JP2006156242A - 発光装置、液晶バックライト装置および液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少量の光源を用いて、所定の範囲を均一に照射することのできる発光装置、液晶バックライト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】 発光素子１０から発光される光を長手方向の端部から入射させる光ファイバ１１を螺旋状に巻回して形成させる。また、この螺旋状に形成された光ファイバ１１を囲むように反射ミラー１３を備え、この反射ミラー１３は、光ファイバ１１の曲線部分から出射された光を、その開口している方向に反射させる。これにより、所定の範囲をムラなく照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発光装置、液晶バックライト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、という特性を有している。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の特性を考慮した発光装置として、例えば、特許文献１に記載の発光装置がある。この発光装置は、側面から入射された光を上面に出射する導光板を備え、この導光板の側面にＬＥＤを多数配置している。
特開２００４−１２７９３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発光装置は、導光板に入射させる光を発光するＬＥＤ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、少数の光源を用いて、所定の範囲を均一に照射することのできる発光装置、液晶バックライト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、本発明の発光装置は、光を発する発光素子と、螺旋状に巻回され、前記発光素子から発光される光を端部から入射して伝播する光を巻回されている部分から出射させる光導波路と、前記光導波路の巻回されている部分から出射された光を所定方向に反射させる反射部材と、を備えている。

この発明によれば、発光素子で発光した光は光導波路を伝搬し、伝搬している光は光導波路の側面の巻回されている部分（曲線部分）において光導波路内から漏れて出射される。そして、出射された光は、反射部材により所定方向に反射される。これにより、少ない発光素子を用いて広範囲を照らすことができる。

また、本発明の発光装置の前記光導波路は、前記発光素子からの距離が長くなるにつれて、単位長あたりの巻回数が多くなるように形成されている。

この発明によれば、発光素子から伝搬される光の伝搬距離が長くなるにつれ、光導波路中を伝搬する光の量が少なくなることを考慮して、光導波路の巻回数を密にする（単位長あたりの巻回数を多くする）ことで、光導波路の巻回される部分（曲線部分）から漏れ出す光の量を多くすることができる。これにより、光の伝搬する量が少ない部分においては、漏れて出射される光の量を多くすることができ、輝度を均一にすることができる。

また、本発明の発光装置の前記光導波路は、前記発光素子からの距離が長くなるにつれて、巻回径が小さくなるように形成されている。

この発明によれば、発光素子から伝搬される光の伝搬距離が長くなるにつれ、光導波路中を伝搬する光の量が少なくなることを考慮して、上記光導波路の巻回径（曲げ半径）を小さく形成することで、光導波路の巻回されている部分（曲線部分）から漏れて出射させる光の量を多くすることができる。これにより、光の伝搬する量が少ない部分においては、漏れて出射される光の量を多くすることができ、輝度を均一にすることができる。

また、本発明の液晶バックライト装置は、上記発光装置と、発光装置から発光された光を面状に発光させる導光板と、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広範囲を照らすことができる液晶バックライト装置を実現することができる。

また、本発明の液晶ディスプレイ装置は、上記液晶バックライト装置と、上記バックライト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液晶パネルを照らすことができる液晶ディスプレイ装置を実現することができる。

本発明によれば、発光素子で発光した光は光導波路を伝搬し、伝搬している光は光導波路の巻回している部分（曲線部分）では、光導波路内から漏れ出して出射される。そして、出射された光は、反射部材により所定方向に反射される。これにより、少ない発光素子を用いて広範囲を照らすことができる。

本発明は、一実施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。

本実施形態の発光装置について説明する。図１は、本実施形態の導光板１４に隣接した発光装置１の概略斜視図である。なお、本実施形態における発光装置１は導光板１４を除いたものとし、この導光板１４を備えたものを液晶バックライト装置とする。本実施形態の発光装置１は、発光素子１０を光ファイバ１１における長手方向の一方の端部に配置して、発光素子１０で発した光を光ファイバ１１に入射させるように配置されている。なお、発光素子１０は、光ファイバ１１の長手方向における両端部に配置するように構成しても良い。両端部に発光素子１０を配置すると、光を取り出す量を多くすることができ、その発光強度を大きくすることができる。

この発光素子１０は、例えばＬＥＤなどであって、指向性のある光源であることが好ましい。光が入射される光ファイバ１１は、円筒形の管１２に巻き付けることにより螺旋状に巻回して形成されている。螺旋状に巻回された光ファイバ１１は、反射部材である反射ミラー１３により囲まれ、光ファイバ１１から出射された光を反射ミラー１３により反射可能にさせている。なお、管１２を用いることなく光ファイバ１１を螺旋状に形成しても良い。

この反射ミラー１３は、一方向のみを開口した状態に光ファイバ１１を囲むものであって、螺旋状に形成された光ファイバ１１から漏れて出射された光を、開口している方向に反射することができる。この反射ミラー１３は、開口している方向に効率的に光を反射させるために、曲面状に形成されて（例えば、断面略半円形に形成されて）螺旋状に巻回して形成された光ファイバ１１を囲むよう形成されている。反射ミラー１３の開口している側に近接して導光板１４が配置されている。

この導光板１４は、平板状の板であって、その側面から入射された光を、上面から出射することで発光することができる特性を有している。

このように構成された発光装置１の動作について説明する。発光素子１０が発光した光は、光ファイバ１１に入射され、光ファイバ１１内を伝搬する。伝搬している光は、光ファイバ１１の螺旋状に巻回されている部分（曲線部分）では、光ファイバ１１内から、漏れて外側に出射される。

この原理について図２を用いて詳細に説明する。図２は、光ファイバ１１および反射ミラー１３の側断面図である。光ファイバ１１を伝搬する光は、光ファイバの特性（外部の屈折率より高い屈折率を有する物質から構成されている）により、直線状に延びている光ファイバ１１内を全反射しながら伝搬していく。しかしながら、光ファイバ１１が管１２に巻きつけられて螺旋状に形成されている場合、図２に示すように、螺旋を形成する巻回されている部分（曲線部分）では光が光ファイバ１１内から、光ファイバ１１の外側に出射され、いわゆる曲げ放射が生じる。

なお、このように光ファイバ１１の外側に、光を出射させることが必要であるため、光ファイバ１１の内部から光が漏れ出すような曲率で巻回されることにより形成されて螺旋状態が形成されることが必要である。

出射された光は、光ファイバ１１を囲んでいる反射ミラー１３により、反射ミラー１３の開口している方向に反射される。開口している方向には、導光板１４が配置されており、反射された光は導光板１４の側面から入射される。入射された光は、導光板１４の上面から出射され、導光板１４の上面は発光することになる。

このように構成された発光装置１では、発光素子１０から発光された光は光ファイバ１１を伝搬し、伝搬している光は光ファイバ１１の側面の曲線部分において光ファイバ１１内から、外側に出射される。出射された光は、反射ミラー１３により一方向に反射される。これにより、少ない発光素子１０を用いて発光にムラを生じさせることなく、広範囲を照らすことができる。

次に、この発光装置１における光ファイバの螺旋状態における変形例について図３を用いて説明する。図３は、発光装置１の変形例である光ファイバ１１ａを示す概略斜視図である。図３に示すように、光ファイバ１１ａは、発光素子１０から遠くなるにつれて、光ファイバ１１を管１２に巻き付ける回数（巻回数）を多くするよう形成している。すなわち、発光素子１０から遠くなるにつれて管１２に対する螺旋状の巻付状態を密にして光ファイバ１１を形成している。なお、光ファイバ１１ａについては、発光素子１０からの距離に応じて巻回数を異（密）にした巻付状態である螺旋状態を形成することが重要であり、必ずしも管１２に対する巻付状態とする必要はない。なお光ファイバを巻付けるにあたっては、円筒管、円柱の外周に巻付けるような場合だけではなく楕円状、長円状に巻付けることとしてもよい。上述したように、巻回部分において光ファイバから漏れ出す光の量は、光ファイバに加えられる曲げ半径の大小、巻回状態の疎密すなわち単位長あたりの巻付回数、更には光ファイバの構造そのものを適宜変更することにより、調整可能である。例えば、コア径＝50umのファイバを直径5mmφで巻きつけることにより光をファイバの外側に出射させることが可能である。この時、コアとクラッドとの比屈折率差は１％以下であればよい。

このように構成することにより、発光素子１０から発光され光ファイバ１１内を伝搬される光の伝搬距離が長くなると伝搬する光の量が徐々に少なくなることを考慮して、巻回状態を密にする（単位長あたり多く巻き付ける）ことで、光ファイバ１１の側面における曲線部分から出射させる光の量を多くすることができる。これにより、光の伝搬する量が少ない部分においては、出射される光の量を多くすることができ、輝度にムラを生じさせることなく、均一にすることができる。

次に、発光装置１における光ファイバの螺旋状態における他の変形例について図４を用いて説明する。図４は、発光装置１の変形例である光ファイバ１１ｂの変形例を示す概略斜視図である。図４に示すように、光ファイバ１１ｂを巻き付ける管１２ａは円錐状に形成されている。光ファイバ１１ｂは、発光素子１０から遠くなるにつれて、光ファイバ１１ｂの管１２に対する巻付状態を形成する巻回径（曲げ半径）の大きさが小さくなるように、管１２ａに巻き付けられる。すなわち、発光素子１０を管１２ａの円錐を形成する底面部側に配置し、当該管１２ａの円錐状を形成する底面部分側から先端部分に向けて光ファイバ１１ｂを巻き付けるようにする。なお、光ファイバ１１ｂについては、管１２ａを用いることなく、光ファイバ１１ｂの巻回径（曲げ半径）を小さくするようにしても良い。

このような構成により、発光素子１０から発光され光ファイバ１１ｂ内を伝搬する光の伝搬距離が長くなるにつれて伝搬する光の量が少なくなることを考慮して、光ファイバ１１ｂの巻回径を小さく形成することで、光ファイバ１１ｂの側面における曲線部分から出射させる光の量を多くすることができる。これにより、光を伝搬する量が少ない部分においては、出射される光の量を多くすることができ、輝度にムラを生じさせることなく、均一にすることができる。

以上説明した発光装置１を用いた液晶ディスプレイ装置について説明する。図５は、図１に示した発光装置１を用いた液晶ディスプレイ装置１００の概略側面図である。図５に示すように、情報（画像、文字など）を表示する液晶パネル１５が導光板１４の上面（発光面側）に配置されている。このように配置された導光板１４と発光装置１とにおいて、発光装置１に備えられている発光素子１０が発光すると、光ファイバ１１が巻回されている部分（曲線部分）から光が出射され、反射ミラー１３により反射され、導光板１４に入射され、入射された光は導光板１４の上面から出射され、上面部分が発光することになる。

このような作用により、液晶パネル１５の背面から光が照射されることになり、発光装置１および導光板１４とは、液晶パネル１５における液晶バックライト装置として機能する。そして、液晶ディスプレイ装置の使用者は、発光装置１から発光された光により、液晶パネル１５に表示される情報を鮮明にみることができる。

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。なおここで示した光ファイバは、いわゆるコアとクラッドを含む構造からなるものだけではなく、コアのみからなる構造を持つものでもよい。

本実施形態の発光装置１の概略斜視図である。 光ファイバ１１および反射ミラー１３の側断面図である。 発光装置１の変形例である光ファイバ１１ａの概略斜視図である。 発光装置１の変形例である光ファイバ１１ｂの概略斜視図である。 液晶ディスプレイ装置１００の概略側面図である。

符号の説明

１…発光装置、１０…発光素子、１１、１１ａ、１１ｂ…光ファイバ、１２、１２ａ…管、１３…反射ミラー、１４…導光板、１５…液晶パネル、１００…液晶ディスプレイ装置。

Claims (5)

1. 光を発する発光素子と、
   螺旋状に巻回され、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する光を巻回されている部分から出射させる光導波路と、
   前記光導波路の巻回されている部分から出射された光を所定方向に反射させる反射部材と、
   を備える発光装置。
2. 前記光導波路は、前記発光素子からの距離が長くなるにつれて、単位長あたりの巻回数が多くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記光導波路は、前記発光素子からの距離が長くなるにつれて、巻回径が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置からの光を入射して面状に出射させる導光板と、
   を備える液晶バックライト装置。
5. 請求項４に記載の液晶バックライト装置と、
   前記バックライト装置の出射面側に配置され、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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