JP4341262B2 - Light guide and display body using the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面的に光を導光させる平面状の導光体、およびそれを用いた表示体に係り、特に平面照明光源用の導光体、およびその導光体からの射出光をＬＣＤパネル等の表示素子の照明光とする表示体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、平面的に光を導光させる平面状の導光体は、ＬＣＤパネル等の表示素子の背面光源用光学部材としての利用をはじめとして、多くの用途で使用されてきている。
【０００３】
特に、ＬＣＤパネル等の表示素子の背面光源用光学部材としての導光体は、典型的には、１〜数ｍｍ程度の厚さの透明樹脂で形成されている。
【０００４】
また、導光体への光の入射は、一般的に、導光体の端面において平面部に垂直な方向から行なわれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の導光体においては、入射光に対する光の利用効率の低下や、好ましくない光成分（例えば、輝度むらや、照明光として利用しきれない成分等）の発生等の光学的な問題がある。
【０００６】
また、光源の大きさが小さく、数が少ない場合には、平面的に光を効率よく均一に拡げることが難しい。
【０００７】
一方、入射光に対する光の利用効率を低下させないようにするためには、導光体自身の厚みを厚くしなければならないことから、導光体自身の厚みを薄くすることが考えられるが、それを実現できないのが現状である。
【０００８】
この導光体自身の厚みは、製品を薄くすることができないという問題に留まらず、重量、製造コスト等の面でも問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、導光体本体の厚さを薄くすることを実現しつつ、入射光に対する光の利用効率を高めることができると共に、平面的に光を効率よく均一に拡げることが可能な導光体、およびそれを用いた表示体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明では、平面的に光を導光させる平面状の導光体において、入射光を導光体本体の内部へ取り入れる入射カップラを、導光体本体上の平面部に少なくとも１個配置し、入射カップラを、入射光を導光体本体の平面部に平行な面において光を拡げながら導光体本体内を導光する光に変換する機能を有する回折光学素子で構成するようにしている。
【００１１】
従って、第１の発明の導光体においては、入射光を導光体本体の内部へ取り入れる入射カップラを、導光体本体上の平面部に配置することにより、入射カップラの大きさを導光体本体の厚みに限定されることなく決定することができ、入射光の十分な取り入れ効率を得るための大きさの入射カップラを使用することができる。これにより、平面状の導光体本体に光を効率良く入射させることができると共に、導光体本体の厚さを薄くすることができる。特に、入射カップラを構成する回折光学素子も、その他の光学素子に比べて薄い構造（典型的には０．１〜１０μｍ程度）で良いため、導光体を平滑な板もしくはフィルムとして容易に取り扱うことができる。また、構成が極めて簡単であり、構成材料が少なくてよいため、安価に製造することができる。さらに、光学的には、回折光学素子の機能により、光を均一に拡げることができ、特に光源の大きさが小さく、数が少ないような場合でも（１つの場合でも）、均一に光を導光させることができる。さらにまた、光源と導光体本体との位置関係が若干ずれても、導光体本体への光の入射効率が著しく変化することがなく、光源と導光体本体とのアライメントが簡便となる。
【００１２】
また、第２の発明では、上記第１の発明の導光体において、入射カップラにより、入射光を導光体本体の内部へ臨界角以上の角度で取り入れるようにしている。
【００１３】
従って、第２の発明の導光体においては、入射カップラで、入射光を導光体本体の内部へ臨界角以上の角度で取り入れることにより、平面状の導光体本体の両平面部では全反射が起こり、平面状の導光体本体の内部を極めて効率良く導光させることができる。
【００１４】
さらに、第３の発明では、上記第１または第２の発明の導光体において、導光体本体の内部を導光する光を導光体本体の外へ射出する射出カップラを、導光体本体上に少なくとも１個配置するようにしている。
【００１５】
さらにまた、第４の発明では、上記第３の発明の導光体において、射出カップラを、回折光学素子で構成するようにしている。
【００１６】
従って、第３および第４の発明の導光体においては、導光体本体の内部を導光する光を導光体本体の外へ射出する射出カップラを、導光体本体上に配置することにより、平面状の導光体本体の内部から、射出カップラを配置した位置において効率良く光を射出することができる。すなわち、平面上の任意の位置から選択的に光を射出することができ、その他の領域では光が導光するため、極めて効率良く光を利用することができる。また、射出カップラを構成する回折光学素子も、その他の光学素子に比べて薄い構造（典型的には０．１〜１０μｍ程度）で良いため、導光体を板もしくはフィルムとして取り扱うことができる。
【００１７】
一方、第５の発明では、上記第３または第４の発明の導光体において、射出カップラの大きさを、入射カップラに近い側は小さくし、入射カップラから離れるにしたがって大きくなるようにしている。
【００１８】
従って、第５の発明の導光体においては、射出カップラの大きさを、入射カップラに近い側は小さくし、入射カップラから離れるにしたがって大きくなるようにすることにより、射出カップラの大きさに応じて、射出カップラの光学的設計を大きく変更することなく、導光中の光から射出光へ変換される割合を制御することができるため、平面状の導光体本体から均一に光を射出することができる。
【００１９】
また、第６の発明では、上記第１乃至第５の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、表面レリーフ型回折素子とするようにしている。
【００２０】
従って、第６の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、表面レリーフ型回折素子とすることにより、例えばエンボス技術等を用いて、導光体を容易かつ安価に量産することができる。特に、入射カップラと射出カップラとを、共に表面レリーフ型回折素子とした場合には、一度の成形によって全ての機能を持った導光体を形成することができる。この時、入射カップラと射出カップラを同一面に形成すると製造がより簡便となる。
【００２１】
さらに、第７の発明では、上記第１乃至第６の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、キノフォーム、もしくはブレーズド回折格子とするようにしている。
【００２２】
従って、第７の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、キノフォーム、もしくはブレーズド回折格子とすることにより、導光体本体への光の入射時、あるいは／および導光体本体からの光の射出時における光の利用効率を極めて高くすることができる。
【００２３】
さらにまた、第８の発明では、上記第１乃至第５の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、体積型回折素子とするようにしている。
【００２４】
従って、第８の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、体積型回折素子とすることにより、光の利用効率を極めて高くすることができると共に、体積型回折素子の入射角度依存性や波長選択性によって、ノイズとなる光の遮断や表示色のコントロールをすることができる。
【００２５】
一方、第９の発明では、上記第１乃至第８の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、透過型回折素子とするようにしている。
【００２６】
従って、第９の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、透過型回折素子とすることにより、近接して配置することが可能であるため、アライメントの誤差が影響し難く、簡便な組み立てを行なうことができる。また、反射層等を設ける必要がないため、極めて少ない工程で作製することができる。
【００２７】
また、第１０の発明では、上記第１乃至第８の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、反射型回折素子とするようにしている。
【００２８】
従って、第１０の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、反射型回折素子とすることにより、導光体本体における光の入射面と対向する面に配置するため、反射層等を設けることが可能となり、光の損失が極めて少なく、容易に高効率にすることができる。また、表面レリーフ型回折素子とした場合には、最適な回折効率の構造の高さとした時に、透過型回折素子の場合に比べて、構造上の高さを小さくすることができ、作製が容易となる。さらに、体積型回折素子とした場合には、波長選択性を利用して波長を選択的に導光することができる。
【００２９】
さらに、第１１の発明では、上記第３乃至第５の発明の導光体において、射出カップラを、表面が微少な凹凸構造の光散乱要素で構成するようにしている。
【００３０】
従って、第１１の発明の導光体においては、射出カップラを、表面が微少な凹凸構造の光散乱要素で構成することにより、容易に作製することが可能であり、均一な散乱を得ることができる。特に、入射カップラを、表面レリーフ型回折素子とした場合には、表面の凹凸の複製によって、簡便に入射と射出の機能を備えた導光体を形成することができる。
【００３１】
一方、第１２の発明では、上記第１乃至第１１の発明の導光体において、入射カップラを、導光体本体の光入射面と対向する面に配置された反射型回折素子とし、入射カップラが配置された導光体本体の平面部のほぼ全面に亘って反射層を備えるようにしている。
【００３２】
従って、第１２の発明の導光体においては、入射カップラを、導光体本体の光入射面と対向する面に配置された反射型回折素子とし、入射カップラが配置された導光体本体の平面部のほぼ全面に亘って反射層を備えることにより、入射カップラにおける光の損失を極小化すると共に、導光体本体から光が射出するのは反射層がない面のみとなるため、導光体全体の光の損失も極めて少なく、容易に高効率な導光体を得ることができる。
【００３３】
また、第１３の発明では、上記第１乃至第１２の発明の導光体において、入射カップラが配置された導光体本体の平面部上に、射出カップラを複数個配置するようにしている。
【００３４】
従って、第１３の発明の導光体においては、入射カップラが配置された導光体本体の平面部上に、射出カップラを複数個配置することにより、形成面が導光体本体の一面だけでよく、簡便に作製することができる。特に、入射カップラと射出カップラとを、表面レリーフ型回折素子とした場合には、成形する面を一面のみにすることができ、極めて安価かつ容易に量産を行なうことができる。
【００３５】
さらに、第１４の発明では、上記第１乃至第１３の発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、曲線状の回折格子で構成するようにしている。
【００３６】
従って、第１４の発明の導光体においては、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、曲線状の回折格子で構成することにより、発散する光が入射すると、平行光状の光（あるいは発散する度合いの異なる光）として回折し、平行光状の光が入射すると、発散する光を回折する。従って、点光源等からの光を導光体本体内に導く入射カップラとして、あるいは導光体本体内の光を適切に拡げて射出する射出カップラとして、極めて適している。さらに、曲線の形状によって、拡がり方を簡便にコントロールすることができる。
【００３７】
一方、第１５の発明では、上記第１乃至第１４の発明の導光体において、導光体本体の平面部と水平な面内における主導光方向に対してほぼ直交する方向において、入射カップラから導光体本体内へ入射光が６０度以上かつ１８０度以下の角度でほぼ均一な光強度分布に拡がって入射するようにしている。
【００３８】
従って、第１５の発明の導光体においては、導光体本体の平面部と水平な面内における主導光方向に対してほぼ直交する方向において、入射カップラから導光体本体内へ、入射光が６０度以上かつ１８０度以下の角度でほぼ均一な光強度分布に拡がって入射するようにすることにより、導光体本体の主導光方向に対してほぼ直交する方向において、平面内に均一に光を拡げることができる。また、入射光の角度を、好ましくは９０度以上にすることにより、導光する光の均一性が向上すると共に、入射カップラ周辺の光の不均一な領域を狭めることができる。
【００３９】
また、第１６の発明では、上記第１乃至第１５の発明の導光体において、導光体本体の平面部とほぼ垂直な面内において、入射カップラから導光体本体内へ入射光がほぼ平行光状として入射するようにしている。
【００４０】
従って、第１６の発明の導光体においては、導光体本体の平面部とほぼ垂直な面内において、入射カップラから導光体本体内へ入射光がほぼ平行光状として入射するようにすることにより、射出カップラでの射出光の制御が容易となり、不必要な光の発生を抑制して、平面内で好ましい光量分布を持った射出光を高効率で得ることができる。
【００４１】
さらに、第１７の発明では、上記第１乃至第１６の発明の導光体において、導光体本体の厚みを、０．５ｍｍ以下とするようにしている。
【００４２】
従って、第１７の発明の導光体においては、導光体本体の厚みを、０．５ｍｍ以下とすることにより、光の利用効率を高くしながら、厚さの薄い導光体を実現することができる。
また、作製工程において曲げることも可能であり、簡便に作製することができ、安価な製品を容易に実現することができる。さらに、本発明の導光体を光源として、フィルムＬＣＤ等の表示素子と組み合わせて、フレキシブルな表示体を構成することができる。特に、導光体本体の厚みが０．２ｍｍ以下である場合には、巻き取り機構を持った製造装置での作製も容易であり、量産性が極めて高いものとなる。
【００４３】
さらにまた、第１８の発明では、上記第１乃至第１７の発明の導光体において、入射光を発生する光源の導光体本体側を平坦とし、導光体本体と光源とを、密着もしくは接着材料を介して一体とするようにしている。
【００４４】
従って、第１８の発明の導光体においては、入射光を発生する光源の導光体本体側を平坦とし、導光体本体と光源とを、密着もしくは接着材料を介して一体とすることにより、アライメントがずれることなく、安定して高効率に導光体本体に光を取り入れることができる。また、光源から導光体への光の入射時に、反射等による損失を無くすることができる。
【００４５】
一方、第１９の発明では、上記第１乃至第１８の発明の導光体の光射出面に、ＬＣＤパネル等の表示素子を配置している。
【００４６】
従って、第１９の発明の表示体においては、上記第１乃至第１８の発明の導光体の光射出面に、ＬＣＤパネル等の表示素子を配置することにより、光の利用効率が高く、明るくてかつ厚さの薄い表示体を実現することができる。
【００４７】
また、第２０の発明では、上記第１９の発明の表示体において、ＬＣＤパネル等の表示素子の１画素毎に、導光体本体上の対応する位置に射出カップラを配置するようにしている。
【００４８】
従って、第２０の発明の表示体においては、ＬＣＤパネル等の表示素子の１画素毎に、導光体本体上の対応する位置に射出カップラを配置することにより、ブラックマトリクス等の光が遮断される領域へは、導光体から光を射出しないため、より一層光の利用効率を高めることができる。
【００４９】
さらに、第２１の発明では、上記第１９の発明の表示体において、ＬＣＤパネル等の表示素子の１画素を構成するＲ，Ｇ，Ｂの各色のセル毎に、導光体本体上の対応する位置に射出カップラを配置するようにしている。
【００５０】
従って、第２１の発明の表示体においては、ＬＣＤパネル等の表示素子の１画素を構成するＲ，Ｇ，Ｂの各色のセル毎に、導光体本体上の対応する位置に射出カップラを配置することにより、ブラックマトリクス等の光が遮断される領域へは、導光体から光を射出しないため、より一層光の利用効率を高くしたフルカラー表示を行なうことができる。
【００５１】
また、第２２の発明では、上記第２０または第２１の発明の表示体において、射出カップラが、ＬＣＤパネル等の表示素子位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにしている。
【００５２】
従って、第２２の発明の表示体においては、射出カップラが、ＬＣＤパネル等の表示素子位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにすることにより、射出光が表示素子のセル内で集光もしくは集光に近い状態に細く絞られているため、表示素子と導光体本体とがセルの大きさの範囲内で変位しても、導光体からの射出光は表示素子のセルに入射し続ける。従って、表示素子と導光体との組み合わせ時のアライメント誤差の許容量を大きくすることができ、容易に明るい表示体を安定して作製することができる。また、集光する点と射出カップラの大きさ、表示素子と導光体との距離によって、表示素子のセルから射出する光の拡がりも制御することが可能であり、観察者から明るく観察される視域を任意に形成することができる。
【００５３】
さらに、第２３の発明では、上記第１９乃至第２２の発明の表示体において、射出カップラが、特定波長の光を射出する波長選択性を有するようにしている。
【００５４】
従って、第２３の発明の表示体においては、射出カップラが、特定波長の光を射出する波長選択性を有するようにすることにより、カラー表示を簡便に行なうことができる。
特に、フルカラー表示時には、カラーフィルター等の部材が必要なくなり、極めて高効率でかつ明るい表示を得ることができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
本発明は、入射光を導光体本体の内部へ取り入れる入射カップラを、導光体本体上の平面部に配置し、入射カップラを、入射光を導光体本体の平面部に平行な面において光を拡げながら導光体本体内を導光する光に変換する機能を有する回折光学素子で構成することを、基本的な特徴としている。
【００５６】
以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００５７】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による入射カップラを用いた導光体の全体構成例を示す斜視図である。
【００５８】
図１において、平面的に光を導光させる平面状の導光体本体１上の平面部に、入射光を導光体本体１の内部へ取り入れる入射カップラ２を少なくとも１個（本例では１個）配置し、当該入射カップラ２を、入射光を導光体本体の平面部に平行な面において光を拡げながら導光体本体内を導光する光に変換する機能を有する回折光学素子で構成するようにしている。
【００５９】
すなわち、ＬＥＤや半導体レーザー等の点光源３から発した光を、平面状の導光体本体１上の平面部に配置された入射カップラ２に入射し、入射カップラ２を構成する回折光学素子の回折機能により、主導光方向にほぼ直交する方向に拡がりながら、板状、もしくはフィルム状の導光体本体１へ取り入れるようにしている。
【００６０】
また、本実施の形態では、導光体本体１の厚みを、０.５ｍｍ以下とするようにしている。
【００６１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射光を導光体本体１の内部へ取り入れる入射カップラ２を、導光体本体１上の平面部に配置するようにしていることにより、入射カップラ２の大きさ（面積）は導光体本体１の厚みには依存せずに決定することができ、光源３からの光の拡がり方を考慮して、入射光の十分な取り入れ効率を得るための大きさの入射カップラ２を使用することができる。
【００６２】
これにより、平面状の導光体本体１に光を効率良く入射させることができると共に、導光体本体１の厚さを薄くすることができる。
【００６３】
特に、入射カップラ２を構成する回折光学素子も、その他の光学素子に比べて薄い構造（典型的には０.１〜１０μｍ程度）で良いため、導光体を平滑な板もしくはフィルムと同様に容易に取り扱うことができる。
【００６４】
また、このような導光体は、構成が極めて簡単であり、構成材料が少なくてよいため、安価に製造することができる。
【００６５】
さらに、光学的には、回折光学素子の機能により、光を均一に拡げることができ、特に入射カップラ２に光を入射する光源３の大きさが小さく、数が少ないような場合でも（１つの場合でも）、十分に広い範囲に均一に光を拡げて導光させることができる。
【００６６】
さらにまた、導光体を薄くできるため、ＬＣＤ表示装置の照明部材等の面光源としての利用をはじめとして、多くの用途に光利用効率の高い導光体として利用することができる。
【００６７】
特に、導光体の厚みが０.５ｍｍ以下である場合には、光の利用効率を高くしながら、厚さの薄い導光体を実現することができる。
【００６８】
一方、作製工程において曲げることも可能であり、簡便に作製することができ、安価な製品を容易に実現することができる。
【００６９】
また、本実施の形態の導光体を光源として、フィルムＬＣＤ等の表示素子と組み合わせて（張り合わせることも可能）、フレキシブルな表示体を構成することができる。
【００７０】
特に、導光体の厚みが０.２ｍｍ以下である場合には、巻き取り機構を持った製造装置での作製も容易であり、量産性が極めて高いものとなる。
【００７１】
図２は、本実施の形態による入射カップラを用いた導光体の全体構成例を示す側面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７２】
図２において、入射カップラ２により、入射光を導光体本体１の内部へ臨界角以上の角度で取り入れるようにしている。
【００７３】
すなわち、入射カップラ２により、回折した光が導光体本体１の平面部に対して臨界角を超えた角度で進み、導光体本体１の平面部の界面（導光体本体１の外側との境界）で全反射するようにしている。
【００７４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２により、入射光を導光体本体１の内部へ臨界角以上の角度で取り入れるようにしていることにより、導光体本体１の平面部とほぼ直交する断面において、導光体本体１の内部を光が全反射する。
【００７５】
すなわち、臨界角は、導光体本体１を構成する材料の屈折率と、導光体本体１の外側の媒質の屈折率とから決定される。
【００７６】
例えば、前者の屈折率を１.５、後者の屈折率を１.０とすると、臨界角は約４２度の角度であるため、それ以上の角度で導光体本体１内から導光体本体１界面に入射した光は全反射する。
【００７７】
この全反射して導光された光は、損失が極めて少ないため、導光体として最適である。
【００７８】
なお、導光体本体１内に光を分布させる方法としては、何度も反射させて導光させる方法と、入射カップラ２の回折光学素子の機能により、導光体本体１の平面部とほぼ直交する断面において回折光の角度分布を拡げておき、少ない反射回数（典型的には０回、もしくは１回）で導光体本体１内に分布させる方法とがある。
【００７９】
これらは、導光体本体１の表面の反射効率、後述する射出カップラ等の条件に応じて適宜選択することができる。
【００８０】
図３は、本実施の形態による入射カップラを用いた導光体の全体構成例を示す平面図であり、図１および図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８１】
図３において、平面状の導光体本体１に対して、相対的に小さな光源３、小さな入射カップラ２であっても、また光源３や入射カップラ２の数が少なくても、入射カップラ２を構成する回折光学素子の機能により、平面内の角度ξの範囲に光を拡げて回折しているために、別途光学素子を必要とすることなく、導光体の平面の幅方向において光を十分に拡げて導光させることができ、入射カップラ２付近の光が拡がっていない領域を狭くすることができる。
【００８２】
また、図４に示すように、入射時の角度に対する光量分布（同図（ａ））を、より均一な回折光の分布（同図（ｂ））へ変換する機能を、入射カップラ２を構成する回折光学素子を持たせることができ、極めて均一に平面内に光を拡げることができる。
【００８３】
具体的な例としては、図５の平面図に示すような曲線状の回折格子パターンを用いると、光を拡げる効果が得られ、当該曲線の曲率や格子間隔を局所的に変更することで、光量分布の変換を実現することができ、角度ξの角度範囲においてほぼ均一な光量分布を形成することができる。
【００８４】
用途によっては、回折光の光量分布は、角度に対して均一である必要はなく、導光体内で最適な分布を持つように適宜設計することが可能である。
【００８５】
なお、これらの回折格子パターンは、導光体本体１上の入射カップラ２面における入射光の光量および角度の分布と、入射カップラ２から回折する光量および角度の分布とから、一般的な回折光学理論により決定することができる。
【００８６】
ここで、導光体本体１の平面部と水平な面内における主導光方向に対してほぼ直交する方向において、入射カップラ２から導光体本体１内へ光が角度ξ＝６０度以上の角度でほぼ均一な光強度分布に拡がるようにすると、容易に平面内を均一に光を拡げることができる。
【００８７】
例えば、主導光方向に対してほぼ直交する方向における導光体本体１の平面の幅が３０ｍｍの時、入射カップラ２の幅を５ｍｍとすると、入射カップラ２から主導光方向に４６.７ｍｍ離れた位置からは、導光体本体１の全幅に光を分布させることができる。
【００８８】
ここで、好ましくは、角度ξ＝９０度以上にすると、均一性が向上すると共に、入射カップラ２周辺の光の不均一な領域を狭めることができる。
【００８９】
この時、前述の場合と同一条件下で、３０ｍｍ離れた位置からは、導光体本体１の全幅に光を分布させることができ、導光体本体１上で均一に光が分布する領域を広くすることができる。
【００９０】
もちろん、入射カップラ２からの拡がり角ξ＝１８０度、もしくは１８０度近くにすることも可能であり、この場合、入射カップラの直近から導光体の全幅に光を分布させることが可能となる。
【００９１】
一方、角度ξ＝１８０度近くの値とする場合、主導光方向への光強度を強く、主導光方向からの角度が大きくなるに従って光強度を弱くしていくことにより、導光体本体１の全体に均一に光を分布させることができる。
【００９２】
以上の「導光体本体１に光を拡げる」、「均一に導光する」という効果は、特に照明部材として用いる際に、導光体を照明光源として用いることができる有効面積の増加（非有効面積の減少）、照明光の均一化の効果に結びつく。
【００９３】
特に、前者は、光源として不必要な面積・体積を極小化することができ、特に小型のＬＣＤパネル用の光源として最適である。
【００９４】
さらに、本実施の形態の導光体においては、光源３と導光体本体１（入射カップラ２）との位置関係が若干ずれても、入射カップラ２の大きさよりも十分小さければ、導光体本体１への光の入射効率が著しく変化することがなく、光源３と導光体本体１とのアライメントは簡便である。
【００９５】
以上、本発明の基本的な構成例について説明したが、その他の構成例について以下に説明する。
【００９６】
（第２の実施の形態）
図６は、本実施の形態による複数の入射カップラを用いた導光体の全体構成例を示す平面図であり、図１乃至図３、および図５と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９７】
すなわち、本実施の形態による導光体は、図６に示すように、入射カップラ２、および光源３を複数組（本例では２組）用いて、１つの導光体本体１に光を入射させるようにしている。
【００９８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、２組の入射カップラ２および光源３を用いるようにしていることにより、導光体本体１内の光の分布をより一層均一にすることができる。
【００９９】
また、より大きな導光体に均一に導光させることができる。例えば、主導光方向に対してほぼ直交する方向における導光体本体１の平面の幅が３０ｍｍの時、入射カップラ２の大きさを５ｍｍ×５ｍｍとすると、１つの入射カップラ２から主導光方向に４７ｍｍ離れた位置からは、導光体本体１の全幅に光を分布させることができるが、２つの入射カップラ２があれば、１８.７ｍｍ離れた位置からは、導光体本体１の全幅に光を分布させることができる。
【０１００】
（第３の実施の形態）
図７は、本実施の形態による入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の全体構成例を示す平面図であり、図１乃至図３、および図５、図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１０１】
すなわち、本実施の形態による導光体は、図７に示すように、前述した導光体本体１上に、導光体本体１の内部を導光する光を導光体本体１の外へ射出する射出カップラ４を、複数個配置（少なくとも１個配置すればよい）した構成としている。
【０１０２】
また、これら複数個の射出カップラ４は、回折光学素子で構成するようにしている。
【０１０３】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、導光体本体１の内部を導光する光を導光体本体１の外へ射出する射出カップラ４を、導光体本体１上に複数個配置するようにしていることにより、平面状の導光体本体１の内部から、射出カップラ４を配置した位置において効率良く光を射出することができる。
【０１０４】
すなわち、平面上の任意の位置から選択的に光を射出することができ、その他の領域では光が導光するため、極めて効率良く光を利用することができる。
【０１０５】
また、この場合、射出カップラ４の大きさを、入射カップラ２に近い側は小さくし、入射カップラ２から離れるにしたがって大きくなるようにすることにより、射出カップラ４の大きさに応じて、射出カップラ４の光学的設計を大きく変更することなく、導光中の光から射出光へ変換される割合を制御できるため、平面状の導光体本体１から均一に光を射出することができる。
【０１０６】
これは、拡がり角や光路上での射出等のために導光中の光が導光方向において徐々に弱くなる割合を、射出カップラ４の大きさで補償することにより簡便に実現できることを意味する。
【０１０７】
一方、図８の平面図に示すように、導光体本体１の平面部とほぼ垂直な面内において、入射カップラ２から導光体本体１内へ入射光がほぼ平行光状として入射するようにすることにより、射出カップラ４での射出光の制御が容易となり、不必要な光の発生を抑制して、平面内で好ましい光量分布を持った射出光を高効率で得ることができる。
【０１０８】
すなわち、射出カップラ４の光学的設計が容易であるばかりでなく、導光体本体１から一様な射出光を得たい場合に、複数配置した射出カップラ４へ導光体本体１内から入射する光の角度がほぼ一定であるため、複数の射出カップラ４の光学的な設計が１度で済み、また作製時にも同一の射出カップラ４を複数配置するだけでよいため、極めて簡便に作製することができる。
【０１０９】
（第４の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、図９乃至図１２の側面図に示すように、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、表面レリーフ型回折素子とするようにしている。
【０１１０】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、表面レリーフ型回折素子とするようにしていることにより、例えばエンボス技術等を用いて、導光体を容易かつ安価に量産することができる。
【０１１１】
特に、入射カップラ２と射出カップラ４とを、共に表面レリーフ型回折素子とした場合には、一度の成形によって全ての機能を持った導光体を形成することができる。
【０１１２】
（第５の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、キノフォーム、もしくはブレーズド回折格子とするようにしている。
【０１１３】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、キノフォーム、もしくはブレーズド回折格子とするようにしていることにより、導光体本体１への入射時、あるいは／および導光体本体１からの射出時における光の利用効率を極めて高くすることができる。
【０１１４】
また、ブレーズド回折格子とする場合には、光を拡げる機能を効率よく実現するために、曲線状の格子パターンを用いることがより好ましい。
【０１１５】
（第６の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、体積型回折素子とするようにしている。
【０１１６】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、体積型回折素子とするようにしていることにより、光の利用効率を極めて高くすることができると共に、体積型回折素子の入射角度依存性や波長選択性によって、ノイズとなる光の遮断や表示色のコントロールをすることができる。
【０１１７】
（第７の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、図９および図１０の側面図に示すように、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、透過型回折素子とするようにしている。
【０１１８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、透過型回折素子とするようにしていることにより、導光体本体１における光の入射面に配置するため、光源３と入射カップラ２と導光体本体１との一体化が可能であり、アライメントの誤差が影響し難く、簡便な組み立てを行なうことができる。
【０１１９】
また、反射層等を設ける必要がないため、極めて少ない工程で作製して、簡便に利用することができる。
【０１２０】
（第８の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、図９乃至図１２の側面図に示すように、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、反射型回折素子とするようにしている。
【０１２１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、反射型回折素子とするようにしていることにより、導光体本体１における光の入射面と対向する面に配置するため、反射層等を設けることが可能となり、光の損失が極めて少なく、容易に高効率にすることができる。
【０１２２】
また、表面レリーフ型回折素子とした場合には、最適な回折効率の構造の高さとした時に、透過型回折素子の場合に比べて、構造上の高さを大幅に小さくすることができ、作製が容易となる。
【０１２３】
さらに、体積型回折素子とした場合には、波長選択性を利用して波長を選択的に導光することができる。
【０１２４】
（第９の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、射出カップラ４を、表面が微少な凹凸構造の光散乱要素で構成するようにしている。
【０１２５】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、射出カップラ４を、表面が微少な凹凸構造の光散乱要素で構成するようにしていることにより、容易に作製することが可能であり、均一な散乱を得ることができる。
【０１２６】
特に、入射カップラ２を、表面レリーフ型回折素子とした場合には、表面の凹凸の複製によって、簡便に入射と射出の機能を備えた導光体を形成することができる。
【０１２７】
（第１０の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、入射カップラ２を、導光体本体１の光入射面と対向する面に配置された反射型回折素子とし、入射カップラ２が配置された導光体本体１の平面部のほぼ全面に亘って反射層を備えるようにしている。
【０１２８】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２を、導光体本体１の光入射面と対向する面に配置された反射型回折素子とし、入射カップラ２が配置された導光体本体１の平面部のほぼ全面に亘って反射層を備えるようにしていることにより、入射カップラ２における光の損失を極小化すると共に、導光体本体１から光が射出するのは反射層がない面のみとなるため、導光体全体の光の損失も極めて少なく、容易に高効率な導光体を得ることができる。
【０１２９】
（第１１の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、入射カップラ２が配置された導光体本体１の平面部上に、射出カップラ４を複数個配置するようにしている。
【０１３０】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２が配置された導光体本体１の平面部上に、射出カップラ４を複数個配置するようにしていることにより、形成面が導光体本体１の一面だけでよく、簡便に作製することができる。
【０１３１】
特に、入射カップラ２と射出カップラ４とを、表面レリーフ型回折素子とした場合には、平面状の板やフィルム等の基材上の一面に形成することができ、極めて安価かつ容易に高精度な量産を行なうことができる。
【０１３２】
（第１２の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを、曲線状の回折格子で構成するようにしている。
【０１３３】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射カップラ２または射出カップラ４のうちの少なくとも一方のカップラを、曲線状の回折格子で構成するようにしていることにより、発散する光が入射すると、平行光状の光（あるいは発散する度合いの異なる光）として回折し、平行光状の光が入射すると、発散する光を回折する。
【０１３４】
従って、点光源等の光源３からの光を導光体本体１内に導く入射カップラ２として、あるいは導光体本体１内の光を適切に拡げて射出する射出カップラ４として、極めて適している。
【０１３５】
さらに、曲線の形状によって、拡がり方を簡便にコントロールすることができる。
【０１３６】
（第１３の実施の形態）
本実施の形態による導光体は、前述した導光体において、図１２の側面図に示すように、入射光を発生する光源３の導光体本体１側を平坦とし、導光体本体１と光源３とを、密着もしくは接着材料を介して一体とするようにしている。
【０１３７】
次に、以上のように構成した本実施の形態の導光体においては、入射光を発生する光源３の導光体本体１側を平坦とし、さらに導光体本体１と光源３とを、密着もしくは接着材料を介して一体とするようにしていることにより、アライメントがずれることなく、安定して高効率に導光体本体１に光を取り入れることができる。
【０１３８】
また、光源３から導光体本体１への入射時に、反射等による損失を無くすことができる。
【０１３９】
さらに、このような光源３が一体となった導光体は、取り扱いが極めて容易である。
【０１４０】
なお、一体化するための導光体本体１と光源３、接着剤等の材料としては、屈折率がほぼ等しい材料を用いることが好ましい（各界面での反射率を極めて小さくするため）。
【０１４１】
また、導光体本体１の厚さを薄くすることができるため、光源３としてもＬＥＤ光源や半導体レーザ等の小型光源を用いるようにすることにより、平面光源として全体の厚みを薄くすることができ、体積としても極めて小さい光源３を提供することができる。
【０１４２】
特に、図１２に示すような構成をとることにより、光源３全体をほぼ平面とすることができる。
【０１４３】
（第１４の実施の形態）
図１３は、本実施の形態による導光体とＬＣＤパネルとを組み合わせた表示体の全体構成例を示す側面図であり、図１乃至図３、および図５乃至図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１４４】
すなわち、本実施の形態による導光体は、図１３に示すように、前述した導光体本体１の光射出面に、表示素子としてＬＣＤパネル５を配置した構成としている。
【０１４５】
次に、以上のように構成した本実施の形態の表示体においては、導光体本体１の光射出面に、表示素子であるＬＣＤパネル５を配置するようにしていることにより、光の利用効率が高く、明るくてかつ厚さの薄い表示体を実現することができる。
【０１４６】
（第１５の実施の形態）
本実施の形態による表示体は、前述した表示体において、表示素子であるＬＣＤパネル５の１画素毎に、導光体本体１上の対応する位置に射出カップラ４を配置するようにしている。
【０１４７】
次に、以上のように構成した本実施の形態の表示体においては、表示素子であるＬＣＤパネル５の１画素毎に、導光体本体１上の対応する位置に射出カップラ４を配置するようにしていることにより、ブラックマトリクス等の光が遮断される領域へは、導光体から光を射出しないため、より一層光の利用効率を高めることができる。
【０１４８】
（第１６の実施の形態）
本実施の形態による表示体は、前述した表示体において、表示素子であるＬＣＤパネル５がカラーＬＣＤパネルの場合に、ＬＣＤパネル５の１画素を構成するＲ,Ｇ,Ｂの各色のセル毎に、導光体本体１上の対応する位置に射出カップラ４を配置するようにしている。
【０１４９】
次に、以上のように構成した本実施の形態の表示体においては、ＬＣＤパネル５の１画素を構成するＲ,Ｇ,Ｂの各色のセル毎に、導光体本体１上の対応する位置に射出カップラ４を配置するようにしていることにより、ブラックマトリクス等の光が遮断される領域へは、導光体から光を射出しないため、より一層光の利用効率を高くしたフルカラー表示を行なうことができる。
【０１５０】
（第１７の実施の形態）
本実施の形態による表示体は、前述した表示体において、図１４の側面図に示すように、射出カップラ４が、ＬＣＤパネル５位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにしている。
【０１５１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の表示体においては、射出カップラ４が、ＬＣＤパネル５位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにしていることにより、射出光がＬＣＤパネル５のセル内で集光もしくは集光に近い状態に細く絞られているため、ＬＣＤパネル５と導光体本体１とがセルの大きさの範囲内で変位しても、導光体からの射出光はＬＣＤパネル５のセルに入射し続ける。
【０１５２】
従って、ＬＣＤパネル５と導光体との組み合わせ時のアライメント誤差の許容量を大きくすることができ、容易に明るい表示体を安定して作製することができる。
【０１５３】
また、集光する点と射出カップラ４の大きさ、ＬＣＤパネル５と導光体との距離によって、ＬＣＤパネル５のセルから射出する光の拡がりも制御することが可能であり、観察者から明るく観察される視域を任意に形成することができる。
【０１５４】
（第１８の実施の形態）
本実施の形態による表示体は、前述した表示体において、射出カップラ４が、特定波長の光を射出する波長選択性を有するようにしている。
【０１５５】
次に、以上のように構成した本実施の形態の表示体においては、射出カップラ４が、特定波長の光を射出する波長選択性を有するようにしていることにより、カラー表示を簡便に行なうことができる。
【０１５６】
特に、フルカラー表示時には、カラーフィルター等の部材が必要なくなり、極めて高効率でかつ明るい表示を得ることができる。
【０１５７】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
例えば、上記各実施の形態では、表示素子としてＬＣＤパネルを用いる場合について説明したが、これに限らず、その他の表示素子を用いるようにすることも可能である。
【０１５８】
また、上記各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた作用効果を得ることができる。
【０１５９】
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、上記各実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０１６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の導光体によれば、入射光を導光体本体の内部へ取り入れ、入射光を導光体本体の平面部に平行な面において光を拡げながら導光体本体内を導光する光に変換する機能を有する回折光学素子から成る入射カップラを、平面状の導光体本体上の平面部に形成するようにしているので、平面状の導光体本体に光を効率良く入射させることができると共に、導光体本体の厚さを薄くすることが可能となる。また、光学的には、回折光学素子の機能により光を均一に拡げることができ、特に光源の大きさが小さく、数が少ない場合でも均一に光を導光させることが可能となる。
【０１６２】
さらに、本発明の導光体によれば、導光体本体の内部を導光する光を導光体本体の外へと射出する射出カップラを、導光体本体上に複数形成するようにしているので、平面状の導光体本体の内部から、射出カップラを配置した位置において選択的に効率良く光を射出することが可能となる。
【０１６４】
また、本発明の導光体によれば、入射カップラと射出カップラとを構成する回折光学素子を、表面レリーフ型回折素子とするようにしているので、エンボス技術等を用いて導光体を容易かつ安価に量産することが可能となる。さらに、一度の成形によって全ての機能を持った導光体を形成することが可能となる。
【０１６５】
さらに、本発明の導光体において、入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、キノフォームもしくはブレーズド回折格子とするようにしてもよい。これにより、導光体本体への光の入射時、あるいは／および導光体本体からの光の射出時における光の利用効率を極めて高くすることが可能となる。
特に、キノフォームとした場合には、任意の光波面変換に対して柔軟に応用することができ、ブレーズド回折格子とした場合には、その格子間隔や格子パターンによって光学的機能を簡便に設計することができ、また作製も比較的容易であり、高精度な光学素子を作り易くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による入射カップラを用いた導光体の全体構成例を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態による入射カップラを用いた導光体の全体構成例を示す側面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態による入射カップラを用いた導光体の全体構成例を示す平面図。
【図４】同第１の実施の形態の導光体における入射カップラの前後での光強度分布を示す図。
【図５】本発明の第１の実施の形態による入射カップラを用いた導光体の他の構成例を示す平面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態による複数の入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の全体構成例を示す平面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態による入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の全体構成例を示す平面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態による入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の他の構成例を示す平面図。
【図９】本発明の第４乃至第８の実施の形態による入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の全体構成例を示す側面図。
【図１０】本発明の第４乃至第８の実施の形態による入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の全体構成例を示す側面図。
【図１１】本発明の第４乃至第８の実施の形態による入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の全体構成例を示す側面図。
【図１２】本発明の第４乃至第８の実施の形態による入射カップラと射出カップラとを用いた導光体の全体構成例を示す側面図。
【図１３】本発明の第１４の実施の形態による導光体とＬＣＤパネルとを組み合わせた表示体の全体構成例を示す側面図。
【図１４】本発明の第１７の実施の形態による導光体とＬＣＤパネルとを組み合わせた表示体の全体構成例を示す側面図。
【符号の説明】
１…導光体本体
２…入射カップラ
３…光源
４…射出カップラ
５…ＬＣＤパネル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar light guide that guides light in a planar manner and a display body using the same, and more particularly to a light guide for a flat illumination light source and light emitted from the light guide to an LCD. The present invention relates to a display body used as illumination light for a display element such as a panel.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, planar light guides that guide light in a planar manner have been used in many applications including use as an optical member for a back light source of a display element such as an LCD panel.
[0003]
In particular, a light guide as an optical member for a back light source of a display element such as an LCD panel is typically formed of a transparent resin having a thickness of about 1 to several mm.
[0004]
In general, light is incident on the light guide from the direction perpendicular to the flat surface at the end face of the light guide.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional light guide, there are optical effects such as a decrease in light use efficiency with respect to incident light and generation of undesirable light components (for example, uneven brightness and components that cannot be used as illumination light). There is a problem.
[0006]
Further, when the size of the light source is small and the number is small, it is difficult to spread light efficiently and evenly in a plane.
[0007]
On the other hand, in order not to reduce the light use efficiency with respect to incident light, the thickness of the light guide itself must be increased, so it is conceivable to reduce the thickness of the light guide itself. It is the present situation that cannot be realized.
[0008]
The thickness of the light guide itself is not limited to the problem that the product cannot be thinned, but also has problems in terms of weight, manufacturing cost, and the like.
[0009]
An object of the present invention is to reduce the thickness of the light guide body, to improve the light use efficiency with respect to the incident light, and to spread the light efficiently and uniformly in a plane. The object is to provide a light guide and a display using the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objective, First 1 of In the present invention, in a planar light guide that guides light in a planar manner, at least one incident coupler that takes incident light into the light guide body is disposed on the plane portion on the light guide body. The coupler is configured by a diffractive optical element having a function of converting incident light into light guided in the light guide body while spreading the light in a plane parallel to the plane portion of the light guide body.
[0011]
Therefore, First 1 of In the light guide of the invention, the incident coupler that takes incident light into the light guide body is disposed on the plane portion on the light guide body, thereby reducing the size of the incident coupler to the thickness of the light guide body. It can be determined without limitation, and an incident coupler of a size for obtaining sufficient incident light intake efficiency can be used. Thereby, light can be efficiently incident on the planar light guide body, and the thickness of the light guide body can be reduced. In particular, since the diffractive optical element that constitutes the incident coupler may also have a thinner structure (typically about 0.1 to 10 μm) than other optical elements, the light guide is easily handled as a smooth plate or film. be able to. Further, since the configuration is extremely simple and the amount of constituent materials is small, it can be manufactured at low cost. Furthermore, optically, the function of the diffractive optical element can spread light uniformly, and even when the size of the light source is small and the number is small (even in the case of one), the light is uniformly guided. Can be lighted. Furthermore, even if the positional relationship between the light source and the light guide body is slightly deviated, the light incident efficiency to the light guide body does not change significantly, and the alignment between the light source and the light guide body is simplified. .
[0012]
Also, First 2 of In the invention, the above First 1 of In the light guide of the invention, incident light is taken into the inside of the light guide body at an angle greater than the critical angle by the incident coupler.
[0013]
Therefore, First 2 of In the light guide of the invention, the incident coupler takes in the incident light into the light guide body at an angle greater than the critical angle, whereby total reflection occurs in both planar portions of the planar light guide body, The inside of the light guide body can be guided very efficiently.
[0014]
further, First 3 of In the invention, the above First 1 or First 2 of In the light guide of the invention, at least one injection coupler for injecting the light guided inside the light guide body to the outside of the light guide body is arranged on the light guide body.
[0015]
Furthermore, First 4 of In the invention, the above First 3 of In the light guide of the invention, the exit coupler is configured by a diffractive optical element.
[0016]
Therefore, First 3 and First 4 of In the light guide of the invention, a planar light guide is provided by disposing an injection coupler on the light guide body to emit light that guides the inside of the light guide body to the outside of the light guide body. Light can be efficiently emitted from the inside of the main body at the position where the injection coupler is disposed. That is, light can be selectively emitted from an arbitrary position on a plane, and light is guided in other regions, so that light can be used very efficiently. Further, since the diffractive optical element constituting the exit coupler may have a thin structure (typically about 0.1 to 10 μm) as compared with other optical elements, the light guide can be handled as a plate or a film.
[0017]
on the other hand, First 5 of In the invention, the above First 3 or First 4 of In the light guide of the invention, the size of the exit coupler is reduced on the side close to the incident coupler, and is increased as the distance from the incident coupler increases.
[0018]
Therefore, First 5 of In the light guide of the present invention, the size of the exit coupler is reduced on the side close to the entrance coupler and increased with increasing distance from the entrance coupler. Since the ratio of the light being guided to the converted light can be controlled without significantly changing the optical design, light can be uniformly emitted from the planar light guide body.
[0019]
Also, First 6 of In the invention, the above First 1 to First 5 of In the light guide of the invention, the diffractive optical element constituting at least one of the incident coupler and the exit coupler is a surface relief type diffractive element.
[0020]
Therefore, First 6 of In the light guide of the invention, the diffractive optical element that constitutes at least one of the incident coupler or the output coupler is a surface relief type diffractive element. Easy and inexpensive mass production. In particular, when the entrance coupler and the exit coupler are both surface relief type diffractive elements, a light guide body having all functions can be formed by one molding. At this time, if the incident coupler and the injection coupler are formed on the same surface, the manufacturing becomes easier.
[0021]
further, First 7 of In the invention, the above First 1 to First 6 of In the light guide of the invention, the diffractive optical element constituting at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a kinoform or a blazed diffraction grating.
[0022]
Therefore, First 7 of In the light guide of the invention, when the diffractive optical element constituting at least one of the incident coupler or the output coupler is a kinoform or a blazed diffraction grating, light is incident on the light guide body. Alternatively, and / or the light utilization efficiency at the time of light emission from the light guide body can be made extremely high.
[0023]
Furthermore, First 8 of In the invention, the above First 1 to First 5 of In the light guide of the invention, the diffractive optical element that constitutes at least one of the incident coupler and the exit coupler is a volume type diffractive element.
[0024]
Therefore, First 8 of In the light guide of the invention, the diffractive optical element constituting at least one of the incident coupler or the exit coupler is a volume type diffractive element, so that the light utilization efficiency can be extremely increased, Depending on the incident angle dependency and wavelength selectivity of the volume type diffraction element, it is possible to block light that becomes noise and control the display color.
[0025]
on the other hand, First 9 of In the invention, the above First 1 to First 8 of In the light guide of the present invention, at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a transmission type diffractive element.
[0026]
Therefore, First 9 of In the light guide of the invention, since at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a transmission type diffractive element, it can be arranged close to each other, so that an alignment error hardly affects. Simple assembly can be performed. In addition, since there is no need to provide a reflective layer or the like, it can be manufactured with extremely few steps.
[0027]
Also, First 10 of In the invention, the above First 1 to First 8 of In the light guide of the present invention, at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a reflective diffractive element.
[0028]
Therefore, First 10 of In the light guide of the invention, since at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a reflection type diffractive element, the light guide is disposed on the surface of the light guide body facing the light entrance surface. A layer or the like can be provided, light loss is extremely small, and high efficiency can be easily achieved. In addition, in the case of a surface relief type diffractive element, the height of the structure can be made smaller when compared to the case of a transmissive type diffractive element when the height of the structure has an optimum diffraction efficiency, and the fabrication is easy. It becomes. Furthermore, when the volume type diffraction element is used, the wavelength can be selectively guided using the wavelength selectivity.
[0029]
further, First 11 of In the invention, the above First 3 to First 5 of In the light guide of the invention, the exit coupler is configured by a light scattering element having a concavo-convex structure with a minute surface.
[0030]
Therefore, First 11 of In the light guide of the invention, it is possible to easily produce the injection coupler by forming the emission coupler with a light scattering element having a concavo-convex structure with a minute surface, and uniform scattering can be obtained. In particular, when the incident coupler is a surface relief type diffractive element, a light guide having functions of incidence and emission can be easily formed by duplicating the surface irregularities.
[0031]
on the other hand, First 12 of In the invention, the above First 1 to First 11 of In the light guide of the invention, the incident coupler is a reflection type diffractive element disposed on a surface opposite to the light incident surface of the light guide body, and is substantially on the entire plane portion of the light guide body on which the incident coupler is disposed. A reflective layer is provided over the entire surface.
[0032]
Therefore, First 12 of In the light guide of the invention, the incident coupler is a reflection type diffractive element disposed on a surface facing the light incident surface of the light guide body, and substantially the entire plane portion of the light guide body on which the incident coupler is disposed. In addition to minimizing the loss of light in the incident coupler, the light is emitted from the light guide body only on the surface without the reflection layer. There is very little loss, and a highly efficient light guide can be easily obtained.
[0033]
Also, First 13 of In the invention, the above First 1 to First 12 of In the light guide of the invention, a plurality of injection couplers are arranged on a flat portion of the light guide body where the incident coupler is arranged.
[0034]
Therefore, First 13 of In the light guide of the invention, a plurality of injection couplers are arranged on the plane portion of the light guide body where the incident coupler is arranged, so that the formation surface may be only one surface of the light guide body and can be easily manufactured. can do. In particular, when the entrance coupler and the exit coupler are surface relief type diffractive elements, only one surface can be formed, and mass production can be performed very inexpensively and easily.
[0035]
further, First 14 of In the invention, the above First 1 to First 13 of In the light guide of the invention, at least one of the incident coupler and the emission coupler is configured by a curved diffraction grating.
[0036]
Therefore, First 14 of In the light guide of the invention, when at least one of the entrance coupler and the exit coupler is configured by a curved diffraction grating, when diverging light is incident, it is parallel light (or the degree of divergence). Diffracted light), and when collimated light is incident, the diverging light is diffracted. Therefore, it is extremely suitable as an incident coupler that guides light from a point light source or the like into the light guide body, or as an injection coupler that appropriately spreads and emits light in the light guide body. Further, the way of spreading can be easily controlled by the shape of the curve.
[0037]
on the other hand, First 15 of In the invention, the above First 1 to First 14 of In the light guide of the invention, the incident light from the incident coupler into the light guide body is 60 degrees or more and 180 degrees in a direction substantially orthogonal to the main light direction in a plane parallel to the planar portion of the light guide body. The incident light spreads in a substantially uniform light intensity distribution at the following angles.
[0038]
Therefore, First 15 of In the light guide of the invention, the incident light is more than 60 degrees from the incident coupler into the light guide body in a direction substantially orthogonal to the main light direction in the plane parallel to the flat portion of the light guide body. By spreading and entering a substantially uniform light intensity distribution at an angle of 180 degrees or less, it is possible to spread light uniformly in a plane in a direction substantially perpendicular to the main light direction of the light guide body. it can. Further, by making the angle of incident light preferably 90 degrees or more, the uniformity of the guided light can be improved and the non-uniform region of the light around the incident coupler can be narrowed.
[0039]
Also, First 16 of In the invention, the above First 1 to First 15 of In the light guide of the invention, the incident light enters the light guide body from the incident coupler into the light guide body as substantially parallel light in a plane substantially perpendicular to the flat portion of the light guide body.
[0040]
Therefore, First 16 of In the light guide of the invention, the exit coupler is configured so that the incident light enters the light guide body from the incident coupler as a substantially parallel light in a plane substantially perpendicular to the flat portion of the light guide body. It becomes easy to control the emitted light at the point, and the generation of unnecessary light can be suppressed, and the emitted light having a preferable light amount distribution in the plane can be obtained with high efficiency.
[0041]
further, First 17 of In the invention, the above First 1 to First 16 of In the light guide of the invention, the thickness of the light guide body is set to 0.5 mm or less.
[0042]
Therefore, First 17 of In the light guide of the invention, by making the thickness of the light guide body 0.5 mm or less, it is possible to realize a light guide having a small thickness while increasing the light utilization efficiency.
Further, it can be bent in the manufacturing process, can be easily manufactured, and an inexpensive product can be easily realized. Furthermore, a flexible display body can be configured by combining the light guide body of the present invention with a display element such as a film LCD using the light source as a light source. In particular, when the thickness of the light guide body is 0.2 mm or less, it is easy to manufacture with a manufacturing apparatus having a winding mechanism, and the mass productivity is extremely high.
[0043]
Furthermore, First 18 of In the invention, the above First 1 to First 17 of In the light guide of the invention, the light guide body side of the light source that generates incident light is flat, and the light guide body and the light source are integrated with each other through close contact or an adhesive material.
[0044]
Therefore, First 18 of In the light guide of the invention, the light guide body side of the light source that generates incident light is made flat, and the light guide body and the light source are integrated with each other through close contact or adhesive material, thereby causing misalignment. Therefore, light can be taken into the light guide body stably and with high efficiency. Further, loss due to reflection or the like can be eliminated when light enters the light guide from the light source.
[0045]
on the other hand, First 19 of In the invention, the above First 1 to First 18 of A display element such as an LCD panel is disposed on the light exit surface of the light guide according to the invention.
[0046]
Therefore, First 19 of In the display of the invention, the above First 1 to First 18 of By disposing a display element such as an LCD panel on the light exit surface of the light guide according to the invention, it is possible to realize a bright and thin display body with high light use efficiency.
[0047]
Also, First 20 of In the invention, the above First 19 of In the display body of the present invention, an injection coupler is arranged at a corresponding position on the light guide body for each pixel of a display element such as an LCD panel.
[0048]
Therefore, First 20 of In the display body of the invention, by arranging the emission coupler at the corresponding position on the light guide body for each pixel of the display element such as the LCD panel, the area where light such as the black matrix is blocked is Since light is not emitted from the light guide, light utilization efficiency can be further enhanced.
[0049]
further, First 21 of In the invention, the above First 19 of In the display body of the invention, an injection coupler is arranged at a corresponding position on the light guide body for each cell of each color of R, G, and B constituting one pixel of a display element such as an LCD panel.
[0050]
Therefore, First 21 of In the display body of the invention, the black color is obtained by disposing an injection coupler at a corresponding position on the light guide body for each cell of each color of R, G, B constituting one pixel of a display element such as an LCD panel. Since light is not emitted from the light guide to the area where light is blocked, such as a matrix, full color display with even higher light utilization efficiency can be performed.
[0051]
Also, First 22 of In the invention, the above First 20 or First 21 of In the display body of the invention, the emission coupler has a function of collecting the emission light in the vicinity of the position of the display element such as an LCD panel.
[0052]
Therefore, First 22 of In the display body of the invention, the emission coupler has a function of condensing the emitted light in the vicinity of the position of the display element such as an LCD panel so that the emitted light is condensed or condensed in the cell of the display element. Since it is narrowed down to a close state, even if the display element and the light guide body are displaced within the range of the cell size, the light emitted from the light guide continues to enter the cell of the display element. Therefore, the tolerance of the alignment error when combining the display element and the light guide can be increased, and a bright display can be easily and stably manufactured. In addition, the spread of light emitted from the display element cell can be controlled by the size of the light collecting point, the size of the emission coupler, and the distance between the display element and the light guide. A viewing zone can be arbitrarily formed.
[0053]
further, First 23 of In the invention, the above First 19 thru First 22 of In the display body of the invention, the emission coupler has wavelength selectivity for emitting light of a specific wavelength.
[0054]
Therefore, First 23 of In the display body of the invention, color display can be easily performed by allowing the emission coupler to have wavelength selectivity for emitting light of a specific wavelength.
In particular, at the time of full-color display, members such as a color filter are not necessary, and extremely efficient and bright display can be obtained.
[0055]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, an incident coupler that takes incident light into the light guide body is disposed on a plane portion on the light guide body, and the incident coupler is disposed on a plane parallel to the plane portion of the light guide body. The basic feature is that the optical element is composed of a diffractive optical element having a function of converting light into light guided in the light guide body while spreading the light.
[0056]
Hereinafter, embodiments of the present invention based on the above-described concept will be described in detail with reference to the drawings.
[0057]
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall configuration of a light guide using an incident coupler according to the present embodiment.
[0058]
In FIG. 1, at least one incident coupler 2 (1 in this example) that takes incident light into the inside of the light guide body 1 is formed on a planar portion on a planar light guide body 1 that guides light in a plane. A diffractive optical element having a function of converting the incident light into light that is guided through the light guide body while spreading the light in a plane parallel to the plane portion of the light guide body. I am trying to configure it.
[0059]
That is, light emitted from a point light source 3 such as an LED or a semiconductor laser is incident on an incident coupler 2 disposed on a planar portion on a planar light guide body 1, and the diffractive optical element constituting the incident coupler 2 is used. Due to the diffraction function, the light guide body 1 is taken into a plate-like or film-like light guide body 1 while spreading in a direction substantially perpendicular to the main light direction.
[0060]
In the present embodiment, the thickness of the light guide body 1 is set to 0.5 mm or less.
[0061]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the incident coupler 2 that takes incident light into the light guide body 1 is arranged on the plane portion on the light guide body 1. Therefore, the size (area) of the incident coupler 2 can be determined without depending on the thickness of the light guide body 1, and the incident light can be determined in consideration of how the light from the light source 3 spreads. The incident coupler 2 having a size for obtaining a sufficient intake efficiency can be used.
[0062]
Thereby, light can be efficiently incident on the planar light guide body 1 and the thickness of the light guide body 1 can be reduced.
[0063]
In particular, since the diffractive optical element that constitutes the incident coupler 2 may have a thin structure (typically about 0.1 to 10 μm) as compared with other optical elements, the light guide is similar to a smooth plate or film. It can be handled easily.
[0064]
In addition, such a light guide has a very simple structure and can be manufactured at low cost because it requires less material.
[0065]
Further, optically, the function of the diffractive optical element can spread light uniformly. In particular, even when the size of the light source 3 that enters the incident coupler 2 is small and the number is small (one Even in this case, the light can be spread and guided uniformly over a sufficiently wide range.
[0066]
Furthermore, since the light guide can be made thin, it can be used as a light guide with high light utilization efficiency in many applications including use as a surface light source such as an illumination member of an LCD display device.
[0067]
In particular, when the thickness of the light guide is 0.5 mm or less, a light guide with a small thickness can be realized while increasing the light utilization efficiency.
[0068]
On the other hand, it can be bent in the manufacturing process, can be easily manufactured, and an inexpensive product can be easily realized.
[0069]
In addition, a flexible display body can be configured by using the light guide body of this embodiment as a light source in combination with a display element such as a film LCD (which can be bonded).
[0070]
In particular, when the thickness of the light guide is 0.2 mm or less, it is easy to manufacture with a manufacturing apparatus having a winding mechanism, and the mass productivity is extremely high.
[0071]
FIG. 2 is a side view showing an overall configuration example of a light guide using the incident coupler according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. Only the part is described.
[0072]
In FIG. 2, incident light is taken into the inside of the light guide body 1 by an incident coupler 2 at an angle greater than the critical angle.
[0073]
That is, the incident coupler 2 causes the diffracted light to travel at an angle exceeding the critical angle with respect to the planar portion of the light guide body 1, and the interface between the planar portions of the light guide body 1 (outside of the light guide body 1 and The total reflection is made at the boundary.
[0074]
Next, in the light guide of the present embodiment configured as described above, the incident coupler 2 is configured to take incident light into the light guide body 1 at an angle greater than the critical angle. The light is totally reflected inside the light guide body 1 in a cross section substantially orthogonal to the planar portion of the light guide body 1.
[0075]
That is, the critical angle is determined from the refractive index of the material constituting the light guide body 1 and the refractive index of the medium outside the light guide body 1.
[0076]
For example, if the refractive index of the former is 1.5 and the refractive index of the latter is 1.0, the critical angle is about 42 degrees. Light incident on one interface is totally reflected.
[0077]
The light that has been totally reflected and guided is very small in loss, and is optimal as a light guide.
[0078]
In addition, as a method of distributing light in the light guide body 1, the light is reflected and guided many times and the function of the diffractive optical element of the incident coupler 2 is substantially the same as the plane portion of the light guide body 1. There is a method in which the angle distribution of diffracted light is expanded in a cross section orthogonal to distribute the light within the light guide body 1 with a small number of reflections (typically 0 or 1).
[0079]
These can be appropriately selected according to conditions such as the reflection efficiency of the surface of the light guide body 1 and an injection coupler described later.
[0080]
FIG. 3 is a plan view showing an overall configuration example of a light guide using the incident coupler according to the present embodiment, where the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Only the different parts are described here.
[0081]
In FIG. 3, even if the light guide 3 and the small incident coupler 2 are relatively small with respect to the planar light guide body 1, the incident coupler 2 is not limited even if the number of the light sources 3 and the incident couplers 2 is small. Due to the function of the diffractive optical element, the light is diffracted by spreading the light within the range of the angle ξ in the plane. It is possible to guide the light in a wide area, and it is possible to narrow a region where light near the incident coupler 2 is not spread.
[0082]
Further, as shown in FIG. 4, the incident coupler 2 has a function of converting the light amount distribution with respect to the incident angle (FIG. 4A) into a more uniform diffracted light distribution (FIG. 4B). The diffractive optical element can be provided, and light can be spread extremely uniformly in a plane.
[0083]
As a specific example, when a curved diffraction grating pattern as shown in the plan view of FIG. 5 is used, an effect of spreading light is obtained, and by locally changing the curvature and grating interval of the curve, Conversion of the light amount distribution can be realized, and a substantially uniform light amount distribution can be formed in the angle range of the angle ξ.
[0084]
Depending on the application, the light quantity distribution of the diffracted light does not need to be uniform with respect to the angle, and can be appropriately designed so as to have an optimum distribution in the light guide.
[0085]
These diffraction grating patterns are obtained from general diffractive optics based on the distribution of the amount and angle of incident light on the surface of the incident coupler 2 on the light guide body 1 and the distribution of the amount of light and angle diffracted from the incident coupler 2. It can be determined by theory.
[0086]
Here, in the direction substantially orthogonal to the main light direction in the plane parallel to the flat portion of the light guide body 1, the angle of light from the incident coupler 2 into the light guide body 1 is an angle ξ = 60 degrees or more. If the light is spread to a substantially uniform light intensity distribution, the light can be easily spread uniformly in the plane.
[0087]
For example, when the width of the plane of the light guide body 1 in the direction substantially orthogonal to the main light direction is 30 mm, if the width of the incident coupler 2 is 5 mm, the incident coupler 2 is separated by 46.7 mm in the main light direction. From the position, light can be distributed over the entire width of the light guide body 1.
[0088]
Here, preferably, when the angle ξ = 90 degrees or more, the uniformity is improved and the non-uniform region of light around the incident coupler 2 can be narrowed.
[0089]
At this time, under the same conditions as described above, light can be distributed over the entire width of the light guide body 1 from a position separated by 30 mm, and a region where light is uniformly distributed on the light guide body 1 can be obtained. Can be wide.
[0090]
Of course, the divergence angle ξ from the incident coupler 2 can be 180 degrees or close to 180 degrees, and in this case, light can be distributed over the entire width of the light guide from the immediate vicinity of the incident coupler.
[0091]
On the other hand, when the angle ξ is a value close to 180 degrees, the light intensity in the main light direction is increased, and the light intensity is decreased as the angle from the main light direction increases. Light can be distributed uniformly throughout.
[0092]
The above-mentioned effects of “spreading light to the light guide body 1” and “uniformly guiding light” are particularly effective when the light guide is used as an illumination light source (non-lighting) when used as an illumination member. This reduces the effective area) and leads to the effect of uniformizing the illumination light.
[0093]
In particular, the former can minimize the area and volume unnecessary as a light source, and is particularly suitable as a light source for a small LCD panel.
[0094]
Furthermore, in the light guide of the present embodiment, even if the positional relationship between the light source 3 and the light guide body 1 (incident coupler 2) is slightly deviated, if the size is sufficiently smaller than the size of the incident coupler 2, the light guide The incident efficiency of light to the main body 1 does not change significantly, and the alignment between the light source 3 and the light guide body 1 is simple.
[0095]
While the basic configuration example of the present invention has been described above, other configuration examples will be described below.
[0096]
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a plan view showing an overall configuration example of a light guide using a plurality of incident couplers according to the present embodiment. The same parts as those in FIGS. 1 to 3 and FIG. The description is omitted, and only different parts are described here.
[0097]
That is, as shown in FIG. 6, the light guide according to the present embodiment uses a plurality of sets (two sets in this example) of the incident coupler 2 and the light source 3 so that light enters one light guide body 1. I try to let them.
[0098]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, by using two sets of the incident coupler 2 and the light source 3, the light distribution in the light guide body 1 can be further improved. It can be made more uniform.
[0099]
Further, the light can be uniformly guided to a larger light guide. For example, when the width of the plane of the light guide body 1 in a direction substantially orthogonal to the main light direction is 30 mm and the size of the incident coupler 2 is 5 mm × 5 mm, the incident light from the one incident coupler 2 in the main light direction Light can be distributed over the entire width of the light guide body 1 from a position 47 mm away, but if there are two incident couplers 2, the light guide body 1 can be extended from the position 18.7 mm away from the position. Light can be distributed.
[0100]
(Third embodiment)
FIG. 7 is a plan view showing an overall configuration example of a light guide using the entrance coupler and the exit coupler according to the present embodiment, and the same parts as those in FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 and 6 are the same. The description will be omitted with reference numerals, and only different parts will be described here.
[0101]
That is, as shown in FIG. 7, the light guide according to the present embodiment emits light that guides the inside of the light guide body 1 onto the light guide body 1 described above. A plurality of injection couplers 4 to be injected are arranged (at least one may be arranged).
[0102]
The plurality of injection couplers 4 are configured by diffractive optical elements.
[0103]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the light guide that emits the light that guides the inside of the light guide body 1 to the outside of the light guide body 1 is guided. By arranging a plurality of pieces on the body main body 1, light can be efficiently emitted from the inside of the planar light guide body 1 at the position where the emission coupler 4 is arranged.
[0104]
That is, light can be selectively emitted from an arbitrary position on a plane, and light is guided in other regions, so that light can be used very efficiently.
[0105]
Further, in this case, the size of the injection coupler 4 is reduced on the side close to the incident coupler 2 and is increased as the distance from the incident coupler 2 increases. Since the ratio of the light being guided to the converted light can be controlled without largely changing the optical design of FIG. 4, light can be uniformly emitted from the planar light guide body 1.
[0106]
This means that the ratio of the light that is being guided gradually weakened in the light guide direction due to the divergence angle and the emission on the optical path can be easily realized by compensating the size of the exit coupler 4. .
[0107]
On the other hand, as shown in the plan view of FIG. 8, the incident light enters the light guide body 1 from the incident coupler 2 into the light guide body 1 as substantially parallel light in a plane substantially perpendicular to the planar portion of the light guide body 1. By doing so, it becomes easy to control the emission light in the emission coupler 4, and generation of unnecessary light can be suppressed, and emission light having a preferable light amount distribution in a plane can be obtained with high efficiency.
[0108]
In other words, not only is the optical design of the injection coupler 4 easy, but when uniform emission light is desired to be obtained from the light guide body 1, a plurality of injection couplers 4 are incident from within the light guide body 1. Since the angle of light is almost constant, the optical design of the plurality of injection couplers 4 is only 1 degree, and it is only necessary to arrange a plurality of the same injection couplers 4 at the time of manufacture, so that the manufacture is extremely simple. Can do.
[0109]
(Fourth embodiment)
The light guide according to the present embodiment is a diffractive optical element that constitutes at least one of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 as shown in the side views of FIGS. 9 to 12 in the light guide described above. Is a surface relief type diffraction element.
[0110]
Next, in the light guide of the present embodiment configured as described above, the diffractive optical element that constitutes at least one of the entrance coupler 2 or the exit coupler 4 is a surface relief type diffractive element. Accordingly, the light guide can be easily mass-produced easily and inexpensively using, for example, an embossing technique or the like.
[0111]
In particular, when both the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 are surface relief type diffractive elements, a light guide body having all functions can be formed by one molding.
[0112]
(Fifth embodiment)
In the light guide according to this embodiment, in the light guide described above, the diffractive optical element constituting at least one of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 is a kinoform or a blazed diffraction grating. ing.
[0113]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the diffractive optical element constituting at least one of the incident coupler 2 or the exit coupler 4 is a kinoform or a blazed diffraction grating. By doing so, the light utilization efficiency at the time of entering the light guide body 1 and / or at the time of emission from the light guide body 1 can be made extremely high.
[0114]
In the case of a blazed diffraction grating, it is more preferable to use a curved grating pattern in order to efficiently realize the function of spreading light.
[0115]
(Sixth embodiment)
In the light guide according to the present embodiment, in the above-described light guide, the diffractive optical element constituting at least one of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 is a volume type diffractive element.
[0116]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the diffractive optical element that constitutes at least one of the entrance coupler 2 or the exit coupler 4 is a volume type diffractive element. As a result, the light utilization efficiency can be made extremely high, and the light that becomes noise can be blocked and the display color can be controlled by the incident angle dependency and wavelength selectivity of the volume type diffraction element.
[0117]
(Seventh embodiment)
The light guide according to the present embodiment is a diffractive optical element constituting at least one of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 as shown in the side views of FIGS. 9 and 10 in the light guide described above. Is a transmission type diffraction element.
[0118]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the diffractive optical element that constitutes at least one of the entrance coupler 2 or the exit coupler 4 is a transmission type diffractive element. Therefore, the light source 3, the incident coupler 2, and the light guide body 1 can be integrated with each other because they are arranged on the light incident surface of the light guide body 1. Assembly can be performed.
[0119]
In addition, since it is not necessary to provide a reflective layer or the like, it can be produced with very few steps and used easily.
[0120]
(Eighth embodiment)
The light guide according to the present embodiment is a diffractive optical element that constitutes at least one of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 as shown in the side views of FIGS. 9 to 12 in the light guide described above. Is a reflection type diffraction element.
[0121]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the diffractive optical element that constitutes at least one of the incident coupler 2 or the exit coupler 4 is a reflective diffractive element. Therefore, since the light guide body 1 is disposed on the surface facing the light incident surface, it is possible to provide a reflective layer and the like, and there is very little loss of light, and the efficiency can be easily increased. .
[0122]
In the case of a surface relief type diffractive element, the height of the structure can be made significantly smaller than the case of a transmissive type diffractive element when the height of the structure has optimum diffraction efficiency. Becomes easy.
[0123]
Furthermore, when the volume type diffraction element is used, the wavelength can be selectively guided using the wavelength selectivity.
[0124]
(Ninth embodiment)
In the light guide according to this embodiment, in the light guide described above, the emission coupler 4 is configured by a light scattering element having a concavo-convex structure with a minute surface.
[0125]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the injection coupler 4 can be easily manufactured by configuring it with light scattering elements having a concavo-convex structure with a minute surface. And uniform scattering can be obtained.
[0126]
In particular, when the incident coupler 2 is a surface relief type diffractive element, it is possible to easily form a light guide having functions of incidence and emission by duplicating the surface irregularities.
[0127]
(Tenth embodiment)
In the light guide according to the present embodiment, in the light guide described above, the incident coupler 2 is a reflection type diffractive element disposed on a surface facing the light incident surface of the light guide body 1, and the incident coupler 2 is disposed. The reflective layer is provided over almost the entire plane portion of the light guide body 1 thus formed.
[0128]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, the incident coupler 2 is a reflection type diffractive element disposed on a surface facing the light incident surface of the light guide body 1, and the incident coupler is used. 2 is provided with a reflective layer over almost the entire planar portion of the light guide body 1, thereby minimizing the loss of light in the incident coupler 2, and reducing light from the light guide body 1. Since the light is emitted only on the surface without the reflective layer, the light loss of the entire light guide is extremely small, and a highly efficient light guide can be easily obtained.
[0129]
(Eleventh embodiment)
In the light guide according to the present embodiment, a plurality of emission couplers 4 are arranged on the planar portion of the light guide body 1 in which the incident coupler 2 is arranged in the light guide described above.
[0130]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, a plurality of emission couplers 4 are arranged on the plane portion of the light guide body 1 where the incident coupler 2 is arranged. Accordingly, the formation surface may be only one surface of the light guide body 1 and can be easily manufactured.
[0131]
In particular, when the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 are surface relief type diffractive elements, they can be formed on one surface on a substrate such as a flat plate or a film, and are extremely inexpensive and easily highly accurate. Can be mass-produced.
[0132]
(Twelfth embodiment)
In the light guide according to this embodiment, in the light guide described above, at least one of the entrance coupler 2 and the exit coupler 4 is configured by a curved diffraction grating.
[0133]
Next, in the light guide body of the present embodiment configured as described above, at least one of the incident coupler 2 and the emission coupler 4 is configured by a curved diffraction grating. When the diverging light is incident, the light is diffracted as parallel light (or light having a different degree of divergence), and when the parallel light is incident, the diverging light is diffracted.
[0134]
Therefore, it is extremely suitable as the incident coupler 2 that guides the light from the light source 3 such as a point light source into the light guide body 1 or as the emission coupler 4 that appropriately spreads and emits the light in the light guide body 1. .
[0135]
Further, the way of spreading can be easily controlled by the shape of the curve.
[0136]
(Thirteenth embodiment)
As shown in the side view of FIG. 12, the light guide according to the present embodiment is flat on the light guide body 1 side of the light source 3 that generates incident light. And the light source 3 are integrated with each other through close contact or an adhesive material.
[0137]
Next, in the light guide of the present embodiment configured as described above, the light guide body 1 side of the light source 3 that generates incident light is flattened, and the light guide body 1 and the light source 3 are By making it united through close contact or an adhesive material, light can be taken into the light guide body 1 stably and efficiently without shifting the alignment.
[0138]
Further, loss due to reflection or the like can be eliminated when the light source 3 enters the light guide body 1.
[0139]
Furthermore, such a light guide integrated with the light source 3 is extremely easy to handle.
[0140]
In addition, as materials for the light guide body 1 and the light source 3 and the adhesive for integration, it is preferable to use materials having substantially the same refractive index (in order to make the reflectance at each interface extremely small).
[0141]
Further, since the thickness of the light guide body 1 can be reduced, the overall thickness of the planar light source can be reduced by using a small light source such as an LED light source or a semiconductor laser as the light source 3. It is possible to provide the light source 3 that is extremely small in volume.
[0142]
In particular, by taking the configuration as shown in FIG. 12, the entire light source 3 can be made substantially flat.
[0143]
(Fourteenth embodiment)
FIG. 13 is a side view showing an overall configuration example of a display body in which a light guide body and an LCD panel according to the present embodiment are combined, and the same parts as those in FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 to 12 are the same. The description will be omitted with reference numerals, and only different parts will be described here.
[0144]
That is, the light guide according to the present embodiment has a configuration in which the LCD panel 5 is arranged as a display element on the light exit surface of the light guide body 1 described above, as shown in FIG.
[0145]
Next, in the display body of the present embodiment configured as described above, the use of light is achieved by disposing the LCD panel 5 as a display element on the light exit surface of the light guide body 1. It is possible to realize a display that is highly efficient, bright, and thin.
[0146]
(Fifteenth embodiment)
In the display body according to the present embodiment, the emission coupler 4 is arranged at a corresponding position on the light guide body 1 for each pixel of the LCD panel 5 as a display element in the display body described above.
[0147]
Next, in the display body of the present embodiment configured as described above, the injection coupler 4 is arranged at a corresponding position on the light guide body 1 for each pixel of the LCD panel 5 which is a display element. By doing so, light is not emitted from the light guide to a region where light is blocked, such as a black matrix, and thus the light utilization efficiency can be further enhanced.
[0148]
(Sixteenth embodiment)
In the display body according to the present embodiment, when the LCD panel 5 as a display element is a color LCD panel in the above-described display body, for each cell of each color of R, G, and B constituting one pixel of the LCD panel 5. The injection coupler 4 is arranged at a corresponding position on the light guide body 1.
[0149]
Next, in the display body of the present embodiment configured as described above, corresponding positions on the light guide body 1 for each cell of each color of R, G, B constituting one pixel of the LCD panel 5 Since the light emitting coupler 4 is disposed in the area, light is not emitted from the light guide to the area where the light is blocked, such as a black matrix, so that the full color display with higher light utilization efficiency is performed. be able to.
[0150]
(Seventeenth embodiment)
In the display body according to the present embodiment, in the above-described display body, as shown in the side view of FIG. 14, the emission coupler 4 has a function of collecting the emitted light in the vicinity of the position of the LCD panel 5.
[0151]
Next, in the display body of the present embodiment configured as described above, the emission coupler 4 has a function of condensing the emission light in the vicinity of the position of the LCD panel 5, so that the emission light is the LCD. Since the light is condensed or close to the light condensing state in the cell of the panel 5, even if the LCD panel 5 and the light guide body 1 are displaced within the cell size range, the light guide body The emitted light continues to enter the cell of the LCD panel 5.
[0152]
Therefore, the tolerance of the alignment error when combining the LCD panel 5 and the light guide can be increased, and a bright display can be easily and stably manufactured.
[0153]
Further, the spread of light emitted from the cells of the LCD panel 5 can be controlled by the size of the condensing point, the size of the emission coupler 4, and the distance between the LCD panel 5 and the light guide. The viewing zone to be observed can be arbitrarily formed.
[0154]
(Eighteenth embodiment)
In the display body according to the present embodiment, in the display body described above, the emission coupler 4 has wavelength selectivity for emitting light of a specific wavelength.
[0155]
Next, in the display body of the present embodiment configured as described above, color display can be easily performed because the emission coupler 4 has wavelength selectivity for emitting light of a specific wavelength. Can do.
[0156]
In particular, at the time of full-color display, members such as a color filter are not necessary, and extremely efficient and bright display can be obtained.
[0157]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation.
For example, in each of the above embodiments, the case where the LCD panel is used as the display element has been described. However, the present invention is not limited to this, and other display elements may be used.
[0158]
Further, the above embodiments may be appropriately combined as much as possible, and in that case, combined effects can be obtained.
[0159]
Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent requirements.
For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the above embodiments, the problem (at least one) described in the column of problems to be solved by the invention can be solved. When (at least one of) the effects described in the “Effect” column can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0160]
【The invention's effect】
As explained above, Book According to the light guide of the invention, the light that guides the inside of the light guide body while taking the incident light into the light guide body and spreading the light in a plane parallel to the flat portion of the light guide body. Since the incident coupler composed of the diffractive optical element having the function of converting into a flat light guide body is formed on the flat surface of the flat light guide body, light can be efficiently incident on the flat light guide body. In addition, the thickness of the light guide body can be reduced. Optically, light can be spread uniformly by the function of the diffractive optical element, and light can be guided uniformly even when the size of the light source is small and the number is small.
[0162]
further, Book According to the light guide of the invention, since a plurality of injection couplers that emit light that guides the inside of the light guide body to the outside of the light guide body are formed on the light guide body, Light can be selectively and efficiently emitted from the inside of the planar light guide body at the position where the emission coupler is disposed.
[0164]
Also, Book According to the light guide of the invention, the incident coupler When Injection coupler When Since the surface diffractive optical element is a surface relief type diffractive element, the light guide can be easily and inexpensively mass-produced using an embossing technique or the like. further It becomes possible to form a light guide having all functions by one molding.
[0165]
further, Book In the light guide of the invention Leave The diffractive optical element constituting at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a kinoform or a blazed diffraction grating. Also good. This It is possible to extremely increase the light use efficiency when light is incident on the light guide body and / or when light is emitted from the light guide body.
In particular, in the case of kinoform, it can be flexibly applied to any wavefront conversion, and in the case of a blazed diffraction grating, the optical function is simply designed by the grating spacing and grating pattern. In addition, it can be manufactured relatively easily, and a high-precision optical element can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall configuration of a light guide using an incident coupler according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing an example of the overall configuration of a light guide using the incident coupler according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing an example of the overall configuration of a light guide using the incident coupler according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a light intensity distribution before and after an incident coupler in the light guide according to the first embodiment.
FIG. 5 is a plan view showing another configuration example of the light guide using the incident coupler according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is a plan view showing an overall configuration example of a light guide using a plurality of incident couplers and emission couplers according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing an example of the overall configuration of a light guide using an entrance coupler and an exit coupler according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing another configuration example of the light guide using the incident coupler and the emission coupler according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a side view showing an example of the overall configuration of a light guide using an entrance coupler and an exit coupler according to fourth to eighth embodiments of the present invention.
FIG. 10 is a side view showing an example of the overall configuration of a light guide using an entrance coupler and an exit coupler according to fourth to eighth embodiments of the present invention.
FIG. 11 is a side view showing an example of the overall configuration of a light guide using an entrance coupler and an exit coupler according to fourth to eighth embodiments of the present invention.
FIG. 12 is a side view showing an overall configuration example of a light guide using an entrance coupler and an exit coupler according to fourth to eighth embodiments of the present invention.
FIG. 13 is a side view showing an overall configuration example of a display body in which a light guide body and an LCD panel according to a fourteenth embodiment of the present invention are combined.
FIG. 14 is a side view showing an overall configuration example of a display body in which a light guide body and an LCD panel according to a seventeenth embodiment of the present invention are combined.
[Explanation of symbols]
1. Light guide body
2 ... Incident coupler
3 ... Light source
4 ... Injection coupler
5 ... LCD panel.
Claims (18)
入射光を導光体本体の内部へ取り入れる入射カップラを、前記導光体本体上の平面部に少なくとも１個配置し、前記入射カップラを、入射光を前記導光体本体の平面部に平行な面において光を拡げながら導光体本体内を導光する光に変換する機能を有する表面レリーフ型回折素子で構成するようにし、
前記導光体本体の内部を導光する光を導光体本体の外へ射出する射出カップラを、前記導光体本体上に少なくとも１個配置するようにし、該射出カップラを、表面レリーフ型回折素子で構成するようにした
ことを特徴とする導光体。In a planar light guide that guides light in a plane,
At least one incident coupler that takes incident light into the light guide body is disposed on the planar portion on the light guide body, and the incident coupler is parallel to the plane portion of the light guide body. so as to constitute the surface relief type diffraction Orimoto element having a function of converting the light guided through the light guide body while expanding the light in a plane,
At least one injection coupler that emits light that guides the inside of the light guide body to the outside of the light guide body is disposed on the light guide body. A light guide characterized by comprising an element .
前記入射カップラにより、入射光を導光体本体の内部へ臨界角以上の角度で取り入れるようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to claim 1,
A light guide characterized in that incident light is taken into the inside of the light guide body at an angle greater than a critical angle by the incident coupler.
前記射出カップラの大きさを、前記入射カップラに近い側は小さくし、
前記入射カップラから離れるにしたがって大きくなるようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide according to claim 1 or 2 ,
The size of the exit coupler is reduced on the side closer to the entrance coupler,
A light guide body, wherein the light guide body becomes larger as the distance from the incident coupler increases.
前記入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを構成する回折光学素子を、キノフォーム、もしくはブレーズド回折格子とするようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide according to any one of claims 1 to 3 ,
A light guide body characterized in that a diffractive optical element constituting at least one of the entrance coupler and the exit coupler is a kinoform or a blazed diffraction grating.
前記入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、透過型回折素子とするようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide according to any one of claims 1 to 4 ,
A light guide body, wherein at least one of the incident coupler and the emission coupler is a transmission type diffractive element.
前記入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、反射型回折素子とするようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 5 ,
A light guide characterized in that at least one of the incident coupler and the outgoing coupler is a reflective diffraction element.
前記入射カップラを、導光体本体の光入射面と対向する面に配置された反射型回折素子とし、
前記入射カップラが配置された導光体本体の平面部のほぼ全面に亘って反射層を備えるようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide according to any one of claims 1 to 6 ,
The incident coupler is a reflective diffractive element disposed on a surface facing the light incident surface of the light guide body,
A light guide having a reflective layer over substantially the entire surface of a planar portion of the light guide body in which the incident coupler is disposed.
前記入射カップラが配置された導光体本体の平面部上に、前記射出カップラを複数個配置するようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 7 ,
A light guide body, wherein a plurality of the exit couplers are arranged on a plane portion of a light guide body on which the incident coupler is arranged.
前記入射カップラまたは射出カップラのうちの少なくとも一方のカップラを、曲線状の回折格子で構成するようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 8 ,
A light guide characterized in that at least one of the entrance coupler and the exit coupler is constituted by a curved diffraction grating.
前記導光体本体の平面部と水平な面内における主導光方向に対してほぼ直交する方向において、前記入射カップラから導光体本体内へ入射光が６０度以上かつ１８０度以下の角度でほぼ均一な光強度分布に拡がって入射するようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 9 ,
Incident light from the incident coupler into the light guide body in a direction substantially orthogonal to the main light direction in a plane parallel to the planar portion of the light guide body is substantially at an angle of 60 degrees or more and 180 degrees or less. A light guide having a uniform light intensity distribution and incident light.
前記導光体本体の平面部とほぼ垂直な面内において、前記入射カップラから導光体本体内へ入射光がほぼ平行光状として入射するようにした
ことを特徴とする導光体。In the light guide body according to any one of the claims 1 to 1 0,
A light guide characterized in that incident light enters the light guide body from the incident coupler as substantially parallel light in a plane substantially perpendicular to the planar portion of the light guide body.
前記導光体本体の厚みを、０．５ｍｍ以下とするようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 11, wherein
The light guide body characterized in that the thickness of the light guide body is 0.5 mm or less.
入射光を発生する光源の導光体本体側を平坦とし、
前記導光体本体と光源とを、密着もしくは接着材料を介して一体とするようにした
ことを特徴とする導光体。The light guide according to any one of claims 1 to 12 , wherein
Flatten the light guide body side of the light source that generates incident light,
A light guide body, wherein the light guide body and the light source are integrated with each other through close contact or an adhesive material.
ことを特徴とする表示体。The billing to the light exit plane of the light guide according to any one of claims 1 to 1 3, a display body characterized by comprising placing a display device such as an LCD panel.
ＬＣＤパネル等の表示素子の１画素毎に、前記導光体本体上の対応する位置に前記射出カップラを配置するようにした
ことを特徴とする表示体。The display body according to claim 1 4,
A display body, wherein the injection coupler is disposed at a corresponding position on the light guide body for each pixel of a display element such as an LCD panel.
ＬＣＤパネル等の表示素子の１画素を構成するＲ，Ｇ，Ｂの各色のセル毎に、導光体本体上の対応する位置に前記射出カップラを配置するようにした
ことを特徴とする表示体。The display body according to claim 1 5,
A display body characterized in that the emission coupler is arranged at a corresponding position on a light guide body for each cell of each color of R, G, and B constituting one pixel of a display element such as an LCD panel. .
前記射出カップラが、ＬＣＤパネル等の表示素子位置近辺で射出光を集光する機能を有するようにした
ことを特徴とする表示体。The display body according to claim 15 or 16 , wherein
A display body, wherein the emission coupler has a function of condensing emitted light in the vicinity of a position of a display element such as an LCD panel.
前記射出カップラが、特定波長の光を射出する波長選択性を有するようにした
ことを特徴とする表示体。In the display element according to any one of the preceding claims 1 4 through claim 17,
The display body, wherein the emission coupler has wavelength selectivity for emitting light of a specific wavelength.
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