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JP2010062037A - Back light unit, and liquid crystal display - Google Patents

Back light unit, and liquid crystal display Download PDF

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JP2010062037A
JP2010062037A JP2008227428A JP2008227428A JP2010062037A JP 2010062037 A JP2010062037 A JP 2010062037A JP 2008227428 A JP2008227428 A JP 2008227428A JP 2008227428 A JP2008227428 A JP 2008227428A JP 2010062037 A JP2010062037 A JP 2010062037A
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JP
Japan
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light
angle
backlight unit
light guide
guide plate
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Withdrawn
Application number
JP2008227428A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Shigeta
博昭 重田
Yuji Yashiro
有史 八代
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2008227428A priority Critical patent/JP2010062037A/en
Publication of JP2010062037A publication Critical patent/JP2010062037A/en
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Abstract

【課題】集光レンズアレイのような別部材を用いることなく、カラーフィルタを省略可能なバックライトユニット、および、それを搭載する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】導光板の天面11Uにて、J方向に交互に並ぶ3個の格子片群13gr.Gr.B,13G,13Rは、互いに異なる波長域の光に対応しており、各格子片群13gr.Gr.B,13G,13Rは、対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって入射する光だけを、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させており、導光板11の底面11Bには、上記の戻るように回折反射する光を、天面11Uに向けて反射させるプリズム15が形成される。
【選択図】図1
Provided are a backlight unit in which a color filter can be omitted without using a separate member such as a condenser lens array, and a liquid crystal display device on which the backlight unit is mounted.
Three grating pieces groups 13gr.Gr.B, 13G, and 13R alternately arranged in the J direction on the top surface 11U of the light guide plate correspond to light of different wavelength ranges, and each grating The pieces 13gr.Gr.B, 13G, and 13R are diffracted and reflected so as to return only the incident light with an incident angle in a specific range to the side where the light travels in the corresponding specific wavelength region. In addition, a prism 15 is formed on the bottom surface 11B of the light guide plate 11 to reflect the light that is diffracted and reflected back toward the top surface 11U.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、液晶表示パネル等に対して光を供給するバックライトユニット、およびそのバックライトユニットを搭載する液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a backlight unit that supplies light to a liquid crystal display panel or the like, and a liquid crystal display device that includes the backlight unit.

従来、カラー表示可能な液晶表示装置は、複数色のカラーパッチを含むカラーフィルタを液晶表示パネルに搭載させることが多い。このようになっていると、白色光がカラーフィルタを通過することで、その白色光の一部の光のみ(例えば、赤色光、緑色光、青色光の各々)が液晶表示パネルの所望位置に到達し、カラー表示が可能になる。ただし、このようなカラー表示の場合、カラーフィルタを透過する光の色成分は1色である。そのため、他色成分の光は無駄になってしまう。   Conventionally, liquid crystal display devices capable of color display often have a color filter including a plurality of color patches mounted on a liquid crystal display panel. In this case, when white light passes through the color filter, only a part of the white light (for example, red light, green light, and blue light) is placed at a desired position on the liquid crystal display panel. And color display becomes possible. However, in the case of such color display, the color component of the light transmitted through the color filter is one color. For this reason, light of other color components is wasted.

このような光の無駄(損失)を防ぐべく、特許文献1の液晶表示装置は、図10に示すように、液晶表示パネル159と、その液晶表示パネル159に対して光を供給するバックライトユニット149の導光板111との間に、回折格子(体積ホログラム)171と集光レンズアレイ172とを介在させる(なお、図中のR、G、Bは赤色、緑色、青色を意味する)。詳説すると、導光板111の光出射面(天面)111Uに回折格子171が位置し、その回折格子171を覆うように、集光レンズアレイ172が位置する。   In order to prevent such waste (loss) of light, the liquid crystal display device of Patent Document 1 includes a liquid crystal display panel 159 and a backlight unit that supplies light to the liquid crystal display panel 159 as shown in FIG. A diffraction grating (volume hologram) 171 and a condenser lens array 172 are interposed between the light guide plate 111 of 149 (note that R, G, and B in the figure mean red, green, and blue). More specifically, the diffraction grating 171 is positioned on the light emitting surface (top surface) 111U of the light guide plate 111, and the condenser lens array 172 is positioned so as to cover the diffraction grating 171.

このような液晶表示装置169では、回折格子171は、自身に到達する白色光を、赤色光、緑色光、青色光に分けて、各々異なる方向に回折透過させる。そして、このように分かれて進行する光は、集光レンズアレイ172によって集光され、液晶表示パネル159の所望の位置に到達する。そのため、この液晶表示装置169では、カラーフィルタを含まなくとも、カラー表示が可能になる。
特開平10−253955号公報
In such a liquid crystal display device 169, the diffraction grating 171 separates the white light reaching itself into red light, green light, and blue light, and diffracts and transmits them in different directions. The light traveling in such a manner is condensed by the condenser lens array 172 and reaches a desired position of the liquid crystal display panel 159. Therefore, the liquid crystal display device 169 can perform color display without including a color filter.
JP-A-10-253955

しかしながら、回折格子171によって分離された各光が、集光レンズアレイ172で集光されて液晶表示パネル159に到達する場合、以下のような理由から種々問題が起きる。   However, when each light separated by the diffraction grating 171 is condensed by the condenser lens array 172 and reaches the liquid crystal display panel 159, various problems occur for the following reasons.

通常、液晶表示パネル159と導光板111との間は比較的短いので、集光レンズアレイ172から液晶表示パネル159までに存在することになる焦点距離も短くなければならない。そのためには、集光レンズアレイ172が、ハイパワー(高い屈折力)を有するか、厚みを増さざるを得ない。すると、ハイパワーを発揮可能な樹脂で集光レンズアレイ172が形成されると、コスト増加が生じ、厚みを増した集光レンズアレイ172を使用すると、バックライトユニット149、ひいては液晶表示装置169の厚みが増加する。   Usually, since the distance between the liquid crystal display panel 159 and the light guide plate 111 is relatively short, the focal length that will exist from the condenser lens array 172 to the liquid crystal display panel 159 must also be short. For this purpose, the condenser lens array 172 has high power (high refractive power) or has to be increased in thickness. Then, when the condensing lens array 172 is formed of a resin capable of exhibiting high power, the cost is increased. When the condensing lens array 172 having an increased thickness is used, the backlight unit 149 and, consequently, the liquid crystal display device 169 are provided. Thickness increases.

また、集光レンズアレイ172で、回折格子171によって分離された各光を、液晶表示パネル159の所望位置に集光させることは、極めて難しく、集光度合いが十分でなければ、液晶表示パネル159に表示される画像の品質低下も生じる。   In addition, it is extremely difficult to condense each light separated by the diffraction grating 171 at a desired position of the liquid crystal display panel 159 with the condenser lens array 172. If the degree of light collection is not sufficient, the liquid crystal display panel 159 The quality of the image displayed on the screen also deteriorates.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものである。そして、その目的は、集光レンズアレイのような別部材を用いることなく、カラーフィルタを省略可能なバックライトユニット、および、それを搭載する液晶表示装置を提供する。   The present invention has been made to solve the above problems. And the objective provides the backlight unit which can abbreviate | omit a color filter, without using another member like a condensing lens array, and the liquid crystal display device which mounts it.

バックライトユニットは、光源と、光源からの光を受ける受光面、受光面に対向配置する反対面、並びに、受光面および反対面を挟み合う2つの対向面を有する導光板と、を含む。そして、受光面から反対面に至るまでの方向に対して交差する方向を交差方向とすると、そのバックライトユニットでは、導光板の対向面のうちの一方面である天面には、互いに異なる周期で配置される格子片の群を、少なくとも3個含む回折格子が形成され、3個の格子片群は、交差方向に沿って交互に並ぶとともに、互いに異なる波長域の光に対応する。   The backlight unit includes a light source, a light receiving plate that receives light from the light source, an opposite surface that faces the light receiving surface, and a light guide plate that has two opposing surfaces that sandwich the light receiving surface and the opposite surface. Then, if the direction intersecting the direction from the light receiving surface to the opposite surface is the intersecting direction, in the backlight unit, the top surface which is one of the opposing surfaces of the light guide plate has different periods. A diffraction grating including at least three groups of grating pieces arranged in (1) is formed, and the three grating piece groups are alternately arranged along the crossing direction and correspond to light in different wavelength ranges.

さらに、各格子片群は、対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって入射する光だけを、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させており、導光板の対向面のうちの他方面である底面には、上記の戻るように回折反射する光を、天面に向けて反射させる屈折光学素子が形成される。   Furthermore, each grating piece group is diffracted and reflected so as to return only the incident light with an incident angle within a specific range to the side where the light travels, in the corresponding specific wavelength region, A refractive optical element that reflects the light diffracted and reflected back to the top surface is formed on the bottom surface that is the other surface of the opposing surfaces.

このようになっていると、3個の格子片群は、各々、天面にて全反射しない光の一部であり、自身に対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって自身に到達する光を、特定方向に(光の進行してくる側に戻すように)回折反射させる。すると、回折反射する特定波長域毎の光は、比較的高い指向性を有しながら進行することになる。   In this case, each of the three lattice pieces is a part of light that is not totally reflected on the top surface, and is a light having a specific wavelength range corresponding to itself and having an incident angle within a specific range. Is diffracted and reflected in a specific direction (returning to the light traveling side). Then, the light for each specific wavelength range that is diffracted and reflected travels with relatively high directivity.

ただし、3個の格子片群が、導光板の受光面から反対面に至る方向に交差する交差方向に沿って、交互に位置するため、回折反射する光は交差方向にて色分かれする。そして、その色分かれした光が、屈折光学素子により天面に対して、例えば垂直になるように反射されると、その天面に到達する光は、そのまま天面に対して垂直に出射する。   However, since the three lattice piece groups are alternately positioned along the intersecting direction that intersects the direction from the light receiving surface to the opposite surface of the light guide plate, the light that is diffracted and reflected is color-coded in the intersecting direction. When the color-separated light is reflected by the refractive optical element so as to be perpendicular to the top surface, for example, the light reaching the top surface is emitted as it is perpendicular to the top surface.

すると、天面から出射する光は、指向性の高い色分かれした光が出射することになる。すなわち、カラーフィルタおよび集光レンズアレイ等のような別部材を要さずとも、バックライトユニットは、白色光を色分けして進行させられる。その結果、別部材分の厚みだけ、バックライトユニットは薄くなり、さらにはコストダウンも図れる。   Then, as for the light emitted from the top surface, the light having a high directivity is emitted. That is, the backlight unit is allowed to proceed by color-coding white light without requiring separate members such as a color filter and a condenser lens array. As a result, the backlight unit becomes thinner by the thickness of another member, and the cost can be reduced.

なお、以上の3個の格子片群では、光の3原色に合わせて、1つは青色光の波長域に対応する青色光対応格子片群、1つは緑色光の波長域に対応する緑色光対応格子片群、1つは赤色光の波長域に対応する赤色光対応格子片群であると望ましい。   In the above three lattice piece groups, one of the blue light corresponding lattice piece groups corresponding to the wavelength range of blue light and one of the green color corresponding to the wavelength range of green light are matched to the three primary colors of light. It is desirable that one of the light-corresponding lattice piece groups is a red light-corresponding lattice piece group corresponding to the wavelength region of red light.

また、青色光対応格子片群、緑色光対応格子片群、および赤色光対応格子片群が、以下の関係式(M1)を満たすと望ましい。   In addition, it is desirable that the blue light corresponding lattice piece group, the green light corresponding lattice piece group, and the red light corresponding lattice piece group satisfy the following relational expression (M1).

d=λ/(2・nd・sinθ) … 関係式(M1)
ただし、
nd:回折格子を形成する材料が有するd線に対する屈折率
d :各格子片群にて、光を回折させる格子片の配置周期
λ :光の波長
θ :回折格子に入射する光の入射角と、その入射する光による回折反射角とが 一致する場合での角度
である。
d = λ / (2 · nd · sinθ) ... Relational expression (M1)
However,
nd: refractive index with respect to d line of material forming diffraction grating d: arrangement period of grating pieces for diffracting light in each grating piece group λ: wavelength of light θ: incident angle of light incident on diffraction grating The angle when the diffraction reflection angle by the incident light coincides.

なお、格子片の全長が50nm以上1000nm以下であると望ましい。   In addition, it is desirable that the overall length of the lattice piece is 50 nm or more and 1000 nm or less.

その上、以下の関係式(C1)および(C2)が満たされると望ましい。   In addition, it is desirable that the following relational expressions (C1) and (C2) are satisfied.

γ=θ±Δ … 関係式(C1)
γ+2・δA+2・δB=180° … 関係式(C2)
ただし、
Δ(°) : θでの回折反射光の回折効率に対して、0.5倍以上の回折効率を有
する回折反射光を生じさせる角度で、0°<Δ<10°の範囲内の角度
γ(°) : θとΔとの和であり、θでの回折反射光の回折効率に対して、0.5
倍以上の回折効率を有する回折反射光の反射角
δA(°): 屈折光学素子が底面に対して隆起する三角プリズムであり、その三角
プリズムにおける3つの角のうち、底面に接する2つの角で、光源から
離れているほうの角が有する角度
δB(°): 屈折光学素子が底面に対して隆起する三角プリズムであり、その三角
プリズムにおける3つの角のうち、底面に接する2つの角で、光源から
近いほうの角が有する角度
である。
γ = θ ± Δ Relational expression (C1)
γ + 2 · δA + 2 · δB = 180 ° ... Relational expression (C2)
However,
Δ (°): Has a diffraction efficiency of 0.5 times or more than the diffraction efficiency of diffracted reflected light at θ.
Is an angle that generates diffracted reflected light, and is an angle γ (°) in the range of 0 ° <Δ <10 °: the sum of θ and Δ, and 0 for the diffraction efficiency of diffracted reflected light at θ. .5
Reflection angle of diffracted and reflected light having diffraction efficiency more than double δA (°): A triangular prism in which the refractive optical element is raised with respect to the bottom surface.
Out of the three corners of the prism, the two corners that touch the bottom
Angle δB (°) of the distant corner is a triangular prism in which the refractive optical element is raised with respect to the bottom surface, and its triangle
Out of the three corners of the prism, the two corners that touch the bottom
This is the angle that the nearest corner has.

なお、天面に対して垂直な出射光量をできるだけ多く確保すべく、バックライトユニットは、以下の条件(C3)を満たすと望ましい。
δA<5° … 条件(C3)
Note that it is desirable that the backlight unit satisfy the following condition (C3) in order to ensure as much as possible the amount of emitted light perpendicular to the top surface.
δA <5 ° Condition (C3)

ところで、導光板は、単一の屈折率を有する単一材料で形成されているものであってもよい。また、導光板は、屈折率の異なる2層の導光層で形成されており、底面側の第1導光層は、天面側の第2導光層よりも大きな屈折率を有していてもよい。   By the way, the light guide plate may be formed of a single material having a single refractive index. The light guide plate is formed of two light guide layers having different refractive indexes, and the first light guide layer on the bottom side has a higher refractive index than the second light guide layer on the top side. May be.

ただし、2層型の導光板では、第1導光層と第2導光層との境界で全反射が生じることもあり、それを利用して、導光板の天面から出射する光の受光面からの距離が延長しやすくなる。そして、このような延長が生じると、光源近辺の導光板の天面から過度の光量が出射しないことになり、バックライトユニットからの光に光量ムラが生じない。   However, in the two-layer type light guide plate, total reflection may occur at the boundary between the first light guide layer and the second light guide layer, and using this, light reception from the top surface of the light guide plate is received. The distance from the surface can be easily extended. When such an extension occurs, an excessive amount of light is not emitted from the top surface of the light guide plate in the vicinity of the light source, and light amount unevenness does not occur in the light from the backlight unit.

なお、このような光量ムラを抑制するためには、第1導光層と第2導光層との境界で全反射が必要になり、そのためには、受光面と天面との交差角が90°であり導光板に対して光を供給する光源は、以下の関係式(F1)のε1を満たすようになっているとよい。   In order to suppress such unevenness in the amount of light, total reflection is required at the boundary between the first light guide layer and the second light guide layer. For this purpose, the intersection angle between the light receiving surface and the top surface is The light source that is 90 ° and supplies light to the light guide plate may satisfy ε1 in the following relational expression (F1).

ε1<90°−CA … 関係式(F1)
ただし、
ε1:導光板の受光面から進行する光が、その受光面に対して有する出射角
CA:第1導光層と第2導光層との境界面での臨界角
である。
ε1 <90 ° -CA ... Relational expression (F1)
However,
ε1: The outgoing angle of light traveling from the light receiving surface of the light guide plate with respect to the light receiving surface CA: the critical angle at the boundary surface between the first light guide layer and the second light guide layer.

なお、以上のようなバックライトユニットと、バックライトユニットからの光を透過させるカラーフィルタを有する液晶表示パネルと、を含む液晶表示装置も本発明といえる。   Note that a liquid crystal display device including the backlight unit as described above and a liquid crystal display panel having a color filter that transmits light from the backlight unit can be said to be the present invention.

さらに、そのような液晶表示装置にあって、導光板の天面に重なる液晶表示パネルのカラーフィルタでは、互いに異なる波長域の光を透過させる3種類のカラーパッチが含まれており、カラーパッチが、透過させる光の波長域と同じ波長域に対応する格子片群に重なると望ましい。このようになっていると、カラーパッチは、不要な光を吸収しなくてもよくなり、バックライトユニットからの光が有効利用されるためである。   Furthermore, in such a liquid crystal display device, the color filter of the liquid crystal display panel that overlaps the top surface of the light guide plate includes three types of color patches that transmit light in different wavelength ranges. It is desirable to overlap the lattice piece group corresponding to the same wavelength range as the wavelength range of the light to be transmitted. This is because the color patch does not need to absorb unnecessary light, and the light from the backlight unit is effectively used.

本発明のバックライトユニットによれば、導光板の天面から出射する光が、天面の回折格子による回折反射光が底面の屈折光学素子による誘導で、比較的高い指向性を有しつつ色分かれする。そのため、このバックライトユニットは、白色光を色分けするようなカラーフィルタ、および集光性を高める集光レンズアレイのような別部材を要さない。その結果、別部材分の厚みおよびコストが削減される。   According to the backlight unit of the present invention, the light emitted from the top surface of the light guide plate is colored while having a relatively high directivity by diffracted reflected light from the diffraction grating on the top surface guided by the refractive optical element on the bottom surface. Divide. Therefore, this backlight unit does not require a separate member such as a color filter for color-coding white light and a condensing lens array for enhancing light condensing performance. As a result, the thickness and cost for another member are reduced.

[実施の形態1]
実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面上での黒丸は紙面に対し垂直方向を意味する。さらに、光路を示す線は、便宜上重ならないように図示する。
[Embodiment 1]
The following describes one embodiment with reference to the drawings. For convenience, hatching, member codes, and the like may be omitted, but in such a case, other drawings are referred to. Moreover, the black circle on the drawing means a direction perpendicular to the paper surface. Further, the lines indicating the optical paths are illustrated so as not to overlap for convenience.

図2は液晶表示装置69の分解斜視図である。この図に示すように、液晶表示装置69は、液晶表示パネル59とバックライトユニット49とを含む。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the liquid crystal display device 69. As shown in this figure, the liquid crystal display device 69 includes a liquid crystal display panel 59 and a backlight unit 49.

液晶表示パネル59は、TFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子を含むアクティブマトリックス基板51と、このアクティブマトリックス基板51に対向する対向基板52とをシール材(不図示)で貼り合わせる。そして、両基板51・52の隙間に液晶(不図示)が注入される(なお、アクティブマトリックス基板51および対向基板52を挟むように、偏光フィルム53・53が取り付けられる)。   In the liquid crystal display panel 59, an active matrix substrate 51 including a switching element such as a TFT (Thin Film Transistor) and an opposing substrate 52 facing the active matrix substrate 51 are bonded together with a sealant (not shown). Then, liquid crystal (not shown) is injected into the gap between the substrates 51 and 52 (note that the polarizing films 53 and 53 are attached so as to sandwich the active matrix substrate 51 and the counter substrate 52).

この液晶表示パネル59は非発光型の表示パネルなので、バックライトユニット49からの光(バックライト光)を受光することで表示機能を発揮する。そのため、バックライトユニット49からの光が液晶表示パネル59の全面を均一に照射できれば、液晶表示パネル59の表示品位が向上する。   Since the liquid crystal display panel 59 is a non-light-emitting display panel, the display function is exhibited by receiving light (backlight light) from the backlight unit 49. Therefore, if the light from the backlight unit 49 can uniformly irradiate the entire surface of the liquid crystal display panel 59, the display quality of the liquid crystal display panel 59 is improved.

バックライトユニット49は、LEDモジュール(光源モジュール)MJ、導光板11、および反射シート42を含む。   The backlight unit 49 includes an LED module (light source module) MJ, the light guide plate 11, and the reflection sheet 42.

LEDモジュールMJは光を発するモジュールであり、実装基板21と、実装基板21の実装面に形成された電極に実装されることで電流の供給を受け、光を発するLED(Light Emitting Diode)22と、を含む。   The LED module MJ is a module that emits light. An LED (Light Emitting Diode) 22 that emits light by being supplied with a current by being mounted on an electrode formed on the mounting surface of the mounting substrate 21 and the mounting substrate 21. ,including.

また、LEDモジュールMJは、光量確保のために、発光素子であるLED(点状光源)22を複数含むと望ましく、さらに、LED22を列状に並列させると望ましい。ただし、図面では便宜上、一部のLED22のみが示されているにすぎない(なお、以降では、LED22の並ぶ方向をJ方向とも称する)。   Further, the LED module MJ preferably includes a plurality of LEDs (point light sources) 22 that are light emitting elements in order to secure the amount of light, and more preferably, the LEDs 22 are arranged in a line. However, for the sake of convenience, only a part of the LEDs 22 is shown in the drawing (hereinafter, the direction in which the LEDs 22 are arranged is also referred to as a J direction).

導光板11は、側面11Sと、この側面11Sを挟持するように対向して位置する天面11U(対向面の一方面)および底面11B(対向面の他方面)とを有する板状部材である。そして、側面11Sの一面(受光面11Sa)は、LED22の発光端に面することで、LED22からの光を受光する。受光された光は、導光板11の内部で多重反射され、面状光として天面(出射面)11Uから外部に向けて出射する。   The light guide plate 11 is a plate-like member having a side surface 11S and a top surface 11U (one surface of the facing surface) and a bottom surface 11B (the other surface of the facing surface) that are positioned so as to sandwich the side surface 11S. . And one surface (light-receiving surface 11Sa) of the side surface 11S receives the light from the LED 22 by facing the light emitting end of the LED 22. The received light is multiple-reflected inside the light guide plate 11 and is emitted outward from the top surface (exit surface) 11U as planar light.

なお、以降では、受光面11Saに対して対向する側面11Sを反対面11Sbとし、受光面11Saから反対面11Sbに至る方向をK方向と称する{特に、このK方向は、J方向(交差方向)に対して交差する(例えば、直交する)}。また、さらなる導光板11の詳細については、後述する。   In the following, the side surface 11S facing the light receiving surface 11Sa will be referred to as the opposite surface 11Sb, and the direction from the light receiving surface 11Sa to the opposite surface 11Sb will be referred to as the K direction {particularly, this K direction is the J direction (crossing direction). Intersect (eg, orthogonal)}. Details of the light guide plate 11 will be described later.

反射シート42は、導光板11によって覆われるように位置する。そして、導光板11の底面11Bに面する反射シート42の一面が反射面になる。そのため、この反射面が、LED22からの光および導光板11内部を伝播する光を、漏洩させることなく導光板11に(詳説すると、導光板11の底面11Bを通じて)戻すように反射させる。   The reflection sheet 42 is positioned so as to be covered by the light guide plate 11. Then, one surface of the reflection sheet 42 facing the bottom surface 11B of the light guide plate 11 becomes a reflection surface. Therefore, the reflection surface reflects the light from the LED 22 and the light propagating through the light guide plate 11 back to the light guide plate 11 (more specifically, through the bottom surface 11B of the light guide plate 11) without leaking.

なお、以上のようなバックライトユニット49では、反射シート42および導光板11は、この順で積み重なる(なお、この積み重なる方向をL方向と称する。また、J方向、K方向、L方向は、互いに直交する関係であると望ましい)。そして、LED22からの光は導光板11によって面状光(バックライト光)になって出射し、その面状光は液晶表示パネル59に到達し、その面状光によって、液晶表示パネル59は画像を表示させる。   In the backlight unit 49 as described above, the reflection sheet 42 and the light guide plate 11 are stacked in this order (the stacking direction is referred to as the L direction. The J direction, the K direction, and the L direction are mutually connected. It is desirable that the relationship be orthogonal. The light from the LED 22 is emitted as planar light (backlight) by the light guide plate 11, and the planar light reaches the liquid crystal display panel 59, and the liquid crystal display panel 59 is imaged by the planar light. Is displayed.

ここで、バックライトユニット49の導光板11について、図1A〜図1C、図2、および図3A・図3Bを用いて詳説する。図1A、図1B、および図1Cは、図2に示されるバックライトユニット49のA−A’線矢視断面図、B−B’線矢視断面図、およびC−C’線矢視断面図である(なお、図3Aにも、3本の断面線を図示する)。また、これら図1A〜図1Cにおける白色矢印は白色光、破線矢印は−1次回折反射光、一点鎖線矢印は全反射光を意味する(なお、矢印に付される符号W・B・G・Rは、白色光・青色光・緑色光・赤色光を意味する)。   Here, the light guide plate 11 of the backlight unit 49 will be described in detail with reference to FIGS. 1A to 1C, FIG. 2, and FIGS. 3A and 3B. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C are cross-sectional views of the backlight unit 49 shown in FIG. 2 along the line AA ′, the cross-section along the line BB ′, and the cross-section along the line CC ′. FIG. 3 is a diagram (three cross-sectional lines are also shown in FIG. 3A). 1A to 1C, white arrows indicate white light, broken arrows indicate -1st-order diffracted reflected light, and alternate long and short dash arrows indicate total reflected light (note that reference symbols W, B, G, R means white light, blue light, green light, red light).

また、図3Aは図2に示されるバックライトユニット49の導光板11の天面11UとLED22とを示す平面図であり、図3Bは図2に示されるバックライトユニット49の導光板11の底面11BとLED22とを示す平面図である。   3A is a plan view showing the top surface 11U of the light guide plate 11 and the LED 22 of the backlight unit 49 shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a bottom view of the light guide plate 11 of the backlight unit 49 shown in FIG. It is a top view which shows 11B and LED22.

導光板11は、例えばポリカーボネート(屈折率nd:1.59)で形成されており、天面11Uに、図1A〜図1Cに示すように、格子片13を密集させた回折格子DGを含む。この回折格子DGは、既知のRCWA法(厳密結合波理論)と以下の関係式(M0)とに基づいて設計され、比較的高い光強度の回折反射光(−1次回折反射光)を生じさせる。   The light guide plate 11 is made of, for example, polycarbonate (refractive index nd: 1.59), and includes a diffraction grating DG in which grating pieces 13 are densely arranged on the top surface 11U as shown in FIGS. 1A to 1C. This diffraction grating DG is designed based on the known RCWA method (strict coupling wave theory) and the following relational expression (M0), and generates diffracted reflected light (-1st order diffracted reflected light) with relatively high light intensity. Let

n2・sinθ2=n1・sinθ1+m・λ/d …(M0)
ただし、
n1 :天面11Uに対する入射側の媒質が有する屈折率
θ1(°) :天面11Uに入射する光がその天面11Uに対して有する角度(入射角)
n2 :天面11Uに対する出射側の媒質が有する屈折率
θ2(°) :天面11Uで反射する光がその天面11Uに対して有する角度(反射角)
d(nm):回折格子DGの周期間隔
X :回折次数
λ(nm):光の波長
である(なお、θ1,θ2は、K方向およびL方向で規定されるKL面内方向で計測される角度として考えると、理解が容易になる)。
n2 · sinθ2 = n1 · sinθ1 + m · λ / d (M0)
However,
n1: Refractive index of the medium on the incident side with respect to the top surface 11U θ1 (°): Angle (incident angle) of light incident on the top surface 11U with respect to the top surface 11U
n2: Refractive index of medium on the exit side with respect to the top surface 11U θ2 (°): Angle (reflection angle) of light reflected by the top surface 11U with respect to the top surface 11U
d (nm): Period interval of the diffraction grating DG
X: diffraction order λ (nm): wavelength of light (note that θ1, θ2 are easy to understand when considered as angles measured in the KL in-plane direction defined by the K direction and the L direction) .

なお、天面11Uに対する入射側と出射側とが、導光板11である場合には、関係式(M0)は以下の関係式(M0’)のように表現できる。
n1・sinθ2=n1・sinθ1+m・λ/d …(M0’)
When the incident side and the emission side with respect to the top surface 11U are the light guide plate 11, the relational expression (M0) can be expressed as the following relational expression (M0 ′).
n1 · sinθ2 = n1 · sinθ1 + m · λ / d (M0 ')

回折格子DGを詳説すると、以下の通りである。設計された回折格子DGは、直方体状(ブロック状)の格子片13を複数含み、それら格子片13は導光板11の天面11Uに位置する。そして、この格子片13は、種々の周期d(ピッチ、配置周期)で配置される。   A detailed description of the diffraction grating DG is as follows. The designed diffraction grating DG includes a plurality of rectangular parallelepiped (block-shaped) grating pieces 13, and these grating pieces 13 are located on the top surface 11 U of the light guide plate 11. The lattice pieces 13 are arranged at various periods d (pitch, arrangement period).

一例を挙げると、図1Aに示すように170nmの周期dBで密集する格子片13、図1Bに示すように200nmの周期dGで密集する格子片13、図1Cに示すように230nmの周期dRで密集する格子片13が挙げられる。すなわち、導光板11の天面11Uでは、3種類の周期d(dB,dG,dR)で格子片13は配置される。   For example, as shown in FIG. 1A, lattice pieces 13 densely packed with a period dB of 170 nm, as shown in FIG. 1B, lattice pieces 13 densely packed with a period dG of 200 nm, and with a period dR of 230 nm as shown in FIG. 1C. A dense lattice piece 13 can be mentioned. That is, on the top surface 11U of the light guide plate 11, the lattice pieces 13 are arranged with three types of periods d (dB, dG, dR).

そして、周期d(dB,dG,dR)毎で配置される格子片13は、密集するので格子片群13gr(13gr.B,13gr.G,13gr.R)といえ、さらに、異なる周期で配置される格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rの集まりで、1つのパッチPHが形成される(図2および図3A参照、なお、四角状のパッチサイズは10μm×10μm程度)。なお、この格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rは、J方向に沿って交互に並んでおり、各格子片13の全長(格子片13の根元から先端までの距離)は、300nmである。   Further, since the lattice pieces 13 arranged at every period d (dB, dG, dR) are densely packed, they can be referred to as a lattice piece group 13gr (13gr.B, 13gr.G, 13gr.R), and are arranged at different periods. One patch PH is formed by gathering the lattice piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R (see FIG. 2 and FIG. 3A, and the square patch size is about 10 μm × 10 μm). The grid piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R are alternately arranged along the J direction, and the total length of each grid piece 13 (the distance from the root to the tip of the grid piece 13) is 300 nm.

そして、このような回折格子DGのパッチPHの集まる天面11Uに対して、青色光(波長470nm程度)、緑色光(波長550nm程度)、赤色光(波長620nm程度)の光が、60°程度の入射角(θ1)で入射すると、それらの光は回折格子DGにて回折反射して回折反射光となり、入射角と同じ60°程度の反射角(θ2)を有する。ただし、その回折反射光は、回折格子DGに向かって進行してくる側に戻るように進行する。すなわち、回折格子DGは、自身に到達する光の一部(特定範囲の入射角をもって入射する光)を、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させる。   The light of blue light (wavelength of about 470 nm), green light (wavelength of about 550 nm), and red light (wavelength of about 620 nm) is about 60 ° with respect to the top surface 11U where the patches PH of the diffraction grating DG gather. When the light is incident at the incident angle (θ1), the light is diffracted and reflected by the diffraction grating DG to become diffracted reflected light, and has a reflection angle (θ2) of about 60 ° which is the same as the incident angle. However, the diffracted and reflected light travels back to the side traveling toward the diffraction grating DG. That is, the diffraction grating DG diffracts and reflects part of the light that reaches itself (light that enters with a specific range of incident angles) so as to return to the side where the light travels.

このような回折反射の結果を示したものが、図4A〜図6Cである。これらの図では、極座標の中心が、天面11Uに位置する回折格子DGへの光の入射点を意味し、角度は、その入射点から反射する光が有する天面11Uに対する反射角を意味する。なお、角度は、便宜上、LED22から離れるように進行(前方進行)する光の反射角を“+”で示し、LED22に近づくように進行(後方進行)する光の反射角を“−”で示す。また、●ドットは全反射する光を意味し、▲ドットは−1次回折反射光を意味する。   FIG. 4A to FIG. 6C show the results of such diffraction reflection. In these figures, the polar coordinate center means the incident point of light to the diffraction grating DG located on the top surface 11U, and the angle means the reflection angle of the light reflected from the incident point with respect to the top surface 11U. . For the sake of convenience, the reflection angle of light that travels (forwards forward) away from the LED 22 is indicated by “+”, and the reflection angle of light that travels (rearward travels) closer to the LED 22 is indicated by “−”. . The dot represents the totally reflected light, and the dot represents the −1st order diffracted reflected light.

そして、図4A〜図6Cにおいて、図4A〜図4Cは、青色光(波長470nm)が、回折格子DGに到達した場合に生じる光の挙動を示し、図5A〜図5Cは、緑色光(波長550nm)が、回折格子DGに到達した場合に生じる光の挙動を示し、図6A〜図6Cは、赤色光(波長620nm)が、回折格子DGに到達した場合に生じる光の挙動を示す。   4A to FIG. 6C show the behavior of light that occurs when blue light (wavelength 470 nm) reaches the diffraction grating DG, and FIGS. 5A to 5C show green light (wavelength 550 nm) shows the behavior of light that occurs when it reaches the diffraction grating DG, and FIGS. 6A to 6C show the behavior of light that occurs when red light (wavelength 620 nm) reaches the diffraction grating DG.

また、図4A・図5A・図6Aは、周期(配置周期dB:170nm)で配置された格子片群13gr.Bに到達した場合に生じる光の挙動を示し、図4B・図5B・図6Bは、周期(配置周期dG:200nm)で配置された格子片群13gr.Gに到達した場合に生じる光の挙動を示し、図4C・図5C・図6Cは、周期(配置周期dR:230nm)で配置された格子片群13gr.Rに到達した場合に生じる光の挙動を示す。   4A, FIG. 5A, and FIG. 6A show the behavior of light that occurs when the lattice piece group 13gr.B arranged at a period (arrangement period dB: 170 nm) is reached, and FIG. 4B, FIG. 5B, and FIG. Shows the behavior of light that occurs when the lattice piece group 13gr.G arranged at a period (arrangement period dG: 200 nm) is reached. FIGS. 4C, 5C, and 6C show the period (arrangement period dR: 230 nm). The behavior of the light that occurs when the lattice piece group 13gr.R arranged in FIG.

図4A〜図4C、特に図4Aを参照してみると、青色光が配置周期dB:170nmで配置された格子片群13gr.Bに60°程度の入射角(θ1≒60°)をもって到達した場合、全反射する光と−1次回折反射光とが生じる。そして、−1次回折反射光は、−60°程度の反射角(θ2≒60°)を有する。一方、図4Bおよび図4Cを参照してみると、青色光は、170nm以外の周期で配置された格子片群13gr.G,13gr.Rに到達した場合、ほとんど全反射する。   4A to 4C, especially FIG. 4A, the blue light reaches the grating piece group 13gr.B arranged at the arrangement period dB: 170 nm with an incident angle (θ1≈60 °) of about 60 °. In this case, totally reflected light and −1st order diffracted reflected light are generated. The minus first-order diffracted reflected light has a reflection angle (θ2≈60 °) of about −60 °. On the other hand, referring to FIG. 4B and FIG. 4C, the blue light is almost totally reflected when it reaches the grating pieces 13gr.G, 13gr.R arranged at a period other than 170 nm.

次に、図5A〜図5C、特に図5Bを参照してみると、緑色光が配置周期dG:200nmで配置された格子片群13gr.Gに60°程度の入射角もって到達した場合、全反射する光と−1次回折反射光とが生じる。そして、−1次回折反射光は、−60°程度の反射角を有する。一方、図5Aおよび図5Cを参照してみると、緑色光は、200nm以外の周期で配置された格子片群13gr.B,13gr.Rに到達した場合、ほとんど全反射する。   Next, referring to FIGS. 5A to 5C, particularly FIG. 5B, when the green light reaches the grating piece group 13gr.G arranged at the arrangement period dG: 200 nm with an incident angle of about 60 °, Reflected light and -1st order diffracted reflected light are generated. The −1st order diffracted reflected light has a reflection angle of about −60 °. On the other hand, referring to FIGS. 5A and 5C, the green light is almost totally reflected when it reaches the grating pieces 13gr.B and 13gr.R arranged at a period other than 200 nm.

続いて、図6A〜図6C、特に図6Cを参照してみると、赤色光が配置周期dR:230nmで配置された格子片群13gr.Rに60°程度の入射角もって到達した場合、全反射する光と−1次回折反射光とが生じる。そして、−1次回折反射光は、−60°程度の反射角を有する。一方、図6Aおよび図6Bを参照してみると、青色光は、230nm以外の周期で配置された格子片群13gr.B,13gr.Gに到達した場合、ほとんど全反射する。   Subsequently, referring to FIG. 6A to FIG. 6C, particularly FIG. 6C, when the red light reaches the grating piece group 13gr.R arranged at the arrangement period dR: 230 nm with an incident angle of about 60 °, Reflected light and -1st order diffracted reflected light are generated. The −1st order diffracted reflected light has a reflection angle of about −60 °. On the other hand, referring to FIG. 6A and FIG. 6B, the blue light is almost totally reflected when it reaches the grating pieces 13gr.B and 13gr.G arranged at a period other than 230 nm.

これまでの図4A〜図6Cまでの結果を参照すると、下記の条件(A1)〜(A5)を満たすと、以下のようになる。すなわち、図1A〜図1Cに示すように、LED22から進行してくる白色光が回折格子DG(詳説すると、回折格子DGを含む天面11U)に60°程度で入射した場合(θ1≒60°)、白色光に含まれる青色光、緑色光、赤色光が、波長域に応じた格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rに入射すると、−1次回折反射光として、格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rに向かって進行してくる側に戻るように進行する{反射角θ2(≒60°)で進行する}。そして、これらの光は、格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rに対応するために、色分かれし、さらに比較的高い指向性も有する。   Referring to the results of FIGS. 4A to 6C so far, the following conditions (A1) to (A5) are satisfied. That is, as shown in FIGS. 1A to 1C, when white light traveling from the LED 22 enters the diffraction grating DG (specifically, the top surface 11U including the diffraction grating DG) at about 60 ° (θ1≈60 °). ), When blue light, green light, and red light included in white light are incident on a group of grating pieces 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R corresponding to the wavelength range, It proceeds so as to return to the side proceeding toward the groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R {travels at a reflection angle θ2 (≈60 °)}. These lights are color-separated and have a relatively high directivity in order to correspond to the grating pieces 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R.

nd=1.59 … 条件(A1)
dB=170nm … 条件(A2)
dG=200nm … 条件(A3)
dR=230nm … 条件(A4)
H =300nm … 条件(A5)
ただし、
nd:回折格子DGを形成する材料が有するd線に対する屈折率
dB:青色光を回折させる格子片群13gr.Bの格子片13の配置周期
dG:緑色光を回折させる格子片群13gr.Gの格子片13の配置周期
dR:赤色光を回折させる格子片群13gr.Rの格子片13の配置周期
H :格子片13の根元から先端までの距離(格子片13の全長)
である。
nd = 1.59 Condition (A1)
dB = 170 nm Condition (A2)
dG = 200 nm Condition (A3)
dR = 230 nm Condition (A4)
H = 300 nm Condition (A5)
However,
nd: refractive index with respect to d-line of material forming diffraction grating DG dB: arrangement period of grating piece 13 of grating piece group 13gr.B that diffracts blue light dG: grating piece group 13gr.G of diffracting green light Arrangement period of the grating pieces dR: Arrangement period of the grating pieces 13 of the grating piece group 13gr.R that diffracts red light H: Distance from the root to the tip of the grating piece 13 (the total length of the grating pieces 13)
It is.

なお、回折格子DGを含む天面11U(要は回折格子DG)に入射する光の入射角60°程度の詳細な数値実施例を幾つか挙げると、60°、55°、65°が挙げられる。また、これらの入射角で入射した光が−1次回折反射光として反射する場合、それらの反射角は、入射角60°の場合には−60°の反射角、入射角55°の場合には−65.56°の反射角、入射角65°の場合には−55.41°の反射角、になる。   Note that 60 °, 55 °, and 65 ° are given as some detailed numerical examples of the incident angle of about 60 ° of light incident on the top surface 11U including the diffraction grating DG (essentially, the diffraction grating DG). . In addition, when light incident at these incident angles is reflected as −1st-order diffracted reflected light, the reflection angles are −60 ° reflection angle when the incident angle is 60 °, and 55 ° incident angle. Is a reflection angle of −65.56 °, and a reflection angle of −55.41 ° when the incident angle is 65 °.

また、以上のような現象を総括すると、−1次回折反射光は、回折格子DGへの入射方向(入射角)と真逆方向(反射角)に反射される場合に、回折効率が高くなり、指向性も高まる。そこで、関係式(M0’)において、θ1=−θ2=θ(θ:後述参照)、m=−1とすることができ、以下の関係式(M1)も導き出される。   Moreover, when the above phenomena are summarized, the diffraction efficiency increases when the −1st-order diffracted reflected light is reflected in a direction opposite to the incident direction (incident angle) to the diffraction grating DG (reflected angle). The directivity is also increased. Therefore, in the relational expression (M0 ′), θ1 = −θ2 = θ (θ: see later) and m = −1 can be obtained, and the following relational expression (M1) is also derived.

d=λ/(2・nd・sinθ) … 関係式(M1)
ただし、
nd:回折格子DGを形成する材料が有するd線に対する屈折率
d :各格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rにて、光を回折させる
格子片13の配置周期(nm)
λ :光の波長(nm)
θ :回折格子DGに入射する光の入射角と、その入射する光による回折反射角 とが一致する場合での角度(°)
である。
d = λ / (2 · nd · sinθ) ... Relational expression (M1)
However,
nd: Refractive index with respect to d-line of the material forming the diffraction grating DG d: Diffraction of light by each of the grating piece groups 13gr.B, 13gr.G, 13gr.R
Arrangement period of the grating piece 13 (nm)
λ: wavelength of light (nm)
θ: Angle (°) when the incident angle of light incident on the diffraction grating DG matches the diffraction reflection angle of the incident light
It is.

また、各格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rにて、光を回折させる格子片13の配置周期(nm)は、可視光の波長域の半分程度の長さである。また、格子片13の全長(H)はRCWA法(厳密結合波理論)により求められる回折効率との相関により決定される(なお、格子片13の全長は、50nm以上1000nm以下であることが多い)。   Further, in each of the grating piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R, the arrangement period (nm) of the grating pieces 13 that diffract light is about half the wavelength range of visible light. The total length (H) of the grating piece 13 is determined by correlation with the diffraction efficiency obtained by the RCWA method (strict coupling wave theory) (note that the total length of the grating piece 13 is often 50 nm or more and 1000 nm or less. ).

ところで、格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rは、交互に(同種の格子片群13grが隣り合うことなく)J方向に並ぶとともに、同種で連なってK方向に沿っても並ぶ。すると、同種で連なった格子片群13grに覆われる導光板11内部では、格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rに対応する波長域の光のみが、それら格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rに向かって進行してくる側に戻るように進行する(以後、この反射を後方反射と称する)。   By the way, the lattice piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R are alternately arranged in the J direction (without the same kind of lattice piece groups 13gr adjacent to each other), and are also arranged in the same direction along the K direction. . Then, inside the light guide plate 11 covered with the same type of lattice piece group 13gr, only light in the wavelength region corresponding to the lattice piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R is transmitted to the lattice piece group 13gr.B. , 13gr.G, 13gr.R so as to return to the side proceeding toward this side (hereinafter, this reflection is referred to as back reflection).

すなわち、白色光に含まれる青色光は、図1Aに示すように、格子片群13gr.Bに60°程度で入射した場合、−1次回折反射光として、後方反射する(なお、白色光に含まれる緑色光、赤色光は格子片群13gr.Bにて全反射される)。また、白色光に含まれる緑色光は、図1Bに示すように、格子片群13gr.Gに60°程度で入射した場合、−1次回折反射光として、後方反射する(なお、白色光に含まれる青色光、赤色光は格子片群13gr.Gにて全反射される)。また、白色光に含まれる赤色光は、図1Cに示すように、格子片群13gr.Rに60°程度で入射した場合、−1次回折反射光として、後方反射する(なお、白色光に含まれる青色光、緑色光は格子片群13gr.Rにて全反射される)。   That is, as shown in FIG. 1A, the blue light included in the white light is reflected backward as −1st-order diffracted reflected light when incident on the grating piece group 13 gr. The included green light and red light are totally reflected by the lattice group 13gr.B). Further, as shown in FIG. 1B, the green light included in the white light is reflected backward as −1st order diffracted reflected light when incident on the grating piece group 13gr.G at about 60 ° (note that the white light is converted into white light). The blue light and red light contained are totally reflected by the lattice piece group 13gr.G). Further, as shown in FIG. 1C, the red light contained in the white light is reflected backward as the −1st order diffracted reflected light when incident on the grating piece group 13gr.R at about 60 ° (in addition to the white light) Blue light and green light contained are totally reflected by the lattice piece group 13gr.R).

つまり、導光板11にて、多重反射しながら受光面11Saから反対面11Sbに向かう過程で回折格子DGに到達する光で、回折格子DGで−1次回折反射する光は、逆向きに(反対面11Sbから受光面11Saに;後方に)向かい、天面11Uには向かわない。そこで、このような−1次回折反射光(回折格子DGにて後方回折反射する光)を天面11Uに導くべく、導光板11の底面11Bには、プリズム15(屈折光学素子)が形成される。   That is, light that reaches the diffraction grating DG in the process from the light receiving surface 11Sa to the opposite surface 11Sb while being subjected to multiple reflections at the light guide plate 11, and light that is -1st order diffracted and reflected by the diffraction grating DG is reversed (opposite It faces from the surface 11Sb to the light receiving surface 11Sa; rearward) and does not go to the top surface 11U. Therefore, a prism 15 (refractive optical element) is formed on the bottom surface 11B of the light guide plate 11 in order to guide such first-order diffracted reflected light (light diffracted and reflected back by the diffraction grating DG) to the top surface 11U. The

このプリズム15は、三角プリズムであり、図1A〜図1Cおよび図3Bに示すように、導光板11の底面11Bから隆起するとともに、2つのプリズム側面15(前方プリズム側面15Sf・後方プリズム側面15Sr)を底面11Bに対して傾斜させる。   This prism 15 is a triangular prism, and as shown in FIGS. 1A to 1C and 3B, it protrudes from the bottom surface 11B of the light guide plate 11 and has two prism side surfaces 15 (front prism side surface 15Sf and rear prism side surface 15Sr). Is inclined with respect to the bottom surface 11B.

これらの2つのプリズム側面15Sのうち、導光板11の反対面11Sbに近いほう(LED22から離れるほう)の前方プリズム側面15Sfは、回折格子DGからの−1次回折反射光を受光できる位置に形成される。さらに、この前方プリズム側面15Sfは、受光する−1次回折反射光を、導光板11の受光面11Saに近いほう(LED22に近いほう)の後方プリズム側面15Srに向けて反射できる傾斜に形成される。   Of these two prism side surfaces 15S, the front prism side surface 15Sf closer to the opposite surface 11Sb of the light guide plate 11 (away from the LED 22) is formed at a position where it can receive the −1st order diffracted reflected light from the diffraction grating DG. Is done. Further, the front prism side surface 15Sf is formed with an inclination capable of reflecting the received first-order diffracted reflected light toward the rear prism side surface 15Sr closer to the light receiving surface 11Sa of the light guide plate 11 (closer to the LED 22). .

後方プリズム側面15Srは、前方プリズム側面15Sfからの−1次回折反射光を受光できる位置に形成される。さらに、この後方プリズム側面15Srは、受光する−1次回折反射光を天面11Uに向けて反射できる傾斜に形成される。   The rear prism side surface 15Sr is formed at a position where the first-order diffracted reflected light from the front prism side surface 15Sf can be received. Further, the rear prism side surface 15Sr is formed to have an inclination capable of reflecting the received first-order diffracted reflected light toward the top surface 11U.

特に、望ましくは、後方プリズム側面15Srは、天面11Uに対して垂直になるように−1次回折反射光を反射できる傾斜に形成されるとよい。そのためには、以下の関係式(C1)および(C2)を満たすように、プリズム15が形成されるとよい。   In particular, the rear prism side surface 15Sr is preferably formed to have an inclination that can reflect the −1st-order diffracted reflected light so as to be perpendicular to the top surface 11U. For this purpose, the prism 15 is preferably formed so as to satisfy the following relational expressions (C1) and (C2).

γ=θ±Δ … 関係式(C1)
γ+2・δA+2・δB=180° … 関係式(C2)
ただし、
θ(°) : 回折格子DGに入射する光の入射角と、その入射する光による回折
反射角とが一致する場合での角度
Δ(°) : θでの回折反射光の回折効率に対して、0.5倍以上の回折効率を有
する回折反射光を生じさせる角度で、0°<Δ<10°の範囲内の角度
γ(°) : θとΔとの和であり、θでの回折反射光の回折効率に対して、0.5
倍以上の回折効率を有する回折反射光の反射角
δA(°): プリズム15が底面11Bから隆起する三角プリズムであり、その三
角プリズムにおける3つの角のうち、底面11Bに接する2つの角で、
LED22から離れているほうの角が底面11Bに対して有する角度
δB(°): プリズム15が底面11Bから隆起する三角プリズムであり、その三
角プリズムにおける3つの角のうち、底面11Bに接する2つの角で、
LED22から近いほうの角が底面11Bに対して有する角度
である。
γ = θ ± Δ Relational expression (C1)
γ + 2 · δA + 2 · δB = 180 ° ... Relational expression (C2)
However,
θ (°): incident angle of light incident on the diffraction grating DG and diffraction by the incident light
Angle Δ (°) when the reflection angle coincides: Has a diffraction efficiency of 0.5 times or more than the diffraction efficiency of the diffracted reflected light at θ.
Is an angle that generates diffracted reflected light, and is an angle γ (°) in the range of 0 ° <Δ <10 °: the sum of θ and Δ, and 0 for the diffraction efficiency of diffracted reflected light at θ. .5
Reflection angle of diffracted and reflected light having diffraction efficiency more than double δA (°): The prism 15 is a triangular prism protruding from the bottom surface 11B.
Of the three corners of the prism, two corners touch the bottom surface 11B.
Angle δB (°) that the angle farther from the LED 22 has with respect to the bottom surface 11B: The prism 15 is a triangular prism protruding from the bottom surface 11B.
Of the three corners of the prism, two corners touch the bottom surface 11B.
The angle closer to the LED 22 is the angle with respect to the bottom surface 11B.

この関係式(C1)および(C2)について、図7の拡大断面図を用いて説明する。なお、図面での破線矢印は、図1同様に、−1次回折反射光を示す。   The relational expressions (C1) and (C2) will be described with reference to the enlarged sectional view of FIG. In addition, the broken-line arrow in drawing shows -1st order diffraction reflected light similarly to FIG.

まず、プリズム15に向かってくる−1次回折反射光が、天面11Uに対して“γ”という反射角を有する。すると、プリズム15に至るまでの−1次回折反射光を一辺、底面11B(および天面11U)に対する法線Nを一辺、底面11Bおよびプリズム15に進出する底面11Bの第1延長面E1を一辺、とする第1仮想三角形では、“γ”の角と90°の角とが含まれる。そのため、残りの角の角度は、“90°−γ”になる。また、この残りの角は、第1延長面E1と−1次回折反射光との成す角に向かい合う。そのため、この第1延長面E1と−1次回折反射光との成す角の角度も、“90°−γ”になる。   First, the first-order diffracted reflected light traveling toward the prism 15 has a reflection angle “γ” with respect to the top surface 11U. Then, the −1st order diffracted reflected light up to the prism 15 is on one side, the normal line N to the bottom surface 11B (and the top surface 11U) is one side, and the bottom surface 11B and the first extended surface E1 of the bottom surface 11B extending to the prism 15 are one side. , The first virtual triangle includes a “γ” angle and a 90 ° angle. Therefore, the remaining angle is “90 ° −γ”. Further, this remaining angle faces the angle formed by the first extended surface E1 and the −1st order diffracted reflected light. Therefore, the angle formed by the first extended surface E1 and the −1st order diffracted reflected light is also “90 ° −γ”.

すると、前方プリズム側面15Sfを一辺、前方プリズム側面15Sfに向かってくる−1次回折反射光を一辺、第1延長面E1を一辺、とする第2仮想三角において、前方プリズム側面15Sfと−1次回折反射光との成す角度は、 “90°−γ”となる第1延長面E1と−1次回折反射光との成す角の角度から“δA”を差し引いた値になる(すなわち“90°−γ−δA”となる)。   Then, in the second virtual triangle with one side of the front prism side surface 15Sf, one side of the −1st order diffracted reflected light toward the front prism side surface 15Sf, and one side of the first extended surface E1, the front prism side surface 15Sf and the next time The angle formed by the folded reflected light is a value obtained by subtracting “δA” from the angle formed by the first extended surface E1 that is “90 ° −γ” and the −1st order diffracted reflected light (that is, “90 °”). −γ−δA ″).

その上、前方プリズム側面15Sfに入射する−1次回折反射光が全反射すると、その全反射する−1次回折反射光を一辺、前方プリズム側面15Sfを一辺、後方プリズム側面15Sbを一辺、とする第3仮想三角において、全反射する−1次回折反射光と前方プリズム側面15Sfとの成す角度も、“90°−γ−δA”となる。   In addition, when the first-order diffracted reflected light incident on the front prism side surface 15Sf is totally reflected, the first-order diffracted reflected light that is totally reflected is one side, the front prism side surface 15Sf is one side, and the rear prism side surface 15Sb is one side. In the third virtual triangle, the angle formed between the first-order diffracted reflected light that is totally reflected and the front prism side surface 15Sf is also “90 ° −γ−δA”.

また、この第3仮想三角において、前方プリズム側面15Sfと後方プリズム側面15Sbとの成す角度は、三角プリズムの形状から、“180°−(δA+δB)”となる。すると、この第3仮想三角での残りの角の角度、すなわち、全反射する−1次回折反射光と後方プリズム側面15Sbとの成す角度は、“γ+2・δA+δB−90°”となる。   In the third virtual triangle, the angle formed by the front prism side surface 15Sf and the rear prism side surface 15Sb is “180 ° − (δA + δB)” due to the shape of the triangular prism. Then, the angle of the remaining angle in the third virtual triangle, that is, the angle formed between the -1st order diffracted reflected light that is totally reflected and the rear prism side surface 15Sb is “γ + 2 · δA + δB−90 °”.

そして、前方プリズム側面15Sfから進行してくる−1次回折反射光が後方プリズム側面15Sbにて全反射すると、その2回目の全反射をした−1次回折反射光と、後方プリズム側面15Sbとの成す角度も、“γ+2・δA+δB−90°”となる。また、後方プリズム側面15Sbを延長させた第2延長面E2と底面11Bとの成す角度のうち、後方プリズム15における“δB”の角度と向かい合う角度は、“δB”となる。   Then, when the −1st order diffracted reflected light traveling from the front prism side surface 15Sf is totally reflected by the back prism side surface 15Sb, the −1st order diffracted reflected light that has undergone the second total reflection and the back prism side surface 15Sb The formed angle is also “γ + 2 · δA + δB−90 °”. Further, of the angles formed by the second extended surface E2 obtained by extending the rear prism side surface 15Sb and the bottom surface 11B, the angle facing the “δB” angle in the rear prism 15 is “δB”.

すると、第2延長面E2と底面11Bとの成す角の角度と、2回目の全反射をした−1次回折反射光と後方プリズム側面15Sbとの成す角度と、の合計値(“γ+2・δA+2・δB−90°”)が、2回目の全反射をした−1次回折反射光の底面11B(ひいては天面11U)に対する出射角となる。そのため、この合計値である“γ+2・δA+2・δB−90°”という角度が90°になれば、回折格子DGからの−1次回折反射光が天面11Uに対して垂直に出射することになる。   Then, the total value (“γ + 2 · δA + 2” of the angle formed by the second extended surface E2 and the bottom surface 11B and the angle formed by the -1st-order diffracted reflected light that has undergone the second total reflection and the rear prism side surface 15Sb. .Delta.B-90 DEG ") is the exit angle of the -1st order diffracted reflected light that has undergone the second total reflection with respect to the bottom surface 11B (and hence the top surface 11U). Therefore, if the angle “γ + 2 · δA + 2 · δB−90 °”, which is the total value, becomes 90 °, the minus first-order diffraction reflected light from the diffraction grating DG is emitted perpendicularly to the top surface 11U. Become.

すなわち、“γ+2・δA+2・δB−90°=90°”から導き出される“関係式(C2);γ+2・δA+2・δB=180°”を満たすように、プリズム15が設計されると、回折格子DGからの−1次回折反射光が天面11Uに対して垂直に出射することになる。   That is, when the prism 15 is designed so as to satisfy “Relation (C2); γ + 2 · δA + 2 · δB = 180 °” derived from “γ + 2 · δA + 2 · δB−90 ° = 90 °”, the diffraction grating DG is designed. -1st order diffracted reflected light from the light exits perpendicularly to the top surface 11U.

そして、このようになっていれば、回折格子DGからの色分かれしつつ比較的高い指向性を有する青色光、緑色光、および赤色光の−1次回折反射光は、プリズム15に到達し、そのプリズム15により、天面11Uに対して垂直になるように導かれ、さらに天面11Uから出射する。その結果、天面11Uから、青色光、緑色光、赤色光が分離しつつ所望位置に向けて出射する。すると、このような分離した光を受ける液晶表示パネル59は、カラーフィルタを有さなくて白色光を分色させることになり、カラー画像を表示できる。   If this is the case, the blue light, the green light, and the red light having the relatively high directivity from the diffraction grating DG and the −1st order diffracted reflected light of the red light reach the prism 15. The prism 15 is guided so as to be perpendicular to the top surface 11U, and further exits from the top surface 11U. As a result, blue light, green light, and red light are emitted from the top surface 11U toward a desired position while being separated. Then, the liquid crystal display panel 59 that receives such separated light does not have a color filter and separates white light, and can display a color image.

また、カラーフィルタが省略される場合、液晶表示装置69は、カラーフィルタ分のコストダウンを図れる。さらには、液晶表示装置69にて、カラーフィルタの厚みも考慮しなくてもよくなる。すなわち、液晶表示装置69が薄型になりやすい。   When the color filter is omitted, the liquid crystal display device 69 can reduce the cost for the color filter. Furthermore, in the liquid crystal display device 69, it is not necessary to consider the thickness of the color filter. That is, the liquid crystal display device 69 tends to be thin.

その上、色分かれした青色光、緑色光、および赤色光は、−1次回折反射により比較的高い指向性を有するため、例えば集光レンズアレイのような別部材を要せずに、所望方向に進む。そのため、バックライトユニット49は、集光レンズアレイ分の厚み分だけの薄型化、および集光レンズアレイ分のコストダウンも図れる。   In addition, the color-separated blue light, green light, and red light have a relatively high directivity due to the −1st order diffraction reflection, so that a desired direction is not required, for example, without requiring a separate member such as a condenser lens array. Proceed to Therefore, the backlight unit 49 can be reduced in thickness by the thickness of the condenser lens array, and the cost can be reduced by the condenser lens array.

ただし、液晶表示装置69では、液晶表示パネル59が、図8A〜図8Cに示すように、カラーフィルタ55を含んでいてもよい(なお、図8A〜図8Cの図示の仕方は、図1A〜図1Cと同様である)。詳説すると、カラーフィルタ55では、互いに異なる波長域の光を透過させる3種類のカラーパッチ55B、55G、55R(青色光を透過させるカラーパッチ55B、緑色光を透過させるカラーパッチ55G、赤色光を透過させるカラーパッチ55R)が含まれており、カラーパッチ55B、55G、55Rが、透過させる光の波長域と同じ波長域に対応する格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rに重なっていてもよい。   However, in the liquid crystal display device 69, the liquid crystal display panel 59 may include a color filter 55 as shown in FIGS. 8A to 8C (however, the manner of illustration in FIGS. 8A to 8C is illustrated in FIGS. 1A to 8C). Same as FIG. 1C). More specifically, in the color filter 55, three types of color patches 55B, 55G, and 55R that transmit light in different wavelength ranges (a color patch 55B that transmits blue light, a color patch 55G that transmits green light, and a red light) Color patch 55R), and color patches 55B, 55G, and 55R overlap lattice group 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R corresponding to the same wavelength region as the wavelength region of the transmitted light. May be.

このようになっていれば、格子片群13gr.Bから出射する青色光はカラーパッチ55Bに到達し、格子片群13gr.Gから出射する緑色光はカラーパッチ55Gに到達し、格子片群13gr.Rから出射す赤色光はカラーパッチ55Rに到達する。したがって、カラーパッチ55B、55G、55Rは、自身に到達する光を透過させる場合に、その光のエネルギーを吸収しない。   In this case, the blue light emitted from the grating piece group 13gr.B reaches the color patch 55B, and the green light emitted from the grating piece group 13gr.G reaches the color patch 55G, and the grating piece group 13gr. The red light emitted from .R reaches the color patch 55R. Therefore, the color patches 55B, 55G, and 55R do not absorb the energy of light when transmitting the light that reaches the color patches 55B, 55G, and 55R.

そのため、このような液晶表示装置69では、バックライトユニット49からの光の利用効率が向上する(要は、この液晶表示装置69は、バックライトユニット49からの光に対して損失を与えない)。また、光の利用効率の向上にともなって、バックライトユニット49は、過剰に高エネルギーの光を出射させなくてもよく、消費電力を抑制する(ひいては、液晶表示装置69の消費電力の抑制につながる)。   Therefore, in such a liquid crystal display device 69, the utilization efficiency of the light from the backlight unit 49 is improved (in short, the liquid crystal display device 69 does not give a loss to the light from the backlight unit 49). . In addition, as the light use efficiency is improved, the backlight unit 49 does not have to emit excessively high energy light, and suppresses power consumption (and thus reduces power consumption of the liquid crystal display device 69). Connected).

なお、プリズム15の数値実施例の1つを挙げると、以下のようになる。
δA=4°
δB=58.5°
F =10μm
ただし、
F:導光板11の底面11Bに接するプリズム15の幅(プリズム15のK方向
の長さ;図1A〜図1C参照)
である。
One example of the numerical value of the prism 15 is as follows.
δA = 4 °
δB = 58.5 °
F = 10 μm
However,
F: width of the prism 15 in contact with the bottom surface 11B of the light guide plate 11 (K direction of the prism 15)
Length; see FIGS. 1A-1C)
It is.

以上の数値実施例が望ましい理由は、以下の通りである。すなわち、δAが5°以上の角度であると、回折格子DGからプリズム15に向かって戻るように進行してくる−1次回折反射光のうちの一部、特に反射角(θ2)が比較的小さい光が前方プリズム側面15Sfにて反射した後、後方プリズム反射面15Sbに向かいにくくなる。詳説すると、比較的小さい反射角(θ2)を有しながら前方プリズム面15Sfに到達する光が反射しても、後方プリズム面15Sbに向かうことなく、底面11Bに向かって進行する。   The reason why the above numerical examples are desirable is as follows. That is, when δA is an angle of 5 ° or more, a part of the −1st-order diffracted reflected light that travels back from the diffraction grating DG toward the prism 15, particularly the reflection angle (θ 2) is relatively large. After the small light is reflected by the front prism side surface 15Sf, it becomes difficult to go to the rear prism reflection surface 15Sb. More specifically, even if light reaching the front prism surface 15Sf is reflected while having a relatively small reflection angle (θ2), it proceeds toward the bottom surface 11B without going toward the rear prism surface 15Sb.

このような光の光量が増加してしまうと、後方プリズム側面15Sbに到達する光量が減ることになるので、天面11Uから立ち上がるようにして出射する光量が減少することになる。そのため、以下の条件(C3)が満たされると望ましい。
δA<5° … 条件(C3)
If the amount of such light increases, the amount of light reaching the rear prism side surface 15Sb decreases, and thus the amount of light emitted so as to rise from the top surface 11U decreases. Therefore, it is desirable that the following condition (C3) is satisfied.
δA <5 ° Condition (C3)

なお、プリズム15を透過してしまった−1次回折反射光が存在したとしても、その光は、反射シート42によって、導光板11の底面11Bに戻される。   Even if −1st-order diffracted reflected light that has passed through the prism 15 exists, the light is returned to the bottom surface 11 </ b> B of the light guide plate 11 by the reflective sheet 42.

[実施の形態2]
実施の形態2について説明する。なお、実施の形態1で用いた部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
A second embodiment will be described. In addition, about the member which has the same function as the member used in Embodiment 1, the same code | symbol is attached and the description is abbreviate | omitted.

実施の形態1のバックライトユニット49の回折格子DGでは、互いに異なる周期で配置される3つの格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rが含まれ、それら3個の格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rは、J方向に沿って交互に並ぶとともに、互いに異なる波長域の光に対応する。   The diffraction grating DG of the backlight unit 49 of the first embodiment includes three grating piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R that are arranged at different periods, and these three grating piece groups 13gr. .B, 13gr.G, and 13gr.R are alternately arranged along the J direction and correspond to light in different wavelength ranges.

さらに、各格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rは、対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって入射する光だけを、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させる(すなわち、回折格子DGは白色光を回折反射により色分かれさせて進行させる)。そして、導光板11の底面に形成されるプリズム15が、上記の戻るように回折反射する光を、天面11Uに向けて反射させる。   Further, each of the lattice piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R returns only the incident light with the incident angle in the specific range to the side where the light travels in the corresponding specific wavelength region. (In other words, the diffraction grating DG causes white light to travel by being color-divided by diffraction reflection). Then, the prism 15 formed on the bottom surface of the light guide plate 11 reflects the light diffracted and reflected so as to return to the top surface 11U.

このような光の挙動を生じさせる回折格子DGは、単一材料で構成されることで、単一の屈折率を有する導光板11の天面11Uに形成されていた。しかし、これに限定されるものではない。例えば、図9A〜図9Cに示すように、異なる屈折率を有する2層型の導光板11であってもかまわない(なお、図9A〜図9Cの図示の仕方は、図1A〜図1Cと同様である)。   The diffraction grating DG that causes such light behavior is formed on the top surface 11U of the light guide plate 11 having a single refractive index by being formed of a single material. However, it is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 9A to 9C, a two-layered light guide plate 11 having different refractive indexes may be used (how to illustrate FIGS. 9A to 9C and FIGS. 1A to 1C). The same).

この2層型の導光板11では、一層目の導光板(第1導光層)11L1は、例えばポリカーボネート(屈折率nd:1.59)で形成され、二層目の導光板(第2導光層)11L2は、例えばアクリル樹脂(屈折率nd:1.49)で形成される(なお、LED22の光は、最初に第1導光層11L1に入射するようになっており、その第1導光層11L1の屈折率は第2導光層11L2の屈折率よりも大きい)。   In the two-layer light guide plate 11, the first light guide plate (first light guide layer) 11L1 is formed of, for example, polycarbonate (refractive index nd: 1.59), and the second layer light guide plate (second guide light plate). The light layer 11L2 is formed of, for example, an acrylic resin (refractive index nd: 1.49) (note that the light from the LED 22 is first incident on the first light guide layer 11L1, and the first light layer). The refractive index of the light guide layer 11L1 is larger than the refractive index of the second light guide layer 11L2.

そして、第2導光層11L2は、実施の形態1同様に、3種類の周期d(dB、dG、dR)で密集する格子片13で形成される格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rを含む。また、格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rは、実施の形態1同様に、交互にJ方向に並ぶとともに、同種で連なってK方向に沿っても並ぶ。   As in the first embodiment, the second light guide layer 11L2 includes lattice piece groups 13gr.B, 13gr.G, which are formed of lattice pieces 13 that are densely packed with three types of periods d (dB, dG, dR). Contains 13 gr.R. In addition, the lattice piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R are alternately arranged in the J direction as well as in the first embodiment, and are also arranged in the same direction along the K direction.

そして、このような2層型の導光板11の場合、第1導光層11L1を進行する光が、第2導光層11L2にも進行し、さらに回折格子DGに60°程度で入射した場合、その光は−1次回折反射光として、後方反射する(なお、この後方反射の光の挙動は、上記したポリカーボネート製の回折格子DGの場合での数値実施例とほぼ同様となる)。   In the case of such a two-layer type light guide plate 11, the light traveling through the first light guide layer 11L1 also travels into the second light guide layer 11L2 and further enters the diffraction grating DG at about 60 °. The light is reflected back as -1st order diffracted reflected light (note that the behavior of this back reflected light is substantially the same as in the numerical example in the case of the above-described polycarbonate diffraction grating DG).

ただし、この導光板11の場合、2種類の光学部材(すなわち、第1導光層11L1・第2導光層11L2)による境界面S11が生じる。そこで、この境界面S11を利用して、導光板11内部の光は、以下のように進行し得る。すなわち、回折格子DGに到達することになる光が、その回折格子DGに至るまでの過程で、境界面S11で少なくとも一度全反射する。   However, in the case of the light guide plate 11, a boundary surface S11 is generated by two types of optical members (that is, the first light guide layer 11L1 and the second light guide layer 11L2). Therefore, using the boundary surface S11, the light inside the light guide plate 11 can travel as follows. That is, the light that reaches the diffraction grating DG is totally reflected at least once at the boundary surface S11 in the process of reaching the diffraction grating DG.

この全反射のために、第1導光層11L1を進行する光は、受光面11Saに対して、およそ20°程度の出射角度ε1を有するとよい(なお、この出射角度ε1は、例えば、45°程度の出射角ε2を有するLED22が受光面11Saに対向して配置されると、スネルの法則から実現する)。このようになっていると、第1導光層11L1を進行する光が、第2導光層11L2に到達する場合(要は、境界面S11に到達する場合)、その光は臨界角を超えて境界面S11に入射しやすくなり、全反射するためである。   For this total reflection, the light traveling through the first light guide layer 11L1 may have an emission angle ε1 of about 20 ° with respect to the light receiving surface 11Sa (note that the emission angle ε1 is, for example, 45 If the LED 22 having an emission angle ε2 of about 0 ° is disposed facing the light receiving surface 11Sa, this is realized from Snell's law). In this case, when the light traveling through the first light guide layer 11L1 reaches the second light guide layer 11L2 (in short, when reaching the boundary surface S11), the light exceeds the critical angle. This is because it easily enters the boundary surface S11 and is totally reflected.

さらに、導光板11の底面11B(詳説すると、第1導光層11L1の底面11B)に形成されるプリズム15は、全反射した光を回折格子DGに導くように設計される。詳説すると、プリズム15は境界面S11から進行してくる全反射光を受光できる位置に形成され、そのプリズム15の前方プリズム側面15Sfが、受ける光を反射させ、その光を境界面S11に対し臨界角以内の角度で入射させられる傾斜に形成される。   Furthermore, the prism 15 formed on the bottom surface 11B of the light guide plate 11 (specifically, the bottom surface 11B of the first light guide layer 11L1) is designed to guide the totally reflected light to the diffraction grating DG. More specifically, the prism 15 is formed at a position where it can receive the totally reflected light traveling from the boundary surface S11. The front prism side surface 15Sf of the prism 15 reflects the received light and makes the light critical to the boundary surface S11. It is formed to have an inclination that is incident at an angle within an angle.

その上、境界面S11に入射する光は、後方反射するために、回折格子DGに対して60°程度の角度でしなくてはならない。そのため、前方プリズム側面15Sfから進行する光の境界面S11への入射角度は、55°程度(例えば、54。2°)を要する。この入射角度であれば、スネルの法則から、回折格子DGに60°程度で光が入射するためである。したがって、前方プリズム側面15Sfは、自身で反射させる光を、入射角度55°程度で境界面S11に導ける傾斜を有する。   In addition, the light incident on the boundary surface S11 must be at an angle of about 60 ° with respect to the diffraction grating DG in order to reflect back. Therefore, the incident angle of the light traveling from the front prism side surface 15Sf to the boundary surface S11 requires about 55 ° (for example, 54.2 °). This is because, at this incident angle, light enters the diffraction grating DG at about 60 ° from Snell's law. Therefore, the front prism side surface 15Sf has an inclination capable of guiding light reflected by itself to the boundary surface S11 at an incident angle of about 55 °.

そして、以上のように設計された前方プリズム側面15Sfによって反射する光は、境界面S11を透過すことで屈折し、入射角度60°程度で回折格子DGを含む天面11Uに入射する。すると、回折格子DGに含まれる格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rは、図9A〜図9Cに示すように、光(白色光)のうちで対応する波長域の光(破線矢印参照)を後方反射させ、他波長域の光(一点鎖線矢印参照)を全反射させる。   Then, the light reflected by the front prism side surface 15Sf designed as described above is refracted by transmitting through the boundary surface S11, and enters the top surface 11U including the diffraction grating DG at an incident angle of about 60 °. Then, the grating piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R included in the diffraction grating DG, as shown in FIGS. 9A to 9C, are light (dashed lines) in the corresponding wavelength region of the light (white light). (Refer to the arrow) is reflected backward, and the light in the other wavelength region (see the dashed line arrow) is totally reflected.

後方反射する光は、格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rを含む天面11Uに対して60°程度の反射角を有しながら進行し、境界面S11に対して60°程度の入射角で入射する。さらに、その光は、境界面S11に対して55°程度の出射角γを有しながら、その境界面S11を透過する(なお、この55°程度の角度は、図7でのγに対応する)。   The light reflected backward travels while having a reflection angle of about 60 ° with respect to the top surface 11U including the lattice pieces 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R, and about 60 ° with respect to the boundary surface S11. The incident angle is. Further, the light passes through the boundary surface S11 while having an emission angle γ of about 55 ° with respect to the boundary surface S11 (note that this angle of about 55 ° corresponds to γ in FIG. 7). ).

このような境界面S11を透過して第2導光層11L2に進行する光は、プリズム15の前方プリズム側面15Sfに到達する。ただし、この光の前方プリズム側面15Sfへの入射角と、前方プリズム側面15Sfから回折格子DGへと向かう光の前方プリズム側面15Sに対する反射角とを比較すると、両者の角度は若干異なることが多い。そして、この角度の差異により、境界面S11を透過して前方プリズム側面15Sfに入射する光は、反射することで、後方プリズム側面15Srに入射する。   The light passing through the boundary surface S11 and traveling to the second light guide layer 11L2 reaches the front prism side surface 15Sf of the prism 15. However, when the incident angle of this light to the front prism side surface 15Sf and the reflection angle of the light traveling from the front prism side surface 15Sf to the diffraction grating DG with respect to the front prism side surface 15S are compared, the angles of both are often slightly different. Due to the difference in angle, the light that passes through the boundary surface S11 and enters the front prism side surface 15Sf is reflected to enter the rear prism side surface 15Sr.

つまり、この前方プリズム側面15Sfは、境界面S11で全反射してくる光を受光でき、かつ、反射させて臨界角以内の角度で境界面S11に入射させられる傾斜に形成される。さらに、この前方プリズム側面15Sfは、境界面S11を透過してくる光(−1次回折反射光)を受光できる位置に形成され、かつ、その光を後方プリズム側面15Srに向けて反射できる傾斜に形成される。   That is, the front prism side surface 15Sf is formed to have an inclination that can receive the light totally reflected by the boundary surface S11 and that is reflected and incident on the boundary surface S11 at an angle within a critical angle. Further, the front prism side surface 15Sf is formed at a position where it can receive light (-1st order diffracted reflected light) transmitted through the boundary surface S11, and has an inclination capable of reflecting the light toward the rear prism side surface 15Sr. It is formed.

そして、後方プリズム側面15Srは、前方プリズム側面15Sfからの−1次回折反射光を受光できる位置に形成され、さらに、受光する−1次回折反射光を天面11Uに向けて反射できる傾斜に形成される。   The rear prism side surface 15Sr is formed at a position where the −1st order diffracted reflected light from the front prism side surface 15Sf can be received, and is further inclined to reflect the received −1st order diffracted reflected light toward the top surface 11U. Is done.

そして、実施の形態1同様、後方プリズム側面15Srは、天面11Uに対して垂直になるように−1次回折反射光を反射できる傾斜に形成されるとよい。そのためには、上記した関係式(C1)および(C2)、さらには(C3)を満たすように、プリズム15が形成されるとよい。   As in the first embodiment, the rear prism side surface 15Sr is preferably formed to have an inclination capable of reflecting the minus first-order diffracted light so as to be perpendicular to the top surface 11U. For this purpose, the prism 15 is preferably formed so as to satisfy the above relational expressions (C1) and (C2), and further (C3).

なお、関係式(C1)にて、θが60°と想定すると、γの想定範囲は、50°<γ<70°となる。すると、境界面S11に対して55°程度の出射角γを有しながら進行する−1次回折反射光は、関係式(C1)および(C2)を満たすプリズム15によって、実施の形態1同様、天面11Uから垂直に出射する。   In the relational expression (C1), assuming that θ is 60 °, the assumed range of γ is 50 ° <γ <70 °. Then, the minus first-order diffracted reflected light traveling while having an emission angle γ of about 55 ° with respect to the boundary surface S11 is caused by the prism 15 satisfying the relational expressions (C1) and (C2) as in the first embodiment. The light is emitted vertically from the top surface 11U.

以上を踏まえると、実施の形態2でのバックライトユニット49であっても、実施の形態1同様に、回折格子DGからの青色光、緑色光、および赤色光の−1次回折反射光はプリズム15に到達し、そのプリズム15により、天面11Uに対して垂直になるように導かれ、さらに天面11Uから出射する。その結果、天面11Uから、青色光、緑色光、赤色光が分離しつつ出射する。すると、このような分離した光を受ける液晶表示パネル59は、カラーフィルタを有さなくて色分かれした光を利用でき、カラー画像を表示できる。   Based on the above, even in the backlight unit 49 in the second embodiment, the -1st order diffracted reflected light of the blue light, the green light, and the red light from the diffraction grating DG is the prism as in the first embodiment. 15 is guided by the prism 15 so as to be perpendicular to the top surface 11U, and is further emitted from the top surface 11U. As a result, blue light, green light, and red light are emitted from the top surface 11U while being separated. Then, the liquid crystal display panel 59 that receives such separated light can use the color-separated light without having a color filter, and can display a color image.

そのため、実施の形態1でのバックライトユニット49に奏ずる作用効果、すなわちカラーフィルタ・集光レンズアレイの省略による薄型化・コストダウン、および、バックライトユニット49をカラーフィルタ55で覆う場合における光の利用効率の向上・消費電力の抑制等は、実施の形態2のバックライトユニット49にも奏ずる。   Therefore, the operational effects of the backlight unit 49 according to the first embodiment, that is, the reduction in thickness and cost due to the omission of the color filter and the condenser lens array, and the light in the case where the backlight unit 49 is covered with the color filter 55. The improvement of the use efficiency and the suppression of power consumption are also achieved by the backlight unit 49 of the second embodiment.

また、実施の形態2のバックライトユニット49では、LED22の光が、導光板11の受光面11Saから回折格子DGに到達するまでに、境界面S11で全反射しやすい。そして、このように全反射した光が、プリズム15、回折格子DGを経て、−1次回折反射光となり、さらに、プリズム15に戻った後に天面11Uから出射する場合、その天面11Uでの光の出射点から受光面11Saまでの距離P2は、実施の形態1における導光板11の天面11Uでの光の出射点から受光面11Saまでの距離P1に比べて長くなる(図9A〜図9Cおよび図1A〜図1C参照)。   Further, in the backlight unit 49 of the second embodiment, the light of the LED 22 is easily totally reflected at the boundary surface S11 before reaching the diffraction grating DG from the light receiving surface 11Sa of the light guide plate 11. Then, the light totally reflected in this way becomes the −1st order diffracted reflected light through the prism 15 and the diffraction grating DG, and further, when returning to the prism 15 and exiting from the top surface 11U, The distance P2 from the light emission point to the light receiving surface 11Sa is longer than the distance P1 from the light emission point to the light receiving surface 11Sa on the top surface 11U of the light guide plate 11 in the first embodiment (FIG. 9A to FIG. 9). 9C and FIGS. 1A-1C).

通常は、導光板11にて、受光面11Saに近い天面11U付近と反対面11Sbに近い天面11U付近との出射光量を比べると、LED22に近い受光面11Sa側の天面11U付近が、反対面11Sb側の天面11U付近に比べて多い。そして、この出射光量の差は、バックライトユニット49からの光(バックライト光)の光量ムラとなり、液晶表示装置69の画質劣化の一因になる。   Usually, in the light guide plate 11, when comparing the amount of emitted light between the vicinity of the top surface 11U near the light receiving surface 11Sa and the vicinity of the top surface 11U near the opposite surface 11Sb, the vicinity of the top surface 11U on the light receiving surface 11Sa side near the LED 22 is More than the vicinity of the top surface 11U on the opposite surface 11Sb side. The difference in the amount of emitted light causes unevenness in the amount of light from the backlight unit 49 (backlight light), which contributes to image quality deterioration of the liquid crystal display device 69.

しかしながら、実施の形態2のバックライトユニット49では、図9A〜図9Cに示すように、導光板11にて、受光面11Saから比較的離れた天面11U付近から色分かれした光が出射するので、受光面11Saに近い天面11U付近から、過度に多量の色分かれした光が出射しない。そのため、バックライトユニット49からの光に、光量ムラが生じにくい。   However, in the backlight unit 49 according to the second embodiment, as shown in FIGS. 9A to 9C, the light guide plate 11 emits color-separated light from the vicinity of the top surface 11U that is relatively far from the light receiving surface 11Sa. In addition, an excessively large amount of color-separated light is not emitted from the vicinity of the top surface 11U close to the light receiving surface 11Sa. For this reason, light amount unevenness hardly occurs in the light from the backlight unit 49.

なお、第1導光層11L1から境界面S11に入射する光を全反射させるために、第1導光層11L1を進行する光は、受光面11Saに対して、およそ20°程度の出射角度ε1を有するとよいが、この出射角度ε1は、以下の関係式(F1)を満たすとよい。要は、LED22は、受光面11Saから境界面S11に進行する光を、臨界角CAを超える角度で入射させればよい。一例を挙げると、例えば、45°程度の出射角ε2を有するLED22が受光面11Saに対向して配置されると、スネルの法則から、そのLED22は、関係式(F1)のε1を満たす光を供給できる。   In order to totally reflect the light incident on the boundary surface S11 from the first light guide layer 11L1, the light traveling through the first light guide layer 11L1 has an emission angle ε1 of about 20 ° with respect to the light receiving surface 11Sa. However, the emission angle ε1 preferably satisfies the following relational expression (F1). In short, the LED 22 may make light traveling from the light receiving surface 11Sa to the boundary surface S11 incident at an angle exceeding the critical angle CA. As an example, for example, when an LED 22 having an emission angle ε2 of about 45 ° is arranged facing the light receiving surface 11Sa, from Snell's law, the LED 22 emits light that satisfies ε1 in the relational expression (F1). Can supply.

ε1<90°−CA … 関係式(F1)
ただし、
導光板11にて、受光面11Saと天面11Uとの交差角が90°であり、
ε1:導光板11の受光面11Saから進行する光が、その受光面11Saに対
して有する出射角
CA:第1導光層11L1と第2導光層11L2との境界面での臨界角
である。
ε1 <90 ° -CA ... Relational expression (F1)
However,
In the light guide plate 11, the crossing angle between the light receiving surface 11Sa and the top surface 11U is 90 °,
ε1: Light traveling from the light receiving surface 11Sa of the light guide plate 11 is coupled to the light receiving surface 11Sa.
The emission angle CA is a critical angle at the boundary surface between the first light guide layer 11L1 and the second light guide layer 11L2.

[その他の実施の形態]
ところで、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
[Other embodiments]
By the way, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、実施の形態1では、導光板11の材料の一例として、上記の条件(A1)〜(A5)を満たすポリカーボネートが挙げられていた。また、実施の形態2で回折格子DGを含むアクリル樹脂製の第2導光層11L2は、条件(A2)〜(A5)とnd=1.49という条件(A1’)とを満たしており、これらの条件が満たされことで、後方反射が生じていた{なお、条件(A1’)・(A2)〜(A5)が満たされていると、関係式(M1)も満たされる}。   For example, in Embodiment 1, as an example of the material of the light guide plate 11, polycarbonate that satisfies the above-described conditions (A1) to (A5) is cited. Further, the second light guide layer 11L2 made of acrylic resin including the diffraction grating DG in the second embodiment satisfies the conditions (A2) to (A5) and the condition (A1 ′) of nd = 1.49, By satisfying these conditions, back reflection has occurred {if the conditions (A1 ′) · (A2) to (A5) are satisfied, the relational expression (M1) is also satisfied}.

しかし、後方反射を生じさせる条件は、他にも存在する。例えば、導光板11は、シリコン樹脂で形成されていてもよい。特に、以下の条件(B1)〜(B5)が満たされる導光板11であっても、図4A〜図6Cで示されるように、光が挙動する{なお、条件(B1)〜(B5)が満たされていると、関係式(M1)も満たされる}。
nd=1.3 … 条件(B1)
dB=210nm … 条件(B2)
dG=245nm … 条件(B3)
dR=270nm … 条件(B3)
H =300nm … 条件(B5)
However, there are other conditions that cause back reflection. For example, the light guide plate 11 may be formed of silicon resin. In particular, even in the light guide plate 11 that satisfies the following conditions (B1) to (B5), the light behaves as shown in FIGS. 4A to 6C {note that the conditions (B1) to (B5) If it is satisfied, the relational expression (M1) is also satisfied}.
nd = 1.3 Condition (B1)
dB = 210 nm Condition (B2)
dG = 245 nm Condition (B3)
dR = 270 nm Condition (B3)
H = 300 nm Condition (B5)

すなわち、このようなシリコン樹脂製の導光板11であっても、3個の格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.Rは、各々、自身に対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角(60°程度)をもって自身に到達する光を、特定方向である60°程度の反射角にして(光の進行してくる側に戻すように)回折反射させる。   That is, even in such a light guide plate 11 made of silicon resin, each of the three lattice piece groups 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R is specified by light of a specific wavelength range corresponding to itself. Light that reaches itself with a range of incident angles (about 60 °) is diffracted and reflected at a reflection angle of about 60 °, which is a specific direction (to return to the light traveling side).

なお、このようなシリコン樹脂製の導光板11であっても、回折格子DGに入射する光の入射角60°程度の詳細な数値実施例は、ポリカーボネート製の導光板11と同様である。すなわち、回折格子DGに入射する光の入射角が60°の場合には−1次回折反射光の反射角は−60°、入射角が55°の場合には反射角は−65.56°、入射角が65°の場合には反射角は−55.41°になる。   Even in such a light guide plate 11 made of silicon resin, a detailed numerical example of an incident angle of light incident on the diffraction grating DG of about 60 ° is the same as that of the light guide plate 11 made of polycarbonate. That is, when the incident angle of light incident on the diffraction grating DG is 60 °, the reflection angle of the −1st order diffracted reflected light is −60 °, and when the incident angle is 55 °, the reflection angle is −65.56 °. When the incident angle is 65 °, the reflection angle becomes −55.41 °.

また、このようなシリコン製の導光板11でも、関係式(C1)および(C2)が満たされると、回折格子DGからの−1次回折反射光が天面11Uに対して垂直に出射することになる。そのため、格子片群13gr.Bからの青色光、格子片群13gr.Gからの緑色光、および格子片群13gr.Rからの赤色光の−1次回折反射光が、プリズム15に到達し、さらに、そのプリズム15により、天面11Uに対して垂直になるように導かれて出射する。   Further, even in such a silicon light guide plate 11, when the relational expressions (C1) and (C2) are satisfied, the −1st order diffracted reflected light from the diffraction grating DG is emitted perpendicularly to the top surface 11U. become. Therefore, the -1st order diffracted reflected light of the blue light from the grating piece group 13gr.B, the green light from the grating piece group 13gr.G, and the red light from the grating piece group 13gr.R reaches the prism 15, Further, the prism 15 guides and emits light so as to be perpendicular to the top surface 11U.

要は、色分かれした回折反射光が、プリズム15により天面11U対して垂直になるように反射させられると、導光板11から出射する光は、その導光板11に対して垂直という指向性をもつことになる。その結果、このようなシリコン製の導光板11を搭載するバックライトユニット49であっても、カラーフィルタを省略できる(要は、実施の形態1同様の作用効果が奏ずる)。   In short, when the color-diffracted diffracted reflected light is reflected by the prism 15 so as to be perpendicular to the top surface 11U, the light emitted from the light guide plate 11 has a directivity of being perpendicular to the light guide plate 11. Will have. As a result, even in the backlight unit 49 on which such a silicon light guide plate 11 is mounted, the color filter can be omitted (in essence, the same effects as those of the first embodiment can be achieved).

総括すると、導光板11において、天面11Uには、自身の面に到達する光の一部を、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させる回折格子DGが形成され、底面11Bには、その戻るように回折反射する光を、天面11Uに向けて反射させるプリズム15が形成されていれば、種々の条件は問わない(ただし、後方反射する光同士の混色を避けるために、格子片群13gr.B,13gr.G,13gr.RはJ方向に沿って交互に並ばなくてはならない)。   In summary, in the light guide plate 11, the top surface 11U is formed with a diffraction grating DG that diffracts and reflects a part of the light reaching the surface of the light guide plate 11 back to the light traveling side, and the bottom surface 11B. If the prism 15 that reflects the light that is diffracted and reflected back toward the top surface 11U is formed, there are no restrictions on various conditions (however, in order to avoid color mixing of the light that is reflected backwards). The lattice pieces 13gr.B, 13gr.G, and 13gr.R must be arranged alternately along the J direction).

したがって、導光板11、回折格子DG、およびプリズム15を形成する材料の屈折率は、特に限定されることはなく、格子片13の形状も、直方体以外の円柱状、錐体状等もあり得る。また、格子片13の配置周期も可視光の波長域の半分程度の長さに限らず、その他の配置周期もあり得る。もちろん、格子片13の全長も、300nmを一例として挙げたが、これに限定されるものではない。   Accordingly, the refractive index of the material forming the light guide plate 11, the diffraction grating DG, and the prism 15 is not particularly limited, and the shape of the grating piece 13 may be a columnar shape other than a rectangular parallelepiped, a cone shape, or the like. . Further, the arrangement period of the grating pieces 13 is not limited to about half of the wavelength range of visible light, and other arrangement periods may be possible. Of course, the total length of the grating piece 13 is 300 nm as an example, but is not limited thereto.

なお、以上のシリコン樹脂製のプリズム15の数値実施例を挙げると、以下のようになる。
δA=3°
δB=59.5°
F =10μm
The numerical example of the silicon resin prism 15 is as follows.
δA = 3 °
δB = 59.5 °
F = 10 μm

また、上記した条件(C3)ではなく、以下の条件(C4)が満たされると望ましい。この条件(C4)が満たされると、条件(C3)が満たされた場合と同様の作用効果が奏ずる。
δA<4° … 条件(C4)
Further, it is desirable that the following condition (C4) is satisfied instead of the above condition (C3). When this condition (C4) is satisfied, the same effects as when the condition (C3) is satisfied are exhibited.
δA <4 ° Condition (C4)

また、ポリカーボネート製およびシリコン樹脂製のプリズム15の数値実施例から、以下の条件式(C5)も導ける。すなわち、この条件式(C5)が満たされると、プリズム15が、回折格子DGから進行してくる−1次回折反射光を天面11Uに対して垂直に出射させられる。
δA+δB=62.5° … 条件式(C5)
Further, the following conditional expression (C5) can be derived from the numerical examples of the prisms 15 made of polycarbonate and silicon resin. That is, when this conditional expression (C5) is satisfied, the prism 15 can emit −1st-order diffracted reflected light traveling from the diffraction grating DG perpendicular to the top surface 11U.
δA + δB = 62.5 ° Conditional expression (C5)

なお、以上では、光源としては、LED22が挙げられたが、これに限定されるものではない。例えば、蛍光管のような線上光源、有機EL(Electro-Luminescence)または無機ELのような自発光材料で形成される光源であってもかまわない。   In addition, although LED22 was mentioned as a light source above, it is not limited to this. For example, a linear light source such as a fluorescent tube, or a light source formed of a self-luminous material such as organic EL (Electro-Luminescence) or inorganic EL may be used.

また、以上では、回折格子DGに含まれる格子片群13grの個数は、3個であったが、これを超える個数の格子片群13grが含まれていてもかまわない。混色による白色光の生成に要する特定波長域が4個以上であれば、それに応じて4個以上の格子片群13grが回折格子DGに含まれてもかまわない。   In the above description, the number of grating piece groups 13gr included in the diffraction grating DG is three. However, a larger number of grating piece groups 13gr may be included. If the specific wavelength region required for generating white light by color mixture is four or more, four or more grating piece groups 13gr may be included in the diffraction grating DG accordingly.

また、以上では、−1次回折反射光を天面11Uに導く光学素子として、プリズム15が一例として挙げられたが、これに限定されるものではない。例えば、ミラーであってもかまわない。   In the above description, the prism 15 is given as an example of the optical element that guides the −1st-order diffracted reflected light to the top surface 11U. However, the optical element is not limited to this. For example, it may be a mirror.

では、(A)は図2に示されるバックライトユニットのA−A’線矢視断面図であり、(B)は図2に示されるバックライトユニットのB−B’線矢視断面図であり、(C)は図2に示されるバックライトユニットのC−C’線矢視断面図である。(A) is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the backlight unit shown in FIG. 2, and (B) is a cross-sectional view taken along line BB ′ of the backlight unit shown in FIG. FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of the backlight unit shown in FIG. は、液晶表示装置の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device. では、(A)は導光板の天面を示す平面図であり、(B)は導光板の底面を示す平面図である。Then, (A) is a top view which shows the top | upper surface of a light-guide plate, (B) is a top view which shows the bottom face of a light-guide plate. では、(A)は全長300nmの格子片を170nmの配置周期で密集させた格子片群に、波長470nmの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、(B)は全長300nmの格子片を200nmの配置周期で密集させた格子片群に、波長470nmの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、(C)は全長300nmの格子片を230nmの配置周期で密集させた格子片群に、波長470nmの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図である。Then, (A) is a polar coordinate diagram showing the behavior of reflected light when light having a wavelength of 470 nm is incident on a group of lattice pieces in which lattice pieces with a total length of 300 nm are densely arranged at an arrangement period of 170 nm, and (B) is a full length diagram. It is a polar coordinate diagram showing the behavior of reflected light when light having a wavelength of 470 nm is incident on a group of lattice pieces in which 300 nm lattice pieces are densely arranged at an arrangement period of 200 nm. FIG. It is a polar coordinate diagram showing the behavior of reflected light when light having a wavelength of 470 nm is incident on a group of lattice pieces that are densely arranged in an arrangement period. では、(A)は全長300nmの格子片を170nmの配置周期で密集させた格子片群に、波長550nmの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、(B)は全長300nmの格子片を200nmの配置周期で密集させた格子片群に、波長550nmの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、(C)は全長300nmの格子片を230nmの配置周期で密集させた格子片群に、波長550nmの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図である。Then, (A) is a polar coordinate diagram showing the behavior of reflected light when light having a wavelength of 550 nm is incident on a group of lattice pieces in which lattice pieces with a total length of 300 nm are densely arranged at an arrangement period of 170 nm, and (B) is a full length diagram. It is a polar coordinate diagram showing the behavior of reflected light when light having a wavelength of 550 nm is incident on a group of lattice pieces in which 300 nm lattice pieces are densely arranged at an arrangement period of 200 nm. FIG. It is a polar coordinate diagram showing the behavior of reflected light when light having a wavelength of 550 nm is incident on a group of lattice pieces densely arranged in an arrangement period. では、(A)は全長300nmの格子片を170nmの配置周期で密集させた格子片群に、波長620nmの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、(B)は全長300nmの格子片を200nmの配置周期で密集させた格子片群に、波長620nmの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図であり、(C)は全長300nmの格子片を230nmの配置周期で密集させた格子片群に、波長620nmの光が入射した場合の反射光の挙動を示す極座標図である。(A) is a polar coordinate diagram showing the behavior of reflected light when light having a wavelength of 620 nm is incident on a group of lattice pieces in which lattice pieces with a total length of 300 nm are densely arranged at an arrangement period of 170 nm, and (B) is a full length diagram. It is a polar coordinate diagram showing the behavior of reflected light when light having a wavelength of 620 nm is incident on a group of lattice pieces in which 300 nm lattice pieces are densely arranged at an arrangement period of 200 nm. FIG. It is a polar coordinate diagram which shows the behavior of the reflected light when the light of wavelength 620nm injects into the lattice piece group densely arranged by the arrangement period. は、図1A〜図1Cに示される導光板の拡大断面図である。These are the expanded sectional views of the light-guide plate shown by FIG. 1A-FIG. 1C. では、(A)は液晶表示パネルで図1Aに示されるバックライトユニットを覆う液晶表示装置であり、(B)は液晶表示パネルで図1Bに示されるバックライトユニットを覆う液晶表示装置であり、(C)は液晶表示パネルで図1Cに示されるバックライトユニットを覆う液晶表示装置である。(A) is a liquid crystal display device that covers the backlight unit shown in FIG. 1A with a liquid crystal display panel, and (B) is a liquid crystal display device that covers the backlight unit shown in FIG. 1B with a liquid crystal display panel, (C) is a liquid crystal display device that covers the backlight unit shown in FIG. 1C with a liquid crystal display panel. では、(A)は、図1Aに示される導光板とは異なる2層型導光板を搭載するバックライトユニットであり、図1Bに示される導光板とは異なる2層型導光板を搭載するバックライトユニットであり、図1Cに示される導光板とは異なる2層型導光板を搭載するバックライトユニットである。(A) is a backlight unit on which a two-layer light guide plate different from the light guide plate shown in FIG. 1A is mounted, and a back on which a two-layer light guide plate different from the light guide plate shown in FIG. 1B is mounted. It is a light unit and is a backlight unit on which a two-layer light guide plate different from the light guide plate shown in FIG. 1C is mounted. は、従来の液晶表示装置の断面図である。These are sectional drawings of the conventional liquid crystal display device.

符号の説明Explanation of symbols

11 導光板
11L1 第1導光層(導光板)
11L2 第2導光層(導光板)
S11 境界面
11U 導光板の天面(対向面、対向面のうちの一方面)
11B 導光板の底面(対向面、対向面のうちの他方面)
11S 導光板の側面
11Sa 導光板の受光面
11Sb 受光面に対向配置する導光板の側面である反対面
13 格子片
13gr 格子片群
13gr.B 青色光に対応する格子片群(青色光対応格子片群)
13gr.G 緑色光に対応する格子片群(緑色光対応格子片群)
13gr.R 赤色光に対応する格子片群(赤色光対応格子片群)
PH 回折格子パッチ
DG 回折格子
15 プリズム(屈折光学素子)
15S プリズムの側面
15Sf 前方プリズム側面(光源から離れているほうのプリズム側面)
15Sr 後方プリズム側面(光源から近いほうのプリズム側面)
21 実装基板
22 LED(光源)
42 反射シート
49 バックライトユニット
55 カラーフィルタ
55B 青色のカラーパッチ
55G 緑色のカラーパッチ
55R 赤色のカラーパッチ
59 液晶表示パネル
69 液晶表示装置
J LEDの並列方向(交差方向)
K 導光板の受光面から反対面に至るまでの方向
L 反射シートおよび導光板11の積み重なる方向
11 Light guide plate 11L1 1st light guide layer (light guide plate)
11L2 Second light guide layer (light guide plate)
S11 Boundary surface 11U Top surface of light guide plate (opposing surface, one surface of opposing surfaces)
11B Bottom surface of light guide plate (opposite surface, the other of the opposing surfaces)
11S Side surface of the light guide plate 11Sa Light receiving surface of the light guide plate 11Sb Opposite surface which is the side surface of the light guide plate disposed opposite to the light receiving surface 13 Grid piece 13gr Grid piece group 13gr.B Grid piece group corresponding to blue light group)
13 gr.G Lattice piece group corresponding to green light (green light corresponding lattice piece group)
13gr.R Lattice piece group corresponding to red light (red light corresponding lattice piece group)
PH diffraction grating patch DG diffraction grating 15 prism (refractive optical element)
15S prism side surface 15Sf front prism side surface (prism side surface farther from the light source)
15Sr Rear prism side (side of the prism closer to the light source)
21 Mounting board 22 LED (light source)
42 Reflective sheet 49 Backlight unit 55 Color filter 55B Blue color patch 55G Green color patch 55R Red color patch 59 Liquid crystal display panel 69 Liquid crystal display device J LED parallel direction (cross direction)
K Direction from the light receiving surface to the opposite surface of the light guide plate L Direction in which the reflection sheet and the light guide plate 11 are stacked

Claims (11)

光源と、
上記光源からの光を受ける受光面、上記受光面に対向配置する反対面、並びに、上記
受光面および上記反対面を挟み合う2つの対向面を有する導光板と、
を含むバックライトユニットにあって、
上記受光面から上記反対面に至るまでの方向に対して交差する方向を交差方向とす
ると、
上記対向面のうちの一方面である天面には、互いに異なる周期で配置される格子片
の群を、少なくとも3個含む回折格子が形成され、
上記の3個の格子片群は、上記交差方向に沿って交互に並ぶとともに、互いに異な
る波長域の光に対応しており、
各格子片群は、対応する特定波長域の光で、特定範囲の入射角をもって入射する光
だけを、その光の進行してくる側に戻すように回折反射させており、
上記対向面のうちの他方面である底面には、上記の戻るように回折反射する光を、
上記天面に向けて反射させる屈折光学素子が形成されるバックライトユニット。
A light source;
A light receiving plate having a light receiving surface for receiving light from the light source, an opposite surface opposite to the light receiving surface, and two opposing surfaces sandwiching the light receiving surface and the opposite surface;
In the backlight unit including
If the direction intersecting the direction from the light receiving surface to the opposite surface is the crossing direction,
A diffraction grating including at least three groups of grating pieces arranged at different periods is formed on the top surface, which is one of the opposing surfaces,
The three lattice piece groups are arranged alternately along the crossing direction and correspond to light in different wavelength ranges,
Each grating piece group is diffracted and reflected so as to return only the incident light with an incident angle in a specific range to the side where the light travels, in the corresponding specific wavelength range.
On the bottom surface, which is the other surface of the opposing surfaces, the light that is diffracted and reflected so as to return,
A backlight unit in which a refractive optical element that reflects toward the top surface is formed.
上記の3個の格子片群では、1つは青色光の波長域に対応する青色光対応格子片群、1つは緑色光の波長域に対応する緑色光対応格子片群、1つは赤色光の波長域に対応する赤色光対応格子片群である請求項1に記載のバックライトユニット。   In the three lattice piece groups, one is a blue light corresponding lattice piece group corresponding to the blue light wavelength region, one is a green light corresponding lattice piece group corresponding to the green light wavelength region, and one is red. The backlight unit according to claim 1, wherein the backlight unit is a group of lattice pieces corresponding to red light corresponding to a wavelength range of light. 上記の青色光対応格子片群、緑色光対応格子片群、および赤色光対応格子片群が、以下の関係式(M1)を満たす請求項2に記載のバックライトユニット。
d=λ/(2・nd・sinθ) … 関係式(M1)
ただし、
nd:回折格子を形成する材料が有するd線に対する屈折率
d :各格子片群にて、光を回折させる格子片の配置周期
λ :光の波長
θ :回折格子に入射する光の入射角と、その入射する光による回折反射角とが 一致する場合での角度
である。
The backlight unit according to claim 2, wherein the blue light corresponding lattice piece group, the green light corresponding lattice piece group, and the red light corresponding lattice piece group satisfy the following relational expression (M1).
d = λ / (2 · nd · sinθ) ... Relational expression (M1)
However,
nd: refractive index with respect to d line of material forming diffraction grating d: arrangement period of grating pieces for diffracting light in each grating piece group λ: wavelength of light θ: incident angle of light incident on diffraction grating The angle when the diffraction reflection angle by the incident light coincides.
上記格子片の全長が50nm以上1000nm以下である請求項2または3に記載のバックライトユニット。   The backlight unit according to claim 2 or 3, wherein an overall length of the lattice piece is 50 nm or more and 1000 nm or less. 以下の関係式(C1)および(C2)を満たす請求項3または4に記載のバックライトユニット。
γ=θ±Δ … 関係式(C1)
γ+2・δA+2・δB=180° … 関係式(C2)
ただし、
Δ(°) : 上記θでの回折反射光の回折効率に対して、0.5倍以上の回折効率
を有する回折反射光を生じさせる角度で、0°<Δ<10°の範囲内 の角度
γ(°) : 上記θと上記Δとの和であり、上記θでの回折反射光の回折効率に対
して、0.5倍以上の回折効率を有する回折反射光の反射角
δA(°): 屈折光学素子が底面に対して隆起する三角プリズムであり、その三角
プリズムにおける3つの角のうち、底面に接する2つの角で、光源から
離れているほうの角が有する角度
δB(°): 屈折光学素子が底面に対して隆起する三角プリズムであり、その三角
プリズムにおける3つの角のうち、底面に接する2つの角で、光源から
近いほうの角が有する角度
である。
The backlight unit according to claim 3 or 4 which satisfies the following relational expressions (C1) and (C2).
γ = θ ± Δ Relational expression (C1)
γ + 2 · δA + 2 · δB = 180 ° ... Relational expression (C2)
However,
Δ (°): The diffraction efficiency of 0.5 times or more of the diffraction efficiency of the diffracted reflected light at the above θ
The angle γ (°) within the range of 0 ° <Δ <10 °, which is the sum of the θ and the Δ, and the diffraction efficiency of the diffracted reflected light at the θ versus
The reflection angle of diffracted and reflected light having a diffraction efficiency of 0.5 times or more δA (°): a triangular prism in which the refractive optical element is raised with respect to the bottom surface.
Out of the three corners of the prism, the two corners that touch the bottom
Angle δB (°) of the distant corner is a triangular prism in which the refractive optical element is raised with respect to the bottom surface, and its triangle
Out of the three corners of the prism, the two corners that touch the bottom
This is the angle that the nearest corner has.
以下の条件(C3)を満たす請求項5に記載のバックライトユニット。
δA<5° … 条件(C3)
The backlight unit according to claim 5, which satisfies the following condition (C3).
δA <5 ° Condition (C3)
上記導光板は、単一の屈折率を有する単一材料で形成されている請求項1〜6のいずれか1項に記載のバックライトユニット。   The backlight unit according to claim 1, wherein the light guide plate is formed of a single material having a single refractive index. 上記導光板は、屈折率の異なる2層の導光層で形成されており、
上記底面側の第1導光層は、上記天面側の第2導光層よりも大きな屈折率を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載のバックライトユニット。
The light guide plate is formed of two light guide layers having different refractive indexes,
The backlight unit according to claim 1, wherein the first light guide layer on the bottom surface side has a higher refractive index than the second light guide layer on the top surface side.
上記導光板にて、上記受光面と上記天面との交差角が90°であり、
以下の関係式(F1)のε1を満たす光を供給する光源を含む請求項8に記載のバックライトユニット。
ε1<90°−CA … 関係式(F1)
ただし、
ε1:導光板の受光面から進行する光が、その受光面に対して有する出射角
CA:第1導光層と第2導光層との境界面での臨界角
である。
In the light guide plate, the crossing angle between the light receiving surface and the top surface is 90 °,
The backlight unit according to claim 8, comprising a light source that supplies light that satisfies ε1 of the following relational expression (F1).
ε1 <90 ° -CA ... Relational expression (F1)
However,
ε1: The outgoing angle of light traveling from the light receiving surface of the light guide plate with respect to the light receiving surface CA: the critical angle at the boundary surface between the first light guide layer and the second light guide layer.
請求項1〜9のいずれか1項に記載のバックライトユニットと、
上記バックライトユニットからの光を透過させるカラーフィルタを有する液晶表示パ
ネルと、
を含む液晶表示装置。
The backlight unit according to any one of claims 1 to 9,
A liquid crystal display panel having a color filter that transmits light from the backlight unit;
Including a liquid crystal display device.
上記導光板の上記天面に重なる上記液晶表示パネルの上記カラーフィルタでは、
互いに異なる波長域の光を透過させる3種類のカラーパッチが含まれており、
上記カラーパッチが、透過させる光の波長域と同じ波長域に対応する上記格子
片群に重なる請求項10に記載の液晶表示装置。
In the color filter of the liquid crystal display panel overlapping the top surface of the light guide plate,
Three types of color patches that transmit light in different wavelength ranges are included,
The liquid crystal display device according to claim 10, wherein the color patch overlaps the lattice piece group corresponding to the same wavelength range as the wavelength range of light to be transmitted.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016048702A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 Pixtronix, Inc. Laser-pumped phosphor backlight and methods
KR20170128769A (en) * 2015-03-16 2017-11-23 레이아 인코포레이티드 Unidirectional grating-based backlighting employing an angularly selective reflective layer

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