JP2000075138A - Polarized light conversion element and illumination device for lcd panel - Google Patents
Polarized light conversion element and illumination device for lcd panelInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【技術分野】本発明は、光束の偏光方向を揃える偏光変
換素子及びこの偏光変換素子を用いたＬＣＤパネル用照
明装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization conversion element for aligning the polarization direction of a light beam and an illumination device for an LCD panel using the polarization conversion element.
【０００２】[0002]
【従来技術及びその問題点】液晶ディスプレイでは、液
晶表示素子（ＬＣＤパネル）を偏光方向が揃った光束
（直線偏光光束）で照明する必要があるため、各種の偏
光変換素子（偏光子）が用いられており、その中で、ノ
ートパソコン、デジタルカメラ、ビデオカメラ等のＬＣ
Ｄパネルの照明は、バックライトと呼ばれる薄型の照明
装置によって行われている。従来のバックライトは、基
本的に、光源からの非偏光の光束を、断面楔状をした導
光体内に導いてその一面から出射させ、このとＬＣＤパ
ネルとの間に、何らかの偏光子を介在させる構成であっ
た。偏光子は、振動方向がランダムな光束（非偏光光
束）中の特定の偏光方向（振動方向）の光束を１００％
吸収し、これと直交する方向の偏光成分を透過させると
いう性質上、少なくとも５０％の光エネルギロスが生じ
るのが避けられない。2. Description of the Related Art In a liquid crystal display, since it is necessary to illuminate a liquid crystal display element (LCD panel) with a light beam having a uniform polarization direction (linearly polarized light beam), various polarization conversion elements (polarizers) are used. LCs for notebook computers, digital cameras, video cameras, etc.
Illumination of the D panel is performed by a thin illumination device called a backlight. In a conventional backlight, basically, a non-polarized light beam from a light source is guided into a light guide having a wedge-shaped cross section and emitted from one surface thereof, and some kind of polarizer is interposed between the light guide and the LCD panel. Configuration. The polarizer converts 100% of a light beam having a specific polarization direction (vibration direction) in a light beam having a random vibration direction (unpolarized light beam).
Due to the property of absorbing and transmitting the polarization component in the direction orthogonal to this, it is inevitable that at least 50% of the light energy loss occurs.
【０００３】[0003]
【発明の目的】本発明は、光エネルギの利用効率が高
い、すなわち、少なくとも５０％以上の光エネルギを利
用することができる偏光変換素子及びＬＣＤパネル用照
明装置を得ることを目的とする。本発明は、光束出射面
からの光量分布を可及的に均一にすることができる偏光
変換素子及びＬＣＤパネル用照明装置を得ることを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a polarization conversion element and an illumination device for an LCD panel which have high light energy utilization efficiency, that is, which can utilize light energy of at least 50% or more. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a polarization conversion element and an illumination device for an LCD panel, which can make the light quantity distribution from the light beam exit surface as uniform as possible.
【０００４】[0004]
【発明の概要】本発明の偏光変換素子は、表裏の少なく
とも一面をとし一端面を非偏光光束の導光端面とした板
状の導光体内に、屈折率の異なる２以上の媒質が隣接す
る面であってその法線ベクトルがある一つの法線面に収
まるように屈曲した少なくとも一つの波状反射界面を設
けたことを特徴としている。SUMMARY OF THE INVENTION In a polarization conversion element of the present invention, two or more media having different refractive indices are adjacent to a plate-shaped light guide having at least one of the front and back surfaces and one end surface as a light guide end surface of a non-polarized light beam. It is characterized in that at least one wavy reflective interface is provided which is a surface and whose normal vector is bent so as to fit in one normal surface.
【０００５】屈折率の異なる２以上の媒質の屈折率ｎ
は、ｎ＞１とする。つまり、媒質には気体を含まない。
また、屈折率の異なる隣接する２つの媒質の屈折率ｎ
α、ｎβは、 ｜ｎα−ｎβ｜／（ｎα＋ｎβ）＜０．１６ を満足することにより、ブルースター角に近づけること
ができる。The refractive indices n of two or more media having different refractive indices
Is n> 1. That is, the medium does not include gas.
Also, the refractive index n of two adjacent media having different refractive indices
α and nβ can be close to the Brewster angle by satisfying | nα−nβ | / (nα + nβ) <0.16.
【０００６】波状反射界面の一部には、導光体を透過す
る光束が導光体内に留まるように反射させる部分を設け
ることが好ましい。また、波状反射界面のうち導光体を
伝播する光束が導光体外部に射出するように反射させる
部分の配置密度は、導光端面から離れるに従って増加
し、導光体を透過する光束が導光体内に留まるように反
射させる部分の密度は、導光端面から離れるに従って減
少させることが望ましい。また、波状反射界面の、導光
体を伝播する光束が導光体外部に射出するように反射さ
せる部分は、光束を光束射出面に向けて反射させる第1
傾斜部と、光束を光束射出面と反対側の面に向けて反射
させる第2傾斜部とから構成することが好ましい。It is preferable that a part of the wavy reflection interface is provided with a part for reflecting a light beam transmitted through the light guide so as to stay in the light guide. In addition, the disposition density of the portion of the wave-like reflection interface that reflects the light flux propagating through the light guide so as to exit to the outside of the light guide increases as the distance from the light guide end surface increases, and the light flux transmitted through the light guide is guided. It is desirable that the density of the portion to be reflected so as to remain in the light body decreases as the distance from the light guide end surface increases. Further, a portion of the wavy reflection interface that reflects the light beam propagating through the light guide so as to exit to the outside of the light guide is a first portion that reflects the light beam toward the light beam exit surface.
It is preferable to include a slope and a second slope that reflects the light beam toward the surface opposite to the light beam exit surface.
【０００７】さらに、導光体の光束射出面と反対側の面
には、該反対側の面から射出する光束を導光体内に戻す
反射面を設けることが好ましい。波形反射界面を形成す
る屈折率の異なる２以上の媒質のうち少なくとも一つ
は、接着剤とすることが実際的である。あるいは、反射
界面を構成する屈折率の異なる２以上の媒質は、導光体
を構成する一対のガラスまたは合成樹脂材料と、この一
対のガラスまたは合成樹脂材料を接着する接着剤とから
構成し、あるいは導光体を構成する一対のガラスまたは
合成樹脂材料の間に挟着した少なくとも１枚の合成樹脂
フィルムと接着剤から構成することができる。Further, it is preferable to provide a reflection surface on the surface of the light guide opposite to the light exit surface, for returning the light emitted from the opposite surface to the light guide. It is practical that at least one of two or more media having different refractive indices forming the waveform reflection interface is an adhesive. Alternatively, the two or more media having different refractive indices constituting the reflection interface are composed of a pair of glass or synthetic resin material constituting the light guide, and an adhesive bonding the pair of glass or synthetic resin material, Alternatively, the light guide may be composed of at least one synthetic resin film and an adhesive sandwiched between a pair of glass or synthetic resin materials constituting the light guide.
【０００８】波状反射界面の周期ｓは、導光体内に導入
する非偏光光束の波長λより十分大きくし（ｓ≫λ）、
回折による予期しない波長依存性が生じないようにす
る。The period s of the wavy reflection interface is made sufficiently larger than the wavelength λ of the unpolarized light beam introduced into the light guide (s≫λ),
Avoid unexpected wavelength dependence due to diffraction.
【０００９】導光体の導光端面と反対側の端面には、該
反対側の端面から射出する光束を導光体内に戻す反射面
を設けることが好ましく、また、この反対側の端面と反
射面の間には、四分の一波長板を介在させることができ
る。It is preferable that a reflection surface is provided on an end surface of the light guide opposite to the light guide end surface to return a light beam emitted from the opposite end surface to the light guide body. A quarter wave plate can be interposed between the surfaces.
【００１０】波状反射界面の第1傾斜部の面法線の主導
光方向に対する傾きは、該第1傾斜部への入射角が導光
端面側において小さく、導光端面から離れるに従って大
きくなるように、徐々に変化させることが好ましい。導
光体は、導光端面から離れるに従い、厚さを減じる楔状
とすることができる。また、接着剤を用いる場合、その
屈折率は、導光端面から離れるに従って徐々に大きくす
ることが望ましい。さらに、波状反射界面のうち第1傾
斜部の配置密度は、導光端面から離れるに従って増加さ
せるのがよい。The inclination of the surface normal of the first inclined portion of the wavy reflection interface with respect to the main light-guiding direction is such that the angle of incidence on the first inclined portion is smaller on the light guide end face side and becomes larger as the distance from the light guide end face increases. It is preferable to change the temperature gradually. The light guide may have a wedge shape that decreases in thickness as the distance from the light guide end surface increases. When an adhesive is used, it is desirable that the refractive index gradually increases as the distance from the light guide end surface increases. Further, the disposition density of the first inclined portion in the wavy reflection interface is preferably increased as the distance from the light guide end face increases.
【００１１】偏光の利用効率を高めるために、導光体
を、複屈折物質や、旋光物質から構成することができ
る。また、導光体の導入面と反対側の端面に、その稜線
群が光束射出面に対して４５°傾斜したルーフミラー群
を設け、あるいは導光体の光束射出面と反対側の面に、
導光体の導光方向と平行な稜線群を持つルーフミラー群
を設けることにより、偏光の利用効率を高めることがで
きる。ルーフミラー群の頂角は９０°とするのが好まし
い。The light guide may be made of a birefringent material or an optical rotatory material in order to enhance the use efficiency of polarized light. Further, a roof mirror group whose ridge line group is inclined by 45 ° with respect to the light emitting surface is provided on the end surface opposite to the light introducing surface of the light guide, or on a surface opposite to the light emitting surface of the light guide,
By providing a roof mirror group having a ridge line group parallel to the light guide direction of the light guide, the use efficiency of polarized light can be increased. The apex angle of the roof mirror group is preferably 90 °.
【００１２】本発明は、導光体内に、少なくとも一つ以
上の波状反射界面を設けるために、導光体を、反射界面
の屈曲方向を決定する、互いに噛み合う凹凸を有する一
対の導光体本体から構成し、この一対の導光体本体と、
該一対の導光体本体の凹凸の間にあって両導光体本体を
接着する接着剤層とから、導光体の導光方向に間隔をお
いて少なくとも一つの波状反射界面を構成することがで
きる。According to the present invention, in order to provide at least one or more wavy reflective interfaces in the light guide, the light guide is provided with a pair of light guide main bodies having irregularities which engage with each other to determine a bending direction of the reflective interface. And a pair of light guide bodies,
At least one wavy reflective interface can be formed at intervals in the light guide direction of the light guide from the adhesive layer that is provided between the irregularities of the pair of light guide bodies and bonds the two light guide bodies together. .
【００１３】あるいは、導光体を、反射界面の屈曲方向
を決定する、互いに噛み合う凹凸を有する一対の導光体
本体から構成し、この一対の導光体本体の凹凸の間に挟
着される合成樹脂フィルムと接着剤層とから、導光体の
導光方向に間隔をおいて少なくとも一つの波状反射界面
を構成することができる。この合成樹脂フィルムと接着
剤層とは複数層を設けることができ、さらに合成樹脂フ
ィルムの層数を、導光端面から離れるに従って増加さ
せ、あるいは接着剤の屈折率を、導光端面から離れるに
従って徐々に大きくすることができる。Alternatively, the light guide is constituted by a pair of light guide main bodies having concave and convex meshing with each other, which determine the bending direction of the reflection interface, and is sandwiched between the concave and convex of the pair of light guide main bodies. From the synthetic resin film and the adhesive layer, at least one wavy reflective interface can be formed at intervals in the light guide direction of the light guide. This synthetic resin film and the adhesive layer can be provided with a plurality of layers, further increase the number of layers of the synthetic resin film as the distance from the light guide end face, or the refractive index of the adhesive, as the distance from the light guide end face Can be gradually increased.
【００１４】本発明の偏光変換素子を用いたＬＣＤパネ
ル用照明装置は、導光端面に非偏光光源を有し、光束射
出面をＬＣＤパネルとの対向面表裏の少なくとも一面を
光束射出面とし一端面を非偏光光束の導光端面とした板
状の導光体内に、屈折率の異なる２以上の媒質が隣接す
る面であってその法線ベクトルがある一つの法線面に収
まるように屈曲した少なくとも一つ以上の波状反射界面
を設けたことを特徴としている。An illuminating device for an LCD panel using a polarization conversion element according to the present invention has a non-polarized light source on a light guide end face, and has at least one light emitting surface as a light emitting surface at the front and back surfaces facing the LCD panel. In a plate-shaped light guide whose end face is a light guide end face of a non-polarized light beam, two or more media having different refractive indices are adjacent to each other and bent so that their normal vectors fall within one normal plane. At least one or more wavy reflective interfaces are provided.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】図１は、本発明による偏光変換素
子１０を用いた面状発光装置１の概念図である。偏光変
換素子１０は、全体として扁乎な矩形状をしていて、表
裏の一面（図の上面）を光束射出面１１、左右の端面の
一方（図の左端面）を導光端面１２としている。導光端
面１２には、非偏光光源２が対向しており、光束射出面
１１上には、ＬＣＤパネル３が位置している。本実施形
態の第一の特徴は、偏光変換素子１０の光束射出面１１
から直接、偏光方向の揃った偏光光束が出射される点に
あり、この偏光変換素子１０を用いた面状発光装置１に
よれば、偏光変換素子１０の光束射出面１１とＬＣＤパ
ネル３との間に、何らの偏光子を要することなく、ＬＣ
Ｄパネル３に特定偏光光束（直線偏光光束）を与えるこ
とができる。偏光変換素子１０の光束射出面１１とは反
対側の面を裏面１３、導光端面１２とは反対側の面を導
光方向終端面１４とする。FIG. 1 is a conceptual diagram of a planar light emitting device 1 using a polarization conversion element 10 according to the present invention. The polarization conversion element 10 has a plain rectangular shape as a whole, and one surface (upper surface in the drawing) is a light emitting surface 11 on one side and the light guide end surface 12 on one of left and right end surfaces (left end surface in the drawing). . The non-polarized light source 2 faces the light guide end face 12, and the LCD panel 3 is located on the light emitting face 11. The first feature of the present embodiment is that the light beam exit surface 11 of the polarization conversion element 10
The point is that the polarized light beam having a uniform polarization direction is directly emitted from the device. According to the surface light emitting device 1 using the polarization conversion element 10, the light exit surface 11 of the polarization conversion element 10 and the LCD panel 3 In between, without any polarizer, LC
A specific polarized light beam (linearly polarized light beam) can be given to the D panel 3. The surface of the polarization conversion element 10 opposite to the light exit surface 11 is referred to as a back surface 13, and the surface opposite to the light guide end surface 12 is referred to as a light guide direction termination surface 14.
【００１６】図２、図３、図４は、本発明による偏光変
換素子１０の第1の実施形態を説明するための模式図で
ある。偏光変換素子１０は、偏平で略矩形をなす屈折率
ｎl、ｎ2の異なる２つの透光性材料１０Ａ、１０Ｂから
なっており、この透光性材料１０Ａ、１０Ｂの対向面に
は、互いに噛み合う凹凸１０Ｃが形成されている。凹凸
１０Ｃが噛み合うことにより透光性材料１０Ａ、１０Ｂ
間に波形の反射界面が形成される。波形の反射界面は、
光束射出面１１との直交面に対し、導光端面１２から入
射した光を光束射出面１１側に反射するよう傾斜した傾
斜面（外部反射面）１０Ｄと、光束射出面１１に対して
直交した透過面１０Ｅとを交互に有している。導光端面
１２から偏光変換素子１０内に入射した光は、透光性材
料１０Ａと１０Ｂ内を交互に進み、傾斜面（外部反射
面）１０Ｄでその一部が反射し、残りの光は透過して透
過面１０Ｅに進む。透過面１０Ｅでは、入射した光の一
部が反射されて傾斜面１０Ｄに至り、傾斜面１０Ｄによ
り裏面１３側に反射される。透過面１０Ｅに入射した光
の残りの部分は透過面１０Ｅを透過する。つまり、透過
面１０Ｅは、そこでの反射光を偏光変換素子１０の内部
にとどめる内部反射面としての作用を有している。傾斜
面（外部反射面）１０Ｄの傾斜方向は、ここでの反射光
が光束射出面１１から出射するように定められており、
図２ないし図４では、光束射出面１１と略直交する方向
に出射するように、光束射出面１１に対して略４５°傾
斜している。傾斜面（外部反射面）１０Ｄ及び透過面１
０Ｅからなる波状反射界面は、面各部の法線ベクトルが
ある１つの面（法線面）に収まるように屈曲して形成さ
れている。さらに各屈曲点ｂの光束射出面と直交する方
向の中間点ｍを結ぶ面（平均面）ｐはほぼ平面である。FIGS. 2, 3 and 4 are schematic diagrams for explaining a first embodiment of the polarization conversion element 10 according to the present invention. The polarization conversion element 10 is composed of two translucent materials 10A and 10B having different refractive indices n l and n 2 that are flat and substantially rectangular, and the opposing surfaces of the translucent materials 10A and 10B 10C of meshing irregularities are formed. The translucent materials 10A and 10B are formed by engaging the unevenness 10C.
A corrugated reflective interface is formed between them. The wavy reflective interface is
An inclined surface (external reflection surface) 10 </ b> D that is inclined to reflect light incident from the light guide end surface 12 toward the light beam exit surface 11 with respect to a plane orthogonal to the light beam exit surface 11, and is perpendicular to the light beam exit surface 11. It has the transmission surface 10E alternately. Light that has entered the polarization conversion element 10 from the light guide end surface 12 alternately travels through the translucent materials 10A and 10B, and is partially reflected by the inclined surface (external reflection surface) 10D, while the remaining light is transmitted. To the transmission surface 10E. At the transmission surface 10E, a part of the incident light is reflected and reaches the inclined surface 10D, and is reflected by the inclined surface 10D to the back surface 13 side. The remaining part of the light incident on the transmission surface 10E transmits through the transmission surface 10E. That is, the transmission surface 10 </ b> E functions as an internal reflection surface that keeps the reflected light there inside the polarization conversion element 10. The inclination direction of the inclined surface (external reflection surface) 10D is determined so that the reflected light is emitted from the light beam exit surface 11.
In FIG. 2 to FIG. 4, the light beam is inclined at approximately 45 ° with respect to the light beam exit surface 11 so as to emit light in a direction substantially perpendicular to the light beam exit surface 11. Inclined surface (external reflection surface) 10D and transmission surface 1
The wavy reflective interface made of 0E is formed to bend so that the normal vector of each part of the surface falls within one plane (normal plane). Further, a plane (average plane) p connecting an intermediate point m of each bending point b in a direction orthogonal to the light beam exit plane is substantially flat.
【００１７】次に、波形反射界面の両側の媒質の屈折率
（この実施形態においては透光性材料１０Ａと１０Ｂの
屈折率）ｎl、ｎ2と偏光の関係について説明する。図５
は、屈折率ｎlの媒質中を進む光が屈折率ｎ2の媒質との
境界に、入射角θ１で入射するときの界面での反射光束
と透過光束を描いている。この入射角θ１がｔａｎ
-1（ｎ2／ｎl）に等しいときをブルースター角θBと呼
ぶこと（θB＝ｔａｎ-1（ｎ 2／ｎl））、および入射角
θ１がブルースター角θBのときに、Ｐ偏光は１００％
透過し、Ｓ偏光は一部を反射することが知られている。
ｎl＝１、ｎ2＝１．５のとき、このθBは、５６．３°
である。Next, the refractive index of the medium on both sides of the waveform reflection interface
(In this embodiment, the translucent materials 10A and 10B
Refractive index) nl, NTwoThe relationship between and polarization will be described. FIG.
Is the refractive index nlThe light traveling in the medium has a refractive index nTwoMedium of
Light flux reflected at the interface when entering the boundary at an incident angle θ1
And the transmitted light flux. This incident angle θ1 is tan
-1(NTwo/ Nl) When the Brewster angle θBCall
(ΘB= Tan-1(N Two/ Nl)), And the angle of incidence
θ1 is the Brewster angle θBIn the case, P-polarized light is 100%
It is known that S-polarized light passes through and partially reflects.
nl= 1, nTwo= 1.5, this θBIs 56.3 °
It is.
【００１８】図６は、ｎl＝１、ｎ2＝１．５のとき、各
入射角における界面でのＰ偏光の反射率Ｒｐと透過率Ｔ
ｐ、Ｓ偏光の反射率Ｒｓと透過率Ｔｓ、及びＲｐ／Ｒｓ
を描いたものである。ブルースター角では、Ｒｓは、約
１５％である。よって、傾斜面（外部反射面）１０Ｄの
傾斜を、該傾斜面（外部反射面）１０Ｄへの入射角がブ
ルースター角になるように設定すれば、光束射出面１１
からＳ偏光のみを取り出すことができることになる。す
なわち、Ｐ偏光はすべての傾斜面１０Ｄを透過し、各傾
斜面（外部反射面）１０Ｄに至った光束の１５％のエネ
ルギのＳ偏光が光束射出面１１から取り出されることに
なる。FIG. 6 shows the reflectance Rp and transmittance T of P-polarized light at the interface at each incident angle when n l = 1 and n 2 = 1.5.
p, S-polarized reflectance Rs and transmittance Ts, and Rp / Rs
Is drawn. At Brewster's angle, Rs is about 15%. Therefore, if the inclination of the inclined surface (external reflection surface) 10D is set so that the angle of incidence on the inclined surface (external reflection surface) 10D becomes the Brewster's angle, the light beam exit surface 11D
Only the S-polarized light can be extracted from. That is, the P-polarized light passes through all the inclined surfaces 10D, and S-polarized light having an energy of 15% of the light flux reaching each of the inclined surfaces (external reflecting surfaces) 10D is extracted from the light beam exit surface 11.
【００１９】偏光変換素子１０の光束射出面１１からの
Ｓ偏光光束をより効果的にＬＣＤパネル３に与えるに
は、つまり光束射出面１１とほぼ直交する方向にＳ偏光
光束を出射させるには、ブルースター角θBが４５°に
近いことが望ましい。ｎ1とｎ2を近づけると、ブルース
ター角は、４５°に接近し、例えば、ｎ1＝１．５、ｎ2
＝１．６では、θB＝４６．８°となる。図７は、ｎ1＝
１．５、ｎ2＝１．６のとき、各入射角における界面で
のＰ偏光の反射率Ｒｐと透過率Ｔｐ、Ｓ偏光の反射率Ｒ
ｓと透過率Ｔｓ、及びＲｐ／Ｒｓを描いたものである。
ＲｓとＲｐは値が小さいので１０倍して描いている。ブ
ルースター角では、Ｒｓは、約０．３％である。Ｒｓの
値が小さくなることから、より多くの傾斜面（外部反射
面）１０Ｄを設定することができ、より大面積の光束射
出面１１に対してＳ偏光のみを取り出すことができるこ
とになる。また、入射角が４５°に近くなるので、ほぼ
光束射出面１１と直交する方向にＳ偏光光束を取り出す
ことができる。To more effectively provide the S-polarized light beam from the light beam exit surface 11 of the polarization conversion element 10 to the LCD panel 3, that is, to emit the S-polarized light beam in a direction substantially orthogonal to the light beam exit surface 11 It is desirable that the Brewster angle θ B is close to 45 °. When n 1 and n 2 are approached, the Brewster angle approaches 45 °, for example, n 1 = 1.5, n 2
= 1.6, θ B = 46.8 °. FIG. 7 shows that n 1 =
When 1.5 and n 2 = 1.6, the reflectance Rp and transmittance Tp of P-polarized light at the interface at each incident angle, and the reflectance R of S-polarized light at the interface
s, transmittance Ts, and Rp / Rs.
Since Rs and Rp have small values, they are drawn ten times. At Brewster's angle, Rs is about 0.3%. Since the value of Rs is small, more inclined surfaces (external reflecting surfaces) 10D can be set, and only S-polarized light can be extracted from the light emitting surface 11 having a larger area. Further, since the incident angle is close to 45 °, the S-polarized light beam can be extracted in a direction substantially perpendicular to the light beam exit surface 11.
【００２０】光束射出面１１からＳ偏光を取り出すため
に、２つの媒質の屈折率ｎ1、ｎ2は、ｎ1＞１、ｎ2＞１
であること、つまり双方ともに空気でないこと、及び ｜ｎ1−ｎ2｜／（ｎ1＋ｎ2）＜０．１６ ・・・式（１） の条件を満足することが望ましい。第１の実施形態で
は、ｎ1＝１．５、ｎ2＝１．６であるから、式（１）の
値は０．０３である。In order to extract S-polarized light from the light exit surface 11, the refractive indices n 1 and n 2 of the two media are n 1 > 1, n 2 > 1.
That is, it is desirable that both are not air, and that | n 1 −n 2 | / (n 1 + n 2 ) <0.16 satisfies the condition of Expression (1). In the first embodiment, since n 1 = 1.5 and n 2 = 1.6, the value of equation (1) is 0.03.
【００２１】次に本発明の偏光変換素子１０の第2の実
施形態を説明する。図８は、同一の屈折率ｎ1からなる
一対の透光性材料１０Ａと１０Ｂの対向面にそれぞれ、
光束射出面１１の法線に対して対称な略±４５°の対を
なす凹凸面を設けて、これを噛み合わせ、透光性材料１
０Ａと１０Ｂの間に、屈折率ｎ2の接着剤１５を介在さ
せている。この例によると、透光性材料１０Ａと接着剤
１５の間、接着剤１５と透光性材料１０Ｂとの間にそれ
ぞれ、波形反射界面が構成される。このため、波状反射
界面の数が多くなり、かつ接着剤１５の屈折率を選択す
ることにより、入射角をブルースタ一角に近づけた反射
界面を容易に得ることができる。また、この例では、波
状反射界面は偏光変換素子１０内を伝播する光束を偏光
変換素子１０の外部に向けて反射する外部反射面として
作用し、光束射出面１１側へ反射させる第1傾斜部１０
Ｄ’と裏面１３側に反射させる第2傾斜部１０Ｄ”とが
交互に配置されている。このため、裏面１３の外側に
は、裏面１３から偏光変換素子１０の外部に出た（ある
いは出ようとする）光束を偏光変換素子１０内に戻す反
射面（反射ミラー）１６が形成されている。第2傾斜部
１０Ｄ”で裏面１３側に反射し反射面１６により偏光変
換素子１０内に戻される光はほとんどＳ偏光であり、一
部が第2傾斜部１０Ｄ”により導光端面１２の方向に反
射される（ｎ1＝１．５、ｎ2＝１．６のとき約０．３
％）ものの大部分は第2傾斜部１０Ｄ”を透過し光束射
出面から射出される。Next, a second embodiment of the polarization conversion device 10 of the present invention will be described. FIG. 8 shows a pair of light-transmitting materials 10A and 10B having the same refractive index n 1 on opposite surfaces, respectively.
A pair of concave and convex surfaces of approximately ± 45 ° symmetrical with respect to the normal line of the light emitting surface 11 are provided, and these are engaged with each other to form the light transmitting material 1.
An adhesive 15 having a refractive index of n 2 is interposed between 0A and 10B. According to this example, a wave reflection interface is formed between the translucent material 10A and the adhesive 15, and between the adhesive 15 and the translucent material 10B. Therefore, by increasing the number of wavy reflection interfaces and selecting the refractive index of the adhesive 15, it is possible to easily obtain a reflection interface whose incident angle approaches one Brewster's angle. Further, in this example, the wavy reflection interface acts as an external reflection surface that reflects the light beam propagating in the polarization conversion element 10 toward the outside of the polarization conversion element 10 and reflects the light beam toward the light beam exit surface 11 side. 10
D ′ and second inclined portions 10 </ b> D ″ that reflect light toward the back surface 13 are alternately arranged. Therefore, outside the back surface 13, the light exits from the back surface 13 to the outside of the polarization conversion element 10 (or may come out). A reflection surface (reflection mirror) 16 for returning a light beam to the inside of the polarization conversion element 10 is formed.The reflection surface 16 is reflected by the second inclined portion 10D ″ toward the back surface 13 and returned to the inside of the polarization conversion element 10 by the reflection surface 16. Most of the light is S-polarized light, and a part of the light is reflected by the second inclined portion 10D ″ in the direction of the light guide end face 12 (when n 1 = 1.5 and n 2 = 1.6, about 0.3).
%) Is transmitted through the second inclined portion 10D ″ and emitted from the light beam exit surface.
【００２２】図８の例では、波形反射界面の隣り合う各
傾斜部１０Ｄ’、１０Ｄ”の稜線を鋭角状に措いている
が、実際に透光性材料１０Ａ、１０Ｂを加工すると、稜
線が図９のようになまる（鋭角状でなくなる）ことが考
えられる。このような場合、各傾斜部１０Ｄ’、１０
Ｄ”は、外部反射面として作用するのに対し、なまった
稜線１０Ｆでの反射光は光束射出面１１に対する入射角
が大きくなり、光束射出面１１の内面で全反射して外部
に射出されない。つまり、なまった稜線１０Ｆはそこで
の反射光を偏光変換素子１０内に留まらせる内部反射面
として作用する。従って、この内部反射面１０Ｆを積極
的に利用することにより光射出面積の大きい偏光変換素
子を得ることができる。図９では、接着剤１５の図示を
省略している。In the example shown in FIG. 8, the ridge lines of the inclined portions 10D 'and 10D "adjacent to the corrugated reflection interface are sharply formed. However, when the translucent materials 10A and 10B are actually processed, the ridge lines are formed. It is conceivable that the shape becomes as shown in FIG. 9 (it does not become an acute angle).
D ″ acts as an external reflection surface, whereas the light reflected on the blunted ridge line 10F has a large incident angle with respect to the light exit surface 11 and is totally reflected by the inner surface of the light exit surface 11 and is not emitted to the outside. In other words, the blunted ridge line 10F acts as an internal reflection surface that allows the reflected light to stay in the polarization conversion element 10. Therefore, by actively using the internal reflection surface 10F, the polarization conversion element having a large light emission area can be obtained. The illustration of the adhesive 15 is omitted in FIG.
【００２３】図１０、図１１は、本発明の偏光変換素子
の第3の実施形態を示す。この実施形態は光束射出面１
１から取り出すＳ偏光光束の光量をコントロールするた
めの構成を示す。ＬＣＤパネルの大きさ（導光方向の長
さ）は、デジタルカメラ用の数インチからノートパソコ
ンの１０数インチまで多様である。従って、照明装置も
２０ｃｍ程度導光して光エネルギを射出するものと、数
センチ以内に光を射出するものとがある。偏光変換素子
の光射出面積が大きい場合、導光方向終端まで所定の光
量で光を射出するために、非偏光光源から偏光変換素子
の導光端面へ入射する光量に対する光射出面の単位面積
当たりの射出光量は比較的小さくする必要がある。反対
に、光射出面積が小さい場合は光射出面の単位面積当た
りの射出光量は大きくして光量のロスをなくすことが望
ましい。従って、反射光量をコントロールすることが望
まれる。図１０、図１１の例は、図８で説明した例にお
いて、透光性材料１０Ａと１０Ｂとの間に、屈折率が透
光性材料１０Ａ、１０Ｂの屈折率ｎ1と略等しいｍ枚の
薄い合成樹脂シート１７を挟み、これらを屈折率ｎ2の
接着剤１５で接着したものである。この例では、波状反
射界面の数（反射回数）がｍ＋１倍に増えるから、合成
樹脂シート１７の枚数を選択することにより、光束射出
面１１からの出射光量をコントロールすることができ
る。FIGS. 10 and 11 show a third embodiment of the polarization conversion device of the present invention. In this embodiment, the light beam exit surface 1
1 shows a configuration for controlling the light amount of an S-polarized light beam extracted from FIG. The size (length in the light guide direction) of the LCD panel varies from several inches for a digital camera to ten and several inches for a notebook computer. Accordingly, there are a lighting device that emits light energy by guiding light of about 20 cm, and a lighting device that emits light within several centimeters. When the light exit area of the polarization conversion element is large, in order to emit light with a predetermined light amount to the end of the light guide direction, the light exit surface per unit area with respect to the light amount incident on the light guide end face of the polarization conversion element from the non-polarized light source Need to be relatively small. Conversely, when the light emission area is small, it is desirable to increase the emission light amount per unit area of the light emission surface to eliminate the loss of the light amount. Therefore, it is desired to control the amount of reflected light. The examples of FIGS. 10 and 11 are the same as the example described with reference to FIG. 8 except that m sheets having a refractive index substantially equal to the refractive index n 1 of the translucent materials 10A and 10B are provided between the translucent materials 10A and 10B. A thin synthetic resin sheet 17 is sandwiched therebetween, and these are bonded with an adhesive 15 having a refractive index of n 2 . In this example, since the number of the wavy reflection interfaces (the number of reflections) increases by m + 1 times, the number of the synthetic resin sheets 17 can be selected to control the amount of light emitted from the light beam exit surface 11.
【００２４】以上に説明した各実施形態では、偏光変換
素子１０の導光端面１２から入射した非偏光光束は、導
光端面１２側にある反射界面から順に、そのＳ偏光の一
部を反射させつつ、導光方向終端面１４側に伝播してい
く。伝播中に光のエネルギを反射で奪われていくので、
伝播光のエネルギは、導光方向終端面１４に向かって進
むにつれ指数関数的に減じていくことになる（図１２参
照）。In each of the embodiments described above, the unpolarized light beam incident from the light guide end face 12 of the polarization conversion element 10 reflects a part of the S-polarized light in order from the reflection interface on the light guide end face 12 side. While propagating toward the end surface 14 in the light guide direction. As the energy of light is taken away by reflection during propagation,
The energy of the propagating light decreases exponentially as it proceeds toward the end surface 14 in the light guide direction (see FIG. 12).
【００２５】図１３ないし図２０は、より均一な光量分
布を得るための実施例である。以下の実施形態では、波
形反射界面を１本または２本の線で描いているが、図８
ないし図１１で説明した各実施形態の反射界面の構成を
利用できることは明らかである。FIGS. 13 to 20 show an embodiment for obtaining a more uniform light quantity distribution. In the following embodiments, the waveform reflection interface is drawn by one or two lines.
It is clear that the configuration of the reflection interface of each embodiment described with reference to FIG. 11 can be used.
【００２６】図１３に示す第4の実施形態では、偏光変
換素子１０の導光方向終端面１４の外側に、偏光変換素
子１０を伝播し外部に出た（あるいは出ようとする）光
を、偏光変換素子１０内に戻す反射面（反射ミラー）１
８を設けている。いま、仮に導光端面１２から偏光変換
素子１０内に入射した光の７５％を光束射出面１１から
Ｓ偏光として取り出すとすると、導光端面１２で１．０
であった光エネルギが導光方向終端面１４で０．５とな
るように偏光変換素子１０の反射率を設定する（波状反
射界面の数及びＳ偏光反射率を設定する）。すると、光
束射出面１１からは、導光端面１２から導光方向終端面
１４方向への行きの光が波状反射界面の第1傾斜部１０
Ｄ’で反射したものと、導光方向終端面１４から導光端
面１２方向への戻りの光が第2傾斜部１０Ｄ”で反射し
たものとが重なって射出することになる。つまり、導光
端面１２側では１．２５の光に対し、導光方向終端面１
４側では１．００の光が得られ、肉眼では判別できない
程度の均一な光量分布が得られる。In the fourth embodiment shown in FIG. 13, light that has propagated through the polarization conversion element 10 and has exited (or is about to exit) outside the light-guiding end surface 14 of the polarization conversion element 10 is Reflection surface (reflection mirror) 1 to be returned into polarization conversion element 10
8 are provided. Now, assuming that 75% of the light that has entered the polarization conversion element 10 from the light guide end face 12 is taken out as S-polarized light from the light exit face 11, the light guide end face 12 has an intensity of 1.0%.
The reflectance of the polarization conversion element 10 is set so that the light energy which has become 0.5 at the light guide direction terminating surface 14 (the number of wavy reflective interfaces and the S-polarized reflectance are set). Then, from the light beam exit surface 11, light traveling from the light guide end surface 12 to the light guide direction end surface 14 is transmitted to the first inclined portion 10 of the wavy reflection interface.
The light reflected at D ′ and the light returning from the light-guiding end face 14 toward the light-guiding end face 12 reflected at the second inclined portion 10D ″ are emitted in an overlapping manner. On the end face 12 side, the light guide direction end face 1 for 1.25 light
On the fourth side, light of 1.00 is obtained, and a uniform light amount distribution that is indistinguishable to the naked eye is obtained.
【００２７】図１４に示す第５の実施形態では、波形反
射界面の第１傾斜部１０Ｄ’及び第２傾斜部１０Ｄ”の
主導光方向に対する角度を導光端面１２から導光方向終
端面１４に向けて変化させることにより、光量分布の均
一化を図っている。図６、図７で説明したように、反射
界面への入射角がブルースター角に等しいとき、反射光
は全てＳ偏光であり、Ｐ偏光は全て透過する。そして、
Ｓ偏光の反射率は、入射角が大きくなる程大きくなる。
そこで、この実施形態では、第１傾斜部１０Ｄ’への入
射角が導光端面１２側においてはブルースター角より小
さく、導光端面１２から離れ導光方向終端面１４に近づ
くにつれて徐々に大きくなり、導光方向終端面１４付近
でブルースター角より大きくなるように、第１傾斜部１
０Ｄ’の主導光方向に対する角度を徐々に変化させてい
る。In the fifth embodiment shown in FIG. 14, the angles of the waveform reflecting interface with respect to the main light guiding direction of the first inclined portion 10D 'and the second inclined portion 10D "are changed from the light guide end face 12 to the light guide direction end face 14. As described with reference to FIGS. 6 and 7, when the angle of incidence on the reflecting interface is equal to the Brewster's angle, the reflected light is all S-polarized light. , P-polarized light is transmitted, and
The reflectance of S-polarized light increases as the incident angle increases.
Therefore, in this embodiment, the angle of incidence on the first inclined portion 10D 'is smaller than the Brewster angle on the light guide end face 12 side, and gradually increases as the distance from the light guide end face 12 approaches the light guide direction end face 14. The first inclined portion 1 is formed so as to be larger than the Brewster's angle near the light-guiding-direction termination surface 14.
The angle of 0D 'with respect to the main light guiding direction is gradually changed.
【００２８】非偏光光源からの光は広がりを持っている
ので、偏光変換素子内を伝播する光も主導光方向に対し
角度を持って分布する。この角度を導光角とする。い
ま、ｎ 1＝１．５０、ｎ2＝１．６０、導光角範囲を２５
°とすると、各反射界面角度（波状反射界面の法線と主
導光方向のなす角）について、導光角２５°の範囲内の
光の平均反射率は、表１のように変化する。この表か
ら、第１傾斜部１０Ｄ’の角度を３５°から５５°に
（４５°に対し±１０°）ずらせることにより、Ｓ偏光
の反射率を約７倍変化させることができることが分か
る。Light from an unpolarized light source has spread
Therefore, the light propagating in the polarization conversion element also
Distributed with an angle. This angle is defined as the light guide angle. I
Well, n 1= 1.50, nTwo= 1.60, light guide angle range 25
°, each reflection interface angle (the normal to the wavy
Angle formed by the light guide direction) within the range of the light guide angle of 25 °.
The average reflectance of light changes as shown in Table 1. This table
The angle of the first inclined portion 10D 'from 35 ° to 55 °
(± 10 ° for 45 °)
Can change the reflectivity of light by about 7 times
You.
【００２９】[0029]
【表１】 [Table 1]
【００３０】図１５に示す第６の実施形態では、光束射
出面１１と裏面１３に、導光端面１２から導光方向終端
面１４側にかけて薄くなる方向の角度△の楔形状を与え
ることにより、光量分布の改善を図っている。波状反射
界面の外部反射面の各傾斜部１０Ｄ’、１０Ｄ”の反射
界面角度が等しいとすると、導光角αで波状反射界面の
傾斜部に入射した光線が光束射出面１１または裏面１３
で一度反射して次の傾斜部に入射するときには、β＝α
＋△で表される新しい導光角βで入射する。すなわち、
光束射出面または裏面で一度反射する毎に導光角が楔の
角度△だけ増えていく。前述のように、入射角が小さい
とＳ偏光の反射率は低く、入射角が大きいと同反射率は
高いから、導光体１０を楔状とすることにより光量分布
の改善を図ることができる。例えば、反射界面角度を４
５°、導光角を２５°とすると、反射界面に対する入射
角は、 反射界面角度+導光角＝４５+２５＝７０°または 反射界面角度？導光角＝４５？２５＝２０° のいずれかが２分の１の確率で生じることとなる。入射
角が一定角度増加したときの反射率増加量は、入射角が
一定角度減少したときの反射率の減少量より大きい（図
７参照）ので、導光端面１２から導光方向終端面１４側
に近づくにつれて、Ｓ偏光の平均反射率が増えることに
なる。これにより内部を伝播する光量の減少を補って偏
光変換素子１０の光束射出面１１からの射出光量分布を
ほぼ一定に保つことができる。In the sixth embodiment shown in FIG. 15, the light emitting surface 11 and the back surface 13 are provided with a wedge shape having an angle △ in the direction of thinning from the light guide end surface 12 to the light guide end surface 14 side. The light quantity distribution is improved. Assuming that the reflection interface angles of the inclined portions 10D ′ and 10D ″ of the external reflection surface of the wavy reflection interface are equal, the light beam incident on the inclination portion of the wavy reflection interface at the light guide angle α is the light beam exit surface 11 or the back surface 13.
Is reflected once and enters the next inclined portion, β = α
At a new light guiding angle β represented by + △. That is,
The light guide angle increases by the angle 楔 of the wedge each time the light is reflected by the light emitting surface or the back surface once. As described above, when the incident angle is small, the reflectance of S-polarized light is low, and when the incident angle is large, the reflectance is high. Therefore, the light quantity distribution can be improved by making the light guide 10 wedge-shaped. For example, if the reflection interface angle is 4
If the light guide angle is 5 ° and the light guide angle is 25 °, the incident angle to the reflective interface is: reflective interface angle + light guide angle = 45 + 25 = 70 ° or reflective interface angle? Any one of the light guide angles = 45 to 25 = 20 ° occurs with a probability of 1/2. The amount of increase in reflectance when the incident angle increases by a certain angle is larger than the amount of decrease in reflectance when the incident angle decreases by a certain angle (see FIG. 7). , The average reflectance of S-polarized light increases. As a result, it is possible to compensate for a decrease in the amount of light propagating through the inside and keep the distribution of the amount of light emitted from the light exit surface 11 of the polarization conversion element 10 substantially constant.
【００３１】いま、ｎl＝１．５０、ｎ2＝１．６０、反
射界面角度４５°とすると、導光角範囲内の光の平均反
射率は、表２のように変化する。この表から、導光角範
囲が導光端面１２付近で１５°、導光方向終端面１４付
近で３５°になるように楔角△を設定すれば、Ｓ偏光の
反射率を約４倍変化させることができることが分かる。Assuming that n 1 = 1.50, n 2 = 1.60, and the reflection interface angle 45 °, the average reflectance of light within the light guide angle range changes as shown in Table 2. From this table, if the wedge angle △ is set so that the light guide angle range becomes 15 ° near the light guide end face 12 and 35 ° near the light guide direction end face 14, the reflectance of S-polarized light changes about four times. You can see that it can be done.
【００３２】[0032]
【表２】 導光角範囲（°） Ｒｓ（％） Ｒｐ（％） ±１５ ０．４７ ０．０４ ±２０ ０．５７ ０．０８ ±２５ ０．７４ ０．１８ ±３０ １．０８ ０．４０ ±３５ １．７５ ０．９１Table 2 Light guide angle range (°) Rs (%) Rp (%) ± 15 0.47 0.04 ± 20 0.57 0.08 ± 25 0.74 0.18 ± 30 1.08 40 ± 35 1.75 0.91
【００３３】図１６は、光束射出面１１と裏面１３に、
導光端面１２から導光方向終端面１４側にかけて薄くな
る方向の角度Δの楔形状を与えるとともに波状反射界面
の外部反射面１０Ｄの深さとピッチを異ならせて偏光変
換素子１０の楔形状を得た例を示している。導光端面１
２から導光方向終端面１４に近づくにつれてピッチを短
くすることにより偏光変換素子１０内を伝播する光の単
位長さあたりの分岐面通過数を多くすることができ、結
果的に反射光量を多くすることができる。FIG. 16 shows that the light emitting surface 11 and the back surface 13 have
The wedge shape of the polarization conversion element 10 is obtained by giving a wedge shape having an angle Δ in the direction of thinning from the light guide end surface 12 to the light guide direction end surface 14 side and varying the depth and pitch of the external reflection surface 10D of the wavy reflection interface. An example is shown. Light guide end face 1
By decreasing the pitch from 2 to the light-guiding-direction termination surface 14, the number of light beams propagating in the polarization conversion element 10 that passes through the branch surface per unit length can be increased, and as a result, the amount of reflected light is increased. can do.
【００３４】次に、図１７は、接着剤１５の屈折率を変
化させることで、光量分布を改善した第7の実施形態で
ある。Ｓ偏光の反射率は、屈折率で決まる。例えば垂直
入射の場合、Ｓ偏光の反射率Ｒは、 Ｒ＝｛（ｎ1−ｎ2）／（ｎ1＋ｎ2）｝2 で与えられるから、ｎ1とｎ2の屈折率差が大きい程、Ｓ
偏光の反射率が大きくなる。垂直入射でない場合も、式
が複雑になるので省略するが、同様の傾向である。従っ
て、透光性材料１０Ａ、１０Ｂ（あるいは合成樹脂シー
ト１７）の屈折率ｎよりも、接着剤１５の屈折率の方が
大きいという前提の下で、導光端面１２側から導光方向
終端面１４側にかけて、接着剤１５の屈折率を徐々に大
きくすれば、光量分布の改善を図ることができる。図に
おいて、導光端面１２側から導光方向終端面１４側にか
けて、接着剤１５の屈折率がｎa、ｎb、ｎCと変化する
とき、 ｎ＜ｎa＜ｎb＜ｎc となるように接着剤１５を選択すればよい。接着剤１５
としては、屈折率１．５〜１．６のものが一般的に用い
られており、かつ異なる屈折率の接着剤を混合すると、
その中間の屈折率の接着剤が得られる。FIG. 17 shows a seventh embodiment in which the light quantity distribution is improved by changing the refractive index of the adhesive 15. The reflectance of S-polarized light is determined by the refractive index. For example, in the case of normal incidence, the reflectivity R of the S-polarized light is enough since given by R = {(n 1 -n 2 ) / (n 1 + n 2)} 2, the refractive index difference between n 1 and n 2 is greater , S
The reflectance of polarized light increases. In the case of non-perpendicular incidence, the equation is complicated and the description is omitted. Therefore, on the assumption that the refractive index of the adhesive 15 is larger than the refractive index n of the translucent materials 10A, 10B (or the synthetic resin sheet 17), the light guide end face 12 side to the light guide direction end face. If the refractive index of the adhesive 15 is gradually increased toward the 14 side, the distribution of light quantity can be improved. In the drawing, when the refractive index of the adhesive 15 changes from n a , n b , and n C from the light guide end surface 12 side to the light guide direction end surface 14 side, n <n a <n b <n c The adhesive 15 may be selected as described above. Adhesive 15
As a material having a refractive index of 1.5 to 1.6 is generally used, and when adhesives having different refractive indices are mixed,
An adhesive with an intermediate refractive index is obtained.
【００３５】図１８と図１９は、第８の実施形態を示
す。この例は、合成樹脂シート１７を利用した第３の実
施形態（図１０、図１１）を応用して、光量分布の改善
を図った実施形態である。この実施形態では、導光端面
１２から導光方向終端面１４側にかけて、透光性材料１
０Ａと１０Ｂとの間に接着剤１５を介して挟着する合成
樹脂シート１７の枚数を増加させることにより、波形反
射界面の数を導光端面１２から導光方向終端面１４側に
かけて増加させている。この実施形態によれば、波状反
射界面の数（密度）が導光端面１２側から導光方向終端
面１４側にかけて増加するので、光量分布を改善するこ
とができる。FIGS. 18 and 19 show an eighth embodiment. This embodiment is an embodiment in which the light amount distribution is improved by applying the third embodiment (FIGS. 10 and 11) using the synthetic resin sheet 17. In this embodiment, the light transmitting material 1 extends from the light guide end face 12 to the light guide direction end face 14 side.
By increasing the number of synthetic resin sheets 17 sandwiched between 0A and 10B with the adhesive 15 therebetween, the number of waveform reflection interfaces is increased from the light guide end face 12 to the light guide direction end face 14 side. I have. According to this embodiment, the number (density) of the wavy reflection interfaces increases from the light guide end face 12 side to the light guide direction end face 14 side, so that the light quantity distribution can be improved.
【００３６】図２０は、第９の実施形態を示す。この例
は、図９で説明した内部反射面をより積極的に利用して
いる。偏光変換素子１０内の波形反射界面には、第１、
第２の傾斜部１０Ｄ’、１０Ｄ”からなる外部反射面の
他に、反射光を偏光変換素子１０内に留まらせる内部反
射面１０Ｆが設けられている。内部反射面１０Fで反射
した光はその大部分が光束射出面１１または裏面１３の
内面で全反射して偏光変換素子内部に留まる。この内部
反射面１０Ｆの密度は、導光端面１２側が高く、導光方
向終端面１４側にかけて低くなっており、逆に外部反射
面の密度は、導光端面１２側が低く、導光方向終端面１
４側にかけて高くなっている。内部反射面１０Ｆは、図
示例では、光束射出面１１、裏面１３と略平行な面とし
て措いているが、反射光を偏光変換素子１０内に留まら
せることができる面形状であればよい。この実施形態に
よれば、波状反射界面のピッチ（傾斜部の密度）が導光
端面１２側から導光方向終端面１４側にかけて増加する
のに加えて、導光端面１２側では内部反射面１０Fによ
り多くの光エネルギを偏光変換素子１０内に留まらせる
ことができるので、光量分布を改善することができる。FIG. 20 shows a ninth embodiment. In this example, the internal reflection surface described with reference to FIG. 9 is more actively used. The first,
In addition to the external reflection surface composed of the second inclined portions 10D 'and 10D ", an internal reflection surface 10F for keeping the reflected light in the polarization conversion element 10 is provided. Most of the light is totally reflected by the inner surface of the light emitting surface 11 or the inner surface of the rear surface 13 and remains inside the polarization conversion element.The density of the internal reflecting surface 10F is higher on the light guide end surface 12 side and lower on the light guide direction end surface 14 side. On the contrary, the density of the external reflection surface is lower on the light guide end face 12 side, and the light guide direction end face 1
It is higher on the four sides. In the illustrated example, the internal reflection surface 10F is assumed to be a surface substantially parallel to the light exit surface 11 and the back surface 13, but may have any surface shape that allows the reflected light to remain in the polarization conversion element 10. According to this embodiment, in addition to the pitch of the wavy reflection interface (density of the inclined portion) increasing from the light guide end face 12 side to the light guide direction end face 14 side, the internal reflection face 10F on the light guide end face 12 side. As a result, more light energy can be retained in the polarization conversion element 10, so that the light amount distribution can be improved.
【００３７】以上の説明及び実施形態では、光束射出面
１１からＳ偏光を取り出すことができることを述べ、波
形反射界面を透過するＰ偏光については論じなかった。
光エネルギの有効利用、特に５０％以上の利用を図るに
は、波状反射界面を透過していくＰ偏光を利用すること
が好ましい。図２１ないし図２９は、Ｐ偏光を利用する
実施形態である。以下の実施形態では、偏光変換素子１
０内の波状反射界面を描くことを省略し（全体形状とし
ての偏光変換素子１０のみを描き）、あるいは波状反射
界面を１本または２本の線で措いているが、図１ないし
図１１、及び図１３ないし図２０で説明した波状反射界
面の構成を前提としている。In the above description and the embodiment, it has been stated that S-polarized light can be extracted from the light beam exit surface 11, and P-polarized light transmitted through the wave reflection interface has not been discussed.
In order to effectively use the light energy, particularly, to use 50% or more, it is preferable to use the P-polarized light transmitted through the wavy reflection interface. 21 to 29 show embodiments using P-polarized light. In the following embodiment, the polarization conversion element 1
Although the drawing of the wavy reflection interface in 0 is omitted (only the polarization conversion element 10 as the whole shape is drawn), or the wavy reflection interface is defined by one or two lines, FIG. 1 to FIG. It is assumed that the configuration of the wavy reflection interface described with reference to FIGS.
【００３８】図２１は、偏光変換素子１０の透光性材料
１０Ａと１０Ｂを複屈折物質から構成してＰ偏光の利用
効率を高めた第１０の実施形態を示す。プラスチックに
は、複屈折を示すものが多くある。このような物質に偏
光を入射させると、物質内を光が伝播するにつれ光の偏
光状態が変化していく。例えば直線偏光が楕円偏光に変
化したり、楕円偏光が長軸の方向を変化させたり、楕円
率を変えたりする。従って、偏光変換素子１０を構成す
る透光性材料１０Ａと１０Ｂ（あるいは及び合成樹脂シ
ート１７）を、複屈折を示すプラスチック材料から構成
すると、伝播中に偏光状態が変化し、減少したＳ偏光成
分を補充するようにＰ偏光成分の一部がＳ偏光成分に変
化する。図２１の偏光変換素子１０内の直線、円、楕円
は、光の伝播中の偏光状態の変化を示している。FIG. 21 shows a tenth embodiment in which the translucent materials 10A and 10B of the polarization conversion element 10 are made of a birefringent material to increase the efficiency of using P-polarized light. Many plastics exhibit birefringence. When polarized light is incident on such a substance, the polarization state of the light changes as the light propagates through the substance. For example, linearly polarized light changes to elliptically polarized light, elliptically polarized light changes the direction of the long axis, or changes ellipticity. Therefore, when the translucent materials 10A and 10B (and the synthetic resin sheet 17) constituting the polarization conversion element 10 are made of a plastic material exhibiting birefringence, the polarization state changes during propagation, and the reduced S-polarized component A part of the P-polarized light component changes to the S-polarized light component so as to replenish. Straight lines, circles, and ellipses in the polarization conversion element 10 in FIG. 21 indicate changes in the polarization state during propagation of light.
【００３９】図２２は、偏光変換素子１０の透光性材料
１０Ａと１０Ｂを旋光物質１０Ｈから構成することによ
りＰ偏光の利用効率を高めた第１１の実施形態である。
旋光とは、物質内を光が伝播するとき光の偏光面が回転
していく現象である。例えショ糖水溶液はこの旋光を示
す物質である。溶液１００ｇ中にショ糖６５ｇが含まれ
る水溶液中では、光が１０ｃｍ進むと、偏光面が４３°
回転する。よって、Ａ４版の横の長さ（約２１ｃｍ）で
は、約９０°偏光面が回転することになる。すなわち、
この距離の伝播でＰ偏光とＳ偏光が入れ替わる。この実
施形態では、波形反射界面は、例えばフィルムシートを
折り曲げて構成し、このフィルムシートと旋光物質１０
Ｇをセル１９内に封入して偏光変換素子１０を構成す
る。なおショ糖水溶液の濃度を薄くすれば、単位伝播距
離当たりの旋光回転角は小さくなるから、より大型のＬ
ＣＤパネルの照明に用いることができる。FIG. 22 shows an eleventh embodiment in which the light-transmitting materials 10A and 10B of the polarization conversion element 10 are made of a rotatory material 10H to increase the efficiency of using P-polarized light.
Optical rotation is a phenomenon in which the plane of polarization of light rotates when the light propagates through a substance. For example, an aqueous sucrose solution is a substance showing this optical rotation. In an aqueous solution containing 65 g of sucrose in 100 g of the solution, when the light travels 10 cm, the polarization plane becomes 43 °.
Rotate. Therefore, when the horizontal length of the A4 plate (about 21 cm), the polarization plane rotates about 90 °. That is,
P-polarized light and S-polarized light are switched by propagation of this distance. In this embodiment, the corrugated reflection interface is formed, for example, by bending a film sheet, and the film sheet and the optical rotation material 10 are formed.
G is sealed in the cell 19 to constitute the polarization conversion element 10. When the concentration of the aqueous sucrose solution is reduced, the rotation angle of rotation per unit propagation distance is reduced.
It can be used for illumination of CD panels.
【００４０】図２３は、図１３の実施形態において、偏
光変換素子１０の導光方向終端面１４と反射面（反射ミ
ラー）１８の間に、四分の一波長板（λ／４板）２０を
挿入してＰ偏光の利用効率を高めた第１２の実施形態で
ある。ただし、この例では導光端面１２で１．０であっ
たＳ偏光成分の光エネルギが導光方向終端面１４で０．
２５になるように反射界面を設定する。この実施形態で
は、導光方向終端面１４から出て反射面（反射ミラー）
１８で反射して再び偏光変換素子１０内に戻る光は、四
分の一波長板（λ／４板）２０を２回通過し、その結
果、光の偏光方向が９０°回転する。つまり、Ｐ偏光成
分はＳ偏光成分に、Ｓ偏光成分はＰ偏光成分に変換され
る。従って、導光端面１２から導光方向終端面１４に至
る行きの光路で残ってしまったＰ偏光成分は、反射面
（反射ミラー）１８と四分の一波長坂（λ／４板）２０
を介してＳ偏光成分に変換されて偏光変換素子１０内に
戻ることとなり、このＳ偏光成分が導光方向終端面１４
から導光端面１２へ向かう帰りの光路で、波状反射界面
の外部反射面の第２傾斜部１０Ｄ”で反射されて光束射
出面１１から出射し、さらに第１傾斜部１０Ｄ’及び反
射面（反射ミラー）１６を介して光束射出面１１から出
射することになる。図２３には、その下方に、偏光状態
の変化を併せて描いた。FIG. 23 shows a quarter-wave plate (λ / 4 plate) 20 between the end surface 14 in the light guide direction of the polarization conversion element 10 and the reflection surface (reflection mirror) 18 in the embodiment of FIG. Is a twelfth embodiment in which the efficiency of use of P-polarized light is increased by inserting a. However, in this example, the light energy of the S-polarized light component, which was 1.0 at the light guide end face 12, is 0.1 at the light guide direction end face 14.
The reflection interface is set to be 25. In this embodiment, the light exits from the light-guiding-direction termination surface 14 and is a reflection surface (reflection mirror).
The light reflected at 18 and returned to the polarization conversion element 10 again passes through the quarter-wave plate (λ / 4 plate) 20 twice, and as a result, the polarization direction of the light is rotated by 90 °. That is, the P-polarized light component is converted to an S-polarized light component, and the S-polarized light component is converted to a P-polarized light component. Therefore, the P-polarized light component remaining on the optical path from the light guide end face 12 to the light guide direction end face 14 is reflected by the reflection surface (reflection mirror) 18 and the quarter wavelength slope (λ / 4 plate) 20.
, And returns to the polarization conversion element 10 via the S-polarized light component.
Is reflected from the second inclined portion 10D "of the external reflection surface of the wavy reflection interface, exits from the light exit surface 11, and further returns to the first inclined portion 10D 'and the reflection surface (reflection). The light is emitted from the light beam exit surface 11 via the mirror 16. The change in the polarization state is also shown in FIG.
【００４１】図２４ないし図２６は、偏光変換素子１０
の導光方向終端面１４に、導光方向終端面１４の正面か
ら見たときにその稜線群２１ａが光束射出面１１の法線
方向に対して４５°傾斜したルーフミラー群２１群を形
成することにより、Ｐ偏光の利用効率を高めた第１３の
実施形態である。図２５は図２４の矢印Ａ方向から偏光
変換素子１０を見た図、図２６は図２４を真上からみた
図である。ルーフミラーには、光線を反射させるととも
に、稜線と直交する方向の像を反転させる効果がある。
このため、稜線に対して４５°の偏光方向をもって入射
した光は、偏光方向が９０°回転する。図２５のよう
に、稜線群２１ａを光束射出面１１に対して４５°傾い
た形状としておくと、波形反射界面の各傾斜部を透過す
るＰ偏光成分の偏光方向は稜線２１ａに対し４５°とな
り、ルーフミラー群２１により偏光方向が９０°回転し
てＳ偏光成分として偏光変換素子１０内に戻る。すなわ
ち、図２３の実施形態における四分の一波長板（λ／４
板）２０と同等の偏光変換作用がこのルーフミラー群２
１によって得られる。図２５における実線の傾斜線は稜
線群２１ａを示し、破線の傾斜線は、隣り合うミラーの
谷部を示している。FIGS. 24 to 26 show the polarization conversion element 10.
Of the light guide direction terminating surface 14 form a roof mirror group 21 group whose ridge line group 21a is inclined by 45 ° with respect to the normal direction of the light flux exit surface 11 when viewed from the front of the light guide direction terminating surface 14. This is the thirteenth embodiment in which the use efficiency of P-polarized light is improved. 25 is a diagram of the polarization conversion element 10 viewed from the direction of arrow A in FIG. 24, and FIG. 26 is a diagram of FIG. 24 as viewed from directly above. The roof mirror has an effect of reflecting light rays and inverting an image in a direction orthogonal to the ridge line.
Therefore, light incident with a polarization direction of 45 ° with respect to the ridge rotates the polarization direction by 90 °. As shown in FIG. 25, when the ridge line group 21a is inclined at 45 ° with respect to the light emitting surface 11, the polarization direction of the P-polarized light component passing through each inclined portion of the waveform reflection interface becomes 45 ° with respect to the ridge line 21a. Then, the polarization direction is rotated by 90 ° by the roof mirror group 21 and returned into the polarization conversion element 10 as an S-polarized light component. That is, the quarter-wave plate (λ / 4) in the embodiment of FIG.
20), the roof mirror group 2
1 obtained. In FIG. 25, a solid inclined line indicates the ridge line group 21a, and a broken inclined line indicates a valley between adjacent mirrors.
【００４２】図２７、図２８は、第１４の実施形態を示
す。この例では、偏光変換素子１０の裏面１３に、導光
方向と平行な稜線群２２ａを持つルーフミラー群２２を
設けることにより、Ｐ偏光の利用効率を高めている。図
２８は図２７の矢印Ｂ方向から偏光変化素子１０を見た
図である。このルーフミラー群２２の各面は、図２８に
明らかなように、その法線面が主導光方向と直交してい
る。ルーフミラー群の頂角は９０°より大きくなってい
る。図２８中の細線は、ある１本の光線が偏光変換素子
１０中を伝播していく様子を示し、矢印は入射時のある
方向の振動方向を持つ光線が、光束射出面１１とルーフ
ミラー群２２との間での反射の繰り返しにより、どのよ
うに変換されていくかを示している。矢印の方向が大き
く変化しているのは、反射の繰り返しにより、偏光変換
素子１０内を伝播する光線の偏光方向が大きく回転して
いることを意味している。よって、偏光変換素子１０中
を光が伝播する間にＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換し
て、減少するＳ偏光成分を補い、Ｐ偏光成分を有効利用
することが可能となる。FIGS. 27 and 28 show a fourteenth embodiment. In this example, the use efficiency of P-polarized light is increased by providing a roof mirror group 22 having a ridge line group 22a parallel to the light guide direction on the back surface 13 of the polarization conversion element 10. FIG. 28 is a view of the polarization changing element 10 viewed from the direction of arrow B in FIG. As is clear from FIG. 28, each surface of the roof mirror group 22 has a normal line perpendicular to the main light guide direction. The apex angle of the roof mirror group is larger than 90 °. The thin line in FIG. 28 indicates a state in which a certain light ray propagates through the polarization conversion element 10, and the arrow indicates a light ray having a vibration direction in a certain direction at the time of incidence. It shows how the conversion is performed by the repetition of the reflection with respect to 22. The large change in the direction of the arrow means that the polarization direction of the light beam propagating in the polarization conversion element 10 is largely rotated by the repetition of the reflection. Therefore, the P-polarized light component is converted into the S-polarized light component while the light propagates through the polarization conversion element 10, to compensate for the decreasing S-polarized light component, and the P-polarized light component can be effectively used.
【００４３】図２９は、図２７、図２８の実施形態の変
形であり、ルーフミラー群２２の頂角を９０°に設定し
た点に特徴がある。図中の細線は、偏光変換素子１０中
の波形反射界面で導光方向終端面１４方向に反射した１
本の光線を描いたものである。この実施形態によれば、
導光方向終端面１４に設けた頂角９０°のルーフミラー
群２２によってＰ偏光成分がＳ偏光成分に変換されるだ
けでなく、裏面１３に至った光線を光束射出面１１側に
戻す作用が得られ、ルーフミラー群２２が図８の実施形
態の反射面（反射ミラー）１６の役割を兼ねることにな
る。FIG. 29 is a modification of the embodiment of FIGS. 27 and 28, and is characterized in that the apex angle of the roof mirror group 22 is set to 90 °. The thin line in the figure indicates the light reflected at the wave reflection interface in the polarization conversion element 10 in the direction of the light-guiding end surface 14.
It depicts the rays of a book. According to this embodiment,
The P-polarized component is converted to the S-polarized component by the roof mirror group 22 having the apex angle of 90 ° provided on the end surface 14 in the light-guiding direction, and the light returning to the back surface 13 is returned to the light emitting surface 11 side. Thus, the roof mirror group 22 also functions as the reflection surface (reflection mirror) 16 in the embodiment of FIG.
【００４４】なお、本発明において偏光変換素子１０内
に設ける波形反射界面の最小ピッチ（間隔）ｓは、偏光
変換素子１０を伝播する非偏光光束の波長λより十分大
きく（ｓ≫λ）し、回折現象が生じないようにする。回
折が生じると、予期せぬ波長依存性が生じる可能性があ
る。In the present invention, the minimum pitch (interval) s of the wave reflection interface provided in the polarization conversion element 10 is sufficiently larger than the wavelength λ of the unpolarized light beam propagating through the polarization conversion element 10 (s≫λ). Avoid diffraction phenomena. When diffraction occurs, unexpected wavelength dependence can occur.
【００４５】なお、以上のすべての実施形態において、
波状反射界面は、面各部の法線ベクトルがある１つの面
（法線面）に収まるように屈曲して形成された面であ
り、さらに各屈曲点ｂの光束射出面と直交する方向の中
間点ｍを結ぶ面（平均面）ｐはほぼ平面である。In all of the above embodiments,
The wavy reflection interface is a surface that is formed by bending so that the normal vector of each part of the surface falls within one surface (normal surface), and furthermore, is an intermediate point in a direction orthogonal to the light flux exit surface at each bending point b. The plane (average plane) p connecting the points m is substantially flat.
【００４６】以上、各種の実施形態について説明した
が、本発明の偏光変換素子は、各実施形態単独の形態だ
けでなく、これらを組み合わせた形態も当然可能であ
る。Although various embodiments have been described above, the polarization conversion element of the present invention is not limited to a single embodiment of the present invention, but may be a combination of these embodiments.
【発明の効果】本発明の偏光変換素子によれば、別部材
としての偏光子を必要とすることなく、従来のバックラ
イトの導光体に相当する部材の光束射出面から直接、偏
光状態が揃った偏光光束を取り出すことができる。ま
た、本発明によれば、少なくとも５０％以上の光エネル
ギを利用することができる偏光変換素子が得られ、さら
に光束射出面からの光量分布を可及的に均一にすること
ができる偏光変換素子及びＬＣＤパネル用照明装置を得
ることができる。According to the polarization conversion element of the present invention, the polarization state can be changed directly from the light exit surface of a member corresponding to a conventional light guide of a backlight without requiring a polarizer as a separate member. A uniform polarized light beam can be taken out. Further, according to the present invention, a polarization conversion element capable of utilizing at least 50% or more of light energy is obtained, and furthermore, a polarization conversion element capable of making the light quantity distribution from the light exit surface as uniform as possible. And a lighting device for an LCD panel.
【図１】本発明による偏光変換素子を用いた面状発光装
置の概念的断面図である。FIG. 1 is a conceptual sectional view of a planar light emitting device using a polarization conversion element according to the present invention.
【図２】本発明による面状発光素子の一実施形態を示
す、一対の透光性材料の分離状態の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of the planar light emitting device according to the present invention, in which a pair of light transmitting materials is separated.
【図３】図２の一対の透光性材料の結合状態を示す斜視
図である。FIG. 3 is a perspective view showing a combined state of a pair of translucent materials of FIG. 2;
【図４】図３のモデルの光束の反射と透過の状態を示す
模式断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing a state of reflection and transmission of a light beam of the model of FIG. 3;
【図５】反射と透過の法則及びブルースター角を説明す
る図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a law of reflection and transmission and a Brewster's angle.
【図６】隣り合う２つの媒質の屈折率が１と１．５の場
合のブルースタ一角及びＳ偏光とＰ偏光の反射率と透過
率を示すグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the Brewster angle and the reflectance and transmittance of S-polarized light and P-polarized light when the refractive indexes of two adjacent media are 1 and 1.5.
【図７】隣り合う２つの媒質の屈折率が１．５と１．６
の場合のブルースター角及びＳ偏光とＰ偏光の反射率と
透過率を示すグラフ図である。FIG. 7 shows that the refractive indices of two adjacent media are 1.5 and 1.6.
FIG. 7 is a graph showing the Brewster's angle and the reflectance and transmittance of S-polarized light and P-polarized light in the case of.
【図８】本発明による偏光変換素子の別の実施形態を示
す図４に対応する模式断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG. 4, showing another embodiment of the polarization conversion element according to the present invention.
【図９】本発明による偏光変換素子のさらに別の実施形
態を示す図４に対応する模式断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG. 4, showing still another embodiment of the polarization conversion element according to the present invention.
【図１０】本発明による偏光変換素子のさらに別の実施
形態を示す、一対の透光性材料とフィルム材料の分離状
態の模式断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing still another embodiment of the polarization conversion element according to the present invention, showing a state in which a pair of translucent materials and a film material are separated.
【図１１】図１０の一対の透光性材料とフィルム材料を
結合した状態を示す模式断面図である。11 is a schematic cross-sectional view showing a state where a pair of light-transmitting materials and a film material of FIG. 10 are combined.
【図１２】本発明による偏光変換素子の光量分布の例を
示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of a light amount distribution of the polarization conversion element according to the present invention.
【図１３】光量分布を改善した偏光変換素子の実施形態
を示す模式断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a polarization conversion element with improved light quantity distribution.
【図１４】光量分布を改善した別の偏光変換素子の実施
形態を示す模式断面図である。FIG. 14 is a schematic sectional view showing another embodiment of the polarization conversion element in which the light quantity distribution is improved.
【図１５】光量分布を改善したさらに別の偏光変換素子
の実施形態を示す模式断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the polarization conversion element with improved light quantity distribution.
【図１６】光量分布を改善した他の偏光変換素子の実施
形態を示す模式断面図である。FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the polarization conversion element in which the light amount distribution is improved.
【図１７】光量分布を改善したさらに他の偏光変換素子
の実施形態を示す模式断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing still another embodiment of a polarization conversion element with improved light quantity distribution.
【図１８】光量分布を改善したさらに他の偏光変換素子
の実施形態を示す、一対の透光性材料とフィルム材料の
結合前の状態を示す模式断面図である。FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a state before bonding of a pair of light-transmitting materials and a film material, showing still another embodiment of the polarization conversion element with improved light quantity distribution.
【図１９】同結合状態の模式断面図である。FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of the combined state.
【図２０】光量分布を改善したさらに他の偏光変換素子
の実施形態を示す模式断面図である。FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing still another embodiment of a polarization conversion element with improved light quantity distribution.
【図２１】光エネルギの利用効率を高めた偏光変換素子
の実施形態を示す斜視図である。FIG. 21 is a perspective view showing an embodiment of a polarization conversion element with improved light energy utilization efficiency.
【図２２】光エネルギの利用効率を高めた偏光変換素子
の別の実施形態を示す斜視図である。FIG. 22 is a perspective view showing another embodiment of the polarization conversion element with improved utilization efficiency of light energy.
【図２３】光エネルギの利用効率を高めた偏光変換素子
のさらに別の実施形態を示す模式断面図である。FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing still another embodiment of the polarization conversion element with improved utilization efficiency of light energy.
【図２４】光エネルギの利用効率を高めた偏光変換素子
の他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 24 is a perspective view showing another embodiment of the polarization conversion element in which the utilization efficiency of light energy is improved.
【図２５】図２４のＡ矢視図である。25 is a view as viewed in the direction of the arrow A in FIG. 24.
【図２６】図２４の平面図である。FIG. 26 is a plan view of FIG. 24;
【図２７】光エネルギの利用効率を高めた偏光変換素子
のさらに他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 27 is a perspective view showing still another embodiment of the polarization conversion element having improved light energy utilization efficiency.
【図２８】図２７のＢ矢視端面図である。FIG. 28 is an end view as viewed in the direction of arrow B in FIG. 27;
【図２９】光エネルギの利用効率を高めた偏光変換素子
の別の実施形態を示す、図２８に対応する端面図であ
る。FIG. 29 is an end view corresponding to FIG. 28, showing another embodiment of the polarization conversion element having improved utilization efficiency of light energy.
１０ 偏光変換素子 １０Ａ ｌＯＢ 透光性材料 １０Ｄ 外部反射面（傾斜面） １０Ｄ’ 第１傾斜部（外部反射面） １０Ｄ” 第２傾斜部（内部反射面） １０Ｅ 内部反射面（透過面） １０Ｆ 内部反射面 １０Ｇ 旋光物質 １１ 光束射出面 １２ 導光端面 １３ 裏面 １４ 導光方向終端面 １５ 接着剤 １６ １８ 反射面（反射ミラー） ２０ 四分の一波長板 ２１ ２２ ルーフミラー群 Reference Signs List 10 polarization conversion element 10A 1OB translucent material 10D external reflection surface (inclined surface) 10D 'first inclined portion (external reflection surface) 10D "second inclined portion (internal reflection surface) 10E internal reflection surface (transmission surface) 10F internal Reflection surface 10G Optical rotation material 11 Light flux exit surface 12 Light guide end surface 13 Back surface 14 Light guide direction termination surface 15 Adhesive 16 18 Reflection surface (reflection mirror) 20 Quarter wave plate 21 22 Roof mirror group
Claims (28)
一端面を非偏光光束の導光端面とした板状の導光体内
に、屈折率の異なる２以上の媒質が隣接する面であって
その法線ベクトルがある一つの法線面に収まるように屈
曲した少なくとも一つの波状反射界面を設けたことを特
徴とする偏光変換素子。1. A plate-shaped light guide in which at least one of the front and back surfaces is a light beam exit surface and one end surface is a light guide end surface of a non-polarized light beam, is a surface adjacent to two or more media having different refractive indexes. A polarization conversion element comprising at least one wavy reflective interface bent so that a normal vector falls within one normal plane.
屈折率の異なる２以上の媒質の屈折率ｎは、ｎ＞１であ
る偏光変換素子。2. The polarization conversion device according to claim 1, wherein
A polarization conversion element in which two or more media having different refractive indices have a refractive index n> 1.
おいて、屈折率の異なる隣接する２つの媒質の屈折率ｎ
α、ｎβは、 ｜ｎα−ｎβ｜／（ｎα＋ｎβ）＜０．１６ を満足する偏光変換素子。3. The polarization conversion element according to claim 1, wherein a refractive index n between two adjacent media having different refractive indexes.
α and nβ are polarization conversion elements satisfying | nα−nβ | / (nα + nβ) <0.16.
偏光変換素子において、波状反射界面は、導光体を伝播
する光束を導光体外部に向けて反射させる外部反射面
と、導光体を透過する光束が導光体内に留まるように反
射させる内部反射面とを有している偏光変換素子。4. The polarization conversion element according to claim 1, wherein the wave-like reflection interface comprises: an external reflection surface for reflecting a light beam propagating through the light guide toward the outside of the light guide; A polarization conversion element having an internal reflection surface for reflecting a light beam transmitted through the light body so as to stay in the light guide body.
波状反射界面のうち外部反射面の配置密度は、導光端面
から離れるに従って増加し、内部反射面の密度は、導光
端面から離れるに従って減少している偏光変換素子。5. The polarization conversion device according to claim 4, wherein
A polarization conversion element in which the arrangement density of the external reflection surface in the wavy reflection interface increases as the distance from the light guide end surface increases, and the density of the internal reflection surface decreases as the distance from the light guide end surface increases.
おいて、波状反射界面の外部反射面は、導光体を伝播す
る光束を光束射出面に向けて反射させる第1傾斜部と、
導光体を伝播する光束を導光体の光束射出面と反対側の
面にむけて反射させる第2傾斜部とからなる偏光変換素
子。6. The polarization conversion device according to claim 4, wherein the external reflection surface of the wavy reflection interface reflects a light beam propagating through the light guide toward the light beam exit surface,
A second inclined portion configured to reflect a light beam propagating through the light guide toward a surface opposite to the light exit surface of the light guide and reflect the light toward the surface opposite to the light exit surface.
光変換素子において、導光体の光束出射面と反対側の面
には、該反対側の面から射出する光束を導光体内に戻す
反射面が備えられている偏光変換素子。7. The polarization conversion element according to claim 1, wherein a light beam emitted from the opposite surface of the light guide is provided on a surface of the light guide opposite to the light emission surface. A polarization conversion element provided with a reflection surface for returning to the above.
偏光変換素子において、波状反射界面を構成する屈折率
の異なる２以上の媒質のうち少なくとも一つは、接着剤
である偏光変換素子。8. The polarization conversion device according to claim 1, wherein at least one of two or more media having different refractive indices constituting a wavy reflection interface is an adhesive. .
て、波状反射界面を構成する屈折率の異なる２以上の媒
質は、導光体を構成する一対のガラスまたは合成樹脂材
料と、この一対のガラスまたは合成樹脂材料を接着する
接着剤とである偏光変換素子。9. The polarization conversion device according to claim 8, wherein the two or more media having different refractive indices constituting the wavy reflection interface include a pair of glass or synthetic resin material constituting the light guide, and the pair of glasses. A polarization conversion element which is an adhesive for bonding glass or a synthetic resin material.
て、波状反射界面を構成する屈折率の異なる２つの媒質
は、導光体を構成する一対のガラスまたは合成樹脂材料
の間に挟着した少なくとも１枚の合成樹脂フィルムと接
着剤からなっている偏光変換素子。10. The polarization conversion element according to claim 8, wherein the two media having different refractive indices constituting the wavy reflection interface are at least sandwiched between a pair of glass or synthetic resin materials constituting the light guide. A polarization conversion element composed of one synthetic resin film and an adhesive.
載の偏光変換素子において、波状反射界面の周期ｓは、
導光体内に導入する非偏光光束の波長λより十分大きい
（ｓ≫λ）偏光変換素子。11. The polarization conversion element according to claim 1, wherein a period s of the wavy reflection interface is:
A polarization conversion element that is sufficiently larger than the wavelength λ of the unpolarized light beam introduced into the light guide (s 光 λ).
載の偏光変換素子において、導光体の導光端面と反対側
の導光方向終端面には、該導光方向終端面から射出する
光束を導光体内に戻す反射面が備えられている偏光変換
素子。12. The polarization conversion element according to claim 1, wherein the light guide body has a light guide end face opposite to the light guide end face, and the light exits from the light guide direction end face. A polarization conversion element having a reflection surface for returning a light beam into the light guide.
て、上記導光方向終端面と反射面の間には、四分の一波
長板が介在している偏光変換素子。13. The polarization conversion device according to claim 12, wherein a quarter-wave plate is interposed between the light-guiding end surface and the reflection surface.
載の偏光変換素子において、波状反射界面の外部反射面
の第１傾斜部の面法線の主導光方向に対する傾きは、該
第１傾斜部への入射角が導光端面側において小さく、導
光端面から離れるに従って大きくなるように、徐々に変
化している偏光変換素子。14. The polarization conversion element according to claim 6, wherein the inclination of the surface normal of the first inclined portion of the external reflection surface of the wavy reflection interface with respect to the main light guiding direction is the first inclination. A polarization conversion element that gradually changes so that the angle of incidence on the light guide end surface side is smaller on the light guide end surface side and becomes larger as the distance from the light guide end surface increases.
載の偏光変換素子において、導光体は、導光端面から離
れるに従い、厚さを減じる楔状をなしている偏光変換素
子。15. The polarization conversion element according to claim 1, wherein the light guide has a wedge shape whose thickness decreases as the distance from the light guide end surface increases.
載の偏光変換素子において、接着剤の屈折率は、導光端
面から離れるに従って徐々に大きくなっている偏光変換
素子。16. The polarization conversion device according to claim 8, wherein the refractive index of the adhesive gradually increases as the distance from the light guide end surface increases.
載の偏光変換素子において、波状反射界面のうち外部反
射面の第１傾斜部の配置密度は、導光端面から離れるに
従って増加している偏光変換素子。17. The polarization conversion element according to claim 6, wherein the arrangement density of the first inclined portion of the external reflection surface in the wavy reflection interface increases as the distance from the light guide end surface increases. Polarization conversion element.
載の偏光変換素子において、導光体は、複屈折物質から
なっている偏光変換素子。18. The polarization conversion device according to claim 1, wherein the light guide is made of a birefringent material.
載の偏光変換素子において、導光体は、旋光物質からな
っている偏光変換素子。19. The polarization conversion device according to claim 1, wherein the light guide is made of an optical rotatory substance.
載の偏光変換素子において、導光体の導入端面と反対側
の導光方向終端面には、その稜線群がの法線方向に対し
て４５°傾斜したルーフミラー群が設けられている偏光
変換素子。20. The polarization conversion device according to claim 1, wherein a ridge line group is formed on a light guide direction end surface opposite to the light introduction end surface of the light guide with respect to a normal direction of the light guide. Conversion element provided with a roof mirror group inclined at 45 °.
の偏光変換素子において、導光体のと反対側の面には、
導光体の導光方向と平行な稜線群を持つルーフミラー群
が設けられている偏光変換素子。21. The polarization conversion device according to claim 1, wherein a surface opposite to the light guide has:
A polarization conversion element provided with a roof mirror group having a ridge line group parallel to the light guide direction of the light guide.
て、ルーフミラー群の頂角は９０°である偏光変換素
子。22. The polarization conversion device according to claim 21, wherein the apex angle of the roof mirror group is 90 °.
て、導光体は、波状反射界面の屈曲方向を決定する、互
いに噛み合う凹凸を有する一対の導光体本体を有し、前
記少なくとも一つの波状反射界面は、この一対の導光体
本体と、該一対の導光体本体の凹凸の間にあって両導光
体本体を接着する接着剤層とから構成されている偏光変
換素子。23. The polarization conversion device according to claim 1, wherein the light guide has a pair of light guide bodies having irregularities that mesh with each other and determine the bending direction of the wave-like reflection interface, and the at least one wave-like body. A polarization conversion element comprising a pair of light guide main bodies and an adhesive layer between the concave and convex portions of the pair of light guide main bodies for bonding the two light guide main bodies.
て、導光体は、波状反射界面の屈曲方向を決定する、互
いに噛み合う凹凸を有する一対の導光体本体を有し、前
記少なくとも一つの波状反射界面は、この一対の導光体
本体の凹凸の間に挟着される合成樹脂フィルムと接着剤
層とから構成されている偏光変換素子。24. The polarization conversion device according to claim 1, wherein the light guide has a pair of light guide bodies having irregularities that engage with each other and determine the bending direction of the wave-like reflection interface, and the at least one wave-like body. A polarization conversion element in which the reflection interface is composed of a synthetic resin film and an adhesive layer sandwiched between the unevenness of the pair of light guide bodies.
て、合成樹脂フィルムと接着剤層とは複数層が備えられ
ている偏光変換素子。25. The polarization conversion device according to claim 24, wherein the synthetic resin film and the adhesive layer have a plurality of layers.
て、合成樹脂フィルムの層数は、導光端面から離れるに
従って増加している偏光変換素子。26. The polarization conversion device according to claim 25, wherein the number of layers of the synthetic resin film increases as the distance from the light guide end surface increases.
記載の偏光変換素子において、接着剤の屈折率は、導光
端面から離れるに従って徐々に大きくなっている偏光変
換素子。27. The polarization conversion element according to claim 23, wherein the refractive index of the adhesive gradually increases as the distance from the light guide end surface increases.
載の偏光変換素子を用いたＬＣＤパネル用照明装置であ
って、導光端面に非偏光光源を有し、光束射出面をＬＣ
Ｄパネルとの対向面としたＬＣＤパネル用照明装置。28. An illuminating device for an LCD panel using the polarization conversion element according to claim 1, wherein a non-polarized light source is provided on a light guide end face, and a light beam exit surface is formed by an LC.
A lighting device for an LCD panel having a surface facing the D panel.
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