【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置などの背面照明に用いられる導光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やノートブック型コンピュータなどに用いられる液晶表示装置には、高輝度で一様な明度を有し、表示品質の優れた背面照明が必要とされている。
この種の背面照明においては、細径蛍光灯などの線状光源から得られる照明を面状とするために、側面に設けられた入光端面から入射された光を表面から放射するような導光板が用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、従来の導光板を用いた背面照明装置の一例を示す概略構成図である。同図において、符号１は導光板であり、符号２は光源である。導光板１は一般に、アクリル樹脂などの透明プラスチックからなり、その側面の一つは入光端面３とされており、裏面および入光端面３以外の側面には反射板４が配置されている。光源２から放射され、導光板１の入光端面３に入射した光５は、導光板１内部における散乱や乱反射、反射板４による反射により、該導光板１の表面から出射される。このように面状に出射された光により、液晶表示装置などの背面照明を行うことができる。
【０００４】
【非特許文献１】
東レリサーチセンター編，「ＬＣＤバックライトの最新技術動向」，１９９５年，第３章バックライト関連特許，３．５ 導光部材
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の導光板においては、光５は、導光板１の入光端面３に入射してから、表面から出射されるまでの間に、該導光板１内部で散乱し減衰してゆくので、光源２から距離が遠くなるほど導光板１の表面の輝度が低下しやすく、光源から遠い領域が暗くなり、光源の近傍領域の明るさが目立ってしまい、照明が不均一に見えることがある。この現象は、特に、表示装置が大型化した場合や、導光板１を薄くした場合、あるいは、表示装置の小型化のため、光源としてＬＥＤ素子を用いた場合には、顕著になる。均一な照光面を得るため、導光板１の表面に拡散シートやレンズシート、プリズムシートなどを設けて、面方向に光を拡散させて出射光を均一化することも行われているが、光の損失が大きくなり、光の利用効率が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、光源から離れた位置での輝度の低下を抑制し、明るく照光できる導光板を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、入光端面に端面を向け、かつ表面に沿って配列された複数の光ファイバと、これらの光ファイバの間隙に充填され、板状に形成された透明樹脂層とを具備し、裏面に複数の凹部が形成されている導光性板状体を一枚もしくは複数枚有することを特徴とする導光板を提供する。
このような導光板によれば、光源からの光は、入光端面から直接に光ファイバの端面に入射し、該光ファイバ内を低損失で伝播する。そして、導光板の裏面に形成された複数の凹部に反射されて、該導光板の表面から放出されるので、導光板内の光の減衰を抑制することができ、光源から離れた位置でも明るい照光が可能となる。また、導光板の厚さを光ファイバの直径程度とすることができるので、高効率で薄型、軽量の導光板を得ることができる。
【０００８】
このような導光板においては、光源が細径蛍光灯のような線状光源である場合には、光ファイバが平行に配列されていることが好ましい。また、光源がＬＥＤ素子のような点状光源である場合には、光ファイバが放射状に配列されていることが好ましい。これにより、光源から光ファイバへの入射効率を向上させることができる。
【０００９】
導光性板状体を複数枚積層した導光板の場合、各導光性板状体の光ファイバは、導光板の表面方向から平面視したときに重なり合わないように配列されていることが好ましい。これにより、裏側の導光性板状体の光ファイバから放出された光が、それより表側にある導光性板状体の光ファイバにより散乱されることを抑制することができる。
また、前記各導光性板状体のうち、表側の導光性板状体には、その裏側の導光性板状体の凹部に対応する位置に、透孔を設けることができる。これにより、裏側の導光性板状体の光ファイバから放出された光は、これらの透孔を通じて導光板の表面から出射されるので、表側の導光性板状体による散乱や拡散を抑制することができる。
【００１０】
光ファイバの出射側の端面が向かう導光板の側面には、反射板を配置することが好ましい。これにより、光ファイバの出射側の端面からの光の放出を防ぐことができるので、導光板の照光効率が向上する。
凹部は、光ファイバに垂直な溝として、連続的に形成することができる。これにより、凹部を形成する作業の手間を軽減でき、生産性が向上する。
【００１１】
導光性板状体の表面と裏面との一方または両方、あるいは、光ファイバの外周面に、微細な凹凸を形成することができる。これにより、光ファイバ外に放出された光を散乱させ、凹部の間の領域をより均一に照光することができる。
また、透明樹脂層内に、光散乱性物質および／または蛍光性物質を存在させてもよい。これにより、光ファイバ外に放出された光を散乱させ、凹部の間の領域をより均一に照光することができる。
【００１２】
導光板の表面に凹部に対応する位置に開口部を有するシャドウマスクを積層してもよい。これにより、光がシャドウマスクの開口部のみから出射されるようになるので、明瞭な発光点分布を有する導光板を得ることができる。
また、凹部の位置を、該導光板と組み合わせて使用される液晶素子の画素の位置に対応して設けることができる。これにより、液晶素子の各画素をより効率よく照光することができ、明瞭な液晶表示装置を得ることができる。
また、導光板表面に光拡散層または光偏光層を形成してもよい。これにより、出射光の光束密度分布や偏光状態を変化させ、目的に合わせた多様な照光品質を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の導光板の第１の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ′線に沿う断面図である。これらの図において、符号１は、導光板である。この導光板１は、コア７とクラッド８を有する光ファイバ６を平行に配列し、その周囲の間隙に透明樹脂を含浸させ、平面視矩形の板状の透明樹脂層９として、光ファイバ６を互いに固着した導光性板状体１ａを一枚有する構成となっている。
【００１４】
光ファイバ６の種類は、特に限定されるものではなく、石英系、多成分ガラス系、プラスチッククラッド系、全プラスチック系などの各種光ファイバを使用可能であるが、後述の凹部１０を形成する加工が容易であることから、全プラスチック光ファイバを用いることが好ましい。例えば、コア径が２４０ｎｍ、クラッド径が２５０ｎｍの光ファイバ６を用いることができる。コア７、クラッド８の材料としては、コア７の材料としては、屈折率が１．４９〜１．５２程度であるアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂などが例示でき、クラッド８の材料としては、屈折率が１．２〜１．３程度のフッ素樹脂などが例示される。
また、図１には示さないが、コア７のみを有する光ファイバや、クラッド８の周囲に樹脂被覆を有する光ファイバも、使用可能である。
【００１５】
透明樹脂層９は、光ファイバ６の間隙を充填するように被覆して、該光ファイバ６を整列した状態で固着することを主目的とするものである。透明樹脂層９となる透明樹脂としては、光ファイバ６中の光５の伝播に与える影響が少ないものが好ましく、例えば屈折率がクラッド８と同等またはそれ以下のフッ素樹脂、シリコーン樹脂などを用いることができる。また、光ファイバ６として、コア７のみを有するものを用いた場合は、透明樹脂層９がコア７に対するクラッドとして機能させるため、上記透明樹脂として、屈折率がコア７より低いものが用いられる。
【００１６】
図１に示す導光板１においては、透明樹脂層９は、クラッド８の外周全体を被覆し、かつ、凹部１０を除いては平坦に成形されている。具体的には、例えば、クラッド径２５０ｎｍの光ファイバ６に対して、透明樹脂層９の厚さを３００μｍとする例が挙げられる。
なお、上述のように、透明樹脂層９は、光ファイバ６を整列した状態で固着することを主目的とするものであるから、各光ファイバ６が相互に分離しにくく固着されている限り、光ファイバ６の外周面の一部が透明樹脂層９の外に露出されていても差し支えない。
【００１７】
入光端面３は光源２からの光の入射効率を向上させるため、ソフトエッチングによる鏡面処理が施されている。本実施の形態において、光源２は、細径蛍光灯などの線状光源であり、該光源２からの光が導光板１中の光ファイバ６に対して、ほぼ垂直に入射するように、光源２の中心線が各光ファイバ６の光軸に直交する位置に配置されている。また、光ファイバ６の入射端面に対して反対側の端面が向かう導光板１の側面には、反射板４が設置されている。
【００１８】
導光板１の裏面には、凹部１０が所定の間隔で形成されている。これらの凹部１０は、光ファイバ６を伝搬する光５の一部を、導光板１の表面から出射させるためのものであり、レーザ照射を用いた直接加工、露光や腐食性溶剤を用いたエッチングなどの手法を用いることにより、形成することができる。凹部１０の形状は、特に限定されるものではないが、半球状、半楕円球状などが例示される。
【００１９】
凹部１０の配置は、特に限定されるものではないが、例えば、等間隔のマトリクス状とすれば、凹部１０による発光点を導光板１の表面に均等分布させることができる。このためには、例えば、図１に示すように、隣接する光ファイバ６の間で、光ファイバ６の長手方向で光ファイバ６の直径の２倍程度のズレが生じるようにする方法が例示できる。
あるいは、各光ファイバ６に対して、光ファイバ６の長手方向に沿って、光ファイバ６の直径程度の間隔で凹部１０を形成しても、凹部１０を等間隔のマトリクス状に設けることができる。
【００２０】
本実施の形態の導光板１によれば、光源２からの光５は、入光端面３から光ファイバ６に入射する。そして、光ファイバ６がクラッド８を有する場合は、コア７とクラッド８との境界面において、また、クラッド８を有しない場合は、コア７と透明樹脂層９との境界面において、全反射することによりコア７の中を伝搬し、反射板４によって反射することにより、コア７の中を往復する。この際、凹部１０による反射により、導光板１の表面側に一部漏出して、出射される。
【００２１】
すなわち、光５は、光ファイバ６中を拡散や散乱なしに伝播し、凹部１０のみにより進行方向を変えられて、表面側に放出されるので、凹部１０の位置に対応して、明るく均一な反射角度と分布を与える微小発光点を設けることができ、導光板の表面全体に明るく高品位な照光を単純な構成により実現することができる。しかも、この導光板１の厚さは、光ファイバ６の直径程度であるので、導光板１の厚さを極めて薄くすることができ、背面照明装置の軽量化を実現できる。
【００２２】
本実施の形態の導光板１では、凹部１０の直径や深さを適宜変えることにより、光の反射効率を変えて、凹部１０近傍の明るさを調節することができる。凹部１０の深さは、光ファイバ６のクラッド８に達する程度でも、コア７に達する程度としてもよく、また、光ファイバ６に達せず、透明樹脂層９の範囲内としてもよい。例えば、光ファイバ６の直径が２００〜２５０μｍであるとき、１００〜１５０μｍ程度とすることが例示される。
より具体的には、例えば、導光板１表面の明るさの均一性を高める目的では、図２に示すように、光源から遠くになるにつれて、凹部１０の深さを段階的により深くするという方法が挙げられる。つまり、光ファイバ６の入射端面の近傍では、光源２に近いことから光５の強度が強く、反射効率をあまり高くしなくても充分な明るさが得られることから、より浅くし、光源から遠くになるにつれて光５の強度が弱くなるので、より深くする。但し、反射板４の近傍では光５の強度がやや強くなりやすいので、凹部１０の深さを少し浅めにしてもよい。
また、凹部１０の配置分布や大きさなどを適宜変化させることにより、導光板１の表面の各部の照光レベルに所望の差異を与えることも可能である。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は、第２の実施の形態の一例を示す斜視図である。この導光板１においては、その裏面に、第１の実施の形態における凹部１０として、光ファイバ６に垂直な複数の溝１１が設けられている。この他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
溝１１は、第１の実施の形態において説明したように、レーザ加工やエッチングなどにより形成することができる。溝１１の断面の形状は、半円状、Ｕ字形、Ｖ字形などとすることができる。
【００２４】
このような導光板１によれば、溝１１の形成により光ファイバ６のコア７が露出された部分が、第１の実施の形態の導光板１における凹部１０と同様に機能し、光ファイバ６中を伝搬する光の一部を、導光板１の表面側に反射させて、光を出射させることができる。しかも、本実施の形態によれば、溝１１を１本形成する毎に、それが横切る光ファイバ６の本数に相当する多数の凹部１０を一度に形成する効果が得られるので、加工の手間を軽減することができ、製造コストを低減し、生産性を向上させることができる。
溝１１の深さは、光源２からの距離や、光ファイバ６を伝達する光５の強度に応じて、所望の明るさが得られるように、調整することが好ましい。
【００２５】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は第３の実施の形態の一例を示す平面図である。本実施の形態においては、光源２として、ＬＥＤ素子など、点状の発光点１２を有するものが用いられる。そして、導光板１の光ファイバ６は、該導光板１の側方に配置される光源２の中心の発光点１２を中心とする放射状に配列されており、入光端面３は、前記発光点１２を中心とする平面視円弧状に切除されている。さらにこの導光板１には、図示しないが、入光端面３を除く３つの側面に反射板が設けられている。
これによれば、光源２が点状光源であっても、該光源２からの光５を光ファイバ６に略垂直に入射させることができ、光源２と入光端面３との間の結合効率を向上させ、高効率な照光を実現することができる。
【００２６】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図５は第４の実施の形態の一例を示す断面図である。本実施の形態においては、光ファイバ６の外周面に微細な凹凸１３が形成されている。このような凹凸１３は、光ファイバ６を透明樹脂中に含浸させる前に、機械的な粗面化処理を行うことにより形成することができる。この凹凸１３の表面粗さは、例えば、１〜５μｍとされる。凹凸１３を形成する部分は、光ファイバ６の外周面の全域としてもよく、また、部分的としてもよい。
【００２７】
このように微細な凹凸１３を設けることにより、光源２から光ファイバ６に入射せずに、透明樹脂層９内に入射して伝播する光や、凹部１０で表面方向に反射せずに乱反射した光などを、散乱させることができる。そして、凹部１０による反射光を補うように、凹凸１３による散乱光を用いて、凹部１０間の領域を淡く発光させることができるので、目視的に均一性の高い照光を実現することができる。
【００２８】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、図６に示すように、透明樹脂層９をなす透明樹脂中に、シリカ粉末などの光散乱性物質１４や、ＧｅＮなどの希土類化合物に代表される蛍光性物質１５を配合したものである。これ以外の構成は、上述の導光板１と同様にすることができ、光ファイバ６の配列様式も、平行状、放射状など、特に制限されない。
導光板１の表面には、図示しないが、上述の各実施の形態のものと同様に、凹部１０が形成されている。
これにより、光源２から光ファイバ６に入射せずに、透明樹脂層９内に入射して伝播する光や、凹部１０で照射面方向に反射せずに乱反射した光などを、これらの光散乱性物質１４により散乱させたり、蛍光性物質１５により蛍光発光させることができるので、凹部１０間の領域を淡く発光させ、目視的に、一層均一な照光を実現することができる。
【００２９】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図７は、本発明の実施の形態の一例を示す図である。この導光板１は、図７（ａ）に示すように、平行に配列された光ファイバ６の間隙に透明樹脂層９を充填した導光性板状体１ａ〜１ｃを３枚用意し、これらを図７（ｂ）に示すように、エポキシ系、アクリル系などの接着剤を用いて積層したものである。
各導光性板状体１ａ〜１ｃの光ファイバ６の配列方向には、約±６０°以内の角度差が設けられており、光ファイバ６の位置が表面方向から平面視したときに重なり合わないようになっている。また、積層後、図７（ｂ）に示すように、導光板１の一側面が浅く円弧状に切り欠かれて、４段の波状の入光端面３が形成されている。各導光性板状体１ａ〜１ｃの表面には、上述の各実施の形態のものと同様に、凹部１０が形成されている。
【００３０】
この導光板１は、入光端面３の各段３ａ〜３ｄの円弧の中心に計４個の点状光源（図示せず）を配置することにより、背面照射装置として用いることができる。各導光性板状体１ａ〜１ｃの光ファイバ６の配置方向を変えて３種類とすることにより、点状光源からの光は、照射方向に応じて、いずれかの導光性板状体１ａ〜１ｃに入射させることができるので、光をより効率的に受光し、照光効率を向上することができる。しかも、光源を点状光源とすることにより、光源を小型化し、背面照射装置を一層薄型化することができる。
【００３１】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。図８は、この実施の形態の一例を示す断面図である。この導光板１は、図８（ａ）に示すように、放射状に配列された光ファイバ６の間隙に透明樹脂層９を充填した導光性板状体１ａ〜１ｃを３枚用意し、これらを図８（ｂ）に示すように、エポキシ系、アクリル系などの接着剤を用いて積層したものである。
各導光性板状体１ａ〜１ｃの光ファイバ６の配列は、それぞれ異なる点を中心にした放射状となっており、光ファイバ６の位置が表面方向から平面視したときに重なり合わないようになっている。また、積層後、図８（ｂ）に示すように、導光板１の一側面が円弧状に切り欠かれて、３段の波状の入光端面３が形成されている。各導光性板状体１ａ〜１ｃの表面には、上述の各実施の形態のものと同様に、複数の凹部１０が形成されている。
【００３２】
この実施の形態によれば、入光端面３の各段３ａ〜３ｃの円弧の中心にＬＥＤ素子などの点状光源（図示せず）を配置することにより、各導光性板状体１ａ〜１ｃの光ファイバ６に光を入射することができる。上述の第３の実施の形態の導光板１と比較すると、光源の個数を複数とすることにより、照光面の明るさを一層高めることができる。しかも、光源を点状光源とすることにより、光源を小型化し、背面照射装置を一層薄型化することができる。
【００３３】
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。図９は、第８の実施の形態の一例を示す断面図である。同図に示すように、３枚の導光性板状体１ａ〜１ｃを積層させて得られる導光板１において、最表面側の導光性板状体１ａには、中段の導光性板状体１ｂおよび最も裏側の導光性板状体１ｃの凹部１０に対応する位置に透孔１６が設けられている。同様に、中段の導光性板状体１ｂには、最も裏側の導光性板状体１ｃの凹部１０に対応する位置に透孔１６が設けられている。この場合、光ファイバ６の配置は特に限定されないが、上述の、第６または第７の実施の形態のものと同様にすることができる。
これにより、より裏側の導光性板状体１ｂ、１ｃの凹部による反射光を、より表側の導光性板状体１ａ、１ｂで吸収したり散乱したりする不都合を防ぎ、一層明瞭な照光を実現することができる。
【００３４】
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。図１０は、第９の実施の形態の一例を示す断面図である。本実施の形態においては、図１０に示すように、導光板１の表面に、凹部１０に対応する位置に開口部１８を有するシャドウマスク１７が設けられている。これにより、入光端面３付近で発生する漏れ光による過剰照光をシャドウマスク１７により遮断し、凹部１０による反射光のみを開口部１８から出射することができる。従って、明瞭な発光点分布を有する照光面が得ることができる。特に、凹部１０を液晶素子の画素の位置に対応して配置することにより、画素の位置に選択的に照光することができ、極めて鮮明な液晶表示装置を得ることができる。
【００３５】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施の形態のみに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、一般的に適用されている導光板と同様に、乳白色の透光性拡散層や、プリズムシートなどの偏光層を表面側に配置することができる。これにより、出射光の光束分布や偏光状態を変化させ、多様な用途、目的に合わせた照光品質を実現できる。
また、導光板１の裏面や側面に、銀鏡面、銀色や白色などの明るい色調を有する反射板を設けることにより、導光板１の表面以外からの光の出射を防ぎ、漏れ光を抑制することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、光ファイバの優れた光の伝搬性能と直進性能に着目し、導光板の内部に、該導光板の前記側面に端面を向け、かつ前記表面に沿って複数の光ファイバを配列するとともに、裏面に複数の凹部を形成したので、光源からの光を導光板の側面から直接に光ファイバの端面に入射して該光ファイバ内を低損失で伝搬させるとともに、導光板の裏面に形成された複数の凹部による反射により導光板の表面から放出させることができるので、明るく高効率な照光が可能な導光板を得ることができる。また、表示装置が大型化しても、導光板内の吸収、散乱による損失が小さいので、明るさを低下させることなく、対応可能である。
本発明によれば、導光板の厚さを光ファイバの直径程度とすることができるので、導光板の厚さを極めて薄くすることができ、背面照明装置の軽量化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の導光板を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ′線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の導光板を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の導光板を示す平面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の導光板を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の導光板を示す断面図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態の導光板を示す斜視図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態の導光板を示す斜視図である。
【図９】本発明の第８の実施の形態の導光板の要部を示す断面図である。
【図１０】本発明の第９の実施の形態の導光板の要部を示す断面図である。
【図１１】従来の導光板を用いた背面照明装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…導光板、１ａ〜１ｃ…導光性板状体、２…光源、３…入光端面、４…反射板、５…光、６…光ファイバ、９…透明樹脂層、１０…凹部、１１…溝、１３…微細な凹凸、１４…光散乱性物質、１５…蛍光性物質、１６…透孔、１７…シャドウマスク、１８…開口部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light guide plate used for backlighting a liquid crystal display device or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A liquid crystal display device used for a mobile phone, a notebook computer, or the like is required to have a backlight having high luminance, uniform brightness, and excellent display quality.
In this type of backlight, in order to make illumination obtained from a linear light source such as a small-diameter fluorescent lamp into a planar shape, a light guide radiating light incident from a light incident end face provided on a side surface from the surface. An optical plate is used (for example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional backlight device using a light guide plate. In the figure, reference numeral 1 denotes a light guide plate, and reference numeral 2 denotes a light source. The light guide plate 1 is generally made of a transparent plastic such as an acrylic resin, and one of its side surfaces is a light incident end surface 3, and a reflective plate 4 is disposed on the back surface and the side surfaces other than the light incident end surface 3. Light 5 emitted from the light source 2 and incident on the light incident end face 3 of the light guide plate 1 is emitted from the surface of the light guide plate 1 due to scattering and irregular reflection inside the light guide plate 1 and reflection by the reflection plate 4. Backlighting of a liquid crystal display device or the like can be performed by the light emitted in a planar shape as described above.
[0004]
[Non-patent document 1]
Toray Research Center, "Latest Technology Trends in LCD Backlights", 1995, Chapter 3 Backlight Related Patents, 3.5 Light Guide Member [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional light guide plate, the light 5 is scattered and attenuated inside the light guide plate 1 between the time when the light 5 enters the light incident end face 3 of the light guide plate 1 and the time when the light 5 exits from the surface. In addition, as the distance from the light source 2 increases, the brightness of the surface of the light guide plate 1 tends to decrease, the area far from the light source becomes dark, and the brightness in the area near the light source becomes conspicuous, so that the illumination may look uneven. This phenomenon is particularly remarkable when the display device is enlarged, when the light guide plate 1 is made thinner, or when the LED device is used as a light source for downsizing the display device. In order to obtain a uniform illuminating surface, a diffusion sheet, a lens sheet, a prism sheet, and the like are provided on the surface of the light guide plate 1 to diffuse the light in the surface direction and make the emitted light uniform. However, there is a problem that the loss of light becomes large and the light use efficiency is low.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a light guide plate that can suppress a decrease in luminance at a position distant from a light source and can illuminate brightly.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is directed to a plurality of optical fibers arranged with their end faces facing the light incident end face and along the surface, and filled in the gap between these optical fibers, and formed into a plate-shaped transparent A light guide plate, comprising: a resin layer; and one or more light guide plate bodies having a plurality of recesses formed on a back surface.
According to such a light guide plate, the light from the light source directly enters the end face of the optical fiber from the light incident end face, and propagates through the optical fiber with low loss. Then, since the light is reflected by the plurality of concave portions formed on the back surface of the light guide plate and emitted from the surface of the light guide plate, attenuation of light in the light guide plate can be suppressed, and the light is bright even at a position away from the light source. Illumination becomes possible. Further, since the thickness of the light guide plate can be made approximately equal to the diameter of the optical fiber, a highly efficient, thin, and lightweight light guide plate can be obtained.
[0008]
In such a light guide plate, when the light source is a linear light source such as a small-diameter fluorescent lamp, the optical fibers are preferably arranged in parallel. When the light source is a point light source such as an LED element, it is preferable that the optical fibers are radially arranged. Thereby, the efficiency of incidence from the light source to the optical fiber can be improved.
[0009]
In the case of a light guide plate in which a plurality of light guide plate members are stacked, the optical fibers of each light guide plate member may be arranged so as not to overlap when viewed in plan from the surface direction of the light guide plate. preferable. Accordingly, it is possible to suppress the light emitted from the optical fiber of the light guide plate on the back side from being scattered by the optical fiber of the light guide plate on the front side.
Further, among the light guide plate members, the front light guide plate member may be provided with a through hole at a position corresponding to the concave portion of the light guide plate member on the back side. As a result, the light emitted from the optical fiber of the light guide plate on the back side is emitted from the surface of the light guide plate through these through holes, thereby suppressing scattering and diffusion by the light guide plate on the front side. can do.
[0010]
It is preferable to arrange a reflection plate on the side surface of the light guide plate to which the end surface on the emission side of the optical fiber faces. Thus, emission of light from the end face of the optical fiber on the emission side can be prevented, and the illumination efficiency of the light guide plate is improved.
The recess can be formed continuously as a groove perpendicular to the optical fiber. Thereby, the labor for forming the concave portion can be reduced, and the productivity is improved.
[0011]
Fine irregularities can be formed on one or both of the front surface and the back surface of the light guide plate, or on the outer peripheral surface of the optical fiber. This makes it possible to scatter the light emitted outside the optical fiber and more uniformly illuminate the region between the concave portions.
Further, a light-scattering substance and / or a fluorescent substance may be present in the transparent resin layer. This makes it possible to scatter the light emitted outside the optical fiber and more uniformly illuminate the region between the concave portions.
[0012]
A shadow mask having an opening at a position corresponding to the recess may be laminated on the surface of the light guide plate. This allows light to be emitted only from the openings of the shadow mask, so that a light guide plate having a clear light emitting point distribution can be obtained.
Further, the position of the concave portion can be provided corresponding to the position of the pixel of the liquid crystal element used in combination with the light guide plate. Thereby, each pixel of the liquid crystal element can be more efficiently illuminated, and a clear liquid crystal display device can be obtained.
Further, a light diffusion layer or a light polarization layer may be formed on the surface of the light guide plate. As a result, the luminous flux density distribution and the polarization state of the emitted light can be changed, and various illumination qualities can be obtained according to the purpose.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the first embodiment of the light guide plate of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line XX 'of FIG. In these figures, reference numeral 1 denotes a light guide plate. In this light guide plate 1, an optical fiber 6 having a core 7 and a clad 8 is arranged in parallel, a transparent resin is impregnated in a gap around the optical fiber 6, and the optical fiber 6 is used as a transparent resin layer 9 having a rectangular shape in a plan view. It is configured to have one light guide plate 1a fixed to each other.
[0014]
The type of the optical fiber 6 is not particularly limited, and various types of optical fibers such as a quartz type, a multi-component glass type, a plastic clad type, and an all plastic type can be used. It is preferable to use an all-plastic optical fiber because it is easy. For example, an optical fiber 6 having a core diameter of 240 nm and a cladding diameter of 250 nm can be used. Examples of the material of the core 7 and the cladding 8 include acrylic resin, epoxy resin, and nylon resin having a refractive index of about 1.49 to 1.52, and the material of the core 7. Fluororesins having a refractive index of about 1.2 to 1.3 are exemplified.
Although not shown in FIG. 1, an optical fiber having only the core 7 or an optical fiber having a resin coating around the clad 8 can be used.
[0015]
The main purpose of the transparent resin layer 9 is to cover the optical fiber 6 so as to fill the gap, and to fix the optical fiber 6 in an aligned state. As the transparent resin to be the transparent resin layer 9, it is preferable that the transparent resin has little influence on the propagation of the light 5 in the optical fiber 6, and for example, a fluororesin or a silicone resin having a refractive index equal to or less than that of the clad 8 is used. Can be. When a fiber having only the core 7 is used as the optical fiber 6, the transparent resin is used as the transparent resin having a lower refractive index than the core 7, since the transparent resin layer 9 functions as a clad for the core 7.
[0016]
In the light guide plate 1 shown in FIG. 1, the transparent resin layer 9 covers the entire outer periphery of the clad 8 and is formed flat except for the concave portion 10. Specifically, for example, there is an example in which the thickness of the transparent resin layer 9 is set to 300 μm for the optical fiber 6 having a cladding diameter of 250 nm.
As described above, the main purpose of the transparent resin layer 9 is to fix the optical fibers 6 in an aligned state. Therefore, as long as the optical fibers 6 are hardly separated from each other and fixed. Part of the outer peripheral surface of the optical fiber 6 may be exposed outside the transparent resin layer 9.
[0017]
The light incident end face 3 has been subjected to a mirror surface treatment by soft etching in order to improve the incidence efficiency of light from the light source 2. In the present embodiment, the light source 2 is a linear light source such as a small-diameter fluorescent lamp, and the light source 2 is arranged such that light from the light source 2 is incident on the optical fiber 6 in the light guide plate 1 almost perpendicularly. 2 are arranged at positions orthogonal to the optical axis of each optical fiber 6. In addition, a reflection plate 4 is provided on a side surface of the light guide plate 1 where an end surface opposite to the incident end surface of the optical fiber 6 faces.
[0018]
On the back surface of the light guide plate 1, concave portions 10 are formed at predetermined intervals. These concave portions 10 are for emitting a part of the light 5 propagating through the optical fiber 6 from the surface of the light guide plate 1, and are directly processed by laser irradiation, exposed or etched by using a corrosive solvent. It can be formed by using such a technique. The shape of the concave portion 10 is not particularly limited, and examples thereof include a hemispherical shape and a semi-elliptical spherical shape.
[0019]
The arrangement of the concave portions 10 is not particularly limited. For example, if the concave portions 10 are arranged in a matrix at equal intervals, the light emitting points by the concave portions 10 can be evenly distributed on the surface of the light guide plate 1. For this purpose, for example, as shown in FIG. 1, there can be exemplified a method of causing a deviation of about twice the diameter of the optical fiber 6 in the longitudinal direction of the optical fiber 6 between adjacent optical fibers 6. .
Alternatively, even if the recesses 10 are formed at intervals of about the diameter of the optical fibers 6 along the longitudinal direction of the optical fibers 6, the recesses 10 can be provided in a matrix at equal intervals. .
[0020]
According to light guide plate 1 of the present embodiment, light 5 from light source 2 enters optical fiber 6 from light incident end face 3. When the optical fiber 6 has the clad 8, the light is totally reflected at the interface between the core 7 and the clad 8, and when the optical fiber 6 has no clad 8, the light is totally reflected at the interface between the core 7 and the transparent resin layer 9. Thus, the light propagates through the core 7 and is reflected by the reflection plate 4 to reciprocate in the core 7. At this time, the light is partially leaked to the surface side of the light guide plate 1 by the reflection by the concave portion 10 and emitted.
[0021]
That is, the light 5 propagates through the optical fiber 6 without diffusion or scattering, and the traveling direction is changed only by the concave portion 10 and is emitted to the front surface side. Therefore, the light 5 is bright and uniform according to the position of the concave portion 10. It is possible to provide a small light emitting point that gives a reflection angle and a distribution, and it is possible to realize bright and high-quality illumination over the entire surface of the light guide plate with a simple configuration. In addition, since the thickness of the light guide plate 1 is about the diameter of the optical fiber 6, the thickness of the light guide plate 1 can be made extremely thin, and the weight of the backlight device can be reduced.
[0022]
In the light guide plate 1 of the present embodiment, by appropriately changing the diameter and the depth of the concave portion 10, the light reflection efficiency can be changed, and the brightness near the concave portion 10 can be adjusted. The depth of the concave portion 10 may be such that it reaches the clad 8 of the optical fiber 6 or the core 7, or may not reach the optical fiber 6 but may be within the range of the transparent resin layer 9. For example, when the diameter of the optical fiber 6 is 200 to 250 μm, it is exemplified that the diameter is about 100 to 150 μm.
More specifically, for example, in order to improve the uniformity of the brightness of the surface of the light guide plate 1, as shown in FIG. 2, a method of gradually increasing the depth of the concave portion 10 as the distance from the light source increases. Is mentioned. That is, in the vicinity of the incident end face of the optical fiber 6, the intensity of the light 5 is high because it is close to the light source 2, and sufficient brightness can be obtained without increasing the reflection efficiency too much. Since the intensity of the light 5 decreases as the distance increases, the depth is increased. However, since the intensity of the light 5 is likely to be slightly increased near the reflection plate 4, the depth of the concave portion 10 may be slightly reduced.
Also, by appropriately changing the arrangement distribution and size of the concave portions 10, it is possible to give a desired difference in the illumination level of each part on the surface of the light guide plate 1.
[0023]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a perspective view illustrating an example of the second embodiment. In the light guide plate 1, a plurality of grooves 11 perpendicular to the optical fiber 6 are provided on the back surface as the concave portions 10 in the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
The groove 11 can be formed by laser processing, etching, or the like, as described in the first embodiment. The cross-sectional shape of the groove 11 may be a semicircle, a U-shape, a V-shape or the like.
[0024]
According to such a light guide plate 1, the portion where the core 7 of the optical fiber 6 is exposed due to the formation of the groove 11 functions in the same manner as the concave portion 10 in the light guide plate 1 of the first embodiment, and the optical fiber 6 A part of the light propagating in the inside can be reflected to the surface side of the light guide plate 1 to emit the light. Moreover, according to the present embodiment, every time one groove 11 is formed, the effect of forming a large number of concave portions 10 corresponding to the number of optical fibers 6 traversed at one time can be obtained. The manufacturing cost can be reduced, and the productivity can be improved.
The depth of the groove 11 is preferably adjusted according to the distance from the light source 2 and the intensity of the light 5 transmitted through the optical fiber 6 so that desired brightness is obtained.
[0025]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a plan view showing an example of the third embodiment. In this embodiment, a light source 2 having a point-like light emitting point 12 such as an LED element is used. The optical fibers 6 of the light guide plate 1 are arranged radially around a light emitting point 12 at the center of the light source 2 disposed on the side of the light guide plate 1. 12 is cut off in an arc shape in plan view. Further, although not shown, the light guide plate 1 is provided with reflectors on three side surfaces except the light incident end surface 3.
According to this, even if the light source 2 is a point light source, the light 5 from the light source 2 can be made to enter the optical fiber 6 substantially perpendicularly, and the coupling efficiency between the light source 2 and the light incident end face 3 can be improved. And highly efficient illumination can be realized.
[0026]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a sectional view showing an example of the fourth embodiment. In the present embodiment, fine irregularities 13 are formed on the outer peripheral surface of the optical fiber 6. Such irregularities 13 can be formed by performing a mechanical roughening treatment before impregnating the optical fiber 6 in the transparent resin. The surface roughness of the unevenness 13 is, for example, 1 to 5 μm. The portion where the unevenness 13 is formed may be the entire area of the outer peripheral surface of the optical fiber 6 or may be partial.
[0027]
By providing the fine irregularities 13 in this manner, the light is not incident on the optical fiber 6 from the light source 2 but is incident on the transparent resin layer 9 and propagates, and the light is irregularly reflected on the concave portion 10 without being reflected in the surface direction. Light and the like can be scattered. Then, the region between the concave portions 10 can be lightly emitted by using the scattered light by the concave and convex portions 13 so as to compensate for the reflected light by the concave portions 10, so that highly uniform illumination can be realized visually.
[0028]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a light-scattering substance 14 such as a silica powder and a fluorescent substance 15 represented by a rare-earth compound such as GeN are contained in a transparent resin forming the transparent resin layer 9. It is blended. Other configurations can be the same as those of the light guide plate 1 described above, and the arrangement of the optical fibers 6 is not particularly limited, such as parallel or radial.
Although not shown, a concave portion 10 is formed on the surface of the light guide plate 1 as in the above-described embodiments.
Accordingly, light that enters and propagates in the transparent resin layer 9 without entering the optical fiber 6 from the light source 2 and light that is irregularly reflected without being reflected in the direction of the irradiation surface in the concave portion 10 scatter these light. Since the light can be scattered by the luminescent material 14 or fluoresce by the fluorescent material 15, the area between the concave portions 10 can be lightly illuminated, and visually more uniform illumination can be realized.
[0029]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram showing an example of the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7 (a), the light guide plate 1 is provided with three light guide plate members 1a to 1c each having a transparent resin layer 9 filled in a gap between optical fibers 6 arranged in parallel. Are laminated using an epoxy or acrylic adhesive as shown in FIG. 7 (b).
An angle difference of about ± 60 ° or less is provided in the arrangement direction of the optical fibers 6 in each of the light guide plate bodies 1a to 1c, and the positions of the optical fibers 6 overlap when viewed from the surface direction in a plan view. Not to be. After lamination, as shown in FIG. 7 (b), one side surface of the light guide plate 1 is cut out in a shallow and arcuate shape to form a four-step corrugated light incident end surface 3. Concave portions 10 are formed on the surfaces of the light guide plate-like bodies 1a to 1c, as in the above-described embodiments.
[0030]
The light guide plate 1 can be used as a backside illumination device by arranging a total of four point-like light sources (not shown) at the center of the arc of each of the steps 3a to 3d of the light incident end face 3. By changing the arrangement direction of the optical fibers 6 of each light guide plate 1a to 1c to three types, the light from the point light source can emit any one of the light guide plates according to the irradiation direction. Since the light can be incident on the light emitting devices 1a to 1c, light can be received more efficiently, and the illumination efficiency can be improved. Moreover, by using a point light source as the light source, the size of the light source can be reduced, and the thickness of the backside illumination device can be further reduced.
[0031]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a sectional view showing an example of this embodiment. As shown in FIG. 8A, the light guide plate 1 includes three light guide plate members 1a to 1c each having a transparent resin layer 9 filled in a gap between optical fibers 6 arranged radially. As shown in FIG. 8 (b), this is laminated using an adhesive such as an epoxy-based or acrylic-based adhesive.
The arrangement of the optical fibers 6 in each of the light-guiding plate-like bodies 1a to 1c is radially centered on different points so that the positions of the optical fibers 6 do not overlap when viewed from the surface in a plan view. Has become. After lamination, as shown in FIG. 8 (b), one side surface of the light guide plate 1 is cut out in an arc shape to form a three-stage wavy light incident end surface 3. A plurality of recesses 10 are formed on the surface of each of the light guide plate members 1a to 1c, as in the above-described embodiments.
[0032]
According to this embodiment, by disposing a point light source (not shown) such as an LED element at the center of the arc of each of the steps 3a to 3c of the light incident end face 3, the light guide plate bodies 1a to 1c are arranged. Light can be incident on the optical fiber 6 of FIG. Compared with the light guide plate 1 of the third embodiment described above, the brightness of the illuminated surface can be further increased by using a plurality of light sources. Moreover, by using a point light source as the light source, the size of the light source can be reduced, and the thickness of the backside illumination device can be further reduced.
[0033]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a sectional view showing an example of the eighth embodiment. As shown in the figure, in the light guide plate 1 obtained by stacking three light guide plate members 1a to 1c, the light guide plate member 1a on the outermost surface side has a middle light guide plate member. A through-hole 16 is provided at a position corresponding to the concave portion 10 of the shape-like body 1b and the rearmost light guide plate-like body 1c. Similarly, the light guide plate 1b at the middle stage is provided with a through hole 16 at a position corresponding to the concave portion 10 of the light guide plate 1c on the rearmost side. In this case, the arrangement of the optical fibers 6 is not particularly limited, but can be the same as that of the above-described sixth or seventh embodiment.
Thereby, the inconvenience of absorbing or scattering the light reflected by the concave portions of the light guide plate members 1b and 1c on the back side by the light guide plate members 1a and 1b on the front side can be prevented, and clearer illumination can be achieved. Can be realized.
[0034]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a sectional view showing an example of the ninth embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, a shadow mask 17 having an opening 18 at a position corresponding to the recess 10 is provided on the surface of the light guide plate 1. As a result, it is possible to block the excessive illumination due to the leakage light generated near the light incident end face 3 by the shadow mask 17 and to emit only the light reflected by the recess 10 from the opening 18. Therefore, an illuminated surface having a clear emission point distribution can be obtained. In particular, by arranging the concave portions 10 corresponding to the positions of the pixels of the liquid crystal element, the positions of the pixels can be selectively illuminated, and a very clear liquid crystal display device can be obtained.
[0035]
As described above, the present invention has been described based on the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to only the embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, similarly to a generally applied light guide plate, a milky white light-transmitting diffusion layer or a polarizing layer such as a prism sheet can be disposed on the surface side. As a result, the luminous flux distribution and the polarization state of the emitted light are changed, and illumination quality suitable for various uses and purposes can be realized.
In addition, by providing a reflecting plate having a bright color tone such as a silver mirror surface or silver or white on the back surface or side surface of the light guide plate 1, it is possible to prevent light from being emitted from other than the surface of the light guide plate 1 and to suppress leak light. Can be.
[0036]
【The invention's effect】
The present invention focuses on the excellent light propagation performance and straight traveling performance of an optical fiber, and inside a light guide plate, an end face is directed to the side surface of the light guide plate, and a plurality of optical fibers are arranged along the surface. Also, since a plurality of concave portions are formed on the back surface, light from the light source is directly incident on the end surface of the optical fiber from the side surface of the light guide plate and propagates in the optical fiber with low loss, and formed on the back surface of the light guide plate. Since the light can be emitted from the surface of the light guide plate by the reflection of the plurality of recesses, it is possible to obtain a light guide plate capable of bright and highly efficient illumination. Further, even if the display device becomes large, the loss due to absorption and scattering in the light guide plate is small, so that it is possible to cope without reducing the brightness.
According to the present invention, since the thickness of the light guide plate can be made approximately equal to the diameter of the optical fiber, the thickness of the light guide plate can be made extremely thin, and the weight of the backlight device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a light guide plate according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a light guide plate according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing a light guide plate according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a light guide plate according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a light guide plate according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a light guide plate according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a light guide plate according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing a main part of a light guide plate according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing a main part of a light guide plate according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional backlight device using a light guide plate.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light guide plate, 1a-1c ... Light guide plate-like body, 2 ... Light source, 3 ... Light entrance end face, 4 ... Reflection plate, 5 ... Light, 6 ... Optical fiber, 9 ... Transparent resin layer, 10 ... Concave part, 11: groove, 13: fine unevenness, 14: light scattering substance, 15: fluorescent substance, 16: through hole, 17: shadow mask, 18: opening.
