JP5013315B2 - Illumination light source device, liquid crystal display device, and projector - Google Patents

Illumination light source device, liquid crystal display device, and projector Download PDF

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Description

本発明は、照明光源装置、液晶表示装置、およびプロジェクタに関し、特に液晶表示装置のバックライトやMEMSを利用したプロジェクタの照明光源に好適な照明光源装置に関するものである。   The present invention relates to an illumination light source device, a liquid crystal display device, and a projector, and more particularly to an illumination light source device suitable for an illumination light source of a projector using a backlight of a liquid crystal display device or a MEMS.

従来、液晶表示パネルを照明するバックライトに、近赤外線反射フィルタやバンドパスフィルタを利用し、斜入射成分を反射するように構成された液晶表示装置が開示されている(特許文献1を参照)。また、従来、一次元MEMS(メムス:Micro-Electro Mechanical Systems)とレーザ光源とを利用したプロジェクタが開示されている(特許文献2を参照)。   Conventionally, there has been disclosed a liquid crystal display device configured to use a near-infrared reflection filter or a bandpass filter as a backlight for illuminating a liquid crystal display panel so as to reflect an oblique incident component (see Patent Document 1). . Conventionally, a projector using a one-dimensional MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems) and a laser light source has been disclosed (see Patent Document 2).

米国特許公開2007/014127号公報US Patent Publication No. 2007/014127 特開2004−20590号公報JP 2004-20590 A

液晶表示装置用のバックライトでは、光の利用効率を高めているが、光の出射角を厳密に制御しようと企図するものではない。ちなみに、近年の発光ダイオード(LED)の発展に伴い、白色冷陰極管に代えてRGB3色のLEDを光源に用いて色特性を向上させた液晶表示装置が開発されている。   In the backlight for the liquid crystal display device, the light use efficiency is enhanced, but it is not intended to strictly control the light emission angle. Incidentally, with the recent development of light emitting diodes (LEDs), liquid crystal display devices having improved color characteristics using RGB three-color LEDs as light sources instead of white cold cathode tubes have been developed.

プロジェクタでは、レーザ光源からの光をシリンドリカルレンズによりライン状に集光して一次元MEMSを照明している。この場合、レーザ光に大きな異方性がなければ、照明光束は一次元MEMSの長手方向には狭い角度で照射され、短手方向には広い角度で照射される。例えば500画素程度の一次元MEMSを考えると、一次元MEMSの縦横比は1:500程度になり、照明光の入射角の比も500:1程度になる。   In the projector, the one-dimensional MEMS is illuminated by condensing light from a laser light source in a line shape with a cylindrical lens. In this case, if the laser beam has no large anisotropy, the illumination light beam is irradiated at a narrow angle in the longitudinal direction of the one-dimensional MEMS and at a wide angle in the short direction. For example, considering a one-dimensional MEMS of about 500 pixels, the aspect ratio of the one-dimensional MEMS is about 1: 500, and the ratio of incident angles of illumination light is also about 500: 1.

一次元MEMSでは、使用光および不使用光の出射方向を変化させ、不使用光を遮ることにより画像を形成する。したがって、一次元MEMSの短手方向について入射光束の角度は狭い方が望ましい。これに対し、シリンドリカルレンズを利用する従来技術では、光源の発光分布が特殊なものでない限り、上述したように一次元MEMSの短手方向について広い角度で照明することになるため、非効率的な照明になってしまう。   In the one-dimensional MEMS, an image is formed by changing the emission direction of the used light and the unused light and blocking the unused light. Therefore, it is desirable that the incident light beam has a narrow angle in the short direction of the one-dimensional MEMS. On the other hand, in the conventional technique using a cylindrical lens, unless the light emission distribution of the light source is special, illumination is performed at a wide angle in the short direction of the one-dimensional MEMS as described above, which is inefficient. It becomes lighting.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、所望形状の出射面から出射角の制限された照明光を供給することのできる照明光源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an illumination light source device that can supply illumination light with a limited exit angle from an exit surface having a desired shape.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、所定面から光を出射する照明光源装置において、
準単色光を供給する光源と、
前記光源から供給された光を伝播させる導光板とを備え、
前記導光板の前記所定面に対応する出射面には、出射角の制限作用を有する誘電体多層膜が形成されており、
前記誘電体多層膜は、ファブリ−ペロ型の膜構成を有し、前記出射角の大きさに応じて透過波長域が異なり、
前記誘電体多層膜中のスペーサーは、低屈折率の膜物質からなり、
前記スペーサーの使用光に対する屈折率は、前記出射角に対する前記透過波長域の変化の依存性を決定する要因であり、当該屈折率は1.5よりも小さいことを特徴とする照明光源装置を提供する。
In order to solve the above problem, in the first embodiment of the present invention, in an illumination light source device that emits light from a predetermined surface,
A light source that supplies quasi-monochromatic light;
A light guide plate for propagating light supplied from the light source,
On the exit surface corresponding to the predetermined surface of the light guide plate, a dielectric multilayer film having a function of limiting the exit angle is formed ,
The dielectric multilayer film has a Fabry-Perot type film configuration, and a transmission wavelength region varies depending on the size of the emission angle.
The spacer in the dielectric multilayer film is made of a low refractive index film material,
The refractive index of the spacer with respect to the used light is a factor that determines the dependence of the change in the transmission wavelength range on the emission angle, and the refractive index is smaller than 1.5. To do.

本発明の第2形態では、第1形態の照明光源装置と、該照明光源装置により照明される液晶表示パネルとを備えていることを特徴とする液晶表示装置を提供する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display device comprising the illumination light source device according to the first aspect and a liquid crystal display panel illuminated by the illumination light source device.

本発明の第3形態では、第1形態の照明光源装置と、該照明光源装置により照明されるMEMSとを備えていることを特徴とするプロジェクタを提供する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a projector including the illumination light source device according to the first aspect and a MEMS illuminated by the illumination light source device.

本発明の照明光源装置では、光源から供給された準単色光を伝播させる導光板の出射面に、バンドパス作用を有する誘電体多層膜を形成している。その結果、本発明の照明光源装置では、バンドパス作用を有する誘電体多層膜の出射角による膜特性の波長シフトの作用により、所望形状の出射面から出射角の制限された照明光を供給することができる。   In the illumination light source device of the present invention, a dielectric multilayer film having a bandpass effect is formed on the exit surface of the light guide plate that propagates the quasi-monochromatic light supplied from the light source. As a result, in the illumination light source device of the present invention, illumination light with a limited emission angle is supplied from the emission surface of a desired shape by the action of wavelength shift of the film characteristics due to the emission angle of the dielectric multilayer film having a bandpass effect. be able to.

以下、具体的な実施形態の説明に先立って、本発明の原理を説明する。本発明の照明光源装置では、導光板の出射面にバンドパス作用を有する誘電体多層膜が形成(コート)され、出射面以外の領域(端面または背面)から準単色光を入射させる。バンドパス作用を有する誘電体多層膜は、次の式(1)に示すような出射角による膜特性の波長シフトを起こす。   Prior to the description of specific embodiments, the principle of the present invention will be described below. In the illumination light source device of the present invention, a dielectric multilayer film having a bandpass function is formed (coated) on the exit surface of the light guide plate, and quasi-monochromatic light is incident from a region (end surface or back surface) other than the exit surface. A dielectric multilayer film having a bandpass action causes a wavelength shift of film characteristics depending on an emission angle as shown in the following formula (1).

Figure 0005013315
Figure 0005013315

式(1)において、θは誘電体多層膜から空気中への光の出射角であり、λθは出射角θでの波長であり、λ0は垂直入射での波長であり、N*は誘電体多層膜の実効屈折率である。また、空気中への出射角θと、導光板中での誘電体多層膜への入射角θ’との関係は、導光板の屈折率をnとするとき、次の式(2)で表される。
sinθ=n×sinθ’ (2)
In Equation (1), θ is the emission angle of light from the dielectric multilayer film into the air, λ θ is the wavelength at the emission angle θ, λ 0 is the wavelength at normal incidence, and N * is This is the effective refractive index of the dielectric multilayer film. The relationship between the emission angle θ into the air and the incident angle θ ′ to the dielectric multilayer film in the light guide plate is expressed by the following equation (2), where n is the refractive index of the light guide plate. Is done.
sinθ = n × sinθ ′ (2)

式(1)を参照すると、出射角θが大きくなるほど、透過波長域が短波長側にシフトすることがわかる。このため、導光板に準単色光を入射させると、誘電体多層膜への入射光のうち所定の角度以上の出射角になる光は誘電体多層膜によって反射され、導光板から出射することができない。換言すると、所定の角度よりも小さい出射角になる光のみ出射することができ、誘電体多層膜で反射された光は所定の角度よりも小さい出射角になるまで導光板の内部で反射・散乱を繰り返す。   Referring to Equation (1), it can be seen that the transmission wavelength region shifts to the short wavelength side as the emission angle θ increases. For this reason, when quasi-monochromatic light is incident on the light guide plate, light having an emission angle greater than a predetermined angle out of the incident light on the dielectric multilayer film is reflected by the dielectric multilayer film and can be emitted from the light guide plate. Can not. In other words, only light having an emission angle smaller than a predetermined angle can be emitted, and the light reflected by the dielectric multilayer film is reflected and scattered inside the light guide plate until the emission angle becomes smaller than the predetermined angle. repeat.

その結果、出射面での光量分布が比較的均一になり、しかも所定の角度以下の出射角の光のみが出射面から出射される。出射面の形状は導光板の形状に依存するので、例えば一次元MEMSに対応した細長い形状も可能である。このように、本発明の照明光源装置では、バンドパス作用を有する誘電体多層膜の出射角による膜特性の波長シフトの作用により、所望形状の出射面から出射角の制限された照明光を供給することができる。   As a result, the light amount distribution on the exit surface becomes relatively uniform, and only light having an exit angle equal to or less than a predetermined angle is emitted from the exit surface. Since the shape of the exit surface depends on the shape of the light guide plate, for example, an elongated shape corresponding to one-dimensional MEMS is possible. As described above, in the illumination light source device of the present invention, the illumination light whose emission angle is limited is supplied from the emission surface of a desired shape by the action of the wavelength shift of the film characteristic due to the emission angle of the dielectric multilayer film having the bandpass effect. can do.

式(1)を参照すると、実効屈折率N*が小さい方が、波長シフトの角度依存性は大きくなることがわかる。したがって、出射角θの制御を高精度に行うには、実効屈折率N*が小さい方が好ましい。一般に、バンドパス作用を有する誘電体多層膜の膜構成は、(HL)nHLLH(LH)n、または(HL)nHH(LH)nである。ここで、Hは高屈折率の膜物質を、Lは低屈折率の膜物質を表している。光の波長をλとし、膜物質の屈折率をnとし、膜の物理的な厚さをhとするとき、膜の光学的な厚さn×hはλ/4である。 Referring to Equation (1), it can be seen that the angle dependency of the wavelength shift increases as the effective refractive index N * decreases. Therefore, in order to control the exit angle θ with high accuracy, it is preferable that the effective refractive index N * is small. In general, the film configuration of a dielectric multilayer film having a bandpass action is (HL) n HLLH (LH) n or (HL) n HH (LH) n . Here, H represents a film material having a high refractive index, and L represents a film material having a low refractive index. When the wavelength of light is λ, the refractive index of the film material is n, and the physical thickness of the film is h, the optical thickness n × h of the film is λ / 4.

(HL)nHLLH(LH)nにおいて、(HL)nHおよびH(LH)nは反射膜であり、LLはスペーサーである。(HL)nHH(LH)nにおいて、(HL)nおよび(LH)nは反射膜であり、HHはスペーサーである。すなわち、バンドパス作用を有する誘電体多層膜として、反射膜−スペーサー−反射膜の膜構成を有するファブリ−ペロ型の誘電体多層膜を用いることができる。なお、スペーサーはLLやHHに限定されることなく、LLLL、HHHHなどλ/2の整数倍の光学的な厚さを有するものであれば良い。 In (HL) n HLLH (LH) n , (HL) n H and H (LH) n are reflective films, and LL is a spacer. In (HL) n HH (LH) n , (HL) n and (LH) n are reflective films, and HH is a spacer. That is, a Fabry-Perot dielectric multilayer film having a reflective film-spacer-reflective film structure can be used as the dielectric multilayer film having a bandpass function. The spacer is not limited to LL and HH, and may be any spacer having an optical thickness that is an integral multiple of λ / 2, such as LLLL and HHHH.

式(1)における実効屈折率N*は膜物質の構成などに依存するが、反射膜−スペーサー−反射膜の膜構成を有するファブリ−ペロ型の誘電体多層膜では、実効屈折率N*は特にスペーサーの屈折率に大きく影響される。したがって、スペーサーに低屈折率の膜物質Lを用いる方が、波長シフトの角度依存性を大きくすることができ、ひいては出射角θの高精度な制御に有利である。具体的には、スペーサーの使用光に対する屈折率は1.5よりも小さいことが好ましい。ちなみに、スペーサーとして使用可能なMgF2の屈折率は約1.38であり、SiO2の屈折率は約1.46である。 The effective refractive index N * in the formula (1) depends on the configuration of the film material, but in the Fabry-Perot type dielectric multilayer film having the reflective film-spacer-reflective film structure, the effective refractive index N * is In particular, it is greatly influenced by the refractive index of the spacer. Therefore, the use of the film material L having a low refractive index as the spacer can increase the angle dependency of the wavelength shift, which is advantageous for highly accurate control of the emission angle θ. Specifically, the refractive index of the spacer with respect to the light used is preferably less than 1.5. Incidentally, the refractive index of MgF 2 that can be used as a spacer is about 1.38, and the refractive index of SiO 2 is about 1.46.

バンドパス作用を有する誘電体多層膜の膜構成は、例えば(HL)nHLLH(LH)nに限られることなく、(HL)nHLLH(LH)nと(HL)nHLLH(LH)nとの間に低屈折率の膜物質Lを挟んで繰り返したマルチスタックにすれば、誘電体多層膜の透過特性を矩形状にすることができる。また、誘電体多層膜の膜厚や最外層の膜を工夫することにより透過特性を最適化することも可能である。この場合も、スペーサーの屈折率が波長シフトの角度依存性に及ぼす影響が大きい。さらに、スペーサーの膜厚を工夫することにより、複数の波長に対して透過帯域を得ることができる。 The film configuration of the dielectric multilayer film having the bandpass action is not limited to, for example, (HL) n HLLH (LH) n , and (HL) n HLLH (LH) n and (HL) n HLLH (LH) n If the multi-stack is repeated with the low refractive index film material L interposed therebetween, the transmission characteristics of the dielectric multilayer film can be made rectangular. It is also possible to optimize the transmission characteristics by devising the film thickness of the dielectric multilayer film and the outermost film. Also in this case, the influence of the refractive index of the spacer on the angle dependency of the wavelength shift is great. Furthermore, by devising the film thickness of the spacer, a transmission band can be obtained for a plurality of wavelengths.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施形態にかかる照明光源装置の構成を概略的に示す図である。第1実施形態では、MEMSを利用したプロジェクタの照明光源に対して本発明を適用している。第1実施形態の照明光源装置は、準単色光を供給する光源1と、光源1から供給された光を伝播させる導光板(例えばプレート状の光伝播部材)2とを備えている。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an illumination light source apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the present invention is applied to an illumination light source of a projector using MEMS. The illumination light source device of the first embodiment includes a light source 1 that supplies quasi-monochromatic light, and a light guide plate (for example, a plate-shaped light propagation member) 2 that propagates light supplied from the light source 1.

光源1として、例えば波長が532nmの光を出射するレーザ光源を用いることができる。必要な光量に応じて複数の光源を備える場合もあるが、以下、説明を簡単にするために、単一の光源を備える場合について考える。光源1からの光が導光板2の端面(側面)2aに入射するように、光源1は導光板2の端面2aに近接して配置されている。導光板2の出射面(光が出射される面)2bには、図2に示すような波長特性のバンドパス作用を有する誘電体多層膜3が形成されている。誘電体多層膜3の実効屈折率N*は、例えば1.6である。 As the light source 1, for example, a laser light source that emits light having a wavelength of 532 nm can be used. Although there are cases where a plurality of light sources are provided depending on the required light quantity, a case where a single light source is provided will be considered below for the sake of simplicity. The light source 1 is disposed close to the end surface 2 a of the light guide plate 2 so that light from the light source 1 enters the end surface (side surface) 2 a of the light guide plate 2. A dielectric multilayer film 3 having a band-pass function with wavelength characteristics as shown in FIG. 2 is formed on the exit surface (surface from which light is emitted) 2 b of the light guide plate 2. The effective refractive index N * of the dielectric multilayer film 3 is, for example, 1.6.

導光板2の端面2aのうち、光の入射領域以外の領域には、反射膜(不図示)が形成されている。また、端面2a以外の他の端面(図2では他の3つの端面のうち、端面2aと対向する1つの端面だけが図示されている)2cにも、反射膜(不図示)が形成されている。導光板2の出射面2bと対向する背面2dは散乱面とされており、散乱面に反射膜(不図示)が形成されている。これにより、導光板2の背面2dは、反射作用および散乱作用を有する。なお、端面2aの入射領域以外の領域および端面2cに、反射作用および散乱作用を持たせることもできる。後述するように、反射膜の反射率が高い程、また光の透過領域が小さい程、光の利用効率は高くなる。   A reflection film (not shown) is formed in a region other than the light incident region in the end surface 2 a of the light guide plate 2. In addition, a reflection film (not shown) is also formed on the other end face other than the end face 2a (in FIG. 2, only one end face facing the end face 2a is shown among the other three end faces) 2c. Yes. The back surface 2d facing the light exit surface 2b of the light guide plate 2 is a scattering surface, and a reflective film (not shown) is formed on the scattering surface. Thereby, the back surface 2d of the light guide plate 2 has a reflecting action and a scattering action. It should be noted that the region other than the incident region of the end surface 2a and the end surface 2c can have a reflecting action and a scattering action. As will be described later, the higher the reflectivity of the reflective film and the smaller the light transmission region, the higher the light utilization efficiency.

誘電体多層膜3の透過率の波長特性を示す図2において、縦軸は光の透過率であり、横軸は光の波長である。また、実線21は光源1からの光の波長である532nmを、破線22は垂直出射(出射角0度)の立ち下がり波長である535.2nmを、参照符号23は垂直出射の透過率特性を、参照符号24は10度出射(出射角10度)の透過率特性を示している。式(1)によれば、実効屈折率N*が1.6で且つ垂直出射の立ち下がり波長が535.2nmのとき、10度出射の立ち下がり波長は532nmへ波長シフトする。 In FIG. 2 showing the wavelength characteristic of the transmittance of the dielectric multilayer film 3, the vertical axis represents the light transmittance, and the horizontal axis represents the light wavelength. Further, the solid line 21 indicates 532 nm which is the wavelength of the light from the light source 1, the broken line 22 indicates 535.2 nm which is the falling wavelength of the vertical emission (emission angle 0 degree), and the reference numeral 23 indicates the transmission characteristic of the vertical emission. Reference numeral 24 indicates a transmittance characteristic for 10 ° emission (output angle 10 °). According to equation (1), when the effective refractive index N * is 1.6 and the falling wavelength of vertical emission is 535.2 nm, the falling wavelength of 10 ° emission shifts to 532 nm.

したがって、光源1から導光板2の端面2aに入射した光は、導光板2の内部を伝播して、例えば背面2dで反射散乱され、出射面2bに入射する。このとき、出射面2bへの光の入射角θ’に応じて、ひいては誘電体多層膜3から出射されることになる光の出射角θに応じて、誘電体多層膜3の透過率特性が異なる。具体的には、図2に示すように、垂直出射の場合には、波長が532nmの光に対する誘電体多層膜3の透過率は十分に高い。したがって、出射面2bに垂直入射した光は、誘電体多層膜3を透過し、導光板2から出射角θ=0度で出射される。   Therefore, the light incident on the end surface 2a of the light guide plate 2 from the light source 1 propagates through the light guide plate 2, is reflected and scattered by, for example, the back surface 2d, and enters the output surface 2b. At this time, the transmittance characteristic of the dielectric multilayer film 3 depends on the incident angle θ ′ of the light to the emission surface 2b, and consequently the emission angle θ of the light emitted from the dielectric multilayer film 3. Different. Specifically, as shown in FIG. 2, in the case of vertical emission, the transmittance of the dielectric multilayer film 3 with respect to light having a wavelength of 532 nm is sufficiently high. Therefore, the light perpendicularly incident on the emission surface 2 b passes through the dielectric multilayer film 3 and is emitted from the light guide plate 2 at an emission angle θ = 0 degrees.

一方、10度出射の場合には、波長が532nmの光に対する誘電体多層膜3の透過率は垂直出射の場合に比して著しく減少する。したがって、誘電体多層膜3からの出射角θが10度を超えるような入射角θ’で出射面2bへ入射した光は、誘電体多層膜3を透過することなく反射され、背面2dに再び入射して反射散乱される。背面2dで反射散乱された光は、出射面2bに直接入射、あるいは端面2aの入射領域以外の領域または端面2cで反射された後に出射面2bに入射する。   On the other hand, in the case of 10 degree emission, the transmittance of the dielectric multilayer film 3 with respect to light having a wavelength of 532 nm is significantly reduced as compared with the case of vertical emission. Therefore, the light incident on the emission surface 2b at an incident angle θ ′ such that the emission angle θ from the dielectric multilayer film 3 exceeds 10 degrees is reflected without passing through the dielectric multilayer film 3 and is again reflected on the back surface 2d. Incident and reflected and scattered. The light reflected and scattered by the back surface 2d is directly incident on the emission surface 2b, or incident on the emission surface 2b after being reflected by a region other than the incidence region of the end surface 2a or the end surface 2c.

このとき、出射角θが10度以下になるような光は誘電体多層膜3を透過して導光板2から出射されるが、出射角θが10度を超えるような光は誘電体多層膜3で反射されて背面2dへ戻される。こうして、背面2dでの反射散乱と出射面2bへの入射とを繰り返しながら、出射角θが10度以下の光だけが誘電体多層膜3を透過して導光板2から出射される。このように、誘電体多層膜3は、図3に示すような出射角依存の透過率特性、すなわち透過率の出射角特性を有することになる。   At this time, light having an emission angle θ of 10 degrees or less is transmitted through the dielectric multilayer film 3 and emitted from the light guide plate 2, but light having an emission angle θ exceeding 10 degrees is emitted from the dielectric multilayer film. 3 is reflected back to the back surface 2d. In this way, only light having an emission angle θ of 10 degrees or less is transmitted through the dielectric multilayer film 3 and emitted from the light guide plate 2 while repeating reflection scattering on the back surface 2d and incidence on the emission surface 2b. As described above, the dielectric multilayer film 3 has an emission angle-dependent transmittance characteristic as shown in FIG. 3, that is, an emission angle characteristic of the transmittance.

以上のように、第1実施形態の照明光源装置では、導光板2の出射面2bにコートされた誘電体多層膜3の作用により、例えば10度以下の出射角になる光のみが導光板2の出射面2bから出射され、それ以外の光は10度以下の出射角になるまで導光板2の内部で反射および散乱を繰り返す。その結果、導光板2の出射面2bでの光量分布が比較的均一になり、しかも10度以下の出射角の光のみが導光板2から制限的に出射される。   As described above, in the illumination light source device according to the first embodiment, only the light having an emission angle of, for example, 10 degrees or less is generated by the action of the dielectric multilayer film 3 coated on the emission surface 2 b of the light guide plate 2. The light emitted from the light exit surface 2b is repeatedly reflected and scattered inside the light guide plate 2 until the other light has an exit angle of 10 degrees or less. As a result, the light amount distribution on the exit surface 2b of the light guide plate 2 becomes relatively uniform, and only light having an exit angle of 10 degrees or less is emitted from the light guide plate 2 in a limited manner.

出射面2bの形状は導光板2の形状に依存するので、例えば出射面2bに対向して一次元MEMSが配置される場合には、一次元MEMSに対応した細長い形状の出射面2bを実現することも可能である。このように、第1実施形態の照明光源装置では、バンドパス作用を有する誘電体多層膜3の出射角による膜特性の波長シフトの作用により、所望形状の出射面2bから出射角の制限された照明光を供給することができる。特に、一次元MEMSを照明する場合には、その短手方向について狭い角度で照明することになるので、従来技術に比して効率的な照明を実現することができる。   Since the shape of the emission surface 2b depends on the shape of the light guide plate 2, for example, when a one-dimensional MEMS is arranged facing the emission surface 2b, an elongated emission surface 2b corresponding to the one-dimensional MEMS is realized. It is also possible. As described above, in the illumination light source device according to the first embodiment, the emission angle is limited from the emission surface 2b having a desired shape by the action of wavelength shift of the film characteristic due to the emission angle of the dielectric multilayer film 3 having the bandpass function. Illumination light can be supplied. In particular, when illuminating a one-dimensional MEMS, since the illumination is performed at a narrow angle in the short direction, it is possible to realize illumination that is more efficient than in the related art.

なお、上述の第1実施形態では、光源1を導光板2の端面2aに近接させて配置し、光源1からの光を導光板2の端面2aに直接入射させている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図4に示すように、光源1と導光板2の端面2aとの間の光路中に集光レンズ4を配置する変形例も可能である。図4の変形例では、光源1からの光を集光レンズ4により集光して、導光板2の端面2aにおける入射領域を小さくすることができるので、光の利用効率を向上させることができる。   In the first embodiment described above, the light source 1 is disposed close to the end surface 2 a of the light guide plate 2, and the light from the light source 1 is directly incident on the end surface 2 a of the light guide plate 2. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4, a modification in which the condenser lens 4 is disposed in the optical path between the light source 1 and the end surface 2 a of the light guide plate 2 is also possible. In the modification of FIG. 4, the light from the light source 1 is condensed by the condenser lens 4 and the incident area on the end surface 2a of the light guide plate 2 can be reduced, so that the light utilization efficiency can be improved. .

また、上述の第1実施形態では、光源1からの光を導光板2の端面(出射面2bに隣接する側面)2aに入射させるエッジライト方式を採用している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図5に示すように、光源1からの光を導光板2の背面2dから入射させる変形例も可能である。図5の変形例では、例えば4つの端面2a,2cに反射膜を形成し、背面2dの入射領域以外の領域を散乱面として反射膜を形成することになる。また、図5の変形例において、光源1と導光板2の背面2dとの間の光路中に集光レンズを配置することもできる。なお、端面2a,2cに反射作用および散乱作用を持たせることもできる。   Further, in the first embodiment described above, an edge light system is adopted in which light from the light source 1 is incident on the end surface (side surface adjacent to the exit surface 2b) 2a of the light guide plate 2. However, the present invention is not limited to this, and a modification in which light from the light source 1 is incident from the back surface 2d of the light guide plate 2 as shown in FIG. 5 is also possible. In the modification of FIG. 5, for example, a reflection film is formed on the four end surfaces 2 a and 2 c, and the reflection film is formed using a region other than the incident region on the back surface 2 d as a scattering surface. In the modification of FIG. 5, a condensing lens can be disposed in the optical path between the light source 1 and the back surface 2 d of the light guide plate 2. The end faces 2a and 2c can also have a reflecting action and a scattering action.

図6は、本発明の第2実施形態にかかる照明光源装置の構成を概略的に示す図である。第2実施形態では、液晶表示装置のバックライトに対して本発明を適用している。第2実施形態の照明光源装置は、準単色光を供給する光源11と、光源11から供給された光を伝播させる導光板12とを備えている。光源11として、例えば波長幅が半値全幅で20nm程度のRGB3色のLEDを用いることができる。   FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of an illumination light source apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the present invention is applied to the backlight of the liquid crystal display device. The illumination light source device of the second embodiment includes a light source 11 that supplies quasi-monochromatic light and a light guide plate 12 that propagates light supplied from the light source 11. As the light source 11, for example, RGB three-color LEDs having a wavelength width of about 20 nm with a full width at half maximum can be used.

必要な光量に応じて複数の光源を備える場合や、RGBそれぞれ個別の光源を備える場合もあるが、以下、説明を簡単にするために、単一の光源を備える場合について考える。光源11からの光が導光板12の端面12aに入射するように、光源11は導光板12の端面12aに近接して配置されている。必要に応じて、光源11と導光板12との間の光路中に集光レンズを付設することもできる。導光板12の出射面12bには、図7に示すような波長特性のトリプルバンドパス作用を有する誘電体多層膜13が形成されている。   There may be a case where a plurality of light sources are provided according to a necessary light quantity, or a case where each of R, G, and B is provided with individual light sources. The light source 11 is disposed close to the end surface 12 a of the light guide plate 12 so that light from the light source 11 enters the end surface 12 a of the light guide plate 12. If necessary, a condensing lens can be provided in the optical path between the light source 11 and the light guide plate 12. A dielectric multilayer film 13 having a triple band pass function with wavelength characteristics as shown in FIG. 7 is formed on the emission surface 12 b of the light guide plate 12.

誘電体多層膜13の実効屈折率N*は、例えば1.6である。導光板12の端面12aのうち、光の入射領域以外の領域には、反射膜(不図示)が形成されている。また、端面12a以外の他の端面12cにも、反射膜(不図示)が形成されている。導光板12の出射面12bに対向する背面12dは散乱面とされており、散乱面に反射膜(不図示)が形成されている。なお、端面12aの入射領域以外の領域および端面12cに、反射作用および散乱作用を持たせることもできる。 The effective refractive index N * of the dielectric multilayer film 13 is, for example, 1.6. A reflection film (not shown) is formed in a region other than the light incident region in the end surface 12 a of the light guide plate 12. A reflective film (not shown) is also formed on the end face 12c other than the end face 12a. The back surface 12d facing the light exit surface 12b of the light guide plate 12 is a scattering surface, and a reflective film (not shown) is formed on the scattering surface. It should be noted that the region other than the incident region of the end surface 12a and the end surface 12c can have a reflecting action and a scattering action.

図7において、縦軸は光の透過率または光の強度であり、横軸は光の波長である。参照符号71はB(Blue:青)の光に対する透過率特性を、参照符号72はG(Green:緑)の光に対する透過率特性を、参照符号73はR(Red:赤)の光に対する透過率特性を示している。また、参照符号81はLED11から出射されるBの光の波長分布を、参照符号82はLED11から出射されるGの光の波長分布を、参照符号83はLED11から出射されるRの光の波長分布を示している。   In FIG. 7, the vertical axis represents light transmittance or light intensity, and the horizontal axis represents light wavelength. Reference numeral 71 is a transmittance characteristic for light of B (Blue), reference numeral 72 is a transmittance characteristic for light of G (Green), and reference numeral 73 is a transmission characteristic for light of R (Red). The rate characteristic is shown. Reference numeral 81 is a wavelength distribution of B light emitted from the LED 11, reference numeral 82 is a wavelength distribution of G light emitted from the LED 11, and reference numeral 83 is a wavelength of R light emitted from the LED 11. Distribution is shown.

図7に示すように、誘電体多層膜13の各波長B,G,Rの光に対する透過波長帯域は、LED11が出射する各波長光の波長幅の半値全幅である20nm程度に設定されている。式(1)によれば、誘電体多層膜13の実効屈折率N*が1.6の場合、20nmの波長シフトが起こるのは出射角θが25度程度になるときである。したがって、誘電体多層膜13からの出射角θが例えば25度を超えるような入射角θ’で出射面12bへ入射した光は、誘電体多層膜13を透過することなく反射され、背面12dに再び入射して反射散乱される。 As shown in FIG. 7, the transmission wavelength band for each wavelength B, G, R of the dielectric multilayer film 13 is set to about 20 nm which is the full width at half maximum of the wavelength width of each wavelength light emitted from the LED 11. . According to the equation (1), when the effective refractive index N * of the dielectric multilayer film 13 is 1.6, the wavelength shift of 20 nm occurs when the emission angle θ is about 25 degrees. Therefore, the light incident on the output surface 12b at an incident angle θ ′ such that the output angle θ from the dielectric multilayer film 13 exceeds 25 degrees, for example, is reflected without passing through the dielectric multilayer film 13 and reflected on the back surface 12d. It is incident again and reflected and scattered.

背面12dで反射散乱された光は、出射面12bに直接入射、あるいは端面12aの入射領域以外の領域または端面12cで反射された後に出射面12bに入射する。このとき、出射角θが25度以下になるような光は誘電体多層膜13を透過して導光板12から出射されるが、出射角θが25度を超えるような光は誘電体多層膜13で反射されて背面12dへ戻される。こうして、背面12dでの反射散乱と出射面12bへの入射とを繰り返しながら、出射角θが25度以下の光だけが誘電体多層膜13を透過して導光板12から出射される。   The light reflected and scattered by the back surface 12d is directly incident on the exit surface 12b, or is reflected by the region other than the entrance region of the end surface 12a or the end surface 12c and then enters the exit surface 12b. At this time, light having an emission angle θ of 25 degrees or less is transmitted through the dielectric multilayer film 13 and emitted from the light guide plate 12. However, light having an emission angle θ exceeding 25 degrees is emitted from the dielectric multilayer film. 13 is reflected back to the back surface 12d. In this way, only light having an emission angle θ of 25 degrees or less is transmitted through the dielectric multilayer film 13 and emitted from the light guide plate 12 while repeating reflection scattering on the back surface 12d and incidence on the emission surface 12b.

このように、第2実施形態の照明光源装置では、導光板12の出射面12bにコートされた誘電体多層膜13の作用により、例えば25度以下の出射角になる光のみが導光板12の出射面12bから出射され、それ以外の光は25度以下の出射角になるまで導光板12の内部で反射および散乱を繰り返す。その結果、導光板12の出射面12bでの光量分布が比較的均一になり、しかも25度以下の出射角の光のみが導光板12から制限的に出射される。   As described above, in the illumination light source device according to the second embodiment, only the light having an emission angle of, for example, 25 degrees or less is generated by the action of the dielectric multilayer film 13 coated on the emission surface 12 b of the light guide plate 12. Light other than that emitted from the emission surface 12b is repeatedly reflected and scattered inside the light guide plate 12 until the emission angle is 25 degrees or less. As a result, the light quantity distribution on the exit surface 12b of the light guide plate 12 becomes relatively uniform, and only light having an exit angle of 25 degrees or less is emitted from the light guide plate 12 in a limited manner.

なお、第2実施形態では、図7に示すように、LED11から出射される光の波長分布が裾をひいた形状を有するので、誘電体多層膜13の透過率の出射角特性も裾をひいた形状になるが、中心波長の近傍の光に限れば、出射光の角度分布が制限されることになる。LED11から出射される光の波長幅をさらに狭くすれば、出射角をさらに狭い角度範囲内に制限することも可能である。   In the second embodiment, as shown in FIG. 7, since the wavelength distribution of the light emitted from the LED 11 has a shape with a tail, the emission angle characteristic of the transmittance of the dielectric multilayer film 13 also has a bottom. However, if it is limited to light in the vicinity of the center wavelength, the angular distribution of emitted light is limited. If the wavelength width of the light emitted from the LED 11 is further narrowed, the emission angle can be limited to a narrower angle range.

本発明の第1実施形態にかかる照明光源装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the illumination light source device concerning 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態における誘電体多層膜の透過率の波長特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength characteristic of the transmittance | permeability of the dielectric multilayer film in 1st Embodiment. 第1実施形態における誘電体多層膜の透過率の出射角特性を示す図である。It is a figure which shows the outgoing angle characteristic of the transmittance | permeability of the dielectric multilayer film in 1st Embodiment. 第1実施形態の第1変形例にかかる照明光源装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the illumination light source device concerning the 1st modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2変形例にかかる照明光源装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the illumination light source device concerning the 2nd modification of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態にかかる照明光源装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the illumination light source device concerning 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態における誘電体多層膜の透過率の波長特性および光源からの光の波長分布を示す図である。It is a figure which shows the wavelength characteristic of the transmittance | permeability of the dielectric multilayer in 2nd Embodiment, and the wavelength distribution of the light from a light source.

符号の説明Explanation of symbols

1,11 光源
2,12 導光板
2a,12a 入射端面
2b,12b 出射面
2d,12d 背面
3,13 バンドパス作用を有する誘電体多層膜
4 集光レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 Light source 2,12 Light-guide plate 2a, 12a Incident end surface 2b, 12b Outgoing surface 2d, 12d Back surface 3,13 Dielectric multilayer film 4 which has a band pass action 4 Condensing lens

Claims (8)

所定面から光を出射する照明光源装置において、
準単色光を供給する光源と、
前記光源から供給された光を伝播させる導光板とを備え、
前記導光板の前記所定面に対応する出射面には、出射角の制限作用を有する誘電体多層膜が形成されており、
前記誘電体多層膜は、ファブリ−ペロ型の膜構成を有し、前記出射角の大きさに応じて透過波長域が異なり、
前記誘電体多層膜中のスペーサーは、低屈折率の膜物質からなり、
前記スペーサーの使用光に対する屈折率は、前記出射角に対する前記透過波長域の変化の依存性を決定する要因であり、当該屈折率は1.5よりも小さいことを特徴とする照明光源装置。
In an illumination light source device that emits light from a predetermined surface,
A light source that supplies quasi-monochromatic light;
A light guide plate for propagating light supplied from the light source,
On the exit surface corresponding to the predetermined surface of the light guide plate, a dielectric multilayer film having a function of limiting the exit angle is formed ,
The dielectric multilayer film has a Fabry-Perot type film configuration, and a transmission wavelength region varies depending on the size of the emission angle.
The spacer in the dielectric multilayer film is made of a low refractive index film material,
The refractive index of the spacer with respect to the used light is a factor that determines the dependence of the change of the transmission wavelength range on the emission angle, and the refractive index is smaller than 1.5 .
前記導光板の外側面のうち、前記光源からの光が入射する入射領域と前記出射面とを除く他の領域には、反射膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の照明光源装置。 The reflective film is formed in the area | region other than the incident area | region where the light from the said light source injects, and the said output surface among the outer surfaces of the said light-guide plate, The reflective film is formed . Illumination light source device. 前記導光板の前記出射面に対向する背面には、反射作用および散乱作用を有するように散乱面に反射膜が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の照明光源装置。 The illumination light source device according to claim 2, wherein a reflection film is formed on the scattering surface so as to have a reflection action and a scattering action on a back surface of the light guide plate facing the emission surface . 前記光源からの光が前記出射面と隣接する端面から入射するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明光源装置。 4. The illumination light source device according to claim 1, wherein light from the light source is configured to be incident from an end surface adjacent to the emission surface . 5. 前記光源からの光が前記出射面と対向する背面から入射するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明光源装置。 4. The illumination light source device according to claim 1, wherein light from the light source is configured to be incident from a back surface facing the emission surface . 5. 前記光源と前記導光板との間の光路中に配置された集光レンズを備えていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の照明光源装置。 The illumination light source device according to claim 1, further comprising a condensing lens disposed in an optical path between the light source and the light guide plate . 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の照明光源装置と、該照明光源装置により照明される液晶表示パネルとを備えていることを特徴とする液晶表示装置 A liquid crystal display device comprising: the illumination light source device according to claim 1; and a liquid crystal display panel illuminated by the illumination light source device . 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の照明光源装置と、該照明光源装置により照明されるMEMSとを備えていることを特徴とするプロジェクタ A projector comprising: the illumination light source device according to any one of claims 1 to 6; and a MEMS illuminated by the illumination light source device .
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