JP2009176436A - 棒状導光体、面光源装置、および液晶表示装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を向上させることができる棒状導光体、面光源装置、および液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】点状光源からの入射光を線状の出射光に変換する棒状導光体３００は、入射光を内部で伝搬させる母材３３０と、母材３３０の内部を伝搬する光を、屈折率の差を利用して母材３３０の外部に出射させる光取出部３２２とを有し、光取出部３２２は、母材３３０と密着して形成された、母材３３０よりも屈折率の高い高屈折率材料を含む。また、棒状導光体３００を用いたバックライトユニット１００は、棒状導光体３００に光を入射させる光源部４００と、棒状導光体３００の出射面３１０からの出射光５００を、面状の出射光に変換する導光板２００とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、棒状導光体、棒状導光体を用いた面光源装置、および面光源装置を用いた液晶表示装置に関する。

これまで、液晶表示装置（liquid crystal display：ＬＣＤ）は、ノート型パーソナルコンピュータに始まり、デスクトップ型パーソナルコンピュータや携帯端末などへの搭載が進んできた。更に、近年では、高性能化と急速な低価格化により、テレビジョン用ディスプレイの一つとして、大きな地位を占めるようになっている。

液晶表示装置は自発光型の表示装置ではないため、液晶表示素子と、面状の光源装置（以下、「面光源装置」または「バックライト」という）とを備える必要がある。一方で、近年、特に携帯端末やノートパソコン用ディスプレイにおいては、薄型化の要求が強くなっている。

このような薄型化の要求に対して、点状光源を用いたサイドライト方式のバックライトが、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されている。

特許文献１記載のバックライトでは、液晶表示素子を照明する面状光を出射する導光板の側面に対向させて、棒状の導光体（以下「棒状導光体」という）を配置する。棒状導光体は、導光板と対向する面に複数の微細な凹部または凸部を有している。これにより、棒状導光体の側面から入射した点状光を、内部で反射させながら伝搬し凹部または凸部にてその全反射条件を崩すことにより、外部に出射させることができる。

また、特許文献２記載のバックライトでは、棒状導光体は、導光板と対向する面の反対側の面に複数の微細な凹部を有している。これにより、棒状導光体の側面から入射した点状光を、内部で反射させながら伝搬し、凹部での反射によって導光板の方向に偏向させて光路変換させることにより、線状光に変換して導光板に入射させることができる。

すなわち、特許文献１および特許文献２記載のバックライトでは、点状光を線状光に変換して導光板に入射させ、更に導光板で面状光に変換することができる。これにより、ＬＥＤ（light emitting diode）や冷陰極管などの発光素子を液晶表示素子の裏側に面状に多数配置する直下型バックライトや、導光板の側面側に発光素子を線状に配置するエッジライト型バックライトに比べて、バックライトを薄く構成することができる。
特開平１１−１６７８０８号公報 特開２００１−３５２２５号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の技術では、光の伝達効率が低いという問題がある。その理由は以下の通りである。

特許文献１記載の技術では、外部に出射する光の一部は、全反射の臨界角に近い角度で出射する。したがって、棒状導光体からの出射光は、非常に拡がった光になり、その結果、導光板への入射効率の低下を招く。また、凹部または凸部の斜面で全反射条件が成立する光は、導光板とは反対側に進行し、その一部はそのまま出射されてしまう。

特許文献２記載の技術では、凹部の斜面で全反射しない光は、凹部の斜面を突き抜け、その一部は、そのまま直接に、または斜面を突き抜けた後に他の斜面で全反射するなどして、導光板とは反対側に進んでしまう。

特許文献１に記載の技術および特許文献２に記載の技術のいずれについても、出射面以外の面に反射材を設けることにより、出射面以外の面から光が外部に漏れるのを防ぐことができる。ところが、反射材を設けると、反射材における反射でエネルギー損失が発生し、やはり出射面から出力される光量は減少する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光の利用効率を向上させることができる棒状導光体、面光源装置、および液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の棒状導光体は、点状光源からの入射光を線状の出射光に変換する棒状導光体であって、前記入射光を内部で伝搬させる母材と、前記母材の内部を伝搬する光を、屈折率の差を利用して前記母材の外部に出射させる光取出部とを有し、前記光取出部は、前記母材と密着して形成された、前記母材よりも屈折率の高い高屈折率材料を含む構成を採る。

本発明の面光源装置は、上記棒状導光体と、前記棒状導光体に光を入射させる光源部と、前記棒状導光体の前記出射面からの出射光を、面状の出射光に変換する導光板とを有する構成を採る。

本発明の液晶表示装置は、上記面光源装置と、前記導光板からの出射光の観察者側への透過状態を切り替える液晶表示素子とを有する構成を採る。

本発明によれば、高屈折率材料が母材と密着して形成されているので、光が出射し易くなり、かつ光の出射方向を導光板側に向け易くなり、光の利用効率を向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る棒状導光体を用いたバックライトユニットの構成を示すシステム構成図である。本実施の形態は、本発明に係る棒状導光体を、薄型サイドライト型のバックライトユニットに適用した例である。

図１において、バックライトユニット１００は導光板２００、棒状導光体３００、および光源部４００を有する。

導光板２００は、矩形平板状の光学的に透明な樹脂であり、側面（以下「導光板入射面」という）２１０から入射した光を、主面（以下「導光板出射面」という）２２０から出射される面状光に変換する。

棒状導光体３００は、矩形棒状の光学的に透明な樹脂であり、長手方向に伸びた４面のうちの１面（以下「出射面」という）３１０を導光板２００の導光板入射面２１０に対向させて、配置されている。棒状導光体３００は、出射面３１０に直交する２側面のうちの１面（以下「入光面」という）３２０から入射した点状光を、出射面３１０から出射される線状光に変換する。

光源部４００は、点状の白色光を生成し、生成した白色光を、光ファイバ４１０を介して棒状導光体３００の入光面３２０に入射させる。

このようなバックライトユニット１００によれば、点状光から面状光を生成することができる。

なお、棒状導光体３００から出射される線状の照明光の広がり角度が大きい場合、導光板２００に入射しない光の割合が高くなり、棒状導光体３００から導光板２００への光の伝達効率が低下する。このような場合には、三角形状のプリズムを有するような角度制御素子を棒状導光体３００と導光板２００との間に配置することにより、光路を導光板２００に対して略垂直に変換し、伝達効率の低下抑制を図るようにしてもよい。

以下、説明の便宜のために、棒状導光体３００の出射面３１０の法線方向をＸ軸、出射面３１０の長手方向をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に直交する方向をＺ軸とする。

まず、導光板２００の構成について説明する。

導光板２００は、上記したように矩形平板状の光学的に透明な樹脂である。導光板２００を作製するための方法としては、例えば、押出し成型、射出成型、圧縮成型、キャスティング法などを適用することができるが、平板状態での面精度が高く仕上がれば、どのような製法を適用してもよい。

導光板２００には、内部に入射した光を導光板出射面２２０から出射させるために、導光板２００に光を散乱させる構造や反射させる構造が形成されている。散乱構造としては、例えば、導光板２００自体に散乱機能を持たせるべく、樹脂に屈折率の異なる材料を混合した構造を適用することができる。また、反射構造としては、例えば、導光板２００の導光板出射面２２０と反対側の面（以下「導光板裏面」という）２３０に白色インクなどを印刷した構造や、導光板裏面２３０に形成した様々な形状の微細なプリズム構造を適用することができる。

微細プリズム構造を適用する場合、微細プリズムは、導光板出射面２２０の方に設けてもよく、または、導光板裏面２３０と導光板出射面２２０の両面に設けてもよい。微細プリズムは、導光板出射面２２０か出射される面状光が均一になるように配置されればよく、連続したライン状のものや、独立してランダムに配置されたもの、独立して規則的に配置されたものなど、各種の配置を適用することができる。個々のプリズムの形状は、凸状でも凹状でもよく、様々な頂角度の三角形状、半球や半円、四角形状などを適用可能である。これらは、液晶表示素子が配置される側に効率良く、さらに面状照明光が均一になるように形状が選択され、適宜配置される。

導光板２００にプリズムなどの微細構造を形成する手法としては、金型を用いて射出成型や圧縮成型時に形成する手法、押出し成型やキャスティング法で作製した平板に熱やＵＶ（ultraviolet）によるインプリント法により転写する手法、炭酸ガスレーザなどで溶融飛散させて形成する手法、およびダイヤモンドバイトで切削して形成する手法などを適用することができる。

また、導光板２００の形状としては、平板形状や楔形状を適用することができる。導光板２００の薄型化や軽量化、また片側のみに光源を配置し、光源の数を低減させることが重要である場合には、楔形状のものが好ましい。

導光板２００からの面状出射光は、各種光学フィルムにより任意に調整可能である。例えば、拡散フィルムを用いることで面内分布をより均一化したり、プリズムシートを用いることで正面方向に集光効率をより高めたりすることが可能である。

なお、導光板２００の導光板裏面２３０側には、反射シート（図示せず）を配置してもよい。これにより、導光板裏面２３０に出てしまう光を再利用することができる。この反射シートは、できるだけ偏光解消を抑制するという観点から、金属を蒸着した鏡面状のものが好ましい。

ここでは、アクリル樹脂の射出成型により楔形の板を作製し、裏側の斜面（導光板裏面２３０）に酸化チタンを含んだ白色インクをドット状に印刷して、導光板２００を作製した。また、導光板２００の導光板入射面２１０以外の３つの側面には、アルミニウムを蒸着した鏡面反射シートを、粘着剤を介して貼り合わせた。更に、導光板裏面２３０には、微細プリズム構造（図示せず）として、ダイヤモンドバイトで機械的に略Ｖ字の凹型形状の溝を形成した上で、白色の拡散反射シートを配置した。なお、導光板２００の導光板入射面２１０側の厚さは、後述する棒状導光体３００のＺ軸方向の厚さとほぼ同一となっている。

このような導光板２００によれば、導光板入射面２１０から入射した光を、内部で全反射させながらＸ軸方向に伝搬し、微細プリズム構造にて導光板出射面２２０の法線方向に偏向させることができる。すなわち、導光板２００によれば、導光板入射面２１０から入射した光を、導光板出射面２２０から出射される面状光に変換することができる。

次に、光源部４００の構成について説明する。

光源部４００は、三原色の半導体レーザダイオード（laser diode：ＬＤ）を含む。青色レーザダイオードとしては、例えば、ＧａＮ系またはＩｎＧａＮ系の半導体材料が用いられる。緑色レーザダイオードとしては、例えば、ＩｎＧａＮ系またはＺｎＳｅ系などの半導体材料が用いられる。赤色レーザダイオードとしては、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料が用いられる。短波長のレーザ光については、ＳＨＧ（second harmonic generation：二次高調発生装置）を用い、光の波長を半分にすることによって生成するようにしてもよい。これにより、長寿命で高出力化が容易な赤外レーザダイオードを用いて短波長のレーザ光を生成することができる。特に、ＬＤ励起ファイバレーザとＳＨＧとを組み合わせた場合には、高出力な緑色レーザを実現することが可能であり、より好ましい。

上記三原色のレーザダイオードは、液晶表示装置の色再現性の観点から、青色として４３０〜４８０ｎｍ（ナノメートル）、緑色として５２０〜５５０ｎｍ、赤色として６２０〜６６０ｎｍにピークを有するものが好ましい。更には、４４０〜４７０ｎｍ、５２５〜５４５ｎｍ、６２５〜６５０ｎｍの間にピークを有するものが、より好ましい。ここでは、４４５ｎｍの青色レーザダイオード、赤外レーザダイオードを基にした５３５ｎｍの緑色ＳＨＧレーザ、および６３５ｎｍの赤色レーザダイオードを用いるものとする。

光源部４００は、各色のレーザダイオードの出力光を光ファイバ４１０に入光させ、各色の光をバンドルさせて白色光源とし、棒状導光体３００に入射させる。

このような光源部４００によれば、棒状導光体３００の入光面３２０に、白色の点状光を入射させることができる。また、レーザダイオードを用いるので、高効率かつ高輝度に点状光を生成することができる。

次に、棒状導光体３００の構成について説明する。

棒状導光体３００は、矩形棒状の光学的に透明な樹脂を母材３３０とし、母材の導光板２００と対向する面、つまり出射面３１０に、複数の凹部３２１を有している。各凹部３２１には、母材の材料よりも屈折率の高い材料（以下「高屈折率材料」という）から成る光取出部３２２が形成されている。

母材３３０の材料としては、例えば、通常の光学ガラス、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、セルロース系樹脂、ＡＳ（acrylonitrilestyrene）樹脂、またはメタクリレートとスチレンの共重合体などを適用することができる。母材３３０の材料は、光学的に透明なものであれば特に制限は無く、例えば、有機材料でも無機材料かを問わない。

高屈折率材料としては、ポリスチレン、ポリカーボネートなどのポリエステル系樹脂、ＡＢＳ（adrylonitrilbutadiene styrene）樹脂、透明ポリイミド樹脂、またはメラミン樹脂などを適用することができる。高屈折率材料は、光学的に透明であって、母材３３０の材料よりも高い屈折率であれば特に制限は無い。

また、母材３３０もしくは高屈折率材料、またはこれら両方に、屈折率の異なる材料を混入させ、散乱機能を持たせるようにしてもよい。

棒状導光体３００から導光板２００に向けて出射される光５００は、主に、光取出部３２２から出射される。

図２は、棒状導光体３００の構成を示す図である。図２（Ａ）は、棒状導光体３００の中心付近をＸ−Ｙ平面で切ったときのＸ−Ｙ平面断面図であり、図２（Ｂ）は、棒状導光体３００を導光板２００側から見たときのＹ−Ｚ平面側面図である。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、凹部３２１は、Ｘ−Ｙ平面において台形断面を有する台形柱形状となっており、出射面３１０に対して９０度以下の角度θで傾斜した傾斜面を有している。凹部３２１には、高屈折率材料が充填される形で、凹部３２１と同一形状の光取出部３２２が形成されている。棒状導光体３００の入光面３２０および出射面３１０以外の面、特に入光面３２０と反対側の面や出射面３１０と反対側の面には、光のロスを減らすために、基材フィルムに金属を蒸着させた鏡面反射シートなどの反射材を、粘着剤を介して貼りあわせることが望ましい。ここでは、入光面３２０と反対側の面に反射材３４０を設けるものとする。

このような棒状導光体３００によれば、入光面３２０から入射した光５１０は、棒状導光体３００の内部で全反射をしながらＹ軸方向に伝搬し、凹部３２１における母材３３０と光取出部３２２との界面（以下「内部界面」という）に入射する。

母材３３０に対する光取出部３２２の相対屈折率は、母材３３０に対する空気の相対屈折率よりも大きい。したがって、母材３３０側から凹部３２１側へと入射するときの臨界角は、光取出部３２２が設けられていない場合に比べて大きくなり、凹部３２１に到達した光５１０の母材３３０から脱出する割合が高くなる。

また、母材３３０から光取出部３２２に進入した光５１０は、光取出部３２２と空気との界面（以下「外部界面」）、または同じ光取出部３２２の反対側の内部界面に到達する。外部界面に到達した光５１０は、その入射角によっては、外部界面で反射して内部界面側に戻ってくる。このように内部界面に戻ってきた光５１０は、再び母材３３０に進入する可能性がある。ところが、光取出部３２２の屈折率よりも母材３３０の屈折率のほうが低く、凹部３２１側から母材３３０側へと入射するときの臨界角は小さいことから、内部界面に戻ってきた光５１０は高い割合で内部界面で反射し、母材３３０側に戻ることなく外部界面から出射する。

なお、母材３３０から光取出部３２２に光５１０が進入し易く、かつ、光取出部３２２に進入した光５１０が母材３３０に戻り難くなるように、出射面３１０に対する凹部３２１の傾斜面の角度θは、１５度以上７０度以下であることが望ましい。また、導光板２００側以外への光５１０の出射を防止して効率低下を抑制するという観点から、図２（Ｂ）に示すように、光取出部３２２は、出射面３１０とのみ接し、母材３３０の他の面とは接していないようにすることが望ましい。

次に、高屈折材料を光取出部３２２とする棒状導光体３００の作製方法の一例について説明する。

棒状導光体３００は、例えば、台形状の凹部３２１を有する母材３３０を作製し、その後、凹部３２１を高屈折材料で埋めることで作製することができる。

凹部３２１を有する母材３３０を作製する方法としては、例えば、金型を用いた射出成型、圧縮成型、またはプレス成型などを採用することができる。または、押出し成型で板状の母材３３０を作製し、出射面３１０であるその１側面に、エッチング、機械切削、レーザ加工、またはホットプレスなどにより、所望の形状の凹部３２１を形成することができる。

高屈折率材料を凹部３２１に充填する方法としては、インクジェット法やシルクスクリーン印刷法などを採用することができる。

なお、母材３３０の原型として母材３３０と同じ素材の板状部材を作製し、その板状部材に対して凹部３２１の形成と高屈折率材料の充填とを行い、その後、棒状形状に切断するようにしてもよい。

次に、本実施の形態に係るバックライトユニット１００を光源として用いる液晶表示装置の構成の一例について説明する。

バックライトユニット１００を用いる液晶表示装置は、バックライトユニット１００よりも観察者が位置する側に、液晶表示素子（図示せず）を配置している。液晶表示素子は、偏光板と、少なくとも２枚の基板と、これら２枚の基板に狭持された液晶層と、いずれかの基板の少なくとも一部に設けられたカラーフィルタ層とを有する。

具体的には、液晶表示素子は、第１基板、液晶層、および第２基板を有する。第１基板は、透明基板の第２基板側の面に、ＴＦＴ（thin film transistor）素子などのアクティブ素子、画素電極、および配向膜を有する。第２基板は、透明基板の第１基板側の面に、カラーフィルタ、対向電極、および配向膜を有する。第１基板の配向膜と第２基板の配向膜は向かい合うように配置され、液晶層は、これらの配向膜の間で、スペーサによって間隔を保たれ、液晶を充填してシール剤で封印されている。第１基板および第２基板の両外側には偏光板が配置される。

液晶表示素子の第１基板の偏光板と、バックライトユニット１００の導光板２００の導光板出射面２２０とは、対向配置される。

このような液晶表示装置によれば、液晶層に電圧が印加されている画素では、バックライトユニット１００側から入射する光を観察者側に到達させ、その他の画素では当該光を観察者側に到達させないようにすることができる。

バックライトユニット１００の棒状導光体３００は、上記したように、光の利用効率が高い。したがって、バックライトユニット１００を用いた液晶表示装置によれば、光源からの光の利用効率が高いので、輝度が高く、コントラストの高い映像表示を行うことができる。

なお、液晶表示素子の液晶の配向モードは特に限定されず、例えば、ＩＰＳ（in-plane switching）モード、ＴＮ（twisted nematic）モード、ＶＡ（vertically aligned）モードなどを適用することができる。

最後に、棒状導光体３００の導光効率に関する実験結果について説明する。

実験対象として、屈折率が１.５の光学ガラスを採用し、プレス成型によって、母材３３０に角度θを３０度とした台形柱形状の凹部３２１を有する母材３３０を作製し、その後、その凹部３２１に屈折率が１.６３の透明ポリイミド樹脂を充填して、図２と同様の形状の棒状導光体３００を作製した。更に、棒状導光体３００の入光面３２０と反対側の面に、ポリエステルフィルム上にアルミを蒸着した鏡面反射シートを、反射材３４０として、粘着剤を介して貼り合わせた。

このように作製された棒状導光体３００の入光面３２０に、レーザダイオードからの光を入射させ、光取出部３２２が形成された出射面３１０からの出射光を測定し、レーザダイオードの出力と測定結果から、棒状導光体３００の導光効率を算出した。その結果、棒状導光体３００の導光効率は８０％であった。また、出射面３１０を目視観察した結果、出射面３１０から出射される光はほぼ一様であった。更に、棒状導光体３００を組み込んだバックライトユニット１００の導光板２００からの面状光にも、輝線や影のような不均一性は見られなかった、

一方、実験の比較対象として、アクリル樹脂を用い、射出成型により光取り出しのための三角柱形状の凹部を有する母材を作製し、高屈折率材料を用いた光取出部を設けることなく棒状導光体を作製した。この棒状導光体にも、本実施の形態に係る棒状導光体３００と同様に、入光面と反対側の面に反射材を設けた。この棒状導光体からの出射光は、三角柱形状の凹部がある面とは対向する面から取り出すことができる。このような棒状導光体の導光効率を算出した結果、７０％であった。また、同様にサイドライト型のバックライトユニットを作製し、面状照明光を目視観察したところ、面状光に数本の筋状の影が見られた。

このように、本実施の形態に係る棒状導光体３００を用いたバックライトユニット１００の導光効率は、高屈折率材料の光取出部を有していない従来の棒状導光体を用いたバックライトユニットの導光効率よりも高い。また、本実施の形態に係る棒状導光体３００を用いたバックライトユニット１００のほうが、高屈折率材料の光取出部を有していない従来の棒状導光体を用いたバックライトユニットよりも、より均一な面状光を得ることができる。

以上の実験結果からも、高屈折率材料を光取出部３２２に用いた棒状導光体３００を用いることにより、導光効率が高く、均一性の高いバックライトが得られることが分かる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、棒状導光体３００は、出射面３１０に凹部３２１を有する母材３３０を有し、更に、凹部３２１に母材３３０と密着して形成された母材３３０よりも屈折率の高い高屈折率材料を含む、光取出部３２２を有する。これにより、凹部３２１において光が出射し易くなり、不要な面からの光の出射が低減され、光の利用効率を向上させることができる。

なお、棒状導光体３００と組み合わせる導光板は、上記した導光板２００に限定されるものではなく、棒状導光体３００からの入射光を効率よく液晶表示素子（液晶パネル）に伝達するものであればよい。

また、棒状導光体３００の形態、および凹部３２１および光取出部３２２の形態は、上記内容に限定されるものではない。特に、凹部３２１および光取出部３２２の形態には、様々なバリエーションが考えられる。

以下、棒状導光体３００の各種バリエーションについて、図を参照して説明する。各図において、図２と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。

（変形例１）
図３は、本実施の形態の変形例１に係る棒状導光体の構成を示す図である。図３（Ａ）は、棒状導光体の中心付近をＸ−Ｙ平面で切ったときのＸ−Ｙ平面断面図であり、図３（Ｂ）は、棒状導光体を出射面側から見たときのＹ−Ｚ平面側面図である。

図３に示すように、変形例１に係る棒状導光体３００ａは、半楕円球形状の凹部３２１ａを有している。凹部３２１ａには、高屈折率材料が充填される形で、凹部３２１ａと同一形状の光取出部３２２ａが形成されている。

このような棒状導光体３００ａによれば、光取出部３２２ａの内部界面が角の無い滑らかな形状であることから、台形柱形状の場合に比べて、より均一な光を出射することができる。

（変形例２）
図４は、本実施の形態の変形例２に係る棒状導光体の構成を示す図である。図４（Ａ）は、棒状導光体の中心付近をＸ−Ｙ平面で切ったときのＸ−Ｙ平面断面図であり、図４（Ｂ）は、棒状導光体を出射面側から見たときのＹ−Ｚ平面側面図である。

図４に示すように、変形例２に係る棒状導光体３００ｂは、図２と同様に台形柱形状の凹部３２１ｂを有している。但し、凹部３２１ｂには、図２とは異なり、出射面３１０に対して角度θで傾斜した傾斜面のみを高屈折率材料で被覆する形で、光取出部３２２ｂが形成されている。

母材３３０の内部での光５１０の伝搬方向はＹ軸方向の成分が主体的であり、凹部３２１ｂに到達する光も傾斜面に到達する光が主体的である。したがって、このような棒状導光体３００ｂによれば、高屈折率材料の量を低減した状態で棒状導光体３００ｂの導光効率を向上させることができ、材料費のコストダウンを図ることができる。

（変形例３）
図５は、本実施の形態の変形例３に係る棒状導光体の構成を示す図である。図５（Ａ）は、棒状導光体の中心付近をＸ−Ｙ平面で切ったときのＸ−Ｙ平面断面図であり、図５（Ｂ）は、棒状導光体を出射面側から見たときのＹ−Ｚ平面側面図である。

図５に示すように、変形例３に係る棒状導光体３００ｃは、図２と同様に台形柱形状の凹部３２１ｃを有している。但し、図２とは異なり、凹部３２１ｃだけでなく出射面３１０全体を高屈折率材料で被覆する形で、光取出部３２２ｃが形成されている。

凹部３２１ｃのみに高屈折率材料を充填するのに比べて、出射面３１０全体を高屈折率材料で被覆する形で凹部３２１ｃに高屈折率材料を充填するほうが、作製が容易である。一方で、出射面３１０全体が高屈折率材料で被覆された場合、母材３３０内部で反射してＹ軸方向に伝搬するはずの光５１０が、凹部３２１ｃ以外の部分で、高屈折率材料に進入してしまうという問題がある。ところが、凹部３２１ｃ以外の部分では、母材３３０と高屈折率材料との界面と、高屈折率材料と空気との界面とが平行であることから、進入した光５１０は空気との界面で反射し、再び母材３３０内部に戻ってくる。すなわち、出射面３１０全体が高屈折率材料で被覆したとしても、光５１０の伝搬に特に影響を及ぼさない。したがって、このような棒状導光体３００ｃによれば、より簡単に作製することが可能となり、作製時間の短縮化や設備の簡素化を図ることができる。

（変形例４）
図６は、本実施の形態の変形例４に係る棒状導光体の構成を示す図である。図６（Ａ）は、棒状導光体の中心付近をＸ−Ｙ平面で切ったときのＸ−Ｙ平面断面図であり、図６（Ｂ）は、棒状導光体を出射面側から見たときのＹ−Ｚ平面側面図である。

図６に示すように、変形例４に係る棒状導光体３００ｄは、図２と同様に台形柱形状の凹部３２１ｄを複数有している。但し、図２とは異なり、入光面３２０からの距離に応じて、個々の凹部３２１ｄの大きさが異なっている。具体的には、凹部３２１ｄは、Ｚ軸方向の幅は一定であり、Ｘ−Ｙ平面における断面形状は、相似形ではあるものの、入光面３２０から離れるに従って大きくなっている。

凹部３２１ｄのＸ−Ｙ平面における断面形状が大きいほど、その傾斜面の大きさは大きくなり、入射する光５１０の光量が増加する。一方で、母材３３０内部で到達する光５１０の光量は、通常、入光面３２０から離れるに従って減少する。したがって、このような棒状導光体３００ｄによれば、Ｙ軸方向での出射光の強度分布の均一性を高めることができる。

なお、例えば中央付近の出射光の光強度を増大させるべく中央部の凹部３２１ｄを大きくするなど、出射光の所望の強度分布に合わせて、他の大きさ分布を適用してもよい。

（変形例５）
図７は、本実施の形態の変形例５に係る棒状導光体の構成を示す図である。図７（Ａ）は、棒状導光体の中心付近をＸ−Ｙ平面で切ったときのＸ−Ｙ平面断面図であり、図７（Ｂ）は、棒状導光体を出射面側から見たときのＹ−Ｚ平面側面図である。

図７に示すように、変形例５に係る棒状導光体３００ｅは、図２と同様に台形柱形状の凹部３２１ｅを複数有している。但し、図２とは異なり、入光面３２０からの距離に応じて、個々の凹部３２１ｅの深さが異なっている。具体的には、凹部３２１ｅは、出射面３１０における大きさは一定であり、Ｘ−Ｙ平面における断面形状は、出射面３１０に対する傾斜面の角度θは一定ではあるものの、深さ、つまりＸ軸方向の大きさが、入光面３２０から離れるに従って大きくなっている。

凹部３２１ｅの深さが深いほど、その傾斜面の大きさは大きくなり、入射する光５１０の光量が増加する。一方で、母材３３０内部で到達する光５１０の光量は、通常、入光面３２０から離れるに従って減少する。したがって、このような棒状導光体３００ｅによれば、Ｙ軸方向での出射光の強度分布の均一性を高めることができる。

なお、例えば中央付近の出射光の光強度を増大させるべく中央部の凹部３２１ｅを深くするなど、出射光の所望の強度分布に合わせて、他の深さ分布を適用してもよい。

以上説明した実施の形態では、棒状導光体３００の出射面３１０が凹部３２１を有する場合について説明したが、凹部３２１を有さない平らな出射面３１０に高屈折率材料を盛ることによって、光取出部３２２を構成するようにしてもよい。

また、内部界面の形状および外部界面の形状を調節することにより、光の出射方向を容易に調整できることは言うまでも無い。すなわち、本実施の形態によれば、光取出部３２２に高効率材料を設けたので、出射光に対して導光板に入射する範囲内で拡がりを持たせるなど、光の利用効率と光の均一性とのバランスを容易に調整することができる。

本発明に係る棒状導光体、面光源装置、および液晶表示装置は、光の利用効率を向上させることができる、特に、点光源を用いる場合に光の利用効率が高く出射光分布が均一な、棒状導光体、面光源装置、および液晶表示装置として有用である。

本発明の一実施の形態に係る棒状導光体を用いたバックライトユニットの構成を示すシステム構成図 本実施の形態に係る棒状導光体の構成を示す図 本実施の形態に係る棒状導光体の変形例１の構成を示す概略断面図および概略側面図 本実施の形態に係る棒状導光体の変形例２の構成を示す概略断面図および概略側面図 本実施の形態に係る棒状導光体の変形例３の構成を示す概略断面図および概略側面図 本実施の形態に係る棒状導光体の変形例４の構成を示す概略断面図および概略側面図 本実施の形態に係る棒状導光体の変形例５の構成を示す概略断面図および概略側面図

符号の説明

１００ バックライトユニット
２００ 導光板
２１０ 導光板入射面
２２０ 導光板出射面
２３０ 導光板裏面
３００ 棒状導光体
３１０ 出射面
３２０ 入光面
３２１ 凹部
３２２ 光取出部
３３０ 母材
３４０ 反射材
４００ 光源部
４１０ 光ファイバ

Claims (8)

1. 点状光源からの入射光を線状の出射光に変換する棒状導光体であって、
   前記入射光を内部で伝搬させる母材と、
   前記母材の内部を伝搬する光を、屈折率の差を利用して前記母材の外部に出射させる光取出部と、を有し、
   前記光取出部は、
   前記母材と密着して形成された、前記母材よりも屈折率の高い高屈折率材料を含む、
   棒状導光体。
2. 前記母材は、表面に凹部を有し、
   前記光取出部は、前記凹部に設けられている、
   請求項１記載の棒状導光体。
3. 前記凹部は、前記出射面に対して９０度以下の角度で傾斜した傾斜面を含み、
   前記高屈折率材料は、前記傾斜面に形成されている、
   請求項２記載の棒状導光体。
4. 前記高屈折率材料は、前記凹部に充填されている、
   請求項２記載の棒状導光体。
5. 前記母材は、前記入射光の入射面からの距離に応じて大きさの異なる複数の凹部を有する、
   請求項２記載の棒状導光体。
6. 請求項１記載の棒状導光体と、
   前記棒状導光体に光を入射させる光源部と、
   前記棒状導光体の前記出射面からの出射光を、面状の出射光に変換する導光板と、
   を有する面光源装置。
7. 前記光源部は、レーザ光を前記棒状導光体に入射させる、
   請求項６記載の面光源装置。
8. 請求項６記載の面光源装置と、
   前記導光板からの出射光の観察者側への透過状態を切り替える液晶表示素子と、
   を有する液晶表示装置。
   

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