JP4645088B2 - Light guide plate formed by blazed grating - Google Patents
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Description
本発明は、ブレーズド格子によって形成された導光板に係り、更に詳しくは、液晶表示装置等の照明装置もしくは表示装置のバックライトに用いるのに好適な導光板に関する。 The present invention relates to a light guide plate formed by a blazed grating, and more particularly to a light guide plate suitable for use in an illumination device such as a liquid crystal display device or a backlight of a display device.
通常、透過型の液晶パネルの背面に用いられる照明光源である所謂バックライトには、光源からの光を均一に液晶パネルに導くために、透明樹脂からなる導光板が用いられている。図9の斜視図に示すように、この種の導光板10に、例えば白色光を発する光源12が配置されてなる照明装置14では、導光板10の端面11から導光板10内に入射した光は、導光板10の平面部を全反射しながら導光板10内を、おおよそ平均導光方向Fに沿って進む。なお、図9は、光源12として線状の光源を用いた例を示しているが、光源12の形状は線状に限るものではなく、例えば点状であってもよい。導光板10の平面部には所々にプリズム16が設けられ、プリズム16に当たった光は、図中矢印に示す射出方向Eに従って、導光板10の射出面13から射出される。
In general, a so-called backlight, which is an illumination light source used on the back surface of a transmissive liquid crystal panel, uses a light guide plate made of a transparent resin in order to uniformly guide light from the light source to the liquid crystal panel. As shown in the perspective view of FIG. 9, in an
図10の斜視図に示すように、この照明装置14の導光板10の射出面13の上部に透過型液晶パネル18を配置し、射出面13から射出した光を透過させることによって画像を表示する表示装置24が形成される。図9および図10に示すように背面にプリズム16が設けられた導光板10に係る公知例としては、例えば下記特許文献1がある。また、プリズムを用いない照明装置の例としては、導光板10の底面に散乱性のドットを印刷することにより、光を拡散射出する方法もある。
As shown in the perspective view of FIG. 10, a transmissive
一方、光源12からの光を所望の方向へ効率良く導光させる光学素子として、回折格子が知られている。回折格子の典型的な構成は、等間隔に配置された平行線(格子線)の集合体であり、格子線を濃淡で表現すると振幅型回折格子、凹凸形状で表現すると位相型回折格子となる。
On the other hand, a diffraction grating is known as an optical element that efficiently guides light from the
一般に、可視光に対しては、0.5〜2μm程度の格子間隔(ピッチ)の回折格子が利用される。位相型回折格子としては、断面形状が矩形状もしくは正弦波状の所謂バイナリー格子が知られているが、より光の利用効率(回折効率)が高く光の射出方向を厳密に制御できるものとして、断面形状が鋸歯状のブレーズド格子がある。 Generally, for visible light, a diffraction grating having a grating interval (pitch) of about 0.5 to 2 μm is used. As the phase type diffraction grating, a so-called binary grating having a rectangular or sinusoidal cross-sectional shape is known. However, the cross-section is assumed to have higher light utilization efficiency (diffraction efficiency) and strictly control the light emission direction. There is a blazed grating with a serrated shape.
ブレーズド格子を構成する際には、ブレーズド格子の格子間隔に応じて決定される回折光の射出角度と緩斜面による反射光の射出角が同一となるように傾斜角を決定することで、理論的には100%の回折効率を得ることができる。
しかしながら、このような従来の導光板では、以下のような問題がある。 However, such a conventional light guide plate has the following problems.
すなわち、ブレーズド格子を導光板10の射出面13もしくは射出面13の対向面15に構成し、光源12からの光を回折させ、射出面13から射出させる機能を有する導光板10を作成すると、ブレーズド格子の光学特性により、射出面13から損失の少ない光を射出することができる。しかしながら、同時に回折の際の分光作用により、射出光が虹色に見えたり、ある特定の色が観察されたりする。そのため、回折格子を用いた導光板には、別途、拡散板を設けたり、導光板に拡散機能を有する層を一体成型するなどして、得られる射出光の色や光量分布を均一化するのが一般的である。
That is, when the blazed grating is formed on the
しかし、導光板に拡散性をもたせることで射出面からの光以外の散乱光が生じたり、拡散層で光の吸収が起こることにより、光の利用効率が低下してしまうという問題がある。 However, there is a problem in that the light utilization efficiency is lowered due to scattering of light other than the light from the exit surface by causing the light guide plate to have diffusibility, or absorption of light in the diffusion layer.
また、光源12から射出される光の波長によっても、ブレーズド格子の回折作用により得られる射出光の色や、光量が最大となる角度が変化する。小型液晶表示装置のバックライトには白色LED光源や白色CCFL(冷陰極管)光源等が利用されているが、このような白色光を発する光源12から射出する光のピーク波長である主波長の値、すなわち光源から射出する光の色調は様々である。
The color of the emitted light obtained by the diffractive action of the blazed grating and the angle at which the light quantity is maximized also change depending on the wavelength of the light emitted from the
例えば、白色LED光源が青の波長と黄の波長にピークをもっている場合、すなわち2つの主波長の値を持っている場合は、その双方の波長の光を射出面13からバランス良く射出しなければ理想的な色度をもつ白色光を得ることはできない。白色LED光源が赤、青、緑の波長にピークをもっている場合、すなわち3つの主波長の値を持っている場合は、その3つの主波長の光をバランス良く射出面13から射出する必要がある。しかしながら、回折格子を用いた導光板では、回折作用により分光し、光の波長に応じて射出角度や射出光量が変化するため、射出光の色度を調節することが難しい。
For example, when a white LED light source has a peak at a blue wavelength and a yellow wavelength, that is, when there are two main wavelength values, light of both wavelengths must be emitted in a balanced manner from the
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ブレーズド格子を用いて形成することによって、光の利用効率が高く、かつ射出光の色度を厳密に制御し、もって、所望の色度を持つ射出光を得ることが可能な導光板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and by using a blazed grating, the light use efficiency is high and the chromaticity of the emitted light is strictly controlled, so that a desired color can be obtained. It is an object of the present invention to provide a light guide plate capable of obtaining emitted light having a degree.
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
すなわち、請求項1の発明は、マトリクス状もしくは帯状に配置された各セル内にそれぞれブレーズド格子が形成され、光源から射出される光を、ブレーズド格子によって予め定められた方向に回折し、この回折された光を光射出面から射出する導光板において、各セルのうちの少なくとも何れかに、ブレーズド格子を形成する緩斜面と、ブレーズド格子が配置された光射出面もしくは光射出面の対向面との成す傾斜角度が他のセルのものとは異なるブレーズド格子が形成されており、各セルは、傾斜角度が同一であるブレーズド格子の集合により形成され、各セルの長さが300μm(300×10 −6 m)以下であり、傾斜角度の種類が、光源から射出される光の主波長の数に対応して存在する。
That is, in the invention of
従って、請求項1の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、射出面から出射される射出光の光量を波長毎に制御することができ、所望の色度の射出光を得ることができる。特に、セル毎にブレーズド格子の傾斜角度を変化させ、各セル毎に射出光のピーク波長や射出角、射出光量を各々独立して決定することで、設計や製造を容易にすることが可能となる。
また、以上のような手段を講じることにより、光源から射出される光のピーク波長にあわせてプレーズド格子の傾斜角度を調整することができるので、光源からの光を効率良く利用し、射出光の色度調整を行うことが可能となる。
Therefore, in the light guide plate of the invention of
In addition, by taking the above measures, it is possible to adjust the tilt angle of the blazed grating in accordance with the peak wavelength of the light emitted from the light source. It is possible to adjust chromaticity.
請求項2の発明は、請求項1の発明の導光板において、セル内の格子ベクトル方向の下流側にあるブレーズド格子の傾斜角度が、セル内の上流側にある前記ブレーズド格子の傾斜角度以上であるか、またはセル内の下流側にあるブレーズド格子の傾斜角度が、セル内の上流側にあるブレーズド格子の傾斜角度以下であるセルが少なくとも一つ存在する。 According to a second aspect of the present invention, in the light guide plate of the first aspect of the present invention, the inclination angle of the blazed grating on the downstream side in the lattice vector direction in the cell is equal to or greater than the inclination angle of the blazed grating on the upstream side in the cell. the inclination angle of the blazed grating on the downstream side of a or in the cell, the tilt angle or less is cell blazed grating on the upstream side of the cell is at least one exists.
従って、請求項2の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、各セルから一様に連続的で広い範囲の波長の光を射出することができる。すなわち、広範囲にほぼ一様な色度をもつ光を射出することが可能となる。
Therefore, in the light guide plate of the invention of
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明の導光板において、ブレーズド格子の格子間隔が複数存在するセルが少なくとも一つ存在する。 According to a third aspect of the present invention, in the light guide plate of the first or second aspect of the present invention, at least one cell having a plurality of blazed lattice intervals is present.
従って、請求項3の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、様々な方向からブレーズド格子に入射した光を回折し、射出することができ、もって、射出面上の任意の方向に、より高輝度で色度の調節された光を得ることが可能となる。
Therefore, in the light guide plate of the invention of
請求項4の発明は、請求項1または請求項2の発明の導光板において、それぞれ単一の格子間隔で配置されたブレーズド格子によって形成されて成る各セルのうち、格子間隔が、他のセルの格子間隔とは異なるセルが少なくとも一つ存在する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the light guide plate of the first or second aspect of the present invention, among the cells formed by the blazed gratings arranged at a single lattice interval, the lattice interval is another cell. There is at least one cell different from the lattice spacing.
従って、請求項4の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、様々な方向からブレーズド格子に入射した光を回折し、射出することができ、もって、射出面上の任意の方向に、より高輝度で色度の調節された光を得ることが可能となる。
Therefore, in the light guide plate of the invention of
請求項5の発明は、請求項1または請求項2の発明の導光板において、それぞれ単一の格子間隔で配置されたブレーズド格子によって形成されて成る各セルの格子間隔が、全て等しい。 According to a fifth aspect of the present invention, in the light guide plate according to the first or second aspect of the present invention, the lattice intervals of the cells formed by the blazed gratings arranged at a single lattice interval are all equal.
従って、請求項5の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、格子間隔が異なっていることで生じるブレーズド格子の加工精度の違いによる光学特性の不均一性の問題や、拡散板や偏光板、カラーフィルター等の光学フィルムの微細パターンと、ブレーズド格子との間で不均一にモアレが生じてしまう問題を回避、または低減することが可能となる。
Therefore, in the light guide plate of the invention of
本発明の導光板は、以上のように、ブレーズド格子を用いて形成することによって、光の利用効率が高く、かつ射出光の色度を厳密に制御することが可能となる。 As described above, the light guide plate of the present invention is formed using a blazed grating, so that the light use efficiency is high and the chromaticity of the emitted light can be strictly controlled.
なお、同一の導光板において、形状の異なる回折格子を配置してなる導光板は、特許文献2にも開示されているが、特許文献2の発明は、射出光の輝度と均一性との向上を図ることを目的としており、本願発明のように所望の色度を得ることを目的としていない。特許文献2の発明のように回折格子を用いて射出光を得る場合、回折格子による分光に伴う着色が避けられないが、本発明の導光板は、この着色を回避しつつ、白色の回折光を射出させることができる。
Note that a light guide plate in which diffraction gratings having different shapes are arranged in the same light guide plate is also disclosed in
本発明によれば、光の利用効率が高く、かつ射出光の色度を厳密に制御することができ、もって、所望の色度を持つ射出光を得ることが可能な導光板を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a light guide plate that has high light utilization efficiency and can strictly control the chromaticity of emitted light, and can obtain emitted light having a desired chromaticity. Can do.
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお、以下の各形態の説明に用いる図中の符号は、図9乃至図10と同一部分については同一符号を付して示すことにする。 In addition, the code | symbol in the figure used for description of each following form attaches | subjects and shows the same code | symbol about the same part as FIG. 9 thru | or FIG.
まず、ブレーズド格子にレーザー光線のようなコヒーレントな単色光が入射し、回折光が射出する際の光学作用について、ブレーズド格子の立断面を示す図1を用いて説明する。 First, the optical action when coherent monochromatic light such as a laser beam is incident on the blazed grating and the diffracted light is emitted will be described with reference to FIG. 1 showing an elevational section of the blazed grating.
ブレーズド格子30は図1に示すように緩斜面41と急斜面42とから構成される。1つの緩斜面41と1つの急斜面42の底面の長さの和が格子間隔(ピッチ)dであり、格子間隔dの逆数が空間周波数である。このようなブレーズド格子30に例えば、底面に対する法線方向に対してαの角度で波長λの単色の入射光44が入射すると、格子間隔dとm次回折光の射出角β,波長λの関係式
md=λ/(sinα−sinβ) ・・・式(1)
から回折光47の射出角βが一意に決定される。ここでブレーズド格子30では回折光47の射出角βと、入射光44の正反射光の射出角度とが一致するように、緩斜面41の傾斜角度θを設定することで、回折光47として非常に高い回折効率をもった射出光を得ることができる。格子間隔dを変えることによりレーザー光線等のコヒーレント光を入射した際の回折光47の角度が変化する。
The blazed grating 30 is composed of a
md = λ / (sin α−sin β) (1)
Therefore, the exit angle β of the diffracted
このようなブレーズド格子30に白色光が入射した際の光学特性について、図2を用いて説明する。ブレーズド格子30に底面に対する法線方向から白色光48が入射すると、この白色光48の入射角度、白色光を構成する各波長の光、及びブレーズド格子30の格子間隔dに応じて、それぞれの波長の回折光の射出角度が一意に決定され、分光して射出される。
Optical characteristics when white light enters the blazed grating 30 will be described with reference to FIG. When
可視光領域の光では、図2のように長波長(例えば赤)の光49aは回折角度が大きく射出し、短波長(例えば青)の光49bは回折角度が小さく射出する。また、図2とは異なる角度から白色光を入射すると、上記式(1)に基づいて、分光した回折光は図2の場合とはそれぞれ異なる角度に射出される。 As shown in FIG. 2, the light 49a having a long wavelength (for example, red) emits a large diffraction angle and the light 49b having a short wavelength (for example, blue) emits a small diffraction angle. Further, when white light is incident from an angle different from that in FIG. 2, the diffracted diffracted light is emitted at an angle different from that in FIG. 2 based on the above equation (1).
例えば白色光源の主なピーク波長が633nm(赤)、520nm(緑)、および442nm(青)の3種類であり、ブレーズド格子30の格子間隔dが1μmである場合に、導光板10の射出面13に対して垂直な方向にそれらの波長の光を射出するためには、式(1)から、入射光の入射角度αはそれぞれ約39度、約31度、および約26度となる。また、その際に、射出面13に対して垂直な方向への回折光の光量を最も高めるための条件として、ブレーズド格子30の傾斜角度θはそれぞれ約19.5度、約15.5度、約13度となる。
For example, when the main light source has three main peak wavelengths of 633 nm (red), 520 nm (green), and 442 nm (blue), and the grating interval d of the blazed grating 30 is 1 μm, the exit surface of the
ここでこれら3種類のブレーズド格子30のいずれかの傾斜角度θを変化させることで、そのブレーズド格子30から射出面13の垂直な方向に射出する光の光量を調整することができる。
Here, by changing the inclination angle θ of any of these three types of blazed
前述の例で波長633nmの光を、射出面13に対して垂直に射出するブレーズド格子30の傾斜角度θは約19.5度であったが、その傾斜角度θを変化させることで、垂直方向への波長633nmの赤い光を抑えることができ、結果として垂直方向で感じられる光の色度はやや青や緑にシフトしたものとなる。
In the above example, the tilt angle θ of the blazed grating 30 that emits light having a wavelength of 633 nm perpendicular to the
このように各ブレーズド格子30の傾斜角度θを調整することで、射出される光の光量を波長毎に調整でき、色度を所望の値に設定することが可能となる。ここで、一般に入射光となる白色光源は各波長の光量が一定ではなく、ピーク値にばらつきがあったり、ピーク波長の周辺部の波長の光も光源毎に異なる量で射出される。また、人間の比視感度特性により同じ光量でも波長が違うことで明るさの認識に違いが出る。そのような現象をも考慮して射出光の色度を決定することが好ましい。 Thus, by adjusting the inclination angle θ of each blazed grating 30, the amount of emitted light can be adjusted for each wavelength, and the chromaticity can be set to a desired value. Here, in general, a white light source serving as incident light does not have a constant light amount at each wavelength, and there are variations in peak values, and light having wavelengths around the peak wavelength is emitted in different amounts for each light source. In addition, brightness recognition is different due to the difference in wavelength even with the same amount of light due to the human's specific visual sensitivity characteristics. It is preferable to determine the chromaticity of the emitted light in consideration of such a phenomenon.
なお、このような機能を導光板10において実現する際には、導光板10の屈折率を考慮する必要がある。例えば、屈折率nの媒質中を伝搬する光の波長は空気中(屈折率1.0)を伝搬する波長のn分の1倍にする必要がある。
When realizing such a function in the
(第1の実施の形態)
上述したような原理を踏まえ、以下に、本発明の第1の実施の形態に係る導光板について説明する。
(First embodiment)
Based on the above-described principle, the light guide plate according to the first embodiment of the present invention will be described below.
すなわち、本実施の形態に係る導光板は、マトリクス状もしくは帯状に配置された各セル内にそれぞれブレーズド格子が形成され、光源から射出される光を、ブレーズド格子によって予め定められた方向に回折し、この回折された光を射出面から射出する導光板において、各セルのうちの少なくとも何れかに、ブレーズド格子を形成する緩斜面と、ブレーズド格子が配置された射出面もしくは射出面の対向面との成す傾斜角度が他のセルのものとは異なるブレーズド格子が形成されている。本実施の形態では、何れのセルも、単一の格子間隔でブレーズド格子が配置されており、各セルにおける格子間隔が全て等しい。また、傾斜角度の種類が、光源から射出される光の主波長の数に対応して存在している。 That is, in the light guide plate according to the present embodiment, a blazed grating is formed in each cell arranged in a matrix or a band, and the light emitted from the light source is diffracted in a predetermined direction by the blazed grating. In the light guide plate that emits the diffracted light from the exit surface, at least one of the cells, a gentle slope that forms a blazed grating, and the exit surface on which the blazed grating is disposed or a surface facing the exit surface A blazed grating having an inclination angle different from that of other cells is formed. In this embodiment, blazed gratings are arranged at a single lattice interval in any cell, and the lattice intervals in each cell are all equal. Further, the types of tilt angles exist corresponding to the number of main wavelengths of light emitted from the light source.
図3(a)は、このような導光板10を射出面13側から見た上面図の一例であり、図3(b)は、図3(a)に示すA−A断面に沿った立断面図である。
FIG. 3A is an example of a top view of such a
すなわち、この導光板10は、図3(a)に示すように、マトリクス状に分割したセル61,60,62毎に異なる傾斜角度θ1,θ0,θ2をそれぞれ有するブレーズド格子51,50,52を配置している。そして、何れのセル61,60,62も、等しい格子間隔dでブレーズド格子51,50,52を配置している。セルは、X方向に沿ってセル60,62,61の順で周期的に配置され、Y方向に沿ってセル62,61,60の順で周期的に配置されるようにしている。マトリクスの行または列が1の場合である帯状のセル分布もまた本実施の形態に係る導光板に含まれる。
That is, as shown in FIG. 3A, the
導光板10の一端面11側に配置された白色LED光源等の白色光を発する光源12は、一般に2〜3種類の特定の波長の光が強く射出され、それらの波長の光が混ざることにより白色もしくは白色に近い色になっている。例えば633nm(赤)、520nm(緑)、および442nm(青)の3種類のピーク波長、すなわち3種類の主波長を持つ光源や、442nm(青)と580nm(黄)の2種類のピーク波長、すなわち2種類の主波長を持ち、その混色で白色を表現する光源が一般的である。このような光源としては、白色LED光源の他に、白色CCFL(冷陰極管)光源がある。したがって、光源12としては、白色LED光源のみならず、白色CCFL(冷陰極管)光源を用いても良い。
The
このように、光源12からの光の波長分布は可視光全域で一様ではなく、2〜3種類の主波長を有しているために、これら主波長の光のみを任意の方向に射出するようにブレーズド格子の傾斜角度θを決定することで、十分に高輝度且つ色度の調節された射出光を得るようにしている。以下では、光源12から633nm(赤)、520nm(緑)、および442nm(青)の3種類の主波長を持つ光が射出された場合を例に説明する。
As described above, the wavelength distribution of the light from the
光源12から導光板10に射出された3種類の主波長(赤(R),緑(G),青(B))を持つ光は、図3(b)に示すように全反射を繰り返すことで導光板10内を平均導光方向Fに向かって伝搬して行く過程でブレーズド格子51,50,52に到達すると、そこで回折されて、射出面13から射出する。
The light having the three main wavelengths (red (R), green (G), and blue (B)) emitted from the
主波長の種類に合わせて3種類の傾斜角度θ1,θ0,θ2をそれぞれ有するブレーズド格子51,50,52は、それぞれ異なるセル61,60,62内に配置、形成されている。ブレーズド格子51,50,52はそれぞれ赤(R),緑(G),青(B)の光を射出面13の垂直方向に効率良く射出する機能をもつ。すなわち、傾斜角度θの種類(θ1,θ0,θ2の3種類)が、光源12から射出される光の主波長の数(R,G,Bの3種類)に対応して存在している。
The blazed
ここで、光源12の波長分布を考慮して各セル61,60,62内のブレーズド格子51,50,52の傾斜角度θ1,θ0,θ2を必要に応じて変化させ、射出面13の垂直方向における色度の制御を可能とする。
Here, in consideration of the wavelength distribution of the
以上説明したように、光源12から射出される光の主波長の種類に合わせて、導光板10を3種類のマトリクス状のセル61,60,62に分割し、セル61,60,62毎にブレーズド格子51,50,52の傾斜角度θ1,θ0,θ2を決定することで、設計や製造、光線追跡のシミュレーション等を効率良く行うことができる。なお、マトリクス状でなく、任意の方向に帯状に配置したセルについても同様である。
As described above, the
また、各セル61,60,62は図3(a)のように、2次元平面上において規則的に配置されていても良いし、別の法則により配置されていても良い。各セル61,60,62の大きさについても一様でなくても良く、例えば比視感度が低い赤の波長を任意の方向に射出するセル61については面積を大きくする等するとなお良い。
Each
なお、本実施の形態に係る導光板10を液晶装置用のバックライト部材として用いる場合、各セル61,60,62の大きさとしては、液晶パネルの画素と導光板のセルとの間で生じるモアレを抑制するために、液晶パネルの各画素と同じか各画素よりも小さい面積にすることが望ましい。また、本実施の形態に係る導光板10を他の用途に用いる場合でも、人間の眼の解像度より細かい、例えば300μm以下の大きさにすることで各セル61,60,62からの射出光の色が独立して知覚されることを避けることができる。
When the
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る導光板について以下に説明する。なお、本実施の形態に係る導光板は、第1の実施の形態に係る導光板の変形例であるので、ここでは、第1の実施の形態と同一部分については同一符号を付して示し、異なる点のみを説明する。
(Second Embodiment)
The light guide plate according to the second embodiment of the present invention will be described below. Since the light guide plate according to the present embodiment is a modification of the light guide plate according to the first embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Only the differences will be described.
すなわち、本実施の形態に係る導光板は、第1の実施の形態に係る導光板において、特に、格子ベクトル方向の下流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θが、上流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θ以上であるか、または下流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θが、上流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θ以下であるセルが少なくとも一つ存在する導光板である。 That is, the light guide plate according to the present embodiment is the same as the light guide plate according to the first embodiment, in particular, the inclination angle θ of the blazed grating on the downstream side in the lattice vector direction is the inclination of the blazed grating on the upstream side. The light guide plate includes at least one cell having an angle θ that is equal to or greater than the angle θ or a tilt angle θ of the blazed grating on the downstream side is equal to or less than the tilt angle θ of the blazed grating on the upstream side.
図4(a)は、このような本実施の形態に係る導光板の一例を示す立断面図である。なお、図中に示すX方向は、格子ベクトル方向に一致する。ここでは、各セル61,60,62に配置されたブレーズド格子51,50,52は、格子ベクトル方向の下流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θを、上流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θ以上としている。格子間隔dは、いずれのセル61,60,62でも同一としている。図4(b)はこの状態を示すために、代表的にセル61について示した拡大図である。
FIG. 4A is an elevational sectional view showing an example of the light guide plate according to the present embodiment. Note that the X direction shown in the figure coincides with the lattice vector direction. Here, the blazed
すなわち、セル61は、格子ベクトル方向の上流側から3つのブレーズド格子51(#1),51(#2),51(#3)を順に配置してなる。更に、各ブレーズド格子51(#1),51(#2),51(#3)の傾斜角度θ11,θ12,θ13が、この順に大きくなっている(θ11<θ12<θ13)。
That is, the
図4(c)は、本実施の形態の別の例を示すものであって、同様に代表的にセル61について示した拡大図である。すなわち、この場合、各ブレーズド格子51(#1),51(#2),51(#3)の傾斜角度θ11,θ12,θ13が、この順に小さくなっている(θ11>θ12>θ13)。
FIG. 4C shows another example of the present embodiment, and is an enlarged view representatively showing the
なお、図4(b)および図4(c)で示すように、同一セル61内に配置された各ブレーズド格子51の傾斜角度θが、全て異なる必要はなく、例えば図5(a)および図5(b)に示すように、同じ傾斜角度を持つブレーズド格子51が隣接するようにしても良い。こうすることによっても、格子ベクトル方向の下流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θが、上流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θ以上(θ11<θ12=θ12<θ13=θ13=θ13<θ14=θ14<θ15)であるか、または下流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θが、上流側にあるブレーズド格子の傾斜角度θ以下(θ11=θ11=θ11>θ12=θ12=θ12>θ13=θ13=θ13)とすることができる。
As shown in FIGS. 4B and 4C, the inclination angles θ of the blazed
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る導光板の作用について説明する。 Next, the operation of the light guide plate according to the present embodiment configured as described above will be described.
前述したように、白色LED光源や白色CCFL光源等の光源12は、ある特定の波長の光のみを射出するのではなく、ピーク波長の周辺の波長の光も射出する。図6はこのような光源12の射出光の波長分布の一例を図示したものである。図6の例に示すような光源12は3つの波長(赤(R),緑(G),青(B))にピークをもっているが、各ピーク波長の周辺の波長の光も射出し、それぞれピークの波長を中心に裾野が広がるように分布する。また、その広がり方はそれぞれ異なっているのが普通である。
As described above, the
このようにある程度波長分布に広がりをもった入射光を射出面13から任意の方向に射出するには、ブレーズド格子の傾斜角度θは、格子ベクトル方向に沿って一定ではなく、図4および図5に示すように変化しているのが都合がよい。特に、各セル61,60,62内でピークとなる波長に対応する傾斜角度θをもつブレーズド格子を中心として、傾斜角度θが異なるブレーズド格子を連続的に配置するのが好ましい。この場合、入射光の波長により、最適となる傾斜角度θが異なるので、入射光の波長毎の光量分布特性をもとに各波長の光を最適に射出できるよう、同一セル61,60,62内の各傾斜角度(図4(b)、図(c)、図5(b)の場合θ11〜θ13、図5(a)の場合θ11〜θ15)を決定している。
Thus, in order to emit incident light having a certain wavelength distribution spread from the
特に、図5(a)に示すように、ピーク波長に対応する傾斜角度θ13をもつブレーズド格子51(#4〜#6)は多く(3個)構成し、光量が減少するに従って同一傾斜角度θを有するブレーズド格子数を減らす(傾斜角度θ12および傾斜角度θ14をもつブレーズド格子をそれぞれ2個。傾斜角度θ11および傾斜角度θ15をもつブレーズド格子をそれぞれ1個)となお良好な射出光を得ることができる。 In particular, the same angle of inclination in accordance with, as shown in FIG. 5 (a), blazed grating 51 having a tilt angle theta 13 corresponding to the peak wavelength (# 4 to # 6) Many (3) constitutes, the amount of light is reduced Reducing the number of blazed gratings having θ (two blazed gratings each having an inclination angle θ 12 and an inclination angle θ 14 , one blazed grating having an inclination angle θ 11 and an inclination angle θ 15 each), and even better emission Light can be obtained.
ここで、射出光の色度を調節するために、ピーク波長に対応するブレーズド格子(図5(a)の場合ブレーズド格子51(#4〜#6))の傾斜角度θ13を変化させ、それに伴って他の波長に対応するブレーズド格子(図5(a)の場合ブレーズド格子51(#1〜#3,#7〜#9)の傾斜角度も変化させてやればよい。 Here, in order to adjust the chromaticity of emitted light by changing the inclination angle theta 13 of blazed grating (FIGS. 5 (a) in the case blazed grating 51 (# 4 to # 6)) corresponding to the peak wavelength, it Accordingly, the inclination angle of the blazed grating corresponding to other wavelengths (in the case of FIG. 5A, the blazed grating 51 (# 1 to # 3, # 7 to # 9)) may be changed.
このようにブレーズド格子を備えることによって、ある特定の方向(例えば射出面と垂直な方向)だけでなく、その近傍の方向でも近い色度の射出光が得られ、もって、ある程度広い観察領域内で、ほぼ一様な色の射出光を得ることが可能となる。 By providing the blazed grating in this way, it is possible to obtain emitted light having a close chromaticity not only in a specific direction (for example, a direction perpendicular to the emission surface) but also in a direction in the vicinity thereof. Thus, it is possible to obtain emitted light having a substantially uniform color.
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る導光板について以下に説明する。なお、本実施の形態に係る導光板もまた、第1の実施の形態に係る導光板の変形例であるので、ここでは、第1の実施の形態と同一部分については同一符号を付して示し、異なる点のみを説明する。
(Third embodiment)
A light guide plate according to the third embodiment of the present invention will be described below. Since the light guide plate according to the present embodiment is also a modification of the light guide plate according to the first embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Only the differences will be described.
すなわち、本実施の形態に係る導光板は、第1の実施の形態に係る導光板において、特に、ブレーズド格子の格子間隔が複数存在するセルが少なくとも一つ存在する導光板である。 That is, the light guide plate according to the present embodiment is the light guide plate according to the first embodiment, in particular, a light guide plate in which at least one cell having a plurality of blazed lattice intervals exists.
これを、図7を用いて説明する。図7は、本実施の形態に係る導光板に含まれるあるセルの立断面形状の一例を示している。このセルは、2つのブレーズド格子70と、2つのブレーズド格子71とを直列に配置して成り、ブレーズド格子70の配置間隔d0と、ブレーズド格子71の配置間隔d1とが異なっている(d0≠d1)。なお、ブレーズド格子70の傾斜角度θ0と、ブレーズド格子71の傾斜角度θ1とは同じであっても、異なっていても良い。このように、ブレーズド格子の格子間隔dが複数存在するセルを少なくとも一つ備えている。
This will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows an example of a vertical sectional shape of a certain cell included in the light guide plate according to the present embodiment. The cell comprises two blazed grating 70 composed by placing two blazed
ブレーズド格子を利用した導光板では、これまでに説明したように入射した光が分光し、波長に応じて異なる角度に回折光が射出する。回折光の射出角度は入射光の入射角度やブレーズド格子の格子間隔dによって決定される。そのため、射出面13上の任意の方向でより高輝度で色度の調節された光を得るためには、例えば図7に示すように、ブレーズド格子の格子間隔dを場所により変えることが望ましい。
In a light guide plate using a blazed grating, incident light is dispersed as described above, and diffracted light is emitted at different angles depending on the wavelength. The exit angle of the diffracted light is determined by the incident angle of the incident light and the grating interval d of the blazed grating. Therefore, in order to obtain light with higher brightness and adjusted chromaticity in any direction on the
通常、光源12からの光はある程度広範囲に射出されるので、導光板10に形成されたブレーズド格子に対しても様々な角度で入射する。そのため、各波長成分を有した光が様々な角度から入射するので、ブレーズド格子に入射した光のピーク波長と入射角度を考慮して格子間隔dを最適化するのが良い。
Usually, the light from the
さらに、導光板10内で光源12から近い位置にあるブレーズド格子と離れた位置にあるブレーズド格子とでは全反射を繰り返し到達する光の入射角度がやはり変わるので、位置に応じても格子間隔dを最適化するのが良い。これを、図8を用いて説明する。
Furthermore, since the incident angle of the light that repeatedly reaches the total reflection also changes between the blazed grating located near the
図8(a)および図8(b)は、本実施の形態に係る導光板に含まれるある二つのセルの断面形状の一例をそれぞれ示している。図8(a)に示すセルは、3つのブレーズド格子70を配置間隔d0で配置して成り、図8(b)に示すセルは、3つのブレーズド格子71を配置間隔d1で配置して成る。そして、配置間隔d0と配置間隔d1とは異なっている(d0≠d1)。なお、ブレーズド格子70の傾斜角度θ0と、ブレーズド格子71の傾斜角度θ1とは同じであっても、異なっていても良い。このように、本実施の形態に係る導光板は、必要に応じて、単一の格子間隔で配置されたブレーズド格子によって形成されて成る各セルのうち、格子間隔が、他のセルの格子間隔とは異なるセルが少なくとも一つ設ける。 FIGS. 8A and 8B show examples of the cross-sectional shapes of two cells included in the light guide plate according to the present embodiment. Cell shown in FIG. 8 (a) is made by placing the three blazed grating 70 at an arrangement interval d 0, the cell shown in FIG. 8 (b), by placing three blazed grating 71 at arrangement intervals d 1 Become. The arrangement interval d 0 and the arrangement interval d 1 are different (d 0 ≠ d 1 ). Note that the inclination angle theta 0 blazed grating 70, even the same as the inclination angle theta 1 of the blazed grating 71, may be different. Thus, in the light guide plate according to the present embodiment, the lattice spacing of each cell formed by blazed gratings arranged at a single lattice spacing is the lattice spacing of other cells as necessary. At least one cell different from the above is provided.
したがって、本実施の形態に係る導光板によって、射出面13上の任意の方向で、より高輝度で、かつ色度の調節された光を得ることが可能となる。
Therefore, the light guide plate according to the present embodiment makes it possible to obtain light with higher brightness and chromaticity adjusted in any direction on the
以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The best mode for carrying out the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such a configuration. Within the scope of the invented technical idea of the scope of claims, a person skilled in the art can conceive of various changes and modifications. The technical scope of the present invention is also applicable to these changes and modifications. It is understood that it belongs to.
例えば、上記実施の形態として、ブレーズド格子が導光板の射出面13の対向面15に形成され、反射型の回折格子として機能する例を示したが、ブレーズド格子を射出面13に形成し、透過型の回折格子としても同様の効果を実現することができる。
For example, as an example of the above embodiment, a blazed grating is formed on the opposing
E…射出方向、F…平均導光方向、d…格子間隔、α…入射角度、β…射出角、θ…傾斜角度、10…導光板、11…端面、12…光源、13…射出面、14…照明装置、15…対向面、16…プリズム、18…透過型液晶パネル、24…表示装置、30…ブレーズド格子、41…緩斜面、42…急斜面、44…入射光、47…回折光、48…入射光、49…光、50,51,52…ブレーズド格子、60,61,62…セル、70,71…ブレーズド格子
E: Ejection direction, F: Average light guide direction, d: Lattice spacing, α: Incident angle, β: Ejection angle, θ ... Inclination angle, 10 ... Light guide plate, 11 ... End face, 12 ... Light source, 13 ... Emission face, DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記各セルのうちの少なくとも何れかに、前記ブレーズド格子を形成する緩斜面と、前記ブレーズド格子が配置された前記光射出面もしくは前記光射出面の対向面との成す傾斜角度が他のセルのものとは異なるブレーズド格子が形成されており、前記各セルは、前記傾斜角度が同一である前記ブレーズド格子の集合により形成され、前記各セルの長さが300μm(300×10 −6 m)以下であり、前記傾斜角度の種類が、前記光源から射出される光の主波長の数に対応して存在する導光板。 A blazed grating is formed in each of the cells arranged in a matrix or band, and the light emitted from the light source is folded in a predetermined direction by the blazed grating, and the diffracted light is reflected on the light exit surface. In the light guide plate emitted from
At least one of the cells has an inclination angle formed between a gentle slope that forms the blazed grating and the light emitting surface on which the blazed grating is disposed or a surface facing the light emitting surface of another cell. A blazed grating different from that is formed, and each cell is formed by a set of the blazed gratings having the same inclination angle, and the length of each cell is 300 μm (300 × 10 −6 m) or less. And the type of the tilt angle exists corresponding to the number of main wavelengths of light emitted from the light source .
前記セル内の格子ベクトル方向の下流側にある前記ブレーズド格子の前記傾斜角度が、前記セル内の上流側にある前記ブレーズド格子の傾斜角度以上であるか、または前記セル内の下流側にあるブレーズド格子の傾斜角度が、前記セル内の上流側にあるブレーズド格子の傾斜角度以下であるセルが少なくとも一つ存在する導光板。 The light guide plate according to claim 1,
Blazed the tilt angle of said blazed grating, the blazed grating tilt angle or more in either of upstream side in the cell, or on the downstream side in the cell located downstream of the grating vector direction in the cell A light guide plate in which at least one cell having a grating inclination angle equal to or less than an inclination angle of a blazed grating on the upstream side in the cell exists.
前記ブレーズド格子の格子間隔が複数存在するセルが少なくとも一つ存在する導光板。 The light guide plate according to claim 1 or 2 ,
A light guide plate having at least one cell having a plurality of lattice intervals of the blazed lattice.
それぞれ単一の格子間隔で配置されたブレーズド格子によって形成されて成る前記各セルのうち、前記格子間隔が、他のセルの格子間隔とは異なるセルが少なくとも一つ存在する導光板。 The light guide plate according to claim 1 or 2 ,
A light guide plate in which at least one cell in which the lattice interval is different from the lattice interval of other cells among the cells formed by blazed lattices arranged at a single lattice interval.
それぞれ単一の格子問隔で配置されたブレーズド格子によって形成されて成る前記各セルの前記格子間隔が、全て等しい導光板。 The light guide plate according to claim 1 or 2 ,
A light guide plate in which the lattice intervals of the cells formed by blazed lattices arranged at single lattice intervals are all equal.
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