JP2004319251A - Light guide plate, and lighting device and display device using light guide plate - Google Patents

Light guide plate, and lighting device and display device using light guide plate Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light guide plate, which is thinner, has aesthetic exterior, and can control emitting light freely. <P>SOLUTION: The light guide plate 10 for guiding incident light and emitting the guided light through a light emitting surface 26 of flat shape, comprises diffraction grating having a straight edge line. A plurality of diffraction grating areas 30(#1-#n) having the same grating vector direction v, the same length w along the grating vector direction, and an average guiding direction F which is average direction for guiding light, and is the same as the grating vector direction v, are arranged on the light emitting surface 26 or an opposite side surface 28 opposing to the light emitting surface 26. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光板、それを用いた照明装置および表示装置に係り、更に詳しくは、光源からの光を導光して光射出面より射出する導光板、この導光板および光源を備えた照明装置、およびこの導光板からの射出光をＬＣＤパネル等の照明光として画像等を表示する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、透過型のＬＣＤパネルの背面に用いられる照明光源である所謂バックライトには、光源からの光を均一にＬＣＤパネルに導くために、透明樹脂からなる導光板が用いられている。
【０００３】
そして、図２１に示すように、この種の導光板１０に光源１２が配置されてなる照明装置１４では、導光板１０の端面１１から導光板１０内に入射した光は、導光板１０の平面部を全反射しながら導光板１０内を進む。なお、図２１は、光源１２として線状の光源を用いた例を示しているが、光源１２の形状は線状に限るものではなく、例えば点状であってもよい。導光板１０の平面部には所々にプリズム１６が設けられ、プリズム１６に当たった光は、図中矢印に示すように、導光板１０から図中上方側へ向かって射出される。
【０００４】
図２２に示すように、この照明装置１４の導光板１０の上部に透過型のＬＣＤパネル１８を配置し、導光板１０から図中上方側へと射出した光を透過させることによって画像を表示する表示装置２４が形成される。
【０００５】
なお、図２１に示すように背面にプリズム１６が設けられた導光板に係る公知例としては、例えば下記特許文献１がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２６４８１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような導光板１０は、プリズム１６の構造が比較的大きいために目視観察時にプリズム１６の構造を隠すのが困難であること、またプリズム１６によって導光板１０の厚みが厚くなること、更には特にプリズム１６と平面部の境界などプリズム１６を構成する面を正確に形成することが難しく光損失が発生すること、射出光を自由に制御することができないなどの問題がある。
【０００８】
一方、プリズムを用いない導光板の例としては、図２３に示すように、導光板１０の表面に散乱性のドット２０を印刷することにより、光を拡散射出する方法もある。しかし、この場合は、有効に使われる光の割合が著しく低下してしまい、製造工程上も工程数が増えてしまうという別の問題が発生する。
【０００９】
更に、このような導光板１０の端面１１に光源を設置した際には、上記の問題に加えて、光源に近い側と遠い側との光強度を一定にするのが困難となる。特に、点状の光源１５もしくはムラのある光源の場合には、光源１５側の端面１１から光源１５に遠い側の端面１３に光が向かう平均的な方向である平均導光方向Ｆと直交する方向Ｖにおける射出光の分布の均一性と光の利用効率を共に高くすることは困難である。
【００１０】
そのため、図２４に示すように、上記のような導光板１０と光源１５を透過型表示素子２２の背面に用いて表示装置２４を構成した場合には、上述したように光強度を一定にすること、および光の利用効率を高める、すなわち明るく表示することが困難となる。これにより、限定された視域内では、明るい表示像を観察することがより困難となる。このため、導光板１０と透過型表示素子２２の間に各種の光学フィルムを挿入する方法も提案されているが、これでは表示装置２４の厚みが増してしまい、製造コストも嵩んでしまうという別の問題が生じる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、厚みを薄くし、かつ見栄えも美しく、さらに射出光を自在に制御することが可能な導光板を提供することにある。
【００１２】
また、その第２の目的は、このような導光板を用いることによって、明るく照明することができる照明装置を提供すること、更にはこの照明装置を用いることによって表示対象物を明るく表示することができる表示装置を提供することにある。
【００１３】
【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、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明は、入射した光を導光し、導光された光を平面状の光射出面から射出する導光板において、稜線を直線とする回折格子から構成してなり、格子ベクトル方向を互いに同一とし、格子ベクトル方向に沿った長さを互いに同一とし、導光板の内部において光が導光される平均的な方向である平均導光方向と格子ベクトル方向とを同一とする複数の回折格子領域を、光射出面または光射出面に対向する面に配置している。
【００１５】
従って、請求項１の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、入射した光が導光板内を全反射しながら導光される。そして、導光された光を、回折格子領域により適宜導光板の外部へと射出することができる。また、回折格子領域を構成している回折格子は、通常のレリーフ型回折格子であってもよく、その凹凸サイズを０．１〜１．０μｍ程度にすることができる。このため、余分な突起のない、ほぼ平面と見なせ、薄型化することが可能である。
【００１６】
射出光の光量、射出分布については、回折格子領域の配置ピッチ、サイズ、あるいは回折格子の格子ピッチ、格子の大きさ等を調整することによって自在に制御することが可能である。
【００１７】
請求項２の発明は、入射した光を導光し、導光された光を平面状の光射出面から射出する導光板において、稜線を曲線とする回折格子から構成してなり、格子ベクトル方向を平均してなる平均格子ベクトル方向を互いに同一とし、格子ベクトル方向に沿った長さを互いに同一とし、光が導光される平均的な方向である平均導光方向と、平均格子ベクトルとを同一とする複数の回折格子領域を、光射出面または光射出面に対向する面に配置している。
【００１８】
このような請求項２の発明の導光板においては、平均導光方向と直交する方向において、曲線を構成する稜線の線分の角度に応じて拡がった回折光を得ることができる。従って、稜線の曲線形状により、平均導光方向に対して直交する方向の射出光の拡がり方を制御することができる。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明の導光板において、各回折格子領域の配置ピッチを一定とし、各回折格子領域の回折効率を、平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにしている。
【００２０】
従って、請求項３の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、射出光の強度を導光板全体に亘ってほぼ均一とすることができる。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明の導光板において、回折格子を、複数の凹形状と凸形状とを格子ベクトル方向に沿って繰り返し配置することによって構成してなる表面レリーフ型の回折格子としている。
【００２２】
このような請求項４の発明によって、特に、各回折格子領域の回折格子を同一とすることにより、例えば１つの回折格子領域のみを精密に作製し、これを並べて複製することで導光板上の回折格子を全て形成することができるようになり、極めて容易に作成することが可能となる。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項４の発明の導光板において、各回折格子領域が配置されたピッチを一定とし、各回折格子領域の回折効率を、平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにしている。
【００２４】
従って、請求項５の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、光強度の強い光入射端側において導光板から射出する光の割合を少なく、光入射端から離れるほど射出割合を増加することが容易に実現でき、導光板全面に亘って均一な強度の光を射出することが可能となる。
【００２５】
請求項６の発明は、請求項４の発明の導光板において、回折格子を構成してなる凹形状と凸形状との大きさを全ての回折格子領域について同一とし、各回折格子領域の配置ピッチを平均導光方向に沿って進むにつれて狭めるようにしている。
【００２６】
請求項６の発明の導光板についても、請求項５の発明と同様な作用効果を奏することが可能となる。加えて、１つの回折格子領域を複製して作製できるなど作製が容易であり、また均一な状態を容易に実現することができる。
【００２７】
請求項７の発明は、請求項４乃至６のうち何れか１項の発明の導光板において、表面レリーフ型の回折格子をブレーズド回折格子としている。
【００２８】
従って、請求項７の発明の導光板においては、以上のように、表面レリーフ型の回折格子をブレーズド回折格子とすることによって、望ましい射出光に対して光の利用効率を極めて高くすることが可能となる。
【００２９】
請求項８の発明は、請求項４乃至６のうち何れか１項の発明の導光板において、表面レリーフ型の回折格子を、断面形状が正弦波からなる回折格子または矩形波からなる回折格子としている。
【００３０】
従って、請求項８の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、導光された光の一部をそのまま全反射させる一方、別の一部の光を射出させることができる。その結果、回折格子領域を反射した後の光であっても、全反射光成分を維持することができ、もって、回折格子領域を多数高密度で並べることができ、目視によって導光板の光射出面が観察された場合には、より均一に見せることが可能となる。
【００３１】
請求項９の発明は、請求項４乃至８のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域において、表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを一定としている。
【００３２】
従って、請求項９の発明の導光板においては、１つの回折格子領域のみを精密に作製し、これを並べて複製することで導光板上の回折格子を全て形成することができるようになり、極めて容易に作成することが可能となる。
【００３３】
請求項１０の発明は、請求項４乃至８のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域において、表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを連続的に変化させている。
【００３４】
従って、請求項１０の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、格子ピッチの変化量に応じて格子ベクトル方向に回折光を拡げることができる。これにより、格子ベクトル方向における導光板からの射出光の拡がり方を制御することが可能となる。
【００３５】
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のうち何れか１項の発明の導光板において、光射出面に、光射出面から射出された光を拡散するための凹凸形状を形成している。
【００３６】
従って、請求項１１の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、回折格子領域から射出した光を更に拡散させ、容易に均一な射出光分布を得ることができる。
【００３７】
請求項１２の発明は、請求項１乃至１１のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域の格子ベクトル方向に沿った長さを、回折格子の格子ピッチの３倍以上１００μｍ以下としている。
【００３８】
従って、請求項１２の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、回折格子領域の平均導光方向に沿った長さ、すなわち短辺の長さを回折格子の格子ピッチの３倍以上１００μｍ以下とすると、回折格子領域の内部に形成した回折格子において回折を引きおこすことができると共に、短辺の長さに応じて短辺方向における導光板からの射出光の拡がりを制御することができる。
【００３９】
特に、白色光に対して回折格子が作用すると回折光が分光してしまうため、白色光に対して用いる場合には、回折格子領域の短辺を３０μｍ以下にすれば、短辺方向における回折光の拡がり方が大きくなり、個々の波長の回折光同士を重なり合わせることで分光の影響を抑制することができる。この効果は「短辺方向」≒「格子ベクトル方向」≒「平均導光方向」が成り立つ本請求項１２の構成により、容易にして確実に実現することができる。
【００４０】
更に、短辺の長さを小さくすることにより、平均導光方向における単位長さあたりの回折格子領域の配置数をより多くすることができ、均一な分布の射出光が得られやすい。また、導光体内を導光する光も回折格子領域で回折し、導光する光の均一性が保たれる。
【００４１】
請求項１３の発明の照明装置は、請求項１乃至１２のうち何れか１項の発明の導光板と、導光板によって導光される光を導光板に供給する点状の、または各回折格子領域と平行な方向に長い線状の光源とを備えている。
【００４２】
従って、請求項１３の発明の照明装置においては、以上のような手段を講じることにより、上述した導光板の効果を持った照明装置を実現することができる。すなわち、光源に近い側と遠い側との光強度を容易に一定にでき、また、点状の光源もしくはムラのある光源を用いても、平均導光方向と直交する方向における均一性を向上することが可能である。
【００４３】
請求項１４の発明は、請求項１３の発明の照明装置において、光源を複数備えている。
【００４４】
このような請求項１４の発明の照明装置においてもまた、請求項１３の発明の照明装置と同様の作用効果を奏することができる。
【００４５】
請求項１５の発明は、請求項１３または請求項１４の発明の照明装置において、光射出面に対向する面を覆うように、光を反射する機能を有する反射体を配置している。
【００４６】
従って、請求項１５の発明の照明装置においては、反射体によって、光射出面に向かわなかった回折光などを再び導光板側へ反射し再利用することができ、光の利用効率を一層高めることができる。このとき、反射体を配置する側に、大きな突起などは存在せず、導光板と反射体との間に不必要な空間を空ける必要がないため、照明装置全体を薄くすることができる。
【００４７】
請求項１６の発明の表示装置は、請求項１３乃至１５のうち何れか１項の発明の照明装置と、照明装置に備えられた導光板の光射出面を覆うように配置され、光射出面から射出された光を透過させることによって画像を表示する透過型表示素子とを備えている。
【００４８】
従って、請求項１６の発明の表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、上述した導光板の効果を持った表示装置、すなわち、明るく（光の利用効率が高く）、均一な明るさの表示を行う表示装置を実現することが可能である。更に、他の光学フィルムの助けなしに射出光の拡がりも制御できるため、薄く、安価に製造できる簡便な構成にしながら、視域を限定して視域内ではより明るい表示像を観察することも容易に可能となる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５０】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図２１から図２４と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００５１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図７を用いて説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図である。
図２は、図１の導光板における導光状態を示した断面図である。
【００５２】
すなわち、本実施の形態に係る導光板１０は、光源１２から入射した光を導光し、この導光された光を、光射出面２６の対向面２８に設けられた複数のスリット状の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）において回折させ、長方形状の光射出面２６から射出させる。光源として端面１１にほぼ平行に配置された線状の光源１２を用いた場合、導光板１０における平均的な導光方向は、図１（ａ）に示すように、導光板１０のほぼ長辺方向に一致する平均導光方向Ｆとなる。
【００５３】
また、光源として、端面１１の長さ方向に対するほぼ中間点に配置された点状のＬＥＤやレーザ等の光源１５を用いた場合、図１（ｂ）に示すように、局所的には光源１５を中心とする放射方向に導光するが、導光板全体に亘って平均するとやはり図１（ｂ）および図２に示すように平均導光方向Ｆとなる。
【００５４】
回折格子領域３０は、その断面図を図３に示すように、３つ以上の表面レリーフ型の回折格子からなる。各回折格子の断面形状は、図３（ａ）に示すようなブレーズド回折格子や、図３（ｂ）に示すような矩形状の回折格子、あるいは図３（ｃ）に示すような正弦波状の回折格子である。何れの回折格子であっても稜線Ｒは直線である。
【００５５】
図４は、このような回折格子からなる回折格子領域３０の平面図である。格子ピッチｄは、同一の回折格子領域３０においては、同一としている。すなわち、平均導光方向Ｆと格子ベクトル方向ｖとが一致し、全反射条件を満たす光に対して効果的に作用する構成としている。このような回折格子を設計・作製することは容易である。
【００５６】
導光板１０に設けられた各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）は、それぞれ格子ベクトル方法ｖを同一としている。この方向は、端面１１および端面１３に対してほぼ直交しており、平均導光方向Ｆとほぼ等しい。
【００５７】
また、格子ベクトル方向ｖに沿った長さである短辺長さｗを、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）において同一としている。各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）のそれぞれの長辺方向長さｔは全て導光板１０の幅である短辺長さに等しい。したがって、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）は、短辺長さがｗで、長辺長さがｔである。
【００５８】
上述したように、各回折格子領域３０は、それぞれ３つ以上の回折格子を備えている。これは、回折格子によって十分に光の回折を生じさせるためには、３つ以上の回折格子が必要であるからである。したがって、短辺長さｗは、格子ピッチｄの３倍以上となる。また、回折格子領域３０の短辺長さｗを肉眼でも観察できるほど大きな値にしてしまうと、見栄えが損なわれてしまう。そこで、本実施の形態では、短辺長さｗを１００μｍ以下としている。１００μｍ以下の大きさでは肉眼では観察できないために、見栄えを損なうことはない。このような観点から、短辺長さｗとして０．１〜１００μｍとするのが好適である。望ましくは、回折格子領域の配置間隔を１００μｍ以下とすると、射出光分布の均一性が十分となる。
【００５９】
通常、導光板１０は、光源１２に近い端面１１側の回折格子領域３０（＃１）ほど光の射出割合は大きく、光源１２から遠い端面１３側の回折格子領域３０（＃ｎ）ほど光の射出割合は小さい。このため、本実施の形態に係る導光板１０では、図１に示すように、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置ピッチｐを一定にする場合には、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折効率を、平均導光方向Ｆに沿って進むにつれて高くなるようにしている。
【００６０】
具体的には、回折格子の格子深さｈを、回折格子領域３０（＃１）について最も大きく、回折格子領域３０（＃ｎ）について最も小さくなるように、各回折格子領域３０毎に連続的に変化させてゆく。これによって、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折効率が、回折格子領域３０（＃１）から回折格子領域３０（＃ｎ）に行くにしたがって大きくなる。このようにすることによって、光射出面２６の全面に亘って均一な強度の射出光が得られるようにしている。
【００６１】
一方、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折効率が同じ場合には、図５に示すように、平均導光方向Ｆに沿って進むにつれ、回折格子領域３０間の配置ピッチｐを徐々に狭めてゆく。このようにすることによって、光射出面２６の全面に亘って均一な強度の射出光が得られるようにしている。
【００６２】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る導光板の作用について説明する。
【００６３】
すなわち、図１（ａ）に示すように、線状の光源１２から発した光は、導光板１０の端面１１より入射し、導光板１０内を全反射しつつ平均的に平均導光方向Ｆに沿って進み、スリット状の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に形成された表面レリーフ型の回折格子により回折した光成分が光射出面２６から射出する。
【００６４】
このように、非常に微細な構造の回折格子を回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に形成することにより、望ましい方向に向かう均一な射出光を取り出すことができると共に、凹凸の少ない導光板１０が実現される。
【００６５】
図２では、導光板１０の平面状の界面である光射出面２６および対向面２８において、導光板１０の内部を光が全反射している様子を示している。すなわち、導光板１０に入射した光が光射出面２６および対向面２８に対して臨界角を超えた角度で進み、導光板１０の界面である光射出面２６および対向面２８で全反射している。
【００６６】
臨界角度は、導光板１０を構成する材料の屈折率と導光板１０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、後者を１．０とすると臨界角度は約４２°となるため、それ以上の角度で導光板１０内から導光板１０の界面である光射出面２６および対向面２８に入射した光は全反射する。このように全反射して導光された光は損失が極めて少ないため、導光板１０として最適である。
【００６７】
このような全反射条件にある光のうち、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）で反射した光は、回折格子による回折光を生じる。このときの主要な回折光は１次回折光である。格子ベクトル方向ｖと同一方向において、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を構成する格子ピッチｄと、１次回折光の射出角度（回折角）θＲとの関係は、下記（１）式により表される。
ｄ＝λ／（ｓｉｎθｉ−ｓｉｎθＲ）…（１）
ただし、λは光の波長、θｉは正反射角度（回折格子が反射時に作用する場合）である。本実施の形態では、格子ベクトル方向ｖと平均導光方向Ｆがほぼ同一であるため、格子ピッチｄを適切に設定することにより、全反射しながら平均導光方向Ｆに進む光が回折格子によってθＲの角度で回折し、全反射条件を外れて導光板１０の光射出面２６から射出して行く。特に、θＲ〜０°とすると、導光板表面に対して垂直な射出光が得られる。
【００６８】
また、スリット状の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗにより、回折格子による回折光成分が更に回折する。何れも光の回折現象に基づいたもので、回折格子により方向を曲げられた光が、スリットにより拡がると表現することもできる。この回折光の拡がり幅は、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗにより制御可能である。回折光の拡がり幅は、よく知られたスリットにおける光の回折現象の解析結果を応用して容易に設計できる。
【００６９】
白色光を導光している場合に、回折光が分光する度合いは上記（１）式により求められるが、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗを十分に小さくすることで、回折光の拡がり幅を大きくし、分光の影響を抑制することができる。
【００７０】
図３は、表面レリーフ型の回折格子の断面形状例を示している。図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すような矩形回折格子および正弦波回折格子では、通常、正反射光を含め、複数の回折次数が発生する。但し、導光板１０内における正反射光は全反射条件を満たす光であり、損失とはならない。
【００７１】
一方、通常は正反射光以外では１次回折光が最も強いため、射出光に十分な光量を配分することができる。また、２次以上あるいはマイナス次数の回折光が発生した場合でも、平均導光方向Ｆと逆方向に進行する全反射条件を満たす光などとなり、ノイズや損失となる光の成分は少ない。
【００７２】
それに対し、図３（ａ）のような鋸歯状の断面形状を持つブレーズド回折格子では、回折効率を極めて高くすることができ、正反射光成分をほぼ０にすることができる。従って、スリット状の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に入射した光を全て射出光に変換することもでき、光の利用効率が極めて高い。このため、導光板１０全体の光学設計も容易となる。
【００７３】
上述したように、本実施の形態に係る導光板においては、上記のような作用により、導光板１０内を全反射しながら導光中の光を、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置により適宜射出させることができる。
【００７４】
このとき、表面レリーフ型である回折格子の構造は、典型的には、１０〜１００μｍ程度であるため、余計な突起のない、ほぼ平面と見なせる導光板１０を実現できる。すなわち、薄くできると共に、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の境界まで精密な形成が可能であり、光の損失を抑制することができる。これは、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の境界に隣接する平面部である対向面２８、すなわち全反射面への影響を極小化することでもあり、この点でも光の損失を減少させているといえる。
【００７５】
また、回折格子の格子ベクトル方向ｖもしくは格子ベクトル方向ｖの平均値がほぼ平均導光方向Ｆと一致しているため、全反射条件で平均導光方向Ｆに進んでいた光を確実に光射出面２６側へ回折させることができる。このとき、回折格子の格子ピッチｄの設計により、光の回折角度を制御することができ、効率良く、望ましい角度で光射出面２６から射出させることができる。一般的には光射出面２６に垂直な角度で射出させるのが最も好ましい。
【００７６】
一方、スリット状である回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に形成された回折格子からの回折光は、スリットにおける光の回折現象と同様に、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗに応じて拡がった分布となるため、平均導光方向Ｆにほぼ一致している短辺長さｗの方向の拡がり方を制御できると共に、導光板１０上で同一の大きさの回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を用いることで回折光の拡がり方の均一化を図ることができる。
【００７７】
このような導光板１０の光射出面２６を目視観察した場合でも、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗは十分細く、単位面積あたりに十分な数を配置できるため、その構造の判別を難しくでき、均一な射出光を出す面として観察させることができる。
【００７８】
更に、表面レリーフ型の回折格子は、導光板１０と一体成型可能であるため、極めて簡便に安価に製造可能である。また、導光板１０単体で十分に制御された射出光が得られるため、光学シートなど余分な構成物を追加する必要なく、様々な用途に対応でき、薄く、安価な製品を提供できる。
【００７９】
また、図１に示すように、導光板１０の平均導光方向Ｆにおいて回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を等しい配置ピッチｐで配置し、回折格子の凹凸の大きさを、導光板１０の光入射側の端面１１から離れるほど大きくし、端面１１から最も離れた回折格子領域３０（＃ｎ）において最大回折効率となるような凹凸の大きさを有するようにすることにより、強度の強い光が入射する端面１１側ほど導光板１０から射出する光の割合を少なく、端面１１から離れるほど射出割合を増加することが容易に実現でき、導光板１０の光射出面２６において、均一な強度の光を射出することが可能である。この場合、短辺長さｗの等しい複数の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が等しい配置ピッチｐであるため、「回折格子領域３０に入射する光強度」×「凹凸の大きさに依存する回折効率」を一定にするだけで容易に光射出面２６内で均一な光強度分布が得られる。
【００８０】
なお、表面レリーフ型の回折格子における回折効率は、回折格子が光に与える位相変調量に依存するため、物理的な凹凸の大きさよりも、その光学的な長さが重要である。すなわち、回折効率は回折格子を構成する材質の屈折率も考慮する必要がある。
【００８１】
一方、回折格子を構成する材質が一様であれば、物理的な凹凸の大きさの制御だけで回折効率を制御できるため、本実施の形態に係る導光板１０においても一様な材質で構成すれば、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折格子の凹凸の大きさのみを設計するだけで均一な射出光分布を得ることができる。
【００８２】
あるいは、図５に示すように、回折格子の凹凸の大きさを導光板１０上に亘って全て同一とし、導光板１０の平均導光方向Ｆにおいて、導光板１０の光入射側の端面１１から離れるほど回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置ピッチｐを狭くすることにより、光強度の強い端面１１側において導光板１０から射出する光の割合を少なく、端面１１から離れるほど射出割合を増加することができ、導光板１０の光射出面２６全域に亘って均一な強度の光を射出することが可能となる。
【００８３】
また、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を構成する回折格子は導光板１０上で全く同一で良いため、例えば１つの回折格子領域３０のみを精密に作製し、これを並べて複製することで導光板１０上の回折格子が全て形成できるなど、作製が極めて簡便になる。
【００８４】
以上において、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置ピッチｐを、設定した観察条件における人間の目の解像度以下にすることにより、一層均一な射出光分布と感じさせることができる。
【００８５】
また、回折格子として、図３（ａ）にその断面形状を示すようなブレーズド回折格子を用いることにより、望ましい射出光に対して光の利用効率を極めて高くすることができる。あるいは、回折格子として、図３（ｂ）および図３（ｃ）にその断面形状を示すような矩形状回折格子および正弦波回折格子を用いることにより、導光された光の一部はそのまま全反射し、別の一部を射出させることができる。これによって回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を反射した後の光でも、全反射光成分を維持することができるため、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を多数高密度に並べることができ、目視で導光板１０の光射出面２６を観察した場合により均一に見せることが容易となる。
【００８６】
更にまた、回折格子として、図４にその平面図を示すように、レリーフの稜線Ｒが直線状となっている回折格子とすることで、上述の効果を維持しつつ、極めて簡便に設計、作製することが可能となる。
【００８７】
なお、上記においては、光射出面２６からほぼ垂直方向に光を射出する例について説明したが、光を射出する角度は全反射条件を満たさない角度なら何度でもよい。
【００８８】
一方、導光板１０は、図１あるいは図５に示すようにその厚みを一定とする場合のみならず、図６に示すように、平均導光方向Ｆに沿って進むにつれてその厚みが変化するような構成であっても良い。
【００８９】
また、本実施の形態においては、対向面２８に回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を設ける例を示したが、図７に示すように、光射出面２６に回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を形成するようにしてもよい。この場合、回折格子は光透過時に作用する場合に最大の回折効果を持つようにレリーフ高さ（深さ）ｈを設計するのが好ましい。
【００９０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図８から図９を用いて説明する。
第２の実施の形態に係る導光板は、第１の実施の形態に係る導光板の構成を一部変形したのみであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点のみについて述べる。
図８は、第２の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す断面図である。
図９は、本実施の形態に係る導光板における導光状態を示した断面図である。
【００９１】
すなわち、本実施の形態に係る導光板では、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）における回折格子の格子ピッチｄを格子ベクトル方向ｖに進むにしたがって連続的に広げるようにしている。図８（ａ）はブレーズド回折格子、図８（ｂ）は矩形状の回折格子、図８（ｃ）は正弦波状の回折格子をそれぞれ示している。
【００９２】
本実施の形態に係る導光板は、図８に示すように、上述したような回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）における回折格子の格子ピッチｄが格子ベクトル方向ｖに進むにしたがって連続的に広くなるような構成としているので、図９に示すように、回折角が幅を持ち、すなわち、回折光を拡げることができるので、第１の実施の形態で得られた作用効果に加えて、平均導光方向における拡がり方が制御された射出光を実現することができる。
【００９３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図１０から図１２を用いて説明する。
第３の実施の形態に係る導光板は、第１の実施の形態に係る導光板の構成を一部変形したのみであるので、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、異なる点のみについて述べる。
図１０は、第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す斜視図である。
図１１は、第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の一例を示す平面図である。
図１２は、第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の別の例を示す平面図である。
【００９４】
すなわち、本実施の形態に係る導光板では、図１０の斜視図に示すように、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を構成している回折格子の稜線Ｒが曲線になるようにしている。しかも、図１１の平面図に示すように、各回折格子の稜線Ｒが平行になるように、つまり、回折格子の稜線Ｒは、平均導光方向Ｆに沿って平行移動すると、隣接する回折格子の稜線Ｒと一致するように、かつ平均導光方向Ｆに格子ベクトル方向ｖの平均値がほぼ一致するようにしている
格子ピッチｄに関しては、図１１に示すように、同一の回折格子領域３０においては等しくするようにしても、あるいは図１２に示すように、格子ピッチｄを格子ベクトル方向ｖに進むに従って連続的に広くなるような構成としても良い。
【００９５】
本実施の形態に係る導光体は、上述したような構成をしているので、第１の実施の形態で説明したような全反射条件を満たす光に対して効果的に作用する構成となっている。
【００９６】
すなわち、回折格子の稜線Ｒを曲線とすることで、平均導光方向Ｆに対して直交する方向Ｖにおいて、稜線Ｒを構成する線分の角度に応じて拡がった回折光を得ることができる。従って、稜線Ｒの形状により、平均導光方向Ｆに対して直交する方向Ｖの射出光の拡がり方を制御することができる。更に、図１１に示すように、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）内において、格子ピッチｄを一定とすることにより、回折格子の設計および作製が容易となる。
【００９７】
また、図１２に示すように、回折格子領域３０内（＃１〜＃ｎ）において、格子ピッチｄを連続的に変化させることにより、格子ピッチｄの変化量に応じて格子ベクトル方向ｖに回折光を拡げることができる。これにより、格子ベクトル方向ｖにおける導光板１０からの射出光の拡がり方を制御することが可能となる。
また、特に回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗを１０μｍ以上１００μｍ以下とすると、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の内部に形成した回折格子を十分に機能させることができると共に、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗに応じて短辺方向における導光板１０からの射出光の拡がりを制御することができる。特に、白色光に対して回折格子が作用すると回折光が分光してしまうため、白色光に対して用いる場合には、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗを３０μｍ以下にすれば、短辺方向における回折光の拡がりが大きくなり、個々の波長の回折光同士を重なり合わせることで分光を抑制することが可能となる。この効果は、「短辺方向」≒「格子ベクトル方向ｖ」≒「平均導光方向Ｆ」が成り立つ本実施の形態の構成により、容易にして確実に実現することができるものである。
【００９８】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図１３から図１７を用いて説明する。
【００９９】
第４の実施の形態に係る導光板は、第１の実施の形態に係る導光板の構成を一部変形したのみであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点のみについて述べる。
図１３から図１７は、第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図である。
【０１００】
すなわち、本実施の形態に係る導光板は、複数の光源を備えている。光源の配置例としては、図１３に示すように、端面１１側に複数の点状の光源１５を備えていても良い。また、図示していないが、端面１１側に複数の線状の光源１２を備えていても、端面１１側に線状の光源１２と点状の光源１５との両方を備えるようにしても良い。
【０１０１】
このように一方の端面側に複数の光源を備えた場合であっても、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を、光源側から遠ざかるにつれてその回折効率が大きくなるように配置する。すなわち、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が同一の場合には、図１３（ａ）に示すように、光源側から遠ざかるにつれ配置ピッチｐが小さくなるようにしている。また、配置ピッチｐを同一とした場合には、図１３（ｂ）に示すように、回折格子領域３０（＃１）側から回折格子領域３０（＃ｎ）側へ進むにつれて回折効率が大きくなるようにしている。
【０１０２】
また、図１４および図１５に示すように、端面１１と端面１３側の何れの側にも光源を配置するようにしても良い。図１４は、端面１１および端面１３側に点状の光源１５をそれぞれ配置した例を示すものであり、図１５は、端面１１および端面１３側に線状の光源１２をそれぞれ配置した例を示すものである。
【０１０３】
このように光源を両端面側にそれぞれ配置した場合であっても、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を、光源側から遠ざかるにつれて導光板からの射出割合が大きくなるように配置する。すなわち、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が同一の場合には、図１４（ａ）および図１５（ａ）に示すように、光源側から遠ざかるにつれ配置ピッチｐが小さくなるようにしている。この場合、導光板１０の中心側が最も配置ピッチｐが小さくなる。また、配置ピッチｐを同一とした場合には、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）に示すように、回折格子領域３０（＃１）側から回折格子領域３０（＃ｎ）側に進むにつれて回折効率が大きくなるようにしている。
【０１０４】
なお、図１６に示すように、端面１１側に線状の光源１２を、端面１３側に点状の光源１５を備えるようにしても良い。また、両端側に光源を備える場合、図１７に示すように、両端の光源の数が異なっていても良い。
【０１０５】
このように光源を両端面側にそれぞれ配置した場合であっても、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を、光源側から遠ざかるにつれて導光板からの射出割合が大きくなるように配置する。すなわち、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が同一の場合には、図１６（ａ）および図１７（ａ）に示すように、光源側から遠ざかるにつれ配置ピッチｐが小さくなるようにしている。すなわち、導光板１０の中心側が最も配置ピッチｐが小さくなる。また、配置ピッチｐを同一とした場合には、図１６（ｂ）および図１７（ｂ）に示すように、回折格子領域３０（＃１）から回折格子領域３０（＃ｎ）に行くにしたがって回折効率が大きくなるようにしている。
【０１０６】
上述したような本実施の形態に係る導光板１０では、複数の光源を備えているので、第１の実施の形態で得られた作用効果に加えて、射出光の光量を高めることが可能となる。また、第２の実施の形態の構成と組み合わせることもでき、その場合には、第２の実施の形態で得られた作用効果を、射出光の光量をより高めて実現することが可能となる。更に、第３の実施の形態の構成と組み合わせることもでき、その場合には、第３の実施の形態で得られた作用効果を、射出光の光量をより高めて実現することが可能となる。
【０１０７】
一方、平均導光方向に直交する方向に強い拡散性を持たせると、光源に依存する光量のムラを一層均一にできる。
【０１０８】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態を図１８を用いて説明する。
【０１０９】
図１８は、第５の実施の形態に係る導光板の一例を示す断面図である。
本実施の形態は、第１乃至４の実施の形態に係る導光板の変形例であるので、図１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】
すなわち、本実施の形態に係る導光板は、第１乃至４の実施の形態に係る導光板の光射出面２６に、光射出面２６から射出された光を拡散するための凹凸形状３４を形成した構成としている。
【０１１１】
本実施の形態に係る導光板１０は、上述したような構成をしているので、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）から射出する光を光射出面２６に形成された凹凸形状３４によって、更に拡散させることができる。このとき、拡散特性は用途に応じて適宜設計できるが、本実施の形態に係る導光板１０を、透過型表示素子などの照明光源として用いる場合には、拡散性が強過ぎないものが望ましい。これは、回折格子の機能により、すでに光の主成分が望ましい射出方向になっているためである。また、拡散機能も含めて、導光板１０に一体成形可能であるため、複合した機能を持った導光板１０を簡便に安価に作製することが可能となる。
【０１１２】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態を図１９を用いて説明する。
本実施の形態では、第１乃至５の実施の形態に係る導光板を適用した照明装置について説明する。この照明装置１４は、図１９の断面図に示すように、第１乃至５の実施の形態に係る導光板の対向面２８を覆うように、光を反射する機能を有する反射体３２を配置してなるものである。この反射体３２としては、Ａｌ（アルミニウム）またはＡｇ（銀）が好適である。
【０１１３】
導光板１０の構成については、第１乃至５の実施の形態で説明した通りであるので、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。
【０１１４】
本実施の形態に係る照明装置１４では、第１乃至５の実施の形態に係る導光板１０の対向面２８の表面を覆うように反射体３２を配置していることにより、第１乃至５の実施の形態に係る導光板１０の作用効果を奏しつつ、光射出面２６に向かわなかった回折光などを再び導光板１０側へ反射し再利用することができ、光の利用効率を一層高めることができる。このとき、反射体３２を配置する側に、大きな突起などは存在せず、導光板１０と反射体３２との間に不必要な空間を空ける必要がないため、照明装置１４全体を薄くすることが可能となる。
【０１１５】
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態を図２０を用いて説明する。
本実施の形態では、第６の実施の形態に係る照明装置を適用した表示装置について説明する。この表示装置２４は、図２０の構成概念図に示すように、第６の実施の形態に係る照明装置の光射出面２６を覆うように配置され、光射出面２６から射出された光を透過させることによって画像を表示するＬＣＤパネルなどの透過型表示素子２２を備えた構成としている。
【０１１６】
照明装置の構成については、第６の実施の形態で説明した通りであるので、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。
【０１１７】
本実施の形態に係る表示装置２４では、第６の実施の形態に係る照明装置１４の光射出面２６を覆うように透過型表示素子２２を配置していることにより、明るさの均一性、色度の均一化、安定化につながり、高品質な表示像を得ることが可能となる。
【０１１８】
更に、他の光学フィルムの助けなしに射出光の拡がり方を制御できるため、薄く、安価に製造できる簡便な構成にしながら、視域を限定して視域内ではより明るい表示像を観察することも容易となる。
【０１１９】
特に、射出光範囲の制御はノイズとなる光の成分を発生しないことになり、コントラストの向上化を図ることも可能となる。
【０１２０】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、厚みを薄くし、かつ見栄えも美しく、さらに射出光を自在に制御することが可能な導光板を実現することができる。
【０１２２】
また、このような導光板を用いることによって、明るく照明することが可能な照明装置を実現すること、更にはこの照明装置を用いることによって表示対象物を明るく表示することが可能な表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図。
【図２】図１の導光板における導光状態を示した断面図。
【図３】回折格子領域の断面形状の例を示す断面図。
【図４】回折格子からなる回折格子領域の平面図。
【図５】第１の実施の形態に係る導光板の変形例を示す斜視図。
【図６】第１の実施の形態に係る導光板の別の変形例を示す斜視図。
【図７】第１の実施の形態に係る導光板の別の変形例を示す斜視図。
【図８】第２の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す断面図。
【図９】第２の実施の形態に係る導光板における導光状態を示した断面図。
【図１０】第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す斜視図。
【図１１】第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の一例を示す平面図。
【図１２】第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の別の例を示す平面図。
【図１３】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（片端面側に複数の点状光源を備えた例）。
【図１４】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（両端面側にそれぞれ点状光源を備えた例）。
【図１５】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（両端面側にそれぞれ線状光源を備えた例）。
【図１６】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（片端面側に線状光源を、他端面側に点状光源を備えた例）。
【図１７】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（片端面側と他端面側とで異なる点状光源を備えた例）。
【図１８】第５の実施の形態に係る導光板の一例を示す断面図。
【図１９】第６の実施の形態に係る照明装置の構成例を示す断面図。
【図２０】第７の実施の形態に係る表示装置の構成例を示す斜視図。
【図２１】従来技術による導光体が適用されてなる照明装置を示す斜視図。
【図２２】図２１に示す照明装置が適用されてなる表示装置を示す斜視図。
【図２３】散乱性ドットが印刷されてなる導光体を示す斜視図。
【図２４】従来技術による導光板と透過型表示素子とからなる表示装置を示す斜視図。
【符号の説明】
Ｆ…平均導光方向、Ｖ…平均導光方向に直交する方向、Ｒ…稜線、ｄ…格子ピッチ、ｐ…配置ピッチ、θＲ…射出角度、ｖ…格子ベクトル方向、１０…導光板、１１，１３…端面、１２，１５…光源、１４…照明装置、１６…プリズム、１８…ＬＣＤパネル、２０…ドット、２２…透過型表示素子、２４…表示装置、２６…光射出面、２８…対向面、３０…回折格子領域、３２…反射体、３４…凹凸形状[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light guide plate, an illumination device using the same, and a display device. More specifically, the present invention relates to a light guide plate that guides light from a light source and emits the light from a light exit surface, and an illumination that includes the light guide plate and the light source. The present invention relates to a device and a display device that displays an image or the like using illumination light from the light guide plate as illumination light such as an LCD panel.
[0002]
[Prior art]
Usually, a so-called backlight, which is an illumination light source used on the back surface of a transmissive LCD panel, uses a light guide plate made of a transparent resin in order to uniformly guide light from the light source to the LCD panel.
[0003]
As shown in FIG. 21, in the illumination device 14 in which the light source 12 is disposed on this type of light guide plate 10, the light incident on the light guide plate 10 from the end surface 11 of the light guide plate 10 is the plane of the light guide plate 10. It proceeds through the light guide plate 10 while totally reflecting the part. 21 shows an example in which a linear light source is used as the light source 12, but the shape of the light source 12 is not limited to a linear shape, and may be, for example, a dot shape. Prisms 16 are provided in places on the planar portion of the light guide plate 10, and light that hits the prisms 16 is emitted upward from the light guide plate 10 as indicated by arrows in the drawing.
[0004]
As shown in FIG. 22, a transmissive LCD panel 18 is disposed on the upper part of the light guide plate 10 of the illumination device 14, and an image is displayed by transmitting light emitted upward from the light guide plate 10 in the figure. A display device 24 is formed.
[0005]
As a known example of a light guide plate having a prism 16 on the back surface as shown in FIG.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-5-264819
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a light guide plate 10 has a relatively large structure of the prism 16, so that it is difficult to hide the structure of the prism 16 during visual observation, and the light guide plate 10 is thickened by the prism 16, Furthermore, there is a problem that it is difficult to accurately form the surface constituting the prism 16 such as the boundary between the prism 16 and the flat portion, light loss occurs, and the emitted light cannot be freely controlled.
[0008]
On the other hand, as an example of a light guide plate that does not use a prism, there is a method of diffusing and emitting light by printing scattering dots 20 on the surface of the light guide plate 10 as shown in FIG. However, in this case, the proportion of light that is effectively used is significantly reduced, and another problem arises that the number of processes increases in the manufacturing process.
[0009]
Furthermore, when a light source is installed on the end surface 11 of such a light guide plate 10, in addition to the above problems, it is difficult to make the light intensity on the side close to and far from the light source constant. In particular, in the case of a spot-like light source 15 or an uneven light source, the light is orthogonal to an average light guide direction F that is an average direction in which light travels from the end surface 11 on the light source 15 side to the end surface 13 on the side far from the light source 15. It is difficult to increase both the uniformity of the distribution of the emitted light in the direction V and the light utilization efficiency.
[0010]
Therefore, as shown in FIG. 24, when the display device 24 is configured using the light guide plate 10 and the light source 15 as described above on the back surface of the transmissive display element 22, the light intensity is made constant as described above. In addition, it is difficult to increase the light utilization efficiency, that is, to display brightly. This makes it more difficult to observe a bright display image within a limited viewing zone. For this reason, a method of inserting various optical films between the light guide plate 10 and the transmissive display element 22 has also been proposed, but this increases the thickness of the display device 24 and increases the manufacturing cost. Problem arises.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a first object of the invention is to provide a light guide plate that is thin and beautiful in appearance and that can freely control emitted light. There is.
[0012]
In addition, the second object is to provide an illumination device that can illuminate brightly by using such a light guide plate, and to display a display object brightly by using this illumination device. It is to provide a display device that can be used.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
[0014]
That is, the invention of claim 1 is a light guide plate that guides incident light and emits the guided light from a planar light exit surface, and is configured by a diffraction grating having a ridge line as a straight line. The vector directions are the same, the lengths along the grid vector direction are the same, and the average light guide direction, which is the average direction in which light is guided inside the light guide plate, is the same as the grid vector direction. The plurality of diffraction grating regions are arranged on the light exit surface or the surface facing the light exit surface.
[0015]
Therefore, in the light guide plate of the first aspect of the invention, by taking the above-described means, the incident light is guided while being totally reflected in the light guide plate. Then, the guided light can be appropriately emitted outside the light guide plate through the diffraction grating region. In addition, the diffraction grating constituting the diffraction grating region may be a normal relief type diffraction grating, and the uneven size can be set to about 0.1 to 1.0 μm. For this reason, it can be regarded as a substantially flat surface without an extra protrusion, and can be thinned.
[0016]
The amount of emitted light and the distribution of the emitted light can be freely controlled by adjusting the arrangement pitch and size of the diffraction grating region, the grating pitch of the diffraction grating, the size of the grating, and the like.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the light guide plate that guides incident light and emits the guided light from a planar light exit surface, the light guide plate includes a diffraction grating having a ridge line as a curve, and a grating vector direction. Average grating vector directions obtained by averaging are equal to each other, lengths along the grating vector directions are equal to each other, an average light guide direction that is an average direction in which light is guided, and an average grating vector A plurality of identical diffraction grating regions are arranged on the light exit surface or the surface facing the light exit surface.
[0018]
In the light guide plate according to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain diffracted light that spreads in accordance with the angle of the line segment of the ridge line constituting the curve in the direction orthogonal to the average light guide direction. Therefore, the way in which the emitted light spreads in the direction orthogonal to the average light guide direction can be controlled by the curved shape of the ridge line.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the light guide plate of the first or second aspect of the present invention, the arrangement pitch of each diffraction grating region is made constant, and the diffraction efficiency of each diffraction grating region progresses along the average light guide direction. Try to be high.
[0020]
Therefore, in the light guide plate of the invention of claim 3, by taking the above-described means, the intensity of the emitted light can be made substantially uniform over the entire light guide plate.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, in the light guide plate of the first or second aspect of the invention, the diffraction grating is formed by repeatedly arranging a plurality of concave shapes and convex shapes along the grating vector direction. It is a relief type diffraction grating.
[0022]
According to such a fourth aspect of the invention, in particular, by making the diffraction grating regions of the diffraction grating regions the same, for example, only one diffraction grating region is precisely manufactured, and this is arranged side by side to reproduce on the light guide plate. All diffraction gratings can be formed and can be formed very easily.
[0023]
According to a fifth aspect of the invention, in the light guide plate of the fourth aspect of the invention, the pitch at which each diffraction grating region is arranged is constant, and the diffraction efficiency of each diffraction grating region increases as the average light guide direction is advanced. I am doing so.
[0024]
Therefore, in the light guide plate of the invention of claim 5, by taking the above-described means, the ratio of the light emitted from the light guide plate is small at the light incident end side where the light intensity is strong, and the light is emitted as far from the light incident end. Increasing the ratio can be easily realized, and light with uniform intensity can be emitted over the entire surface of the light guide plate.
[0025]
According to a sixth aspect of the present invention, in the light guide plate of the fourth aspect of the invention, the size of the concave shape and the convex shape constituting the diffraction grating are the same for all diffraction grating regions, and the arrangement pitch of each diffraction grating region Is narrowed as it advances along the average light guide direction.
[0026]
The light guide plate of the sixth aspect of the invention can also provide the same operational effects as the fifth aspect of the invention. In addition, it is easy to manufacture, for example, by duplicating one diffraction grating region, and a uniform state can be easily realized.
[0027]
The invention of claim 7 is the light guide plate of any one of claims 4 to 6, wherein the surface relief type diffraction grating is a blazed diffraction grating.
[0028]
Therefore, in the light guide plate according to the seventh aspect of the present invention, as described above, by using the surface relief type diffraction grating as a blazed diffraction grating, it is possible to extremely increase the light utilization efficiency with respect to the desired emitted light. It becomes.
[0029]
According to an eighth aspect of the present invention, in the light guide plate according to any one of the fourth to sixth aspects, the surface relief type diffraction grating is a diffraction grating having a sine wave or a rectangular wave in cross section. Yes.
[0030]
Therefore, in the light guide plate of the invention of claim 8, by taking the above-described means, a part of the guided light can be totally reflected as it is, and another part of the light can be emitted. . As a result, even after the light reflected from the diffraction grating region, the total reflected light component can be maintained, so that a large number of diffraction grating regions can be arranged at high density, and the light emission of the light guide plate is visually observed. When the surface is observed, it becomes possible to make it appear more uniform.
[0031]
The invention according to claim 9 is the light guide plate according to any one of claims 4 to 8, wherein the grating pitch of the surface relief type diffraction grating is constant in each diffraction grating region.
[0032]
Therefore, in the light guide plate of the invention of claim 9, only one diffraction grating region is precisely manufactured, and this is arranged side by side to reproduce all the diffraction gratings on the light guide plate. It can be easily created.
[0033]
According to a tenth aspect of the present invention, in the light guide plate according to any one of the fourth to eighth aspects, the grating pitch of the surface relief type diffraction grating is continuously changed in each diffraction grating region.
[0034]
Therefore, in the light guide plate of the invention of claim 10, by taking the above-described means, it is possible to spread the diffracted light in the grating vector direction according to the change amount of the grating pitch. Thereby, it is possible to control how the light emitted from the light guide plate spreads in the lattice vector direction.
[0035]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the light guide plate according to any one of the first to tenth aspects, an uneven shape for diffusing light emitted from the light emitting surface is formed on the light emitting surface. .
[0036]
Therefore, in the light guide plate of the invention of the eleventh aspect, by taking the above-described means, the light emitted from the diffraction grating region can be further diffused and a uniform emitted light distribution can be easily obtained.
[0037]
The invention of claim 12 is the light guide plate of any one of claims 1 to 11, wherein the length of each diffraction grating region along the grating vector direction is not less than three times the grating pitch of the diffraction grating and is 100 μm. It is as follows.
[0038]
Therefore, in the light guide plate of the invention of claim 12, by taking the above-mentioned means, the length along the average light guide direction of the diffraction grating region, that is, the length of the short side is set to the grating pitch of the diffraction grating. When it is 3 times or more and 100 μm or less, diffraction can be caused in the diffraction grating formed inside the diffraction grating region, and the spread of the light emitted from the light guide plate in the short side direction is controlled according to the length of the short side. be able to.
[0039]
In particular, when the diffraction grating acts on white light, the diffracted light is dispersed. Therefore, when used for white light, if the short side of the diffraction grating region is 30 μm or less, the diffracted light in the short side direction is used. The spread of the light becomes larger, and the influence of spectroscopy can be suppressed by overlapping the diffracted lights of individual wavelengths. This effect can be easily and reliably realized by the configuration of the present invention in which “short side direction” ≈ “lattice vector direction” ≈ “average light guide direction” is established.
[0040]
Furthermore, by reducing the length of the short side, it is possible to increase the number of diffraction grating regions arranged per unit length in the average light guide direction, and it is easy to obtain emitted light with a uniform distribution. Further, the light guided in the light guide is also diffracted in the diffraction grating region, and the uniformity of the light guided is maintained.
[0041]
A lighting device according to a thirteenth aspect of the invention is a light guide plate according to any one of the first to twelfth aspects, and a point-like or each diffraction grating that supplies light guided by the light guide plate to the light guide plate. And a linear light source that is long in a direction parallel to the region.
[0042]
Therefore, in the lighting device of the thirteenth aspect of the present invention, the lighting device having the above-described light guide plate effect can be realized by taking the above-described means. That is, the light intensity on the side closer to the light source and the side far from the light source can be easily made constant, and even in the case where a spot-like light source or uneven light source is used, the uniformity in the direction orthogonal to the average light guide direction is improved It is possible.
[0043]
A fourteenth aspect of the present invention is the lighting device of the thirteenth aspect of the present invention, comprising a plurality of light sources.
[0044]
The lighting device of the fourteenth aspect of the invention can also provide the same operational effects as the lighting device of the thirteenth aspect of the invention.
[0045]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the illuminating device according to the thirteenth or fourteenth aspect, a reflector having a function of reflecting light is disposed so as to cover a surface facing the light emission surface.
[0046]
Therefore, in the illumination device of the fifteenth aspect of the invention, the diffracted light that has not been directed to the light exit surface can be reflected again to the light guide plate side and reused by the reflector, thereby further improving the light utilization efficiency. Can do. At this time, there is no large protrusion or the like on the side where the reflector is disposed, and it is not necessary to leave an unnecessary space between the light guide plate and the reflector, so that the entire lighting device can be thinned.
[0047]
A display device according to a sixteenth aspect of the present invention is disposed so as to cover the illumination device according to any one of the thirteenth to fifteenth aspects of the invention and the light emission surface of a light guide plate provided in the illumination device, and the light emission surface. And a transmissive display element that displays an image by transmitting light emitted from the projector.
[0048]
Therefore, in the display device of the invention of claim 16, by taking the above-described means, the display device having the above-mentioned light guide plate effect, that is, bright (high light use efficiency) and uniform brightness. It is possible to realize a display device that displays the size. Furthermore, since the spread of the emitted light can be controlled without the help of other optical films, it is easy to observe a brighter display image within the viewing zone by limiting the viewing zone, while making the structure simple and thin and inexpensive. It becomes possible.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0050]
In addition, the code | symbol in the figure used for description of each following embodiment attaches | subjects and shows the same code | symbol about the same part as FIGS. 21-24.
[0051]
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration example of a light guide plate according to the first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a light guide state in the light guide plate of FIG. 1.
[0052]
That is, the light guide plate 10 according to the present embodiment guides the light incident from the light source 12, and the light guided to the plurality of slit-like diffractions provided on the opposing surface 28 of the light exit surface 26. The light is diffracted in the grating region 30 (# 1 to #n) and emitted from the rectangular light exit surface. When the linear light source 12 arranged substantially parallel to the end surface 11 is used as the light source, the average light guide direction in the light guide plate 10 is substantially the long side of the light guide plate 10 as shown in FIG. The average light guide direction F coincides with the direction.
[0053]
Further, when a light source 15 such as a spot LED or a laser arranged at a substantially midpoint with respect to the length direction of the end face 11 is used as the light source, as shown in FIG. The light is guided in the radial direction centered on the center, but when averaged over the entire light guide plate, the average light guide direction F is obtained as shown in FIGS.
[0054]
The diffraction grating region 30 is composed of three or more surface relief type diffraction gratings as shown in a sectional view of FIG. The cross-sectional shape of each diffraction grating is a blazed diffraction grating as shown in FIG. 3A, a rectangular diffraction grating as shown in FIG. 3B, or a sine wave shape as shown in FIG. It is a diffraction grating. The ridgeline R is a straight line in any diffraction grating.
[0055]
FIG. 4 is a plan view of the diffraction grating region 30 formed of such a diffraction grating. The grating pitch d is the same in the same diffraction grating region 30. That is, the average light guide direction F and the lattice vector direction v coincide with each other, and the structure effectively acts on light satisfying the total reflection condition. It is easy to design and manufacture such a diffraction grating.
[0056]
The diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) provided on the light guide plate 10 have the same grating vector method v. This direction is substantially orthogonal to the end face 11 and the end face 13 and is substantially equal to the average light guide direction F.
[0057]
The short side length w, which is the length along the grating vector direction v, is the same in each diffraction grating region 30 (# 1 to #n). The lengths t in the long side direction of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are all equal to the short side length which is the width of the light guide plate 10. Accordingly, all the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) have the short side length w and the long side length t.
[0058]
As described above, each diffraction grating region 30 includes three or more diffraction gratings. This is because three or more diffraction gratings are necessary to cause sufficient diffraction of light by the diffraction grating. Accordingly, the short side length w is at least three times the grating pitch d. Moreover, when the short side length w of the diffraction grating region 30 is set to a value large enough to be observed with the naked eye, the appearance is impaired. Therefore, in the present embodiment, the short side length w is set to 100 μm or less. When the size is 100 μm or less, it cannot be observed with the naked eye, so that the appearance is not impaired. From such a viewpoint, the short side length w is preferably 0.1 to 100 μm. Desirably, when the arrangement interval of the diffraction grating regions is 100 μm or less, the uniformity of the emitted light distribution is sufficient.
[0059]
In general, the light guide plate 10 has a higher light emission ratio in the diffraction grating region 30 (# 1) on the end surface 11 side closer to the light source 12 and the light emission ratio in the diffraction grating region 30 (#n) on the end surface 13 side farther from the light source 12. Injection ratio is small. Therefore, in the light guide plate 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, when the arrangement pitch p of each diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is constant, each diffraction grating region 30. The diffraction efficiency of (# 1 to #n) is made to increase as it proceeds along the average light guide direction F.
[0060]
Specifically, the grating depth h of the diffraction grating is continuously increased for each diffraction grating area 30 so as to be the largest for the diffraction grating area 30 (# 1) and the smallest for the diffraction grating area 30 (#n). I will change it. Thereby, the diffraction efficiency of each diffraction grating region 30 (# 1 to #n) increases from the diffraction grating region 30 (# 1) to the diffraction grating region 30 (#n). In this way, emitted light with uniform intensity can be obtained over the entire surface of the light emitting surface 26.
[0061]
On the other hand, when the diffraction efficiencies of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are the same, the arrangement pitch p between the diffraction grating regions 30 as it proceeds along the average light guide direction F as shown in FIG. Gradually narrowing. In this way, emitted light with uniform intensity can be obtained over the entire surface of the light emitting surface 26.
[0062]
Next, the operation of the light guide plate according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0063]
That is, as shown in FIG. 1A, the light emitted from the linear light source 12 enters from the end surface 11 of the light guide plate 10 and is averagely reflected in the average light guide direction F while being totally reflected in the light guide plate 10. The light component diffracted by the surface relief type diffraction grating formed in the slit-like diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is emitted from the light exit surface 26.
[0064]
In this way, by forming a diffraction grating having a very fine structure in the diffraction grating region 30 (# 1 to #n), it is possible to take out uniform emitted light directed to a desired direction, and to reduce the unevenness. 10 is realized.
[0065]
FIG. 2 shows a state in which light is totally reflected inside the light guide plate 10 at the light exit surface 26 and the opposing surface 28 that are planar interfaces of the light guide plate 10. That is, the light incident on the light guide plate 10 travels at an angle exceeding the critical angle with respect to the light exit surface 26 and the facing surface 28, and is totally reflected by the light exit surface 26 and the facing surface 28 that are the interfaces of the light guide plate 10. Yes.
[0066]
The critical angle is determined from the refractive index of the material constituting the light guide plate 10 and the refractive index of the medium outside the light guide plate 10. For example, if the former refractive index is 1.5 and the latter is 1.0, the critical angle is Since the angle is about 42 °, the light incident on the light exit surface 26 and the opposing surface 28 that are the interface of the light guide plate 10 from the inside of the light guide plate 10 at a larger angle is totally reflected. The light that has been totally reflected and guided in this way has very little loss, and is optimal as the light guide plate 10.
[0067]
Of the light under such total reflection conditions, the light reflected by the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) generates diffracted light by the diffraction grating. The main diffracted light at this time is first-order diffracted light. In the same direction as the grating vector direction v, the grating pitch d constituting the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) and the emission angle (diffraction angle) θ of the first-order diffracted light R Is expressed by the following equation (1).
d = λ / (sin θ i -Sinθ R ) ... (1)
Where λ is the wavelength of light and θ i Is the regular reflection angle (when the diffraction grating acts during reflection). In this embodiment, since the grating vector direction v and the average light guide direction F are substantially the same, by appropriately setting the grating pitch d, the light traveling in the average light guide direction F while being totally reflected is reflected by the diffraction grating. θ R The light is diffracted at an angle of 1 and exits from the light exit surface 26 of the light guide plate 10 outside the total reflection condition. In particular, θ R When it is set to ˜0 °, emitted light perpendicular to the surface of the light guide plate can be obtained.
[0068]
Further, the diffracted light component by the diffraction grating is further diffracted by the short side length w of the slit-like diffraction grating region 30 (# 1 to #n). Both are based on the diffraction phenomenon of light, and it can be expressed that the light whose direction is bent by the diffraction grating spreads by the slit. The spread width of the diffracted light can be controlled by the short side length w of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n). The spread width of the diffracted light can be easily designed by applying the analysis result of the light diffraction phenomenon in the well-known slit.
[0069]
When white light is guided, the degree to which the diffracted light is dispersed is determined by the above equation (1), but the short side length w of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is made sufficiently small. Thus, the spread width of the diffracted light can be increased, and the influence of spectroscopy can be suppressed.
[0070]
FIG. 3 shows an example of a cross-sectional shape of a surface relief type diffraction grating. In the rectangular diffraction grating and the sine wave diffraction grating as shown in FIG. 3B and FIG. 3C, a plurality of diffraction orders are usually generated including regular reflection light. However, the regular reflection light in the light guide plate 10 is light that satisfies the total reflection condition, and does not cause a loss.
[0071]
On the other hand, since the first-order diffracted light is usually the strongest except for the regular reflection light, a sufficient amount of light can be distributed to the emitted light. Even when second-order or higher-order or minus-order diffracted light is generated, it becomes light that satisfies the total reflection condition traveling in the direction opposite to the average light guide direction F, and there are few light and noise components.
[0072]
On the other hand, in a blazed diffraction grating having a sawtooth cross-sectional shape as shown in FIG. 3A, the diffraction efficiency can be extremely increased, and the specularly reflected light component can be made substantially zero. Therefore, it is possible to convert all the light incident on the slit-like diffraction grating region 30 (# 1 to #n) into the emitted light, and the light utilization efficiency is extremely high. For this reason, the optical design of the entire light guide plate 10 is also facilitated.
[0073]
As described above, in the light guide plate according to the present embodiment, the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) guides the light being guided while being totally reflected in the light guide plate 10 by the above-described action. Depending on the arrangement, it can be appropriately injected.
[0074]
At this time, since the structure of the diffraction grating which is a surface relief type is typically about 10 to 100 μm, it is possible to realize the light guide plate 10 which can be regarded as a substantially flat surface with no unnecessary protrusions. That is, it can be made thin and can be precisely formed up to the boundary of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n), and light loss can be suppressed. This is also to minimize the influence on the opposing surface 28, that is, the total reflection surface, which is a plane portion adjacent to the boundary of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n), and this also reduces the loss of light. It can be said that
[0075]
Further, since the grating vector direction v of the diffraction grating or the average value of the grating vector direction v substantially coincides with the average light guide direction F, the light traveling in the average light guide direction F under the total reflection condition is reliably emitted. It can be diffracted to the surface 26 side. At this time, the diffraction angle of the light can be controlled by the design of the grating pitch d of the diffraction grating, and the light can be efficiently emitted from the light exit surface 26 at a desired angle. In general, it is most preferable to emit light at an angle perpendicular to the light exit surface 26.
[0076]
On the other hand, the diffracted light from the diffraction grating formed in the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) having a slit shape is similar to the diffraction phenomenon of light in the slit. Since the distribution spreads in accordance with the short side length w, it is possible to control the spreading direction in the direction of the short side length w substantially coincident with the average light guide direction F and to have the same size on the light guide plate 10. By using the diffraction grating region 30 (# 1 to #n), it is possible to make the diffracted light spread more uniform.
[0077]
Even when the light exit surface 26 of the light guide plate 10 is visually observed, the short side length w of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is sufficiently thin, and a sufficient number can be arranged per unit area. The structure can be difficult to discriminate and can be observed as a surface that emits uniform emitted light.
[0078]
Furthermore, since the surface relief type diffraction grating can be integrally formed with the light guide plate 10, it can be manufactured very simply and inexpensively. In addition, since the emission light that is sufficiently controlled can be obtained by the light guide plate 10 alone, it is possible to provide a thin and inexpensive product that can be used for various purposes without adding an extra component such as an optical sheet.
[0079]
Further, as shown in FIG. 1, the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged at an equal arrangement pitch p in the average light guide direction F of the light guide plate 10, and the size of the unevenness of the diffraction grating is determined by the light guide plate. 10 is increased as the distance from the end face 11 on the light incident side increases, and the diffraction grating region 30 (#n) farthest from the end face 11 has a size of unevenness that provides maximum diffraction efficiency. It can be easily realized that the ratio of light emitted from the light guide plate 10 decreases toward the end surface 11 side where strong light enters, and the emission ratio increases as the distance from the end surface 11 increases. Intense light can be emitted. In this case, since the plurality of diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) having the same short side length w have the same arrangement pitch p, “light intensity incident on the diffraction grating region 30” × “the size of the unevenness” A uniform light intensity distribution can be easily obtained within the light exit surface 26 simply by keeping the “dependent diffraction efficiency” constant.
[0080]
Note that the diffraction efficiency of the surface relief type diffraction grating depends on the amount of phase modulation given to the light by the diffraction grating, so the optical length is more important than the size of the physical unevenness. That is, the diffraction efficiency needs to consider the refractive index of the material constituting the diffraction grating.
[0081]
On the other hand, if the material constituting the diffraction grating is uniform, the diffraction efficiency can be controlled only by controlling the size of the physical unevenness, and therefore the light guide plate 10 according to the present embodiment is also composed of a uniform material. By doing so, it is possible to obtain a uniform emission light distribution only by designing the size of the unevenness of the diffraction grating in each diffraction grating region 30 (# 1 to #n).
[0082]
Alternatively, as shown in FIG. 5, the size of the concave and convex portions of the diffraction grating is all the same over the light guide plate 10, and from the light incident side end face 11 of the light guide plate 10 in the average light guide direction F of the light guide plate 10. By decreasing the arrangement pitch p of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) as the distance is increased, the proportion of light emitted from the light guide plate 10 is reduced on the end surface 11 side where the light intensity is strong, and the emission ratio is increased as the distance from the end surface 11 is increased. And light with uniform intensity can be emitted over the entire light exit surface 26 of the light guide plate 10.
[0083]
Further, since the diffraction gratings constituting the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) may be exactly the same on the light guide plate 10, for example, only one diffraction grating region 30 is precisely manufactured, and this is arranged and copied. Thus, all the diffraction gratings on the light guide plate 10 can be formed.
[0084]
In the above, by setting the arrangement pitch p of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) to be equal to or less than the resolution of the human eye under the set observation conditions, it can be made to feel a more uniform emission light distribution.
[0085]
Further, by using a blazed diffraction grating whose cross-sectional shape is shown in FIG. 3A as the diffraction grating, it is possible to extremely increase the light use efficiency with respect to the desired emitted light. Alternatively, as a diffraction grating, a rectangular diffraction grating and a sine wave diffraction grating whose cross-sectional shapes are shown in FIGS. 3B and 3C are used, so that a part of the guided light is entirely intact. It can be reflected and another part can be emitted. As a result, even after the light reflected from the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n), the total reflected light component can be maintained, so that a large number of diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged at high density. When the light exit surface 26 of the light guide plate 10 is visually observed, it becomes easier to make it appear more uniform.
[0086]
Furthermore, as shown in the plan view of FIG. 4, as a diffraction grating, a diffraction grating having a relief ridgeline R that is linear is designed and manufactured very easily while maintaining the above-described effects. It becomes possible to do.
[0087]
In the above description, an example in which light is emitted from the light emission surface 26 in a substantially vertical direction has been described. However, the light emission angle may be any number as long as the angle does not satisfy the total reflection condition.
[0088]
On the other hand, the thickness of the light guide plate 10 is changed not only when the thickness is constant as shown in FIG. 1 or FIG. 5, but also as it progresses along the average light guide direction F as shown in FIG. It may be a simple configuration.
[0089]
Further, in the present embodiment, the example in which the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is provided on the facing surface 28 has been shown. However, as shown in FIG. 1 to #n) may be formed. In this case, it is preferable to design the relief height (depth) h so that the diffraction grating has the maximum diffraction effect when acting when transmitting light.
[0090]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Since the light guide plate according to the second embodiment is only partially modified from the configuration of the light guide plate according to the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only the differences will be discussed here.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the cross-sectional shape of the diffraction grating region of the light guide plate according to the second embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a light guide state in the light guide plate according to the present embodiment.
[0091]
That is, in the light guide plate according to the present embodiment, the grating pitch d of the diffraction grating in the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is continuously increased as it proceeds in the grating vector direction v. 8A shows a blazed diffraction grating, FIG. 8B shows a rectangular diffraction grating, and FIG. 8C shows a sinusoidal diffraction grating.
[0092]
As shown in FIG. 8, the light guide plate according to the present embodiment is continuous as the grating pitch d of the diffraction grating in the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) as described above proceeds in the grating vector direction v. As shown in FIG. 9, since the diffraction angle has a width, that is, the diffracted light can be expanded as shown in FIG. 9, in addition to the operational effects obtained in the first embodiment, In addition, it is possible to realize the emitted light in which the spreading method in the average light guide direction is controlled.
[0093]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Since the light guide plate according to the third embodiment is only partially modified from the configuration of the light guide plate according to the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only the differences will be discussed here.
FIG. 10 is a perspective view showing an example of a cross-sectional shape of the diffraction grating region of the light guide plate according to the third embodiment.
FIG. 11 is a plan view showing an example of the diffraction grating region of the light guide plate according to the third embodiment.
FIG. 12 is a plan view showing another example of the diffraction grating region of the light guide plate according to the third embodiment.
[0094]
That is, in the light guide plate according to the present embodiment, as shown in the perspective view of FIG. 10, the ridgeline R of the diffraction grating constituting the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is curved. Yes. Moreover, as shown in the plan view of FIG. 11, when the ridgelines R of the diffraction gratings are parallel, that is, when the ridgelines R of the diffraction gratings are translated along the average light guide direction F, the adjacent diffraction gratings So that the average value in the lattice vector direction v substantially coincides with the average light guide direction F.
As shown in FIG. 11, the grating pitch d may be made equal in the same diffraction grating region 30 or continuously as the grating pitch d is advanced in the grating vector direction v as shown in FIG. It is good also as a structure which becomes wide.
[0095]
Since the light guide according to the present embodiment has the above-described configuration, the light guide effectively acts on the light that satisfies the total reflection condition described in the first embodiment. ing.
[0096]
That is, by making the ridge line R of the diffraction grating a curve, it is possible to obtain diffracted light that spreads in accordance with the angle of the line segment that forms the ridge line R in the direction V perpendicular to the average light guide direction F. Therefore, the shape of the ridgeline R can control how the emitted light spreads in the direction V orthogonal to the average light guide direction F. Furthermore, as shown in FIG. 11, by making the grating pitch d constant in the diffraction grating region 30 (# 1 to #n), it becomes easy to design and manufacture the diffraction grating.
[0097]
In addition, as shown in FIG. 12, in the diffraction grating region 30 (# 1 to #n), the grating pitch d is continuously changed, thereby diffracting in the grating vector direction v according to the change amount of the grating pitch d. Can spread light. Thereby, it becomes possible to control how the light emitted from the light guide plate 10 spreads in the lattice vector direction v.
In particular, when the short side length w of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is 10 μm to 100 μm, the diffraction grating formed inside the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) functions sufficiently. In addition, the spread of light emitted from the light guide plate 10 in the short side direction can be controlled in accordance with the short side length w of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n). In particular, when the diffraction grating acts on white light, the diffracted light is dispersed. Therefore, when used for white light, the short side length w of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is set to 30 μm. If it is made below, the spread of the diffracted light in the short side direction becomes large, and it becomes possible to suppress the spectrum by overlapping the diffracted lights of individual wavelengths. This effect can be easily and reliably realized by the configuration of the present embodiment in which “short side direction” ≈ “lattice vector direction v” ≈ “average light guide direction F” is satisfied.
[0098]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0099]
Since the light guide plate according to the fourth embodiment is only partly modified from the configuration of the light guide plate according to the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Only the differences will be discussed here.
13 to 17 are perspective views showing a configuration example of the light guide plate according to the fourth embodiment.
[0100]
That is, the light guide plate according to the present embodiment includes a plurality of light sources. As an example of the arrangement of the light sources, as shown in FIG. 13, a plurality of dotted light sources 15 may be provided on the end face 11 side. Although not shown in the drawing, a plurality of linear light sources 12 may be provided on the end face 11 side, or both the linear light sources 12 and the point light sources 15 may be provided on the end face 11 side. .
[0101]
As described above, even when a plurality of light sources are provided on one end face side, the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged so that the diffraction efficiency increases as the distance from the light source side increases. That is, when all the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are the same, as shown in FIG. 13A, the arrangement pitch p is made smaller as the distance from the light source side increases. When the arrangement pitch p is the same, as shown in FIG. 13B, the diffraction efficiency increases as the diffraction grating region 30 (# 1) side advances to the diffraction grating region 30 (#n) side. I am doing so.
[0102]
Further, as shown in FIGS. 14 and 15, the light source may be arranged on either the end face 11 or the end face 13 side. FIG. 14 shows an example in which the point light sources 15 are arranged on the end face 11 and the end face 13 side, respectively. FIG. 15 shows an example in which the linear light sources 12 are arranged on the end face 11 and the end face 13 side, respectively. Is.
[0103]
In this way, even when the light sources are arranged on both side surfaces, the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged so that the emission ratio from the light guide plate increases as the distance from the light source side increases. That is, when all the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are the same, as shown in FIGS. 14A and 15A, the arrangement pitch p decreases as the distance from the light source increases. I have to. In this case, the arrangement pitch p is the smallest on the center side of the light guide plate 10. Further, when the arrangement pitch p is the same, as shown in FIGS. 14B and 15B, the diffraction grating region 30 (# 1) side proceeds to the diffraction grating region 30 (#n) side. As the diffraction efficiency increases, the diffraction efficiency increases.
[0104]
As shown in FIG. 16, a linear light source 12 may be provided on the end surface 11 side, and a dotted light source 15 may be provided on the end surface 13 side. Further, when light sources are provided at both ends, the number of light sources at both ends may be different as shown in FIG.
[0105]
In this way, even when the light sources are arranged on both side surfaces, the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged so that the emission ratio from the light guide plate increases as the distance from the light source side increases. That is, when all the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are the same, as shown in FIGS. 16A and 17A, the arrangement pitch p decreases as the distance from the light source increases. I have to. That is, the arrangement pitch p is the smallest on the center side of the light guide plate 10. Further, when the arrangement pitch p is the same, as shown in FIGS. 16B and 17B, the diffraction grating region 30 (# 1) goes to the diffraction grating region 30 (#n) as shown in FIGS. The diffraction efficiency is increased.
[0106]
Since the light guide plate 10 according to the present embodiment as described above includes a plurality of light sources, in addition to the operational effects obtained in the first embodiment, it is possible to increase the amount of emitted light. Become. Further, it can be combined with the configuration of the second embodiment, and in that case, the effect obtained in the second embodiment can be realized by increasing the amount of emitted light. . Further, it can be combined with the configuration of the third embodiment, and in that case, the function and effect obtained in the third embodiment can be realized by increasing the amount of emitted light. .
[0107]
On the other hand, when strong diffusivity is given in the direction orthogonal to the average light guide direction, the unevenness in the amount of light depending on the light source can be made more uniform.
[0108]
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0109]
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an example of the light guide plate according to the fifth embodiment.
Since the present embodiment is a modification of the light guide plate according to the first to fourth embodiments, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Here, only different parts are described. State.
[0110]
That is, in the light guide plate according to the present embodiment, the uneven shape 34 for diffusing the light emitted from the light exit surface 26 is formed on the light exit surface 26 of the light guide plate according to the first to fourth embodiments. The configuration is as follows.
[0111]
Since the light guide plate 10 according to the present embodiment has the above-described configuration, the light emitted from the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) is formed by the uneven shape 34 formed on the light exit surface 26. Can be further diffused. At this time, the diffusion characteristics can be appropriately designed according to the application, but when the light guide plate 10 according to the present embodiment is used as an illumination light source such as a transmissive display element, it is desirable that the diffusion characteristics are not too strong. This is because the main component of light is already in the desired emission direction due to the function of the diffraction grating. In addition, since the light guide plate 10 including the diffusion function can be integrally formed, the light guide plate 10 having a combined function can be easily and inexpensively manufactured.
[0112]
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a lighting device to which the light guide plate according to the first to fifth embodiments is applied will be described. As shown in the cross-sectional view of FIG. 19, the lighting device 14 includes a reflector 32 having a function of reflecting light so as to cover the facing surface 28 of the light guide plate according to the first to fifth embodiments. It will be. The reflector 32 is preferably Al (aluminum) or Ag (silver).
[0113]
Since the configuration of the light guide plate 10 is as described in the first to fifth embodiments, the same portions are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only different portions are described here.
[0114]
In the illuminating device 14 according to the present embodiment, the reflector 32 is disposed so as to cover the surface of the facing surface 28 of the light guide plate 10 according to the first to fifth embodiments. While exhibiting the operational effects of the light guide plate 10 according to the embodiment, the diffracted light that has not been directed to the light exit surface 26 can be reflected again to the light guide plate 10 side and reused, thereby further improving the light utilization efficiency. Can do. At this time, there is no large protrusion or the like on the side where the reflector 32 is arranged, and it is not necessary to leave an unnecessary space between the light guide plate 10 and the reflector 32. Is possible.
[0115]
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a display device to which the illumination device according to the sixth embodiment is applied will be described. As shown in the conceptual diagram of FIG. 20, the display device 24 is disposed so as to cover the light emission surface 26 of the illumination device according to the sixth embodiment, and transmits light emitted from the light emission surface 26. Thus, a transmissive display element 22 such as an LCD panel for displaying an image is provided.
[0116]
Since the configuration of the lighting device is as described in the sixth embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only different portions are described here.
[0117]
In the display device 24 according to the present embodiment, the transmissive display element 22 is arranged so as to cover the light emission surface 26 of the illumination device 14 according to the sixth embodiment, thereby providing brightness uniformity, This leads to uniform and stable chromaticity, and a high-quality display image can be obtained.
[0118]
In addition, since it is possible to control how the emitted light spreads without the help of other optical films, it is possible to observe a brighter display image within the viewing zone by limiting the viewing zone while making the structure simple and thin and inexpensive. It becomes easy.
[0119]
In particular, the control of the emission light range does not generate a light component that becomes noise, and the contrast can be improved.
[0120]
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, this invention is not limited to this structure. Within the scope of the invented technical idea of the scope of claims, a person skilled in the art can conceive of various changes and modifications. The technical scope of the present invention is also applicable to these changes and modifications. It is understood that it belongs to.
[0121]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a light guide plate that is thin in thickness, beautiful in appearance, and capable of freely controlling emitted light.
[0122]
In addition, by using such a light guide plate, an illuminating device that can illuminate brightly is realized, and further, by using this illuminating device, a display device that can display a display object brightly is realized. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration example of a light guide plate according to a first embodiment.
2 is a cross-sectional view showing a light guide state in the light guide plate of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a sectional shape of a diffraction grating region.
FIG. 4 is a plan view of a diffraction grating region made of a diffraction grating.
FIG. 5 is a perspective view showing a modification of the light guide plate according to the first embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing another modification of the light guide plate according to the first embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing another modification of the light guide plate according to the first embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an example of a cross-sectional shape of a diffraction grating region of a light guide plate according to a second embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a light guide state in a light guide plate according to a second embodiment.
FIG. 10 is a perspective view showing an example of a cross-sectional shape of a diffraction grating region of a light guide plate according to a third embodiment.
FIG. 11 is a plan view showing an example of a diffraction grating region of a light guide plate according to a third embodiment.
FIG. 12 is a plan view showing another example of the diffraction grating region of the light guide plate according to the third embodiment.
FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which a plurality of point light sources are provided on one end surface side).
FIG. 14 is a perspective view illustrating a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which point light sources are provided on both end surfaces).
FIG. 15 is a perspective view illustrating a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which linear light sources are provided on both end surfaces).
FIG. 16 is a perspective view showing a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which a linear light source is provided on one end surface side and a point light source is provided on the other end surface side).
FIG. 17 is a perspective view illustrating a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which different point light sources are provided on one end surface side and the other end surface side).
FIG. 18 is a cross-sectional view showing an example of a light guide plate according to a fifth embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a lighting device according to a sixth embodiment.
FIG. 20 is a perspective view illustrating a configuration example of a display device according to a seventh embodiment.
FIG. 21 is a perspective view showing an illumination device to which a light guide according to the prior art is applied.
22 is a perspective view showing a display device to which the illumination device shown in FIG. 21 is applied.
FIG. 23 is a perspective view showing a light guide body on which scattering dots are printed.
FIG. 24 is a perspective view showing a display device including a light guide plate and a transmissive display element according to the prior art.
[Explanation of symbols]
F: average light guide direction, V: direction orthogonal to the average light guide direction, R: ridge line, d: lattice pitch, p: arrangement pitch, θ R ... Ejection angle, v ... Lattice vector direction, 10 ... Light guide plate, 11, 13 ... End face, 12,15 ... Light source, 14 ... Lighting device, 16 ... Prism, 18 ... LCD panel, 20 ... Dot, 22 ... Transmission type display Element 24... Display device 26. Light exit surface 28. Opposite surface 30. Diffraction grating region 32. Reflector 34.

Claims (16)

入射した光を導光し、前記導光された光を光射出面から射出する導光板において、
稜線を直線とする回折格子から構成してなり、格子ベクトル方向を互いに同一とし、前記格子ベクトル方向に沿った長さを互いに同一とし、前記光が導光される平均的な方向である平均導光方向と前記格子ベクトル方向とを同一とする複数の回折格子領域を、前記光射出面または前記光射出面に対向する面に配置した導光板。In a light guide plate that guides incident light and emits the guided light from a light exit surface,
It is composed of diffraction gratings having a ridge line as a straight line, the grating vector directions are the same, the lengths along the grating vector direction are the same, and the average guide is the average direction in which the light is guided A light guide plate in which a plurality of diffraction grating regions having the same light direction and the same grating vector direction are arranged on the light exit surface or a surface facing the light exit surface. 入射した光を導光し、前記導光された光を光射出面から射出する導光板において、
稜線を曲線とする回折格子から構成してなり、格子ベクトル方向を平均してなる平均格子ベクトル方向を互いに同一とし、前記格子ベクトル方向に沿った長さを互いに同一とし、前記光が導光される平均的な方向である平均導光方向と、前記平均格子ベクトルとを同一とする複数の回折格子領域を、前記光射出面または前記光射出面に対向する面に配置した導光板。In a light guide plate that guides incident light and emits the guided light from a light exit surface,
Composed of a diffraction grating having a ridge line as a curve, the average grating vector directions obtained by averaging the grating vector directions are the same, the lengths along the grating vector directions are the same, and the light is guided. A light guide plate in which a plurality of diffraction grating regions having the same average light guide direction as the average direction and the average grating vector are arranged on the light exit surface or the surface facing the light exit surface. 請求項１または請求項２に記載の導光板において、
前記各回折格子領域の配置ピッチを一定とし、前記各回折格子領域の回折効率を、前記平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにした導光板。The light guide plate according to claim 1 or 2,
A light guide plate in which the arrangement pitch of each diffraction grating region is constant, and the diffraction efficiency of each diffraction grating region is increased as it proceeds along the average light guide direction. 請求項１または請求項２に記載の導光板において、
前記回折格子を、複数の凹形状と凸形状とを前記格子ベクトル方向に沿って繰り返し配置することによって構成してなる表面レリーフ型の回折格子とした導光板。The light guide plate according to claim 1 or 2,
A light guide plate as a surface relief type diffraction grating, wherein the diffraction grating is configured by repeatedly arranging a plurality of concave shapes and convex shapes along the grating vector direction. 請求項４に記載の導光板において、
前記各回折格子領域の配置ピッチを一定とし、前記各回折格子領域の回折効率を、前記平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにした導光板。The light guide plate according to claim 4,
A light guide plate in which the arrangement pitch of each diffraction grating region is constant, and the diffraction efficiency of each diffraction grating region is increased as it proceeds along the average light guide direction. 請求項４に記載の導光板において、
前記回折格子を構成してなる凹形状と凸形状との大きさを全ての回折格子領域について同一とし、前記各回折格子領域の配置ピッチを前記平均導光方向に沿って進むにつれて狭めるようにした導光板。The light guide plate according to claim 4,
The size of the concave shape and the convex shape constituting the diffraction grating are the same for all diffraction grating regions, and the arrangement pitch of each diffraction grating region is narrowed as the average light guide direction is advanced. Light guide plate. 前記表面レリーフ型の回折格子を、ブレーズド回折格子とした請求項４乃至６のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to claim 4, wherein the surface relief type diffraction grating is a blazed diffraction grating. 前記表面レリーフ型の回折格子を、断面形状が正弦波からなる回折格子または矩形波からなる回折格子とした請求項４乃至６のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to claim 4, wherein the surface relief type diffraction grating is a diffraction grating having a cross-sectional shape of a sine wave or a diffraction wave of a rectangular wave. 前記各回折格子領域において、前記表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを一定とした請求項４乃至８のうち何れか１項に記載の導光板。9. The light guide plate according to claim 4, wherein a grating pitch of the surface relief type diffraction grating is constant in each diffraction grating region. 前記各回折格子領域において、前記表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを連続的に変化させるようにした請求項４乃至８のうち何れか１項に記載の導光板。9. The light guide plate according to claim 4, wherein a grating pitch of the surface relief type diffraction grating is continuously changed in each diffraction grating region. 前記光射出面に、前記光射出面から射出された光を拡散するための凹凸形状を形成した請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の導光板。11. The light guide plate according to claim 1, wherein an uneven shape for diffusing light emitted from the light exit surface is formed on the light exit surface. 前記各回折格子領域の前記格子ベクトル方向に沿った長さを、前記回折格子の格子ピッチの３倍以上１００μｍ以下とした請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の導光板。12. The light guide plate according to claim 1, wherein a length of each diffraction grating region along the grating vector direction is set to be not less than 3 times and not more than 100 μm of a grating pitch of the diffraction grating. 請求項１乃至１２のうち何れか１項に記載の導光板と、
前記導光板によって導光される光を前記導光板に供給する点状の、または前記各回折格子領域と平行な方向に長い線状の光源と
を備えた照明装置。The light guide plate according to any one of claims 1 to 12,
An illumination device comprising: a point-like light source that supplies light guided by the light guide plate to the light guide plate, or a linear light source that is long in a direction parallel to the diffraction grating regions. 請求項１３に記載の照明装置において、
前記光源を複数備えた照明装置。The lighting device according to claim 13.
A lighting device comprising a plurality of the light sources. 請求項１３または請求項１４に記載の照明装置において、
前記光射出面に対向する面を覆うように、光を反射する機能を有する反射体を配置した照明装置。The lighting device according to claim 13 or 14,
An illumination device in which a reflector having a function of reflecting light is disposed so as to cover a surface facing the light emitting surface. 請求項１３乃至１５のうち何れか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置に備えられた導光板の光射出面を覆うように配置され、前記光射出面から射出された光を透過させることによって画像を表示する透過型表示素子と
を備えた表示装置。The lighting device according to any one of claims 13 to 15,
A display device comprising: a transmissive display element that is disposed so as to cover a light emission surface of a light guide plate provided in the illumination device and displays an image by transmitting light emitted from the light emission surface.
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