JP4341263B2 - Light guide and display body using the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面的に光を導光させる平面状の導光体、およびそれを用いた表示体に係り、特に平面照明光源用の導光体、およびその導光体からの射出光をＬＣＤパネル等の表示素子の照明光とする表示体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、平面的に光を導光させる平面状の導光体は、ＬＣＤパネル等の表示素子の背面光源用光学部材としての利用をはじめとして、多くの用途で使用されてきている。
【０００３】
特に、ＬＣＤパネル等の表示素子の背面光源用光学部材としての導光体は、典型的には、１〜数ｍｍ程度の厚さの透明樹脂で形成されている。
【０００４】
また、導光体への光の入射は、一般的に、導光体の端面において平面部に垂直な方向から行なわれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の導光体においては、入射光に対する光の利用効率の低下や、好ましくない光成分（例えば、輝度むらや、照明光として利用しきれない成分等）の発生等の光学的な問題がある。
【０００６】
また、光源の大きさが小さく、数が少ない場合には、平面的に光を効率よく均一に拡げることが難しい。
【０００７】
一方、入射光に対する光の利用効率を低下させないようにするためには、導光体自身の厚みを厚くしなければならないことから、導光体自身の厚みを薄くすることが考えられるが、それを実現できないのが現状である。
【０００８】
この導光体自身の厚みは、製品を薄くすることができないという問題に留まらず、重量、製造コスト等の面でも問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、導光体本体の厚さを薄くすることを実現しつつ、入射光に対する光の利用効率を高めることができると共に、平面的に光を効率よく均一に拡げることが可能な導光体、およびそれを用いた表示体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明では、平面的に光を導光させる平面状の導光体において、入射光を導光体本体の内部へ取り入れる入射カップラを、導光体本体上の平面部に少なくとも１個配置し、入射カップラを、導光体本体の内部の主導光方向を含み当該導光体本体上の平面部にほぼ直交する断面においてレンズ機能を有する光学素子で構成し、光学素子のレンズ機能の焦点付近に、光源を配置するようにしている。
【００１１】
従って、第１の発明の導光体においては、レンズ機能を有する光学素子で構成した入射カップラを、平面状の導光体本体上の平面部に配置することにより、平面状の導光体本体に光を効率良く入射させることができると共に、導光体本体を薄くすることができ、また光学素子のレンズ機能の前側の焦点距離付近に配置した光源からの光を、導光体本体の内部でほぼ平行光状の光とすることができ、容易にかつ効率良く、導光体本体の内部を導光させることができる。すなわち、入射カップラにより、光源から射出された光を、導光体本体内で全反射条件を満たす光の成分へ効率良く変換することができる。また、導光体本体の内部でほぼ平行光状とした光は、射出カップラでの射出光の制御が容易となり、不必要な光の発生を抑制して、望ましい射出光を高い効率で得ることができる。
【００１２】
また、第２の発明では、上記第１の発明の導光体において、入射カップラのほぼ直上方向に、光源を配置するようにしている。
【００１３】
従って、第２の発明の導光体においては、入射カップラのほぼ直上方向に、光源を配置することにより、簡便に高精度な位置合わせを行なうことができる。すなわち、直上からの入射光を導光体本体の内部で臨界角以上の角度で導光する機能を入射カップラに持たせることは容易であり、例えば入射カップラとして回折素子やレンズを用いて、光軸を外した位置に光源を配置すれば良い。
【００１４】
さらに、第３の発明では、上記第１の発明の導光体において、入射カップラに対して、導光体本体の内部の主導光方向の反対方向に、光源を配置するようにしている。
【００１５】
従って、第３の発明の導光体においては、入射カップラに対して、導光体本体の内部の主導光方向の反対方向に、光源を配置することにより、ほぼ光軸上で光を取り扱うことができ、入射カップラの設計および作製を容易に行なうことができる。
【００１６】
一方、第４の発明では、上記第１乃至第３の発明の導光体において、入射カップラを、回折光学素子で構成するようにしている。
【００１７】
従って、第４の発明の導光体においては、入射カップラを回折光学素子で構成することにより、同心円状の格子パターンを利用できる等、極めて簡便に実現することができる。
さらに、入射カップラを回折光学素子で構成することにより、極めて薄い構造でレンズ機能を実現することができ、シートとして扱うことが可能な平面状の導光体を形成することができる。
【００１８】
特に、回折格子パターンの場合には、入射カップラに対して導光体本体の内部の主導光方向の反対方向に、光源を配置した構成において、空間周波数を低い範囲に抑えつつ、導光体本体内での臨界角以上の角度で取り入れることが可能となるため、望ましい入射カップラを簡便に作製することができる。
また、第５の発明では、上記第１乃至第４の発明の導光体において、光源を、白色光源、もしくは多波長光源、あるいは５０ｎｍ以上の帯域の可視光を発する光源とするようにしている。
【００１９】
従って、第５の発明の導光体においては、光源を、白色光源、もしくは多波長光源、あるいは５０ｎｍ以上の帯域の可視光を発する光源とすることにより、各波長成分に対して入射カップラの光学素子がほぼ同様に作用し、各波長成分を高効率で導光させることができる。
【００２０】
さらに、第６の発明では、上記第１乃至第５の発明の導光体において、入射カップラが、導光体本体の内部の主導光方向にほぼ直交し当該導光体本体上の平面部にほぼ直交する断面においてレンズ機能を有し、その焦点距離が断面にほぼ直交する方向のレンズ機能の焦点距離よりも大きくなるようにしている。
【００２１】
従って、第６の発明の導光体においては、入射カップラが、導光体本体の内部の主導光方向にほぼ直交し当該導光体本体上の平面部にほぼ直交する断面においてレンズ機能を有し、その焦点距離が断面にほぼ直交する方向のレンズ機能の焦点距離よりも大きくすることにより、当該断面における入射光成分を、概ねそのまま直進させることができる。
すなわち、一般的な光源からの光は発散光であることから、当該断面においては、導光体本体の内部で発散しながら導光するため、主導光方向では、ほぼ平行光状で効率よく導光し、それにほぼ直交する方向では発散して平面状の導光体本体に広く均一に導光することができる。
【００２２】
一方、第７の発明では、上記第１乃至第６の発明の導光体において、光源を、入射カップラに対して小さいほぼ点状光源とするようにしている。
【００２３】
従って、第７の発明の導光体においては、光源を、入射カップラに対して小さいほぼ点状光源とすることにより、より平行光状の光成分が多い導光状態を得ることができ、損失やノイズとなる光成分を著しく低減して、効率の高い導光を実現することができる。
【００２４】
また、第８の発明では、上記第１乃至第６の発明の導光体において、光源を、導光体本体の内部の主導光方向にほぼ直交する方向に長い線状光源とするようにしている。
【００２５】
従って、第８の発明の導光体においては、光源を、導光体本体の内部の主導光方向にほぼ直交する方向に長い線状光源とすることにより、主導光方向での導光状態を保証しつつ、主導光方向にほぼ直交する方向において平面状の導光体本体により広く均一に導光することができる。
【００２６】
さらに、第９の発明では、上記第１乃至第８の発明の導光体において、導光体本体の内部を導光する光を導光体本体の外へ射出する射出カップラを、導光体本体上に少なくとも１個配置するようにしている。
【００２７】
従って、第９の発明の導光体においては、導光体本体の内部を導光する光を導光体本体の外へ射出する射出カップラを、導光体本体上に少なくとも１個配置することにより、平面状の導光体本体の内部から、射出カップラを配置した位置において選択的に効率良く光を射出することができる。
【００２８】
一方、第１０の発明では、上記第９の発明の導光体において、射出カップラが、導光体本体の内部の主導光方向においてレンズ機能を有するようにしている。
【００２９】
従って、第１０の発明の導光体においては、射出カップラが、導光体本体の内部の主導光方向においてレンズ機能を有するようにすることにより、ほぼ平行光として導光中の光を任意の射出角度範囲へ射出することができる。
【００３０】
また、第１１の発明では、上記第９または第１０の発明の導光体において、入射カップラと射出カップラとが、可視光波長に対してほぼ反転した分散特性を有するようにしている。
【００３１】
従って、第１１の発明の導光体においては、入射カップラと射出カップラとが、可視光波長に対してほぼ反転した分散特性を有するようにすることにより、入射カップラでの波長分散を射出カップラで補償し、射出光の波長分散を抑えて、入射光と同様の波長分布を持った光を射出することができる。すなわち、点状の白色光源を用いて、白色の平面光源を容易に実現することができる。
【００３２】
さらに、第１２の発明では、上記第９乃至第１１の発明の導光体において、入射カップラと射出カップラとが、導光体本体の内部の主導光方向において光学素子としての主構成が同一であり、かつ形状あるいは構造を空間的に対称形もしくはほぼ対称形とするようにしている。
【００３３】
従って、第１２の発明の導光体においては、入射カップラと射出カップラとを同一の光学素子構成とし、かつ対称的な光学機能を持たせることにより、波長分散が対称的になり、互いの波長分散を打ち消して、導光体本体から射出する光は極めて波長分散の少ない光とすることができる（入射カップラでの波長分散を射出カップラで補償することができる）。
すなわち、これらの波長分散を弱めるあるいは打ち消す効果により、光源の光とは異なる色づき等を抑制して、光源と同様の波長成分を持った射出範囲の制御された望ましい射出光を得ることができる。
【００３４】
一方、第１３の発明では、上記第１乃至第１２の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、同心円状の回折格子パターンとするようにしている。
【００３５】
従って、第１３の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、同心円状の回折格子パターンとすることにより、同心円の法線を光軸とし、光軸上に配置した光源からの光を、ほぼ平行光状の光へ変換することができる。
【００３６】
また、第１４の発明では、上記第１乃至第１２の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、同心円の中心を含まない同心円状の回折格子パターンとするようにしている。
【００３７】
従って、第１４の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、同心円の中心を含まない同心円状の回折格子パターンとすることにより、任意の位置に配置した光源からの入射光に対して、導光体本体内での臨界角以上の角度で取り入れることができる。特に、入射カップラの直上方向に光源を配置した場合には、光源と入射カップラの位置合わせが容易となり、導光体を簡便に作製することができる。
【００３８】
さらに、第１５の発明では、上記第１乃至第１４の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、表面レリーフ型回折素子とするようにしている。
【００３９】
従って、第１５の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、表面レリーフ型回折素子とすることにより、エンボス技術等を用いて導光体を容易かつ安価に量産することができる。特に、入射カップラと射出カップラを、共に表面レリーフ型回折素子とした場合には、一度の成形で全ての機能を持った導光体を形成することができる。
【００４０】
一方、第１６の発明では、上記第１乃至第１５の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、キノフォーム、もしくはブレーズド回折格子とするようにしている。
【００４１】
従って、第１６の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、キノフォーム、もしくはブレーズド回折格子とすることにより、導光体本体への光の入射あるいは／および導光体本体からの光の射出時における光の利用効率を極めて高くすることができる。特に、カップラをキノフォームとした場合には、任意の光波面変換に対して柔軟に応用することができ、またカップラをブレーズド回折格子とした場合には、その格子間隔や格子パターンによって光学的機能を簡便に設計することができ、また作製も比較的容易であり、高精度な光学素子を作り易くすることができる。
【００４２】
また、第１７の発明では、上記第１乃至第１６の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、反射型回折素子とするようにしている。
【００４３】
従って、第１７の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、反射型回折素子とすることにより、導光体本体における光の入射面と対向する面に配置するため、反射層等を設けることができ、光の損失が極めて少なく、容易に高効率にすることができる。
【００４４】
さらに、第１８の発明では、上記第９乃至第１７の発明の導光体において、入射カップラが配置された導光体本体の平面部上に、射出カップラを少なくとも１個配置するようにしている。
【００４５】
従って、第１８の発明の導光体においては、入射カップラが配置された導光体本体の平面部上に、射出カップラを少なくとも１個配置することにより、形成面が導光体本体の一面だけでよく、簡便に高精度な位置関係にして作製することができる。
【００４６】
一方、第１９の発明では、上記第１乃至第１８の発明の導光体の光射出面に、ＬＣＤパネル等の表示素子を配置している。
【００４７】
従って、第１９の発明の表示体においては、導光体の光射出面に、ＬＣＤパネル等の表示素子を配置することにより、光の利用効率が高く、明るくてかつ厚さの薄い表示体を実現することができる。特に、ＬＣＤパネル等の表示素子の１画素毎に、導光体上の対応する位置に射出カップラを配置した場合には、ブラックマトリクス等の光が遮断される領域へは、導光体から光を射出しないため、より一層光の利用効率を高めることができる。
【００４８】
また、第２０の発明では、上記第１９の発明の表示体において、射出カップラが、ＬＣＤパネル等の表示素子位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにしている。
【００４９】
従って、第２０の発明の表示体においては、射出カップラが、ＬＣＤパネル等の表示素子位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにすることにより、射出光が表示素子のセル内で集光もしくは集光に近い状態に細く絞られているため、表示素子と導光体とがセルの大きさの範囲内で変位しても、表示素子からの射出光は表示素子のセルに入射し続ける。従って、表示素子と導光体との組み合わせ時のアライメント誤差の許容量を大きくすることができ、容易に明るい表示体を安定して作製することができる。また、集光する点と射出カップラの大きさ、表示素子と導光体との距離によって、表示素子のセルから射出する光の拡がりも制御することが可能であり、観察者から明るく観察される視域を任意に形成することができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
本発明は、入射光を導光体本体の内部へ取り入れる入射カップラを、導光体本体上の平面部に配置し、入射カップラを、導光体本体上の平面部に少なくとも１個配置し、入射カップラを、導光体本体の内部の主導光方向を含み当該導光体本体上の平面部にほぼ直交する断面においてレンズ機能を有する光学素子で構成し、当該光学素子のレンズ機能の前側焦点付近に、光源を配置することを、基本的な特徴としている。
【００５１】
さらに、導光体本体の内部を導光する光を導光体本体の外へ射出する射出カップラを、導光体本体上に少なくとも１個配置し、入射カップラと射出カップラの光学機能に、対称性を持たせることをもう一つの特徴としている。
【００５２】
以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００５３】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の全体構成例を示す斜視図である。
【００５４】
図１において、平面的に光を導光させる平面状の導光体本体１上の平面部に、入射光を導光体本体１の内部へ取り入れる入射カップラ２を、少なくとも１個（本例では１個）配置している。
【００５５】
この入射カップラ２は、導光体本体１の内部の主導光方向を含み、当該導光体本体１上の平面部にほぼ直交する断面においてレンズ機能を有する光学素子である回折光学素子で構成している。
【００５６】
また、回折光学素子のレンズ機能の前側焦点付近に、光源３を配置している。
【００５７】
ここで、光源３は、入射カップラ２のほぼ直上方向に配置するようにしている。
【００５８】
また、光源３は、白色光源、もしくは多波長光源、あるいは５０ｎｍ以上の帯域の可視光を発する光源とするようにしている。
【００５９】
一方、導光体本体１の内部を導光する光を導光体本体１の外へ射出する射出カップラ４を、導光体本体１上に少なくとも１個（本例では３個）配置している。
【００６０】
この射出カップラ４は、導光体本体１の内部の主導光方向においてレンズ機能を有するものとしている。
【００６１】
すなわち、ＬＥＤや半導体レーザー等の光源３から発した光を、平面状の導光体本体１上の平面部に形成された入射カップラ２に入射し、回折光学素子の回折機能により、主導光方向へ導光する光として、板状、もしくはフィルム状の導光体本体１へ取り入れ、さらに導光体本体１内を導光する光を、適宜配置された射出カップラ４により導光体本体１の外部へ取り出すようにしている。
【００６２】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射光を導光体本体１の内部へ取り入れる入射カップラ２を、導光体本体１上の平面部に配置していることにより、入射カップラ２の大きさ（面積）を、導光体本体１の厚みには依存せずに決定することができ、光源３からの光の拡がり方を考慮して、入射光の十分な取り入れ効率を得るための大きさの入射カップラ２を使用することができる。
【００６３】
また、入射カップラ２がレンズ機能を有していることにより、入射カップラ２のレンズ機能の前側の焦点距離付近に配置した光源３からの光を、導光体本体１の内部でほぼ平行光状とすることができ、容易にかつ効率良く、導光体本体１の内部を導光させることができる。
【００６４】
以上により、平面状の導光体本体１に光を効率良く入射させることができると共に、導光体本体１の厚さを薄くすることができる。
【００６５】
特に、入射カップラ２を構成する回折光学素子も、その他の光学素子に比べて薄い構造（典型的には０．１〜１０μｍ程度）で良いため、導光体を平滑な板もしくはフィルムと同様に容易に取り扱うことができる。
【００６６】
また、このような導光体は、構成が極めて簡単であり、構成材料が少なくてよいため、安価に製造することができる。
【００６７】
特に、回折格子素子が表面レリーフ型である場合、エンボス成形やインジェクション成形などにより、極めて簡便に製造することができる。
【００６８】
ここで、導光体本体１の平面部にほぼ垂直な面内において、入射カップラ２から導光体本体１内へほぼ平行光状として入射する場合には、射出カップラ４での射出光の制御が容易となり、不必要な光の発生を抑制して、平面内で望ましい光量分布を持った射出光を高効率で得ることができる。
【００６９】
すなわち、射出カップラ４の光学的設計が容易であるばかりでなく、導光体本体１から一様な射出光を得たい場合に、複数配置した射出カップラ４へ導光体本体１内から入射する光の角度がほぼ一定であるため、複数の射出カップラ４の光学的な設計が１度で済み、また作製時にも同一の射出カップラ４を複数形成するだけでよいため、極めて簡便に作製を行なうことができる。
【００７０】
このような導光体は、構成が簡単であり、構成材料が少なくてよいため、安価に製造することができる。
【００７１】
特に、回折格子素子が表面レリーフ型である場合、エンボス成形やインジェクション成形などにより、極めて簡便に製造することができる。
【００７２】
なお、射出カップラは、用途に応じて導光板の平面部における射出光分布を最適化するように二次元的に配置するのが望ましい。
【００７３】
また、導光体を薄くすることができるため、ＬＣＤ等の表示素子の照明部材等の面光源としての利用をはじめとして、多くの用途に光利用効率の高い導光体として利用することができる。
【００７４】
一方、入射カップラ２のほぼ直上方向に、光源３を配置していることにより、簡便に高精度な位置合わせを行なうことができる。
【００７５】
すなわち、直上からの入射光を導光体本体１の内部で臨界角以上の角度で導光する機能を入射カップラ２に持たせることは容易であり、例えば入射カップラ２として、回折素子やレンズを用いて、光軸を外した位置に光源３を配置すれば良い。
【００７６】
また、光源３を、白色光源、もしくは多波長光源、あるいは５０ｎｍ以上の帯域の可視光を発する光源としていることにより、各波長成分に対して入射カップラ２の光学素子がほぼ同様に作用し、各波長成分を高効率で導光させることができる。
【００７７】
図２は、図１の導光体における入射カップラ２周辺の具体的な一例を示す側面図である。
【００７８】
図２において、光源３から導光体に入射した光が入射カップラ２によって適切に変換され、導光体本体１の平面部とほぼ直交する断面において、導光体本体１の内部を、光が全反射している。
【００７９】
すなわち、入射カップラ２により回折した光が、導光体本体１の平面部に対して臨界角を超えた角度で進み、導光体本体１の平面部の界面（導光体本体１の外側との境界）で全反射している。
【００８０】
ここで、臨界角は、導光体本体１を構成する材料の屈折率と、導光体本体１の外側の媒質の屈折率とから決定され、例えば前者の屈折率を１．５、後者の屈折率を１．０とすると、臨界角は約４２度の角度であるため、それ以上の角度で導光体本体１内から導光体本体１界面に入射した光は、全反射する。そして、この全反射して導光された光は、損失が極めて少ないため、導光体として最適である。
【００８１】
図３は、図１の導光体における入射カップラ２周辺の具体的な他の例を示す側面図である。
【００８２】
図３において、導光体本体１と光源３とを接着剤で固定している。
【００８３】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、平面状の導光体本体１の平面部に光源３を固定することができ、高精度に配置した光源３を安定に保持することができる。
【００８４】
なお、接着剤の屈折率としては、光源３の光射出部や、導光体本体１と同一もしくは近似した値とすれば、界面での反射を減少することができ、望ましい。
【００８５】
図４は、光源３の波長が単波長でない場合の光の入射／射出の様子を示す概念図である。
【００８６】
図４において、入射カップラ２、射出カップラ４は、それぞれ回折カップラの例を示している。
【００８７】
光源３からは、異なる波長の光がそれぞれ同じ拡がり角Ａを持って入射カップラ２に入射し、異なる回折角度で回折し、導光体本体１内を導光する。
【００８８】
こうして射出カップラ４に達した光は、射出カップラ４により回折し、導光体本体１外へ射出する。
【００８９】
このような構成では、入射カップラ２と射出カップラ４は対照的な機能が要求され、同種の光学素子では波長分散の影響も対称的（打ち消し合う方向）になる。
従って、射出カップラ４に対して、波長毎に異なる入射角で入射するが、この時の拡がり角Ｂや射出方向は、波長の差異によらず、少なくとも可視光の範囲では、概ね同一となる。
【００９０】
図５は、図４における導光体の効果をさらに詳細に説明するための概念図である。
【００９１】
図５において、主導光方向において、入射カップラ２を構成する回折格子の局所的な格子間隔をｄとした時、下記に示す式によって波長毎の分散が決定される。
【００９２】
【数１】
ただし、λは光の波長、θiは入射光の入射角度、θRは波長λの１次回折光の回折格子からの射出角度である。
【００９４】
従って、波長に依らず共通した角度θiで入射カップラ２に入射した光は、波長毎に異なる角度θRで導光体本体１内を導光する。
【００９５】
図５（ａ）は、この時の代表的な光線の挙動を示している。
【００９６】
図５（ｂ）は、図５（ａ）と対称的な光学機能を持つ回折格子から成る射出カップラ４部における代表的な光線の挙動を示している。
【００９７】
すなわち、波長λの光が回折格子に入射角度θRで入射すると、回折格子から１次回折光は射出角度θoで射出する。
【００９８】
【数２】
すなわち、入射カップラ２と射出カップラ４が対称的な光学機能を持つ回折素子である場合、カップラを構成する局所的な回折格子において、あらゆる波長について対称的に作用する。
【０１００】
その結果として、射出カップラ４から導光体本体１外へと射出する光は、波長分散が補償されて、色のにじみ等のない、均一な色を持った射出光を得ることができる。
【０１０１】
ここで、入射カップラ２と射出カップラ４が全く対称的な光学機能を持つ場合には、光源３から入射カップラ２に入射した光の角度分布や波長分布が再現されて、それぞれの射出カップラ４から射出される。
【０１０２】
入射カップラ２と射出カップラ４とが、可視波長に対してほぼ反転した分散特性を有するようにすることにより、入射カップラ２の波長分散を射出カップラ４で補償し、射出光の波長分散を抑えて、入射光と同様の波長分布を持った光を射出することができる。
【０１０３】
一方、図６に示すように、射出カップラ４の特性をわずかに変更することにより、波長分散の補償効果はそのままにして、射出光の角度分布を制御することができる。
【０１０４】
すなわち、光源３からの入射角度分布に依存しない射出光の角度分布を設定することができる。
【０１０５】
以上、本発明の基本的な構成例について説明したが、その他の構成例について以下に説明する。
【０１０６】
（第２の実施の形態）
図７は、本実施の形態による導光体の構成例を示す平面図であり、図１乃至図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１０７】
すなわち、本実施の形態による導光体は、図７に示すように、入射カップラ２に対して、導光体本体１の内部の主導光方向の反対方向に、光源３を配置するようにしている。
【０１０８】
以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、導光体本体１の内部の主導光方向の反対方向に、光源３を配置していることにより、ほぼ光軸上で光を取り扱うことができ、入射カップラ２の設計および作製を容易に行なうことができる。
【０１０９】
特に、入射カップラ２が回折光学素子の場合、構造（格子パターン等）を粗くすることができ、作製が容易になる。
ここで、ほぼ光軸上で光を取り扱うことができるとは、主光線に対して入射カップラ２が特別な光学的作用（単純な透過屈折や反射は含まない）をほとんど及ぼさない条件で取り扱うことを意味する。
（第３の実施の形態）
図８および図９は、本実施の形態による導光体における入射カップラおよび射出カップラの構成例を示す平面図および平面図の一点鎖線部の断面図であり、図１乃至図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１０】
図８および図９において、入射カップラ２および射出カップラ４を、それぞれ対称的な光学機能を持った同心円状の回折格子パターンとしている。
【０１１１】
ここで、同心円状の回折格子パターンは、同心円の中心を含まないブレーズド型の同心円状の回折格子パターンとしている。
【０１１２】
以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、回折格子は、図５に示したような直上方向の光源からの入射光に対して、導光体本体１の内部へ臨界角以上の角度で進行する光へと変換する。
【０１１３】
ここで、入射カップラ２と射出カップラ４の光学機能の対称性により、入射カップラ２での波長分散を射出カップラ４で補償し、射出光の波長分散を抑えて、入射光と同様の波長分布を持った光を射出することができる。
【０１１４】
すなわち、点状の白色光源３を用いて、白色の平面光源を容易に実現することができる。
【０１１５】
また、入射カップラ２と射出カップラ４との光学機能の対称性から、上述した波長分散の補償を確実にかつ容易に実現することができる。
【０１１６】
さらに、このような回折格子をブレーズド回折格子としていることにより、極めて効率の高い回折素子とすることができる。
【０１１７】
一方、射出カップラ４の回折格子の大きさや回折効率を変更して、主導光方向における射出光を平面状の導光体表面において均一に分布させることもできる。
【０１１８】
（第４の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを、表面レリーフ型回折素子とするようにしている。
【０１１９】
以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、表面レリーフ型回折素子とするようにしていることにより、最適な回折効率の構造の高さとした場合に、透過型に比べて構造の高さをより小さくすることができ、例えばエンボス技術等を用いて、導光体を容易かつ安価に量産することができる。
【０１２０】
特に、入射カップラ２と射出カップラ４とを、共に表面レリーフ型回折素子とした場合には、一度の成形によって全ての機能を持った導光体を形成することができる。
【０１２１】
また、レリーフの複製工程において、これらの光学素子の相対位置関係を、高精度に安定して保つことができ、個体差の少ない複製が可能となる。
（第５の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを、反射型回折素子とするようにしている。
【０１２２】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、反射型回折素子とするようにしていることにより、導光体本体１における光の入射面と対向する面に配置するため、反射層等を設けることが可能となり、光の損失が極めて少なく、容易に高効率にすることができる。
【０１２３】
特に、入射カップラ２を、導光体本体１の光入射面とは対向する面に配置された反射型回折素子とし、入射カップラ２が配置された導光体本体１の面のほぼ全面に亘って反射層を備えるようにした場合には、入射カップラ２における光の損失を極小化すると共に、導光体本体１から光が射出するのは、反射層がない面のみとなるため、導光体全体の光の損失も極めて少なく、容易に高効率な導光体を得ることができる。
【０１２４】
（第６の実施の形態）
図１０は、本実施の形態による導光体における入射カップラおよび射出カップラの構成例を示す斜視図であり、図１乃至図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２５】
図１０において、光源３、入射カップラ２、射出カップラ４のセットを、複数（本例では３つ）並列に並べて配置している。
【０１２６】
以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、光源３、入射カップラ２、射出カップラ４のセットを、３つ並列に並べて配置していることにより、特に主導光方向にほぼ直交する方向の導光体のサイズが大きい場合に、平面状の導光体本体１の射出面における射出光の分布の均一性を増すことができる。
【０１２７】
（第７の実施の形態）
図１１は、本実施の形態による導光体における入射カップラおよび射出カップラの構成例を示す斜視図であり、図１乃至図１０と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２８】
図１１において、光源３を、導光体本体１の内部の主導光方向にほぼ直交する方向に長い線状光源としている。
【０１２９】
以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、光源３を、導光体本体１の内部の主導光方向にほぼ直交する方向に長い線状光源としていることにより、平面状の導光体本体１の射出面における射出光の分布の均一性を、簡便に極めて高くすることができる。
【０１３０】
（第８の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、光源３を、入射カップラ２に対して十分に小さいほぼ点状光源とするようにしている。
【０１３１】
以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、光源３を、入射カップラ２に対して十分に小さいほぼ点状光源とするようにしていることにより、光源３と導光体本体１（入射カップラ２）との位置関係が若干ずれても、入射カップラ２の大きさよりも十分小さければ、導光体本体１への光の入射効率が著しく変化することがなく、光源３と導光体本体１とのアライメントを簡便に行なうことができる。
【０１３２】
以上の効果は、特に導光体を、白色（もしくは多波長）照明部材として用いる際に、色ムラのない均一な光の分布をもった照明光を提供することができる。
【０１３３】
（第９の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、入射カップラ２が、導光体本体１の内部の主導光方向にほぼ直交し当該導光体本体１上の平面部にほぼ直交する断面においてレンズ機能を有し、その焦点距離が断面にほぼ直交する方向のレンズ機能の焦点距離よりも大きくなるようにしている。
【０１３４】
以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２が、導光体本体１の内部の主導光方向にほぼ直交し当該導光体本体１上の平面部にほぼ直交する断面においてレンズ機能を有し、その焦点距離が断面にほぼ直交する方向のレンズ機能の焦点距離よりも大きくしていることにより、当該断面における入射光成分を、概ねそのまま直進させることができる。
【０１３５】
すなわち、一般的な光源からの光は発散光であることから、当該断面においては、導光体本体１の内部で発散しながら導光するため、主導光方向では、ほぼ平行光状で効率よく導光し、それにほぼ直交する方向では発散して平面状の導光体本体１に広く均一に導光することができる。
【０１３６】
（第１０の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、入射カップラ２と射出カップラ４とが、可視光波長に対してほぼ反転した分散特性を有するようにしている。
【０１３７】
以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２と射出カップラ４とが、可視光波長に対してほぼ反転した分散特性を有するようにしていることにより、入射カップラ２での波長分散を射出カップラ４で補償し、射出光の波長分散を抑えて、入射光と同様の波長分布を持った光を射出することができる。
【０１３８】
すなわち、点状の白色光源を用いて、白色の平面光源を容易に実現することができる。
【０１３９】
（第１１の実施の形態）
図１２は、本実施の形態による導光体とＬＣＤパネルとを組み合わせた表示体の全体構成例を示す側面図であり、図１乃至図１１と同一部分には同一符号を付してその説明を省ほぼし、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１４０】
すなわち、本実施の形態による導光体は、図１２に示すように、前述した導光体本体１の光射出面に、表示素子として透過型のＬＣＤパネル５を配置した構成としている。
【０１４１】
以上のように構成した本実施の形態の表示体においては、導光体本体１の光射出面に、表示素子であるＬＣＤパネル５を配置するようにしていることにより、画素構造を持った表示素子であるＬＣＤパネル５と組み合わせる場合に、画素と射出カップラ４を１対１に対応させると、極めて効率の良い光の射出により、光の利用効率が高く、明るくてかつ厚さの薄い表示体を実現することができる。
【０１４２】
（第１２の実施の形態）
図１３は、本実施の形態による導光体とＬＣＤパネルとを組み合わせた表示体の全体構成例を示す側面図であり、図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省ほぼし、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１４３】
すなわち、本実施の形態による導光体は、前述した表示体において、図１３に示すように、射出カップラ４が、ＬＣＤパネル５位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにしている。
【０１４４】
以上のように構成した本実施の形態の表示体においては、射出カップラ４が、ＬＣＤパネル５位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにしていることにより、射出光がＬＣＤパネル５のセル内で集光もしくは集光に近い状態に細く絞られる、すなわち画素構造の内部で収束するような光を射出するため、表示素子であるＬＣＤパネル５と導光体本体１とがセルの大きさの範囲内で変位しても、導光体からの射出光はＬＣＤパネル５のセルに入射し続ける。
【０１４５】
従って、ＬＣＤパネル５と導光体との組み合わせ時のアライメント誤差の許容量を大きくすることができ、容易に明るい表示体を安定して作製することができる。
【０１４６】
また、集光する点と射出カップラ４の大きさ、ＬＣＤパネル５と導光体との距離によって、ＬＣＤパネル５のセルから射出する光の拡がりも制御することが可能であり、観察者から明るく観察される視域を任意に形成することができる。
【０１４７】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
また、上記各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた作用効果を得ることができる。
【０１４８】
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、上記各実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０１４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の導光体によれば、レンズ機能を有する光学素子で構成した入射カップラを、平面状の導光体本体上の平面部に配置することにより、平面状の導光体本体に光を効率良く入射させることができると共に、導光体本体を薄くすることができ、また光学素子のレンズ機能の前側の焦点距離付近に配置した光源からの光を、導光体本体の内部でほぼ平行光状の光とすることができ、容易にかつ効率良く、導光体本体の内部を導光させることが可能となる。
【０１５７】
さらに、本発明の導光体によれば、導光体本体の内部を導光する光を導光体本体の外へ射出する射出カップラを、導光体本体上に少なくとも１個配置するようにしているので、平面状の導光体本体の内部から、射出カップラを配置した位置において選択的に効率良く光を射出することが可能となる。
【０１５９】
また、本発明の導光体によれば、入射カップラと射出カップラとが、可視光波長に対してほぼ反転した分散特性を有するようにしているので、入射カップラでの波長分散を射出カップラで補償し、射出光の波長分散を抑えて、入射光と同様の波長分布を持った光を射出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の全体構成例を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態による導光体における入射カップラ周辺の具体的な一例を示す側面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態による導光体における入射カップラ周辺の具体的な他の例を示す側面図。
【図４】同第１の実施の形態の導光体における光源の波長が単波長でない場合の光の入射／射出の様子を示す概念図。
【図５】同第１の実施の形態の導光体の効果をさらに詳細に説明するための概念図。
【図６】同第１の実施の形態の導光体における射出範囲の変更例を示す概念図。
【図７】本発明の第２の実施の形態による導光体の全体構成例を示す平面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態による導光体における入射カップラの構成例を示す平面図および側面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態による導光体における射出カップラの構成例を示す平面図および側面図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態による導光体における入射カップラおよび射出カップラの構成例を示す斜視図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態による導光体における入射カップラおよび射出カップラの構成例を示す斜視図。
【図１２】本発明の第１１の実施の形態による導光体とＬＣＤパネルとを組み合わせた表示体の全体構成例を示す側面図。
【図１３】本発明の第１２の実施の形態による導光体とＬＣＤパネルとを組み合わせた表示体の全体構成例を示す側面図。
【符号の説明】
１…導光体本体
２…入射カップラ
３…光源
４…射出カップラ
５…ＬＣＤパネル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar light guide that guides light in a planar manner and a display body using the same, and more particularly to a light guide for a flat illumination light source and light emitted from the light guide to an LCD. The present invention relates to a display body used as illumination light for a display element such as a panel.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, planar light guides that guide light in a planar manner have been used in many applications including use as an optical member for a back light source of a display element such as an LCD panel.
[0003]
In particular, a light guide as an optical member for a back light source of a display element such as an LCD panel is typically formed of a transparent resin having a thickness of about 1 to several mm.
[0004]
In general, light is incident on the light guide from the direction perpendicular to the flat surface at the end face of the light guide.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional light guide, there are optical effects such as a decrease in light use efficiency with respect to incident light and generation of undesirable light components (for example, uneven brightness and components that cannot be used as illumination light). There is a problem.
[0006]
Further, when the size of the light source is small and the number is small, it is difficult to spread light efficiently and evenly in a plane.
[0007]
On the other hand, in order not to reduce the light use efficiency with respect to incident light, the thickness of the light guide itself must be increased, so it is conceivable to reduce the thickness of the light guide itself. It is the present situation that cannot be realized.
[0008]
The thickness of the light guide itself is not limited to the problem that the product cannot be thinned, but also has problems in terms of weight, manufacturing cost, and the like.
[0009]
An object of the present invention is to reduce the thickness of the light guide body, to improve the light use efficiency with respect to the incident light, and to spread the light efficiently and uniformly in a plane. The object is to provide a light guide and a display using the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objective, First 1 of In the present invention, in a planar light guide that guides light in a planar manner, at least one incident coupler that takes incident light into the light guide body is disposed on the plane portion on the light guide body. The coupler is composed of an optical element having a lens function in a cross section that includes the main light direction inside the light guide body and is substantially orthogonal to the plane portion on the light guide body, and near the focal point of the lens function of the optical element, A light source is arranged.
[0011]
Therefore, First 1 of In the light guide of the invention, the incident coupler composed of an optical element having a lens function is arranged on the flat portion on the flat light guide body, so that light is efficiently transmitted to the flat light guide body. The light guide body can be made thin, and the light from the light source placed near the focal length on the front side of the lens function of the optical element can be made almost parallel in the light guide body. The light inside the light guide body can be easily and efficiently guided. That is, the incident coupler can efficiently convert light emitted from the light source into a light component that satisfies the total reflection condition in the light guide body. In addition, the light that is almost parallel light inside the light guide body makes it easy to control the light emitted by the light emitting coupler, suppresses the generation of unnecessary light, and obtains the desired light emitted with high efficiency. Can do.
[0012]
Also, First 2 of In the invention, the above First 1 of In the light guide of the invention, the light source is arranged in a direction almost directly above the incident coupler.
[0013]
Therefore, First 2 of In the light guide of the invention, the light source is arranged almost directly above the incident coupler, so that highly accurate alignment can be easily performed. In other words, it is easy to give the incident coupler the function of guiding incident light from directly above at an angle greater than the critical angle inside the light guide body. For example, a diffraction element or a lens can be used as the incident coupler. What is necessary is just to arrange | position a light source in the position which removed the axis | shaft.
[0014]
further, First 3 of In the invention, the above First 1 of In the light guide of the invention, the light source is arranged in a direction opposite to the main light direction inside the light guide body with respect to the incident coupler.
[0015]
Therefore, First 3 of In the light guide of the invention, the light source can be disposed on the optical axis in the direction opposite to the main light direction inside the light guide body with respect to the incident coupler. Can be easily designed and manufactured.
[0016]
on the other hand, First 4 of In the invention, the above First 1 to First 3 of In the light guide of the invention, the incident coupler is configured by a diffractive optical element.
[0017]
Therefore, First 4 of In the light guide of the invention, the incident coupler can be realized by a diffractive optical element, which can be realized very simply, for example, by using a concentric grating pattern.
Furthermore, by configuring the incident coupler with a diffractive optical element, a lens function can be realized with an extremely thin structure, and a planar light guide that can be handled as a sheet can be formed.
[0018]
In particular, in the case of a diffraction grating pattern, in the configuration in which the light source is disposed in the direction opposite to the main light direction inside the light guide body with respect to the incident coupler, the light guide body is suppressed while keeping the spatial frequency in a low range. Therefore, a desirable incident coupler can be easily manufactured.
Also, First 5 of In the invention, the above First 1 to First 4 of In the light guide of the invention, the light source is a white light source, a multi-wavelength light source, or a light source that emits visible light in a band of 50 nm or more.
[0019]
Therefore, First 5 of In the light guide of the invention, the light source is a white light source, a multi-wavelength light source, or a light source that emits visible light in a band of 50 nm or more, so that the optical elements of the incident coupler are substantially the same for each wavelength component. It acts and can guide each wavelength component with high efficiency.
[0020]
further, First 6 of In the invention, the above First 1 to First 5 of In the light guide of the invention, the incident coupler has a lens function in a cross section that is substantially orthogonal to the main light direction inside the light guide body and substantially orthogonal to the plane portion on the light guide body, and the focal length is The focal length of the lens function in a direction substantially perpendicular to the cross section is made larger.
[0021]
Therefore, First 6 of In the light guide of the invention, the incident coupler has a lens function in a cross section that is substantially orthogonal to the main light direction inside the light guide body and substantially orthogonal to the flat portion on the light guide body, and its focal length. Is larger than the focal length of the lens function in a direction substantially perpendicular to the cross section, the incident light component in the cross section can be made to travel straight as it is.
In other words, since light from a general light source is diverging light, the light is guided while diverging inside the light guide body in the cross section. It shines and diverges in a direction substantially perpendicular to it, and can be guided uniformly and widely to a planar light guide body.
[0022]
on the other hand, First 7 of In the invention, the above
[0023]
Therefore, First 7 of In the light guide of the invention, the light source is a substantially point light source that is small with respect to the incident coupler, so that a light guide state with more parallel light components can be obtained, and light that causes loss and noise The components can be significantly reduced, and highly efficient light guide can be realized.
[0024]
Also, First 8 of In the invention, the above
[0025]
Therefore, First 8 of In the light guide of the invention, the light source is a linear light source that is long in a direction substantially orthogonal to the main light direction inside the main body of the light guide, thereby guaranteeing the light guide state in the main light direction and leading Light can be widely and uniformly guided by the planar light guide body in a direction substantially perpendicular to the light direction.
[0026]
further, First 9 of In the invention, the above
[0027]
Therefore, First 9 of In the light guide body of the invention, by arranging at least one injection coupler for injecting the light guiding the inside of the light guide body to the outside of the light guide body, a planar shape is provided. Light can be selectively and efficiently emitted from the inside of the light guide body at the position where the emission coupler is disposed.
[0028]
on the other hand, First 10 of In the invention, the above First 9 of invention of In the light guide, the exit coupler has a lens function in the main light direction inside the light guide body.
[0029]
Therefore, First 10 of In the light guide of the invention, the light emitting coupler emits the light being guided as an almost parallel light to an arbitrary emission angle range by having the lens function in the main light direction inside the light guide body. can do.
[0030]
Also, First 11 of In the invention, the above First 9 or First 10 of In the light guide of the invention, the entrance coupler and the exit coupler have dispersion characteristics substantially inverted with respect to the visible light wavelength.
[0031]
Therefore, First 11 of In the light guide of the invention, the incident coupler and the exit coupler have dispersion characteristics substantially inverted with respect to the visible light wavelength, so that the wavelength dispersion at the entrance coupler is compensated by the exit coupler, and the exit light Thus, it is possible to emit light having a wavelength distribution similar to that of incident light. That is, a white planar light source can be easily realized using a point-like white light source.
[0032]
further, First 12 of In the invention, the above First 9 to First 11 of In the light guide of the invention, the entrance coupler and the exit coupler have the same main configuration as the optical element in the main light direction inside the light guide body, and the shape or structure is spatially symmetric or nearly symmetric. I try to shape it.
[0033]
Therefore, First 12 of invention of In the light guide, the incident coupler and the output coupler have the same optical element configuration and have a symmetrical optical function, so that the chromatic dispersion becomes symmetric and cancels each other's chromatic dispersion. The light emitted from the body main body can be light with very little chromatic dispersion (the chromatic dispersion at the incident coupler can be compensated by the emission coupler).
That is, the effect of weakening or canceling the wavelength dispersion can suppress coloring or the like different from the light of the light source, and obtain desired emission light with a controlled emission range having the same wavelength component as the light source.
[0034]
on the other hand, First 13 of In the invention, the above
[0035]
Therefore, First 13 of In the light guide of the invention, by using at least one coupler of the entrance coupler or the exit coupler as a concentric diffraction grating pattern, a normal line of the concentric circle is used as an optical axis, and a light source disposed on the optical axis is used. Can be converted into substantially parallel light.
[0036]
Also, First 14 of In the invention, the above
[0037]
Therefore, First 14 of In the light guide of the invention, incident light from a light source arranged at an arbitrary position is obtained by forming at least one of the coupling coupler or the coupling coupler into a concentric diffraction grating pattern that does not include the center of the concentric circle. On the other hand, it can be taken in at an angle larger than the critical angle in the light guide body. In particular, when the light source is arranged directly above the incident coupler, the light source and the incident coupler can be easily aligned, and the light guide can be easily manufactured.
[0038]
further, First 15 of In the invention, the above
[0039]
Therefore, First 15 of In the light guide of the invention, by making at least one of the entrance coupler or the output coupler as a surface relief type diffractive element, the light guide can be easily and inexpensively mass-produced using an embossing technique or the like. it can. In particular, when both the entrance coupler and the exit coupler are surface relief type diffractive elements, a light guide body having all functions can be formed by one molding.
[0040]
on the other hand, First 16 of In the invention, the above
[0041]
Therefore, First 16 of In the light guide of the invention, at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a kinoform or a blazed diffraction grating, so that light is incident on the light guide body and / or the light guide body. The light utilization efficiency at the time of emission of light from can be made extremely high. In particular, when the coupler is a kinoform, it can be flexibly applied to any wavefront conversion, and when the coupler is a blazed diffraction grating, the optical function depends on the grating spacing and grating pattern. Can be designed in a simple manner and is relatively easy to fabricate, making it easy to produce highly accurate optical elements.
[0042]
Also, First 17 of In the invention, the above
[0043]
Therefore, First 17 of In the light guide of the invention, since at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a reflection type diffractive element, the light guide is disposed on the surface of the light guide body facing the light entrance surface. A layer or the like can be provided, light loss is extremely small, and high efficiency can be easily achieved.
[0044]
further, First 18 of In the invention, the above First 9 to First 17 of In the light guide of the invention, at least one injection coupler is arranged on the flat portion of the light guide body on which the incident coupler is arranged.
[0045]
Therefore, First 18 of In the light guide of the invention, by arranging at least one injection coupler on the plane portion of the light guide body on which the incident coupler is arranged, the formation surface may be only one surface of the light guide body, and it is simple. It can be produced with a highly accurate positional relationship.
[0046]
on the other hand, First 19 of In the invention, the above
[0047]
Therefore, First 19 of In the display body of the invention, by arranging a display element such as an LCD panel on the light exit surface of the light guide body, it is possible to realize a bright and thin display body with high light utilization efficiency. . In particular, when an emission coupler is arranged at a corresponding position on the light guide for each pixel of a display element such as an LCD panel, light from the light guide to the region where light is blocked, such as a black matrix. Therefore, the light utilization efficiency can be further improved.
[0048]
Also, First 20 of In the invention, the above First 19 of In the display body of the invention, the emission coupler has a function of collecting the emission light in the vicinity of the position of the display element such as an LCD panel.
[0049]
Therefore, First 20 of In the display body of the invention, the emission coupler has a function of condensing the emitted light in the vicinity of the position of the display element such as an LCD panel so that the emitted light is condensed or condensed in the cell of the display element. Since the display element and the light guide are displaced within the range of the cell size, the light emitted from the display element continues to enter the cell of the display element. Therefore, the tolerance of the alignment error when combining the display element and the light guide can be increased, and a bright display can be easily and stably manufactured. In addition, the spread of light emitted from the display element cell can be controlled by the size of the light collecting point, the size of the emission coupler, and the distance between the display element and the light guide. A viewing zone can be arbitrarily formed.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, an incident coupler that takes incident light into the light guide body is disposed in a planar portion on the light guide body, and at least one incident coupler is disposed in the planar portion on the light guide body. The incident coupler is composed of an optical element having a lens function in a cross section that includes the main light direction inside the light guide body and is substantially orthogonal to the plane portion on the light guide body, and the front focal point of the lens function of the optical element. The basic feature is that a light source is arranged in the vicinity.
[0051]
Furthermore, at least one injection coupler for injecting light that guides the inside of the light guide body to the outside of the light guide body is disposed on the light guide body, and is symmetric with respect to the optical functions of the entrance coupler and the exit coupler. Another characteristic is to have sex.
[0052]
Hereinafter, embodiments of the present invention based on the above-described concept will be described in detail with reference to the drawings.
[0053]
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall configuration of a light guide using an incident coupler and an emission coupler according to the present embodiment.
[0054]
In FIG. 1, at least one incident coupler 2 (in this example) that takes incident light into the inside of the
[0055]
The incident coupler 2 includes a diffractive optical element that is an optical element having a lens function in a cross section that includes the main light direction inside the
[0056]
A light source 3 is disposed in the vicinity of the front focal point of the lens function of the diffractive optical element.
[0057]
Here, the light source 3 is arranged almost directly above the incident coupler 2.
[0058]
The light source 3 is a white light source, a multi-wavelength light source, or a light source that emits visible light in a band of 50 nm or more.
[0059]
On the other hand, at least one (three in this example) injection couplers 4 that emit light that guides the inside of the
[0060]
The injection coupler 4 has a lens function in the main light direction inside the
[0061]
That is, light emitted from a light source 3 such as an LED or a semiconductor laser is incident on an incident coupler 2 formed on a planar portion on a planar
[0062]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the incident coupler 2 that takes incident light into the
[0063]
Further, since the incident coupler 2 has a lens function, the light from the light source 3 disposed near the focal length on the front side of the lens function of the incident coupler 2 is substantially parallel light inside the
[0064]
As described above, light can be efficiently incident on the planar
[0065]
In particular, since the diffractive optical element constituting the incident coupler 2 may have a thin structure (typically about 0.1 to 10 μm) as compared with other optical elements, the light guide is similar to a smooth plate or film. It can be handled easily.
[0066]
In addition, such a light guide has a very simple structure and can be manufactured at low cost because it requires less material.
[0067]
In particular, when the diffraction grating element is a surface relief type, it can be manufactured very simply by embossing or injection molding.
[0068]
Here, in the case where the light enters the
[0069]
In other words, not only is the optical design of the injection coupler 4 easy, but when uniform emission light is desired to be obtained from the
[0070]
Such a light guide has a simple configuration and can be manufactured at low cost because it requires less constituent material.
[0071]
In particular, when the diffraction grating element is a surface relief type, it can be manufactured very simply by embossing or injection molding.
[0072]
Note that it is desirable that the emission coupler be two-dimensionally arranged so as to optimize the emission light distribution in the planar portion of the light guide plate according to the application.
[0073]
In addition, since the light guide can be made thin, it can be used as a light guide with high light utilization efficiency in many applications including use as a surface light source such as an illumination member of a display element such as an LCD. .
[0074]
On the other hand, since the light source 3 is arranged almost directly above the incident coupler 2, high-accuracy alignment can be performed easily.
[0075]
That is, it is easy to give the incident coupler 2 the function of guiding incident light from directly above at an angle greater than the critical angle inside the
[0076]
In addition, since the light source 3 is a white light source, a multi-wavelength light source, or a light source that emits visible light in a band of 50 nm or more, the optical element of the incident coupler 2 acts in a similar manner on each wavelength component, Wavelength components can be guided with high efficiency.
[0077]
FIG. 2 is a side view showing a specific example around the incident coupler 2 in the light guide of FIG.
[0078]
In FIG. 2, the light incident on the light guide from the light source 3 is appropriately converted by the incident coupler 2, and light passes through the inside of the
[0079]
That is, the light diffracted by the incident coupler 2 travels at an angle exceeding the critical angle with respect to the planar portion of the
[0080]
Here, the critical angle is determined from the refractive index of the material constituting the
[0081]
FIG. 3 is a side view showing another specific example around the entrance coupler 2 in the light guide of FIG.
[0082]
In FIG. 3, the
[0083]
Next, in the light guide of the present embodiment configured as described above, the light source 3 can be fixed to the planar portion of the planar
[0084]
In addition, if the refractive index of the adhesive is a value that is the same as or close to that of the light emitting portion of the light source 3 or the
[0085]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing how light is incident / exited when the wavelength of the light source 3 is not a single wavelength.
[0086]
In FIG. 4, the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 are examples of diffractive couplers.
[0087]
From the light source 3, light of different wavelengths enters the incident coupler 2 with the same divergence angle A, diffracts at different diffraction angles, and guides the
[0088]
The light thus reaching the emission coupler 4 is diffracted by the emission coupler 4 and emitted outside the
[0089]
In such a configuration, the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 are required to have contrasting functions, and the influence of chromatic dispersion is also symmetric (in the direction of canceling out) in the same type of optical element.
Accordingly, the light enters the exit coupler 4 at different incident angles for each wavelength, but the divergence angle B and the exit direction at this time are substantially the same at least in the visible light range, regardless of the difference in wavelength.
[0090]
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the effect of the light guide in FIG. 4 in more detail.
[0091]
In FIG. 5, when the local grating interval of the diffraction grating constituting the incident coupler 2 is d in the main light direction, the dispersion for each wavelength is determined by the following formula.
[0092]
[Expression 1]
Where λ is the wavelength of light and θ i Is the incident angle of incident light, θ R Is the exit angle of the first-order diffracted light of wavelength λ from the diffraction grating.
[0094]
Therefore, the common angle θ regardless of the wavelength i The light incident on the incident coupler 2 at a different angle θ for each wavelength R Then, the
[0095]
FIG. 5A shows a typical light beam behavior at this time.
[0096]
FIG. 5B shows a typical light beam behavior in the exit coupler 4 portion formed of a diffraction grating having a symmetric optical function with respect to FIG.
[0097]
That is, the incident angle θ is incident on the diffraction grating. R The first-order diffracted light is emitted from the diffraction grating at an incident angle θ. o Inject at.
[0098]
[Expression 2]
That is, when the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 are diffractive elements having symmetrical optical functions, they act symmetrically for all wavelengths in the local diffraction grating constituting the coupler.
[0100]
As a result, the light emitted from the emission coupler 4 to the outside of the
[0101]
Here, when the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 have completely symmetrical optical functions, the angular distribution and the wavelength distribution of the light incident on the entrance coupler 2 from the light source 3 are reproduced, and the respective exit couplers 4 It is injected.
[0102]
By making the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 have dispersion characteristics that are substantially inverted with respect to the visible wavelength, the exit coupler 4 compensates for the wavelength dispersion of the entrance coupler 2 and suppresses the wavelength dispersion of the exit light. The light having the same wavelength distribution as the incident light can be emitted.
[0103]
On the other hand, as shown in FIG. 6, by slightly changing the characteristics of the exit coupler 4, the angular distribution of the exit light can be controlled without changing the compensation effect of chromatic dispersion.
[0104]
That is, the angle distribution of the emitted light that does not depend on the incident angle distribution from the light source 3 can be set.
[0105]
While the basic configuration example of the present invention has been described above, other configuration examples will be described below.
[0106]
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a plan view illustrating a configuration example of the light guide according to the present embodiment. The same parts as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts are described here. State.
[0107]
That is, in the light guide according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, the light source 3 is arranged in a direction opposite to the main light direction inside the
[0108]
In the light guide body of the present embodiment configured as described above, the light source 3 is arranged in the direction opposite to the main light direction inside the
[0109]
In particular, when the incident coupler 2 is a diffractive optical element, the structure (grating pattern or the like) can be roughened, and the manufacture becomes easy.
Here, the fact that light can be handled almost on the optical axis means that the incident coupler 2 does not have any special optical action (not including simple transmission refraction and reflection) with respect to the principal ray. Means.
(Third embodiment)
8 and 9 are a plan view and a cross-sectional view of an alternate long and short dash line portion of the configuration of the entrance coupler and the exit coupler in the light guide according to the present embodiment, in the same part as FIG. 1 to FIG. Are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only different parts are described here.
[0110]
8 and 9, the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 are concentric diffraction grating patterns each having a symmetrical optical function.
[0111]
Here, the concentric diffraction grating pattern is a blazed concentric diffraction grating pattern not including the center of the concentric circle.
[0112]
In the light guide of the present embodiment configured as described above, the diffraction grating has a critical angle toward the inside of the
[0113]
Here, due to the symmetry of the optical functions of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4, the chromatic dispersion at the entrance coupler 2 is compensated by the exit coupler 4, and the chromatic dispersion of the exit light is suppressed, and the same wavelength distribution as the incident light is obtained. The light you have can be emitted.
[0114]
In other words, a white planar light source can be easily realized using the point-like white light source 3.
[0115]
Further, from the symmetry of the optical functions of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4, the above-described chromatic dispersion compensation can be realized reliably and easily.
[0116]
Furthermore, by using such a diffraction grating as a blazed diffraction grating, a highly efficient diffraction element can be obtained.
[0117]
On the other hand, by changing the size and diffraction efficiency of the diffraction grating of the exit coupler 4, the exit light in the main light direction can be evenly distributed on the surface of the planar light guide.
[0118]
(Fourth embodiment)
In the light guide according to the present embodiment, in the light guide described above, at least one of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 is a surface relief type diffraction element.
[0119]
In the light guide body of the present embodiment configured as described above, the diffractive optical element that constitutes at least one of the entrance coupler 2 or the exit coupler 4 is a surface relief type diffractive element. This makes it possible to reduce the height of the structure compared to the transmission type when the structure height is optimal for diffraction efficiency. For example, using an embossing technology, mass production of light guides can be performed easily and inexpensively. can do.
[0120]
In particular, when both the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 are surface relief type diffractive elements, a light guide body having all functions can be formed by one molding.
[0121]
Further, in the relief duplication process, the relative positional relationship of these optical elements can be stably maintained with high accuracy, and duplication with little individual difference is possible.
(Fifth embodiment)
In the light guide according to the present embodiment, in the light guide described above, at least one of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 is a reflective diffraction element.
[0122]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the diffractive optical element that constitutes at least one of the incident coupler 2 or the exit coupler 4 is a reflective diffractive element. Therefore, since the
[0123]
In particular, the incident coupler 2 is a reflection type diffractive element disposed on the surface facing the light incident surface of the
[0124]
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration example of the entrance coupler and the exit coupler in the light guide according to the present embodiment. The same parts as those in FIGS. Only the different parts are described here.
[0125]
In FIG. 10, a plurality of (three in this example) sets of the light source 3, the incident coupler 2, and the emission coupler 4 are arranged in parallel.
[0126]
In the light guide of the present embodiment configured as described above, the three sets of the light source 3, the incident coupler 2, and the emission coupler 4 are arranged side by side in parallel, so that they are substantially orthogonal to the main light direction. In the case where the size of the light guide in the direction is large, the uniformity of the distribution of the emitted light on the exit surface of the planar
[0127]
(Seventh embodiment)
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration example of the entrance coupler and the exit coupler in the light guide according to the present embodiment. The same parts as those in FIGS. Only the different parts are described here.
[0128]
In FIG. 11, the light source 3 is a linear light source that is long in a direction substantially perpendicular to the main light direction inside the
[0129]
In the light guide body of the present embodiment configured as described above, the light source 3 is a linear light source that is long in a direction substantially perpendicular to the main light direction inside the
[0130]
(Eighth embodiment)
In the light guide according to the present embodiment, the light source 3 is a substantially point light source that is sufficiently small with respect to the incident coupler 2 in the light guide described above.
[0131]
In the light guide of the present embodiment configured as described above, the light source 3 is a substantially point light source that is sufficiently small with respect to the incident coupler 2, so that the light source 3 and the light guide body. 1 (incident coupler 2), even if the positional relationship is slightly shifted, if the size of the incident coupler 2 is sufficiently smaller, the light incident efficiency on the
[0132]
The above effects can provide illumination light having a uniform light distribution without color unevenness, particularly when the light guide is used as a white (or multi-wavelength) illumination member.
[0133]
(Ninth embodiment)
In the light guide according to the present embodiment, in the light guide described above, the incident coupler 2 is substantially orthogonal to the main light direction inside the
[0134]
In the light guide of the present embodiment configured as described above, the incident coupler 2 is substantially orthogonal to the main light direction inside the
[0135]
That is, since light from a general light source is divergent light, in the cross section, since light is guided while diverging inside the
[0136]
(Tenth embodiment)
The light guide according to the present embodiment is configured such that, in the light guide described above, the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 have dispersion characteristics substantially inverted with respect to the visible light wavelength.
[0137]
In the light guide according to the present embodiment configured as described above, the incident coupler 2 and the exit coupler 4 have dispersion characteristics that are substantially inverted with respect to the visible light wavelength. Thus, the light having the same wavelength distribution as that of the incident light can be emitted while compensating for the chromatic dispersion in FIG.
[0138]
That is, a white planar light source can be easily realized using a point-like white light source.
[0139]
(Eleventh embodiment)
FIG. 12 is a side view showing an example of the overall configuration of a display body in which a light guide body and an LCD panel according to the present embodiment are combined. The same parts as those in FIGS. Here, only the different parts are described.
[0140]
That is, the light guide according to the present embodiment has a configuration in which a
[0141]
In the display body of the present embodiment configured as described above, a display having a pixel structure is provided by disposing the
[0142]
(Twelfth embodiment)
FIG. 13 is a side view showing an example of the overall configuration of a display body in which a light guide body and an LCD panel according to the present embodiment are combined. The same parts as those in FIG. Only the different parts will be described here.
[0143]
That is, in the light guide according to the present embodiment, in the above-described display body, as shown in FIG. 13, the emission coupler 4 has a function of condensing the emitted light in the vicinity of the position of the
[0144]
In the display body of the present embodiment configured as described above, the emission coupler 4 has a function of collecting the emission light in the vicinity of the position of the
[0145]
Therefore, the tolerance of the alignment error when combining the
[0146]
Further, the spread of light emitted from the cells of the
[0147]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation.
Further, the above embodiments may be appropriately combined as much as possible, and in that case, combined effects can be obtained.
[0148]
Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent requirements.
For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the above embodiments, the problem (at least one) described in the column of problems to be solved by the invention can be solved. When (at least one of) the effects described in the “Effect” column can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0149]
【The invention's effect】
As explained above, Book According to the light guide of the invention, the incident coupler constituted by the optical element having a lens function is arranged on the plane portion on the plane light guide body, thereby efficiently transmitting light to the plane light guide body. The light guide body can be made thin, and the light from the light source placed near the focal length on the front side of the lens function of the optical element can be made almost parallel light inside the light guide body. It is possible to guide the inside of the light guide body easily and efficiently.
[0157]
further, Book According to the light guide of the invention, since at least one injection coupler for injecting the light guided inside the light guide body to the outside of the light guide body is arranged on the light guide body. The light can be selectively and efficiently emitted from the inside of the planar light guide body at the position where the emission coupler is disposed.
[0159]
Also, Book According to the light guide of the invention, the incident coupler and the emission coupler have dispersion characteristics that are substantially inverted with respect to the visible light wavelength, so that the wavelength dispersion at the incidence coupler is compensated by the emission coupler, and the emission is performed. It is possible to emit light having a wavelength distribution similar to that of incident light while suppressing wavelength dispersion of light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall configuration of a light guide using an entrance coupler and an exit coupler according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a specific example around an incident coupler in the light guide according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view showing another specific example around the entrance coupler in the light guide according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing how light is incident / exited when the wavelength of a light source in the light guide according to the first embodiment is not a single wavelength.
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining in further detail the effect of the light guide according to the first embodiment;
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a modification example of an emission range in the light guide according to the first embodiment.
FIG. 7 is a plan view showing an overall configuration example of a light guide according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are a plan view and a side view showing a configuration example of an incident coupler in a light guide according to a third embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 9A and 9B are a plan view and a side view showing a configuration example of an injection coupler in a light guide according to a third embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration example of an entrance coupler and an exit coupler in a light guide according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration example of an entrance coupler and an exit coupler in a light guide according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a side view showing an overall configuration example of a display body in which a light guide body and an LCD panel according to an eleventh embodiment of the present invention are combined.
FIG. 13 is a side view showing an overall configuration example of a display body in which a light guide body and an LCD panel according to a twelfth embodiment of the present invention are combined.
[Explanation of symbols]
1. Light guide body
2 ... Incident coupler
3 ... Light source
4 ... Injection coupler
5 ... LCD panel.
Claims (19)
入射光を導光体本体の内部へ取り入れる入射カップラを、前記導光体本体上の平面部に少なくとも１個配置し、
前記入射カップラを、前記導光体本体の内部の主導光方向を含み当該導光体本体上の平面部にほぼ直交する断面においてレンズ機能を有する光学素子で構成し、
前記光学素子のレンズ機能の前側焦点付近に、光源を配置するようにするとともに、
前記導光体本体の内部を導光する光を導光体本体の外へ射出する射出カップラを、前記導光体本体上に少なくとも１個配置するようにし、
前記入射カップラと前記射出カップラとが、可視光波長に対してほぼ反転した分散特性を有するようにした
ことを特徴とする導光体。In a planar light guide that guides light in a plane,
At least one incident coupler for taking incident light into the light guide body is disposed on the plane portion on the light guide body,
The incident coupler is constituted by an optical element having a lens function in a cross section including a main light direction inside the light guide body and substantially orthogonal to a plane portion on the light guide body,
A light source is arranged near the front focal point of the lens function of the optical element , and
At least one injection coupler for injecting light that guides the inside of the light guide body to the outside of the light guide body is disposed on the light guide body.
The light guide body, wherein the entrance coupler and the exit coupler have dispersion characteristics substantially inverted with respect to a visible light wavelength .
前記入射カップラのほぼ直上方向に、前記光源を配置するようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to claim 1,
A light guide characterized in that the light source is arranged substantially directly above the incident coupler.
前記入射カップラに対して、前記導光体本体の内部の主導光方向の反対方向に、前記光源を配置するようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to claim 1,
The light source, wherein the light source is arranged in a direction opposite to the main light direction inside the light guide body with respect to the incident coupler.
前記入射カップラを、回折光学素子で構成するようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide according to any one of claims 1 to 3,
A light guide characterized in that the incident coupler is composed of a diffractive optical element.
前記光源を、白色光源、もしくは多波長光源、あるいは５０ｎｍ以上の帯域の可視光を発する光源とするようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide according to any one of claims 1 to 4,
A light guide characterized in that the light source is a white light source, a multi-wavelength light source, or a light source that emits visible light in a band of 50 nm or more.
前記入射カップラが、前記導光体本体の内部の主導光方向にほぼ直交し当該導光体本体上の平面部にほぼ直交する断面においてレンズ機能を有し、その焦点距離が前記断面にほぼ直交する方向のレンズ機能の焦点距離よりも大きくなるようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 5,
The incident coupler has a lens function in a cross section that is substantially perpendicular to the main light direction inside the light guide body and substantially perpendicular to the flat surface on the light guide body, and the focal length thereof is substantially perpendicular to the cross section. A light guide characterized in that it is larger than the focal length of the lens function in the direction of movement.
前記光源を、前記入射カップラに対して小さいほぼ点状光源とするようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide according to any one of claims 1 to 6,
A light guide body characterized in that the light source is a substantially point light source that is small with respect to the incident coupler.
前記光源を、前記導光体本体の内部の主導光方向にほぼ直交する方向に長い線状光源とするようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide according to any one of claims 1 to 6,
A light guide body characterized in that the light source is a linear light source that is long in a direction substantially orthogonal to the main light direction inside the light guide body.
前記射出カップラが、前記導光体本体の内部の主導光方向においてレンズ機能を有するようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 8 ,
The light guide body, wherein the injection coupler has a lens function in a leading light direction inside the light guide body.
前記入射カップラと前記射出カップラとが、前記導光体本体の内部の主導光方向において光学素子としての主構成が同一であり、かつ形状あるいは構造を空間的に対称形もしくはほぼ対称形とするようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide body according to any one of the claims 1 to 9,
The entrance coupler and the exit coupler have the same main configuration as an optical element in the main light direction inside the light guide body, and the shape or structure is spatially symmetric or substantially symmetric. A light guide characterized by that.
前記入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、同心円状の回折格子パターンとするようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide body according to any one of the claims 1 to 1 0,
A light guide characterized in that at least one of the entrance coupler and the exit coupler has a concentric diffraction grating pattern.
前記入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、同心円の中心を含まない同心円状の回折格子パターンとするようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 11, wherein
A light guide characterized in that at least one of the entrance coupler and the exit coupler has a concentric diffraction grating pattern not including the center of a concentric circle.
前記入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、表面レリーフ型回折素子とするようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 12 , wherein
A light guide characterized in that at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a surface relief type diffractive element.
前記入射カップラと射出カップラとを、表面レリーフ型回折素子とするようにした
ことを特徴とする導光体。 The light guide according to any one of claims 1 to 14,
The entrance coupler and the exit coupler are made to be surface relief type diffractive elements.
A light guide characterized by that .
前記入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、キノフォーム、もしくはブレーズド回折格子とするようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide body according to any one of the claims 1 to 1 4,
A light guide characterized in that at least one of the incident coupler and the injection coupler is a kinoform or a blazed diffraction grating.
前記入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、反射型回折素子とするようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 15 ,
A light guide characterized in that at least one of the incident coupler and the outgoing coupler is a reflective diffraction element.
前記入射カップラが配置された導光体本体の平面部上に、前記射出カップラを少なくとも１個配置するようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide body according to any one of the claims 1 to 1 6,
A light guide body, wherein at least one of the exit couplers is disposed on a flat portion of a light guide body body on which the incident coupler is disposed.
前記射出カップラが、ＬＣＤパネル等の表示素子位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにした
ことを特徴とする表示体。The display body according to claim 18 ,
A display body, wherein the emission coupler has a function of condensing emitted light in the vicinity of a position of a display element such as an LCD panel.
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