JP2006134720A - 面状発光装置および液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少量の発光素子を用いて、発光する面における輝度を均一にすることのできる面状発光装置および液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 光導波路１１を複数に折り返し、発光素子１０から発光される光をその端部から入力する。光導波路１１と同じ屈折率を有し、光導波路１１を伝搬する光を伝搬可能に光導波路１１に接触して導光板１２が配置されている。この導光板１２には、光導波路１１を伝搬する光の伝搬方向と交差する方向に、光導波路１１から伝搬された光を反射する反射面１２ａを形成する。導光板１２は、一の面を通して光導波路１１から伝搬された光を反射面１２ａで一の面とは反対側の他の面に向けて反射することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの指向性のある光源を用いた面状発光装置および液晶ディスプレイ装置に関する。

液晶ディスプレイに使用されるバックライトとしてＬＥＤを用いたものが考えられている。ここで、ＬＥＤは、指向性をもって放射状に発光するため、ＬＥＤの近傍では発光強度が強く、離れるにしたがって発光強度は弱くなる、特性を有している。また、ＬＥＤから発光される方向の光の強度と、この方向と垂直な方向の光の強度とでは、その強度の差は顕著である特性を有している。これらＬＥＤの特性を考慮した面状発光装置として、例えば、特許文献１に記載の面状発光装置が知られている。この面状発光装置は、高輝度で、かつ輝度を均一にするために、ＬＥＤを側面に配置して側面から光を入射させ、入射された光を上面から出射させる導光板を備えている。
特開２００４−１２７９３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の面状発光装置は、導光板に入射させる光を発するためのＬＥＤ（光源）を多数必要としており、コスト増加の要因となっている。

そこで、本発明は、少量の発光素子（光源）を用いて、発光する面における輝度を均一にすることのできる面状発光装置および液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の面状発光装置は、光を発する発光素子と、平面状に延びるように形成され、上記発光素子から発光される光を端部から入射して伝搬させる光導波路と、上記光導波路と実質的に同じ屈折率を有し、上記光導波路に接触させて配置される導光板とを備え、上記導光板の上記導波路側の面には、上記光導波路を伝搬する光を、当該光の伝搬方向と交差する方向に、反射させる反射面が設けられているよう構成されている。

この発明によれば、光導波路と実質的に同じ屈折率を有する導光板を光導波路に一の面（例えば下面）を接触させて配置することで、光導波路を伝搬する光は導光板に入射されて伝搬することになる。実質的に同じ屈折率を有している導光板が光導波路に接触するよう配置されているため、光導波路内での全反射が少なく、導光板に光が伝搬されることができる。そして、導光板に伝搬された光は、この導光板に形成された反射面で効率よく光導波路内の光の伝搬方向と交差する方向に反射され、反射された光は導光板における一の面の反対側（例えば上面）から出射されることになる。

これにより、光導波路を伝搬している光を取り出して、導光板の一方の面で発光させることで、指向性のある複数の発光素子を複数並べて発光させた場合と比べて、少ない発光素子を用いて発光面におけるムラを抑えることができる。また、導光板内で光を乱反射させることなく、一方の面に向けて光を反射させているため、光の利用効率を向上させることができる。よって、少ない発光素子（光源）を用いて発光面における輝度を均一にすることができ、かつ効率の良い発光を可能とする。

また、本発明の面状発光装置の上記光導波路は、光ファイバで構成されている。この発明によれば、光ファイバを用いることで、低コストで面状発光装置を実現することができる。また、光導波路の配置に自由度を持たせることができ、輝度の調整を可能として輝度の均一性を高めることができる。

また、本発明の面状発光装置の上記光ファイバのコア部は、そのコア径が５０μｍ以上であるものである。この発明によれば、コア径を大口径にすることで、発光素子などの光源との結合を容易にすることができる。

また、本発明の面状発光装置の上記光導波路は、断面矩形状をなして構成されている。この発明によれば、光導波路の成型を容易にすることができる。

また、本発明の面状発光装置は、上記光導波路が形成されている基板を有し、上記基板は、上記光導波路と一体成型されている構成を備えている。この発明によれば、基板に光導波路を一体的に成型するようにしたため、その製造を容易にすることができる。

また、本発明の面状発光装置の上記光導波路は、透明な樹脂で成型されている。この発明によれば、透明な樹脂で成型されているため、その成型を容易にすることができる。

また、本発明の面状発光装置の上記光導波路は、互いに平行に延びる部分をもつようにジグザグ状に形成され、上記反射面は、上記互いに平行に延びる部分に対して直角に交わるように形成されている。この発明によれば、光導波路と反射面とが直角に交わるように構成されているため、光導波路を伝搬する光は、ほぼ直角に反射面に入射されることになり、反射面が斜めに交わる構成と比較して、光が入射される面を広くとることができ、効率よく光を取り出すことができる。

また、本発明の面状発光装置の上記発光素子は、白色ＬＥＤとする構成を備えている。この発明によれば、白色光が光導波路を伝搬し、この白色光が導光板を伝搬して出射されることになり、照明として適切な色合いである白色を簡易な構成で得ることができる。

また、本発明の面状発光装置の上記発光素子は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤで構成されている。この発明によれば、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤを用いて発光素子を構成することにより、白色ＬＥＤを用いた場合と比較して、よりきれいな白色光を得ることができ、色再現性を高めることができる。

また、本発明の面状発光装置の上記発光素子は、上記光導波路の両端部に配置されている。この発明によれば、光導波路の両端部に発光素子を配置し、光を光導波路に入射させることにより、発光する光の輝度を高めることができる。すなわち、光導波路を伝搬する光は、伝搬するにつれて導光板により取り出され、伝搬距離に応じて徐々に伝搬する光の強度は弱くなるが、両端部から光を伝搬させることにより、光の強度が弱くなる程度を抑えることができる。

また、本発明の面状発光装置の上記発光素子は、上記光導波路に対して角度をつけて、発光した光を上記光導波路に入射させる構成を備えている。この発明によれば、発光素子の発光する向きに導光板の面に対して角度をつけることで、光導波路に接触している導光板に光は伝搬しやすくなり、取り出される光の量が多くなる。つまり、発光素子が発光する光は、導光板の面に対して角度を付けずに平行に出射する場合と比較して、光導波路内で反射する光の量が多く、導光板に伝搬していく割合が多くなり、取り出される光の量は多くなる。

また、本発明の面状発光装置は、上記導光板の上記光導波路側の面に断面三角形状の凹凸が複数形成されることにより、上記反射面を形成し、当該凹凸は周期性をもって形成されている。この発明によれば、導光板の光導波路側の面に、断面三角形状の凹凸が形成されることで反射面を形成することにより、伝搬された光を簡易な構成で反射することができる。

また、本発明の面状発光装置の上記断面三角形状は断面二等辺三角形状である構成を備えている。この発明によれば、導光板に形成された凹凸を、断面二等辺三角形状としたことにより、伝搬する光の向きにかかわらず同じ向きで光を取り出すことができ、光の輝度の均一性を高めることができる。すなわち、光導波路は、平面状に延びるように形成されているため、光が伝搬する向きは、光導波路内における伝搬している位置により逆転する場合がある。この場合、断面二等辺三角形状とした凹凸を形成した導光板を用いると、光の伝搬する向きにかかわらず、導光板に形成している反射面の角度を同じにすることができる。よって、伝搬する光を取り出すことのできる程度を同じにすることができ、光の輝度の均一性を高めることができる。

また、本発明の面状発光装置は、上記導光板の上記光導波路側の面に断面台形状を有する凹凸が複数形成されることにより、上記反射面と上記光導波路に接触する接触面とを形成し、当該凹凸は周期性をもって形成されている。この発明によれば、導光板に形成されている断面台形状の凸部における平面部分が光導波路に接触することができるように、凹凸が形成されているため、より多くの光を導光板に伝搬させ、反射面を用いて反射させることができ、より輝度の大きい光を導光板から出射させることができる。

また、本発明の面状発光装置の上記凹凸が形成されている周期性は、上記発光素子からの光が伝搬される伝搬距離が長くなるにつれて、上記反射面を形成する密度を密にする構成を備えている。

この発明によれば、伝搬距離に応じて、反射面を形成する密度を密にすることにより、伝搬距離が長くなった場合における光の強度が弱くなった場合でも、反射面が形成される密度が高くなるため、光を取り出す効率を高めることができる。よって、取り出された光の輝度を均一にすることができる。

また、本発明の面状発光装置は、上記光導波路と上記導光板との間に、上記光導波路と実質的に同じ屈折率を有する接着剤を塗付した構成を備えている。この発明によれば、光導波路と実質的に同じ屈折率を有する接着剤で光導波路と導光板とを接着することにより、光導波路に対して接する面積が大きくなることから、光導波路を伝搬している光は接着剤および導光板に伝搬しやすくなる。よって、より多くの光を導光板に伝搬させ、反射面で反射させることができ、輝度をより大きくすることができる。

また、本発明の液晶ディスプレイ装置は、上記面状発光装置と、この面状発光装置の発光面側に配置され、情報を表示する液晶パネルとを備えている。この発明によれば、少ない発光素子を用いて発光面における輝度を均一にすることができ、かつ効率の良い発光を可能とする液晶ディスプレイ装置を実現することができる。

本発明は、光導波路を伝搬している光を取り出して、導光板の一方の面で発光させることで、少ない発光素子を用いて発光面におけるムラを抑えることができる。また、導光板の一方の面に向けて光を反射させているため、光の利用効率を向上させることができる。よって、少ない発光素子を用いて発光面における輝度を均一にすることができ、かつ効率の良い発光を可能とする。

本発明は、一実施の形態のために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図１は、第１の実施形態である面状発光装置１の概略斜視図である。この面状発光装置１は、発光素子１０、光導波路１１、および導光板１２を含んで構成されている。なお、図１においては、光導波路１１の構成を分かりやすくするために光導波路１１と導光板１２とを離して表しているが、光導波路１１と導光板１２とは接触することで機能するものである。

発光素子１０は、指向性のあるＬＥＤからなる光源であり、光導波路１１の端部に配置されている。この発光素子１０は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤから構成され、または白色ＬＥＤから構成され、これらＬＥＤを用いて白色光を出射するように構成されている。白色ＬＥＤを用いる場合は、その構成を簡易なものとすることができ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤを用いて白色光を生成する場合は、色再現性を高めることができる。

このような発光素子１０からの光が入射された光導波路１１は、外部（周囲）より屈折率の高い素材で構成されており、光導波路１１の端部から入射された光は、光導波路１１内を全反射しながら伝搬する。なお、光導波路１１の断面の径は、発光素子１０との結合を容易にするために５０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１２５μｍ以上である。

また、光導波路１１は、複数回折り返して、互いに平行に延びる部分をもつようにジグザグ状に形成されることにより平面状態を形成している。この平行に延びる部分は、互いの間隔を１ｍｍ程度にしている。また、ここでの折り返し部分は、当該折り返し部分で光が光導波路１１外に出射しない程度の曲げ具合に調整されている。

さらに、光導波路１１は、厚さの薄い基板１１ａ（例えば、０．５ｍｍ程度）とともに一体的に成型され、光導波路１１部分が厚く形成され基板１１ａの部分が薄く形成される、いわゆるリッジ型の光導波路が形成されるように成型されている。このようにリッジ型の光導波路として樹脂成型する場合、その成型を容易にすることができる。ここで、光導波路１１の材料としては透明性の樹脂が好ましく、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネット樹脂、非結晶ポリオレフィン樹脂、またはポリスチレン樹脂などがより好ましい。

このように成型された光導波路１１の平面状態を形成する一方の側（例えば、上面）には、導光板１２が、光導波路１１内を伝搬する光を入射することができるように接触（接着剤を介して接触または直接接触する場合の両方を含む）して配置されている。この導光板１２は、光導波路１１と同じ屈折率を有するものであり、この導光板１２における光導波路１１と接触する面側（例えば、導光板１２の下面）には、光導波路１１を伝搬する光を反射するための反射面１２ａを形成する凹凸が所定の周期性をもって複数形成されている。この反射面１２ａを形成する導光板１２の内面で、導光板１２を伝搬する光は反射される。

ここで、本実施形態の「光導波路１１と同じ屈折率」とは、導波路１１と実質的に同じ屈折率あって、光導波路１１を伝搬する光を導光板１２内に伝搬可能にする程度の屈折率をいう。具体的な屈折率について図９を用いて説明する。図９は、光導波路１１から導光板１２に向かって光が伝搬する場合について、入射角（光導波路１１と導光板１２とが接する面に対して垂直な線に対する角度）と反射率（光導波路内での反射率）との関係をグラフにした説明図である。

光導波路１１内を伝搬する光は、光導波路１１と導光板１２との接する面に様々な入射角で入射される。そのため、ある特定の反射率以下となる入射角の範囲は広い方が導光板に伝わる全光量は多くなる。実用上、入射角が０度から７０度の範囲において反射率は２０％以下であれば十分である。図９に示すように、光導波路１１の屈折率をｎ１、導光板１２の屈折率をｎ２として、“屈折率ｎ１≧屈折率ｎ２”である場合、ある入射角（このときの入射角を臨界角とする）より大きい入射角で入射された光は全反射されるため、急激に反射率が増加する。例えば、図９によると、ｎ１＝１．５０、ｎ２＝１．４２である場合、入射角が７０度を超えたあたりで急激に反射率が増加している。また、ｎ１＝１．５０、ｎ２＝１．４８である場合、入射角が８０度を超えたあたりで急激に反射率が増加している。図９によると、光導波路１１と導光板１２との屈折率の差は、小さいほど反射率が急激に増加する入射角（臨界角）が大きくなることが分かる。よって、実用上の観点から、光導波路１１および導光板１２の屈折率の範囲（関係）は、“ｎ２≧ｎ１−０．０８”を満たす範囲であることが好ましい。さらに、光量を効率よく取り出すためには、入射角が０度から８０度の範囲で、反射率が２０％以下であることが必要であり、その場合には、“ｎ２≧ｎ１−０．０２”であることが好ましい。

また、“ｎ１＜ｎ２”である場合、光導波路１１と導光板１２との屈折率の差が大きいほど、反射率が大きくなる。すなわち、屈折率の差が小さいほど、同じ反射率となる入射角は大きくなる。図９によると、ｎ１＝１．５０、ｎ２＝１．９５のときには、入射角が７０度を超えたあたりで、反射率が急激に増加している。また、ｎ１＝１．５０、ｎ２＝１．６３のときには、入射角が８０度を越えたあたりで反射率が急激に増加している。よって、実用上の観点から、好ましい範囲は“ｎ１≦ｎ２≦ｎ１＋０．４５”である。さらに光量を効率よく取り出すためには、入射角が０度から８０度の範囲で、反射率が２０％以下であることが必要であり、その場合には、“ｎ１≦ｎ２≦ｎ１＋０．１３”の範囲が好ましい。

なお、反射面１２ａを形成する凹凸は、具体的には、導光板１２において断面三角形状の凹凸を形成したものであり、ここで形成された断面三角形状の凹凸は断面二等辺三角形状の凹凸とすることが好ましい。このように、導光板１２に断面二等辺三角形状の凹凸を形成することにより、伝搬する光の向きにかかわらず同じ傾斜を持った反射面で光を取り出すことができ、光の輝度の均一性を高めることができる。すなわち、光導波路１１は、ジグザグ状（平面状）に形成されているため、光が伝搬する向きは、光導波路１１内における伝搬している位置により逆転する場合がある。この場合、断面二等辺三角形状の凹凸を形成した導光板１２を用いると、光の伝搬する向きにかかわらず、導光板１２に形成している反射面１２ａの角度を同じにすることができる。よって、伝搬する光を取り出すことのできる程度を同じにすることができ、光の輝度の均一性を高めることができる。

また、導光板１２に形成された反射面１２ａは、光導波路１１の光の伝搬方向に対して、交差するように形成され、直角に交差することが好ましい。つまり、この導光板１２に形成されている反射面１２ａは、光導波路１１を上から平面視した際に光導波路１１を伝搬する光の方向に対して直角に交差して、導光板１２の上面側（反射面が形成されている面の反対側）に光を反射させる方向に形成されている。このように、光の伝搬方向に対して直角に交差するように反射面１２ａが形成されているため、光が反射面１２ａにあたる面積をより多くとることができ、光の取り出しを効率よく行うことができる。なお、ここでの直角に交わるところの意義は、多くの光を反射することができる程度の角度でよく、厳密に直角である必要はない。

このように形成された反射面１２ａは、周期性をもって（例えば等間隔に）形成されていることが好ましく、伝搬する光の量に合わせて、所定範囲あたりに形成される反射面１２ａが形成される密度を変えることがより好ましい。例えば、光の伝搬距離に応じて段階的に、所定範囲あたりの反射面１２ａの数を多く形成して、反射面１２ａを密に形成することで、光が少なくなった場合でも、より多くの光を取り込むことができ、輝度を均一にすることができる。

以上のとおり構成された面状発光装置１における、光導波路１１を伝搬する光が導光板１２の一の面から発光される原理について説明する。図２は、光導波路１１を伝搬する光が導光板１２の一の面から出射されるときの原理を示す概念図である。

光導波路１１と導光板１２とは接着剤１３を介して接着され、発光素子１０が発光する光は、光導波路１１を全反射しながら伝搬する。接着剤１３は、光導波路１１と同じ屈折率を有しているため、光導波路１１を伝搬する光は、接着剤１３が塗布されている面では反射されることなく、接着剤１３内を伝搬する。さらに、接着剤１３から導光板１２に向けて光は伝搬し、当該光は導光板１２における光導波路１１に接している面に形成されている反射面１２ａ（導光板１２内に形成されている内面）で反射される。反射された光は、導光板１２における、光導波路１１と接触している面の反対側の面（例えば、上面）に向けて反射されて、導光板１２における当該面から出射され、発光することになる。

ここで、光導波路１１と接着剤１３との屈折率における関係について説明する。なお、光導波路１１の屈折率ｎ１と導光板１２の屈折率ｎ２との関係は上述したとおりである。接着剤１３の屈折率は、光導波路１１と実質的に同じ屈折率であって、光導波路１１を伝搬する光を伝搬可能にする程度に同じにした屈折率である。上述の光導波路１１と導光板１２との関係と同様に考え、接着剤１３の屈折率をｎ３とすると（ｎ２をｎ３に置き換えて考え）、“ｎ１−０．０８≦ｎ３≦ｎ１＋０．４５”の関係を有することが好ましい。また、“ｎ１≦ｎ３≦ｎ２”の関係を有することが、より好ましい。また、後述するように導光板１２の表面形状を断面台形状とした場合は、断面三角形状とした場合よりも、導光板１２と接着剤１３との屈折率の差｜ｎ３−ｎ２｜は大きくても構わない。

なお、光導波路１１内で反射して、より多くの光が接着剤１３および導光板１２に伝搬されるよう、導光板１２との接触面に対して平行に光導波路１１内を光が伝搬しないように、発光素子１０の出射角（または発光素子１０自体）に傾斜を設けるのが好ましい。例えば、導光板１２が配置されている面を上面とした場合に、発光素子１０の出射角を上下方向に傾斜させている。

また、図８に示すように、導光板１２は、光導波路１１の底面側（基板１１ａ側）に配置されても良い。この図８に示す位置に導光板１２が配置される場合には、基板１１ａから光が取り出され、下方に光が発光されることになる。

以上のように、光導波路１１を伝搬している光を導光板１２の一の面（反対側１２ａ側の面）から取り出して、導光板１２の一の面と反対側の他の面で発光させることで、指向性のある複数の発光素子１０を複数並べて発光させた場合と比べて、発光面におけるムラを抑えることができる。また、導光板１２内で光を乱反射させることなく、他の面に向けて光を反射させているため、光の利用効率を向上させることができる。よって、少ない発光素子１０を用いて発光面における輝度を均一にすることができ、かつ効率の良い発光を可能とする。

次に、第２の実施形態の面状発光装置について説明する。図３は、光導波路として光ファイバ１１ｂを採用した面状発光装置２の概略斜視図である。この面状発光装置２は、発光素子１０、光ファイバ１１ｂ、導光板１２、および基板１４を含んで構成されている。なお、図３においては、光ファイバ１１ｂの構成を分かりやすくするために光ファイバ１１ｂと導光板１２とを離して表しているが、光導波路１１と導光板１２とは接触することで機能するものである。

光ファイバ１１ｂは基板１４の上面に形成されている溝１４ａに沿って戴置されている。この溝１４ａは複数、互いに平行に形成されており、光ファイバ１１ｂは、複数に折り返してジグザグ状に形成されて、この溝１４ａに沿って配置される。図４に溝１４ａを形成している基板１４の断面図を示す。溝１４ａの断面は、図４に示すように逆三角形状（Ｖ字状）に形成されており、光ファイバ１１ｂの径の大小にかかわらず、光ファイバ１１ｂを保持可能な形状になっている。また、この溝１４ａは、基板１４の上面に対して、保持されている光ファイバ１１ｂの上部が突出している状態に保持できる程度の深さに形成されている。このような深さに溝１４ａが形成されているため、導光板１２は光ファイバ１１ｂに接触することができ、導光板１２は多くの光を光ファイバ１１ｂから取り出すことができる。なお、光ファイバ１１ｂの折り返しの程度は、伝搬する光が光ファイバ１１ｂ外に出射されない程度の曲げ具合に調整されている。

このような基板１４に保持された光ファイバ１１ｂは、導光板１２に対して接着剤（図示せず）を介して接触し、光ファイバ１１ｂを伝搬する光は、接着剤および導光板１２に順次伝搬し、導光板１２の一の面から光が出射されることになる。よって、少ない発光素子１０を用いて発光面における輝度を均一にすることができ、かつ効率の良い発光を可能とする。なお、ここで構成されている光ファイバ１１ｂは、コア部のみからなる光ファイバであることが好ましく、光ファイバの導光板１２と接する側面のクラッド部を削ることによりコア部を露出させるものとしても良い。また、光ファイバ１１ｂは、コア径が５０μｍ以上のマルチモードファイバ、または直径１ｍｍ以上のプラスチックファイバであることが好ましい。プラスチックファイバを用いた場合、石英ガラス光ファイバより曲げに強く、折れにくいため、光ファイバの配置作業を容易にすることができる。なお、光ファイバ１１ｂにおけるコア径は、発光素子１０との結合を容易にするために５０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１２５μｍ以上である。

次に、第３の実施形態の面状発光装置について説明する。図５は、第３の実施形態の面状発光装置の概念図であり、光導波路１１（または光ファイバ１１ｂ）の長手方向における両端部に発光素子１０を配置したときの概略図である。

光導波路１１を伝搬する光は、導光板１２により取り出されることになり、伝搬距離に応じて取り出される光は徐々に少なくなる。第３の実施形態においては、図５に示すように、発光素子１０を光導波路１１の長手方向における両端部に配置したものである。このように光導波路１１の両端から光を入射させ伝搬させることにより、相対的に光の伝搬距離を短くすることができ、光導波路１１と導光板１２との間に塗布されている接着剤（図示せず。接着剤は光導波路１１と導光板１２と実質的（光を伝播可能にする程度）に同じ屈折率をもつ）を介して光は伝搬され、取り出される光の輝度が弱くなるといったことを防止することができ、輝度を高めることができる。なお、図５では、光導波路１１を直線状に形成したものとして説明している。

次に、第４の実施形態の面状発光装置について説明する。図６は、第４の実施形態の面状発光装置の概念図であり、導光板１２における、光導波路１１（または光ファイバ１１ｂ）と接触している面の形状を表した概略図である。

図６に示すように、導光板１２の光導波路１１と接触している面には、反射面１２ａおよび接触面１２ｂが形成され、導光板１２の当該面は断面台形状の凸部が形成されている。反射面１２ａは、導光板１２において断面三角形状の凹部を形成して得られる面であり、接触面１２ｂは、断面三角形状の凹部の成型がなされていない面（断面台形状の凸部が形成されている面）である。図６から明らかなように、反射面１２ａと接触面１２ｂとは交互に周期的に配列されるよう形成されている。なお、凹部は、断面台形状としてもよい。

このような接触面１２ｂを形成していることにより、光導波路１１と導光板１２との接触面積を大きくとることができ、光の伝搬をより容易にすることができ、より多くの光を取り込むことができる。また、接触面１２ｂを形成することにより、光導波路１１および導光板１２と実質的に同じ屈折率をもつ接着剤を省略することができ、構成を簡易にし、コストを抑えることができる。なお、光導波路１１および導光板１２と実質的に同じ屈折率をもつ接着剤を塗布すると、光の取り出しを効率よく行うことができる。ここでの実質的に同じ屈折率の定義については上述したとおりである。また、断面台形状を含む凹凸は周期性をもって形成され、発光素子１０からの光が伝搬される伝搬距離が長くなるにつれて、反射面１２ａを形成する密度を密にして、多くの反射面１２ａを形成することができるようにすると、輝度の均一性を図ることができる。

上述の第３の実施形態および第４の実施形態の面状発光装置における特徴部分は、第１の実施形態または第２の実施形態の面状発光装置に適用することができるものである。

次に、このように構成された面状発光装置を用いた液晶ディスプレイ装置について説明する。図７は、液晶ディスプレイ装置の概略側面図である。

図７に示すように、液晶ディスプレイ装置１００は、面状発光装置１の発光面（例えば上面）側に液晶パネル１０１を配置して備えている。液晶パネル１０１は、一の面（上面）側に情報を表示するものであり、その背面から面状発光装置１の発光を受けることにより、表示される情報を使用者に見やすくさせるものである。

このように各構成が配置された液晶ディスプレイ装置１００において、発光素子１０が発光した光は反射面１２ａに反射され、導光板１２の上面から光が出射される（矢印を参照）。この出射された光は、液晶パネル１０１の下面を照射し、バックライトとして機能する。

これにより、少ない発光素子を用いて、広範囲を均一な輝度で照射することのできる液晶バックライト装置および液晶ディスプレイ装置を実現することができる。

なお、ここで使用される面状発光装置１は、上述第１の実施形態に記載の面状発光装置に限るものではなく、第２の実施形態から第４の実施形態に記載されている面状発光装置を適用することができる。

第１の実施形態である面状発光装置１の概略斜視図である。 光導波路１１を伝搬する光が導光板１２の一の面から出射されるときの原理を示す概念図である。 光導波路として光ファイバ１１ｂを採用した面状発光装置２の概略斜視図である。 溝１４ａを形成している基板１４の断面図を示す。 第３の実施形態の面状発光装置の概略図である。 第４の実施形態の面状発光装置の概略図である。 液晶ディスプレイ装置の概略側面図である。 第１の実施形態である面状発光装置１の変形例を示す概略斜視図である。 入射角と反射率との関係を示す説明図である。

符号の説明

１、２…面状発光装置、１０…発光素子、１１…光導波路、１１ａ…基板、１１ｂ…光ファイバ、１２…導光板、１２ａ…反射面、１２ｂ…接触面、１３…接着剤、１４…基板、１４ａ…溝、１００…液晶ディスプレイ装置、１０１…液晶パネル。

Claims (17)

1. 光を発する発光素子と、
   平面状に延びるように形成され、前記発光素子から発光される光を端部から入射して伝搬させる光導波路と、
   前記光導波路と実質的に同じ屈折率を有し、前記光導波路に接触させて配置される導光板とを備え、
   前記導光板の前記導波路側の面には、前記光導波路を伝搬する光を、当該光の伝搬方向と交差する方向に、反射させる反射面が設けられていることを特徴とする面状発光装置。
2. 前記光導波路は、光ファイバで構成されていることを特徴とする請求項１記載の面状発光装置。
3. 前記光ファイバのコア部は、コア径が５０μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の面状発光装置。
4. 前記光導波路は、断面矩形状をなしていることを特徴とする請求項１記載の面状発光装置。
5. 前記光導波路が形成されている基板を有し、
   前記基板は、前記光導波路と一体成型されていることを特徴とする請求項４記載の面状発光装置。
6. 前記光導波路は、透明な樹脂で成型されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の面状発光装置。
7. 前記光導波路は、互いに平行に延びる部分をもつようにジグザグ状に形成され、
   前記反射面は、前記互いに平行に延びる部分に対して直角に交わるように形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の面状発光装置。
8. 前記発光素子は、白色ＬＥＤであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の面状発光装置。
9. 前記発光素子は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤで構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の面状発光装置。
10. 前記発光素子は、前記光導波路の両端部に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の面状発光装置。
11. 前記発光素子は、前記光導波路に対して角度をつけて、発光した光を前記光導波路に入射させるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の面状発光装置。
12. 前記導光板の前記光導波路側の面に断面三角形状の凹凸が複数形成されることにより、前記反射面を形成し、当該凹凸は周期性をもって形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の面状発光装置。
13. 前記断面三角形状は断面二等辺三角形状であることを特徴とする請求項１２に記載の面状発光装置。
14. 前記導光板の前記光導波路側の面に断面台形状を有する凹凸が複数形成されることにより、前記反射面と前記光導波路に接触する接触面とを形成し、当該凹凸は周期性をもって形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の面状発光装置。
15. 前記凹凸が形成されている周期性は、前記発光素子からの光が伝搬される伝搬距離が長くなるにつれて、前記反射面を形成する密度を密にするものであることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の面状発光装置。
16. 前記光導波路と前記導光板との間に、前記光導波路と実質的に同じ屈折率を有する接着剤を塗付したことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の面状発光装置。
17. 請求項１〜１６に記載の面状発光装置と、この面状発光装置の発光面側に配置され、情報を表示する液晶パネルと、を備える液晶ディスプレイ装置。

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