JP2008277176A - 光学デバイス、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源近くに位置する反射面から前方に出射される光の指向性を高める。
【解決手段】 側面から入射された光を前面から出射する面光源用の光学デバイス６０であって、半導体発光装置３０と、側面に一致する光入射面３ｃ、前面に一致する光出射面３ａ、光入射面３ｃに直交するｘ軸に沿って互いに離間して配置された複数の反射面２７を有し、光入射面３ｃから入射した半導体発光装置３０からの光を複数の反射面２７を介して光出射面３ａに案内する平板状の導光板３と、光入射面３ｃと半導体発光装置３０との間に設けられると共に、半導体発光装置３０からの光を光入射面３ｃに通過させるスリット４１を有する遮光部材４０と、を備え、半導体発光装置３０から複数の反射面２７それぞれに入射される光の入射角範囲は、導光板３の厚み方向に沿う４１スリットの開口幅によって設定される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、光学デバイス、及び液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置の普及に伴い、液晶表示装置に関する技術の進展が著しい。これに伴い、液晶表示装置に使用される個々の部品にも、高い性能が要求されている。

半透過型液晶表示装置では、レンズアレイ基板のレンズを利用して、光源からの光を各画素の透過領域に集光させ、光利用効率を高めると共に高輝度化を図っている（特許文献２参照）。この場合、レンズを用いて、画素の透過領域に効率的に光を集光させることが重要である。レンズによって効率的に画素の透過領域に光を集光させるためには、指向性の高い光をレンズに入射させることが重要である。

特許文献１では、図１６に示すように、導光板２００Ａの反射溝３００を利用してレンズ４００に光源７００からの光を入射させている。

なお、特許文献３には、蛍光灯からの光を拡散板に可動スリットを介して入射させる構成が開示されている。特許文献４には、遮光板を光源と導光板との間に配置する構成が開示されている。特許文献５には、遮光壁を用いて、光源からの光が導光板の表面上に配置される付加要素に進行することを妨げる構成が開示されている。特許文献６には、導光板の表面上に遮光フィルムを配置する構成が開示されている。
特開２００６−１１４２３９号公報 特開２００６−３２３３２８号公報 特開昭６２−１６８１１８号公報 特開平１１−２８８６１４号公報 特開平８−３２７８２８号公報 特開２００３−２７０６３２号公報

図１６の光学デバイスを半透過型の液晶表示装置に適用する場合、光源近くに位置する反射溝で反射された光を、レンズを介して、画素の透過領域にロスなく集光することは難しい。

これは、図１６の場合、光源近くに位置する反射溝に光源から入射する光の入射角範囲は、光源から遠い位置の反射溝に光源から入射する光の入射角範囲よりも広く、このため、光源近くに位置する反射溝から前方に出射される光の出射角範囲は、光源から遠い位置の反射溝から前方に出射される光の出射角範囲と比較して広くなるためである。出射光の出射角範囲が広くなることは出射光の指向性が劣化することを意味し、レンズによって出射光を効果的に集光させることが困難となる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光源近くに位置する反射面から前方に出射される光の指向性を高めることを目的とする。

本発明にかかる光学デバイスは、側面から入射された光を前面から出射する面光源用の光学デバイスであって、（１）光源と、（２）前記側面に一致する光入射面、前記前面に一致する光出射面、前記光入射面に直交する軸線に沿って互いに離間して配置された複数の反射面を有し、前記光入射面から入射した前記光源からの光を複数の前記反射面を介して前記光出射面に案内する平板状の導光板と、（３）前記光入射面と前記光源との間に設けられると共に、前記光源からの光を前記光入射面に通過させるスリットを有する遮光部材と、を備え、前記光源から複数の前記反射面それぞれに入射される光の入射角範囲は、前記導光板の厚み方向に沿う前記スリットの開口幅によって設定される。

遮光膜に設けられたスリットによって、光源から複数の反射面それぞれに入射される光の入射角範囲が設定される。これによって、光源近くに位置する反射面に入射される光の入射角範囲は制限され、光源近くに位置する反射面から前方に出射される光の出射角範囲は制限される。

前記光源は、前記光源からの光を反射する内面を有する凹部内に配置される、と良い。

前記遮光部材は、前記凹部内に配置された前記光源を覆うように設けられると共に、前記光源からの光を反射する表面を有する、と良い。

前記遮光部材は、金属材料からなる反射膜である、と良い。前記遮光部材は、入射した光を拡散して反射する反射膜である、と良い。

前記光源は、チップ状の半導体発光素子であって、前記凹部は、樹脂層によって充填され、前記遮光部材は、前記樹脂層上に形成される、と良い。

前記樹脂層は、蛍光物質を含む、と良い。

出射光の波長が異なる複数のチップ状の半導体発光素子が前記凹部内に配置される、と良い。

前記遮光部材は、前記光入射面に直接形成される、と良い。前記光入射面と前記光源との間には、前記遮光部材が主面上に直接形成された透明基板が配置される、と良い。

前記導光板の前記光出射面上に形成され、前記導光板の屈折率よりも低い屈折率の低屈折率層と、前記低屈折率層上に形成されると共に、前記反射面で反射され、前記低屈折率層を通過した前記光源からの光が入射される複数のレンズと、をさらに備える、と良い。

複数の前記反射面の軸線に沿う配置間隔は、前記光入射面から離間するに従って狭くなる、と良い。

前記光源は、凹部内に配置されたチップ状の半導体発光素子であって、前記導光板の厚み方向に沿う前記スリットの開口幅は、前記導光板の厚み方向に沿う前記凹部の開口幅以下である、と良い。

前記光源は、チップ状の半導体発光素子であって、前記導光板の厚み方向に沿う前記スリットの開口幅は、前記導光板の厚み方向に沿う前記半導体発光素子の幅以下である、と良い。

前記遮光部材は、金属材料からなる反射膜である、と良い。前記遮光部材は、入射した光を拡散して反射する反射膜である、と良い。

本発明にかかる液晶表示装置は、上述のいずれかの光学デバイスを含む。

光源近くに位置する反射面から前方に出射される光の指向性を高めることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視した場合を前提として用いるものとする。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態について、図１乃至図９を用いて説明する。 図１に、液晶表示装置５０の概略的な構成を説明するための説明図を示す。図２に、レンズアレイ基板３を平面視した構成を説明するための模式図を示す。図３に、透明電極層６の画素領域の概略的な構成を説明するための模式図を示す。図４に、レンズの機能を説明するための説明図を示す。図５に、レンズアレイ基板２を含む光学デバイス６０の概略的な断面構成を説明するための模式図を示す。図６に、光学デバイス６０を斜視した概略的な構成を説明するための模式図を示す。図７に、半導体発光装置３０の構成を説明するための模式図を示す。図８に、光学デバイス６０の動作を説明するための説明図を示す。図９に、半導体発光装置３０の動作を説明するための説明図を示す。

図１に、液晶表示装置５０を示す。液晶表示装置５０は、いわゆる半透過型の液晶表示装置である。

液晶表示装置５０は、偏光板１、レンズアレイ基板２（透明基板３、レンズ４）、リム５、透明電極層６、配向膜７、液晶層８、配向膜９、透明電極層１０、フィルタ層１１、透明基板１２、偏光板１３、をこの順で備える。

偏光板１は、特定の偏光成分の光を透過させる光学部材である。偏光板１３も、偏光板１と同様に、特定の偏光成分の光を透過させる光学部材ある。偏光板１を通過する光の振動方向と偏光板１３を通過する光の振動方向とは直交関係にある。

レンズアレイ基板２は、透明基板３、複数のレンズ４を有する。透明基板３は、透明基板１２と共に、透明電極層６〜フィルタ層１１を機械的に保持する。レンズ４は、光源（図１では不図示）からの光を、透明電極層６の透過領域２０（図３参照）に集光させる。なお、透明基板３、１２は、板状の部材（ガラス、ポリカーボネイト、アクリル樹脂等）であって、可視光領域の光に透明である。レンズ４は、フォトレジスト（感光性樹脂材料）からなる。レンズ４のレンズ作用によって、光源からの光の利用効率は高められ、液晶表示装置５０の高輝度化を図ることができる。

透明基板３上には、リム５も配置される。リム５の厚みは、レンズ４の厚みに応じて設定される。リム５は、レンズアレイ基板２上に配置される偏光板１を保持する。

図２に、レンズアレイ基板２を平面視した模式図を示す。図２に示すように、複数のレンズ４は、透明基板３の主面上に隙間なくマトリクス状に配置される。なお、レンズ４間に隙間が生じないように、レンズ４の上面視形状は多角形（六角形）に設定されている。また、リム５は、透明基板３の主面の縁側の部分に配置される。リム５の内側には、複数のレンズ４が配置される。

図１に示すように、透明電極層６は、複数のＴＦＴ(Thin Film Transistor)素子１５を有する。透明電極層６は、導電性薄膜（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）から形成される。透明電極層６は、透明電極層１０と共に、液晶層８に電界を印加する。液晶層８の液晶の配向状態は、電界が印加されることで制御される。液晶の配向状態が制御されることによって、光源からの光の透過、不透過が制御される。

配向膜７、配向膜９は、液晶層８を挟持するように配置される。配向膜７、配向膜９は、液晶分子を所定の方向に揃える。配向膜７、配向膜９は、高分子材料であるポリイミド（Polyimide）等の有機薄膜で形成される。

フィルタ層１１は、画素ごとに、赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂｌｕｅ）のフィルタを有する。また、フィルタ層１１は、ブラックマトリクス膜１４を画素間に有する。ブラックマトリクス膜１４は、画素間の光のクロストークを防止する。

図３に、透明電極層６の画素領域ＰＸの概略的な構成を示す。図３に示すように、透明電極層６の画素領域ＰＸは、透過領域２０、反射領域２１を有する。また、画素領域ＰＸ間には配線２２が形成される。なお、ここでは、ＴＦＴ素子１５は図示されていない。レンズ４で集光された光源からの光は、透過領域２０を通過する。透過領域２０の周囲の反射領域２１は、透明基板１２側から入射する光を反射する。反射領域２１を設けることにより、外来光を液晶表示装置の光源として活用する。

図４に、レンズ４の機能について説明するたとめの説明図を示す。図４（ａ）に、透明基板３上にレンズ４を設けない場合を示す。図４（ｂ）に、透明基板３上にレンズ４を設けた場合を示す。

図４（ａ）の場合（レンズ４を設けない場合）、光源からの光の一部は透過領域２０を通過して前方に進行することができるが、その他の光は反射領域２１に妨げられ前方に進行することができない。

他方、図４（ｂ）の場合（レンズ４を設ける場合）、光源からの光の大部分は透過領域２０を通過して前方に進行することができる。すなわち、レンズ４を配置することによって、光源からの光の利用効率を格段に高めることができる。

図５に、レンズアレイ基板２を含む光学デバイス６０の概略的な断面構成を説明するための模式図を示す。

図５に示すように、光学デバイス６０は、レンズアレイ基板２（透明基板３、レンズ４）、半導体発光装置３０、遮光膜（遮光部材）４０、リム５を備える。光学デバイス６０は、面光源用の光学デバイス（ここでは、液晶表示装置用のバックライト）であって、透明基板３の側面３ｃから入射された光を透明基板３の前面３ａから出射する。

透明基板（導光板）３は、上面（光出射面）３ａ、下面３ｂ、側面（光入射面）３ｃ、側面３ｄを有する平板状の部材である。透明基板３は、可視光領域の光に対して透明である。

透明基板３の下面３ｂには、ｚ軸に沿って延在する複数の溝２３が形成される。そして、透明基板３の下面３ｂには、複数の反射面２７がｘ軸（側面３ｃに直交する軸線）に沿って互いに離間して配置される。また、複数の反射面２８がｘ軸に沿って互いに離間して配置される。なお、溝２３同士の間には、反射面２７と反射面２８とから規定される凸部２４が形成される。

透明基板３の上面３ａには低屈折率層２５が形成される。低屈折率層２５の屈折率は、透明基板３の屈折率よりも低い。また、低屈折率層２５上には、複数のレンズ４が形成される。また、透明基板３の上面３ａには、リム５が配置される。また、透明基板３の上面３ａには、可撓性を有する配線基板（フレキシブル基板）２６が部分的に配置される。

透明基板３の側面３ｃには、半導体発光装置３０が配置される。半導体発光装置３０は、配線基板２６に電気的に接続される。なお、半導体発光装置３０の構成については、図７を用いて後述する。

また、透明基板３の側面３ｃと、半導体発光装置３０との間には、遮光膜４０が配置される。遮光膜４０は、金属（Ａｇ、ＴｉＯ_２）からなる反射膜であり、スリット４１を有する。後述の発光チップ３２由来の光（発光チップ３２から出射された光、蛍光物質３６から放出された光）は、遮光膜４０に設けられたスリット４１を通過して透明基板３の側面３ｃに入射される。なお、スリット４１は、光学的な意味での開口を意味し、実際に空洞になっている必要はない。スリット４１のｙ軸に沿う開口幅（透明基板３の厚み方向に沿う開口幅）によって、半導体発光装置３０から複数の反射面２７それぞれに入射される光の入射角範囲は設定される。

光学デバイス６０は、次のように動作する。半導体発光装置３０から出射された光（白色光）は、遮光膜４０のスリット４１を介して、透明基板３の側面３ｃに入射される。そして、側面３ｃから透明基板３内に入射された光は、ｘ軸に沿って進行する。このとき、低屈折率層２５によって、低屈折率層２５−透明基板３間の界面に対する入射角が大きい光は、その界面で全反射される。従って、側面３ｃから透明基板３に入射された光は、側面３ｃに対向する側面３ｄまで効果的に伝播する。また、反射面２７、反射面２８で反射された光は、低屈折率層２５を通過し、レンズ４に入射される。このように、側面３ｃから入射された光は、反射面２７、２８を介して、上面３ａに案内される。そして、透明基板３の上面３ａからは、その面内で所定の強度を有する光が出射される。

図６に、光学デバイスを斜視した概略的な構成を説明するための模式図を示す。

図６に示すように、透明基板３の下面３ｂに形成される反射面２７は、ｘ軸に沿って互いに離間して形成される。また、同様に、ｚ軸に沿って互いに離間して形成される。

ｘ軸に沿う反射面２７の配置間隔は、側面３ｃ（半導体発光装置３０）から遠ざかるに伴って狭くなる。換言すると、側面３ｃ側のｘ軸に沿う反射面２７の配置間隔は、側面３ｄ側のｘ軸に沿う反射面２７の配置間隔よりも広い。これにより、透明基板３の上面３ａから出射される光の面内における強度分布を均一化することができる。なお、ｚ軸に沿う反射面２７の配置間隔は、ほぼ等しく設定されている。

また、図６に示すように、透明基板３の側面３ｃには、複数の半導体発光装置３０が互いに離間して配置される。これにより、光出射面としての透明基板３の上面３ａの大型化、上面３ａから出射される光強度の増加を図ることができる。

図７に、半導体発光装置３０の構成を説明するための模式図を示す。尚、図７（ａ）は、半導体発光装置３０の断面構成を説明するための模式図である。図７（ｂ）は、半導体発光装置３０の上面構成を説明するための模式図である。

図７（ａ）に示すように、半導体発光装置３０は、支持基板３１、発光チップ（ＬＥＤ（Light Emitting Diode））３２、壁部３３、を有する。また、遮光膜４０は、半導体発光装置３０の上面に直接形成される。以下、それぞれの構成について具体的に説明する。

支持基板３１は、板状のガラスエポキシ基板である。

発光チップ（光源）３２は、チップ状の半導体発光素子（ベアチップ）である。発光チップ３２は、支持基板３１の主面上に載置される。発光チップ３２のアノード電極は、支持基板３１の配線３５に接続される。発光チップ３２のカソード電極は、支持基板３１の配線３４に接続される。発光チップ３２に順方向電流を流すことで、発光チップ３２は青色の光（所定波長の光）を出射する。

壁部３３は、ガラスエポキシからなる板状部材である。壁部３３は、支持基板３１の主面上に配置される。壁部３３は、発光チップ３２を収納するための開口部を有する。壁部３３の開口部は、壁部３３の内面３８によって規定される。支持基板３１からｘ軸に沿って遠ざかるに従って、壁部３３の開口部の開口幅は広がる。壁部３３の開口部の開口形状に応じて、壁部３３の内面３８は、壁部３３の上面から下面に傾斜する面となる。尚、壁部３３の内面３８は、発光チップ３２由来の光（発光チップ３２から出射された光、蛍光物質３６から放出された光）を反射する。

壁部３３の開口部は、蛍光物質３６を含有する樹脂層３７で充填される。蛍光物質３６に発光チップ３２から光が入射すると、蛍光物質３６は所定波長の光を放出する。これにより、半導体発光装置３０から出射される光は白色に設定される。なお、樹脂層３７は、壁部３３と同様に、ガラスエポキシからなる。

遮光膜４０は、壁部３３の上面、樹脂層３７の上面に直接形成される。上述のように、遮光膜４０は、金属（Ａｇ、ＴｉＯ_２）からなる反射膜である。また、遮光膜４０は、発光チップ３２由来の光を部分的に通過させるスリット４１を有する。壁部３３の開口部内に充填された樹脂層３７の上面は、壁部３３の上面と一致するように設定される。従って、遮光膜４０は、平坦に構成される。

上述の説明から明らかなように、発光チップ３２は、支持基板３１、壁部３３から構成される凹部に配置される。また、発光チップ３２は、支持基板３１、壁部３３、遮光膜４０から構成されるキャビティー内に収納される。

図７（ｂ）に示すように、スリット４１は、ｚ軸（側面３ｃが延在する方向に沿う軸線）に沿って長尺である。

図７（ｂ）に示すように、スリット４１のｙ軸に沿う幅Ｗ１は、壁部３３の開口部のｙ軸に沿う幅Ｗ２（開口部のｙ軸に沿う最大幅Ｗ２）よりも狭い。換言すると、スリット４１のｙ軸に沿う幅は、発光チップ３２が収納される凹部のｙ軸に沿う幅Ｗ２（凹部のｙ軸に沿う最大幅Ｗ２）よりも狭い。また、スリット４１のｙ軸に沿う幅Ｗ１は、上述の凹部の底面のｙ軸に沿う幅Ｗ３よりも狭い。また、スリット４１のｙ軸に沿う幅Ｗ１は、発光チップ３２のｙ軸に沿う幅Ｗ４よりも狭い。なお、スリット４１は、発光チップ３２上に設けられる。

ここで、図８を用いて光学デバイス６０の動作について更に説明を加える。

図８（ａ）に示すように、半導体発光装置３０から出射された光は、遮光膜４０によって、入射角範囲θ０から入射角範囲θ１に制限されて反射面２７ａに入射する。これにより、反射面２７ａで反射された光は、出射角範囲θ２から出射角範囲θ３に制限されて前方に出射される。このようにして、反射面２７ａから前方に出射される光の指向性が高められる。なお、入射角範囲θ１は、スリット４１のｙ軸に沿う幅によって設定される。換言すると、入射角範囲θ１は、スリット４１を挟んで対向する遮光部材４０の縁同士の間のｙ軸に沿う幅によって設定される。なお、反射面２７ａには、透明基板３内で反射された光も入射し得る。

図８（ｂ）に示すように、半導体発光装置３０から出射された光は、遮光膜４０によって、入射角範囲θ４から入射角範囲θ５に制限されて反射面２７ｂに入射する。これにより、反射面２７ｂで反射された光は、出射角範囲θ６から出射角範囲θ７に制限されて前方に出射される。このようにして、反射面２７ｂから前方に出射される光の指向性が高められる。なお、入射角範囲θ５は、スリット４１のｙ軸に沿う幅によって設定される。また、反射面２７ａには、透明基板３内で反射された光も入射し得る。

本実施形態にかかる光学デバイス６０は、遮光膜４０のスリット４１を介して、発光チップ３２由来の光を部分的に透明基板３の側面３ｃに入射させる。これによって、半導体発光装置３０の近くに位置する反射面２７ａに入射する光の入射角範囲を制限し、反射面２７ａから前方に出射される光の指向性を高めることができる。

反射面２７ａから前方に出射される光の指向性を高めることで、透明基板３の上面３ａから出射される光の面内における強度分布を均一化することができる。これにより面内における出射光の強度分布がより均一化された面光源用の光学デバイス（バックライト）６０を実現できる。

また、反射面２７ａから前方に出射される光の指向性を高めることで、透明基板３の上面３ａに配置された複数のレンズ４に指向性の高い光を入射させることができる。これにより、半導体発光装置３０からの光を、レンズ４を介して、画素の透過領域２０にロスなく集光させることができ、半導体発光装置３０の光の利用効率を高めることができる。

また、上述のように、発光チップ３２は、半導体発光装置３０の凹部内に配置される。従って、半導体発光装置３０から出射される光には、凹部の内面で反射されて前方に進行する成分の光も含まれる。つまり、半導体発光装置３０からは様々なベクトルの光（様々な方向に進行する光）が出射され得る。本実施形態では、半導体発光装置３０と側面３ｃとの間に遮光膜４０が設けられることによって、様々なベクトルの光が反射面２７ａに入射することが抑制され、反射面２７ａから前方に出射される光の指向性がより高められる。

つまり、本実施形態の遮光膜４０によって、反射面２７ａに入射される光の入射角範囲が制限されることに加えて、凹部を有する半導体発光装置３０から出射される様々なベクトルの光が反射面２７ａに入射されることも抑制される。そして、反射面２７ａから前方に出射される光の指向性はより高められる。

また、本実施形態の遮光膜４０は、金属膜であって、表面に反射性を有する。これによって、発光チップ３２から出射された光は、上述の半導体発光装置３０のキャビティー内に閉じ込められる。これにより、発光チップ３２から出射された光の利用効率が低下することも抑制できる。

図９を参照して、上述の点について説明を補足する。図９（ａ）に、遮光膜４０が上面に形成されていない半導体発光装置３０を示す。図９（ｂ）に、遮光膜４０が上面に形成された半導体発光装置３０を示す。

図９（ａ）（ｂ）に模式的に示すように、各半導体発光装置の凹部内では様々なモードの光が生成される。

図９（ａ）の半導体発光装置３０をそのまま透明基板３の側面３ｃに対向配置する場合には、反射面２７ａには様々なベクトルの光が入射されることになる。

図９（ｂ）の遮光膜４０が上面に形成された半導体発光装置３０を透明基板３の側面３ｃに対向して配置する場合には、図９（ａ）の場合と比較して、反射面２７ａに様々なベクトルの光が入射されることは抑制される。これによって、上述のように、反射面２７ａから前方に出射される光の指向性はより高められる。

なお、図９（ｂ）の場合、半導体発光装置３０のキャビティー内で循環するモードが発生し得る。このような循環モードが長々とキャビティー内で滞在することを抑制するため、拡散性のある反射材料（ジルコニア（ＺｒＯ_２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ_２）等）を用いて遮光膜４０を構成すると良い。これにより、半導体発光装置３０のキャビティー内に滞在するモードの発生が抑制され、発光チップ３２から出射される光の利用効率をさらに高めることができる。

〔第２の実施形態〕
図１０を参照して、第２の実施形態について説明する。図１０に示すように、本実施形態では、遮光膜４０は、透明基板３の側面３ｃ上に直接形成される。このような場合も、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、半導体発光装置３０は、遮光膜４０を挟んで、透明基板３の側面３ｃ上に載置される。そして、透明基板３の側面３ｃ上に形成された遮光膜４０に、壁部３３の上面、樹脂層３７の上面が当接する。これにより、第１の実施形態と同様のキャビティーが形成され、発光チップ３２由来の光の利用効率が低下することが抑制される。なお、透明基板３の側面３ｃ上に遮光膜４０を形成することで、個々の半導体発光装置３０に遮光膜４０を形成する手間を省くことができる。

〔第３の実施形態〕
図１１、図１２を参照して、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、遮光膜４０が主面上に予め形成された透明基板４２と半導体発光装置３０とが貼り合わされる。このような場合も、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１１に示すように、半導体発光装置３０の上面には、遮光膜４０が主面（下面）上に形成された透明基板４２が設けられる。尚、透明基板４２は、板状の部材であって、可視光領域の光に対して透明である。

図１１の構成は、例えば、図１２のように実現できる。まず、図１２（ａ）の半導体発光装置３０を用意する。次に、図１２（ｂ）の主面上に遮光膜４０が形成された透明基板４２を用意する。そして、最後に、図１２（ｃ）のように、半導体発光装置３０と遮光膜４０が形成された透明基板４２とを貼り合わせる。半導体発光装置３０に直接的に遮光膜４０を形成することが適さない場合、本実施形態のように他の部材（透明基板４２）に遮光膜４０を形成し、これと半導体発光装置３０とを貼りあわせればよい。

〔第４の実施形態〕
図１３を参照して、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、各々異なる波長の光を出射する３つの発光チップ３２を凹部内に配置する。このような場合も、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１３に、半導体発光装置３０の構成を説明するための模式図を示す。尚、図１３（ａ）は、半導体発光装置３０の上面構成を説明するための模式図である。図１３（ｂ）は、半導体発光装置３０の断面構成を説明するための模式図である。

図１３（ａ）に示すように、半導体発光装置３０の凹部内には、発光チップ３２ａ〜３２ｃが配置される。発光チップ３２ａは、赤色の光（波長：６６０ｎｍ）を出射するＬＥＤである。発光チップ３２ｂは、緑色の光（波長：５２５ｎｍ）を出射するＬＥＤである。発光チップ３２ｃは、青色の光（波長：４５０ｎｍ）を出射するＬＥＤである。発光チップ３２ａ〜３２ｃは、ｚ軸に沿って等しい間隔をあけて配置されている。また、発光チップ３２ａ〜３２ｃ上には、スリット４１が配置される。

図１３（ｂ）に示すように、半導体発光装置３０の凹部内を充填する樹脂層３７は、蛍光物質３６を含まない。本実施形態では、光の三原色に対応する３つのＬＥＤを使用するため、蛍光物質３６を樹脂層３７に含ませる必要はない。

〔第５の実施形態〕
図１４、図１５を参照して、第５の実施形態について説明する。本実施形態では、透明基板３の側面３ｃと半導体発光装置３０との間にレンズ（図１４のレンズ４５、図１５のレンズ４６）を配置する。半導体発光装置３０から出射された光は、レンズを介して、透明基板３の側面３ｃに入射される。レンズのレンズ形状を適切に設定することで、透明基板３の側面３ｃから側面３ｄに向けて効果的に光を伝播させることができる。

図１４に、透明基板３の側面３ｃにレンズ４５を設ける場合を示す。この場合、半導体発光装置３０からの光の発散角はレンズ４５によって狭められる。従って、透明基板３の側面３ｃから側面３ｄに光を効果的に伝播させることができる。

図１５に、半導体発光装置３０の上面に形成された遮光膜４０のスリット４１部分にレンズ４６を設ける場合を示す。この場合も、図１５に模式的に示すように、半導体発光装置３０からの光の発散角はレンズ４６によって狭められる。従って、透明基板３の側面３ｃから側面３ｄに光を効果的に伝播させることができる。

本発明の実施形態は上述の実施形態に限定されない。本発明は、液晶表示装置以外の他の様々なデバイスにも適用することができる。光学デバイス上に拡散板を配置し、出射光の強度がより均一化された面光源として用いることも可能である。

光源は、ランプ等であっても良い。半導体発光装置３０の具体的な構成は任意であり、砲弾型のＬＥＤであっても構わない。複数の半導体発光装置３０を配置することに代えて、側面３ｃと同様に長尺な半導体発光装置３０を透明基板３の側面３ｃに配置しても良い。遮光部材の材料、厚み等は任意である。透明基板は、単層の部材で構成する必要はなく、複層の部材として構成しても良い。透明基板３の下面３ｂ上に反射シートを貼り合わせることで、反射面２７を透明基板３の下面３ｂに配置しても良い。

液晶表示装置の概略的な構成を説明するための説明図である。 レンズアレイ基板を平面視した構成を説明するための模式図である。 透明電極層６の画素領域の概略的な構成を説明するための模式図である。 レンズの機能を説明するための説明図である。 レンズアレイ基板２を含む光学デバイス６０の概略的な断面構成を説明するための模式図である。 光学デバイス６０を斜視した概略的な構成を説明するための模式図である。 半導体発光装置３０の構成を説明するための模式図である。 光学デバイス６０の動作を説明するための説明図である。 半導体発光装置の動作を説明するための説明図である。 第２の実施形態にかかる光学デバイス６０を斜視した概略的な構成を説明するための模式図である。 第３の実施形態にかかる遮光膜４０の配置を説明するための概略的な模式図である。 遮光膜４０の配置方法を説明するための説明図である。 第４の実施形態にかかる半導体発光装置３０の構成を説明するための模式図である。 第５の実施形態にかかる、透明基板３の側面３ｃにレンズ４５を設ける場合を示す模式図である。 半導体発光装置３０の上面に形成された遮光膜４０のスリット４１にレンズ４６を設ける場合を示す模式図である。 従来の光学部品を説明するための概略的な模式図である。

符号の説明

６０ 光学デバイス
３ 透明基板（導光板）
３ｃ 側面（光入射面）
３ａ 上面（光出射面）
２７ 反射面
３０ 半導体発光装置
３２ 発光チップ
４０ 遮光膜
４１ スリット
２５ 低屈折率層
２６ 配線基板

Claims (17)

1. 側面から入射された光を前面から出射する面光源用の光学デバイスであって、
   光源と、
   前記側面に一致する光入射面、前記前面に一致する光出射面、前記光入射面に直交する軸線に沿って互いに離間して配置された複数の反射面を有し、前記光入射面から入射した前記光源からの光を複数の前記反射面を介して前記光出射面に案内する平板状の導光板と、
   前記光入射面と前記光源との間に設けられると共に、前記光源からの光を前記光入射面に通過させるスリットを有する遮光部材と、
   を備え、
   前記光源から複数の前記反射面それぞれに入射される光の入射角範囲は、前記導光板の厚み方向に沿う前記スリットの開口幅によって設定される、光学デバイス。
2. 前記光源は、前記光源からの光を反射する内面を有する凹部内に配置されることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
3. 前記遮光部材は、前記凹部内に配置された前記光源を覆うように設けられると共に、前記光源からの光を反射する表面を有することを特徴とする請求項２記載の光学デバイス。
4. 前記遮光部材は、金属材料からなる反射膜であることを特徴とする請求項３記載の光学デバイス。
5. 前記遮光部材は、入射した光を拡散して反射する反射膜であることを特徴とする請求項３記載の光学デバイス。
6. 前記光源は、チップ状の半導体発光素子であって、
   前記凹部は、樹脂層によって充填され、
   前記遮光部材は、前記樹脂層上に形成されることを特徴とする請求項２記載の光学デバイス。
7. 前記樹脂層は、蛍光物質を含むことを特徴とする請求項６記載の光学デバイス。
8. 出射光の波長が異なる複数のチップ状の半導体発光素子が前記凹部内に配置されることを特徴とする請求項６記載の光学デバイス。
9. 前記遮光部材は、前記光入射面に直接形成されることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
10. 前記光入射面と前記光源との間には、前記遮光部材が主面上に直接形成された透明基板が配置されることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
11. 前記導光板の前記光出射面上に形成され、前記導光板の屈折率よりも低い屈折率の低屈折率層と、
    前記低屈折率層上に形成されると共に、前記反射面で反射され、前記低屈折率層を通過した前記光源からの光が入射される複数のレンズと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
12. 複数の前記反射面の前記軸線に沿う配置間隔は、前記光入射面から離間するに従って狭くなることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
13. 前記光源は、凹部内に配置されたチップ状の半導体発光素子であって、
    前記導光板の厚み方向に沿う前記スリットの開口幅は、前記導光板の厚み方向に沿う前記凹部の開口幅以下であることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
14. 前記光源は、チップ状の半導体発光素子であって、
    前記導光板の厚み方向に沿う前記スリットの開口幅は、前記導光板の厚み方向に沿う前記半導体発光素子の幅以下であることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
15. 前記遮光部材は、金属材料からなる反射膜であることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
16. 前記遮光部材は、入射した光を拡散して反射する反射膜であることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
17. 請求項１乃至１６いずれかに記載の光学デバイスを含む液晶表示装置。

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