特開 2022-92951 照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022092951

(43)【公開日】2022-06-23

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20220616BHJP

   F21V 9/14 20060101ALI20220616BHJP

   F21V 9/40 20180101ALI20220616BHJP

   G02B 27/01 20060101ALI20220616BHJP

   G02B 27/28 20060101ALI20220616BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20220616BHJP

   G02C 5/04 20060101ALI20220616BHJP

   G02B 5/02 20060101ALI20220616BHJP

【ＦＩ】

G02B5/30

F21V9/14

F21V9/40 400

G02B27/01

G02B27/28 Z

G02B5/18

G02C5/04

G02B5/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020205971

(22)【出願日】2020-12-11

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金 ルウ

(72)【発明者】

【氏名】兵頭 洋祐

(72)【発明者】

【氏名】岡 真一郎

【テーマコード（参考）】

2H042

2H149

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H042BA02

2H042BA03

2H042BA20

2H149AA21

2H149DA01

2H149DA02

2H149DA12

2H149DB13

2H149FC06

2H149FC10

2H149FD12

2H199AB12

2H199AB29

2H199AB52

2H199DA03

2H199DA15

2H199DA18

2H199DA20

2H199DA25

2H199DA34

2H249AA02

2H249AA12

2H249AA55

2H249AA61

2H249AA64

(57)【要約】

【課題】偏光方向が揃った照明光を生成できる照明装置を提供する。
【解決手段】本実施形態の照明装置は、発光領域を有する光源と、前記発光領域と対向する第１液晶素子と、前記第１液晶素子と対向する第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、を有する第２液晶素子と、前記第２主面に配置され、面内に第１光軸を有する第１位相差層と、前記第２主面に配置され、前記第１位相差層に隣接し、面内に前記第１光軸と直交する第２光軸を有する第２位相差層と、前記第１位相差層及び前記第２位相差層に対向する拡散層と、を備え、前記第１液晶素子及び前記第２液晶素子の各々は、複数の液晶分子を有し、前記液晶分子の配向方向が面内で連続的に変化した状態で硬化している。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光領域を有する光源と、
前記発光領域と対向する第１液晶素子と、
前記第１液晶素子と対向する第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、を有する第２液晶素子と、
前記第２主面に配置され、面内に第１光軸を有する第１位相差層と、
前記第２主面に配置され、前記第１位相差層に隣接し、面内に前記第１光軸と直交する第２光軸を有する第２位相差層と、
前記第１位相差層及び前記第２位相差層に対向する拡散層と、を備え、
前記第１液晶素子及び前記第２液晶素子の各々は、複数の液晶分子を有し、前記液晶分子の配向方向が面内で連続的に変化した状態で硬化している、照明装置。

【請求項2】

前記拡散層は、
前記第１位相差層と対向する第１拡散領域と、
前記第２位相差層と対向する第２拡散領域と、
前記第１拡散領域と前記第２拡散領域との間に位置し、前記第１位相差層と前記第２位相差層との境界を含む領域に対向する第３拡散領域と、を有し、
前記第３拡散領域のヘイズは、前記第１拡散領域のヘイズ、及び、前記第２拡散領域のヘイズより高い、請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記拡散層は、前記第１位相差層と前記第２位相差層との境界に沿って延出した帯状に形成されている、請求項１に記載の照明装置。

【請求項4】

さらに、前記第１位相差層と前記拡散層との間に位置する第１プリズム、及び、前記第２位相差層と前記拡散層との間に位置する第２プリズムを有するプリズムシートを備え、
前記第１プリズムの断面形状は、前記第２プリズムの断面形状と対称である、請求項１に記載の照明装置。

【請求項5】

さらに、第１面、及び、前記第１面の反対側の第２面を有する透明な基材を備え、
前記第１液晶素子は、前記第１面に配置され、
前記第２液晶素子は、前記第２面に配置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項6】

前記第１位相差層及び前記第２位相差層は、第１方向に並び、
前記第１液晶素子の前記第１方向に沿った幅は、前記発光領域の前記第１方向に沿った幅の１倍以上である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項7】

前記第２液晶素子の前記第１方向に沿った幅は、前記発光領域の前記第１方向に沿った幅の２倍以上である、請求項６に記載の照明装置。

【請求項8】

前記第１位相差層及び前記第２位相差層の各々の前記第１方向に沿った幅は、同等であり、且つ、前記発光領域の前記第１方向に沿った幅の１倍以上である、請求項６または７に記載の照明装置。

【請求項9】

前記第１液晶素子、前記第２液晶素子、前記第１位相差層、及び、前記第２位相差層の各々の前記第１方向に直交する第２方向に沿った幅は、前記発光領域の前記第２方向に沿った幅の１倍以上である、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項10】

光源と、
第１液晶素子と、
第１領域及び第２領域を有する第２液晶素子と、
第１位相差層と、
前記第１位相差層に隣接する第２位相差層と、を備え、
前記第１液晶素子は、前記光源からの出射光のうち、第１円偏光を前記第１領域に向けて回折し、第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を前記第２領域に向けて回折し、
前記第２液晶素子は、前記第１領域において第１円偏光を第２円偏光に変換するとともに前記第１位相差層に向けて回折し、前記第２領域において第２円偏光を第１円偏光に変換するとともに前記第２位相差層に向けて回折し、
前記第１位相差層は、第２円偏光を直線偏光に変換し、
前記第２位相差層は、第１円偏光を直線偏光に変換し、
前記第１位相差層の透過光である直線偏光の偏光方向は、前記第２位相差層の透過光である直線偏光の偏光方向とほぼ平行である、照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

表示装置の一例として、車両のフロントシールドに画像を投影するヘッドアップディスプレイが知られている。表示装置が液晶表示装置である場合、液晶パネルを照明する照明装置が必要となる。照明装置から出射される照明光には、輝度の均一性が要求される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－３８２７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本実施形態の目的は、偏光方向が揃った照明光を生成できる照明装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本実施形態の照明装置は、
発光領域を有する光源と、前記発光領域と対向する第１液晶素子と、前記第１液晶素子と対向する第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、を有する第２液晶素子と、前記第２主面に配置され、面内に第１光軸を有する第１位相差層と、前記第２主面に配置され、前記第１位相差層に隣接し、面内に前記第１光軸と直交する第２光軸を有する第２位相差層と、前記第１位相差層及び前記第２位相差層に対向する拡散層と、を備え、前記第１液晶素子及び前記第２液晶素子の各々は、複数の液晶分子を有し、前記液晶分子の配向方向が面内で連続的に変化した状態で硬化している。

【0006】

本実施形態の照明装置は、
光源と、第１液晶素子と、第１領域及び第２領域を有する第２液晶素子と、第１位相差層と、前記第１位相差層に隣接する第２位相差層と、を備え、前記第１液晶素子は、前記光源からの出射光のうち、第１円偏光を前記第１領域に向けて回折し、第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を前記第２領域に向けて回折し、前記第２液晶素子は、前記第１領域において第１円偏光を第２円偏光に変換するとともに前記第１位相差層に向けて回折し、前記第２領域において第２円偏光を第１円偏光に変換するとともに前記第２位相差層に向けて回折し、前記第１位相差層は、第２円偏光を直線偏光に変換し、前記第２位相差層は、第１円偏光を直線偏光に変換し、前記第１位相差層の透過光である直線偏光の偏光方向は、前記第２位相差層の透過光である直線偏光の偏光方向とほぼ平行である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰの一例を示す図である。

【図2】図２は、図１に示した照明装置ＩＬの第１実施形態を示す図である。

【図3】図３は、図２に示した第１液晶素子２１の一例を示す断面図である。

【図4】図４は、図３に示した液晶層ＬＣ１における配向パターンの一例を模式的に示す平面図である。

【図5】図５は、図２に示した第２液晶素子２２の一例を示す断面図である。

【図6】図６は、照明装置ＩＬの光学作用を説明するための図である。

【図7】図７は、図１に示した照明装置ＩＬの第２実施形態を示す図である。

【図8】図８は、図７に示した拡散層４を示す図である。

【図9】図９は、図１に示した照明装置ＩＬの第３実施形態を示す図である。

【図10】図１０は、図９に示したプリズムシート５の一例を示す図である。

【図11】図１１は、変形例を説明するための図である。

【図12】図１２は、照明装置ＩＬを構成する各部材の寸法関係を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

【0009】

なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第１方向と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向と称し、Ｚ軸に沿った方向をＺ方向または第３方向と称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ軸及びＺ軸によって規定される面をＸ－Ｚ平面と称する。Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。

【0010】

図１は、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰの一例を示す図である。図１に示す例の表示装置ＤＳＰは、車両等のフロントシールドを投影面（スクリーン）１００として利用するヘッドアップディスプレイである。なお、投影面１００は、フロントシールドそのものに限定されるものではなく、他のコンバイナーであってもよい。

【0011】

表示装置ＤＳＰは、照明装置ＩＬと、液晶パネルＰＮＬと、偏光板ＰＬと、光学系ＯＰと、凹面鏡ＣＭと、を備えている。液晶パネルＰＮＬは、照明装置ＩＬと偏光板ＰＬとの間に配置されている。偏光板ＰＬは、液晶パネルＰＮＬに接着されている。光学系ＯＰは、偏光板ＰＬと凹面鏡ＣＭとの間に配置された少なくとも1つの平面鏡を有している。凹面鏡ＣＭは、光学系ＯＰと投影面１００との間に配置されている。

【0012】

照明装置ＩＬは、後述するが、照明光として、偏光方向が揃った直線偏光を出射するように構成されている。つまり、液晶パネルＰＮＬは、直線偏光である照明光によって照明される。このため、照明装置ＩＬと液晶パネルＰＮＬとの間の偏光板を省略することができる。

【0013】

液晶パネルＰＮＬは、照明装置ＩＬからの照明光を選択的に透過して画像を表示するように構成されている。光学系ＯＰは、偏光板ＰＬを透過した表示光を凹面鏡ＣＭに導く。凹面鏡ＣＭは、表示光を投影面１００に投影する。表示装置ＤＳＰを利用するユーザ２００は、投影面１００の前方に虚像２０１を視認することができる。

【0014】

《第１実施形態》
図２は、図１に示した照明装置ＩＬの第１実施形態を示す図である。照明装置ＩＬは、光源１と、第１液晶素子２１と、第２液晶素子２２と、第１位相差層３１と、第２位相差層３２と、拡散層４と、を備えている。

【0015】

光源１は、照明光を出射する発光領域１Ａを有している。第１液晶素子２１は、第３方向Ｚにおいて発光領域１Ａと間隔を置いて対向している。第２液晶素子２２は、第３方向Ｚにおいて第１液晶素子２１と間隔を置いて対向している。第２液晶素子２２は、第１液晶素子２１と対向する第１主面２２Ａと、第１主面２２Ａの反対側の第２主面２２Ｂと、を有している。

【0016】

第１位相差層３１及び第２位相差層３２は、第２主面２２Ｂに配置されている。第１位相差層３１は、第１方向Ｘにおいて第２位相差層３２に隣接している。図２に示す例では、第１位相差層３１は第２主面２２Ｂのうちの左側半分を覆うように配置され、第２位相差層３２は第２主面２２Ｂのうちの右側半分を覆うように配置されている。一例では、第１位相差層３１及び第２位相差層３２は、第２主面２２Ｂに接着されている。

【0017】

また、第１位相差層３１は面内に第１光軸ＡＸ１を有し、第２位相差層３２は面内に第２光軸ＡＸ２を有している。ここでの面内とは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定されるＸ－Ｙ平面と平行な面内に相当する。第１光軸ＡＸ１及び第２光軸ＡＸ２は、互いに直交する。一例では、第１光軸ＡＸ１は第１方向Ｘに平行であり、第２光軸ＡＸ２は第２方向Ｙに平行である。

【0018】

第１位相差層３１及び第２位相差層３２は、１／４波長板と同等の機能を有し、透過する光に対して１／４波長の位相差を付与するものである。なお、第１位相差層３１及び第２位相差層３２は、例えば、少なくとも緑波長の光に対して１／４波長の位相差を付与するものであるが、これに限らない。例えば、第１位相差層３１及び第２位相差層３２は、としては、赤波長、緑波長、及び、青波長の各々の光に対しても略１／４波長の位相差を付与する広帯域型の位相差板を適用することができる。第１光軸ＡＸ１及び第２光軸ＡＸ２は、例えば遅相軸であるが、進相軸であってもよい。

【0019】

拡散層４は、第３方向Ｚにおいて第１位相差層３１及び第２位相差層３２と対向している。図２に示す例では、拡散層４は、第１位相差層３１及び第２位相差層３２に接着されている。なお、拡散層４は、第１位相差層３１及び第２位相差層３２から離間していてもよい。

【0020】

第１実施形態においては、拡散層４は、第１拡散領域４１と、第２拡散領域４２と、第３拡散領域４３と、を有している。第１拡散領域４１は、第３方向Ｚにおいて第１位相差層３１と対向している。第２拡散領域４２は、第３方向Ｚにおいて第２位相差層３２と対向している。第３拡散領域４３は、第１方向Ｘにおいて、第１拡散領域４１と第２拡散領域４２との間に位置している。また、第３拡散領域４３は、第３方向において、第１位相差層３１と第２位相差層３２との境界３３を含む領域に対向している。

【0021】

第３拡散領域４３のヘイズは、第１拡散領域４１のヘイズ、及び、第２拡散領域４２のヘイズのいずれよりも高い。なお、第１拡散領域４１のヘイズ、及び、第２拡散領域４２のヘイズは、同等である。拡散層４を目視した場合、第３拡散領域４３の透明度は、第１拡散領域４１及び第２拡散領域４２の透明度より低い。

【0022】

なお、第１拡散領域４１及び第２拡散領域４２に関しては、透過光の偏光度を維持する観点、あるいは、透過光の平行度を維持する観点で、透明度が高いことが望ましい。第１拡散領域４１、第２拡散領域４２、及び、第３拡散領域４３の各々のヘイズは、各領域に含まれる拡散物質（たとえばビーズ）の密度、粒径などで調整することができる。

【0023】

一例では、第１位相差層３１及び第２位相差層３２が第２主面２２Ｂに接着される際のアライメント精度（あるいは、境界３３の位置の第１方向Ｘに沿ったずれ量の想定範囲）が±１００μｍである場合、第３拡散領域４３の第１方向Ｘに沿った幅は、例えば２００μｍ以上である。

【0024】

液晶パネルＰＮＬは、第３方向Ｚにおいて、拡散層４と対向している。図２に示す例では、液晶パネルＰＮＬは、拡散層４から離間しているが、拡散層４に接着されていてもよい。液晶パネルＰＮＬは、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、を備えている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、シールＳＥによって封止されている。偏光板ＰＬは、第２基板ＳＵＢ２に接着されている。拡散層４と第１基板ＳＵＢ１との間には、偏光板は配置されていない。このため、液晶パネルＰＮＬが拡散層４に接着される場合、第１基板ＳＵＢ１が拡散層４に接着される。

【0025】

図３は、図２に示した第１液晶素子２１の一例を示す断面図である。第１液晶素子２１は、基板１１と、配向膜ＡＬ１と、液晶層（第１液晶層）ＬＣ１と、を備えている。基板１１は、光を透過する透明基板であり、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。

【0026】

配向膜ＡＬ１は、基板１１の内面１１Ａに配置されている。図３に示す例では、配向膜ＡＬ１は、基板１１に接しているが、配向膜ＡＬ１と基板１１との間に他の薄膜が介在していてもよい。配向膜ＡＬ１は、例えば、ポリイミドによって形成され、Ｘ－Ｙ平面に沿った配向規制力を有する水平配向膜である。

【0027】

液晶層ＬＣ１は、配向膜ＡＬ１の上に配置され、配向膜ＡＬ１に接している。なお、液晶層ＬＣ１の上に他の透明基材が配置されてもよい。液晶層ＬＣ１は、第３方向Ｚに沿った厚さｄＬＣを有している。液晶層ＬＣ１は、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭ１の配向方向が揃ったネマティック液晶を有している。なお、液晶層ＬＣ１に用いる液晶は、他の液晶であっても良い。

【0028】

すなわち、液晶層ＬＣ１は、複数の液晶構造体ＬＭＳ１を有している。１つの液晶構造体ＬＭＳ１に着目すると、液晶構造体ＬＭＳ１は、その一端側に位置する液晶分子ＬＭ１１と、その他端側に位置する液晶分子ＬＭ１２と、を有している。液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、ほぼ一致している。また、液晶分子ＬＭ１１と液晶分子ＬＭ１２との間の他の液晶分子ＬＭ１の配向方向も、液晶分子ＬＭ１１の配向方向とほぼ一致している。なお、ここでの液晶分子ＬＭ１の配向方向とは、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子の長軸の方向に相当する。

【0029】

また、液晶層ＬＣ１において、第１方向Ｘに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ１は、互いに配向方向が異なっている。第２方向Ｙに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ１は、互いに配向方向が揃っている。

【0030】

このような液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＭ１１及び液晶分子ＬＭ１２を含む液晶分子ＬＭ１の配向方向が固定された状態で硬化している。つまり、液晶分子ＬＭ１の配向方向は、電界に応じて制御されるものではない。このため、第１液晶素子２１は、配向制御のための電極を備えていない。

【0031】

液晶層ＬＣ１の屈折率異方性あるいは複屈折性をΔｎ（液晶層ＬＣ１の異常光に対する屈折率ｎｅと常光に対する屈折率ｎｏとの差分）としたとき、液晶層ＬＣ１のリタデーション（位相差）Δｎ・ｄＬＣは、特定波長λの１／２に設定されている。ここでの特定波長は、例えば、緑波長（５５０ｎｍ）である。

【0032】

図４は、図３に示した液晶層ＬＣ１における配向パターンの一例を模式的に示す平面図である。図４には、各液晶構造体に含まれる液晶分子のうち、液晶分子ＬＭ１１の配向方向が模式的に示されている。

【0033】

第１方向Ｘに沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、互いに異なる。つまり、Ｘ－Ｙ平面における空間位相は、第１方向Ｘに沿って異なる。しかも、複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、第１方向Ｘに沿って連続的に変化している。例えば、液晶分子ＬＭ１１の各々の配向方向は、第１方向Ｘに沿って（図の左から右に向かって）、一定角度ずつ変化している。

【0034】

一方、第２方向Ｙに沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は略一致する。つまり、Ｘ－Ｙ平面における空間位相は、第２方向Ｙにおいて略一致する。

【0035】

再び図３に戻って第１液晶素子２１の光学作用について説明する。
第１液晶素子２１に対しては、液晶層ＬＣ１の側から光が入射する場合もあり得るし、基板１１の側から光が入射する場合もあり得る。ここでは、基板１１の側から光が入射する場合について説明する。

【0036】

発光領域１Ａは、第３方向Ｚにおいて基板１１と対向している。発光領域１Ａから出射された照明光Ｌ０は、白色であり、無偏光である。照明光Ｌ０は、第１液晶素子２１の入射光となる。ここでは、照明光Ｌ０は、第１液晶素子２１の点線で示す法線Ｎに沿った平行光であるものとする。

【0037】

照明光Ｌ０は、第１液晶素子２１を透過した後に、第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２に分割される。第２円偏光ＣＰ２は、第１円偏光ＣＰ１とは逆回りの円偏光である。例えば、第１円偏光ＣＰ１は左回りの円偏光であり、第２円偏光ＣＰ２は右回りの円偏光である。

【0038】

第１円偏光ＣＰ１は、回折角θｄ１をもって回折される。第２円偏光ＣＰ２は、回折角θｄ２をもって回折される。但し、第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２は、いずれも白色光であり、赤波長、緑波長、及び、青波長の各々の光を含んでいる。厳密には、各波長の光の回折角は互いに異なる。例えば、第１円偏光ＣＰ１に含まれる赤波長の光の回折角は、青波長の光の回折角より大きい。

【0039】

図５は、図２に示した第２液晶素子２２の一例を示す断面図である。第２液晶素子２２は、第１液晶素子２１と同一の構成を有している。すなわち、第２液晶素子２２は、基板１２と、配向膜ＡＬ２と、液晶層（第２液晶層）ＬＣ２と、を備えている。基板１２は、基板１１と同一の透明基板である。配向膜ＡＬ２は、配向膜ＡＬ１と同一の水平配向膜である。

【0040】

液晶層ＬＣ２は、液晶層ＬＣ１と同一であり、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭ２の配向方向が揃ったネマティック液晶を有している。液晶層ＬＣ２は、複数の液晶構造体ＬＭＳ２を有している。液晶構造体ＬＭＳ２は、その一端側に位置する液晶分子ＬＭ２１と、その他端側に位置する液晶分子ＬＭ２２と、を有している。液晶分子ＬＭ２１の配向方向、及び、液晶分子ＬＭ２２の配向方向は、ほぼ一致している。また、液晶分子ＬＭ２１と液晶分子ＬＭ２２との間の他の液晶分子ＬＭ２の配向方向も、液晶分子ＬＭ２１の配向方向とほぼ一致している。なお、液晶層ＬＣ２に用いる液晶は、液晶層ＬＣ１と同様に、他の液晶であっても良い。

【0041】

液晶層ＬＣ２における配向パターンは、図４に示した液晶層ＬＣ１における配向パターンと同一である。液晶分子ＬＭ２のうち、例えば複数の液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、第１方向Ｘに沿って連続的に変化している。このような液晶層ＬＣ２は、液晶分子ＬＭ２１及び液晶分子ＬＭ２２を含む液晶分子ＬＭ２の配向方向が固定された状態で硬化している。

【0042】

液晶層ＬＣ２の屈折率異方性Δｎ、及び、液晶層ＬＣ２の厚さｄＬＣは、それぞれ液晶層ＬＣ１と同一である。このため、液晶層ＬＣ２のリタデーションΔｎ・ｄＬＣも、液晶層ＬＣ１のリタデーションと同一である。

【0043】

このような第２液晶素子２２に対しては、液晶層ＬＣ２の上面ＬＣＴから光が入射する場合もあり得るし、基板１２の外面１２Ｂから光が入射する場合もあり得る。ここでは、基板１２の外面１２Ｂから光が入射する場合について説明する。ここでの入射光は、図３に示した第１液晶素子２１の透過光（第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２）である。これらの入射光は、第２液晶素子２２を透過した際にそれぞれ回折される。

【0044】

すなわち、入射光である第１円偏光ＣＰ１は、入射角θｉ１をもって基板１２から入射する。この入射角θｉ１は、図３に示した回折角θｄ１と同等である。第１円偏光ＣＰ１は、第２液晶素子２２を透過した後に、法線Ｎに沿った平行光となり、しかも、第２円偏光ＣＰ２に変換される。

【0045】

入射光である第２円偏光ＣＰ２は、入射角θｉ２をもって基板１２から入射する。この入射角θｉ２は、図３に示した回折角θｄ２と同等である。第２円偏光ＣＰ２は、第２液晶素子２２を透過した後に、法線Ｎに沿った平行光となり、しかも、第１円偏光ＣＰ１に変換される。

【0046】

図３を参照して説明したように、第２液晶素子２２においても、各波長の光の回折角は互いに異なり、例えば、第１円偏光ＣＰ１に含まれる赤波長の光の回折角は、青波長の光の回折角より大きい。ここで説明した第２液晶素子２２は第１液晶素子２１と同一構成であるため、第２液晶素子２２の波長分散特性は、第１液晶素子２１の波長分散特性と同等である。つまり、第１液晶素子２１を透過した各波長の光の回折角の相違は、各波長の光が第２液晶素子２２を透過した際にキャンセルされる。このため、第２液晶素子２２を透過した光は、第１液晶素子２１に入射する前の照明光Ｌ０と同等の平行光となる。

【0047】

図５に示した例では、液晶層ＬＣ２の上面ＬＣＴが第２液晶素子２２の第２主面２２Ｂに相当する。この場合、図２に示した第１位相差層３１及び第２位相差層３２は、上面ＬＣＴに配置される。

【0048】

図６は、照明装置ＩＬの光学作用を説明するための図である。
第２液晶素子２２は、第１方向Ｘに並んだ第１領域２２１及び第２領域２２２を有している。なお、第１領域２２１及び第２領域２２２は、第２液晶素子２２において明確に区別できる領域ではなく、便宜上、図６に示した第２液晶素子２２の右側半分の領域を第１領域２２１とし、第２液晶素子２２の左側半分の領域を第２領域２２２として説明する。
第１位相差層３１は、第１領域２２１に対向し、第１方向Ｘに平行な第１光軸ＡＸ１を有している。第２位相差層３２は、第２領域２２２に対向し、第２方向Ｙに平行な第２光軸ＡＸ２を有している。

【0049】

発光領域１Ａは、第１液晶素子２１に向けて照明光Ｌ０を出射する。第１液晶素子２１は、入射光である照明光Ｌ０を第１円偏光ＣＰ１と第２円偏光ＣＰ２とに分割するとともに、第１円偏光ＣＰ１を第１領域２２１に向けて回折し、第２円偏光ＣＰ２を第２領域２２２に向けて回折する。図中には、第１液晶素子２１を透過した第１円偏光ＣＰ１が拡散層４に至るまでの光路を一点鎖線で示し、第１液晶素子２１を透過した第２円偏光ＣＰ２が拡散層４に至るまでの光路を二点鎖線で示している。

【0050】

第１領域２２１は、入射光である第１円偏光ＣＰ１を第２円偏光ＣＰ２に変換するとともに、変換した第２円偏光ＣＰ２を第１位相差層３１に向けて回折する。第２領域２２２は、入射光である第２円偏光ＣＰ２を第１円偏光ＣＰ１に変換するとともに、変換した第１円偏光ＣＰ１を第２位相差層３２に向けて回折する。

【0051】

第１位相差層３１は、入射光である第２円偏光ＣＰ２を直線偏光ＬＰに変換する。第２位相差層３２は、入射光である第１円偏光ＣＰ１を直線偏光ＬＰに変換する。第２円偏光ＣＰ２に作用する第１位相差層３１の第１光軸ＡＸ１と第１円偏光ＣＰ１に作用する第２位相差層３２の第２光軸ＡＸ２とが互いに直交しているため、第１位相差層３１の透過光である直線偏光ＬＰの偏光方向は、第２位相差層３２の透過光である直線偏光ＬＰの偏光方向とほぼ平行である。

【0052】

拡散層４において、第１拡散領域４１は、第１位相差層３１の透過光である直線偏光ＬＰを透過し、さらに適度に拡散する。また、第２拡散領域４２は、第２位相差層３２の透過光である直線偏光ＬＰを透過し、さらに適度に拡散する。さらに、第３拡散領域４３は、境界３３の近傍を透過した光（所望の直線偏光ＬＰの他に、不所望な直線偏光を含む場合がある）を拡散する。

【0053】

これにより、偏光方向が揃った照明光Ｌ１を生成することができる。また、照明光Ｌ１によって照明される対象物の照明領域の面積は、発光領域１Ａの面積の約２倍となる（第１方向Ｘに沿った長さに関しては、照明領域が発光領域１Ａのほぼ２倍であり、第２方向Ｙに沿った長さに関しては、照明領域が発光領域１Ａのほぼ１倍である）。

【0054】

ここでの対象物とは、例えば図２に示した液晶パネルＰＮＬである。照明光Ｌ１は、偏光方向が揃った直線偏光であるため、図２を参照して説明したように、液晶パネルＰＮＬと照明装置ＩＬとの間の偏光板を省略することができる。しかも、液晶パネルＰＮＬは、偏光方向が揃った直線偏光で照明されるため、液晶パネルＰＮＬに表示される画像の輝度ムラが抑制される。

【0055】

次に、他の実施形態について説明する。

【0056】

《第２実施形態》
図７は、図１に示した照明装置ＩＬの第２実施形態を示す図である。図７に示す第２実施形態は、図２に示した第１実施形態と比較して、拡散層４が第１位相差層３１と第２位相差層３２との境界３３に沿って配置された点で相違している。拡散層４は、第１位相差層３１のうちの境界３３近傍の領域、及び、第２位相差層３２のうちの境界３３近傍の領域に対向するように配置されている。第１位相差層３１のその他の領域、及び、第２位相差層３２のその他の領域には、拡散層４が対向せず、空気層を介して液晶パネルＰＮＬの第１基板ＳＵＢ１が対向している。

【0057】

図８は、図７に示した拡散層４を示す図である。拡散層４は、境界３３に沿った帯状に形成されている。境界３３は、第２方向Ｙに沿って形成されている。このため、拡散層４は、第２方向Ｙに沿って延出している。拡散層４の第１方向Ｘに沿った幅Ｗは、例えば２００μｍ程度である。第１位相差層３１及び第２位相差層３２の各々において、拡散層４と対向しない領域の面積は、拡散層４と対向する領域の面積よりも大きい。

【0058】

拡散層４は、境界３３の近傍を透過した光（所望の直線偏光ＬＰの他に、不所望な直線偏光を含む場合がある）を拡散する。一方で、拡散層４を透過することなく第１位相差層３１及び第２位相差層３２をそれぞれ透過した直線偏光ＬＰは、ほとんど拡散されず、その平行度が維持される。

【0059】

このような第２実施形態においても、上記の第１実施形態と同様の効果が得られる。しかも、第２実施形態では、第１実施形態と比較して、第１位相差層３１及び第２位相差層３２の各々の拡散層４と対向しない領域の面積が拡大される。このため、平行度が高く、且つ、偏光方向が揃った照明光Ｌ１を生成することができる。

【0060】

《第３実施形態》
図９は、図１に示した照明装置ＩＬの第３実施形態を示す図である。図９に示す第３実施形態は、図２に示した第１実施形態と比較して、第１位相差層３１と拡散層４との間、及び、第２位相差層３２と拡散層４との間に亘ってプリズムシート５が配置された点で相違している。なお、拡散層４は、全面均一なヘイズを有するように構成されているが、第１実施形態と同様に、領域に応じて異なるヘイズを有するように構成されてもよいし、第２実施形態と同様に、境界３３と対向する領域のみに設けられてもよい。

【0061】

図１０は、図９に示したプリズムシート５の一例を示す図である。プリズムシート５は、基材５０と、第１方向Ｘに並んだ複数の第１プリズム５１と、第１方向Ｘに並んだ複数の第２プリズム５２と、を有している。第１プリズム５１は、第１位相差層３１と拡散層４との間に位置している。第２プリズム５２は、第２位相差層３２と拡散層４との間に位置している。なお、第１プリズム５１及び第２プリズム５２は、基材５０の第１位相差層３１と対向する側及び第２位相差層３２と対向する側にそれぞれ設けられているが、基材５０の拡散層４と対向する側に設けられてもよい。

【0062】

第１プリズム５１及び第２プリズム５２の各々は、第２方向Ｙに沿って延出し、Ｘ－Ｚ平面において三角形状の断面を有している。第１プリズム５１の断面形状は、第２プリズム５２の断面形状と対称である。図１０に示す例では、第１プリズム５１及び第２プリズム５２は、境界３３を通り基材５０に垂直な法線Ｎ１に対して線対称である。

【0063】

ほぼ平行光である第２円偏光ＣＰ２は第１位相差層３１において直線偏光ＬＰに変換された後、第１プリズム５１において法線Ｎ１に近接する側に屈折する。同様に、ほぼ平行光である第１円偏光ＣＰ１は第２位相差層３２において直線偏光ＬＰに変換された後、第２プリズム５２において法線Ｎ１に近接する側に屈折する。これにより、プリズムシート５を透過した直線偏光ＬＰは、拡散層４の中央部に集光される。

【0064】

上記の通り、境界３３の近傍を透過した光は、所望の直線偏光ＬＰの他に、不所望な直線偏光を含む場合がある。このため、拡散層４の中央部に到達した光については、拡散層４のその他の領域に到達した光と比較して、不所望な直線偏光の占める割合が高くなる場合がある。不所望な直線偏光は、液晶パネルＰＮＬに到達しても表示に寄与しないため、輝度ムラの一因となり得る。

【0065】

第３実施形態によれば、所望の直線偏光ＬＰが拡散層４の中央部に集光されるため、不所望な直線偏光の占める割合が低下する。このため、第１実施形態と同様に、偏光方向が揃った照明光Ｌ１を生成することができる。しかも、液晶パネルＰＮＬは、偏光方向が揃った直線偏光で照明されるため、液晶パネルＰＮＬに表示される画像の輝度ムラが抑制される。

【0066】

なお、第３実施形態では、プリズムシート５が適用される例について説明したが、プリズムシート５と同等の機能を発揮する他の光学素子が適用されてもよい。

【0067】

《変形例》
図１１は、変形例を説明するための図である。ここで説明する変形例は、上記の第１実施形態、第２実施形態、及び、第３実施形態のいずれにも適用することができる。

【0068】

透明な基材６０は、第１面６０Ａ、及び、第１面６０Ａの反対側の第２面６０Ｂを有している。第１液晶素子２１は第１面６０Ａに配置され、第２液晶素子２２は第２面６０Ｂに配置されている。基材６０の第３方向Ｚに沿った厚さＤ６０は、第１液晶素子２１と第２液晶素子２２との間に必要なギャップを形成するように設定される。

【0069】

第１液晶素子２１と第２液晶素子２２との間に必要なギャップは、第１液晶素子２１によって分割された第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２が重畳することなく第２液晶素子２２に到達するように設定される。このため、ギャップは、光源１における発光領域１Ａの第１方向Ｘに沿った幅ＷＸ１、及び、第１液晶素子２１における回折角θｄによって規定することができる。一例では、幅ＷＸ１が２５ｍｍであり、回折角θｄが１０°である場合、ギャップは約３５ｍｍである。つまり、基材６０の厚さＤ６０は、３５ｍｍ程度に設定される。

【0070】

図１１に示す例では、第１液晶素子２１を構成する配向膜ＡＬ１は第１面６０Ａに直接形成され、液晶層ＬＣ１は配向膜ＡＬ１に重なっている。第２液晶素子２２を構成する配向膜ＡＬ２は第２面６０Ｂに直接形成され、液晶層ＬＣ２は配向膜ＡＬ２に重なっている。これにより、第１液晶素子２１及び第２液晶素子２２が一体化されるとともに、基材を共通化することができる。このため、照明装置ＩＬを構成する部材点数が削減され、照明装置ＩＬの組み立て作業を簡素化することができる。

【0071】

《寸法関係》
図１２は、照明装置ＩＬを構成する各部材の寸法関係を説明するための図である。光源１の発光領域１Ａは、第１方向Ｘに沿った幅ＷＸ１と、第２方向Ｙに沿った幅ＷＹ１と、を有している。第１液晶素子２１は、第１方向Ｘに沿った幅ＷＸ２１と、第２方向Ｙに沿った幅ＷＹ２１と、を有している。幅ＷＸ２１は、幅ＷＸ１の１倍以上である。幅ＷＹ２１は、幅ＷＹ１の１倍以上である。つまり、第１液晶素子２１の面積は、発光領域１Ａの面積の１倍以上である。

【0072】

第２液晶素子２２は、第１方向Ｘに沿った幅ＷＸ２２と、第２方向Ｙに沿った幅ＷＹ２２と、を有している。第１液晶素子２１を透過した第１円偏光ＣＰ１及び第２円偏光ＣＰ２が第１方向Ｘに分割される例においては、幅ＷＸ２２は、幅ＷＸ１の２倍以上である。幅ＷＹ２２は、幅ＷＹ１の１倍以上である。つまり、第２液晶素子２２の面積は、発光領域１Ａの面積の２倍以上である。また、第２液晶素子２２の面積は、第１液晶素子２１の面積の２倍以上となる場合があり得る。

【0073】

第１位相差層３１は、第１方向Ｘに沿った幅ＷＸ３１と、第２方向Ｙに沿った幅ＷＹ３１と、を有している。幅ＷＸ３１は、幅ＷＸ１の１倍以上である。幅ＷＹ３１は、幅ＷＹ１の１倍以上である。つまり、第１位相差層３１の面積は、発光領域１Ａの面積の１倍以上である。
第２位相差層３２は、第１方向Ｘに沿った幅ＷＸ３２と、第２方向Ｙに沿った幅ＷＹ３２と、を有している。幅ＷＸ３２は、幅ＷＸ１の１倍以上である。幅ＷＹ３２は、幅ＷＹ１の１倍以上である。つまり、第２位相差層３２の面積は、発光領域１Ａの面積の１倍以上である。
なお、幅ＷＸ３１は幅ＷＸ３２と同等であり、幅ＷＹ３１は幅ＷＹ３２と同等である。また、幅ＷＸ３１と幅ＷＸ３２との和は、幅ＷＸ２２と同等である。

【0074】

液晶パネルＰＮＬの表示領域ＤＡは、第１方向Ｘに沿った幅ＷＸＤと、第２方向Ｙに沿った幅ＷＹＤと、を有している。幅ＷＸＤは、幅ＷＸ１の２倍以上である。幅ＷＹＤは、幅ＷＹ１の１倍以上である。なお、幅ＷＸＤは、幅ＷＸ３１と幅ＷＸ３２との和と同等である。

【0075】

以上説明したように、本実施形態によれば、偏光方向が揃った照明光を生成できる照明装置を提供することができる。

【0076】

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0077】

ＩＬ…照明装置 １…光源
２１…第１液晶素子 ＬＣ１…液晶層 ＬＭＳ１…液晶構造体
２２…第２液晶素子 ＬＣ２…液晶層 ＬＭＳ２…液晶構造体
２２Ａ…第１主面 ２２Ｂ…第２主面 ２２１…第１領域 ２２２…第２領域
３１…第１位相差層 ３２…第２位相差層 ３３…境界
４…拡散層 ４１…第１拡散領域 ４２…第２拡散領域 ４３…第３拡散領域
５…プリズムシート ５１…第１プリズム ５２…第２プリズム
６０…透明基材 ６０Ａ…第１面 ６０Ｂ…第２面
ＰＮＬ…液晶パネル ＰＬ…偏光板 ＤＳＰ…表示装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】