JP2002182201A - Video display unit - Google Patents
Video display unitInfo
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- JP2002182201A JP2002182201A JP2000376169A JP2000376169A JP2002182201A JP 2002182201 A JP2002182201 A JP 2002182201A JP 2000376169 A JP2000376169 A JP 2000376169A JP 2000376169 A JP2000376169 A JP 2000376169A JP 2002182201 A JP2002182201 A JP 2002182201A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- guide plate
- diffraction grating
- light guide
- illumination light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Planar Illumination Modules (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、照明光を表示した
映像によって変調して映像を表す光とする映像表示装置
に関し、特に、映像を表示する表示部が反射型で、照明
光を表示部に導くための導光板を備える映像表示装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device which modulates illumination light with a displayed image to produce light representing the image. The present invention relates to an image display device provided with a light guide plate for guiding light to an image.
【０００２】[0002]
【従来の技術】携帯電話、ノート型パーソナルコンピュ
ータ、ＰＤＡ電子手帳等の携帯情報端末装置では、少な
い電力消費で映像を提供するために、照明光を変調しつ
つ反射する反射型の表示部と、照明光を供給する光源部
と、表示部の前面に配置され、光源部からの照明光を表
示部に導く導光板より成る映像表示装置が採用されてい
る。環境が明るいときには環境光を照明光として利用
し、環境が暗いときに光源部より照明光を供給すること
で、映像提供のための電力消費を抑えることができる。2. Description of the Related Art In a portable information terminal device such as a mobile phone, a notebook personal computer, a PDA electronic organizer, etc., in order to provide an image with low power consumption, a reflection type display unit which reflects while modulating illumination light; 2. Description of the Related Art An image display device including a light source unit that supplies illumination light and a light guide plate that is disposed on a front surface of the display unit and guides illumination light from the light source unit to the display unit is employed. When the environment is bright, the environment light is used as the illumination light, and when the environment is dark, the illumination light is supplied from the light source unit, so that power consumption for providing an image can be suppressed.
【０００３】このような映像表示装置の導光板は、表示
部から遠い側の表面を梨地面またはプリズムアレイとさ
れており、環境光を透過させて表示部に導く一方、端部
より入射する光源部からの照明光を梨地面またはプリズ
ムアレイによって反射して表示部に導く。また、表示部
により変調され反射された光を透過させて使用者の眼に
導く。The light guide plate of such an image display device has a matte surface or a prism array on the surface remote from the display unit, and transmits ambient light to the display unit, while entering a light source from the end. The illumination light from the unit is reflected by the matte surface or the prism array and guided to the display unit. Further, the light modulated and reflected by the display unit is transmitted and guided to the user's eyes.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、導光板の表
面を梨地面とすると、表示部からの光が導光板を透過す
る際に散乱するため、使用者に提供する映像に、ボケ、
コントラストの低下、輝度のむら等が生じる。However, if the light guide plate has a matte surface, light from the display unit is scattered when passing through the light guide plate.
A decrease in contrast, uneven brightness and the like occur.
【０００５】導光板の表面をプリズムアレイとすると、
光の散乱はないものの、プリズムパターンが視認された
り、プリズムパターンと表示部上の映像との関係で、提
供する映像にモアレ縞が生じたりする。また、プリズム
アレイで反射されて表示部に向かう光の一部が、表示部
側の表面で反射されて使用者の眼に達し、フレアとなっ
てコントラストを低下させる。これを避けるためには、
表示部側の表面に反射防止処理をする必要がある。しか
も、プリズムアレイは外部（使用者側）に露出するか
ら、傷や汚れを防止するために、保護フィルム等を設け
る必要もある。If the surface of the light guide plate is a prism array,
Although there is no light scattering, the prism pattern is visually recognized, or moire fringes are generated in the provided image due to the relationship between the prism pattern and the image on the display unit. In addition, a part of the light reflected by the prism array and traveling toward the display unit is reflected by the surface on the display unit side and reaches the user's eyes, causing flare and lowering the contrast. To avoid this,
It is necessary to perform an antireflection treatment on the surface on the display unit side. Moreover, since the prism array is exposed to the outside (user side), it is necessary to provide a protective film or the like in order to prevent scratches and dirt.
【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、反射型の表示部を備え、質の高い映像を提
供することが可能な映像表示装置を提供することを目的
とする。The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an image display device having a reflective display unit and capable of providing high quality images. .
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、映像を表示し、与えられる照明光を表
示した映像によって変調しつつ反射する反射型の表示部
と、表示部に与える照明光を射出する光源部と、表示部
に対向し、光源部が射出した照明光を端部より入射させ
て内部を進行させつつ表示部に近い表面より出射させて
表示部に導く導光板とを備える映像表示装置において、
導光板を、入射した照明光の進路に沿う方向について照
明光の波長以下の周期を有する回折光学素子として、回
折によって照明光を表示部に近い表面より出射させるよ
うにする。In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a reflection type display unit which displays an image and reflects given illumination light while modulating the image by the displayed image. A light source section for emitting illumination light to be given, and a light guide plate facing the display section, which emits the illumination light emitted from the light source section from an end portion, travels inside, emits from a surface close to the display section, and guides the light to the display section. In a video display device comprising:
The light guide plate is a diffractive optical element having a period equal to or less than the wavelength of the illumination light in a direction along the path of the incident illumination light, so that the illumination light is emitted from the surface near the display unit by diffraction.
【０００８】導光板は、その内部を進行する照明光に特
定の次数の回折を生じさせて進行方向を変化させること
により、照明光を表面から出射させる。ここで、導光板
は、透過光に特定次数の回折を生じさせる透過型の回折
光学素子としてもよいし、反射光に特定次数の回折を生
じさせる反射型の回折光学素子としてもよい。回折光学
素子としての機能を司る部分は、透過型とする場合は、
照明光の進路よりも表示部に近い側に設けることにな
り、反射型とする場合は、照明光の進路よりも表示部か
ら遠い側に設けることになる。The light guide plate emits the illumination light from the surface by causing a specific order of diffraction to occur in the illumination light traveling inside thereof to change the traveling direction. Here, the light guide plate may be a transmissive diffractive optical element that causes a specific order of diffraction in transmitted light, or a reflective diffractive optical element that causes a specific order of diffraction in reflected light. The part that functions as a diffractive optical element is a transmissive type,
It is provided on the side closer to the display section than the path of the illumination light, and in the case of the reflection type, it is provided on the side farther from the display section than the path of the illumination light.
【０００９】表示部によって反射された光が、導光板か
ら表示部に至る照明光の光路を逆向きに辿って導光板に
入射し、再び回折されると、その光は導光板内の進路を
逆向きに進みむことになる。このような事態が生じる
と、表示部からの光が導光板を透過しなくなり、映像を
提供することができなくなるが、これは容易に避けるこ
とができる。例えば、照明光が表示部に垂直に入射しな
いように導光板の回折条件を設定すればよい。また、偏
光成分によって回折効率が大きく異なるように導光板の
回折条件を設定し、導光板から表示部に導く照明光の偏
光成分と、表示部によって反射された光に含まれる映像
を表す光の偏光成分を相違させるようにしてもよい。こ
のようにして映像を表す光が導光板を透過し得るように
する。When the light reflected by the display unit is incident on the light guide plate following the optical path of the illumination light from the light guide plate to the display unit in the opposite direction and is diffracted again, the light travels along the path in the light guide plate. You will go in the opposite direction. When such a situation occurs, light from the display unit does not pass through the light guide plate and an image cannot be provided, but this can be easily avoided. For example, the diffraction condition of the light guide plate may be set so that the illumination light does not enter the display unit vertically. Also, the diffraction conditions of the light guide plate are set so that the diffraction efficiency greatly differs depending on the polarization component, and the polarization component of the illumination light guided from the light guide plate to the display unit and the light representing the image contained in the light reflected by the display unit are set. The polarization components may be different. In this way, light representing an image can be transmitted through the light guide plate.
【００１０】導光板が回折光学素子であるため、これを
透過する表示部からの光に散乱は生じない。また、導光
板の回折光学素子としての周期がきわめて小さいため、
その周期が視認されたり、モアレ縞が生じたりすること
もない。したがって、質の高い映像を提供することがで
きる。Since the light guide plate is a diffractive optical element, there is no scattering of light transmitted from the display unit. Also, since the period of the light guide plate as the diffractive optical element is extremely small,
The cycle is not visually recognized, and moire fringes do not occur. Therefore, a high-quality image can be provided.
【００１１】導光板が入射した照明光の進路に接する回
折格子を有し、回折格子の個々の凹凸の断面形状が非対
称な構成とするとよい。回折格子は回折光学素子として
の機能を司る部分となる。回折格子は、導光板の表面に
設けてもよいし、導光板の内部に設けてもよい。回折格
子の断面形状を非対称とすることで、照明光に特定の次
数の回折を生じさせるのが容易になる。It is preferable that the light guide plate has a diffraction grating which is in contact with the path of the incident illumination light, and each of the diffraction gratings has an asymmetrical sectional shape. The diffraction grating is a part that functions as a diffractive optical element. The diffraction grating may be provided on the surface of the light guide plate or may be provided inside the light guide plate. By making the cross-sectional shape of the diffraction grating asymmetric, it becomes easy to cause diffraction of a specific order in the illumination light.
【００１２】ここで、導光板の回折格子が照明光の進路
よりも表示部に近い側に位置し、回折格子の凹凸の高低
を照明光の進路の中央からの遠近に対応して定めると
き、回折格子の最高部が最低部から最低部までの中央よ
りも照明光を入射させる端部から遠い構成とするとよ
い。すなわち、導光板を透過型の回折光学素子とし、回
折格子の最高部を照明光の進路の下流側の最低部に近づ
ける。透過型とする場合、回折格子の最高部を照明光の
進路の下流側の最低部に近づけることで、回折効率を高
くすることができる。この構成では、表示部から遠い方
の導光板の表面には回折格子を設けないから、この表面
を特に保護する必要はない。Here, when the diffraction grating of the light guide plate is located closer to the display than the path of the illumination light, and the height of the unevenness of the diffraction grating is determined corresponding to the distance from the center of the path of the illumination light, It is preferable that the highest point of the diffraction grating is farther from the end where the illumination light is incident than the center from the lowest point to the lowest point. That is, the light guide plate is a transmission type diffractive optical element, and the highest part of the diffraction grating is made closer to the lowest part on the downstream side of the path of the illumination light. In the case of the transmission type, the diffraction efficiency can be increased by bringing the highest part of the diffraction grating close to the lowest part on the downstream side of the path of the illumination light. In this configuration, since no diffraction grating is provided on the surface of the light guide plate far from the display unit, there is no need to particularly protect this surface.
【００１３】導光板の回折格子が照明光の進路よりも表
示部から遠い側に位置し、回折格子の凹凸の高低を照明
光の進路の中央からの遠近に対応して定めるとき、回折
格子の最高部が最低部から最低部までの中央よりも照明
光を入射させる端部に近い構成としてもよい。すなわ
ち、導光板を反射型の回折格子とし、回折格子の最高部
を照明光の進路の上流側の最低部に近づける。反射型と
する場合、回折格子の最高部を照明光の進路の上流側の
最低部に近づけることで、回折効率を高くすることがで
きる。[0013] When the diffraction grating of the light guide plate is located farther from the display than the path of the illumination light, and the height of the unevenness of the diffraction grating is determined corresponding to the distance from the center of the path of the illumination light, The configuration may be such that the highest part is closer to the end where the illumination light is incident than the center from the lowest part to the lowest part. That is, the light guide plate is a reflection type diffraction grating, and the highest part of the diffraction grating is made closer to the lowest part on the upstream side of the path of the illumination light. In the case of the reflection type, the diffraction efficiency can be increased by moving the highest part of the diffraction grating closer to the lowest part on the upstream side of the path of the illumination light.
【００１４】光源部は波長の異なる複数の照明光を異な
る角度で射出するものとすることができる。光源部から
波長の異なる複数の照明光を供給することで、カラー映
像を提供することが可能になる。回折光学素子による光
の回折角は回折次数が同じでも波長によって変化する
が、光源部が波長の異なる照明光を異なる角度で射出す
ることで、波長の異なる照明光の回折角を同じにするこ
とができる。これにより、波長の異なる照明光を表示部
に同じ方向から入射させることが可能になり、色ずれの
ない良質のカラー映像を提供することができる。[0014] The light source unit may emit a plurality of illumination lights having different wavelengths at different angles. By supplying a plurality of illumination lights having different wavelengths from the light source unit, a color image can be provided. Although the diffraction angle of light by a diffractive optical element changes depending on the wavelength even if the diffraction order is the same, the light source unit emits illumination light with different wavelengths at different angles so that the diffraction angles of illumination light with different wavelengths are the same. Can be. This makes it possible to cause illumination lights having different wavelengths to enter the display unit from the same direction, and to provide a high-quality color image without color shift.
【００１５】表示部により反射されて導光板に入射する
光の偏光方向を導光板より出射した照明光の偏光方向か
ら９０゜回転させる光学素子を、導光板と表示部の間に
備えるとよい。また、表示部により反射されて導光板に
入射する光の導光板に対する角度を導光板より出射した
照明光の導光板に対する角度から変化させる光学素子
を、導光板と表示部の間に備えるようにしてもよい。An optical element for rotating the polarization direction of the light reflected by the display unit and entering the light guide plate by 90 ° from the polarization direction of the illumination light emitted from the light guide plate may be provided between the light guide plate and the display unit. Further, an optical element for changing an angle of the light reflected by the display unit and incident on the light guide plate with respect to the light guide plate from an angle of the illumination light emitted from the light guide plate with respect to the light guide plate is provided between the light guide plate and the display unit. You may.
【００１６】いずれの構成でも、照明光に対する回折効
率が高く、表示部からの光に対する回折効率が低くなる
ように、導光板の回折条件を設定することが容易にな
り、照明光を効率よく表示部に導き、その一方で、映像
を表す光をほとんど回折させることなく使用者の眼に導
くことができるようになる。In either configuration, it is easy to set the diffraction conditions of the light guide plate so that the diffraction efficiency with respect to the illumination light is high and the diffraction efficiency with respect to the light from the display unit is low, and the illumination light is efficiently displayed. And on the other hand, the light representing the image can be guided to the user's eyes with little diffraction.
【００１７】導光板が入射した照明光の進路に接する回
折格子を有し、照明光を入射させる端部から遠いほど回
折格子の凹凸の高低差が大きい構成とするとよい。ま
た、導光板が入射した照明光の進路に接する回折格子を
有し、回折格子が照明光の進路に沿う方向について複数
の離間した領域に分割されており、照明光を入射させる
端部から遠いほど回折格子の領域の幅が広い構成として
もよい。Preferably, the light guide plate has a diffraction grating in contact with the path of the incident illumination light, and the difference in height of the unevenness of the diffraction grating increases as the distance from the end where the illumination light is incident increases. Further, the light guide plate has a diffraction grating in contact with the path of the incident illumination light, and the diffraction grating is divided into a plurality of spaced regions in a direction along the path of the illumination light, and is far from an end where the illumination light is incident. The configuration may be such that the width of the region of the diffraction grating is wider as the area becomes larger.
【００１８】照明光は導光板内を進む間に回折されて量
が減少していくから、回折格子の回折効率を一定に設定
すると、表示部に導かれる照明光の量が不均一になる。
しかし、回折格子の回折効率は、凹凸の高低差を大きく
することで高めることが可能であり、また、領域の幅の
広さで調節することもできる。いずれの構成でも、照明
光を入射させる端部から遠いほど回折格子の回折効率を
高めることになり、これにより表示部に導く照明光の量
を均一にすることができる。Since the amount of illumination light is diffracted while traveling in the light guide plate and the amount thereof is reduced, if the diffraction efficiency of the diffraction grating is set to be constant, the amount of illumination light guided to the display unit becomes non-uniform.
However, the diffraction efficiency of the diffraction grating can be increased by increasing the height difference between the irregularities, and can be adjusted by the width of the region. In either configuration, the diffraction efficiency of the diffraction grating is increased as the distance from the end where the illumination light is incident is increased, whereby the amount of illumination light guided to the display unit can be made uniform.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の映像表示装置のい
くつかの実施形態について、図面と本欄末尾に掲げた表
を参照しながら説明する。本発明の映像表示装置の基本
構成である第１の実施形態の映像表示装置１の構成を図
１に示す。映像表示装置１は、表示部２０、光源部３
０、および導光板４０を備えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of the video display device according to the present invention will be described below with reference to the drawings and tables at the end of this section. FIG. 1 shows the configuration of the video display device 1 of the first embodiment, which is the basic configuration of the video display device of the present invention. The image display device 1 includes a display unit 20, a light source unit 3,
0, and a light guide plate 40.
【００２０】表示部２０は、映像を表示して、前方より
与えられる照明光を表示した映像によって変調しつつ前
方に反射する反射型である。本実施形態では、表示部２
０として、液晶層２１を反射板２２と偏光板２３で挟ん
だ反射型の液晶表示器（ＬＣＤ）を用いている。The display section 20 is of a reflection type that displays an image, and reflects forward, while modulating the illumination light given from the front by the displayed image. In the present embodiment, the display unit 2
As 0, a reflective liquid crystal display (LCD) in which a liquid crystal layer 21 is sandwiched between a reflection plate 22 and a polarizing plate 23 is used.
【００２１】光源部３０は、表示部２０に与えるための
照明光Ｌ１を射出する。光源部３０としては、表示部２
０に表示した映像を使用者が直接観察する用途では、可
視光を射出するものを使用し、表示部２０に表示した映
像を撮影する用途では、撮影に用いる素子に合致した波
長域の光、例えば赤外線ＣＣＤで撮影するときは赤外光
を射出するものを使用する。The light source section 30 emits illumination light L1 to be given to the display section 20. The display unit 2 as the light source unit 30
In the application where the user directly observes the image displayed on the display unit 0, a device that emits visible light is used. In the application where the image displayed on the display unit 20 is photographed, light in a wavelength range matching the element used for photography is used. For example, when photographing with an infrared CCD, a device that emits infrared light is used.
【００２２】導光板４０は、光源部３０が射出する光に
対して透明な材料で作製されており、表示部２０に対向
するように、表示部２０の前方に配置されている。導光
板４０の表示部２０に近い方の表面４０ａと表示部２０
から遠い方の表面４０ｂは互いに平行であり、表示部２
０に対しても平行である。導光板４０の端面４０ｃは表
面４０ａ、４０ｂに対して傾斜しており、この端面４０
ｃに対向するように、光源部３０が配置されている。The light guide plate 40 is made of a material transparent to light emitted from the light source unit 30, and is disposed in front of the display unit 20 so as to face the display unit 20. The surface 40a of the light guide plate 40 closer to the display unit 20 and the display unit 20
The surfaces 40b farthest from the display unit 2 are parallel to each other.
It is also parallel to 0. The end surface 40c of the light guide plate 40 is inclined with respect to the surfaces 40a and 40b.
The light source unit 30 is disposed so as to face c.
【００２３】端面４０ｃが表面４０ｂと成す角は４０゜
以上に設定されている。これは、光源部３０が射出する
照明光を端面４０ｃに対して略垂直にして、照明光を効
率よく導光板４０内に導き入れるとともに、導き入れた
照明光が全反射しながら導光板４０の内部を進行するよ
うにするためである。なお、ここでは端面４０ｃと表面
４０ｂが鋭角を成すようにしているが、端面４０ｃと表
面４０ａが鋭角を成すようにしてもよい。The angle formed by the end face 40c and the surface 40b is set to 40 ° or more. This is because the illumination light emitted from the light source unit 30 is made substantially perpendicular to the end face 40c, the illumination light is efficiently guided into the light guide plate 40, and the introduced illumination light is totally reflected by the light guide plate 40. This is to make progress inside. Although the end face 40c and the surface 40b form an acute angle here, the end face 40c and the surface 40a may form an acute angle.
【００２４】表示部２０に近い方の表面４０ａには回折
格子４１が設けられており、これにより導光板４０は回
折光学素子となっている。回折格子４１は透過型であ
り、導光板４０の内部を進む照明光に−１次の回折を生
じさせて、その回折光を表面４０ａより出射させる。A diffraction grating 41 is provided on a surface 40a closer to the display section 20, so that the light guide plate 40 is a diffractive optical element. The diffraction grating 41 is of a transmission type, and causes −1st-order diffraction of illumination light traveling inside the light guide plate 40, and emits the diffracted light from the surface 40a.
【００２５】導光板４０の表面４０ａから出射した照明
光は表示部２０に入射し、偏光板２３を透過することに
より直線偏光となる。直線偏光となった照明光は液晶層
２１を透過して反射板２２により反射され、再び液晶層
２１を透過して偏光板２３に入射する。液晶層２１は映
像を表示し、表示した映像によって透過する照明光の一
部の偏光方向を９０゜回転させる。すなわち、照明光は
変調されて、偏光方向が回転しなかった直線偏光と、偏
光方向が回転した直線偏光を含むようになる。変調され
た光のうち偏光方向が回転した直線偏光は偏光板２３に
よって遮断され、偏光方向が回転しなかった直線偏光だ
けが偏光板２３を透過する。この直線偏光が映像を表す
映像光Ｌ２となる。The illumination light emitted from the surface 40a of the light guide plate 40 is incident on the display section 20 and transmitted through the polarizing plate 23 to be converted into linearly polarized light. The linearly polarized illumination light passes through the liquid crystal layer 21 and is reflected by the reflector 22, passes through the liquid crystal layer 21 again, and enters the polarizing plate 23. The liquid crystal layer 21 displays an image, and rotates the polarization direction of a part of the illumination light transmitted by the displayed image by 90 °. That is, the illumination light is modulated to include linearly polarized light whose polarization direction has not been rotated and linearly polarized light whose polarization direction has been rotated. Of the modulated light, the linearly polarized light whose polarization direction has been rotated is blocked by the polarizing plate 23, and only the linearly polarized light whose polarization direction has not been rotated passes through the polarizing plate 23. This linearly polarized light becomes image light L2 representing an image.
【００２６】映像光は表面４０ａより導光板４０に再入
射するが、回折格子４１は映像光に対して回折を生じさ
せないように設定されており、映像光を透過させる。回
折格子４１を透過した映像光は、表面４０ｂより出射し
て使用者の眼Ｅに達し、使用者に映像を提供する。The image light re-enters the light guide plate 40 from the surface 40a, but the diffraction grating 41 is set so as not to cause diffraction of the image light, and transmits the image light. The image light transmitted through the diffraction grating 41 is emitted from the surface 40b, reaches the user's eye E, and provides an image to the user.
【００２７】以下、照明光Ｌ１に回折を生じさせて表示
部２０に導き、映像光Ｌ２を透過させて眼Ｅに導くため
の回折格子４１の設定について説明する。表１および表
２は、回折格子の形状等や回折格子に対する光線の入射
角等を様々な設定にして、回折効率を算出したシミュレ
ーションの結果を示したものである。The setting of the diffraction grating 41 for causing the illumination light L1 to diffract and guide the illumination light L1 to the display unit 20 and transmitting the image light L2 to guide the eye L to the eye E will be described below. Tables 1 and 2 show the results of a simulation in which the diffraction efficiency was calculated with various settings of the shape of the diffraction grating and the angle of incidence of light rays on the diffraction grating.
【００２８】ここで、回折格子の形状は図２に示した５
種であり、表中の「Ｎブレーズ」は（ａ）、「Ｎ４レベ
ル」は（ｂ）、「Ｖブレーズ」は（ｃ）、「Иブレー
ズ」は（ｄ）、「２レベル」は（ｅ）の形状である。
「Ｎブレーズ」と「Иブレーズ」は傾斜面の向きが一定
で凹凸の最高部（入射光から最も遠い部位）と最低部
（入射光に最も近い部位）の境界が垂直な段差となって
いる非対称なブレーズ型である。ただし、両者の傾斜面
の向きは逆であり、「Ｎブレーズ」では最高部が入射光
の下流側の最低部に隣接し、「Иブレーズ」では最高部
が入射光の上流側の最低部に隣接する。Here, the diffraction grating has the shape shown in FIG.
In the table, “N blaze” is (a), “N4 level” is (b), “V blaze” is (c), “） blaze” is (d), and “2 level” is (e). ).
"N-blaze" and "@blaze" have a constant level of the inclined surface and a vertical step at the boundary between the highest part (part farthest from the incident light) and the lowest part (part closest to the incident light). It is an asymmetric blaze type. However, the directions of the inclined surfaces are opposite. In “N blaze”, the highest part is adjacent to the lowest part on the downstream side of the incident light, and in “И blaze”, the highest part is on the lowest part on the upstream side of the incident light. Adjacent.
【００２９】「Ｖブレーズ」は逆向きの傾斜面が交互に
並ぶ対称なブレーズ型である。「Ｎ４レベル」は「Ｎブ
レーズ」の傾斜面を４レベルの水平面で近似したマルチ
レベルのバイナリ型である。「２レベル」は２レベルの
水平面を有するバイナリ型である。The "V blaze" is a symmetric blaze type in which inclined planes in opposite directions are alternately arranged. “N4 level” is a multi-level binary type in which the inclined surface of “N blaze” is approximated by a 4-level horizontal plane. "Two levels" is a binary type having two levels of horizontal planes.
【００３０】周期／波長は、光の波長λに対する回折格
子の周期Λの比である。高さ／波長は、光の波長λに対
する回折格子の最高部と最低部の高低差ｈの比である。
光線の方向は、回折格子が形成されている光学材料から
空気側に出る方向を「ｏｕｔ」、空気側から光学材料に
入る方向を「ｉｎ」としている。入射角は、回折格子の
法線と入射光の成す角θであり、出射角は、回折格子の
法線と出射光（回折光）の成す角θ’である。なお、出
射角は回折次数が−１の透過光のものである。The period / wavelength is the ratio of the period Λ of the diffraction grating to the wavelength λ of light. The height / wavelength is the ratio of the height difference h between the highest part and the lowest part of the diffraction grating to the wavelength λ of light.
Regarding the direction of the light beam, “out” indicates the direction from the optical material on which the diffraction grating is formed to the air side, and “in” indicates the direction from the air side to the optical material. The incident angle is the angle θ between the normal to the diffraction grating and the incident light, and the emission angle is the angle θ ′ between the normal to the diffraction grating and the output light (diffraction light). The exit angle is that of transmitted light having a diffraction order of -1.
【００３１】Ｐ偏光回折効率は、回折格子に対してＰ偏
光となる偏光成分の回折前の強度に対する回折後の強度
の比であり、Ｓ偏光回折効率は、回折格子に対してＳ偏
光となる偏光成分の回折前の強度に対する回折後の強度
の比である。それぞれ、回折次数が−２、−１、０の反
射光と透過光のものである。The P-polarization diffraction efficiency is the ratio of the intensity of the polarized light component that becomes P-polarized light to the diffraction grating to the intensity before diffraction, and the S-polarized light diffraction efficiency is S-polarized light to the diffraction grating. This is the ratio of the intensity of the polarized light component after diffraction to the intensity before diffraction. These are reflected light and transmitted light having diffraction orders of −2, −1, and 0, respectively.
【００３２】表１、表２の値は一般的な次式に基づいて
算出している。 ｎ’・ｓｉｎ（θ’）−ｎ・ｓｉｎ（θ）＝ｍ・λ／Λ ここで、ｎは入射側の媒質の屈折率、ｎ’は出射側の媒
質の屈折率であり、一方の媒質を空気として、その屈折
率を１としている。入射角θおよび出射角θ’は、反時
計回り方向を正、時計回り方向を負と定めている。ｍは
回折次数であり、反時計回り方向の回折を正、時計回り
方向の回折を負と定めている。The values in Tables 1 and 2 are calculated based on the following general formula. n ′ · sin (θ ′) − n · sin (θ) = m · λ / Λ where n is the refractive index of the medium on the incident side, and n ′ is the refractive index of the medium on the outgoing side. Is air, and the refractive index is 1. The incident angle θ and the emission angle θ ′ are defined as positive in the counterclockwise direction and negative in the clockwise direction. m is the diffraction order, and defines diffraction in the counterclockwise direction as positive and diffraction in the clockwise direction as negative.
【００３３】導光板４０の回折格子４１は、−１次透過
光が出射して表示部２０を照明し、０次反射光が導光板
４０内を進行するように設定する。これを効率よく実現
するためには、−１次透過光と０次反射光に回折効率を
集中させるのがよい。The diffraction grating 41 of the light guide plate 40 is set so that −1st-order transmitted light is emitted to illuminate the display unit 20 and 0-order reflected light travels inside the light guide plate 40. In order to realize this efficiently, it is preferable to concentrate the diffraction efficiency on the -1st order transmitted light and the 0th order reflected light.
【００３４】表１の設定番号１〜６は、光の波長に対す
る回折格子の周期の比と回折効率の関係を調べたもので
ある。Ｓ偏光回折効率を見ると、周期／波長が１以下の
どの設定においても、−１次透過光と０次反射光の回折
効率は高くなっている。したがって、回折格子４１の周
期Λを光源部３０が発する照明光の波長λ以下とすれば
よい。The setting numbers 1 to 6 in Table 1 are obtained by examining the relationship between the ratio of the period of the diffraction grating to the wavelength of light and the diffraction efficiency. Looking at the S-polarization diffraction efficiency, the diffraction efficiency of the -1st-order transmitted light and the 0th-order reflected light is high in any setting where the period / wavelength is 1 or less. Therefore, the period Λ of the diffraction grating 41 may be set to be equal to or less than the wavelength λ of the illumination light emitted from the light source unit 30.
【００３５】表１の設定番号７〜１０は、回折格子の凹
凸の断面形状と回折効率の関係を調べたものである。Ｓ
偏光回折効率を見ると、「２レベル」や「Ｖブレーズ」
よりも「Ｎブレーズ」や「Ｎ４レベル」の方が、−１次
透過光の回折効率が高くなっている。したがって、凹凸
の断面が対称な回折格子よりも非対称な回折格子の方が
好ましい。Setting numbers 7 to 10 in Table 1 are obtained by examining the relationship between the cross-sectional shape of the unevenness of the diffraction grating and the diffraction efficiency. S
Looking at the polarization diffraction efficiencies, "2 levels" and "V blaze"
The “N blaze” and “N4 level” have higher diffraction efficiency of the −1st order transmitted light than the “N blaze” and “N4 level”. Therefore, an asymmetrical diffraction grating is more preferable than a diffraction grating having a symmetrical cross section.
【００３６】映像表示装置１においては、導光板４０の
回折格子４１はこれらの条件を満たすように設定されて
いる。また、照明光が表示部２０に垂直に入射すると、
表示部２０からの映像光は照明光の光路を逆に辿って回
折格子４１に入射し、再度回折されて、導光板４０内を
端面４０ｃに向かって進むことになる。このような事態
が生じると、映像を提供することはできなくなる。そこ
で、回折格子４１は、−１次透過光の出射角が０゜にな
らないように設定されている。In the image display device 1, the diffraction grating 41 of the light guide plate 40 is set so as to satisfy these conditions. When the illumination light is perpendicularly incident on the display unit 20,
The image light from the display unit 20 enters the diffraction grating 41 by following the optical path of the illumination light in the reverse direction, is diffracted again, and proceeds inside the light guide plate 40 toward the end surface 40c. When such a situation occurs, it becomes impossible to provide an image. Therefore, the diffraction grating 41 is set so that the emission angle of the −1st-order transmitted light does not become 0 °.
【００３７】なお、回折格子４１を透過した照明光が直
ちに導光板４０から出射することになる映像表示装置１
では、導光板４０の表面４０ａに反射防止処理を施す必
要はない。また、表面４０ｂは外部に露出することにな
るが、表面４０ｂは回折格子４１が設けられていないか
ら特に保護する必要はない。It should be noted that the illumination light transmitted through the diffraction grating 41 is immediately emitted from the light guide plate 40.
Then, it is not necessary to perform the antireflection treatment on the surface 40a of the light guide plate 40. Although the surface 40b is exposed to the outside, the surface 40b does not need to be particularly protected because the diffraction grating 41 is not provided.
【００３８】以下、他の実施形態の映像表示装置につい
て説明する。各実施形態の映像表示装置は映像表示装置
１を修飾または変形したものであり、映像表示装置１の
構成要素と同一または類似の機能を司る構成要素につい
ては、同じ符号で表して、重複する説明は省略する。Hereinafter, a video display device according to another embodiment will be described. The video display device according to each embodiment is obtained by modifying or modifying the video display device 1, and components having the same or similar functions as the components of the video display device 1 are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are given. Is omitted.
【００３９】第２の実施形態の映像表示装置２の構成を
図３に示し、その回折格子４１を図４に示す。映像表示
装置２は、第１の実施形態の映像表示装置１と同様に、
回折格子４１を表示部２０に近い方の表面４０ａに設け
て透過型としたものである。FIG. 3 shows the configuration of the image display device 2 according to the second embodiment, and FIG. 4 shows the diffraction grating 41 thereof. The video display device 2 is similar to the video display device 1 of the first embodiment,
The diffraction grating 41 is provided on the surface 40a closer to the display unit 20 to be a transmission type.
【００４０】回折格子４１の凹凸の断面を非対称とする
のが好ましいことは上述のとおりであるが、表１の設定
番号１１、１２は、ブレーズ型の傾斜面の向きと回折効
率の関係を調べたものである。Ｓ偏光回折効率を見る
と、「Ｎブレーズ」は−１次透過光の回折効率が高く、
「Иブレーズ」は−１次反射光の回折効率が高い。つま
り、凹凸の最高部が照明光の下流側の最低部に近い回折
格子の方が、透過型に適している。そこで、図４に示す
ように、本実施形態では回折格子４１を「Ｎブレーズ」
に設定している。As described above, it is preferable to make the cross section of the unevenness of the diffraction grating 41 asymmetrical. However, the setting numbers 11 and 12 in Table 1 examine the relationship between the direction of the blazed type inclined surface and the diffraction efficiency. It is a thing. Looking at the S-polarization diffraction efficiency, “N-blaze” has a high diffraction efficiency of -1st order transmitted light,
"@Blaze" has a high diffraction efficiency of -1st order reflected light. That is, a diffraction grating in which the highest part of the unevenness is closer to the lowest part on the downstream side of the illumination light is more suitable for the transmission type. Therefore, as shown in FIG. 4, in the present embodiment, the diffraction grating 41 is set to “N blaze”.
Is set to
【００４１】なお、設定番号８と１０の比較より明らか
なように、「Ｎ４レベル」と「Ｎブレーズ」の回折効率
は略同等である。したがって、回折格子４１は、図５に
示すように、「Ｎ４レベル」のバイナリ型としてもよ
い。As apparent from the comparison between the setting numbers 8 and 10, the diffraction efficiencies of "N4 level" and "N blaze" are substantially equal. Therefore, the diffraction grating 41 may be of an “N4 level” binary type as shown in FIG.
【００４２】第３の実施形態の映像表示装置３の構成を
図６に示し、その回折格子４１を図７に示す。映像表示
装置３は、回折格子４１を表示部２０から遠い方の表面
４０ｂに設けたものである。回折格子４１は反射型であ
り、−１次反射光を表面４０ａに臨界角未満で入射させ
て、表面４０ａを透過させる。また、０次反射光を表面
４０ａに臨界角以上で入射させて全反射させる。FIG. 6 shows the configuration of the video display device 3 according to the third embodiment, and FIG. 7 shows the diffraction grating 41 thereof. The image display device 3 has a diffraction grating 41 provided on a surface 40 b far from the display unit 20. The diffraction grating 41 is of a reflection type, and allows the −1st-order reflected light to enter the surface 40a at less than the critical angle and transmit the surface 40a. Further, the zero-order reflected light is incident on the surface 40a at a critical angle or more and totally reflected.
【００４３】第２の実施形態で説明したように、凹凸の
最高部が照明光の上流側の最低部に近い回折格子の方が
反射型に適する。したがって、本実施形態では、図７に
示すように、回折格子４１を「Иブレーズ」に設定して
いる。表には示していないが、「Иブレーズ」の傾斜面
を４レベルの水平面で近似しても略同等の回折効率が得
られるから、回折格子４１を、図５に示したものとは逆
向きのバイナリ型としてもよい。As described in the second embodiment, a diffraction grating in which the highest part of the unevenness is closer to the lowest part on the upstream side of the illumination light is more suitable for the reflection type. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the diffraction grating 41 is set to “И blaze”. Although not shown in the table, even if the inclined plane of “４１ Blaze” is approximated by a 4-level horizontal plane, substantially the same diffraction efficiency can be obtained. May be a binary type.
【００４４】なお、表面４０ａで反射される光がフレア
となるのを避けるため、表面４０ａには反射防止膜を設
けるのが望ましい。また、回折格子４１を保護するため
に、表面４０ｂには保護フィルムを設けるのが望まし
い。It is desirable to provide an antireflection film on the surface 40a in order to prevent the light reflected on the surface 40a from becoming a flare. Further, in order to protect the diffraction grating 41, it is desirable to provide a protective film on the surface 40b.
【００４５】第４の実施形態の映像表示装置４の導光板
４０を図８に示す。回折格子４１は、第２の実施形態の
映像表示装置２と同様に、表示部２０に近い方の表面４
０ａに設けられている。ただし、映像表示装置４の回折
格子４１は、光源部３０からの照明光を導き入れる端面
４０ｃから遠い部位ほど凹凸の高低差が大きくなるよう
に設定されている（ｈ”＜ｈ’）。これは、導光板４０
の内部を進行する間に減少していくことになる照明光の
量を考慮し、端面４０ｃから離れるほど回折効率を高め
て、表示部２０に導く照明光の量を均一にするためであ
る。FIG. 8 shows the light guide plate 40 of the video display device 4 according to the fourth embodiment. The diffraction grating 41 has a surface 4 closer to the display unit 20 as in the image display device 2 of the second embodiment.
0a. However, the diffraction grating 41 of the image display device 4 is set such that the difference in height of the unevenness increases as the distance from the end surface 40c into which the illumination light from the light source unit 30 is guided (h ″ <h ′). Is the light guide plate 40
In consideration of the amount of illumination light that decreases as the light travels through the inside, the diffraction efficiency increases as the distance from the end face 40c increases, and the amount of illumination light guided to the display unit 20 becomes uniform.
【００４６】表１の設定番号１３〜２４は回折格子の凹
凸の高低差と回折効率の関係を調べたものである。Ｓ偏
光回折効率を見ると、凹凸の高低差が大きくなるほど、
−１次透過光の回折効率は高くなり、逆に、０次反射光
の回折効率は低くなっている。したがって、端面４０ｃ
から遠い部位ほど凹凸の高低差を高くすることで、表示
部２０に導く照明光の量を均一にすることができる。映
像表示装置４では、回折格子４１の全体にわたって、照
明光に含まれるＳ偏光成分の量とその−１次透過光の回
折効率の積が一定になるように、回折格子４１の凹凸の
高低差を定めている。The setting numbers 13 to 24 in Table 1 are obtained by examining the relationship between the height difference of the unevenness of the diffraction grating and the diffraction efficiency. Looking at the S-polarization diffraction efficiency, the greater the height difference between the irregularities,
The diffraction efficiency of the -1st order transmitted light is high, and conversely, the diffraction efficiency of the 0th order reflected light is low. Therefore, the end face 40c
By increasing the difference in height of the unevenness in a portion farther from the camera, the amount of illumination light guided to the display unit 20 can be made uniform. In the image display device 4, the height difference between the unevenness of the diffraction grating 41 and the product of the amount of the S-polarized light component included in the illumination light and the diffraction efficiency of the −1st-order transmitted light is constant over the entire diffraction grating 41. Has been established.
【００４７】第５の実施形態の映像表示装置５の導光板
４０を図９に示す。本実施形態の映像表示装置５の回折
格子４１も、表示部２０に近い方の表面４０ａに設けら
れている。映像表示装置５では、回折格子４１を複数の
離間した領域に分割し、領域間の部位を平坦にして、領
域間の部位には回折能をもたせないようにしている。ま
た、光源部３０から光を導き入れる端面４０ｃから遠い
部位ほど領域の幅が広くなるようにしている。これも、
表示部２０に導く照明光の量を均一にするためである。FIG. 9 shows the light guide plate 40 of the video display device 5 according to the fifth embodiment. The diffraction grating 41 of the image display device 5 according to the present embodiment is also provided on the surface 40 a closer to the display unit 20. In the image display device 5, the diffraction grating 41 is divided into a plurality of spaced regions, the portions between the regions are flattened, and the portions between the regions do not have diffractive ability. In addition, the width of the region is increased as the position is farther from the end face 40c through which light is guided from the light source unit 30. This too
This is to make the amount of illumination light guided to the display unit 20 uniform.
【００４８】なお、回折格子４１の凹凸の高低差を端面
４０ｃから離れるほど大きくすることと、回折格子４１
の領域の幅を端面４０ｃから離れるほど広くすることを
組み合わせて、表示部２０に導く照明光の量を均一にす
ることもできる。また、表示部２０に導く照明光の量を
均一にするこれらの方法は、第２の実施形態の映像表示
装置２のように回折格子４１を反射型とする場合にも適
用可能である。It is to be noted that the difference in height of the unevenness of the diffraction grating 41 is increased as the distance from the end face 40c increases, and
The amount of illumination light guided to the display unit 20 can be made uniform by combining the width of the region with the distance from the end face 40c. These methods for making the amount of illumination light guided to the display unit 20 uniform can also be applied to a case where the diffraction grating 41 is of a reflection type as in the image display device 2 of the second embodiment.
【００４９】第６の実施形態の映像表示装置６の照明部
３０と導光板４０を図１０に示す。本実施形態の映像表
示装置６はカラー映像を提供する。光源部３０は、波長
が可視領域全体にわたる白色光を供給する。表示部２０
の各画素には、青色（Ｂ）光、緑色（Ｇ）光、または赤
色（Ｒ）光のいずれかを選択的に透過させるカラーフィ
ルターが設けられている。カラー映像を提供する場合、
色ずれを防止するために、波長の異なる光を表示部２０
に同じ角度で入射させる必要がある。また、色を正しく
表すために、波長の異なる光の量を同じにする必要があ
る。FIG. 10 shows the illumination unit 30 and the light guide plate 40 of the video display device 6 of the sixth embodiment. The image display device 6 of the present embodiment provides a color image. The light source unit 30 supplies white light having a wavelength over the entire visible region. Display unit 20
Each of the pixels is provided with a color filter that selectively transmits any of blue (B) light, green (G) light, and red (R) light. If you provide color video,
In order to prevent color misregistration, light having different wavelengths is
At the same angle. Also, in order to correctly represent colors, it is necessary to make the amounts of light having different wavelengths the same.
【００５０】表２の設定番号２５〜２８は、光の波長の
変化と回折効率の関係、および光の波長の変化と同一の
出射角にするために必要な入射角との関係を調べたもの
である。ここで、計算波長／波長は、回折格子の設定の
基準とした波長（例えば５５０ｎｍ）に対する回折効率
を計算した波長の比である。長波長になるほど、出射角
を一定にするために必要な入射角が大きくなり、Ｓ偏光
の−１次透過光の回折効率が低下している。The setting numbers 25 to 28 in Table 2 are obtained by examining the relationship between the change in the wavelength of light and the diffraction efficiency, and the relationship between the change in the wavelength of light and the incident angle necessary to obtain the same emission angle. It is. Here, the calculated wavelength / wavelength is a ratio of a wavelength at which diffraction efficiency is calculated with respect to a wavelength (for example, 550 nm) used as a reference for setting a diffraction grating. As the wavelength becomes longer, the incident angle required to make the emission angle constant becomes larger, and the diffraction efficiency of the -1st order transmitted light of the S-polarized light decreases.
【００５１】したがって、映像表示装置６の光源部３０
は、発した白色光を波長に応じて異なる角度で回折させ
る回折格子３１と、波長によって透過率の異なるフィル
ター３２を備えている。回折格子３１は、長波長の光ほ
ど導光板４０の表面４０ａ、４０ｂに対する入射角が大
きくなるように設定されており、回折格子４１による−
１次透過光の出射角はＲ光からＢ光まで等しい。また、
フィルター３２の透過率は波長が長いほど高く、回折格
子４１による−１次透過光の量もＲ光からＢ光まで等し
い。光源部３０のこのような設定で、映像表示装置６は
質の高いカラー映像を提供することができる。Therefore, the light source unit 30 of the image display device 6
Is provided with a diffraction grating 31 for diffracting emitted white light at different angles according to the wavelength, and a filter 32 having a different transmittance depending on the wavelength. The diffraction grating 31 is set such that the longer the wavelength of the light, the larger the incident angle with respect to the surfaces 40 a and 40 b of the light guide plate 40.
The emission angle of the primary transmitted light is equal from R light to B light. Also,
The transmittance of the filter 32 is higher as the wavelength is longer, and the amount of the primary transmission light by the diffraction grating 41 is also equal from R light to B light. With such a setting of the light source unit 30, the image display device 6 can provide a high-quality color image.
【００５２】光源部３０の回折格子３１は２レベルのバ
イナリ型であり、Ｓ偏光に対する回折効率が高い。した
がって、回折格子３１を備えることによる光量損失は僅
かである。なお、導光板４０の回折格子４１の周期が照
明光の波長以下であるため、光源部３０の回折格子３１
の周期も照明光の波長以下とすることが望ましい。The diffraction grating 31 of the light source unit 30 is of a two-level binary type, and has a high diffraction efficiency for S-polarized light. Therefore, the light amount loss due to the provision of the diffraction grating 31 is small. Since the period of the diffraction grating 41 of the light guide plate 40 is equal to or less than the wavelength of the illumination light, the diffraction grating 31 of the light source unit 30 is not used.
It is desirable that the period of the illumination light be equal to or less than the wavelength of the illumination light.
【００５３】設定番号２５〜２８のＳ偏光回折効率を見
ると、波長によらず、−１次反射光の回折効率は低くな
っている。これは、回折格子４１を設けた表面４０ａに
反射防止処理をしなくてもフレアが発生しないことを意
味する。また、表１の設定番号１３〜２４のＳ偏光回折
効率を見ると、回折格子のアスペクト比（周期に対する
凹凸の高低差の比）が大きいほど−１次反射光の回折効
率が低くなっている。アスペクト比を０．９以上とすれ
ば、ほぼ確実にフレアの発生を防止できることが判る。Looking at the S-polarization diffraction efficiencies of setting numbers 25 to 28, the diffraction efficiency of the -1st order reflected light is low regardless of the wavelength. This means that flare does not occur even if the surface 40a provided with the diffraction grating 41 is not subjected to the antireflection treatment. Further, looking at the S-polarization diffraction efficiencies of setting numbers 13 to 24 in Table 1, the diffraction efficiency of the −1st-order reflected light decreases as the aspect ratio of the diffraction grating (the ratio of the height difference of the unevenness to the period) increases. . It is understood that when the aspect ratio is 0.9 or more, generation of flare can be almost surely prevented.
【００５４】第７の実施形態の映像表示装置７の照明部
３０と導光板４０を図１１に示す。映像表示装置７もカ
ラー映像を提供する。光源部３０は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光
をそれぞれ発する３つの発光ダイオード（ＬＥＤ）３３
Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを備えている。ＬＥＤ３３Ｒ、３３
Ｇ、３３Ｂの向きは異なり、これにより、導光板４０の
回折格子４１による−１次透過光の出射角を、Ｒ光、Ｇ
光、Ｂ光について等しくする。また、ＬＥＤ３３Ｒ、３
３Ｇ、３３Ｂに印加する電流を相違させることで、ある
いは、ＬＥＤ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂのオン／オフのデ
ューティ比を相違させることで、表示部２０に導くＲ
光、Ｇ光、Ｂ光の量を等しくする。FIG. 11 shows the illumination unit 30 and the light guide plate 40 of the video display device 7 of the seventh embodiment. The image display device 7 also provides a color image. The light source unit 30 includes three light emitting diodes (LEDs) 33 that emit R light, G light, and B light, respectively.
R, 33G, and 33B. LED33R, 33
The directions of G and 33B are different from each other, so that the emission angle of the primary transmission light by the diffraction grating 41 of the light guide plate 40 is changed to R light, G light
Light and B light are made equal. LED33R, 3
By changing the currents applied to the 3G and 33B or by changing the on / off duty ratios of the LEDs 33R, 33G and 33B, the R led to the display unit 20 is increased.
The amounts of light, G light and B light are made equal.
【００５５】表示部２０からの映像光は回折格子４１に
対してＳ偏光であり、これを効率よく使用者の眼に導く
ためには、その０次透過光の回折効率を高める必要があ
る。The image light from the display section 20 is S-polarized light with respect to the diffraction grating 41. In order to efficiently guide this light to the user's eyes, it is necessary to increase the diffraction efficiency of the zero-order transmitted light.
【００５６】表２の設定番号２９〜３２は、設定番号２
５〜２８の設定で−１次透過光が表示部２０によって正
反射されて回折格子４１に再入射したときの、回折効率
を調べたものである。Ｓ偏光回折効率を見ると、設定番
号３０〜３２においては、０次透過光の回折効率は１と
なっている。これは、回折格子４１が設けられている表
面４０ａに反射防止膜を設ける必要がないことを意味す
る。The setting numbers 29 to 32 in Table 2 are the setting numbers 2
In this figure, the diffraction efficiency when the −1st-order transmitted light is specularly reflected by the display unit 20 and re-enters the diffraction grating 41 at the settings of 5-28 is examined. Looking at the S-polarization diffraction efficiency, the diffraction efficiency of the zero-order transmitted light is 1 in the setting numbers 30 to 32. This means that it is not necessary to provide an antireflection film on the surface 40a on which the diffraction grating 41 is provided.
【００５７】なお、設定番号２９では、０次透過光の回
折効率が０．９であり、−１次透過光の回折効率が０．
０８となっている。これを一見すると、−１次透過光が
０次透過光とは異なる方向に進みフレアとなるかのよう
に思われる。しかし、この−１次透過光の出射角は−４
５゜であって表面４０ｂの臨界角を超えるため、表面４
０ｂで全反射されるから、フレアとなって映像の質を低
下させることはない。In the setting No. 29, the diffraction efficiency of the 0th-order transmitted light is 0.9, and the diffraction efficiency of the -1st-order transmitted light is 0.9.
08. At first glance, it seems as if the −1st-order transmitted light travels in a different direction from the 0th-order transmitted light and becomes a flare. However, the emission angle of this primary transmission light is -4.
5 °, which exceeds the critical angle of the surface 40b.
Since the light is totally reflected at 0b, there is no flare and the quality of the image is not degraded.
【００５８】表２の設定番号３３〜３６は、表示部２０
から回折格子４１に映像光が垂直に入射するときの回折
効率を調べたものである。設定番号３３、３４では設定
番号２９よりも−１次透過光の回折効率がさらに高くな
っているが、この場合も、出射角は表面４０ｂの臨界角
を超えるから、フレアとはならない。The setting numbers 33 to 36 in Table 2 are displayed on the display unit 20.
FIG. 9 shows the diffraction efficiency when image light is vertically incident on the diffraction grating 41. In the setting numbers 33 and 34, the diffraction efficiency of the -1st order transmitted light is further higher than in the setting number 29, but in this case also, the outgoing angle exceeds the critical angle of the surface 40b, so that no flare occurs.
【００５９】第８の実施形態の映像表示装置８の構成を
図１２に示す。映像表示装置８は、表面４０ａに回折格
子４１を備える導光板４０と表示部２０の間にプリズム
アレイ５０を配置して、導光板４０に入射する映像光の
角度を、導光板４０より出射した照明光の角度から変化
させるようにしたものである。設定番号２９、３３、３
４のようにそのままでは０次透過光の回折効率が低くな
ってしまうときでも、このように角度を変えることで回
折効率を高めることが可能になる。FIG. 12 shows the configuration of the video display device 8 according to the eighth embodiment. In the image display device 8, the prism array 50 is arranged between the light guide plate 40 having the diffraction grating 41 on the surface 40 a and the display unit 20, and the angle of the image light incident on the light guide plate 40 is emitted from the light guide plate 40. The angle is changed from the angle of the illumination light. Setting numbers 29, 33, 3
Even when the diffraction efficiency of the 0th-order transmitted light becomes low as it is as in No. 4, it is possible to increase the diffraction efficiency by changing the angle in this way.
【００６０】第９の実施形態の映像表示装置９の構成を
図１３に示す。映像表示装置９は、表面４０ａに回折格
子４１を備える導光板４０と表示部２０の間に、１／４
波長板６０を配置して、映像光の偏光方向を照明光の偏
光方向から９０゜回転させるようにしたものである。表
２の設定番号２９〜３６のＰ偏光回折効率を見ると、Ｐ
偏光の０次透過光の回折効率はどの入射角でも高くなっ
ている。１／４波長板６０により偏光方向を９０゜回転
させて、映像光を回折格子４１に対してＰ偏光とするこ
とで、入射角によらず映像光を効率よく使用者の眼に導
き得ることが判る。FIG. 13 shows the configuration of the video display device 9 according to the ninth embodiment. The image display device 9 is provided between the display unit 20 and the light guide plate 40 having the diffraction grating 41 on the surface 40 a.
The wave plate 60 is arranged to rotate the polarization direction of the image light by 90 ° from the polarization direction of the illumination light. Looking at the P-polarization diffraction efficiencies of setting numbers 29 to 36 in Table 2,
The diffraction efficiency of the polarized zero-order transmitted light is high at any incident angle. The image light can be efficiently guided to the user's eyes regardless of the incident angle by rotating the polarization direction by 90 ° by the quarter-wave plate 60 and making the image light P-polarized with respect to the diffraction grating 41. I understand.
【００６１】第１０の実施形態の映像表示装置１０の構
成を図１４に示す。この映像表示装置１０は、表示部２
０の偏光板２３を単なるガラス板２３ａに替えるととも
に、導光板４０の表面４０ｂ側に偏光板７０を配置した
ものである。この構成では、表示部２０から導光板４０
に入射する光には、映像光であるＳ偏光と不要なＰ偏光
が含まれることになり、不要なＰ偏光は偏光板７０によ
って除去される。FIG. 14 shows the configuration of the video display device 10 according to the tenth embodiment. The video display device 10 includes a display unit 2
The zero polarizing plate 23 is replaced with a mere glass plate 23a, and a polarizing plate 70 is arranged on the surface 40b side of the light guide plate 40. In this configuration, the light guide plate 40 is
Is incident on the light, the S-polarized light as the image light and the unnecessary P-polarized light are included, and the unnecessary P-polarized light is removed by the polarizing plate 70.
【００６２】この構成では、偏光方向が９０゜回転した
光が映像を表す映像光となるように、表示部２０を制御
することも可能である。その場合、偏光板７０は回折格
子４１に対してＰ偏光となる光を透過させる設定とす
る。また、そのようにすると、照明光の出射角を０゜と
して映像光が照明光の光路を逆に辿るようにしても、映
像光を使用者の眼に導くことができる。In this configuration, it is possible to control the display unit 20 so that the light whose polarization direction is rotated by 90 ° becomes image light representing an image. In that case, the polarizing plate 70 is set to transmit the P-polarized light to the diffraction grating 41. Further, in this case, even when the emission angle of the illumination light is set to 0 ° and the image light follows the optical path of the illumination light in reverse, the image light can be guided to the user's eyes.
【００６３】第１１の実施形態の映像表示装置１１の導
光板４０を図１５に示す。この導光板４０は２つの材料
４２、４３を接合して成り、材料４２、４３の界面が回
折格子４１とされている。材料４２の屈折率ｎと材料４
３の屈折率ｎ’は異なる。光源部３０からの照明光は一
方の材料４２のみに入射させる。この構成では、出射側
の材料４３の屈折率ｎ’も可変パラメータとなるので、
回折格子４１の回折条件を柔軟に設定することができ
る。反射光がフレアとなるのを防止するために、出射側
の材料４３の表面４０ａには反射防止膜を設けておくの
が望ましい。FIG. 15 shows a light guide plate 40 of an image display device 11 according to the eleventh embodiment. The light guide plate 40 is formed by joining two materials 42 and 43, and an interface between the materials 42 and 43 is a diffraction grating 41. Refractive index n of material 42 and material 4
3 have different refractive indices n ′. Illumination light from the light source unit 30 is incident on only one material 42. In this configuration, since the refractive index n ′ of the material 43 on the emission side is also a variable parameter,
The diffraction conditions of the diffraction grating 41 can be set flexibly. In order to prevent the reflected light from becoming flare, it is desirable to provide an anti-reflection film on the surface 40a of the material 43 on the emission side.
【００６４】上記の各実施形態の映像表示装置１〜１１
は、薄型でありながら質の高い映像を提供することが可
能であり、電力消費も少ないから、携帯端末情報装置の
映像提供手段として好適である。また、プロジェクタに
用いることも可能である。なお、ここでは回折格子４１
の周期を一定にしているが、回折格子４１に複数の周期
をもたせて、照明光を異なる角度で表示部２０に導くよ
うにしてもよい。The video display devices 1 to 11 of the above embodiments
Is suitable as a video providing means for a portable terminal information device because it can provide high quality video while being thin and consumes less power. Further, it can be used for a projector. Here, the diffraction grating 41
Is constant, but the diffraction grating 41 may have a plurality of periods to guide the illumination light to the display unit 20 at different angles.
【００６５】[0065]
【表１】 [Table 1]
【００６６】[0066]
【表２】 [Table 2]
【００６７】[0067]
【発明の効果】導光板を回折光学素子とした本発明の映
像表示装置では、光が散乱することがなく、ボケ、コン
トラスト低下、輝度むら等の散乱に起因する映像の質の
低下が避けられる。また、回折光学素子としての周期が
きわめて小さいため、その周期が視認されることがな
く、どのような映像を表示してもモアレ縞が発生するこ
ともない。したがって、質の高い映像を提供することが
できる。According to the image display apparatus of the present invention in which the light guide plate is a diffractive optical element, light is not scattered, and deterioration in image quality due to scattering such as blur, reduced contrast, and uneven brightness can be avoided. . Further, since the cycle as the diffractive optical element is extremely small, the cycle is not visually recognized, and no moiré fringes are generated even when any image is displayed. Therefore, a high-quality image can be provided.
【００６８】導光板に回折格子を設けて、回折格子の凹
凸の断面形状を非対称にした構成では、導光板を容易に
回折光学素子とすることができる上、表示部に導くため
に照明光に特定の次数の回折を生じさせることも容易で
ある。In a configuration in which a diffraction grating is provided on the light guide plate and the cross-sectional shape of the unevenness of the diffraction grating is made asymmetric, the light guide plate can be easily formed as a diffractive optical element, and the illumination light is guided to the display section. It is also easy to cause diffraction of a particular order.
【００６９】回折格子を照明光の進路よりも表示部に近
い側に位置させて導光板を透過型の回折光学素子とし、
回折格子の最高部を最低部から最低部までの中央よりも
照明光を入射させる端部から遠ざけた構成では、表示部
に導く照明光の量を多くして、明るい映像を提供するこ
とができる。また、表示部から遠い方の導光板の表面を
特に保護する必要がない。さらに、表示部に近い方の表
面に回折格子を設ければ、その表面に反射防止処理を施
さなくても、フレアの発生を防止することができる。The light guide plate is formed as a transmissive diffractive optical element by positioning the diffraction grating closer to the display section than the path of the illumination light.
In a configuration in which the highest part of the diffraction grating is farther from the end where the illumination light is incident than the center from the lowest part to the lowest part, the amount of the illumination light guided to the display unit can be increased to provide a bright image. . Further, it is not necessary to particularly protect the surface of the light guide plate far from the display unit. Furthermore, if a diffraction grating is provided on the surface closer to the display unit, the occurrence of flare can be prevented without performing antireflection treatment on the surface.
【００７０】回折格子を照明光の進路よりも表示部から
遠い側に位置させて導光板を反射型の回折光学素子と
し、回折格子の最高部を最低部から最低部までの中央よ
りも照明光を入射させる端部に近づけた構成でも、表示
部に導く照明光の量を多くして、明るい映像を提供する
ことができる。The diffraction grating is positioned farther from the display than the path of the illumination light, and the light guide plate is a reflection type diffractive optical element. The highest part of the diffraction grating is more illuminating light than the center from the lowest part to the lowest part. Even in a configuration close to the end where light is incident, the amount of illumination light guided to the display unit can be increased, and a bright image can be provided.
【００７１】光源部が波長の異なる複数の照明光を異な
る角度で射出する構成では、色ずれのない良質のカラー
映像を提供することができる。In a configuration in which the light source unit emits a plurality of illumination lights having different wavelengths at different angles, it is possible to provide a high quality color image without color shift.
【００７２】偏光方向を９０゜回転させる光学素子や、
導光板に対する光の角度を変化させる光学素子を導光板
と表示部の間に備える構成では、照明光を効率よく表示
部に導きつつ、映像を表す光をほとんど回折させること
なく使用者の眼に導くことができる。An optical element for rotating the polarization direction by 90 °,
In the configuration in which an optical element that changes the angle of light with respect to the light guide plate is provided between the light guide plate and the display unit, the illumination light is efficiently guided to the display unit, and the light representing the image is hardly diffracted to the user's eyes. I can guide you.
【００７３】導光板に回折格子を設けて、照明光を入射
させる端部から遠いほど回折格子の凹凸の高低差を大き
くした構成や、回折格子を複数の離間した領域に分割し
て、照明光を入射させる端部から遠いほど回折格子の領
域の幅を広くした構成では、表示部に導く照明光の量を
均一にして、一様な明るさの映像を提供することができ
る。A structure in which a diffraction grating is provided on the light guide plate and the difference in height of the unevenness of the diffraction grating is increased as the distance from the end where the illumination light is incident, or the diffraction grating is divided into a plurality of spaced regions to provide illumination light In the configuration in which the width of the region of the diffraction grating is increased as the distance from the end where light is incident, the amount of illumination light guided to the display unit can be made uniform, and an image with uniform brightness can be provided.
【図１】 第１の実施形態の映像表示装置の構成を模式
的に示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a video display device according to a first embodiment.
【図２】 回折格子の形状、周期、高低差、入射角およ
び出射角を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a shape, a period, a height difference, an incident angle, and an outgoing angle of a diffraction grating.
【図３】 第２の実施形態の映像表示装置の構成を模式
的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a video display device according to a second embodiment.
【図４】 第２の実施形態の映像表示装置の導光板に設
けた回折格子の形状を模式的に示す断面図。FIG. 4 is a sectional view schematically showing the shape of a diffraction grating provided on a light guide plate of the image display device according to the second embodiment.
【図５】 第２の実施形態の映像表示装置の導光板に設
けた回折格子の他の形状を模式的に示す断面図。FIG. 5 is a sectional view schematically showing another shape of the diffraction grating provided on the light guide plate of the image display device according to the second embodiment.
【図６】 第３の実施形態の映像表示装置の構成を模式
的に示す断面図。FIG. 6 is a sectional view schematically showing the configuration of a video display device according to a third embodiment.
【図７】 第３の実施形態の映像表示装置の導光板に設
けた回折格子の形状を模式的に示す断面図。FIG. 7 is a sectional view schematically showing the shape of a diffraction grating provided on a light guide plate of the image display device according to the third embodiment.
【図８】 第４の実施形態の映像表示装置の導光板の構
成を模式的に示す断面図。FIG. 8 is a sectional view schematically showing a configuration of a light guide plate of an image display device according to a fourth embodiment.
【図９】 第５の実施形態の映像表示装置の導光板の構
成を模式的に示す断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a light guide plate of an image display device according to a fifth embodiment.
【図１０】 第６の実施形態の映像表示装置の光源部と
導光板の構成を模式的に示す断面図。FIG. 10 is a sectional view schematically showing a configuration of a light source unit and a light guide plate of an image display device according to a sixth embodiment.
【図１１】 第７の実施形態の映像表示装置の光源部と
導光板の構成を模式的に示す断面図。FIG. 11 is a sectional view schematically showing a configuration of a light source unit and a light guide plate of an image display device according to a seventh embodiment.
【図１２】 第８の実施形態の映像表示装置の構成を模
式的に示す断面図。FIG. 12 is a sectional view schematically showing the configuration of an image display device according to an eighth embodiment.
【図１３】 第９の実施形態の映像表示装置の構成を模
式的に示す断面図。FIG. 13 is a sectional view schematically showing the configuration of a video display device according to a ninth embodiment.
【図１４】 第１０の実施形態の映像表示装置の構成を
模式的に示す断面図。FIG. 14 is a sectional view schematically showing the configuration of a video display device according to a tenth embodiment.
【図１５】 第１１の実施形態の映像表示装置の導光板
の構成を模式的に示す断面図。FIG. 15 is a sectional view schematically showing a configuration of a light guide plate of the image display device according to the eleventh embodiment.
【符号の説明】 １〜１１ 映像表示装置 ２０ 表示部（液晶表示器） ２１ 液晶層 ２２ 反射板 ２３ 偏光板 ２３ａ ガラス板 ３０ 光源部 ３１ 回折格子 ３２ フィルター ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ 発光ダイオード ４０ 導光板 ４０ａ、４０ｂ 導光板表面 ４１ 回折格子 ４２、４３ 導光板材料 ５０ プリズムアレイ ６０ １／４波長板 ７０ 偏光板DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 to 11 Image display device 20 Display unit (liquid crystal display) 21 Liquid crystal layer 22 Reflector 23 Polarizer 23a Glass plate 30 Light source unit 31 Diffraction grating 32 Filter 33R, 33G, 33B Light emitting diode 40 Light guide plate 40a , 40b Light guide plate surface 41 Diffraction grating 42, 43 Light guide plate material 50 Prism array 60 1/4 wavelength plate 70 Polarizing plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６Ｂ Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H049 AA03 AA13 AA55 AA63 AA64 AA66 2H091 FA08X FA14Z FA19X FA23X FA41X FD01 FD04 FD06 LA17 LA18 5G435 AA01 AA02 AA03 AA04 BB12 BB16 CC12 EE22 FF03 FF05 FF08 FF11 GG03 GG23 GG24 GG26 GG27 HH01 LL07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G09F 9/00 336 G09F 9/00 336B F term (Reference) 2H038 AA55 BA06 2H049 AA03 AA13 AA55 AA63 AA64 AA66 2H091 FA08X FA14Z FA19X FA23X FA41X FD01 FD04 FD06 LA17 LA18 5G435 AA01 AA02 AA03 AA04 BB12 BB16 CC12 EE22 FF03 FF05 FF08 FF11 GG03 GG23 GG24 GG26 GG27 HH01 LL07
Claims (9)
した映像によって変調しつつ反射する反射型の表示部
と、表示部に与える照明光を射出する光源部と、表示部
に対向し、光源部が射出した照明光を端部より入射させ
て内部を進行させつつ表示部に近い表面より出射させて
表示部に導く導光板とを備える映像表示装置において、 導光板が、入射した照明光の進路に沿う方向について照
明光の波長以下の周期を有する回折光学素子であり、回
折によって照明光を表示部に近い表面より出射させるこ
とを特徴とする映像表示装置。A display unit that displays an image and reflects illumination light to be applied while modulating the image by the displayed image; a light source unit that emits illumination light to be applied to the display unit; A light guide plate for causing the illumination light emitted from the light source unit to enter from an end portion, to travel through the interior, to emit from a surface close to the display unit, and to guide the light to the display unit. A diffractive optical element having a period equal to or less than the wavelength of the illumination light in a direction along the path of the image display device, wherein the illumination light is emitted from a surface near the display unit by diffraction.
回折格子を有し、回折格子の個々の凹凸の断面形状が非
対称であることを特徴とする請求項１に記載の映像表示
装置。2. The image display apparatus according to claim 1, wherein the light guide plate has a diffraction grating in contact with the path of the incident illumination light, and each of the diffraction gratings has an asymmetric cross-sectional shape.
表示部に近い側に位置し、回折格子の凹凸の高低を照明
光の進路の中央からの遠近に対応して定めるとき、回折
格子の最高部が最低部から最低部までの中央よりも照明
光を入射させる端部から遠いことを特徴とする請求項２
に記載の映像表示装置。3. The method according to claim 1, wherein the diffraction grating of the light guide plate is located closer to the display than the path of the illumination light, and the height of the unevenness of the diffraction grating is determined in accordance with the distance from the center of the path of the illumination light. 3. The grating according to claim 2, wherein the highest point of the grating is farther from the end where the illumination light is incident than the center from the lowest point to the lowest point.
3. The video display device according to 1.
表示部から遠い側に位置し、回折格子の凹凸の高低を照
明光の進路の中央からの遠近に対応して定めるとき、回
折格子の最高部が最低部から最低部までの中央よりも照
明光を入射させる端部に近いことを特徴とする請求項２
に記載の映像表示装置。4. When the diffraction grating of the light guide plate is positioned farther from the display than the path of the illumination light, and the height of the unevenness of the diffraction grating is determined in accordance with the distance from the center of the path of the illumination light, diffraction is performed. 3. The grating according to claim 2, wherein the highest point of the grating is closer to the end where the illumination light is incident than the center from the lowest point to the lowest point.
3. The video display device according to 1.
なる角度で射出することを特徴とする請求項１に記載の
映像表示装置。5. The image display device according to claim 1, wherein the light source unit emits a plurality of illumination lights having different wavelengths at different angles.
る光の偏光方向を導光板より出射した照明光の偏光方向
から９０゜回転させる光学素子を、導光板と表示部の間
に備えることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装
置。6. An optical element between the light guide plate and the display unit for rotating the polarization direction of light reflected by the display unit and entering the light guide plate by 90 ° from the polarization direction of illumination light emitted from the light guide plate. The video display device according to claim 1, wherein:
る光の導光板に対する角度を導光板より出射した照明光
の導光板に対する角度から変化させる光学素子を、導光
板と表示部の間に備えることを特徴とする請求項１に記
載の映像表示装置。7. An optical element for changing an angle of light reflected by the display unit and incident on the light guide plate with respect to the light guide plate from an angle of illumination light emitted from the light guide plate with respect to the light guide plate, between the light guide plate and the display unit. The video display device according to claim 1, further comprising:
回折格子を有し、照明光を入射させる端部から遠いほど
回折格子の凹凸の高低差が大きいことを特徴とする請求
項１に記載の映像表示装置。8. The light guide plate according to claim 1, wherein the light guide plate has a diffraction grating in contact with the path of the incident illumination light, and the difference in height of the unevenness of the diffraction grating increases as the distance from the end where the illumination light is incident increases. The image display device according to the above.
回折格子を有し、回折格子が照明光の進路に沿う方向に
ついて複数の離間した領域に分割されており、照明光を
入射させる端部から遠いほど回折格子の領域の幅が広い
ことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。9. A light guide plate having a diffraction grating in contact with the path of the incident illumination light, wherein the diffraction grating is divided into a plurality of separated regions in a direction along the path of the illumination light, and an end on which the illumination light is incident. 2. The image display device according to claim 1, wherein the farther from the part, the wider the area of the diffraction grating.
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