導光板和具有該導光板的液晶顯示裝置的制作方法

專利名稱：導光板和具有該導光板的液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及射出象液晶屏(液晶パネル)的照明光那樣的方向確定的偏振光的導光板和具有該導光板的液晶顯示裝置。
背景技術：
在信息終端中使用的顯示設備等中使用的液晶屏5’的液晶顯示裝置中，由于液晶屏5’自身不發光，因此與例如圖65所示的照明裝置6’組合使用。圖65所示的照明裝置6’由作為光源2’的冷陰極管、由透明材料形成的導光單元40’以及反射板單元30’(30a’、30b’)構成。
從光源2’發出的光3a’入射到導光單元40’，在反射單元30’上反復反射的同時進入導光單元40’內，在有液晶屏5’的方向上射出。此時，有時為了均勻地照明液晶屏5’，在導光單元40’內外具有使光擴散或使光具有指向性的結構(具體在后面說明)。
液晶屏5’配置為由偏振光板51’，53’從兩側夾住液晶板52’。液晶板52’如下動作在施加了未示出的顯示信號的部分52a’(下面叫顯示部分52a’)上，使入射的規定方向的直線偏振光原樣透過，在沒有顯示信號的部分52b’(下面叫透過部分52b’)上入射規定方向的直線偏振光時，將其偏振光方向旋轉90°后射出。這種功能在叫作扭向矩陣型(twist matrix)的液晶屏中已經實用化。
實際上的扭向矩陣型的液晶屏5’使透過偏振光板51’的直線偏振光的方向與透過上述無控制狀態的液晶板52’的直線偏振光的方向一致，使透過偏振光板53’的偏振光的方向與透過偏振光板51’的偏振光的方向正交。
采用這種結構，當從照明裝置6’射出光時，從照明裝置6’向偏振光板51’行進的非偏振光的照明光(31j～34i)由于液晶屏5’的偏振光板51’的偏振光分離功能，僅使來自照明裝置6’的入射光(31j～34j)中透過偏振光板51’的與紙面垂直的偏振光分量(31d～34d)透過。
向液晶板52’的圖形和文字等的顯示部分52a’和構成整體的背景光的透過部分52b’入射規定方向的直線偏振光31d～34d時，在顯示部分52a’上，偏振光方向按原樣透過31e、32e，在透過部分52b’上，偏振光方向被變換90°后，33e、34e透過。
因此，作為整個液晶屏5’，在無控制狀態的顯示(透過部分52b’)上，透過偏振光板51’的偏振光照明光也透過液晶屏5’(直線偏振光33f，34f)而將液晶屏5’的整個面照明，僅在圖形和文字等的顯示位置(顯示部分52a’)上施加電壓，在圖形和文字圖形部分(顯示部分52a’)上透過與偏振光板53’正交的光，而在偏振光板53’上吸收該光，因此顯示為黑色的圖形、文字圖形。
這樣，在偏振光板51’中，來自照明裝置6’的入射光(31j～34j)中，除透過的光31d～34d以外的光(用與紙面水平的雙向箭頭圖示的偏振光分量)，即全部光量的一半以上的光被吸收。
接著說明已有技術的液晶顯示裝置、照明裝置的公開例子。圖66是表示一連串日本專利，即專利2813131號公報“利用衍射光柵的背照光導光板(回折格子を利用レたバックラィト導光板)”、專利2865618號公報“導光板和導光板組件(導光板ぉょび導光板ァセンブリ)”、專利2986773號公報“點光源用的導光板(點光源用の導光板)”中公開的液晶顯示裝置，實現高亮度和亮度的均勻性。
圖66中，從光源2’向背照光導光板71入射的光由衍射光柵72衍射，經擴散板75和聚光用棱鏡片76形成作為液晶屏5’的背照光的照明光。這里進行了如下說明衍射光柵72按從亞微米到數十微米的間距形成，均勻地照射背照光導光板71的面，并且通過擴散板75可解決色象差的問題。
這些例子中所述的衍射光柵72用于把從光源入射到導光板內的光反射偏振到液晶屏的方向。衍射光柵72的結構可像上述專利公報公開的那樣，由正弦波形狀、鋸齒形狀(火焰形狀)、矩形形狀等單一形狀的重復構成。
圖67由日本的特開平5-142536號公報“照明裝置(照明裝置)”公開，該照明裝置在外殼77內具有一組光源2’、與該光源2’之間的空間相對配置的反射板77a和擴散板78，而且，在反射板77a和擴散板78a之間形成的空間中具有傾斜，該傾斜隨著遠離光源2’與反射板77a的距離變小，并且，設置形成多個隨著遠離光源2’孔徑變大的孔80的調光板79。
根據該構成，由反射板77a和擴散板78a構成反射面和擴散面，調光板79對外殼77內的光行使反射和擴散兩種功能，通過孔80的孔徑和分布密度，可將照明裝置輕量化，高效地形成均勻的光分布。
圖68由日本的特開平8-286043號公報“液晶顯示裝置的照明用導光板和其制造方法(液晶表示裝置の照明用導光板ぉょびその製造方法)”公開，在透光性導光板81下面一體形成光擴散膜82，在透光性導光板81的另一表面上形成棱鏡形狀。根據該構成，可實現對液晶顯示裝置的照明光的均勻化，可解決為了除去已有技術中在透光性導光板81的下面印刷的點圖形或者為了隱蔽該點圖形而設置的例如圖66所示的擴散板75和聚光用棱鏡層76所造成的背照光的組裝繁雜、以及由于擴散板75的設置而造成的光的利用效率差等問題。
圖69公開在日本的特開平9-306221號公報“背照光用照明裝置(バックラィト用照明裝置)”，通過在導光板86的背面86a側實施的反射處理87形成沿著光源2’的軸的線狀的反射切口(cut)87a，擴散板88將照明側的表面作為與光源2’的軸平行的凹凸面88a的一個背照光用照明裝置，在導光板86的背面86a進行基本全反射，即便在設置了反射效率優良的反射切口87a時，在擴散板88上形成的凹凸面88a也可向該擴散板88提供已有技術的擴散板以上的擴散作用，防止亮度不均，實現照度提高。
圖70公開在日本的特開平5-196820號公報“背照光導光板(バックラィト導光板)”，在液晶屏5’的后方具有進行導光的導光板89，在其一側或兩側的端部具有管狀的光源2’，該導光板89的后面形成將從側方向入射的光反射向前方的微小的反射面89a，而且，具有由粘結帶91和V形定位爪93構成的光源2’的安裝位置決定結構，使得形成緊湊的且畫面明亮、驅動功率少的背照光。
如圖71所示，日本的特開平11-281978號公報“背照光的制造方法和液晶顯示裝置(バックラィトの製造方法ぉょび液晶表示裝置)”公開了下述結構在用偏振光板95b，95c夾住液晶板95a的表里兩面構成的液晶屏95d的顯示面的里面上設置有擴散板95e、具有全息圖95f的導光板95g、λ/4板95h和反射板95i，從光源2’入射到導光板95g的光由全息圖95f進行偏振光分離，利用兩個偏振光提高光利用效率。
如圖72所示，日本的特開平2001-188126號公報“偏振光分離棱鏡片和照明裝置(偏光分離プリズムシ一トぉょび照明裝置)”公開了下述結構在用偏振光板96b，96c夾住液晶板96a的表里兩面構成的液晶屏96d的顯示面的里面上設置有照明裝置96K，該照明裝置96K具有在凹凸形狀的透光性支撐體96e的表面上具有液晶層96f的偏振光分離棱鏡片96g、λ/4波長板96h、導光板96i和反射板96j，對從光源2’入射到導光板96的光進行偏振光分離，利用兩個偏振光提高光利用效率。
考慮與日本的特開平2001-188126號公報所公開的結構相同的結構，利用兩個偏振光來提高光利用效率的結構也在日本的特開平10-253830號公報和日本的特開平11-149074號公報進行了說明。
日本的特開平9-274109號公報“薄層狀偏振光元件和使用它的液晶顯示元件(シ一ト狀偏光素子及びニれを用ぃた液晶表示素子)”中公開了一種利用薄層狀棱鏡把入射到導光板的光進行偏振光分離并通過利用兩個偏振光提高光利用效率的結構。
此外，日本的特開平10-253830號公報“背照光單元(バックラィトュニット)”中也公開了使用具有偏振光分離功能的元件的背照光。
這些構成中，通過使用具有偏振光分離功能的元件提高光利用效率，可形成畫面明亮、驅動功率少的背照光。
作為已有技術，使用圖65～70說明的液晶顯示裝置、照明裝置中，實現了從配置在導光板的邊緣的光源照射到液晶屏等的背面的面光源的光亮度性和亮度的均勻性。但是，液晶屏自身是僅使用方向確定的偏振光的被照明對象設備，存在對液晶屏的入射光的一半被偏振光板去除而不能利用的問題。
作為另一已有技術，使用圖71、圖72說明的液晶顯示裝置、照明裝置，提出通過利用偏振光分離元件，原來不用于照明的偏振光分量也被有效利用的結構。但是，這些結構中，偏振光分離元件和相位板作為新的部件添加進來，因此導致裝置整體大型化、高成本的問題。

發明內容
本發明為解決上述問題而作出，其目的是提供一種導光板和具有該導光板的液晶顯示裝置，通過作為在導光單元的表面設置的光柵結構體的偏振光分離單元把由液晶屏等的偏振光板阻止入射的偏振光分量返回到導光單元內，用偏振光變換單元變換直線偏振光方向并且通過作為反射板的反射單元再次入射到偏振光分離單元，使得作為入射到液晶屏的偏振光分量取出，從而取出原來不能有效利用的光的偏振光分量，減少發光元件等的部件數，也使功耗減少。
為解決上述問題，對導光板進行改進，并使用采用這種導光板的液晶顯示裝置，可以實現大幅度的薄型化、部件數減少以及亮度提高。
根據權利要求1的發明的導光板，其特征在于，包括偏振光分離單元，根據光的偏振光方向分離反射光和透射光；反射單元，對光進行反射；偏振光變換單元，對透過的光提供相位差，使其滿足θ1+n·180°(其中，θ1在30°≤θ1≤150°的范圍內，n是整數)的條件；導光單元，在上述偏振光分離單元與上述反射單元之間夾置上述偏振光變換單元，并將它們設置為一體。
根據權利要求2的發明的導光板，其特征在于在權利要求1所述的導光板中，優選地，在上述偏振光變換單元的80％以上的區域中，對透過的光提供相位差，使其滿足θ2+n·180°(其中，θ2在45°≤θ2≤135°的范圍內，n是整數)的條件。
根據權利要求3的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1或2所述的導光板中，優選地，在上述偏振光變換單元的60％以上的區域中，對透過的光提供相位差，使其滿足θ3+n·180°(其中，θ3在60°≤θ3≤120°的范圍內，n是整數)的條件。
根據權利要求4的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板中，上述偏振光分離單元為光柵結構體，該光柵結構體由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵構成。
根據權利要求5的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求4所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復結構。
根據權利要求6的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求5所述的導光中板，上述光柵結構體的電介質光柵是矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部的周期重復結構，光柵周期為0.3～0.8μm，光柵深度為0.2～0.5μm。
根據權利要求7的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求6所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵的凸部是由將細微的形狀組合成基本形狀而形成的多個形狀構成的凸部。
根據權利要求8的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板中，上述偏振光分離單元是在由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵的表面，添加具有規定折射率的物質的一層表面層、或相鄰的層間折射率彼此不同的物質層疊而成的多層的表面層的光柵結構體。
根據權利要求9的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求8所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復結構。
根據權利要求10的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求9所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵的光柵周期是0.3～0.8μm，光柵深度為0.2～0.5μm，上述光柵結構體的表面設置的表面層是厚度為50～150nm的二氧化鈦(TiO2)或五氧化二鉭(Ta2O5)和厚度為70～200nm的二氧化硅(SiO2)交替層疊而成的多層。
根據權利要求11的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求10所述的導光板中，上述光柵結構體在上述電介質光柵和上述表面層之間具有大于0且不超過100nm的厚度的一氧化硅(SiO)層。
根據權利要求12的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求11所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵的凸部是由將細微的形狀組合成基本形狀形成的多個形狀構成的凸部。
根據權利要求13的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求8至12中任何一項所述的導光板中，在上述光柵結構體在上述電介質光柵的表面上具有把通過旋涂法或輥涂法涂上用溶劑稀釋的物質后去除溶劑的工序進行一次或重復多次形成的表面層，或通過蒸鍍法、濺射法或離子電鍍法中的任何一種形成一層物質或相鄰層間折射率彼此不同的物質的表面層。
根據權利要求14的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板中，上述偏振光分離單元是向由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵的凹部中添加具有規定折射率的物質的一層表面層、或相鄰的層間折射率彼此不同的物質層疊而成的多層的表面層的光柵結構體。
根據權利要求15的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求14所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復。
根據權利要求16的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求15所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵的光柵周期是0.3～0.8μm，光柵深度為0.2～0.5μm，上述光柵結構體的凹部中設置的表面層是厚度為50～150nm的二氧化鈦(TiO2)或五氧化二鉭(Ta2O5)和厚度為70～200nm的二氧化硅(SiO2)交替層疊而成的多層。
根據權利要求17的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求16所述的導光板中，上述光柵結構體在電介質光柵和表面層之間具有大于0且不超過100nm的厚度的一氧化硅(SiO)層。
根據權利要求18的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求17所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵的凸部是由將細微的形狀組合成基本形狀形成的多個形狀構成的凸部。
根據權利要求19的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求14至18中任何一項所述的導光板中，在上述光柵結構體在電介質光柵的表面上具有把通過旋涂法或輥涂法涂上用溶劑稀釋的物質后去除溶劑、再僅去除位于電介質光柵的凸部的頂上的物質的工序進行一次或重復多次而在凹部中形成的由一層物質或相鄰層間折射率彼此不同的物質構成的表面層或把通過蒸鍍法、濺射法或離子電鍍法中的任何一種在涂上物質后僅去除位于凸部的頂上的物質的工序進行一次或重復多次而凹部中形成的由一層物質或相鄰層間折射率彼此不同的物質構成的表面層。
根據權利要求20的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板中，上述偏振光分離單元是由相鄰層間折射率不同的物質按層疊狀形成的凸部的周期重復結構的光柵構成的光柵結構體。
根據權利要求21的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求20所述的導光板中，上述光柵結構的光柵體是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復。
根據權利要求22的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求21所述的導光板中，上述光柵結構體是通過對把用旋涂法或輥涂法涂上用溶劑稀釋的物質后去除溶劑的工序進行一次或重復多次形成的由相鄰層間折射率彼此不同的物質構成的膜或用蒸鍍法、濺射法或離子電鍍法中的任何一種形成的由相鄰層間折射率彼此不同的物質構成的膜進行壓紋加工形成的光柵。
根據權利要求23的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板中，上述偏振光分離單元是在由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵的表面上設置由金屬材料形成的周期重復結構的金屬光柵的光柵結構體。
根據權利要求24的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求23所述的導光板中，上述光柵結構體的金屬光柵是由反射率為60％以上的金屬薄膜形成的。
根據權利要求25的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求24所述的導光板中，上述金屬光柵的金屬薄膜是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構成的一種化合物或其中兩種以上組合而成的合金。
根據權利要求26的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求23至25中任何一項所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復。
根據權利要求27的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求26所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵是矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部的周期重復結構，光柵周期大于0并且在0.4μm以下，光柵深度大于0并且在0.2μm以下。
根據權利要求28的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求27所述的導光板中，上述光柵結構體的電介質光柵的凸部是由將細微的形狀組合成基本形狀形成的多個形狀構成的凸部。
根據權利要求29的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板中，上述偏振光分離單元是對導光單元、透明基板或透明膜設置由金屬材料形成的周期重復結構的金屬光柵的光柵結構體。
根據權利要求30的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求29所述的導光板中，上述光柵結構體是形成反射率為60％以上的金屬薄膜的金屬光柵的光柵結構體。
根據權利要求31的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求30所述的導光板中，上述金屬光柵的金屬薄膜是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構成的一種化合物或其中兩種以上組合而成的合金。
根據權利要求32的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求30或31所述的導光板中，上述金屬光柵的金屬薄膜的膜厚在0.05μm以上，光柵的周期T為0.05～0.25μm，光柵的寬度相對光柵的周期T為0.25T～0.85T的范圍。
根據權利要求33的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求29至32中任何一項所述的導光板中，在導光單元、透明基板或透明膜和上述金屬光柵之間形成底層，上述金屬光柵和上述底層的表面上形成保護膜。
根據權利要求34的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求29至33中任何一項所述的導光板中，上述金屬光柵是在導光單元、透明基板、透明膜或底層的表面上，通過有條紋狀的光柵圖形的掩模，用蒸鍍法、濺射法、離子電鍍法或干式蝕刻法中的任何一種形成的。
根據權利要求35的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求29至34中任何一項所述的導光板中，在透明膜的表面側具有形成了由金屬薄膜構成的金屬光柵的光柵結構體的導光板中，
上述光柵結構體是在透明膜上形成金屬光柵后，把該透明膜沿條紋方向延伸，將金屬光柵作為細微圖形，與透明膜一起貼附在導光單元或透明基板上而形成的。
根據權利要求36的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至35中任何一項所述的導光板中，上述導光單元以樹脂為材料，將上述偏振光變換單元作成多折射分布。
根據權利要求37的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求36所述的導光板中，上述導光單元的材料是丙烯類樹脂、聚碳酸酯樹脂、丙烯腈苯乙烯類樹脂、環氧類樹脂或烯烴類樹脂中的任何一種。
根據權利要求38的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求36或37所述的導光板中，通過各向異性的表層形成內部多折射。
根據權利要求39的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求36至38中任何一項所述的導光板中，以樹脂為材料的導光單元具有大的定向性。
根據權利要求40的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求36至39中任何一項所述的導光板中，形成導光單元的樹脂中包含規定量的與主材不同的具有各向異性的樹脂聚合物。
根據權利要求41的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求40所述的導光板中，與主材不同的樹脂聚合物是苯乙烯顆粒或液晶聚合物。
根據權利要求42的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至41中任何一項所述的導光板中，上述反射單元設置在上述導光單元的除了入射光的面和形成偏振光分離單元的面外的所有面或一部分上。
根據權利要求43的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板中，上述反射單元的一部分或全部是由細微凹凸構成的擴散性全息圖、體積型擴散性全息圖(體積型拡散性ホログラム)或斑點(スペックル)擴散面中的任何一種，向上述偏振光分離單元擴散反射。
根據權利要求44的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求43所述的導光板中，在上述反射單元的擴散性全息圖、體積型擴散性全息圖或斑點擴散面上形成金屬反射膜。
根據權利要求45的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求43或44所述的導光板中，上述反射單元中的一個擴散性全息圖具有把一個入射光分為多個射出光的功能，假設把表示將具有P1(x)的相位差分布的入射光變換為第i個射出光的功能的相位差分布設為Pi(x)，具有下面的式子(7)表示的相位差分布P(x)P(x)=mod[Σj=2kaj(x)·mod[Pj(x)-P1(x)+Cj,π]+mod[P1(x)+C1,π],mπ]...(7)]]>(其中，x是表示擴散性全息圖上的位置的矢量，是圓周率，m是自然數，k是2以上的整數，aj是滿足0＜aj＜1的函數，cj是常數，mod[A，B]是表示A除以B時的余數的函數)。
根據權利要求46的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求45所述的導光板中，為了使上述反射單元中的擴散性全息圖的相位差分布為上述P(x)，表面形狀D’(x)用下面的式子8表示D’(x)＝-(1/2ns)·(λ/π)·P(x)…………(8)(其中，ns是擴散性全息圖的周圍介質的折射率，λ表示波長)。
根據權利要求47的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板中，上述反射單元由金屬形成。
根據權利要求48的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求47所述的導光板中，金屬是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構成的一種化合物或組合其中兩種以上的合金。
根據權利要求49的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板中，上述反射單元由電介質多層膜形成。
根據權利要求50的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求49所述的導光板中，在上述電介質多層膜上形成金屬反射膜。
根據權利要求51的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板中，上述反射單元是通過印刷形成的圖形。
根據權利要求52的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板中，上述反射單元是散射面。
根據權利要求53的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至52中任何一項所述的導光板中，上述偏振光分離單元隨著位置遠離上述光源而提高透過率。
根據權利要求54的發明的導光板，其特征在于在根據權利要求1至53中任何一項所述的導光板中，上述偏振光分離單元形成光柵結構體，使其與從光源入射的光大致正交。
根據權利要求55的發明的液晶顯示裝置，其特征在于在根據權利要求1至54中任何一項所述的導光板中，上述反射單元隨著位置遠離上述光源而提高透過率。
根據權利要求56的發明的液晶顯示裝置，其特征在于，包括光源；使從上述光源射出的光中彼此正交的兩個偏振光分量之一的偏振光分量透過的權利要求1到權利要求55中任何一項所述的導光板；由從上述導光板射出的偏振光照明的液晶屏。
根據權利要求57的發明的液晶顯示裝置，其特征在于在根據權利要求56所述的液晶顯示裝置中，上述液晶屏包括液晶板；配置在該液晶板的表面和里面并且使偏振光方向正交的一對偏振光板，把上述偏振光變換單元和偏振光板配置成使透過上述偏振光變換單元的偏振光的偏振光方向與透過位于液晶屏和導光板之間的偏振光板的偏振光的偏振光方向正交。


圖1是導光板的簡要構成圖；圖2是導光板的簡要構成圖；圖3是從冷陰極管射出的光的頻譜特性圖；圖4是光柵結構體的截面形狀圖；圖5是光柵結構體的截面形狀圖；圖6是光柵結構體的截面形狀圖；圖7是光柵結構體的截面形狀圖；圖8是說明光柵結構體與透過光的關系的原理圖；圖9是光柵結構體的簡要構成圖；圖10是光柵結構體的簡要構成圖；圖11是光柵結構體的簡要構成圖；圖12是光柵結構體的簡要構成圖；圖13是光柵結構體的偏轉分離特性圖；圖14是光柵結構體的偏轉分離特性圖；圖15是光柵結構體的偏轉分離特性圖；圖16是光柵結構體的偏轉分離特性圖；圖17是說明多級形狀的凸部的截面圖；圖18是說明通過光掩模和光的曝光制造光柵結構體的方法的說明圖；圖19是光柵結構體的簡要構成圖；圖20是表示光柵結構體的構成例的圖；圖21是光柵結構體的偏轉分離特性圖；圖22是表示光柵結構體的構成例的圖；圖23是光柵結構體的偏轉分離特性圖；圖24是光柵結構體的構成圖；圖25是說明光柵結構體的制造方法的說明圖；圖26是光柵結構體的構成圖；圖27是光柵結構體的構成圖；
圖28是說明光柵結構體的制造方法的說明圖；圖29是光柵結構體的構成圖；圖30是光柵結構體的構成圖；圖31是光柵結構體的簡要構成圖；圖32是光柵結構體的偏振光分離特性圖；圖33是光柵結構體的簡要構成圖；圖34是光柵結構體的偏振光分離特性圖；圖35是光柵結構體的構成圖；圖36是偏轉分離特性圖；圖37是另一光柵結構體的截面斜視圖；圖38是另一光柵結構體的截面斜視圖；圖39是另一光柵結構體的截面斜視圖；圖40是表示蒸鍍有金屬薄膜的膜的制造方法的圖；圖41是表示導光單元的多折射分布的特性圖；圖42是表示導光單元的多折射分布的特性圖；圖43是表示導光單元的多折射分布的特性圖；圖44是說明擴散性全息圖的原理圖的說明圖；圖45是表示印刷圖形的說明圖；圖46是亮度提高率的比較評價圖；圖47是位置不同光柵間距不同的偏振光分離單元的說明圖；圖48是位置不同電介質光柵形狀不同的偏振光分離單元的說明圖；圖49是位置不同印刷圖形不同的反射單元的說明圖；圖50是位置不同使反射方向不同的由擴散性全息圖構成的反射單元的說明圖；圖51是位置不同使反射方向不同的由擴散性全息圖構成的反射單元的說明圖；圖52是照明裝置用的導光板的放射角度區域的說明圖；圖53是液晶顯示裝置的簡要構成圖；圖54是圖示出液晶顯示裝置的光柵結構體和透過光的關系的AB向視圖；圖55是與液晶顯示裝置的已有技術進行比較的圖；圖56是液晶顯示裝置的簡要構成圖；圖57是另一實施方式的簡要構成圖；圖58是另一實施方式的簡要構成圖；圖59是另一實施方式的簡要構成圖；圖60是另一實施方式的簡要構成圖；圖61是表示電介質光柵的截面形狀的圖(SEM照片)；圖62是電介質光柵的偏轉分離特性圖；圖63是測定亮度提高率的實驗裝置的構成圖；圖64是表示具有3層的多層膜的電介質光柵的截面形狀的圖(SEM照片)；圖65是表示已有技術的液晶顯示裝置的側面的主要部分構成圖；圖66是表示已有技術的另一液晶顯示裝置的主要部分構成圖；圖67是表示已有技術的另一照明裝置的主要部分構成圖；圖68是表示已有技術的另一照明裝置的主要部分構成圖；圖69是表示已有技術的另一照明裝置的主要部分構成圖；圖70是表示已有技術的另一液晶顯示裝置的主要部分構成圖；圖71是表示已有技術的另一液晶顯示裝置的主要部分構成圖；圖72是表示已有技術的另一液晶顯示裝置的主要部分構成圖；圖73是表示已有技術的另一液晶顯示裝置的主要部分構成圖。
具體實施例方式
接著參考

本發明的導光板的第一實施方式。
圖1、圖2是導光板的簡要構成圖，圖3是從冷陰極管射出的光的頻譜特性圖。本實施方式中，是最上位概念的導光板1，如圖1所示，具有偏振光分離單元10、偏振光變換單元20、反射單元30、導光單元40，特別地，導光單元40夾在偏振光分離單元10和反射單元30之間，并且以在內部包含偏振光變換單元20的方式一體構成。
如圖2所示，導光單元40也可以是具有傾斜的形狀(楔形形狀)。
接著，說明這些構成。為了說明導光板1具有改善單向的偏振光的亮度提高率的功能，說明對從光源2入射的光產生怎樣的作用。
如圖1所示，光源2射出光。該光在反射單元30的反射面和偏振光分離單元10的偏振光分離面之間交替反射并行進。
其中，偏振光分離單元10具有根據光的偏振光方向分離反射光和透過光的功能。偏振光分離單元10使到達偏振光分離單元10的光中的圖1所示方向的p偏振光作為透過光透過，使s偏振光作為反射光反射。
本說明書的說明中的p偏振光和s偏振光是如圖1所示，以光柵結構體的形成方向為基準決定的，將垂直于光柵結構體的形成方向的方向定義為p偏振光，將平行于光柵結構體的形成方向的方向定義為s偏振光，后面還將進一步詳細說明。
從偏振光分離單元10反射的光(s偏振光)透過偏振光變換單元20。該偏振光變換單元20對透過的光賦予滿足θ1+n·180°(其中，θ1在30°≤θ1≤150°的范圍內，n是整數)的條件(下面叫作條件1)的多折射相位差。透過的光到達反射單元30。
反射單元30反射到達的光，使之朝向偏振光變換單元20和偏振光分離單元10。本實施方式中，說明了反射單元30簡單反射的情況，但也可采用可控制反射方向等的各種反射單元30。關于反射單元30在后面詳細說明。
偏振光變換單元20再度對透過的光賦予滿足θ1+n·180°(其中，θ1在45°≤θ1≤135°的范圍內，n是整數)的條件1的多折射相位差。透過偏振光變換單元20的光到達偏振光分離單元10。
由此，在偏振光分離單元10和反射單元30之間往復時，對光賦予了合計2θ1+n·360°(其中，2θ1在60°≤2θ1≤300°的范圍內)的多折射相位差。這意味著賦予多折射相位差，使其包含在以180°為中心的±120°的范圍內。
已知對光賦予180°的多折射相位差，即錯開1/2波長的相位時，光的偏振光方向變換90°，從該偏振光變換單元20入射到偏振光分離單元10的光將偏振光方向變換到以90°為中心的規定范圍(即以90°為中心的±60°的范圍即30°≤α≤150°)內(即s偏振光變換為包含P偏振光成分的光)，偏振光分量(p偏振光)透過偏振光分離單元10射出。
不能透過偏振光分離單元10而反射的s偏振光分量也再度經過同樣的光路最終透過偏振光分離單元10。
即使偏振光分離單元10的偏振光分離面反射的s偏振光分量在反射單元30的下側的反射面被反射一次，也并非所有的光都到達偏振光分離單元10的偏振光分離面，但在偏振光分離面和反射面之間多次反射的過程中統計上變換為p偏振光，透過偏振光分離單元10的偏振光分離面。這樣，由于無浪費地利用了光，可改善亮度提高率。
本實施方式中，如圖2所示，把導光單元40形成為楔形并且使反射單元30傾斜，也可使入射的光確實朝向偏振光分離單元10反射。
上面說明了本實施方式的偏振光變換單元20對透過的光賦予多折射相位差θ1+n·180°(其中，θ1在30°≤θ1≤150°的范圍內，n是整數)。這種情況下，根據光源2射出的光的波長賦予的多折射相位差不同。下面簡要說明這一點。
光源2具體說是單色光源或白色光源。
如果是單色光源，則有輸出特定波長(例如紅色700nm、綠色546.1nm、或藍色435.8nm的單波長)的激光的激光二極管、單色LED等。
如果是白色光源，則有冷陰極管光源或白色LED光源(將從LED芯片放射的紫外光通過熒光材料變換為白色光的光源)這種放射出跨寬范圍的波長的光源。另外，有放射多個為補色關系的2色或RGB3原色等單色的光并得到白色光的白色LED光源等各種光源。如從圖3所示的頻譜特性圖可知的那樣，這種白色光源在寬的頻帶中包含不同波長的多個光。
接著，說明偏振光變換單元20賦予的多折射相位差依賴于光的波長，隨著使用的光源2的種類不同，條件也不同這一點。
例如，光源為輸出單波長的光的激光等的單色光源的情況下，光的波長是狹窄頻帶。因此，在該光源的波長下使多折射相位差滿足條件1，優選使多折射相位差為90°。
偏振光變換單元20對透過的光賦予多折射相位差θ1+n·180°(其中，θ1在30°≤θ1≤150°的范圍內)，但該多折射相位差除了角度以外可用長度表達。假設n＝0，則如下所示。
如果激光的波長為700nm，則700nm·30°/360°＝58.3nm700nm·150°/360°＝291.7nm即，在n＝0時，只要在58.3nm～291.7nm的范圍中賦予多折射相位差則滿足條件1，只要偏振光變換單元20更多地賦予175nm(相位差為90°)左右的多折射相位差即可。
同樣，如果激光的波長為550nm，則550nm·30°/360°＝45.8nm550nm·150°/360°＝229.2nm即，在n＝0時，只要在45.8nm～229.2nm的范圍中賦予多折射相位差即可，只要偏振光變換單元20更多地賦予137.5nm(相位差為90°)左右的多折射相位差即可。
同樣，如果激光的波長為400nm，則400nm·30°/360°＝33.3nm400nm·150°/360°＝166.7nm即，在n＝0時，只要在33.3nm～166.7nm的范圍中賦予多折射相位差即可，只要偏振光變換單元20更多地賦予100.0nm(相位差為90°)左右的多折射相位差即可。
此外，條件1的前提是光的s偏振光分量在偏振光分離單元10和反射單元30往復一次期間，受到偏振光變換單元20的作用，大部分成為p偏振光。也有采用并非一次往復而是二次往復等多個光路的光，但大概都在反射單元30的反射面反射并再次到達偏振光分離單元10的偏振光分離面。因此，優選偏振光變換單元20提供的多折射相位差在導光板10的厚度方向上大概為90°左右，賦予多折射相位差為θ1+n·180°(其中，θ1在30°≤θ1≤150°的范圍內)。
如上所述，單色光源中，難以決定偏振光變換單元20賦予的多折射相位差。但是，光源2為白色光源，即像冷陰極管光源、LED光源等放射跨寬范圍的波長的光的光源的情況下，不能簡單地決定滿足條件1的多折射相位差。
為解決這個問題，本發明的偏振光變換單元20中如下決定多折射相位差使在光源主要發出白色光的可視光波長區域的大概中央的波長滿足條件1(賦予90°多折射相位差)。
在放射多個為補色關系的2色或RGB3原色等單色的光并得到白色光的白色LED光源的情況下，偏振光變換單元20中如下決定多折射相位差使在這些2色或3色等的波長的大概中央的波長滿足條件1(賦予90°多折射相位差)。
對例如，白色光源是射出400nm、550nm和700nm(為簡化說明，波長用簡單的數值替代)的RGB3原色的激光并合成白色光的光源的情況進行說明。此時的中央附近的波長是550nm，用長度表達多折射相位差時，n＝0的情況下，在45.8～229.2nm的范圍中賦予多折射相位差。但是，正如上述計算所示，對于波長700nm的光，在賦予175nm的多折射相位差時，賦予90°多折射相位差，在波長400nm的光中，在賦予100nm的多折射相位差時賦予90°多折射相位差。這些是包含在45.8～229.2nm的范圍內的多折射相位差，對全部3原色的波長賦予90°附近的多折射相位差。因此，具備本實施方式的條件1的偏振光變換單元20的導光板也可適用于白色光源。
本實施方式中，在偏振光分離單元10和反射單元30之間配置了偏振光變換單元20，因此在把偏振光分離單元10的偏振光分離面反射的s偏振光從反射單元30反射并再度入射到偏振光分離單元10的偏振光分離面時，光通過去路和回路二次透過偏振光變換單元20，變換偏振光方向，以從s偏振光變換為包含p偏振光分量(如果將偏振光方向變換90°，則所有分量為p偏振光)，可透過偏振光分離單元10。
通過采用該結構，用比原來高的效率僅取出正交的兩個方向的偏振光中的一個方向的偏振光，有可提高亮度提高率的優點。
接著說明第二實施方式。本發明中，為進一步提高亮度提高率，優選是上述偏振光變換單元20中的區域面積的約80％對透過的光提供多折射相位差，以滿足θ2+n·180°(其中，θ2在45°≤θ2≤135°的范圍內，n是整數)的條件(下面叫作條件2)。
此時，也根據光源的種類變化，例如單色光源的情況下，偏振光變換單元20對透過的光提供θ2+n·180°(其中，θ2在45°≤θ2≤135°的范圍內)的多折射相位差。和前面的計算相同，用長度表達多折射相位差時，在n＝0的情況下，如下所示如果激光的波長為700nm，則700nm·45°/360°＝87.5nm700nm·135°/360°＝262.5nm即，n＝0時，只要在87.5nm～262.5nm的范圍中賦予多折射相位差即可，只要偏振光變換單元20更多地賦予175nm(相位差為90°)左右的多折射相位差即可。在這種情況下，比條件1的58.3nm～291.7nm的范圍窄，因此需要更嚴格地設定偏振光變換單元20(設定的具體方法在后面說明)。
同樣，如果激光的波長為550nm，則550nm·45°/360°＝68.8nm550nm·135°/360°＝206.3nm即，n＝0時，只要在68.8nm～206.3nm的范圍中賦予多折射相位差即可，只要偏振光變換單元20更多地賦予137.5nm(相位差為90°)左右的多折射相位差即可。此時，比條件1的45.8nm～229.2nm的范圍窄，因此需要更嚴格地設定偏振光變換單元20。
同樣，如果激光的波長為400nm，則400nm·45°/360°＝50.0nm400nm·135°/360°＝150.0nm即，n＝0時，只要在50.0nm～150.0nm的范圍中賦予多折射相位差即可，只要偏振光變換單元20更多地賦予100.0nm(相位差為90°)左右的多折射相位差即可。此時，比條件1的33.3nm～166.7nm的范圍窄，因此需要更嚴格地設定偏振光變換單元20。這樣，單色光源的情況下應用也毫無問題。
在白色光源是射出400nm、550nm和700nm的RGB3原色的激光并合成白色光的光源的情況下，在中央附近的波長550nm中對光提供滿足條件2的多折射相位差，用長度表達多折射相位差時，n＝0的情況下，在68.8nm～206.3nm的范圍中賦予多折射相位差。但是，正如上述的計算，波長700nm的光在賦予175nm的多折射相位差時賦予90°多折射相位差，波長400nm的光，在賦予100nm的多折射相位差時，賦予90°多折射相位差。這些是包含在68.8nm～206.3nm的范圍內的多折射相位差，對全部3原色的波長賦予90°附近的多折射相位差。因此，具有本實施方式的條件2的偏振光變換單元20的導光板也適用于白色光源。
根據該結構，往復兩次透過偏振光變換單元20時，合計為2θ2+n·360°(其中，2θ2在90°≤2θ2≤270°的范圍內)。這意味著賦予多折射相位差，使其包含在以180°為中心的±90°的范圍內。在這種情況下，將入射到偏振光分離單元10的光的偏振光方向變換到以90°為中心的規定范圍(即以90°為中心的±45的范圍45°≤α≤135°)內，先前由偏振光分離單元10反射的光中可透過的偏振光分量透過偏振光分離單元10射出。
本發明中，由于使偏振光變換單元20進行的偏振光的變換方向的范圍(以90°為中心的±45°的范圍內)變窄輸出，因此變換s偏振光的偏振光方向使其包含更多的p偏振光分量的光，必而更多的光可透過偏振光分離單元10，可增大亮度提高率。
通過采用該結構，在比第一實施方式更高的效率下確保取出偏振光的區域在80％以上，具有可進一步提高亮度提高率的優點。
接著說明第三實施方式。本發明中，為進一步改善亮度提高率，優選是上述偏振光變換單元20中區域面積的約60％對透過的光提供多折射相位差，以滿足θ3+n·180°(其中，θ3在60°≤θ3≤120°的范圍內，n是整數)(下面叫作條件3)的條件。
此時，條件3也根據光源的種類發生變化，例如單色光源的情況下，偏振光變換單元20對透過的光賦予θ3+n·180°(其中，θ3在60°≤θ3≤120°的范圍內)的多折射相位差。可用長度表示多折射相位差，在n＝0的情況下，如下所示如果激光的波長為700nm，則700nm·60°/360°＝116.7nm700nm·120°/360°＝233.3nm即，n＝0時，只要在116.7nm～233.3nm的范圍中賦予多折射相位差即可，只要偏振光變換單元20更多地賦予為90°的175nm(相位差為90°)左右的多折射相位差即可。此時，比條件1的58.3nm～291.7nm的范圍、條件2的87.5nm～262.5nm范圍窄，因此需要更嚴格地設定偏振光變換單元20。
同樣，如果激光的波長為550nm，則550nm·60°/360°＝91.7nm550nm·120°/360°＝183.3nm即，n＝0時，只要在91.7nm～183.3nm的范圍中賦予多折射相位差即可，只要偏振光變換單元20更多地賦予137.5nm(相位差為90°)左右的多折射相位差即可。這種情況下，比條件1的45.8nm～229.2nm、條件2的68.8nm～206.3nm的范圍窄，因此需要更嚴格地設定偏振光變換單元20。
同樣，如果激光的波長為400nm，則400nm·60°/360°＝66.7nm400nm·120°/360°＝133.3nm即，n＝0時，只要在66.7nm～133.3nm的范圍中賦予多折射相位差即可，只要偏振光變換單元20更多地賦予100.0nm(相位差為90°)左右的多折射相位差即可。這種情況下，比條件1的33.3nm～166.7nm、條件2的50.0nm～150.0nm的范圍窄，因此需要更嚴格地設定偏振光變換單元20。這樣，單色光源的情況下應用也毫無問題。
在白色光源是射出400nm、550nm和700nm的RGB 3原色的激光并合成白色光的光源的情況下，是作為中央附近的波長的550nm，用長度表達多折射相位差時，在n＝0的情況下，在91.7nm～183.3nm的范圍中賦予多折射相位差。但是，正如上述計算，波長700nm的光在賦予175nm的多折射相位差時賦予90°多折射相位差，波長400nm的光，在賦予100nm的多折射相位差時賦予90°多折射相位差。這些是包含在91.7nm～183.3nm的范圍內的多折射相位差，對全部3原色的波長賦予90°附近的多折射相位差。因此，具有本實施方式的條件3的偏振光變換單元20的導光板也適用于白色光源。
根據該結構，往復兩次透過偏振光變換單元20時，合計時2θ3+n·360°(其中，2θ3在120°≤2θ3≤240°的范圍內)。這意味著賦予多折射相位差，使其包含在以180°為中心的±90°的范圍內。此時，入射到偏振光分離單元10的光的偏振光方向被變換到以90°為中心的規定范圍(即以90°為中心的±30°的范圍60°≤α≤120°)內，先前由偏振光分離單元10反射的光中可透過的偏振光分量透過偏振光分離單元10射出。
本發明中，偏振光變換單元20確保偏振光的變換方向的范圍(以90°為中心的±30°的范圍內)變窄輸出的區域在60％以上，具有可進一步提高亮度提高率的優點。
接著說明第四實施方式。
本發明中，除上述第一到第三實施方式的結構外，還更具體說明偏振光分離單元10。圖4～7是光柵結構體的截面形狀圖。
本實施方式的偏振光分離單元10采用光柵結構體，該光柵結構體由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵構成。該光柵結構體的截面形狀例如為圖4所示的矩形、圖5所示的梯形、圖4所示的三角形或圖7所示的正弦波形凸部中的任何一種形狀或者多個這些凸部組合而成的未示出的形狀中的任何一種形狀的周期重復結構。并且重復周期是p。
關于光柵結構體，有將其直接形成在導光單元40上的情況、在透明基板上形成并配置在導光單元40上的情況、或在對透明膜形成并配置在導光單元40上的情況。
說明這種光柵結構體的偏振光分離功能。圖8是表示光柵結構體和透過光的關系的原理圖。如圖8所示，在圖示的例子中，由電介質形成的光柵結構體100在作為光柵結構體100的光柵形成方向的Y軸方向上延伸。考慮入射到該光柵結構體的具有X軸方向的偏振光分量(p偏振光)和Y軸方向的偏振光分量(s偏振光)的光3。這種光3入射到光柵結構體100時，僅X軸方向的偏振光分量的光(p偏振光)在Z軸方向上透過，而Y軸方向的偏振光分量(s偏振光)由光柵結構體100反射并返回到Z軸的下方向。即，本實施方式的偏振光分離單元10利用了偏振光根據光柵結構體100的材質(電介質)和形狀尺寸而透過或反射的性質。
這樣，光柵結構體100具有偏振光分離功能，但光柵結構體100的周期為p時，主要使波長為p附近的光(波長左右的光)透過。因此，使用本實施方式的光柵結構體100的偏振光分離單元10的光源最好是輸出單波長的單色光源。
通過根據電磁場理論對光波進行數值分析模擬可以理解具有這種截面形狀的光柵結構體100的偏振光分離單元的偏振光分離功能。
這里，參考

光柵結構體的截面形狀最好是矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部的周期重復結構、光柵周期最好為0.3～0.8μm、光柵深度為0.2～0.5μm的情況。
圖9～圖12是光柵結構體的簡要構成圖，圖13～16是光柵結構體的偏轉分離特性圖。
向這些圖9～圖12所示的光柵結構體入射光時的偏振光分離特性的計算機模擬結果的偏轉分離特性表示在圖13～16中。圖9、圖10、圖11、圖12分別是矩形、梯形、正弦波形、三角形的光柵結構體，光柵周期都為p＝0.55μm、光柵深度都為h＝0.28μm、折射率都為n＝1.49。圖13、圖14、圖15、圖16分別表示在向該光柵結構體垂直入射可見光波長域的光(400～700nm的波長的光)時，與光柵結構體的形成方向平行的偏振光分量(s偏振光)的反射率(Rs)和與光柵結構體的形成方向垂直的偏振光分量(p偏振光)的透過率(Tp)對波長的依賴性。比光柵周期p＝0.55μm稍大的波長域中，反射率Rs增高。這4個分離特性圖中，示出具有比光柵周期p大的波長的光(波長550nm的光)中，p偏振光按0.9左右的效率透過，s偏振光按0.5～0.8左右的效率反射，得到良好的偏振光分離特性。
除上述光柵結構體外，電介質光柵的凸部也可以是由將細微的形狀組合成基本形狀形成的多個形狀構成的凸部。圖17例如是說明多級形狀的凸部的截面圖。
如圖17例示的那樣，光柵結構體的形狀或結構是細微的凹凸(圖17中除凹凸外還形成細微的凹凸)，按光波長以下的周期p形成的凸部通過把寬度窄的槽部101和在該槽部101上形成臺階的寬度大的槽部102重復多個形成。這樣，可以形成矩形上面有矩形的光柵的截面為凸字狀的光柵結構。
接著說明將表面形狀作成多級的理由。這是為了制造上的方便。
前面說明了電介質光柵的截面形狀如前面說明為矩形、梯形、正弦波形或三角形凸部形成的光柵結構體的情況，但有時難以嚴格地形成這些凸部。因此，采用將偏振光分離單元10形成為近似正弦波形、三角形的臺階狀(參考圖17)的方法。
接著說明這些光柵結構體的制造方法。
在后面還要進行詳細說明，導光單元40是通過樹脂成型來形成的，即在成型金屬模中形成光柵結構體的復制面，在樹脂成型時，通過復制來成型偏振光分離單元。成型金屬模的復制面的制作中，對于矩形、梯形、三角形，可使用通過原來已知的ル一リングェンジン和ファナック株式會社制造的ROBOnano等近年來提高加工分辨力的細微形狀加工機等進行機械切削的方法。
除了從上述的成型金屬模進行復制的方式外，還可以通過光掩模和光的曝光來形成。此時，截面形狀的凸部容易制作為與圖17所示的臺階形狀類似的形狀。簡要說明制作方法。圖18是說明通過光掩模和光的曝光制造光柵結構體的方法的說明圖。如圖18(a)所示，對在透明基材103(導光單元40)上形成的光刻膠104經第一光掩模105進行曝光。除去曝光后感光的光刻膠104，通過蝕刻將透明基材103(導光單元40)加工成2值形狀。并且，如圖18(b)所示，使用第二光掩模106或未示出的第三光掩模通過進行同樣的順序容易形成臺階狀的近似形狀。
正弦波形狀的情況下，也可以使用1塊2值形狀掩模，通過控制光的曝光條件，將模子作成正弦波形狀。也可使用矩形或梯形形狀的模子，通過適當設定成型條件，在透明基材103(導光單元40)上實質形成正弦波形狀。另外，正弦波形狀的情況下，也可通過在光刻膠面上使2個激光干涉，形成為全息圖形。
這些光柵結構體的周期理論上最好是照明光的波長左右，但從圖13～16的分離特性圖可知，由于光柵結構體的周期稍小、并且即使光的波長增大也能實現規定的變更分離功能，因此也可以使光柵結構的周期比光的波長小一些。
由于光柵結構體的光柵周期的大小包含可見光的波長區域，因此可以在0.3～0.8μm的范圍中。光柵深度最好在0.2～0.5μm的范圍中，但隨著波長變大，光柵深度也變大。
光柵結構體的周期不限定為恒定周期，這一點在后面將進行詳細說明。如圖19的光柵結構體的截面形狀圖所示，可以是隨位置變化的(p1＜p2)的結構，也可根據位置來變更或調節透過的光的波長。
以上說明的事項是本發明人通過計算機模擬和實驗獲知的事項，這些光柵周期、光柵深度除前面說明的組合外，可以根據實際情況進行適當調整變更和選擇。
接著說明本發明的第五實施方式。
本實施方式中，與第四實施方式同樣，除上述第一～第三實施方式的構成外，還更具體說明偏振光分離單元10，但是說明偏振光分離單元10的另一形式。
本實施方式的偏振光分離單元10是向作為通過透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵的表面上，添加作為具有規定折射率的物質的一層表面層、或在相鄰的層間折射率彼此不同的物質層疊而成的多層的表面層的光柵結構體。
該光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復結構。
關于這些光柵結構體，有將其直接形成在導光單元40上的情況、在透明基板上形成并配置在導光單元40上的情況、或在透明膜上形成并配置在導光單元40上的情況。
光柵結構體的電介質光柵的光柵周期是0.3～0.8μm，光柵深度為0.2～0.5μm，光柵結構體的表面上設置的表面層是交替層疊多層厚度為50～150nm的二氧化鈦(TiO2)或五氧化二鉭(Ta2O5)和厚度為70～200nm的二氧化硅(SiO2)而成的。
下面示出這些實施方式的具體例子。示出光柵結構體和入射光時偏振光分離特性的計算機模擬的具體例子，圖20是表示光柵結構體的構成例的圖，圖21是光柵結構體的偏轉分離特性圖。
圖20所示的光柵結構體是在光柵周期為0.55μm、光柵深度為0.275μm且凸部為三角形的電介質光柵107的表面上，按順序層疊厚度為87nm的二氧化鈦(TiO2)電介質膜108和厚度為132nm的二氧化硅(SiO2)電介質膜109以及厚度為87nm的二氧化鈦(TiO2)電介質膜110而成的光柵結構體。
分別在圖21中示出向該光柵結構體垂直入射可見波長域的光時，與光柵方向平行的偏振光分量的反射率(Rs)和與光柵方向垂直的偏振光分量的透過率(Tp)對波長的依賴性。可以得到波長域0.4～0.7μm的平均值Rs＝0.77、Tp＝0.85。
即具有可見域的波長的光中p偏振光以0.85的高比率透過、s偏振光以0.77的高比率反射，對可見域的全部波長得到良好的偏振光分離特性。因此，使用本實施方式的光柵結構體的偏振光分離單元10可適用于白色光源和單色光源。
上述結構中，電介質膜108、110也可以是五氧化二鉭(Ta2O5)電介質膜。
上述結構中電介質膜108、110也可以是二氧化硅(SiO2)電介質膜并且電介質膜109也可以是二氧化鈦(TiO2)或五氧化二鉭(Ta2O5)薄膜。
此外，在二氧化鈦(TiO2)或二氧化硅(SiO2)電介質膜108和光柵結構體107的表面之間可設置大于0且不超過100nm的厚度的一氧化硅(SiO)電介質膜。
這些事項是本發明人通過計算機模擬和實驗獲知的，選擇何種程度的值是根據各個光柵結構體的實際情況適當設計選擇的。
接著說明這些實施方式的另一具體例子。該例子是光柵結構和入射光時的偏振光分離特性的計算機模擬的具體例子，圖22是表示光柵結構體的構成例的圖，圖23是該光柵結構體的偏轉分離特性圖。
圖22所示的結構體是在光柵周期為0.6μm、光柵深度為0.24μm且具有正弦波凸部的電介質光柵111的表面上按順序層疊厚度為118nm的二氧化鈦(TiO2)薄膜112和厚度為170nm的二氧化硅(SiO2)薄膜113以及厚度為118nm的二氧化鈦(TiO2)薄膜114而成的光柵結構體。
在圖23分別示出向該光柵結構體垂直入射可見波長域的光時，與光柵方向平行的偏振光分量(s偏振光)的反射率(Rs)和與光柵方向垂直的偏振光分量(p偏振光)的透過率(Tp)對波長的依賴性。得到波長域0.4～0.7μm的平均值Rs＝0.63、Tp＝0.91。
即具有可見域的波長的光中p偏振光以0.91的高比率透過、s偏振光以0.63的高比率反射，對可見域的全部波長得到良好的偏振光分離特性。因此，使用本實施方式的光柵結構體的偏振光分離單元10可適用于白色光源和單色光源。
上述結構中，電介質膜112、114也可以是五氧化二鉭(Ta2O5)電介質膜。
上述結構中電介質膜112、114也可以是二氧化硅(SiO2)電介質膜并且電介質膜113也可以是二氧化鈦(TiO2)或五氧化二鉭(Ta2O5)薄膜。
此外，在二氧化鈦(TiO2)或二氧化硅(SiO2)的電介質膜112和光柵結構體111的表面之間可設置不超過100nm的厚度的一氧化硅(SiO)電介質膜。
這些事項是本發明人通過計算機模擬和實驗獲知的，選擇何種程度的值是根據各個光柵結構體的實際情況適當設計并選擇的。
接著說明這種光柵結構體的制造方法。
圖24是光柵結構體的構成圖，圖25是說明光柵結構體的制造方法的說明圖。圖24表示在光柵結構上形成有多層膜的結構體，115表示作為透明基材的電介質光柵，116、117、118、119分別表示相鄰的層間折射率彼此不同的物質構成的第一層膜、第二層膜、第三層膜、第四層膜。
該制造方法是對下述工序進行一次或重復多次來進行制造的方法將在作為表面部的截面形狀為矩形、梯形、三角形、正弦波形或將它們多個組合而成的形狀的透明基材的電介質光柵上，利用旋涂法或輥涂法涂上用第一溶劑稀釋后的具有第一折射率的物質后去除溶劑。下面使用圖25說明該制造方法。
圖25是在表面部的截面形狀為三角形的電介質光柵115上形成多層膜的例子。如圖25(a)所示，在電介質光柵115上涂布用第一溶劑稀釋具有第一折射率的物質而成的液體120。此時，例如通過旋涂法，在滴下液體120后旋轉電介質光柵115，通過離心力將液體120涂布在整個電介質光柵115的表面上。
圖25(b)是接著進行干燥處理除去第一溶劑的圖，由此，形成第一層膜116。接著，如圖25(c)所示，使用用溶劑稀釋具有第二折射率的物質而成的液體121進行第二層的形成處理。此時，該溶劑既可以是第一溶劑，也可以是和第一溶劑不同的第二溶劑。接著進行干燥處理，如圖25(d)所示，形成第二層膜117。通過多次進行上述的處理，形成希望的層疊結構。
這里，說明了用溶劑稀釋構成層的物質進行涂布的例子，但形成層的方法可以通過蒸鍍法、濺射法或離子電鍍法中的任何一種在截面形狀為矩形、梯形、三角形、正弦波形或將它們多個組合而成的形狀的透明基材上形成相鄰層間折射率彼此不同的物質。
以上說明了本實施方式的偏振光分離單元10。作為電介質光柵，也可采用近似正弦波形、三角形的臺階狀形狀(參考圖17)的凸部。
接著說明本發明的第六實施方式。
本實施方式中，與第四、第五實施方式同樣，除上述第一～第三實施方式的構成外，更具體地說明偏振光分離單元10，是偏振光分離單元10的另一實施方式。
本實施方式的偏振光分離單元10是向作為通過透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵的凹部中添加具有規定折射率的物質的一層表面層、或相鄰的層間折射率彼此不同的物質層疊而成的多層的表面層的光柵結構體，光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復。
關于這些光柵結構體，有將其直接形成在導光單元40上的情況、在透明基板上形成并配置在導光單元40上的情況、或在透明膜上形成并配置在導光單元40上的情況。
其截面形狀表示在圖26、圖27的光柵結構體的構成圖中。圖26、圖27的122、123是作為透明基材的電介質光柵，116、117、118、119分別表示相鄰的層間折射率彼此不同的物質構成的第一層膜、第二層膜、第三層膜、第四層膜。
特別說明這些圖26，圖27的光柵結構體的周期重復結構，假設光柵周期是0.3～0.8μm、光柵深度為0.2～0.5μm，則在其表面上作為表面層交替層疊多層厚度為50～150nm的二氧化鈦(TiO2)或五氧化二鉭(Ta2O5)和厚度為70～200nm的二氧化硅(SiO2)即可。TiO2層或SiO2層與光柵結構表面之間有大于0且不超過100nm的厚度的一氧化硅(SiO)層。
接著說明這種光柵結構體的制造方法。圖28是說明光柵結構體的制造方法的說明圖。如圖28(a)所示，重復下述一連串處理來形成第一層膜116在作為透明基材的梯形的電介質光柵123上使用旋涂法或輥涂法涂布用第一溶劑稀釋具有第一折射率的物質而成的液體121(圖28(b))，進行干燥處理，形成第一層膜116(圖28(c))，之后，將位于電介質光柵123的凹部上方(凸部的表面上)的具有第一折射率的物質去除(圖28(d))，可近似形成圖26、圖27的結構。
通過實驗已經確認該光柵結構體顯示出例如與圖21、圖23所示的特性同樣的特性，在整個0.4～0.7可視區域進行反射透過。
與第五實施方式相同，可得到對可見域的全部波長具有良好的偏振光分離特性。因此，利用本實施方式的光柵結構體的偏振光分離單元10適用于白色光源和單色光源。本實施方式中，也可以將這種光柵結構體用作偏振光分離單元10。
以上說明了本實施方式的偏振光分離單元10。作為電介質光柵，也可采用近似正弦波形、三角形的臺階狀形狀(參考圖17)的凸部。
接著說明本發明的第七實施方式。
本實施方式中，與第四、第五和第六實施方式同樣，除上述第一～第三實施方式的構成外，更具體地說明偏振光分離單元10，是偏振光分離單元10的另一實施方式。
本實施方式的偏振光分離單元10是由作為相鄰層間折射率不同的物質按層疊狀形成的凸部的周期重復結構的光柵構成的光柵結構體。并且光柵結構體的光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復。
其截面形狀表示在圖29、圖30的光柵結構體的構成圖中。圖29、圖30的124、125表示作為透明基板的電介質光柵，116、117、118、119分別表示相鄰的層間折射率彼此不同的物質構成的第一層膜、第二層膜、第三層膜、第四層膜。
這些光柵結構體與第五和第六實施方式同樣，得到對可見域的全部波長具有良好的偏振光分離特性。因此，利用本實施方式的光柵結構體的偏振光分離單元10適用于白色光源和單色光源。
關于這些光柵結構體，有將其直接形成在導光單元40上的情況、在透明基板上形成并配置在導光單元40上的情況、或在透明膜上形成并配置在導光單元40上的情況。
接著說明圖29、圖30所示的光柵結構體的制造方法。
對折射率不同的物質重復進行以下一連串的處理使用前面所述的旋涂法或輥涂法涂布用第一溶劑稀釋具有第一折射率的物質而成的液體，接著進行干燥處理去除第一溶劑，在電介質光柵124或125的表面上形成多層膜。通過對這樣形成的多層膜使用與其嵌合結構的模子進行壓紋處理，形成圖29、圖30所示的結構的光柵。這里，多層膜的形成方法是通過蒸鍍法、濺射法或離子電鍍法中的任何一種形成相鄰層間折射率彼此不同的物質。
接著說明本發明的第八實施方式。
本實施方式中，與第四、第五和第六以及第七實施方式同樣，除上述第一～第三實施方式的構成外，更具體地說明偏振光分離單元10，是偏振光分離單元10的另一實施方式。圖31、圖33是光柵結構體的簡要構成圖，圖32、圖34是光柵結構體的偏振光分離特性圖。
本實施方式的偏振光分離單元10是在由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵的表面上設置由金屬材料形成的周期重復結構的金屬光柵的光柵結構體。特別地，由金屬材料形成的第二光柵結構由反射率在60％以上的金屬薄膜形成。該金屬光柵的金屬薄膜是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構成的一種化合物或其中兩種以上組合而成的合金。優選是Al，Ag，Au。
光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復。優選光柵結構體的電介質光柵是矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部的周期重復結構，光柵周期為0.4μm以下，光柵深度為0.2μm以下。光柵結構體的電介質光柵的凸部也可以是由將多個細微的形狀組合成基本形狀形成的多個形狀構成的凸部。
關于這些光柵結構體，有將直接形成在導光單元40上的情況、在透明基板上形成并配置在導光單元40上的情況、或在透明膜上形成并配置在導光單元40上的情況。
作為滿足這種結構的具體實施方式
，本實施方式中，如圖31所示，在作為由透明電介質材料按照明光的波長以下的周期形成的電介質光柵的矩形光柵126的表面上，還有由作為由金屬材料按照明光的波長以下的周期形成的金屬光柵的鋁127形成的光柵結構體。
下面說明向該光柵結構體入射光時的偏振光分離特性的計算機模擬的具體例子。圖31的光柵結構體為在光柵周期p＝0.2μm、光柵深度d＝0.1μm的矩形光柵126的凸部分中形成厚度為20nm的鋁127的結構。圖32表示向該光柵結構垂直入射可見波長域的光時，與光柵方向平行的偏振光分量的反射率(Rs)和與光柵方向垂直的偏振光分量的透過率(Tp)對波長的依賴性。得到波長域0.4～0.7μm的平均值Rs＝約0.6，Tp＝約0.4。
即具有可見域的波長的光中p偏振光以0.6的高比率透過、s偏振光以0.4的高比率反射，對可見域的全部波長得到良好的偏振光分離特性。因此，使用本實施方式的光柵結構體的偏振光分離單元10適用于白色光源和單色光源。這種光柵結構體可實現與第四～第七實施方式相同的功能。
作為另一例子，如圖33所示，是在作為由透明電介質材料按照明光的波長以下的周期形成的電介質光柵的三角形光柵128的表面上，還形成由金屬材料按照明光的波長以下的周期形成的金屬光柵的鋁129的光柵結構體。
即在光柵周期為p＝0.08μm、光柵深度為d＝0.04μm的三角形光柵128的單側斜面部分上形成厚度為20nm的鋁129的結構。圖34表示向該光柵結構垂直入射可見波長域的光時，與三角形光柵128的方向平行的偏振光分量的反射率(Rs)和與光柵方向垂直的偏振光分量的透過率(Tp)對波長的依賴性。得到波長域0.4～0.7μm的平均值Rs＝0.5，Tp＝0.77。
即具有可見域的波長的光中p偏振光以0.5的高比率透過、s偏振光以0.77的高比率反射，對可見域的全部波長得到良好的偏振光分離特性。因此，使用本實施方式的光柵結構體的偏振光分離單元10適用于白色光源和單色光源。
即使采用這種光柵結構體，也可實現與第五和第六以及第七實施方式相同的功能(采用白色光源和單色光源)。
接著說明本發明的第九實施方式。
本實施方式中，與第四、第五、第六、第七和第八實施方式同樣，除上述第一～第三實施方式的構成外，更具體地說明偏振光分離單元10，是偏振光分離單元10的另一實施方式。
本實施方式的偏振光分離單元是由由金屬材料形成的周期重復結構的金屬光柵的金屬光柵構成的光柵結構體。
關于這些光柵結構體，有將金屬光柵直接形成在導光單元40上的情況、在透明基板上形成該金屬光柵并配置在導光單元40上的情況、或在透明膜上形成該金屬光柵并配置在導光單元40上的情況。
該光柵結構體優選是形成作為反射率在60％以上的金屬薄膜的金屬光柵的光柵結構體，因此金屬薄膜是Mg、Se、Y、Ti、Cr、Mo、W、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Ru、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、A1、In、Si、Ge、Te、Pb、Sn構成的一種化合物或組合其中兩種以上的合金。使金屬光柵的金屬薄膜的膜厚在0.05μm以上，光柵的周期T為0.05～0.25μm，光柵的寬度相對光柵的周期T為0.25T～0.85T的范圍即可。
優選是在導光單元、透明基板或透明膜和金屬光柵的下側形成底層，在金屬光柵和上述底層的表面上形成保護膜。
金屬光柵可以通過有條紋狀的光柵圖形的掩模，通過蒸鍍法、濺射法、離子電鍍法或干式蝕刻法中的任何一種形成在導光單元、透明基板、透明膜或底層的表面上。
特別地，在透明膜的表面側形成由金屬薄膜構成的金屬光柵的情況下，光柵結構體如下形成在透明膜上形成金屬光柵后，把該透明膜向條紋方向延伸，將金屬光柵作為細微圖形，與透明膜一起貼附在導光單元或透明基板上。
參考

這種偏振光分離單元10。圖35是光柵結構體的構成圖，圖36是偏轉分離特性圖。
如圖35所示，光柵結構體具有作為按光的波長以下的周期形成的金屬薄膜的金屬光柵131。具體來說，金屬光柵131在透明基板130上周期配置寬度為a膜厚為d的金屬薄膜(金屬光柵)131，a+b與周期p一致。
該光柵結構體為了提供偏振光分離功能，金屬薄膜的膜厚d為0.05μm以上，金屬光柵的周期是透過的光的波長以下的0.05～0.25μm，金屬光柵的寬度必須相對金屬光柵的周期T限制在0.25T～0.85T的范圍內。
本實施方式中，金屬光柵131的周期p為200nm左右，通過對金屬光柵131使用金屬材料鋁，確保位于0.4～0.7μm的可見光區域的入射光中p偏振光的透過率相對可見光的波長域約為80～85％，s偏振光的反射率在60％以上。
圖37是另一光柵結構體的截面斜視圖。圖37中，作為導光單元40的表面部的透明基板132使用光學特性優良的透明材料，但其材質沒有特別限定，例如可通過成型加工丙烯類樹脂、聚碳酸酯類樹脂、非晶聚烯類樹脂、環氧類樹脂或聚苯乙烯變性樹脂來形成。
為了在形成后述的金屬薄膜134構成的光柵時，提高與透明基板132的粘合性和防止金屬薄膜形成時的破壞，設計底層133。該底層133不是必須的構成要素。作為底層133的材質，使用紫外線型尿烷變性和環氧變性丙烯樹脂、通用性的丙烯酸/甲基丙烯酸共聚體、聚酯、醋酸乙烯/丙烯酸共聚體等樹脂或水溶性無機涂布材料，將其通過旋涂法、浸漬法、刮刀涂布機、縫隙反向涂布機(slit reverse coater)等涂布到2μm以下，用光或熱硬化形成。
金屬薄膜134形成金屬光柵。作為金屬薄膜134，例如為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構成的化合物等。這些中，優選的是Cr，Ni、Pt、Cu，Ag、Au或Al。這些化合物可單獨使用，或組合兩種以上作為合金使用。金屬薄膜134的反射率優選在60％以上，在70％以上時，反射效率更好。
該金屬薄膜134通過有條紋狀的光柵圖形的掩模，通過蒸鍍法、濺射法、離子電鍍法或干式蝕刻法形成光柵結構。金屬薄膜134的厚度為0.05μm以上，但過厚時，透明基板132或底層133的界面會剝離或產生裂紋。
金屬薄膜134形成的光柵的周期為照明光的波長以下的0.05～0.25μm，優選在0.08～0.20μm的范圍中。而且，從光學上來說優選金屬薄膜134的光柵方向的寬度為相對光柵周期T的0.25T～0.85T的范圍內。
保護膜135要求表面硬度抵抗劃傷的能力強，因此通過濕法、或與金屬薄膜形成時同樣的干法形成尿烷變性、環氧變性的多官能的丙烯酸酯類的放射線硬化樹脂、透明無機薄膜等。保護膜135的膜厚優選在3μm以下。
而且，反射膜136是形成在透明基板132的里面側的反射膜，由與金屬薄膜134相同的化合物或不同種類的化合物形成。它相當于反射單元30。
該反射膜136可僅形成在透明基板132的里面，也可形成在除了接受從光源2的入射的光的面和從透明基板132射出光的面之外的全部面上。該反射膜136(反射單元30)的形成方法也可適用在其他實施方式中。
接著說明把該改進的實施方式具體化的實施例。
圖37的構成中，首先使用射出壓縮機(ファナック株式會社制造商品名100ton α100iA)在樹脂溫度250℃、金屬模溫度70℃、最大射出壓70Mpa下射出成型丙烯酸類樹脂(株式會社クラレ制造的商品名パラペットH-1000)，得到光學性質優良的透明基板132。在該透明基板132上通過旋涂法涂布由環氧變性丙烯酸酯類樹脂構成的紫外線硬化型涂布劑，進行紫外線硬化，形成約0.8μm厚的膜。
在該底層133上通過形成有光柵圖形的掩模，用濺射法形成A1金屬薄膜134(膜厚0.1μm)，得到光柵周期為0.15μm、光柵寬度為0.08μm的金屬光柵。
同時，在透明基板132的里面的整個面上形成Al反射膜136(膜厚0.1μm)。
最后，在這些透明基板132、底層133、金屬薄膜134、反射膜136構成的部件的表里，通過旋涂法涂布多官能環氧變性丙烯酸酯樹脂構成的紫外線硬化型涂布劑，并硬化，形成膜厚約2μm的保護膜135。
接著說明改進的實施方式。圖38是另一光柵結構體的截面斜視圖，圖39是另一光柵結構體的截面斜視圖，圖40是表示蒸鍍有金屬薄膜的膜的制造方法的圖。該實施方式中，也涉及導光單元和金屬材料構成的光柵結構，對圖35～37所示的光柵結構體的材質或結構進行改進，詳細地說，在透明膜的表面側形成金屬薄膜。
具體說，圖38所示的改進的另一實施方式的光柵是在層疊在透明基板137上的透明膜142上周期地配置寬度為a且膜厚為d的金屬薄膜(金屬光柵)139，a+b與周期p一致。
金屬薄膜139例如為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構成的一種化合物或兩種以上組合而成的合金。
這些金屬薄膜139構成的光柵結構的反射率在60％以上，具體說，金屬薄膜的膜厚d為0.05μm以上，光柵周期為照明光的波長以下的0.05～0.25μm，光柵的寬度設為相對光柵周期T在0.25T～0.85T的范圍內。
接著說明把該改進的實施方式更具體化的結構。圖39中，在聚酯類樹脂、乙烯樹脂或乙烯類變性樹脂等構成的透明膜142上形成底層138，與使用圖37說明的同樣，在底層138上形成光柵結構的金屬薄膜138。透明膜142的材質不限于上述的材質。
這些透明膜142、底層138和金屬薄膜139構成的部件經一般的透明光學用粘合劑141貼附在透明基板137上。最后，形成保護膜140和反射膜143。
這里，也可以在透明膜142上經底層138形成金屬薄膜139，并將其直接貼附在透明基板137上。
在該透明膜142上形成金屬薄膜139的方法如圖40(a)所示，在膜基材144上通過蒸鍍等形成金屬薄膜139。此時，如圖40(a)所示的金屬薄膜139的寬度和間距比上述寬度a和周期p大。將這種膜基材144沿著圖40(a)的箭頭所示延伸方向拉伸而延伸時，如圖40(b)所示，膜基材144和金屬薄膜139變形，如圖38所示，成為寬度為a和周期為p的透明膜142和金屬薄膜139。
此時，為了將光柵結構作成更細微的圖形，也可在透明膜142的樹脂的玻璃轉移溫度(Tg)以下在光柵的條紋方向使之延伸后，貼附在透明基板137上。
接著說明將該改進的實施方式進一步具體化的實施例。
圖39所示的光柵結構體中，在PET(聚氯化對苯二甲酯)制造的透明膜142(東レ公司制造)上用乙烯類的涂布劑用縫隙反向涂布法(slitreverse coating)形成約1μm的膜，作為底層138，在其上通過濺射法，與使用圖37說明的結構同樣地形成Au構成的光柵狀的金屬薄膜139，并且使其在上述玻璃轉移溫度(Tg)以下的溫度下沿著條紋方向延伸。由此，得到光柵周期為0.2μm、光柵寬度為0.1μm的光柵結構。
而且，與使用圖37說明的結構同樣地形成保護膜140，形成射出面側的膜。
在與上述同樣通過射出成型得到的透明基板137的里面上，形成Au構成的反射膜143，在該透明基板137上通過反應型丙烯類粘合劑141粘貼上述制作的膜，完成制造。
在使用圖37、圖39說明的實施方式中，也通過金屬薄膜134、139構成的金屬光柵，使與該金屬光柵正交的偏振光分量的光透過金屬光柵，與金屬光柵平行的光由金屬光柵反射返回到透明基板132、137內，在反射膜136、143與金屬薄膜134、139構成的金屬光柵之間進行多次反射。
這樣在光柵上反射的光在透明基板132、137內反復反射過程中通過未示出的偏振光變換單元改變偏振光狀態，使其成為具有各種偏振光狀態的光，再次入射到光柵，與上述同樣，可使與光柵正交的偏振光分量的光透過。
其結果是與金屬薄膜134、139構成的光柵正交的偏振光分量的光可透過金屬光柵，可從入射到透明基板132、137的光中高效地取出偏振光。
即如圖36的偏振光分離特性圖所示，具有可見域的波長的光中p偏振光按0.6左右透過，s偏振光按0.77左右反射，對可見域的全部波長可得到良好的偏振光分離特性。因此，使用本實施方式的光柵結構體的偏振光分離單元10適用于白色光源和單色光源。
這種光柵也實現與第三～第八實施方式相同的功能。
以上對偏振光分離單元10的各實施方式作為第三～第九實施方式進行了說明。這些實施方式中，由電介質形成的光柵結構體(第四實施方式)優選是僅利用單色光源(輸出單波長的光)，其他的光柵結構體(第五～第九實施方式)中，可適用單色光源和白色光源(組合不同波長的多個光而被人眼識別為白色的光)。可對應導光板的使用目的來選擇這些偏振光分離單元10。
接著作為第十實施方式統一說明偏振光變換單元20和導光單元40。雖然有多種偏振光變換單元20，但本發明中，采用特別利用了樹脂的多折射分布的偏光變換單元。從s偏振光向p偏振光的變換大部分通過導光單元40中的導光路具有的多折射來進行。
已有技術中，并不認為多折射好，例如所謂的塑料透鏡等透過光的光學元件中，要求均勻的光學特性，成型技術中，如在光盤成型技術中可以看到，采取各種措施使成型時產生的多折射減小。
本實施方式中，著眼于通過通常進行樹脂成型時產生的多折射進行偏振光的變換，得到本發明的效果，本發明中，特意增加原來減少了的樹脂成型時產生的多折射，以進一步提高s偏振光-p偏振光間的變換效率。
本發明中，用樹脂制造導光單元40時，將偏振光變換單元20與導光單元40一起制造，使賦予規定的多折射相位差的多折射分布在導光單元40內，實現結構的簡化、薄型化、制造工序的省力化、制造成本的降低化等。
本實施方式中，通過射出成型高分子樹脂來成型導光單元40。在該射出成型時使之內含作為偏振光變換單元20的多折射分布。
下面說明制造方法。通常的射出成型使高分子樹脂材料熔化而可塑化，在高溫狀態下高速填充到成型金屬模的模腔內后進行冷卻固化，得到目標形狀的成型品。
此時，由于樹脂材料是粘彈性物質、樹脂材料的流動和冷卻同時并行進行以及樹脂材料的熱傳導率降低造成冷卻不均勻等原因，成型品中不可避免地殘留應力和變形。由于成型品中不可避免地殘留應力和變形，因此樹脂成型品中可能會產生歪斜和凹陷等。
在模腔中的反注入口側的模壁附近，由于高溫樹脂材料急劇接觸低溫模壁的原因，其粘性變高，復制性(對模形狀的追隨性)降低。因此，在成型品具有例如并列多個細槽(例如偏振光分離單元10的光柵結構體的凸部)的部分的情況下，得不到精密的規定結構。
另外，由于與模壁接觸的樹脂材料和側壁的溫度差大的原因，樹脂材料中有粘性不同的層，因而產生剪切力，形成樹脂材料的高分子鏈被高度定向的層(下面簡單叫作表層)。其結果是產生多折射和折射率的局部變化。
考慮這些特性，需要形成不產生歪斜、凹陷、缺料(射出不充分)、焊接線(融合不充分)等成型不良的導光單元40，而且形成規定多折射量的表層。
為滿足以上條件，需要進行冷卻速度調整、樹脂溫度調整和成型壓力調整。特別是必須提高樹脂溫度和成型壓力來避免成型不良，并且為產生表層，需要加大模壁的樹脂材料和側壁的溫差。
本發明人通過認真反復地進行實驗，獲得具有滿足規定多折射量的多折射條件的射出成型方法。
射出成型機是ファナック株式會社制造的商品名100ton α100iA的機械，是對熔化樹脂施加高壓而成型的裝置。
對該射出成型機，使用聚碳酸酯(帝人化稱株式會社的商品名パ ンラィト)作為可形成多折射分布的樹脂材料。
并且，在成型壓力比原來高的高壓142Mpa(1450kgf/cm2)下，假設樹脂溫度為300℃、金屬模溫度112℃，形成圖1、圖2所示的導光板1(縱向64mm、橫向64mm、厚度為0.9mm)。
此時，在導光單元40上由于樹脂的各向異性和定向形成多折射。
說明這種情況下的多折射分布。
圖41～43是表示導光單元的多折射分布的特性圖。示出通過該多折射分布向波長550nm的光賦予多折射相位差的情況，多折射在與導光單元的光柵面垂直的方向上形成。
如圖41所示，通常的樹脂成型品中，抑制并控制多折射分布，使得在導光單元截面的全部位置上的多折射相位差為30°以下。上述制造條件下制造的本實施方式中，多折射相位差如圖42所示，多折射賦予的多折射相位差對于透過的光滿足條件3θ3+n·180°(其中，θ3在60°≤θ3≤120°的范圍內，n是整數)。
如圖43所示，多折射賦予的多折射相位差對于透過的光，一部分偏離θ3+n·180°(其中，θ3在60°≤θ3≤120°的范圍內，n是整數)，偏振光變換單元的60％以上的區域滿足條件3。也充分滿足條件1和條件2。
這樣，多折射為本發明的偏振光變換單元20實現的功能。
除上述的聚碳酸酯以外，作為使表層產生多折射的樹脂材料，可使用丙烯酸樹脂(聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)、丙烯腈苯乙烯(AS)、環氧樹脂(EP)、烯烴類樹脂(烯烴類彈性體(TPO))，但也可使用丙烯類樹脂、烯烴類樹脂、非晶態聚烯烴類樹脂、聚環氧系數據或聚苯乙烯變性樹脂。
可以使用上述樹脂的2種混合而成的合金式強化塑料、對上述樹脂混合紫外線吸收劑等的添加物的合金式強化塑料等作為樹脂。例如，向丙烯樹脂中添加作為添加物的SiO2等。
另外，可包含規定量的與主材不同的樹脂聚合物(細小的苯乙烯顆粒或液晶聚合物)，作成液晶聚合物。
除表層的多折射外，還實現賦予苯乙烯顆粒或液晶聚合物的多折射性區域的功能，可增大多折射量。
本實施方式中，作為導光單元的形成，可采用射出成型方式和注射成型方式、擠壓成型方式、碾軋成型方式、軋制成型方式和輥涂方式、轉移成型方式、反應射出成型方式、(RIM)、2P成型方式或鑄造成型方式等。形成時，也可以根據需要混合防變色劑和防氧化劑、紫外線吸收劑、脫模劑等必要的添加劑。
接著作為第十一實施方式，說明反射單元30。
反射單元30設置在導光單元40中的除入射光的面和形成偏振光分離單元10的面之外的全部面或一部分上，以防止來自導光單元40的不要的泄漏光。
作為該反射單元30的具體例子，考慮部分或全部為細微的凹凸構成的擴散性全息圖，向偏振光分離單元10擴散反射的反射單元。
說明該擴散性全息圖。圖44是說明擴散性全息圖的原理的說明圖。圖44所示的擴散性全息圖是平面狀的，置于正交坐標類的xy平面上。或者為反射型的，具有下面的式3中表示的P300(x)表達的相位差分布。P300(x)＝mod[a320·mod[P320(x)-P310(x)+c320，π]+a330·mod[P330(x)-P310(x)+c330，π]+mod[P310(x)+c310，π]，π]……式3(其中，x是表示擴散性全息圖上的位置的矢量，c310、c320、c330是常數，a320和a330是滿足0＜a320，a330＜1的常數)上式中的P310(x)、P320(x)、P330(x)按下面的式4給出。λ是入射光和射出光的波長，x0是表示擴散性全息圖31上設置的基準位置的位置矢量。x300、x310、x320、x330順序表示圖44中的點S3、U3、V3、W3的各自的位置矢量。這4點都位于z軸負側。P310(x)＝(|x310-x|+|x-x300|-|x310-x0|-|x0-x300|)·π/λP320(x)＝(|x320-x|+|x-x300|-|x320-x0|-|x0-x300|)·π/λP330(x)＝(|x330-x|+|x-x300|-|x330-x0|-|x0-x300|)·π/λ……式4具有該相位差分布P300(x)的擴散性全息圖31具有同時引起相位差分布P310(x)導致的偏轉和相位差分布P320(x)導致的偏轉以及相位差分布P330(x)導致的偏轉作用。即，通過點S3發散的波長λ的入射光300入射到擴散性全息圖31時，被分支偏轉，射出朝向點U3會聚的射出光310和朝向點V3會聚的射出光320以及朝向點W3會聚的射出光330。另外，各射出光的強度比為與式3示出的式中的a320和a330的值對應的比率。
相位差分布P300(x，y)可通過具有用下面的式5所示的z軸方向的形狀分布D’300a表示的表面的擴散性全息圖31來實現。這里，擴散性全息圖31周圍的介質的折射率為1。
D’300a(x，y)＝-1/2·(λ/π)·P300(x，y) ………式5這樣形成的擴散性全息圖31中，通過作為光源的點S3發散的波長λ的入射光300入射到擴散性全息圖31時，被分支偏轉，射出朝向點U3會聚的射出光310和朝向點V3會聚的射出光320以及朝向點W3會聚的射出光330。因此可控制成朝向希望的方向擴散反射。
該擴散性全息圖31上還形成金屬反射膜，以進一步提高反射率，該金屬是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構成的一種化合物或其中兩種以上組合而成的合金。從成本等考慮最好是Al、Au、Ag薄膜。Al薄膜、Ag薄膜的情況下，為防止氧化、腐蝕對膜的損壞，最好還形成保護膜。
反射單元30也可以由電介質多層膜形成。
另外，也可以在該電介質多層膜上還形成金屬薄膜，以提高反射率。
作為反射單元30，也可通過印刷來形成反射圖形，反射圖形例如為圖45所示的印刷圖形。
作為反射單元30，也可以是散射面(對反射面使用噴砂或用藥品腐蝕等形成的粗糙面)。
使用以上說明的導光板比較并評價亮度提高率。比較表如下所示。圖46是亮度提高率的比較評價圖。
賦予滿足上述條件1、2、3的多折射相位差，求出多折射相位差為40°、60°、70°、85°時相對原來的導光板的亮度提高率。假定光的波長為630nm的單波長的光源，電介質光柵的周期P＝0.6μm，光柵深度d＝0.3μm，金屬光柵的周期P＝0.2μm。將Tp，Rs，η，R代入下面的式6求出相對原來的導光板的亮度提高率。
亮度提高率＝(0.5×Tp+0.5×Rs××η×R×Tp)/0.5 ………式6這里，Tp是偏振光分離單元的p偏振光透過率。Rs仍然是s偏振光反射率。η是s偏振光-p偏振光變換率。R是導光板反射面相對原來反射率的反射率比。位于分母的除數0.5是根據僅利用從原來的導光板放射的1個光中的p偏振光即0.5的光得出的。
關于這種系數，在偏振光分離單元僅是電介質光柵的光柵結構體的情況下，電介質光柵的Tp＝0.85，Rs＝0.55，R＝1。
偏振光分離單元是在電介質光柵上形成多層膜的光柵結構體的情況下，Tp＝0.9，Rs＝0.9，R＝1。
偏振光分離單元是在電介質光柵上形成金屬光柵的光柵結構體的情況下，Tp＝0.75，Rs＝0.6，R＝1。
s偏振光-p偏振光變換率η分別與多折射相位差為40°、60°、70°、85°對應，為0.44、0.66、0.77、0.94。
這樣，從圖46可以判斷出與原來相比改善了亮度提高率。如果能夠賦予90°附近的多折射相位差，則有時亮度提高率為1.6，與原來相比，亮度提高了60％。
以上說明了作為本發明的導光板1的構成要素的偏振光分離單元10、偏轉變換單元20、反射單元30和導光單元40。通過將這些構成適當組合，導光板1可提高亮度提高率。
接著說明對于這種導光板1的進一步改進。
將導光板1用作照明裝置時，要求從導光板1照射的光顏色分布均勻。可能有人以為偏振光分離單元10是光柵結構體，因此當入射白色光時，由于分光效果，會產生彩虹，但是由于從多個方向對偏振光分離單元10的一點入射光，因此從偏振光分離單元10射出的光中混雜有大量的光，不產生彩虹。
但是，根據偏振光分離單元10內的位置不同顏色多少產生些差異。顏色的差異可通過適當選擇偏振光分離單元10的偏振光分離特性，即p偏振光透過率和s偏振光反射率，即適當選擇偏振光分離單元的光柵間距、光柵深度等來進行均勻化。
尤其在離光源2近的位置和遠的位置處，亮度不同。因此，尤其在用于液晶顯示裝置的照明裝置的導光板1中，除上述構成外，還考慮實現顏色分布的均勻化。
說明關于該顏色分布均勻化的技術。
首先，至此說明的導光板1中，說明了偏振光分離單元10是光柵間距、光柵深度等均勻的周期結構的情況。但是，為了使顏色分布均勻，光柵間距、光柵深度等隨著位置變化，使偏振光分離單元10的偏振光分離特性，即p偏振光透過率的波長依賴性、s偏振光反射率的波長依賴性也隨位置變化。
參考圖說明這一點。圖47是位置不同電介質光柵的光柵間距不同的偏振光分離單元的說明圖。
圖47的偏振光分離單元10的光源2附近側光密度高，隨著遠離光源2密度降低。因此，選擇偏振光分離單元10的電介質光柵的光柵間距、光柵深度，使得對于偏振光分離單元10的偏振光分離特性，在靠近光源2側(圖48的左側)將p偏振光透過率設定為低的Tp1，在遠離光源2側(圖48的右側)將p偏振光透過率設定為高的Tp2，在靠近光源2側(圖48的左側)將s偏振光反射率設定為高的Rs1，在遠離光源2側(圖48的右側)將s偏振光反射率設定為低的Rs2。
由此，在靠近光源2側，使欲透過偏振光分離單元10的光Pp01、Ps02中作為光密度低的p偏振光的Pp1透過，而使作為s偏振光的Ps1高比率反射，在遠離光源2側，使作為光密度比通常高的p偏振光的Pp2透過，而使作為s偏振光的Ps2低比率反射。因此，校正遠近區域的光密度差，可將光密度在遠近區域中均勻化，即實現亮度分布的均勻化。這樣，通過采用在不同位置使偏振光分離單元10的電介質光柵的光柵間距不同的結構可促進亮度率的均勻化。
有的光源有時在左右兩端區域中也會產生不平衡。關于這一點，參考

，圖48是位置不同電介質光柵的形狀不同的偏振光分離單元的說明圖。為了使此前說明的偏振光分離單元10具有的電介質光柵(第四～第八實施方式)或金屬光柵(第九實施方式)實現偏振光功能，優選入射相對電介質光柵或金屬光柵正交的光。因此，通常優選使用如圖48(a)所示的棒狀的光源(線狀光源)2。這種棒狀的光源2例如相當于上述的冷陰極管。但是，單色光源等中，有時可用像LED那樣的點狀光源2，此時，左右兩端區域中入射光不正交，因此偏振光分離功能不完全，引起亮度分布不均勻。
因此，采用如圖48(b)所示的將電介質光柵或金屬光柵設置成彎曲狀的光柵結構體、或如圖48(c)所示的將與入射的光正交的3根線組合而成的近似形狀的光柵結構體。因此，在圖48(b)的彎曲狀的光柵結構體上全部的入射光或在圖48(c)的近似形狀的光柵結構體上幾乎所有的光與光柵結構體的形成方向正交地入射，因此即便采用棒狀和點狀光源2的情況下，也可在左右區域中實現亮度分布的均勻化。
接著，參考

也可通過對反射單元30采取措施使亮度率均勻化這一點。圖49是位置不同印刷圖形不同的反射單元的說明圖。如原來已知的那樣，圖49(圖45是圖49的斜視圖)所示，在靠近光源2側密度高，在遠離側光密度低地印刷擴散反射性材料。這樣，可實現亮度分布的均勻化。
也可通過前面說明的擴散性全息圖來進行亮度分布均勻化。圖50、51是由位置不同反射方向不同的擴散性全息圖構成的反射單元的說明圖。前面說明的擴散全息圖高效率地將入射的光分支偏轉到多個方向，并使每個方向具有不同的光強度。通過該方法，將圖50所示的向上反射方向設計成在靠近光源側是低反射率，在遠離光源側是高反射率，將光密度均勻化，實現亮度分布的均勻性。
反射型的擴散性全息圖中，通過將入射的光大量分支，可以具有光的擴散效果。為了做成反射型，如原來已知的那樣，進行電鍍處理。特別是也可通過把使光分支的方向設為偏轉分離面的方向，將從光的偏轉分離面放射的光的方向限制在規定范圍中。
擴散性全息圖除上述方法外還可使用作為Dammann方法已知的光分支器的設計方法。也可以使用形成體積全息圖折射率分布來具有擴散功能的方法。也可以使用利用在日本特開昭53-42726“相機的取景器(カメラのファィンダ一)”、日本特開昭53-51755“斑點擴散板形成裝置(スペックル拡散板作成裝置)”所示的斑點擴散的方法。
液晶顯示裝置等的照明裝置中使用的導光板要求將放射光的方向限制在規定的角度區域內。圖52是照明裝置用的導光板的放射角度區域的說明圖。如圖52所示，x方向和y方向的放射角度區域不同。
因此，可用前面反射單元所述的印刷圖形的方法、優選用擴散性全息圖的方法、作為Dammann方法已知的光分支器的設計方法、形成體積全息圖折射率分布來具有擴散功能的方法、利用在日本特開昭53-42726“相機的取景器”、日本特開昭53-51755“斑點擴散板形成裝置”所示的斑點擴散的方法等通過擴散全息圖的方法來設定放射角度區域。
接著，說明使用以上說明的導光板1的液晶顯示裝置。圖53是液晶顯示裝置的簡要構成圖，圖54是圖示光柵結構體和透過光的關系的AB向視圖。
如圖53所示，液晶顯示裝置4包括光源2、導光板1、液晶屏5，在導光板1側面配置光源2的結構叫做邊緣照明型，該導光板1大致是楔形。光源2和導光板1構成照明裝置6，如圖53、圖54所示，是向大致平面狀的液晶屏5照射照明光(31c～34c)的裝置。導光板1一體包括此前說明的偏振光分離單元10、偏振光變換單元20、反射單元30和導光單元40。
該導光單元40由透明樹脂材料形成，把從光源2入射的光3a導向液晶屏5，同時當然內含在圖53中為了使圖面清晰而省略示出的偏振光變換單元20。這里，偏振光分離單元10是在射出照明光(31c～34c)的面上由金屬材料形成的金屬光柵131(參考圖35)。反射單元30由金屬材料形成。
接著說明該液晶顯示裝置4的功能。從光源2入射的光向導光單元40入射。圖53、圖54中，光源2例如是冷陰極管，來自該光源2的放射光3a(為簡化說明，僅示出向右斜下方向放射的光3a，但實際上多個光入射到導光單元40，以下用光3a表示多個光)入射到導光單元40。在來自光源2的光3a入射到導光單元40的面和液晶屏5側的面以外的面上，具有作為金屬薄膜的反射板的反射單元30(30a，30b)和圖54所示的作為金屬薄膜的反射板的反射單元30(30c，30d)。由于在導光單元40的液晶屏5側的里面，也是入射角大時，光全反射，因此入射到導光單元40的光3a在導光單元40內反復反射，產生多次反射。導光單元40內外和反射單元30的表面上，例如如上所述具有使入射的光擴散或使其具有指向性的結構，可使照明液晶屏5的光在平面內均勻化。
下面兼用圖54說明圖53。從導光單元40內側向偏振光分離單元10的某個面以不全反射的角度入射的光3b(32b，33b，34b)入射到光柵131中。偏振光分離單元10形成光柵結構體(圖54中沿著水平方向延伸形成)。向偏振光分離單元10入射的入射光3b(32b、33b、34b)中相對偏振光分離單元10的光柵結構體的形成方向(水平方向)垂直的偏振光分量(31c～34c)透過，相對偏振光分離單元10的光柵結構體的形成方向平行的偏振光分量被反射。在假設光柵結構體為金屬光柵、周期p為200nm左右、深度為100nm～200nm左右，并將鋁用作金屬材料的情況下，透過方向的直線偏振光(31c～34c)的透過率是可見光的波長域的大約80％～85％左右。
反射方向的偏振光分量(32a，33a，34a)幾乎被全反射，該反射的光(32a，33a，34a)再次在導光單元40內部被反復多次反射。
這樣，偏振光分離單元10反射的光(32a，33a，34a)在導光單元40內被反復反射后由未圖示的偏振光變換單元20(多折射)改變偏振光狀態，成為具有各種偏振光狀態的光(32b，33b，34b)，再次入射到偏振光分離單元10，與上述同樣，僅與偏振光分離單元10的光柵結構體的形成方向正交的p偏振光分量(31c～34c)透過。
重復以上的過程，從光源2入射到導光板1的光3a變成p偏振光分量(31c～34c)從導光板1照射到液晶屏5。上述的照明光(31c～34c)的直線偏振光的方向與透過偏振光板51的偏振光的方向一致，因此照明光(31c～34c)不被偏振光板51吸收，可入射到液晶板52。
這樣，偏振光分離單元10反射的s偏振光分量的照明光(32a～34a)在導光單元40內被反復反射的過程中由作為多折射的偏振光變換單元20改變偏振光狀態，成為具有各種偏振光狀態(即具有包含各種偏振光角度的p偏振光分量、s偏振光分量)的光3b(32b～34b)，再次入射到偏振光分離單元10，與上述同樣，僅使與偏振光分離單元10的光柵結構體的形成方向正交的p偏振光分量(31c～34c)透過。
其結果是p偏振光分量(31c～34c)的光可透過偏振光分離單元10照射到液晶屏5，可高效利用從光源2入射到導光板1的光3a。
將反射單元(30a～30d)的一部分作為由細微凹凸構成的擴散性全息圖，也可以使朝向偏振光分離單元10射出的光擴散反射。
而且，在導光單元40的里面側可具有與表面側的光柵結構相同或不同的化合物構成的反射膜。
下面對該液晶顯示裝置的構成與已有技術進行比較。
圖53和圖54所示的液晶顯示裝置4的構成與圖65所示的已有技術的液晶顯示裝置相比，不同之處是在導光單元40的液晶屏5側的面上使用具有按上述原理作用的偏振光分離單元10的導光板1，并且配置有賦予滿足規定條件1、2、3的多折射相位差的偏振光變換單元20。液晶屏5的結構與圖65的構成相同。因此，可有效取出p偏振光分量，向液晶屏入射大量需要的p偏振光分量，從而液晶顯示裝置4的顯示面變得非常明亮。
此外還有構成部件減少的優點。圖55是與液晶顯示裝置的已有技術的比較圖。圖55(a)所示的已有技術的液晶顯示裝置中，需要各種構成部件(反射板，導光板，擴散板，兩塊棱鏡片，保護膜，液晶屏)，而圖55(b)所示的本發明的液晶顯示裝置4中構成部件減少，具有優勢。
與原來的照明裝置6相比，可使照明光(31c～34c)高效地入射到液晶板52，因此降低冷陰極管等光源2的發光元件的發光亮度，減少功耗，其結果是延長光源2的壽命，或可減少發光元件的數目。
液晶顯示裝置4用的導光板1可以是圖1所示的形式。使用圖56來說明這種情況的液晶顯示裝置。
本實施方式中，液晶顯示裝置的整體結構基本與圖53所示的液晶顯示裝置4相同，特別地，將具有電介質光柵或涂布了多層膜的電介質光柵的光柵結構體用作偏振光分離單元10，將印刷圖形和擴散性全息圖用作反射單元30。不是楔形，但可設定為通過印刷圖形和擴散性全息圖使光向規定方向擴散反射，因此與楔形的導光板同樣可實現本發明的效果。除此之外，與前面說明的同樣，不作重復說明。
這樣，通過在導光單元40的射出側上配置的光柵結構體，與該電介質光柵正交的偏振光分量(p偏振光分量)的光透過該光柵結構體照射到液晶屏5，與該光柵平行的偏振光分量(s偏振光分量)的光由該光柵結構體反射，返回到導光單元40內，在導光單元40的反射板和上述光柵結構體之間進行多次反復。這樣，由光柵結構體反射的光在導光單元40內反復反射的過程中改變偏振光狀態，成為具有各種偏振光狀態的光，再次入射到光柵結構體，與上述同樣，可使與光柵結構體正交的偏振光分量(p偏振光分量)透過。
該結果是與光柵結構體的光柵正交的偏振光分量(p偏振光分量)的光可透過該光柵結構照射被照明對象，可高效地利用從光源入射到導光單元的光。
(其他實施方式)圖56～圖60表示本發明的其他實施方式的簡要構成。下面順序進行說明，本發明也可應用于圖57～圖60以外的各種液晶顯示器裝置等中。
首先，圖57是應用于直下型照明方式的液晶顯示器中的例子。熒光管等光源2放射的光通過導光單元450(包含上述各實施方式的導光板1的概念，下面的實施方式同樣)到達光柵形成部600(包括上述各實施方式的光柵結構體的概念，下面的實施方式同樣)。
在光柵面分離偏振光，一種偏振光分量透過而照明液晶屏5。另一種偏振光分量被反射，通過導光單元450，在光源部200內被反射再次通過導光單元450的過程中，偏振光狀態發生變化，促進照明。
圖58是將本發明應用于從液晶面采用自然光的方式的液晶顯示裝置的例子。從采光部250入射的光經由導光單元450到達光柵形成部600。在光柵形成部600的光柵面分離偏振光，一種偏振光分量透過而照明液晶屏5。另一種偏振光分量反射，返回導光單元450內，在其內部反復反射而變化偏振光狀態后，再次入射到光柵并促進照明。
圖59是將本發明應用于前照光方式的液晶顯示裝置的例子。從光源2放射的光以大的入射角度入射到導光單元450的上面并反射，入射到光柵形成部600。在光柵形成部600的光柵面分離偏振光，一種偏振光分量透過而照明液晶屏5。另一種偏振光分量反射，返回導光單元450內，在其內部反復反射而變化偏振光狀態，同時再次入射到光柵并促進照明。經由液晶屏5朝向上方的光透過光柵，以小的入射角度入射到導光單元450，并透過。30e是反射鏡。
圖60是由玻璃或樹脂構成的液晶基板55和導光單元450夾住液晶、濾色層5A形成的例子。該例中，具有液晶顯示器裝置薄的優點。
上述的圖57～60的實施方式的動作基本上與上述實施方式相同。
以上說明的本發明的各實施方式中未特別說明，但光源2也可以是單色或白色的LED光源之類的點狀光源。
接著說明實際構成的實施例。首先，說明實施例1。實施例1是實際制作的偏振光分離單元10。
圖61是表示電介質光柵的截面形狀的圖(SEM照片)。導光單元是通過樹脂成型聚碳酸酯，將電介質光柵復制在表面上而成的。光柵周期是0.6μm，光柵深度是0.32μm。圖62表示電介質光柵的偏轉分離特性圖。虛線/實線表示計算機模擬圖，△×標記表示實測值。光源使用發光波長為550nm、600nm、630nm的單波長的LED光源。導光板1的截面多折射率分布為條件2。這種情況相當于圖46所示的實施例1。
使用實驗裝置對這種構成的導光板1測定亮度提高率。圖63是測定亮度提高率的實驗裝置的構成圖。如圖63所示，在表面上形成偏振光分離單元10，在里面上形成反射單元30，在其內部形成未示出的偏振光變換單元。從導光板1的兩面側照射光源2(LED光源)發出的光。從該導光板1射出的光與形狀相同但表面上不具有偏振光分離面的原來的PMMA樹脂制造的導光板相比，亮度提高20％，評價為實用水平(用◎表示)。
接著說明作為實際構成的另一實施例的實施例2。實施例2是實際制作的偏振光分離單元10。
圖64是表示具有三層的多層膜的電介質光柵的截面形狀圖(SEM照片)。作為導光單元形成光柵間距為0.6μm的聚碳酸酯制作的電介質光柵，將SiO2作為粘接劑通過蒸鍍TiO2、SiO2、TiO2三層膜形成光柵結構體。光源使用白色光源。導光板1的截面多折射率分布為條件3。這種情況相當于圖46所示的實施例2。
使用實驗裝置對這種構成的導光板1測定亮度提高率。實驗裝置是圖63表示的裝置。在表面上形成偏振光分離單元10，在里面上形成反射單元30，在其內部形成偏振光變換單元20。從導光板1的兩面側照射白色的光源2(LED光源)發出的光。從該導光板1射出的光與形狀相同但表面上不具有偏振光分離面的原來的PMMA樹脂制造的導光板相比，亮度提高60％，評價為實用水平(用◎表示)。
如上所述，根據本發明，可提供一種導光板和具有該導光板的液晶顯示裝置，通過在導光單元的表面上設置的作為光柵結構體的偏振光分離單元把液晶屏等的偏振光板所阻止入射的偏振光分量(s偏振光分量)返回導光單元內，用偏振光變換單元變換直線偏振光方向，并且通過作為反射板的反射單元再次入射到偏振光分離單元，從而將其作為在液晶屏入射的偏振光分量(p偏振光分量)取出，因此取出原來不能有效利用的光的偏振光分量，減少發光元件等的部件數，并減少功耗。
權利要求
1.一種導光板，其特征在于，包括偏振光分離單元，根據光的偏振光方向分離反射光和透射光；反射單元，對光進行反射；偏振光變換單元，對透過的光提供相位差，使其滿足θ1+n·180°(其中，θ1在30°≤θ1≤150°的范圍內，n是整數)的條件；導光單元，在上述偏振光分離單元與上述反射單元之間夾置上述偏振光變換單元，并將它們設置為一體。
2.根據權利要求1所述的導光板，其特征在于優選地，在上述偏振光變換單元的80％以上的區域中，對透過的光提供相位差，使其滿足θ2+n·180°(其中，θ2在45°≤θ2≤135°的范圍內，n是整數)的條件。
3.根據權利要求1或2所述的導光板，其特征在于優選地，在上述偏振光變換單元的60％以上的區域中，對透過的光提供相位差，使其滿足θ3+n·180°(其中，θ3在60°≤θ3≤120°的范圍內，n是整數)的條件。
4.根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板，其特征在于上述偏振光分離單元為光柵結構體，該光柵結構體由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵構成。
5.根據權利要求4所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復結構。
6.根據權利要求5所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵是矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部的周期重復結構，光柵周期為0.3～0.8μm，光柵深度為0.2～0.5μm。
7.根據權利要求6所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵的凸部是由將細微的形狀組合成基本形狀而形成的多個形狀構成的凸部。
8.根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板，其特征在于上述偏振光分離單元是在由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵的表面上，添加具有規定折射率的物質的一層表面層、或相鄰的層間折射率彼此不同的物質層疊而成的多層的表面層的光柵結構體。
9.根據權利要求8所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復結構。
10.根據權利要求9所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵的光柵周期是0.3～0.8μm，光柵深度為0.2～0.5μm，上述光柵結構體的表面設置的表面層是厚度為50～150nm的二氧化鈦(TiO2)或五氧化二鉭(Ta2O5)和厚度為70～200nm的二氧化硅(SiO2)交替層疊而成的多層。
11.根據權利要求10所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體在上述電介質光柵和上述表面層之間具有大于0且不超過100nm的厚度的一氧化硅(SiO)層。
12.根據權利要求11所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵的凸部是由將細微的形狀組合成基本形狀形成的多個形狀構成的凸部。
13.根據權利要求8至12中任何一項所述的導光板，其特征在于在上述光柵結構體在上述電介質光柵的表面上具有把通過旋涂法或輥涂法涂上用溶劑稀釋的物質后去除溶劑的工序進行一次或重復多次形成的表面層，或通過蒸鍍法、濺射法或離子電鍍法中的任何一種形成一層物質或相鄰層間折射率彼此不同的物質的表面層。
14.根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板，其特征在于上述偏振光分離單元是在由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵的凹部中，添加具有規定折射率的物質的一層表面層、或相鄰的層間折射率彼此不同的物質層疊而成的多層的表面層的光柵結構體。
15.根據權利要求14所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復。
16.根據權利要求15所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵的光柵周期是0.3～0.8μm，光柵深度為0.2～0.5μm，上述光柵結構體的凹部中設置的表面層是厚度為50～150nm的二氧化鈦(TiO2)或五氧化二鉭(Ta2O5)和厚度為70～200nm的二氧化硅(SiO2)交替層疊而成的多層。
17.根據權利要求16所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體在電介質光柵和表面層之間具有大于0且不超過100nm的厚度的一氧化硅(SiO)層。
18.根據權利要求17所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵的凸部是由將細微的形狀組合成基本形狀形成的多個形狀構成的凸部。
19.根據權利要求14至18中任何一項所述的導光板，其特征在于在上述光柵結構體在電介質光柵的表面上具有把通過旋涂法或輥涂法涂上用溶劑稀釋的物質后去除溶劑、再僅去除位于電介質光柵的凸部的頂上的物質的工序進行一次或重復多次而在凹部中形成的由一層物質或相鄰層間折射率彼此不同的物質構成的表面層，或把通過蒸鍍法、濺射法或離子電鍍法中的任何一種在涂上物質后僅去除位于凸部的頂上的物質的工序進行一次或重復多次而在凹部中形成的由一層物質或相鄰層間折射率彼此不同的物質構成的表面層。
20.根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板，其特征在于上述偏振光分離單元是由相鄰層間折射率彼此不同的物質按層疊狀形成的凸部的周期重復結構的光柵構成的光柵結構體。
21.根據權利要求20所述的導光板，其特征在于上述光柵結構的光柵體是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復。
22.根據權利要求21所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體是通過對把用旋涂法或輥涂法涂上用溶劑稀釋的物質后去除溶劑的工序進行一次或重復多次形成的由相鄰層間折射率彼此不同的物質構成的膜，或用蒸鍍法、濺射法或離子電鍍法中的任何一種形成的由相鄰層間折射率彼此不同的物質構成的膜進行壓紋加工形成的光柵。
23.根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板，其特征在于上述偏振光分離單元是在由透明電介質材料形成的周期重復結構的電介質光柵的表面上設置由金屬材料形成的周期重復結構的金屬光柵的光柵結構體。
24.根據權利要求23所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的金屬光柵是由反射率在60％以上的金屬薄膜形成的。
25.根據權利要求24所述的導光板，其特征在于上述金屬光柵的金屬薄膜是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構成的一種化合物或其中兩種以上組合而成的合金。
26.根據權利要求23至25中任何一項所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵是截面形狀為矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部構成的形狀或者多個這些凸部組合而成的形狀中的任何一種形狀的周期重復。
27.根據權利要求26所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵是矩形、梯形、三角形或正弦波形中的任何一種凸部的周期重復結構，光柵周期大于0并且在0.4μm以下，光柵深度大于0并且在0.2μm以下。
28.根據權利要求27所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體的電介質光柵的凸部是由將細微的形狀組合成基本形狀形成的多個形狀構成的凸部。
29.根據權利要求1至3中任何一項所述的導光板，其特征在于上述偏振光分離單元是對導光單元、透明基板或透明膜設置由金屬材料形成的周期重復結構的金屬光柵的光柵結構體。
30.根據權利要求29所述的導光板，其特征在于上述光柵結構體是形成了反射率為60％以上的金屬薄膜的金屬光柵的光柵結構體。
31.根據權利要求30所述的導光板，其特征在于上述金屬光柵的金屬薄膜是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構成的一種化合物或其中兩種以上組合而成的合金。
32.根據權利要求30或31所述的導光板，其特征在于上述金屬光柵的金屬薄膜的膜厚在0.05μm以上，光柵的周期T為0.05～0.25μm，光柵的寬度相對光柵的周期T為0.25T～0.85T的范圍。
33.根據權利要求29至32中任何一項所述的導光板，其特征在于在導光單元、透明基板或透明膜和上述金屬光柵之間形成底層，在上述金屬光柵和上述底層的表面上形成保護膜。
34.根據權利要求29至33中任何一項所述的導光板，其特征在于上述金屬光柵是在導光單元、透明基板、透明膜或底層的表面上，通過有條紋狀的光柵圖形的掩模，用蒸鍍法、濺射法、離子電鍍法或干式蝕刻法中的任何一種形成的。
35.根據權利要求29至34中任何一項所述的導光板，在透明膜的表面側具有形成了由金屬薄膜構成的金屬光柵的光柵結構體，其特征在于上述光柵結構體是在透明膜上形成金屬光柵后，把該透明膜沿條紋方向延伸，將金屬光柵作成細微圖形，與透明膜一起貼附在導光單元或透明基板上而形成的。
36.根據權利要求1至35中任何一項所述的導光板，其特征在于上述導光單元以樹脂為材料，將上述偏振光變換單元作成多折射分布。
37.根據權利要求36所述的導光板，其特征在于上述導光單元的材料是丙烯類樹脂、聚碳酸酯類樹脂、丙烯腈苯乙烯類樹脂、環氧類樹脂或烯烴類樹脂中的任何一種。
38.根據權利要求36或37所述的導光板，其特征在于通過各向異性的表層形成內部多折射。
39.根據權利要求36至38中任何一項所述的導光板，其特征在于以樹脂為材料的導光單元具有大的定向性。
40.根據權利要求36至39中任何一項所述的導光板，其特征在于形成導光單元的樹脂中包含規定量的與主材不同的具有各向異性的樹脂聚合物。
41.根據權利要求40所述的導光板，其特征在于與主材不同的樹脂聚合物是苯乙烯顆粒或液晶聚合物。
42.根據權利要求1至41中任何一項所述的導光板，其特征在于上述反射單元設置在上述導光單元的除了入射光的面和形成偏振光分離單元的面之外的所有面或一部分上。
43.根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板，其特征在于上述反射單元的一部分或全部是由細微凹凸構成的擴散性全息圖、體積型擴散性全息圖或斑點擴散面中的任何一種，向上述偏振光分離單元擴散反射。
44.根據權利要求43所述的導光板，其特征在于在上述反射單元的擴散性全息圖、體積型擴散性全息圖或斑點擴散面上形成金屬反射膜。
45.根據權利要求43或44所述的導光板，其特征在于上述反射單元中的一個擴散性全息圖具有把一個入射光分支為多個射出光的功能，假設把表示將具有P1(x)的相位差分布的入射光變換為第i個射出光的功能的相位差分布設為Pi(x)，具有下面的式子(7)表示的相位差分布P(x)P(x)=mod[Σj=2kaj(x)·mod[Pj(x)-P1(x)+Cj,π]+mod[P1(x)+C1,π],mπ]...(7)]]>(其中，x是表示擴散性全息圖上的位置的矢量，π是圓周率，m是自然數，k是2以上的整數，aj是滿足0＜aj＜1的函數，cj是常數，mod[A，B]是表示A除以B時的余數的函數)。
46.根據權利要求45所述的導光板，其特征在于為了使上述反射單元中的擴散性全息圖的相位差分布為上述P(x)，表面形狀D’(x)用下面的式子8表示D’(x)＝-(1/2ns)·(λ/π)·P(x) …………(8)(其中，ns是擴散性全息圖周圍的介質的折射率，λ表示波長)。
47.根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板，其特征在于上述反射單元由金屬形成。
48.根據權利要求47所述的導光板，其特征在于金屬是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構成的一種化合物或其中兩種以上組合而成的合金。
49.根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板，其特征在于上述反射單元由電介質多層膜形成。
50.根據權利要求49所述的導光板，其特征在于在上述電介質多層膜上形成金屬反射膜。
51.根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板，其特征在于上述反射單元是通過印刷形成的圖形。
52.根據權利要求1至42中任何一項所述的導光板，其特征在于上述反射單元是散射面。
53.根據權利要求1至52中任何一項所述的導光板，其特征在于上述偏振光分離單元隨著位置遠離上述光源而提高透過率。
54.根據權利要求1至53中任何一項所述的導光板，其特征在于上述偏振光分離單元形成光柵結構體，使其與從光源入射的光大致正交。
55.根據權利要求1至54中任何一項所述的導光板，其特征在于上述反射單元隨著位置遠離上述光源而提高反射率。
56.一種液晶顯示裝置，其特征在于，包括光源；使從上述光源射出的光中彼此正交的兩個偏振光分量之一的偏振光分量透過的權利要求1到權利要求55中任何一項所述的導光板；由從上述導光板射出的偏振光照明的液晶屏。
57.根據權利要求56所述的液晶顯示裝置，其特征在于上述液晶屏包括液晶板；配置在該液晶板的表面和里面并且使偏振光方向正交的一對偏振光板，把上述偏振光變換單元和偏振光板配置成使透過上述偏振光變換單元的偏振光的偏振光方向與透過位于液晶屏和導光板之間的偏振光板的偏振光的偏振光方向正交。
全文摘要
本發明的目的是提供一種導光板和具有這種導光板的液晶顯示裝置，該導光板取出原來不能有效利用的光的偏振光分量，減少發光元件等的部件數，并減少功耗，為達到該目的，導光板1包括導光單元40，引導從光源2入射的光；偏振光分離單元10，僅射出單方向的偏振光；反射單元30，對光進行反射；偏振光變換單元20，配置在該偏振光分離單元10和反射單元30之間，變換透過的光的偏振光方向。
文檔編號F21V8/00GK1483150SQ01821516
公開日2004年3月17日 申請日期2001年12月27日 優先權日2000年12月28日
發明者田中秀幸, 管野敏之, 小林毅, 古川雅晴, 齊藤哲哉, 橫森則晴, 鈴木芳幸, 之, 哉, 幸, 晴 申請人:富士電機株式會社