均一 な光分布を効率よく形成することが述べられている。 図 6 8は日本国特開平 8— 2 8 6 0 4 3号公報 「液晶表示装置の照明用導光 板およびその製造方法」 に開示され、 透光性導光板 8 1の下面に光拡散フィル ム 8 2がー体に形成され、 透光性導光板 8 1のもう一方の表面にプリズム形状 が形成されている。 かかる構成により、 液晶表示装置への照明光の均一化を図 ることができ、 従来技術で行われている透光性導光板 8 1の下面のドットパタ —ン印刷の除去や、 このドットパターンを見えなくするため、 例えば図 6 6で 述べた拡散板 7 5や集光用プリズムシ一卜 7 6の設置によるバックライトの組 み立ての煩雑さや、 拡散板 7 5の設置による光の利用効率が悪いなどの問題を 解決できることが述べられている。

また、 図 6 9は日本国特開平 9一 3 0 6 2 2 1号公報 「バックライト用照明 装置」 に開示され、 導光板 8 6の背面 8 6 a側に施される反射処理 8 7は、 光 源 2 ' の軸に沿う線状の反射カツト 8 7 aが形成され、 拡散板 8 8は、 照明側 の表面を光源 2 ' の軸に平行する凹凸面 8 8 aとしてあるバックライト用照明 装置としたことで、 導光板 8 6の背面 8 6 aでほぼ全反射を行い、 反射効率に 優れる反射カット 8 7 aを施したときにも、 拡散板 8 8に形成した凹凸面 8 8 aでこの拡散板 8 8に従来技術による拡散板以上の拡散作用を与えることがで き、 輝度ムラの防止と明るさの向上を図ることができる。

また、 図 7 0は日本国特開平 5— 1 9 6 8 2 0号公報 「バックライト導光板」 に開示され、 液晶パネル 5 ' の後方に光を導く導光板 8 9を備え、 その片側も しくは両面の端部に管状の光源 2 ' を備え、 この導光板 8 9の後面に側方向か ら入射されてくる光を前方に反射する微小な反射面 8 9 aを形成し、 更に粘着 テープ 9 1および V形位置決め爪 9 3からなる光源 2 ' の取付けの位置決め構 造を備えることにより、 コンパクトで画面が明るく、 駆動電力が少なくてすむ バックライト光を形成することができる。

また、 日本国特開平 1 1 _ 2 8 1 9 7 8号公報 「バックライトの製造方法お よび液晶表示装置」 は、 図 7 1に示すように、 液晶板 9 5 aの表裏を偏光板 9 5 b， 9 5 cで挟んでなる液晶パネル 9 5 dの表示面の裏面に、 拡散板 9 5 e と、 ホログラム 9 5： f を有する導光板 9 5 gと、 λ Ζ 4板 9 5 hと、 反射板 9 5 iを設けたものであり、 光源 2 ' から導光板 9 5 gに入射した光をホログラム 9 5 fが偏光分離し、 両偏光を利用することで光利用効率を向上する構成が開 示されている。

また、 日本国特開 2 0 0 1 - 1 8 8 1 2 6号公報 「偏光分離プリズムシート および照明装置」 には図 7 2に示すように、 液晶板 9 6 aの表裏を偏光板 9 6 b , 9 6 cで挟んでなる液晶パネル 9 6 dの表示面の裏面に、 凹凸形状を有す る透光性支持体 9 6 eの表面に液晶層 9 6 f を有する偏光分離プリズムシ一ト 9 6 gと、 1 / 4波長板 9 6 hと、 導光板 9 6 iと、 反射板 9 6 jを備える照 明装置 9 6 kを設けたものであり、 光源 2 ' から導光板 9 6 iに入射する光を 偏光分離し、 両偏光を利用することで光利用効率を向上する構成が開示されて いる。

また、 日本国特開 2 0 0 1— 1 8 8 1 2 6号公報に示された構成と同様の考 えかたで両偏光を利用し光利用効率を向上する構成が日本国特開平 1 0— 2 5 3 8 3 0号公報および日本国特開平 1 1一 1 4 9 0 7 4号公報にも述べられて いる。

また、 日本国特開平 9— 2 7 4 1 0 9号公報 「シート状偏光素子及びこれを 用いた液晶表示素子」 にはシート状のプリズムを利用して導光板に入射する光 を偏光分離し、 両偏光を利用することで光利用効率を向上する構成が開示され ている。

その他、 日本国特開平 1 0— 2 5 3 8 3 0号公報 「バックライ卜ュニッ卜」 にも、 偏光分離機能を有する素子を用いるバックライトが開示されている。 これらの構成では、 偏光分離機能を有する素子を用いることによって光利用 効率を向上させ、 画面が明るく、 駆動電力が少なくて済むバックライ卜光を形 成することができる。

従来技術として、 図 6 5〜図 7 0を用いて説明したような液晶表示装置 ·照 明装置では、 導光板のエッジに配置された光源から液晶パネルなどへの背面に 照明する面光源の光輝度性と輝度の均一性が図られている。 しかし、 液晶パネ ル自身は、 決まった向きの偏光だけを使う被照明対象機器であり、 液晶パネル への入射光の半分は偏光板で除去されて利用されていないという問題点があつ た。

また、 他の従来技術として、 図 7 1， 図 7 2を用いて説明したような液晶表 示装置 ·照明装置では、 偏光分離素子を用いることにより、 従来は照明に寄与 していなかった偏光成分も有効に利用するようにした構成も提案されている。 しかしこれらの構成では、 偏光分離素子や位相板が新たな部品として加わるた め、 装置全体の大型化、 高コスト化を招く問題があった。

本発明は前記した課題を解決するためになされたものであり、 その目的は、 液晶パネルなどの偏光板で入射が阻止される偏光成分を、 導光手段の表面に設 けられた格子構造体である偏光分離手段により導光手段内に戻し、 偏光変換手 段で直線偏光方向を変換させつつ反射板である反射手段により再び偏光分離手 段へ入射させることにより、 液晶パネルで入射される偏光成分として取り出す ようにしたため、 従来では有効活用されていない光の偏光成分を取り出せるよ うにし、 発光素子などの部品の点数を削減し、 消費電力も減少させるような導 光板およびこの導光板を備えた液晶表示装置を提供することにある。 発明の開示

上記課題を解決するため、 導光板を改良し、 さらに、 このような導光板を採 用した液晶表示装置としたため、 大幅な薄型化 ·部品数低減と輝度向上とを共 に実現する。

請求項 1に係る発明の導光板によれば、

光の偏光方向に応じて反射光と透過光とを分離する偏光分離手段と、 光を反射する反射手段と、

透過する光に対して 0 + η · 180° (但し、 0 は 30° 150° の範囲内にあって、 nは整数である） の条件を満たすように位相差を与える偏 光変換手段と、

前記偏光分離手段と前記反射手段との間に前記偏光変換手段を挟み、 これら がー体となるように設けた導光手段と、

を備えることを特徴とする。

また、 請求項 2に係る発明の導光板によれば、

請求項 1に記載の導光板において、

好ましくは、前記偏光変換手段の 80 %以上の領域で、透過する光に対して、 0₂ + n■ 180° (但し、 0₂は 45° ≤0₂≤135° の範囲内にあって、 n は整数である） の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とする。

また、 請求項 3に係る発明の導光板によれば、

請求項 1または請求項 2に記載の導光板において、

さらに好ましくは、 前記偏光変換手段の 60%以上の領域で、 透過する光に 対して、 0₃ + n · 180° (但し、 0₃は 60° ≤ 0₃≤ 120° の範囲内にあ つて、 nは整数である） の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とす る。

また、 請求項 4に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構 造である誘電体格子からなる格子構造体とすることを特徴とする。 また、 請求項 5に係る発明の導光板によれば、

請求項 4に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状が、 矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形という凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組合せた形 状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする。

また、 請求項 6に係る発明の導光板によれば、

請求項 5に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 矩形、 台形、 三角形あるいは正弦波形のい ずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、 格子周期が、 0 . 3〜0 . 8 m、 格子深さが 0 . 2〜0 . 5 mであることを特徴とする。

また、 請求項 7に係る発明の導光板によれば、

請求項 6に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、 基本形状に微細な形状を組み合わせ て形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする。

また、 請求項 8に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構 造である誘電体格子の表面に、 所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、 あるいは、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面 層を加えた格子構造体であることを特徴とする。

また、 請求項 9に係る発明の導光板によれば、

請求項 8に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状が、 矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組合 せた形状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする。 また、 請求項 1 0に係る発明の導光板によれば、

請求項 9に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、格子周期 0 . 3〜 0 . 8 z m、格子深さ 0 . 2〜0 . 5 であり、

前記格子構造体の表面に設けられる表面層は、 厚さ 5 0〜 1 5 0 n mの二酸 化チタン （T i 0₂) または五酸化タンタル （T a ₂0₅) と、 厚さ 7 0〜2 0 0 n mの二酸化シリコン （S i〇₂) と、 を交互に積層した複数層である、 ことを特徴とする。

また、 請求項 1 1に係る発明の導光板によれば、

請求項 1 0に記載した導光板において、

前記格子構造体は、 前記誘電体格子と前記表面層との間に 0を超えて 1 0 0 n mまでの厚さの一酸化シリコン （S i〇） 層を備えることを特徴とする。 また、 請求項 1 2に係る発明の導光板によれば、

請求項 1 1に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、 基本形状に微細な形状を組み合わせ て形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする。

また、 請求項 1 3に係る発明の導光板によれば、

請求項 8〜請求項 1 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記格子構造体は、 前記誘電体格子の表面に、

スピンコ一夕一法あるいは口一ルコ一夕一法により、 溶媒で希釈された物質 を付けた後で溶媒を除去する工程を一度または複数回繰り返して形成した表面 または、

蒸着法、 スパッタ法あるいはイオンプレ一ティング法の何れかにより、 一層 の物質、 あるいは、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を形成した表面 を備えることを特徴とする。

また、 請求項 1 4に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構 造である誘電体格子の凹部に、 所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、 または、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層、 を加えた格子構造体であることを特徴とする。

また、 請求項 1 5に係る発明の導光板によれば、

請求項 1 4に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状が、 矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組合 わせた形状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする。 また、 請求項 1 6に係る発明の導光板によれば、

請求項 1 5に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、格子周期 0 . 3〜 0 . 8 m、格子深さ 0 . 2〜0 . 5 mであり、

前記格子構造体の凹部に設けられる表面層は、 厚さ 5 0〜 1 5 0 nmの二酸 化チタン （T i 0₂) または五酸化タンタル （T a ₂ 0₅) と、 厚さ 7 0〜2 0 0 n mの二酸化シリコン （S i 0₂ ) と、 を交互に積層した複数層である、 ことを特徴とする。

また、 請求項 1 7に係る発明の導光板によれば、

請求項 1 6に記載した導光板において、

前記格子構造体は、 誘電体格子と表面層との間に 0を超えて 1 0 O n mまで の厚さの一酸化シリコン （S i 0) 層を備えることを特徴とする。 また、 請求項 1 8に係る発明の導光板によれば、

請求項 1 7に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、 基本形状に微細な形状を組み合わせ て形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする。

また、 請求項 1 9に係る発明の導光板によれば、

請求項 1 4〜請求項 1 8の何れか一項に記載の導光板において、

前記格子構造体は、 誘電体格子の表面に、

スピンコ一夕一法あるいはロールコ一夕一法により、 溶媒で希釈された物質 を付けた後で溶媒を除去し、 さらに誘電体格子の凸部の頂上にある物質のみを 除去する工程を一度あるいは複数回繰り返して凹部に形成した一層の物質、 あ るいは、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる表面層、

または、

蒸着法、 スパッタ法あるいはイオンプレ一ティング法の何れかにより、 物質 を付けた後で凸部の頂上にある物質のみを除去する工程を一度あるいは複数回 繰り返して凹部に形成した一層の物質、 あるいは、 隣接する層間で互いに屈折 率の異なる物質からなる表面層、

を備えることを特徴とする。

また、 請求項 2 0に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質が積層状に 形成された凸部の周期的な繰り返し構造である格子からなる格子構造体とする ことを特 [とする。

また、 請求項 2 1に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 0に記載の導光板において、

前記格子構造体は、 その断面形状が矩形、 台形、 三角形あるいは正弦波形の いずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組合わせた形状、 の いずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする。

また、 請求項 2 2に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 1に記載の導光板において、

前記格子構造体は、

スピンコ一ター法またはロールコーター法により、 溶媒で希釈された物質を 付けた後、 溶媒を除去する工程を複数回繰り返し形成した、 隣接する層間で互 いに屈折率の異なる物質からなる膜、

または、

蒸着法、 スパッタ法あるいはイオンプレ一ティング法の何れかにより形成し た、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる膜、

に対してエンボス加工を行うことにより形成された格子であることを特徴と する。

また、 請求項 2 3に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構 造である誘電体格子の表面に、 金属材料により形成した周期的な繰り返し構造 である金属格子を設けた格子構造体であることを特徴とする。

また、 請求項 2 4に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 3に記載の導光板において、

前記格子構造体の金属格子は、 反射率が 6 0 %以上の金属薄膜により形成さ れることを特徴とする。

また、 請求項 2 5に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 4に記載の導光板において、

前記金属格子の金属薄膜は、 Mg、 Se、 Y、 i、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Ru> Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge、 T¾、 Pb、 Snからな る化合物単独、 あるいは、 これらを 2種以上組み合わせた合金であることを特 徴とする。

また、 請求項 2 6に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 3〜請求項 2 5の何れか一項に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状は、 矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組み 合わせた形状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする。 また、 請求項 2 7に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 6に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 矩形、 台形、 三角形あるいは正弦波形のい ずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、 格子周期が 0を超えて 0 . 4 /1 m以下、 格子深さが 0を超えて 0 . 2 x m以下であることを特徴とする。

また、 請求項 2 8に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 7に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、 基本形状に微細な形状を複数組み合 わせて形成した凸部であることを特徴とする。

また、 請求項 2 9に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 導光手段、 透明基板、 または透明フィルムに対して金 属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造 体とすることを特徴とする。

また、 請求項 3 0に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 9に記載の導光板において、

前記格子構造体は、 反射率が 6 0 %以上の金属薄膜である金属格子を形成し た格子構造体であることを特徴とする。

また、 請求項 3 1に係る発明の導光板によれば、

請求項 3 0に記載の導光板において、

前記金属格子の金属薄膜は、 Mg、 Se、 Y、 Ti、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Cr、 Fe, Co, Ni、 Ru、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge、 Te、 Pb、 Snからな る化合物単独、 あるいは、 これらを 2種以上組み合わせた合金であることを特 徴とする。

また、 請求項 3 2に係る発明の導光板によれば、

請求項 3 0または請求項 3 1に記載の導光板において、

前記金属格子の金属薄膜の膜厚は 0 . 0 5 m以上、 格子の周期 Tは 0 . 0 5〜0 . 2 5 mであり、 格子の幅は、格子の周期 Tに対して 0 . 2 5 T〜0 . 8 5 Τの範囲であることを特徴とする。

また、 請求項 3 3に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 9〜請求項 3 2の何れか一項に記載の導光板において、

導光手段、 透明基板、 または透明フィルムと、 前記金属格子と、 の間に下地 層が形成され、

前記金属格子および前記下地層の表明に保護膜を形成することを特徴とする。 また、 請求項 3 4に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 9〜請求項 3 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記金属格子は、 導光手段、 透明基板、 透明フィルムまたは下地層の表面に 縞状の格子パターンを有するマスクを通して、 蒸着法， スパッタ法， イオンプ レーティング法， またはドライエッチング法の何れかにより形成することを特 徵とする。

また、 請求項 3 5に係る発明の導光板によれば、

請求項 2 9〜請求項 3 4の何れか一項に記載の導光板であって、 透明フィル ムの表面側に金属薄膜からなる金属格子が形成された格子構造体を有する導光 板において、

前記格子構造体は、 透明フィルムに金属格子を形成した後、 その透明フィル ムを縞方向に延伸して金属格子を微細なパターンとし、 透明フィルムと共に導 光手段または透明基板上に貼り付けて形成することを特徴とする。

また、 請求項 3 6に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 3 5の何れか一項に記載の導光板において、

前記導光手段は樹脂を材料とし、 前記偏光変換手段を複屈折分布とすること を特徴とする。

また、 請求項 3 7に係る発明の導光板によれば、

請求項 3 6に記載の導光板において、

前記導光手段の材料は、 アクリル系樹脂、 ポリカーボネート系樹脂、 ァクリ ロニトリル ·スチレン系樹脂、 エポキシ系樹脂、 または、 ォレフィン系樹脂の 何れかであることを特徵とする。

また、 請求項 3 8に係る発明の導光板によれば、

請求項 3 6または請求項 3 7に記載の導光板において、

異方配向したスキン層により内部複屈折を形成したことを特徴とする。

また、 請求項 3 9に係る発明の導光板によれば、

請求項 3 6〜請求項 3 8の何れか一項に記載の導光板において、

樹脂を材料とする導光手段は配向が大きいことを特徴とする。

また、 請求項 4 0に係る発明の導光板によれば、 .

請求項 3 6〜請求項 3 9の何れか一項に記載の導光板において、

導光手段を形成した樹脂には主材と異なる、 異方性を有する樹脂ポリマを所 定量含むことを特徴とする。

また、 請求項 4 1に係る発明の導光板によれば、 請求項 4 0に記載の導光板において、

主材と異なる樹脂ポリマはスチレンビーズないし液晶ポリマであることを特 徴とする。

また、 請求項 4 2に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 4 1の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段は、 前記導光手段のうち光が入射される面と、 偏光分離手段が 形成される面と、 を除く面のすべてまたは一部に設けられることを特徴とする。 また、 請求項 4 3に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 4 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段の一部又は全部は微細な凹凸からなる拡散性ホログラム、 体積 型拡散性ホログラム、 または、 スペックル拡散面の何れかとし、 前記偏光分離 手段に向けて拡散反射することを特徴とする。

また、 請求項 4 4に係る発明の導光板によれば、

請求項 4 3に記載の導光板において、 .

前記反射手段の拡散性ホログラム、 体積型の拡散性ホログラム、 または、 ス ペックル拡散面に金属反射膜を形成することを特徴とする。

また、 請求項 4 5に係る発明の導光板によれば、

請求項 4 3または請求項 4 4に記載の導光板において、

前記反射手段の中の一つの拡散性ホログラムは、 ひとつの入射光を複数の出 射光に分岐する機能を有し、 ( x ) の位相差分布を有する入射光を i番目の 出射光に変換する機能を表す位相差分布を P i ( X )とし、下記の数式 1で表され る位相差分布 P ( X )を有することを特徴とする。

k

Pipe) = ^mod[ a j (^x) · ^mod[ Pj (^χ) - jW+ Cy^] + modLPi +cレ ] 数式 1 (但し、 xは拡散性ホログラム上の位置を表すベクトル、 πは円周率、 mは自 然数、 kは 2以上の整数、 a』·は 0く a』く 1を満たす関数、 c jは定数、 mod [A, B ] は Aを Bで除したときの余りを表す関数である。）

また、 請求項 4 6に係る発明の導光板によれば、

請求項 4 5に記載の導光板において、

前記反射手段の拡散性ホログラムの位相差分布が前記 P ( X )となるように、 表面形状 D ' ( X )が、 下記の数式 2で表されることを特徴とする。

Ό^,(χ) = -(1/2_η5) · (λ/π) ·Ρ(χ) 数式 2

(但し、 n _sは拡散性ホログラムの周囲の媒質の屈折率、 λは波長を表す。） また、 請求項 4 7に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 4 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段は金属により形成されることを特徴とする。

また、 請求項 4 8に係る発明の導光板によれば、

請求項 4 7に記載の導光板において、

金属が、 Mg、 Se、 Y、 Ti、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Pt、 Cu、' Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge、 Te、 Pb、 Sn からなる化合物単独、 ある いは、 これらを 2種以上組み合わせた合金であることを特徴とする。

また、 請求項 4 9に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 4 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段は誘電体多層膜により形成されることを特徴とする。

また、 請求項 5 0に係る発明の導光板によれば、

請求項 4 9に記載の導光板において、

前記誘電体多層膜に金属反射膜を形成することを特徴とする。

また、 請求項 5 1に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 4 2の何れか一項に記載の導光板において、 前記反射手段は印刷により形成されるパタンであることを特徴とする。

また、 請求項 5 2に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 4 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段は散乱面であることを特徴とする。

また、 請求項 5 3に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 5 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 前記光源から位置が遠ざかるにつれて透過率を高くす ることを特徴とする。

また、 請求項 5 4に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 5 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 光源から入射される光に対して直交するように格子構 造体が形成されることを特徴とする。

また、 請求項 5 5に係る発明の導光板によれば、

請求項 1〜請求項 5 4の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段は、 前記光源から位置が遠ざかるにつれて反射率を高めること を特徴とする。

また、 請求項 5 6に係る発明の液晶表示装置によれば、

光源と、

前記光源から出射される光のうち互いに直交する二の偏光成分の一方の偏光 成分を透過する請求項 1〜請求項 5 5の何れか一項に記載の導光板と、

前記導光板から出射される偏光が照明される液晶パネル板と、

を備えることを特徴とする。

また、 請求項 5 7に係る発明の液晶表示装置によれば、

請求項 5 6に記載の液晶表示装置において、

前記液晶パネル板は、 液晶板と、

この液晶板の表裏に配置され、 偏光方向を直交させた一対の偏光板と、 を備え、

前記偏光変換手段を透過する偏光の偏光方向と、 液晶パネルと導光板との間 にある偏光板を透過する偏光の偏光方向と、 を直交させるように前記偏光変換 手段および偏光板を配置することを特徴とする。 図面の簡単な説明

図 1は、 導光板の概略構成図である。

図 2は、 導光板の概略構成図である。

図 3は、 冷陰極管から出射される光のスぺクトル特性図である。

図 4は、 格子構造体の断面形状図である。

図 5は、 格子構造体の断面形状図である。

図 6は、 格子構造体の断面形状図である。

図 7は、 格子構造体の断面形状図である。

図 8は、 格子構造体と透過光の関係を説明する原理図である。

図 9は、 格子構造体の概略的な構成図である。

図 1 0は、 格子構造体の概略的な構成図である。

図 1 1は、 格子構造体の概略的な構成図である。

図 1 2は、 格子構造体の概略的な構成図である。

図 1 3は、 格子構造体の偏向分離特性図である。

図 1 4は、 格子構造体の偏向分離特性図である。

図 1 5は、 格子構造体の偏向分離特性図である。

図 1 6は、 格子構造体の偏向分離特性図である。

図 1 7は、 多段形状の凸部を説明する断面図である。 図 1 8は、 フォトマスクと光の露光による格子構造体の製造方法を説明する 説明図である。

図 1 9は、 格子構造体の概略的な構成図である。

図 2 0は、 格子構造体の構成例を示す図である。

図 2 1は、 格子構造体の偏向分離特性図である。

図 2 2は、 格子構造体の構成例を示す図である。

図 2 3は、 格子構造体の偏向分離特性図である。

図 2 4は、 格子構造体の構成図である。

図 2 5は、 格子構造体の製造方法を説明する説明図である。

図 2 6は、 格子構造体の構成図である。

図 2 7は、 格子構造体の構成図である。

図 2 8は、 格子構造体の製造方法を説明する説明図である。

図 2 9は、 格子構造体の構成図である。

図 3 0は、 格子構造体の構成図である。

図 3 1は、 格子構造体の概略的な構成図である。

図 3 2は、 格子構造体の偏光分離特性図である。

図 3 3は、 格子構造体の概略的な構成図である。

図 3 4は、 格子構造体の偏光分離特性図である。

図 3 5は、 格子構造体の構成図である。

図 3 6は、 偏向分離特性図である。

図 3 7は、 他の格子構造体の断面斜視図である。

図 3 8は、 他の格子構造体の断面斜視図である。

図 3 9は、 他の格子構造体の断面斜視図である。

図 4 0は、 金属薄膜が蒸着されたフィルムの製造方法を示す図である。

図 4 1は、 導光手段の複屈折分布を示す特性図である。 図 4 2は、 導光手段の複屈折分布を示す特性図である。

図 4 3は、 導光手段の複屈折分布を示す特性図である。

図 4 4は、 拡散性ホログラムの原理図を説明する説明図である。

図 4 5は、 印刷パターンを示す説明図である。

図 4 6は、 輝度向上率の比較評価図である。

図 4 7は、 場所により格子ピッチが異なる偏光分離手段の説明図である。 図 4 8は、 場所により誘電体格子の形状が異なる偏光分離手段の説明図であ る。

図 4 9は、 場所により印刷パタンが異なる反射手段の説明図である。

図 5 0は、 場所により反射方向を相違させる拡散性ホログラムによる反射手 段の説明図である。

図 5 1は、 場所により反射方向を相違させる拡散性ホログラムによる反射手 段の説明図である。

図 5 2は、 照明装置用の導光板の放射角度領域の説明図である。

図 5 3は、 液晶表示装置の概略構成図である。

図 5 4は、 液晶表示装置の格子構造体と透過光の関係を図示する A B矢視図 である。

図 5 5は、 液晶表示装置の従来技術との比較図である

図 5 6は、 液晶表示装置の概略構成図である。

図 5 7は、 他の実施形態の概略的な構成図

図 5 8は、 他の実施形態の概略的な構成図

図 5 9は、 他の実施形態の概略的な構成図

図 6 0は、 他の実施形態の概略的な構成図

図 6 1は、 誘電体格子の断面形状を示す図 （SEM写真） である。

図 6 2は、 誘電体格子の偏向分離特性図である。 図 6 3は、 輝度向上率の測定する実験装置の構成図である。

図 6 4は、三層の多層膜を有する誘電体格子の断面形状を示す図（SEM写真） である。

図 6 5は、 従来技術による液晶表示装置の側面を示す要部構成図である。 図 6 6は、 従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。

図 6 7は、 従来技術による他の照明装置の要部構成図である。

図 6 8は、 従来技術による他の照明装置の要部構成図である。

図 6 9は、 従来技術による他の照明装置の要部構成図である。

図 7 0は、 従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。

図 7 1は、 従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。

図 7 2は、 従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。 発明を実施するための最良の形態

続いて、 本発明の導光板の第 1実施形態について図を参照しつつ説明する。 図 1， 図 2は導光板の概略構成図、 図 3は冷陰極管から出射される光のスぺク トル特性図である。 本実施形態では、 最も上位概念の導光板 1であり、 図 1で 示すように偏光分離手段 1 0、 偏光変換手段 2 0、 反射手段 3 0、 導光手段 4 0を備え、 特に、 導光手段 4 0は、 偏光分離手段 1 0と反射手段 3 0との間に 挟まれ、 かつ偏光変換手段 2 0を内部含むように一体になされている。

なお、 導光手段 4 0は、 図 2で示すように、 傾斜を有するような形状（楔（く さび） 形形状） としても良い。

続いてこれら構成について説明する。 なお、 導光板 1は一方向の偏光の輝度 向上率を改善するという機能を有する点を説明するため、 光源 2から入射され る光にどのような作用を及ぼすかについて説明する。

図 1で示すように、 光源 2は光を出射する。 この光は、 反射手段 3 0の反射 面と偏光分離手段 10の偏光分離面の間を交互に反射しつつ進む。

このうち偏光分離手段 10は、 光の偏光方向に応じて反射光と透過光とを分 離する機能を有している。 偏光分離手段 10に到達した光のうち、 偏光分離手 段 10は、 図 1で示す方向の p偏光を透過光として透過させ、 s偏光を反射光 として反射させるものとする。

なお、 本明細書の説明における p偏光と s偏光とは、 後に詳述するが図 1で 示すように、 格子構造体の形成方向を基準に決定されるものであり、 格子構造 体の形成方向に対して垂直な方向を P偏光と、 格子構造体の形成方向に対して 水平な方向を s偏光と定義する。

さて、 偏光分離手段 10から反射した光 （s偏光） は、 偏光変換手段 20を 透過する。 この偏光変換手段 20は、 透過する光に対して、 + η · 180。

(但し、 0 は 30° e l S CT の範囲内にあって、 nは整数である） と いう条件 （以下、 条件 1という） を満たす複屈折位相差を付与する。 透過した 光は反射手段 30へ到達する。

反射手段 30は、 到達した光を反射させ、 偏光変換手段 20および偏光分離 手段 10へ向かわせる。 本実施形態では反射手段 30は単に反射するものとし て説明しているが、 反射方向等を制御できるような各種の反射手段 30を採用 することも可能である。 反射手段 30の詳細については後述する。

偏光変換手段 20では、 再度、 透過する光に対して、 ^i + n · 180° (但 し、 0iは 30°

S CT の範囲内にあって、 nは整数である） という 条件 1を満たす複屈折位相差を付与する。 偏光変換手段 20を透過した光は偏 光分離手段 10へ到達する。

これで、 偏光分離手段 10 ·反射手段 30間を往復する際に、 光に対して合 計 2.0 +η · 360° (但し、 2 · 丄は 60° ≤2 · 0 300° の範 囲内にある。） の複屈折位相差が付与される。 これは 180° を中心に土 12 0° までの範囲に含まれるように複屈折位相差が付与されることを意味してい る。

光に 180° の複屈折位相差を与える、 つまり、 1Z2波長の位相をずらす と光の偏光方向は 90° 変換されることは良く知られており、 この偏光変換手 段 20から偏光分離手段 10へ入射される光は、 90° を中心に所定範囲内（9 0° を中心に土 60° の範囲、 つまり 30。 ≤α≤150° ) に偏光方向が変 換されており （つまり s偏光が ρ偏光成分を含む光に変換されており）、 偏光成 分 （Ρ偏光） が偏光分離手段 10を透過して出射されることとなる。

なお、 偏光分離手段 10を透過できずに反射された s偏光成分も再度同様の 光路を経て、 最終的には偏光分離手段 10を透過する。

なお、 偏光分離手段 10の偏光分離面で反射された s偏光成分が、 反射手段 30の下側の反射面で一度反射されてたとしても、 必ずしもすべての光が偏光 分離手段 10の偏光分離面に至るものではないが、 偏光分離面と反射面との間 で多重反射される過程で統計的に Ρ偏光に変換され、 偏光分離手段 10の偏光 分離面を透過する。 このように光を無駄なく利用するため、 輝度向上率を改善 することができる。

なお、 本実施形態では、 図 2で示すように導光手段 40をくさび形にして反 射手段 30を傾斜させ、 入射する光に対して偏光分離手段 10に向けて確実に 反射させるようにすることもできる。

本実施形態の偏光変換手段 20は、透過する光に対して複屈折位相差が + η · 180° (但し、 0丄は 30°

S CT の範囲内にあって、 nは整 数である） 付与するものであると説明した。 この場合、 光源 2が出射する光の 波長に応じて付与する複屈折位相差が異なる。 以下、 この点について概略説明 する。

光源 2は、 具体的には、 単色光源または白色光源があり得る。 単色光源ならば特定波長 （例えば、 赤 700 nm、 緑 546. l nm、 ある いは、 青 435. 8 nmという単波長） のレーザ光を出力するレーザダイォー ド ·単色 LEDなどがある。

白色光源ならば、 冷陰極管光源あるいは白色 LED光源 （LEDチップから 放射される紫外光を蛍光材料によって白色光に変換する光源） ように広い範囲 の波長にわたって光を放射する光源がある。 さらに、 補色関係にある 2色、 あ るいは R G B 3原色など単色の光を複数放射して白色光を得る白色 LED光源な どさまざまな光源がある。 このような白色光源は、 例えば、 図 3で示すスぺク トル特性図からも明らかなように広い帯域で異なる波長の複数の光を含んでい る。

続いて、 偏光変換手段 20が付与する複屈折位相差は、 光の波長に依存し、 使用する光源 2の種類によって条件が相違する点について説明する。

例えば、 光源が単波長の光を出力するレーザ光などの単色光源の場合、 光の 波長は狭帯域である。 したがって、 その光源の波長で複屈折位相差が条件 1を 満たし、 好ましくは複屈折位相差が 90° となるように決定する。

偏光変換手段 20は、 透過する光に対して複屈折位相差が 0 i + n · 180。

(但し、 0 は 30°

S CT の範囲内） に付与するものであるが、 こ の複屈折位相差は角度以外に長さで表すことも可能である。 n = 0とすると、 以下のようになる。

レーザ光の波長が 700 n mならば、

700 nm · 30° /360° = 58. 3 nm

700請 ' 150° /360° =291. 7 nm

っまり 11=0の場合58. 3 nm〜291. 7 nmの範囲に複屈折位相差を付 与できれば条件 1を満たし、 このうち 90° となる 175 nm程度の複屈折位 相差をより多く付与する偏光変換手段 20にすれば良い。 同様に、 レーザ光の波長が 550 nmならば、

550. 0 nm · 30° /360° =45. 8 nm

550. 0 nm · 150° /360° =229. 2 nm

っまり11=0の場合45. 8 nm〜229. 2 nmの範囲に複屈折位相差を付 与できればよく、 このうち 90° となる 137. 5 nm程度の複屈折位相差を より多く付与する偏光変換手段 20にすれば良い。

同様に、 レーザ光の波長が 400 nmならば、

400. 0 nm · 30° /360° =33. 3 nm

400. 0 nm · 150° /360" =166. 7 nm

っまり11=0の場合3 3. 3 nm〜166. 7 nmの範囲に複屈折位相差を付 与できればよく、 このうち 90° となる 100. 0 nm程度の複屈折位相差を より多く付与する偏光変換手段 20にすれば良い。

さて、 条件 1は、 光の s偏光成分は、 偏光分離手段 1 0と反射手段 30を一 往復する間に、 偏光変換手段 20の作用を受けて大部分が p偏光となることを 前提としている。なお、一往復ではなく二往復等多くの光路をとる光もあるが、 概ね反射手段 30の反射面で反射して再び偏光分離手段 10の偏光分離面に至 る。 したがって偏光変換手段 20が与える複屈折位相差は導光板 10の厚さ方 向に概ね 90° 程度であって、 複屈折位相差が S i + n ' 180° (但し、 0 は 30° ^S i l S CT の範囲内） に付与するものが望ましい。

上記したように単色光源では、 偏光変換手段 20が付与する複屈折位相差の 決定には困難はない。 しかしながら、 光源 2が、 白色光源、 つまり冷陰極管光 源 ·白色 LED光源の場合のように広い範囲の波長にわたって光を放射する光 源の場合は、 条件 1を満たす複屈折位相差の決定は単純ではない。

本発明の偏光変換手段 20では、 その点を解決するため、 可視領域において 光源が白色光として支配的に作用している波長領域の概ね中央付近の波長にお いて条件 1を満たす （複屈折位相差を 90° 付与する） ように決定することと した。

また、 補色関係にある 2色や RGB 3原色など単色の光を複数放射して白色 光を得る白色 L E D光源の場合にはそれら 2色ないし 3色などの波長の概ね中 央付近の波長において条件 1を満たす （複屈折位相差を 90。 付与する） よう に決定することとした。

例えば、 白色光源が 400 nm、 550 nmおよび 700 nm (説明の簡単 化のため、 波長を簡単な数値としている） という RGB三原色のレーザを出射 して白色光とする光源である場合について説明する。 この場合の中央付近の波 長とは、 550 nmであり、 複屈折位相差を長さで表すと、 n = 0の場合、 4 5. 8 nm〜229. 2 nmの範囲に複屈折位相差を付与するというものであ る。 しかしながら、 上記計算の通り波長 700 nmの光では、 175 nmの複 屈折位相差を付与する場合 90° の複屈折位相差が付与され、 また、 波長 40 0 nmの光では 100 nmの複屈折位相差を付与する場合に 90° の複屈折位 相差が与えられる。 これらは、 45. 8 nm〜229. 2 nmの範囲に含まれ る複屈折位相差であり、 3原色全部の波長に対し 90° 近くの複屈折位相差が 付与される。 したがって、 本実施形態の条件 1の偏光変換手段 20を備える導 光板では白色光源でも適用できるものである。

本実施形態では、 偏光分離手段 10と反射手段 30との間に偏光変換手段 2 0を配置したため、 偏光分離手段 10の偏光分離面を反射した s偏光が反射手 段 30から反射して再度偏光分離手段 10の偏光分離面へ入射する際に、 光が 偏光変換手段 20を往路.復路で二度透過して s偏光から p偏光成分を含む（偏 光方向を 90° 変換すれば全成分が p偏光となる） ように偏光方向を変換して、 偏光分離手段 10を透過できるようにすることができる。

かかる構成を採用することにより、 直交する二方向の偏光のうちの一方の偏 光のみを従来より高い効率で取り出し、 輝度向上率を向上させることができる という利点がある。

続いて第 2実施形態について説明する。 本発明では、 輝度向上率をさらに高 めるため、上記の偏光変換手段 20のうち領域面積の約 80%は、好ましくは、 透過する光に対して、 0₂ + η · 18 Ο° (但し、 0₂は45° ≤0₂≤1 35° の範囲内にあって、 ηは整数である） の条件 （以下条件 2という） を満たすよ うに複屈折位相差を付与するものである。

この場合も、 光源の種類によって変化するものであり、 例えば、 単色光源の 場合、 偏光変換手段 20は、 透過する光に対して複屈折位相差が + η · 18 0° (但し、 0 45° ≤0₂≤135° の範囲） 内に付与するものである。 先ほどの計算と同様、 複屈折位相差を長さで表すと、 n = 0の場合、 以下のよ うになる。

波長が 700 nmならば、

700 nm · 45° /360° = 87. 5 nm

700 nm · 135° /360° =262. 5 nm

っまり 11=0の場合87. 5 nm〜262. 5 n mの範囲に複屈折位相差を付 与できればよく、 このうち 90° となる 1 75 nm程度の複屈折位相差をより 多く付与する偏光変換手段 20にすれば良い。 この場合、 条件 1の 58. 3 n m〜29 1. 7 nmの範囲よりも狭まっているため、 偏光変換手段 20を厳密 に設定 （設定の具体的手法については後述する） する必要が生じる。

同様に、 波長が 550 nmならば、

550. 0腹 · 45° /360° = 68. 8 nm

550. 0 nm · 135° /360° =206. 3 nm

っまり 11=0の場合68. 8 nm〜206. 3 nmの範囲に複屈折位相差を付 与できればよく、 このうち 90° となる 1 37. 5 nm程度の複屈折位相差を より多く付与する偏光変換手段 20にすれば良い。 この場合、 条件 1の 45. 8 nm〜229. 2 nmの範囲よりも範囲が狭まっているため、 偏光変換手段 20を厳密に設定する必要が生じる。

同様に、 波長が 400 nmならば、

400. 0 nm · 45° /360° =50. 0 nm

400. 0 nm · 1 35° /360° =1 50. 0 nm

つまり n=0の場合 50. 0 nm〜150. 0 nmの範囲に複屈折位相差を付 与できればよく、 このうち 90° となる 100. 0 nm程度の複屈折位相差を より多く付与する偏光変換手段 20にすれば良い。 この場合、 条件 1の 33. 3 nm〜166. 7 nmの範囲よりも範囲が狭まっているため、 偏光変換手段 20を厳密に設定する必要が生じる。 このように、 単色光源の場合は適用に問 題はない。

また、 白色光源が 400 nm、 550 nmおよび 7 00 nmという RGB三 原色のレーザを出射して白色光とする光源である場合は、 中央付近の波長 5 5 O nmに光に対して条件 2を満たすような複屈折位相差とするものであり、 複 屈折位相差を長さで表すと、 n=0の場合、 68. 8 nm〜206. 3 nmの 範囲に複屈折位相差を付与するというものである。 しかしながら、 上記計算の 通り波長 7 0 O nmの光では、 1 75 n mの複屈折位相差を付与する場合 9 0° の複屈折位相差が付与され、 また、 波長 400 nmの光では 100 nmの 複屈折位相差を付与する場合に 90° の複屈折位相差が与えられる。 これらは、 68. 8 nm〜206. 3 nmの範囲に含まれる複屈折位相差であり、 3原色 全部の波長に対し 90° 近くの複屈折位相差が付与される。 したがって、 本実 施形態の条件 2の偏光変換手段 20を備える導光板では白色光源でも適用でき るものである。

かかる構成により、 偏光変換手段 20を往復して二度透過した場合に、 合計 2 - θ ₂ +η · 360° (但し、 2 · 0₂は 9 Ο° ≤2 · 0₂≤27 Ο° の範囲 内にある。） これは 180° を中心に ±90° までの範囲に含まれるように複屈 折位相差が付与されることを意味している。 この場合、 偏光分離手段 10へ入 射する光は、 90° を中心に所定範囲内 （90° を中心に ±45° : 45° ひ≤135° ) に偏光方向が変換されており、 先に偏光分離手段 10で反射し た光のうち、 透過可能な偏光成分が偏光分離手段 10を透過して出射されるこ ととなる。

本発明では、 偏光変換手段 20による偏光の変換方向の範囲 （90° を中心 にして ±45° の範囲内） を狭めて出力するようにしたため、 s偏光がより多 くの Ρ偏光成分を含む光となるように偏光方向を変換して、 より多くの光を偏 光分離手段 10を透過できるようになり、 輝度向上率を増大させることができ る。

かかる構成を採用することにより、 第 1実施形態よりもさらに高い効率で偏 光を取り出せる領域を 80 %以上確保して、 輝度向上率をより向上させること ができるという利点がある。

続いて第 3実施形態について説明する。 本発明では、 輝度向上率をさらに改 善するため、 上記の偏光変換手段 20のうち領域面積の約 60%は、 好ましく は、 透過する光に対して、 0₃ + η · 18 Ο° (但し、 0₃は 60° ≤0₃≤12 0° の範囲内にあって、 ηは整数である） の条件 （以下条件 3という） を満た すように複屈折位相差を付与するものである。

この場合も、 光源の種類によって条件 3は変化するものであり、 例えば、 単 色光源の場合、 偏光変換手段 20は、 透過する光に対して複屈折位相差が 0₃ + η · 180° (但し、 0₃は 60° ₃≤120° の範囲内に付与するもので ある。 複屈折位相差は長さで表すことも可能であり、 これは、 η = 0の場合、 以下のようになる。 波長が 700 nmならば、

700 nm · 60° /360° =116. 7 nm

700 nm · 120ソ 360° = 233. 3 nm

つまり n=0の場合 1 16. 7nm〜233. 3 nmの範囲に複屈折位相差を 付与できればよく、 このうち 90° となる 175 nm程度の複屈折位相差をよ り多く付与する偏光変換手段 20にすれば良い。 この場合、 条件 1の 58. 3 nm〜291. 7 nmの範囲、 条件 2の 87. 5 nm〜262. 5 nmよりも 範囲が狭まっているため、 偏光変換手段 20を厳密に設定する必要が生じる。 同様に、 波長が 550 nmならば、

550. 0 nm · 60° /360° = 91. 7 nm

550. 0 nm - 120° /360° =183. 3 nm

つまり n=0の場合 91. 7nm〜183. 3 nmの範囲に複屈折位相差を付 与できればよく、 このうち 90° となる 137. 5 nm程度の複屈折位相差を より多く付与する偏光変換手段 20にすれば良い。 この場合、 条件 1の 45. 8 ηπ！〜 229. 2 nmの範囲、 条件 2の 68. 8nm〜206. 3 nmの範 囲よりも範囲が狭まっているため、 偏光変換手段 20を厳密に設計する必要が 生じる。

同様に、 波長が 400 nmならば、

400. 0ηπι· 60° /360° =66. 7 nm

400. 0 nm · 120 ° / 360 ° = 133. 3 nm

っまり11=0の場合66. 7. nm〜133. 3 nmの範囲に複屈折位相差を 付与できればよく、 このうち 90° となる 100. O n m程度の複屈折位相差 をより多く付与する偏光変換手段 20にすれば良い。この場合、条件 1の 33. 3 nm〜166. 7 nmの範囲よりも範囲、 条件 2の 50. 0nm〜150. O nmの範囲よりも狭まっているため、 偏光変換手段 20を厳密に設定する必 要が生じる。 このように、 単色光源の場合は適用に問題はない。

また、 白色光源が 400 nm、 550 nmおよび 700 nmという RGB三 原色のレーザを出射して白色光とする光源である場合は、 中央付近の波長であ る 550 nmであり、 複屈折位相差を長さで表すと、 n==0の場合、 91. 7 nm〜183. 3 nmの範囲に複屈折位相差を付与するというものである。 し かしながら、 上記計算の通り波長 700 nmの光では、 175 nmの複屈折位 相差を付与する場合 90° の複屈折位相差が付与され、 また、 波長 400 nm の光では 100 nmの複屈折位相差を付与する場合に 90° の複屈折位相差が 与えられる。 これらは、 91. 7 nm〜183. 3 nmの範囲に含まれる複屈 折位相差であり、 3原色全部の波長に対し 90° 近くの複屈折位相差が付与さ れる。 したがって、 本実施形態の条件 3の偏光変換手段 20を備える導光板で は白色光源でも適用できるものである。

かかる構成により、 偏光変換手段 20を往復して二度透過した場合に、 合計 2 · Θ 3 +η · 360° (但し、 2 · θ₃は 120° ≤2 ■ 0₃≤240° の範 囲内にある。） これは 180° を中心に ±90° までの範囲に含まれるように複 屈折位相差が付与されることを意味している。 この場合、 偏光分離手段 10へ の入射光は、 90° を中心に所定範囲内 （90° を中心に ±30° : 60° ≤ α≤120° ) に偏光方向が変換されており、 先に偏光分離手段 10で反射し た光のうち、 透過可能な偏光成分が偏光分離手段 10を透過して出射されるこ ととなる。

本発明では、 偏光変換手段 20は偏光の変換方向の範囲 （90° を中心にし て ±30° の範囲内） を狭めて出力する領域を 60%以上確保して、 輝度向上 率をより改善させることができるという利点がある。

続いて、 本発明の第 4実施形態について説明する。

本実施形態では、 上記第 1〜第 3の実施形態の構成に加えて、 さらに偏光分 離手段 1 0をより具体的に説明するものである。 図 4〜図 7は格子構造体の断 面形状図である。

本実施形態の偏光分離手段 1 0は、 透明な誘電体材料により形成した周期的 な繰り返し構造である誘電体格子からなる格子構造体を採用したものである。 この格子構造体の断面形状は、 例えば、 図 4に示すような矩形、 図 5に示すよ うな台形、 図 6に示すような三角形、 図 7に示すような正弦波という凸部のい ずれかの形状、 または、 図示しないがこれら凸部を複数組合せた形状、 のいず れかの形状の周期的な繰り返し構造である。そして、繰り返し周期は Pである。 これら格子構造体は、 導光手段 4 0に格子構造体が直接形成される場合、 透 明基板上に格子構造体が形成されて導光手段 4 0に配置される場合、 あるいは 透明フィルムに対して格子構造体が形成されて導光手段 4 0に配置される場合 等が考えられる。

このような格子構造体の偏光分離機能について、 説明する。 図 8は格子構造 体と透過光の関係を説明する原理図である。 図 8で示すように誘電体により形 成された格子構造体 1 0 0は、 図示例では、 格子構造体 1 0 0の格子形成方向 である Y軸方向に伸びるようになされている。 この格子構造体に入射する、 X 軸方向の偏光成分 （P偏光） および Y軸方向の偏光成分 （s偏光） を有する光 3を考える。 このような光 3が格子構造体 1 0 0に入射すると、 X軸方向の偏 光成分の光 （P偏光） のみが Z軸方向に透過するが、 Y軸方向の偏光成分 （s 偏光） は格子構造体 1 0 0で反射されて Z軸の下方向に戻される。 つまり、 本 実施形態の偏光分離手段 1 0は、 このような格子構造体 1 0 0の材質 （誘電体） と形状 ·寸法によって、 偏光が透過あるいは反射する性質を利用するものであ る。

このように格子構造体 1 0 0は偏光分離機能を有しているが、 格子構造体 1 0 0の周期が Pの場合、 波長が p近傍の光 （波長程度の光） を主に透過させる ものである。 したがって、 本実施形態の格子構造体 100を用いる偏光分離手 段 10は、 光源は単波長を出力する単色光源とするが好ましい。

このような断面形状を有する格子構造体 100の偏光分離機能は、 電磁界理 論による光波の数値解析シミュレーションによっても、 明らかにされている。 ここで、 格子構造体の断面形状は、 矩形、 台形、 三角形あるいは正弦波形の いずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、 格子周期が、 0. 3〜0. 8 m、 格子深さが 0. 2〜0. 5 mとすることが好適である点について図を参 照しつつ説明する。

図 9〜図 12は格子構造体の概略的な構成図、 図 13〜図 16は、 格子構造 体の偏向分離特性図である。

これら図 9〜図 12に示される格子構造体に光を入射したときの偏光分離特 性の計算機によるシミュレーション結果の偏向分離特性が、 図 13〜図 16に 示されている。 図 9、 10、 11、 12は、 それぞれ矩形、 台形、 正弦波形、 三角形の格子構造体であり、 いずれも、 格子周期 p = 0. 55 xm、 格子深さ h= 0. 28 m、 屈折率が n= 1. 49である。 この格子構造体に可視光の 波長域の光 （400 nm〜700 nmの波長の光） を垂直入射させた場合に、 格子構造体の形成方向に平行な偏光成分 （s偏光） の反射率 （Rs) と、 格子 構造体の形成方向に垂直な偏光成分 （P偏光） の透過率 （Tp) の、 波長依存 性を、 それぞれ図 13、 14、 15、 16に示す。 格子周期 ρ = 0. 55 よりやや大きい波長域において、 反射率 R sが高くなつている。 これら 4個の 分離特性図において、 格子周期 pより大きい波長を有する光 （波長 550 nm の光） のうち P偏光は効率 0. 9程度で透過し、 s偏光は効率 0. 5〜0. 8 程度で反射するという点が示されており、 良好な偏光分離特性が得られる。 なお、 上記格子構造体以外にも、 誘電体格子の凸部は、 基本形状に微細な形 状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部としても良い。 図 17は、 例 えば、 多段形状の凸部を説明する断面図である。

図 1 7に例示したように、 格子構造体の形状または構造は、 微細な凹凸 （図 1 7では凹凸に加えてさらに微細な凹凸が形成されている） であり、 光の波長 程度以下の周期 Pで形成される凸部は、 幅の狭い溝部 1 0 1と、 この溝部 1 0 1に段差をなして形成される幅の広い溝部 1 0 2と、 を多数繰り返し形成した ものである。 このように、 矩形の上にさらに矩形の格子として断面凸字状の格 子構造としても良い。

続いて、 表面形状を多段とする理由について説明する。 これは製造上の利便 性によるものである。

誘電体格子の断面形状は、 先に説明したように矩形、 台形、 正弦波状または 三角形状の凸部による格子構造体であることが好ましい点について説明したが、 これら凸部を厳密に形成することが困難な場合もある。 そこで、 正弦波形、 三 角形を近似した階段形状 （図 1 7参照） として偏光分離手段 1 0を形成すると いう手法を採るものである。

続いて、 これら格子構造体の製造方法について説明する。

後に詳述するが、 導光手段 4 0は樹脂成形により形成されるものであり、 格 子構造体の転写面を成形金型に形成して、 樹脂成形時に転写により偏光分離手 段を成形する手法である。 成形金型の転写面の製作には矩形、 台形、 三角形状 では従来より知られたル一リングェンジンゃファナック株式会社製： ROBOnano など近年加工分解能が向上した微細形状加工機などにより機械的に切削する方 法を用いることができる。

また、 上述した成形金型からの転写による方式に加え、 フォトマスクと光の 露光によって形成することもできる。 この場合は、 断面形状の凸部を図 1 7で 示したような階段形状に近似した形状に製作するのは容易である。 製作方法の 概要を説明する。 図 1 8は、 フォトマスクと光の露光による格子構造体の製造 方法を説明する説明図である。 図 18 (a) で示すように透明基材 103 (導 光手段 40) 上に形成されたフォトレジスト 104に第一のフォトマスク 10

5を介して露光する。 露光後感光したフォトレジスト 104を除去しエツチン グにより透明基材 103 (導光手段 40) を 2値形状に加工する。 そして、 図 18 (b) で示すように第二のフォトマスク 106， または、 図示しない第三 のフォトマスクを用いて同様の手順を行うことによって容易に階段状の近似形 状を形成することができる。

また、 正弦波状形状の場合は、 1枚の 2値形状マスクを用いて光の露光条件 を制御することによって型を正弦波状とすることもできる。 また、 矩形ないし 台形形状の型を用いて成开条件を適当に設定することによつても透明基材 10

3 (導光手段 40) に実質的に正弦波形状を形成することもできる。 さらに、 正弦波形状の場合は 2つのレーザ光をフォトレジスト面で干渉させることによ つてホログラフィックに形成することもできる。

このれら格子構造の周期は照明光の波長程度が理論上好ましいが、 図 13〜 図 16の分離特性図から明らかなように、 格子構造体の周期を若干小さく、 か つ、 光の波長は大きくしても所定の変更分離機能が実現されることから格子構 造の周期を光の波長より若干小さくしても良い。

この格子構造体は格子周期の大きさが可視光の波長領域を含むものであり、

0. 3~0. 8 mの範囲内にあれば良い。 なお、 格子深さは 0. 2〜0. 5 mが好適であるが、 格子深さは波長が大きくなれば、 それに連れて格子深さ も大きくなるものである。

なお、 後に詳述するが、 格子構造体の周期は一定周期に限定されるものでは ない。図 1 9の格子構造体の断面形状図で示すように、場所により変化する （p

1>P 2) 構造にして、 場所によって透過させる光の波長を変更 ·調節させる ことも可能である。 以上説明したような事項は、 本発明者のコンビュ一夕シミュレーションおよ び実験により、 知見された事項であり、 これら格子周期、 格子深さは先に説明 した組み合わせ以外にも、 実状に応じて適宜調整 ·変更される選択される。 続いて、 本発明の第 5実施形態について説明する。

本実施形態では、 第 4実施形態と同様に、 上記第 1〜第 3の実施形態の構成 に加えて、 さらに偏光分離手段 1 0をより具体的に説明するものであるが、 偏 光分離手段 1 0の他の形態である。

本実施形態の偏光分離手段 1 0は、 透明な誘電体材料により形成した周期的 な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、 所定の屈折率を有する物質である 一層の表面層、 あるいは、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層し た複数層の表面層を加えた格子構造体である。

この格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状が、 矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組合 せた形状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造である。

これら格子構造体は、 導光手段 4 0に直接形成される場合、 透明基板上に形 成されて導光手段 4 0に配置される場合、 あるいは透明フィルム上に形成され て導光手段 4 0に配置される場合等が考えられる。

格子構造体の誘電体格子は、 格子周期 0 . 3〜0 . 8 2 01、 格子深さ0 . 2

〜0 . 5 111であり、 格子構造体の表面に設けられる表面層は、 厚さ 5 0〜1 5 0 n mの二酸化チタン （T i〇₂ ) または五酸化タンタル （T a ₂〇₅) と、 厚 さ 7 0〜2 0 O n mの二酸化シリコン （S i 0₂) と、 を交互に複数層を積層し たものである。

これらの実施形態の具体例を示す。 格子構造体と、 光を入射させたときの偏 光分離特性の計算機によるシミュレーションの具体例であり、 図 2 0は格子構 造体の構成例を示す図、 図 2 1は格子構造体の偏向分離特性図である。 図 20に示す格子構造体は、 格子周期 0. 55 m、 格子深さ 0. 275 mで凸部が三角形の誘電体格子 107の表面に、 厚さ 87 nmの二酸化チタン (T i〇₂) の誘電体膜 108と、 厚さ 132 nmの二酸化シリコン （S i 0₂) の誘電体膜 109と、 厚さ 87 nmの二酸化チタン （T i 0₂) の誘電体膜 11 0とを、 この順に積層させた格子構造体である。

この格子構造体に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、 格子の方向に 平行な偏光成分の反射率（Rs) と、格子の方向に垂直な偏光成分の透過率（T P) の、 波長依存性を、 それぞれ図 21に示す。 波長域 0. 4 m〜0. 7/2 mにおける平均値で、 Rs = 0. 77、 Tp = 0. 85が得られた。

これは、可視領域の波長を有する光のうち ρ偏光は 0. 85の高率で透過し、 s偏光は 0. 77の高率で反射するというものであり、 可視領域の全波長に対 して良好な偏光分離特性が得られる。 したがって、 本実施形態の格子構造体を 用いる偏光分離手段 10は、 白色光源および単色光源で採用することが可能で ある。

なお、 上記構成で、 誘電体膜 108, 110を五酸化タンタル （Ta ₂0₅) の誘電体膜にしても良い。

また、 上記構成で誘電体膜 108， 110を二酸化シリコン （S i〇₂) の誘 電体膜に、 かつ、 誘電体膜 109を二酸化チタン （Ti0₂) または五酸化タン タル （Ta ₂0₅) 薄膜としても良い。

さらにまた、 二酸化チタン （Ti0₂) または （S i〇₂) の誘電体膜 108 と格子構造体 107の表面との間に 0を超える 100 nmまでの厚さの一酸化 シリコン （S i 0) の誘電体膜を設けても良い。

これら事項は、 本発明者のコンピュータシミュレーションおよび実験により、 知見されたものであり、 どの程度の値が選択されるかは個々の格子構造体の実 状に応じて適宜設計 .選択される事項である。 続いてこれら実施形態の他の具体例を示す。 格子構造と、 光を入射させたと きの偏光分離特性の計算機によるシミュレーションの具体例であり、 図 22は 格子構造体の構成例を示す図、 図 23はその格子構造体の偏向分離特性図であ る。

図 22に示す構造体は、 格子周期 0. 6 m、 格子深さ 0. 2 の正弦 波の凸部を有する誘電体格子 111の表面に、 厚さ 1 18 nmの二酸化チタン (T i〇₂) 薄膜 1 12と、 厚さ 170 nmの二酸化シリコン （S i〇₂) 薄膜 1 13と、 厚さ 1 18 nmの二酸化チタン （T i 0₂) 薄膜 1 14とを、 この順 に積層させた格子構造体を示す。

この格子構造体に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、 格子の方向に 平行な偏光成分 （s偏光） の反射率 （R s) と、 格子の方向に垂直な偏光成分 (P偏光） の透過率 （Tp) の、 波長依存性を、 それぞれ図 23に示す。 波長 域 0. 4 zm~0. 7 mにおける平均値で、 R s = 0. 63、 Tp = 0. 9 1が得られた。

これは、可視領域の波長を有する光のうち Ρ偏光は 0. 91の高率で透過し、 s偏光は 0. 63の高率で反射するというものであり、 可視領域の全波長に対 して良好な偏光分離特性が得られる。 したがって、 本実施形態の格子構造体を 用いる偏光分離手段 10は、 光源は白色光源および単色光源に採用することが 可能である。

なお、 上記構成で、 誘電体膜 112, 114を五酸化タンタル （Ta ₂0₅) の誘電体膜にしても良い。

また、 上記構成で誘電体膜 112 , 1 14を二酸化シリコン （S i〇₂) の誘 電体膜に、 かつ、 誘電体膜 1 13を二酸化チタン （T i 0₂) または五酸化タン タル （Ta ₂0₅) 薄膜としても良い。

さらにまた、 二酸化チタン （T i 0₂) または （S i〇₂) の誘電体膜 1 12 と格子構造体 1 1 1の表面との間に 1 0 0 n mまでの厚さの一酸化シリコン ( S i O) の誘電体膜を設けても良い。

これら事項は、 本発明者のコンピュータシミュレ一ションおよび実験により、 知見されたものであり、 どの程度の値が選択されるかは個々の格子構造体の実 状に応じて適宜設計 ·選択される事項である。

続いてこのような格子構造体の製造方法について説明する。

図 2 4は格子構造体の構成図、 図 2 5は格子構造体の製造方法を説明する説 明図である。 図 2 4は格子構造に多層膜を形成した構造体であり、 1 1 5は透 明基材である誘電体格子を示し、 1 1 6 , 1 1 7， 1 1 8， 1 1 9は、 隣接す る層間で互いに屈折率の異なる物質からなる第 1層膜、 第 2層膜、 第 3層膜、 第 4層膜をそれぞれ示している。

この製造方法は、 表面部の断面形状が矩形、 台形、 三角形、 正弦波形または これらを複数組合わせた形状を有する透明基材である誘電体格子に、 スピンコ 一夕一法またはロールコ一夕一法を用いて第一の溶媒で希釈された第一の屈折 率をもつ物質を付けた後、 溶媒を除去する工程を一度または複数回繰り返し製 造する方法である。 以下、 図 2 5を用いてこの製造方法を説明する。

図 2 5では、 表面部の断面形状が三角形である誘電体格子 1 1 5上に多層膜 を形成する例である。 図 2 5 ( a ) に示すように誘電体格子 1 1 5上に第一の 屈折率を有する物質を第一の溶媒で希釈した液体 1 2 0を塗布する。 この場合、 例えばスピンコ一夕一法では、 液体 1 2 0を滴下した後に誘電体格子 1 1 5を 回転して、 遠心力により液体 1 2 0を誘電体格子 1 1 5の表面に行き渡らせつ つ塗布する。

続いて乾燥処理を行い第一の溶媒を除去したものが図 2 5 ( b ) であり、 こ れによって第 1層膜 1 1 6が形成される。 続いて、 同様に図 2 5 ( c ) に示す ように第二の屈折率を有する物質を溶媒で希釈した液体 1 2 1を用いて第二層 の形成処理を行う。 このとき溶媒は第一の溶媒としてもよいし、 第一の溶媒と は異なる第二の溶媒としても良い。 続いて乾燥処理を行い図 2 5 ( d ) に示す ように第 2層膜 1 1 7が形成される。 以上述べた処理を複数回行うことにより、 所望の積層構造を形成する。

ここでは層を構成する物質を溶媒で希釈して塗布する例を述べたが、 層を形 成する方法は、 断面形状が矩形、 台形、 三角形、 正弦波形またはこれらを複数 組合わせた形状を有する透明基材に、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物 質を、 蒸着法、 スパッタ法、 イオンプレーティング法の何れかによつて形成し ても良い。

以上、 本実施形態の偏光分離手段 1 0について説明した。 なお、 誘電体格子 として、 正弦波形、 三角形を近似した階段形状 （図 1 7参照） の凸部を採用し てもよい。

続いて、 本発明の第 6実施形態について説明する。

本実施形態では、 第 4， 第 5実施形態と同様に、 上記第 1〜第 3の実施形態 の構成に加えて、 さらに偏光分離手段 1 0をより具体的に説明するものである が、 偏光分離手段 1 0の他の形態である。

本実施形態の偏光分離手段 1 0は、 透明な誘電体材料により形成した周期的 な繰り返し構造である誘電体格子の凹部に、 所定の屈折率を有する物質である 一層の表面層、 または、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した 複数層の表面層、 を加えた格子構造体であり、 格子構造体の誘電体格子は、 そ の断面形状が、 矩形、 台形、 三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からな る形状、 または、 これら凸部を複数組合わせた形状、 のいずれかの形状の周期 的な繰り返しであるというものである。 .

これら格子構造体は、 導光手段 4 0に直接形成される場合、 透明基板上に形 成されて導光手段 4 0に配置される場合、 あるいは透明フィルム形成されて導 光手段 40に配置される場合等が考えられる。

その断面形状を、 図 26， 図 27の格子構造体の構成図に示す。 図 26, 図 27における 122， 123は透明基材である誘電体格子を示し、 1 16， 1 17, 1 18, 119は、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる 第 1層膜、 第 2層膜、 第 3層膜、 第 4層膜をそれぞれ示している。

これら図 26， 図 27の格子構造体の周期的な繰り返し構造について特にこ のましくは、 格子周期 0. 3〜0. 8 m、 格子深さ 0. 2〜0. 5〃mとし、 その表面に表面層として、 厚さ 50〜150 nmの二酸化チタン （T i〇₂) ま たは五酸化タンタル （Ta ₂0₅) と、 厚さ 70〜200 nmの二酸化シリコン (S i 0₂) と、 を交互に複数層積層させると良い。 また、 T i 0₂層または S i 0₂層と格子構造表面との間に 0を超えて 100 nmまでの厚さの一酸化シ リコン （S i 0) 層を有すると良い。

このような格子構造体の製造方法について説明する。 図 28は、 格子構造体 の製造方法を説明する説明図である。 図 28 (a) に示すように透明基材であ る台形状の誘電体格子 123にスピンコ一夕一法またはロールコ一夕一法を用 いて第一の屈折率を有する物質を第一の溶媒で希釈した液体 12 1を塗布し (図 28 (b))、 乾燥処理を行って第 1層膜 116を形成し （図 28 (c))、 この後、 誘電体格子 123の凹部よりも上 （凸部の表面上） にある第一の屈折 率を有する物質を除去する （図 28 (d)) 一連の処理を繰り返すことにより第 1層膜 1 16を形成して、 図 26， 図 27にある構造を近似的に形成すること もできる。

この格子構造体は、 例えば、 図 21, 図 23で示すよう特性と同様な特性を 示し、 0. 4〜0. 7の可視光領域全般にわたり反射 ·透過することが実験的 に確認されている。

これらは、 第 5実施形態同様に可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特 性が得られる。 したがって、 本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段 1 0は、 光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。 本実施形 態ではこのような格子構造体を偏光分離手段 1 0に採用してもよい。

以上、 本実施形態の偏光分離手段 1 0について説明した。 なお、 誘電体格子 として、 正弦波形、 Ξ角形を近似した階段形状 （図 1 7参照） の凸部を採用し てもよい。

続いて、 本発明の第 7実施形態について説明する。

本実施形態では、 第 4， 第 5， 第 6実施形態と同様に、 上記第 1〜第 3の実 施形態の構成に加えて、 さらに偏光分離手段 1 0をより具体的に説明するもの であるが、 偏光分離手段 1 0の他の形態である。

本実施形態の偏光分離手段 1 0は、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物 質が積層状に形成された凸部の周期的な繰り返し構造である格子からなる格子 構造体である。 そして格子構造体は、 その断面形状が矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形の凸部からなる形状、または、 これら凸部を複数組合わせた形状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返しである。

その断面形状を、 図 2 9， 図 3 0の格子構造体の構成図に示す。 図 2 9， 図 3 0における 1 2 4， 1 2 5は透明基材である誘電体格子を示し、 1 1 6， 1 1 7 , 1 1 8 , 1 1 9は、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる 第 1層膜、 第 2層膜、 第 3層膜、 第 4層膜をそれぞれ示している。

この格子構造体は、 第 5， 第 6実施形態同様に可視領域の全波長に対して良 好な偏光分離特性が得られる。 したがって、 本実施形態の格子構造体を用いる 偏光分離手段 1 0は、 光源は白色光源および単色光源に採用することが可能で ある。

これら格子構造体は、 導光手段 4 0に直接形成される場合、 透明基板上に形 成されて導光手段 4 0に配置される場合、 あるいは透明フィルムに形成されて 導光手段 4 0に配置される場合等が考えられる。

続いて、 図 2 9 , 3 0に示す格子構造体の製造方法を説明する。

先に述べたスピンコ一夕一法またはロールコ一夕一法を用いて第一の屈折率 を有する物質を第一の溶媒で希釈した液体を塗布し、 続いて乾燥処理を行い第 一の溶媒を除去する一連の処理を屈折率の異なる物質について繰り返すことに より、 誘電体格子 1 2 4または 1 2 5の表面に多層膜を形成する。 このように 形成した多層膜を所望の構造と嵌合する構造の型を用いてエンボス処理を行う ことにより、 図 2 9 , 3 0のような構造の格子を形成するものである。 ここで、 多層膜の形成方法は、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を、 蒸着法、 スパッタ法、 イオンプレーティング法の何れかにより形成するものでも良い。 続いて、 本発明の第 8実施形態について説明する。

本実施形態では、 第 4 , 第 5， 第 6， 第 7実施形態と同様に、 上記第 1〜第 3の実施形態の構成に加えて、 さらに偏光分離手段 1 0をより具体的に説明す るものであるが、 偏光分離手段 1 0の他の形態である。 図 3 1 , 図 3 3は格子 構造体の概略的な構成図、 図 3 2、 図 3 4は格子構造体の偏光分離特性図であ る。

本実施形態の偏光分離手段 1 0は、 透明な誘電体材料により形成した周期的 な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、 金属材料により形成した周期的な 繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造体である。 特に、 金属材料から なる第 2の格子構造は反射率が 6 0 %以上の金属薄膜からなるようにした。 こ の金属格子の金属薄膜は、 Mg、 Se、 Y、 i、

Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge Te、 Pb、 Snからなる化合 物単独、 あるいは、 これらを 2種以上組み合わせた合金である。 好ましくは、 Al, Ag, Auが好適である。

また、 格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状は、 矩形、 台形、 三角形あ るいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組 み合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであり、 このましくは、 格子構造体の誘電体格子は、 矩形、 台形、 三角形あるいは正弦波形のいずれか の凸部の周期的な繰り返し構造であり、 格子周期が 0. 4 m以下、 格子深さ が、 0. 2 m以下である。 また、 格子構造体の誘電体格子の凸部は、 基本形 状に微細な形状を複数組み合わせて形成した凸部であっても良い。

これら格子構造体は、 導光手段 40に直接形成される場合、 透明基板上に形 成されて導光手段 40に配置される場合、 あるいは透明フィルムに形成されて 導光手段 40に配置される場合等が考えられる。

このような構造を満たす具体的な実施形態として、 本実施形態では、 図 3 1 で示すように透明な誘電体材料により照明光の波長程度以下の周期で形成され る誘電体格子である矩形格子 1 26の表面に、 さらに金属材料により照明光の 波長程度以下の周期で形成される金属格子であるアルミニウム 127により格 子構造体を形成したものとする。

この格子構造体に光を入射させたときの偏光分離特性の計算機によるシミュ レ一シヨンの具体例について説明する。 図 31の格子構造体を格子周期 p=0. 2 πι, 格子深さ d=0. 1 mの矩形格子 126の凸部分に、 厚さ 20 nm のアルミニウム 1 27を形成した構造とする。 この格子構造に可視の波長域の 光を垂直入射させた場合に、格子の方向に平行な偏光成分の反射率（Rs) と、 格子の方向に垂直な偏光成分の透過率 （Tp) の、 波長依存性を、 図 32に示 す。 波長域 0. 4^m〜0. 7 xmにおける平均値で、 Rs =約 0. 6、 Tp =約 0. 4が得られた。

これは、 可視領域の波長を有する光のうち p偏光は 0. 6程度透過し、 s偏 光は 0. 4程度反射するというものであり、 可視領域の全波長に対して良好な 偏光分離特性が得られる。 したがって、 本実施形態の格子構造体を用いる偏光 分離手段 10は、 光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。 このような格子構造体としても第 4〜第 7実施形態と同様の機能を果たすこと が可能である。

また、 他の例として図 33で示すように透明な誘電体材料により照明光の波 長程度以下の周期で形成される誘電体格子である三角形格子 128の表面に、 さらに金属材料により照明光の波長程度以下の周期で形成される金属格子であ るアルミニウム 129を形成した格子構造体である。

格子周期 P=0. 08 m、 格子深さ d = 0. 04 mの三角形格子 128 の片側斜面部分に、 厚さ 20 nmのアルミニウム 129を形成した構造である。 この格子構造に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、 三角形格子 128 の方向に平行な偏光成分の反射率 （Rs) と、 格子の方向に垂直な偏光成分の 透過率 （Tp) の、 波長依存性を、 図 34に示す。 波長域 0. 4 zm〜0. 7 mにおける平均値で、 Rs = 0. 5、 Tp = 0. 77が得られた。

これは、 可視領域の波長を有する光のうち ρ偏光は 0. 6程度透過し、 s偏 光は 0. 77程度反射するというものであり、 可視領域の全波長に対して良好 な偏光分離特性が得られる。 したがって、 本実施形態の格子構造体を用いる偏 光分離手段 10は、 光源は白色光源および単色光源に採用することが可能であ る。

このような格子構造体としても第 5, 第 6, 第 7実施形態と同様の機能 （白 色光源および単色光源の採用） を果たすことが可能である ·

続いて、 本発明の第 9実施形態について説明する。

本実施形態では、 第 4, 第 5， 第 6, 第 7, 第 8実施形態と同様に、 上記第 1〜第 3の実施形態の構成に加えて、 さらに偏光分離手段 10をより具体的に 説明するものであるが、 偏光分離手段 10の他の形態である。

本実施形態の偏光分離手段は、 金属材料により形成した周期的な繰り返し構 造である金属格子である金属格子からなる格子構造体である。

この格子構造体は、 導光手段 4 0に金属格子が直接形成される場合、 透明基 板上に金属格子が形成されて導光手段 4 0に配置される場合、 あるいは透明フ イルムに対して金属格子が形成されて導光手段 4 0に配置される場合等が考え られる。

この格子構造体は、 好ましくは、 反射率が 6 0 %以上の金属薄膜である金属 格子を形成した格子構造体であるとよく、そのために金属薄膜は、 Mg、 Se、 Y、 TL、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si, Ge、 T¾、 Pb、 Snからなる化合物単独、 あるいは、 これらを 2種以上 組み合わせた合金が採用される。 また、 金属格子の金属薄膜の膜厚は 0 . 0 5 m以上、 格子の周期 Tは照明光の波長程度以下の 0 . 0 5〜0 . 2 5 z mで あり、 格子の幅は、 格子の周期 Tに対して 0 . 2 5 T〜0 . 8 5 Τの範囲にす ると良い。

さらに、 好ましくは、 導光手段、 透明基板、 あるいは透明フィルムと金属格 子との下側には下地層を形成し、 金属格子および前記下地層の表明に保護膜を 形成すると良い。

金属格子は、 導光手段、 透明基板、 透明フィルムあるいは下地層の表面に縞 状の格子パターンを有するマスクを通して、 蒸着法， スパッタ法， イオンプレ —ティング法， またはドライエッチング法の何れかにより形成することができ る。

特に、 透明フィルムの表面側に金属薄膜からなる金属格子が形成する場合に は、 格子構造体は、 透明フィルムに金属格子を形成した後、 その透明フィルム を縞方向に延伸して金属格子を微細なパターンとし、 透明フィルムと共に導光 手段または透明基板上に貼り付けて形成することとなる。

このような偏光分離手段 1 0について図を参照しつつ説明する。 図 3 5は、 格子構造体の構成図、 図 3 6は、 偏向分離特性図である。

格子構造体は、 図 3 5で示すように、 光の波長程度以下の周期 pで形成され ている金属薄膜である金属格子 1 3 1を備えている。 金属格子 1 3 1は、 詳し くは、 透明基板 1 3 0上に幅 a ·膜厚 dの金属薄膜 （金属格子） 1 3 1を周期 的に配置したものであり、 a + bは周期 pと一致する。

この格子構造体は、 偏光分離機能を与えるために、 金属薄膜の膜厚 dは 0 . 0 5 x m以上であり、 金属格子の周期は透過する光の波長程度以下の 0 . 0 5 〜0 . 2 5 / mであり、 金属格子の幅は、 金属格子の周期 Tに対して 0 . 2 5 T〜 0 . 8 5 Τの範囲内に治める必要がある。

本実施形態では、 金属格子 1 3 1の周期 ρが 2 0 0 n m程度、 深さは 1 0 0 η π！〜 2 0 O n m程度とし、 金属格子 1 3 1に金属材料としてアルミニウムを 用いることにより、 0 . 4〜0 . 7 /x mの可視光領域にある入射光のうち p偏 光の透過率は、 可視光の波長域に対し約 8 0 %〜 8 5 %程度であり、 また、 s 偏光の反射率は 6 0 %以上という性能を確保している。

図 3 7は他の格子構造体の断面斜視図である。 図 3 7において、 導光手段 4 0の表面部である透明基板 1 3 2は光学特性に優れた透明材料を用いるもので あり、 その材質は特に限定されないが、 例えばアクリル系樹脂、 ポリ力一ポネ ート系樹脂、 アモルファスポリオレフイン系樹脂、 ポリエポキシ系樹脂、 また はポリスチレン変性樹脂等を成形加工して形成される。

下地層 1 3 3が、 後述する金属薄膜 1 3 4からなる格子を形成する際に、 透 明基板 1 3 2との接着性向上及び金属薄膜形成時のダメージを防止するために 設けられる。 なお、 この下地層 1 3 3は、 必ずしも必須の構成要素ではない。 下地層 1 3 3の材質としては、 紫外線型のウレタン変性やエポキシ変性ァクリ レート樹脂、 または汎用性のアクリル酸ノメタクリル酸共重合体、 ポリエステ ル、 酢酸ビニル Zアクリル酸共重合体等の樹脂、 あるいは、 水溶性無機コート 材等を用い、 これらをスピンコート、 デイツビング、 ナイフコー夕一、 スリツ トリパースコ一夕一等で 2 m以下に塗布し、 光または熱で硬化させて形成す る。

金属薄膜 134は、 金属格子を形成するものである。 金属薄膜 134として は、 例えば Mg、 Se、 Υ、 Ί1、 Cr、 Μο、 W、 Μη、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge、 Te、 Pb、 Snからなる化合物等である。 これらのうちで好ましいものは、 Cr，Ni、 Pt、 Cu,Ag、 Auまたは A1である。 こ れらの化合物は単独で用いてもよいし、 あるいは 2種以上を組み合わせて合金 として用いても良い。 金属薄膜 134の反射率は 60%以上であることが好ま しいが、 70%以上であると反射効率が良くなる。

この金属薄膜 134は、 縞状の格子パターンを有するマスクを通して、 蒸着 法、 スパッタ法、 イオンプレーティング法またはドライエッチング法で格子構 造に形成される。 金属薄膜 134の厚さは 0. 05 m以上であるが、 あまり 厚いと透明基板 132または下地層 133の界面で剥離したり、 クラックが発 生する恐れがある。

金属薄膜 134によって形成される格子の周期は、 照明光の波長程度以下の 0. 05〜0. 25 imであり、 好ましくは 0. 08〜0. 2 mの範囲であ る。 更に、 金属薄膜 134による格子方向の幅は、 格子周期 Tに対して、 0. 25T〜0. 85 T xmの範囲が光学的に好ましい。

保護膜 135は表面硬度が傷等に強いことが要求されるため、 ゥレタン変性、 エポキシ変性の多官能性ァクリレート系の放射線硬化型樹脂、 透明無機薄膜等 を湿式法、 または金属薄膜形成時と同様のドライ法で形成する。 保護膜 135 の膜厚は 3 以下とすることが望ましい。

更に、 反射膜 136は透明基板 132の裏面側に形成された反射膜であり、 金属薄膜 134と同一化合物または異種化合物により形成される。 これは反射 手段 30に相当するものである。

この反射膜 136は、 透明基板 132の裏面のみに形成しても良いが、 光源 2からの入射光を受光する面と、 透明基板 132から出光する面と、 を除く面 のすべてに形成しても良い。 なお、 この反射膜 136 (反射手段 30) の形成 方法は他の実施形態でも適用できる事項である。

次に、 この改良した実施形態を具体化した実施例を説明する。

図 37の構成において、 先ずアクリル系樹脂 （株式会社クラレ製：商品名パ ラぺット H— 1000) を射出圧縮機 （ファナック株式会社製：商品名 100 t on α 100 i A) を用いて、 樹脂温度 250°C、 金型温度 70°C、 最大 射出圧 7 OMp aで射出成形し、 光学的に優れた透明基板 132を得る。 この 透明基板 132の上に下地層 133としてエポキシ変性ァクリレート系樹脂か らなる紫外線硬化型コーティング剤をスピンコート法で塗布し、 紫外線硬化し て約 0. 8 厚の膜を形成した。

この下地層 133の上に、 格子パターンを形成したマスクを通してスパッ夕 法で A 1の金属薄膜 134 (膜厚 0. 1 m) を形成し、 格子周期が 0. 15 111、 格子幅が0. 08 / mの金属格子を得た。

同時に、 透明基板 132の裏面の全面に、 A 1の反射膜 136 (膜厚 0. 1 urn) を形成した。

更に、 これらの透明基板 132、 下地層 133、 金属薄膜 134、 反射膜 1 36からなる部材の表裏にスピンコート法で多官能性ェポキシ変性ァクリレー ト樹脂からなる紫外線硬化型コ一ティング剤を塗布し、 硬化させて、 膜厚が約 2 mの保護膜 135を形成することにより、 完成させた。

次に、 さらに改良された実施形態を説明する。 図 38は他の格子構造体の断 面斜視図、 図 39は他の格子構造体の断面斜視図、 図 40は金属薄膜が蒸着さ れたフィルムの製造方法を示す図である。 この実施形態も、 導光手段及び金属 材料からなる格子構造に関するもので、 図 3 5〜図 3 7で示した格子構造体の 材質または構造を改良したものであり、 詳しくは透明フィルムの表面側に金属 薄膜を形成したものである。

図 3 8に示す改良された他の実施形態の格子は、 詳しくは透明基板 1 3 7の 上に積層された透明フィルム 1 4 2上に幅 a ·膜厚 dの金属薄膜 （金属格子） 1 3 9を周期的に配置したものであり、 a + bは周期 pと一致する。

金属薄膜 1 3 9は、 Mg、 Se、 Y、 i、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge、 Te、 Pb、 Snからなる化合物単 独、 あるいは、 これらを 2種以上組み合わせた合金である。

この金属薄膜 1 3 9からなる格子構造は反射率が 6 0 %以上となるように構 成され、 詳しくは金属薄膜の膜厚 dは 0 . 0 5 m以上であり、 格子の周期は 照明光の波長程度以下の 0 . 0 5〜0 . 2 5 w mであり、 格子の幅は、 格子の 周期 Tに対して 0 . 2 5 T〜0 . 8 5 Τの範囲であるようになされている。 続いて、 この改良された他の実施形態をより具体的にした構造について説明 する。 図 3 9において、 ポリエステル系樹脂、 ポリエチレン樹脂またはビニー ル系変性樹脂等からなる透明フィルム 1 4 2の上には、 下地層 1 3 8が形成さ れ、 図 3 7を用いて説明した構造と同様に、 下地層 1 3 8の上に格子構造の金 属薄膜 1 3 8が形成されている。 なお、 透明フィルム 1 4 2の材質は上記のも のに限定されるわけではない。

これらの透明フィルム 1 4 2、 下地層 1 3 8、 金属薄膜 1 3 9からなる部材 は、 一般の透明な光学用の接着剤 1 4 1を介して、 透明基板 1 3 7の上に貼り 付けられる。 その後、 保護膜 1 4 0及び反射膜 1 4 3を形成して全体が完成す る。

ここで、 透明フィルム 1 4 2の上に下地層 1 3 8を介して金属薄膜 1 3 9を 形成し、 これを透明基板 1 3 7の上に直接貼り付けても良い。 この透明フィルム 142上に金属薄膜 139を形成する方法は、 図 40 (a) で示すように、 フィルム基材 144上に、 蒸着等により金属薄膜 139を形成 する。 この場合、 図 40 (a) で示される金属薄膜 139の幅 ·ピッチは、 前 記した幅 a ·周期 pよりも大きく形成されている。 このようなフィルム基材 1 44を図 40 (a)の矢印で示す延伸方向に引っ張つ.て延伸すると、図 40 (b) で示すように、 フィルム基材 144 ·金属薄膜 139は変形して、 図 38で示 すように幅 a ·周期 pの透明フィルム 142 '金属薄膜 139となる。

この場合、 格子構造を更に微細なパ夕一ンとするために、 格子の縞方向に透 明フィルム 142の樹脂のガラス転移温度 （Tg) 以下で延伸させた後に、 透明 基板 137の上に貼り付けることも可能である。

次に、 この改良された他の実施形態をより具体ィヒした実施例を説明する。 図 39で示す格子構造体において、 PET (ポリ塩化テレフタレート） 製の透 明フィルム 142 (東レ社製） 上に、 下地層 138として、 ビニール系のコ一 ティング剤によりスリットリバースコ一夕一で約 1 /zmの膜を形成し、 その上 に図 37を用いて説明した構造と同様にスパッタ法で、 Auからなる格子状の金 属薄膜 139を形成し、 前記ガラス転移温度 （Tg) 以下の温度で縞方向に延伸 した。 これにより、 格子周期が 0.2^1^1、 格子幅 0.1 mの格子構造を得た。 更に、 保護膜 140を図 37を用いて説明した構造と同様に形成して出射面 側のフィルムを形成した。

また、前記同様に射出成形により得た透明基板 137の裏面に Auからなる反 射膜 143を形成し、 この透明基板 137に、 上記の作製したフィルムを反応 型アクリル系の接着剤 141により貼り合わせて完成させた。

図 37， 図 39を用いて説明した実施形態においても金属薄膜 134, 1 3 9からなる金属格子により、 この金属格子と直交する偏光成分の光は金属格子 を透過し、 また、 金属格子と平行な光は金属格子で反射して透明基板 132, 1 3 7内に戻され、 反射膜 1 3 6 , 1 4 3と、 金属薄膜 1 3 4， 1 3 9からなる 金属格子と、 の間で多重反射される。

このように格子で反射された光は、 透明基板 1 3 2 , 1 3 7内で反射を繰り 返すうちに図示しない偏光変換手段により偏光状態が変わり、 様々な偏光状態 を持つ光となって再度格子に入射し、 前述したと同様に格子と直交する偏光成 分の光を透過させることができる。

この結果、 金属薄膜 1 3 4， 1 3 9からなる格子と直交する偏光成分の光が 金属格子を透過でき、 透明基板 1 3 2， 1 3 7に入射した光から偏光を効率良 く取り出すことができる。

これは、 図 3 6の偏光分離特性図で示すように、 可視領域の波長を有する光 のうち P偏光は 0 . 6程度透過し、 s偏光は 0 . 7 7程度で反射するというも のであり、 可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。 したが つて、 本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段 1 0は、 光源は白色光源 および単色光源に採用することが可能である。

このような格子としても第 3〜第 8実施形態と同様の機能を果たすことが可 能である

以上、 偏光分離手段 1 0の各種形態に第 3〜第 9実施形態として説明した。 これらのうち誘電体により形成された格子構造体 （第 4実施形態） は、 単色光 源 （単波長の光を出力する） のみの利用が好ましく、 また、 それ以外の格子構 造体 （第 5〜第 9実施形態） では単色光源および白色光源 （異なる波長の複数 の光を組み合わせて人の目に白色であると認識されるような光） に適用できる。 これら偏光分離手段 1 0は、 導光板の使用目的に応じて選択される。

続いて、 第 1 0実施形態として偏光変換手段 2 0および導光手段 4 0につい て一括説明する。 偏光変換手段 2 0は、 各種考えられるが、 本発明では、 特に 樹脂の複屈折分布を利用するものである。 s偏光から p偏光への変換は、 大部 分が導光手段 4 0中の導光路のもつ複屈折によって行われる。

従来技術では、複屈折は決して好ましいものとは認識されておらず、例えば、 いわゆるプラスチックレンズなど、 光が透過する光学素子では、 均一な光学的 特性が要求されており、 成形技術では光ディスクに見られるように成形の際付 与されてしまう複屈折を低減させる工夫が行われている。

本実施形態では通常に樹脂成形を行った場合に発生する複屈折によっても偏 光の変換は行われ、 本発明の効果が得られる点に着目したものであり、 本発明 では従来では減少させていた樹脂成形時に発生する複屈折をあえて増加させて s偏光一 p偏光間の変換効率をさらに高めるようする。

本発明では、 樹脂で導光手段 4 0を製造する際に、 導光手段 4 0内に所定の 複屈折位相差を付与する複屈折を分布させるようにして、 導光手段 4 0ととも に偏光変換手段 2 0を一括して製造し、 構造の簡素化 ·薄型化■製造工程の省 力化 ·製造コストの低減化等を図るものである。

本実施形態では、 高分子樹脂を射出成形して導光手段 4 0を成形する。 この 射出成形時に偏光変換手段 2 0である複屈折分布を内在させるようにする。 以下、 製造方法について説明する。 通常の射出成形は、 高分子樹脂材料を溶 融可塑化させて高温状態で成形金型のキヤビティ内に高速充填した後冷却固化 させて目的とする形状の成形品を得る。

この際、 樹脂材料が粘弾性物質であること、 樹脂材料の流動と冷却とが同時 並行して起きること、 および樹脂材料の熱伝導率が低くて冷却が不均一になる ことなどが原因となって、 成形品中には不可避的に応力と歪みとが残留する。 成形品中には不可避的に応力と歪みとが残留するため、 樹脂成形品にはヮープ やシンクなどが発生するおそれがある。

また、 キヤビティ中の反注入口側の型壁付近においては、 高温の樹脂材料が 低温の型壁に急激に接触する故にその粘性が高くなり、 転写性 （型形状に対す る追従性） が低下する。 したがって、 成形品が例えば多数の細い溝 （例えば、 偏光分離手段 10の格子構造体の凸部） が並設されている部分を有するものの 場合には、 所定構造が精密に得られないおそれもある。

さらに型壁に接触する樹脂材料と側壁の温度差が大きいことが原因で、 樹脂 材料中に粘性の異なる層ができるので剪断力が発生して、 樹脂材料の高分子鎖 が高度に配向された層 （以下、 単にスキン層という） が形成される。 この結果 複屈折や屈折率の局部変化が発生する。

これら特性を鑑み、 ワープ ·シンク ·ショ一トシヨット （射出不充分） ·ゥェ ルドライン （融合不充分） などの成形不良を発生させることなく導光手段 40 を形成し、 しかも、 所定複屈折量のスキン層を形成する必要がある。

以上のような条件を満たすように、 冷却速度調整、 樹脂温度調整、 および成 形圧力調整が必要である。 特に樹脂温度および成形圧力を高くして成形不良を 回避しつつ、 特にスキン層を発生させるために型壁における樹脂材料と側壁と の温度差を大きくすることが必要である。

本発明者は、 鋭意実験を重ね、 所定複屈折量を満たす複屈折分布を有する射 出成形方法を知見した。

射出成形機は、 ファナック株式会社が製造した l O O t on « 100 i A という商品名の機械であり、 溶融樹脂に高圧を印加して成形できる装置である。 この射出成形機に対して、 複屈折分布の形成可能な樹脂材料としてポリカー ボネート （帝人化成株式会社の商品名パンライト） を用いている。

そして、成形圧力を従来よりも高圧の 142MP a (1450 kg f/cm²) に、 また、 樹脂温度を 300°C、 金型温度を 1 12°Cとして、 図 1， 図 2で示 される導光板 1 (縦 64mm、 横 64mm、 厚さ 9mm) を形成した。 この場合に導光手段 40に樹脂の異方性と配向によって複屈折が形成される こととなる。 この場合の複屈折分布について説明する。

図 41〜図 43は導光手段の複屈折分布を示す特性図である。 この複屈折率 分布では波長 550 nmの光に複屈折位相差を付与するものとして図示してあ り、 複屈折は導光手段の格子面に垂直な方向に形成されている。

通常の樹脂成形品では、 図 41で示すように、 導光手段断面位置全体にわた り複屈折位相差が 30° 以下となるように複屈折分布が抑制 ·制御されるが、 上記の製造条件で製造される本実施形態ではその複屈折位相差は図 42で示す ように、 複屈折が付与する複屈折位相差は透過する光に対して、 0₃ + η · 18 0° (但し、 0₃は 60° ≤0₃≤120° の範囲内にあって、 nは整数である） という条件 3を満たす。

また、 図 43で示すように、 複屈折が付与する複屈折位相差は透過する光に 対して、 0₃ + η · 180° (但し、 0₃は 60° ≤0₃≤120° の範囲内にあ つて、 nは整数である） から一部が逸脱するものの、 偏光変換手段の 60%以 上の領域は条件 3を満たす。 また、 条件 1， 条件 2は十分に満たしている。 このように、 複屈折は本発明の偏光変換手段 20としての機能を果たすもの となる。

なお、 上記したポリカーボネート以外にスキン層による複屈折を発生させる 樹脂材料として、 アクリル樹脂 （ポリメタクリル酸メチル： PMMA)、 ァクリ ロニトリル ·スチレン樹脂 （AS)、 エポキシ樹脂 （EP)、 ォレフィン系樹脂 (ォレフイン系エラストマ一 （TPO)) を用いることができるが、 アクリル系樹 脂ゃォレフイン系樹脂、 アモルファスポリオレフイン系樹脂、 ポリエポキシ系 樹脂、 またはポリスチレン変性樹脂等も用いることができる。

また、 上記した樹脂を 2種混合したポリマァロイや、 上記樹脂に対し、 紫外 線吸収剤等の添加物を混合させたポリマァロイなども樹脂として用いることが できる。 例えば、 アクリル樹脂に S i 0₂ を添加物として加えたものなどであ る。

さらにまた、 主材と異なる樹脂ポリマ （微小スチレンビーズないし液晶ポリ マ） を所定量含むようにして、 混晶ポリマーにすることもできる。

これらは、 スキン層の複屈折に加え、 スチレンビーズないし液晶ポリマとい ぅ複屈折性の領域を付与する機能を果たし、 複屈折量を増大させることが可能 となる。

なお、 本実施形態では、 導光手段の形成として、 射出成形方式や注型成形方 式、 押出成形方式、 流延成形方式、 圧延成形方式やロール塗工方式、 トランス ファ成形方式、 反応射出成形方式、 （R IM：)、 2P成形方式、 またはキャスト 成形方式などを採用することができる。 その形成に際しては、 必要に応じて変 色防止剤や酸化防止剤、 紫外線吸収剤、 離型剤などの必要な添加剤を配合する こともできる。

続いて、 第 11実施形態として反射手段 30について説明する。

反射手段 30は、 導光手段 40のうち光が入射される面と、 偏光分離手段 1 0が形成される面と、 を除く面のすべてまたは一部に設けられており、 導光手 段 40から不要な洩れ光がないようになされている。

この反射手段 30の具体例として、 一部又は全部は微細な凹凸からなる拡散 性ホログラムとし、 偏光分離手段 10に向けて拡散反射するものが考えられる。 この拡散性ホログラムについて説明する。 図 44は拡散性ホログラムの原理 図を説明する説明図である。図 44に示す拡散性ホログラムは、平面状であり、 直交座標系の xy平面上に置かれる。 また、 反射型であり、 下記の数式 3に示 す P ₃。 _Q (X)で表される位相差分布を持つ。

P 300 ） =mod [ a 320 - mod [ P ₃₂₀ ） — P"o ） + C _¾ Q , 兀」

+ a 330 ' mod [ P 33 ο ） ~ Ρ ₃ ιο ） + c a so. ] +mod [P ₃ io ） +c ₃₁₀, 7T], π] 数式 3 (但し、 Xは拡散性ホログラム上の位置を表すベクトル、 C₃₁。， C 320 » C ₃

₃₀は定数、 a ₃₂₀と a ₃₃₀は 0く a _{3 2 0} , a _{3 30} < 1を満たす定数、 である。） 但し、 上式における P₃₁。（x) , P₃₂Q(X) , P₃₃。（x) は下記の数式 4に示 すように与えられる。 なお、 λは入射光および出射光の波長であり、 χ。 は拡 散性ホログラム 31上に設けた基準位置を示す位置ベクトルである。 χ _{3 0 ()}, X ₃₁₀, χ ₃₂₀ , χ _{3 3}。 は、 順に図 44中の点 S3, U3， V3， W3のそれぞれ の位置べクトルである。 この 4点はいずれも z軸の負側に位置する。

? 310 (X ) ~ (I ^X 310— X I + I X— ^X 300 " I X 310 X n I― I X π―

Ρ_{3 2 0} (χ) = (I χ _{3 2 0} - χ I + I - X 3 O O 一 I X 320

300 I ) · , λ ,

? 330 ) ⁼ ( I ^X 330 ^{_ X} I + I ^X ~ X 300 330 X 0 I― I 0■ 300 I ) ' 兀 Ζλ

数式 4

この位相差分布 P₃。_Q (x)を持つ拡散性ホログラム 31は、 位相差分布 P₃₁。 (X)による偏向と位相差分布 P_{3 2 Q} (x)による偏向と位相差分布 P₃₃。（x)に よる偏向を同時に引き起こす作用を有する。 つまり、 点 S3を通り発散する波 長 λの入射光 300が拡散性ホログラム 31に入射すると、分岐、偏向されて、 点 U 3に向かい収束する出射光 310と点 V 3に向かい収束する出射光 320 と点 W3に向かい収束する出射光 330が出射される。 さらに、 各出射光の強 度比は数式 3に示した式中の a ₃₂。と a ₃₃。の値に応じた比率となる。

位相差分布 P₃。。（x,y)は、 下記の数式 5に示した z軸方向の形状分布 D， 3 。 で表される表面を持つ拡散性ホログラム 31により実現することができる。 ここでは、 拡散性ホログラム 31の周囲の媒質の屈折率は 1である。

D' , _{0 0 a} (X, y) =-1/2 - (λ/%) - Ρ 300 (x, y) 数式 5

このようにして形成された拡散性ホログラム 3 1では、 光源である点 S 3を 通り発散する波長 λの入射光 3 0 0が拡散性ホログラム 3 1に入射すると、 分 岐、 偏向されて、 点 U 3に向かい収束する出射光 3 1 0、 点 V 3に向かい収束 する出射光 3 2 0、 点 W 3に向かい収束する出射光 3 3 0が出射される。 した がって、 所望の方向に向けて拡散反射するよう制御することが可能である。 この拡散性ホログラム 3 1にはさらに金属反射膜が形成されて、 反射率をよ り向上させており、 その金属が、 Mg、 Se、 Y、 Ti、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge、 Te、 Pb、 Sn からな る化合物単独、 あるいは、 これらを 2種以上組み合わせた合金である。 なお、 コスト等を勘案して最も好ましいのは、 Al， Au, Ag薄膜である。 A1薄膜， Ag 薄膜の場合には酸化、 腐食による膜の損傷を防止するためさらに保護膜を形成 するのが望ましい。

また、 反射手段 3 0として、 誘電体多層膜により形成しても良い。

さらに、 この誘電体多層膜にさらに金属薄膜を形成して、 反射率を向上させ るようにしても良い。

また、 反射手段 3 0として、 印刷による反射パターンを形成しても良い。 反 射パターンは、 例えば、 図 4 5で示すような印刷パターンである。

また、 反射手段 3 0として、 散乱面 （反射面にサンドブラス ·薬品による腐 食等を用いて形成した粗面） としても良い。

以上説明したような導光板を用いて輝度向上率を比較して評価した。 比較表 を以下に示す。 図 4 6は輝度向上率の比較評価図である。

上記した条件 1 , 2， 3を満たすような複屈折位相差が付与され、 複屈折率 位相差が 4 0 ° , 6 0 ° , 7 0 ° ， 8 5 ° となった場合の従来の導光板に対す る輝度向上率を求めたものである。 光の波長は 6 3 0 n mの単波長の光源、 誘 電体格子の周期 P = 0. 6 fim, 格子の深さ d = 0. 3 ^zm、 金属格子の周期 を P = 0. 2 mを想定している。 従来の導光板に対する輝度向上率は下記の 数式 6に Tp、 s , v、 Rを代入して求められる。

, _ _ 0.5x7" +0.5χ 7? xnxRxT

輝度向上率 =—— —— ^

0.5 数式 6

ここにおいて、 Τρ は偏光分離手段の ρ偏光透過率である。 Rsは同じく s 偏光反射率である。 ?は s偏光 p偏光変換率である。 Rは導光板反射面の従来 の反射率に対する反射率比である。 なお、 分母にある除数 0. 5は、 従来の導 光板から放射される 1の光のうち、 P偏光のみ、 すなわち、 0. 5の光を利用 していることによる。

このような係数について偏光分離手段が誘電体格子のみの格子構造体である 場合、 誘電体格子の Tp = 0. 85， R s = 0. 55, R= lである。

また、 偏光分離手段が誘電体格子に多層膜を形成した格子構造体の場合、 T p = 0. 9, R s = 0. 9, R=lである。

また、 偏光分離手段が誘電体格子に金属格子を形成した格子構造体の場合、 Tp = 0. 75， R s = 0. 6， R=lである。

s偏光 p偏光変換率 7?は、 複屈折位相差 40° 、 60° 、 70° 、 85° 、 にそれぞれ対応して、 0. 44、 0. 66、 0. 77、 0. 94である。

このように、 図 46でも明らかなように、 従来よりも輝度向上率が改善され ていることが判る。 90° 近い複屈折率位相差を付与できたならば、 輝度向上 率は 1. 6となる場合もあり、 従来よりも 60%輝度を向上させることができ る。

以上本発明の導光板 1の構成要件である偏光分離手段 10、 偏向変換手段 2 0、 反射手段 30および導光手段 40について説明した。 これら構成を適宜組 み合わせることで、 導光板 1は、 輝度向上率を向上させることができる。

続いて、 このような導光板 1のさらなる改良について説明する。

導光板 1を照明装置として用いる場合、 導光板 1から照射される光は色分布 の均一性を要求される。 偏光向分離手段 1 0は格子構造体であるため白色光を 入射した場合、 分光効果によって虹が発生するように考えられるが、 偏光分離 手段 1 0の一点について多数の方向から光が入射するため偏光分離手段 1 0か ら射出される光は多くの光が混ざり合い虹は発生しない。

しかし、 偏光分離手段 1 0内の場所によっては色が多少異なることが生じる。 色の異なりは偏光分離手段 1 0の偏光分離特性すなわち p偏光透過率および s 偏光反射率を適当に選択すること、 すなわち、 偏光分離手段の格子ピッチ、 格 子深さなどを適当に選択することによつて均一化することが出来る。

特に光源 2から近い位置と遠い位置とでは、 輝度が相違している。 そこで、 特に液晶表示装置用の照明装置に用いる導光板 1では、 上記構成に加えてさら に色分布の均一化を図る配慮がなされている。

この色分布の均一化技術について説明する。

まず、 今まで説明した導光板 1では、 偏光分離手段 1 0は格子ピッチ、 格子 深さ等は均一な周期構造であるものとして説明した。 しかしながら、 色分布の 均一化のため格子ピッチ、 格子深さ等を場所によって変化させ、 偏光分離手段

1 0の偏光分離特性、 すなわち、 p偏光透過率の波長依存性、 s偏光反射率の 波長依存性を場所によって変化させている。

この点を図を参照して説明する。 図 4 7は、 場所により誘電体格子の格子ピ ッチが異なる偏光分離手段の説明図である。

図 4 7の偏光分離手段 1 0の光源 2に近い側は光密度が高く、 光源 2から離 れるにつれ密度が低下する。 そこで、 偏光分離手段 1 0の偏光分離特性につい て、 P偏光透過率を光源から近い側 （図 4 8の左側） では低い T _{P 1}に設定し、 また、 遠い側 （図 4 8の右側） では高い T _{P 2}に設定し、 s偏光反射率を光源か ら近い側 （図 4 8の左側） では高い R _{S 1}に設定し、 また、 光源から遠い側 （図 4 8の右側） では低い R _{S 2}となるように、 偏光分離手段 1 0の誘電体格子の格 子ピッチ、 格子深さを選択するようにする。

これにより偏光分離手段 1 0を透過しょうとする光 P _P。い P _s。₂のうち、 光 源 2に近い側では光密度が低い p偏光である P p！を透過させ、 s偏光である P s iは高率で反射させ、 また、 光源 2から遠い側では通常より光密度が高い p偏光 である P _{P 2}を透過させ、 s偏光である P _{S 2}は低率で反射させる。 このため、 遠 近領域での光密度の差が是正され、 光密度を遠近領域で均一にすることができ る、 すなわち輝度分布の均一化が図れる。 このように偏光分離手段 1 0の誘電 体格子の格子ピッチを位置により異なる構成とすることで輝度率の均一化に寄 与することができる。

また、 光源によっては、 左右両端領域でも不均衡を生ずる場合がある。 この 点について図を参照しつつ説明する。 図 4 8は、 場所により誘電体格子の形状 が異なる偏光分離手段の説明図である。 今まで説明した偏光分離手段 1 0が有 する誘電体格子 （第 4〜第 8実施形態） ·金属格子 （第 9実施形態） が偏光分離 機能を実現するためには、 誘電体格子 ·金属格子に対して直交するよう光が入 射することが望ましい。 したがって、 通常は、 図 4 8 ( a ) で示すように棒状 の光源 （線状光源） 2を用いることが望ましい。 このような棒状の光源 2は、 例えば、 上記では冷陰極管が該当する。 しかしながら、 単色光源などでは L E Dのように点状の光源 2を採用する場合もあり、 この場合は左右両端領域では 入射光が直交しないため、 偏光分離機能が不完全であって輝度分布が不均一な 場合が起こりうる。

そこで、 誘電体格子 ·金属格子を図 4 8 ( b ) で示すように湾曲状に設けた 格子構造体としたり、 また、 図 4 8 ( c ) に示すように入射する光に対して直 交する三本の線を組み合わせた近似形状の格子構造体とした。 このため、 図 4 8 ( a ) 湾曲状の格子構造体では全ての入射光が、 また、 図 4 8 ( b ) の近似 形状の格子構造体では殆どの光が、 格子構造体の形成方向に直交するように光 が入射するため、 棒状 ·点状の光源 2を採用した場合でも、 左右領域で輝度分 布の均一化を図ることができる。

続いて、 輝度率を均一化するためには、 反射手段 3 0の工夫によっても行う ことが出来る点について図を参照しつつ説明する。 図 4 9は、 場所により印刷 パタンが異なる反射手段の説明図である。 従来から知られているように図 4 9 (図 4 5は図 4 9の斜視図である） に示す拡散反射性の材料を光源 2に近い側 で密度が高く、遠い側で光密度が低くなるように印刷する。このようにしても、 輝度分布の均一化を図ることができる。

また、 先に説明した拡散性ホログラムとすることによつても行える。 図 5 0， 図 5 1は、 場所により反射方向を相違させる拡散性ホログラムによる反射手段 の説明図である。 先に説明した拡散ホログラムは入射する光を複数の方向に、 方向ごとに異なる光強度を持って高効率で分岐偏向するものであった。 この手 法によって図 5 0に示す上方反射方向は光源に近い側では低反射率で、 光源か ら遠い側では高反射率とするように設計して光密度を均一化し、 輝度分布の均 一化を図ることができる。

反射型の拡散性ホログラムでは入射する光を多数に分岐させることによって 光の拡散効果を持たせることができる。 反射型とするためには従来から知られ ているようにメツキ処理を行う。 特に光を分岐させる方向を偏向分離面の方向 にすることによって光の偏向分離面から放射される光の方向を所定の範囲に収 めるよう工夫することもできる。

拡散性ホログラムは、 上に述べた方法の他に Dammannの方法として知られ ている光分岐器の設計手法を用いることもできる。 また、 体積ホログラム屈折 率分布を形成して拡散機能を持たせる手法でも良い。 また、 日本国特開昭 5 3 - 4 2 7 2 6 「カメラのファインダー」、 日本国特開昭 5 3 _ 5 1 7 5 5 「スぺ ックル拡散板作成装置」 に示されたスペックル拡散を利用したものであっても 良い。

また、 液晶表示装置などの照明装置に用いる導光板は、 光の放射される方向 が所定の角度領域内に収まっていることが要求される。 図 5 2は照明装置用の 導光板の放射角度領域の説明図である。 図 5 2で示すように、 X方向と y方向 では放射角度領域は相違している。

このためには先に反射手段で述べた 印刷パタンによる方法、 望ましくは拡 散性ホログラムによる方法、 Dammann の方法として知られている光分岐器の 設計手法、 体積ホログラム屈折率分布を形成して拡散機能を持たせる手法、 日 本国特開昭 5 3— 4 2 7 2 6 「カメラのファインダ一」、 日本国特開昭 5 3— 5 1 7 5 5 「スペックル拡散板作成装置」 に示されたスペックル拡散を利用した 手法など拡散ホログラムによる方法によって放射角度領域を設定する。

続いて、 以上説明した導光板 1を用いる液晶表示装置について説明する。 図 5 3は、 液晶表示装置の概略構成図、 図 5 4は格子構造体と透過光との関係を 図示する A B矢視図である。

図 5 3で示すように液晶表示装置 4は、 光源 2、 導光板 1、 液晶パネル 5を 備えるものであり、 導光板 1の側面に光源 2を配置する構成は、 エッジライト 型と呼ばれ、 この導光板 1は概略楔形である。 光源 2と導光板 1とで照明装置 6を構成し、 図 5 3、 図 5 4で示すように、 概略平面板状の液晶パネル 5に照 明光 （3 1 c〜3 4 c ) を照明する装置である。 導光板 1は、 今まで説明した 偏光分離手段 1 0、 偏光変換手段 2 0、 反射手段 3 0および導光手段 4 0を一 体に備えているものである。

この導光手段 4 0は、 透明樹脂材料で形成されて光源 2から入射した光 3 a を液晶パネル 5へ導光するとともに、 図 5 3では図面明瞭化のため図示しない が偏光変換手段 2 0を、 当然に内在している。偏光分離手段 1 0は、 ここでは、 照明光 （3 1 c〜3 4 c ) を出射する面に金属材料で形成される金属格子 1 3 1 (図 3 5参照） である。 反射手段 3 0は、 金属材料で形成される。

続いて、 この液晶表示装置 4の機能について説明する。 光源 2から入射した 光は導光手段 4 0へ入射する。 図 5 3、 図 5 4において、 光源 2は例えば冷陰 極管であり、 この光源 2からの放射光 3 a (説明の簡素化のため、 右斜め下に 放射される光 3 aのみ図示するが、 実際は複数の光が導光手段 4 0に入射する。 以下、 複数の光を含めて光 3 aで表示する） が導光手段 4 0に入射する。 導光 手段 4 0に光源 2からの光 3 aが入射する面と、 液晶パネル 5側の面以外の面 には、 金属薄膜の反射板である反射手段 3 0 ( 3 0 a , 3 0 b ) と、 図 5 4に 示される金属薄膜の反射板である反射手段 3 0 ( 3 0 c , 3 0 d ) と、 が備わ つている。 また、 導光手段 4 0の液晶パネル 5側の内面においても入射角が大 きいと光は全反射するので、 導光手段 4 0に入射した光 3 aは導光手段 4 0内 で反射を繰り返し、 多重反射が生じる。 導光基手段 4 0の内外、 および反射手 段 3 0の表面には、 例えば、 先に述べたように、 人射した光を拡散させたり、 指向性を持たせるような構造を備えることにより、 液晶パネル 5を照明する光 を平面内で均一化することができる。

以下、 図 5 4を併用して図 5 3を説明する。 導光手段 4 0の内側から偏光分 離手段 1 0のある面に全反射しない角度で入射した光 3 b， （3 2 b， 3 3 b , 3 4 b ) は格子 1 3 1に入射する。 偏向分離手段 1 0は格子構造体が形成 （図 5 4では水平方向に伸びるように形成されている。） される。 偏向分離手段 1 0 への入射光 3 b , ( 3 2 b , 3 3 b , 3 4 b ) は、 偏向分離手段 1 0の格子構造 体の形成方向 （水平方向） に対して、 垂直な偏光成分 （3 1 c〜3 4 c ) が透 過し、 偏向分離手段 1 0の格子構造体の形成方向に対して平行な偏光成分は反 射する。 透過する方向の直線偏光 （31 (：〜 34 c) の透過率は、 仮に格子構 造体を金属格子として周期 Pが 200nm程度、 深さは 100nm〜200nm程度であ つて金属材料としてアルミニウムを用いた場合、 可視光の波長域に対し約 8 0%~85%程度までの透過率が得られる。

また、 反射する方向の偏光成分 （32 a， 33 a, 34 a) はほぼ全て反射 され、 この反射した光 （32 a, 33 a, 34 a) は再び導光手段 40の内部 で多重反射を繰り返す。

このように、 偏光分離手段 10で反射された光 （32 a， 33 a, 34 a) は導光手段 40内で反射を繰り返すうちに図示しない偏光変換手段 20 (複屈 折） により偏光状態が変わり、 様々な偏光状態を持つ光 （32 b， 33 b, 3 4 b) となり、 再度、 偏光分離手段 10に入射し、 前述したと同様に、 偏光分 離手段 10の格子構造体の形成方向に直交する p偏光成分 （ 3 1 c〜 34 c ) だけが透過する。

以上のような過程を繰り返し、 光源 2から導光板 1に入射した光 3 aは、 p 偏光成分（31 c〜34 c)となって導光板 1から液晶パネル 5へ照射される。 上述の照明光 （3 1 c〜34 c) の直線偏光の向きは、 偏光板 51を透過する 偏光の向きと一致させてあるので、 照明光 （3 1 c〜34 c) は偏光板 5 1で 吸収されずに液晶板 52に入射させることができる。

このように偏光分離手段 1 0で反射された s偏光成分の照明光 （32 a〜3 4 a) は、 導光手段 40内で反射を繰り返すうちに複屈折である偏光変換手段 20により偏光状態が変わり、 様々な偏光状態を持つ （つまり様々な偏光角度 を含む P偏光成分 · s偏光成分を持つ） 光 3 b (32 b〜34 b) となり、 再 度偏光分離手段 1 0に入射し、 前述したと同様に偏光分離手段 10の格子構造 体の形成方向に直交する P偏光成分 （31 c〜34 c) を透過させることがで きる。 この結果、 P偏光成分 （3 1 c〜3 4 c ) の光が偏光分離手段 1 0を透過し て液晶パネル 5を照射することができ、 光源 2から導光板 1に入射した光 3 a を効率良く利用することができる。

なお、 反射手段 （3 0 a〜3 0 d ) の一部は微細な凹凸からなる拡散性ホロ グラムとして、 偏光分離手段 1 0に向けて出光する光を拡散反射させるように しても良い。

更に、 導光手段 3 0の裏面側に、 表面側の格子構造と同一化合物または異種 化合物からなる反射膜を備えても良い。

この液晶表示装置の構成を従来技術と比較する。

図 5 3および図 5 4に図示する液晶表示装置 4の構成は、 図 6 5に例示した 従来技術の液晶表示装置と比べて、 導光手段 4 0の液晶パネル 5側の面上に、 上記原理で機能する偏光分離手段 1 0が備わつた導光板 1を用い、 さらに所定 条件 1， 2， 3を満たすような複屈折位相差を付与する偏光変換手段 2 0を配 置している点が異なる。 なお、 液晶パネル 5の構造は図 6 5の構成と同じであ る。 このため、 P偏光成分を有効に取り出すことが可能となり、 液晶パネルが 必要とする P偏光成分が多く入射されるため、 液晶表示装置 4の表示面は大変 明るいものとなる。

また、 構成が少なくなるという利点がある。 図 5 5は液晶表示装置の従来技 術との比較図である。 図 5 5 ( a ) で示す従来技術の液晶表示装置では各種構 成 （反射板 ·導光板 ·拡散板 ·二枚のプリズムシート ·保護フィルム ·液晶パ ネル） を必要としていたが、 図 5 5 ( b ) で示す、 本発明に係る液晶表示装置 4では構成を少なくしており、 優れている点が判る。

また、 従来の照明装置 6に比べて照明光 （3 1 (：〜 3 4 c ) を効率よく液晶 板 5 2に入射させることができるので、 冷陰極管などの光源 2の発光素子の発 光輝度を下げて、 消費電力を低減し、 その結果、 光源 2の寿命を延ばすこと、 あるいは発光素子の数を減らすことが可能になる。

なお、 液晶表示装置 4に用いる導光板 1は、 図 1で示した形態とすることも できる。 この場合の液晶表示装置について図 5 6を用いて説明する。

本実施形態は、 液晶表示装置の全体構造は基本的に図 5 3で示す液晶表示装 置 4と同様であって、 特に偏光分離手段 1 0として誘電体格子 ·多層膜が塗布 された誘電体格子を有する格子構造体を、 反射手段 3 0として印刷パタンゃ拡 散性ホログラムを採用したものである。 楔型ではないが、 印刷パタンや拡散性 ホログラムにより所定方向へ拡散反射させるように設定できるため、 楔形の導 光板と同様に本発明の効果を奏しうる。 なお、 これ以外の点については先の説 明と同様であるため重複する説明を避ける。

このように、 導光手段 4 0の出射側に配備される格子構造体により、 この誘 電体格子と直交する偏光成分 （p偏光成分） の光はこの格子構造体を透過して 液晶パネル 5を照射し、 また、 この格子と平行な偏光成分 （s偏光成分） の光 はこの格子構造体で反射して導光手段 4 0内に戻され、 導光手段 4 0の反射板 と前記格子構造体との間で多重反射される。 このように格子構造体によって反 射された光は、導光手段 4 0内で反射を繰り返すうちに偏光状態が変わり、様々 な偏光状態を持つ光となり、 再度格子構造体に入射して、 前述したと同様に格 子構造体と直交する偏光成分 （p偏光成分） を透過させることができる。

この結果、 格子構造体の格子と直交する偏光成分 （p偏光成分） の光がこの 格子構造を透過して被照明対象を照射することができ、 光源から導光手段に入 射した光を効率良く利用することができる。

(他の実施形態）

図 5 7〜図 6 0は、 本発明の他の実施形態の概略的な構成を示すものである。 以下、 これらについて順に説明するが、 本発明は図 5 7〜図 6 0以外の様々な 種類の液晶ディスプレイ装置等にも適用可能である。 まず、 図 5 7は直下型照明方式の液晶ディスプレイに適用した例である。 蛍 光管等の光源 2から放射された光は、 導光手段 4 5 0 (前述した各実施形態に おける導光板 1を包括する概念であり、 以下の実施形態についても同様であ る。） を通過して格子形成部 6 0 0 (前述した各実施形態における格子構造体を 包括する概念であり、 以下の実施形態についても同様である。） に到達する。 格子面で偏光が分離し、 一方の偏光成分は透過して液晶パネル 5を照明する。 もう一方の偏光成分は反射して導光手段 4 5 0を通過し、 光源部 2 0 0内で反 射して再び導光手段 4 5 0を通過する過程で偏光状態が変化し、 照明に寄与す る。

図 5 8は、 液晶面から自然光を採光する方式の液晶ディスプレイ装置にこの 発明を適用した例である。 採光部 2 5 0から入射した光は導光手段 4 5 0を経 由して格子形成部 6 0 0に至る。 格子形成部 6 0 0の格子面で偏光が分離し、 一方の偏光成分は透過して液晶パネル 5を照明する。 もう一方の偏光成分は反 射して導光手段 4 5 0内に戻り、 その内部で反射を繰返して偏光状態が変化し た後、 再び格子に入射して照明に寄与する。

図 5 9は、 フロントライト方式の液晶ディスプレイ装置にこの発明を適用し た例である。 光源 2から放射された光は導光手段 4 5 0の上面に大きな入射角 度で入射して反射し、 格子形成部 6 0 0へ入射する。 格子形成部 6 0 0の格子 面で偏光が分離し、 一方の偏光成分は透過して液晶パネル 5を照明する。 もう 一方の偏光成分は反射して導光手段 4 5 0内に戻り、 その内部で反射を繰返し て偏光状態が変化すると共に再び格子に入射し、 照明に寄与する。 液晶パネル 5を経て上方に向かう光は格子を透過し、 導光手段 4 5 0に小さな入射角度で 入射し、 通過する。 なお、 3 0 eは反射ミラーである。

図 6 0は、 ガラスや樹脂からなる液晶基板 5 5と導光手段 4 5 0とによって 液晶 'カラ一フィルタ層 5 Aをはさむように形成した例である。 この例では液 晶ディスプレイ装置を薄くできる効果がある。

上述した図 5 7〜図 6 0の実施形態の動作は、 基本的に上記の実施形態態と 同様である。

また、 以上説明した本発明の各実施形態では特に述べていないが、 光源 2は 単色または白色の L E D光源のような点状光源でも良い。

続いて実際の構成に係る実施例について説明する。 まず、 実施例 1について 説明する。 実施例 1は、 実際に製作した偏光分離手段 1 0である。

図 6 1は誘電体格子の断面形状を示す図 （SEM写真） である。 導光手段とし てポリ力一ポネ一トを樹脂成形し、 表面に誘電体格子を転写したものである。 格子周期は 0 . 6 m、 格子深さは 0 . 3 2 /i mである。 図 6 2に誘電体格子 の偏向分離特性図を示す。 点線 ·実線はコンピュータシミュレーションによる 図、厶印' X印は実測値を示している。なお、光源は発光波長 550nm · 600nm · 630nmの単波長の LED光源を用いた。また、導光板 1の断面複屈折率分布は、 条件 2である。 この場合、 図 4 6で示す実施例 1に該当するものである。

このような構成の導光板 1を実験装置を用いて輝度向上率を計測した。 図 6 3は輝度向上率の測定する実験装置の構成図である。 図 6 3で示すように、 表 面に偏光分離手段 1 0を、 裏面に反射手段 3 0を形成し、 その内部に図示しな い偏光変換手段を形成している。 導光板 1の両側面から光源 2 (L E D光源） による光を照射した。 この導光板 1から出射される光は、 同一形状で表面に偏 光分離面を持たない従来の PMMA榭脂製導光板と比較して輝度が 20%向上し ており、 評価は実用レベルである （◎にて示す)。

続いて実際の構成に係る他の実施例である実施例 2について説明する。 実施 例 2は、 実際に製作した偏光分離手段 1 0である。

図 6 4は三層の多層膜を有する誘電体格子の断面形状を示す図 （SEM写真） である。導光手段として格子ピッチ 0.6 mのポリ力一ポネート製誘電体格子を 形成し、 SiOをバインダとして i02，Si02, L02の 3層膜を蒸着によって格子構 造体を形成している。 なお、 光源は白色光源を用いた。 また、 導光板 1の断面 複屈折率分布は、 条件 3である。 この場合、 図 4 6で示す実施例 2に該当する ものである。

このような構成の導光板 1を実験装置を用いて輝度向上率を計測した。 実験 装置は図 6 3で示す装置である。 表面に偏光分離手段 1 0を、 裏面に反射手段 3 0を形成し、 その内部に偏光変換手段 2 0を形成している。 導光板 1の両側 面から白色の光源 （L E D光源） 2による光を照射した。 この導光板 1から出 射される光は、同一形状で表面に偏光分離面を持たない従来の PMMA樹脂製導 光板と比較して輝度が 60%向上しており、 評価は実用レベルである （◎にて示 す)。 産業上の利用可能性

以上述べたように本発明によれば、 液晶パネルなどの偏光板で入射が阻止さ れる偏光成分 （s偏光成分） を、 導光手段の表面に設けられた格子構造体であ る偏光分離手段により導光手段内に戻し、 偏光変換手段で直線傭光方向を変換 させつつ反射板である反射手段により再び偏光分離手段へ入射させることによ り、 液晶パネルで入射される偏光成分 （p偏光成分） として取り出すようにし たため、 従来では有効活用されていない光の偏光成分を取り出せるようにし、 発光素子などの部品の点数を削減し、 消費電力も減少させるような導光板およ びこの導光板を備えた液晶表示装置を提供することができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 光の偏光方向に応じて反射光と透過光とを分離する偏光分離手段と、 光を反射する反射手段と、

透過する光に対して 0 i + n · 180° (但し、 0 iは 30° ≤θ i≤ 150° の範囲内にあって、 nは整数である） の条件を満たすように位相差を与える偏 光変換手段と、

前記偏光分離手段と前記反射手段との間に前記偏光変換手段を挟み、 これら がー体となるように設けた導光手段と、

を備えることを特徴とする導光板。

2. 請求項 1に記載の導光板において、

好ましくは、前記偏光変換手段の 80 %以上の領域で、透過する光に対して、 0₂ + η · 180° (但し、 θ₂は 45° ≤0₂≤135° の範囲内にあって、 η は整数である） の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とする導光板。

3. 請求項 1または請求項 2に記載の導光板において、

さらに好ましくは、 前記偏光変換手段の 60%以上の領域で、 透過する光に 対して、 0₃ + η · 180° (但し、 0₃は 60° ≤0₃≤120° の範囲内にあ つて、 ηは整数である） の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とす る導光板。

4. 請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構 造である誘電体格子からなる格子構造体とすることを特徴とする導光板。

5 . 請求項 4に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状が、 矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形という凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組合せた形 状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする導光板。

6 . 請求項 5に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 矩形、 台形、 三角形あるいは正弦波形のい ずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、 格子周期が、 0 . 3〜0 . 8 / m、 格子深さが 0 . 2〜0 . 5 mであることを特徴とする導光板。

7 . 請求項 6に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、 基本形状に微細な形状を組み合わせ て形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする導光板。

8 . 請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構 造である誘電体格子の表面に、 所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、 あるいは、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面 層を加えた格子構造体であることを特徴とする導光板。

9 . 請求項 8に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状が、 矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組合 せた形状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする 導光板。

1 0 . 請求項 9に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 格子周期 0 . 3〜 0 . 8 ^ m、 格子深さ 0 . 2〜0 . 5 であり、

前記格子構造体の表面に設けられる表面層は、 厚さ 5 0〜1 5 0 nmの二酸 化チタン （T i 0₂) または五酸化タンタル （T a ₂〇₅ ) と、 厚さ 7 0〜2 0 0 n mの二酸化シリコン （S i 0₂) と、 を交互に積層した複数層である、 ことを特徴とする導光板。

1 1 . 請求項 1 0に記載した導光板において、

前記格子構造体は、 前記誘電体格子と前記表面層との間に 0を超えて 1 0 0 n mまでの厚さの一酸化シリコン （S i〇） 層を備えることを特徴とする導光 板。

1 2 . 請求項 1 1に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、 基本形状に微細な形状を組み合わせ て形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする導光板。

1 3 . 請求項 8〜請求項 1 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記格子構造体は、 前記誘電体格子の表面に、

スピンコ一夕一法あるいは口一ルコ一夕一法により、 溶媒で希釈された物質 を付けた後で溶媒を除去する工程を一度または複数回繰り返して形成した表面 または、 蒸着法、 スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより、 一層 の物質、 あるいは、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を形成した表面 層、

を備えることを特徴とする導光板。

1 4. 請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構 造である誘電体格子の凹部に、 所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、 または、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層、 を加えた格子構造体であることを特徴とする導光板。

1 5 . 請求項 1 4に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状が、 矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組合 わせた形状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする導 光板。

1 6 . 請求項 1 5に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、格子周期 0 . 3〜0 . 8 111、格子深さ0 . 2〜0 . 5 ΠΙであり、

前記格子構造体の凹部に設けられる表面層は、 厚さ 5 0〜 1 5 0 n mの二酸 化チタン （T i 0₂ ) または五酸化タンタル （T a ₂ 0₅ ) と、 厚さ 7 0〜2 0 0 n mの二酸化シリコン （S i〇₂) と、 を交互に積層した複数層である、 ことを特徴とする導光板。

1 7 . 請求項 1 6に記載した導光板において、

前記格子構造体は、 誘電体格子と表面層との間に 0を超えて 1 0 0 n mまで の厚さの一酸化シリコン （S i O) 層を備えることを特徴とする導光板。

1 8 . 請求項 1 7に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、 基本形状に微細な形状を組み合わせ て形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする導光板。

1 9 . 請求項 1 4〜請求項 1 8の何れか一項に記載の導光板において、 前記格子構造体は、 誘電体格子の表面に、

スピンコ一夕一法あるいは口一ルコ一夕一法により、 溶媒で希釈された物質 を付けた後で溶媒を除去し、 さらに誘電体格子の凸部の頂上にある物質のみを 除去する工程を一度あるいは複数回繰り返して凹部に形成した一層の物質、 あ るいは、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる表面層、

または、

蒸着法、 スパッタ法あるいはイオンプレ一ティング法の何れかにより、 物質 を付けた後で凸部の頂上にある物質のみを除去する工程を一度あるいは複数回 繰り返して凹部に形成した一層の物質、 あるいは、 隣接する層間で互いに屈折 率の異なる物質からなる表面層、

を備えることを特徴とする導光板。

2 0 . 請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質が積層状に 形成された凸部の周期的な繰り返し構造である格子からなる格子構造体とする ことを特徴とする導光板。

2 1 . 請求項 2 0に記載の導光板において、

前記格子構造の格子体は、 その断面形状が矩形、 台形、 三角形あるいは正弦 波形のいずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組合わせた形 状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする導光板。

2 2 . 請求項 2 1に記載の導光板において、

前記格子構造体は、

スピンコ一夕一法またはロールコ一夕一法により、 溶媒で希釈された物質を 付けた後、 溶媒を除去する工程を複数回繰り返し形成した、 隣接する層間で互 いに屈折率の異なる物質からなる膜、

または、

蒸着法、 スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより形成し た、 隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる膜、

に対してエンボス加工を行うことにより形成された格子であることを特徴と する導光板。

2 3 . 請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構 造である誘電体格子の表面に、 金属材料により形成した周期的な繰り返し構造 である金属格子を設けた格子構造体であることを特徴とする導光板。

2 4. 請求項 2 3に記載の導光板において、

前記格子構造体の金属格子は、 反射率が 6 0 %以上の金属薄膜により形成さ れることを特徴とする導光板。

2 5 . 請求項 2 4に記載の導光板において、 ' 前記金属格子の金属薄膜は、 Mg、 Se、 Υ、 Ί1、 Cr、 Μο、 W、 Μη、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge、 Te、 Pb、 Snからな る化合物単独、 あるいは、 これらを 2種以上組み合わせた合金であることを特 徵とする導光板。

2 6 . 請求項 2 3〜請求項 2 5の何れか一項に記載の導光板において、 前記格子構造体の誘電体格子は、 その断面形状は、 矩形、 台形、 三角形ある いは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、 または、 これら凸部を複数組み 合わせた形状、 のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徵とする 導光板。

2 7 . 請求項 2 6に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子は、 矩形、 台形、 三角形あるいは正弦波形のい ずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、 格子周期が 0を超えて 0 . 4 m以下、格子深さが 0を超えて 0 . 2 m以下であることを特徴とする導光板。

2 8 . 請求項 2 7に記載の導光板において、

前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、 基本形状に微細な形状を組み合わせ て形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする導光板。

2 9 . 請求項 1〜請求項 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 導光手段、 透明基板、 または透明フィルムに対して金 属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造 体とすることを特徴とする導光板。

3 0 . 請求項 2 9に記載の導光板において、

前記格子構造体は、 反射率が 6 0 %以上の金属薄膜である金属格子を形成し た格子構造体であることを特徴とする導光板。

3 1 . 請求項 3 0に記載の導光板において、

前記金属格子の金属薄膜は、 Mg、 Se、 Υ、 Ί1、 Cr、 Μο、 W、 Μη、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge、 Te、 Pb、 Snからな る化合物単独、 あるいは、 これらを 2種以上組み合わせた合金であることを特 徴とする導光板。

3 2 · 請求項 3 0または請求項 3 1に記載の導光板において、

前記金属格子の金属薄膜の膜厚は 0 . 0 5 z m以上、 格子の周期 Tは 0 . 0 5〜0 . 2 5 mであり、格子の幅は、格子の周期 Tに対して 0 . 2 5 T〜0 . 8 5 Τの範囲であることを特徴とする導光板。

3 3 . 請求項 2 9〜請求項 3 2の何れか一項に記載の導光板において、 導光手段、 透明基板、 または透明フィルムと、 前記金属格子と、 の間に下地 層が形成され、

前記金属格子および前記下地層の表明に保護膜を形成することを特徴とする 導光板。

3 4 . 請求項 2 9〜請求項 3 3の何れか一項に記載の導光板において、 前記金属格子は、 導光手段、 透明基板、 透明フィルムまたは下地層の表面に 縞状の格子パターンを有するマスクを通して、 蒸着法， スパッタ法， イオンプ レーティング法， またはドライエッチング法の何れかにより形成することを特 徵とする導光板。

3 5 . 請求項 2 9〜請求項 3 4の何れか一項に記載の導光板であって、 透明 フィルムの表面側に金属薄膜からなる金属格子が形成された格子構造体を有す る導光板において、

前記格子構造体は、 透明フィルムに金属格子を形成した後、 その透明フィル ムを縞方向に延伸して金属格子を微細なパターンとし、 透明フィルムと共に導 光手段または透明基板上に貼り付けて形成することを特徴とする導光板。

3 6 . 請求項 1〜請求項 3 5の何れか一項に記載の導光板において、

前記導光手段は樹脂を材料とし、 前記偏光変換手段を複屈折分布とすること を特徴とする導光板。

3 7 . 請求項 3 6に記載の導光板において、

前記導光手段の材料は、 ァグリル系樹脂、 ポリ力一ポネート系樹脂、 ァクリ ロニトリル ·スチレン系樹脂、 エポキシ系樹脂、 または、 ォレフィン系樹脂の 何れかであることを特徴とする導光板。

3 8 . 請求項 3 6または請求項 3 7に記載の導光板において、

異方配向したスキン層により内部複屈折を形成したことを特徴とする導光板。

3 9 . 請求項 3 6〜請求項 3 8の何れか一項に記載の導光板において、 樹脂を材料とする導光手段は配向が大きいことを特徴とする導光板。

4 0 . 請求項 3 6〜請求項 3 9の何れか一項に記載の導光板において、 導光手段を形成した樹脂には主材と異なる、 異方性を有する樹脂ポリマを所 定量含むことを特徴とする。

4 1 . 請求項 4 0に記載の導光板において、

主材と異なる樹脂ポリマはスチレンビーズないし液晶ポリマであることを特 徵とする導光板。

4 2 . 請求項 1〜請求項 4 1の何れか一項に記載の導光板において、 前記反射手段は、 前記導光手段のうち光が入射される面と、 偏光分離手段が 形成される面と、 を除く面のすべてまたは一部に設けられることを特徴とする 導光板。

4 3 . 請求項 1〜請求項 4 2の何れか一項に記載の導光板において、 前記反射手段の一部又は全部は微細な凹凸からなる拡散性ホログラム、 体積 型拡散性ホログラム、 または、 スペックル拡散面の何れかとし、 前記偏光分離 手段に向けて拡散反射することを特徴とする導光板。

4 4. 請求項 4 3に記載の導光板において、

前記反射手段の拡散性ホログラム、 体積型の拡散性ホログラム、 または、 ス ペックル拡散面に金属反射膜を形成することを特徴とする導光板。

4 5 . 請求項 4 3または請求項 4 4に記載の導光板において、

前記反射手段の中の一つの拡散性ホログラムは、 ひとつの入射光を複数の出 射光に分岐する機能を有し、 Pi (X) の位相差分布を有する入射光を〖番目の 出射光に変換する機能を表す位相差分布を P i (X)とし、 下記の数式 7で表され る位相差分布 P ( X )を有することを特徴とする導光板。

k

P(x) = ^mod[ a j (^χ) ' mod[ . (x) - _χ( ) + _c.,n] +

+_€ι,π],ηιπ] 数式 7

(但し、 xは拡散性ホログラム上の位置を表すベクトル、 兀は円周率、 mは自 然数、 kは 2以上の整数、 _{a j}は 0<a jぐ 1を満たす関数、 c jは定数、 mod [A, B] は Aを Bで除したときの余りを表す関数である。）

46. 請求項 45に記載の導光板において、

前記反射手段の拡散性ホログラムの位相差分布が前記 P ( X )となるように、 表面形状 D' (X)が、 下記の数式 8で表されることを特徴とする導光板。

D x) = - J2_Us) . (λ/π) ·Ρ(χ) 数式 8

(但し、 n_sは拡散性ホログラムの周囲の媒質の屈折率、 λは波長を表す。）

47. 請求項 1〜請求項 42の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段は金属により形成されることを特徴とする導光板。

48. 請求項 47に記載の導光板において、

金属が、 Mg、 Seゝ Y、 i、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Al、 In、 Si、 Ge、 Te、 Pb、 Snからなる化合物単独、 ある いは、 これらを 2種以上組み合わせた合金であることを特徴とする導光板。

49. 請求項 1〜請求項 42の何れか一項に記載の導光板において、 前記反射手段は誘電体多層膜により形成されることを特徴とする導光板。

5 0 . 請求項 4 9に記載の導光板において、

前記誘電体多層膜に金属反射膜を形成することを特徴とする導光板。

5 1 . 請求項 1〜請求項 4 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段は印刷により形成されるパタンであることを特徴とする導光板。

5 2 . 請求項 1〜請求項 4 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段は散乱面であることを特徴とする導光板。

5 3 . 請求項 1〜請求項 5 2の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 前記光源から位置が遠ざかるにつれて透過率を高くす ることを特徴とする導光板。

5 4. 請求項 1〜請求項 5 3の何れか一項に記載の導光板において、

前記偏光分離手段は、 光源から入射される光に対して略直交するように格子 構造体が形成されることを特徴とする導光板。

5 5 . 請求項 1〜請求項 5 4の何れか一項に記載の導光板において、

前記反射手段は、 前記光源から位置が遠ざかるにつれて反射率を高めること を特徴とする導光板。

5 6 . 光源と、

前記光源から出射される光のうち互いに直交する二の偏光成分の一方の偏光 成分を透過する請求項 1〜請求項 5 5の何れか一項に記載の導光板と、 前記導光板から出射される偏光が照明される液晶パネル板と、

を備えることを特徴とする液晶表示装置。

5 7 . 請求項 5 6に記載の液晶表示装置において、

前記液晶パネル板は、

液晶板と、

ζの液晶板の表裏に配置され、 偏光方向を直交させた一対の偏光板と、 を備え、

前記偏光変換手段を透過する偏光の偏光方向と、 液晶パネルと導光板との間 にある偏光板を透過する偏光の偏光方向と、 を直交させるように前記偏光変換 手段および偏光板を配置することを特徴とする液晶表示装置。