JP2010062037A - バックライトユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集光レンズアレイのような別部材を用いることなく、カラーフィルタを省略可能なバックライトユニット、および、それを搭載する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】導光板の天面１１Ｕにて、Ｊ方向に交互に並ぶ３個の格子片群１３ｇｒ.Ｇｒ.Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒは、互いに異なる波長域の光に対応しており、各格子片群１３ｇｒ.Ｇｒ.Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒは、対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって入射する光だけを、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させており、導光板１１の底面１１Ｂには、上記の戻るように回折反射する光を、天面１１Ｕに向けて反射させるプリズム１５が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネル等に対して光を供給するバックライトユニット、およびそのバックライトユニットを搭載する液晶表示装置に関する。

従来、カラー表示可能な液晶表示装置は、複数色のカラーパッチを含むカラーフィルタを液晶表示パネルに搭載させることが多い。このようになっていると、白色光がカラーフィルタを通過することで、その白色光の一部の光のみ（例えば、赤色光、緑色光、青色光の各々）が液晶表示パネルの所望位置に到達し、カラー表示が可能になる。ただし、このようなカラー表示の場合、カラーフィルタを透過する光の色成分は１色である。そのため、他色成分の光は無駄になってしまう。

このような光の無駄（損失）を防ぐべく、特許文献１の液晶表示装置は、図１０に示すように、液晶表示パネル１５９と、その液晶表示パネル１５９に対して光を供給するバックライトユニット１４９の導光板１１１との間に、回折格子（体積ホログラム）１７１と集光レンズアレイ１７２とを介在させる（なお、図中のＲ、Ｇ、Ｂは赤色、緑色、青色を意味する）。詳説すると、導光板１１１の光出射面（天面）１１１Ｕに回折格子１７１が位置し、その回折格子１７１を覆うように、集光レンズアレイ１７２が位置する。

このような液晶表示装置１６９では、回折格子１７１は、自身に到達する白色光を、赤色光、緑色光、青色光に分けて、各々異なる方向に回折透過させる。そして、このように分かれて進行する光は、集光レンズアレイ１７２によって集光され、液晶表示パネル１５９の所望の位置に到達する。そのため、この液晶表示装置１６９では、カラーフィルタを含まなくとも、カラー表示が可能になる。
特開平１０−２５３９５５号公報

しかしながら、回折格子１７１によって分離された各光が、集光レンズアレイ１７２で集光されて液晶表示パネル１５９に到達する場合、以下のような理由から種々問題が起きる。

通常、液晶表示パネル１５９と導光板１１１との間は比較的短いので、集光レンズアレイ１７２から液晶表示パネル１５９までに存在することになる焦点距離も短くなければならない。そのためには、集光レンズアレイ１７２が、ハイパワー（高い屈折力）を有するか、厚みを増さざるを得ない。すると、ハイパワーを発揮可能な樹脂で集光レンズアレイ１７２が形成されると、コスト増加が生じ、厚みを増した集光レンズアレイ１７２を使用すると、バックライトユニット１４９、ひいては液晶表示装置１６９の厚みが増加する。

また、集光レンズアレイ１７２で、回折格子１７１によって分離された各光を、液晶表示パネル１５９の所望位置に集光させることは、極めて難しく、集光度合いが十分でなければ、液晶表示パネル１５９に表示される画像の品質低下も生じる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものである。そして、その目的は、集光レンズアレイのような別部材を用いることなく、カラーフィルタを省略可能なバックライトユニット、および、それを搭載する液晶表示装置を提供する。

バックライトユニットは、光源と、光源からの光を受ける受光面、受光面に対向配置する反対面、並びに、受光面および反対面を挟み合う２つの対向面を有する導光板と、を含む。そして、受光面から反対面に至るまでの方向に対して交差する方向を交差方向とすると、そのバックライトユニットでは、導光板の対向面のうちの一方面である天面には、互いに異なる周期で配置される格子片の群を、少なくとも３個含む回折格子が形成され、３個の格子片群は、交差方向に沿って交互に並ぶとともに、互いに異なる波長域の光に対応する。

さらに、各格子片群は、対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって入射する光だけを、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させており、導光板の対向面のうちの他方面である底面には、上記の戻るように回折反射する光を、天面に向けて反射させる屈折光学素子が形成される。

このようになっていると、３個の格子片群は、各々、天面にて全反射しない光の一部であり、自身に対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって自身に到達する光を、特定方向に（光の進行してくる側に戻すように）回折反射させる。すると、回折反射する特定波長域毎の光は、比較的高い指向性を有しながら進行することになる。

ただし、３個の格子片群が、導光板の受光面から反対面に至る方向に交差する交差方向に沿って、交互に位置するため、回折反射する光は交差方向にて色分かれする。そして、その色分かれした光が、屈折光学素子により天面に対して、例えば垂直になるように反射されると、その天面に到達する光は、そのまま天面に対して垂直に出射する。

すると、天面から出射する光は、指向性の高い色分かれした光が出射することになる。すなわち、カラーフィルタおよび集光レンズアレイ等のような別部材を要さずとも、バックライトユニットは、白色光を色分けして進行させられる。その結果、別部材分の厚みだけ、バックライトユニットは薄くなり、さらにはコストダウンも図れる。

なお、以上の３個の格子片群では、光の３原色に合わせて、１つは青色光の波長域に対応する青色光対応格子片群、１つは緑色光の波長域に対応する緑色光対応格子片群、１つは赤色光の波長域に対応する赤色光対応格子片群であると望ましい。

また、青色光対応格子片群、緑色光対応格子片群、および赤色光対応格子片群が、以下の関係式（Ｍ１）を満たすと望ましい。

ｄ＝λ／(２・ｎｄ・sinθ) … 関係式（Ｍ１）
ただし、
ｎｄ：回折格子を形成する材料が有するｄ線に対する屈折率
ｄ ：各格子片群にて、光を回折させる格子片の配置周期
λ ：光の波長
θ ：回折格子に入射する光の入射角と、その入射する光による回折反射角とが 一致する場合での角度
である。

なお、格子片の全長が５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であると望ましい。

その上、以下の関係式（Ｃ１）および（Ｃ２）が満たされると望ましい。

γ＝θ±Δ … 関係式（Ｃ１）
γ＋２・δＡ＋２・δＢ＝１８０° … 関係式（Ｃ２）
ただし、
Δ（°） ： θでの回折反射光の回折効率に対して、０．５倍以上の回折効率を有
する回折反射光を生じさせる角度で、０°＜Δ＜１０°の範囲内の角度
γ（°） ： θとΔとの和であり、θでの回折反射光の回折効率に対して、０．５
倍以上の回折効率を有する回折反射光の反射角
δＡ（°）： 屈折光学素子が底面に対して***する三角プリズムであり、その三角
プリズムにおける３つの角のうち、底面に接する２つの角で、光源から
離れているほうの角が有する角度
δＢ（°）： 屈折光学素子が底面に対して***する三角プリズムであり、その三角
プリズムにおける３つの角のうち、底面に接する２つの角で、光源から
近いほうの角が有する角度
である。

なお、天面に対して垂直な出射光量をできるだけ多く確保すべく、バックライトユニットは、以下の条件（Ｃ３）を満たすと望ましい。
δＡ＜５° … 条件（Ｃ３）

ところで、導光板は、単一の屈折率を有する単一材料で形成されているものであってもよい。また、導光板は、屈折率の異なる２層の導光層で形成されており、底面側の第１導光層は、天面側の第２導光層よりも大きな屈折率を有していてもよい。

ただし、２層型の導光板では、第１導光層と第２導光層との境界で全反射が生じることもあり、それを利用して、導光板の天面から出射する光の受光面からの距離が延長しやすくなる。そして、このような延長が生じると、光源近辺の導光板の天面から過度の光量が出射しないことになり、バックライトユニットからの光に光量ムラが生じない。

なお、このような光量ムラを抑制するためには、第１導光層と第２導光層との境界で全反射が必要になり、そのためには、受光面と天面との交差角が９０°であり導光板に対して光を供給する光源は、以下の関係式（Ｆ１）のε１を満たすようになっているとよい。

ε１＜９０°−ＣＡ … 関係式（Ｆ１）
ただし、
ε１：導光板の受光面から進行する光が、その受光面に対して有する出射角
ＣＡ：第１導光層と第２導光層との境界面での臨界角
である。

なお、以上のようなバックライトユニットと、バックライトユニットからの光を透過させるカラーフィルタを有する液晶表示パネルと、を含む液晶表示装置も本発明といえる。

さらに、そのような液晶表示装置にあって、導光板の天面に重なる液晶表示パネルのカラーフィルタでは、互いに異なる波長域の光を透過させる３種類のカラーパッチが含まれており、カラーパッチが、透過させる光の波長域と同じ波長域に対応する格子片群に重なると望ましい。このようになっていると、カラーパッチは、不要な光を吸収しなくてもよくなり、バックライトユニットからの光が有効利用されるためである。

本発明のバックライトユニットによれば、導光板の天面から出射する光が、天面の回折格子による回折反射光が底面の屈折光学素子による誘導で、比較的高い指向性を有しつつ色分かれする。そのため、このバックライトユニットは、白色光を色分けするようなカラーフィルタ、および集光性を高める集光レンズアレイのような別部材を要さない。その結果、別部材分の厚みおよびコストが削減される。

［実施の形態１］
実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面上での黒丸は紙面に対し垂直方向を意味する。さらに、光路を示す線は、便宜上重ならないように図示する。

図２は液晶表示装置６９の分解斜視図である。この図に示すように、液晶表示装置６９は、液晶表示パネル５９とバックライトユニット４９とを含む。

液晶表示パネル５９は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子を含むアクティブマトリックス基板５１と、このアクティブマトリックス基板５１に対向する対向基板５２とをシール材（不図示）で貼り合わせる。そして、両基板５１・５２の隙間に液晶（不図示）が注入される（なお、アクティブマトリックス基板５１および対向基板５２を挟むように、偏光フィルム５３・５３が取り付けられる）。

この液晶表示パネル５９は非発光型の表示パネルなので、バックライトユニット４９からの光（バックライト光）を受光することで表示機能を発揮する。そのため、バックライトユニット４９からの光が液晶表示パネル５９の全面を均一に照射できれば、液晶表示パネル５９の表示品位が向上する。

バックライトユニット４９は、ＬＥＤモジュール（光源モジュール）ＭＪ、導光板１１、および反射シート４２を含む。

ＬＥＤモジュールＭＪは光を発するモジュールであり、実装基板２１と、実装基板２１の実装面に形成された電極に実装されることで電流の供給を受け、光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）２２と、を含む。

また、ＬＥＤモジュールＭＪは、光量確保のために、発光素子であるＬＥＤ（点状光源）２２を複数含むと望ましく、さらに、ＬＥＤ２２を列状に並列させると望ましい。ただし、図面では便宜上、一部のＬＥＤ２２のみが示されているにすぎない（なお、以降では、ＬＥＤ２２の並ぶ方向をＪ方向とも称する）。

導光板１１は、側面１１Ｓと、この側面１１Ｓを挟持するように対向して位置する天面１１Ｕ（対向面の一方面）および底面１１Ｂ（対向面の他方面）とを有する板状部材である。そして、側面１１Ｓの一面（受光面１１Ｓａ）は、ＬＥＤ２２の発光端に面することで、ＬＥＤ２２からの光を受光する。受光された光は、導光板１１の内部で多重反射され、面状光として天面（出射面）１１Ｕから外部に向けて出射する。

なお、以降では、受光面１１Ｓａに対して対向する側面１１Ｓを反対面１１Ｓｂとし、受光面１１Ｓａから反対面１１Ｓｂに至る方向をＫ方向と称する｛特に、このＫ方向は、Ｊ方向（交差方向）に対して交差する（例えば、直交する）｝。また、さらなる導光板１１の詳細については、後述する。

反射シート４２は、導光板１１によって覆われるように位置する。そして、導光板１１の底面１１Ｂに面する反射シート４２の一面が反射面になる。そのため、この反射面が、ＬＥＤ２２からの光および導光板１１内部を伝播する光を、漏洩させることなく導光板１１に（詳説すると、導光板１１の底面１１Ｂを通じて）戻すように反射させる。

なお、以上のようなバックライトユニット４９では、反射シート４２および導光板１１は、この順で積み重なる（なお、この積み重なる方向をＬ方向と称する。また、Ｊ方向、Ｋ方向、Ｌ方向は、互いに直交する関係であると望ましい）。そして、ＬＥＤ２２からの光は導光板１１によって面状光（バックライト光）になって出射し、その面状光は液晶表示パネル５９に到達し、その面状光によって、液晶表示パネル５９は画像を表示させる。

ここで、バックライトユニット４９の導光板１１について、図１Ａ〜図１Ｃ、図２、および図３Ａ・図３Ｂを用いて詳説する。図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、図２に示されるバックライトユニット４９のＡ−Ａ’線矢視断面図、Ｂ−Ｂ’線矢視断面図、およびＣ−Ｃ’線矢視断面図である（なお、図３Ａにも、３本の断面線を図示する）。また、これら図１Ａ〜図１Ｃにおける白色矢印は白色光、破線矢印は−１次回折反射光、一点鎖線矢印は全反射光を意味する（なお、矢印に付される符号Ｗ・Ｂ・Ｇ・Ｒは、白色光・青色光・緑色光・赤色光を意味する）。

また、図３Ａは図２に示されるバックライトユニット４９の導光板１１の天面１１ＵとＬＥＤ２２とを示す平面図であり、図３Ｂは図２に示されるバックライトユニット４９の導光板１１の底面１１ＢとＬＥＤ２２とを示す平面図である。

導光板１１は、例えばポリカーボネート（屈折率ｎｄ：１．５９）で形成されており、天面１１Ｕに、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、格子片１３を密集させた回折格子ＤＧを含む。この回折格子ＤＧは、既知のＲＣＷＡ法（厳密結合波理論）と以下の関係式（Ｍ０）とに基づいて設計され、比較的高い光強度の回折反射光（−１次回折反射光）を生じさせる。

ｎ2・sinθ2＝ｎ1・sinθ1＋ｍ・λ／d …（Ｍ０）
ただし、
ｎ1 ：天面１１Ｕに対する入射側の媒質が有する屈折率
θ1（°） ：天面１１Ｕに入射する光がその天面１１Ｕに対して有する角度（入射角）
ｎ2 ：天面１１Ｕに対する出射側の媒質が有する屈折率
θ2（°） ：天面１１Ｕで反射する光がその天面１１Ｕに対して有する角度（反射角）
d（ｎｍ）：回折格子ＤＧの周期間隔
X ：回折次数
λ（ｎｍ）：光の波長
である（なお、θ1，θ2は、Ｋ方向およびＬ方向で規定されるＫＬ面内方向で計測される角度として考えると、理解が容易になる）。

なお、天面１１Ｕに対する入射側と出射側とが、導光板１１である場合には、関係式（Ｍ０）は以下の関係式（Ｍ０’）のように表現できる。
ｎ1・sinθ2＝ｎ1・sinθ1＋ｍ・λ／d …（Ｍ０’）

回折格子ＤＧを詳説すると、以下の通りである。設計された回折格子ＤＧは、直方体状（ブロック状）の格子片１３を複数含み、それら格子片１３は導光板１１の天面１１Ｕに位置する。そして、この格子片１３は、種々の周期ｄ（ピッチ、配置周期）で配置される。

一例を挙げると、図１Ａに示すように１７０ｎｍの周期ｄＢで密集する格子片１３、図１Ｂに示すように２００ｎｍの周期ｄＧで密集する格子片１３、図１Ｃに示すように２３０ｎｍの周期ｄＲで密集する格子片１３が挙げられる。すなわち、導光板１１の天面１１Ｕでは、３種類の周期ｄ（ｄＢ，ｄＧ，ｄＲ）で格子片１３は配置される。

そして、周期ｄ（ｄＢ，ｄＧ，ｄＲ）毎で配置される格子片１３は、密集するので格子片群１３ｇｒ（１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒ）といえ、さらに、異なる周期で配置される格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒの集まりで、１つのパッチＰＨが形成される（図２および図３Ａ参照、なお、四角状のパッチサイズは１０μｍ×１０μｍ程度）。なお、この格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒは、Ｊ方向に沿って交互に並んでおり、各格子片１３の全長（格子片１３の根元から先端までの距離）は、３００ｎｍである。

そして、このような回折格子ＤＧのパッチＰＨの集まる天面１１Ｕに対して、青色光（波長４７０ｎｍ程度）、緑色光（波長５５０ｎｍ程度）、赤色光（波長６２０ｎｍ程度）の光が、６０°程度の入射角（θ1）で入射すると、それらの光は回折格子ＤＧにて回折反射して回折反射光となり、入射角と同じ６０°程度の反射角（θ2）を有する。ただし、その回折反射光は、回折格子ＤＧに向かって進行してくる側に戻るように進行する。すなわち、回折格子ＤＧは、自身に到達する光の一部（特定範囲の入射角をもって入射する光）を、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させる。

このような回折反射の結果を示したものが、図４Ａ〜図６Ｃである。これらの図では、極座標の中心が、天面１１Ｕに位置する回折格子ＤＧへの光の入射点を意味し、角度は、その入射点から反射する光が有する天面１１Ｕに対する反射角を意味する。なお、角度は、便宜上、ＬＥＤ２２から離れるように進行（前方進行）する光の反射角を“＋”で示し、ＬＥＤ２２に近づくように進行（後方進行）する光の反射角を“−”で示す。また、●ドットは全反射する光を意味し、▲ドットは−１次回折反射光を意味する。

そして、図４Ａ〜図６Ｃにおいて、図４Ａ〜図４Ｃは、青色光（波長４７０ｎｍ）が、回折格子ＤＧに到達した場合に生じる光の挙動を示し、図５Ａ〜図５Ｃは、緑色光（波長５５０ｎｍ）が、回折格子ＤＧに到達した場合に生じる光の挙動を示し、図６Ａ〜図６Ｃは、赤色光（波長６２０ｎｍ）が、回折格子ＤＧに到達した場合に生じる光の挙動を示す。

また、図４Ａ・図５Ａ・図６Ａは、周期（配置周期ｄＢ：１７０ｎｍ）で配置された格子片群１３ｇｒ.Ｂに到達した場合に生じる光の挙動を示し、図４Ｂ・図５Ｂ・図６Ｂは、周期（配置周期ｄＧ：２００ｎｍ）で配置された格子片群１３ｇｒ.Ｇに到達した場合に生じる光の挙動を示し、図４Ｃ・図５Ｃ・図６Ｃは、周期（配置周期ｄＲ：２３０ｎｍ）で配置された格子片群１３ｇｒ.Ｒに到達した場合に生じる光の挙動を示す。

図４Ａ〜図４Ｃ、特に図４Ａを参照してみると、青色光が配置周期ｄＢ：１７０ｎｍで配置された格子片群１３ｇｒ.Ｂに６０°程度の入射角（θ1≒６０°）をもって到達した場合、全反射する光と−１次回折反射光とが生じる。そして、−１次回折反射光は、−６０°程度の反射角（θ2≒６０°）を有する。一方、図４Ｂおよび図４Ｃを参照してみると、青色光は、１７０ｎｍ以外の周期で配置された格子片群１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒに到達した場合、ほとんど全反射する。

次に、図５Ａ〜図５Ｃ、特に図５Ｂを参照してみると、緑色光が配置周期ｄＧ：２００ｎｍで配置された格子片群１３ｇｒ.Ｇに６０°程度の入射角もって到達した場合、全反射する光と−１次回折反射光とが生じる。そして、−１次回折反射光は、−６０°程度の反射角を有する。一方、図５Ａおよび図５Ｃを参照してみると、緑色光は、２００ｎｍ以外の周期で配置された格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｒに到達した場合、ほとんど全反射する。

続いて、図６Ａ〜図６Ｃ、特に図６Ｃを参照してみると、赤色光が配置周期ｄＲ：２３０ｎｍで配置された格子片群１３ｇｒ.Ｒに６０°程度の入射角もって到達した場合、全反射する光と−１次回折反射光とが生じる。そして、−１次回折反射光は、−６０°程度の反射角を有する。一方、図６Ａおよび図６Ｂを参照してみると、青色光は、２３０ｎｍ以外の周期で配置された格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇに到達した場合、ほとんど全反射する。

これまでの図４Ａ〜図６Ｃまでの結果を参照すると、下記の条件（Ａ１）〜（Ａ５）を満たすと、以下のようになる。すなわち、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、ＬＥＤ２２から進行してくる白色光が回折格子ＤＧ（詳説すると、回折格子ＤＧを含む天面１１Ｕ）に６０°程度で入射した場合（θ1≒６０°）、白色光に含まれる青色光、緑色光、赤色光が、波長域に応じた格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒに入射すると、−１次回折反射光として、格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒに向かって進行してくる側に戻るように進行する｛反射角θ2（≒６０°）で進行する｝。そして、これらの光は、格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒに対応するために、色分かれし、さらに比較的高い指向性も有する。

ｎｄ＝１．５９ … 条件（Ａ１）
ｄＢ＝１７０ｎｍ … 条件（Ａ２）
ｄＧ＝２００ｎｍ … 条件（Ａ３）
ｄＲ＝２３０ｎｍ … 条件（Ａ４）
Ｈ ＝３００ｎｍ … 条件（Ａ５）
ただし、
ｎｄ：回折格子ＤＧを形成する材料が有するｄ線に対する屈折率
ｄＢ：青色光を回折させる格子片群１３ｇｒ.Ｂの格子片１３の配置周期
ｄＧ：緑色光を回折させる格子片群１３ｇｒ.Ｇの格子片１３の配置周期
ｄＲ：赤色光を回折させる格子片群１３ｇｒ.Ｒの格子片１３の配置周期
Ｈ ：格子片１３の根元から先端までの距離（格子片１３の全長）
である。

なお、回折格子ＤＧを含む天面１１Ｕ（要は回折格子ＤＧ）に入射する光の入射角６０°程度の詳細な数値実施例を幾つか挙げると、６０°、５５°、６５°が挙げられる。また、これらの入射角で入射した光が−１次回折反射光として反射する場合、それらの反射角は、入射角６０°の場合には−６０°の反射角、入射角５５°の場合には−６５．５６°の反射角、入射角６５°の場合には−５５．４１°の反射角、になる。

また、以上のような現象を総括すると、−１次回折反射光は、回折格子ＤＧへの入射方向（入射角）と真逆方向（反射角）に反射される場合に、回折効率が高くなり、指向性も高まる。そこで、関係式（Ｍ０’）において、θ1＝−θ2＝θ（θ：後述参照）、ｍ=−１とすることができ、以下の関係式（Ｍ１）も導き出される。

ｄ＝λ／(２・ｎｄ・sinθ) … 関係式（Ｍ１）
ただし、
ｎｄ：回折格子ＤＧを形成する材料が有するｄ線に対する屈折率
ｄ ：各格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒにて、光を回折させる
格子片１３の配置周期（ｎｍ）
λ ：光の波長（ｎｍ）
θ ：回折格子ＤＧに入射する光の入射角と、その入射する光による回折反射角 とが一致する場合での角度（°）
である。

また、各格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒにて、光を回折させる格子片１３の配置周期（ｎｍ）は、可視光の波長域の半分程度の長さである。また、格子片１３の全長（Ｈ）はＲＣＷＡ法（厳密結合波理論）により求められる回折効率との相関により決定される（なお、格子片１３の全長は、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが多い）。

ところで、格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒは、交互に（同種の格子片群１３ｇｒが隣り合うことなく）Ｊ方向に並ぶとともに、同種で連なってＫ方向に沿っても並ぶ。すると、同種で連なった格子片群１３ｇｒに覆われる導光板１１内部では、格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒに対応する波長域の光のみが、それら格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒに向かって進行してくる側に戻るように進行する（以後、この反射を後方反射と称する）。

すなわち、白色光に含まれる青色光は、図１Ａに示すように、格子片群１３ｇｒ.Ｂに６０°程度で入射した場合、−１次回折反射光として、後方反射する（なお、白色光に含まれる緑色光、赤色光は格子片群１３ｇｒ.Ｂにて全反射される）。また、白色光に含まれる緑色光は、図１Ｂに示すように、格子片群１３ｇｒ.Ｇに６０°程度で入射した場合、−１次回折反射光として、後方反射する（なお、白色光に含まれる青色光、赤色光は格子片群１３ｇｒ.Ｇにて全反射される）。また、白色光に含まれる赤色光は、図１Ｃに示すように、格子片群１３ｇｒ.Ｒに６０°程度で入射した場合、−１次回折反射光として、後方反射する（なお、白色光に含まれる青色光、緑色光は格子片群１３ｇｒ.Ｒにて全反射される）。

つまり、導光板１１にて、多重反射しながら受光面１１Ｓａから反対面１１Ｓｂに向かう過程で回折格子ＤＧに到達する光で、回折格子ＤＧで−１次回折反射する光は、逆向きに（反対面１１Ｓｂから受光面１１Ｓａに；後方に）向かい、天面１１Ｕには向かわない。そこで、このような−１次回折反射光（回折格子ＤＧにて後方回折反射する光）を天面１１Ｕに導くべく、導光板１１の底面１１Ｂには、プリズム１５（屈折光学素子）が形成される。

このプリズム１５は、三角プリズムであり、図１Ａ〜図１Ｃおよび図３Ｂに示すように、導光板１１の底面１１Ｂから***するとともに、２つのプリズム側面１５（前方プリズム側面１５Ｓｆ・後方プリズム側面１５Ｓｒ）を底面１１Ｂに対して傾斜させる。

これらの２つのプリズム側面１５Ｓのうち、導光板１１の反対面１１Ｓｂに近いほう（ＬＥＤ２２から離れるほう）の前方プリズム側面１５Ｓｆは、回折格子ＤＧからの−１次回折反射光を受光できる位置に形成される。さらに、この前方プリズム側面１５Ｓｆは、受光する−１次回折反射光を、導光板１１の受光面１１Ｓａに近いほう（ＬＥＤ２２に近いほう）の後方プリズム側面１５Ｓｒに向けて反射できる傾斜に形成される。

後方プリズム側面１５Ｓｒは、前方プリズム側面１５Ｓｆからの−１次回折反射光を受光できる位置に形成される。さらに、この後方プリズム側面１５Ｓｒは、受光する−１次回折反射光を天面１１Ｕに向けて反射できる傾斜に形成される。

特に、望ましくは、後方プリズム側面１５Ｓｒは、天面１１Ｕに対して垂直になるように−１次回折反射光を反射できる傾斜に形成されるとよい。そのためには、以下の関係式（Ｃ１）および（Ｃ２）を満たすように、プリズム１５が形成されるとよい。

γ＝θ±Δ … 関係式（Ｃ１）
γ＋２・δＡ＋２・δＢ＝１８０° … 関係式（Ｃ２）
ただし、
θ（°） ： 回折格子ＤＧに入射する光の入射角と、その入射する光による回折
反射角とが一致する場合での角度
Δ（°） ： θでの回折反射光の回折効率に対して、０．５倍以上の回折効率を有
する回折反射光を生じさせる角度で、０°＜Δ＜１０°の範囲内の角度
γ（°） ： θとΔとの和であり、θでの回折反射光の回折効率に対して、０．５
倍以上の回折効率を有する回折反射光の反射角
δＡ（°）： プリズム１５が底面１１Ｂから***する三角プリズムであり、その三
角プリズムにおける３つの角のうち、底面１１Ｂに接する２つの角で、
ＬＥＤ２２から離れているほうの角が底面１１Ｂに対して有する角度
δＢ（°）： プリズム１５が底面１１Ｂから***する三角プリズムであり、その三
角プリズムにおける３つの角のうち、底面１１Ｂに接する２つの角で、
ＬＥＤ２２から近いほうの角が底面１１Ｂに対して有する角度
である。

この関係式（Ｃ１）および（Ｃ２）について、図７の拡大断面図を用いて説明する。なお、図面での破線矢印は、図１同様に、−１次回折反射光を示す。

まず、プリズム１５に向かってくる−１次回折反射光が、天面１１Ｕに対して“γ”という反射角を有する。すると、プリズム１５に至るまでの−１次回折反射光を一辺、底面１１Ｂ（および天面１１Ｕ）に対する法線Ｎを一辺、底面１１Ｂおよびプリズム１５に進出する底面１１Ｂの第１延長面Ｅ１を一辺、とする第１仮想三角形では、“γ”の角と９０°の角とが含まれる。そのため、残りの角の角度は、“９０°−γ”になる。また、この残りの角は、第１延長面Ｅ１と−１次回折反射光との成す角に向かい合う。そのため、この第１延長面Ｅ１と−１次回折反射光との成す角の角度も、“９０°−γ”になる。

すると、前方プリズム側面１５Ｓｆを一辺、前方プリズム側面１５Ｓｆに向かってくる−１次回折反射光を一辺、第１延長面Ｅ１を一辺、とする第２仮想三角において、前方プリズム側面１５Ｓｆと−１次回折反射光との成す角度は、 “９０°−γ”となる第１延長面Ｅ１と−１次回折反射光との成す角の角度から“δＡ”を差し引いた値になる（すなわち“９０°−γ−δＡ”となる）。

その上、前方プリズム側面１５Ｓｆに入射する−１次回折反射光が全反射すると、その全反射する−１次回折反射光を一辺、前方プリズム側面１５Ｓｆを一辺、後方プリズム側面１５Ｓｂを一辺、とする第３仮想三角において、全反射する−１次回折反射光と前方プリズム側面１５Ｓｆとの成す角度も、“９０°−γ−δＡ”となる。

また、この第３仮想三角において、前方プリズム側面１５Ｓｆと後方プリズム側面１５Ｓｂとの成す角度は、三角プリズムの形状から、“１８０°−（δＡ＋δＢ）”となる。すると、この第３仮想三角での残りの角の角度、すなわち、全反射する−１次回折反射光と後方プリズム側面１５Ｓｂとの成す角度は、“γ＋２・δＡ+δＢ−９０°”となる。

そして、前方プリズム側面１５Ｓｆから進行してくる−１次回折反射光が後方プリズム側面１５Ｓｂにて全反射すると、その２回目の全反射をした−１次回折反射光と、後方プリズム側面１５Ｓｂとの成す角度も、“γ＋２・δＡ+δＢ−９０°”となる。また、後方プリズム側面１５Ｓｂを延長させた第２延長面Ｅ２と底面１１Ｂとの成す角度のうち、後方プリズム１５における“δＢ”の角度と向かい合う角度は、“δＢ”となる。

すると、第２延長面Ｅ２と底面１１Ｂとの成す角の角度と、２回目の全反射をした−１次回折反射光と後方プリズム側面１５Ｓｂとの成す角度と、の合計値（“γ＋２・δＡ＋２・δＢ−９０°”）が、２回目の全反射をした−１次回折反射光の底面１１Ｂ（ひいては天面１１Ｕ）に対する出射角となる。そのため、この合計値である“γ＋２・δＡ＋２・δＢ−９０°”という角度が９０°になれば、回折格子ＤＧからの−１次回折反射光が天面１１Ｕに対して垂直に出射することになる。

すなわち、“γ＋２・δＡ＋２・δＢ−９０°＝９０°”から導き出される“関係式（Ｃ２）；γ＋２・δＡ＋２・δＢ＝１８０°”を満たすように、プリズム１５が設計されると、回折格子ＤＧからの−１次回折反射光が天面１１Ｕに対して垂直に出射することになる。

そして、このようになっていれば、回折格子ＤＧからの色分かれしつつ比較的高い指向性を有する青色光、緑色光、および赤色光の−１次回折反射光は、プリズム１５に到達し、そのプリズム１５により、天面１１Ｕに対して垂直になるように導かれ、さらに天面１１Ｕから出射する。その結果、天面１１Ｕから、青色光、緑色光、赤色光が分離しつつ所望位置に向けて出射する。すると、このような分離した光を受ける液晶表示パネル５９は、カラーフィルタを有さなくて白色光を分色させることになり、カラー画像を表示できる。

また、カラーフィルタが省略される場合、液晶表示装置６９は、カラーフィルタ分のコストダウンを図れる。さらには、液晶表示装置６９にて、カラーフィルタの厚みも考慮しなくてもよくなる。すなわち、液晶表示装置６９が薄型になりやすい。

その上、色分かれした青色光、緑色光、および赤色光は、−１次回折反射により比較的高い指向性を有するため、例えば集光レンズアレイのような別部材を要せずに、所望方向に進む。そのため、バックライトユニット４９は、集光レンズアレイ分の厚み分だけの薄型化、および集光レンズアレイ分のコストダウンも図れる。

ただし、液晶表示装置６９では、液晶表示パネル５９が、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、カラーフィルタ５５を含んでいてもよい（なお、図８Ａ〜図８Ｃの図示の仕方は、図１Ａ〜図１Ｃと同様である）。詳説すると、カラーフィルタ５５では、互いに異なる波長域の光を透過させる３種類のカラーパッチ５５Ｂ、５５Ｇ、５５Ｒ（青色光を透過させるカラーパッチ５５Ｂ、緑色光を透過させるカラーパッチ５５Ｇ、赤色光を透過させるカラーパッチ５５Ｒ）が含まれており、カラーパッチ５５Ｂ、５５Ｇ、５５Ｒが、透過させる光の波長域と同じ波長域に対応する格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒに重なっていてもよい。

このようになっていれば、格子片群１３ｇｒ.Ｂから出射する青色光はカラーパッチ５５Ｂに到達し、格子片群１３ｇｒ.Ｇから出射する緑色光はカラーパッチ５５Ｇに到達し、格子片群１３ｇｒ.Ｒから出射す赤色光はカラーパッチ５５Ｒに到達する。したがって、カラーパッチ５５Ｂ、５５Ｇ、５５Ｒは、自身に到達する光を透過させる場合に、その光のエネルギーを吸収しない。

そのため、このような液晶表示装置６９では、バックライトユニット４９からの光の利用効率が向上する（要は、この液晶表示装置６９は、バックライトユニット４９からの光に対して損失を与えない）。また、光の利用効率の向上にともなって、バックライトユニット４９は、過剰に高エネルギーの光を出射させなくてもよく、消費電力を抑制する（ひいては、液晶表示装置６９の消費電力の抑制につながる）。

なお、プリズム１５の数値実施例の１つを挙げると、以下のようになる。
δＡ＝４°
δＢ＝５８．５°
Ｆ ＝１０μｍ
ただし、
Ｆ：導光板１１の底面１１Ｂに接するプリズム１５の幅（プリズム１５のＫ方向
の長さ；図１Ａ〜図１Ｃ参照）
である。

以上の数値実施例が望ましい理由は、以下の通りである。すなわち、δＡが５°以上の角度であると、回折格子ＤＧからプリズム１５に向かって戻るように進行してくる−１次回折反射光のうちの一部、特に反射角（θ2）が比較的小さい光が前方プリズム側面１５Ｓｆにて反射した後、後方プリズム反射面１５Ｓｂに向かいにくくなる。詳説すると、比較的小さい反射角（θ2）を有しながら前方プリズム面１５Ｓｆに到達する光が反射しても、後方プリズム面１５Ｓｂに向かうことなく、底面１１Ｂに向かって進行する。

このような光の光量が増加してしまうと、後方プリズム側面１５Ｓｂに到達する光量が減ることになるので、天面１１Ｕから立ち上がるようにして出射する光量が減少することになる。そのため、以下の条件（Ｃ３）が満たされると望ましい。
δＡ＜５° … 条件（Ｃ３）

なお、プリズム１５を透過してしまった−１次回折反射光が存在したとしても、その光は、反射シート４２によって、導光板１１の底面１１Ｂに戻される。

［実施の形態２］
実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１で用いた部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付記し、その説明を省略する。

実施の形態１のバックライトユニット４９の回折格子ＤＧでは、互いに異なる周期で配置される３つの格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒが含まれ、それら３個の格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒは、Ｊ方向に沿って交互に並ぶとともに、互いに異なる波長域の光に対応する。

さらに、各格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒは、対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって入射する光だけを、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させる（すなわち、回折格子ＤＧは白色光を回折反射により色分かれさせて進行させる）。そして、導光板１１の底面に形成されるプリズム１５が、上記の戻るように回折反射する光を、天面１１Ｕに向けて反射させる。

このような光の挙動を生じさせる回折格子ＤＧは、単一材料で構成されることで、単一の屈折率を有する導光板１１の天面１１Ｕに形成されていた。しかし、これに限定されるものではない。例えば、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、異なる屈折率を有する２層型の導光板１１であってもかまわない（なお、図９Ａ〜図９Ｃの図示の仕方は、図１Ａ〜図１Ｃと同様である）。

この２層型の導光板１１では、一層目の導光板（第１導光層）１１Ｌ１は、例えばポリカーボネート（屈折率ｎｄ：１．５９）で形成され、二層目の導光板（第２導光層）１１Ｌ２は、例えばアクリル樹脂（屈折率ｎｄ：１．４９）で形成される（なお、ＬＥＤ２２の光は、最初に第１導光層１１Ｌ１に入射するようになっており、その第１導光層１１Ｌ１の屈折率は第２導光層１１Ｌ２の屈折率よりも大きい）。

そして、第２導光層１１Ｌ２は、実施の形態１同様に、３種類の周期ｄ（ｄＢ、ｄＧ、ｄＲ）で密集する格子片１３で形成される格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒを含む。また、格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒは、実施の形態１同様に、交互にＪ方向に並ぶとともに、同種で連なってＫ方向に沿っても並ぶ。

そして、このような２層型の導光板１１の場合、第１導光層１１Ｌ１を進行する光が、第２導光層１１Ｌ２にも進行し、さらに回折格子ＤＧに６０°程度で入射した場合、その光は−１次回折反射光として、後方反射する（なお、この後方反射の光の挙動は、上記したポリカーボネート製の回折格子ＤＧの場合での数値実施例とほぼ同様となる）。

ただし、この導光板１１の場合、２種類の光学部材（すなわち、第１導光層１１Ｌ１・第２導光層１１Ｌ２）による境界面Ｓ１１が生じる。そこで、この境界面Ｓ１１を利用して、導光板１１内部の光は、以下のように進行し得る。すなわち、回折格子ＤＧに到達することになる光が、その回折格子ＤＧに至るまでの過程で、境界面Ｓ１１で少なくとも一度全反射する。

この全反射のために、第１導光層１１Ｌ１を進行する光は、受光面１１Ｓａに対して、およそ２０°程度の出射角度ε１を有するとよい（なお、この出射角度ε１は、例えば、４５°程度の出射角ε２を有するＬＥＤ２２が受光面１１Ｓａに対向して配置されると、スネルの法則から実現する）。このようになっていると、第１導光層１１Ｌ１を進行する光が、第２導光層１１Ｌ２に到達する場合（要は、境界面Ｓ１１に到達する場合）、その光は臨界角を超えて境界面Ｓ１１に入射しやすくなり、全反射するためである。

さらに、導光板１１の底面１１Ｂ（詳説すると、第１導光層１１Ｌ１の底面１１Ｂ）に形成されるプリズム１５は、全反射した光を回折格子ＤＧに導くように設計される。詳説すると、プリズム１５は境界面Ｓ１１から進行してくる全反射光を受光できる位置に形成され、そのプリズム１５の前方プリズム側面１５Ｓｆが、受ける光を反射させ、その光を境界面Ｓ１１に対し臨界角以内の角度で入射させられる傾斜に形成される。

その上、境界面Ｓ１１に入射する光は、後方反射するために、回折格子ＤＧに対して６０°程度の角度でしなくてはならない。そのため、前方プリズム側面１５Ｓｆから進行する光の境界面Ｓ１１への入射角度は、５５°程度（例えば、５４。２°）を要する。この入射角度であれば、スネルの法則から、回折格子ＤＧに６０°程度で光が入射するためである。したがって、前方プリズム側面１５Ｓｆは、自身で反射させる光を、入射角度５５°程度で境界面Ｓ１１に導ける傾斜を有する。

そして、以上のように設計された前方プリズム側面１５Ｓｆによって反射する光は、境界面Ｓ１１を透過すことで屈折し、入射角度６０°程度で回折格子ＤＧを含む天面１１Ｕに入射する。すると、回折格子ＤＧに含まれる格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒは、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、光（白色光）のうちで対応する波長域の光（破線矢印参照）を後方反射させ、他波長域の光（一点鎖線矢印参照）を全反射させる。

後方反射する光は、格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒを含む天面１１Ｕに対して６０°程度の反射角を有しながら進行し、境界面Ｓ１１に対して６０°程度の入射角で入射する。さらに、その光は、境界面Ｓ１１に対して５５°程度の出射角γを有しながら、その境界面Ｓ１１を透過する（なお、この５５°程度の角度は、図７でのγに対応する）。

このような境界面Ｓ１１を透過して第２導光層１１Ｌ２に進行する光は、プリズム１５の前方プリズム側面１５Ｓｆに到達する。ただし、この光の前方プリズム側面１５Ｓｆへの入射角と、前方プリズム側面１５Ｓｆから回折格子ＤＧへと向かう光の前方プリズム側面１５Ｓに対する反射角とを比較すると、両者の角度は若干異なることが多い。そして、この角度の差異により、境界面Ｓ１１を透過して前方プリズム側面１５Ｓｆに入射する光は、反射することで、後方プリズム側面１５Ｓｒに入射する。

つまり、この前方プリズム側面１５Ｓｆは、境界面Ｓ１１で全反射してくる光を受光でき、かつ、反射させて臨界角以内の角度で境界面Ｓ１１に入射させられる傾斜に形成される。さらに、この前方プリズム側面１５Ｓｆは、境界面Ｓ１１を透過してくる光（−１次回折反射光）を受光できる位置に形成され、かつ、その光を後方プリズム側面１５Ｓｒに向けて反射できる傾斜に形成される。

そして、後方プリズム側面１５Ｓｒは、前方プリズム側面１５Ｓｆからの−１次回折反射光を受光できる位置に形成され、さらに、受光する−１次回折反射光を天面１１Ｕに向けて反射できる傾斜に形成される。

そして、実施の形態１同様、後方プリズム側面１５Ｓｒは、天面１１Ｕに対して垂直になるように−１次回折反射光を反射できる傾斜に形成されるとよい。そのためには、上記した関係式（Ｃ１）および（Ｃ２）、さらには（Ｃ３）を満たすように、プリズム１５が形成されるとよい。

なお、関係式（Ｃ１）にて、θが６０°と想定すると、γの想定範囲は、５０°＜γ＜７０°となる。すると、境界面Ｓ１１に対して５５°程度の出射角γを有しながら進行する−１次回折反射光は、関係式（Ｃ１）および（Ｃ２）を満たすプリズム１５によって、実施の形態１同様、天面１１Ｕから垂直に出射する。

以上を踏まえると、実施の形態２でのバックライトユニット４９であっても、実施の形態１同様に、回折格子ＤＧからの青色光、緑色光、および赤色光の−１次回折反射光はプリズム１５に到達し、そのプリズム１５により、天面１１Ｕに対して垂直になるように導かれ、さらに天面１１Ｕから出射する。その結果、天面１１Ｕから、青色光、緑色光、赤色光が分離しつつ出射する。すると、このような分離した光を受ける液晶表示パネル５９は、カラーフィルタを有さなくて色分かれした光を利用でき、カラー画像を表示できる。

そのため、実施の形態１でのバックライトユニット４９に奏ずる作用効果、すなわちカラーフィルタ・集光レンズアレイの省略による薄型化・コストダウン、および、バックライトユニット４９をカラーフィルタ５５で覆う場合における光の利用効率の向上・消費電力の抑制等は、実施の形態２のバックライトユニット４９にも奏ずる。

また、実施の形態２のバックライトユニット４９では、ＬＥＤ２２の光が、導光板１１の受光面１１Ｓａから回折格子ＤＧに到達するまでに、境界面Ｓ１１で全反射しやすい。そして、このように全反射した光が、プリズム１５、回折格子ＤＧを経て、−１次回折反射光となり、さらに、プリズム１５に戻った後に天面１１Ｕから出射する場合、その天面１１Ｕでの光の出射点から受光面１１Ｓａまでの距離Ｐ２は、実施の形態１における導光板１１の天面１１Ｕでの光の出射点から受光面１１Ｓａまでの距離Ｐ１に比べて長くなる（図９Ａ〜図９Ｃおよび図１Ａ〜図１Ｃ参照）。

通常は、導光板１１にて、受光面１１Ｓａに近い天面１１Ｕ付近と反対面１１Ｓｂに近い天面１１Ｕ付近との出射光量を比べると、ＬＥＤ２２に近い受光面１１Ｓａ側の天面１１Ｕ付近が、反対面１１Ｓｂ側の天面１１Ｕ付近に比べて多い。そして、この出射光量の差は、バックライトユニット４９からの光（バックライト光）の光量ムラとなり、液晶表示装置６９の画質劣化の一因になる。

しかしながら、実施の形態２のバックライトユニット４９では、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、導光板１１にて、受光面１１Ｓａから比較的離れた天面１１Ｕ付近から色分かれした光が出射するので、受光面１１Ｓａに近い天面１１Ｕ付近から、過度に多量の色分かれした光が出射しない。そのため、バックライトユニット４９からの光に、光量ムラが生じにくい。

なお、第１導光層１１Ｌ１から境界面Ｓ１１に入射する光を全反射させるために、第１導光層１１Ｌ１を進行する光は、受光面１１Ｓａに対して、およそ２０°程度の出射角度ε１を有するとよいが、この出射角度ε１は、以下の関係式（Ｆ１）を満たすとよい。要は、ＬＥＤ２２は、受光面１１Ｓａから境界面Ｓ１１に進行する光を、臨界角ＣＡを超える角度で入射させればよい。一例を挙げると、例えば、４５°程度の出射角ε２を有するＬＥＤ２２が受光面１１Ｓａに対向して配置されると、スネルの法則から、そのＬＥＤ２２は、関係式（Ｆ１）のε１を満たす光を供給できる。

ε１＜９０°−ＣＡ … 関係式（Ｆ１）
ただし、
導光板１１にて、受光面１１Ｓａと天面１１Ｕとの交差角が９０°であり、
ε１：導光板１１の受光面１１Ｓａから進行する光が、その受光面１１Ｓａに対
して有する出射角
ＣＡ：第１導光層１１Ｌ１と第２導光層１１Ｌ２との境界面での臨界角
である。

［その他の実施の形態］
ところで、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、実施の形態１では、導光板１１の材料の一例として、上記の条件（Ａ１）〜（Ａ５）を満たすポリカーボネートが挙げられていた。また、実施の形態２で回折格子ＤＧを含むアクリル樹脂製の第２導光層１１Ｌ２は、条件（Ａ２）〜（Ａ５）とｎｄ＝１．４９という条件（Ａ１’）とを満たしており、これらの条件が満たされことで、後方反射が生じていた｛なお、条件（Ａ１’）・（Ａ２）〜（Ａ５）が満たされていると、関係式（Ｍ１）も満たされる｝。

しかし、後方反射を生じさせる条件は、他にも存在する。例えば、導光板１１は、シリコン樹脂で形成されていてもよい。特に、以下の条件（Ｂ１）〜（Ｂ５）が満たされる導光板１１であっても、図４Ａ〜図６Ｃで示されるように、光が挙動する｛なお、条件（Ｂ１）〜（Ｂ５）が満たされていると、関係式（Ｍ１）も満たされる｝。
ｎｄ＝１．３ … 条件（Ｂ１）
ｄＢ＝２１０ｎｍ … 条件（Ｂ２）
ｄＧ＝２４５ｎｍ … 条件（Ｂ３）
ｄＲ＝２７０ｎｍ … 条件（Ｂ３）
Ｈ ＝３００ｎｍ … 条件（Ｂ５）

すなわち、このようなシリコン樹脂製の導光板１１であっても、３個の格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.Ｒは、各々、自身に対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角（６０°程度）をもって自身に到達する光を、特定方向である６０°程度の反射角にして（光の進行してくる側に戻すように）回折反射させる。

なお、このようなシリコン樹脂製の導光板１１であっても、回折格子ＤＧに入射する光の入射角６０°程度の詳細な数値実施例は、ポリカーボネート製の導光板１１と同様である。すなわち、回折格子ＤＧに入射する光の入射角が６０°の場合には−１次回折反射光の反射角は−６０°、入射角が５５°の場合には反射角は−６５．５６°、入射角が６５°の場合には反射角は−５５．４１°になる。

また、このようなシリコン製の導光板１１でも、関係式（Ｃ１）および（Ｃ２）が満たされると、回折格子ＤＧからの−１次回折反射光が天面１１Ｕに対して垂直に出射することになる。そのため、格子片群１３ｇｒ.Ｂからの青色光、格子片群１３ｇｒ.Ｇからの緑色光、および格子片群１３ｇｒ.Ｒからの赤色光の−１次回折反射光が、プリズム１５に到達し、さらに、そのプリズム１５により、天面１１Ｕに対して垂直になるように導かれて出射する。

要は、色分かれした回折反射光が、プリズム１５により天面１１Ｕ対して垂直になるように反射させられると、導光板１１から出射する光は、その導光板１１に対して垂直という指向性をもつことになる。その結果、このようなシリコン製の導光板１１を搭載するバックライトユニット４９であっても、カラーフィルタを省略できる（要は、実施の形態１同様の作用効果が奏ずる）。

総括すると、導光板１１において、天面１１Ｕには、自身の面に到達する光の一部を、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させる回折格子ＤＧが形成され、底面１１Ｂには、その戻るように回折反射する光を、天面１１Ｕに向けて反射させるプリズム１５が形成されていれば、種々の条件は問わない（ただし、後方反射する光同士の混色を避けるために、格子片群１３ｇｒ.Ｂ，１３ｇｒ.Ｇ，１３ｇｒ.ＲはＪ方向に沿って交互に並ばなくてはならない）。

したがって、導光板１１、回折格子ＤＧ、およびプリズム１５を形成する材料の屈折率は、特に限定されることはなく、格子片１３の形状も、直方体以外の円柱状、錐体状等もあり得る。また、格子片１３の配置周期も可視光の波長域の半分程度の長さに限らず、その他の配置周期もあり得る。もちろん、格子片１３の全長も、３００ｎｍを一例として挙げたが、これに限定されるものではない。

なお、以上のシリコン樹脂製のプリズム１５の数値実施例を挙げると、以下のようになる。
δＡ＝３°
δＢ＝５９．５°
Ｆ ＝１０μｍ

また、上記した条件（Ｃ３）ではなく、以下の条件（Ｃ４）が満たされると望ましい。この条件（Ｃ４）が満たされると、条件（Ｃ３）が満たされた場合と同様の作用効果が奏ずる。
δＡ＜４° … 条件（Ｃ４）

また、ポリカーボネート製およびシリコン樹脂製のプリズム１５の数値実施例から、以下の条件式（Ｃ５）も導ける。すなわち、この条件式（Ｃ５）が満たされると、プリズム１５が、回折格子ＤＧから進行してくる−１次回折反射光を天面１１Ｕに対して垂直に出射させられる。
δＡ＋δＢ＝６２．５° … 条件式（Ｃ５）

なお、以上では、光源としては、ＬＥＤ２２が挙げられたが、これに限定されるものではない。例えば、蛍光管のような線上光源、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）または無機ＥＬのような自発光材料で形成される光源であってもかまわない。

また、以上では、回折格子ＤＧに含まれる格子片群１３ｇｒの個数は、３個であったが、これを超える個数の格子片群１３ｇｒが含まれていてもかまわない。混色による白色光の生成に要する特定波長域が４個以上であれば、それに応じて４個以上の格子片群１３ｇｒが回折格子ＤＧに含まれてもかまわない。

また、以上では、−１次回折反射光を天面１１Ｕに導く光学素子として、プリズム１５が一例として挙げられたが、これに限定されるものではない。例えば、ミラーであってもかまわない。

では、（Ａ）は図２に示されるバックライトユニットのＡ−Ａ’線矢視断面図であり、（Ｂ）は図２に示されるバックライトユニットのＢ−Ｂ’線矢視断面図であり、（Ｃ）は図２に示されるバックライトユニットのＣ−Ｃ’線矢視断面図である。 は、液晶表示装置の分解斜視図である。 では、（Ａ）は導光板の天面を示す平面図であり、（Ｂ）は導光板の底面を示す平面図である。 では、（Ａ）は全長３００ｎｍの格子片を１７０ｎｍの配置周期で密集させた格子片群に、波長４７０ｎｍの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、（Ｂ）は全長３００ｎｍの格子片を２００ｎｍの配置周期で密集させた格子片群に、波長４７０ｎｍの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、（Ｃ）は全長３００ｎｍの格子片を２３０ｎｍの配置周期で密集させた格子片群に、波長４７０ｎｍの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図である。 では、（Ａ）は全長３００ｎｍの格子片を１７０ｎｍの配置周期で密集させた格子片群に、波長５５０ｎｍの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、（Ｂ）は全長３００ｎｍの格子片を２００ｎｍの配置周期で密集させた格子片群に、波長５５０ｎｍの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、（Ｃ）は全長３００ｎｍの格子片を２３０ｎｍの配置周期で密集させた格子片群に、波長５５０ｎｍの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図である。 では、（Ａ）は全長３００ｎｍの格子片を１７０ｎｍの配置周期で密集させた格子片群に、波長６２０ｎｍの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、（Ｂ）は全長３００ｎｍの格子片を２００ｎｍの配置周期で密集させた格子片群に、波長６２０ｎｍの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、（Ｃ）は全長３００ｎｍの格子片を２３０ｎｍの配置周期で密集させた格子片群に、波長６２０ｎｍの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図である。 は、図１Ａ〜図１Ｃに示される導光板の拡大断面図である。 では、（Ａ）は液晶表示パネルで図１Ａに示されるバックライトユニットを覆う液晶表示装置であり、（Ｂ）は液晶表示パネルで図１Ｂに示されるバックライトユニットを覆う液晶表示装置であり、（Ｃ）は液晶表示パネルで図１Ｃに示されるバックライトユニットを覆う液晶表示装置である。 では、（Ａ）は、図１Ａに示される導光板とは異なる２層型導光板を搭載するバックライトユニットであり、図１Ｂに示される導光板とは異なる２層型導光板を搭載するバックライトユニットであり、図１Ｃに示される導光板とは異なる２層型導光板を搭載するバックライトユニットである。 は、従来の液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１１ 導光板
１１Ｌ１ 第１導光層（導光板）
１１Ｌ２ 第２導光層（導光板）
Ｓ１１ 境界面
１１Ｕ 導光板の天面（対向面、対向面のうちの一方面）
１１Ｂ 導光板の底面（対向面、対向面のうちの他方面）
１１Ｓ 導光板の側面
１１Ｓａ 導光板の受光面
１１Ｓｂ 受光面に対向配置する導光板の側面である反対面
１３ 格子片
１３ｇｒ 格子片群
１３ｇｒ.Ｂ 青色光に対応する格子片群（青色光対応格子片群）
１３ｇｒ.Ｇ 緑色光に対応する格子片群（緑色光対応格子片群）
１３ｇｒ.Ｒ 赤色光に対応する格子片群（赤色光対応格子片群）
ＰＨ 回折格子パッチ
ＤＧ 回折格子
１５ プリズム（屈折光学素子）
１５Ｓ プリズムの側面
１５Ｓｆ 前方プリズム側面（光源から離れているほうのプリズム側面）
１５Ｓｒ 後方プリズム側面（光源から近いほうのプリズム側面）
２１ 実装基板
２２ ＬＥＤ（光源）
４２ 反射シート
４９ バックライトユニット
５５ カラーフィルタ
５５Ｂ 青色のカラーパッチ
５５Ｇ 緑色のカラーパッチ
５５Ｒ 赤色のカラーパッチ
５９ 液晶表示パネル
６９ 液晶表示装置
Ｊ ＬＥＤの並列方向（交差方向）
Ｋ 導光板の受光面から反対面に至るまでの方向
Ｌ 反射シートおよび導光板１１の積み重なる方向

Claims (11)

1. 光源と、
   上記光源からの光を受ける受光面、上記受光面に対向配置する反対面、並びに、上記
   受光面および上記反対面を挟み合う２つの対向面を有する導光板と、
   を含むバックライトユニットにあって、
   上記受光面から上記反対面に至るまでの方向に対して交差する方向を交差方向とす
   ると、
   上記対向面のうちの一方面である天面には、互いに異なる周期で配置される格子片
   の群を、少なくとも３個含む回折格子が形成され、
   上記の３個の格子片群は、上記交差方向に沿って交互に並ぶとともに、互いに異な
   る波長域の光に対応しており、
   各格子片群は、対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって入射する光
   だけを、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させており、
   上記対向面のうちの他方面である底面には、上記の戻るように回折反射する光を、
   上記天面に向けて反射させる屈折光学素子が形成されるバックライトユニット。
2. 上記の３個の格子片群では、１つは青色光の波長域に対応する青色光対応格子片群、１つは緑色光の波長域に対応する緑色光対応格子片群、１つは赤色光の波長域に対応する赤色光対応格子片群である請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 上記の青色光対応格子片群、緑色光対応格子片群、および赤色光対応格子片群が、以下の関係式（Ｍ１）を満たす請求項２に記載のバックライトユニット。
   ｄ＝λ／(２・ｎｄ・sinθ) … 関係式（Ｍ１）
   ただし、
   ｎｄ：回折格子を形成する材料が有するｄ線に対する屈折率
   ｄ ：各格子片群にて、光を回折させる格子片の配置周期
   λ ：光の波長
   θ ：回折格子に入射する光の入射角と、その入射する光による回折反射角とが 一致する場合での角度
   である。
4. 上記格子片の全長が５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項２または３に記載のバックライトユニット。
5. 以下の関係式（Ｃ１）および（Ｃ２）を満たす請求項３または４に記載のバックライトユニット。
   γ＝θ±Δ … 関係式（Ｃ１）
   γ＋２・δＡ＋２・δＢ＝１８０° … 関係式（Ｃ２）
   ただし、
   Δ（°） ： 上記θでの回折反射光の回折効率に対して、０．５倍以上の回折効率
   を有する回折反射光を生じさせる角度で、０°＜Δ＜１０°の範囲内 の角度
   γ（°） ： 上記θと上記Δとの和であり、上記θでの回折反射光の回折効率に対
   して、０．５倍以上の回折効率を有する回折反射光の反射角
   δＡ（°）： 屈折光学素子が底面に対して***する三角プリズムであり、その三角
   プリズムにおける３つの角のうち、底面に接する２つの角で、光源から
   離れているほうの角が有する角度
   δＢ（°）： 屈折光学素子が底面に対して***する三角プリズムであり、その三角
   プリズムにおける３つの角のうち、底面に接する２つの角で、光源から
   近いほうの角が有する角度
   である。
6. 以下の条件（Ｃ３）を満たす請求項５に記載のバックライトユニット。
   δＡ＜５° … 条件（Ｃ３）
7. 上記導光板は、単一の屈折率を有する単一材料で形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
8. 上記導光板は、屈折率の異なる２層の導光層で形成されており、
   上記底面側の第１導光層は、上記天面側の第２導光層よりも大きな屈折率を有する請求項１〜６のいずれか1項に記載のバックライトユニット。
9. 上記導光板にて、上記受光面と上記天面との交差角が９０°であり、
   以下の関係式（Ｆ１）のε１を満たす光を供給する光源を含む請求項８に記載のバックライトユニット。
   ε１＜９０°−ＣＡ … 関係式（Ｆ１）
   ただし、
   ε１：導光板の受光面から進行する光が、その受光面に対して有する出射角
   ＣＡ：第１導光層と第２導光層との境界面での臨界角
   である。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のバックライトユニットと、
    上記バックライトユニットからの光を透過させるカラーフィルタを有する液晶表示パ
    ネルと、
    を含む液晶表示装置。
11. 上記導光板の上記天面に重なる上記液晶表示パネルの上記カラーフィルタでは、
    互いに異なる波長域の光を透過させる３種類のカラーパッチが含まれており、
    上記カラーパッチが、透過させる光の波長域と同じ波長域に対応する上記格子
    片群に重なる請求項１０に記載の液晶表示装置。

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