JP2004363062A

JP2004363062A - Light guide, plane shape light source device and image display apparatus

Info

Publication number: JP2004363062A
Application number: JP2003163252A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Osumi; 和正大角
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2004-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology by which cost for manufacturing a light guide can be reduced and high luminance image display can be realized. <P>SOLUTION: A light source 4 is disposed at an incidence plane 3 to the light guide 2, and light from the light source 4 is guided into the inside of the light guide 2. Rough surface patterns 13 consisting of fine projections 14 which have polarized light splitting function are formed on a plane (reflex plane) 8 opposite to a light emitting plane 6 of the light guide 2. Polarized light which is split by the rough surface patterns 13 having the polarized light splitting function, of the light propagating the inside of the light guide 2, is emitted from the light emitting plane 6 of the light guide 2. Luminance of a liquid crystal display panel 7 is raised effectively since the light emitted from the light guide 2 is optical component (one of p-polarized light and s-polarized light) which passes through a polarizing plate 7b of the liquid crystal display panel 7. The manufacturing cost of the light guide 2 is reduced because the rough surface patterns 13 consisting of the fine projections 14 are formed on the reflex plane 8 but light diffusion patterns or like those are not formed on the light emitting plane 6 of the light guide 2. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示パネル等の画像表示部材を表示面と反対の背面側から面状に照明する面光源装置、この面光源装置で画像表示部材を照明するように構成された画像表示装置、及び面光源装置を構成する導光体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られるように、携帯電話や携帯型パソコン等の液晶表示パネルの背面側には、液晶表示パネルを面状に照明する面光源装置が配置されている。この面光源装置は、導光体の側面に線状光源である蛍光灯か又は点光源である発光ダイオードを配置し、光源から発せられた光を導光体の内部に入射させた後、その導光体の内部に入射した光を導光体の液晶表示パネルに対向する出射面から出射させ、その出射光を複数枚の光制御シート（プリズムシート等）を通過させて、液晶表示パネルの照明効率を高めるように工夫されている。
【０００３】
このような従来の面光源装置において、導光体から出射した光を液晶表示パネル側に集光する光制御シートは、照明輝度を高めるために使用されているが、高価であるために製品価格の高騰を招くばかりでなく、視野角特性を狭める等の弊害を生じる場合がある。
【０００４】
しかも、面光源装置によって照明される液晶表示パネルの偏光板は、特定方向に振動する光成分のみを通過させるようになっており、その通過する光成分に直交する光成分を吸収する性質を有している。その結果、面光源装置から出射する光のうちの少なくとも半分の光が偏光板によって吸収されてしまうことになり、面光源装置から出射される光の輝度を高めたとしても、その面光源装置からの出射光の輝度アップがそのまま液晶表示パネルの輝度アップにならないという問題を有していた。
【０００５】
そこで、例えば、導光体の出射面に偏光分離機能を有する微細凹凸を形成し、液晶表示パネルの偏光板を通過する光成分（ｐ偏光又はｓ偏光の一方）を導光体から出射させ、液晶表示パネルの効率的な輝度アップを図る技術が開発された（例えば、特許文献１乃至２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２０１７４６号公報（段落番号００１２〜００１５，図１乃至図２参照）。
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−２２８４７４号公報（段落番号００１１〜００１４，図１乃至図２参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１と特許文献２に開示された技術は、導光体の出射面に偏光分離機能を有する微細凹凸を形成し、且つ、この微細凹凸による特定の偏光成分の出射を促進するための光拡散手段又はプリズム状突起を導光体の反射面（出射面と反対側の面）側に形成するようになっている。そのため、導光体の出射面と反射面の両面に精密な加工面を形成しなければならず、導光体の加工コストが嵩むという問題を有していた。
【０００９】
そこで、本発明は、特許文献１及び２の従来技術よりも加工コストを低減でき、高輝度の画像表示を可能にする技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、導光体の側面側に光源を配置し、この光源からの光を導光体内に導入した後に導光体の出射面から出射させるように構成された面光源装置に関するものである。そして、この発明は、前記導光体の前記出射面と反対側の面に、偏光分離機能を有する微細突起からなる粗面パターンが形成され、その偏光分離機能を有する粗面パターンによって偏光分離された光を導光体の出射面から出射させることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明の面光源装置において、前記導光体の光源が配置された側面と反対側の側面に、光を透過する１／４波長体と、この１／４波長体を透過した光を反射する反射体と、を密接させて配置したことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の面光源装置と、この面光源装置から出射される光を透過する偏光板が面光源装置側に配置された液晶表示パネルと、を備えたことを特徴とする画像表示装置に関するものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の面光源装置と、この面光源装置から出射される光で照明される被照明部材と、を備えたことを特徴とする画像表示装置に関するものである。
【００１４】
請求項５の発明は、側面側に配置した光源からの光を内部に導入した後に出射面から出射させるように構成された導光体に関するものである。そして、この発明は、前記出射面と反対側の面に、偏光分離機能を有する微細突起からなる粗面パターンが形成され、その偏光分離機能を有する粗面パターンによって偏光分離された光を前記出射面から出射させることを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５の発明に係る導光体において、前記光源が配置された側面と反対側の側面に、光を透過する１／４波長体と、この１／４波長体を透過した光を反射する反射体と、を密接させて配置したことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１〜図２は、本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置１を示す図である。このうち、図１は、画像表示装置１の分解斜視図である。また、図２は、画像表示装置１の断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示す図である。
【００１８】
（画像表示装置，面光源装置の概略構成）
これらの図に示すように、本実施の形態に係る画像表示装置１は、平板状の導光体２と、この導光体２の一方の側面（入射面）３に対向するように配置された光源（例えば、蛍光ランプ）４と、この光源４からの光を反射して導光体２の入射面３に案内するリフレクター５と、導光体２の出射面６に対向するように配置される液晶表示パネル７と、導光体２の反射面（出射面６と反対側の面）８に対向するように配置される反射シート１０と、を備えている。そして、導光体２，光源４，リフレクター５及び反射シート１０が、液晶表示パネル７を面状に照明する面光源装置１１を構成している。
【００１９】
（導光体）
導光体２は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル），ＰＣ（ポリカーボネート），シクロオレフィン系樹脂材料等の光透過性に優れた材料を使用して形成されており、図１〜図２に示すように、出射面６と反射面８がほぼ平行となるように形成され、入射面（光源４側の側面）３とこれに対向する側面（光源４側の側面３と反対側の側面）１２とが出射面６にほぼ直交するように形成されている。
【００２０】
この導光体２の反射面８には、粗面パターン１３がほぼ全域に渡って多数形成されている。この粗面パターン１３は、導光体２の入射面３とほぼ平行な方向に延びる断面略矩形形状の微細突起１４が、入射面３にほぼ直交する方向に、入射光（例えば、蛍光ランプ）の波長とほぼ同程度のピッチで多数形成されたものである。
【００２１】
図７は、このような導光体２の反射面８に形成した粗面パターン１３がどのような機能を発揮するのかについて調べた実験結果を示すものである。尚、実験の都合上、入射光として波長が６３３ｎｍのヘリウム・ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザー光を使用している。また、実験は、図７に示すグラフ中の概略図のような、一主面に２７８ｎｍピッチでエポキシ樹脂により微細突起が形成された屈折率約１．５のガラス小片（以下「サンプル片」という）を用いた。
【００２２】
この実験において、レーザー光はその光軸方向と直交するように配置した偏光フィルターを介してサンプル片の一側面のほぼ中央に照射され、所定の電場振動面を有する偏光成分がサンプル片に入射するようになっている。そして、レーザー光の光軸を中心に偏光フィルターを回転することにより、サンプル片に入射する偏光成分の電場振動面を回転させ、前記一側面に対向する面から０次回折光として出射する光の光線強度（実線で示す）と、前記一主面に対向する面から１次回折光として出射する光の光線強度（破線で示す）とを回転角１０°毎に測定し、これをグラフ化したものを図７に示した。
【００２３】
ここで、図示するグラフは、微細突起の長手方向と直交する方向に電場振動面を有する偏光成分（偏光軸回転角度：−９０°）をサンプル片に入射させたときに、前記一側面に対向する面から出射する０次回折光の強度を基準とする相対強度（Ａ．Ｕ．）で光線強度を表している。また、偏光軸角度（偏光フィルターの回転角度）は、サンプル片に入射する偏光成分の電場振動面が微細突起の長手方向に平行となる場合を０°としており、前記偏光フィルターをサンプル片から見て反時計回りに回転させ、サンプル片に入射する偏光成分の電場振動面が微細突起の長手方向と直交させた状態の偏光軸回転角度−９０°であり、同様に時計回りに回転させて電場振動面と微細突起の長手方向とが直交する状態となったときの偏光軸回転角度が＋９０°である。
【００２４】
このように、サンプル片に入射させる偏光成分の電場振動面を回転させ、その振る舞いを観察することで、光に偏りのない蛍光ランプやＬＥＤを光源とした場合に、当該光源光に含まれる各々の偏光成分に対して微細突起がどのように作用するかを推測することができる。
【００２５】
尚、この実験ではサンプル片の一側面に約４０°の入射角度でレーザー光を照射しているが、０次回折光として観測される光は、前記一側面に対向する面から図中矢印方向に約４０°の出射角度で出射しており、また、１次回折光として観測される光は前記一主面に対向する面から図中矢印方向に約７０°の出射角度で出射しており、それぞれ計算値と一致するものであった。
【００２６】
この図７に示す結果によれば、０次回折光は、偏光軸角度が０°近傍において最も出射光強度が大きく、偏光軸が±９０°に向かうに従って出射光強度が漸減し、偏光軸角度が±９０°において出射光強度が最も小さくなっている。一方、１次回折光は、偏光軸角度が０°近傍において最も出射光強度が小さく、偏光軸が±９０°に向かうに従って出射光強度が漸増し、偏光軸角度±９０°において出射光強度が最も大きくなっている。そして、０次回折光の出射光強度と１次回折光の出射光強度の合成値は、図７の一点鎖線で示すように、−９０°〜＋９０°の範囲でほぼ一定である。これらのことから、光源として偏りのない光を出射する蛍光ランプやＬＥＤを使用した場合において、これに含まれる偏光成分のうち、微細突起の長手方向と直交する電場振動面を有する偏光成分の多くは、微細突起による回折作用により１次回折光となり、微細突起の長手方向と平行な電場振動面を有する偏光成分の多くは、微細突起による回折作用により０次回折光となることが知れる。すなわち、この実験結果から、導光体２の反射面８に形成した微細突起１４からなる粗面パターン１３は、回折現象を生じると共に、偏向分離機能を発揮することが解る。
【００２７】
尚、隣り合う微細突起１４のピッチ寸法が入射光の波長に比較して十分に大きい場合には、幾何光学的な反射屈折現象が生じる。一方、本実施の形態のように、隣り合う微細突起１４のピッチ寸法が入射光の波長とほぼ同程度であると、幾何光学的な反射屈折現象ではなく、光の波動としての性質が強く現れ、回折現象が生じることが知られている。すなわち、本実施の形態において、粗面パターン１３は、反射型の回折格子として機能する。
【００２８】
そこで、本実施の形態は、照明光として有効に利用できる出射光を得るため、以下のようにして、最適な粗面パターン１３を決定した。すなわち、本実施の形態においては、図３に示すように、粗面パターン１３によって偏光分離された１次回折光（第１の特定偏光（Ｐ成分偏光又はＳ成分偏光））１５が出射面６からほぼ法線方向寄りに出射するように、粗面パターン１３の隣り合う微細突起１４，１４のピッチ寸法を決定するようになっている。
【００２９】
ここで、この微細突起１４，１４のピッチ寸法をどのように決定するかについては、粗面パターン１３の微細突起１４，１４を模式的に記載した図６に基づいて説明する。
【００３０】
先ず、回折格子に対する式は、一次の回折光に着目した場合、屈折率ｎの導光体２の内部において、次式（数１）に示すように表される。
【数１】

【００３１】
この上式において、一次の回折光が導光体２の出射面６の法線方向に出射する場合は、（θｏｕｔ）が０°の場合である。したがって、上式に（θｏｕｔ）＝０°を代入すると、ｄの絶対値は、次式（数２）のように求めることができる。
【数２】

【００３２】
ここで、図６において、導光体２の内部に入射する光の角度（屈折角）θ’は、導光体２の臨界角（θｃ）を越えることがないから、反射面８に対する入射角（θｉｎ）は、次式（数３）で示すような角度範囲になる。
【数３】

【００３３】
したがって、数２及び数３の各式から、次式のように微細突起１４，１４間のピッチ寸法（ｄ）を求めることができる。すなわち、本実施の形態において、微細突起１４，１４間の寸法ｄは、次式（数４）の範囲内の最適な数値が決定される。
【数４】

【００３４】
（光源）
光源４は、図１〜図２に示すように、蛍光ランプ（線状光源）であり、導光体２の入射面３に対向するように配置されている。この光源４から発せられる光は、無偏光光であるが、上述のように、導光体２の粗面パターン１３により偏光分離され、特定の偏光成分が導光体２の出射面６から出射する。尚、光源４は、蛍光ランプに限られず、発光ダイオード等の点光源を使用するようにしてもよい。
【００３５】
（リフレクター）
リフレクター５は、図１〜図２に示すように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の光反射性に優れた樹脂材料に白色塗料を混入して形成したシートを光源を囲むような形状（断面略Ｕ字形状）に形成したものであり、その先端開口部が導光体２の入射面３の上端縁（出射面側端縁）３ａと下端縁（反射面側端縁）３ｂに密接し、光源４からの光を導光体２の入射面３に反射して導くようになっている。また、リフレクター５は、樹脂材料に限られず、ステンレス鋼の薄板等の金属を折り曲げ、その光源４に対向する面に銀の蒸着膜を形成したものを使用するようにしてもよい。
【００３６】
（反射シート）
反射シート１０は、図１〜図２に示すように、光反射性に優れた白色の樹脂シート（例えば、ＰＥＴシート）であり、導光体２の反射面８とほぼ同様の形状（矩形形状）に形成され、導光体２の反射面８から出射した光を反射して導光体２の内部に戻し、光源４からの光の有効利用を可能にする。尚、この反射シート１０は、光の偏光面をほぼ完全にランダムに回転させる。
【００３７】
（液晶表示パネル）
ガラス板の間に液晶が封じ込められた液晶表示素子７ａの導光体２側には、導光体２の出射面６から出射する特定偏光成分の光を透過する第１の偏光板７ｂが配置されている。また、液晶表示素子７ａの出射面側（導光体２側の面の反対側に位置する面側）には、液晶表示素子７ａを通過することにより、振動方向が９０°捻られた光の透過を可能にする第２の偏光板７ｃが配置されている。
【００３８】
（本実施の形態の作用・効果）
導光体２の入射面３から入射した光源４からの光は、導光体２の反射面８に到達すると、偏光分離機能を有する粗面パターン１３によって偏光分離されたもの（第１の特定偏光１５）が、導光体２の出射面６からほぼ法線方向寄りに出射する。また、導光体２の反射面８から出射した光は、反射シート１０で反射された後、反射面８から導光体２内部に再度入射し、導光体２内部を伝播する。そして、光は、この導光体２の内部を伝播する過程において、粗面パターン１３によって偏光分離されたもの（第１の特定偏光１５）が導光体２の出射面６から出射する。
【００３９】
以上のような本実施の形態によれば、導光体２の反射面８に偏光分離機能を有する粗面パターン１３が形成され、この粗面パターン１３によって偏光分離された特定の偏光成分の光（第１の特定偏光１５）が導光体２の出射面６から出射する。その結果、本実施の形態は、導光体２の出射面６側に対向するように光制御シートを配置しなくてもすみ、部品点数を削減して、製品コストを低減することができると共に、面光源装置１１及び画像表示装置１の薄型化を図ることができる。
【００４０】
また、本実施の形態は、導光体２の出射面６から特定の偏光成分の光（第１の特定偏光）１５を出射することができ、その第１の特定偏光１５を液晶表示パネル７の偏光板７ｂの光透過方向に合わせることにより、偏光板７ｂで吸収される光の量を少なくすることができ、液晶表示素子７ａを高輝度で効率的に照明することが可能になる。
【００４１】
また、本実施の形態は、導光体２の反射面８側にのみ微細突起１４からなる粗面パターン１３が形成され、この粗面パターン１３のみで偏光分離した特定の偏光成分の光（第１の特定偏光１５）を出射することができるため、出射面６側に光拡散手段を形成する必要がなくなり、導光体２の加工コストを低減化することができる。
【００４２】
また、本実施の形態は、偏光分離機能を発揮する粗面パターン１３が導光体２の反射面８に複数形成されるようになっており、微細突起１４を反射面８の幅方向（入射面３に平行な方向）全域に延設するものでなく、微細突起１４を反射面８の幅方向に沿って延設する寸法を短くすることができるため、導光体２の加工が容易になる。
【００４３】
尚、本実施の形態において、粗面パターン１３の形成密度を、光源４からの距離等に応じて適宜変更するようにしてもよい。
【００４４】
また、本実施の形態は、導光体２の出射面６と反射面８とが平行に形成された態様を例示したが、これに限定されるものではなく、入射面３から遠ざかるに従って板厚が漸減するように断面略楔形形状に形成された導光体にも適用することができる。
【００４５】
［第２の実施の形態］
図４〜図５は、本発明の第２の実施の形態に係る画像表示装置１を示すものである。このうち、図４は、本実施の形態に係る画像表示装置１の分解斜視図である。また、図５は、本実施の形態に係る画像表示装置１の断面図であり、図４のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す図である。尚、本実施の形態の画像表示装置１において、前述の第１の実施の形態に係る画像表示装置１と同一の構成部分には同一の符号を付し、前述の第１の実施の形態における説明と重複する説明を省略する。
【００４６】
本実施の形態の画像表示装置は、導光体２の入射面３と反対側の側面１２、すなわち、入射面３に対向する側面１２に、光を透過する１／４波長体１６が配置され、その１／４波長体１６の外側に反射体１７が密接するように配置されている。
【００４７】
このうち、１／４波長体１６は、数十ミクロン程度の厚さに形成された薄板状の透明板であり、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリスルホン系樹脂を一軸延伸して分子配向させたものである。また、反射体１７は、合成樹脂の薄板に銀やアルミニウムを蒸着させて鏡面板としたものや、ステンレスの薄板の反射面に銀を蒸着させた鏡面板等が使用される。
【００４８】
このように構成された本実施の形態によれば、導光体２の入射面３から入射した光のうちで、導光体２の内部を伝播して入射面３と反対側の側面１２から出射した特定偏光の光（導光体の出射面から出射する第１の特定偏光の偏光面と直交関係にある偏光面をもつ第２の特定偏光）は、１／４波長体１６を通過する際に、複屈折現象によりその振動方向位相がπ／４ずれ、偏光面が時間とともに回転する楕円偏光に変換された後、反射体１７によって反射される。
【００４９】
この反射体１７によって反射された光は、再び１／４波長体１６を通過することになるが、この１／４波長体１６を通過する際に、複屈折現象によりその振動方向位相がπ／４ずれる。その結果、１／４波長体１６を通過して再度導光体２に入射する光は、最初に１／４波長体１６に入射した直線偏光の偏光面と直交関係にある偏光面の直線偏光である。すなわち、この導光体２に再入射した直線偏光は、前述の第１の特定偏光１５である。したがって、この導光体２に再入射した直線偏光が、導光体２内を伝播する過程において、偏光分離機能を有する粗面パターン１３によって偏光分離され、出射面６から出射し易くなり、導光体２からの第１の特定偏光１５の出射効率を高めることができ、導光体２の出射面６から出射される第１の特定偏光１５の光量をアップさせることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、導光体の反射面（出射面と反対側の面）側にのみ微細突起の粗面パターンが形成され、この粗面パターンのみで偏光分離した特定の偏光成分の光を出射することができるため、出射面側に光拡散手段を形成する必要がなくなり、導光体の加工コストを低減化することができ、導光体を使用する面光源装置及び画像表示装置の製品価格の低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置の分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示す画像表示装置の断面図である。
【図３】入射光のうちの特定偏光成分が導光体から出射する状態を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る画像表示装置の分解斜視図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す画像表示装置の断面図である。
【図６】微細突起間の寸法ｄの決定方法を説明する図である。
【図７】粗面パターンの機能測定の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１……画像表示装置、２……導光体、３……入射面（側面）、４……光源、６……出射面、７……液晶表示パネル、８……反射面（出射面と反対側の面）、１１……面光源装置、１２……側面（側面３と反対側の側面）、１３……粗面パターン、１４……微細突起、１６……１／４波長体、１７……反射体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface light source device that illuminates an image display member such as a liquid crystal display panel in a planar manner from the back side opposite to the display surface, an image display device configured to illuminate the image display member with the surface light source device, And a light guide constituting a surface light source device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As is conventionally known, a surface light source device for illuminating a liquid crystal display panel in a planar manner is disposed on the back side of a liquid crystal display panel of a mobile phone, a portable personal computer, or the like. In this surface light source device, a fluorescent light which is a linear light source or a light emitting diode which is a point light source is arranged on the side surface of the light guide, and after light emitted from the light source is incident on the inside of the light guide, the The light incident on the inside of the light guide is emitted from the emission surface of the light guide facing the liquid crystal display panel, and the emitted light is passed through a plurality of light control sheets (such as prism sheets) to form the light guide. It is designed to increase lighting efficiency.
[0003]
In such a conventional surface light source device, a light control sheet for condensing light emitted from a light guide on a liquid crystal display panel side is used to increase illumination luminance, but is expensive, so that the product price is high. In addition to causing a soaring rise, there may be a case where adverse effects such as narrowing of the viewing angle characteristics are caused.
[0004]
Moreover, the polarizing plate of the liquid crystal display panel illuminated by the surface light source device is adapted to pass only a light component vibrating in a specific direction, and has a property of absorbing a light component orthogonal to the passing light component. are doing. As a result, at least half of the light emitted from the surface light source device will be absorbed by the polarizing plate, and even if the brightness of the light emitted from the surface light source device is increased, There is a problem that the increase in the brightness of the emitted light does not directly increase the brightness of the liquid crystal display panel.
[0005]
Therefore, for example, fine irregularities having a polarization separation function are formed on the light exit surface of the light guide, and light components (one of p-polarized light and s-polarized light) passing through the polarizing plate of the liquid crystal display panel are emitted from the light guide, A technique for efficiently increasing the brightness of a liquid crystal display panel has been developed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-201746 A (see paragraphs 0012 to 0015, FIGS. 1 and 2).
[0007]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-228474 (paragraph numbers 0011 to 0014, see FIGS. 1 and 2).
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the techniques disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 form fine irregularities having a polarization splitting function on an emission surface of a light guide, and promote emission of a specific polarization component due to the fine irregularities. Is formed on the reflection surface (surface opposite to the emission surface) of the light guide. Therefore, precise processing surfaces must be formed on both the exit surface and the reflection surface of the light guide, and there has been a problem that the processing cost of the light guide increases.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of reducing processing costs and achieving high-luminance image display as compared with the conventional techniques of

Patent Documents

1 and 2.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 relates to a surface light source device configured to dispose a light source on a side surface of a light guide, to introduce light from the light source into the light guide, and then to emit the light from an emission surface of the light guide. Things. Further, according to the present invention, a rough surface pattern composed of fine projections having a polarization separation function is formed on a surface of the light guide opposite to the emission surface, and the light guide is polarized and separated by the rough surface pattern having the polarization separation function. The emitted light is emitted from the emission surface of the light guide.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the surface light source device according to the first aspect of the present invention, a 1/4 wavelength body that transmits light is provided on a side of the light guide opposite to the side on which the light source is disposed, It is characterized in that a reflector that reflects light transmitted through the quarter-wavelength body is closely arranged.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the surface light source device according to the first or second aspect, and a liquid crystal display panel in which a polarizing plate that transmits light emitted from the surface light source device is disposed on the surface light source device side. The present invention relates to an image display device characterized in that:
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an image display device comprising: the surface light source device according to the first or second aspect; and an illuminated member illuminated with light emitted from the surface light source device. Things.
[0014]
The invention of claim 5 relates to a light guide configured to introduce light from a light source disposed on the side surface side and then emit the light from an emission surface. Further, according to the present invention, a rough surface pattern composed of fine projections having a polarization separation function is formed on a surface opposite to the emission surface, and the light polarized and separated by the rough surface pattern having the polarization separation function is emitted. The light is emitted from the surface.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the light guide according to the fifth aspect of the present invention, a 波長 wavelength body that transmits light and a 波長 wavelength body are provided on a side surface opposite to a side surface on which the light source is disposed. And a reflector that reflects the light that has passed therethrough.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
[First Embodiment]
1 and 2 are views showing an image display device 1 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is an exploded perspective view of the image display device 1. FIG. 2 is a cross-sectional view of the image display device 1 and is a diagram cut along the line AA in FIG.
[0018]
(Schematic configuration of image display device and surface light source device)
As shown in these drawings, the image display device 1 according to the present embodiment is arranged so as to face a flat light guide 2 and one side surface (incident surface) 3 of the light guide 2. A light source (for example, a fluorescent lamp) 4, a reflector 5 that reflects light from the light source 4 and guides the light to the incident surface 3 of the light guide 2, and is disposed so as to face the emission surface 6 of the light guide 2. And a reflection sheet 10 arranged to face a reflection surface (a surface opposite to the emission surface 6) 8 of the light guide 2. The light guide 2, the light source 4, the reflector 5, and the reflection sheet 10 constitute a surface light source device 11 that illuminates the liquid crystal display panel 7 in a planar manner.
[0019]
(Light guide)
The light guide 2 is formed using a material having excellent light transmittance, such as PMMA (polymethyl methacrylate), PC (polycarbonate), and a cycloolefin resin material, as shown in FIGS. The incident surface (side surface on the light source 4 side) 3 and the side surface (the side surface opposite to the side surface 3 on the light source 4 side) 12 formed so that the exit surface 6 and the reflecting surface 8 are substantially parallel to each other. Are formed so as to be substantially orthogonal to the emission surface 6.
[0020]
On the reflection surface 8 of the light guide 2, a large number of rough surface patterns 13 are formed over almost the entire area. The rough surface pattern 13 includes fine projections 14 having a substantially rectangular cross-section extending in a direction substantially parallel to the incident surface 3 of the light guide 2 and incident light (for example, a fluorescent lamp) in a direction substantially orthogonal to the incident surface 3. Are formed at a pitch substantially the same as the wavelength of.
[0021]
FIG. 7 shows an experimental result of investigating what function the rough surface pattern 13 formed on the reflection surface 8 of the light guide 2 exerts. For convenience of the experiment, helium-neon (He-Ne) laser light having a wavelength of 633 nm is used as incident light. Further, in the experiment, as shown in the schematic diagram in the graph shown in FIG. 7, a small glass piece having a refractive index of about 1.5 (hereinafter, referred to as a “sample piece”) having fine projections formed on one main surface thereof at a pitch of 278 nm by epoxy resin was used. ) Was used.
[0022]
In this experiment, the laser light is applied to the approximate center of one side of the sample piece through a polarizing filter arranged so as to be orthogonal to the optical axis direction, and a polarized component having a predetermined electric field oscillation plane is incident on the sample piece. It has become. Then, by rotating the polarizing filter about the optical axis of the laser light, the electric field oscillation plane of the polarization component incident on the sample piece is rotated, and the light beam emitted as 0th-order diffracted light from the surface opposing the one side surface. The intensity (indicated by a solid line) and the light intensity (indicated by a dashed line) of light emitted as first-order diffracted light from the surface facing the one main surface were measured at every rotation angle of 10 °, and these were graphed. As shown in FIG.
[0023]
Here, the graph shown in the drawing shows that when a polarization component (polarization axis rotation angle: -90 °) having an electric field oscillation plane is incident on the sample piece in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the fine projection, the one side surface is opposed to the one side surface. The light intensity is represented by a relative intensity (AU) based on the intensity of the zero-order diffracted light emitted from the surface to be diffracted. Further, the polarization axis angle (rotation angle of the polarization filter) is 0 ° when the electric field oscillating plane of the polarization component incident on the sample piece is parallel to the longitudinal direction of the fine projection, and the polarization filter is viewed from the sample piece. The sample is rotated counterclockwise, and the polarization axis of the polarization component incident on the sample piece is −90 °, which is the rotation axis of the polarization axis in a state where the vibration plane is perpendicular to the longitudinal direction of the fine protrusion. The polarization axis rotation angle when the vibrating surface and the longitudinal direction of the fine protrusion are orthogonal to each other is + 90 °.
[0024]
In this way, by rotating the electric field vibration plane of the polarization component to be incident on the sample piece and observing its behavior, when a fluorescent lamp or LED having no light bias is used as the light source, each of the light sources included in the light source light is used. Can be estimated how the fine projections act on the polarized light component.
[0025]
In this experiment, one side of the sample piece was irradiated with laser light at an incident angle of about 40 °, but light observed as 0th-order diffracted light was directed from the surface facing the one side in the direction of the arrow in the figure. It is emitted at an emission angle of about 40 °, and light observed as first-order diffracted light is emitted at an emission angle of about 70 ° in the direction of the arrow in the figure from the surface facing the one main surface, and It was consistent with the calculated value.
[0026]
According to the results shown in FIG. 7, the 0th-order diffracted light has the largest emission light intensity near the polarization axis angle of 0 °, the emission light intensity gradually decreases as the polarization axis approaches ± 90 °, and the polarization axis angle decreases. At ± 90 °, the emitted light intensity is the smallest. On the other hand, the first-order diffracted light has the smallest emission light intensity near the polarization axis angle of 0 °, gradually increases as the polarization axis goes to ± 90 °, and has the highest emission light intensity at the polarization axis angle of ± 90 °. It is getting bigger. The combined value of the output light intensity of the 0th-order diffracted light and the output light intensity of the 1st-order diffracted light is substantially constant in the range of -90 ° to + 90 °, as shown by the one-dot chain line in FIG. For these reasons, when a fluorescent lamp or LED that emits light without bias is used as a light source, most of the polarized light components included in the fluorescent lamp or the LED having an electric field oscillating surface orthogonal to the longitudinal direction of the fine protrusions are included in the polarized light components. It is known that the first-order diffracted light is converted to the first-order diffracted light by the diffraction effect of the fine projections, and most of the polarized light components having an electric field oscillation plane parallel to the longitudinal direction of the fine projections are converted to the 0th-order diffracted light by the diffraction action of the fine projections. That is, from the experimental results, it is understood that the rough surface pattern 13 composed of the fine projections 14 formed on the reflection surface 8 of the light guide 2 causes a diffraction phenomenon and exhibits a deflection / separation function.
[0027]
If the pitch size of the adjacent fine protrusions 14 is sufficiently large compared to the wavelength of the incident light, a geometrical optic refraction phenomenon occurs. On the other hand, when the pitch size of the adjacent fine protrusions 14 is substantially the same as the wavelength of the incident light as in the present embodiment, the wave properties of light appear strongly instead of the geometrical optic reflection and refraction phenomenon. It is known that a diffraction phenomenon occurs. That is, in the present embodiment, the rough surface pattern 13 functions as a reflection type diffraction grating.
[0028]
Therefore, in the present embodiment, in order to obtain emitted light that can be effectively used as illumination light, an optimal rough surface pattern 13 is determined as follows. That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the first-order diffracted light (first specific polarized light (P component polarized light or S component polarized light)) 15 polarized and separated by the rough surface pattern 13 is emitted from the emission surface 6. The pitch dimension of the adjacent

fine protrusions

14, 14 of the rough surface pattern 13 is determined so that the light is emitted almost in the normal direction.
[0029]
Here, how to determine the pitch dimension of the fine projections 14 will be described with reference to FIG. 6, which schematically illustrates the fine projections 14 of the rough surface pattern 13.
[0030]
First, when focusing on the first-order diffracted light, the equation for the diffraction grating is expressed as shown in the following equation (Equation 1) inside the light guide 2 having the refractive index n.
(Equation 1)

[0031]
In the above equation, the case where the primary diffracted light exits in the normal direction of the exit surface 6 of the light guide 2 is when (θout) is 0 °. Therefore, when (θout) = 0 ° is substituted into the above equation, the absolute value of d can be obtained as in the following equation (Equation 2).
(Equation 2)

[0032]
Here, in FIG. 6, the angle (refractive angle) θ ′ of the light incident on the inside of the light guide 2 does not exceed the critical angle (θc) of the light guide 2, so that the incident angle with respect to the reflection surface 8. (Θin) is in an angle range as shown by the following equation (Equation 3).
[Equation 3]

[0033]
Therefore, the pitch dimension (d) between the fine protrusions 14 can be obtained from the equations (2) and (3) as follows. That is, in the present embodiment, the optimal value of the dimension d between the fine protrusions 14 within the range of the following equation (Equation 4) is determined.
(Equation 4)

[0034]
(light source)
As shown in FIGS. 1 and 2, the light source 4 is a fluorescent lamp (linear light source), and is arranged to face the incident surface 3 of the light guide 2. The light emitted from the light source 4 is non-polarized light. However, as described above, the light is polarized and separated by the rough surface pattern 13 of the light guide 2, and a specific polarization component is emitted from the emission surface 6 of the light guide 2. I do. In addition, the light source 4 is not limited to a fluorescent lamp, and a point light source such as a light emitting diode may be used.
[0035]
(Reflector)
As shown in FIGS. 1 and 2, the reflector 5 is formed by mixing a sheet formed by mixing a white paint with a resin material having excellent light reflectivity such as polyethylene terephthalate (PET) so as to surround a light source (cross section substantially U). The light source is formed in a shape in which the front end opening is in close contact with the upper end edge (outgoing surface side edge) 3a and the lower end edge (reflecting surface side edge) 3b of the light incident surface 3 of the light guide 2. The light from the light guide 4 is reflected and guided to the incident surface 3 of the light guide 2. Further, the reflector 5 is not limited to a resin material, and may be formed by bending a metal such as a stainless steel thin plate and forming a vapor deposition film of silver on a surface facing the light source 4.
[0036]
(Reflective sheet)
As shown in FIGS. 1 and 2, the reflection sheet 10 is a white resin sheet (for example, a PET sheet) having excellent light reflectivity, and has substantially the same shape (rectangular shape) as the reflection surface 8 of the light guide 2. ), The light emitted from the reflection surface 8 of the light guide 2 is reflected and returned to the inside of the light guide 2 to enable the light from the light source 4 to be used effectively. In addition, this reflection sheet 10 rotates the polarization plane of light almost completely at random.
[0037]
(Liquid crystal display panel)
On the light guide 2 side of the liquid crystal display element 7a in which liquid crystal is sealed between glass plates, a first polarizing plate 7b that transmits light of a specific polarization component emitted from the emission surface 6 of the light guide 2 is arranged. I have. On the emission surface side of the liquid crystal display element 7a (the surface side opposite to the surface on the light guide 2 side), light passing through the liquid crystal display element 7a has a vibration direction twisted by 90 °. A second polarizing plate 7c that allows transmission is provided.
[0038]
(Operation and effect of the present embodiment)
When the light from the light source 4 incident from the incident surface 3 of the light guide 2 reaches the reflection surface 8 of the light guide 2, the light is polarized and separated by the rough surface pattern 13 having the polarization separation function (the first specification). The polarized light 15) exits from the exit surface 6 of the light guide 2 substantially in the normal direction. The light emitted from the reflection surface 8 of the light guide 2 is reflected by the reflection sheet 10 and then reenters the light guide 2 from the reflection surface 8 and propagates inside the light guide 2. Then, in the process of propagating the light inside the light guide 2, the light (first specific polarized light 15) that has been polarized and separated by the rough surface pattern 13 is emitted from the emission surface 6 of the light guide 2.
[0039]
According to the present embodiment as described above, the rough surface pattern 13 having the polarization separation function is formed on the reflection surface 8 of the light guide 2, and the light of the specific polarization component polarized and separated by the rough surface pattern 13 is formed. The (first specific polarized light 15) exits from the exit surface 6 of the light guide 2. As a result, in the present embodiment, it is not necessary to dispose the light control sheet so as to face the light exit surface 6 side of the light guide 2, the number of parts can be reduced, and the product cost can be reduced. The thickness of the surface light source device 11 and the image display device 1 can be reduced.
[0040]
Further, in the present embodiment, light (first specific polarized light) 15 having a specific polarization component can be emitted from the emission surface 6 of the light guide 2, and the first specific polarized light 15 is transmitted to the liquid crystal display panel 7. By adjusting to the light transmission direction of the polarizing plate 7b, the amount of light absorbed by the polarizing plate 7b can be reduced, and the liquid crystal display element 7a can be efficiently illuminated with high luminance.
[0041]
Further, in the present embodiment, the rough surface pattern 13 composed of the fine projections 14 is formed only on the reflection surface 8 side of the light guide 2, and the light of the specific polarization component (the Since one specific polarized light 15) can be emitted, it is not necessary to form a light diffusing means on the emission surface 6 side, and the processing cost of the light guide 2 can be reduced.
[0042]
Further, in the present embodiment, a plurality of rough surface patterns 13 exhibiting a polarization separation function are formed on the reflection surface 8 of the light guide 2, and the fine protrusions 14 are arranged in the width direction of the reflection surface 8 (incident direction). The direction in which the fine protrusions 14 extend along the width direction of the reflection surface 8 can be shortened, instead of extending over the entire area (in a direction parallel to the surface 3), so that the light guide 2 can be easily processed. Become.
[0043]
In the present embodiment, the formation density of the rough surface pattern 13 may be appropriately changed according to the distance from the light source 4 and the like.
[0044]
Further, the present embodiment has exemplified the mode in which the light exit surface 6 and the reflection surface 8 of the light guide 2 are formed in parallel, but the present invention is not limited to this, and the plate thickness increases as the distance from the incident surface 3 increases. Can also be applied to a light guide formed in a substantially wedge-shaped cross-section so that is gradually reduced.
[0045]
[Second embodiment]
4 and 5 show an image display device 1 according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is an exploded perspective view of the image display device 1 according to the present embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view of the image display device 1 according to the present embodiment, which is a view cut along line BB in FIG. In the image display device 1 according to the present embodiment, the same components as those in the image display device 1 according to the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the same components as those in the above-described first embodiment are used. A description overlapping with the description will be omitted.
[0046]
In the image display device of the present embodiment, a １／ wavelength body 16 that transmits light is arranged on the side surface 12 of the light guide 2 opposite to the incident surface 3, that is, on the side surface 12 facing the incident surface 3. The reflector 17 is arranged so as to be in close contact with the outside of the 波長 wavelength body 16.
[0047]
Among them, the 波長 wavelength body 16 is a thin transparent plate formed to a thickness of about several tens of microns, and is obtained by uniaxially stretching polycarbonate (PC) or polysulfone-based resin and molecularly orienting it. . As the reflector 17, a mirror plate obtained by depositing silver or aluminum on a thin plate of a synthetic resin to form a mirror plate, a mirror plate obtained by depositing silver on a reflective surface of a stainless steel plate, or the like is used.
[0048]
According to the present embodiment configured as described above, of the light incident from the incident surface 3 of the light guide 2, the light propagates inside the light guide 2 and passes from the side surface 12 opposite to the incident surface 3. The emitted light of the specific polarization (the second specific polarization having a polarization plane orthogonal to the polarization plane of the first specific polarization emitted from the emission surface of the light guide) passes through the 波長 wavelength body 16. At this time, the phase in the vibration direction is shifted by π / 4 due to the birefringence phenomenon, and the plane of polarization is converted into elliptically polarized light that rotates with time, and then reflected by the reflector 17.
[0049]
The light reflected by the reflector 17 passes through the quarter-wave body 16 again, and when passing through the quarter-wave body 16, its vibration direction phase is π / 4 shifts. As a result, the light that passes through the quarter-wave body 16 and re-enters the light guide 2 is linearly polarized light having a polarization plane orthogonal to the polarization plane of the linearly-polarized light that first enters the quarter-wave body 16. It is. That is, the linearly polarized light that has reentered the light guide 2 is the first specific polarized light 15 described above. Accordingly, the linearly polarized light re-entering the light guide 2 is polarized and separated by the rough surface pattern 13 having a polarization separation function in the process of propagating in the light guide 2, and is easily emitted from the emission surface 6, and The emission efficiency of the first specific polarized light 15 from the light body 2 can be increased, and the light amount of the first specific polarized light 15 emitted from the emission surface 6 of the light guide 2 can be increased.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the rough surface pattern of the fine projections is formed only on the reflection surface (surface opposite to the emission surface) side of the light guide, and the specific polarization component polarized and separated only by the rough surface pattern is used. , It is not necessary to form a light diffusing means on the exit surface side, the processing cost of the light guide can be reduced, the surface light source device using the light guide and the image display The product price of the device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an image display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the image display device taken along line AA of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a specific polarization component of incident light is emitted from a light guide.
FIG. 4 is an exploded perspective view of an image display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the image display device taken along a line BB in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram illustrating a method for determining a dimension d between fine protrusions.
FIG. 7 is a view showing an experimental result of function measurement of a rough surface pattern.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image display apparatus, 2 ... Light guide, 3 ... Incident surface (side surface), 4 ... Light source, 6 ... Emission surface, 7 ... Liquid crystal display panel, 8 ... Reflection surface (Emission surface 11 ... surface light source device, 12 ... side surface (side surface 3 and opposite side), 13 ... rough surface pattern, 14 ... fine protrusion, 16 ... 1/4 wavelength body, 17 …… Reflector

Claims

In a surface light source device configured to arrange a light source on a side surface side of a light guide, and to emit light from the light source into the light guide, and then emit the light from the emission surface of the light guide,
On the surface of the light guide opposite to the exit surface, a rough surface pattern composed of fine projections having a polarization separation function is formed, and light separated by the rough surface pattern having the polarization separation function is guided by the light guide. A surface light source device, which emits light from an exit surface of the light source.

A １／ wavelength body that transmits light and a reflector that reflects light that has passed through the 波長 wavelength body are closely attached to a side surface of the light guide opposite to the side surface on which the light source is disposed. The surface light source device according to claim 1, wherein the surface light source device is arranged.

An image, comprising: the surface light source device according to claim 1; and a liquid crystal display panel in which a polarizing plate that transmits light emitted from the surface light source device is disposed on the surface light source device side. Display device.

An image display device comprising: the surface light source device according to claim 1; and an illuminated member that is illuminated with light emitted from the surface light source device.

In a light guide configured to emit light from a light emission surface after introducing light from a light source disposed on a side surface side into the inside,
On the surface on the side opposite to the emission surface, a rough surface pattern composed of fine protrusions having a polarization separation function is formed, and light polarized and separated by the rough surface pattern having the polarization separation function is emitted from the emission surface. A light guide characterized by:

A １／ wavelength body that transmits light and a reflector that reflects light transmitted through the 波長 wavelength body are closely arranged on the side surface opposite to the side surface on which the light source is arranged. The light guide according to claim 5, characterized in that: