JP2004319252A

JP2004319252A - Light guide plate, and lighting device and display device using light guide plate

Info

Publication number: JP2004319252A
Application number: JP2003111397A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Toda; 敏貴戸田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP4470388B2

Abstract

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

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光板、それを用いた照明装置および表示装置に係り、更に詳しくは、光源からの光を導光して光射出面より射出する導光板、この導光板および光源を備えた照明装置、およびこの導光板からの射出光をＬＣＤパネル等の照明光として画像等を表示する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、透過型のＬＣＤパネルの背面に用いられる照明光源である所謂バックライトには、光源からの光を均一にＬＣＤパネルに導くために、透明樹脂からなる導光板が用いられている。
【０００３】
そして、図２７に示すように、この種の導光板１０に光源１２が配置されてなる照明装置１４では、導光板１０の端面１１から導光板１０内に入射した光は、導光板１０の平面部を全反射しながら導光板１０内を進む。なお、図２７は、光源１２として線状の光源を用いた例を示しているが、光源１２の形状は線状に限るものではなく、例えば点状であってもよい。導光板１０の平面部には所々にプリズム１６が設けられ、プリズム１６に当たった光は、図中矢印に示すように、導光板１０から図中上方側へ向かって射出される。
【０００４】
図２８に示すように、この照明装置１４の導光板１０の上部に透過型のＬＣＤパネル１８を配置し、導光板１０から図中上方側へと射出した光を透過させることによって画像を表示する表示装置２４が形成される。
【０００５】
なお、図２７および図２８に示すように背面にプリズム１６が設けられた導光板に係る公知例としては、例えば下記特許文献１がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２６４８１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような導光板１０は、プリズム１６の構造が比較的大きいために目視観察時にプリズム１６の構造を隠すのが困難であること、またプリズム１６によって導光板１０の厚みが厚くなること、更には特にプリズム１６と平面部の境界などプリズム１６を構成する面を正確に形成することが難しく光損失が発生すること、射出光を自由に制御することができないなどの問題がある。
【０００８】
一方、プリズムを用いない導光板の例としては、図２９に示すように、導光板１０の面に散乱性のドット２０を印刷することにより、光を拡散射出する方法もある。しかし、この場合は、有効に使われる光の割合が著しく低下してしまい、製造工程上も工程数が増えてしまうという別の問題が発生する。
【０００９】
更に、このような導光板１０の端面１１に光源を設置した際には、上記の問題に加えて、光源に近い側と遠い側との光強度を一定にするのが困難となる。特に、点状の光源１５もしくはムラのある光源の場合には、光源１５側の端面１１から光源１５に遠い側の端面１３に光が向かう平均的な方向である平均導光方向Ｆと直交する方向Ｖにおける射出光の分布の均一性と光の利用効率を共に高くすることは困難である。
【００１０】
そのため、図３０に示すように、上記のような導光板１０と光源１５を透過型表示素子２２の背面に用いて表示装置２４を構成した場合には、上述したように光強度を一定にすること、および光の利用効率を高める、すなわち明るく表示することが困難となる。これにより、限定された視域内では、明るい表示像を観察することがより困難となる。このため、導光板１０と透過型表示素子２２の間に各種の光学フィルムを挿入する方法も提案されているが、これでは表示装置２４の厚みが増してしまい、製造コストも嵩んでしまうという別の問題が生じる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、厚みを薄くし、かつ見栄えも美しく、さらに射出光を自在に制御することが可能な導光板を提供することにある。
【００１２】
また、その第２の目的は、このような導光板を用いることによって、明るく照明することができる照明装置を提供すること、更にはこの照明装置を用いることによって表示対象物を明るく表示することができる表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明は、第１の目的を達成するために、入射した光を導光し導光された光を光射出面から射出する導光板において、稜線を直線とする回折格子から構成してなり、格子ベクトル方向を互いに同一とし、光が導光される平均的な方向である平均導光方向と格子ベクトル方向とを同一とする複数の回折格子領域を、光射出面または光射出面に対向する面に配置している。
【００１５】
従って、請求項１の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、入射した光が導光板内を全反射しながら導光される。そして、導光された光を、回折格子領域により適宜導光板の外部へと射出することができる。また、回折格子領域を構成している回折格子は、通常のレリーフ型回折格子であってもよく、その凹凸サイズを０．１〜１．０μｍ程度にすることができる。このため、余分な突起のない、ほぼ平面と見なせ、薄型化することが可能である。
【００１６】
射出光の光量、射出分布については、回折格子領域の配置ピッチ、サイズ、あるいは回折格子の格子ピッチ、格子の大きさ等を調整することによって自在に制御することが可能である。
【００１７】
請求項２の発明は、第１の目的を達成するために、入射した光を導光し、導光された光を光射出面から射出する導光板において、稜線を曲線とする回折格子から構成してなり、格子ベクトル方向を平均してなる平均格子ベクトル方向を互いに同一とし、光が導光される平均的な方向である平均導光方向と、平均格子ベクトルとを同一とする複数の回折格子領域を、光射出面または光射出面に対向する面に配置している。
【００１８】
このような請求項２の発明の導光板においては、平均導光方向と直交する方向において、曲線を構成する稜線の線分の角度に応じて拡がった回折光を得ることができる。従って、稜線の曲線形状により、平均導光方向に対して直交する方向の射出光の拡がり方を制御することができる。
【００１９】
請求項３の発明は、第１の目的を達成するために、請求項１または請求項２の発明の導光板において、各回折格子領域を、平均導光方向に沿ってほぼ一定密度になるように配置し、各回折格子領域の回折効率を、平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにしている。
【００２０】
従って、請求項３の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、射出光の強度を導光板全体に亘ってほぼ均一とすることができる。
【００２１】
請求項４の発明は、第１の目的を達成するために、請求項１または請求項２の発明の導光板において、回折格子を、複数の凹形状と凸形状とを格子ベクトル方向に沿って繰り返し配置することによって構成してなる表面レリーフ型の回折格子としている。
【００２２】
このような請求項４の発明によって、特に、各回折格子領域の回折格子を同一とすることにより、例えば１つの回折格子領域のみを精密に作製し、これを並べて複製することで導光板上の回折格子を全て形成することができるようになり、極めて容易に作成することが可能となる。
【００２３】
請求項５の発明は、第１の目的を達成するために、請求項４の発明の導光板において、複数の凹形状と凸形状とを、格子ベクトル方向に沿って進むにつれて大きくするようにしている。
【００２４】
従って、請求項５の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、光強度の強い光入射端側において導光板から射出する光の割合を少なく、光入射端から離れるほど射出割合を増加することが容易に実現でき、導光板全面に亘って均一な強度の光を射出することが可能となる。
【００２５】
請求項６の発明は、第１の目的を達成するために、請求項４の発明の導光板において、回折格子を構成してなる凹形状と凸形状との大きさを全ての回折格子領域について同一とし、各回折格子領域が配置された配置密度を平均導光方向に沿って進むにつれて高めるようにしている。
【００２６】
請求項６の発明の導光板についても、請求項５の発明と同様な作用効果を奏することが可能となる。加えて、１つの回折格子領域を複製して作製できるなど作製が容易であり、また均一な状態を容易に実施できる。
【００２７】
請求項７の発明は、第１の目的を達成するために、請求項４乃至６のうち何れか１項の発明の導光板において、表面レリーフ型の回折格子をブレーズド回折格子としている。
【００２８】
従って、請求項７の発明の導光板においては、以上のように、表面レリーフ型の回折格子をブレーズド回折格子とすることによって、望ましい射出光に対して光の利用効率を極めて高くすることが可能となる。
【００２９】
請求項８の発明は、第１の目的を達成するために、請求項４乃至６のうち何れか１項の発明の導光板において、表面レリーフ型の回折格子を、断面形状が正弦波からなる回折格子または矩形波からなる回折格子としている。
【００３０】
従って、請求項８の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、導光された光の一部をそのまま全反射させる一方、別の一部の光を射出させることができる。その結果、回折格子領域を反射した後の光であっても、全反射光成分を維持することができ、もって、回折格子領域を多数高密度で並べることができ、目視によって導光板の光射出面が観察された場合には、より均一に見せることが可能となる。
【００３１】
請求項９の発明は、第１の目的を達成するために、請求項４乃至８のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域において、表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを一定としている。
【００３２】
従って、請求項９の発明の導光板においては、１つの回折格子領域のみを精密に作製し、これを並べて複製することで導光板上の回折格子を全て形成することができるようになり、極めて容易に作成することが可能となる。
【００３３】
請求項１０の発明は、第１の目的を達成するために、請求項４乃至８のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域において、表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを連続的に変化させている。
【００３４】
従って、請求項１０の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、格子ピッチの変化量に応じて格子ベクトル方向に回折光を拡げることができる。これにより、格子ベクトル方向における導光板からの射出光の拡がり方を制御することが可能となる。
【００３５】
請求項１１の発明は、第１の目的を達成するために、請求項１乃至１０のうち何れか１項の発明の導光板において、光射出面に、光射出面から射出された光を拡散するための凹凸形状を形成している。
【００３６】
従って、請求項１１の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、回折格子領域から射出した光を更に拡散させ、容易に均一な射出光分布を得ることができる。
【００３７】
請求項１２の発明は、第１の目的を達成するために、請求項１乃至１１のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域の平面形状を長方形としている。
【００３８】
このように、回折格子領域の形状を長方形とすることにより、長方形の各辺に直交する方向へのみ回折光を拡がらせることができ、拡がり方を当該方向における長方形の大きさで制御することができる。従って、２方向への射出光の拡がり方を自由に設計することが可能となる。
【００３９】
請求項１３の発明は、第１の目的を達成するために、請求項１乃至１１のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域の平面形状を円形もしくは楕円形としている。
【００４０】
このように、回折格子領域の形状を円形もしくは楕円形とすることにより、あらゆる方向に拡がりを持つ射出光を実現できる。その際、回折格子領域の大きさにより射出光の拡がり方を制御できる。また、楕円形の場合には、長軸、短軸に直交する方向への回折光の拡がり方を、当該方向における大きさで制御することができる。従って、２方向への射出光の拡がり方を自由に設計することが可能となる。
【００４１】
請求項１４の発明は、第１の目的を達成するために、請求項１乃至１３のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域の格子ベクトル方向に沿った長さを、回折格子の格子ピッチの３倍以上３００μｍ以下としている。
【００４２】
従って、請求項１４の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、回折格子領域の平均導光方向に沿った長さ、すなわち短辺の長さを回折格子の格子ピッチの３倍以上３００μｍ以下とすると、回折格子領域の内部に形成した回折格子において回折を引きおこすことができると共に、短辺の長さに応じて短辺方向における導光板からの射出光の拡がりを制御することができる。
【００４３】
特に、白色光に対して回折格子が作用すると回折光が分光してしまうため、白色光に対して用いる場合には、回折格子領域の短辺を３０μｍ以下にすれば、短辺方向における回折光の拡がり方が大きくなり、個々の波長の回折光同士を重なり合わせることで分光の影響を抑制することができる。この効果は「短辺方向」≒「格子ベクトル方向」≒「平均導光方向」が成り立つ本請求項１４の構成により、容易にして確実に実現することができる。
【００４４】
請求項１５の発明の照明装置は、第２の目的を達成するために、請求項１乃至１４のうち何れか１項の発明の導光板と、導光板によって導光される光を導光板に供給する点状の、または平均導光方向と直交する平行な方向に長い線状の光源とを備えている。
【００４５】
従って、請求項１５の発明の照明装置においては、以上のような手段を講じることにより、上述した導光板の効果を持った照明装置を実現することができる。すなわち、光源に近い側と遠い側との光強度を容易に一定にでき、また、点状の光源もしくはムラのある光源を用いても、平均導光方向と直交する方向における均一性を向上することが可能である。
【００４６】
請求項１６の発明は、第２の目的を達成するために、請求項１５の発明の照明装置において、光源を複数備えている。
【００４７】
このような請求項１６の発明の照明装置においてもまた、請求項１５の発明の照明装置と同様の作用効果を奏することができる。
【００４８】
請求項１７の発明は、第２の目的を達成するために、請求項１５または請求項１６の発明の照明装置において、光射出面に対向する面を覆うように、光を反射する機能を有する反射体を配置している。
【００４９】
従って、請求項１７の発明の照明装置においては、反射体によって、光射出面に向かわなかった回折光などを再び導光板側へ反射し再利用することができ、光の利用効率を一層高めることができる。このとき、反射体を配置する側に、大きな突起などは存在せず、導光板と反射体との間に不必要な空間を空ける必要がないため、照明装置全体を薄くすることができる。
【００５０】
請求項１８の発明の表示装置は、第２の目的を達成するために、請求項１５乃至１７のうち何れか１項の発明の照明装置と、照明装置に備えられた導光板の光射出面を覆うように配置され、光射出面から射出された光を透過させることによって画像を表示する透過型表示素子とを備えている。
【００５１】
従って、請求項１８の発明の表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、上述した導光板の効果を持った表示装置、すなわち、明るく（光の利用効率が高く）、均一な明るさの表示を行う表示装置を実現することが可能である。更に、他の光学フィルムの助けなしに射出光の拡がりも制御できるため、薄く、安価に製造できる簡便な構成にしながら、視域を限定して視域内ではより明るい表示像を観察することも容易に可能となる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５３】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図２７から図３０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。
【００５４】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図１４を用いて説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図である。
図２は、図１の導光板における導光状態を示した断面図である。
【００５５】
すなわち、本実施の形態に係る導光板１０は、光源１２から入射した光を導光し、この導光された光を、光射出面２６の対向面２８に設けられた複数の微少な平面形状が長方形の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）において回折させ、長方形状の光射出面２６から射出させる。光源として端面１１にほぼ平行に配置された線状の光源１２を用いた場合、導光板１０における平均的な導光方向は、図１（ａ）に示すように、導光板１０の長辺方向にほぼ一致する平均導光方向Ｆとなる。
【００５６】
また、光源として、端面１１の長さ方向に対するほぼ中間点に配置された点状のＬＥＤやレーザ等の光源１５を用いた場合、図１（ｂ）に示すように、局所的には光源１５を中心とする放射方向に導光するが、導光板全体に亘って平均するとやはり平均導光方向Ｆに沿って導光する。
【００５７】
回折格子領域３０は、その断面図を図３に示すように、３つ以上の表面レリーフ型の回折格子からなる。各回折格子の断面形状は、図３（ａ）に示すようなブレーズド回折格子や、図３（ｂ）に示すような矩形状の回折格子、あるいは図３（ｃ）に示すような正弦波状の回折格子である。何れの回折格子であっても稜線Ｒは直線である。
【００５８】
図４は、このような回折格子からなる回折格子領域３０の平面図である。回折格子領域３０の形状としては、長方形状、円形状、楕円形状のうち何れであっても良い。また、同一の導光板１０に配置される回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）は全て同一形状であっても、長方形状と円形状と楕円形状が混在していても良い。ただし、格子ピッチｄは、同一の回折格子領域３０においては同一する。また、平均導光方向Ｆと格子ベクトル方向ｖとを一致させ、全反射条件を満たす光に対して効果的に作用する構成としている。このような条件を満たすように配置されるのであれば、図４（ａ）のように格子ベクトル方向ｖと短辺長さとを一致させるように配置しても、図４（ｂ）のように格子ベクトル方向ｖと長辺長さとを一致させるように配置しても、図４（ｃ）および図４（ｄ）のように格子ベクトル方向ｖに対して斜めに配置するようにしても良い。
【００５９】
したがって、導光板１０における回折格子領域３０の配置パターンとしては、例えば図５乃至１０に示すように、様々なパターンをとりうる。このため、光の射出特性をきめ細やかに制御できるようにしている。ただし、いずれの配置パターンであっても、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）は、それぞれ格子ベクトル方向ｖを同一としている。そして、この方向は、端面１１および端面１３に対してほぼ直交しており、平均導光方向Ｆとほぼ等しい。
【００６０】
上述したように、各回折格子領域３０は、それぞれ３つ以上の回折格子を備えている。これは、回折格子によって十分に光の回折を生じさせるためには、３つ以上の回折格子が必要であるからである。したがって、各回折格子領域３０の格子ベクトル方向ｖに沿った長さｗは、格子ピッチｄの３倍以上となる。また、各回折格子領域の大きさを肉眼でも観察できるほど大きな値にしてしまうと、見栄えが損なわれてしまう。そこで、本実施の形態では、この大きさを３００μｍ以下としている。３００μｍ以下の大きさでは肉眼では観察できないために、見栄えを損なうことはない。このような観点から、大きさとして１０〜３００μｍとするのが好適である。一方、回折格子の大きさによる光の拡がりの効果について図１１を用いて説明する。
【００６１】
矩形開口のフラウンホーファー回折による光強度分布は、下記式で計算できる。
【００６２】
【数１】

【００６３】
このとき、光の波長をλ、矩形開口の大きさを直交する２方向（ｘ方向、ｙ方向）においてそれぞれＤ_ｘ、Ｄ_ｙ、開口から光強度を観察する面までの距離をｒとしている。Ａは矩形開口の大きさに依存しない値であるので、ここでは定数として扱える。ここで、以下の関係が成り立つ。
【００６４】
【数２】

【００６５】
従って、本発明において、回折格子による１次回折光に着目した場合、回折格子領域３０の大きさが開口に相当し、回折格子領域３０の大きさに従ってｘ方向、ｙ方向に１次回折光の拡がり方を制御することができる。
【００６６】
具体的には、ｘ方向を平均導光方向Ｆとすると、ｘ方向における回折格子領域３０の大きさが１００μｍの場合、５００ｎｍの波長λに対して、３００ｍｍ離れた位置で、回折光の拡がり（回折光のピークを中心に最初に強度が０になるところ同士の幅）は約３ｍｍとなる。
【００６７】
一方、ｘ方向における回折格子領域３０の大きさが３００μｍの場合には、回折光の拡がりは約１ｍｍとなる。また、ｘ方向における回折格子領域３０の大きさが１０μｍの場合には、回折光の拡がりは約３０ｍｍとなる。上記条件において、これらをグラフにすると図１１に示す通りとなる。
【００６８】
従って、回折格子領域３０の大きさが１０〜３００μｍの範囲であれば、回折光の拡がりを３ｍｍから３０ｍｍまでと、現実的に十分な範囲に亘って制御することができる。更に回折格子領域３０の大きさを１０μｍ以下とすると、更に拡がりを大きくすることも可能である。以上のように、回折格子領域を構成する外形の線分に直交する方向へ回折光が拡がる。望ましくは、回折格子領域の配置間隔を１００μｍ以下とすると射出光分布の均一性が十分となる。
【００６９】
通常、導光板１０は、光源１２に近い端面１１側の回折格子領域３０（＃１）ほど光の射出割合は大きく、光源１２から遠い端面１３側の回折格子領域３０（＃ｎ）ほど光の射出割合は小さい。このため、本実施の形態に係る導光板１０では、図１に示すように、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置密度を一定にする場合には、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折効率を、平均導光方向Ｆに沿って進むにつれて高くなるようにしている。
【００７０】
具体的には、回折格子の深さｈを、光源１２に近い端面１１側の回折格子領域３０（＃１）について最も大きく、光源１２から遠い端面１３側の回折格子領域３０（＃ｎ）について最も小さくなるように、各回折格子領域３０毎に連続的に変化させてゆく。これによって、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折効率が、光源１２から遠ざかるにつれて大きくなる。このようにすることによって、光射出面２６の全面に亘って均一な強度の射出光が得られるようにしている。
【００７１】
一方、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折効率が同じ場合には、図１２に示すように、平均導光方向Ｆに沿って進むにつれ、回折格子領域３０の配置密度を徐々に高めてゆく。このようにすることによって、光射出面２６の全面に亘って均一な強度の射出光が得られるようにしている。
【００７２】
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。
【００７３】
すなわち、図１（ａ）に示すように、線状の光源１２から発せられた光は、導光板１０の端面１１より入射し、導光板１０内を全反射しつつ平均的に平均導光方向Ｆに沿って進み、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に形成された表面レリーフ型の回折格子により回折した光成分が光射出面２６から射出する。
【００７４】
このように、非常に微細な構造の回折格子を各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に形成することにより、望ましい方向に向かう均一な射出光を取り出すことができると共に、凹凸の少ない導光板１０が実現される。
【００７５】
図２では、導光板１０の平面状の界面である光射出面２６および対向面２８において、導光板１０の内部を光が全反射している様子を示している。すなわち、導光板１０に入射した光が光射出面２６および対向面２８に対して臨界角度を超えた角度で進み、導光板１０の界面である光射出面２６および対向面２８で全反射している。
【００７６】
臨界角度は、導光板１０を構成する材料の屈折率と導光板１０の外側の媒質の屈折率とから決定され、例えば前者の屈折率を１．５、後者を１．０とすると臨界角度は約４２°となるため、それ以上の角度で導光板１０内から導光板１０の界面である光射出面２６および対向面２８に入射した光は全反射する。このように全反射して導光された光は損失が極めて少ないため、導光板１０として最適である。
【００７７】
このような全反射条件にある光のうち、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）で反射した光は、回折格子によって回折光を生じる。このときの主要な回折光は１次回折光である。格子ベクトル方向ｖと同一方向において、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を構成する格子ピッチｄと、１次回折光の射出角度（回折角）θ_Ｒとの関係は、下記（１）式により表される。
ｄ＝λ／（ｓｉｎθ_ｉ−ｓｉｎθ_Ｒ）…（１）
ただし、λは光の波長、θ_ｉは正反射角度（回折格子が反射時に作用する場合）である。本実施の形態では、格子ベクトル方向ｖと平均導光方向Ｆがほぼ同一であるため、格子ピッチｄを適切に設定することにより、全反射しながら平均導光方向Ｆに進む光が回折格子によってθ_Ｒの角度で回折し、全反射条件を外れて導光板１０の光射出面２６から射出して行く。特にθ_Ｒ〜０°とすると、導光板表面に対して垂直でない光が得られる。
【００７８】
また、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置パターンにより、回折格子による回折光成分が更に回折する。何れも光の回折現象に基づいたもので、回折格子により方向を曲げられた光が、回折格子により拡がると表現することもできる。この回折光の拡がり幅は、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の各方向における長さにより制御可能である。回折光の拡がり幅は、よく知られた微小開口における光の回折現象の解析結果を応用して容易に設計できる。
【００７９】
白色光を導光している場合に、回折光が分光する度合いは上記（１）式により求められるが、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の格子ベクトル方向ｖの長さｗを十分に小さくすることで、回折光の拡がり幅を大きくし、分光の影響を抑制することができる。
【００８０】
図３は、表面レリーフ型の回折格子の断面形状例を示している。図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すような矩形回折格子および正弦波回折格子では、通常、正反射光を含め、複数の回折次数が発生する。但し、導光板１０内における正反射光は全反射条件を満たす光であり、損失とはならない。
【００８１】
一方、通常は正反射光以外では１次回折光が最も強いため、射出光に十分な光量を配分することができる。また、２次以上あるいはマイナス次数の回折光が発生した場合でも、平均導光方向Ｆと逆方向に進行する全反射条件を満たす光などとなり、ノイズや損失となる光の成分は少ない。
【００８２】
それに対し、図３（ａ）のような鋸歯状の断面形状を持つブレーズド回折格子では、回折効率を極めて高くすることができ、正反射光成分をほぼ０にすることができる。従って、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に入射した光を全て射出光に変換することもでき、光の利用効率が極めて高い。このため、導光板１０全体の光学設計も容易となる。
【００８３】
上述したように、本実施の形態に係る導光板においては、上記のような作用により、導光板１０内を全反射しながら導光中の光を、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の形状および配置により適宜射出させることができる。
【００８４】
このとき、表面レリーフ型である回折格子の構造は、典型的には、１０〜３００μｍ程度であるため、余計な突起のない、ほぼ平面と見なせる導光板１０を実現できる。すなわち、薄くできると共に、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の境界まで精密な形成が可能であり、光の損失を抑制することができる。これは、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の境界に隣接する平面部である対向面２８、すなわち全反射面への影響を極小化することでもあり、この点でも光の損失を減少させているといえる。
【００８５】
また、回折格子の格子ベクトル方向ｖもしくは格子ベクトル方向ｖの平均値がほぼ平均導光方向Ｆと一致しているため、全反射条件で平均導光方向Ｆに進んでいた光を確実に光射出面２６側へ回折させることができる。このとき、回折格子の格子ピッチｄの設計により、光の回折角度を制御することができ、効率良く、望ましい角度で光射出面２６から射出させることができる。一般的には光射出面２６に垂直な角度で射出させるのが最も好ましい。
【００８６】
一方、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に形成された回折格子からの回折光は、回折格子における光の回折現象と同様に、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の各方向における長さに応じて拡がった分布となるため、任意の方向の拡がり方を制御できると共に、導光板１０上で同一の大きさの回折格子領域３０を用いることで回折光の拡がり方の均一化を図ることができる。あるいは、大きさや形状の異なる回折格子領域３０や、導光板１０の表面における配置方向を異とする回折格子領域３０によって、きめ細やかに回折光の拡がり方を制御することができる。
【００８７】
つまり、回折格子領域３０の形状を長方形とすることにより、長方形の各辺に直交する方向へのみ回折光を拡がらせることができ、拡がり方を当該方向における長方形の大きさで制御することができる。従って、２方向への射出光の拡がり方を自由に設計可能である。一般的には、導光板１０の平均導光方向Ｆに対して、一組の辺を直交するように長方形を配置し、各辺に直交する方向の射出光の拡がり方を制御するのが望ましい。これにより、平均導光方向Ｆとそれに直交する方向Ｖの射出光の拡がり方を独立に設定し、適宜、射出光の角度範囲を制御したり、回折格子による波長分散効果を打ち消したりできる。
【００８８】
また、回折格子領域３０の形状を円形もしくは楕円形とすることにより、あらゆる方向に拡がりを持つ射出光を実現できる。その際、回折格子領域３０の大きさにより射出光の拡がり方を制御できる。また、楕円形の場合には、長軸、短軸に直交する方向への回折光の拡がり方を、当該方向における大きさで制御することができる。従って、２方向への射出光の拡がり方を自由に設計可能である。一般的には、導光板１０の平均導光方向Ｆに対して、片方の軸が直交するように配置し、各辺に直交する方向の射出光の拡がり方を制御するのが望ましい。これにより、平均導光方向Ｆとそれに直交する方向Ｖの射出光の拡がり方を独立に設定し、適宜、射出光の角度範囲を制御したり、回折格子による波長分散効果を打ち消したりできる。
【００８９】
このような導光板１０の光射出面２６を目視観察した場合でも、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の大きさは十分小さく、単位面積あたりに十分な数を配置できるため、その構造の判別を難しくでき、均一な射出光を出す面として観察させることができる。
【００９０】
更に、表面レリーフ型の回折格子は、導光板１０と一体成型可能であるため、極めて簡便に安価に製造可能である。また、導光板１０単体で十分に制御された射出光が得られるため、光学シートなど余分な構成物を追加する必要なく、様々な用途に対応でき、薄く、安価な製品を提供できる。
【００９１】
また、図１に示すように、導光板１０の平均導光方向Ｆに沿って回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を一定の配置密度で配置する一方、回折格子の凹凸の大きさを、導光板１０の光入射側の端面１１から離れるほど大きくし、端面１１から最も離れた回折格子領域３０（＃ｎ）において最大回折効率となるような凹凸の大きさを有するようにすることにより、強度の強い光が入射する端面１１側ほど導光板１０から射出する光の割合を少なく、端面１１から離れるほど射出割合を増加することが容易に実現でき、導光板１０の光射出面２６において、均一な強度の光を射出することが可能である。この場合、格子ベクトル方向ｖに沿った長さｗの等しい複数の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）がほぼ一定の配置密度であるため、「回折格子領域３０に入射する光強度」×「凹凸の大きさに依存する回折効率」を一定にするだけで容易に光射出面２６内で均一な光強度分布が得られる。
【００９２】
なお、表面レリーフ型の回折格子における回折効率は、回折格子が光に与える位相変調量に依存するため、物理的な凹凸の大きさよりも、その光学的な長さが重要である。すなわち、回折効率は回折格子を構成する材質の屈折率も考慮する必要がある。
【００９３】
一方、回折格子を構成する材質が一様であれば、物理的な凹凸の大きさの制御だけで回折効率を制御できるため、本実施の形態に係る導光板１０においても一様な材質で構成すれば、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折格子の凹凸の大きさのみを設計するだけで均一な射出光分布を得ることができる。
【００９４】
あるいは、図１２に示すように、回折格子の凹凸の大きさを導光板１０上に亘って全て同一とし、導光板１０の平均導光方向Ｆにおいて、導光板１０の光入射側の端面１１から離れるほど回折格子領域３０の配置密度を高めることにより、光強度の強い端面１１側において導光板１０から射出する光の割合を少なく、端面１１から離れるほど射出割合を増加することができ、導光板１０の光射出面２６全域に亘って均一な強度の光を射出することが可能となる。
【００９５】
以上において、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置を、設定した観察条件における人間の目の解像度以下にすることにより、一層均一な射出光分布と感じさせることができる。
【００９６】
また、回折格子として、図３（ａ）にその断面形状を示すようなブレーズド回折格子を用いることにより、望ましい射出光に対して光の利用効率を極めて高くすることができる。あるいは、回折格子として、図３（ｂ）および図３（ｃ）にその断面形状を示すような矩形状回折格子および正弦波回折格子を用いることにより、導光された光の一部はそのまま全反射し、別の一部を射出させることができる。これによって回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を反射した後の光でも、全反射光成分を維持することができるため、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を多数高密度に並べることができ、目視で導光板１０の光射出面２６を観察した場合により均一に見せることが容易となる。
【００９７】
更にまた、回折格子として、図４にその平面図を示すように、レリーフの稜線Ｒが直線状となっている回折格子とすることで、上述の効果を維持しつつ、極めて簡便に設計、作製することが可能となる。
【００９８】
なお、上記においては、光射出面２６からほぼ垂直方向に光を射出する例について説明したが、光を射出する角度は全反射条件を満たさない角度なら何度でもよい。
【００９９】
一方、導光板１０は、図１あるいは図１２に示すようにその厚みを一定とする場合のみならず、図１３に示すように、平均導光方向Ｆに沿って進むにつれてその厚みが変化するような構成であっても良い。
【０１００】
また、本実施の形態においては、対向面２８に回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を設ける例を示したが、図１４に示すように、光射出面２６に回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を形成するようにしてもよい。この場合、回折格子は光透過時に作用する場合に最大の回折効果を持つようにレリーフ高さ（深さ）ｈを設計するのが好ましい。
【０１０１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図１５から図１６を用いて説明する。
第２の実施の形態に係る導光板は、第１の実施の形態に係る導光板の構成を一部変形したのみであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点のみについて述べる。
図１５は、第２の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す断面図である。
図１６は、本実施の形態に係る導光板における導光状態を示した断面図である。
【０１０２】
すなわち、本実施の形態に係る導光板では、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）における回折格子の格子ピッチｄを格子ベクトル方向ｖに進むにしたがって連続的に広げるようにしている。図１５（ａ）はブレーズド回折格子、図１５（ｂ）は矩形状の回折格子、図１５（ｃ）は正弦波状の回折格子をそれぞれ示している。
【０１０３】
本実施の形態に係る導光板は、図１５に示すように、上述したような回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）における回折格子の格子ピッチｄが格子ベクトル方向ｖに進むにしたがって連続的に広くなるような構成としているので、図１６に示すように、回折角が幅を持ち、すなわち、回折光を拡げることができるので、第１の実施の形態で得られた作用効果に加えて、拡がり方が制御された射出光を実現することができる。
【０１０４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図１７から図１８を用いて説明する。
第３の実施の形態に係る導光板は、第１の実施の形態に係る導光板の構成を一部変形したのみであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは、異なる点のみについて述べる。
図１７は、第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す断面図および対応する平面図である。
すなわち、本実施の形態に係る導光板では、図１７（ａ）、図１７（ｂ）、および図１７（ｃ）に示すような断面形状の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を構成している回折格子の稜線Ｒが、図１７（ｄ）の平面図に示すように曲線になるようにしている。
【０１０５】
格子ピッチｄに関しては、図１７に示すように、同一の回折格子領域３０においては等しくするようにしても、あるいは図１８に示すように、格子ピッチｄを格子ベクトル方向ｖに進むに従って連続的に広くなるような構成としても良い。
【０１０６】
本実施の形態に係る導光体は、上述したような構成をしているので、第１の実施の形態で説明したような全反射条件を満たす光に対して効果的に作用する構成となっている。
【０１０７】
すなわち、回折格子の稜線Ｒを曲線とすることで、平均導光方向Ｆに対して直交する方向Ｖにおいて、稜線Ｒを構成する線分の角度に応じて拡がった回折光を得ることができる。従って、稜線Ｒの形状により、平均導光方向Ｆに対して直交する方向Ｖの射出光の拡がり方を制御することができる。
【０１０８】
更に、図１８に示すように、回折格子領域３０内（＃１〜＃ｎ）において、格子ピッチｄを連続的に変化させることにより、格子ピッチｄの変化量に応じて格子ベクトル方向ｖに回折光を拡げることができる。これにより、格子ベクトル方向ｖにおける導光板１０からの射出光の拡がり方を制御することが可能となる。
また、特に回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗを１０μｍ以上３００μｍ以下とすると、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の内部に形成した回折格子を十分に機能させることができると共に、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の格子ベクトル方向ｖに沿った長さｗに応じて、短辺方向における導光板１０からの射出光の拡がりを制御することができる。特に、白色光に対して回折格子が作用すると回折光が分光してしまうため、白色光に対して用いる場合には、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の格子ベクトル方向ｖに沿った長さｗを１０μｍ以下にすれば、短辺方向における回折光の拡がりが大きくなり、個々の波長の回折光同士を重なり合わせることで分光を抑制することが可能となる。この効果は、「短辺方向」≒「格子ベクトル方向ｖ」≒「平均導光方向Ｆ」が成り立つ本実施の形態の構成により、容易にして確実に実現することができるものである。
【０１０９】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図１９から図２３を用いて説明する。
【０１１０】
第４の実施の形態に係る導光板は、第１の実施の形態に係る導光板の構成を一部変形したのみであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点のみについて述べる。
図１９から図２３は、第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図である。
【０１１１】
すなわち、本実施の形態に係る導光板は、複数の光源を備えている。光源の配置例としては、図１９に示すように、端面１１側に複数の点状の光源１５を備えていても良い。また、図示していないが、端面１１側に複数の線状の光源１２を備えていても、端面１１側に線状の光源１２と点状の光源１５との両方を備えるようにしても良い。
【０１１２】
このように一方の端面側に複数の光源を備えた場合であっても、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を、光源側から遠ざかるにつれてその回折効率が大きくなるように配置する。すなわち、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が同一の場合には、図１９（ａ）に示すように、光源側から遠ざかるにつれ配置密度を大きくするようにしている。また、図１９（ｂ）に示すように、導光板１０の全面に亘って配置密度を同一とした場合には、回折格子領域３０（＃１）側から回折格子領域３０（＃ｎ）側へ進むにつれて回折効率が大きくなるようにしている。
【０１１３】
また、図２０および図２１に示すように、端面１１と端面１３側の両方にも光源を配置するようにしても良い。図２０は、端面１１および端面１３側に点状の光源１５をそれぞれ配置した例を示すものであり、図２１は、端面１１および端面１３側に線状の光源１２をそれぞれ配置した例を示すものである。
【０１１４】
このように光源を両端面側にそれぞれ配置した場合であっても、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を、光源側から遠ざかるにつれて導光板からの射出割合が大きくなるように配置する。すなわち、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が同一の場合には、図２０（ａ）および図２１（ａ）に示すように、光源側から遠ざかるにつれ配置密度を高くするようにしている。この場合、導光板１０の中心側が最も配置密度が高くなる。また、図２０（ｂ）および図２１（ｂ）に示すように、導光板１０の全面に亘ってほぼ一定の配置密度で回折格子領域３０が配置されている場合には、導光板１０の端部側から中心側に進むにつれて回折効率が大きくなるようにしている。すなわち、導光板１０の中心部の回折効率が最大になるようにしている。
【０１１５】
なお、図２２に示すように、端面１１側に線状の光源１２を、端面１３側に点状の光源１５を備えるようにしても良い。また、両端側に光源を備える場合、図２３に示すように、両端の光源の数が異なっていても良い。
【０１１６】
このように光源を両端面側にそれぞれ配置した場合であっても、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を、光源側から遠ざかるにつれて導光板からの射出割合が大きくなるように配置する。すなわち、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が同一の場合には、図２２（ａ）および図２３（ａ）に示すように、光源側から遠ざかるにつれ配置密度が高くなるようにしている。すなわち、導光板１０の中心側が最も配置密度が高くなる。また、図２２（ｂ）および図２３（ｂ）に示すように、導光板１０の全面に亘ってほぼ一定の配置密度である場合には、導光板１０の端部側から中心側に行くにしたがって回折効率が大きくなるようにしている。
【０１１７】
上述したような本実施の形態に係る導光板１０では、複数の光源を備えているので、第１の実施の形態で得られた作用効果に加えて、射出光の光量を高めることが可能となる。また、第２の実施の形態の構成と組み合わせることもでき、その場合には、第２の実施の形態で得られた作用効果を、射出光の光量をより高めて実現することが可能となる。更に、第３の実施の形態の構成と組み合わせることもでき、その場合には、第３の実施の形態で得られた作用効果を、射出光の光量をより高めて実現することが可能となる。
【０１１８】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態を図２４を用いて説明する。
【０１１９】
図２４は、第５の実施の形態に係る導光板の一例を示す断面図である。
本実施の形態は、第１乃至４の実施の形態に係る導光板の変形例であるので、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２０】
すなわち、本実施の形態に係る導光板は、第１乃至４の実施の形態に係る導光板の光射出面２６に、光射出面２６から射出された光を拡散するための凹凸形状３４を形成した構成としている。
【０１２１】
本実施の形態に係る導光板１０は、上述したような構成をしているので、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）から射出する光を光射出面２６に形成された凹凸形状３４によって、更に拡散させることができる。このとき、拡散特性は用途に応じて適宜設計できるが、本実施の形態に係る導光板１０を、透過型表示素子などの照明光源として用いる場合には、拡散性が強過ぎないものが望ましい。これは、回折格子の機能により、すでに光の主成分が望ましい射出方向になっているためである。また、拡散機能も含めて、導光板１０に一体成形可能であるため、複合した機能を持った導光板１０を簡便に安価に作製することが可能となる。
【０１２２】
一方、平均導光方向に直交する方向に強い拡散性を持たせると、光源に依存する光量のムラを一層均一にすることができる。
【０１２３】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態を図２５を用いて説明する。
本実施の形態では、第１乃至５の実施の形態に係る導光板を適用した照明装置について説明する。この照明装置は、図２５の断面図に示すように、第１乃至５の実施の形態に係る導光板の対向面２８を覆うように、光を反射する機能を有する反射体３２を配置してなるものである。この反射体３２としては、Ａｌ（アルミニウム）またはＡｇ（銀）が好適である。
【０１２４】
導光板１０の構成については、第１乃至５の実施の形態で説明した通りであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２５】
本実施の形態に係る照明装置では、第１乃至５の実施の形態に係る導光板１０の対向面２８の表面を覆うように反射体３２を配置していることにより、第１乃至５の実施の形態に係る導光板１０の作用効果を奏しつつ、光射出面２６に向かわなかった回折光などを再び導光板１０側へ反射し再利用することができ、光の利用効率を一層高めることができる。このとき、反射体３２を配置する側に、大きな突起などは存在せず、導光板１０と反射体３２との間に不必要な空間を空ける必要がないため、照明装置全体を薄くすることが可能となる。
【０１２６】
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態を図２６を用いて説明する。
本実施の形態では、第６の実施の形態に係る照明装置を適用した表示装置について説明する。この表示装置２４は、図２６の構成概念図に示すように、第６の実施の形態に係る照明装置の光射出面２６を覆うように配置され、光射出面２６から射出された光を透過させることによって、予め定められた画像を表示するＬＣＤパネルなどの透過型表示素子２２を備えた構成としている。
【０１２７】
照明装置１４の構成については、第６の実施の形態で説明した通りであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２８】
本実施の形態に係る表示装置２４では、第６の実施の形態に係る照明装置１４の光射出面２６を覆うように透過型表示素子２２を配置していることにより、明るさの均一性、色度の均一化、安定化につながり、高品質な表示像を得ることが可能となる。
【０１２９】
更に、他の光学フィルムの助けなしに射出光の拡がり方を制御できるため、薄く、安価に製造できる簡便な構成にしながら、視域を限定して視域内ではより明るい表示像を観察することも容易となる。
【０１３０】
特に、射出光範囲の制御はノイズとなる光の成分を発生しないことになり、コントラストの向上化を図ることも可能となる。
【０１３１】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、厚みを薄くし、かつ見栄えも美しく、さらに射出光を自在に制御することが可能な導光板を実現することができる。
【０１３３】
また、このような導光板を用いることによって、明るく照明することが可能な照明装置を実現すること、更にはこの照明装置を用いることによって表示対象物を明るく表示することが可能な表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図。
【図２】図１の導光板における導光状態を示した断面図。
【図３】回折格子領域の断面形状の例を示す断面図。
【図４】回折格子からなる回折格子領域の平面図。
【図５】導光板における回折格子領域の配置パターンの例を示す平面図。
【図６】導光板における回折格子領域の配置パターンの例を示す平面図。
【図７】導光板における回折格子領域の配置パターンの例を示す平面図。
【図８】導光板における回折格子領域の配置パターンの例を示す平面図。
【図９】導光板における回折格子領域の配置パターンの例を示す平面図。
【図１０】導光板における回折格子領域の配置パターンの例を示す平面図。
【図１１】フラウンホーファー回折による開口大きさと回折光の拡がり幅との関係を示す図。
【図１２】第１の実施の形態に係る導光板の変形例を示す斜視図。
【図１３】第１の実施の形態に係る導光板の変形例を示す斜視図。
【図１４】第１の実施の形態に係る導光板の別の変形例を示す斜視図。
【図１５】第２の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す断面図。
【図１６】第２の実施の形態に係る導光板における導光状態を示した断面図。
【図１７】第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す断面図。
【図１８】第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の一例を示す平面図。
【図１９】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（片端面側に複数の点状光源を備えた例）。
【図２０】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（両端面側にそれぞれ点状光源を備えた例）。
【図２１】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（両端面側にそれぞれ線状光源を備えた例）。
【図２２】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（片端面側に線状光源を、他端面側に点状光源を備えた例）。
【図２３】第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（片端面側と他端面側とで異なる点状光源を備えた例）。
【図２４】第５の実施の形態に係る導光板の一例を示す断面図。
【図２５】第６の実施の形態に係る照明装置の構成例を示す断面図。
【図２６】第７の実施の形態に係る表示装置の構成例を示す斜視図。
【図２７】従来技術による導光体が適用されてなる照明装置を示す斜視図。
【図２８】図２７に示す照明装置が適用されてなる表示装置を示す斜視図。
【図２９】散乱性ドットが印刷されてなる導光体を示す斜視図。
【図３０】従来技術による導光板と透過型表示素子とからなる表示装置を示す斜視図。
【符号の説明】
Ｆ…平均導光方向、Ｖ…平均導光方向に直交する方向、Ｒ…稜線、ｄ…格子ピッチ、ｐ…配置ピッチ、θ_Ｒ…射出角度、ｖ…格子ベクトル方向、１０…導光板、１１，１３…端面、１２，１５…光源、１４…照明装置、１６…プリズム、１８…ＬＣＤパネル、２０…ドット、２２…透過型表示素子、２４…表示装置、２６…光射出面、２８…対向面、３０…回折格子領域、３２…反射体、３４…凹凸形状[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light guide plate, a lighting device and a display device using the same, and more particularly, to a light guide plate that guides light from a light source and emits the light from a light exit surface, and a lighting device including the light guide plate and the light source. The present invention relates to a device and a display device that displays an image or the like by using light emitted from the light guide plate as illumination light for an LCD panel or the like.
[0002]
[Prior art]
Generally, a light guide plate made of a transparent resin is used for a so-called backlight, which is an illumination light source used on the back of a transmissive LCD panel, to uniformly guide light from the light source to the LCD panel.
[0003]
As shown in FIG. 27, in the illumination device 14 in which the light source 12 is disposed on the light guide plate 10 of this type, light incident on the light guide plate 10 from the end surface 11 of the light guide plate 10 The light travels through the light guide plate 10 while totally reflecting the light. Although FIG. 27 illustrates an example in which a linear light source is used as the light source 12, the shape of the light source 12 is not limited to a linear shape, and may be, for example, a dot shape. Prisms 16 are provided in some places on the flat surface of the light guide plate 10, and light hitting the prism 16 is emitted from the light guide plate 10 toward the upper side in the figure as shown by the arrow in the figure.
[0004]
As shown in FIG. 28, a transmissive LCD panel 18 is arranged above the light guide plate 10 of the illumination device 14, and an image is displayed by transmitting light emitted from the light guide plate 10 to the upper side in the figure. The display device 24 is formed.
[0005]
As a known example of a light guide plate provided with a prism 16 on the back surface as shown in FIGS. 27 and 28, there is, for example, Patent Document 1 below.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-5-264819
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a light guide plate 10, it is difficult to hide the structure of the prism 16 during visual observation because the structure of the prism 16 is relatively large, and the thickness of the light guide plate 10 is increased by the prism 16. Further, there are problems that it is difficult to accurately form a surface constituting the prism 16 such as a boundary between the prism 16 and a plane portion, light loss occurs, and emission light cannot be freely controlled.
[0008]
On the other hand, as an example of a light guide plate not using a prism, there is a method of diffusing and emitting light by printing scattering dots 20 on the surface of the light guide plate 10 as shown in FIG. However, in this case, there is another problem that the ratio of effectively used light is significantly reduced, and the number of steps is increased in the manufacturing process.
[0009]
Furthermore, when a light source is installed on the end face 11 of such a light guide plate 10, in addition to the above-described problems, it is difficult to make the light intensity near and far from the light source constant. In particular, in the case of a point-like light source 15 or an uneven light source, it is orthogonal to the average light guide direction F, which is the average direction in which light travels from the end surface 11 on the light source 15 side to the end surface 13 on the side far from the light source 15. It is difficult to increase both the uniformity of the distribution of the emitted light in the direction V and the light use efficiency.
[0010]
Therefore, as shown in FIG. 30, when the display device 24 is configured using the light guide plate 10 and the light source 15 on the back of the transmissive display element 22, the light intensity is kept constant as described above. In addition, it is difficult to increase the light use efficiency, that is, to display brightly. This makes it more difficult to observe a bright display image within a limited viewing zone. For this reason, a method of inserting various optical films between the light guide plate 10 and the transmissive display element 22 has been proposed. However, this method increases the thickness of the display device 24 and increases the manufacturing cost. Problem arises.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a first object of the present invention is to provide a light guide plate that can be thin and has a beautiful appearance and that can control emitted light freely. It is in.
[0012]
A second object of the present invention is to provide an illuminating device that can illuminate brightly by using such a light guide plate, and further to display an object to be displayed brightly by using the illuminating device. It is to provide a display device which can be used.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
[0014]
That is, in order to achieve the first object, a first aspect of the present invention provides a light guide plate that guides incident light and emits guided light from a light exit surface. A plurality of diffraction grating regions having the same grating vector direction as each other, and having the same grating vector direction as the average light guiding direction, which is the average direction in which light is guided, are formed on the light exit surface or the light It is arranged on the surface facing the emission surface.
[0015]
Therefore, in the light guide plate according to the first aspect of the present invention, by taking the above measures, the incident light is guided while being totally reflected in the light guide plate. Then, the guided light can be appropriately emitted to the outside of the light guide plate by the diffraction grating region. Further, the diffraction grating constituting the diffraction grating region may be a normal relief type diffraction grating, and the size of the unevenness can be set to about 0.1 to 1.0 μm. For this reason, it can be regarded as a substantially flat surface without extra projections, and it is possible to reduce the thickness.
[0016]
The light amount and the emission distribution of the emitted light can be freely controlled by adjusting the arrangement pitch and size of the diffraction grating region, or the grating pitch and the size of the diffraction grating.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in order to achieve the first object, a light guide plate for guiding incident light and emitting the guided light from a light exit surface includes a diffraction grating having a ridge line as a curve. A plurality of diffractions in which the average lattice vector direction obtained by averaging the lattice vector directions is the same as each other, and the average light guiding direction, which is the average direction in which light is guided, is the same as the average lattice vector. The grating region is arranged on the light exit surface or a surface facing the light exit surface.
[0018]
In the light guide plate according to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain diffracted light that spreads in a direction perpendicular to the average light guide direction according to the angle of the ridge line that forms the curve. Therefore, the spread of the emitted light in the direction orthogonal to the average light guide direction can be controlled by the curved shape of the ridgeline.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate of the first or second aspect of the present invention, each diffraction grating region has a substantially constant density along the average light guide direction. , So that the diffraction efficiency of each diffraction grating region becomes higher as it proceeds along the average light guide direction.
[0020]
Therefore, in the light guide plate according to the third aspect of the present invention, by taking the above measures, the intensity of the emitted light can be made substantially uniform over the entire light guide plate.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate of the first or second aspect of the present invention, the diffraction grating includes a plurality of concave and convex shapes along the grating vector direction. The surface relief type diffraction grating is formed by repeating the arrangement.
[0022]
According to the invention of claim 4, in particular, by making the diffraction gratings of the respective diffraction grating regions the same, for example, only one diffraction grating region is precisely produced, and these are arranged and duplicated to form a light guide plate on the light guide plate. It becomes possible to form all the diffraction gratings, and it is possible to make them extremely easily.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate of the fourth aspect of the present invention, the plurality of concave shapes and convex shapes are made larger as they progress along the lattice vector direction. I have.
[0024]
Therefore, in the light guide plate according to the fifth aspect of the present invention, by taking the above measures, the ratio of light emitted from the light guide plate on the light incident end side where the light intensity is strong is small, and the light is emitted as the distance from the light incident end increases. The ratio can be easily increased, and light with uniform intensity can be emitted over the entire surface of the light guide plate.
[0025]
According to a sixth aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate according to the fourth aspect of the present invention, the sizes of the concave shape and the convex shape constituting the diffraction grating are set for all diffraction grating regions. The arrangement density is the same, and the arrangement density at which the respective diffraction grating regions are arranged is increased as the light travels along the average light guide direction.
[0026]
The light guide plate of the invention of claim 6 can also achieve the same operation and effect as the invention of claim 5. In addition, it is easy to manufacture such that one diffraction grating region can be duplicated and manufactured, and a uniform state can be easily implemented.
[0027]
According to a seventh aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate according to any one of the fourth to sixth aspects, the surface relief type diffraction grating is a blazed diffraction grating.
[0028]
Therefore, in the light guide plate according to the seventh aspect of the present invention, as described above, by using the blazed diffraction grating as the surface relief type diffraction grating, it is possible to extremely increase the light use efficiency with respect to desired emission light. It becomes.
[0029]
According to an eighth aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate according to any one of the fourth to sixth aspects, the surface relief type diffraction grating has a cross-sectional shape of a sine wave. It is a diffraction grating or a diffraction grating composed of rectangular waves.
[0030]
Therefore, in the light guide plate according to the eighth aspect of the present invention, by taking the above means, it is possible to totally reflect a part of the guided light as it is and emit another part of the light. . As a result, even if the light has been reflected from the diffraction grating area, the total reflection light component can be maintained, so that a large number of diffraction grating areas can be arranged at a high density, and the light emission of the light guide plate can be visually observed. When the surface is observed, it can be made to look more uniform.
[0031]
According to a ninth aspect of the present invention, in the light guide plate according to any one of the fourth to eighth aspects of the present invention, in each of the diffraction grating regions, a grating pitch of a surface relief type diffraction grating is provided. Is constant.
[0032]
Therefore, in the light guide plate according to the ninth aspect of the present invention, it is possible to form all the diffraction gratings on the light guide plate by precisely fabricating only one diffraction grating region and arranging and duplicating this region. It can be easily created.
[0033]
According to a tenth aspect of the present invention, in the light guide plate according to any one of the fourth to eighth aspects, in each of the diffraction grating regions, a grating pitch of a surface relief type diffraction grating is provided. Is continuously changed.
[0034]
Therefore, in the light guide plate according to the tenth aspect of the present invention, by taking the above means, the diffracted light can be spread in the lattice vector direction according to the amount of change in the lattice pitch. Thus, it is possible to control the spread of the light emitted from the light guide plate in the lattice vector direction.
[0035]
According to an eleventh aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate according to any one of the first to tenth aspects, light emitted from the light exit surface is diffused to the light exit surface. To form an uneven shape.
[0036]
Therefore, in the light guide plate of the eleventh aspect of the present invention, by taking the above measures, the light emitted from the diffraction grating region can be further diffused, and a uniform emitted light distribution can be easily obtained.
[0037]
According to a twelfth aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate according to any one of the first to eleventh aspects, the planar shape of each diffraction grating region is rectangular.
[0038]
Thus, by making the shape of the diffraction grating region rectangular, diffracted light can be spread only in a direction orthogonal to each side of the rectangle, and the way of spreading is controlled by the size of the rectangle in that direction. Can be. Therefore, it is possible to freely design how the emitted light spreads in two directions.
[0039]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate according to any one of the first to eleventh aspects, the planar shape of each diffraction grating region is circular or elliptical.
[0040]
As described above, by making the shape of the diffraction grating region circular or elliptical, it is possible to realize emission light having spread in all directions. At this time, the spread of the emitted light can be controlled by the size of the diffraction grating region. In the case of an elliptical shape, how the diffracted light spreads in a direction orthogonal to the long axis and the short axis can be controlled by the size in the direction. Therefore, it is possible to freely design how the emitted light spreads in two directions.
[0041]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in the light guide plate according to any one of the first to thirteenth aspects, the length of each diffraction grating region along the grating vector direction is set as follows: The pitch is set to three times or more and 300 μm or less of the grating pitch of the diffraction grating.
[0042]
Therefore, in the light guide plate according to the fourteenth aspect of the present invention, by taking the above-described measures, the length of the diffraction grating region along the average light guide direction, that is, the length of the short side is determined as the grating pitch of the diffraction grating. When the thickness is 3 times or more and 300 μm or less, diffraction can be caused in the diffraction grating formed inside the diffraction grating region, and the spread of light emitted from the light guide plate in the short side direction is controlled according to the length of the short side. be able to.
[0043]
In particular, when a diffraction grating acts on white light, the diffraction light is dispersed. Therefore, when using a white light, if the short side of the diffraction grating region is set to 30 μm or less, the diffracted light in the short side direction is reduced. Is spread, and the influence of the spectrum can be suppressed by overlapping the diffracted lights of the individual wavelengths. This effect can be easily and surely realized by the configuration of claim 14 that satisfies "short side direction" ≒ "lattice vector direction" ≒ "average light guide direction".
[0044]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in order to achieve a second object, the light guide plate according to any one of the first to fourteenth aspects, and the light guided by the light guide plate is transmitted to the light guide plate. A point light source or a linear light source that is long in a parallel direction perpendicular to the average light guide direction.
[0045]
Therefore, in the lighting device according to the fifteenth aspect, by taking the above-described means, it is possible to realize a lighting device having the above-described effect of the light guide plate. That is, the light intensity on the side near and far from the light source can be easily made constant, and the uniformity in the direction orthogonal to the average light guide direction can be improved even if a point light source or a light source having unevenness is used. It is possible.
[0046]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in order to achieve the second object, the lighting device of the fifteenth aspect has a plurality of light sources.
[0047]
In the lighting device of the sixteenth aspect, the same operation and effect as those of the lighting device of the fifteenth aspect can be obtained.
[0048]
According to a seventeenth aspect of the present invention, in order to achieve the second object, the lighting device according to the fifteenth or sixteenth aspect has a function of reflecting light so as to cover a surface facing the light exit surface. A reflector is arranged.
[0049]
Therefore, in the illumination device according to the seventeenth aspect, the diffracted light or the like that has not been directed to the light exit surface can be reflected back to the light guide plate and reused by the reflector, thereby further improving the light use efficiency. Can be. At this time, there is no large projection or the like on the side where the reflector is arranged, and there is no need to leave an unnecessary space between the light guide plate and the reflector, so that the entire lighting device can be made thinner.
[0050]
In order to achieve the second object, a display device according to an eighteenth aspect of the present invention provides a lighting device according to any one of the fifteenth to seventeenth aspects, and a light exit surface of a light guide plate provided in the illumination device. And a transmissive display element that displays an image by transmitting light emitted from the light exit surface.
[0051]
Therefore, in the display device according to the eighteenth aspect of the present invention, by taking the above measures, the display device having the above-described effect of the light guide plate, that is, bright (high light use efficiency) and uniform brightness can be obtained. It is possible to realize a display device that displays the height of the display. Furthermore, since the spread of the emitted light can be controlled without the help of other optical films, it is easy to observe a brighter display image within the viewing area by limiting the viewing area while having a simple configuration that is thin and inexpensive to manufacture. Becomes possible.
[0052]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0053]
The same reference numerals in the drawings used for describing the following embodiments denote the same parts as in FIGS. 27 to 30.
[0054]
(First Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration example of the light guide plate according to the first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a light guide state of the light guide plate of FIG.
[0055]
That is, the light guide plate 10 according to the present embodiment guides light incident from the light source 12 and converts the guided light into a plurality of minute planar shapes provided on the facing surface 28 of the light exit surface 26. Are diffracted in the rectangular diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) and emitted from the rectangular light exit surface 26. When a linear light source 12 arranged substantially parallel to the end face 11 is used as a light source, the average light guide direction in the light guide plate 10 is, as shown in FIG. And the average light guide direction F almost coincides with
[0056]
When a light source 15 such as a point-like LED or a laser arranged at a substantially intermediate point with respect to the length direction of the end face 11 is used as the light source, as shown in FIG. Is guided in the radiation direction centered on the light guide plate, but the light is also guided along the average light guide direction F when averaged over the entire light guide plate.
[0057]
The diffraction grating region 30 is composed of three or more surface relief type diffraction gratings, as shown in the sectional view of FIG. The cross-sectional shape of each diffraction grating is a blazed diffraction grating as shown in FIG. 3 (a), a rectangular diffraction grating as shown in FIG. 3 (b), or a sine wave as shown in FIG. 3 (c). It is a diffraction grating. The ridge line R is a straight line in any of the diffraction gratings.
[0058]
FIG. 4 is a plan view of a diffraction grating region 30 including such a diffraction grating. The shape of the diffraction grating region 30 may be any one of a rectangular shape, a circular shape, and an elliptical shape. Further, the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) arranged on the same light guide plate 10 may all have the same shape, or may have a mixture of a rectangular shape, a circular shape, and an elliptical shape. However, the grating pitch d is the same in the same diffraction grating region 30. Further, the average light guiding direction F and the lattice vector direction v are made to coincide with each other, and the structure effectively acts on light satisfying the condition of total reflection. If the arrangement is made so as to satisfy such a condition, as shown in FIG. 4B, even if the arrangement is made so that the lattice vector direction v matches the short side length as shown in FIG. The grid vector direction v may be arranged so as to match the long side length, or may be arranged obliquely with respect to the grid vector direction v as shown in FIGS. 4C and 4D.
[0059]
Therefore, the arrangement pattern of the diffraction grating region 30 in the light guide plate 10 can take various patterns, for example, as shown in FIGS. For this reason, the light emission characteristics can be finely controlled. However, regardless of the arrangement pattern, each diffraction grating region 30 (# 1 to #n) has the same grating vector direction v. This direction is substantially perpendicular to the end faces 11 and 13 and is substantially equal to the average light guide direction F.
[0060]
As described above, each diffraction grating region 30 includes three or more diffraction gratings. This is because three or more diffraction gratings are necessary to cause sufficient diffraction of light by the diffraction grating. Therefore, the length w of each diffraction grating region 30 along the grating vector direction v is three times or more the grating pitch d. Also, if the size of each diffraction grating region is set to a value large enough to be observed with the naked eye, appearance will be impaired. Therefore, in the present embodiment, this size is set to 300 μm or less. Since the size of 300 μm or less cannot be observed with the naked eye, the appearance is not impaired. From such a viewpoint, the size is preferably set to 10 to 300 μm. On the other hand, the effect of light spreading due to the size of the diffraction grating will be described with reference to FIG.
[0061]
The light intensity distribution of a rectangular aperture by Fraunhofer diffraction can be calculated by the following equation.
[0062]
(Equation 1)

[0063]
At this time, the wavelength of light is λ, and the size of the rectangular aperture is D in two directions (x direction and y direction) orthogonal to each other. _x , D _y The distance from the opening to the surface for observing the light intensity is r. Since A is a value independent of the size of the rectangular opening, it can be treated as a constant here. Here, the following relationship is established.
[0064]
(Equation 2)

[0065]
Therefore, in the present invention, when focusing on the first-order diffracted light by the diffraction grating, the size of the diffraction grating region 30 corresponds to the aperture, and the spread of the first-order diffracted light in the x and y directions according to the size of the diffraction grating region 30. Can be controlled.
[0066]
Specifically, assuming that the x direction is the average light guiding direction F, when the size of the diffraction grating region 30 in the x direction is 100 μm, the spread of the diffracted light at a position 300 mm away from the wavelength λ of 500 nm ( The width between the points where the intensity first becomes 0 around the peak of the diffracted light) is about 3 mm.
[0067]
On the other hand, when the size of the diffraction grating region 30 in the x direction is 300 μm, the spread of the diffracted light is about 1 mm. When the size of the diffraction grating region 30 in the x direction is 10 μm, the spread of the diffracted light is about 30 mm. Under the above conditions, these are graphed as shown in FIG.
[0068]
Therefore, if the size of the diffraction grating region 30 is in the range of 10 to 300 μm, the spread of the diffracted light can be controlled in a practically sufficient range from 3 mm to 30 mm. Further, when the size of the diffraction grating region 30 is set to 10 μm or less, the spread can be further increased. As described above, the diffracted light spreads in a direction orthogonal to the line segment of the outer shape constituting the diffraction grating region. Desirably, when the arrangement interval of the diffraction grating regions is 100 μm or less, the uniformity of the emission light distribution is sufficient.
[0069]
In general, the light guide plate 10 has a higher light emission ratio as the diffraction grating area 30 (# 1) is closer to the end face 11 closer to the light source 12, and the light emission rate is larger as the diffraction grating area 30 (#n) is closer to the end face 13 farther from the light source 12. The injection ratio is small. Therefore, in the light guide plate 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, when the arrangement density of each diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is made constant, each diffraction grating region 30 ( The diffraction efficiencies of # 1 to #n) are set to be higher as they travel along the average light guide direction F.
[0070]
Specifically, the depth h of the diffraction grating is largest for the diffraction grating region 30 (# 1) on the side of the end face 11 close to the light source 12, and for the diffraction grating region 30 (#n) on the side of the end face 13 far from the light source 12. It is changed continuously for each diffraction grating region 30 so as to be the smallest. Thus, the diffraction efficiency of each diffraction grating region 30 (# 1 to #n) increases as the distance from the light source 12 increases. By doing so, it is possible to obtain emission light of uniform intensity over the entire surface of the light emission surface 26.
[0071]
On the other hand, when the diffraction efficiencies of the respective diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are the same, as shown in FIG. To increase. By doing so, it is possible to obtain emission light of uniform intensity over the entire surface of the light emission surface 26.
[0072]
Next, the operation of the light guide plate according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0073]
That is, as shown in FIG. 1A, the light emitted from the linear light source 12 enters from the end face 11 of the light guide plate 10 and is totally reflected inside the light guide plate 10 while averagely in the average light guide direction. The light travels along F, and the light component diffracted by the surface relief type diffraction grating formed in each diffraction grating region 30 (# 1 to #n) exits from the light exit surface 26.
[0074]
As described above, by forming the diffraction grating having a very fine structure in each of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n), it is possible to take out a uniform emitted light in a desired direction and to reduce the unevenness of the light. The light plate 10 is realized.
[0075]
FIG. 2 shows a state in which light is totally reflected inside the light guide plate 10 at a light exit surface 26 and a facing surface 28 which are planar interfaces of the light guide plate 10. That is, the light incident on the light guide plate 10 advances at an angle exceeding the critical angle with respect to the light exit surface 26 and the opposite surface 28, and is totally reflected by the light exit surface 26 and the opposite surface 28, which are interfaces of the light guide plate 10. I have.
[0076]
The critical angle is determined from the refractive index of the material constituting the light guide plate 10 and the refractive index of the medium outside the light guide plate 10. For example, if the refractive index of the former is 1.5 and the latter is 1.0, the critical angle is Since the angle is about 42 °, light incident on the light exit surface 26 and the opposing surface 28, which are interfaces of the light guide plate 10, from the inside of the light guide plate 10 at a larger angle is totally reflected. The light that has been totally reflected and guided is very small in loss, and thus is optimal as the light guide plate 10.
[0077]
Of the light under such total reflection conditions, the light reflected by the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) generates diffracted light by the diffraction grating. The main diffracted light at this time is the first-order diffracted light. In the same direction as the grating vector direction v, the grating pitch d forming the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) and the exit angle (diffraction angle) θ of the first-order diffracted light _R Is expressed by the following equation (1).
d = λ / (sin θ _i −sin θ _R )… (1)
Where λ is the wavelength of light, θ _i Is the specular reflection angle (when the diffraction grating operates during reflection). In the present embodiment, since the grating vector direction v and the average light guide direction F are substantially the same, by appropriately setting the grating pitch d, light traveling in the average light guide direction F while undergoing total reflection is diffracted by the diffraction grating. θ _R And exits from the light exit surface 26 of the light guide plate 10 out of the total reflection condition. Especially θ _R When the angle is set to 0 °, light that is not perpendicular to the light guide plate surface is obtained.
[0078]
Further, the light component diffracted by the diffraction grating is further diffracted by the arrangement pattern of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n). Each of them is based on a light diffraction phenomenon, and it can be described that light whose direction is bent by the diffraction grating is spread by the diffraction grating. The spread width of the diffracted light can be controlled by the length of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) in each direction. The spread width of the diffracted light can be easily designed by applying the analysis result of the light diffraction phenomenon at the well-known minute aperture.
[0079]
When the white light is guided, the degree of splitting of the diffracted light can be obtained by the above equation (1), but the length w of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) in the lattice vector direction v is sufficient. In this case, the spread width of the diffracted light can be increased, and the influence of the spectrum can be suppressed.
[0080]
FIG. 3 shows an example of a cross-sectional shape of a surface relief type diffraction grating. In a rectangular diffraction grating and a sinusoidal diffraction grating as shown in FIG. 3B and FIG. 3C, a plurality of diffraction orders including regular reflection light usually occur. However, the specularly reflected light in the light guide plate 10 is light that satisfies the condition of total reflection, and does not cause loss.
[0081]
On the other hand, since the first-order diffracted light is usually the strongest other than the regular reflection light, a sufficient amount of light can be distributed to the emitted light. Further, even when diffracted light of the second or higher order or the minus order is generated, the light satisfies the condition of total reflection traveling in the direction opposite to the average light guiding direction F, and the light component that causes noise and loss is small.
[0082]
On the other hand, in a blazed diffraction grating having a sawtooth cross section as shown in FIG. 3A, the diffraction efficiency can be made extremely high, and the regular reflection light component can be made almost zero. Therefore, all the light incident on each diffraction grating region 30 (# 1 to #n) can be converted into emission light, and the light use efficiency is extremely high. Therefore, the optical design of the entire light guide plate 10 is also facilitated.
[0083]
As described above, in the light guide plate according to the present embodiment, the light in the light guide while totally reflecting inside light guide plate 10 is transmitted to diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) by the above operation. Can be appropriately ejected depending on the shape and the arrangement.
[0084]
At this time, since the structure of the diffraction grating of the surface relief type is typically about 10 to 300 μm, the light guide plate 10 which can be regarded as a substantially flat surface without any extra projections can be realized. That is, the thickness can be reduced, and precise formation can be performed up to the boundaries of the respective diffraction grating regions 30 (# 1 to #n), so that light loss can be suppressed. This is to minimize the influence on the opposing surface 28 which is a plane portion adjacent to the boundary between the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n), that is, the total reflection surface, and also in this respect, light loss is reduced. It can be said that.
[0085]
In addition, since the grating vector direction v of the diffraction grating or the average value of the grating vector direction v substantially coincides with the average light guiding direction F, the light traveling in the average light guiding direction F under the total reflection condition can be surely emitted. The light can be diffracted toward the surface 26. At this time, the diffraction angle of light can be controlled by designing the grating pitch d of the diffraction grating, and light can be efficiently emitted from the light exit surface 26 at a desired angle. Generally, it is most preferable to emit the light at an angle perpendicular to the light exit surface 26.
[0086]
On the other hand, the diffracted light from the diffraction gratings formed in the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) is directed to each direction of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n), similarly to the light diffraction phenomenon of the diffraction grating. , The distribution can be controlled in any direction, and by using the diffraction grating regions 30 of the same size on the light guide plate 10, the distribution of the diffracted light can be made uniform. Can be achieved. Alternatively, the spread of diffracted light can be finely controlled by the diffraction grating regions 30 having different sizes and shapes or the diffraction grating regions 30 having different arrangement directions on the surface of the light guide plate 10.
[0087]
In other words, by making the shape of the diffraction grating region 30 rectangular, diffracted light can be spread only in a direction orthogonal to each side of the rectangle, and the way of spreading can be controlled by the size of the rectangle in that direction. it can. Therefore, it is possible to freely design how the emitted light spreads in two directions. Generally, it is desirable to arrange a rectangle so that one set of sides is orthogonal to the average light guide direction F of the light guide plate 10 and control the spread of emitted light in the direction orthogonal to each side. . This makes it possible to independently set the spread of the emitted light in the average light guide direction F and the direction V perpendicular to the average light guide direction F, appropriately control the angle range of the emitted light, and cancel out the wavelength dispersion effect of the diffraction grating.
[0088]
Further, by making the shape of the diffraction grating region 30 circular or elliptical, it is possible to realize emitted light having spread in all directions. At this time, the spread of the emitted light can be controlled by the size of the diffraction grating region 30. In the case of an elliptical shape, how the diffracted light spreads in a direction orthogonal to the long axis and the short axis can be controlled by the size in the direction. Therefore, it is possible to freely design how the emitted light spreads in two directions. In general, it is desirable to arrange one axis so as to be orthogonal to the average light guide direction F of the light guide plate 10 and to control the spread of the emitted light in the direction orthogonal to each side. This makes it possible to independently set the spread of the emitted light in the average light guide direction F and the direction V perpendicular to the average light guide direction F, appropriately control the angle range of the emitted light, and cancel out the wavelength dispersion effect of the diffraction grating.
[0089]
Even when the light exit surface 26 of the light guide plate 10 is visually observed, the size of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) is sufficiently small, and a sufficient number can be arranged per unit area. Can be difficult to determine, and can be observed as a surface that emits uniform emitted light.
[0090]
Furthermore, since the surface relief type diffraction grating can be formed integrally with the light guide plate 10, it can be manufactured very simply and inexpensively. In addition, since the light guide plate 10 alone can provide well-controlled emission light, it is possible to provide various applications and to provide a thin and inexpensive product without the need to add an extra component such as an optical sheet.
[0091]
Also, as shown in FIG. 1, while the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged at a constant arrangement density along the average light guiding direction F of the light guide plate 10, the size of the unevenness of the diffraction grating is reduced. By increasing the distance from the end face 11 of the light guide plate 10 on the light incident side so that the diffraction grating region 30 (#n) farthest from the end face 11 has a size of unevenness so as to have the maximum diffraction efficiency. It can be easily realized that the ratio of the light emitted from the light guide plate 10 is smaller toward the end face 11 where the strong light is incident, and the emission rate is increased as the distance from the end face 11 increases. It is possible to emit light of uniform intensity. In this case, since the plurality of diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) having the same length w along the grating vector direction v have a substantially constant arrangement density, “light intensity incident on the diffraction grating region 30” × A uniform light intensity distribution can be easily obtained in the light exit surface 26 only by keeping the “diffraction efficiency depending on the size of the unevenness” constant.
[0092]
Since the diffraction efficiency of a surface relief type diffraction grating depends on the amount of phase modulation given to light by the diffraction grating, its optical length is more important than the size of physical unevenness. That is, the diffraction efficiency also needs to consider the refractive index of the material constituting the diffraction grating.
[0093]
On the other hand, if the material forming the diffraction grating is uniform, the diffraction efficiency can be controlled only by controlling the size of the physical unevenness, so that the light guide plate 10 according to the present embodiment can be formed of a uniform material. Then, a uniform emission light distribution can be obtained only by designing only the size of the unevenness of the diffraction grating in each diffraction grating region 30 (# 1 to #n).
[0094]
Alternatively, as shown in FIG. 12, the size of the unevenness of the diffraction grating is all the same over the light guide plate 10, and from the end face 11 on the light incident side of the light guide plate 10 in the average light guide direction F of the light guide plate 10. By increasing the arrangement density of the diffraction grating regions 30 as the distance increases, the proportion of light emitted from the light guide plate 10 on the end face 11 side where the light intensity is high can be reduced, and as the distance from the end face 11 increases, the emission rate can be increased. It is possible to emit light of uniform intensity over the entire area of the ten light emission surfaces 26.
[0095]
In the above, by setting the arrangement of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) to be equal to or lower than the resolution of the human eye under the set observation conditions, it is possible to make the emitted light distribution more uniform.
[0096]
In addition, by using a blazed diffraction grating whose cross-sectional shape is shown in FIG. 3A as the diffraction grating, it is possible to extremely increase the light use efficiency with respect to desired emission light. Alternatively, by using a rectangular diffraction grating and a sinusoidal diffraction grating whose cross-sectional shapes are shown in FIGS. 3B and 3C as the diffraction grating, a part of the guided light can be entirely changed. It can reflect and emit another part. As a result, even after the light reflected from the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n), the total reflection light component can be maintained, so that many diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged at high density. Therefore, when the light exit surface 26 of the light guide plate 10 is visually observed, it becomes easier to make the light exit surface 26 look more uniform.
[0097]
Furthermore, as shown in the plan view of FIG. 4, the diffraction grating is a diffraction grating in which the ridge line R of the relief is linear, so that the above-described effects are maintained and the design and fabrication are extremely simple. It is possible to do.
[0098]
In the above description, an example in which light is emitted in a substantially vertical direction from the light emission surface 26 has been described. However, the angle at which light is emitted may be any number as long as the angle does not satisfy the condition for total reflection.
[0099]
On the other hand, the light guide plate 10 not only has a constant thickness as shown in FIG. 1 or FIG. 12, but also has a thickness that changes as it proceeds along the average light guide direction F as shown in FIG. Configuration may be used.
[0100]
Further, in the present embodiment, the example in which the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are provided on the opposing surface 28 has been described. However, as shown in FIG. 1 to #n) may be formed. In this case, it is preferable to design the relief height (depth) h so that the diffraction grating has a maximum diffraction effect when acting upon light transmission.
[0101]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Since the light guide plate according to the second embodiment is only partially modified from the configuration of the light guide plate according to the first embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Here, only different points will be described.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of a cross-sectional shape of the diffraction grating region of the light guide plate according to the second embodiment.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a light guide state in the light guide plate according to the present embodiment.
[0102]
That is, in the light guide plate according to the present embodiment, the grating pitch d of the diffraction grating in the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) is continuously widened in the grating vector direction v. 15A shows a blazed diffraction grating, FIG. 15B shows a rectangular diffraction grating, and FIG. 15C shows a sinusoidal diffraction grating.
[0103]
As shown in FIG. 15, the light guide plate according to the present embodiment is continuous as the grating pitch d of the diffraction grating in the above-described diffraction grating region 30 (# 1 to #n) advances in the grating vector direction v. As shown in FIG. 16, the diffraction angle has a wide width, that is, the diffracted light can be spread, as shown in FIG. 16, so that in addition to the function and effect obtained in the first embodiment, Thus, it is possible to realize emission light whose spreading manner is controlled.
[0104]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Since the light guide plate according to the third embodiment is obtained by only partially modifying the configuration of the light guide plate according to the first embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. Here, only different points will be described.
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating an example of a cross-sectional shape of the diffraction grating region of the light guide plate according to the third embodiment, and a corresponding plan view.
That is, in the light guide plate according to the present embodiment, diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) having a cross-sectional shape as shown in FIGS. 17 (a), 17 (b), and 17 (c) are formed. The ridge line R of the diffraction grating is curved as shown in the plan view of FIG.
[0105]
The grating pitch d may be equal in the same diffraction grating region 30 as shown in FIG. 17, or may be continuously increased as the grating pitch d advances in the grating vector direction v as shown in FIG. It is good also as a structure which becomes wide.
[0106]
Since the light guide according to the present embodiment has the above-described configuration, it has a configuration that effectively acts on light that satisfies the total reflection condition as described in the first embodiment. ing.
[0107]
That is, by making the ridge line R of the diffraction grating a curved line, it is possible to obtain diffracted light that spreads in the direction V orthogonal to the average light guide direction F according to the angle of the line segment forming the ridge line R. Therefore, it is possible to control how the emitted light in the direction V orthogonal to the average light guide direction F spreads, depending on the shape of the ridge line R.
[0108]
Further, as shown in FIG. 18, by continuously changing the grating pitch d in the diffraction grating region 30 (# 1 to #n), diffraction in the grating vector direction v is performed according to the amount of change in the grating pitch d. Light can be spread. Thereby, it is possible to control the spread of the emitted light from the light guide plate 10 in the lattice vector direction v.
In particular, when the short side length w of the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) is 10 μm or more and 300 μm or less, the diffraction grating formed inside the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) functions sufficiently. It is possible to control the spread of the light emitted from the light guide plate 10 in the short side direction in accordance with the length w of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n) along the grating vector direction v. it can. In particular, when a diffraction grating acts on white light, the diffracted light is separated. Therefore, when the diffraction grating is used for white light, the diffraction light along the grating vector direction v of the diffraction grating region 30 (# 1 to #n). If the length w is 10 μm or less, the spread of the diffracted light in the short side direction becomes large, and it becomes possible to suppress the spectrum by overlapping the diffracted lights of the individual wavelengths. This effect can be easily and reliably realized by the configuration of the present embodiment in which “short side direction” ≒ “lattice vector direction v” ≒ “average light guide direction F” is satisfied.
[0109]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0110]
Since the light guide plate according to the fourth embodiment is obtained by only partially modifying the configuration of the light guide plate according to the first embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Here, only different points will be described.
19 to 23 are perspective views illustrating a configuration example of a light guide plate according to the fourth embodiment.
[0111]
That is, the light guide plate according to the present embodiment includes a plurality of light sources. As an example of the arrangement of the light sources, as shown in FIG. 19, a plurality of point light sources 15 may be provided on the end face 11 side. Although not shown, a plurality of linear light sources 12 may be provided on the end face 11 side, and both the linear light source 12 and the point light source 15 may be provided on the end face 11 side. .
[0112]
Thus, even when a plurality of light sources are provided on one end face side, the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged such that the diffraction efficiency increases as the distance from the light source side increases. That is, when all the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are the same, as shown in FIG. 19A, the arrangement density is increased as the distance from the light source side increases. Also, as shown in FIG. 19B, when the arrangement density is the same over the entire surface of the light guide plate 10, the diffraction grating region 30 (# 1) moves from the diffraction grating region 30 (# 1) side to the diffraction grating region 30 (#n) side. The diffraction efficiency is increased as it proceeds.
[0113]
Further, as shown in FIGS. 20 and 21, light sources may be arranged on both the end face 11 and the end face 13 side. FIG. 20 shows an example in which point light sources 15 are arranged on the end surfaces 11 and 13 side, respectively, and FIG. 21 shows an example in which linear light sources 12 are arranged on the end surfaces 11 and 13 side. Things.
[0114]
Thus, even when the light sources are arranged on both end faces, the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged such that the emission ratio from the light guide plate increases as the distance from the light source increases. That is, when all the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are the same, as shown in FIGS. 20A and 21A, the arrangement density is increased as the distance from the light source side increases. ing. In this case, the arrangement density is highest on the center side of the light guide plate 10. Further, as shown in FIGS. 20B and 21B, when the diffraction grating regions 30 are arranged at a substantially constant arrangement density over the entire surface of the light guide plate 10, the end of the light guide plate 10 The diffraction efficiency is increased from the part side to the center side. That is, the diffraction efficiency at the center of the light guide plate 10 is maximized.
[0115]
As shown in FIG. 22, a linear light source 12 may be provided on the end face 11 side, and a point light source 15 may be provided on the end face 13 side. When light sources are provided at both ends, as shown in FIG. 23, the numbers of light sources at both ends may be different.
[0116]
Thus, even when the light sources are arranged on both end faces, the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are arranged such that the emission ratio from the light guide plate increases as the distance from the light source increases. That is, when all the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) are the same, as shown in FIGS. 22A and 23A, the arrangement density is increased as the distance from the light source side increases. ing. That is, the arrangement density is highest on the center side of the light guide plate 10. In addition, as shown in FIGS. 22B and 23B, when the arrangement density is substantially constant over the entire surface of the light guide plate 10, the light guide plate 10 moves from the end to the center. Therefore, the diffraction efficiency is increased.
[0117]
In the light guide plate 10 according to the present embodiment as described above, since a plurality of light sources are provided, it is possible to increase the amount of emitted light in addition to the effects obtained in the first embodiment. Become. Further, it can be combined with the configuration of the second embodiment. In that case, it is possible to realize the operation and effect obtained in the second embodiment by further increasing the amount of emitted light. . Furthermore, it can be combined with the configuration of the third embodiment. In that case, it is possible to realize the operation and effect obtained in the third embodiment by further increasing the amount of emitted light. .
[0118]
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0119]
FIG. 24 is a cross-sectional view illustrating an example of the light guide plate according to the fifth embodiment.
Since the present embodiment is a modification of the light guide plate according to the first to fourth embodiments, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Here, only different parts will be described. State.
[0120]
That is, in the light guide plate according to the present embodiment, the unevenness 34 for diffusing the light emitted from the light emission surface 26 is formed on the light emission surface 26 of the light guide plate according to the first to fourth embodiments. The configuration is as follows.
[0121]
Since the light guide plate 10 according to the present embodiment has the above-described configuration, light emitted from the diffraction grating regions 30 (# 1 to #n) is formed by the uneven shape 34 formed on the light emission surface 26. , Can be further diffused. At this time, the diffusion characteristics can be appropriately designed according to the application. However, when the light guide plate 10 according to the present embodiment is used as an illumination light source such as a transmissive display element, it is desirable that the diffusion characteristics are not too strong. This is because the function of the diffraction grating has already made the main component of light in a desirable emission direction. In addition, since the light guide plate 10 including the diffusion function can be integrally formed with the light guide plate 10, it is possible to easily and inexpensively manufacture the light guide plate 10 having a combined function.
[0122]
On the other hand, when a strong diffusivity is provided in a direction orthogonal to the average light guide direction, the unevenness of the light amount depending on the light source can be made more uniform.
[0123]
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a lighting device to which the light guide plate according to the first to fifth embodiments is applied will be described. In this lighting device, as shown in the cross-sectional view of FIG. 25, a reflector 32 having a function of reflecting light is arranged so as to cover the opposing surface 28 of the light guide plate according to the first to fifth embodiments. It becomes. As the reflector 32, Al (aluminum) or Ag (silver) is preferable.
[0124]
Since the configuration of the light guide plate 10 is as described in the first to fifth embodiments, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted, and only different portions will be described here.
[0125]
In the lighting device according to the present embodiment, the reflector 32 is arranged so as to cover the surface of the opposing surface 28 of the light guide plate 10 according to the first to fifth embodiments. While exhibiting the function and effect of the light guide plate 10 according to the embodiment, diffracted light and the like that did not travel to the light exit surface 26 can be reflected back to the light guide plate 10 and reused, further improving the light use efficiency. it can. At this time, there is no large projection on the side where the reflector 32 is disposed, and there is no need to leave an unnecessary space between the light guide plate 10 and the reflector 32. It becomes possible.
[0126]
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a display device to which the lighting device according to the sixth embodiment is applied will be described. The display device 24 is disposed so as to cover the light exit surface 26 of the lighting device according to the sixth embodiment, and transmits light emitted from the light exit surface 26, as shown in the conceptual configuration diagram of FIG. By doing so, a transmission type display element 22 such as an LCD panel for displaying a predetermined image is provided.
[0127]
Since the configuration of the illumination device 14 is as described in the sixth embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted, and only different portions will be described here.
[0128]
In the display device 24 according to the present embodiment, by disposing the transmissive display element 22 so as to cover the light emission surface 26 of the illumination device 14 according to the sixth embodiment, uniformity of brightness, This leads to uniformity and stabilization of chromaticity, and it is possible to obtain a high quality display image.
[0129]
Furthermore, since the spread of the emitted light can be controlled without the help of other optical films, the thin and simple structure that can be manufactured at low cost can be used, while the viewing area is limited and a brighter display image can be observed within the viewing area. It will be easier.
[0130]
In particular, the control of the emission light range does not generate a light component that becomes noise, so that it is possible to improve the contrast.
[0131]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such configurations. Within the scope of the invented technical concept of the claims, those skilled in the art will be able to conceive various changes and modifications, and those changes and modifications will be described in the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs to.
[0132]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a light guide plate having a small thickness, a beautiful appearance, and capable of freely controlling emitted light.
[0133]
Further, by using such a light guide plate, a lighting device capable of brightly illuminating is realized, and further, a display device capable of displaying a display object brightly by using the lighting device is realized. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a light guide plate according to a first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view showing a light guide state of the light guide plate of FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a sectional shape of a diffraction grating region.
FIG. 4 is a plan view of a diffraction grating region including a diffraction grating.
FIG. 5 is a plan view showing an example of an arrangement pattern of diffraction grating regions in a light guide plate.
FIG. 6 is a plan view showing an example of an arrangement pattern of diffraction grating regions in a light guide plate.
FIG. 7 is a plan view showing an example of an arrangement pattern of diffraction grating regions in a light guide plate.
FIG. 8 is a plan view showing an example of an arrangement pattern of diffraction grating regions in a light guide plate.
FIG. 9 is a plan view showing an example of an arrangement pattern of diffraction grating regions in a light guide plate.
FIG. 10 is a plan view showing an example of an arrangement pattern of diffraction grating regions in a light guide plate.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the aperture size and the spread width of diffracted light by Fraunhofer diffraction.
FIG. 12 is a perspective view showing a modification of the light guide plate according to the first embodiment.
FIG. 13 is a perspective view showing a modification of the light guide plate according to the first embodiment.
FIG. 14 is a perspective view showing another modification of the light guide plate according to the first embodiment.
FIG. 15 is a sectional view showing an example of a sectional shape of a diffraction grating region of the light guide plate according to the second embodiment.
FIG. 16 is a sectional view showing a light guide state in the light guide plate according to the second embodiment.
FIG. 17 is a sectional view showing an example of a sectional shape of a diffraction grating region of the light guide plate according to the third embodiment.
FIG. 18 is a plan view showing an example of a diffraction grating region of the light guide plate according to the third embodiment.
FIG. 19 is a perspective view showing a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which a plurality of point light sources are provided on one end surface side).
FIG. 20 is a perspective view showing a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which point light sources are provided on both end surfaces).
FIG. 21 is a perspective view showing a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which linear light sources are provided on both end surfaces).
FIG. 22 is a perspective view illustrating a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which a linear light source is provided on one end surface side and a point light source is provided on the other end surface side).
FIG. 23 is a perspective view showing a configuration example of a light guide plate according to a fourth embodiment (an example in which different point light sources are provided on one end surface side and the other end surface side).
FIG. 24 is a sectional view showing an example of a light guide plate according to a fifth embodiment.
FIG. 25 is a sectional view showing a configuration example of a lighting device according to a sixth embodiment.
FIG. 26 is a perspective view illustrating a configuration example of a display device according to a seventh embodiment.
FIG. 27 is a perspective view showing a lighting device to which a light guide according to a conventional technique is applied.
28 is a perspective view showing a display device to which the lighting device shown in FIG. 27 is applied.
FIG. 29 is a perspective view showing a light guide on which scattering dots are printed.
FIG. 30 is a perspective view showing a display device including a light guide plate and a transmissive display element according to the related art.
[Explanation of symbols]
F: average light guide direction, V: direction perpendicular to the average light guide direction, R: ridgeline, d: lattice pitch, p: arrangement pitch, θ _R ... Emission angle, v ... Grating vector direction, 10 ... Light guide plate, 11, 13 ... End face, 12,15 ... Light source, 14 ... Lighting device, 16 ... Prism, 18 ... LCD panel, 20 ... Dot, 22 ... Transmissive display Element, 24 display device, 26 light emitting surface, 28 facing surface, 30 diffraction grating region, 32 reflector, 34 uneven shape

Claims

入射した光を導光し、前記導光された光を光射出面から射出する導光板において、
稜線を直線とする回折格子から構成してなり、格子ベクトル方向を互いに同一とし、前記光が導光される平均的な方向である平均導光方向と前記格子ベクトル方向とを同一とする複数の回折格子領域を、前記光射出面または前記光射出面に対向する面に配置した導光板。In a light guide plate that guides incident light and emits the guided light from a light exit surface,
A plurality of diffraction gratings having a ridge line as a straight line, wherein the grating vector directions are the same as each other, and the average light guiding direction, which is an average direction in which the light is guided, is the same as the grating vector direction. A light guide plate in which a diffraction grating region is arranged on the light exit surface or a surface facing the light exit surface.

入射した光を導光し、前記導光された光を光射出面から射出する導光板において、
稜線を曲線とする回折格子から構成してなり、格子ベクトル方向を平均してなる平均格子ベクトル方向を互いに同一とし、前記光が導光される平均的な方向である平均導光方向と、前記平均格子ベクトルとを同一とする複数の回折格子領域を、前記光射出面または前記光射出面に対向する面に配置した導光板。In a light guide plate that guides incident light and emits the guided light from a light exit surface,
An average light guide direction, which is constituted by a diffraction grating having a ridge line as a curve, the average lattice vector directions obtained by averaging the lattice vector directions are the same as each other, and the average light guide direction is an average direction in which the light is guided. A light guide plate in which a plurality of diffraction grating regions having the same average grating vector are arranged on the light exit surface or a surface facing the light exit surface.

請求項１または請求項２に記載の導光板において、
前記各回折格子領域を、前記平均導光方向に沿ってほぼ一定密度になるように配置し、前記各回折格子領域の回折効率を、前記平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにした導光板。The light guide plate according to claim 1 or 2,
Each of the diffraction grating regions is arranged so as to have a substantially constant density along the average light guide direction, and the diffraction efficiency of each diffraction grating region is increased as the light travels along the average light guide direction. Light guide plate.

請求項１または請求項２に記載の導光板において、
前記回折格子を、複数の凹形状と凸形状とを前記格子ベクトル方向に沿って繰り返し配置することによって構成してなる表面レリーフ型の回折格子とした導光板。The light guide plate according to claim 1 or 2,
A light guide plate, wherein the diffraction grating is a surface relief type diffraction grating formed by repeatedly arranging a plurality of concave shapes and convex shapes along the grating vector direction.

請求項４に記載の導光板において、
前記複数の凹形状と凸形状とを、前記格子ベクトル方向に沿って進むにつれて大きくするようにした導光板。The light guide plate according to claim 4,
A light guide plate wherein the plurality of concave shapes and convex shapes are made larger as they proceed along the lattice vector direction.

請求項４に記載の導光板において、
前記回折格子を構成してなる凹形状と凸形状との大きさを全ての回折格子領域について同一とし、前記各回折格子領域が配置された配置密度を前記平均導光方向に沿って進むにつれて高めるようにした導光板。The light guide plate according to claim 4,
The sizes of the concave shape and the convex shape constituting the diffraction grating are the same for all the diffraction grating regions, and the arrangement density at which the respective diffraction grating regions are arranged is increased as the diffraction density proceeds along the average light guide direction. Light guide plate.

前記表面レリーフ型の回折格子を、ブレーズド回折格子とした請求項４乃至６のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to claim 4, wherein the surface relief type diffraction grating is a blazed diffraction grating.

前記表面レリーフ型の回折格子を、断面形状が正弦波からなる回折格子または矩形波からなる回折格子とした請求項４乃至６のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to any one of claims 4 to 6, wherein the diffraction grating of the surface relief type is a diffraction grating having a sine wave cross section or a diffraction grating having a rectangular wave cross section.

前記各回折格子領域において、前記表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを一定とした請求項４乃至８のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to claim 4, wherein a grating pitch of the surface relief type diffraction grating is constant in each of the diffraction grating regions.

前記各回折格子領域において、前記表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを連続的に変化させるようにした請求項４乃至８のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to claim 4, wherein a grating pitch of the surface relief type diffraction grating is continuously changed in each of the diffraction grating regions.

前記光射出面に、前記光射出面から射出された光を拡散するための凹凸形状を形成した請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to any one of claims 1 to 10, wherein an uneven shape for diffusing light emitted from the light emission surface is formed on the light emission surface.

前記各回折格子領域の平面形状を長方形とした請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to claim 1, wherein a plane shape of each of the diffraction grating regions is rectangular.

前記各回折格子領域の平面形状を円形もしくは楕円形とした請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to claim 1, wherein a plane shape of each of the diffraction grating regions is a circle or an ellipse.

前記各回折格子領域の前記格子ベクトル方向に沿った長さを、前記回折格子の格子ピッチの３倍以上３００μｍ以下とした請求項１乃至１３のうち何れか１項に記載の導光板。The light guide plate according to claim 1, wherein a length of each of the diffraction grating regions along the direction of the grating vector is set to be three times or more and 300 μm or less of a grating pitch of the diffraction grating.

請求項１乃至１４のうち何れか１項に記載の導光板と、
前記導光板によって導光される光を前記導光板に供給する点状の、または前記平均導光方向と直交する平行な方向に長い線状の光源と
を備えた照明装置。The light guide plate according to any one of claims 1 to 14,
A lighting device comprising: a point light source that supplies light guided by the light guide plate to the light guide plate, or a linear light source that is long in a parallel direction orthogonal to the average light guide direction.

請求項１５に記載の照明装置において、
前記光源を複数備えた照明装置。The lighting device according to claim 15,
A lighting device comprising a plurality of the light sources.

請求項１５または請求項１６に記載の照明装置において、
前記光射出面に対向する面を覆うように、光を反射する機能を有する反射体を配置した照明装置。In the lighting device according to claim 15 or 16,
A lighting device in which a reflector having a function of reflecting light is arranged so as to cover a surface facing the light exit surface.

請求項１５乃至１７のうち何れか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置に備えられた導光板の光射出面を覆うように配置され、前記光射出面から射出された光を透過させることによって画像を表示する透過型表示素子と
を備えた表示装置。The lighting device according to any one of claims 15 to 17,
A display device, comprising: a transmissive display element arranged to cover a light exit surface of a light guide plate provided in the lighting device, and displaying an image by transmitting light emitted from the light exit surface.