JP2007087647A - Light guide plate, backlight, and liquid crystal display device - Google Patents

Light guide plate, backlight, and liquid crystal display device Download PDF

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Yukiko Nagasaka
由起子 長坂
Noriaki Okada
訓明 岡田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light guide plate excellent in light separation property separating light including a plurality of wavelength area into respective wavelength areas. <P>SOLUTION: The light guide plate 9 guiding the light emitted from a light source 31 emitting light including a plurality of wavelength areas has a high refractive index layer 5, low refractive index layers 6 having a refractive index lower than that of the high refractive index layer 5, and an optical deflection element 7 for refracting the light. The high refractive index layer 5 is interposed between the low refractive index layers 6. The optical deflection element 7 is formed so as to deflect a part of the light traveling through the high refractive index layer 5 toward the low refractive index layer 6. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、導光板、バックライトおよび液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a light guide plate, a backlight, and a liquid crystal display device.

従来のカラー液晶表示装置においては、複数の画素を含み、それぞれの画素は、赤色、緑色、および青色の絵素(または、サブ画素ともいう)を含む。これらの3色の絵素が発光することにより、1つの画素の色が定められる。以下、赤色を「R」と示し、緑色を「G」と示し、青色を「B」と示す。カラー液晶パネルにおいては、それぞれの絵素に白色光源の光を入射させる。白色光が赤色、緑色または青色のカラーフィルタを透過することにより、カラー表示を行なっている。   A conventional color liquid crystal display device includes a plurality of pixels, and each pixel includes red, green, and blue picture elements (also referred to as sub-pixels). When these three color picture elements emit light, the color of one pixel is determined. Hereinafter, red is indicated as “R”, green is indicated as “G”, and blue is indicated as “B”. In a color liquid crystal panel, light from a white light source is incident on each picture element. White light is transmitted through a red, green or blue color filter to perform color display.

従来の技術におけるカラー液晶表示装置においては、それぞれの色のカラーフィルタに白色光が透過するため、白色光のうちほぼ1/3の光は透過するものの、ほぼ2/3の光は吸収される。すなわち光の利用効率は約33%になる。   In the conventional color liquid crystal display device, white light is transmitted through the color filters of the respective colors, so that about 1/3 of the white light is transmitted, but almost 2/3 of the light is absorbed. . That is, the light utilization efficiency is about 33%.

特開平9−113903号公報においては、光源から発せられた光が反射鏡を介して導光板に入射して、導光板の内部に配置された回折格子で反射され、導光板から出射されるように形成された液晶表示装置が開示されている。回折格子で光が反射される際には、回折格子の分散効果により、R、GおよびBの各色がそれぞれ異なった方向に反射される。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-113903, light emitted from a light source is incident on a light guide plate through a reflecting mirror, reflected by a diffraction grating disposed inside the light guide plate, and emitted from the light guide plate. A liquid crystal display device formed in the above is disclosed. When light is reflected by the diffraction grating, the R, G, and B colors are reflected in different directions due to the dispersion effect of the diffraction grating.

R、GおよびBの各色は、それぞれ異なった方向に進む光に分離される。導光板から取出された光は、偏向板によって偏向方向が揃えられ、レンズによって画素の開口部に集光される。R、GおよびBの各色は、異なったそれぞれの色の画素に集光される。この液晶表示装置によれば、色分離による光のロスを減らして、明るく消費電力の少ない液晶表示装置を得ることができると開示されている。
特開平9−113903号公報
The R, G and B colors are separated into light traveling in different directions. The light extracted from the light guide plate has its deflection direction aligned by the deflection plate, and is condensed on the pixel opening by the lens. The R, G, and B colors are collected on pixels of different colors. According to this liquid crystal display device, it is disclosed that light loss due to color separation can be reduced and a bright liquid crystal display device with low power consumption can be obtained.
JP-A-9-113903

上記の特開平9−113903号公報に開示された液晶表示装置においては、回折光学素子として、反射型ホログラムが用いられている。反射型ホログラムは、導光板の内部を伝播する光を反射して、導光板からR、G、Bに分離した光を取出すことができる。   In the liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-113903, a reflection hologram is used as a diffractive optical element. The reflection hologram reflects light propagating through the light guide plate and can extract light separated into R, G, and B from the light guide plate.

反射型ホログラムに対して入射する光は、導光板中を全反射して伝播する光になるため、導光板の屈折率と空気の屈折率から得られる臨界角θcを満たす光がすべて反射型ホログラムに入射する。反射型ホログラムに入射する光の入射角は広い範囲になる。このため、導光板から出射されるときのそれぞれの色の波長領域の光は、広い範囲の放射角を有し、混色が生じる場合があるという問題があった。 The light incident on the reflection hologram becomes light that is totally reflected in the light guide plate and propagates. Therefore, all light that satisfies the critical angle θ c obtained from the refractive index of the light guide plate and the refractive index of air is all reflective. Incident on the hologram. The incident angle of light incident on the reflection hologram is in a wide range. For this reason, the light in the wavelength region of each color when emitted from the light guide plate has a problem that it has a wide range of emission angles and color mixing may occur.

波長選択性の小さな回折光学素子または入射角選択性の小さな回折光学素子は、それぞれの光の波長や入射角によって回折角度が異なるため、たとえば、R、GまたはBの光が、それぞれ単一の波長で形成される光源を用いた場合であっても、入射角が異なれば、導光板からの出射位置や出射角が異なる。液晶パネルにおいては、対応する絵素と異なる絵素に光が入射することが生じ得る。すなわち、一の色の絵素に他の色の光が入射して、混色が生じるという問題が生じ得る。特に、高精細の画素を含む液晶パネルは、絵素同士の間隔が小さいために混色が生じやすいという問題があった。   A diffractive optical element having a small wavelength selectivity or a diffractive optical element having a small incident angle selectivity has different diffraction angles depending on the wavelength or incident angle of each light. Even when a light source formed with a wavelength is used, if the incident angle is different, the emission position and the emission angle from the light guide plate are different. In a liquid crystal panel, light may be incident on a picture element different from the corresponding picture element. That is, there may be a problem that color mixing occurs when light of another color enters the picture element of one color. In particular, a liquid crystal panel including high-definition pixels has a problem that color mixing is likely to occur because the interval between picture elements is small.

本発明は、複数の波長領域の光をそれぞれの波長領域の光に分離する光分離性に優れた導光板、バックライトおよび液晶表示装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a light guide plate, a backlight, and a liquid crystal display device that are excellent in light separation properties for separating light of a plurality of wavelength regions into light of each wavelength region.

本発明に基づく導光板は、複数の波長領域を含む光を発する光源からの光を導く導光板であって、高屈折率層と、上記高屈折率層よりも屈折率の小さな低屈折率層とを備える。上記光を回折させるための回折光学素子を備える。上記低屈折率層は、上記高屈折率層を挟むように配置されている。上記回折光学素子は、上記高屈折率層を伝播する上記光の一部を上記低屈折率層に向かって回折するように形成されている。   A light guide plate according to the present invention is a light guide plate for guiding light from a light source that emits light including a plurality of wavelength regions, and a high refractive index layer and a low refractive index layer having a refractive index smaller than that of the high refractive index layer. With. A diffractive optical element for diffracting the light is provided. The low refractive index layer is disposed so as to sandwich the high refractive index layer. The diffractive optical element is formed to diffract a part of the light propagating through the high refractive index layer toward the low refractive index layer.

上記発明において好ましくは、上記回折光学素子は、上記低屈折率層に配置されている。上記回折光学素子は、上記低屈折率層と上記高屈折率層との境界面に配置されている。   In the above invention, the diffractive optical element is preferably disposed in the low refractive index layer. The diffractive optical element is disposed on a boundary surface between the low refractive index layer and the high refractive index layer.

上記発明において好ましくは、上記光源は、第1の波長領域の光と第2の波長領域の光を発するように形成されている。上記光源は、波長λ1が、λ1min<λ1<λ1maxの上記第1の波長領域の光を発するように形成されている。上記光源は、波長λ2が、λ2min<λ2<λ2maxの上記第2の波長領域の光を発するように形成されている。上記回折光学素子の格子ピッチをΛとした場合、上記高屈折率層の屈折率n1と上記低屈折率層の屈折率n2が以下の式を満たすように形成されている。sin-1((λ1min/Λ)-1)<sin-1((λ2max/Λ)-sinθc)。ここで、θc=sin-1(n2/n1)、λ1>λ2 、およびn1>n2 である。 In the above invention, the light source is preferably formed to emit light in the first wavelength region and light in the second wavelength region. The light source is formed such that the wavelength λ 1 emits light in the first wavelength region where λ 1min11max . The light source, the wavelength lambda 2 is formed to emit λ 2min2 <λ the light of the second wavelength region 2max. When the grating pitch of the diffractive optical element is Λ, the refractive index n 1 of the high refractive index layer and the refractive index n 2 of the low refractive index layer are formed so as to satisfy the following expression. sin −1 ((λ 1min / Λ) −1) <sin −1 ((λ 2max / Λ) −sin θ c ). Here, θ c = sin −1 (n 2 / n 1 ), λ 1 > λ 2 , and n 1 > n 2 .

上記発明において好ましくは、上記回折光学素子を複数備え、複数の上記回折光学素子は、互いに離れて配置されている。   Preferably, in the above invention, a plurality of the diffractive optical elements are provided, and the plurality of diffractive optical elements are arranged apart from each other.

上記発明において好ましくは、上記回折光学素子は、格子ピッチが非等周期になるように形成されている。   Preferably, in the above invention, the diffractive optical element is formed such that the grating pitch is non-uniform.

上記発明において好ましくは、上記回折光学素子は、集光作用を有するように形成されている。   Preferably, in the above invention, the diffractive optical element is formed so as to have a light collecting action.

上記発明において好ましくは、上記低屈折率層の外側の表面に配置された補助光学素子を備える。上記補助光学素子は、上記光を上記低屈折率層の表面のほぼ法線方向に出射させるように形成されている。   In the above invention, preferably, an auxiliary optical element disposed on the outer surface of the low refractive index layer is provided. The auxiliary optical element is formed so as to emit the light substantially in the normal direction of the surface of the low refractive index layer.

上記発明において好ましくは、上記補助光学素子は、マイクロプリズムまたはマイクロミラーを含む。   In the above invention, preferably, the auxiliary optical element includes a microprism or a micromirror.

本発明に基づくバックライトは、上述の導光板と、上記光源とを備える。
上記発明において好ましくは、上記光源は、赤色の波長領域、緑色の波長領域、および青色の波長領域を含む上記光を発するように形成されている。
The backlight based on this invention is equipped with the above-mentioned light-guide plate and the said light source.
In the invention described above, the light source is preferably configured to emit the light including a red wavelength region, a green wavelength region, and a blue wavelength region.

上記発明において好ましくは、上記光源は、線状光源を含む。
上記発明において好ましくは、上記光源は、上記高屈折率層に向かう上記光を集光するための集光手段を含む。
In the above invention, preferably, the light source includes a linear light source.
In the above invention, preferably, the light source includes a condensing unit for condensing the light traveling toward the high refractive index layer.

上記発明において好ましくは、上記集光手段は、レンズまたは放物面鏡を含む。
本発明に基づく液晶表示装置は、上述のバックライトと、それぞれの絵素の液晶を駆動するための駆動素子を含む駆動素子基板と、上記駆動素子基板に対向するように配置された対向基板とを備える。上記対向基板は、上記絵素に対応する開口部を有するブラックマトリクス層を含む。上記導光板から放射された一の色相の波長領域の上記光が、対応する上記一の色相の上記開口部を通るように形成されている。
In the above invention, preferably, the light collecting means includes a lens or a parabolic mirror.
A liquid crystal display device according to the present invention includes the above-described backlight, a drive element substrate including a drive element for driving the liquid crystal of each pixel, and a counter substrate disposed so as to face the drive element substrate. Is provided. The counter substrate includes a black matrix layer having an opening corresponding to the picture element. The light in the wavelength region of one hue emitted from the light guide plate is formed to pass through the opening of the corresponding one hue.

上記発明において好ましくは、上記対向基板は、上記開口部に対応するように配置されたカラーフィルタを含む。上記導光板から放射された一の色相の波長領域の上記光が、対応する上記一の色相の上記カラーフィルタを通るように形成されている。   Preferably, in the above invention, the counter substrate includes a color filter disposed so as to correspond to the opening. The light in the wavelength region of one hue emitted from the light guide plate is formed to pass through the color filter of the corresponding one hue.

上記発明において好ましくは、3色の上記絵素を有する。上記絵素が、ストライプ配列またはデルタ配列になるように形成されている。   Preferably in the said invention, it has the said pixel of 3 colors. The picture elements are formed in a stripe arrangement or a delta arrangement.

上記発明において好ましくは、上記駆動素子基板の表面のうち、上記導光板に対向する表面に形成されたマイクロレンズを備える。上記マイクロレンズは、それぞれの波長領域の上記光を上記開口部に向かって集光するように形成されている。   Preferably, in the above invention, a microlens formed on the surface of the driving element substrate facing the light guide plate is provided. The microlens is formed so as to collect the light in each wavelength region toward the opening.

本発明によれば、複数の波長領域の光をそれぞれの波長領域の光に分離する光分離性に優れた導光板、バックライトおよび液晶表示装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light-guide plate, backlight, and liquid crystal display device which were excellent in the light-separation property which isolate | separates the light of a several wavelength region into the light of each wavelength region can be provided.

(実施の形態1)
図1から図15を参照して、本発明に基づく導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。
(Embodiment 1)
A light guide plate, a backlight, and a liquid crystal display device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本実施の形態における導光板を含むバックライトの概略断面図である。本実施の形態における導光板は、複数の色相領域の光を発する光源からの光を平面的に導くための導光板である。本実施の形態におけるバックライトは、液晶表示装置に備えられ、液晶パネルに対して平面的に光を照射する。また、本実施の形態における導光板は、白色光をそれぞれの色相の波長領域の光に分離する色分離機能を有する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a backlight including a light guide plate in the present embodiment. The light guide plate in the present embodiment is a light guide plate for guiding light from a light source emitting light in a plurality of hue regions in a plane. The backlight in this embodiment is provided in a liquid crystal display device and irradiates light on the liquid crystal panel in a plane. In addition, the light guide plate in the present embodiment has a color separation function that separates white light into light in the wavelength region of each hue.

本実施の形態における導光板9は、導光層4と、導光層4の一方の表面に配置された反射層8と、導光層4の他方の表面に配置されたマイクロプリズム10とを備える。本実施の形態における導光板9は、発光部材1からの光を導くための導光層4を備える。導光層4は、2種以上の屈折率層を備える。本実施の形態においては、導光層4は、高屈折率層5と、高屈折率層5よりも屈折率の小さな低屈折率層6とを備える。本発明においては、低屈折率層よりも相対的に屈折率の大きな層を高屈折率層と言い、高屈折率層よりも相対的に屈折率の小さな層を低屈折率層と言う。   The light guide plate 9 in the present embodiment includes a light guide layer 4, a reflective layer 8 disposed on one surface of the light guide layer 4, and a microprism 10 disposed on the other surface of the light guide layer 4. Prepare. The light guide plate 9 in the present embodiment includes a light guide layer 4 for guiding light from the light emitting member 1. The light guide layer 4 includes two or more refractive index layers. In the present embodiment, the light guide layer 4 includes a high refractive index layer 5 and a low refractive index layer 6 having a refractive index smaller than that of the high refractive index layer 5. In the present invention, a layer having a relatively higher refractive index than the low refractive index layer is referred to as a high refractive index layer, and a layer having a relatively lower refractive index than the high refractive index layer is referred to as a low refractive index layer.

高屈折率層5は、板状に形成されている。低屈折率層6は、板状に形成されている。高屈折率層5および低屈折率層6は、発光部材1からの光を伝播できるように、透明な部材で形成されている。低屈折率層6は、高屈折率層5の表裏の主表面にそれぞれ配置されている。低屈折率層6は、高屈折率層5を挟むように配置されている。   The high refractive index layer 5 is formed in a plate shape. The low refractive index layer 6 is formed in a plate shape. The high refractive index layer 5 and the low refractive index layer 6 are formed of transparent members so that light from the light emitting member 1 can propagate. The low refractive index layers 6 are respectively disposed on the main surfaces of the front and back surfaces of the high refractive index layer 5. The low refractive index layer 6 is arranged so as to sandwich the high refractive index layer 5.

2個の低屈折率層6のうち、一方の低屈折率層6には、回折光学素子7が配置されている。本実施の形態における導光板9は、複数の回折光学素子7を備える。回折光学素子7は、低屈折率層6と高屈折率層5との境界面に配置されている。それぞれの回折光学素子7は、互いに離れて配置されている。本実施の形態においては、複数の回折光学素子7が等間隔で配置されている。それぞれの回折光学素子7は、後述する液晶パネルの絵素の位置に対応するように配置されている。本実施の形態においては、それぞれの絵素の真下に、回折光学素子7が配置されている。   Of the two low refractive index layers 6, one of the low refractive index layers 6 is provided with a diffractive optical element 7. The light guide plate 9 in the present embodiment includes a plurality of diffractive optical elements 7. The diffractive optical element 7 is disposed on the boundary surface between the low refractive index layer 6 and the high refractive index layer 5. Each diffractive optical element 7 is arranged away from each other. In the present embodiment, a plurality of diffractive optical elements 7 are arranged at equal intervals. Each diffractive optical element 7 is arranged so as to correspond to the position of a picture element of a liquid crystal panel described later. In the present embodiment, the diffractive optical element 7 is arranged directly below each picture element.

回折光学素子7が配置された低屈折率層6の主表面のうち、回折光学素子7が配置されている主表面と反対側の主表面には、反射層8が配置されている。本実施の形態においては、導光板9の底部に反射層8が配置されている。反射層8は、回折光学素子7によって回折した光が表面で反射するように形成されている。   Of the main surface of the low refractive index layer 6 on which the diffractive optical element 7 is disposed, the reflective layer 8 is disposed on the main surface opposite to the main surface on which the diffractive optical element 7 is disposed. In the present embodiment, the reflective layer 8 is disposed at the bottom of the light guide plate 9. The reflection layer 8 is formed so that the light diffracted by the diffractive optical element 7 is reflected on the surface.

低屈折率層6のうち、回折光学素子7が配置されていない側の低屈折率層6の表面には、補助光学素子としてマイクロプリズム10が配置されている。本実施の形態におけるマイクロプリズム10は、断面形状がほぼ円弧状になるように形成されている。   On the surface of the low refractive index layer 6 on the side where the diffractive optical element 7 is not disposed, the micro prism 10 is disposed as an auxiliary optical element. The microprism 10 in the present embodiment is formed so that the cross-sectional shape is substantially an arc shape.

マイクロプリズム10は、後述する液晶パネルの絵素に対応する位置に配置されている。本実施の形態においては、回折光学素子7の真上にマイクロプリズム10が配置され、マイクロプリズム10の真上には絵素が配置されている。反射層8で反射した光は、マイクロプリズム10に向かって進行する。マイクロプリズム10は、反射層8で反射した光が、導光層4の表面に垂直な方向に出射するように形成されている。   The microprism 10 is disposed at a position corresponding to a picture element of a liquid crystal panel described later. In the present embodiment, a microprism 10 is disposed directly above the diffractive optical element 7, and a picture element is disposed directly above the microprism 10. The light reflected by the reflective layer 8 travels toward the microprism 10. The microprism 10 is formed so that light reflected by the reflective layer 8 is emitted in a direction perpendicular to the surface of the light guide layer 4.

本実施の形態におけるバックライトは、導光板9と光源31とを備える。光源31は、導光板9の端面の側方に配置されている。光源31は、発光部材1および結合レンズ2を含む。本実施の形態における発光部材1は、R、G、およびBの色の光を含む白色光を発するように、LED(発光ダイオード)が配置されている。本実施の形態における発光部材1は、導光層4のうち高屈折率層5の厚さ方向の中心面の延長上に配置されている。   The backlight in the present embodiment includes a light guide plate 9 and a light source 31. The light source 31 is disposed on the side of the end face of the light guide plate 9. The light source 31 includes the light emitting member 1 and the coupling lens 2. LED (light emitting diode) is arrange | positioned so that the light emitting member 1 in this Embodiment may emit white light containing the light of the color of R, G, and B. FIG. The light emitting member 1 in the present embodiment is disposed on an extension of the central surface in the thickness direction of the high refractive index layer 5 in the light guide layer 4.

光源31は、高屈折率層5と発光部材1との間に配置された結合レンズ2を含む。結合レンズ2は、発光部材1から高屈折率層5に向かう光を集光するための集光手段として配置されている。結合レンズ2は、発光部材1からの光を高屈折率層5に向かって集光するように形成されている。   The light source 31 includes a coupling lens 2 disposed between the high refractive index layer 5 and the light emitting member 1. The coupling lens 2 is disposed as a condensing unit for condensing light from the light emitting member 1 toward the high refractive index layer 5. The coupling lens 2 is formed so as to collect the light from the light emitting member 1 toward the high refractive index layer 5.

図2に、本実施の形態における導光層4の作用効果を説明する模式断面図を示す。発光部材1からの白色光は、放射角θlで出射されて、結合レンズ2に向かう。発光部材1からの光は、結合レンズ2によって集光され、導光層4のうち、高屈折率層5に入射する。本実施の形態においては、高屈折率層5の端面のうち、高屈折率層5の厚さ方向のほぼ中央に集光された光が入射する。高屈折率層5には入射角θwで光が入射する。入射した光は、高屈折率層5の内部を直線的に伝播する。 In FIG. 2, the schematic cross section explaining the effect of the light guide layer 4 in this Embodiment is shown. White light from the light emitting member 1 is emitted at a radiation angle θ l and travels toward the coupling lens 2. The light from the light emitting member 1 is collected by the coupling lens 2 and enters the high refractive index layer 5 in the light guide layer 4. In the present embodiment, the condensed light is incident on the center of the end surface of the high refractive index layer 5 in the thickness direction of the high refractive index layer 5. Light enters at an incident angle theta w is the high refractive index layer 5. The incident light propagates linearly inside the high refractive index layer 5.

図1および図2を参照して、入射した光は、矢印50に示すように、高屈折率層5と低屈折率層6との境界面において反射されながら、高屈折率層5の中を伝播する。   Referring to FIGS. 1 and 2, the incident light is reflected in the interface between the high refractive index layer 5 and the low refractive index layer 6 while being reflected in the high refractive index layer 5 as indicated by an arrow 50. Propagate.

本実施の形態においては、高屈折率層5は屈折率n1を有し、低屈折率層6は屈折率n2を有する。ここで、屈折率n1は屈折率n2よりも大きい。このため、所定の臨界角θcにおいて、高屈折率層5と低屈折率層6との境界面で全反射が生じる。臨界角θcは、以下の式で表わされる。 In the present embodiment, the high refractive index layer 5 has a refractive index n 1 and the low refractive index layer 6 has a refractive index n 2 . Here, the refractive index n 1 is larger than the refractive index n 2 . Therefore, total reflection occurs at the boundary surface between the high refractive index layer 5 and the low refractive index layer 6 at a predetermined critical angle θ c . The critical angle θ c is expressed by the following formula.

Figure 2007087647
Figure 2007087647

図2を参照して、全反射が生じるときの高屈折率層5および低屈折率層6の境界面への入射角θiは、高屈折率層5の屈折率n1と低屈折率層6の屈折率n2とで定まる臨界角θcよりも大きい。すなわち、全反射が生じる入射角θiは、θi>θcの関係満たす。 Referring to FIG. 2, the incident angle θ i to the interface between high refractive index layer 5 and low refractive index layer 6 when total reflection occurs is the refractive index n 1 of high refractive index layer 5 and the low refractive index layer. It is larger than the critical angle θ c determined by the refractive index n 2 of 6. That is, the incident angle θ i at which total reflection occurs satisfies the relationship θ i > θ c .

矢印50に示すように、進行する光源からの光の一部は、高屈折率層5の下側に配置された回折光学素子7に入射角θiで入射する。回折光学素子7においては、それぞれの波長λごとに、異なる回折角で回折されて色分離される。回折光学素子7に入射した光は、回折光学素子7において反射する光と、回折光学素子7を通って回折しながら低屈折率層6に入射する光を有する。 As indicated by the arrow 50, a part of the light from the traveling light source enters the diffractive optical element 7 disposed below the high refractive index layer 5 at an incident angle θ i . In the diffractive optical element 7, each wavelength λ is diffracted at different diffraction angles and color-separated. The light incident on the diffractive optical element 7 includes light reflected by the diffractive optical element 7 and light incident on the low refractive index layer 6 while being diffracted through the diffractive optical element 7.

回折光学素子7で回折された光は、反射層8の表面で反射して、反射層8が配置されている側と反対側の導光層4の表面に向かって進行する。たとえば、図2において、波長λ1を有する光(wave1)は、矢印51に示すように出射角θo wave1で出射する。波長λ2を有する光(wave2)は、矢印52に示すように出射角θo wave2で出射する。波長λ3を有する光(wave3)は、矢印53に示すように、出射角θo wave3で導光層4の表面から出射する。このように、複数の波長領域を含む光を、それぞれの波長領域の光に分離することができる。 The light diffracted by the diffractive optical element 7 is reflected by the surface of the reflective layer 8 and travels toward the surface of the light guide layer 4 opposite to the side where the reflective layer 8 is disposed. For example, in FIG. 2, light (wave 1) having a wavelength λ 1 is emitted at an emission angle θ o wave 1 as indicated by an arrow 51. Light having a wavelength λ 2 (wave2) is emitted at an emission angle θ o wave2 as indicated by an arrow 52. Light (wave 3 ) having a wavelength λ 3 is emitted from the surface of the light guide layer 4 at an emission angle θ o wave 3 as indicated by an arrow 53. Thus, light including a plurality of wavelength regions can be separated into light of each wavelength region.

本実施の形態においては、高屈折率層5と低屈折率層6との屈折率差Δnを小さくすることによって、全反射が生じる臨界角θcを大きくすることができる。臨界角θcを大きくすることにより、導光層4の内部を伝播する光源からの光の入射角θiの範囲を制限することができる。このように、回折光学素子7への入射角θiは、導光層4を形成する高屈折率層5と低屈折率層6との屈折率差を調整することにより、入射角θiの制限を制御することができる。 In the present embodiment, the critical angle θ c at which total reflection occurs can be increased by reducing the refractive index difference Δn between the high refractive index layer 5 and the low refractive index layer 6. By increasing the critical angle θ c , it is possible to limit the range of the incident angle θ i of light from the light source propagating inside the light guide layer 4. Thus, the incident angle theta i of the diffractive optical element 7, by adjusting the refractive index difference between the high refractive index layer 5 to form a light guide layer 4 and the low-refractive index layer 6, the incident angle theta i Limits can be controlled.

図3に、光源から発せられた光が、回折光学素子に到達するまでの模式概略断面図を示す。高屈折率層5に入射したときの入射角(高屈折率層5の内部への放射角)θwは、入射した光が高屈折率層5の内部を伝播するときに、高屈折率層5と低屈折率層6との境界面において、全反射される角度であることが好ましい。すなわち、回折光学素子7への入射角θiが、全反射の臨界角θcよりも小さくなるように、高屈折率層5への入射角θwが定められることが好ましい。この構成を採用することにより、高屈折率層5の内部ではほぼすべての光が全反射する。高屈折率層5への入射角θwと回折光学素子7への入射角θiとの間には次式の関係がある。 FIG. 3 shows a schematic schematic cross-sectional view until the light emitted from the light source reaches the diffractive optical element. Theta w (radiation angle into the interior of the high refractive index layer 5) the angle of incidence of having entered into the high refractive index layer 5, when the light incident to propagate inside the high-refractive index layer 5, a high refractive index layer 5 and the low refractive index layer 6 are preferably at an angle at which total reflection is performed. That is, the incident angle θ w to the high refractive index layer 5 is preferably determined so that the incident angle θ i to the diffractive optical element 7 is smaller than the critical angle θ c of total reflection. By adopting this configuration, almost all light is totally reflected inside the high refractive index layer 5. A relationship of the following equation between the incident angle theta w to the high refractive index layer 5 and the incident angle theta i of the diffractive optical element 7.

Figure 2007087647
Figure 2007087647

たとえば、n1=1.52、n2=1.47の場合には、臨界角θc=75.3°になる。このときの低屈折率層6に入射する入射角θiは、75.3°<θi<90°となり、放射角θwは、θw<±14.7°を満たせばよい。結合レンズ2と導光層4との間は空気であるため、結合レンズ2から高屈折率層5に入射するときの角度は、入射角θw(air)<±23.1°を満たせばよい。 For example, when n 1 = 1.52 and n 2 = 1.47, the critical angle θ c = 75.3 °. The incident angle θ i incident on the low refractive index layer 6 at this time is 75.3 ° <θ i <90 °, and the radiation angle θ w may satisfy θ w <± 14.7 °. Since the air between the coupling lens 2 and the light guide layer 4 is air, the angle when entering the high refractive index layer 5 from the coupling lens 2 should satisfy the incident angle θ w (air) <± 23.1 °. Good.

結合レンズ2は、発光部材1からの光の入射角の絶対値がθw(air)以下になるように集光作用を有するものが好ましい。すなわち、高屈折率層5において、入射した光のすべてが全反射しながら伝播するように、高屈折率層5への入射角が調整されていることが好ましい。 The coupling lens 2 preferably has a condensing function so that the absolute value of the incident angle of light from the light emitting member 1 is equal to or less than θ w (air) . That is, in the high refractive index layer 5, it is preferable that the incident angle to the high refractive index layer 5 is adjusted so that all the incident light propagates while being totally reflected.

本実施の形態においては、回折光学素子7として透過型バイナリホログラムが用いられている。回折光学素子7の格子ピッチをΛとして、波長λの光が入射角θiで回折光学素子7に入射した場合、回折光学素子7からの出射角θoは、以下の式で表わされる。 In the present embodiment, a transmission type binary hologram is used as the diffractive optical element 7. When the grating pitch of the diffractive optical element 7 is Λ and light having a wavelength λ is incident on the diffractive optical element 7 at an incident angle θ i , the exit angle θ o from the diffractive optical element 7 is expressed by the following equation.

Figure 2007087647
Figure 2007087647

ここで、mは回折光の次数、n1は入射面の屈折率、n2は出射面の屈折率である。格子ピッチΛを一定にして、適切な入射角θiで光源からの光を入射させることにより、波長λに依存したθo wave(波長λを有する光の出射角θoを表わす)の角度で出射させることができ、それぞれの波長領域に光を分離することが可能である。たとえば、図2を参照して、波長λ1,λ2,λ3の光を、それぞれに対応する出射角θo wave1,θo wave2,θo wave3で出射させることができる。 Here, m is the order of the diffracted light, n 1 is the refractive index of the entrance surface, and n 2 is the refractive index of the exit surface. By making the light from the light source incident at an appropriate incident angle θ i while keeping the grating pitch Λ constant, the angle of θ o wave (representing the output angle θ o of light having the wavelength λ) depends on the wavelength λ. The light can be emitted and light can be separated into the respective wavelength regions. For example, with reference to FIG. 2, the wavelength lambda 1, lambda 2, lambda 3 of the light, emission angle theta o wave1 corresponding to each, theta o wave2, it can be emitted in theta o wave3, and so.

本実施の形態においては、回折光学素子7が配置された低屈折率層6の表面に反射層8が配置され、光の進行方向を折り返して出射しているが、この形態に限られず、回折光学素子7が配置されている低屈折率層6の表面から光を出射させても構わない。   In the present embodiment, the reflective layer 8 is disposed on the surface of the low refractive index layer 6 on which the diffractive optical element 7 is disposed, and the light travels in the direction of return, but is not limited to this form. Light may be emitted from the surface of the low refractive index layer 6 on which the optical element 7 is disposed.

図4から図8を用いて、回折光学素子への入射角θiと出射角θoとの関係および回折光学素子の回折効率について説明する。以下に示すグラフは、すべて解析による結果である。解析方法においては、回折格子の解析で汎用的に用いられる厳密結合波解析(RCWA:Rigorous Coupled Wave Analysis)を用いた。赤色の波長領域を含む光は波長が630±9nm、緑色の波長を含む光は波長が525±18nm、および青色の波長を含む光は波長が465±13nmとした。 The relationship between the incident angle θ i to the diffractive optical element and the outgoing angle θ o and the diffraction efficiency of the diffractive optical element will be described with reference to FIGS. The graphs shown below are all the results of analysis. In the analysis method, Rigorous Coupled Wave Analysis (RCWA), which is widely used in diffraction grating analysis, was used. The light including the red wavelength region has a wavelength of 630 ± 9 nm, the light including the green wavelength is 525 ± 18 nm, and the light including the blue wavelength is 465 ± 13 nm.

図4に、回折光学素子に各波長領域の光が入射した場合の入射角θiと出射角θoとの関係を示したグラフを示す。図4においては、横軸が入射角θiを示し、縦軸が出射角θoを示す。本実施の形態においては、高屈折率層5の屈折率n1は1.52、低屈折率層6の屈折率n2は1.47である。回折光学素子への入射角θiを75.3°<θi<90.0°の範囲内とした。回折光学素子7としては、格子ピッチΛが367nm、デューティ比は1:1、格子の高さhはΛ/2のものを用いている。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the incident angle θ i and the outgoing angle θ o when light in each wavelength region is incident on the diffractive optical element. In FIG. 4, the horizontal axis represents the incident angle θ i , and the vertical axis represents the exit angle θ o . In the present embodiment, the refractive index n 1 of the high refractive index layer 5 is 1.52, and the refractive index n 2 of the low refractive index layer 6 is 1.47. The incident angle θ i to the diffractive optical element was set in the range of 75.3 ° <θ i <90.0 °. As the diffractive optical element 7, one having a grating pitch Λ of 367 nm, a duty ratio of 1: 1, and a grating height h of Λ / 2 is used.

たとえば、波長525nmの緑の波長領域の光が、入射角θi=75.3°で入射した場合には、回折光学素子7からの−1次(m=−1)透過回折光の出射角はθo=2.0°になる。同様に、入射角θi=90.0°で入射した場合には、θo=4.9°になる。このように、回折光学素子7に入射する入射角の範囲である75.3°<θi<90.0°に対して、出射角の範囲は2.0°<θo<4.9°と小さくなる。 For example, when light in a green wavelength region having a wavelength of 525 nm is incident at an incident angle θ i = 75.3 °, the exit angle of −1st order (m = −1) transmitted diffracted light from the diffractive optical element 7 Becomes θ o = 2.0 °. Similarly, when incident at an incident angle θ i = 90.0 °, θ o = 4.9 °. Thus, the range of the emission angle is 2.0 ° <θ o <4.9 °, whereas the range of the incident angle incident on the diffractive optical element 7 is 75.3 ° <θ i <90.0 °. And become smaller.

このように、出射角の範囲が小さくなることは、他の波長を有する光および他の波長領域の光に対しても同様のことがいえる。各波長領域において、赤色の波長領域の光の出射角の範囲はおおよそ−16°<θo<−10°、緑色の波長領域の光の出射角θoの範囲はおおよそ0°<θ0<8°、および青色の波長領域の光の出射角θoはおおよそ10°<θo<17°である。このように、それぞれの波長領域の光は、出射角が互いに重ならない状態で導光板から出射する。 In this way, the fact that the range of the emission angle is reduced is the same for light having other wavelengths and light in other wavelength regions. In each wavelength region, the range of the emission angle of light in the red wavelength region is approximately −16 ° <θ o <−10 °, and the range of the emission angle θ o of light in the green wavelength region is approximately 0 ° <θ 0 < The outgoing angle θ o of light in the 8 ° and blue wavelength region is approximately 10 ° <θ o <17 °. Thus, the light in each wavelength region is emitted from the light guide plate in a state where the emission angles do not overlap each other.

図5に、比較例として、高屈折率層の両側に配置された低屈折率層が排除された導光板の解析結果を示す。すなわち、低屈折率層の部分が空気に置き換えられたときの解析結果を示す。高屈折率層の屈折率は、1.5である。これに対して、低屈折率層としての空気の屈折率は1である。このときの全反射が生じる臨界角θcは、θc=41.8°になる。したがって、回折光学素子には、入射角θi>41.8°を満たす光が入射する。 FIG. 5 shows an analysis result of the light guide plate from which the low refractive index layers arranged on both sides of the high refractive index layer are excluded as a comparative example. That is, an analysis result when the portion of the low refractive index layer is replaced with air is shown. The refractive index of the high refractive index layer is 1.5. On the other hand, the refractive index of air as the low refractive index layer is 1. The critical angle θ c at which total reflection occurs at this time is θ c = 41.8 °. Therefore, light satisfying the incident angle θ i > 41.8 ° is incident on the diffractive optical element.

図5においては、横軸は入射角θiを示し、縦軸は出射角θoを示す。その他の解析条件は、図4に示した導光板と同様の条件を用いている。入射角θiは、41.8°<θi<90.0°になる。赤色の波長領域の光の出射角の範囲は、おおよそ−47°<θo<−10°、緑色の波長領域の出射角の範囲は、おおよそ−28°<θo<8°、青色の波長領域の光の出射角の範囲は、おおよそ−17°<θo<17°になる。図5に示すように、赤色の波長領域の光、緑色の波長領域の光および青色の波長領域の光には、それぞれの出射角の範囲に互いに重なる部分が生じる。この結果、それぞれの色の混色が生じることがわかる。 In FIG. 5, the horizontal axis represents the incident angle θ i , and the vertical axis represents the outgoing angle θ o . Other analysis conditions are the same as those of the light guide plate shown in FIG. The incident angle θ i is 41.8 ° <θ i <90.0 °. The emission angle range of light in the red wavelength region is approximately −47 ° <θ o <−10 °, and the emission angle range of the green wavelength region is approximately −28 ° <θ o <8 °, and the blue wavelength. The range of the light emission angle of the region is approximately −17 ° <θ o <17 °. As shown in FIG. 5, the light in the red wavelength region, the light in the green wavelength region, and the light in the blue wavelength region have overlapping portions in the range of the respective emission angles. As a result, it can be seen that each color is mixed.

これに対して、図4に示したように、本発明においてはそれぞれの波長領域の光の出射角が重ならないように色分離を行なうことができ、混色が生じることを避けることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 4, in the present invention, color separation can be performed so that the emission angles of light in the respective wavelength regions do not overlap, and color mixing can be avoided.

本実施の形態における導光板は、回折光学素子が互いに離れて配置されている。回折光学素子は、たとえば、低屈折率層の表面全体に形成しても構わないが、本実施の形態における導光板のように、R、GおよびBの絵素を含む画素のそれぞれの位置に対応させて、離散的に回折光学素子を配置しても構わない。離散的に回折光学素子を配置することにより、所望の位置のみに所望の色の光を出射させることができる。   In the light guide plate in the present embodiment, the diffractive optical elements are arranged apart from each other. The diffractive optical element may be formed on the entire surface of the low refractive index layer, for example, but at each position of a pixel including R, G, and B picture elements as in the light guide plate in the present embodiment. Correspondingly, the diffractive optical elements may be arranged discretely. By disposing the diffractive optical elements discretely, light of a desired color can be emitted only at a desired position.

また、本実施の形態における光源は、赤色の波長領域、緑色の波長領域、および青色の波長領域を含む光を発するように形成され、回折光学素子によって、3つの色の波長領域に分離されている。この構成を採用することにより、たとえば、液晶表示装置において、カラーフィルタを用いなくても、フルカラー表示を行なうことができる。また、カラーフィルタにおける光の吸収を減少させることができ、光利用効率の向上を図ることができる。   The light source in the present embodiment is formed so as to emit light including a red wavelength region, a green wavelength region, and a blue wavelength region, and is separated into wavelength regions of three colors by a diffractive optical element. Yes. By adopting this configuration, for example, in a liquid crystal display device, full color display can be performed without using a color filter. In addition, light absorption in the color filter can be reduced, and light utilization efficiency can be improved.

また、本実施の形態における回折光学素子は、低屈折率層と高屈折率層との境界面に配置されている。この構成を採用することにより、導光層の臨界角θcを満たす入射角θiの光を回折光学素子に入射させることができるため、回折光学素子に入射する光の角度の制限を容易に調整して定めることができる。 In addition, the diffractive optical element in the present embodiment is disposed on the boundary surface between the low refractive index layer and the high refractive index layer. By adopting this configuration, light having an incident angle θ i that satisfies the critical angle θ c of the light guide layer can be incident on the diffractive optical element, so that it is easy to limit the angle of light incident on the diffractive optical element. It can be adjusted.

また、本実施の形態における回折光学素子の格子ピッチΛは、等周期なるように形成されている。格子ピッチは、この形態に限られず、非等周期になるように形成されていても構わない。格子ピッチが非等周期になるように形成されていることにより、たとえば、それぞれの波長領域の光の出射方向を制御することができる。ここで格子ピッチとは、回折格子の表面の凹凸のピッチを示す。または、細かく回折光学素子の出射方向を制御することができるため、より確実に混色を防ぐことができる。   Further, the grating pitch Λ of the diffractive optical element in the present embodiment is formed to have an equal period. The lattice pitch is not limited to this form, and may be formed so as to have an unequal period. By forming the grating pitch so as to have an unequal period, for example, the emission direction of light in each wavelength region can be controlled. Here, the grating pitch indicates the pitch of the irregularities on the surface of the diffraction grating. Alternatively, since the emission direction of the diffractive optical element can be finely controlled, color mixing can be prevented more reliably.

図6から図8に、回折光学素子から出射したそれぞれの波長領域の光の回折効率を示したグラフを示す。それぞれのグラフにおいては、横軸が回折光学素子の入射角であり、縦軸が回折効率である。それぞれのグラフにおける凡例は、順に、波長、偏向状態(TE偏光またはTM偏光)、回折次数、および透過(T)または反射(R)を示している。たとえば、凡例において「525TE−1T」は、波長が525nmの光で、TE偏向の−1次透過回折光を示す。図6は、赤色の波長領域の光の回折効率を示す。図7は、緑色の波長領域の光の回折効率を示す。図8は、青色の波長領域の光の回折効率示す。   6 to 8 are graphs showing the diffraction efficiencies of the light in the respective wavelength regions emitted from the diffractive optical element. In each graph, the horizontal axis represents the incident angle of the diffractive optical element, and the vertical axis represents the diffraction efficiency. The legend in each graph shows, in order, wavelength, deflection state (TE polarization or TM polarization), diffraction order, and transmission (T) or reflection (R). For example, in the legend, “525TE-1T” is a light having a wavelength of 525 nm and indicates a TE-polarized minus first-order transmitted diffraction light. FIG. 6 shows the diffraction efficiency of light in the red wavelength region. FIG. 7 shows the diffraction efficiency of light in the green wavelength region. FIG. 8 shows the diffraction efficiency of light in the blue wavelength region.

図6から図8を参照して、すべての波長領域の光において、TE偏向の回折効率は、−1次透過光および−1次反射光ともに約7%になる。低屈折率層を薄くすることによって、導光板の表面において−1次透過光と−1次反射光とを近接させることができる。すなわち、回折光学素子を透過して反射層で反射した−1次透過光と、回折光学素子で反射した−1次反射光とを導光体の表面で近接させるには低屈折率層は薄い方が好ましい。回折されない光のほとんどは、0次の透過光として高屈折率層の内部を全反射しながら進み、他の回折光学素子に入射して回折される。   Referring to FIGS. 6 to 8, the diffraction efficiency of TE deflection is about 7% for both the −1st order transmitted light and the −1st order reflected light in the light of all wavelength regions. By making the low refractive index layer thin, the −1st order transmitted light and the −1st order reflected light can be brought close to each other on the surface of the light guide plate. That is, the low refractive index layer is thin in order to make the first-order transmitted light that has been transmitted through the diffractive optical element and reflected by the reflective layer close to the first-order reflected light reflected by the diffractive optical element on the surface of the light guide. Is preferred. Most of the light that is not diffracted travels while totally reflecting the inside of the high refractive index layer as zero-order transmitted light, and is incident on another diffractive optical element and diffracted.

本実施の形態における回折光学素子は、同一の形状の回折光学素子が複数配置されているが、この形態に限られず、それぞれの回折光学素子において、回折効率が異なるように形成されていても構わない。たとえば、光源から離れるに従って、回折光学素子の回折効率が高くなるように形成されていても構わない。この構成を採用することにより、導光板の表面全体からほぼ均一な明るさで光を放出することができる。回折光学素子の回折効率は、たとえば、回折光学素子の表面の凹凸の高さを変化させることにより調整することができる。   The diffractive optical element according to the present embodiment includes a plurality of diffractive optical elements having the same shape. However, the diffractive optical element is not limited to this form, and each diffractive optical element may be formed to have different diffraction efficiencies. Absent. For example, the diffraction efficiency of the diffractive optical element may be increased as the distance from the light source increases. By adopting this configuration, light can be emitted with almost uniform brightness from the entire surface of the light guide plate. The diffraction efficiency of the diffractive optical element can be adjusted, for example, by changing the height of the irregularities on the surface of the diffractive optical element.

図9に、本実施の形態における液晶表示装置の概略分解斜視図を示す。図10に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。図9を参照して、液晶パネル16のそれぞれの絵素14R,14G,14Bが配列する方向をZ方向として、液晶パネル16の主表面においてZ方向に垂直な方向をX方向、液晶パネル16の主表面に垂直な方向をY方向とする。   FIG. 9 is a schematic exploded perspective view of the liquid crystal display device according to the present embodiment. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device in this embodiment. Referring to FIG. 9, the direction in which the respective picture elements 14R, 14G, 14B of liquid crystal panel 16 are arranged is defined as the Z direction, and the direction perpendicular to the Z direction on the main surface of liquid crystal panel 16 is defined as the X direction. The direction perpendicular to the main surface is defined as the Y direction.

本実施の形態における液晶表示装置17は、バックライトを備え、バックライトは、上述の導光板9と光源31とを含む。液晶表示装置17は、導光板9の表面に対向するように配置された液晶パネル16を備える。液晶パネル16は、板状に形成されている。液晶パネル16は、複数の画素を含む。画素は、それぞれの色相を有する複数の絵素を含む。本実施の形態におけるそれぞれの画素は、赤色の絵素14R、緑色の絵素14G、青色の絵素14Bを有する。   The liquid crystal display device 17 in the present embodiment includes a backlight, and the backlight includes the light guide plate 9 and the light source 31 described above. The liquid crystal display device 17 includes a liquid crystal panel 16 disposed so as to face the surface of the light guide plate 9. The liquid crystal panel 16 is formed in a plate shape. The liquid crystal panel 16 includes a plurality of pixels. The pixel includes a plurality of picture elements having respective hues. Each pixel in this embodiment has a red picture element 14R, a green picture element 14G, and a blue picture element 14B.

図11に、本実施の形態におけるそれぞれの絵素の配置を説明する模式平面図を示す。本実施の形態においては、それぞれの絵素がストライプ配列になるように形成されている。それぞれの絵素は、R、G、およびBの順に、絵素14R、絵素14G、絵素14Bが直線状に配置されている。それぞれの絵素14R,14G,14Bは、一直線状に並んだ絵素群が、並列して複数配置されている。このように、本実施の形態における液晶表示装置は、絵素がストライプ配列になるように形成されている。本実施の形態における絵素は、大きさが153μm×51μmに形成されている。   FIG. 11 is a schematic plan view for explaining the arrangement of the respective picture elements in the present embodiment. In the present embodiment, the picture elements are formed in a stripe arrangement. In each picture element, the picture element 14R, the picture element 14G, and the picture element 14B are linearly arranged in the order of R, G, and B. In each of the picture elements 14R, 14G, and 14B, a plurality of picture element groups arranged in a straight line are arranged in parallel. Thus, the liquid crystal display device according to the present embodiment is formed so that the picture elements are in a stripe arrangement. The picture element in the present embodiment is formed in a size of 153 μm × 51 μm.

図9および図10を参照して、液晶パネル16は、それぞれの絵素に配置された液晶を駆動するための駆動素子を含む駆動素子基板11を備える。本実施の形態においては、駆動素子としてTFT(薄膜トランジスタ)が基板の表面に配置されている。液晶パネル16は、駆動素子基板11に対向するように配置された対向基板15を含む。対向基板15は、光を透過しないように形成されたブラックマトリクス層13を有する。ブラックマトリクス層13は、それぞれの絵素に対応するように形成された開口部を有する。本実施の形態においては、1個の絵素に1個の開口部が形成されている。液晶パネル16は、液晶層12を含む。液晶層12は、駆動素子基板11と対向基板15とに挟まれるように配置されている。   Referring to FIGS. 9 and 10, liquid crystal panel 16 includes drive element substrate 11 including a drive element for driving liquid crystal arranged in each picture element. In the present embodiment, a TFT (Thin Film Transistor) is disposed on the surface of the substrate as a driving element. The liquid crystal panel 16 includes a counter substrate 15 disposed to face the drive element substrate 11. The counter substrate 15 has a black matrix layer 13 formed so as not to transmit light. The black matrix layer 13 has openings formed so as to correspond to the respective picture elements. In the present embodiment, one opening is formed in one picture element. The liquid crystal panel 16 includes the liquid crystal layer 12. The liquid crystal layer 12 is disposed so as to be sandwiched between the drive element substrate 11 and the counter substrate 15.

結合レンズ2は、長手方向を有し導光板9の一の端面に沿うように形成されている。本実施の形態においては、光源31は、複数の発光部材1を有する。それぞれの発光部材1は、互いに離れて配置されている。結合レンズ2としては、円レンズが一直線状に複数並んだレンズアレイでもよいし、Y方向にのみ集光作用を有するように形成されたシリンドリカルレンズであってもよい。   The coupling lens 2 has a longitudinal direction and is formed along one end face of the light guide plate 9. In the present embodiment, the light source 31 includes a plurality of light emitting members 1. Each light emitting member 1 is arranged away from each other. The coupling lens 2 may be a lens array in which a plurality of circular lenses are arranged in a straight line, or may be a cylindrical lens formed so as to have a condensing function only in the Y direction.

光源31において、発光部材1からの光を高屈折率層5に入射させるときの高屈折率層5内部への放射角を小さくすることができるような集光手段を用いることによって、高屈折率層5の臨界角を満たす入射角を有する光を増やすことができ、光の利用効率が向上する。   In the light source 31, by using a condensing means that can reduce the radiation angle to the inside of the high refractive index layer 5 when the light from the light emitting member 1 enters the high refractive index layer 5, a high refractive index is obtained. Light having an incident angle that satisfies the critical angle of the layer 5 can be increased, and light use efficiency is improved.

本実施の形態においては、絵素の並びがストライプ配列になるように形成されているため、R、B、Gが並ぶ方向に垂直な方向(図9および図11においてはX方向)の絵素は、隣接する絵素同士が同じ色であるため、X方向における位置調整は必要ない。すなわち、X−Z面のコリメートは不要である。   In the present embodiment, since the arrangement of picture elements is formed in a stripe arrangement, picture elements in a direction perpendicular to the direction in which R, B, and G are arranged (the X direction in FIGS. 9 and 11). Since the adjacent picture elements have the same color, position adjustment in the X direction is not necessary. That is, collimation of the XZ plane is not necessary.

図9および図10を参照して、発光部材1から発せられた光は、結合レンズ2で集光されて、高屈折率層5に入射する。高屈折率層5に入射した光は、矢印50に示すように、高屈折率層5の内部を全反射しながら進行する。回折光学素子7に入射した光は、それぞれの波長にしたがって回折して、回折光学素子7が配置された低屈折率層6に入射する。低屈折率層6に入射した光は、反射層8で反射して液晶パネル16に向かう。それぞれの波長領域の光は、矢印54R,54G,54Bに示すように、対応する絵素14R,14G,14Bに向かって放出される。   With reference to FIGS. 9 and 10, the light emitted from the light emitting member 1 is collected by the coupling lens 2 and enters the high refractive index layer 5. The light incident on the high refractive index layer 5 travels while totally reflecting the inside of the high refractive index layer 5 as indicated by an arrow 50. The light incident on the diffractive optical element 7 is diffracted according to the respective wavelengths, and enters the low refractive index layer 6 on which the diffractive optical element 7 is disposed. Light incident on the low refractive index layer 6 is reflected by the reflective layer 8 and travels toward the liquid crystal panel 16. The light in the respective wavelength regions is emitted toward the corresponding picture elements 14R, 14G, and 14B as indicated by arrows 54R, 54G, and 54B.

本実施の形態の液晶パネル16において、駆動素子基板11の表面には、偏向板、波長板および光学補償板が配置されている(図示せず)。導光板9を出射した光は、マイクロプリズム10によって、光軸が液晶パネル16の主表面にほぼ垂直な方向に揃えられる。導光板9を出射した光は、偏向板、波長板および光学補償板などを通って、偏向方向が揃えられた後に、駆動素子基板11および液晶層12を通って、ブラックマトリクス層13の開口部に入射する。   In the liquid crystal panel 16 of the present embodiment, a deflection plate, a wavelength plate, and an optical compensation plate are disposed on the surface of the drive element substrate 11 (not shown). The light emitted from the light guide plate 9 is aligned by the microprism 10 in the direction substantially perpendicular to the main surface of the liquid crystal panel 16. The light emitted from the light guide plate 9 passes through the deflection plate, the wavelength plate, the optical compensation plate, and the like, and after the deflection direction is aligned, passes through the drive element substrate 11 and the liquid crystal layer 12, and then the opening of the black matrix layer 13 Is incident on.

本実施の形態の液晶パネル16において、対向基板15の表面には、光学補償板、波長板および偏向板が配置されている(図示せず)。開口部を通った光は、これらの光学フィルムを通って出射する。使用者は、対向基板15の側から出射する光を見て映像を視認することができる。   In the liquid crystal panel 16 of the present embodiment, an optical compensation plate, a wavelength plate, and a deflection plate are disposed on the surface of the counter substrate 15 (not shown). Light passing through the opening exits through these optical films. The user can view the image by viewing the light emitted from the counter substrate 15 side.

図12に、1つの画素の部分の概略断面図を示す。前述したように、矢印50に示すように、回折光学素子7に入射した光は、それぞれの波長に応じて回折する。このとき、それぞれの波長領域の光に分離される。回折した光は、反射層8で反射することにより向きを変える。   FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of one pixel portion. As described above, as indicated by the arrow 50, the light incident on the diffractive optical element 7 is diffracted according to each wavelength. At this time, it is separated into light of each wavelength region. The direction of the diffracted light is changed by being reflected by the reflection layer 8.

本実施の形態においては、導光層4の表面に、補助光学素子としてのマイクロプリズム10が配置されている。マイクロプリズム10は、入射した光が対応する絵素に向かって進行するように形成されている。本実施の形態におけるマイクロプリズム10は、導光層4の表面に垂直な向きに光が進行するように形成されている。マイクロプリズム10は、液晶パネル16の表面の法線方向に光が進入するように形成されている。   In the present embodiment, a microprism 10 as an auxiliary optical element is disposed on the surface of the light guide layer 4. The microprism 10 is formed so that incident light travels toward the corresponding picture element. The microprism 10 in the present embodiment is formed so that light travels in a direction perpendicular to the surface of the light guide layer 4. The microprism 10 is formed so that light enters in the normal direction of the surface of the liquid crystal panel 16.

領域61Rは赤色の絵素14Rの領域を示し、領域61Gは緑色の絵素14Gの領域を示し、領域61Bは青色の絵素14Bの領域を示す。矢印54Rに示すように、赤色の波長領域の光は、絵素14Rを通る。矢印54Gに示すように、緑色の波長領域の光は、絵素14Gを通る。矢印54Bに示すように、青色の波長領域の光は、絵素14Bを通る。このように、それぞれの絵素に対して、対応する色の光を導くことができる。   The area 61R indicates the area of the red picture element 14R, the area 61G indicates the area of the green picture element 14G, and the area 61B indicates the area of the blue picture element 14B. As indicated by the arrow 54R, the light in the red wavelength region passes through the picture element 14R. As indicated by the arrow 54G, the light in the green wavelength region passes through the picture element 14G. As indicated by the arrow 54B, the light in the blue wavelength region passes through the picture element 14B. In this way, light of a corresponding color can be guided to each picture element.

本発明における液晶表示装置は、導光板において、それぞれの波長領域の光を分離することができるため、従来には必要であったカラーフィルタを排除することができる。また、この結果、カラーフィルタに光の一部が吸収されることを防止でき、光の利用効率が向上する。たとえば、従来の技術のように、白色光をカラーフィルタに入射させる装置と比較して、約3倍の光利用効率を有する。   Since the liquid crystal display device according to the present invention can separate light of each wavelength region in the light guide plate, it can eliminate the color filter that has been necessary in the past. As a result, it is possible to prevent a part of light from being absorbed by the color filter and to improve the light use efficiency. For example, the light utilization efficiency is about three times that of an apparatus that makes white light incident on a color filter as in the conventional technique.

本実施の形態における導光板9は、低屈折率層6の外側の表面に配置された補助光学素子としてのマイクロプリズム10を備える。この構成を採用することにより、光軸補正を容易に行なうことができ、それぞれの絵素に対して、対応する色の波長領域の光を容易に導光層4に導くことができる。または、回折されたそれぞれの波長領域の光の光軸を、液晶パネルの表面に対して垂直にすることができる。したがって、導光板と液晶パネルとが離れる場合においても、それぞれの絵素に対応する波長領域の光を入射させることができる。   The light guide plate 9 in the present embodiment includes a microprism 10 as an auxiliary optical element disposed on the outer surface of the low refractive index layer 6. By adopting this configuration, optical axis correction can be easily performed, and light in the wavelength region of the corresponding color can be easily guided to the light guide layer 4 for each picture element. Alternatively, the optical axis of the diffracted light in each wavelength region can be made perpendicular to the surface of the liquid crystal panel. Therefore, even when the light guide plate and the liquid crystal panel are separated from each other, light in a wavelength region corresponding to each picture element can be made incident.

マイクロプリズムは、2P(Photo Polymer)成形などで形成することができる。たとえば、用いる光に対して透明な光硬化性樹脂を導光層の表面にポッティングした後に、スタンパを押し当てて加圧する。次に、光硬化性樹脂を硬化させるための光を照射して、マイクロプリズムを形成することができる。   The microprism can be formed by 2P (Photo Polymer) molding or the like. For example, after potting a light curable resin transparent to the light to be used on the surface of the light guide layer, the stamper is pressed and pressurized. Next, light for curing the photocurable resin can be irradiated to form a microprism.

本実施の形態においては、補助光学素子としてマイクロプリズムが配置されていたが、この形態に限られず、補助光学素子としては、光軸の向きを変更できるものであれば構わない。たとえば、補助光学素子としては、光を反射させることにより進行する向きを変化させるマイクロミラーを含んでいても構わない。   In the present embodiment, the microprism is disposed as the auxiliary optical element. However, the present invention is not limited to this form, and any auxiliary optical element may be used as long as the direction of the optical axis can be changed. For example, the auxiliary optical element may include a micromirror that changes the traveling direction by reflecting light.

液晶表示装置において、それぞれの絵素において混色が生じることを防止するためには、回折光学素子によって分離されたそれぞれの波長領域の光が対応する絵素の範囲内に入射することが好ましい。次に、回折光学素子から導光層の上面までの距離および回折光学素子の幅について説明する。   In the liquid crystal display device, in order to prevent color mixing in each picture element, it is preferable that light in each wavelength region separated by the diffractive optical element is incident on the corresponding picture element. Next, the distance from the diffractive optical element to the upper surface of the light guide layer and the width of the diffractive optical element will be described.

図13は、1つの光学素子が配置された部分における導光層の拡大概略断面図である。回折光学素子7から導光層4上面までの距離をLとする。回折光学素子7の幅をWとする。距離Lは、回折光学素子7から導光層4の上面までの光路長になる。光源からの光の波長がλ1min<λ1<λ1maxから構成されているとする。波長λ1が、臨界角θcおよび90°で入射されたときの回折光学素子からの出射角をそれぞれθoc wave1、θo90 wave1とすると、導光層4の表面における出射位置Qc wave1および出射位置Q90 wave1は、以下の式になる。 FIG. 13 is an enlarged schematic cross-sectional view of the light guide layer in a portion where one optical element is disposed. Let L be the distance from the diffractive optical element 7 to the upper surface of the light guide layer 4. The width of the diffractive optical element 7 is W. The distance L is the optical path length from the diffractive optical element 7 to the upper surface of the light guide layer 4. It is assumed that the wavelength of light from the light source is configured from λ 1min11max . If the emission angles from the diffractive optical element when the wavelength λ 1 is incident at the critical angles θ c and 90 ° are θ oc wave1 and θ o90 wave1 , respectively, the emission positions Q c wave1 on the surface of the light guide layer 4 and The emission position Q 90 wave1 is as follows.

Figure 2007087647
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Figure 2007087647
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さらに、回折光学素子は、幅Wを有するため、この幅と同じ長さで出射範囲は広がる。混色を生じさせないようにするためには、R、GおよびBの絵素が並ぶ方向の絵素の長さをZとすると、以下条件を満たすように、R、GおよびBの絵素が並ぶ方向における回折光学素子の幅Wを設定することが好ましい。   Furthermore, since the diffractive optical element has a width W, the emission range is widened with the same length as this width. In order to prevent color mixing, assuming that the length of the picture element in the direction in which the R, G, and B picture elements are arranged is Z, the R, G, and B picture elements are arranged so as to satisfy the following conditions: It is preferable to set the width W of the diffractive optical element in the direction.

Figure 2007087647
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本実施の形態においては、長さZ=60μmの絵素を有する液晶パネルを用いた。また、導光層における長さL=380μm、回折光学素子の幅Wが20μmの導光板を用いた。また、上述の波長領域の光を発する光源を用いた。   In the present embodiment, a liquid crystal panel having a picture element with a length Z = 60 μm is used. A light guide plate having a length L of 380 μm in the light guide layer and a width W of the diffractive optical element of 20 μm was used. Moreover, the light source which emits the light of the above-mentioned wavelength range was used.

液晶表示装置において、光源が発するそれぞれの色相の波長領域の光は、単一波長でない場合がある。たとえば、発光部材1が発するそれぞれの色の光の波長は、±20nm程度の波長幅を有する場合がある。このため、回折光学素子における波長と出射角との関係から、それぞれの絵素において、波長幅に起因する色むらが生じる場合がある。このような場合には、R、G、およびBのそれぞれの絵素の色分布を均一にするための散乱板などが、液晶パネルの表面に配置されていてもよい。この構成により色むらを抑制することができる。   In a liquid crystal display device, light in a wavelength region of each hue emitted from a light source may not be a single wavelength. For example, the wavelength of light of each color emitted from the light emitting member 1 may have a wavelength width of about ± 20 nm. For this reason, due to the relationship between the wavelength and the emission angle in the diffractive optical element, color unevenness due to the wavelength width may occur in each picture element. In such a case, a scattering plate or the like for making the color distribution of the R, G, and B picture elements uniform may be arranged on the surface of the liquid crystal panel. With this configuration, color unevenness can be suppressed.

本実施の形態においては、高屈折率層の屈折率n1を1.52、低屈折率層の屈折率n2を1.47として、屈折率差Δnのn1に対する割合を3.3%にした。屈折率差としては、この形態に限らず、それぞれの色相の波長領域の光が混色しない範囲内であればよい。 In the present embodiment, the refractive index n 1 of the high refractive index layer is 1.52, the refractive index n 2 of the low refractive index layer is 1.47, and the ratio of the refractive index difference Δn to n 1 is 3.3%. I made it. The refractive index difference is not limited to this form, and any refractive index difference may be used as long as the light in the wavelength region of each hue is not mixed.

各波長領域の光が互いに干渉して混色しないようにするためには、それぞれの波長領域の光同士の回折光学素子からの出射角θoが交わらなければよく、上記の式(3)から導かれる以下の式を満たす屈折率n1および屈折率n2を有することが好ましい。第1の波長領域の波長λ1の範囲を、λ1min<λ1<λ1maxとして、第2の波長領域の光の波長λ2の範囲を、λ2min<λ2<λ2maxとする。回折光学素子の格子ピッチをΛとした場合、高屈折率層の屈折率n1と低屈折率層の屈折率n2は、以下の式を満足する範囲内であることが好ましい。 In order to prevent light in each wavelength region from interfering with each other and mixing colors, it is sufficient that the emission angles θ o from the diffractive optical elements of the light in each wavelength region do not intersect with each other, and are derived from the above equation (3). It is preferable to have a refractive index n 1 and a refractive index n 2 that satisfy the following formula. The wavelength lambda 1 of the range of the first wavelength region, as λ 1min <λ 1 <λ 1max , the range of the wavelength lambda 2 of the light in the second wavelength region, and λ 2min <λ 2 <λ 2max . When the grating pitch of the diffractive optical element is Λ, the refractive index n 1 of the high refractive index layer and the refractive index n 2 of the low refractive index layer are preferably within a range satisfying the following formula.

Figure 2007087647
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Figure 2007087647
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たとえば、赤色の波長領域の光の波長λRが、620nm≦λR≦640nmであり、緑色の波長領域の光の波長λGが、540nm≦λG≦560nm、青色の波長領域の光の波長λBが、450nm≦λB≦470nmであり、屈折率n1が1.52、格子ピッチΛが367nmの場合、0.89<(n2/n1)<1を満たす範囲内で、屈折率n2を有する低屈折率層の材料を選定すればよい。また、高屈折率層においても、屈折率n1が1.52の層に限られず、上述の式(7)から式(10)を満足する材料を選定すればよい。 For example, the wavelength λ R of light in the red wavelength region is 620 nm ≦ λ R ≦ 640 nm, the wavelength λ G of light in the green wavelength region is 540 nm ≦ λ G ≦ 560 nm, and the wavelength of light in the blue wavelength region When λ B is 450 nm ≦ λ B ≦ 470 nm, the refractive index n 1 is 1.52, and the lattice pitch Λ is 367 nm, the refractive index is within a range satisfying 0.89 <(n 2 / n 1 ) <1. A material for the low refractive index layer having a refractive index n 2 may be selected. In addition, the high refractive index layer is not limited to a layer having a refractive index n 1 of 1.52, and a material that satisfies the above formulas (7) to (10) may be selected.

図14に、(n2/n1)が0.97、屈折率n1が1.45の場合のグラフを示す。図15に、(n2/n1)が0.97、屈折率n1が1.55のグラフを示す。図14および図15においては、横軸が回折光学素子に入射するときの入射角を示し、縦軸が導光層から出射するときの出射角を示す。 FIG. 14 shows a graph when (n 2 / n 1 ) is 0.97 and the refractive index n 1 is 1.45. FIG. 15 is a graph in which (n 2 / n 1 ) is 0.97 and the refractive index n 1 is 1.55. In FIG. 14 and FIG. 15, the horizontal axis indicates the incident angle when entering the diffractive optical element, and the vertical axis indicates the exit angle when exiting from the light guide layer.

それぞれのR、G、またはBの光は、本実施の形態における上記の波長幅を有する。この場合における臨界角θcは、75.3°になる。回折光学素子の入射角θiの範囲は、75.3°<θi<90.0°になる。図14および図15に示すように、いずれの屈折率n1においても、R、GおよびB同士の出射角の交わる領域はなく、この屈折率n1の範囲内においては、R、GおよびBの波長領域の光を分離できることがわかる。 Each R, G, or B light has the above-described wavelength width in the present embodiment. In this case, the critical angle θ c is 75.3 °. The range of the incident angle θ i of the diffractive optical element is 75.3 ° <θ i <90.0 °. As shown in FIGS. 14 and 15, in any of the refractive index n 1, R, areas of intersection of the exit angle between G and B is not within the scope of this refractive index n 1 is R, G and B It can be seen that light in the wavelength region can be separated.

このように、高屈折率層の屈折率n1と低屈折率層の屈折率n2が、上述の式(7)の条件を満たせば、混色を避けることができる。この結果、カラーフィルタを用いなくても、カラー表示を行なうことができる。 In this way, color mixing can be avoided if the refractive index n 1 of the high refractive index layer and the refractive index n 2 of the low refractive index layer satisfy the condition of the above formula (7). As a result, color display can be performed without using a color filter.

さらに、導光層における各層の厚さを調整しても構わない。たとえば、高屈折率層の厚さを調整しても構わない。高屈折率層に対する光の入射角が同じであっても、高屈折率層の厚さを調整することにより、入射した光が高屈折率層と低屈折率層の境界面において到達する位置が変更される。このため、入射した光が到達する位置に回折光学素子を配置することにより、より効率よく光を利用することができる。   Further, the thickness of each layer in the light guide layer may be adjusted. For example, the thickness of the high refractive index layer may be adjusted. Even if the incident angle of light with respect to the high refractive index layer is the same, by adjusting the thickness of the high refractive index layer, the position where the incident light reaches the boundary surface between the high refractive index layer and the low refractive index layer Be changed. For this reason, light can be used more efficiently by arranging the diffractive optical element at a position where incident light reaches.

本実施の形態においては、液晶表示装置として、透過型の液晶表示装置を例に採りあげて説明したが、この形態に限られず、たとえば、半透過型の液晶表示装置に本願発明を適用することができる。または、本発明は、液晶表示装置に限られず、所定の波長領域に光を分離する必要のある光源を備える装置に本願発明を適用することができる。   In the present embodiment, a transmissive liquid crystal display device has been described as an example of the liquid crystal display device. However, the present invention is not limited to this embodiment. For example, the present invention is applied to a transflective liquid crystal display device. Can do. Alternatively, the present invention is not limited to a liquid crystal display device, and the present invention can be applied to an apparatus including a light source that needs to separate light into a predetermined wavelength region.

(実施の形態2)
図16を参照して、本発明に基づく実施の形態2における導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 16, a light guide plate, a backlight, and a liquid crystal display device according to Embodiment 2 of the present invention will be described.

図16は、本実施の形態における液晶表示装置の1つの画素の部分の拡大概略断面図である。本実施の形態における液晶表示装置が、液晶パネル16を備えることは、実施の形態1と同様である。本実施の形態においては、導光板に配置された回折光学素子の構成が実施の形態1と異なる。   FIG. 16 is an enlarged schematic cross-sectional view of one pixel portion of the liquid crystal display device according to the present embodiment. The liquid crystal display device according to the present embodiment includes the liquid crystal panel 16 as in the first embodiment. In the present embodiment, the configuration of the diffractive optical element disposed on the light guide plate is different from that of the first embodiment.

本実施の形態における回折光学素子20は、集光作用を有する。本実施の形態においては、回折光学素子20は、液晶パネル16のブラックマトリクス層13の開口部において、光の焦点を有するように形成されている。   The diffractive optical element 20 in the present embodiment has a light condensing function. In the present embodiment, the diffractive optical element 20 is formed so as to have a light focus at the opening of the black matrix layer 13 of the liquid crystal panel 16.

矢印50に示すように回折光学素子20に入射した光は、それぞれの波長領域の回折角度を有しながら低屈折率層6の内部に向かって回折する。この後に、反射層8で反射され、マイクロプリズム10を通って液晶パネル16に入射する。   As indicated by an arrow 50, the light incident on the diffractive optical element 20 is diffracted toward the inside of the low refractive index layer 6 while having a diffraction angle in each wavelength region. Thereafter, the light is reflected by the reflective layer 8 and enters the liquid crystal panel 16 through the microprism 10.

矢印57Rに示すように、赤色の波長領域の光は、絵素14Rに入射する。矢印57Gに示すように、緑色の波長領域の光は絵素14Gに入射する。さらに、矢印57Bに示すように、青色の波長領域の光は絵素14Bに入射する。回折光学素子20が集光機能を有するため、それぞれの波長領域の光は細くなる。この結果、絵素同士のピッチを狭くすることができ、高解像度の液晶表示装置を提供することができる。   As indicated by the arrow 57R, the light in the red wavelength region enters the picture element 14R. As indicated by the arrow 57G, the light in the green wavelength region enters the picture element 14G. Further, as indicated by an arrow 57B, light in the blue wavelength region enters the picture element 14B. Since the diffractive optical element 20 has a condensing function, the light in each wavelength region becomes thin. As a result, the pitch between picture elements can be reduced, and a high-resolution liquid crystal display device can be provided.

その他の構成、作用および効果については実施の形態1と同様であるのでここでは説明を繰返さない。   Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated here.

(実施の形態3)
図17および図18を参照して、本発明に基づく実施の形態3における、導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。液晶表示装置が、液晶パネル16および導光板9を備えることは、実施の形態1と同様である。本実施の形態の液晶表示装置においては、バックライトの光源の構成のうち、発光部材から高屈折率層に向かう光を集光するための集光手段が実施の形態1と異なる。
(Embodiment 3)
With reference to FIG. 17 and FIG. 18, a light guide plate, a backlight, and a liquid crystal display device according to Embodiment 3 of the present invention will be described. The liquid crystal display device includes the liquid crystal panel 16 and the light guide plate 9 as in the first embodiment. In the liquid crystal display device according to the present embodiment, the condensing means for condensing the light from the light emitting member toward the high refractive index layer in the configuration of the light source of the backlight is different from that of the first embodiment.

図17に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。発光部材1は、導光板9の側方に配置されている。発光部材1は、高屈折率層5に対向するように配置されている。本実施の形態においては、集光手段として放物面鏡21が配置されている。   FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device in this embodiment. The light emitting member 1 is disposed on the side of the light guide plate 9. The light emitting member 1 is disposed so as to face the high refractive index layer 5. In the present embodiment, a parabolic mirror 21 is disposed as a light collecting means.

放物面鏡21は、断面形状が放物線になるように形成されている。放物面鏡21の内面は、発光部材1からの光を反射するように形成されている。発光部材1から発せられた光は、放物面鏡21の表面で反射した後に高屈折率層5に入射する。集光手段として、結合レンズの代わりに放物面鏡を用いても、光を所定の角度で高屈折率層に入射させることができる。   The parabolic mirror 21 is formed so that the cross-sectional shape is a parabola. The inner surface of the parabolic mirror 21 is formed so as to reflect light from the light emitting member 1. The light emitted from the light emitting member 1 is reflected by the surface of the parabolic mirror 21 and then enters the high refractive index layer 5. Even if a parabolic mirror is used as the condensing means instead of the coupling lens, light can be incident on the high refractive index layer at a predetermined angle.

図18に、発光部材として半値角が±50°または半値角が±70°のLEDが採用され、高屈折率層内部での放射角θwが23.1°(図2参照)で、高屈折率層に入射したときの結合効率の例を示す。発光部材から放射されるすべての光に対して、高屈折率層に入射される光の割合を結合効率として表わす。 In FIG. 18, an LED having a half-value angle of ± 50 ° or a half-value angle of ± 70 ° is employed as the light emitting member, and the radiation angle θ w inside the high refractive index layer is 23.1 ° (see FIG. 2). An example of coupling efficiency when entering the refractive index layer is shown. The ratio of the light incident on the high refractive index layer with respect to all the light emitted from the light emitting member is expressed as the coupling efficiency.

半値角が±50°のLEDを用いたときには、結合レンズの結合効率は48%であるのに対して、放物面鏡の結合効率は77%と大きくなる。半値角が±70°のLEDを用いたときにも同様に、放物面鏡の結合効率は、結合レンズの結合効率よりも大きくなる。このように、放物面鏡は、結合レンズよりも簡易な構成で、高い結合効率を得ることができる。   When an LED having a half-value angle of ± 50 ° is used, the coupling efficiency of the coupling lens is 48%, whereas the coupling efficiency of the parabolic mirror is as large as 77%. Similarly, when an LED having a half-value angle of ± 70 ° is used, the coupling efficiency of the parabolic mirror is larger than the coupling efficiency of the coupling lens. Thus, the parabolic mirror can obtain a high coupling efficiency with a simpler configuration than the coupling lens.

その他の構成、作用および効果については、実施の形態1と同様であるのでここでは説明を繰返さない。   Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated here.

(実施の形態4)
図19から図21を参照して、本発明に基づく実施の形態4における導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。本実施の形態においては、液晶パネルに配置された絵素の配列とバックライトの光源の構成とが実施の形態1と異なる。
(Embodiment 4)
A light guide plate, a backlight, and a liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the arrangement of picture elements arranged on the liquid crystal panel and the configuration of the light source of the backlight are different from those in the first embodiment.

図19に、本実施の形態における液晶表示装置の概略分解斜視図を示す。図20に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。図21に、本実施の形態における液晶パネルの絵素の配列の模式平面図を示す。   FIG. 19 is a schematic exploded perspective view of the liquid crystal display device according to the present embodiment. FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device in this embodiment. FIG. 21 shows a schematic plan view of the arrangement of picture elements of the liquid crystal panel in the present embodiment.

図21を参照して、仮想線62に示すように、本実施の形態における1つの画素は、3個の絵素22R,22G,22Bを含む。絵素22R,22G,22Bの配置は、ほぼ三角形になるように配置されている。すなわち、それぞれの絵素22R,22G,22Bはデルタ配列であり、液晶パネル16のブラックマトリクス層13の開口部は、デルタ配列になるように形成されている。   Referring to FIG. 21, as indicated by virtual line 62, one pixel in the present embodiment includes three picture elements 22R, 22G, and 22B. The picture elements 22R, 22G, and 22B are arranged so as to be substantially triangular. That is, the respective picture elements 22R, 22G, and 22B have a delta arrangement, and the openings of the black matrix layer 13 of the liquid crystal panel 16 are formed to have a delta arrangement.

絵素の配列をデルタ配列にすることにより画質を向上させることができる。デルタ配列においては、図21におけるX方向に隣り合う絵素は、異なる色相の絵素が配置されている。したがって、導光板のX−Z面に関しても、コリメートを行なうことが好ましい。   Image quality can be improved by making the arrangement of picture elements a delta arrangement. In the delta arrangement, picture elements adjacent to each other in the X direction in FIG. 21 are arranged with different hues. Therefore, it is preferable to perform collimation also on the XZ plane of the light guide plate.

図19および図20を参照して、本実施の形態における液晶表示装置18のバックライトは、導光板9と線状光源27とを含む。線状光源27は、導光体23を含む。本実施の形態においては、導光体23は、直方体状に形成されている。   Referring to FIGS. 19 and 20, the backlight of liquid crystal display device 18 in the present embodiment includes light guide plate 9 and linear light source 27. The linear light source 27 includes a light guide 23. In the present embodiment, the light guide 23 is formed in a rectangular parallelepiped shape.

導光体23は、長手方向を有し、長手方向の端面には放物面鏡21が配置されている。放物面鏡21の端部には発光部材1が配置されている。線状光源27の導光板9に向かう側の表面には、低屈折率体25が配置されている。低屈折率体25は、導光体23よりも屈折率が小さくなるように形成されている。また、導光板9の線状光源27に対向する端面には、シリンドリカルレンズ26が配置されている。シリンドリカルレンズ26は、X−Z方向に光をコリメートするように形成されている。   The light guide 23 has a longitudinal direction, and a parabolic mirror 21 is disposed on an end face in the longitudinal direction. The light emitting member 1 is disposed at the end of the parabolic mirror 21. A low refractive index body 25 is arranged on the surface of the linear light source 27 on the side facing the light guide plate 9. The low refractive index body 25 is formed so that the refractive index is smaller than that of the light guide body 23. A cylindrical lens 26 is disposed on the end surface of the light guide plate 9 facing the linear light source 27. The cylindrical lens 26 is formed so as to collimate light in the XZ direction.

低屈折率体25は、導光体23に入射した光が、導光体23の表面と低屈折率体25との境界面で、反射するように形成されている。発光部材1から出射した光は、矢印50に示すように、放物面鏡21の表面で導光体23への入射角が制御されて、導光体23に入射する。導光体23の内部においては、低屈折率体25と導光体23との境界面で全反射しながら進行する。   The low refractive index body 25 is formed so that light incident on the light guide body 23 is reflected at the boundary surface between the surface of the light guide body 23 and the low refractive index body 25. The light emitted from the light emitting member 1 is incident on the light guide 23 with the angle of incidence on the light guide 23 controlled by the surface of the parabolic mirror 21 as indicated by an arrow 50. In the light guide 23, the light travels while being totally reflected at the boundary surface between the low refractive index body 25 and the light guide 23.

導光体23の内部には、反射部24が形成されている。反射部24は、導光体23の内部を進行する光を反射して、導光板9に光を導くように形成されている。本実施の形態においては、それぞれの反射部24は、互いに同じ大きさになるように形成され、一定間隔を空けて配置されている。   A reflection part 24 is formed inside the light guide 23. The reflector 24 is formed so as to reflect light traveling inside the light guide 23 and guide the light to the light guide plate 9. In the present embodiment, the respective reflecting portions 24 are formed so as to have the same size, and are arranged at a predetermined interval.

反射部としては、この形態に限られず、発光部材から遠くなるほど反射部を大きくしたり、発光部材から遠くなるほど発光部同士の距離を小さくしても構わない。これらのうちいずれかの構成を採用することにより、線状光源27から出射する光の強さを線状光源の長手方向にわたってほぼ一様にすることができる。   The reflection part is not limited to this form, and the reflection part may be increased as the distance from the light emitting member increases, or the distance between the light emission parts may be decreased as the distance from the light emission member. By adopting one of these configurations, the intensity of light emitted from the linear light source 27 can be made substantially uniform over the longitudinal direction of the linear light source.

線状光源27を出射した光は、シリンドリカルレンズ26に入射して、X−Z方向に光が揃えられる。また、反射部を反射することにより、Y−Z面に関して、それぞれの光がコリメートされる。導光板9に入射した光は、高屈折率層5の内部を伝わって進行する。光の一部は、回折光学素子7に入射して、それぞれの波長領域に分離されながら回折された後に、反射層8で反射する。この後に、それぞれの波長領域の光が、矢印58R,58G,58Bに示すように、液晶パネル16の同じ色相の絵素22R,22G,22Bに向かうことは、実施の形態1と同様である。   The light emitted from the linear light source 27 enters the cylindrical lens 26, and the light is aligned in the XZ direction. Moreover, each light is collimated regarding a YZ surface by reflecting a reflection part. The light incident on the light guide plate 9 travels through the inside of the high refractive index layer 5. A part of the light enters the diffractive optical element 7 and is diffracted while being separated into the respective wavelength regions, and then reflected by the reflective layer 8. After this, as shown by arrows 58R, 58G, and 58B, the light in the respective wavelength regions is directed to the picture elements 22R, 22G, and 22B of the same hue on the liquid crystal panel 16, as in the first embodiment.

その他の構成、作用および効果については、実施の形態1と同様であるのでここでは説明を繰返さない。   Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated here.

(実施の形態5)
図22を参照して、本発明に基づく実施の形態5における導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。本実施の形態における液晶表示装置は、液晶パネルの構成が、実施の形態1と異なる。
(Embodiment 5)
With reference to FIG. 22, a light guide plate, a backlight, and a liquid crystal display device according to Embodiment 5 of the present invention will be described. The liquid crystal display device in this embodiment is different from that in Embodiment 1 in the configuration of the liquid crystal panel.

図22に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。液晶表示装置が、光源31および導光板9を含むバックライトを備えることは、実施の形態1における液晶表示装置と同様である。   FIG. 22 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device in this embodiment. The liquid crystal display device includes a backlight including the light source 31 and the light guide plate 9 as in the liquid crystal display device in the first embodiment.

本実施の形態における液晶表示装置は、液晶パネル34を備える。液晶パネル34は、開口部を有するブラックマトリクス層13を含む。ブラックマトリクス層13の開口部には、それぞれの絵素の色に対応するように、赤色のカラーフィルタ28R、緑色のカラーフィルタ28G、または青色のカラーフィルタ28Bが配置されている。   The liquid crystal display device in the present embodiment includes a liquid crystal panel 34. The liquid crystal panel 34 includes a black matrix layer 13 having an opening. In the openings of the black matrix layer 13, red color filters 28R, green color filters 28G, or blue color filters 28B are arranged so as to correspond to the colors of the respective picture elements.

本実施の形態における液晶表示装置においては、矢印54Rに示すように、赤色の波長領域の光は、赤色のカラーフィルタ28Rを通る。同様に、矢印54Gに示すように、緑色の波長領域の光は、緑色のカラーフィルタ28Gを通る。また、矢印54Bに示すように、青色の波長領域の光は、青色のカラーフィルタ28Bを通る。このため、製造誤差などに起因して、それぞれの絵素の境界部分で混色が生じることを防止することができる。   In the liquid crystal display device according to the present embodiment, as indicated by an arrow 54R, light in the red wavelength region passes through the red color filter 28R. Similarly, as indicated by an arrow 54G, light in the green wavelength region passes through the green color filter 28G. As indicated by an arrow 54B, the light in the blue wavelength region passes through the blue color filter 28B. For this reason, it is possible to prevent color mixing from occurring at the boundary portion of each picture element due to a manufacturing error or the like.

または、光源から発する光の波長、導光層の厚さ、または液晶パネルの絵素同士のピッチなどによっては、それぞれの波長領域の光の出射角を十分に分離することができない場合がある。このような場合には、それぞれの絵素に、異なった色の波長領域の光が入射して、混色が生じる場合がある。この場合においても、それぞれの色のカラーフィルタを通すことにより混色の影響を排除することができる。   Alternatively, depending on the wavelength of light emitted from the light source, the thickness of the light guide layer, or the pitch between the pixels of the liquid crystal panel, the emission angles of light in the respective wavelength regions may not be sufficiently separated. In such a case, light of different color wavelength regions may enter each picture element and color mixing may occur. Even in this case, the influence of the color mixture can be eliminated by passing the color filters of the respective colors.

それぞれのカラーフィルタ28R,28G,28Bに入射する光は、ほとんどが、それぞれのカラーフィルタ28R,28G,28Bの色の波長領域の光であるため、カラーフィルタ28R,28G,28Bにおける光の吸収はほとんどなく、光利用効率を高い状態にすることができる。   Since most of the light incident on the color filters 28R, 28G, and 28B is light in the wavelength region of the colors of the color filters 28R, 28G, and 28B, the light absorption in the color filters 28R, 28G, and 28B is Almost no light utilization efficiency can be achieved.

その他の構成、作用および効果については、実施の形態1と同様であるのでここでは説明を繰返さない。   Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated here.

(実施の形態6)
図23から図27を参照して、本発明に基づく実施の形態6における導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。本実施の形態における液晶表示装置は、液晶パネルの表面に配置されたマイクロレンズを含む。
(Embodiment 6)
With reference to FIGS. 23 to 27, a light guide plate, a backlight, and a liquid crystal display device according to Embodiment 6 of the present invention will be described. The liquid crystal display device in the present embodiment includes a microlens arranged on the surface of the liquid crystal panel.

図23に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。液晶表示装置が、バックライトを備え、バックライトが光源31および導光板9を含むことは、実施の形態1と同様である。液晶パネル16が、駆動素子基板11および対向基板15などを備えることも実施の形態1と同様である。   FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device in this embodiment. The liquid crystal display device includes a backlight, and the backlight includes the light source 31 and the light guide plate 9 as in the first embodiment. The liquid crystal panel 16 includes the drive element substrate 11 and the counter substrate 15 as in the first embodiment.

本実施の形態においては、液晶パネル16の駆動素子基板11の表面に、マイクロレンズ29が配置されている。マイクロレンズ29は、それぞれの絵素に対応するように配置されている。マイクロレンズ29は、ブラックマトリクス層の開口部に対応する位置に配置されている。本実施の形態においては、開口部の真下にマイクロレンズ29が配置されている。   In the present embodiment, a microlens 29 is disposed on the surface of the drive element substrate 11 of the liquid crystal panel 16. The microlenses 29 are arranged so as to correspond to the respective picture elements. The microlens 29 is disposed at a position corresponding to the opening of the black matrix layer. In the present embodiment, a microlens 29 is disposed directly below the opening.

図24に、液晶表示装置の1つの画素に対応する部分の拡大概略断面図を示す。導光板9を出射した光が、液晶パネル16の表面の法線方向に進行することは、実施の形態1と同様である。本実施の形態においては、駆動素子基板11の表面に形成されたマイクロレンズ29によって、ブラックマトリクス層13のそれぞれの開口部に向かって光が集光される。矢印59R,59G,59Bに示すように、それぞれ色の波長領域の光は、マイクロレンズ29によって集光される。それぞれの色の波長領域の光は、所定の傾斜角度を有して液晶パネル16から出射される。このため、液晶表示装置の視野角を広げることができる。   FIG. 24 shows an enlarged schematic cross-sectional view of a portion corresponding to one pixel of the liquid crystal display device. The light emitted from the light guide plate 9 travels in the normal direction of the surface of the liquid crystal panel 16 as in the first embodiment. In the present embodiment, light is collected toward the respective openings of the black matrix layer 13 by the microlenses 29 formed on the surface of the drive element substrate 11. As indicated by arrows 59R, 59G, and 59B, the light in the wavelength region of each color is collected by the microlens 29. The light in the wavelength region of each color is emitted from the liquid crystal panel 16 with a predetermined inclination angle. For this reason, the viewing angle of the liquid crystal display device can be widened.

または、補助光学素子としてのマイクロプリズム10を配置した場合であっても、それぞれの波長領域の光軸の補正が完全に行なえず、それぞれの光において僅かに広がりを有する場合がある。このような場合においても、マイクロレンズ29で光を集光することができ、混色の影響を抑制することができる。   Alternatively, even when the microprism 10 as an auxiliary optical element is disposed, the optical axis in each wavelength region cannot be completely corrected, and there is a case where each light has a slight spread. Even in such a case, light can be condensed by the microlens 29, and the influence of color mixing can be suppressed.

次に、図25から図27を参照して、液晶パネルに配置されたマイクロレンズの製造方法について説明する。図25から図27は、それぞれの製造工程における概略断面図である。   Next, with reference to FIGS. 25 to 27, a method for manufacturing the microlens arranged on the liquid crystal panel will be described. 25 to 27 are schematic cross-sectional views in the respective manufacturing steps.

初めに、図25を参照して、液晶パネル16の表面のうち、バックライトの光が入射する側の基板である駆動素子基板11の表面に、光硬化性樹脂30を配置する。ここで、光硬化性樹脂30は、光源からの光に対して、透明な樹脂を用いる。本実施の形態においては、光硬化性樹脂30として、ネガ型のドライフィルムレジストを用いている。   First, with reference to FIG. 25, the photocurable resin 30 is arranged on the surface of the drive element substrate 11 which is the substrate on the backlight side of the liquid crystal panel 16 on the surface. Here, the photocurable resin 30 uses a transparent resin with respect to light from the light source. In the present embodiment, a negative dry film resist is used as the photocurable resin 30.

次に、図26を参照して、光硬化性樹脂30に対して露光を行なう露光工程を行なう。露光工程においては、光硬化性樹脂30が配置されている側と反対側から平行光を照射する。照射した光は、偏向板(図示せず)および液晶層12などを透過して、さらに、ブラックマトリクス層13の開口部を透過して、光硬化性樹脂に照射される。   Next, referring to FIG. 26, an exposure process is performed in which the photocurable resin 30 is exposed. In the exposure step, parallel light is irradiated from the side opposite to the side where the photocurable resin 30 is disposed. The irradiated light passes through a deflecting plate (not shown), the liquid crystal layer 12 and the like, and further passes through the opening of the black matrix layer 13 and is irradiated onto the photocurable resin.

露光工程においては、矢印60a〜60cに示すように、平行光の向きを変更しながら照射を行なう。すなわち、平行光の入射角を変更しながら行なう。照射する光の強さと平行光の移動速度を変化させて積算露光量を調整する。断面がレンズ形状を有するレンズ部分32を形成する。レンズ部分32は、光硬化性樹脂が露光によって硬化した部分である。レンズ部分32の周りには、光が照射されなかった未硬化部分33が残存する。   In the exposure step, irradiation is performed while changing the direction of the parallel light, as indicated by arrows 60a to 60c. That is, it is performed while changing the incident angle of the parallel light. The integrated exposure amount is adjusted by changing the intensity of the irradiated light and the moving speed of the parallel light. A lens portion 32 having a lens shape in cross section is formed. The lens portion 32 is a portion where the photocurable resin is cured by exposure. Around the lens portion 32, an uncured portion 33 that has not been irradiated with light remains.

次に、図27に示すように、現像を行なうことにより、未硬化部分を除去して、マイクロレンズ29を形成する。現像工程の後に、必要に応じてベーキングなどを行なって、光硬化性樹脂を完全に硬化させる補助露光工程を行なっても構わない。   Next, as shown in FIG. 27, development is performed to remove the uncured portion and form the microlens 29. After the development process, an auxiliary exposure process for completely curing the photocurable resin by performing baking or the like as necessary may be performed.

本実施の形態におけるマイクロレンズの製造方法は、液晶パネルのブラックマトリクス層の開口部を利用する。すなわち、液晶パネルの絵素を利用して、絵素を透過した光を用いて光硬化性樹脂の露光を行なっている。このため、絵素とマイクロレンズとの間で、複雑な位置合わせ工程を行なったり、高価な位置合せ装置を用いたりする必要はなく、高精度の位置合わせを容易に行なうことができる。また、製造時間を短縮することができる。   The manufacturing method of the microlens in the present embodiment uses the opening of the black matrix layer of the liquid crystal panel. That is, using the picture element of the liquid crystal panel, the light curable resin is exposed using light transmitted through the picture element. Therefore, it is not necessary to perform a complicated alignment process or use an expensive alignment device between the picture element and the microlens, and high-accuracy alignment can be easily performed. Further, the manufacturing time can be shortened.

さらには、マイクロレンズの光軸とブラックマトリクス層の開口部の中心とが完全に一致しているため、光利用効率が高く、正面輝度や視野角特性の優れた液晶表示装置を提供することができる。   Furthermore, since the optical axis of the microlens and the center of the opening of the black matrix layer are completely coincident with each other, it is possible to provide a liquid crystal display device that has high light utilization efficiency and excellent front luminance and viewing angle characteristics. it can.

その他の構成、作用および効果については、実施の形態1と同様であるのでここでは説明を繰返さない。   Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated here.

上記の実施の形態に係るそれぞれの図面において、同一または相当する部分には、同一の符号を付している。   In each drawing according to the above embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

実施の形態1における導光板の断面図である。3 is a cross-sectional view of a light guide plate in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における導光板の作用を説明する第1の拡大概略断面図である。FIG. 5 is a first enlarged schematic cross-sectional view illustrating the operation of the light guide plate in the first embodiment. 実施の形態1における導光板の作用を説明する第2の拡大概略断面図である。FIG. 6 is a second enlarged schematic cross-sectional view for explaining the operation of the light guide plate in the first embodiment. 実施の形態1における導光板の入射角と出射角とを説明するグラフである。4 is a graph for explaining an incident angle and an emission angle of the light guide plate in the first embodiment. 実施の形態1における比較例の導光板の入射角と出射角とを説明するグラフである。6 is a graph illustrating an incident angle and an emission angle of a light guide plate of a comparative example in the first embodiment. 実施の形態1の導光板において、赤色の波長領域の光の回折効率を説明するグラフである。6 is a graph illustrating the diffraction efficiency of light in the red wavelength region in the light guide plate of the first embodiment. 実施の形態1の導光板において、緑色の波長領域の光の回折効率を説明するグラフである。6 is a graph for explaining the diffraction efficiency of light in the green wavelength region in the light guide plate of the first embodiment. 実施の形態1の導光板において、青色の波長領域の光の回折効率を説明するグラフである。6 is a graph for explaining the diffraction efficiency of light in a blue wavelength region in the light guide plate of the first embodiment. 実施の形態1における液晶表示装置の分解概略斜視図である。2 is an exploded schematic perspective view of the liquid crystal display device in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における液晶表示装置の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における絵素の配列を説明する模式平面図である。3 is a schematic plan view illustrating the arrangement of picture elements in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における液晶表示装置の1個の画素の部分の拡大概略断面図である。3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of one pixel of the liquid crystal display device in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における回折光学素子が配置された導光層の拡大概略断面図である。FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a light guide layer in which the diffractive optical element according to Embodiment 1 is arranged. 実施の形態1における高屈折率層の屈折率を変化させた場合の第1のグラフである。6 is a first graph when the refractive index of the high refractive index layer in the first embodiment is changed. 実施の形態1における高屈折率層の屈折率を変化させた場合の第2のグラフである。6 is a second graph when the refractive index of the high refractive index layer in the first embodiment is changed. 実施の形態2における液晶表示装置の一画素の部分の拡大概略断面図である。6 is an enlarged schematic cross-sectional view of a pixel portion of a liquid crystal display device in a second embodiment. FIG. 実施の形態3における液晶表示装置の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device in Embodiment 3. FIG. 実施の形態3における結合効率を示した表である。10 is a table showing the coupling efficiency in the third embodiment. 実施の形態4における液晶表示装置の概略分解斜視図である。6 is a schematic exploded perspective view of a liquid crystal display device according to Embodiment 4. FIG. 実施の形態4における液晶表示装置の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device in Embodiment 4. FIG. 実施の形態4における絵素の配列を示す模式平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing an arrangement of picture elements in a fourth embodiment. 実施の形態5における液晶表示装置の概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device in a fifth embodiment. 実施の形態6における液晶表示装置の概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device in a sixth embodiment. 実施の形態6における液晶表示装置の一画素の部分の拡大概略断面図である。FIG. 10 is an enlarged schematic cross-sectional view of a pixel portion of a liquid crystal display device in a sixth embodiment. 実施の形態6におけるマイクロレンズの製造方法の第1工程説明図である。FIG. 16 is a first process explanatory diagram of the microlens manufacturing method according to Embodiment 6. 実施の形態6におけるマイクロレンズの製造方法の第2工程説明図である。FIG. 10 is a second process explanatory diagram of the microlens manufacturing method according to the sixth embodiment. 実施の形態6におけるマイクロレンズの製造方法の第3工程説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a third step of the method of manufacturing a microlens in the sixth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 発光部材、2 結合レンズ、4 導光層、5 高屈折率層、6 低屈折率層、7,20 回折光学素子、8 反射層、9 導光板、10 マイクロプリズム、11 駆動素子基板、12 液晶層、13 ブラックマトリクス層、14R,14G,14B,22R,22G,22B 絵素、15 対向基板、16,34 液晶パネル、17,18 液晶表示装置、21 放物面鏡、23 導光体、24 反射部、25 低屈折率体、26 シリンドリカルレンズ、27 線状光源、31 光源、28R,28G,28B カラーフィルタ、29 マイクロレンズ、30 光硬化性樹脂、32 レンズ部分、33 未硬化部分、50 矢印(光路を示す),51〜53,54R,54G,54B,57R,57G,57B,58R,58G,58B,59R,59G,59B 矢印、60a〜60c 矢印、61R,61G,61B 領域、62 仮想線、θl,θw,θw(air),θi,θo wave1,θo wave2,θo wave3,θoc wave1,θo90 wave1 角度、Qc wave1,Q90 wave1 位置、W 幅、Z 長さ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting member, 2 Coupling lens, 4 Light guide layer, 5 High refractive index layer, 6 Low refractive index layer, 7,20 Diffractive optical element, 8 Reflective layer, 9 Light guide plate, 10 Micro prism, 11 Drive element board | substrate, 12 Liquid crystal layer, 13 black matrix layer, 14R, 14G, 14B, 22R, 22G, 22B picture element, 15 counter substrate, 16, 34 liquid crystal panel, 17, 18 liquid crystal display device, 21 parabolic mirror, 23 light guide, 24 reflective portion, 25 low refractive index body, 26 cylindrical lens, 27 linear light source, 31 light source, 28R, 28G, 28B color filter, 29 microlens, 30 photocurable resin, 32 lens portion, 33 uncured portion, 50 Arrow (indicating optical path), 51-53, 54R, 54G, 54B, 57R, 57G, 57B, 58R, 58G, 58B, 59R, 59G, 59B Arrow, 6 a~60c arrow, 61R, 61G, 61B area, 62 virtual line, θ l, θ w, θ w (air), θ i, θ o wave1, θ o wave2, θ o wave3, θ oc wave1, θ o90 wave1 Angle, Q c wave1 , Q 90 wave1 position, W width, Z length.

Claims (17)

複数の波長領域を含む光を発する光源からの光を導く導光板であって、
高屈折率層と、
前記高屈折率層よりも屈折率の小さな低屈折率層と、
前記光を回折させるための回折光学素子と
を備え、
前記低屈折率層は、前記高屈折率層を挟むように配置され、
前記回折光学素子は、前記高屈折率層を伝播する前記光の一部を前記低屈折率層に向かって回折するように形成された、導光板。
A light guide plate that guides light from a light source that emits light including a plurality of wavelength regions,
A high refractive index layer;
A low refractive index layer having a refractive index smaller than that of the high refractive index layer;
A diffractive optical element for diffracting the light,
The low refractive index layer is disposed so as to sandwich the high refractive index layer,
The diffractive optical element is a light guide plate formed to diffract part of the light propagating through the high refractive index layer toward the low refractive index layer.
前記回折光学素子は、前記低屈折率層に配置され、
前記回折光学素子は、前記低屈折率層と前記高屈折率層との境界面に配置された、請求項1に記載の導光板。
The diffractive optical element is disposed in the low refractive index layer,
The light guide plate according to claim 1, wherein the diffractive optical element is disposed on a boundary surface between the low refractive index layer and the high refractive index layer.
前記光源は、第1の波長領域の光と第2の波長領域の光を発するように形成され、
前記光源は、波長λ1が、λ1min<λ1<λ1maxの前記第1の波長領域の光を発するように形成され、
前記光源は、波長λが、λ2min<λ2<λ2maxの前記第2の波長領域の光を発するように形成され、
前記回折光学素子の格子ピッチをΛとした場合、前記高屈折率層の屈折率n1と前記低屈折率層の屈折率n2が以下の式を満たすように形成された、請求項2に記載の導光板。
sin-1((λ1min/Λ)-1)<sin-1((λ2max/Λ)-sinθc
ここで、θc=sin-1(n2/n1)、λ1>λ2 、およびn1>n2 である。
The light source is formed to emit light in a first wavelength region and light in a second wavelength region;
The light source is formed such that a wavelength λ 1 emits light in the first wavelength region of λ 1min11max ,
The light source wavelength lambda 2 is formed to emit light of said second wavelength region λ 2min <λ 2 <λ 2max ,
The refractive index n 1 of the high-refractive index layer and the refractive index n 2 of the low-refractive index layer are formed so as to satisfy the following expression, where Λ is the grating pitch of the diffractive optical element: The light guide plate described.
sin −1 ((λ 1min / Λ) −1) <sin −1 ((λ 2max / Λ) −sin θ c )
Here, θ c = sin −1 (n 2 / n 1 ), λ 1 > λ 2 , and n 1 > n 2 .
前記回折光学素子を複数備え、
複数の前記回折光学素子は、互いに離れて配置された、請求項1に記載の導光板。
A plurality of the diffractive optical elements are provided,
The light guide plate according to claim 1, wherein the plurality of diffractive optical elements are arranged apart from each other.
前記回折光学素子は、格子ピッチが非等周期になるように形成された、請求項1に記載の導光板。   The light guide plate according to claim 1, wherein the diffractive optical element is formed so that a grating pitch is non-uniform. 前記回折光学素子は、集光作用を有するように形成された、請求項1に記載の導光板。   The light guide plate according to claim 1, wherein the diffractive optical element is formed to have a condensing function. 前記低屈折率層の外側の表面に配置された補助光学素子を備え、
前記補助光学素子は、前記光を前記低屈折率層の表面のほぼ法線方向に出射させるように形成された、請求項1に記載の導光板。
An auxiliary optical element disposed on the outer surface of the low refractive index layer,
The light guide plate according to claim 1, wherein the auxiliary optical element is formed so as to emit the light in a substantially normal direction of a surface of the low refractive index layer.
前記補助光学素子は、マイクロプリズムまたはマイクロミラーを含む、請求項7に記載の導光板。   The light guide plate according to claim 7, wherein the auxiliary optical element includes a microprism or a micromirror. 請求項1に記載の導光板と、
前記光源と
を備える、バックライト。
The light guide plate according to claim 1;
A backlight comprising the light source.
前記光源は、赤色の波長領域、緑色の波長領域、および青色の波長領域を含む前記光を発するように形成された、請求項9に記載のバックライト。   The backlight according to claim 9, wherein the light source is formed to emit the light including a red wavelength region, a green wavelength region, and a blue wavelength region. 前記光源は、線状光源を含む、請求項9に記載のバックライト。   The backlight according to claim 9, wherein the light source includes a linear light source. 前記光源から前記高屈折率層に向かう前記光を集光するための集光手段を備える、請求項9に記載のバックライト。   The backlight according to claim 9, further comprising a condensing unit for condensing the light from the light source toward the high refractive index layer. 前記集光手段は、レンズまたは放物面鏡を含む、請求項12に記載のバックライト。   The backlight according to claim 12, wherein the light collecting means includes a lens or a parabolic mirror. 請求項9に記載のバックライトと、
それぞれの絵素の液晶を駆動するための駆動素子を含む駆動素子基板と、
前記駆動素子基板に対向するように配置された対向基板と
を備え、
前記対向基板は、前記絵素に対応する開口部を有するブラックマトリクス層を含み、
前記導光板から放射された一の色相の波長領域の前記光が、対応する前記一の色相の前記開口部を通るように形成された、液晶表示装置。
A backlight according to claim 9;
A drive element substrate including a drive element for driving the liquid crystal of each pixel;
A counter substrate disposed to face the drive element substrate,
The counter substrate includes a black matrix layer having an opening corresponding to the picture element,
A liquid crystal display device formed so that the light in the wavelength region of one hue emitted from the light guide plate passes through the opening of the corresponding one hue.
前記対向基板は、前記開口部に対応するように配置されたカラーフィルタを含み、
前記導光板から放射された一の色相の波長領域の前記光が、対応する前記一の色相の前記カラーフィルタを通るように形成された、請求項14に記載の液晶表示装置。
The counter substrate includes a color filter disposed to correspond to the opening,
The liquid crystal display device according to claim 14, wherein the light in a wavelength region of one hue emitted from the light guide plate is formed to pass through the color filter of the corresponding one hue.
3色の前記絵素を有し、
前記絵素が、ストライプ配列またはデルタ配列になるように形成された、請求項14に記載の液晶表示装置。
It has the picture elements of three colors,
The liquid crystal display device according to claim 14, wherein the picture elements are formed in a stripe arrangement or a delta arrangement.
前記駆動素子基板の表面のうち、前記導光板に対向する表面に形成されたマイクロレンズを備え、
前記マイクロレンズは、それぞれの波長領域の前記光を前記開口部に向かって集光するように形成された、請求項14に記載の液晶表示装置。
Of the surface of the drive element substrate, comprising a microlens formed on the surface facing the light guide plate,
The liquid crystal display device according to claim 14, wherein the microlens is formed so as to collect the light in each wavelength region toward the opening.
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