JP3891266B2 - 導光板及びこの導光板を備えた液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルの照明光のように決められた方向の偏光を出射する導光板およびこの導光板を用いる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報端末の表示機器などに使われる液晶パネル５’を用いた液晶表示装置においては、液晶パネル５’は自らは発光しないので、例えば、図６５に示す様な照明装置６’と組み合わせて用いられる。図６５に図示する照明装置６’は、光源２’として冷陰極管と、透明材料で成形された導光手段４０’と、反射板手段３０’ (３０ａ’、３０ｂ’) と、から構成される。
光源２’から発した光３ａ’は導光手段４０’に入射し、反射手段３０’での反射を繰り返しながら導光手段４０’内を進み、液晶パネル５’がある方向に出射する。この時、液晶パネル５’を均一に照明するように、導光手段４０’の内外には、光を拡散させたり、あるいは指向性を持たせるような構造（詳しくは後述）を備える場合がある。
【０００３】
液晶パネル５’は、液晶板５２’を偏光板５１’，５３’により両側から挟むようにして配置されている。液晶板５２’は、図示を省略した表示信号が加えられた部分５２ａ’（以下、表示部分５２ａ’）では入射する所定の向きの直線偏光をそのまま透過させ、表示信号が無い部分５２ｂ’（以下、透過部分５２ｂ’）では、所定の向きの直線偏光が入射すると、その偏光方向を９０度回転させて出射するように動作する。このような機能は、ツイストネマティック型と呼ばれる液晶パネルで実用化されている。
【０００４】
実際上のツイストネマティック型の液晶パネル５’は、偏光板５１’を透過する直線偏光の向きと上述の無制御状態の液晶板５２’を透過する直線偏光の向きとを一致させてあり、偏光板５３’を透過する偏光の向きと偏光板５１’を透過する偏光の向きとを直交させてある。
このような構成のもと、照明装置６’から光が出射されると、照明装置６’から偏光板５１’へ進む非偏光な照明光（３１ｊ〜３４ｊ）は、液晶パネル５’の偏光板５１’の偏光分離機能のため、照明装置６’からの入射光（３１ｊ〜３４ｊ）のうち偏光板５１’を透過する紙面に垂直な偏光成分（３１ｄ〜３４ｄ）だけが透過する。
液晶板５２’の図形や文字などの表示部分５２ａ’、および、全体の背景光を構成する透過部分５２ｂ’に所定の向きの直線偏光３１ｄ〜３４ｄが入射すると、表示部分５２ａ’では偏光方向をそのままに３１ｅ，３２ｅが透過し、また、透過部分５２ｂ’では偏光方向が９０゜変換されて３３ｅ，３４ｅが透過する。従って、液晶パネル５’全体としては、無制御状態の表示（透過部分５２ｂ’）では偏光板５１’を透過する偏光の照明光は液晶パネル５’も透過して（直線偏光３３ｆ，３４ｆ）液晶パネル５’の全面を明るくし、図形や文字などの表示箇所（表示部分５２ａ’）のみに電圧を印加して図形や文字パターン部分（表示部分５２ａ’）では偏光板５３’と直交する光が透過するが偏光板５３’で吸収するため黒色の図形・文字パターンとして表示される。
このように、偏光板５１’において、照明装置６’からの入射光（３１ｊ〜３４ｊ）では、透過する光３１ｄ〜３４ｄ以外の光（紙面に水平な両矢印で図示される偏光成分）、すなわち全光量の半分以上の光は吸収される。
【０００５】
次に、従来技術による液晶表示装置・照明装置の開示例を説明する。図６６は一連の特許、特許第２８１３１３１号公報「回折格子を利用したバックライト導光板」、特許第２８６５６１８号公報「導光板および導光板アセンブリ」、特許第２９８６７７３号公報「点光源用の導光板」に開示された液晶表示装置に係わり、高輝度と輝度の均一性を図るものである。
図６６おいて、光源２’からバックライト導光板７１に入射した光は、回折格子７２で回折されて、拡散板７５および集光用プリズムシート７６を介して液晶パネル５’のバックライトとしての照明光が形成される。ここで、回折格子７２はサブミクロンから数十ミクロンのピッチで形成し、バックライト導光板７１の面上を均一に照らし、また、色収差を拡散板７５で解決できることが述べられている。
これらの例に述べられた回折格子７２は、光源から導光板内に入射した光を液晶パネルの方向に反射偏光するように用いられている。回折格子７２の構造は、上記特許公報に開示されているように正弦波形状、鋸歯形状（ブレーズ形状）、矩形形状などのように単一の形状の繰り返しによるものである。
【０００６】
図６７は特開平５−１４２５３６号公報「照明装置」に開示され、ケーシング７７内に一組の光源２’と、この光源２’の間の空間に対向させて配置した反射板７７ａと、拡散板７８と、を有する照明装置であって、更に反射板７７ａと拡散板７８との間に形成される空間に、光源２’から遠ざかるに従って反射板７７ａとの距離が小さくなる傾斜を有し、かつ光源２’から遠ざかるに従って孔径が大きくなる孔８０を多数形成した調光板７９が設けられている。
かかる構成により、反射板７７ａと拡散板７８とで反射面および拡散面が形成され、調光板７９がケーシング７７内の光に対して反射・拡散の両方の機能を営み、孔８０の孔径と分布密度により、照明装置の軽量化を可能にして均一な光分布を効率よく形成することが述べられている。
【０００７】
図６８は特開平８−２８６０４３号公報「液晶表示装置の照明用導光板およびその製造方法」に開示され、透光性導光板８１の下面に光拡散フィルム８２が一体に形成され、透光性導光板８１のもう一方の表面にプリズム形状が形成されている。かかる構成により、液晶表示装置への照明光の均一化を図ることができ、従来技術で行われている透光性導光板８１の下面のドットパターン印刷の除去や、このドットパターンを見えなくするため、 例えば図６６で述べた拡散板７５や集光用プリズムシート７６の設置によるバックライトの組み立ての煩雑さや、拡散板７５の設置による光の利用効率が悪いなどの問題を解決できることが述べられている。
【０００８】
また、図６９は特開平９−３０６２２１号公報「バックライト用照明装置」に開示され、導光板８６の背面８６ａ側に施される反射処理８７は、光源２’の軸に沿う線状の反射カット８７ａが形成され、拡散板８８は、照明側の表面を光源２’の軸に平行する凹凸面８８ａとしてあるバックライト用照明装置としたことで、導光板８６の背面８６ａでほぼ全反射を行い、反射効率に優れる反射カット８７ａを施したときにも、拡散板８８に形成した凹凸面８８ａでこの拡散板８８に従来技術による拡散板以上の拡散作用を与えることができ、輝度ムラの防止と明るさの向上を図ることができる。
【０００９】
また、図７０は特開平５−１９６８２０号公報「バックライト導光板」に開示され、液晶パネル５’の後方に光を導く導光板８９を備え、その片側もしくは両面の端部に管状の光源２’を備え、この導光板８９の後面に側方向から入射されてくる光を前方に反射する微小な反射面８９ａを形成し、更に粘着テープ９１およびＶ形位置決め爪９３からなる光源２’の取付けの位置決め構造を備えることにより、コンパクトで画面が明るく、駆動電力が少なくてすむバックライト光を形成することができる。
【００１０】
また、特開平１１−２８１９７８号公報「バックライトの製造方法および液晶表示装置」は、図７１に示すように、液晶板９５ａの表裏を偏光板９５ｂ，９５ｃで挟んでなる液晶パネル９５ｄの表示面の裏面に、拡散板９５ｅと、ホログラム９５ｆを有する導光板９５ｇと、λ／４板９５ｈと、反射板９５ｉを設けたものであり、光源２’から導光板９５ｇに入射した光をホログラム９５ｆが偏光分離し、両偏光を利用することで光利用効率を向上する構成が開示されている。
【００１１】
また、特開２００１−１８８１２６号公報「偏光分離プリズムシートおよび照明装置」には図７２に示すように、液晶板９６ａの表裏を偏光板９６ｂ，９６ｃで挟んでなる液晶パネル９６ｄの表示面の裏面に、凹凸形状を有する透光性支持体９６ｅの表面に液晶層９６ｆを有する偏光分離プリズムシート９６ｇと、１／４波長板９６ｈと、導光板９６ｉと、反射板９６ｊを備える照明装置９６ｋを設けたものであり、光源２’から導光板９６ｉに入射する光を偏光分離し、両偏光を利用することで光利用効率を向上する構成が開示されている。
【００１２】
また、特開２００１−１８８１２６号公報に示された構成と同様の考えかたで両偏光を利用し光利用効率を向上する構成が特開平１０−２５３８３０号公報および特開平１１−１４９０７４号公報にも述べられている。
また、特開平９−２７４１０９号公報「シート状偏光素子及びこれを用いた液晶表示素子」にはシート状のプリズムを利用して導光板に入射する光を偏光分離し、両偏光を利用することで光利用効率を向上する構成が開示されている。
【００１３】
その他、特開平１０−２５３８３０号公報「バックライトユニット」にも、偏光分離機能を有する素子を用いるバックライトが開示されている。
これらの構成では、偏光分離機能を有する素子を用いることによって光利用効率を向上させ、画面が明るく、駆動電力が少なくて済むバックライト光を形成することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術として、図６５〜図７０を用いて説明したような液晶表示装置・照明装置では、導光板のエッジに配置された光源から液晶パネルなどへの背面に照明する面光源の光輝度性と輝度の均一性が図られている。しかし、液晶パネル自身は、決まった向きの偏光だけを使う被照明対象機器であり、液晶パネルへの入射光の半分は偏光板で除去されて利用されていないという問題点があった。
【００１５】
また、他の従来技術として、図７１，図７２を用いて説明したような液晶表示装置・照明装置では、偏光分離素子を用いることにより、従来は照明に寄与していなかった偏光成分も有効に利用するようにした構成も提案されている。しかしこれらの構成では、偏光分離素子や位相板が新たな部品として加わるため、装置全体の大型化、高コスト化を招く問題があった。
【００１６】
本発明は前記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、液晶パネルなどの偏光板で入射が阻止される偏光成分を、導光手段の表面に設けられた格子構造体である偏光分離手段により導光手段内に戻し、偏光変換手段で直線偏光方向を変換させつつ反射板である反射手段により再び偏光分離手段へ入射させることにより、液晶パネルで入射される偏光成分として取り出すようにしたため、従来では有効活用されていない光の偏光成分を取り出せるようにし、発光素子などの部品の点数を削減し、消費電力も減少させるような導光板およびこの導光板を備えた液晶表示装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、導光板を改良し、さらに、このような導光板を採用した液晶表示装置としたため、大幅な薄型化・部品数低減と輝度向上とを共に実現する。
請求項１に係る発明の導光板によれば、
光の偏光方向に応じて反射光と透過光とを分離する偏光分離手段と、
光を反射する反射手段と、
透過する光に対してθ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件を満たすように位相差を与える偏光変換手段と、
前記偏光分離手段と前記反射手段との間に前記偏光変換手段を挟み、これらが一体となるように設けた導光手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に係る発明の導光板によれば、
請求項１に記載の導光板において、
好ましくは、前記偏光変換手段の８０％以上の領域で、透過する光に対して、θ２＋ｎ・１８０゜（但し、θ２は４５゜≦θ２≦１３５゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に係る発明の導光板によれば、
請求項１または請求項２に記載の導光板において、
さらに好ましくは、前記偏光変換手段の６０％以上の領域で、透過する光に対して、θ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子からなる格子構造体とすることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に係る発明の導光板によれば、
請求項４に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形という凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に係る発明の導光板によれば、
請求項５に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が、０．３〜０．８μｍ、格子深さが０．２〜０．５μｍであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７に係る発明の導光板によれば、
請求項６に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項８に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層を加えた格子構造体であることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項９に係る発明の導光板によれば、
請求項８に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１０に係る発明の導光板によれば、
請求項９に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍであり、
前記格子構造体の表面に設けられる表面層は、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に積層した複数層である、
ことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１１に係る発明の導光板によれば、
請求項１０に記載した導光板において、
前記格子構造体は、前記誘電体格子と前記表面層との間に０を超えて１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）層を備えることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１２に係る発明の導光板によれば、
請求項１１に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１３に係る発明の導光板によれば、
請求項８〜請求項１２の何れか一項に記載の導光板において、
前記格子構造体は、前記誘電体格子の表面に、
スピンコーター法あるいはロールコーター法により、溶媒で希釈された物質を付けた後で溶媒を除去する工程を一度または複数回繰り返して形成した表面層、
または、
蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより、一層の物質、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を形成した表面層、
を備えることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１４に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の凹部に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、または、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層、を加えた格子構造体であることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１５に係る発明の導光板によれば、
請求項１４に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項１６に係る発明の導光板によれば、
請求項１５に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍであり、
前記格子構造体の凹部に設けられる表面層は、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に積層した複数層である、
ことを特徴とする。
【００３３】
また、請求項１７に係る発明の導光板によれば、
請求項１６に記載した導光板において、
前記格子構造体は、誘電体格子と表面層との間に０を超えて１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）層を備えることを特徴とする。
【００３４】
また、請求項１８に係る発明の導光板によれば、
請求項１７に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする。
【００３５】
また、請求項１９に係る発明の導光板によれば、
請求項１４〜請求項１８の何れか一項に記載の導光板において、
前記格子構造体は、誘電体格子の表面に、
スピンコーター法あるいはロールコーター法により、溶媒で希釈された物質を付けた後で溶媒を除去し、さらに誘電体格子の凸部の頂上にある物質のみを除去する工程を一度あるいは複数回繰り返して凹部に形成した一層の物質、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる表面層、
または、
蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより、物質を付けた後で凸部の頂上にある物質のみを除去する工程を一度あるいは複数回繰り返して凹部に形成した一層の物質、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる表面層、
を備えることを特徴とする。
【００３６】
また、請求項２０に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質が積層状に形成された凸部の周期的な繰り返し構造である格子からなる格子構造体とすることを特徴とする。
【００３７】
また、請求項２１に係る発明の導光板によれば、
請求項２０に記載の導光板において、
前記格子構造体は、その断面形状が矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする。
【００３８】
また、請求項２２に係る発明の導光板によれば、
請求項２１に記載の導光板において、
前記格子構造体は、
スピンコーター法またはロールコーター法により、溶媒で希釈された物質を付けた後、溶媒を除去する工程を複数回繰り返し形成した、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる膜、
または、
蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより形成した、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる膜、
に対してエンボス加工を行うことにより形成された格子であることを特徴とする。
【００３９】
また、請求項２３に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造体であることを特徴とする。
【００４０】
また、請求項２４に係る発明の導光板によれば、
請求項２３に記載の導光板において、
前記格子構造体の金属格子は、反射率が６０％以上の金属薄膜により形成されることを特徴とする。
【００４１】
また、請求項２５に係る発明の導光板によれば、
請求項２４に記載の導光板において、
前記金属格子の金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金であることを特徴とする。
【００４２】
また、請求項２６に係る発明の導光板によれば、
請求項２３〜請求項２５の何れか一項に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組み合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする。
【００４３】
また、請求項２７に係る発明の導光板によれば、
請求項２６に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が０を超えて０．４μｍ以下、格子深さが０を超えて０．２μｍ以下であることを特徴とする。
【００４４】
また、請求項２８に係る発明の導光板によれば、
請求項２７に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を複数組み合わせて形成した凸部であることを特徴とする。
【００４５】
また、請求項２９に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、導光手段、透明基板、または透明フィルムに対して金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造体とすることを特徴とする。
【００４６】
また、請求項３０に係る発明の導光板によれば、
請求項２９に記載の導光板において、
前記格子構造体は、反射率が６０％以上の金属薄膜である金属格子を形成した格子構造体であることを特徴とする。
【００４７】
また、請求項３１に係る発明の導光板によれば、
請求項３０に記載の導光板において、
前記金属格子の金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金であることを特徴とする。
【００４８】
また、請求項３２に係る発明の導光板によれば、
請求項３０または請求項３１に記載の導光板において、
前記金属格子の金属薄膜の膜厚は０．０５μｍ以上、格子の周期Ｔは０．０５〜０．２５μｍであり、格子の幅は、格子の周期Ｔに対して０．２５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲であることを特徴とする。
【００４９】
また、請求項３３に係る発明の導光板によれば、
請求項２９〜請求項３２の何れか一項に記載の導光板において、
導光手段、透明基板、または透明フィルムと、前記金属格子と、の間に下地層が形成され、
前記金属格子および前記下地層の表明に保護膜を形成することを特徴とする。
【００５０】
また、請求項３４に係る発明の導光板によれば、
請求項２９〜請求項３３の何れか一項に記載の導光板において、
前記金属格子は、導光手段、透明基板、透明フィルムまたは下地層の表面に縞状の格子パターンを有するマスクを通して、蒸着法，スパッタ法，イオンプレーティング法，またはドライエッチング法の何れかにより形成することを特徴とする。
【００５１】
また、請求項３５に係る発明の導光板によれば、
請求項２９〜請求項３４の何れか一項に記載の導光板であって、透明フィルムの表面側に金属薄膜からなる金属格子が形成された格子構造体を有する導光板において、
前記格子構造体は、透明フィルムに金属格子を形成した後、その透明フィルムを縞方向に延伸して金属格子を微細なパターンとし、透明フィルムと共に導光手段または透明基板上に貼り付けて形成することを特徴とする。
【００５２】
また、請求項３６に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３５の何れか一項に記載の導光板において、
前記導光手段は樹脂を材料とし、前記偏光変換手段を複屈折分布とすることを特徴とする。
【００５３】
また、請求項３７に係る発明の導光板によれば、
請求項３６に記載の導光板において、
前記導光手段の材料は、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリロニトリル・スチレン系樹脂、エボキシ系樹脂、または、オレフィン系樹脂の何れかであることを特徴とする。
【００５４】
また、請求項３８に係る発明の導光板によれば、
請求項３６または請求項３７に記載の導光板において、
異方配向したスキン層により内部複屈折を形成したことを特徴とする。
【００５５】
また、請求項３９に係る発明の導光板によれば、
請求項３６〜請求項３８の何れか一項に記載の導光板において、
樹脂を材料とする導光手段は配向が大きいことを特徴とする。
【００５６】
また、請求項４０に係る発明の導光板によれば、
請求項３６〜請求項３９の何れか一項に記載の導光板において、
導光手段を形成した樹脂には主材と異なる、異方性を有する樹脂ポリマを所定量含むことを特徴とする。
【００５７】
また、請求項４１に係る発明の導光板によれば、
請求項４０に記載の導光板において、
主材と異なる樹脂ポリマはスチレンビーズないし液晶ポリマであることを特徴とする。
【００５８】
また、請求項４２に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４１の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は、前記導光手段のうち光が入射される面と、偏光分離手段が形成される面と、を除く面のすべてまたは一部に設けられることを特徴とする。
【００５９】
また、請求項４３に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段の一部又は全部は微細な凹凸からなる拡散性ホログラム、体積型拡散性ホログラム、または、スペックル拡散面の何れかとし、前記偏光分離手段に向けて拡散反射することを特徴とする。
【００６０】
また、請求項４４に係る発明の導光板によれば、
請求項４３に記載の導光板において、
前記反射手段の拡散性ホログラム、体積型の拡散性ホログラム、または、スペックル拡散面に金属反射膜を形成することを特徴とする。
【００６１】
また、請求項４５に係る発明の導光板によれば、
請求項４３または請求項４４に記載の導光板において、
前記反射手段の中の一つの拡散性ホログラムは、ひとつの入射光を複数の出射光に分岐する機能を有し、Ｐ１（ｘ）の位相差分布を有する入射光をｉ番目の出射光に変換する機能を表す位相差分布をＰｉ(ｘ)とし、上記数１の数式で表される位相差分布Ｐ(ｘ)を有することを特徴とする。
【００６２】
また、請求項４６に係る発明の導光板によれば、
請求項４５に記載の導光板において、
前記反射手段の拡散性ホログラムの位相差分布が前記Ｐ(ｘ)となるように、表面形状Ｄ’(ｘ)が、上記数２の数式で表されることを特徴とする。
【００６３】
また、請求項４７に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は金属により形成されることを特徴とする。
【００６４】
また、請求項４８に係る発明の導光板によれば、
請求項４７に記載の導光板において、
金属が、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金であることを特徴とする。
【００６５】
また、請求項４９に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は誘電体多層膜により形成されることを特徴とする。
【００６６】
また、請求項５０に係る発明の導光板によれば、
請求項４９に記載の導光板において、
前記誘電体多層膜に金属反射膜を形成することを特徴とする。
【００６７】
また、請求項５１に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は印刷により形成されるパタンであることを特徴とする。
【００６８】
また、請求項５２に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は散乱面であることを特徴とする。
【００６９】
また、請求項５３に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項５２の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、前記光源から位置が遠ざかるにつれて透過率を高くすることを特徴とする。
【００７０】
また、請求項５４に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項５３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、光源から入射される光に対して直交するように格子構造体が形成されることを特徴とする。
【００７１】
また、請求項５５に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項５４の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は、前記光源から位置が遠ざかるにつれて反射率を高めることを特徴とする。
【００７２】
また、請求項５６に係る発明の液晶表示装置によれば、
光源と、
前記光源から出射される光のうち互いに直交する二の偏光成分の一方の偏光成分を透過する請求項１〜請求項５５の何れか一項に記載の導光板と、
前記導光板から出射される偏光が照明される液晶パネル板と、
を備えることを特徴とする。
【００７３】
また、請求項５７に係る発明の液晶表示装置によれば、
請求項５６に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネル板は、
液晶板と、
この液晶板の表裏に配置され、偏光方向を直交させた一対の偏光板と、
を備え、
前記偏光変換手段を透過する偏光の偏光方向と、液晶パネルと導光板との間にある偏光板を透過する偏光の偏光方向と、を直交させるように前記偏光変換手段および偏光板を配置することを特徴とする。
【００７４】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の導光板の第１実施形態について図を参照しつつ説明する。図１，図２は導光板の概略構成図、図３は冷陰極管から出射される光のスペクトル特性図である。本実施形態では、最も上位概念の導光板１であり、図１で示すように偏光分離手段１０、偏光変換手段２０、反射手段３０、導光手段４０を備え、特に、導光手段４０は、偏光分離手段１０と反射手段３０との間に挟まれ、かつ偏光変換手段２０を内部含むように一体になされている。
なお、導光手段４０は、図２で示すように、傾斜を有するような形状（楔（くさび）形形状）としても良い。
【００７５】
続いてこれら構成について説明する。なお、導光板１は一方向の偏光の輝度向上率を改善するという機能を有する点を説明するため、光源２から入射される光にどのような作用を及ぼすかについて説明する。
図１で示すように、光源２は光を出射する。この光は、反射手段３０の反射面と偏光分離手段１０の偏光分離面の間を交互に反射しつつ進む。
【００７６】
このうち偏光分離手段１０は、光の偏光方向に応じて反射光と透過光とを分離する機能を有している。偏光分離手段１０に到達した光のうち、偏光分離手段１０は、図１で示す方向のｐ偏光を透過光として透過させ、ｓ偏光を反射光として反射させるものとする。
なお、本明細書の説明におけるｐ偏光とｓ偏光とは、後に詳述するが図１で示すように、格子構造体の形成方向を基準に決定されるものであり、格子構造体の形成方向に対して垂直な方向をｐ偏光と、格子構造体の形成方向に対して水平な方向をｓ偏光と定義する。
【００７７】
さて、偏光分離手段１０から反射した光（ｓ偏光）は、偏光変換手段２０を透過する。この偏光変換手段２０は、透過する光に対して、θ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）という条件（以下、条件１という）を満たす複屈折位相差を付与する。透過した光は反射手段３０へ到達する。
反射手段３０は、到達した光を反射させ、偏光変換手段２０および偏光分離手段１０へ向かわせる。本実施形態では反射手段３０は単に反射するものとして説明しているが、反射方向等を制御できるような各種の反射手段３０を採用することも可能である。反射手段３０の詳細については後述する。
【００７８】
偏光変換手段２０では、再度、透過する光に対して、θ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）という条件１を満たす複屈折位相差を付与する。偏光変換手段２０を透過した光は偏光分離手段１０へ到達する。
これで、偏光分離手段１０・反射手段３０間を往復する際に、光に対して合計２・θ１ ＋ｎ・３６０゜（但し、２・θ１は６０゜≦２・θ１≦３００゜の範囲内にある。）の複屈折位相差が付与される。これは１８０゜を中心に±１２０゜までの範囲に含まれるように複屈折位相差が付与されることを意味している。
【００７９】
光に１８０゜の複屈折位相差を与える、つまり、１／２波長の位相をずらすと光の偏光方向は９０゜変換されることは良く知られており、この偏光変換手段２０から偏光分離手段１０へ入射される光は、９０゜を中心に所定範囲内（９０゜を中心に±６０゜の範囲、つまり３０゜≦α≦１５０゜）に偏光方向が変換されており（つまりｓ偏光がｐ偏光成分を含む光に変換されており）、偏光成分（ｐ偏光）が偏光分離手段１０を透過して出射されることとなる。
【００８０】
なお、偏光分離手段１０を透過できずに反射されたｓ偏光成分も再度同様の光路を経て、最終的には偏光分離手段１０を透過する。
なお、偏光分離手段１０の偏光分離面で反射されたｓ偏光成分が、反射手段３０の下側の反射面で一度反射されてたとしても、必ずしもすべての光が偏光分離手段１０の偏光分離面に至るものではないが、偏光分離面と反射面との間で多重反射される過程で統計的にｐ偏光に変換され、偏光分離手段１０の偏光分離面を透過する。このように光を無駄なく利用するため、輝度向上率を改善することができる。
なお、本実施形態では、図２で示すように導光手段４０をくさび形にして反射手段３０を傾斜させ、入射する光に対して偏光分離手段１０に向けて確実に反射させるようにすることもできる。
【００８１】
本実施形態の偏光変換手段２０は、透過する光に対して複屈折位相差がθ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）付与するものであると説明した。この場合、光源２が出射する光の波長に応じて付与する複屈折位相差が異なる。以下、この点について概略説明する。
【００８２】
光源２は、具体的には、単色光源または白色光源があり得る。
単色光源ならば特定波長（例えば、赤７００ｎｍ、緑５４６．１ｎｍ、あるいは、青４３５．８ｎｍという単波長）のレーザ光を出力するレーザダイオード・単色ＬＥＤなどがある。
白色光源ならば、冷陰極管光源あるいは白色ＬＥＤ光源（ＬＥＤチップから放射される紫外光を蛍光材料によって白色光に変換する光源）ように広い範囲の波長にわたって光を放射する光源がある。さらに、補色関係にある２色、あるいはＲＧＢ３原色など単色の光を複数放射して白色光を得る白色LED光源などさまざまな光源がある。このような白色光源は、例えば、図３で示すスペクトル特性図からも明らかなように広い帯域で異なる波長の複数の光を含んでいる。
【００８３】
続いて、偏光変換手段２０が付与する複屈折位相差は、光の波長に依存し、使用する光源２の種類によって条件が相違する点について説明する。
例えば、光源が単波長の光を出力するレーザ光などの単色光源の場合、光の波長は狭帯域である。したがって、その光源の波長で複屈折位相差が条件１を満たし、好ましくは複屈折位相差が９０゜となるように決定する。
偏光変換手段２０は、透過する光に対して複屈折位相差がθ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内）に付与するものであるが、この複屈折位相差は角度以外に長さで表すことも可能である。ｎ＝０とすると、以下のようになる。
【００８４】
レーザ光の波長が７００ｎｍならば、
７００ｎｍ・３０゜／３６０゜＝５８．３ｎｍ
７００ｎｍ・１５０゜／３６０゜＝２９１．７ｎｍ
つまりｎ＝０の場合５８．３ｎｍ〜２９１．７ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できれば条件１を満たし、このうち９０゜となる１７５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。
【００８５】
同様に、レーザ光の波長が５５０ｎｍならば、
５５０．０ｎｍ・３０゜／３６０゜＝４５．８ｎｍ
５５０．０ｎｍ・１５０゜／３６０゜＝２２９．２ｎｍ
つまりｎ＝０の場合４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１３７．５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。
【００８６】
同様に、レーザ光の波長が４００ｎｍならば、
４００．０ｎｍ・３０゜／３６０゜＝３３．３ｎｍ
４００．０ｎｍ・１５０゜／３６０゜＝１６６．７ｎｍ
つまりｎ＝０の場合３３．３ｎｍ〜１６６．７ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１００．０ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。
【００８７】
さて、条件１は、光のｓ偏光成分は、偏光分離手段１０と反射手段３０を一往復する間に、偏光変換手段２０の作用を受けて大部分がｐ偏光となることを前提としている。なお、一往復ではなく二往復等多くの光路をとる光もあるが、概ね反射手段３０の反射面で反射して再び偏光分離手段１０の偏光分離面に至る。したがって偏光変換手段２０が与える複屈折位相差は導光板１０の厚さ方向に概ね９０゜程度であって、複屈折位相差がθ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内）に付与するものが望ましい。
【００８８】
上記したように単色光源では、偏光変換手段２０が付与する複屈折位相差の決定には困難はない。しかしながら、光源２が、白色光源、つまり冷陰極管光源・白色ＬＥＤ光源の場合のように広い範囲の波長にわたって光を放射する光源の場合は、条件１を満たす複屈折位相差の決定は単純ではない。
本発明の偏光変換手段２０では、その点を解決するため、可視領域において光源が白色光として支配的に作用している波長領域の概ね中央付近の波長において条件１を満たす（複屈折位相差を９０゜付与する）ように決定することとした。また、補色関係にある２色やＲＧＢ３原色など単色の光を複数放射して白色光を得る白色ＬＥＤ光源の場合にはそれら２色ないし３色などの波長の概ね中央付近の波長において条件１を満たす（複屈折位相差を９０゜付与する）ように決定することとした。
【００８９】
例えば、白色光源が４００ｎｍ、５５０ｎｍおよび７００ｎｍ（説明の簡単化のため、波長を簡単な数値としている）というＲＧＢ三原色のレーザを出射して白色光とする光源である場合について説明する。この場合の中央付近の波長とは、５５０ｎｍであり、複屈折位相差を長さで表すと、ｎ＝０の場合、４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与するというものである。しかしながら、上記計算の通り波長７００ｎｍの光では、１７５ｎｍの複屈折位相差を付与する場合９０゜の複屈折位相差が付与され、また、波長４００ｎｍの光では１００ｎｍの複屈折位相差を付与する場合に９０゜の複屈折位相差が与えられる。これらは、４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲に含まれる複屈折位相差であり、３原色全部の波長に対し９０゜近くの複屈折位相差が付与される。したがって、本実施形態の条件１の偏光変換手段２０を備える導光板では白色光源でも適用できるものである。
【００９０】
本実施形態では、偏光分離手段１０と反射手段３０との間に偏光変換手段２０を配置したため、偏光分離手段１０の偏光分離面を反射したｓ偏光が反射手段３０から反射して再度偏光分離手段１０の偏光分離面へ入射する際に、光が偏光変換手段２０を往路・復路で二度透過してｓ偏光からｐ偏光成分を含む（偏光方向を９０゜変換すれば全成分がｐ偏光となる）ように偏光方向を変換して、偏光分離手段１０を透過できるようにすることができる。
かかる構成を採用することにより、直交する二方向の偏光のうちの一方の偏光のみを従来より高い効率で取り出し、輝度向上率を向上させることができるという利点がある。
【００９１】
続いて第２実施形態について説明する。本発明では、輝度向上率をさらに高めるため、上記の偏光変換手段２０のうち領域面積の約８０％は、好ましくは、透過する光に対して、θ２＋ｎ・１８０゜（但し、θ２は４５゜≦θ２≦１３５゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件（以下条件２という）を満たすように複屈折位相差を付与するものである。
この場合も、光源の種類によって変化するものであり、例えば、単色光源の場合、偏光変換手段２０は、透過する光に対して複屈折位相差がθ２＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は４５゜≦θ２≦１３５゜の範囲）内に付与するものである。先ほどの計算と同様、複屈折位相差を長さで表すと、ｎ＝０の場合、以下のようになる。
【００９２】
波長が７００ｎｍならば、
７００ｎｍ・４５゜／３６０゜＝８７．５ｎｍ
７００ｎｍ・１３５゜／３６０゜＝２６２．５ｎｍ
つまりｎ＝０の場合８７．５ｎｍ〜２６２．５ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１７５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の５８．３ｎｍ〜２９１．７ｎｍの範囲よりも狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定（設定の具体的手法については後述する）する必要が生じる。
【００９３】
同様に、波長が５５０ｎｍならば、
５５０．０ｎｍ・４５゜／３６０゜＝６８．８ｎｍ
５５０．０ｎｍ・１３５゜／３６０゜＝２０６．３ｎｍ
つまりｎ＝０の場合６８．８ｎｍ〜２０６．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１３７．５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲よりも範囲が狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定する必要が生じる。
【００９４】
同様に、波長が４００ｎｍならば、
４００．０ｎｍ・４５゜／３６０゜＝５０．０ｎｍ
４００．０ｎｍ・１３５゜／３６０゜＝１５０．０ｎｍ
つまりｎ＝０の場合５０．０ｎｍ〜１５０．０ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１００．０ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の３３．３ｎｍ〜１６６．７ｎｍの範囲よりも範囲が狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定する必要が生じる。このように、単色光源の場合は適用に問題はない。
【００９５】
また、白色光源が４００ｎｍ、５５０ｎｍおよび７００ｎｍというＲＧＢ三原色のレーザを出射して白色光とする光源である場合は、中央付近の波長５５０ｎｍに光に対して条件２を満たすような複屈折位相差とするものであり、複屈折位相差を長さで表すと、ｎ＝０の場合、６８．８ｎｍ〜２０６．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与するというものである。しかしながら、上記計算の通り波長７００ｎｍの光では、１７５ｎｍの複屈折位相差を付与する場合９０゜の複屈折位相差が付与され、また、波長４００ｎｍの光では１００ｎｍの複屈折位相差を付与する場合に９０゜の複屈折位相差が与えられる。これらは、６８．８ｎｍ〜２０６．３ｎｍの範囲に含まれる複屈折位相差であり、３原色全部の波長に対し９０゜近くの複屈折位相差が付与される。したがって、本実施形態の条件２の偏光変換手段２０を備える導光板では白色光源でも適用できるものである。
【００９６】
かかる構成により、偏光変換手段２０を往復して二度透過した場合に、合計２・θ２ ＋ｎ・３６０゜（但し、２・θ２は９０゜≦２・θ２≦２７０゜の範囲内にある。）これは１８０゜を中心に±９０゜までの範囲に含まれるように複屈折位相差が付与されることを意味している。この場合、偏光分離手段１０へ入射する光は、９０゜を中心に所定範囲内（９０゜を中心に±４５゜：４５゜≦α≦１３５゜）に偏光方向が変換されており、先に偏光分離手段１０で反射した光のうち、透過可能な偏光成分が偏光分離手段１０を透過して出射されることとなる。
本発明では、偏光変換手段２０による偏光の変換方向の範囲（９０゜を中心にして±４５゜の範囲内）を狭めて出力するようにしたため、ｓ偏光がより多くのｐ偏光成分を含む光となるように偏光方向を変換して、より多くの光を偏光分離手段１０を透過できるようになり、輝度向上率を増大させることができる。
かかる構成を採用することにより、第１実施形態よりもさらに高い効率で偏光を取り出せる領域を８０％以上確保して、輝度向上率をより向上させることができるという利点がある。
【００９７】
続いて第３実施形態について説明する。本発明では、輝度向上率をさらに改善するため、上記の偏光変換手段２０のうち領域面積の約６０％は、好ましくは、透過する光に対して、θ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件（以下条件３という）を満たすように複屈折位相差を付与するものである。
この場合も、光源の種類によって条件３は変化するものであり、例えば、単色光源の場合、偏光変換手段２０は、透過する光に対して複屈折位相差がθ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内に付与するものである。複屈折位相差は長さで表すことも可能であり、これは、ｎ＝０の場合、以下のようになる。
【００９８】
波長が７００ｎｍならば、
７００ｎｍ・６０゜／３６０゜＝１１６．７ｎｍ
７００ｎｍ・１２０゜／３６０゜＝２３３．３ｎｍ
つまりｎ＝０の場合１１６．７ｎｍ〜２３３．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１７５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の５８．３ｎｍ〜２９１．７ｎｍの範囲、条件２の８７．５ｎｍ〜２６２．５ｎｍよりも範囲が狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定する必要が生じる。
【００９９】
同様に、波長が５５０ｎｍならば、
５５０．０ｎｍ・６０゜／３６０゜＝９１．７ｎｍ
５５０．０ｎｍ・１２０゜／３６０゜＝１８３．３ｎｍ
つまりｎ＝０の場合９１．７ｎｍ〜１８３．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１３７．５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲、条件２の６８．８ｎｍ〜２０６．３ｎｍの範囲よりも範囲が狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設計する必要が生じる。
【０１００】
同様に、波長が４００ｎｍならば、
４００．０ｎｍ・６０゜／３６０゜＝６６．７ｎｍ
４００．０ｎｍ・１２０゜／３６０゜＝１３３．３ｎｍ
つまりｎ＝０の場合６６．７．ｎｍ〜１３３．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１００．０ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の３３．３ｎｍ〜１６６．７ｎｍの範囲よりも範囲、条件２の５０．０ｎｍ〜１５０．０ｎｍの範囲よりも狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定する必要が生じる。このように、単色光源の場合は適用に問題はない。
【０１０１】
また、白色光源が４００ｎｍ、５５０ｎｍおよび７００ｎｍというＲＧＢ三原色のレーザを出射して白色光とする光源である場合は、中央付近の波長である５５０ｎｍであり、複屈折位相差を長さで表すと、ｎ＝０の場合、９１．７ｎｍ〜１８３．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与するというものである。しかしながら、上記計算の通り波長７００ｎｍの光では、１７５ｎｍの複屈折位相差を付与する場合９０゜の複屈折位相差が付与され、また、波長４００ｎｍの光では１００ｎｍの複屈折位相差を付与する場合に９０゜の複屈折位相差が与えられる。これらは、９１．７ｎｍ〜１８３．３ｎｍの範囲に含まれる複屈折位相差であり、３原色全部の波長に対し９０゜近くの複屈折位相差が付与される。したがって、本実施形態の条件３の偏光変換手段２０を備える導光板では白色光源でも適用できるものである。
【０１０２】
かかる構成により、偏光変換手段２０を往復して二度透過した場合に、合計２・θ３ ＋ｎ・３６０゜（但し、２・θ３は１２０゜≦２・θ３≦２４０゜の範囲内にある。）これは１８０゜を中心に±９０゜までの範囲に含まれるように複屈折位相差が付与されることを意味している。この場合、偏光分離手段１０への入射光は、９０゜を中心に所定範囲内（９０゜を中心に±３０゜：６０゜≦α≦１２０゜）に偏光方向が変換されており、先に偏光分離手段１０で反射した光のうち、透過可能な偏光成分が偏光分離手段１０を透過して出射されることとなる。
本発明では、偏光変換手段２０は偏光の変換方向の範囲（９０゜を中心にして±３０゜の範囲内）を狭めて出力する領域を６０％以上確保して、輝度向上率をより改善させることができるという利点がある。
【０１０３】
続いて、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態では、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものである。図４〜図７は格子構造体の断面形状図である。
本実施形態の偏光分離手段１０は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子からなる格子構造体を採用したものである。この格子構造体の断面形状は、例えば、図４に示すような矩形、図５に示すような台形、図６に示すような三角形、図７に示すような正弦波という凸部のいずれかの形状、または、図示しないがこれら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造である。そして、繰り返し周期はｐである。
これら格子構造体は、導光手段４０に格子構造体が直接形成される場合、透明基板上に格子構造体が形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルムに対して格子構造体が形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
【０１０４】
このような格子構造体の偏光分離機能について、説明する。図８は格子構造体と透過光の関係を説明する原理図である。図８で示すように誘電体により形成された格子構造体１００は、図示例では、格子構造体１００の格子形成方向であるＹ軸方向に伸びるようになされている。この格子構造体に入射する、Ｘ軸方向の偏光成分（ｐ偏光）およびＹ軸方向の偏光成分（ｓ偏光）を有する光３を考える。このような光３が格子構造体１００に入射すると、Ｘ軸方向の偏光成分の光（ｐ偏光）のみがＺ軸方向に透過するが、Ｙ軸方向の偏光成分（ｓ偏光）は格子構造体１００で反射されてＺ軸の下方向に戻される。つまり、本実施形態の偏光分離手段１０は、このような格子構造体１００の材質（誘電体）と形状・寸法によって、偏光が透過あるいは反射する性質を利用するものである。
このように格子構造体１００は偏光分離機能を有しているが、格子構造体１００の周期がｐの場合、波長がｐ近傍の光（波長程度の光）を主に透過させるものである。したがって、本実施形態の格子構造体１００を用いる偏光分離手段１０は、光源は単波長を出力する単色光源とするが好ましい。
【０１０５】
このような断面形状を有する格子構造体１００の偏光分離機能は、電磁界理論による光波の数値解析シミュレーションによっても、明らかにされている。
ここで、格子構造体の断面形状は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が、０．３〜０．８μｍ、格子深さが０．２〜０．５μｍとすることが好適である点について図を参照しつつ説明する。
【０１０６】
図９〜図１２は格子構造体の概略的な構成図、図１３〜図１６は、格子構造体の偏向分離特性図である。
これら図９〜図１２に示される格子構造体に光を入射したときの偏光分離特性の計算機によるシミュレーション結果の偏向分離特性が、図１３〜図１６に示されている。図９、１０、１１、１２は、それぞれ矩形、台形、正弦波形、三角形の格子構造体であり、いずれも、格子周期ｐ＝０．５５μｍ、格子深さｈ＝０．２８μｍ、屈折率がｎ＝１．４９である。この格子構造体に可視光の波長域の光（４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光）を垂直入射させた場合に、格子構造体の形成方向に平行な偏光成分（ｓ偏光）の反射率（Ｒｓ）と、格子構造体の形成方向に垂直な偏光成分（ｐ偏光）の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、それぞれ図１３、１４、１５、１６に示す。格子周期ｐ＝０．５５μｍよりやや大きい波長域において、反射率Ｒｓが高くなっている。これら４個の分離特性図において、格子周期ｐより大きい波長を有する光（波長５５０ｎｍの光）のうちｐ偏光は効率０．９程度で透過し、ｓ偏光は効率０．５〜０．８程度で反射するという点が示されており、良好な偏光分離特性が得られる。
【０１０７】
なお、上記格子構造体以外にも、誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部としても良い。図１７は、例えば、多段形状の凸部を説明する断面図である。
図１７に例示したように、格子構造体の形状または構造は、微細な凹凸（図１７では凹凸に加えてさらに微細な凹凸が形成されている）であり、光の波長程度以下の周期ｐで形成される凸部は、幅の狭い溝部１０１と、この溝部１０１に段差をなして形成される幅の広い溝部１０２と、を多数繰り返し形成したものである。このように、矩形の上にさらに矩形の格子として断面凸字状の格子構造としても良い。
【０１０８】
続いて、表面形状を多段とする理由について説明する。これは製造上の利便性によるものである。
誘電体格子の断面形状は、先に説明したように矩形、台形、正弦波状または三角形状の凸部による格子構造体であることが好ましい点について説明したが、これら凸部を厳密に形成することが困難な場合もある。そこで、正弦波形、三角形を近似した階段形状（図１７参照）として偏光分離手段１０を形成するという手法を採るものである。
【０１０９】
続いて、これら格子構造体の製造方法について説明する。
後に詳述するが、導光手段４０は樹脂成形により形成されるものであり、格子構造体の転写面を成形金型に形成して、樹脂成形時に転写により偏光分離手段を成形する手法である。成形金型の転写面の製作には矩形、台形、三角形状では従来より知られたルーリングエンジンやファナック株式会社製ROBOnanoなど近年加工分解能が向上した微細形状加工機などにより機械的に切削する方法を用いることができる。
【０１１０】
また、上述した成形金型からの転写による方式に加え、フォトマスクと光の露光によって形成することもできる。この場合は、断面形状の凸部を図１７で示したような階段形状に近似した形状に製作するのは容易である。製作方法の概要を説明する。図１８は、フォトマスクと光の露光による格子構造体の製造方法を説明する説明図である。図１８（ａ）で示すように透明基材１０３（導光手段４０）上に形成されたフォトレジスト１０４に第一のフォトマスク１０５を介して露光する。露光後感光したフォトレジスト１０４を除去しエッチングにより透明基材１０３（導光手段４０）を２値形状に加工する。そして、図１８（ｂ）で示すように第二のフォトマスク１０６，または、図示しない第三のフォトマスクを用いて同様の手順を行うことによって容易に階段状の近似形状を形成することができる。
【０１１１】
また、正弦波状形状の場合は、１枚の２値形状マスクを用いて光の露光条件を制御することによって型を正弦波状とすることもできる。また、矩形ないし台形形状の型を用いて成形条件を適当に設定することによっても透明基材１０３（導光手段４０）に実質的に正弦波形状を形成することもできる。さらに、正弦波形状の場合は２つのレーザ光をフォトレジスト面で干渉させることによってホログラフィックに形成することもできる。
このれら格子構造の周期は照明光の波長程度が理論上好ましいが、図１３〜図１６の分離特性図から明らかなように、格子構造体の周期を若干小さく、かつ、光の波長は大きくしても所定の変更分離機能が実現されることから格子構造の周期を光の波長より若干小さくしても良い。
この格子構造体は格子周期の大きさが可視光の波長領域を含むものであり、０．３〜０．８μｍの範囲内にあれば良い。なお、格子深さは０．２〜０．５μｍが好適であるが、格子深さは波長が大きくなれば、それに連れて格子深さも大きくなるものである。
【０１１２】
なお、後に詳述するが、格子構造体の周期は一定周期に限定されるものではない。図１９の格子構造体の断面形状図で示すように、場所により変化する（ｐ１＞ｐ２）構造にして、場所によって透過させる光の波長を変更・調節させることも可能である。
以上説明したような事項は、本発明者のコンピュータシミュレーションおよび実験により、知見された事項であり、これら格子周期、格子深さは先に説明した組み合わせ以外にも、実状に応じて適宜調整・変更される選択される。
【０１１３】
続いて、本発明の第５実施形態について説明する。
本実施形態では、第４実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。
本実施形態の偏光分離手段１０は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層を加えた格子構造体である。
【０１１４】
この格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造である。
これら格子構造体は、導光手段４０に直接形成される場合、透明基板上に形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルム上に形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
格子構造体の誘電体格子は、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍであり、格子構造体の表面に設けられる表面層は、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に複数層を積層したものである。
【０１１５】
これらの実施形態の具体例を示す。格子構造体と、光を入射させたときの偏光分離特性の計算機によるシミュレーションの具体例であり、図２０は格子構造体の構成例を示す図、図２１は格子構造体の偏向分離特性図である。
図２０に示す格子構造体は、格子周期０．５５μｍ、格子深さ０．２７５μｍで凸部が三角形の誘電体格子１０７の表面に、厚さ８７ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）の誘電体膜１０８と、厚さ１３２ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の誘電体膜１０９と、厚さ８７ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）の誘電体膜１１０とを、この順に積層させた格子構造体である。
【０１１６】
この格子構造体に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、格子の方向に平行な偏光成分の反射率（Ｒｓ）と、格子の方向に垂直な偏光成分の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、それぞれ図２１に示す。波長域０．４μｍ〜０．７μｍにおける平均値で、Ｒｓ＝０．７７、Ｔｐ＝０．８５が得られた。
これは、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．８５の高率で透過し、ｓ偏光は０．７７の高率で反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、白色光源および単色光源で採用することが可能である。
【０１１７】
なお、上記構成で、誘電体膜１０８，１１０を五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の誘電体膜にしても良い。
また、上記構成で誘電体膜１０８，１１０を二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の誘電体膜に、かつ、誘電体膜１０９を二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）薄膜としても良い。
さらにまた、二酸化チタン（ＴｉＯ２）または（ＳｉＯ２）の誘電体膜１０８と格子構造体１０７の表面との間に０を超える１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）の誘電体膜を設けても良い。
これら事項は、本発明者のコンピュータシミュレーションおよび実験により、知見されたものであり、どの程度の値が選択されるかは個々の格子構造体の実状に応じて適宜設計・選択される事項である。
【０１１８】
続いてこれら実施形態の他の具体例を示す。格子構造と、光を入射させたときの偏光分離特性の計算機によるシミュレーションの具体例であり、図２２は格子構造体の構成例を示す図、図２３はその格子構造体の偏向分離特性図である。
図２２に示す構造体は、格子周期０．６μｍ、格子深さ０．２４μｍの正弦波の凸部を有する誘電体格子１１１の表面に、厚さ１１８ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）薄膜１１２と、厚さ１７０ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）薄膜１１３と、厚さ１１８ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）薄膜１１４とを、この順に積層させた格子構造体を示す。
【０１１９】
この格子構造体に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、格子の方向に平行な偏光成分（ｓ偏光）の反射率（Ｒｓ）と、格子の方向に垂直な偏光成分（ｐ偏光）の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、それぞれ図２３に示す。波長域０．４μｍ〜０．７μｍにおける平均値で、Ｒｓ＝０．６３、Ｔｐ＝０．９１が得られた。
これは、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．９１の高率で透過し、ｓ偏光は０．６３の高率で反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。
【０１２０】
なお、上記構成で、誘電体膜１１２，１１４を五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の誘電体膜にしても良い。
また、上記構成で誘電体膜１１２，１１４を二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の誘電体膜に、かつ、誘電体膜１１３を二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）薄膜としても良い。
さらにまた、二酸化チタン（ＴｉＯ２）または（ＳｉＯ２）の誘電体膜１１２と格子構造体１１１の表面との間に１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）の誘電体膜を設けても良い。
これら事項は、本発明者のコンピュータシミュレーションおよび実験により、知見されたものであり、どの程度の値が選択されるかは個々の格子構造体の実状に応じて適宜設計・選択される事項である。
【０１２１】
続いてこのような格子構造体の製造方法について説明する。
図２４は格子構造体の構成図、図２５は格子構造体の製造方法を説明する説明図である。図２４は格子構造に多層膜を形成した構造体であり、１１５は透明基材である誘電体格子を示し、１１６，１１７，１１８，１１９は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる第１層膜、第２層膜、第３層膜、第４層膜をそれぞれ示している。
この製造方法は、表面部の断面形状が矩形、台形、三角形、正弦波形またはこれらを複数組合わせた形状を有する透明基材である誘電体格子に、スピンコーター法またはロールコーター法を用いて第一の溶媒で希釈された第一の屈折率をもつ物質を付けた後、溶媒を除去する工程を一度または複数回繰り返し製造する方法である。以下、図２５を用いてこの製造方法を説明する。
【０１２２】
図２５では、表面部の断面形状が三角形である誘電体格子１１５上に多層膜を形成する例である。図２５（ａ）に示すように誘電体格子１１５上に第一の屈折率を有する物質を第一の溶媒で希釈した液体１２０を塗布する。この場合、例えばスピンコーター法では、液体１２０を滴下した後に誘電体格子１１５を回転して、遠心力により液体１２０を誘電体格子１１５の表面に行き渡らせつつ塗布する。
続いて乾燥処理を行い第一の溶媒を除去したものが図２５（ｂ）であり、これによって第１層膜１１６が形成される。続いて、同様に図２５（ｃ）に示すように第二の屈折率を有する物質を溶媒で希釈した液体１２１を用いて第二層の形成処理を行う。このとき溶媒は第一の溶媒としてもよいし、第一の溶媒とは異なる第二の溶媒としても良い。続いて乾燥処理を行い図２５（ｄ）に示すように第２層膜１１７が形成される。以上述べた処理を複数回行うことにより、所望の積層構造を形成する。
【０１２３】
ここでは層を構成する物質を溶媒で希釈して塗布する例を述べたが、層を形成する方法は、断面形状が矩形、台形、三角形、正弦波形またはこれらを複数組合わせた形状を有する透明基材に、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法の何れかによって形成しても良い。
以上、本実施形態の偏光分離手段１０について説明した。なお、誘電体格子として、正弦波形、三角形を近似した階段形状（図１７参照）の凸部を採用してもよい。
【０１２４】
続いて、本発明の第６実施形態について説明する。
本実施形態では、第４，第５実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。
本実施形態の偏光分離手段１０は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の凹部に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、または、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層、を加えた格子構造体であり、格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであるというものである。
【０１２５】
これら格子構造体は、導光手段４０に直接形成される場合、透明基板上に形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルム形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
その断面形状を、図２６，図２７の格子構造体の構成図に示す。図２６，図２７における１２２，１２３は透明基材である誘電体格子を示し、１１６，１１７，１１８，１１９は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる第１層膜、第２層膜、第３層膜、第４層膜をそれぞれ示している。
【０１２６】
これら図２６，図２７の格子構造体の周期的な繰り返し構造について特にこのましくは、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍとし、その表面に表面層として、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に複数層積層させると良い。また、ＴｉＯ２層またはＳｉＯ２層と格子構造表面との間に０を超えて１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）層を有すると良い。
【０１２７】
このような格子構造体の製造方法について説明する。図２８は、格子構造体の製造方法を説明する説明図である。図２８（ａ）に示すように透明基材である台形状の誘電体格子１２３にスピンコーター法またはロールコーター法を用いて第一の屈折率を有する物質を第一の溶媒で希釈した液体１２１を塗布し（図２８（ｂ））、乾燥処理を行って第１層膜１１６を形成し（図２８（ｃ））、この後、誘電体格子１２３の凹部よりも上（凸部の表面上）にある第一の屈折率を有する物質を除去する（図２８（ｄ））一連の処理を繰り返すことにより第１層膜１１６を形成して、図２６，図２７にある構造を近似的に形成することもできる。
【０１２８】
この格子構造体は、例えば、図２１，図２３で示すよう特性と同様な特性を示し、０．４〜０．７の可視光領域全般にわたり反射・透過することが実験的に確認されている。
これらは、第５実施形態同様に可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。本実施形態ではこのような格子構造体を偏光分離手段１０に採用してもよい。
以上、本実施形態の偏光分離手段１０について説明した。なお、誘電体格子として、正弦波形、三角形を近似した階段形状（図１７参照）の凸部を採用してもよい。
【０１２９】
続いて、本発明の第７実施形態について説明する。
本実施形態では、第４，第５，第６実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。
本実施形態の偏光分離手段１０は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質が積層状に形成された凸部の周期的な繰り返し構造である格子からなる格子構造体である。そして格子構造体は、その断面形状が矩形、台形、三角形あるいは正弦波形の凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しである。
その断面形状を、図２９，図３０の格子構造体の構成図に示す。図２９，図３０における１２４，１２５は透明基材である誘電体格子を示し、１１６，１１７，１１８，１１９は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる第１層膜、第２層膜、第３層膜、第４層膜をそれぞれ示している。
【０１３０】
この格子構造体は、第５，第６実施形態同様に可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。これら格子構造体は、導光手段４０に直接形成される場合、透明基板上に形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルムに形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
【０１３１】
続いて、図２９，３０に示す格子構造体の製造方法を説明する。
先に述べたスピンコーター法またはロールコーター法を用いて第一の屈折率を有する物質を第一の溶媒で希釈した液体を塗布し、続いて乾燥処理を行い第一の溶媒を除去する一連の処理を屈折率の異なる物質について繰り返すことにより、誘電体格子１２４または１２５の表面に多層膜を形成する。このように形成した多層膜を所望の構造と嵌合する構造の型を用いてエンボス処理を行うことにより、図２９，３０のような構造の格子を形成するものである。ここで、多層膜の形成方法は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法の何れかにより形成するものでも良い。
【０１３２】
続いて、本発明の第８実施形態について説明する。
本実施形態では、第４，第５，第６，第７実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。図３１，図３３は格子構造体の概略的な構成図、図３２、図３４は格子構造体の偏光分離特性図である。
【０１３３】
本実施形態の偏光分離手段１０は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造体である。特に、金属材料からなる第２の格子構造は反射率が６０％以上の金属薄膜からなるようにした。この金属格子の金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金である。好ましくは、Al，Ag，Auが好適である。
また、格子構造体の誘電体格子は、その断面形状は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組み合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであり、このましくは、格子構造体の誘電体格子は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が０．４μｍ以下、格子深さが、０．２μｍ以下である。また、格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を複数組み合わせて形成した凸部であっても良い。
これら格子構造体は、導光手段４０に直接形成される場合、透明基板上に形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルムに形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
【０１３４】
このような構造を満たす具体的な実施形態として、本実施形態では、図３１で示すように透明な誘電体材料により照明光の波長程度以下の周期で形成される誘電体格子である矩形格子１２６の表面に、さらに金属材料により照明光の波長程度以下の周期で形成される金属格子であるアルミニウム１２７により格子構造体を形成したものとする。
この格子構造体に光を入射させたときの偏光分離特性の計算機によるシミュレーションの具体例について説明する。図３１の格子構造体を格子周期ｐ＝０．２μｍ、格子深さｄ＝０．１μｍの矩形格子１２６の凸部分に、厚さ２０ｎｍのアルミニウム１２７を形成した構造とする。この格子構造に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、格子の方向に平行な偏光成分の反射率（Ｒｓ）と、格子の方向に垂直な偏光成分の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、図３２に示す。波長域０．４μｍ〜０．７μｍにおける平均値で、Ｒｓ＝約０．６、Ｔｐ＝約０．４が得られた。
【０１３５】
これは、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．６程度透過し、ｓ偏光は０．４程度反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。このような格子構造体としても第４〜第７実施形態と同様の機能を果たすことが可能である。
【０１３６】
また、他の例として図３３で示すように透明な誘電体材料により照明光の波長程度以下の周期で形成される誘電体格子である三角形格子１２８の表面に、さらに金属材料により照明光の波長程度以下の周期で形成される金属格子であるアルミニウム１２９を形成した格子構造体である。
格子周期ｐ＝０．０８μｍ、格子深さｄ＝０．０４μｍの三角形格子１２８の片側斜面部分に、厚さ２０ｎｍのアルミニウム１２９を形成した構造である。この格子構造に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、三角形格子１２８の方向に平行な偏光成分の反射率（Ｒｓ）と、格子の方向に垂直な偏光成分の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、図３４に示す。波長域０．４μｍ〜０．７μｍにおける平均値で、Ｒｓ＝０．５、Ｔｐ＝０．７７が得られた。
【０１３７】
これは、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．６程度透過し、ｓ偏光は０．７７程度反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。
このような格子構造体としても第５，第６，第７実施形態と同様の機能（白色光源および単色光源の採用）を果たすことが可能である
【０１３８】
続いて、本発明の第９実施形態について説明する。
本実施形態では、第４，第５，第６，第７，第８実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。
本実施形態の偏光分離手段は、金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子である金属格子からなる格子構造体である。
この格子構造体は、導光手段４０に金属格子が直接形成される場合、透明基板上に金属格子が形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルムに対して金属格子が形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
【０１３９】
この格子構造体は、好ましくは、反射率が６０％以上の金属薄膜である金属格子を形成した格子構造体であるとよく、そのために金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金が採用される。また、金属格子の金属薄膜の膜厚は０．０５μｍ以上、格子の周期Ｔは照明光の波長程度以下の０．０５〜０．２５μｍであり、格子の幅は、格子の周期Ｔに対して０．２５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲にすると良い。
さらに、好ましくは、導光手段、透明基板、あるいは透明フィルムと金属格子との下側には下地層を形成し、金属格子および前記下地層の表明に保護膜を形成すると良い。
【０１４０】
金属格子は、導光手段、透明基板、透明フィルムあるいは下地層の表面に縞状の格子パターンを有するマスクを通して、蒸着法，スパッタ法，イオンプレーティング法，またはドライエッチング法の何れかにより形成することができる。
特に、透明フィルムの表面側に金属薄膜からなる金属格子が形成する場合には、格子構造体は、透明フィルムに金属格子を形成した後、その透明フィルムを縞方向に延伸して金属格子を微細なパターンとし、透明フィルムと共に導光手段または透明基板上に貼り付けて形成することとなる。
【０１４１】
このような偏光分離手段１０について図を参照しつつ説明する。図３５は、格子構造体の構成図、図３６は、偏向分離特性図である。
格子構造体は、図３５で示すように、光の波長程度以下の周期ｐで形成されている金属薄膜である金属格子１３１を備えている。金属格子１３１は、詳しくは、透明基板１３０上に幅ａ・膜厚ｄの金属薄膜（金属格子）１３１を周期的に配置したものであり、ａ＋ｂは周期ｐと一致する。
【０１４２】
この格子構造体は、偏光分離機能を与えるために、金属薄膜の膜厚ｄは０．０５μｍ以上であり、金属格子の周期は透過する光の波長程度以下の０．０５〜０．２５μｍであり、金属格子の幅は、金属格子の周期Ｔに対して０．２５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲内に治める必要がある。
本実施形態では、金属格子１３１の周期ｐが２００ｎｍ程度、深さは１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度とし、金属格子１３１に金属材料としてアルミニウムを用いることにより、０．４〜０．７μｍの可視光領域にある入射光のうちｐ偏光の透過率は、可視光の波長域に対し約８０％〜８５％程度であり、また、ｓ偏光の反射率は６０％以上という性能を確保している。
【０１４３】
図３７は他の格子構造体の断面斜視図である。図３７において、導光手段４０の表面部である透明基板１３２は光学特性に優れた透明材料を用いるものであり、その材質は特に限定されないが、例えばアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アモルファスポリオレフィン系樹脂、ポリエポキシ系樹脂、またはポリスチレン変性樹脂等を成形加工して形成される。
下地層１３３が、後述する金属薄膜１３４からなる格子を形成する際に、透明基板１３２との接着性向上及び金属薄膜形成時のダメージを防止するために設けられる。なお、この下地層１３３は、必ずしも必須の構成要素ではない。
下地層１３３の材質としては、紫外線型のウレタン変性やエポキシ変性アクリレート樹脂、または汎用性のアクリル酸／メタクリル酸共重合体、ポリエステル、酢酸ビニル／アクリル酸共重合体等の樹脂、あるいは、水溶性無機コート材等を用い、これらをスピンコート、ディッピング、ナイフコーター、スリットリバースコーター等で２μm以下に塗布し、光または熱で硬化させて形成する。
【０１４４】
金属薄膜１３４は、金属格子を形成するものである。金属薄膜１３４としては、例えばMg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物等である。これらのうちで好ましいものは、Cr,Ni、Pt、Cu,Ag、AuまたはAlである。これらの化合物は単独で用いてもよいし、あるいは２種以上を組み合わせて合金として用いても良い。金属薄膜１３４の反射率は６０％以上であることが好ましいが、７０％以上であると反射効率が良くなる。
【０１４５】
この金属薄膜１３４は、縞状の格子パターンを有するマスクを通して、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法またはドライエッチング法で格子構造に形成される。金属薄膜１３４の厚さは０．０５μｍ以上であるが、あまり厚いと透明基板１３２または下地層１３３の界面で剥離したり、クラックが発生する恐れがある。
金属薄膜１３４によって形成される格子の周期は、照明光の波長程度以下の０．０５〜０．２５μｍであり、好ましくは０．０８〜０．２μｍの範囲である。更に、金属薄膜１３４による格子方向の幅は、格子周期Ｔに対して、０．２５Ｔ〜０．８５Ｔμｍの範囲が光学的に好ましい。
【０１４６】
保護膜１３５は表面硬度が傷等に強いことが要求されるため、ウレタン変性、エポキシ変性の多官能性アクリレート系の放射線硬化型樹脂、透明無機薄膜等を湿式法、または金属薄膜形成時と同様のドライ法で形成する。保護膜１３５の膜厚は３μｍ以下とすることが望ましい。
更に、反射膜１３６は透明基板１３２の裏面側に形成された反射膜であり、金属薄膜１３４と同一化合物または異種化合物により形成される。これは反射手段３０に相当するものである。
この反射膜１３６は、透明基板１３２の裏面のみに形成しても良いが、光源２からの入射光を受光する面と、透明基板１３２から出光する面と、を除く面のすべてに形成しても良い。なお、この反射膜１３６（反射手段３０）の形成方法は他の実施形態でも適用できる事項である。
【０１４７】
次に、この改良した実施形態を具体化した実施例を説明する。
図３７の構成において、先ずアクリル系樹脂（株式会社クラレ製：商品名パラペットＨ−１０００）を射出圧縮機（ファナック株式会社製：商品名１００ｔｏｎ α１００ｉＡ）を用いて、樹脂温度２５０℃、金型温度７０℃、最大射出圧７０Ｍｐａで射出成形し、光学的に優れた透明基板１３２を得る。この透明基板１３２の上に下地層１３３としてエポキシ変性アクリレート系樹脂からなる紫外線硬化型コーティング剤をスピンコート法で塗布し、紫外線硬化して約０．８μｍ厚の膜を形成した。
【０１４８】
この下地層１３３の上に、格子パターンを形成したマスクを通してスパッタ法でＡｌの金属薄膜１３４（膜厚０．１μｍ）を形成し、格子周期が０．１５μｍ、格子幅が０．０８μｍの金属格子を得た。
同時に、透明基板１３２の裏面の全面に、Ａｌの反射膜１３６（膜厚０．１μｍ）を形成した。
更に、これらの透明基板１３２、下地層１３３、金属薄膜１３４、反射膜１３６からなる部材の表裏にスピンコート法で多官能性エポキシ変性アクリレート樹脂からなる紫外線硬化型コーティング剤を塗布し、硬化させて、膜厚が約２μｍの保護膜１３５を形成することにより、完成させた。
【０１４９】
次に、さらに改良された実施形態を説明する。図３８は他の格子構造体の断面斜視図、図３９は他の格子構造体の断面斜視図、図４０は金属薄膜が蒸着されたフィルムの製造方法を示す図である。この実施形態も、導光手段及び金属材料からなる格子構造に関するもので、図３５〜図３７で示した格子構造体の材質または構造を改良したものであり、詳しくは透明フィルムの表面側に金属薄膜を形成したものである。
【０１５０】
図３８に示す改良された他の実施形態の格子は、詳しくは透明基板１３７の上に積層された透明フィルム１４２上に幅ａ・膜厚ｄの金属薄膜（金属格子）１３９を周期的に配置したものであり、ａ＋ｂは周期ｐと一致する。
金属薄膜１３９は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金である。
この金属薄膜１３９からなる格子構造は反射率が６０％以上となるように構成され、詳しくは金属薄膜の膜厚ｄは０．０５μｍ以上であり、格子の周期は照明光の波長程度以下の０．０５〜０．２５μｍであり、格子の幅は、格子の周期Ｔに対して０．２５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲であるようになされている。
【０１５１】
続いて、この改良された他の実施形態をより具体的にした構造について説明する。図３９において、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン樹脂またはビニール系変性樹脂等からなる透明フィルム１４２の上には、下地層１３８が形成され、図３７を用いて説明した構造と同様に、下地層１３８の上に格子構造の金属薄膜１３８が形成されている。なお、透明フィルム１４２の材質は上記のものに限定されるわけではない。
これらの透明フィルム１４２、下地層１３８、金属薄膜１３９からなる部材は、一般の透明な光学用の接着剤１４１を介して、透明基板１３７の上に貼り付けられる。その後、保護膜１４０及び反射膜１４３を形成して全体が完成する。
【０１５２】
ここで、透明フィルム１４２の上に下地層１３８を介して金属薄膜１３９を形成し、これを透明基板１３７の上に直接貼り付けても良い。
この透明フィルム１４２上に金属薄膜１３９を形成する方法は、図４０（ａ）で示すように、フィルム基材１４４上に、蒸着等により金属薄膜１３９を形成する。この場合、図４０（ａ）で示される金属薄膜１３９の幅・ピッチは、前記した幅ａ・周期ｐよりも大きく形成されている。このようなフィルム基材１４４を図４０（ａ）の矢印で示す延伸方向に引っ張って延伸すると、図４０（ｂ）で示すように、フィルム基材１４４・金属薄膜１３９は変形して、図３８で示すように幅ａ・周期ｐの透明フィルム１４２・金属薄膜１３９となる。
この場合、格子構造を更に微細なパターンとするために、格子の縞方向に透明フィルム１４２の樹脂のガラス転移温度（Ｔg）以下で延伸させた後に、透明基板１３７の上に貼り付けることも可能である。
【０１５３】
次に、この改良された他の実施形態をより具体化した実施例を説明する。
図３９で示す格子構造体において、PET（ポリ塩化テレフタレート）製の透明フイルム１４２（東レ社製）上に、下地層１３８として、ビニール系のコーティング剤によりスリットリバースコーターで約１μｍの膜を形成し、その上に図３７を用いて説明した構造と同様にスパッタ法で、Auからなる格子状の金属薄膜１３９を形成し、前記ガラス転移温度（Ｔg）以下の温度で縞方向に延伸した。これにより、格子周期が0.2μｍ、格子幅0.１μｍの格子構造を得た。
更に、保護膜１４０を図３７を用いて説明した構造と同様に形成して出射面側のフィルムを形成した。
また、前記同様に射出成形により得た透明基板１３７の裏面にAuからなる反射膜１４３を形成し、この透明基板１３７に、上記の作製したフィルムを反応型アクリル系の接着剤１４１により貼り合わせて完成させた。
【０１５４】
図３７，図３９を用いて説明した実施形態においても金属薄膜１３４，１３９からなる金属格子により、この金属格子と直交する偏光成分の光は金属格子を透過し、また、金属格子と平行な光は金属格子で反射して透明基板１３２，１３７内に戻され、反射膜１３６,１４３と、金属薄膜１３４，１３９からなる金属格子と、の間で多重反射される。
このように格子で反射された光は、透明基板１３２，１３７内で反射を繰り返すうちに図示しない偏光変換手段により偏光状態が変わり、様々な偏光状態を持つ光となって再度格子に入射し、前述したと同様に格子と直交する偏光成分の光を透過させることができる。
この結果、金属薄膜１３４，１３９からなる格子と直交する偏光成分の光が金属格子を透過でき、透明基板１３２，１３７に入射した光から偏光を効率良く取り出すことができる。
【０１５５】
これは、図３６の偏光分離特性図で示すように、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．６程度透過し、ｓ偏光は０．７７程度で反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。
このような格子としても第３〜第８実施形態と同様の機能を果たすことが可能である
【０１５６】
以上、偏光分離手段１０の各種形態に第３〜第９実施形態として説明した。これらのうち誘電体により形成された格子構造体（第４実施形態）は、単色光源（単波長の光を出力する）のみの利用が好ましく、また、それ以外の格子構造体（第５〜第９実施形態）では単色光源および白色光源（異なる波長の複数の光を組み合わせて人の目に白色であると認識されるような光）に適用できる。これら偏光分離手段１０は、導光板の使用目的に応じて選択される。
【０１５７】
続いて、第１０実施形態として偏光変換手段２０および導光手段４０について一括説明する。偏光変換手段２０は、各種考えられるが、本発明では、特に樹脂の複屈折分布を利用するものである。ｓ偏光からｐ偏光への変換は、大部分が導光手段４０中の導光路のもつ複屈折によって行われる。
従来技術では、複屈折は決して好ましいものとは認識されておらず、例えば、いわゆるプラスチックレンズなど、光が透過する光学素子では、均一な光学的特性が要求されており、成形技術では光ディスクに見られるように成形の際付与されてしまう複屈折を低減させる工夫が行われている。
本実施形態では通常に樹脂成形を行った場合に発生する複屈折によっても偏光の変換は行われ、本発明の効果が得られる点に着目したものであり、本発明では従来では減少させていた樹脂成形時に発生する複屈折をあえて増加させてｓ偏光−ｐ偏光間の変換効率をさらに高めるようする。
本発明では、樹脂で導光手段４０を製造する際に、導光手段４０内に所定の複屈折位相差を付与する複屈折を分布させるようにして、導光手段４０とともに偏光変換手段２０を一括して製造し、構造の簡素化・薄型化・製造工程の省力化・製造コストの低減化等を図るものである。
【０１５８】
本実施形態では、高分子樹脂を射出成形して導光手段４０を成形する。この射出成形時に偏光変換手段２０である複屈折分布を内在させるようにする。
以下、製造方法について説明する。通常の射出成形は、高分子樹脂材料を溶融可塑化させて高温状態で成形金型のキャビティ内に高速充填した後冷却固化させて目的とする形状の成形品を得る。
この際、樹脂材料が粘弾性物質であること、樹脂材料の流動と冷却とが同時並行して起きること、および樹脂材料の熱伝導率が低くて冷却が不均一になることなどが原因となって、成形品中には不可避的に応力と歪みとが残留する。成形品中には不可避的に応力と歪みとが残留するため、樹脂成形品にはワープやシンクなどが発生するおそれがある。
【０１５９】
また、キャビティ中の反注入口側の型壁付近においては、高温の樹脂材料が低温の型壁に急激に接触する故にその粘性が高くなり、転写性（型形状に対する追従性）が低下する。したがって、成形品が例えば多数の細い溝（例えば、偏光分離手段１０の格子構造体の凸部）が並設されている部分を有するものの場合には、所定構造が精密に得られないおそれもある。
さらに型壁に接触する樹脂材料と側壁の温度差が大きいことが原因で、樹脂材料中に粘性の異なる層ができるので剪断力が発生して、樹脂材料の高分子鎖が高度に配向された層（以下、単にスキン層という）が形成される。この結果複屈折や屈折率の局部変化が発生する。
これら特性を鑑み、ワープ・シンク・ショートショット（射出不充分）・ウエルドライン（融合不充分）などの成形不良を発生させることなく導光手段４０を形成し、しかも、所定複屈折量のスキン層を形成する必要がある。
【０１６０】
以上のような条件を満たすように、冷却速度調整、樹脂温度調整、および成形圧力調整が必要である。特に樹脂温度および成形圧力を高くして成形不良を回避しつつ、特にスキン層を発生させるために型壁における樹脂材料と側壁との温度差を大きくすることが必要である。
本発明者は、鋭意実験を重ね、所定複屈折量を満たす複屈折分布を有する射出成形方法を知見した。
射出成形機は、ファナック株式会社が製造した１００ｔｏｎ α１００ｉＡという商品名の機械であり、溶融樹脂に高圧を印加して成形できる装置である。
この射出成形機に対して、複屈折分布の形成可能な樹脂材料としてポリカーボネート（帝人化成株式会社の商品名パンライト）を用いている。
そして、成形圧力を従来よりも高圧の１４２ＭＰａ（１４５０ｋｇｆ／ｃｍ２）に、また、樹脂温度を３００℃、金型温度を１１２℃として、図１，図２で示される導光板１（縦６４ｍｍ、横６４ｍｍ、厚さ０．９ｍｍ）を形成した。
この場合に導光手段４０に樹脂の異方性と配向によって複屈折が形成されることとなる。
【０１６１】
この場合の複屈折分布について説明する。
図４１〜図４３は導光手段の複屈折分布を示す特性図である。この複屈折率分布では波長５５０ｎｍの光に複屈折位相差を付与するものとして図示してあり、複屈折は導光手段の格子面に垂直な方向に形成されている。
通常の樹脂成形品では、図４１で示すように、導光手段断面位置全体にわたり複屈折位相差が３０゜以下となるように複屈折分布が抑制・制御されるが、上記の製造条件で製造される本実施形態ではその複屈折位相差は図４２で示すように、複屈折が付与する複屈折位相差は透過する光に対して、θ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）という条件３を満たす。
また、図４３で示すように、複屈折が付与する複屈折位相差は透過する光に対して、θ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）から一部が逸脱するものの、偏光変換手段の６０％以上の領域は条件３を満たす。また、条件１，条件２は十分に満たしている。
このように、複屈折は本発明の偏光変換手段２０としての機能を果たすものとなる。
【０１６２】
なお、上記したポリカーボネート以外にスキン層による複屈折を発生させる樹脂材料として、アクリル樹脂（ポリメタクリル酸メチル：ＰＭＭＡ）、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳ）、エボキシ樹脂（ＥＰ）、オレフィン系樹脂（オレフィン系エラストマー（TPO））を用いることができるが、アクリル系樹脂やオレフィン系樹脂、アモルファスポリオレフィン系樹脂、ポリエポキシ系樹脂、またはポリスチレン変性樹脂等も用いることができる。
【０１６３】
また、上記した樹脂を２種混合したポリマアロイや、上記樹脂に対し、紫外線吸収剤等の添加物を混合させたポリマアロイなども樹脂として用いることができる。例えば、アクリル樹脂にＳｉＯ２ を添加物として加えたものなどである。さらにまた、主材と異なる樹脂ポリマ（微小スチレンビーズないし液晶ポリマ）を所定量含むようにして、混晶ポリマーにすることもできる。
これらは、スキン層の複屈折に加え、スチレンビーズないし液晶ポリマという複屈折性の領域を付与する機能を果たし、複屈折量を増大させることが可能となる。
【０１６４】
なお、本実施形態では、導光手段の形成として、射出成形方式や注型成形方式、押出成形方式、流延成形方式、圧延成形方式やロール塗工方式、トランスファ成形方式、反応射出成形方式、（ＲＩＭ）、２Ｐ成形方式、またはキャスト成形方式などを採用することができる。その形成に際しては、必要に応じて変色防止剤や酸化防止剤、紫外線吸収剤、離型剤などの必要な添加剤を配合することもできる。
【０１６５】
続いて、第１１実施形態として反射手段３０について説明する。
反射手段３０は、導光手段４０のうち光が入射される面と、偏光分離手段１０が形成される面と、を除く面のすべてまたは一部に設けられており、導光手段４０から不要な洩れ光がないようになされている。
【０１６６】
この反射手段３０の具体例として、一部又は全部は微細な凹凸からなる拡散性ホログラムとし、偏光分離手段１０に向けて拡散反射するものが考えられる。
この拡散性ホログラムについて説明する。図４４は拡散性ホログラムの原理図を説明する説明図である。図４４に示す拡散性ホログラムは、平面状であり、直交座標系のｘｙ平面上に置かれる。また、反射型であり、下式の数３に示すＰ３００(ｘ)で表される位相差分布を持つ。
【０１６７】
【数３】
【０１６８】
但し、上式におけるＰ３１０(ｘ)，Ｐ３２０(ｘ)，Ｐ３３０(ｘ) は下式の数４に示すように与えられる。なお、λは入射光および出射光の波長であり、ｘ０は拡散性ホログラム３１上に設けた基準位置を示す位置ベクトルである。ｘ３００，ｘ３１０，ｘ３２０，ｘ３３０ は、順に図４４中の点Ｓ３，Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３のそれぞれの位置ベクトルである。この４点はいずれもｚ軸の負側に位置する。
【０１６９】
【数４】
【０１７０】
この位相差分布Ｐ３００(ｘ)を持つ拡散性ホログラム３１は、位相差分布Ｐ３１０(ｘ)による偏向と位相差分布Ｐ３２０(ｘ)による偏向と位相差分布Ｐ３３０(ｘ)による偏向を同時に引き起こす作用を有する。つまり、点Ｓ３を通り発散する波長λの入射光３００が拡散性ホログラム３１に入射すると、分岐、偏向されて、点Ｕ３に向かい収束する出射光３１０と点Ｖ３に向かい収束する出射光３２０と点Ｗ３に向かい収束する出射光３３０が出射される。さらに、各出射光の強度比は数３に示した式中のａ３２０とａ３３０の値に応じた比率となる。
【０１７１】
位相差分布Ｐ３００(ｘ,ｙ)は、下式の数５に示したｚ軸方向の形状分布Ｄ’３００ａで表される表面を持つ拡散性ホログラム３１により実現することができる。ここでは、拡散性ホログラム３１の周囲の媒質の屈折率は１である。
【０１７２】
【数５】
【０１７３】
このようにして形成された拡散性ホログラム３１では、光源である点Ｓ３を通り発散する波長λの入射光３００が拡散性ホログラム３１に入射すると、分岐、偏向されて、点Ｕ３に向かい収束する出射光３１０、点Ｖ３に向かい収束する出射光３２０、点Ｗ３に向かい収束する出射光３３０が出射される。したがって、所望の方向に向けて拡散反射するよう制御することが可能である。
【０１７４】
この拡散性ホログラム３１にはさらに金属反射膜が形成されて、反射率をより向上させており、その金属が、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金である。なお、コスト等を勘案して最も好ましいのは、Al，Au，Ag薄膜である。Al薄膜，Ag薄膜の場合には酸化、腐食による膜の損傷を防止するためさらに保護膜を形成するのが望ましい。
【０１７５】
また、反射手段３０として、誘電体多層膜により形成しても良い。
さらに、この誘電体多層膜にさらに金属薄膜を形成して、反射率を向上させるようにしても良い。
【０１７６】
また、反射手段３０として、印刷による反射パターンを形成しても良い。反射パターンは、例えば、図４５で示すような印刷パターンである。
また、反射手段３０として、散乱面（反射面にサンドブラス・薬品による腐食等を用いて形成した粗面）としても良い。
【０１７７】
以上説明したような導光板を用いて輝度向上率を比較して評価した。比較表を以下に示す。図４６は輝度向上率の比較評価図である。
上記した条件１，２，３を満たすような複屈折位相差が付与され、複屈折率位相差が４０゜，６０゜，７０゜，８５゜となった場合の従来の導光板に対する輝度向上率を求めたものである。光の波長は６３０ｎｍの単波長の光源、誘電体格子の周期Ｐ＝０．６μｍ、格子の深さｄ＝０．３μｍ、金属格子の周期をＰ＝０．２μｍを想定している。従来の導光板に対する輝度向上率は次式数６にＴｐ、Ｒｓ、η、Ｒを代入して求められる。
【０１７８】
【数６】
【０１７９】
ここにおいて、Ｔｐ は偏光分離手段のｐ偏光透過率である。Ｒｓは同じくｓ偏光反射率である。ηはｓ偏光ｐ偏光変換率である。Ｒは導光板反射面の従来の反射率に対する反射率比である。なお、分母にある除数０．５は、従来の導光板から放射される１の光のうち、ｐ偏光のみ、すなわち、０．５の光を利用していることによる。
【０１８０】
このような係数について偏光分離手段が誘電体格子のみの格子構造体である場合、誘電体格子のＴｐ＝０．８５，Ｒｓ＝０．５５，Ｒ＝１である。
また、偏光分離手段が誘電体格子に多層膜を形成した格子構造体の場合、Ｔｐ＝０．９，Ｒｓ＝０．９，Ｒ＝１である。
また、偏光分離手段が誘電体格子に金属格子を形成した格子構造体の場合、Ｔｐ＝０．７５，Ｒｓ＝０．６，Ｒ＝１である。
ｓ偏光ｐ偏光変換率ηは、複屈折位相差４０゜、６０゜、７０゜、８５゜、にそれぞれ対応して、０．４４、０．６６、０．７７、０．９４である。
【０１８１】
このように、図４６でも明らかなように、従来よりも輝度向上率が改善されていることが判る。９０゜近い複屈折率位相差を付与できたならば、輝度向上率は１．６となる場合もあり、従来よりも６０％輝度を向上させることができる。
以上本発明の導光板１の構成要件である偏光分離手段１０、偏向変換手段２０、反射手段３０および導光手段４０について説明した。これら構成を適宜組み合わせることで、導光板１は、輝度向上率を向上させることができる。
【０１８２】
続いて、このような導光板１のさらなる改良について説明する。
導光板１を照明装置として用いる場合、導光板１から照射される光は色分布の均一性を要求される。偏光向分離手段１０は格子構造体であるため白色光を入射した場合、分光効果によって虹が発生するように考えられるが、偏光分離手段１０の一点について多数の方向から光が入射するため偏光分離手段１０から射出される光は多くの光が混ざり合い虹は発生しない。
しかし、偏光分離手段１０内の場所によっては色が多少異なることが生じる。色の異なりは偏光分離手段１０の偏光分離特性すなわちｐ偏光透過率およびｓ偏光反射率を適当に選択すること、すなわち、偏光分離手段の格子ピッチ、格子深さなどを適当に選択することによって均一化することが出来る。
特に光源２から近い位置と遠い位置とでは、輝度が相違している。そこで、特に液晶表示装置用の照明装置に用いる導光板１では、上記構成に加えてさらに色分布の均一化を図る配慮がなされている。
【０１８３】
この色分布の均一化技術について説明する。
まず、今まで説明した導光板１では、偏光分離手段１０は格子ピッチ、格子深さ等は均一な周期構造であるものとして説明した。しかしながら、色分布の均一化のため格子ピッチ、格子深さ等を場所によって変化させ、偏光分離手段１０の偏光分離特性、すなわち、ｐ偏光透過率の波長依存性、ｓ偏光反射率の波長依存性を場所によって変化させている。
【０１８４】
この点を図を参照して説明する。図４７は、場所により誘電体格子の格子ピッチが異なる偏光分離手段の説明図である。
図４７の偏光分離手段１０の光源２に近い側は光密度が高く、光源２から離れるにつれ密度が低下する。そこで、偏光分離手段１０の偏光分離特性について、ｐ偏光透過率を光源から近い側（図４８の左側）では低いＴＰ１に設定し、また、遠い側（図４８の右側）では高いＴＰ２に設定し、ｓ偏光反射率を光源から近い側（図４８の左側）では高いＲＳ１に設定し、また、光源から遠い側（図４８の右側）では低いＲＳ２となるように、偏光分離手段１０の誘電体格子の格子ピッチ、格子深さを選択するようにする。
【０１８５】
これにより偏光分離手段１０を透過しようとする光ＰＰ０１，ＰＳ０２のうち、光源２に近い側では光密度が低いｐ偏光であるＰＰ１を透過させ、ｓ偏光であるＰＳ１は高率で反射させ、また、光源２から遠い側では通常より光密度が高いｐ偏光であるＰＰ２を透過させ、ｓ偏光であるＰＳ２は低率で反射させる。このため、遠近領域での光密度の差が是正され、光密度を遠近領域で均一にすることができる、すなわち輝度分布の均一化が図れる。このように偏光分離手段１０の誘電体格子の格子ピッチを位置により異なる構成とすることで輝度率の均一化に寄与することができる。
【０１８６】
また、光源によっては、左右両端領域でも不均衡を生ずる場合がある。この点について図を参照しつつ説明する。図４８は、場所により誘電体格子の形状が異なる偏光分離手段の説明図である。今まで説明した偏光分離手段１０が有する誘電体格子（第４〜第８実施形態）・金属格子（第９実施形態）が偏光分離機能を実現するためには、誘電体格子・金属格子に対して直交するよう光が入射することが望ましい。したがって、通常は、図４８（ａ）で示すように棒状の光源（線状光源）２を用いることが望ましい。このような棒状の光源２は、例えば、上記では冷陰極管が該当する。しかしながら、単色光源などではＬＥＤのように点状の光源２を採用する場合もあり、この場合は左右両端領域では入射光が直交しないため、偏光分離機能が不完全であって輝度分布が不均一な場合が起こりうる。
【０１８７】
そこで、誘電体格子・金属格子を図４８（ｂ）で示すように湾曲状に設けた格子構造体としたり、また、図４８（ｃ）に示すように入射する光に対して直交する三本の線を組み合わせた近似形状の格子構造体とした。このため、図４８（ａ）湾曲状の格子構造体では全ての入射光が、また、図４８（ｂ）の近似形状の格子構造体では殆どの光が、格子構造体の形成方向に直交するように光が入射するため、棒状・点状の光源２を採用した場合でも、左右領域で輝度分布の均一化を図ることができる。
【０１８８】
続いて、輝度率を均一化するためには、反射手段３０の工夫によっても行うことが出来る点について図を参照しつつ説明する。図４９は、場所により印刷パタンが異なる反射手段の説明図である。従来から知られているように図４９（図４５は図４９の斜視図である）に示す拡散反射性の材料を光源２に近い側で密度が高く、遠い側で光密度が低くなるように印刷する。このようにしても、輝度分布の均一化を図ることができる。
【０１８９】
また、先に説明した拡散性ホログラムとすることによっても行える。図５０,図５１は、場所により反射方向を相違させる拡散性ホログラムによる反射手段の説明図である。先に説明した拡散ホログラムは入射する光を複数の方向に、方向ごとに異なる光強度を持って高効率で分岐偏向するものであった。この手法によって図５０に示す上方反射方向は光源に近い側では低反射率で、光源から遠い側では高反射率とするように設計して光密度を均一化し、輝度分布の均一化を図ることができる。
反射型の拡散性ホログラムでは入射する光を多数に分岐させることによって光の拡散効果を持たせることができる。反射型とするためには従来から知られているようにメッキ処理を行う。特に光を分岐させる方向を偏向分離面の方向にすることによって光の偏向分離面から放射される光の方向を所定の範囲に収めるよう工夫することもできる。
拡散性ホログラムは、上に述べた方法の他にDammannの方法として知られている光分岐器の設計手法を用いることもできる。また、体積ホログラム屈折率分布を形成して拡散機能を持たせる手法でも良い。また、特開昭５３−４２７２６「カメラのファインダー」、特開昭５３−５１７５５「スペックル拡散板作成装置」に示されたスペックル拡散を利用したものであっても良い。
【０１９０】
また、液晶表示装置などの照明装置に用いる導光板は、光の放射される方向が所定の角度領域内に収まっていることが要求される。図５２は照明装置用の導光板の放射角度領域の説明図である。図５２で示すように、ｘ方向とｙ方向では放射角度領域は相違している。
このためには先に反射手段で述べた 印刷パタンによる方法、望ましくは拡散性ホログラムによる方法、Dammannの方法として知られている光分岐器の設計手法、体積ホログラム屈折率分布を形成して拡散機能を持たせる手法、特開昭５３−４２７２６「カメラのファインダー」、特開昭５３−５１７５５「スペックル拡散板作成装置」に示されたスペックル拡散を利用した手法など拡散ホログラムによる方法によって放射角度領域を設定する。
【０１９１】
続いて、以上説明した導光板１を用いる液晶表示装置について説明する。図５３は、液晶表示装置の概略構成図、図５４は格子構造体と透過光との関係を図示するＡＢ矢視図である。
図５３で示すように液晶表示装置４は、光源２、導光板１、液晶パネル５を備えるものであり、導光板１の側面に光源２を配置する構成は、エッジライト型と呼ばれ、この導光板１は概略楔形である。光源２と導光板１とで照明装置６を構成し、図５３、図５４で示すように、概略平面板状の液晶パネル５に照明光（３１ｃ〜３４ｃ）を照明する装置である。導光板１は、今まで説明した偏光分離手段１０、偏光変換手段２０、反射手段３０および導光手段４０を一体に備えているものである。
この導光手段４０は、透明樹脂材料で形成されて光源２から入射した光３ａを液晶パネル５へ導光するとともに、図５３では図面明瞭化のため図示しないが偏光変換手段２０を、当然に内在している。偏光分離手段１０は、ここでは、照明光（３１ｃ〜３４ｃ）を出射する面に金属材料で形成される金属格子１３１（図３５参照）である。反射手段３０は、金属材料で形成される。
【０１９２】
続いて、この液晶表示装置４の機能について説明する。光源２から入射した光は導光手段４０へ入射する。図５３、図５４において、光源２は例えば冷陰極管であり、この光源２からの放射光３ａ（説明の簡素化のため、右斜め下に放射される光３ａのみ図示するが、実際は複数の光が導光手段４０に入射する。以下、複数の光を含めて光３ａで表示する）が導光手段４０に入射する。導光手段４０に光源２からの光３ａが入射する面と、液晶パネル５側の面以外の面には、金属薄膜の反射板である反射手段３０（３０ａ，３０ｂ）と、図５４に示される金属薄膜の反射板である反射手段３０（３０ｃ，３０ｄ）と、が備わっている。また、導光手段４０の液晶パネル５側の内面においても入射角が大きいと光は全反射するので、導光手段４０に入射した光３ａは導光手段４０内で反射を繰り返し、多重反射が生じる。導光基手段４０の内外、および反射手段３０の表面には、例えば、先に述べたように、入射した光を拡散させたり、指向性を持たせるような構造を備えることにより、液晶パネル５を照明する光を平面内で均一化することができる。
【０１９３】
以下、図５４を併用して図５３を説明する。導光手段４０の内側から偏光分離手段１０のある面に全反射しない角度で入射した光３ｂ，（３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ）は格子１３１に入射する。偏向分離手段１０は格子構造体が形成（図５４では水平方向に伸びるように形成されている。）される。偏向分離手段１０への入射光３ｂ，（３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ）は、偏向分離手段１０の格子構造体の形成方向（水平方向）に対して、垂直な偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）が透過し、偏向分離手段１０の格子構造体の形成方向に対して平行な偏光成分は反射する。透過する方向の直線偏光（３１ｃ〜３４ｃ）の透過率は、仮に格子構造体を金属格子として周期ｐが200nm程度、深さは100nm〜200nm程度であって金属材料としてアルミニウムを用いた場合、可視光の波長域に対し約８０％〜８５％程度までの透過率が得られる。
【０１９４】
また、反射する方向の偏光成分（３２ａ，３３ａ，３４ａ）はほぼ全て反射され、この反射した光（３２ａ，３３ａ，３４ａ）は再び導光手段４０の内部で多重反射を繰り返す。
このように、偏光分離手段１０で反射された光（３２ａ，３３ａ，３４ａ）は導光手段４０内で反射を繰り返すうちに図示しない偏光変換手段２０（複屈折）により偏光状態が変わり、様々な偏光状態を持つ光（３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ）となり、再度、偏光分離手段１０に入射し、前述したと同様に、偏光分離手段１０の格子構造体の形成方向に直交するｐ偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）だけが透過する。
以上のような過程を繰り返し、光源２から導光板１に入射した光３ａは、ｐ偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）となって導光板１から液晶パネル５へ照射される。上述の照明光（３１ｃ〜３４ｃ）の直線偏光の向きは、偏光板５１を透過する偏光の向きと一致させてあるので、照明光（３１ｃ〜３４ｃ）は偏光板５１で吸収されずに液晶板５２に入射させることができる。
【０１９５】
このように偏光分離手段１０で反射されたｓ偏光成分の照明光（３２ａ〜３４ａ）は、導光手段４０内で反射を繰り返すうちに複屈折である偏光変換手段２０により偏光状態が変わり、様々な偏光状態を持つ（つまり様々な偏光角度を含むｐ偏光成分・ｓ偏光成分を持つ）光３ｂ（３２ｂ〜３４ｂ）となり、再度偏光分離手段１０に入射し、前述したと同様に偏光分離手段１０の格子構造体の形成方向に直交するｐ偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）を透過させることができる。
この結果、ｐ偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）の光が偏光分離手段１０を透過して液晶パネル５を照射することができ、光源２から導光板１に入射した光３ａを効率良く利用することができる。
なお、反射手段（３０ａ〜３０ｄ）の一部は微細な凹凸からなる拡散性ホログラムとして、偏光分離手段１０に向けて出光する光を拡散反射させるようにしても良い。
更に、導光手段３０の裏面側に、表面側の格子構造と同一化合物または異種化合物からなる反射膜を備えても良い。
【０１９６】
この液晶表示装置の構成を従来技術と比較する。
図５３および図５４に図示する液晶表示装置４の構成は、図６５に例示した従来技術の液晶表示装置と比べて、導光手段４０の液晶パネル５側の面上に、上記原理で機能する偏光分離手段１０が備わった導光板１を用い、さらに所定条件１，２，３を満たすような複屈折位相差を付与する偏光変換手段２０を配置している点が異なる。なお、液晶パネル５の構造は図６５の構成と同じである。このため、ｐ偏光成分を有効に取り出すことが可能となり、液晶パネルが必要とするｐ偏光成分が多く入射されるため、液晶表示装置４の表示面は大変明るいものとなる。
【０１９７】
また、構成が少なくなるという利点がある。図５５は液晶表示装置の従来技術との比較図である。図５５（ａ）で示す従来技術の液晶表示装置では各種構成（反射板・導光板・拡散板・二枚のプリズムシート・保護フィルム・液晶パネル）を必要としていたが、図５５（ｂ）で示す、本発明に係る液晶表示装置４では構成を少なくしており、優れている点が判る。
また、従来の照明装置６に比べて照明光（３１ｃ〜３４ｃ）を効率よく液晶板５２に入射させることができるので、冷陰極管などの光源２の発光素子の発光輝度を下げて、消費電力を低減し、その結果、光源２の寿命を延ばすこと、あるいは発光素子の数を減らすことが可能になる。
【０１９８】
なお、液晶表示装置４に用いる導光板１は、図１で示した形態とすることもできる。この場合の液晶表示装置について図５６を用いて説明する。
本実施形態は、液晶表示装置の全体構造は基本的に図５３で示す液晶表示装置４と同様であって、特に偏光分離手段１０として誘電体格子・多層膜が塗布された誘電体格子を有する格子構造体を、反射手段３０として印刷パタンや拡散性ホログラムを採用したものである。楔型ではないが、印刷パタンや拡散性ホログラムにより所定方向へ拡散反射させるように設定できるため、楔形の導光板と同様に本発明の効果を奏しうる。なお、これ以外の点については先の説明と同様であるため重複する説明を避ける。
【０１９９】
このように、導光手段４０の出射側に配備される格子構造体により、この誘電体格子と直交する偏光成分（ｐ偏光成分）の光はこの格子構造体を透過して液晶パネル５を照射し、また、この格子と平行な偏光成分（ｓ偏光成分）の光はこの格子構造体で反射して導光手段４０内に戻され、導光手段４０の反射板と前記格子構造体との間で多重反射される。このように格子構造体によって反射された光は、導光手段４０内で反射を繰り返すうちに偏光状態が変わり、様々な偏光状態を持つ光となり、再度格子構造体に入射して、前述したと同様に格子構造体と直交する偏光成分（ｐ偏光成分）を透過させることができる。
この結果、格子構造体の格子と直交する偏光成分（ｐ偏光成分）の光がこの格子構造を透過して被照明対象を照射することができ、光源から導光手段に入射した光を効率良く利用することができる。
【０２００】
（他の実施形態）
図５７〜図６０は、本発明の他の実施形態の概略的な構成を示すものである。以下、これらについて順に説明するが、本発明は図５７〜図６０以外の様々な種類の液晶ディスプレイ装置等にも適用可能である。
まず、図５７は直下型照明方式の液晶ディスプレイに適用した例である。蛍光管等の光源２から放射された光は、導光手段４５０（前述した各実施形態における導光板１を包括する概念であり、以下の実施形態についても同様である。）を通過して格子形成部６００（前述した各実施形態における格子構造体を包括する概念であり、以下の実施形態についても同様である。）に到達する。
格子面で偏光が分離し、一方の偏光成分は透過して液晶パネル５を照明する。もう一方の偏光成分は反射して導光手段４５０を通過し、光源部２００内で反射して再び導光手段４５０を通過する過程で偏光状態が変化し、照明に寄与する。
【０２０１】
図５８は、液晶面から自然光を採光する方式の液晶ディスプレイ装置にこの発明を適用した例である。採光部２５０から入射した光は導光手段４５０を経由して格子形成部６００に至る。格子形成部６００の格子面で偏光が分離し、一方の偏光成分は透過して液晶パネル５を照明する。もう一方の偏光成分は反射して導光手段４５０内に戻り、その内部で反射を繰返して偏光状態が変化した後、再び格子に入射して照明に寄与する。
【０２０２】
図５９は、フロントライト方式の液晶ディスプレイ装置にこの発明を適用した例である。光源２から放射された光は導光手段４５０の上面に大きな入射角度で入射して反射し、格子形成部６００へ入射する。格子形成部６００の格子面で偏光が分離し、一方の偏光成分は透過して液晶パネル５を照明する。もう一方の偏光成分は反射して導光手段４５０内に戻り、その内部で反射を繰返して偏光状態が変化すると共に再び格子に入射し、照明に寄与する。液晶パネル５を経て上方に向かう光は格子を透過し、導光手段４５０に小さな入射角度で入射し、通過する。なお、３０ｅは反射ミラーである。
【０２０３】
図６０は、ガラスや樹脂からなる液晶基板５５と導光手段４５０とによって液晶・カラーフィルタ層５Ａをはさむように形成した例である。この例では液晶ディスプレイ装置を薄くできる効果がある。
上述した図５７〜図６０の実施形態の動作は、基本的に上記の実施形態態と同様である。
また、以上説明した本発明の各実施形態では特に述べていないが、光源２は単色または白色のＬＥＤ光源のような点状光源でも良い。
【０２０４】
【実施例】
続いて実際の構成に係る実施例について説明する。まず、実施例１について説明する。実施例１は、実際に製作した偏光分離手段１０である。
図６１は誘電体格子の断面形状を示す図（SEM写真）である。導光手段としてポリカーボネートを樹脂成形し、表面に誘電体格子を転写したものである。格子周期は０．６μｍ、格子深さは０．３２μｍである。図６２に誘電体格子の偏向分離特性図を示す。点線・実線はコンピュータシミュレーションによる図、△印・×印は実測値を示している。なお、光源は発光波長550nm・600nm・630nmの単波長のLED光源を用いた。また、導光板１の断面複屈折率分布は、条件２である。この場合、図４６で示す実施例１に該当するものである。
【０２０５】
このような構成の導光板１を実験装置を用いて輝度向上率を計測した。図６３は輝度向上率の測定する実験装置の構成図である。図６３で示すように、表面に偏光分離手段１０を、裏面に反射手段３０を形成し、その内部に図示しない偏光変換手段を形成している。導光板１の両側面から光源２（ＬＥＤ光源）による光を照射した。この導光板１から出射される光は、同一形状で表面に偏光分離面を持たない従来のPMMA樹脂製導光板と比較して輝度が20％向上しており、評価は実用レベルである（◎にて示す）。
【０２０６】
続いて実際の構成に係る他の実施例である実施例２について説明する。実施例２は、実際に製作した偏光分離手段１０である。
図６４は三層の多層膜を有する誘電体格子の断面形状を示す図（SEM写真）である。導光手段として格子ピッチ0.6μｍのポリカーボネート製誘電体格子を形成し、SiOをバインダとしてTiO2,SiO2,TiO2の３層膜を蒸着によって格子構造体を形成している。なお、光源は白色光源を用いた。また、導光板１の断面複屈折率分布は、条件３である。この場合、図４６で示す実施例２に該当するものである。
【０２０７】
このような構成の導光板１を実験装置を用いて輝度向上率を計測した。実験装置は図６３で示す装置である。表面に偏光分離手段１０を、裏面に反射手段３０を形成し、その内部に偏光変換手段２０を形成している。導光板１の両側面から白色の光源（ＬＥＤ光源）２による光を照射した。この導光板１から出射される光は、同一形状で表面に偏光分離面を持たない従来のPMMA樹脂製導光板と比較して輝度が60％向上しており、評価は実用レベルである（◎にて示す）。
【０２０８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、液晶パネルなどの偏光板で入射が阻止される偏光成分（ｓ偏光成分）を、導光手段の表面に設けられた格子構造体である偏光分離手段により導光手段内に戻し、偏光変換手段で直線偏光方向を変換させつつ反射板である反射手段により再び偏光分離手段へ入射させることにより、液晶パネルで入射される偏光成分（ｐ偏光成分）として取り出すようにしたため、従来では有効活用されていない光の偏光成分を取り出せるようにし、発光素子などの部品の点数を削減し、消費電力も減少させるような導光板およびこの導光板を備えた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】導光板の概略構成図である。
【図２】導光板の概略構成図である。
【図３】冷陰極管から出射される光のスペクトル特性図である。
【図４】格子構造体の断面形状図である。
【図５】格子構造体の断面形状図である。
【図６】格子構造体の断面形状図である。
【図７】格子構造体の断面形状図である。
【図８】格子構造体と透過光の関係を説明する原理図である。
【図９】格子構造体の概略的な構成図である。
【図１０】格子構造体の概略的な構成図である。
【図１１】格子構造体の概略的な構成図である。
【図１２】格子構造体の概略的な構成図である。
【図１３】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図１４】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図１５】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図１６】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図１７】多段形状の凸部を説明する断面図である。
【図１８】フォトマスクと光の露光による格子構造体の製造方法を説明する説明図である。
【図１９】格子構造体の概略的な構成図である。
【図２０】格子構造体の構成例を示す図である。
【図２１】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図２２】格子構造体の構成例を示す図である。
【図２３】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図２４】格子構造体の構成図である。
【図２５】格子構造体の製造方法を説明する説明図である。
【図２６】格子構造体の構成図である。
【図２７】格子構造体の構成図である。
【図２８】格子構造体の製造方法を説明する説明図である。
【図２９】格子構造体の構成図である。
【図３０】格子構造体の構成図である。
【図３１】格子構造体の概略的な構成図である。
【図３２】格子構造体の偏光分離特性図である。
【図３３】格子構造体の概略的な構成図である。
【図３４】格子構造体の偏光分離特性図である。
【図３５】格子構造体の構成図である。
【図３６】偏向分離特性図である。
【図３７】他の格子構造体の断面斜視図である。
【図３８】他の格子構造体の断面斜視図である。
【図３９】他の格子構造体の断面斜視図である。
【図４０】金属薄膜が蒸着されたフィルムの製造方法を示す図である。
【図４１】導光手段の複屈折分布を示す特性図である。
【図４２】導光手段の複屈折分布を示す特性図である。
【図４３】導光手段の複屈折分布を示す特性図である。
【図４４】拡散性ホログラムの原理図を説明する説明図である。
【図４５】印刷パターンを示す説明図である。
【図４６】輝度向上率の比較評価図である。
【図４７】場所により格子ピッチが異なる偏光分離手段の説明図である。
【図４８】場所により誘電体格子の形状が異なる偏光分離手段の説明図である。
【図４９】場所により印刷パタンが異なる反射手段の説明図である。
【図５０】場所により反射方向を相違させる拡散性ホログラムによる反射手段の説明図である。
【図５１】場所により反射方向を相違させる拡散性ホログラムによる反射手段の説明図である。
【図５２】照明装置用の導光板の放射角度領域の説明図である。
【図５３】液晶表示装置の概略構成図である。
【図５４】液晶表示装置の格子構造体と透過光の関係を図示するＡＢ矢視図である。
【図５５】液晶表示装置の従来技術との比較図である
【図５６】液晶表示装置の概略構成図である。
【図５７】他の実施形態の概略的な構成図
【図５８】他の実施形態の概略的な構成図
【図５９】他の実施形態の概略的な構成図
【図６０】他の実施形態の概略的な構成図
【図６１】誘電体格子の断面形状を示す図（SEM写真）である。
【図６２】誘電体格子の偏向分離特性図である。
【図６３】輝度向上率の測定する実験装置の構成図である。
【図６４】三層の多層膜を有する誘電体格子の断面形状を示す図（SEM写真）である。
【図６５】従来技術による液晶表示装置の側面を示す要部構成図である。
【図６６】従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。
【図６７】従来技術による他の照明装置の要部構成図である。
【図６８】従来技術による他の照明装置の要部構成図である。
【図６９】従来技術による他の照明装置の要部構成図である。
【図７０】従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。
【図７１】従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。
【図７２】従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。
【符号の説明】
１ 導光板
１０ 偏光分離手段
１００ 格子構造体
１０１ 幅の狭い溝部
１０２ 幅の広い溝部
１０３ 透明基材
１０４ フォトレジスト
１０５ 第一のフォトマスク
１０６ 第二のフォトマスク
１０７ 誘電体格子
１０８ 誘電体膜
１０９ 誘電体膜
１１０ 誘電体膜
１１１ 誘電体格子
１１２ 誘電体膜
１１３ 誘電体膜
１１４ 誘電体膜
１１５ 誘電体格子
１１６ 第１層膜
１１７ 第２層膜
１１８ 第３層膜
１１９ 第４層膜
１２０ 液体
１２１ 液体
１２２ 誘電体格子
１２３ 誘電体格子
１２４ 誘電体格子
１２５ 誘電体格子
１２６ 矩形格子
１２７ アルミニウム
１２８ 三角形格子
１２９ アルミニウム
１３０ 透明基板
１３１ 金属格子
１３２ 透明基板
１３３ 下地層
１３４ 金属薄膜
１３５ 保護膜
１３６ 反射膜
１３７ 透明基板
１３８ 下地層
１３９ 金属薄膜
１４０ 保護膜
１４１ 接着剤
１４２ 透明フィルム
１４３ 反射膜
１４４ フィルム基材
２０ 偏光変換手段
３０、３０’ 反射手段
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ａ’、３０ｂ’ 反射手段
３０ｅ 反射ミラー
３１ 拡散性ホログラム
３００ 入射光
３１０ 出射光
３２０ 出射光
３３０ 出射光
４０、４０’ 導光手段
２、２’ 光源
３、３’ 光
３ａ,３２ａ〜３４ａ,３ｂ,３２ｂ〜３４ｂ,３１ｃ〜３４ｃ，３１ｄ〜３４ｄ，３１ｅ 〜３４ｅ,３１ｆ〜３４ｆ，３１ｊ〜３４ｊ 照明光
４、４’ 液晶表示装置
５、５’ 液晶パネル
５Ａ 液晶・カラーフィルタ層
５１、５１’ 偏光板
５２、５２’ 液晶板
５３、５３’ 偏光板
５５ 液晶基板
６、６’ 照明装置
７１ バックライト導光板
７２ 回折格子
７３ 光源用リフレクタ
７４ 導光板用リフレクタ
７５ 拡散板
７６ 集光用プリズムシート
７７ ケーシング
７７ａ 反射板
７８，８８，９２ 拡散板
７９ 調光板
８０ 孔
８１ 透光性導光板
８２ 光拡散フィルム
８３ 光拡散層
８４ 透光性基材
８５ 光反射フィルム
８６，８９ 導光板
８６ａ 背面
８７ 反射処理
８７ａ 反射カット
８８ａ 凹凸面
９０ 導光板上面
９１ 粘着テープ
９３ Ｖ形位置決め爪
９５ａ 液晶板
９５ｂ 偏光板
９５ｃ 偏光板
９５ｄ 液晶パネル
９５ｅ 拡散板
９５ｆ ホログラム
９５ｇ 導光板
９５ｈ λ／４板
９５ｉ 反射板
９６ａ 液晶板
９６ｂ 偏光板
９６ｃ 偏光板
９６ｄ 液晶パネル
９６ｅ 投光性支持体
９６ｆ 液晶層
９６ｇ 偏光プリズムシート
９６ｈ λ／４板
９６ｉ 導光板
９６ｊ 反射板
９６ｋ 照明装置
２０１，２０２ 溝部
２００ 光源部
２５０ 採光部
４５０ 導光手段
６００ 格子形成部
ｐ 周期
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルの照明光のように決められた方向の偏光を出射する導光板およびこの導光板を用いる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報端末の表示機器などに使われる液晶パネル５’を用いた液晶表示装置においては、液晶パネル５’は自らは発光しないので、例えば、図６５に示す様な照明装置６’と組み合わせて用いられる。図６５に図示する照明装置６’は、光源２’として冷陰極管と、透明材料で成形された導光手段４０’と、反射板手段３０’ (３０ａ’、３０ｂ’) と、から構成される。
光源２’から発した光３ａ’は導光手段４０’に入射し、反射手段３０’での反射を繰り返しながら導光手段４０’内を進み、液晶パネル５’がある方向に出射する。この時、液晶パネル５’を均一に照明するように、導光手段４０’の内外には、光を拡散させたり、あるいは指向性を持たせるような構造（詳しくは後述）を備える場合がある。
【０００３】
液晶パネル５’は、液晶板５２’を偏光板５１’，５３’により両側から挟むようにして配置されている。液晶板５２’は、図示を省略した表示信号が加えられた部分５２ａ’（以下、表示部分５２ａ’）では入射する所定の向きの直線偏光をそのまま透過させ、表示信号が無い部分５２ｂ’（以下、透過部分５２ｂ’）では、所定の向きの直線偏光が入射すると、その偏光方向を９０度回転させて出射するように動作する。このような機能は、ツイストネマティック型と呼ばれる液晶パネルで実用化されている。
【０００４】
実際上のツイストネマティック型の液晶パネル５’は、偏光板５１’を透過する直線偏光の向きと上述の無制御状態の液晶板５２’を透過する直線偏光の向きとを一致させてあり、偏光板５３’を透過する偏光の向きと偏光板５１’を透過する偏光の向きとを直交させてある。
このような構成のもと、照明装置６’から光が出射されると、照明装置６’から偏光板５１’へ進む非偏光な照明光（３１ｊ〜３４ｊ）は、液晶パネル５’の偏光板５１’の偏光分離機能のため、照明装置６’からの入射光（３１ｊ〜３４ｊ）のうち偏光板５１’を透過する紙面に垂直な偏光成分（３１ｄ〜３４ｄ）だけが透過する。
液晶板５２’の図形や文字などの表示部分５２ａ’、および、全体の背景光を構成する透過部分５２ｂ’に所定の向きの直線偏光３１ｄ〜３４ｄが入射すると、表示部分５２ａ’では偏光方向をそのままに３１ｅ，３２ｅが透過し、また、透過部分５２ｂ’では偏光方向が９０゜変換されて３３ｅ，３４ｅが透過する。従って、液晶パネル５’全体としては、無制御状態の表示（透過部分５２ｂ’）では偏光板５１’を透過する偏光の照明光は液晶パネル５’も透過して（直線偏光３３ｆ，３４ｆ）液晶パネル５’の全面を明るくし、図形や文字などの表示箇所（表示部分５２ａ’）のみに電圧を印加して図形や文字パターン部分（表示部分５２ａ’）では偏光板５３’と直交する光が透過するが偏光板５３’で吸収するため黒色の図形・文字パターンとして表示される。
このように、偏光板５１’において、照明装置６’からの入射光（３１ｊ〜３４ｊ）では、透過する光３１ｄ〜３４ｄ以外の光（紙面に水平な両矢印で図示される偏光成分）、すなわち全光量の半分以上の光は吸収される。
【０００５】
次に、従来技術による液晶表示装置・照明装置の開示例を説明する。図６６は一連の特許、特許第２８１３１３１号公報「回折格子を利用したバックライト導光板」、特許第２８６５６１８号公報「導光板および導光板アセンブリ」、特許第２９８６７７３号公報「点光源用の導光板」に開示された液晶表示装置に係わり、高輝度と輝度の均一性を図るものである。
図６６おいて、光源２’からバックライト導光板７１に入射した光は、回折格子７２で回折されて、拡散板７５および集光用プリズムシート７６を介して液晶パネル５’のバックライトとしての照明光が形成される。ここで、回折格子７２はサブミクロンから数十ミクロンのピッチで形成し、バックライト導光板７１の面上を均一に照らし、また、色収差を拡散板７５で解決できることが述べられている。
これらの例に述べられた回折格子７２は、光源から導光板内に入射した光を液晶パネルの方向に反射偏光するように用いられている。回折格子７２の構造は、上記特許公報に開示されているように正弦波形状、鋸歯形状（ブレーズ形状）、矩形形状などのように単一の形状の繰り返しによるものである。
【０００６】
図６７は特開平５−１４２５３６号公報「照明装置」に開示され、ケーシング７７内に一組の光源２’と、この光源２’の間の空間に対向させて配置した反射板７７ａと、拡散板７８と、を有する照明装置であって、更に反射板７７ａと拡散板７８との間に形成される空間に、光源２’から遠ざかるに従って反射板７７ａとの距離が小さくなる傾斜を有し、かつ光源２’から遠ざかるに従って孔径が大きくなる孔８０を多数形成した調光板７９が設けられている。
かかる構成により、反射板７７ａと拡散板７８とで反射面および拡散面が形成され、調光板７９がケーシング７７内の光に対して反射・拡散の両方の機能を営み、孔８０の孔径と分布密度により、照明装置の軽量化を可能にして均一な光分布を効率よく形成することが述べられている。
【０００７】
図６８は特開平８−２８６０４３号公報「液晶表示装置の照明用導光板およびその製造方法」に開示され、透光性導光板８１の下面に光拡散フィルム８２が一体に形成され、透光性導光板８１のもう一方の表面にプリズム形状が形成されている。かかる構成により、液晶表示装置への照明光の均一化を図ることができ、従来技術で行われている透光性導光板８１の下面のドットパターン印刷の除去や、このドットパターンを見えなくするため、 例えば図６６で述べた拡散板７５や集光用プリズムシート７６の設置によるバックライトの組み立ての煩雑さや、拡散板７５の設置による光の利用効率が悪いなどの問題を解決できることが述べられている。
【０００８】
また、図６９は特開平９−３０６２２１号公報「バックライト用照明装置」に開示され、導光板８６の背面８６ａ側に施される反射処理８７は、光源２’の軸に沿う線状の反射カット８７ａが形成され、拡散板８８は、照明側の表面を光源２’の軸に平行する凹凸面８８ａとしてあるバックライト用照明装置としたことで、導光板８６の背面８６ａでほぼ全反射を行い、反射効率に優れる反射カット８７ａを施したときにも、拡散板８８に形成した凹凸面８８ａでこの拡散板８８に従来技術による拡散板以上の拡散作用を与えることができ、輝度ムラの防止と明るさの向上を図ることができる。
【０００９】
また、図７０は特開平５−１９６８２０号公報「バックライト導光板」に開示され、液晶パネル５’の後方に光を導く導光板８９を備え、その片側もしくは両面の端部に管状の光源２’を備え、この導光板８９の後面に側方向から入射されてくる光を前方に反射する微小な反射面８９ａを形成し、更に粘着テープ９１およびＶ形位置決め爪９３からなる光源２’の取付けの位置決め構造を備えることにより、コンパクトで画面が明るく、駆動電力が少なくてすむバックライト光を形成することができる。
【００１０】
また、特開平１１−２８１９７８号公報「バックライトの製造方法および液晶表示装置」は、図７１に示すように、液晶板９５ａの表裏を偏光板９５ｂ，９５ｃで挟んでなる液晶パネル９５ｄの表示面の裏面に、拡散板９５ｅと、ホログラム９５ｆを有する導光板９５ｇと、λ／４板９５ｈと、反射板９５ｉを設けたものであり、光源２’から導光板９５ｇに入射した光をホログラム９５ｆが偏光分離し、両偏光を利用することで光利用効率を向上する構成が開示されている。
【００１１】
また、特開２００１−１８８１２６号公報「偏光分離プリズムシートおよび照明装置」には図７２に示すように、液晶板９６ａの表裏を偏光板９６ｂ，９６ｃで挟んでなる液晶パネル９６ｄの表示面の裏面に、凹凸形状を有する透光性支持体９６ｅの表面に液晶層９６ｆを有する偏光分離プリズムシート９６ｇと、１／４波長板９６ｈと、導光板９６ｉと、反射板９６ｊを備える照明装置９６ｋを設けたものであり、光源２’から導光板９６ｉに入射する光を偏光分離し、両偏光を利用することで光利用効率を向上する構成が開示されている。
【００１２】
また、特開２００１−１８８１２６号公報に示された構成と同様の考えかたで両偏光を利用し光利用効率を向上する構成が特開平１０−２５３８３０号公報および特開平１１−１４９０７４号公報にも述べられている。
また、特開平９−２７４１０９号公報「シート状偏光素子及びこれを用いた液晶表示素子」にはシート状のプリズムを利用して導光板に入射する光を偏光分離し、両偏光を利用することで光利用効率を向上する構成が開示されている。
【００１３】
その他、特開平１０−２５３８３０号公報「バックライトユニット」にも、偏光分離機能を有する素子を用いるバックライトが開示されている。
これらの構成では、偏光分離機能を有する素子を用いることによって光利用効率を向上させ、画面が明るく、駆動電力が少なくて済むバックライト光を形成することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術として、図６５〜図７０を用いて説明したような液晶表示装置・照明装置では、導光板のエッジに配置された光源から液晶パネルなどへの背面に照明する面光源の光輝度性と輝度の均一性が図られている。しかし、液晶パネル自身は、決まった向きの偏光だけを使う被照明対象機器であり、液晶パネルへの入射光の半分は偏光板で除去されて利用されていないという問題点があった。
【００１５】
また、他の従来技術として、図７１，図７２を用いて説明したような液晶表示装置・照明装置では、偏光分離素子を用いることにより、従来は照明に寄与していなかった偏光成分も有効に利用するようにした構成も提案されている。しかしこれらの構成では、偏光分離素子や位相板が新たな部品として加わるため、装置全体の大型化、高コスト化を招く問題があった。
【００１６】
本発明は前記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、液晶パネルなどの偏光板で入射が阻止される偏光成分を、導光手段の表面に設けられた格子構造体である偏光分離手段により導光手段内に戻し、偏光変換手段で直線偏光方向を変換させつつ反射板である反射手段により再び偏光分離手段へ入射させることにより、液晶パネルで入射される偏光成分として取り出すようにしたため、従来では有効活用されていない光の偏光成分を取り出せるようにし、発光素子などの部品の点数を削減し、消費電力も減少させるような導光板およびこの導光板を備えた液晶表示装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、導光板を改良し、さらに、このような導光板を採用した液晶表示装置としたため、大幅な薄型化・部品数低減と輝度向上とを共に実現する。
請求項１に係る発明の導光板によれば、
光の偏光方向に応じて反射光と透過光とを分離する偏光分離手段と、
光を反射する反射手段と、
透過する光に対してθ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件を満たすように位相差を与える偏光変換手段と、
前記偏光分離手段と前記反射手段との間に前記偏光変換手段を挟み、これらが一体となるように設けた導光手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に係る発明の導光板によれば、
請求項１に記載の導光板において、
好ましくは、前記偏光変換手段の８０％以上の領域で、透過する光に対して、θ２＋ｎ・１８０゜（但し、θ２は４５゜≦θ２≦１３５゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に係る発明の導光板によれば、
請求項１または請求項２に記載の導光板において、
さらに好ましくは、前記偏光変換手段の６０％以上の領域で、透過する光に対して、θ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子からなる格子構造体とすることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に係る発明の導光板によれば、
請求項４に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形という凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に係る発明の導光板によれば、
請求項５に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が、０．３〜０．８μｍ、格子深さが０．２〜０．５μｍであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７に係る発明の導光板によれば、
請求項６に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項８に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層を加えた格子構造体であることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項９に係る発明の導光板によれば、
請求項８に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１０に係る発明の導光板によれば、
請求項９に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍであり、
前記格子構造体の表面に設けられる表面層は、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に積層した複数層である、
ことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１１に係る発明の導光板によれば、
請求項１０に記載した導光板において、
前記格子構造体は、前記誘電体格子と前記表面層との間に０を超えて１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）層を備えることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１２に係る発明の導光板によれば、
請求項１１に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１３に係る発明の導光板によれば、
請求項８〜請求項１２の何れか一項に記載の導光板において、
前記格子構造体は、前記誘電体格子の表面に、
スピンコーター法あるいはロールコーター法により、溶媒で希釈された物質を付けた後で溶媒を除去する工程を一度または複数回繰り返して形成した表面層、
または、
蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより、一層の物質、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を形成した表面層、
を備えることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１４に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の凹部に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、または、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層、を加えた格子構造体であることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１５に係る発明の導光板によれば、
請求項１４に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項１６に係る発明の導光板によれば、
請求項１５に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍであり、
前記格子構造体の凹部に設けられる表面層は、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に積層した複数層である、
ことを特徴とする。
【００３３】
また、請求項１７に係る発明の導光板によれば、
請求項１６に記載した導光板において、
前記格子構造体は、誘電体格子と表面層との間に０を超えて１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）層を備えることを特徴とする。
【００３４】
また、請求項１８に係る発明の導光板によれば、
請求項１７に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする。
【００３５】
また、請求項１９に係る発明の導光板によれば、
請求項１４〜請求項１８の何れか一項に記載の導光板において、
前記格子構造体は、誘電体格子の表面に、
スピンコーター法あるいはロールコーター法により、溶媒で希釈された物質を付けた後で溶媒を除去し、さらに誘電体格子の凸部の頂上にある物質のみを除去する工程を一度あるいは複数回繰り返して凹部に形成した一層の物質、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる表面層、
または、
蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより、物質を付けた後で凸部の頂上にある物質のみを除去する工程を一度あるいは複数回繰り返して凹部に形成した一層の物質、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる表面層、
を備えることを特徴とする。
【００３６】
また、請求項２０に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質が積層状に形成された凸部の周期的な繰り返し構造である格子からなる格子構造体とすることを特徴とする。
【００３７】
また、請求項２１に係る発明の導光板によれば、
請求項２０に記載の導光板において、
前記格子構造体は、その断面形状が矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする。
【００３８】
また、請求項２２に係る発明の導光板によれば、
請求項２１に記載の導光板において、
前記格子構造体は、
スピンコーター法またはロールコーター法により、溶媒で希釈された物質を付けた後、溶媒を除去する工程を複数回繰り返し形成した、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる膜、
または、
蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより形成した、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる膜、
に対してエンボス加工を行うことにより形成された格子であることを特徴とする。
【００３９】
また、請求項２３に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造体であることを特徴とする。
【００４０】
また、請求項２４に係る発明の導光板によれば、
請求項２３に記載の導光板において、
前記格子構造体の金属格子は、反射率が６０％以上の金属薄膜により形成されることを特徴とする。
【００４１】
また、請求項２５に係る発明の導光板によれば、
請求項２４に記載の導光板において、
前記金属格子の金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金であることを特徴とする。
【００４２】
また、請求項２６に係る発明の導光板によれば、
請求項２３〜請求項２５の何れか一項に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組み合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする。
【００４３】
また、請求項２７に係る発明の導光板によれば、
請求項２６に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が０を超えて０．４μｍ以下、格子深さが０を超えて０．２μｍ以下であることを特徴とする。
【００４４】
また、請求項２８に係る発明の導光板によれば、
請求項２７に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を複数組み合わせて形成した凸部であることを特徴とする。
【００４５】
また、請求項２９に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、導光手段、透明基板、または透明フィルムに対して金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造体とすることを特徴とする。
【００４６】
また、請求項３０に係る発明の導光板によれば、
請求項２９に記載の導光板において、
前記格子構造体は、反射率が６０％以上の金属薄膜である金属格子を形成した格子構造体であることを特徴とする。
【００４７】
また、請求項３１に係る発明の導光板によれば、
請求項３０に記載の導光板において、
前記金属格子の金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金であることを特徴とする。
【００４８】
また、請求項３２に係る発明の導光板によれば、
請求項３０または請求項３１に記載の導光板において、
前記金属格子の金属薄膜の膜厚は０．０５μｍ以上、格子の周期Ｔは０．０５〜０．２５μｍであり、格子の幅は、格子の周期Ｔに対して０．２５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲であることを特徴とする。
【００４９】
また、請求項３３に係る発明の導光板によれば、
請求項２９〜請求項３２の何れか一項に記載の導光板において、
導光手段、透明基板、または透明フィルムと、前記金属格子と、の間に下地層が形成され、
前記金属格子および前記下地層の表明に保護膜を形成することを特徴とする。
【００５０】
また、請求項３４に係る発明の導光板によれば、
請求項２９〜請求項３３の何れか一項に記載の導光板において、
前記金属格子は、導光手段、透明基板、透明フィルムまたは下地層の表面に縞状の格子パターンを有するマスクを通して、蒸着法，スパッタ法，イオンプレーティング法，またはドライエッチング法の何れかにより形成することを特徴とする。
【００５１】
また、請求項３５に係る発明の導光板によれば、
請求項２９〜請求項３４の何れか一項に記載の導光板であって、透明フィルムの表面側に金属薄膜からなる金属格子が形成された格子構造体を有する導光板において、
前記格子構造体は、透明フィルムに金属格子を形成した後、その透明フィルムを縞方向に延伸して金属格子を微細なパターンとし、透明フィルムと共に導光手段または透明基板上に貼り付けて形成することを特徴とする。
【００５２】
また、請求項３６に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項３５の何れか一項に記載の導光板において、
前記導光手段は樹脂を材料とし、前記偏光変換手段を複屈折分布とすることを特徴とする。
【００５３】
また、請求項３７に係る発明の導光板によれば、
請求項３６に記載の導光板において、
前記導光手段の材料は、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリロニトリル・スチレン系樹脂、エボキシ系樹脂、または、オレフィン系樹脂の何れかであることを特徴とする。
【００５４】
また、請求項３８に係る発明の導光板によれば、
請求項３６または請求項３７に記載の導光板において、
異方配向したスキン層により内部複屈折を形成したことを特徴とする。
【００５５】
また、請求項３９に係る発明の導光板によれば、
請求項３６〜請求項３８の何れか一項に記載の導光板において、
樹脂を材料とする導光手段は配向が大きいことを特徴とする。
【００５６】
また、請求項４０に係る発明の導光板によれば、
請求項３６〜請求項３９の何れか一項に記載の導光板において、
導光手段を形成した樹脂には主材と異なる、異方性を有する樹脂ポリマを所定量含むことを特徴とする。
【００５７】
また、請求項４１に係る発明の導光板によれば、
請求項４０に記載の導光板において、
主材と異なる樹脂ポリマはスチレンビーズないし液晶ポリマであることを特徴とする。
【００５８】
また、請求項４２に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４１の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は、前記導光手段のうち光が入射される面と、偏光分離手段が形成される面と、を除く面のすべてまたは一部に設けられることを特徴とする。
【００５９】
また、請求項４３に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段の一部又は全部は微細な凹凸からなる拡散性ホログラム、体積型拡散性ホログラム、または、スペックル拡散面の何れかとし、前記偏光分離手段に向けて拡散反射することを特徴とする。
【００６０】
また、請求項４４に係る発明の導光板によれば、
請求項４３に記載の導光板において、
前記反射手段の拡散性ホログラム、体積型の拡散性ホログラム、または、スペックル拡散面に金属反射膜を形成することを特徴とする。
【００６１】
また、請求項４５に係る発明の導光板によれば、
請求項４３または請求項４４に記載の導光板において、
前記反射手段の中の一つの拡散性ホログラムは、ひとつの入射光を複数の出射光に分岐する機能を有し、Ｐ１（ｘ）の位相差分布を有する入射光をｉ番目の出射光に変換する機能を表す位相差分布をＰｉ(ｘ)とし、上記数１の数式で表される位相差分布Ｐ(ｘ)を有することを特徴とする。
【００６２】
また、請求項４６に係る発明の導光板によれば、
請求項４５に記載の導光板において、
前記反射手段の拡散性ホログラムの位相差分布が前記Ｐ(ｘ)となるように、表面形状Ｄ’(ｘ)が、上記数２の数式で表されることを特徴とする。
【００６３】
また、請求項４７に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は金属により形成されることを特徴とする。
【００６４】
また、請求項４８に係る発明の導光板によれば、
請求項４７に記載の導光板において、
金属が、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金であることを特徴とする。
【００６５】
また、請求項４９に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は誘電体多層膜により形成されることを特徴とする。
【００６６】
また、請求項５０に係る発明の導光板によれば、
請求項４９に記載の導光板において、
前記誘電体多層膜に金属反射膜を形成することを特徴とする。
【００６７】
また、請求項５１に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は印刷により形成されるパタンであることを特徴とする。
【００６８】
また、請求項５２に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は散乱面であることを特徴とする。
【００６９】
また、請求項５３に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項５２の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、前記光源から位置が遠ざかるにつれて透過率を高くすることを特徴とする。
【００７０】
また、請求項５４に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項５３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、光源から入射される光に対して直交するように格子構造体が形成されることを特徴とする。
【００７１】
また、請求項５５に係る発明の導光板によれば、
請求項１〜請求項５４の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は、前記光源から位置が遠ざかるにつれて反射率を高めることを特徴とする。
【００７２】
また、請求項５６に係る発明の液晶表示装置によれば、
光源と、
前記光源から出射される光のうち互いに直交する二の偏光成分の一方の偏光成分を透過する請求項１〜請求項５５の何れか一項に記載の導光板と、
前記導光板から出射される偏光が照明される液晶パネル板と、
を備えることを特徴とする。
【００７３】
また、請求項５７に係る発明の液晶表示装置によれば、
請求項５６に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネル板は、
液晶板と、
この液晶板の表裏に配置され、偏光方向を直交させた一対の偏光板と、
を備え、
前記偏光変換手段を透過する偏光の偏光方向と、液晶パネルと導光板との間にある偏光板を透過する偏光の偏光方向と、を直交させるように前記偏光変換手段および偏光板を配置することを特徴とする。
【００７４】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の導光板の第１実施形態について図を参照しつつ説明する。図１，図２は導光板の概略構成図、図３は冷陰極管から出射される光のスペクトル特性図である。本実施形態では、最も上位概念の導光板１であり、図１で示すように偏光分離手段１０、偏光変換手段２０、反射手段３０、導光手段４０を備え、特に、導光手段４０は、偏光分離手段１０と反射手段３０との間に挟まれ、かつ偏光変換手段２０を内部含むように一体になされている。
なお、導光手段４０は、図２で示すように、傾斜を有するような形状（楔（くさび）形形状）としても良い。
【００７５】
続いてこれら構成について説明する。なお、導光板１は一方向の偏光の輝度向上率を改善するという機能を有する点を説明するため、光源２から入射される光にどのような作用を及ぼすかについて説明する。
図１で示すように、光源２は光を出射する。この光は、反射手段３０の反射面と偏光分離手段１０の偏光分離面の間を交互に反射しつつ進む。
【００７６】
このうち偏光分離手段１０は、光の偏光方向に応じて反射光と透過光とを分離する機能を有している。偏光分離手段１０に到達した光のうち、偏光分離手段１０は、図１で示す方向のｐ偏光を透過光として透過させ、ｓ偏光を反射光として反射させるものとする。
なお、本明細書の説明におけるｐ偏光とｓ偏光とは、後に詳述するが図１で示すように、格子構造体の形成方向を基準に決定されるものであり、格子構造体の形成方向に対して垂直な方向をｐ偏光と、格子構造体の形成方向に対して水平な方向をｓ偏光と定義する。
【００７７】
さて、偏光分離手段１０から反射した光（ｓ偏光）は、偏光変換手段２０を透過する。この偏光変換手段２０は、透過する光に対して、θ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）という条件（以下、条件１という）を満たす複屈折位相差を付与する。透過した光は反射手段３０へ到達する。
反射手段３０は、到達した光を反射させ、偏光変換手段２０および偏光分離手段１０へ向かわせる。本実施形態では反射手段３０は単に反射するものとして説明しているが、反射方向等を制御できるような各種の反射手段３０を採用することも可能である。反射手段３０の詳細については後述する。
【００７８】
偏光変換手段２０では、再度、透過する光に対して、θ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）という条件１を満たす複屈折位相差を付与する。偏光変換手段２０を透過した光は偏光分離手段１０へ到達する。
これで、偏光分離手段１０・反射手段３０間を往復する際に、光に対して合計２・θ１ ＋ｎ・３６０゜（但し、２・θ１は６０゜≦２・θ１≦３００゜の範囲内にある。）の複屈折位相差が付与される。これは１８０゜を中心に±１２０゜までの範囲に含まれるように複屈折位相差が付与されることを意味している。
【００７９】
光に１８０゜の複屈折位相差を与える、つまり、１／２波長の位相をずらすと光の偏光方向は９０゜変換されることは良く知られており、この偏光変換手段２０から偏光分離手段１０へ入射される光は、９０゜を中心に所定範囲内（９０゜を中心に±６０゜の範囲、つまり３０゜≦α≦１５０゜）に偏光方向が変換されており（つまりｓ偏光がｐ偏光成分を含む光に変換されており）、偏光成分（ｐ偏光）が偏光分離手段１０を透過して出射されることとなる。
【００８０】
なお、偏光分離手段１０を透過できずに反射されたｓ偏光成分も再度同様の光路を経て、最終的には偏光分離手段１０を透過する。
なお、偏光分離手段１０の偏光分離面で反射されたｓ偏光成分が、反射手段３０の下側の反射面で一度反射されてたとしても、必ずしもすべての光が偏光分離手段１０の偏光分離面に至るものではないが、偏光分離面と反射面との間で多重反射される過程で統計的にｐ偏光に変換され、偏光分離手段１０の偏光分離面を透過する。このように光を無駄なく利用するため、輝度向上率を改善することができる。
なお、本実施形態では、図２で示すように導光手段４０をくさび形にして反射手段３０を傾斜させ、入射する光に対して偏光分離手段１０に向けて確実に反射させるようにすることもできる。
【００８１】
本実施形態の偏光変換手段２０は、透過する光に対して複屈折位相差がθ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）付与するものであると説明した。この場合、光源２が出射する光の波長に応じて付与する複屈折位相差が異なる。以下、この点について概略説明する。
【００８２】
光源２は、具体的には、単色光源または白色光源があり得る。
単色光源ならば特定波長（例えば、赤７００ｎｍ、緑５４６．１ｎｍ、あるいは、青４３５．８ｎｍという単波長）のレーザ光を出力するレーザダイオード・単色ＬＥＤなどがある。
白色光源ならば、冷陰極管光源あるいは白色ＬＥＤ光源（ＬＥＤチップから放射される紫外光を蛍光材料によって白色光に変換する光源）ように広い範囲の波長にわたって光を放射する光源がある。さらに、補色関係にある２色、あるいはＲＧＢ３原色など単色の光を複数放射して白色光を得る白色LED光源などさまざまな光源がある。このような白色光源は、例えば、図３で示すスペクトル特性図からも明らかなように広い帯域で異なる波長の複数の光を含んでいる。
【００８３】
続いて、偏光変換手段２０が付与する複屈折位相差は、光の波長に依存し、使用する光源２の種類によって条件が相違する点について説明する。
例えば、光源が単波長の光を出力するレーザ光などの単色光源の場合、光の波長は狭帯域である。したがって、その光源の波長で複屈折位相差が条件１を満たし、好ましくは複屈折位相差が９０゜となるように決定する。
偏光変換手段２０は、透過する光に対して複屈折位相差がθ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内）に付与するものであるが、この複屈折位相差は角度以外に長さで表すことも可能である。ｎ＝０とすると、以下のようになる。
【００８４】
レーザ光の波長が７００ｎｍならば、
７００ｎｍ・３０゜／３６０゜＝５８．３ｎｍ
７００ｎｍ・１５０゜／３６０゜＝２９１．７ｎｍ
つまりｎ＝０の場合５８．３ｎｍ〜２９１．７ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できれば条件１を満たし、このうち９０゜となる１７５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。
【００８５】
同様に、レーザ光の波長が５５０ｎｍならば、
５５０．０ｎｍ・３０゜／３６０゜＝４５．８ｎｍ
５５０．０ｎｍ・１５０゜／３６０゜＝２２９．２ｎｍ
つまりｎ＝０の場合４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１３７．５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。
【００８６】
同様に、レーザ光の波長が４００ｎｍならば、
４００．０ｎｍ・３０゜／３６０゜＝３３．３ｎｍ
４００．０ｎｍ・１５０゜／３６０゜＝１６６．７ｎｍ
つまりｎ＝０の場合３３．３ｎｍ〜１６６．７ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１００．０ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。
【００８７】
さて、条件１は、光のｓ偏光成分は、偏光分離手段１０と反射手段３０を一往復する間に、偏光変換手段２０の作用を受けて大部分がｐ偏光となることを前提としている。なお、一往復ではなく二往復等多くの光路をとる光もあるが、概ね反射手段３０の反射面で反射して再び偏光分離手段１０の偏光分離面に至る。したがって偏光変換手段２０が与える複屈折位相差は導光板１０の厚さ方向に概ね９０゜程度であって、複屈折位相差がθ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内）に付与するものが望ましい。
【００８８】
上記したように単色光源では、偏光変換手段２０が付与する複屈折位相差の決定には困難はない。しかしながら、光源２が、白色光源、つまり冷陰極管光源・白色ＬＥＤ光源の場合のように広い範囲の波長にわたって光を放射する光源の場合は、条件１を満たす複屈折位相差の決定は単純ではない。
本発明の偏光変換手段２０では、その点を解決するため、可視領域において光源が白色光として支配的に作用している波長領域の概ね中央付近の波長において条件１を満たす（複屈折位相差を９０゜付与する）ように決定することとした。また、補色関係にある２色やＲＧＢ３原色など単色の光を複数放射して白色光を得る白色ＬＥＤ光源の場合にはそれら２色ないし３色などの波長の概ね中央付近の波長において条件１を満たす（複屈折位相差を９０゜付与する）ように決定することとした。
【００８９】
例えば、白色光源が４００ｎｍ、５５０ｎｍおよび７００ｎｍ（説明の簡単化のため、波長を簡単な数値としている）というＲＧＢ三原色のレーザを出射して白色光とする光源である場合について説明する。この場合の中央付近の波長とは、５５０ｎｍであり、複屈折位相差を長さで表すと、ｎ＝０の場合、４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与するというものである。しかしながら、上記計算の通り波長７００ｎｍの光では、１７５ｎｍの複屈折位相差を付与する場合９０゜の複屈折位相差が付与され、また、波長４００ｎｍの光では１００ｎｍの複屈折位相差を付与する場合に９０゜の複屈折位相差が与えられる。これらは、４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲に含まれる複屈折位相差であり、３原色全部の波長に対し９０゜近くの複屈折位相差が付与される。したがって、本実施形態の条件１の偏光変換手段２０を備える導光板では白色光源でも適用できるものである。
【００９０】
本実施形態では、偏光分離手段１０と反射手段３０との間に偏光変換手段２０を配置したため、偏光分離手段１０の偏光分離面を反射したｓ偏光が反射手段３０から反射して再度偏光分離手段１０の偏光分離面へ入射する際に、光が偏光変換手段２０を往路・復路で二度透過してｓ偏光からｐ偏光成分を含む（偏光方向を９０゜変換すれば全成分がｐ偏光となる）ように偏光方向を変換して、偏光分離手段１０を透過できるようにすることができる。
かかる構成を採用することにより、直交する二方向の偏光のうちの一方の偏光のみを従来より高い効率で取り出し、輝度向上率を向上させることができるという利点がある。
【００９１】
続いて第２実施形態について説明する。本発明では、輝度向上率をさらに高めるため、上記の偏光変換手段２０のうち領域面積の約８０％は、好ましくは、透過する光に対して、θ２＋ｎ・１８０゜（但し、θ２は４５゜≦θ２≦１３５゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件（以下条件２という）を満たすように複屈折位相差を付与するものである。
この場合も、光源の種類によって変化するものであり、例えば、単色光源の場合、偏光変換手段２０は、透過する光に対して複屈折位相差がθ２＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は４５゜≦θ２≦１３５゜の範囲）内に付与するものである。先ほどの計算と同様、複屈折位相差を長さで表すと、ｎ＝０の場合、以下のようになる。
【００９２】
波長が７００ｎｍならば、
７００ｎｍ・４５゜／３６０゜＝８７．５ｎｍ
７００ｎｍ・１３５゜／３６０゜＝２６２．５ｎｍ
つまりｎ＝０の場合８７．５ｎｍ〜２６２．５ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１７５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の５８．３ｎｍ〜２９１．７ｎｍの範囲よりも狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定（設定の具体的手法については後述する）する必要が生じる。
【００９３】
同様に、波長が５５０ｎｍならば、
５５０．０ｎｍ・４５゜／３６０゜＝６８．８ｎｍ
５５０．０ｎｍ・１３５゜／３６０゜＝２０６．３ｎｍ
つまりｎ＝０の場合６８．８ｎｍ〜２０６．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１３７．５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲よりも範囲が狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定する必要が生じる。
【００９４】
同様に、波長が４００ｎｍならば、
４００．０ｎｍ・４５゜／３６０゜＝５０．０ｎｍ
４００．０ｎｍ・１３５゜／３６０゜＝１５０．０ｎｍ
つまりｎ＝０の場合５０．０ｎｍ〜１５０．０ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１００．０ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の３３．３ｎｍ〜１６６．７ｎｍの範囲よりも範囲が狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定する必要が生じる。このように、単色光源の場合は適用に問題はない。
【００９５】
また、白色光源が４００ｎｍ、５５０ｎｍおよび７００ｎｍというＲＧＢ三原色のレーザを出射して白色光とする光源である場合は、中央付近の波長５５０ｎｍに光に対して条件２を満たすような複屈折位相差とするものであり、複屈折位相差を長さで表すと、ｎ＝０の場合、６８．８ｎｍ〜２０６．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与するというものである。しかしながら、上記計算の通り波長７００ｎｍの光では、１７５ｎｍの複屈折位相差を付与する場合９０゜の複屈折位相差が付与され、また、波長４００ｎｍの光では１００ｎｍの複屈折位相差を付与する場合に９０゜の複屈折位相差が与えられる。これらは、６８．８ｎｍ〜２０６．３ｎｍの範囲に含まれる複屈折位相差であり、３原色全部の波長に対し９０゜近くの複屈折位相差が付与される。したがって、本実施形態の条件２の偏光変換手段２０を備える導光板では白色光源でも適用できるものである。
【００９６】
かかる構成により、偏光変換手段２０を往復して二度透過した場合に、合計２・θ２ ＋ｎ・３６０゜（但し、２・θ２は９０゜≦２・θ２≦２７０゜の範囲内にある。）これは１８０゜を中心に±９０゜までの範囲に含まれるように複屈折位相差が付与されることを意味している。この場合、偏光分離手段１０へ入射する光は、９０゜を中心に所定範囲内（９０゜を中心に±４５゜：４５゜≦α≦１３５゜）に偏光方向が変換されており、先に偏光分離手段１０で反射した光のうち、透過可能な偏光成分が偏光分離手段１０を透過して出射されることとなる。
本発明では、偏光変換手段２０による偏光の変換方向の範囲（９０゜を中心にして±４５゜の範囲内）を狭めて出力するようにしたため、ｓ偏光がより多くのｐ偏光成分を含む光となるように偏光方向を変換して、より多くの光を偏光分離手段１０を透過できるようになり、輝度向上率を増大させることができる。
かかる構成を採用することにより、第１実施形態よりもさらに高い効率で偏光を取り出せる領域を８０％以上確保して、輝度向上率をより向上させることができるという利点がある。
【００９７】
続いて第３実施形態について説明する。本発明では、輝度向上率をさらに改善するため、上記の偏光変換手段２０のうち領域面積の約６０％は、好ましくは、透過する光に対して、θ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件（以下条件３という）を満たすように複屈折位相差を付与するものである。
この場合も、光源の種類によって条件３は変化するものであり、例えば、単色光源の場合、偏光変換手段２０は、透過する光に対して複屈折位相差がθ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内に付与するものである。複屈折位相差は長さで表すことも可能であり、これは、ｎ＝０の場合、以下のようになる。
【００９８】
波長が７００ｎｍならば、
７００ｎｍ・６０゜／３６０゜＝１１６．７ｎｍ
７００ｎｍ・１２０゜／３６０゜＝２３３．３ｎｍ
つまりｎ＝０の場合１１６．７ｎｍ〜２３３．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１７５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の５８．３ｎｍ〜２９１．７ｎｍの範囲、条件２の８７．５ｎｍ〜２６２．５ｎｍよりも範囲が狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定する必要が生じる。
【００９９】
同様に、波長が５５０ｎｍならば、
５５０．０ｎｍ・６０゜／３６０゜＝９１．７ｎｍ
５５０．０ｎｍ・１２０゜／３６０゜＝１８３．３ｎｍ
つまりｎ＝０の場合９１．７ｎｍ〜１８３．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１３７．５ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の４５．８ｎｍ〜２２９．２ｎｍの範囲、条件２の６８．８ｎｍ〜２０６．３ｎｍの範囲よりも範囲が狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設計する必要が生じる。
【０１００】
同様に、波長が４００ｎｍならば、
４００．０ｎｍ・６０゜／３６０゜＝６６．７ｎｍ
４００．０ｎｍ・１２０゜／３６０゜＝１３３．３ｎｍ
つまりｎ＝０の場合６６．７．ｎｍ〜１３３．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与できればよく、このうち９０゜となる１００．０ｎｍ程度の複屈折位相差をより多く付与する偏光変換手段２０にすれば良い。この場合、条件１の３３．３ｎｍ〜１６６．７ｎｍの範囲よりも範囲、条件２の５０．０ｎｍ〜１５０．０ｎｍの範囲よりも狭まっているため、偏光変換手段２０を厳密に設定する必要が生じる。このように、単色光源の場合は適用に問題はない。
【０１０１】
また、白色光源が４００ｎｍ、５５０ｎｍおよび７００ｎｍというＲＧＢ三原色のレーザを出射して白色光とする光源である場合は、中央付近の波長である５５０ｎｍであり、複屈折位相差を長さで表すと、ｎ＝０の場合、９１．７ｎｍ〜１８３．３ｎｍの範囲に複屈折位相差を付与するというものである。しかしながら、上記計算の通り波長７００ｎｍの光では、１７５ｎｍの複屈折位相差を付与する場合９０゜の複屈折位相差が付与され、また、波長４００ｎｍの光では１００ｎｍの複屈折位相差を付与する場合に９０゜の複屈折位相差が与えられる。これらは、９１．７ｎｍ〜１８３．３ｎｍの範囲に含まれる複屈折位相差であり、３原色全部の波長に対し９０゜近くの複屈折位相差が付与される。したがって、本実施形態の条件３の偏光変換手段２０を備える導光板では白色光源でも適用できるものである。
【０１０２】
かかる構成により、偏光変換手段２０を往復して二度透過した場合に、合計２・θ３ ＋ｎ・３６０゜（但し、２・θ３は１２０゜≦２・θ３≦２４０゜の範囲内にある。）これは１８０゜を中心に±９０゜までの範囲に含まれるように複屈折位相差が付与されることを意味している。この場合、偏光分離手段１０への入射光は、９０゜を中心に所定範囲内（９０゜を中心に±３０゜：６０゜≦α≦１２０゜）に偏光方向が変換されており、先に偏光分離手段１０で反射した光のうち、透過可能な偏光成分が偏光分離手段１０を透過して出射されることとなる。
本発明では、偏光変換手段２０は偏光の変換方向の範囲（９０゜を中心にして±３０゜の範囲内）を狭めて出力する領域を６０％以上確保して、輝度向上率をより改善させることができるという利点がある。
【０１０３】
続いて、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態では、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものである。図４〜図７は格子構造体の断面形状図である。
本実施形態の偏光分離手段１０は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子からなる格子構造体を採用したものである。この格子構造体の断面形状は、例えば、図４に示すような矩形、図５に示すような台形、図６に示すような三角形、図７に示すような正弦波という凸部のいずれかの形状、または、図示しないがこれら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造である。そして、繰り返し周期はｐである。
これら格子構造体は、導光手段４０に格子構造体が直接形成される場合、透明基板上に格子構造体が形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルムに対して格子構造体が形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
【０１０４】
このような格子構造体の偏光分離機能について、説明する。図８は格子構造体と透過光の関係を説明する原理図である。図８で示すように誘電体により形成された格子構造体１００は、図示例では、格子構造体１００の格子形成方向であるＹ軸方向に伸びるようになされている。この格子構造体に入射する、Ｘ軸方向の偏光成分（ｐ偏光）およびＹ軸方向の偏光成分（ｓ偏光）を有する光３を考える。このような光３が格子構造体１００に入射すると、Ｘ軸方向の偏光成分の光（ｐ偏光）のみがＺ軸方向に透過するが、Ｙ軸方向の偏光成分（ｓ偏光）は格子構造体１００で反射されてＺ軸の下方向に戻される。つまり、本実施形態の偏光分離手段１０は、このような格子構造体１００の材質（誘電体）と形状・寸法によって、偏光が透過あるいは反射する性質を利用するものである。
このように格子構造体１００は偏光分離機能を有しているが、格子構造体１００の周期がｐの場合、波長がｐ近傍の光（波長程度の光）を主に透過させるものである。したがって、本実施形態の格子構造体１００を用いる偏光分離手段１０は、光源は単波長を出力する単色光源とするが好ましい。
【０１０５】
このような断面形状を有する格子構造体１００の偏光分離機能は、電磁界理論による光波の数値解析シミュレーションによっても、明らかにされている。
ここで、格子構造体の断面形状は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が、０．３〜０．８μｍ、格子深さが０．２〜０．５μｍとすることが好適である点について図を参照しつつ説明する。
【０１０６】
図９〜図１２は格子構造体の概略的な構成図、図１３〜図１６は、格子構造体の偏向分離特性図である。
これら図９〜図１２に示される格子構造体に光を入射したときの偏光分離特性の計算機によるシミュレーション結果の偏向分離特性が、図１３〜図１６に示されている。図９、１０、１１、１２は、それぞれ矩形、台形、正弦波形、三角形の格子構造体であり、いずれも、格子周期ｐ＝０．５５μｍ、格子深さｈ＝０．２８μｍ、屈折率がｎ＝１．４９である。この格子構造体に可視光の波長域の光（４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光）を垂直入射させた場合に、格子構造体の形成方向に平行な偏光成分（ｓ偏光）の反射率（Ｒｓ）と、格子構造体の形成方向に垂直な偏光成分（ｐ偏光）の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、それぞれ図１３、１４、１５、１６に示す。格子周期ｐ＝０．５５μｍよりやや大きい波長域において、反射率Ｒｓが高くなっている。これら４個の分離特性図において、格子周期ｐより大きい波長を有する光（波長５５０ｎｍの光）のうちｐ偏光は効率０．９程度で透過し、ｓ偏光は効率０．５〜０．８程度で反射するという点が示されており、良好な偏光分離特性が得られる。
【０１０７】
なお、上記格子構造体以外にも、誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部としても良い。図１７は、例えば、多段形状の凸部を説明する断面図である。
図１７に例示したように、格子構造体の形状または構造は、微細な凹凸（図１７では凹凸に加えてさらに微細な凹凸が形成されている）であり、光の波長程度以下の周期ｐで形成される凸部は、幅の狭い溝部１０１と、この溝部１０１に段差をなして形成される幅の広い溝部１０２と、を多数繰り返し形成したものである。このように、矩形の上にさらに矩形の格子として断面凸字状の格子構造としても良い。
【０１０８】
続いて、表面形状を多段とする理由について説明する。これは製造上の利便性によるものである。
誘電体格子の断面形状は、先に説明したように矩形、台形、正弦波状または三角形状の凸部による格子構造体であることが好ましい点について説明したが、これら凸部を厳密に形成することが困難な場合もある。そこで、正弦波形、三角形を近似した階段形状（図１７参照）として偏光分離手段１０を形成するという手法を採るものである。
【０１０９】
続いて、これら格子構造体の製造方法について説明する。
後に詳述するが、導光手段４０は樹脂成形により形成されるものであり、格子構造体の転写面を成形金型に形成して、樹脂成形時に転写により偏光分離手段を成形する手法である。成形金型の転写面の製作には矩形、台形、三角形状では従来より知られたルーリングエンジンやファナック株式会社製ROBOnanoなど近年加工分解能が向上した微細形状加工機などにより機械的に切削する方法を用いることができる。
【０１１０】
また、上述した成形金型からの転写による方式に加え、フォトマスクと光の露光によって形成することもできる。この場合は、断面形状の凸部を図１７で示したような階段形状に近似した形状に製作するのは容易である。製作方法の概要を説明する。図１８は、フォトマスクと光の露光による格子構造体の製造方法を説明する説明図である。図１８（ａ）で示すように透明基材１０３（導光手段４０）上に形成されたフォトレジスト１０４に第一のフォトマスク１０５を介して露光する。露光後感光したフォトレジスト１０４を除去しエッチングにより透明基材１０３（導光手段４０）を２値形状に加工する。そして、図１８（ｂ）で示すように第二のフォトマスク１０６，または、図示しない第三のフォトマスクを用いて同様の手順を行うことによって容易に階段状の近似形状を形成することができる。
【０１１１】
また、正弦波状形状の場合は、１枚の２値形状マスクを用いて光の露光条件を制御することによって型を正弦波状とすることもできる。また、矩形ないし台形形状の型を用いて成形条件を適当に設定することによっても透明基材１０３（導光手段４０）に実質的に正弦波形状を形成することもできる。さらに、正弦波形状の場合は２つのレーザ光をフォトレジスト面で干渉させることによってホログラフィックに形成することもできる。
このれら格子構造の周期は照明光の波長程度が理論上好ましいが、図１３〜図１６の分離特性図から明らかなように、格子構造体の周期を若干小さく、かつ、光の波長は大きくしても所定の変更分離機能が実現されることから格子構造の周期を光の波長より若干小さくしても良い。
この格子構造体は格子周期の大きさが可視光の波長領域を含むものであり、０．３〜０．８μｍの範囲内にあれば良い。なお、格子深さは０．２〜０．５μｍが好適であるが、格子深さは波長が大きくなれば、それに連れて格子深さも大きくなるものである。
【０１１２】
なお、後に詳述するが、格子構造体の周期は一定周期に限定されるものではない。図１９の格子構造体の断面形状図で示すように、場所により変化する（ｐ１＞ｐ２）構造にして、場所によって透過させる光の波長を変更・調節させることも可能である。
以上説明したような事項は、本発明者のコンピュータシミュレーションおよび実験により、知見された事項であり、これら格子周期、格子深さは先に説明した組み合わせ以外にも、実状に応じて適宜調整・変更される選択される。
【０１１３】
続いて、本発明の第５実施形態について説明する。
本実施形態では、第４実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。
本実施形態の偏光分離手段１０は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層を加えた格子構造体である。
【０１１４】
この格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造である。
これら格子構造体は、導光手段４０に直接形成される場合、透明基板上に形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルム上に形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
格子構造体の誘電体格子は、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍであり、格子構造体の表面に設けられる表面層は、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に複数層を積層したものである。
【０１１５】
これらの実施形態の具体例を示す。格子構造体と、光を入射させたときの偏光分離特性の計算機によるシミュレーションの具体例であり、図２０は格子構造体の構成例を示す図、図２１は格子構造体の偏向分離特性図である。
図２０に示す格子構造体は、格子周期０．５５μｍ、格子深さ０．２７５μｍで凸部が三角形の誘電体格子１０７の表面に、厚さ８７ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）の誘電体膜１０８と、厚さ１３２ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の誘電体膜１０９と、厚さ８７ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）の誘電体膜１１０とを、この順に積層させた格子構造体である。
【０１１６】
この格子構造体に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、格子の方向に平行な偏光成分の反射率（Ｒｓ）と、格子の方向に垂直な偏光成分の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、それぞれ図２１に示す。波長域０．４μｍ〜０．７μｍにおける平均値で、Ｒｓ＝０．７７、Ｔｐ＝０．８５が得られた。
これは、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．８５の高率で透過し、ｓ偏光は０．７７の高率で反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、白色光源および単色光源で採用することが可能である。
【０１１７】
なお、上記構成で、誘電体膜１０８，１１０を五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の誘電体膜にしても良い。
また、上記構成で誘電体膜１０８，１１０を二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の誘電体膜に、かつ、誘電体膜１０９を二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）薄膜としても良い。
さらにまた、二酸化チタン（ＴｉＯ２）または（ＳｉＯ２）の誘電体膜１０８と格子構造体１０７の表面との間に０を超える１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）の誘電体膜を設けても良い。
これら事項は、本発明者のコンピュータシミュレーションおよび実験により、知見されたものであり、どの程度の値が選択されるかは個々の格子構造体の実状に応じて適宜設計・選択される事項である。
【０１１８】
続いてこれら実施形態の他の具体例を示す。格子構造と、光を入射させたときの偏光分離特性の計算機によるシミュレーションの具体例であり、図２２は格子構造体の構成例を示す図、図２３はその格子構造体の偏向分離特性図である。
図２２に示す構造体は、格子周期０．６μｍ、格子深さ０．２４μｍの正弦波の凸部を有する誘電体格子１１１の表面に、厚さ１１８ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）薄膜１１２と、厚さ１７０ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）薄膜１１３と、厚さ１１８ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）薄膜１１４とを、この順に積層させた格子構造体を示す。
【０１１９】
この格子構造体に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、格子の方向に平行な偏光成分（ｓ偏光）の反射率（Ｒｓ）と、格子の方向に垂直な偏光成分（ｐ偏光）の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、それぞれ図２３に示す。波長域０．４μｍ〜０．７μｍにおける平均値で、Ｒｓ＝０．６３、Ｔｐ＝０．９１が得られた。
これは、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．９１の高率で透過し、ｓ偏光は０．６３の高率で反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。
【０１２０】
なお、上記構成で、誘電体膜１１２，１１４を五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の誘電体膜にしても良い。
また、上記構成で誘電体膜１１２，１１４を二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の誘電体膜に、かつ、誘電体膜１１３を二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）薄膜としても良い。
さらにまた、二酸化チタン（ＴｉＯ２）または（ＳｉＯ２）の誘電体膜１１２と格子構造体１１１の表面との間に１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）の誘電体膜を設けても良い。
これら事項は、本発明者のコンピュータシミュレーションおよび実験により、知見されたものであり、どの程度の値が選択されるかは個々の格子構造体の実状に応じて適宜設計・選択される事項である。
【０１２１】
続いてこのような格子構造体の製造方法について説明する。
図２４は格子構造体の構成図、図２５は格子構造体の製造方法を説明する説明図である。図２４は格子構造に多層膜を形成した構造体であり、１１５は透明基材である誘電体格子を示し、１１６，１１７，１１８，１１９は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる第１層膜、第２層膜、第３層膜、第４層膜をそれぞれ示している。
この製造方法は、表面部の断面形状が矩形、台形、三角形、正弦波形またはこれらを複数組合わせた形状を有する透明基材である誘電体格子に、スピンコーター法またはロールコーター法を用いて第一の溶媒で希釈された第一の屈折率をもつ物質を付けた後、溶媒を除去する工程を一度または複数回繰り返し製造する方法である。以下、図２５を用いてこの製造方法を説明する。
【０１２２】
図２５では、表面部の断面形状が三角形である誘電体格子１１５上に多層膜を形成する例である。図２５（ａ）に示すように誘電体格子１１５上に第一の屈折率を有する物質を第一の溶媒で希釈した液体１２０を塗布する。この場合、例えばスピンコーター法では、液体１２０を滴下した後に誘電体格子１１５を回転して、遠心力により液体１２０を誘電体格子１１５の表面に行き渡らせつつ塗布する。
続いて乾燥処理を行い第一の溶媒を除去したものが図２５（ｂ）であり、これによって第１層膜１１６が形成される。続いて、同様に図２５（ｃ）に示すように第二の屈折率を有する物質を溶媒で希釈した液体１２１を用いて第二層の形成処理を行う。このとき溶媒は第一の溶媒としてもよいし、第一の溶媒とは異なる第二の溶媒としても良い。続いて乾燥処理を行い図２５（ｄ）に示すように第２層膜１１７が形成される。以上述べた処理を複数回行うことにより、所望の積層構造を形成する。
【０１２３】
ここでは層を構成する物質を溶媒で希釈して塗布する例を述べたが、層を形成する方法は、断面形状が矩形、台形、三角形、正弦波形またはこれらを複数組合わせた形状を有する透明基材に、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法の何れかによって形成しても良い。
以上、本実施形態の偏光分離手段１０について説明した。なお、誘電体格子として、正弦波形、三角形を近似した階段形状（図１７参照）の凸部を採用してもよい。
【０１２４】
続いて、本発明の第６実施形態について説明する。
本実施形態では、第４，第５実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。
本実施形態の偏光分離手段１０は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の凹部に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、または、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層、を加えた格子構造体であり、格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであるというものである。
【０１２５】
これら格子構造体は、導光手段４０に直接形成される場合、透明基板上に形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルム形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
その断面形状を、図２６，図２７の格子構造体の構成図に示す。図２６，図２７における１２２，１２３は透明基材である誘電体格子を示し、１１６，１１７，１１８，１１９は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる第１層膜、第２層膜、第３層膜、第４層膜をそれぞれ示している。
【０１２６】
これら図２６，図２７の格子構造体の周期的な繰り返し構造について特にこのましくは、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍとし、その表面に表面層として、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に複数層積層させると良い。また、ＴｉＯ２層またはＳｉＯ２層と格子構造表面との間に０を超えて１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）層を有すると良い。
【０１２７】
このような格子構造体の製造方法について説明する。図２８は、格子構造体の製造方法を説明する説明図である。図２８（ａ）に示すように透明基材である台形状の誘電体格子１２３にスピンコーター法またはロールコーター法を用いて第一の屈折率を有する物質を第一の溶媒で希釈した液体１２１を塗布し（図２８（ｂ））、乾燥処理を行って第１層膜１１６を形成し（図２８（ｃ））、この後、誘電体格子１２３の凹部よりも上（凸部の表面上）にある第一の屈折率を有する物質を除去する（図２８（ｄ））一連の処理を繰り返すことにより第１層膜１１６を形成して、図２６，図２７にある構造を近似的に形成することもできる。
【０１２８】
この格子構造体は、例えば、図２１，図２３で示すよう特性と同様な特性を示し、０．４〜０．７の可視光領域全般にわたり反射・透過することが実験的に確認されている。
これらは、第５実施形態同様に可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。本実施形態ではこのような格子構造体を偏光分離手段１０に採用してもよい。
以上、本実施形態の偏光分離手段１０について説明した。なお、誘電体格子として、正弦波形、三角形を近似した階段形状（図１７参照）の凸部を採用してもよい。
【０１２９】
続いて、本発明の第７実施形態について説明する。
本実施形態では、第４，第５，第６実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。
本実施形態の偏光分離手段１０は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質が積層状に形成された凸部の周期的な繰り返し構造である格子からなる格子構造体である。そして格子構造体は、その断面形状が矩形、台形、三角形あるいは正弦波形の凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しである。
その断面形状を、図２９，図３０の格子構造体の構成図に示す。図２９，図３０における１２４，１２５は透明基材である誘電体格子を示し、１１６，１１７，１１８，１１９は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる第１層膜、第２層膜、第３層膜、第４層膜をそれぞれ示している。
【０１３０】
この格子構造体は、第５，第６実施形態同様に可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。これら格子構造体は、導光手段４０に直接形成される場合、透明基板上に形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルムに形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
【０１３１】
続いて、図２９，３０に示す格子構造体の製造方法を説明する。
先に述べたスピンコーター法またはロールコーター法を用いて第一の屈折率を有する物質を第一の溶媒で希釈した液体を塗布し、続いて乾燥処理を行い第一の溶媒を除去する一連の処理を屈折率の異なる物質について繰り返すことにより、誘電体格子１２４または１２５の表面に多層膜を形成する。このように形成した多層膜を所望の構造と嵌合する構造の型を用いてエンボス処理を行うことにより、図２９，３０のような構造の格子を形成するものである。ここで、多層膜の形成方法は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法の何れかにより形成するものでも良い。
【０１３２】
続いて、本発明の第８実施形態について説明する。
本実施形態では、第４，第５，第６，第７実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。図３１，図３３は格子構造体の概略的な構成図、図３２、図３４は格子構造体の偏光分離特性図である。
【０１３３】
本実施形態の偏光分離手段１０は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造体である。特に、金属材料からなる第２の格子構造は反射率が６０％以上の金属薄膜からなるようにした。この金属格子の金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金である。好ましくは、Al，Ag，Auが好適である。
また、格子構造体の誘電体格子は、その断面形状は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組み合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであり、このましくは、格子構造体の誘電体格子は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が０．４μｍ以下、格子深さが、０．２μｍ以下である。また、格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を複数組み合わせて形成した凸部であっても良い。
これら格子構造体は、導光手段４０に直接形成される場合、透明基板上に形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルムに形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
【０１３４】
このような構造を満たす具体的な実施形態として、本実施形態では、図３１で示すように透明な誘電体材料により照明光の波長程度以下の周期で形成される誘電体格子である矩形格子１２６の表面に、さらに金属材料により照明光の波長程度以下の周期で形成される金属格子であるアルミニウム１２７により格子構造体を形成したものとする。
この格子構造体に光を入射させたときの偏光分離特性の計算機によるシミュレーションの具体例について説明する。図３１の格子構造体を格子周期ｐ＝０．２μｍ、格子深さｄ＝０．１μｍの矩形格子１２６の凸部分に、厚さ２０ｎｍのアルミニウム１２７を形成した構造とする。この格子構造に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、格子の方向に平行な偏光成分の反射率（Ｒｓ）と、格子の方向に垂直な偏光成分の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、図３２に示す。波長域０．４μｍ〜０．７μｍにおける平均値で、Ｒｓ＝約０．６、Ｔｐ＝約０．４が得られた。
【０１３５】
これは、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．６程度透過し、ｓ偏光は０．４程度反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。このような格子構造体としても第４〜第７実施形態と同様の機能を果たすことが可能である。
【０１３６】
また、他の例として図３３で示すように透明な誘電体材料により照明光の波長程度以下の周期で形成される誘電体格子である三角形格子１２８の表面に、さらに金属材料により照明光の波長程度以下の周期で形成される金属格子であるアルミニウム１２９を形成した格子構造体である。
格子周期ｐ＝０．０８μｍ、格子深さｄ＝０．０４μｍの三角形格子１２８の片側斜面部分に、厚さ２０ｎｍのアルミニウム１２９を形成した構造である。この格子構造に可視の波長域の光を垂直入射させた場合に、三角形格子１２８の方向に平行な偏光成分の反射率（Ｒｓ）と、格子の方向に垂直な偏光成分の透過率（Ｔｐ）の、波長依存性を、図３４に示す。波長域０．４μｍ〜０．７μｍにおける平均値で、Ｒｓ＝０．５、Ｔｐ＝０．７７が得られた。
【０１３７】
これは、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．６程度透過し、ｓ偏光は０．７７程度反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。
このような格子構造体としても第５，第６，第７実施形態と同様の機能（白色光源および単色光源の採用）を果たすことが可能である
【０１３８】
続いて、本発明の第９実施形態について説明する。
本実施形態では、第４，第５，第６，第７，第８実施形態と同様に、上記第１〜第３の実施形態の構成に加えて、さらに偏光分離手段１０をより具体的に説明するものであるが、偏光分離手段１０の他の形態である。
本実施形態の偏光分離手段は、金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子である金属格子からなる格子構造体である。
この格子構造体は、導光手段４０に金属格子が直接形成される場合、透明基板上に金属格子が形成されて導光手段４０に配置される場合、あるいは透明フィルムに対して金属格子が形成されて導光手段４０に配置される場合等が考えられる。
【０１３９】
この格子構造体は、好ましくは、反射率が６０％以上の金属薄膜である金属格子を形成した格子構造体であるとよく、そのために金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金が採用される。また、金属格子の金属薄膜の膜厚は０．０５μｍ以上、格子の周期Ｔは照明光の波長程度以下の０．０５〜０．２５μｍであり、格子の幅は、格子の周期Ｔに対して０．２５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲にすると良い。
さらに、好ましくは、導光手段、透明基板、あるいは透明フィルムと金属格子との下側には下地層を形成し、金属格子および前記下地層の表明に保護膜を形成すると良い。
【０１４０】
金属格子は、導光手段、透明基板、透明フィルムあるいは下地層の表面に縞状の格子パターンを有するマスクを通して、蒸着法，スパッタ法，イオンプレーティング法，またはドライエッチング法の何れかにより形成することができる。
特に、透明フィルムの表面側に金属薄膜からなる金属格子が形成する場合には、格子構造体は、透明フィルムに金属格子を形成した後、その透明フィルムを縞方向に延伸して金属格子を微細なパターンとし、透明フィルムと共に導光手段または透明基板上に貼り付けて形成することとなる。
【０１４１】
このような偏光分離手段１０について図を参照しつつ説明する。図３５は、格子構造体の構成図、図３６は、偏向分離特性図である。
格子構造体は、図３５で示すように、光の波長程度以下の周期ｐで形成されている金属薄膜である金属格子１３１を備えている。金属格子１３１は、詳しくは、透明基板１３０上に幅ａ・膜厚ｄの金属薄膜（金属格子）１３１を周期的に配置したものであり、ａ＋ｂは周期ｐと一致する。
【０１４２】
この格子構造体は、偏光分離機能を与えるために、金属薄膜の膜厚ｄは０．０５μｍ以上であり、金属格子の周期は透過する光の波長程度以下の０．０５〜０．２５μｍであり、金属格子の幅は、金属格子の周期Ｔに対して０．２５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲内に治める必要がある。
本実施形態では、金属格子１３１の周期ｐが２００ｎｍ程度、深さは１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度とし、金属格子１３１に金属材料としてアルミニウムを用いることにより、０．４〜０．７μｍの可視光領域にある入射光のうちｐ偏光の透過率は、可視光の波長域に対し約８０％〜８５％程度であり、また、ｓ偏光の反射率は６０％以上という性能を確保している。
【０１４３】
図３７は他の格子構造体の断面斜視図である。図３７において、導光手段４０の表面部である透明基板１３２は光学特性に優れた透明材料を用いるものであり、その材質は特に限定されないが、例えばアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アモルファスポリオレフィン系樹脂、ポリエポキシ系樹脂、またはポリスチレン変性樹脂等を成形加工して形成される。
下地層１３３が、後述する金属薄膜１３４からなる格子を形成する際に、透明基板１３２との接着性向上及び金属薄膜形成時のダメージを防止するために設けられる。なお、この下地層１３３は、必ずしも必須の構成要素ではない。
下地層１３３の材質としては、紫外線型のウレタン変性やエポキシ変性アクリレート樹脂、または汎用性のアクリル酸／メタクリル酸共重合体、ポリエステル、酢酸ビニル／アクリル酸共重合体等の樹脂、あるいは、水溶性無機コート材等を用い、これらをスピンコート、ディッピング、ナイフコーター、スリットリバースコーター等で２μm以下に塗布し、光または熱で硬化させて形成する。
【０１４４】
金属薄膜１３４は、金属格子を形成するものである。金属薄膜１３４としては、例えばMg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物等である。これらのうちで好ましいものは、Cr,Ni、Pt、Cu,Ag、AuまたはAlである。これらの化合物は単独で用いてもよいし、あるいは２種以上を組み合わせて合金として用いても良い。金属薄膜１３４の反射率は６０％以上であることが好ましいが、７０％以上であると反射効率が良くなる。
【０１４５】
この金属薄膜１３４は、縞状の格子パターンを有するマスクを通して、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法またはドライエッチング法で格子構造に形成される。金属薄膜１３４の厚さは０．０５μｍ以上であるが、あまり厚いと透明基板１３２または下地層１３３の界面で剥離したり、クラックが発生する恐れがある。
金属薄膜１３４によって形成される格子の周期は、照明光の波長程度以下の０．０５〜０．２５μｍであり、好ましくは０．０８〜０．２μｍの範囲である。更に、金属薄膜１３４による格子方向の幅は、格子周期Ｔに対して、０．２５Ｔ〜０．８５Ｔμｍの範囲が光学的に好ましい。
【０１４６】
保護膜１３５は表面硬度が傷等に強いことが要求されるため、ウレタン変性、エポキシ変性の多官能性アクリレート系の放射線硬化型樹脂、透明無機薄膜等を湿式法、または金属薄膜形成時と同様のドライ法で形成する。保護膜１３５の膜厚は３μｍ以下とすることが望ましい。
更に、反射膜１３６は透明基板１３２の裏面側に形成された反射膜であり、金属薄膜１３４と同一化合物または異種化合物により形成される。これは反射手段３０に相当するものである。
この反射膜１３６は、透明基板１３２の裏面のみに形成しても良いが、光源２からの入射光を受光する面と、透明基板１３２から出光する面と、を除く面のすべてに形成しても良い。なお、この反射膜１３６（反射手段３０）の形成方法は他の実施形態でも適用できる事項である。
【０１４７】
次に、この改良した実施形態を具体化した実施例を説明する。
図３７の構成において、先ずアクリル系樹脂（株式会社クラレ製：商品名パラペットＨ−１０００）を射出圧縮機（ファナック株式会社製：商品名１００ｔｏｎ α１００ｉＡ）を用いて、樹脂温度２５０℃、金型温度７０℃、最大射出圧７０Ｍｐａで射出成形し、光学的に優れた透明基板１３２を得る。この透明基板１３２の上に下地層１３３としてエポキシ変性アクリレート系樹脂からなる紫外線硬化型コーティング剤をスピンコート法で塗布し、紫外線硬化して約０．８μｍ厚の膜を形成した。
【０１４８】
この下地層１３３の上に、格子パターンを形成したマスクを通してスパッタ法でＡｌの金属薄膜１３４（膜厚０．１μｍ）を形成し、格子周期が０．１５μｍ、格子幅が０．０８μｍの金属格子を得た。
同時に、透明基板１３２の裏面の全面に、Ａｌの反射膜１３６（膜厚０．１μｍ）を形成した。
更に、これらの透明基板１３２、下地層１３３、金属薄膜１３４、反射膜１３６からなる部材の表裏にスピンコート法で多官能性エポキシ変性アクリレート樹脂からなる紫外線硬化型コーティング剤を塗布し、硬化させて、膜厚が約２μｍの保護膜１３５を形成することにより、完成させた。
【０１４９】
次に、さらに改良された実施形態を説明する。図３８は他の格子構造体の断面斜視図、図３９は他の格子構造体の断面斜視図、図４０は金属薄膜が蒸着されたフィルムの製造方法を示す図である。この実施形態も、導光手段及び金属材料からなる格子構造に関するもので、図３５〜図３７で示した格子構造体の材質または構造を改良したものであり、詳しくは透明フィルムの表面側に金属薄膜を形成したものである。
【０１５０】
図３８に示す改良された他の実施形態の格子は、詳しくは透明基板１３７の上に積層された透明フィルム１４２上に幅ａ・膜厚ｄの金属薄膜（金属格子）１３９を周期的に配置したものであり、ａ＋ｂは周期ｐと一致する。
金属薄膜１３９は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金である。
この金属薄膜１３９からなる格子構造は反射率が６０％以上となるように構成され、詳しくは金属薄膜の膜厚ｄは０．０５μｍ以上であり、格子の周期は照明光の波長程度以下の０．０５〜０．２５μｍであり、格子の幅は、格子の周期Ｔに対して０．２５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲であるようになされている。
【０１５１】
続いて、この改良された他の実施形態をより具体的にした構造について説明する。図３９において、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン樹脂またはビニール系変性樹脂等からなる透明フィルム１４２の上には、下地層１３８が形成され、図３７を用いて説明した構造と同様に、下地層１３８の上に格子構造の金属薄膜１３８が形成されている。なお、透明フィルム１４２の材質は上記のものに限定されるわけではない。
これらの透明フィルム１４２、下地層１３８、金属薄膜１３９からなる部材は、一般の透明な光学用の接着剤１４１を介して、透明基板１３７の上に貼り付けられる。その後、保護膜１４０及び反射膜１４３を形成して全体が完成する。
【０１５２】
ここで、透明フィルム１４２の上に下地層１３８を介して金属薄膜１３９を形成し、これを透明基板１３７の上に直接貼り付けても良い。
この透明フィルム１４２上に金属薄膜１３９を形成する方法は、図４０（ａ）で示すように、フィルム基材１４４上に、蒸着等により金属薄膜１３９を形成する。この場合、図４０（ａ）で示される金属薄膜１３９の幅・ピッチは、前記した幅ａ・周期ｐよりも大きく形成されている。このようなフィルム基材１４４を図４０（ａ）の矢印で示す延伸方向に引っ張って延伸すると、図４０（ｂ）で示すように、フィルム基材１４４・金属薄膜１３９は変形して、図３８で示すように幅ａ・周期ｐの透明フィルム１４２・金属薄膜１３９となる。
この場合、格子構造を更に微細なパターンとするために、格子の縞方向に透明フィルム１４２の樹脂のガラス転移温度（Ｔg）以下で延伸させた後に、透明基板１３７の上に貼り付けることも可能である。
【０１５３】
次に、この改良された他の実施形態をより具体化した実施例を説明する。
図３９で示す格子構造体において、PET（ポリ塩化テレフタレート）製の透明フイルム１４２（東レ社製）上に、下地層１３８として、ビニール系のコーティング剤によりスリットリバースコーターで約１μｍの膜を形成し、その上に図３７を用いて説明した構造と同様にスパッタ法で、Auからなる格子状の金属薄膜１３９を形成し、前記ガラス転移温度（Ｔg）以下の温度で縞方向に延伸した。これにより、格子周期が0.2μｍ、格子幅0.１μｍの格子構造を得た。
更に、保護膜１４０を図３７を用いて説明した構造と同様に形成して出射面側のフィルムを形成した。
また、前記同様に射出成形により得た透明基板１３７の裏面にAuからなる反射膜１４３を形成し、この透明基板１３７に、上記の作製したフィルムを反応型アクリル系の接着剤１４１により貼り合わせて完成させた。
【０１５４】
図３７，図３９を用いて説明した実施形態においても金属薄膜１３４，１３９からなる金属格子により、この金属格子と直交する偏光成分の光は金属格子を透過し、また、金属格子と平行な光は金属格子で反射して透明基板１３２，１３７内に戻され、反射膜１３６,１４３と、金属薄膜１３４，１３９からなる金属格子と、の間で多重反射される。
このように格子で反射された光は、透明基板１３２，１３７内で反射を繰り返すうちに図示しない偏光変換手段により偏光状態が変わり、様々な偏光状態を持つ光となって再度格子に入射し、前述したと同様に格子と直交する偏光成分の光を透過させることができる。
この結果、金属薄膜１３４，１３９からなる格子と直交する偏光成分の光が金属格子を透過でき、透明基板１３２，１３７に入射した光から偏光を効率良く取り出すことができる。
【０１５５】
これは、図３６の偏光分離特性図で示すように、可視領域の波長を有する光のうちｐ偏光は０．６程度透過し、ｓ偏光は０．７７程度で反射するというものであり、可視領域の全波長に対して良好な偏光分離特性が得られる。したがって、本実施形態の格子構造体を用いる偏光分離手段１０は、光源は白色光源および単色光源に採用することが可能である。
このような格子としても第３〜第８実施形態と同様の機能を果たすことが可能である
【０１５６】
以上、偏光分離手段１０の各種形態に第３〜第９実施形態として説明した。これらのうち誘電体により形成された格子構造体（第４実施形態）は、単色光源（単波長の光を出力する）のみの利用が好ましく、また、それ以外の格子構造体（第５〜第９実施形態）では単色光源および白色光源（異なる波長の複数の光を組み合わせて人の目に白色であると認識されるような光）に適用できる。これら偏光分離手段１０は、導光板の使用目的に応じて選択される。
【０１５７】
続いて、第１０実施形態として偏光変換手段２０および導光手段４０について一括説明する。偏光変換手段２０は、各種考えられるが、本発明では、特に樹脂の複屈折分布を利用するものである。ｓ偏光からｐ偏光への変換は、大部分が導光手段４０中の導光路のもつ複屈折によって行われる。
従来技術では、複屈折は決して好ましいものとは認識されておらず、例えば、いわゆるプラスチックレンズなど、光が透過する光学素子では、均一な光学的特性が要求されており、成形技術では光ディスクに見られるように成形の際付与されてしまう複屈折を低減させる工夫が行われている。
本実施形態では通常に樹脂成形を行った場合に発生する複屈折によっても偏光の変換は行われ、本発明の効果が得られる点に着目したものであり、本発明では従来では減少させていた樹脂成形時に発生する複屈折をあえて増加させてｓ偏光−ｐ偏光間の変換効率をさらに高めるようする。
本発明では、樹脂で導光手段４０を製造する際に、導光手段４０内に所定の複屈折位相差を付与する複屈折を分布させるようにして、導光手段４０とともに偏光変換手段２０を一括して製造し、構造の簡素化・薄型化・製造工程の省力化・製造コストの低減化等を図るものである。
【０１５８】
本実施形態では、高分子樹脂を射出成形して導光手段４０を成形する。この射出成形時に偏光変換手段２０である複屈折分布を内在させるようにする。
以下、製造方法について説明する。通常の射出成形は、高分子樹脂材料を溶融可塑化させて高温状態で成形金型のキャビティ内に高速充填した後冷却固化させて目的とする形状の成形品を得る。
この際、樹脂材料が粘弾性物質であること、樹脂材料の流動と冷却とが同時並行して起きること、および樹脂材料の熱伝導率が低くて冷却が不均一になることなどが原因となって、成形品中には不可避的に応力と歪みとが残留する。成形品中には不可避的に応力と歪みとが残留するため、樹脂成形品にはワープやシンクなどが発生するおそれがある。
【０１５９】
また、キャビティ中の反注入口側の型壁付近においては、高温の樹脂材料が低温の型壁に急激に接触する故にその粘性が高くなり、転写性（型形状に対する追従性）が低下する。したがって、成形品が例えば多数の細い溝（例えば、偏光分離手段１０の格子構造体の凸部）が並設されている部分を有するものの場合には、所定構造が精密に得られないおそれもある。
さらに型壁に接触する樹脂材料と側壁の温度差が大きいことが原因で、樹脂材料中に粘性の異なる層ができるので剪断力が発生して、樹脂材料の高分子鎖が高度に配向された層（以下、単にスキン層という）が形成される。この結果複屈折や屈折率の局部変化が発生する。
これら特性を鑑み、ワープ・シンク・ショートショット（射出不充分）・ウエルドライン（融合不充分）などの成形不良を発生させることなく導光手段４０を形成し、しかも、所定複屈折量のスキン層を形成する必要がある。
【０１６０】
以上のような条件を満たすように、冷却速度調整、樹脂温度調整、および成形圧力調整が必要である。特に樹脂温度および成形圧力を高くして成形不良を回避しつつ、特にスキン層を発生させるために型壁における樹脂材料と側壁との温度差を大きくすることが必要である。
本発明者は、鋭意実験を重ね、所定複屈折量を満たす複屈折分布を有する射出成形方法を知見した。
射出成形機は、ファナック株式会社が製造した１００ｔｏｎ α１００ｉＡという商品名の機械であり、溶融樹脂に高圧を印加して成形できる装置である。
この射出成形機に対して、複屈折分布の形成可能な樹脂材料としてポリカーボネート（帝人化成株式会社の商品名パンライト）を用いている。
そして、成形圧力を従来よりも高圧の１４２ＭＰａ（１４５０ｋｇｆ／ｃｍ２）に、また、樹脂温度を３００℃、金型温度を１１２℃として、図１，図２で示される導光板１（縦６４ｍｍ、横６４ｍｍ、厚さ０．９ｍｍ）を形成した。
この場合に導光手段４０に樹脂の異方性と配向によって複屈折が形成されることとなる。
【０１６１】
この場合の複屈折分布について説明する。
図４１〜図４３は導光手段の複屈折分布を示す特性図である。この複屈折率分布では波長５５０ｎｍの光に複屈折位相差を付与するものとして図示してあり、複屈折は導光手段の格子面に垂直な方向に形成されている。
通常の樹脂成形品では、図４１で示すように、導光手段断面位置全体にわたり複屈折位相差が３０゜以下となるように複屈折分布が抑制・制御されるが、上記の製造条件で製造される本実施形態ではその複屈折位相差は図４２で示すように、複屈折が付与する複屈折位相差は透過する光に対して、θ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）という条件３を満たす。
また、図４３で示すように、複屈折が付与する複屈折位相差は透過する光に対して、θ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）から一部が逸脱するものの、偏光変換手段の６０％以上の領域は条件３を満たす。また、条件１，条件２は十分に満たしている。
このように、複屈折は本発明の偏光変換手段２０としての機能を果たすものとなる。
【０１６２】
なお、上記したポリカーボネート以外にスキン層による複屈折を発生させる樹脂材料として、アクリル樹脂（ポリメタクリル酸メチル：ＰＭＭＡ）、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳ）、エボキシ樹脂（ＥＰ）、オレフィン系樹脂（オレフィン系エラストマー（TPO））を用いることができるが、アクリル系樹脂やオレフィン系樹脂、アモルファスポリオレフィン系樹脂、ポリエポキシ系樹脂、またはポリスチレン変性樹脂等も用いることができる。
【０１６３】
また、上記した樹脂を２種混合したポリマアロイや、上記樹脂に対し、紫外線吸収剤等の添加物を混合させたポリマアロイなども樹脂として用いることができる。例えば、アクリル樹脂にＳｉＯ２ を添加物として加えたものなどである。さらにまた、主材と異なる樹脂ポリマ（微小スチレンビーズないし液晶ポリマ）を所定量含むようにして、混晶ポリマーにすることもできる。
これらは、スキン層の複屈折に加え、スチレンビーズないし液晶ポリマという複屈折性の領域を付与する機能を果たし、複屈折量を増大させることが可能となる。
【０１６４】
なお、本実施形態では、導光手段の形成として、射出成形方式や注型成形方式、押出成形方式、流延成形方式、圧延成形方式やロール塗工方式、トランスファ成形方式、反応射出成形方式、（ＲＩＭ）、２Ｐ成形方式、またはキャスト成形方式などを採用することができる。その形成に際しては、必要に応じて変色防止剤や酸化防止剤、紫外線吸収剤、離型剤などの必要な添加剤を配合することもできる。
【０１６５】
続いて、第１１実施形態として反射手段３０について説明する。
反射手段３０は、導光手段４０のうち光が入射される面と、偏光分離手段１０が形成される面と、を除く面のすべてまたは一部に設けられており、導光手段４０から不要な洩れ光がないようになされている。
【０１６６】
この反射手段３０の具体例として、一部又は全部は微細な凹凸からなる拡散性ホログラムとし、偏光分離手段１０に向けて拡散反射するものが考えられる。
この拡散性ホログラムについて説明する。図４４は拡散性ホログラムの原理図を説明する説明図である。図４４に示す拡散性ホログラムは、平面状であり、直交座標系のｘｙ平面上に置かれる。また、反射型であり、下式の数３に示すＰ３００(ｘ)で表される位相差分布を持つ。
【０１６７】
【数３】
但し、上式におけるＰ３１０(ｘ)，Ｐ３２０(ｘ)，Ｐ３３０(ｘ) は下式の数４に示すように与えられる。なお、λは入射光および出射光の波長であり、ｘ０は拡散性ホログラム３１上に設けた基準位置を示す位置ベクトルである。ｘ３００，ｘ３１０，ｘ３２０，ｘ３３０ は、順に図４４中の点Ｓ３，Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３のそれぞれの位置ベクトルである。この４点はいずれもｚ軸の負側に位置する。
【０１６９】
【数４】
この位相差分布Ｐ３００(ｘ)を持つ拡散性ホログラム３１は、位相差分布Ｐ３１０(ｘ)による偏向と位相差分布Ｐ３２０(ｘ)による偏向と位相差分布Ｐ３３０(ｘ)による偏向を同時に引き起こす作用を有する。つまり、点Ｓ３を通り発散する波長λの入射光３００が拡散性ホログラム３１に入射すると、分岐、偏向されて、点Ｕ３に向かい収束する出射光３１０と点Ｖ３に向かい収束する出射光３２０と点Ｗ３に向かい収束する出射光３３０が出射される。さらに、各出射光の強度比は数３に示した式中のａ３２０とａ３３０の値に応じた比率となる。
【０１７１】
位相差分布Ｐ３００(ｘ,ｙ)は、下式の数５に示したｚ軸方向の形状分布Ｄ’３００ａで表される表面を持つ拡散性ホログラム３１により実現することができる。ここでは、拡散性ホログラム３１の周囲の媒質の屈折率は１である。
【０１７２】
【数５】
このようにして形成された拡散性ホログラム３１では、光源である点Ｓ３を通り発散する波長λの入射光３００が拡散性ホログラム３１に入射すると、分岐、偏向されて、点Ｕ３に向かい収束する出射光３１０、点Ｖ３に向かい収束する出射光３２０、点Ｗ３に向かい収束する出射光３３０が出射される。したがって、所望の方向に向けて拡散反射するよう制御することが可能である。
【０１７４】
この拡散性ホログラム３１にはさらに金属反射膜が形成されて、反射率をより向上させており、その金属が、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金である。なお、コスト等を勘案して最も好ましいのは、Al，Au，Ag薄膜である。Al薄膜，Ag薄膜の場合には酸化、腐食による膜の損傷を防止するためさらに保護膜を形成するのが望ましい。
【０１７５】
また、反射手段３０として、誘電体多層膜により形成しても良い。
さらに、この誘電体多層膜にさらに金属薄膜を形成して、反射率を向上させるようにしても良い。
【０１７６】
また、反射手段３０として、印刷による反射パターンを形成しても良い。反射パターンは、例えば、図４５で示すような印刷パターンである。
また、反射手段３０として、散乱面（反射面にサンドブラス・薬品による腐食等を用いて形成した粗面）としても良い。
【０１７７】
以上説明したような導光板を用いて輝度向上率を比較して評価した。比較表を以下に示す。図４６は輝度向上率の比較評価図である。
上記した条件１，２，３を満たすような複屈折位相差が付与され、複屈折率位相差が４０゜，６０゜，７０゜，８５゜となった場合の従来の導光板に対する輝度向上率を求めたものである。光の波長は６３０ｎｍの単波長の光源、誘電体格子の周期Ｐ＝０．６μｍ、格子の深さｄ＝０．３μｍ、金属格子の周期をＰ＝０．２μｍを想定している。従来の導光板に対する輝度向上率は次式数６にＴｐ、Ｒｓ、η、Ｒを代入して求められる。
【０１７８】
【数６】
ここにおいて、Ｔｐ は偏光分離手段のｐ偏光透過率である。Ｒｓは同じくｓ偏光反射率である。ηはｓ偏光ｐ偏光変換率である。Ｒは導光板反射面の従来の反射率に対する反射率比である。なお、分母にある除数０．５は、従来の導光板から放射される１の光のうち、ｐ偏光のみ、すなわち、０．５の光を利用していることによる。
【０１８０】
このような係数について偏光分離手段が誘電体格子のみの格子構造体である場合、誘電体格子のＴｐ＝０．８５，Ｒｓ＝０．５５，Ｒ＝１である。
また、偏光分離手段が誘電体格子に多層膜を形成した格子構造体の場合、Ｔｐ＝０．９，Ｒｓ＝０．９，Ｒ＝１である。
また、偏光分離手段が誘電体格子に金属格子を形成した格子構造体の場合、Ｔｐ＝０．７５，Ｒｓ＝０．６，Ｒ＝１である。
ｓ偏光ｐ偏光変換率ηは、複屈折位相差４０゜、６０゜、７０゜、８５゜、にそれぞれ対応して、０．４４、０．６６、０．７７、０．９４である。
【０１８１】
このように、図４６でも明らかなように、従来よりも輝度向上率が改善されていることが判る。９０゜近い複屈折率位相差を付与できたならば、輝度向上率は１．６となる場合もあり、従来よりも６０％輝度を向上させることができる。
以上本発明の導光板１の構成要件である偏光分離手段１０、偏向変換手段２０、反射手段３０および導光手段４０について説明した。これら構成を適宜組み合わせることで、導光板１は、輝度向上率を向上させることができる。
【０１８２】
続いて、このような導光板１のさらなる改良について説明する。
導光板１を照明装置として用いる場合、導光板１から照射される光は色分布の均一性を要求される。偏光向分離手段１０は格子構造体であるため白色光を入射した場合、分光効果によって虹が発生するように考えられるが、偏光分離手段１０の一点について多数の方向から光が入射するため偏光分離手段１０から射出される光は多くの光が混ざり合い虹は発生しない。
しかし、偏光分離手段１０内の場所によっては色が多少異なることが生じる。色の異なりは偏光分離手段１０の偏光分離特性すなわちｐ偏光透過率およびｓ偏光反射率を適当に選択すること、すなわち、偏光分離手段の格子ピッチ、格子深さなどを適当に選択することによって均一化することが出来る。
特に光源２から近い位置と遠い位置とでは、輝度が相違している。そこで、特に液晶表示装置用の照明装置に用いる導光板１では、上記構成に加えてさらに色分布の均一化を図る配慮がなされている。
【０１８３】
この色分布の均一化技術について説明する。
まず、今まで説明した導光板１では、偏光分離手段１０は格子ピッチ、格子深さ等は均一な周期構造であるものとして説明した。しかしながら、色分布の均一化のため格子ピッチ、格子深さ等を場所によって変化させ、偏光分離手段１０の偏光分離特性、すなわち、ｐ偏光透過率の波長依存性、ｓ偏光反射率の波長依存性を場所によって変化させている。
【０１８４】
この点を図を参照して説明する。図４７は、場所により誘電体格子の格子ピッチが異なる偏光分離手段の説明図である。
図４７の偏光分離手段１０の光源２に近い側は光密度が高く、光源２から離れるにつれ密度が低下する。そこで、偏光分離手段１０の偏光分離特性について、ｐ偏光透過率を光源から近い側（図４８の左側）では低いＴＰ１に設定し、また、遠い側（図４８の右側）では高いＴＰ２に設定し、ｓ偏光反射率を光源から近い側（図４８の左側）では高いＲＳ１に設定し、また、光源から遠い側（図４８の右側）では低いＲＳ２となるように、偏光分離手段１０の誘電体格子の格子ピッチ、格子深さを選択するようにする。
【０１８５】
これにより偏光分離手段１０を透過しようとする光ＰＰ０１，ＰＳ０２のうち、光源２に近い側では光密度が低いｐ偏光であるＰＰ１を透過させ、ｓ偏光であるＰＳ１は高率で反射させ、また、光源２から遠い側では通常より光密度が高いｐ偏光であるＰＰ２を透過させ、ｓ偏光であるＰＳ２は低率で反射させる。このため、遠近領域での光密度の差が是正され、光密度を遠近領域で均一にすることができる、すなわち輝度分布の均一化が図れる。このように偏光分離手段１０の誘電体格子の格子ピッチを位置により異なる構成とすることで輝度率の均一化に寄与することができる。
【０１８６】
また、光源によっては、左右両端領域でも不均衡を生ずる場合がある。この点について図を参照しつつ説明する。図４８は、場所により誘電体格子の形状が異なる偏光分離手段の説明図である。今まで説明した偏光分離手段１０が有する誘電体格子（第４〜第８実施形態）・金属格子（第９実施形態）が偏光分離機能を実現するためには、誘電体格子・金属格子に対して直交するよう光が入射することが望ましい。したがって、通常は、図４８（ａ）で示すように棒状の光源（線状光源）２を用いることが望ましい。このような棒状の光源２は、例えば、上記では冷陰極管が該当する。しかしながら、単色光源などではＬＥＤのように点状の光源２を採用する場合もあり、この場合は左右両端領域では入射光が直交しないため、偏光分離機能が不完全であって輝度分布が不均一な場合が起こりうる。
【０１８７】
そこで、誘電体格子・金属格子を図４８（ｂ）で示すように湾曲状に設けた格子構造体としたり、また、図４８（ｃ）に示すように入射する光に対して直交する三本の線を組み合わせた近似形状の格子構造体とした。このため、図４８（ａ）湾曲状の格子構造体では全ての入射光が、また、図４８（ｂ）の近似形状の格子構造体では殆どの光が、格子構造体の形成方向に直交するように光が入射するため、棒状・点状の光源２を採用した場合でも、左右領域で輝度分布の均一化を図ることができる。
【０１８８】
続いて、輝度率を均一化するためには、反射手段３０の工夫によっても行うことが出来る点について図を参照しつつ説明する。図４９は、場所により印刷パタンが異なる反射手段の説明図である。従来から知られているように図４９（図４５は図４９の斜視図である）に示す拡散反射性の材料を光源２に近い側で密度が高く、遠い側で光密度が低くなるように印刷する。このようにしても、輝度分布の均一化を図ることができる。
【０１８９】
また、先に説明した拡散性ホログラムとすることによっても行える。図５０,図５１は、場所により反射方向を相違させる拡散性ホログラムによる反射手段の説明図である。先に説明した拡散ホログラムは入射する光を複数の方向に、方向ごとに異なる光強度を持って高効率で分岐偏向するものであった。この手法によって図５０に示す上方反射方向は光源に近い側では低反射率で、光源から遠い側では高反射率とするように設計して光密度を均一化し、輝度分布の均一化を図ることができる。
反射型の拡散性ホログラムでは入射する光を多数に分岐させることによって光の拡散効果を持たせることができる。反射型とするためには従来から知られているようにメッキ処理を行う。特に光を分岐させる方向を偏向分離面の方向にすることによって光の偏向分離面から放射される光の方向を所定の範囲に収めるよう工夫することもできる。
拡散性ホログラムは、上に述べた方法の他にDammannの方法として知られている光分岐器の設計手法を用いることもできる。また、体積ホログラム屈折率分布を形成して拡散機能を持たせる手法でも良い。また、特開昭５３−４２７２６「カメラのファインダー」、特開昭５３−５１７５５「スペックル拡散板作成装置」に示されたスペックル拡散を利用したものであっても良い。
【０１９０】
また、液晶表示装置などの照明装置に用いる導光板は、光の放射される方向が所定の角度領域内に収まっていることが要求される。図５２は照明装置用の導光板の放射角度領域の説明図である。図５２で示すように、ｘ方向とｙ方向では放射角度領域は相違している。
このためには先に反射手段で述べた 印刷パタンによる方法、望ましくは拡散性ホログラムによる方法、Dammannの方法として知られている光分岐器の設計手法、体積ホログラム屈折率分布を形成して拡散機能を持たせる手法、特開昭５３−４２７２６「カメラのファインダー」、特開昭５３−５１７５５「スペックル拡散板作成装置」に示されたスペックル拡散を利用した手法など拡散ホログラムによる方法によって放射角度領域を設定する。
【０１９１】
続いて、以上説明した導光板１を用いる液晶表示装置について説明する。図５３は、液晶表示装置の概略構成図、図５４は格子構造体と透過光との関係を図示するＡＢ矢視図である。
図５３で示すように液晶表示装置４は、光源２、導光板１、液晶パネル５を備えるものであり、導光板１の側面に光源２を配置する構成は、エッジライト型と呼ばれ、この導光板１は概略楔形である。光源２と導光板１とで照明装置６を構成し、図５３、図５４で示すように、概略平面板状の液晶パネル５に照明光（３１ｃ〜３４ｃ）を照明する装置である。導光板１は、今まで説明した偏光分離手段１０、偏光変換手段２０、反射手段３０および導光手段４０を一体に備えているものである。
この導光手段４０は、透明樹脂材料で形成されて光源２から入射した光３ａを液晶パネル５へ導光するとともに、図５３では図面明瞭化のため図示しないが偏光変換手段２０を、当然に内在している。偏光分離手段１０は、ここでは、照明光（３１ｃ〜３４ｃ）を出射する面に金属材料で形成される金属格子１３１（図３５参照）である。反射手段３０は、金属材料で形成される。
【０１９２】
続いて、この液晶表示装置４の機能について説明する。光源２から入射した光は導光手段４０へ入射する。図５３、図５４において、光源２は例えば冷陰極管であり、この光源２からの放射光３ａ（説明の簡素化のため、右斜め下に放射される光３ａのみ図示するが、実際は複数の光が導光手段４０に入射する。以下、複数の光を含めて光３ａで表示する）が導光手段４０に入射する。導光手段４０に光源２からの光３ａが入射する面と、液晶パネル５側の面以外の面には、金属薄膜の反射板である反射手段３０（３０ａ，３０ｂ）と、図５４に示される金属薄膜の反射板である反射手段３０（３０ｃ，３０ｄ）と、が備わっている。また、導光手段４０の液晶パネル５側の内面においても入射角が大きいと光は全反射するので、導光手段４０に入射した光３ａは導光手段４０内で反射を繰り返し、多重反射が生じる。導光基手段４０の内外、および反射手段３０の表面には、例えば、先に述べたように、入射した光を拡散させたり、指向性を持たせるような構造を備えることにより、液晶パネル５を照明する光を平面内で均一化することができる。
【０１９３】
以下、図５４を併用して図５３を説明する。導光手段４０の内側から偏光分離手段１０のある面に全反射しない角度で入射した光３ｂ，（３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ）は格子１３１に入射する。偏向分離手段１０は格子構造体が形成（図５４では水平方向に伸びるように形成されている。）される。偏向分離手段１０への入射光３ｂ，（３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ）は、偏向分離手段１０の格子構造体の形成方向（水平方向）に対して、垂直な偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）が透過し、偏向分離手段１０の格子構造体の形成方向に対して平行な偏光成分は反射する。透過する方向の直線偏光（３１ｃ〜３４ｃ）の透過率は、仮に格子構造体を金属格子として周期ｐが200nm程度、深さは100nm〜200nm程度であって金属材料としてアルミニウムを用いた場合、可視光の波長域に対し約８０％〜８５％程度までの透過率が得られる。
【０１９４】
また、反射する方向の偏光成分（３２ａ，３３ａ，３４ａ）はほぼ全て反射され、この反射した光（３２ａ，３３ａ，３４ａ）は再び導光手段４０の内部で多重反射を繰り返す。
このように、偏光分離手段１０で反射された光（３２ａ，３３ａ，３４ａ）は導光手段４０内で反射を繰り返すうちに図示しない偏光変換手段２０（複屈折）により偏光状態が変わり、様々な偏光状態を持つ光（３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ）となり、再度、偏光分離手段１０に入射し、前述したと同様に、偏光分離手段１０の格子構造体の形成方向に直交するｐ偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）だけが透過する。
以上のような過程を繰り返し、光源２から導光板１に入射した光３ａは、ｐ偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）となって導光板１から液晶パネル５へ照射される。上述の照明光（３１ｃ〜３４ｃ）の直線偏光の向きは、偏光板５１を透過する偏光の向きと一致させてあるので、照明光（３１ｃ〜３４ｃ）は偏光板５１で吸収されずに液晶板５２に入射させることができる。
【０１９５】
このように偏光分離手段１０で反射されたｓ偏光成分の照明光（３２ａ〜３４ａ）は、導光手段４０内で反射を繰り返すうちに複屈折である偏光変換手段２０により偏光状態が変わり、様々な偏光状態を持つ（つまり様々な偏光角度を含むｐ偏光成分・ｓ偏光成分を持つ）光３ｂ（３２ｂ〜３４ｂ）となり、再度偏光分離手段１０に入射し、前述したと同様に偏光分離手段１０の格子構造体の形成方向に直交するｐ偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）を透過させることができる。
この結果、ｐ偏光成分（３１ｃ〜３４ｃ）の光が偏光分離手段１０を透過して液晶パネル５を照射することができ、光源２から導光板１に入射した光３ａを効率良く利用することができる。
なお、反射手段（３０ａ〜３０ｄ）の一部は微細な凹凸からなる拡散性ホログラムとして、偏光分離手段１０に向けて出光する光を拡散反射させるようにしても良い。
更に、導光手段３０の裏面側に、表面側の格子構造と同一化合物または異種化合物からなる反射膜を備えても良い。
【０１９６】
この液晶表示装置の構成を従来技術と比較する。
図５３および図５４に図示する液晶表示装置４の構成は、図６５に例示した従来技術の液晶表示装置と比べて、導光手段４０の液晶パネル５側の面上に、上記原理で機能する偏光分離手段１０が備わった導光板１を用い、さらに所定条件１，２，３を満たすような複屈折位相差を付与する偏光変換手段２０を配置している点が異なる。なお、液晶パネル５の構造は図６５の構成と同じである。このため、ｐ偏光成分を有効に取り出すことが可能となり、液晶パネルが必要とするｐ偏光成分が多く入射されるため、液晶表示装置４の表示面は大変明るいものとなる。
【０１９７】
また、構成が少なくなるという利点がある。図５５は液晶表示装置の従来技術との比較図である。図５５（ａ）で示す従来技術の液晶表示装置では各種構成（反射板・導光板・拡散板・二枚のプリズムシート・保護フィルム・液晶パネル）を必要としていたが、図５５（ｂ）で示す、本発明に係る液晶表示装置４では構成を少なくしており、優れている点が判る。
また、従来の照明装置６に比べて照明光（３１ｃ〜３４ｃ）を効率よく液晶板５２に入射させることができるので、冷陰極管などの光源２の発光素子の発光輝度を下げて、消費電力を低減し、その結果、光源２の寿命を延ばすこと、あるいは発光素子の数を減らすことが可能になる。
【０１９８】
なお、液晶表示装置４に用いる導光板１は、図１で示した形態とすることもできる。この場合の液晶表示装置について図５６を用いて説明する。
本実施形態は、液晶表示装置の全体構造は基本的に図５３で示す液晶表示装置４と同様であって、特に偏光分離手段１０として誘電体格子・多層膜が塗布された誘電体格子を有する格子構造体を、反射手段３０として印刷パタンや拡散性ホログラムを採用したものである。楔型ではないが、印刷パタンや拡散性ホログラムにより所定方向へ拡散反射させるように設定できるため、楔形の導光板と同様に本発明の効果を奏しうる。なお、これ以外の点については先の説明と同様であるため重複する説明を避ける。
【０１９９】
このように、導光手段４０の出射側に配備される格子構造体により、この誘電体格子と直交する偏光成分（ｐ偏光成分）の光はこの格子構造体を透過して液晶パネル５を照射し、また、この格子と平行な偏光成分（ｓ偏光成分）の光はこの格子構造体で反射して導光手段４０内に戻され、導光手段４０の反射板と前記格子構造体との間で多重反射される。このように格子構造体によって反射された光は、導光手段４０内で反射を繰り返すうちに偏光状態が変わり、様々な偏光状態を持つ光となり、再度格子構造体に入射して、前述したと同様に格子構造体と直交する偏光成分（ｐ偏光成分）を透過させることができる。
この結果、格子構造体の格子と直交する偏光成分（ｐ偏光成分）の光がこの格子構造を透過して被照明対象を照射することができ、光源から導光手段に入射した光を効率良く利用することができる。
【０２００】
（他の実施形態）
図５７〜図６０は、本発明の他の実施形態の概略的な構成を示すものである。以下、これらについて順に説明するが、本発明は図５７〜図６０以外の様々な種類の液晶ディスプレイ装置等にも適用可能である。
まず、図５７は直下型照明方式の液晶ディスプレイに適用した例である。蛍光管等の光源２から放射された光は、導光手段４５０（前述した各実施形態における導光板１を包括する概念であり、以下の実施形態についても同様である。）を通過して格子形成部６００（前述した各実施形態における格子構造体を包括する概念であり、以下の実施形態についても同様である。）に到達する。
格子面で偏光が分離し、一方の偏光成分は透過して液晶パネル５を照明する。もう一方の偏光成分は反射して導光手段４５０を通過し、光源部２００内で反射して再び導光手段４５０を通過する過程で偏光状態が変化し、照明に寄与する。
【０２０１】
図５８は、液晶面から自然光を採光する方式の液晶ディスプレイ装置にこの発明を適用した例である。採光部２５０から入射した光は導光手段４５０を経由して格子形成部６００に至る。格子形成部６００の格子面で偏光が分離し、一方の偏光成分は透過して液晶パネル５を照明する。もう一方の偏光成分は反射して導光手段４５０内に戻り、その内部で反射を繰返して偏光状態が変化した後、再び格子に入射して照明に寄与する。
【０２０２】
図５９は、フロントライト方式の液晶ディスプレイ装置にこの発明を適用した例である。光源２から放射された光は導光手段４５０の上面に大きな入射角度で入射して反射し、格子形成部６００へ入射する。格子形成部６００の格子面で偏光が分離し、一方の偏光成分は透過して液晶パネル５を照明する。もう一方の偏光成分は反射して導光手段４５０内に戻り、その内部で反射を繰返して偏光状態が変化すると共に再び格子に入射し、照明に寄与する。液晶パネル５を経て上方に向かう光は格子を透過し、導光手段４５０に小さな入射角度で入射し、通過する。なお、３０ｅは反射ミラーである。
【０２０３】
図６０は、ガラスや樹脂からなる液晶基板５５と導光手段４５０とによって液晶・カラーフィルタ層５Ａをはさむように形成した例である。この例では液晶ディスプレイ装置を薄くできる効果がある。
上述した図５７〜図６０の実施形態の動作は、基本的に上記の実施形態態と同様である。
また、以上説明した本発明の各実施形態では特に述べていないが、光源２は単色または白色のＬＥＤ光源のような点状光源でも良い。
【０２０４】
【実施例】
続いて実際の構成に係る実施例について説明する。まず、実施例１について説明する。実施例１は、実際に製作した偏光分離手段１０である。
図６１は誘電体格子の断面形状を示す図（SEM写真）である。導光手段としてポリカーボネートを樹脂成形し、表面に誘電体格子を転写したものである。格子周期は０．６μｍ、格子深さは０．３２μｍである。図６２に誘電体格子の偏向分離特性図を示す。点線・実線はコンピュータシミュレーションによる図、△印・×印は実測値を示している。なお、光源は発光波長550nm・600nm・630nmの単波長のLED光源を用いた。また、導光板１の断面複屈折率分布は、条件２である。この場合、図４６で示す実施例１に該当するものである。
【０２０５】
このような構成の導光板１を実験装置を用いて輝度向上率を計測した。図６３は輝度向上率の測定する実験装置の構成図である。図６３で示すように、表面に偏光分離手段１０を、裏面に反射手段３０を形成し、その内部に図示しない偏光変換手段を形成している。導光板１の両側面から光源２（ＬＥＤ光源）による光を照射した。この導光板１から出射される光は、同一形状で表面に偏光分離面を持たない従来のPMMA樹脂製導光板と比較して輝度が20％向上しており、評価は実用レベルである（◎にて示す）。
【０２０６】
続いて実際の構成に係る他の実施例である実施例２について説明する。実施例２は、実際に製作した偏光分離手段１０である。
図６４は三層の多層膜を有する誘電体格子の断面形状を示す図（SEM写真）である。導光手段として格子ピッチ0.6μｍのポリカーボネート製誘電体格子を形成し、SiOをバインダとしてTiO2,SiO2,TiO2の３層膜を蒸着によって格子構造体を形成している。なお、光源は白色光源を用いた。また、導光板１の断面複屈折率分布は、条件３である。この場合、図４６で示す実施例２に該当するものである。
【０２０７】
このような構成の導光板１を実験装置を用いて輝度向上率を計測した。実験装置は図６３で示す装置である。表面に偏光分離手段１０を、裏面に反射手段３０を形成し、その内部に偏光変換手段２０を形成している。導光板１の両側面から白色の光源（ＬＥＤ光源）２による光を照射した。この導光板１から出射される光は、同一形状で表面に偏光分離面を持たない従来のPMMA樹脂製導光板と比較して輝度が60％向上しており、評価は実用レベルである（◎にて示す）。
【０２０８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、液晶パネルなどの偏光板で入射が阻止される偏光成分（ｓ偏光成分）を、導光手段の表面に設けられた格子構造体である偏光分離手段により導光手段内に戻し、偏光変換手段で直線偏光方向を変換させつつ反射板である反射手段により再び偏光分離手段へ入射させることにより、液晶パネルで入射される偏光成分（ｐ偏光成分）として取り出すようにしたため、従来では有効活用されていない光の偏光成分を取り出せるようにし、発光素子などの部品の点数を削減し、消費電力も減少させるような導光板およびこの導光板を備えた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】導光板の概略構成図である。
【図２】導光板の概略構成図である。
【図３】冷陰極管から出射される光のスペクトル特性図である。
【図４】格子構造体の断面形状図である。
【図５】格子構造体の断面形状図である。
【図６】格子構造体の断面形状図である。
【図７】格子構造体の断面形状図である。
【図８】格子構造体と透過光の関係を説明する原理図である。
【図９】格子構造体の概略的な構成図である。
【図１０】格子構造体の概略的な構成図である。
【図１１】格子構造体の概略的な構成図である。
【図１２】格子構造体の概略的な構成図である。
【図１３】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図１４】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図１５】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図１６】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図１７】多段形状の凸部を説明する断面図である。
【図１８】フォトマスクと光の露光による格子構造体の製造方法を説明する説明図である。
【図１９】格子構造体の概略的な構成図である。
【図２０】格子構造体の構成例を示す図である。
【図２１】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図２２】格子構造体の構成例を示す図である。
【図２３】格子構造体の偏向分離特性図である。
【図２４】格子構造体の構成図である。
【図２５】格子構造体の製造方法を説明する説明図である。
【図２６】格子構造体の構成図である。
【図２７】格子構造体の構成図である。
【図２８】格子構造体の製造方法を説明する説明図である。
【図２９】格子構造体の構成図である。
【図３０】格子構造体の構成図である。
【図３１】格子構造体の概略的な構成図である。
【図３２】格子構造体の偏光分離特性図である。
【図３３】格子構造体の概略的な構成図である。
【図３４】格子構造体の偏光分離特性図である。
【図３５】格子構造体の構成図である。
【図３６】偏向分離特性図である。
【図３７】他の格子構造体の断面斜視図である。
【図３８】他の格子構造体の断面斜視図である。
【図３９】他の格子構造体の断面斜視図である。
【図４０】金属薄膜が蒸着されたフィルムの製造方法を示す図である。
【図４１】導光手段の複屈折分布を示す特性図である。
【図４２】導光手段の複屈折分布を示す特性図である。
【図４３】導光手段の複屈折分布を示す特性図である。
【図４４】拡散性ホログラムの原理図を説明する説明図である。
【図４５】印刷パターンを示す説明図である。
【図４６】輝度向上率の比較評価図である。
【図４７】場所により格子ピッチが異なる偏光分離手段の説明図である。
【図４８】場所により誘電体格子の形状が異なる偏光分離手段の説明図である。
【図４９】場所により印刷パタンが異なる反射手段の説明図である。
【図５０】場所により反射方向を相違させる拡散性ホログラムによる反射手段の説明図である。
【図５１】場所により反射方向を相違させる拡散性ホログラムによる反射手段の説明図である。
【図５２】照明装置用の導光板の放射角度領域の説明図である。
【図５３】液晶表示装置の概略構成図である。
【図５４】液晶表示装置の格子構造体と透過光の関係を図示するＡＢ矢視図である。
【図５５】液晶表示装置の従来技術との比較図である
【図５６】液晶表示装置の概略構成図である。
【図５７】他の実施形態の概略的な構成図
【図５８】他の実施形態の概略的な構成図
【図５９】他の実施形態の概略的な構成図
【図６０】他の実施形態の概略的な構成図
【図６１】誘電体格子の断面形状を示す図（SEM写真）である。
【図６２】誘電体格子の偏向分離特性図である。
【図６３】輝度向上率の測定する実験装置の構成図である。
【図６４】三層の多層膜を有する誘電体格子の断面形状を示す図（SEM写真）である。
【図６５】従来技術による液晶表示装置の側面を示す要部構成図である。
【図６６】従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。
【図６７】従来技術による他の照明装置の要部構成図である。
【図６８】従来技術による他の照明装置の要部構成図である。
【図６９】従来技術による他の照明装置の要部構成図である。
【図７０】従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。
【図７１】従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。
【図７２】従来技術による他の液晶表示装置の要部構成図である。
【符号の説明】
１ 導光板
１０ 偏光分離手段
１００ 格子構造体
１０１ 幅の狭い溝部
１０２ 幅の広い溝部
１０３ 透明基材
１０４ フォトレジスト
１０５ 第一のフォトマスク
１０６ 第二のフォトマスク
１０７ 誘電体格子
１０８ 誘電体膜
１０９ 誘電体膜
１１０ 誘電体膜
１１１ 誘電体格子
１１２ 誘電体膜
１１３ 誘電体膜
１１４ 誘電体膜
１１５ 誘電体格子
１１６ 第１層膜
１１７ 第２層膜
１１８ 第３層膜
１１９ 第４層膜
１２０ 液体
１２１ 液体
１２２ 誘電体格子
１２３ 誘電体格子
１２４ 誘電体格子
１２５ 誘電体格子
１２６ 矩形格子
１２７ アルミニウム
１２８ 三角形格子
１２９ アルミニウム
１３０ 透明基板
１３１ 金属格子
１３２ 透明基板
１３３ 下地層
１３４ 金属薄膜
１３５ 保護膜
１３６ 反射膜
１３７ 透明基板
１３８ 下地層
１３９ 金属薄膜
１４０ 保護膜
１４１ 接着剤
１４２ 透明フィルム
１４３ 反射膜
１４４ フィルム基材
２０ 偏光変換手段
３０、３０’ 反射手段
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ａ’、３０ｂ’ 反射手段
３０ｅ 反射ミラー
３１ 拡散性ホログラム
３００ 入射光
３１０ 出射光
３２０ 出射光
３３０ 出射光
４０、４０’ 導光手段
２、２’ 光源
３、３’ 光
３ａ,３２ａ〜３４ａ,３ｂ,３２ｂ〜３４ｂ,３１ｃ〜３４ｃ，３１ｄ〜３４ｄ，３１ｅ 〜３４ｅ,３１ｆ〜３４ｆ，３１ｊ〜３４ｊ 照明光
４、４’ 液晶表示装置
５、５’ 液晶パネル
５Ａ 液晶・カラーフィルタ層
５１、５１’ 偏光板
５２、５２’ 液晶板
５３、５３’ 偏光板
５５ 液晶基板
６、６’ 照明装置
７１ バックライト導光板
７２ 回折格子
７３ 光源用リフレクタ
７４ 導光板用リフレクタ
７５ 拡散板
７６ 集光用プリズムシート
７７ ケーシング
７７ａ 反射板
７８，８８，９２ 拡散板
７９ 調光板
８０ 孔
８１ 透光性導光板
８２ 光拡散フィルム
８３ 光拡散層
８４ 透光性基材
８５ 光反射フィルム
８６，８９ 導光板
８６ａ 背面
８７ 反射処理
８７ａ 反射カット
８８ａ 凹凸面
９０ 導光板上面
９１ 粘着テープ
９３ Ｖ形位置決め爪
９５ａ 液晶板
９５ｂ 偏光板
９５ｃ 偏光板
９５ｄ 液晶パネル
９５ｅ 拡散板
９５ｆ ホログラム
９５ｇ 導光板
９５ｈ λ／４板
９５ｉ 反射板
９６ａ 液晶板
９６ｂ 偏光板
９６ｃ 偏光板
９６ｄ 液晶パネル
９６ｅ 投光性支持体
９６ｆ 液晶層
９６ｇ 偏光プリズムシート
９６ｈ λ／４板
９６ｉ 導光板
９６ｊ 反射板
９６ｋ 照明装置
２０１，２０２ 溝部
２００ 光源部
２５０ 採光部
４５０ 導光手段
６００ 格子形成部
ｐ 周期
Claims (57)
- 光の偏光方向に応じて反射光と透過光とを分離する偏光分離手段と、
光を反射する反射手段と、
透過する光に対してθ１＋ｎ・１８０゜（但し、θ１は３０゜≦θ１≦１５０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件を満たすように位相差を与える偏光変換手段と、
前記偏光分離手段と前記反射手段との間に前記偏光変換手段を挟み、これらが一体となるように設けた導光手段と、
を備えることを特徴とする導光板。 - 請求項１に記載の導光板において、
好ましくは、前記偏光変換手段の８０％以上の領域で、透過する光に対して、θ２＋ｎ・１８０゜（但し、θ２は４５゜≦θ２≦１３５゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とする導光板。 - 請求項１または請求項２に記載の導光板において、
さらに好ましくは、前記偏光変換手段の６０％以上の領域で、透過する光に対して、θ３＋ｎ・１８０゜（但し、θ３は６０゜≦θ３≦１２０゜の範囲内にあって、ｎは整数である）の条件を満たすように位相差を与えることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子からなる格子構造体とすることを特徴とする導光板。 - 請求項４に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形という凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする導光板。 - 請求項５に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が、０．３〜０．８μｍ、格子深さが０．２〜０．５μｍであることを特徴とする導光板。 - 請求項６に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層を加えた格子構造体であることを特徴とする導光板。 - 請求項８に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合せた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返し構造であることを特徴とする導光板。 - 請求項９に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍであり、
前記格子構造体の表面に設けられる表面層は、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に積層した複数層である、
ことを特徴とする導光板。 - 請求項１０に記載した導光板において、
前記格子構造体は、前記誘電体格子と前記表面層との間に０を超えて１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）層を備えることを特徴とする導光板。 - 請求項１１に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする導光板。 - 請求項８〜請求項１２の何れか一項に記載の導光板において、
前記格子構造体は、前記誘電体格子の表面に、
スピンコーター法あるいはロールコーター法により、溶媒で希釈された物質を付けた後で溶媒を除去する工程を一度または複数回繰り返して形成した表面層、
または、
蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより、一層の物質、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を形成した表面層、
を備えることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の凹部に、所定の屈折率を有する物質である一層の表面層、または、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質を積層した複数層の表面層、を加えた格子構造体であることを特徴とする導光板。 - 請求項１４に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状が、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする導光板。 - 請求項１５に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、格子周期０．３〜０．８μｍ、格子深さ０．２〜０．５μｍであり、
前記格子構造体の凹部に設けられる表面層は、厚さ５０〜１５０ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、厚さ７０〜２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、を交互に積層した複数層である、
ことを特徴とする導光板。 - 請求項１６に記載した導光板において、
前記格子構造体は、誘電体格子と表面層との間に０を超えて１００ｎｍまでの厚さの一酸化シリコン（ＳｉＯ）層を備えることを特徴とする導光板。 - 請求項１７に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする導光板。 - 請求項１４〜請求項１８の何れか一項に記載の導光板において、
前記格子構造体は、誘電体格子の表面に、
スピンコーター法あるいはロールコーター法により、溶媒で希釈された物質を付けた後で溶媒を除去し、さらに誘電体格子の凸部の頂上にある物質のみを除去する工程を一度あるいは複数回繰り返して凹部に形成した一層の物質、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる表面層、
または、
蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより、物質を付けた後で凸部の頂上にある物質のみを除去する工程を一度あるいは複数回繰り返して凹部に形成した一層の物質、あるいは、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる表面層、
を備えることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質が積層状に形成された凸部の周期的な繰り返し構造である格子からなる格子構造体とすることを特徴とする導光板。 - 請求項２０に記載の導光板において、
前記格子構造の格子体は、その断面形状が矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする導光板。 - 請求項２１に記載の導光板において、
前記格子構造体は、
スピンコーター法またはロールコーター法により、溶媒で希釈された物質を付けた後、溶媒を除去する工程を複数回繰り返し形成した、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる膜、
または、
蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法の何れかにより形成した、隣接する層間で互いに屈折率の異なる物質からなる膜、
に対してエンボス加工を行うことにより形成された格子であることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、透明な誘電体材料により形成した周期的な繰り返し構造である誘電体格子の表面に、金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造体であることを特徴とする導光板。 - 請求項２３に記載の導光板において、
前記格子構造体の金属格子は、反射率が６０％以上の金属薄膜により形成されることを特徴とする導光板。 - 請求項２４に記載の導光板において、
前記金属格子の金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金であることを特徴とする導光板。 - 請求項２３〜請求項２５の何れか一項に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、その断面形状は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部からなる形状、または、これら凸部を複数組み合わせた形状、のいずれかの形状の周期的な繰り返しであることを特徴とする導光板。 - 請求項２６に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子は、矩形、台形、三角形あるいは正弦波形のいずれかの凸部の周期的な繰り返し構造であり、格子周期が０を超えて０．４μｍ以下、格子深さが０を超えて０．２μｍ以下であることを特徴とする導光板。 - 請求項２７に記載の導光板において、
前記格子構造体の誘電体格子の凸部は、基本形状に微細な形状を組み合わせて形成した複数形状からなる凸部であることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、導光手段、透明基板、または透明フィルムに対して金属材料により形成した周期的な繰り返し構造である金属格子を設けた格子構造体とすることを特徴とする導光板。 - 請求項２９に記載の導光板において、
前記格子構造体は、反射率が６０％以上の金属薄膜である金属格子を形成した格子構造体であることを特徴とする導光板。 - 請求項３０に記載の導光板において、
前記金属格子の金属薄膜は、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金であることを特徴とする導光板。 - 請求項３０または請求項３１に記載の導光板において、
前記金属格子の金属薄膜の膜厚は０．０５μｍ以上、格子の周期Ｔは０．０５〜０．２５μｍであり、格子の幅は、格子の周期Ｔに対して０．２５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲であることを特徴とする導光板。 - 請求項２９〜請求項３２の何れか一項に記載の導光板において、
導光手段、透明基板、または透明フィルムと、前記金属格子と、の間に下地層が形成され、
前記金属格子および前記下地層の表明に保護膜を形成することを特徴とする導光板。 - 請求項２９〜請求項３３の何れか一項に記載の導光板において、
前記金属格子は、導光手段、透明基板、透明フィルムまたは下地層の表面に縞状の格子パターンを有するマスクを通して、蒸着法，スパッタ法，イオンプレーティング法，またはドライエッチング法の何れかにより形成することを特徴とする導光板。 - 請求項２９〜請求項３４の何れか一項に記載の導光板であって、透明フィルムの表面側に金属薄膜からなる金属格子が形成された格子構造体を有する導光板において、
前記格子構造体は、透明フィルムに金属格子を形成した後、その透明フィルムを縞方向に延伸して金属格子を微細なパターンとし、透明フィルムと共に導光手段または透明基板上に貼り付けて形成することを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項３５の何れか一項に記載の導光板において、
前記導光手段は樹脂を材料とし、前記偏光変換手段を複屈折分布とすることを特徴とする導光板。 - 請求項３６に記載の導光板において、
前記導光手段の材料は、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリロニトリル・スチレン系樹脂、エボキシ系樹脂、または、オレフィン系樹脂の何れかであることを特徴とする導光板。 - 請求項３６または請求項３７に記載の導光板において、
異方配向したスキン層により内部複屈折を形成したことを特徴とする導光板。 - 請求項３６〜請求項３８の何れか一項に記載の導光板において、
樹脂を材料とする導光手段は配向が大きいことを特徴とする導光板。 - 請求項３６〜請求項３９の何れか一項に記載の導光板において、
導光手段を形成した樹脂には主材と異なる、異方性を有する樹脂ポリマを所定量含むことを特徴とする。 - 請求項４０に記載の導光板において、
主材と異なる樹脂ポリマはスチレンビーズないし液晶ポリマであることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項４１の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は、前記導光手段のうち光が入射される面と、偏光分離手段が形成される面と、を除く面のすべてまたは一部に設けられることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段の一部又は全部は微細な凹凸からなる拡散性ホログラム、体積型拡散性ホログラム、または、スペックル拡散面の何れかとし、前記偏光分離手段に向けて拡散反射することを特徴とする導光板。 - 請求項４３に記載の導光板において、
前記反射手段の拡散性ホログラム、体積型の拡散性ホログラム、または、スペックル拡散面に金属反射膜を形成することを特徴とする導光板。 - 請求項４３または請求項４４に記載の導光板において、
前記反射手段の中の一つの拡散性ホログラムは、ひとつの入射光を複数の出射光に分岐する機能を有し、Ｐ１（ｘ）の位相差分布を有する入射光をｉ番目の出射光に変換する機能を表す位相差分布をＰｉ(ｘ)とし、以下の数式
- 請求項４５に記載の導光板において、
前記反射手段の拡散性ホログラムの位相差分布が前記Ｐ(ｘ)となるように、表面形状Ｄ’(ｘ)が、以下の数式
- 請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は金属により形成されることを特徴とする導光板。 - 請求項４７に記載の導光板において、
金属が、Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、Si、Ge、Te、Pb、Snからなる化合物単独、あるいは、これらを２種以上組み合わせた合金であることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は誘電体多層膜により形成されることを特徴とする導光板。 - 請求項４９に記載の導光板において、
前記誘電体多層膜に金属反射膜を形成することを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は印刷により形成されるパタンであることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項４２の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は散乱面であることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項５２の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、前記光源から位置が遠ざかるにつれて透過率を高くすることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項５３の何れか一項に記載の導光板において、
前記偏光分離手段は、光源から入射される光に対して略直交するように格子構造体が形成されることを特徴とする導光板。 - 請求項１〜請求項５４の何れか一項に記載の導光板において、
前記反射手段は、前記光源から位置が遠ざかるにつれて反射率を高めることを特徴とする導光板。 - 光源と、
前記光源から出射される光のうち互いに直交する二の偏光成分の一方の偏光成分を透過する請求項１〜請求項５５の何れか一項に記載の導光板と、
前記導光板から出射される偏光が照明される液晶パネル板と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項５６に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネル板は、
液晶板と、
この液晶板の表裏に配置され、偏光方向を直交させた一対の偏光板と、
を備え、
前記偏光変換手段を透過する偏光の偏光方向と、液晶パネルと導光板との間にある偏光板を透過する偏光の偏光方向と、を直交させるように前記偏光変換手段および偏光板を配置することを特徴とする液晶表示装置。
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