JP3383412B2 - 導光体群、列状導光体、、光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導光体、光源装置及び液
晶表示装置に係り、特に高い指向性光を得る導光体、そ
の導光体を用いて極めて指向性の高い光源光を実現する
光源装置、及びその光源装置を用いた高輝度で高視野角
を有する液晶表示装置に関する。一般照明におけるスポ
ットライトや結像光学系に使用される光源装置は高い指
向性光が必要とされる。例えば液晶表示装置のパネルを
通った光を拡大してスクリーンに投影するような結像光
学系においては、特に平行光と呼ばれるような極めて高
い指向性が要求されている。

【０００２】

【従来の技術】主にプロジェクション光学系に使用され
る従来の光源装置を、図２７の概略断面図を用いて説明
する。光源６０として例えばハロゲンランプやメタルハ
ライドランプが使用されている。この光源６０の外周に
は反射鏡６２が配置されている。そしてこの反射鏡６２
は、光源６０からの光源光を略平行光とするように、そ
の各位置における面角度が適宜設定されている。即ち、
反射鏡６２の形状は、光源６０を点とみなした場合の全
光源光について最終的な出射光が一定の指向性をもつよ
うに反射角を設定したものであり、一般には放物線を描
く形状となっている。

【０００３】従って、光源６０から出射した光源光が反
射鏡６２によって反射され、略平行光となる高い指向性
をもつ出射光６４を得ることができる。このように一般
照明のスポットライトや結像光学系に使用される従来の
光源装置は、フィラメントタイプ等の発光形態が点光源
に近い光源を使用し、その光源光を反射鏡によって集光
することにより、指向性の向上を図っているものが殆ど
であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光源装置においては、反射鏡を用いて集光を行う場
合に、現実には有限の発光点である光源を点光源と見な
せる程度の距離をとって反射鏡を配置する必要があり、
即ち反射鏡を大型化する必要があるため、光源装置全体
の小型化が困難であるという問題があった。

【０００５】また、発光形態が点光源に近い光源を使用
しなければならないという条件から一般には高効率で明
るいハロゲンランプやメタルハライドランプ等が略点光
源として使用されるが、これらメタルハライドランプ等
に代表される光源は短寿命であるという欠点があり、逆
に、蛍光管等の長寿命で高効率な光源は、拡散光源であ
るということから使用できないといった問題があった。

【０００６】また、メタルハライドランプ等の略点光源
は瞬時点灯ができず、消灯後の再点灯までに長い冷却時
間を必要とする問題もあった。更にまた、略点光源とは
いえ、実際には有限の光源を使用することから、設計に
考慮されない光線については無効な光線とされるため、
効率の低下を招くという問題があった。

【０００７】そこで本発明は、入射光の入射角によら
ず、高い指向性光を高効率で出射することができる導光
体、及びその導光体を用いて、光源ランプの出射特性に
よらず、高指向性光を高効率で得ることができ、かつ小
型化の可能な光源装置、及びその光源装置を用いて、高
輝度又は高視野角を有し、小型の液晶表示装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、面積が異な
る２つの端面をもつ円柱形状又は角柱形状の透明体から
なり、前記柱状透明体の面積が小である端面から光を入
射し、面積が大である端面から光を出射する導光体を、
複数配列して形成される導光体群であって、前記柱状透
明体の外周部に設けられ、前記柱状透明体よりも硬度の
低い被覆層を有することを特徴とする導光体群によって
達成される。

【０００９】

【００１０】また、面積が異なる２つの端面をもつ円柱
形状又は角柱形状の透明体からなり、前記柱状透明体の
面積が小である端面から光を入射し、面積が大である端
面から光を出射する導光体を、列状に並べて一体成形し
た列状導光体部と、前記列状導光体部の一方の端に設け
られ、前記導光体の一部分の形状をなす第１の接合部
と、前記列状導光体部の他端に設けられ、前記導光体の
一部分の形状であって、前記第１の接合部とは異なる部
位の形状をなし、前記第１の接合部と組み合って前記導
光体とほぼ等しい形状となる第２の接合部とを有するこ
とを特徴とする列状導光体であってもよい。

【００１１】また、面積が異なる２つの端面をもつ円柱
形状又は角柱形状の透明体からなり、前記柱状透明体の
面積が小である端面から光を入射し、面積が大である端
面から光を出射する導光体を、列状又は平面状に配列し
た導光部と、配列した前記導光体の前記出射端面に一体
成形され、前記導光体とほぼ同等の屈折率及び光透過率
を有する樹脂層とを有する導光体群であってもよい。ま
た、上記の導光体群において、前記導光体の屈折率に対
する前記樹脂層の屈折率の比は、０．９７〜１であるこ
とが望ましい。

【００１２】更に、上記課題は、光源と、前記光源を内
包すると共に、内壁が反射面で覆われた反射箱と、前記
反射箱表面に開口された開口部と、前記開口部に、入射
端面を前記光源に向けて配置された、上記の導光体、導
光体群、又は列状導光体とを有することを特徴とする光
源装置によって達成される。また、上記の光源装置にお
いて、前記開口部と前記導光体の入射端面とを光学的に
接続する導光部品が配置されていることを特徴とする光
源装置によって達成される。

【００１３】また、上記の光源装置において、前記導光
部品が、曲折可能なファイバ状導光素子であることを特
徴とする光源装置によって達成される。また、上記の光
源装置において、前記導光部品が、前記導光体の入射端
面に接する側の端面部に、傾斜反射面又は傾斜反射面を
もつプリズム体が設けられた柱状導光素子であることを
特徴とする光源装置によって達成される。

【００１４】また、上記の光源装置において、前記光源
が、略点状光源であり、前記開口部が、少くとも１以上
のピンホール状の開口部であり、前記ピンホール状の開
口部に、前記導光体が配置されていることを特徴とする
光源装置によって達成される。また、上記の光源装置に
おいて、前記光源が、略点状光源であり、前記開口部
が、スリット状の開口部であり、前記スリット状の開口
部に沿って、前記導光体が直線状に複数個配置され、前
記スリット状の開口部及び直線状に複数個配置された前
記導光体が、少くとも１列以上配列されていることを特
徴とする光源装置によって達成される。

【００１５】また、上記の光源装置において、前記光源
が、直線状光源であり、前記開口部が、ピンホール状の
開口部であって、前記直線状光源に沿って略直線状又は
マトリクス状に複数配列されており、前記ピンホール状
の開口部の配列に沿って、前記導光体が略直線状又はマ
トリクス状に複数個配列されていることを特徴とする光
源装置によって達成される。

【００１６】また、上記の光源装置において、前記光源
が、直線状光源であり、前記開口部が、スリット状の開
口部であって、前記直線状光源に沿って複数配置されて
おり、前記スリット状の開口部に沿って、前記導光体が
複数個配置されていると共に、前記スリット状の開口部
の配列に沿って、前記導光体が複数個配列されており、
前記導光体の出射端面が、略直線状又はマトリクス状に
配置されていることを特徴とする光源装置によって達成
される。

【００１７】また、上記の光源装置において、前記導光
体の直線状又はマトリクス状に配置されている出射端面
から出射する光を反射する反射鏡が設置され、前記反射
鏡による反射光が略平行光となることを特徴とする光源
装置によって達成される。また、上記の光源装置におい
て、前記光源が、直線状光源であり、前記開口部が、前
記直線状光源に沿って配置されたストライプ状又は複数
のピンホール状の開口部であり、前記ファイバ状導光素
子が、前記ストライプ状又は複数のピンホール状の開口
部とマトリクス状に配置された複数個の前記導光体の入
射端面とを光学的に接続する束状の複数個のファイバ状
導光素子であり、複数の前記ファイバ状導光素子の長さ
及び曲折の制御により、前記導光体の出射端面が、一定
の高さでマトリクス状に配列されていることを特徴とす
る光源装置によって達成される。

【００１８】また、上記の光源装置において、前記光源
が、直線状光源であり、前記開口部が、前記直線状光源
に沿って配置されたストライプ状又は複数のピンホール
状の開口部であり、前記柱状導光素子が、前記ストライ
プ状又は複数のピンホール状の開口部とマトリクス状に
配置された複数個の前記導光体の入射端面とを光学的に
接続する束状の複数個の柱状導光素子であり、前記柱状
導光素子の傾斜反射面又は傾斜反射面をもつプリズム体
を有する端面部と前記導光体の入射端面との間、又は前
記導光体の出射端面の先端部に、所定の長さの円柱形状
又は角柱形状の透明体からなる補助部材が設置されてお
り、前記補助部材の長さの制御により、前記導光体の出
射端面が、一定の高さで直線状又はマトリクス状に配列
されていることを特徴とする光源装置によって達成され
る。

【００１９】また、上記の光源装置において、前記光源
が、並列に配置された複数の直線状光源であり、前記開
口部が、ピンホール状の開口部であって、マトリクス状
に複数個配置されており、前記ピンホール状の開口部の
マトリクス状の配置に従って、前記導光体が直線状又は
マトリクス状に複数個配列されていることを特徴とする
光源装置によって達成される。

【００２０】また、上記の光源装置において、前記配列
された導光体の出射端面が、一定の高さで配列されてい
ることを特徴とする光源装置によって達成される。ま
た、上記の導光体群の製造方法であって、複数の前記導
光体を平面状に配列する工程と、複数の前記導光体によ
り形成される前記出射端面に、前記導光体とほぼ同等の
屈折率及び光透過率を有する紫外線硬化性樹脂を塗布す
る工程と、前記紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射して硬
化させ、複数の前記導光体に一体成形された前記樹脂層
を形成する工程とを有することを特徴とする導光体群の
製造方法によって達成される。

【００２１】また、上記の導光体群の製造方法におい
て、前記紫外線硬化性樹脂を硬化する際に、前記紫外線
硬化性樹脂の表面に鏡面加工された板をあてた状態で紫
外線を照射することを特徴とする導光体群の製造方法に
よって達成される。また、上記の導光体群の製造方法で
あって、複数の前記導光体を平面状に配列する工程と、
前記導光体とほぼ同等の屈折率及び光透過率を有する樹
脂である重合接着材を入れた容器の中に、配列した前記
導光体の前記出射端面を入れ、そのままの状態で前記樹
脂と前記導光体とを重合接着し、複数の導光体に一体成
形された前記樹脂層を形成する工程とを有することを特
徴とする導光体群の製造方法によって達成される。

【００２２】また、上記の導光体群の製造方法におい
て、前記容器の内表面は鏡面加工されていることを特徴
とする導光体群の製造方法によって達成される。更に、
上記の光源装置と、前記光源装置の出射面に設けられた
液晶パネルとを有することを特徴とする液晶表示装置に
よって達成される。また、上記の液晶表示装置におい
て、前記液晶パネル上に、前記液晶パネルを通過した光
を拡散し、視野角を広げるための光拡散シートを更に有
することを特徴とする液晶表示装置によって達成され
る。

【００２３】

【作用】本発明によれば、導光体が円柱形状又は角柱形
状の透明体からなり、面積が小である端面を入射端面、
面積が大である端面を出射端面としているため、入射端
面から入射した光は導光体の外壁に到達し、そこで全反
射の法則に従って反射され対向面の外壁に到達し、また
反射されることを繰り返して、徐々に出射端面に鉛直な
光線へと変化して出射端面から出射される。これによ
り、入射光がたとえ拡散的な光線であっても、高い指向
性をもつ出射光を高い効率で得ることができる。

【００２４】また、このような導光体の外表面を低硬度
の被覆層により被覆したので、導光体を複数個配列した
場合にも輝度ムラが少ない導光体を構成することができ
る。また、このような導光体を複数個連結して列状導光
体を構成したので、導光体間の隙間などの非発光部は存
在せず、面状に均一な明るさを得られる導光体を構成す
ることができる。

【００２５】また、このような導光体を複数配列して構
成される出射面上に、導光体を構成するアクリル樹脂の
屈折率とほぼ等しい屈折率を有するアクリル系樹脂層を
設け、導光体と一体成形したので、輝度ムラが少なく、
指向性に優れた導光体を構成することができる。また、
このような導光体を用いて光源装置を構成することによ
り、即ち、光源を内包した反射箱表面に開口されたピン
ホール状又はスリット状の開口部に入射端面を光源に向
けて導光体を配置することにより、光源の出射特性、即
ち点光源、拡散光源の如何を問わず、導光体の出射端面
から高い指向性光を高効率で出射することができる。

【００２６】また、導光体の入射端面と略点光源とを光
学的に結合する導光部品として光ファイバを配置すると
共に、光ファイバの長さや曲折を調整することにより、
略点光源と離れた所定の位置から所定の方向に高指向性
光を高効率で出射することが可能な光源装置を実現する
ことができる。また、導光体の入射端面と略点光源とを
光学的に結合する導光部品として角柱状導光素子を配置
すると共に、その導光部品の長さ等を調整することによ
り、略点光源と離れた所定の位置から高い指向性光を高
効率で出射することが可能な光源装置を実現することが
できる。

【００２７】また、複数個の導光体の入射端面と略点光
源とをスリット状の開口部を介して光学的に結合すると
共に、出射端面からの出射光を反射する反射鏡を設置す
ることにより、高い指向性をもつ略平行光を高効率で出
射することが可能な光源装置を実現することができる。
また、反射鏡を設置しても、導光体が十分に小型である
ため、光源装置自体も容易に小型化することが可能であ
る。

【００２８】また、光源として直線状光源を用い、その
直線状光源に沿って開口した複数のピンホール状の開口
部を介して直線状光源と複数個の導光体の入射端面とを
光学的に結合することにより、一定の高さで直線状に配
列された複数の出射端面から高い指向性光を高効率で出
射することが可能な光源装置を実現することができる。

【００２９】また、開口面積の広いストライプ状の開口
部を用いることにより、出射端面から出射される指向性
光を更に高効率化、高輝度化することができると共に、
直線状光源と複数個の導光体の入射端面とを光学的に結
合する各光ファイバの伸縮及び曲折を調整することによ
り、マトリクス状に配列された複数の出射端面が平坦な
１つの出射面をなす光源装置を実現することができる。

【００３０】また、ストライプ状の開口部を用い、直線
状光源と複数個の導光体の入射端面とを角柱状導光素子
によって光学的に結合すると共に、出射端面先端部の柱
状の補助部材の長さを制御することにより、マトリクス
状に配列された複数の出射端面が平坦な１つの出射面を
なす光源装置を実現することができる。また、並列に配
置された複数の直線状光源を内包する反射箱表面に開口
した多数のピンホール状の開口部に多数の導光体をマト
リクス状に配置することにより、導光部品を用いること
なく、マトリクス状に配列された複数の出射端面が平坦
な１つの出射面をなす光源装置を実現することができ
る。

【００３１】また、小型で高い指向性光を高効率で出射
できる、このような光源装置を用いて液晶表示装置を構
成したので、数万ｃｄ／ｍ²以上の超高輝度で表示でき
る小型の液晶表示装置を実現することができる。このよ
うな液晶表示装置は、屋外表示板など、遠方から見るこ
とを必要とする表示板などに用いることができる。ま
た、液晶パネル上に更に光拡散シートを設けることによ
り、導光体から出射して液晶パネルを通過した指向性光
が拡散するので、液晶パネルを改善することなく、広視
野角で視角に対する色調の変化がない液晶表示装置を実
現することができる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて具
体的に説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施例に
よる導光体を示す斜視図、図１（ｂ）はその断面図であ
る。導光体１０は例えばアクリル樹脂からなる円柱形状
の透明体である。そしてその２つの平行な端面のうち、
面積が小さい方の入射端面１２はその直径が１ｍｍであ
り、面積が大きい方の出射端面１４はその直径が６．２
ｍｍである。また、導光体１０の長さは１００ｍｍであ
る。

【００３３】次に、この導光体１０を用いて高い指向性
光を得る方法を説明する。図１（ｂ）に示すように、所
定の光源からの拡散光１６を、導光体１０の入射端面１
２から任意の角度をもって導光体１０内に入射すると、
この導光体１０内に入射した光は導光体１０の外壁に到
達する。ここで、導光体１０がアクリル樹脂からなる円
柱形状の透明体であるため、導光体１０と外周空間との
屈折率比から決定されるスネルの法則により、導光体１
０内に入射した光は透明体の臨界角内に集光されると共
に全て全反射されることになる。そして全反射された反
射光は対向面である外壁に到達し、再びここで全反射の
法則に従って反射される。

【００３４】導光体１０は入射端面１２から出射端面１
４に向かって次第に広がっているため、このような反射
を繰り返すことにより、反射光は徐々に入射端面１２又
は出射端面１４に鉛直な光線へと変化していく。こうし
て、最終的には出射端面１４から、約±１０゜の指向性
をもつ高い指向性光１８が出射される。また、このと
き、導光体１０内に入射した光は全反射を繰り返すだけ
であることから、入射した殆どの光が出射光となり、高
い効率を得ることが可能となる。

【００３５】このように本実施例によれば、円柱形状の
透明体からなる導光体１０を用い、面積が小さい入射端
面１２から光を入射することにより、たとえその入射光
が拡散光であっても、高い指向性光１８を高効率で出射
端面１４から出射することができる。尚、上記第１の実
施例においては、導光体１０は円柱形状の透明体であっ
たが、この形状に限定されず、例えば図２（ａ）に示す
ように、全体的には円柱形状であって入射端面１２近傍
のみが４角柱形状である導光体であってもよい。また、
図２（ｂ）に示すように、出射端面１４近傍のみが６角
柱形状である導光体であってもよい。更に、図示はしな
いが、全体が多角柱形状であってもよい。

【００３６】このように導光体１０の柱形状の変形は種
々に考えられるが、後述するように、他の光学系と結合
して光源装置を構成する際に、光学的な接続における入
射効率が最大となるような最適形状を選択すればよい。
次に、図１の導光体１０の形状と指向性光１８の指向性
との関係を、図３の特性図に示す。

【００３７】この特性図から明らかなように、導光体１
０の出射端面１４と入射端面１２との面積比が増大する
につれて、指向性光１８の指向性は急激に向上する。そ
して面積比１００程度で飽和し、それを越えると、逆に
指向性は僅かながら低下する傾向になる。従って、図３
に示される特性に従って、必要とされる指向性に最適の
導光体１０の形状、特に出射端面１４と入射端面１２と
の面積比を決定すればよい。少なくとも入射端面１２の
面積を１とした場合に出射端面１４の面積が３以上であ
れば、出射光の指向性を実用レベルまで向上することが
できる。

【００３８】次に、本発明の第２の実施例による光源装
置を、図４を用いて説明する。図４は本実施例による光
源装置を示す概略断面図である。例えばメタルハライド
ランプを用いた略点光源２０が、内壁を例えば銀反射面
で覆った反射箱２２に内包されている。また、反射箱２
２表面には、ピンホール状の開口部２４が開口されてい
る。

【００３９】そしてこのピンホール状の開口部２４に
は、上記図１に示す導光体１０がその入射端面１２を反
射箱２２内の略点光源２０に向けて設置されている。こ
のとき、ピンホール状の開口部２４の形状は、導光体１
０の入射端面１２の形状と一致することが望ましい。次
に、図４の光源装置の動作を説明する。

【００４０】略点光源２０から出射した光は、反射箱２
２内壁の銀反射面で反射を繰り返した後、最終的にはピ
ンホール状の開口部２４から出射し、導光体１０の入射
端面１２に入射する。そして導光体１０内に入射した光
は、既に説明したように、約±１０゜の高い指向性をも
つ指向性光として出射端面１４から出射される。このよ
うに本実施例によれば、上記第１の実施例による導光体
１０を用いた光源装置において、導光体１０の入射端面
１２と略点光源２０とをピンホール状の開口部２４を介
して光学的に結合することにより、高い指向性光を高効
率で出射することが可能な光源装置を実現することがで
きる。

【００４１】次に、本発明の第３の実施例による光源装
置を、図５を用いて説明する。図５（ａ）は本実施例に
よる光源装置を示す正面断面図、図５（ｂ）はその側面
断面図である。尚、上記図４に示す光源装置と同一の構
成要素には同一の符号を付して説明を省略する。本実施
例による光源装置は、上記第２の実施例による光源装置
のピンホール状の開口部２４の代わりにスリット状の開
口部が設けられ、そのスリット状の開口部に複数個の導
光体が配置されている点に特徴がある。

【００４２】即ち、略点光源２０を内包した反射箱２２
表面に、スリット状の開口部２６が開口されている。こ
こで、スリット状の開口部２６とは、導光体１０の入射
端面１２の大きさと同等の幅をもち、その数倍の長さを
もつものをいう。そしてこのスリット状の開口部２６
に、そのスリットに沿って複数個の導光体１０がその入
射端面１２を反射箱２２内の略点光源２０に向けて隣接
して配置されている。

【００４３】次に、図５の光源装置の動作を説明する。
略点光源２０から出射した光は、上記第２の実施例の場
合と同様にして、反射箱２２内壁の銀反射面で反射を繰
り返した後、スリット状の開口部２６から出射するが、
スリット状の開口部２６は上記図４のピンホール状の開
口部２４よりも大きいため、光源光が出射し易くなる。
即ち、反射箱内での反射回数の低減によって銀反射面に
よる光吸収を低減することとなる。従って、複数個の導
光体１０の入射端面１２に入射する効率が向上する。こ
うして複数個の導光体１０内に入射した光は、それぞれ
約±１０゜の高い指向性をもつ指向性光として複数の出
射端面１４から出射される。

【００４４】このように本実施例によれば、上記第１の
実施例による導光体１０を用いた光源装置において、略
点光源２０と複数個の導光体１０の入射端面１２とをス
リット状の開口部２６を介して光学的に結合することに
より、上記第２の実施例の場合よりも更に高効率で複数
の高い指向性光を出射することが可能な光源装置を実現
することができる。

【００４５】次に、本発明の第４の実施例による光源装
置を、図６を用いて説明する。図６は本実施例による光
源装置を示す概略断面図である。尚、上記図５に示す光
源装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を
省略する。本実施例による光源装置は、上記第４の実施
例による光源装置の外側に反射鏡が設置されている点に
特徴がある。

【００４６】即ち、略点光源２０を内包した反射箱２８
表面にスリット状の開口部２６が開口され、このスリッ
ト状の開口部には、そのスリットに沿って複数個の導光
体１０が隣接して配置されている。そしてこれらの導光
体１０の出射端面１４以上に伸びている反射鏡３０が反
射箱２８と一体的に形成されている。次に、図６の光源
装置の動作を説明する。

【００４７】略点光源２０から出射した光は、反射箱２
８によってスリット状の開口部に集光され、複数個の導
光体１０の入射端面１２に入射され、複数の出射端面１
４からそれぞれ約±１０゜の高指向性光となって出射さ
れる。但し、これらの出射光はそれぞれ高い指向性をも
ってはいるものの、その主光線方向は大きく広がってい
る。

【００４８】しかし、こうした出射光に対して、導光体
１０の出射端面１４以上に伸びている反射鏡３０の各位
置における面角度が適宜設定されているため、主光線方
向が大きく広がる出射光は、反射鏡３０により反射さ
れ、略平行光３１となる。このように本実施例によれ
ば、上記第１の実施例による導光体１０を用いた光源装
置において、複数個の導光体１０の入射端面１２と略点
光源２０とをスリット状の開口部２６を介して光学的に
結合すると共に、出射端面１４からの出射光を反射する
反射鏡３０を設置することにより、高い指向性をもつ略
平行光３１を高効率で出射することが可能な光源装置を
実現することができる。また、反射鏡３０を設置して
も、導光体１０が十分に小型であるため、光源装置自体
も容易に小型化することが可能である。

【００４９】尚、上記第４の実施例においては、その主
光線方向が広がっている高指向性の出射光を反射鏡３０
によって略平行光３１としているが、複数の出射端面１
４から出射される主光線方向の広がりが比較的小さい場
合は、反射鏡３０を設置する代わりに、図７に示される
ように、各導光体１０の出射端面１４の先端部に種々の
形状の透明体からなるプリズム状の補助部材３２を設置
してもよい。

【００５０】即ち、主光線方向の広がりが余りに大き
く、従って端部の導光体１０からの出射主光線の傾きが
大きくなると、出射光の屈折点、例えば図７における点
Ａにおいて全反射が起こり、光が無効となる方向となる
が、主光線方向の広がりが比較的小さい場合には、各導
光体１０の出射端面１４の先端部に、各出射端面１４か
らの出射主光線の傾斜に応じた三角柱形状又は四角柱形
状をもつプリズム状の補助部材３２を設置することによ
り、各導光体１０の出射端面１４からの出射光の主光線
方向を補正して、略平行光３１となるようにすることが
可能である。

【００５１】次に、本発明の第５の実施例による光源装
置を、図８を用いて説明する。図８は本実施例による光
源装置を示す概略断面図である。尚、上記図４に示す光
源装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を
省略する。本実施例による光源装置は、上記第２の実施
例による光源装置のピンホール状の開口部２４と導光体
１０の入射端面１２との間に、両者を光学的に接続する
導光部品として曲折可能な光ファイバが配置されている
点に特徴がある。

【００５２】即ち、ピンホール状の開口部２４と導光体
１０の入射端面１２との間に導光部品として光ファイバ
３３が配置され、両者を光学的に接続している。従っ
て、光ファイバ３３を曲折したり、その長さを伸縮した
りすることにより、導光体１０と略点光源２０との位置
関係を任意に設定可能となる。このように本実施例によ
れば、上記第１の実施例による導光体１０を用いた光源
装置において、導光体１０の入射端面１２と略点光源２
０とを光学的に結合する導光部品として光ファイバ３３
を配置すると共に、光ファイバ３３の長さや曲折を調整
することにより、略点光源２０と離れた所定の位置から
所定の方向に高指向性光を高効率で出射することが可能
な光源装置を実現することができる。

【００５３】次に、本発明の第６の実施例による光源装
置を、図９を用いて説明する。図９（ａ）は本実施例に
よる光源装置を示す概略断面図、図９（ｂ）はその変形
例を示す概略断面図である。尚、上記図８に示す光源装
置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略
する。本実施例による光源装置は、上記第５の実施例に
よる光源装置の光ファイバ３３の代わりに、導光部品と
して４角柱状導光素子を用いている点に特徴がある。

【００５４】即ち、４角柱状導光素子３４の一方の端面
はピンホール状の開口部２４に接し、他方の端面は先端
角度が略４５゜の斜向面をなし、その斜向面には例えば
Ａｌ蒸着によってＡｌ反射面３６が形成され、４角柱状
導光素子３４を透過してきた光を直角に反射するように
なっている。そしてこのＡｌ反射面３６上方に、導光体
１０がその入射端面１２をＡｌ反射面３６に向けて設置
されている。こうして、略点光源２０と導光体１０の入
射端面１２とを光学的に接続している。

【００５５】従って、この４角柱状導光素子３４の長さ
を伸縮することにより、光ファイバ３３の場合ほど自在
ではないが、導光体１０と略点光源２０との位置関係を
一定範囲で変化させることが可能となる。このように本
実施例によれば、上記第１の実施例による導光体１０を
用いた光源装置において、導光体１０の入射端面１２と
略点光源２０とを光学的に結合する導光部品として４角
柱状導光素子３４を配置すると共に、その導光部品の長
さ等を調整することにより、略点光源２０と離れた所定
の位置から高い指向性光を高効率で出射することが可能
な光源装置を実現することができる。

【００５６】尚、上記図９（ａ）においては、４角柱状
導光素子３４を透過した光の方向を変えるためにその先
端斜向面にＡｌ反射面３６を設けているが、このＡｌ反
射面３６代わりに、図９（ｂ）に示されるように、４角
柱状導光素子３４の端面に、斜面をＡｌ蒸着によってＡ
ｌ反射面３６が形成された直角プリズム３８を設けても
よい。本発明者らの実験によれば、４角柱状導光素子３
４の先端斜向面にＡｌ反射面３６を形成した図９（ａ）
の場合よりも、その先端面にＡｌ反射面３６を斜面にも
つ直角プリズム３８を設けた図９（ｂ）の場合の方が、
高い効率の出射光を得ることができた。

【００５７】また、これらの場合、４角柱状導光素子３
４又は直角プリズム３８との光学的な接続を考慮する
と、導光体１０としては、上記図２（ａ）に示すような
入射端面１２近傍のみが４角柱形状である導光体１０を
用いることが望ましい。次に、本発明の第７の実施例に
よる光源装置を、図１０を用いて説明する。図１０
（ａ）は本実施例による光源装置を示す正面断面図、図
１０（ｂ）はその側面断面図である。尚、上記図４に示
す光源装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説
明を省略する。

【００５８】本実施例による光源装置は、上記第２の実
施例による略点光源２０の代わりに直線状光源を用い、
この直線状光源に沿って複数のピンホール状の開口部が
複数配置されている点に特徴がある。即ち、例えば蛍光
管を用いた直線状光源４０が、内壁を銀反射面で覆った
反射箱４２に内包されている。この反射箱４２表面に
は、ピンホール状の開口部２４が直線状光源４０に沿っ
て一定の間隔で複数開口されている。

【００５９】そしてこれら複数のピンホール状の開口部
２４には、それぞれ導光体１０がその入射端面１２を反
射箱４２内の直線状光源４０に向けて設置されている。
従って、複数個の導光体１０の出射端面１４が一定の高
さで直線状に複数個配列されることになり、これら直線
状に配列された複数の出射端面１４のそれぞれから高い
指向性光が高効率で出射されることになる。このように
本実施例によれば、上記第１の実施例による導光体１０
を用いた光源装置において、光源として直線状光源４０
を用い、その直線状光源４０に沿って開口した複数のピ
ンホール状の開口部２４を介して直線状光源４０と複数
個の導光体１０の入射端面１２とを光学的に結合するこ
とにより、一定の高さで直線状に配列された複数の出射
端面１４から高い指向性光を高効率で出射することが可
能な光源装置を実現することができる。

【００６０】尚、上記第７の実施例の複数のピンホール
状の開口部２４の代わりに、上記図５に示されるような
スリット状の開口部を直線状光源４０の方向と直角方向
に開口し、更に直線状光源４０に沿って一定の間隔で複
数配置してもよい。この場合、各スリット状の開口部２
６ごとに複数個の導光体１０が隣接して配置され、更に
直線状光源４０の方向にも複数個の導光体１０が配置さ
れるため、導光体１０の出射端面１４がマトリクス状に
複数個配列されることになる。従って、これらマトリク
ス状に配列された複数の出射端面１４のそれぞれから高
い指向性光が高効率で出射されることになる。

【００６１】但し、これらマトリクス状に配列された複
数の出射端面１４からの出射光はそれぞれ高い指向性を
もってはいるものの、その主光線方向は大きく広がって
いるため、上記図６に示す第４の実施例の場合と同様
に、光源装置の外側に反射鏡を設置して、略平行光に変
換することが望ましい。次に、本発明の第８の実施例に
よる光源装置を、図１１を用いて説明する。

【００６２】図１１は本実施例による光源装置を示す概
略断面図である。尚、上記図８及び図１０に示す光源装
置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略
する。本実施例による光源装置は、上記第７の実施例に
よる複数のピンホール状の開口部２４の代わりにストラ
イプ状の開口部が開口され、このストライプ状の開口部
と複数個の導光体１０の入射端面１２との間に、上記第
５の実施例による導光部品としての光ファイバ３３が複
数束状に配列されている点に特徴がある。

【００６３】即ち、直線状光源４０を内包した反射箱４
２表面に、直線状光源４０と同一方向にストライプ状の
開口部４４が開口されている。ここで、ストライプ状の
開口部４４とは、導光体１０の入射端面１２の大きさの
数倍の幅をもち、直線状光源４０に沿って図面の奥行き
方向に延びているものをいう。通常、光源光の反射箱か
ら出射する効率を低下させる主原因は、反射箱内におけ
る多重反射によって僅かに発生する反射鏡反射時に起こ
る光吸収が増大することである。従って、ストライプ状
の開口部４４を用いることにより、その開口の大きさが
構造的に拡大するため、反射箱４２内における反射回数
が低減され、反射箱４２外への出射がピンホール状の開
口部２４やスリット状の開口部２６の場合より遥かに容
易となる。従って、更に高効率化、高輝度化が可能とな
る。

【００６４】そしてこのストライプ状の開口部４４に
は、複数個の光ファイバ３３が束状に配置され、ストラ
イプ状の開口部４４と複数個の導光体１０の入射端面１
２とを光学的に接続している。ここで、束となっている
複数個の光ファイバ３３のそれぞれの伸縮及び曲折が調
整されているため、複数個の導光体１０の出射端面１４
がマトリクス状に配列され、かつその出射端面１４の高
さが一定になっている。即ち、マトリクス状に配列され
た複数の出射端面１４が平坦な１つの出射面４６をなし
ている。

【００６５】このように本実施例によれば、上記第１の
実施例による導光体１０を用いて光源装置を構成する光
源装置において、開口面積の広いストライプ状の開口部
４４を用いることにより、出射端面１４から出射される
指向性光を更に高効率化、高輝度化することができると
共に、直線状光源４０と複数個の導光体１０の入射端面
１２とを光学的に結合する各光ファイバ３３の伸縮及び
曲折を調整することにより、マトリクス状に配列された
複数の出射端面１４が平坦な１つの出射面４６をなす光
源装置を実現することができる。

【００６６】尚、この場合、出射端面１４のマトリクス
状の配列が隙間のない１つの出射面４６をなすようにす
るには、導光体１０としては、上記図２（ｂ）に示すよ
うな入射端面１２近傍のみが例えば６角柱形状、又は４
角柱形状である導光体１０を用いることが望ましい。次
に、本発明の第９の実施例による光源装置を、図１２及
び図１３を用いて説明する。

【００６７】図１２は本実施例による光源装置を示す概
略断面図、図１３（ａ）はその導光体の４角柱状導光素
子を示す一部拡大図、図１３（ｂ）〜（ｄ）はその４角
柱状導光素子の変形例を示す図である。尚、上記図９及
び図１１に示す光源装置と同一の構成要素には同一の符
号を付して説明を省略する。本実施例による光源装置
は、上記第８の実施例による光ファイバ３３の代わり
に、上記第５の実施例による４角柱状導光素子３４が複
数個配列されている点に特徴がある。

【００６８】即ち、直線状光源４０を内包した反射箱４
２表面に直線状光源４０と直角方向に開口されたストラ
イプ状の開口部４４に、複数個の４角柱状導光素子３４
が隙間なく隣接して配列されている。そして図１３
（ａ）に示されるように、各４角柱状導光素子３６の略
４５゜の先端斜向面には、上記図９（ａ）に示されるＡ
ｌ反射面３６が形成され、４角柱状導光素子３４を透過
してきた直線状光源４０からの光を直角に反射して、Ａ
ｌ反射面３６上方に配列された導光体１０の入射端面１
２に入射するようになっている。ここで、各４角柱状導
光素子３４の長さが調整されているため、複数個の導光
体１０の出射端面１４がマトリクス状に配列される。

【００６９】また、導光体１０の出射端面１４の先端部
に、透明体からなる柱状の補助部材４８が設置され、所
定の長さに制御されているため、これら柱状の補助部材
４８の高さが一定になり、平坦な１つの出射面４６をな
している。このように本実施例によれば、上記第１の実
施例による導光体１０を用いて光源装置を構成する光源
装置において、ストライプ状の開口部４４を用い、直線
状光源４０と複数個の導光体１０の入射端面１２とを４
角柱状導光素子３４によって光学的に結合すると共に、
出射端面１４先端部の柱状の補助部材４８の長さを制御
することにより、上記第８の実施例の場合と同様に、マ
トリクス状に配列された複数の出射端面１４が平坦な１
つの出射面４６をなす光源装置を実現することができ
る。

【００７０】尚、上記第９の実施例においては、図１３
（ａ）に示される隙間なく隣接して配置されている複数
個の４角柱状導光素子３４の代わりに、図１３（ｂ）に
示されるように、これらの４角柱状導光素子３４が一体
となった導光素子５０を用いてもよい。但し、この場合
も、複数個の導光体１０の入射端面１２と光学的に接続
する先端部間には、それぞれ略４５゜の斜向面をなし、
それぞれＡｌ反射面３６が形成されている必要がある。

【００７１】また、図１３（ａ）に示される４角柱状導
光素子３６の先端斜面にＡｌ反射面３６を形成する代わ
りに、図１３（ｃ）に示されるように、上記図９（ｂ）
に示されるＡｌ反射面３６を斜面にもつ直角プリズム３
８を４角柱状導光素子３６の先端面に設けてもよい。更
に、図１３（ｃ）の隙間なく隣接して配置されている複
数個の４角柱状導光素子３４の代わりに、図１３（ｄ）
に示されるように、これらの４角柱状導光素子３４が一
体となった導光素子５０を用いてもよい。但し、この場
合も、複数個の導光体１０の入射端面１２と光学的に接
続する先端面間には、それぞれＡｌ反射面３６を斜面に
もつ直角プリズム３８が設けられている必要がある。

【００７２】次に、本発明の第１０の実施例による光源
装置を、図１４を用いて説明する。図１４は本実施例に
よる光源装置を示す概略断面図である。尚、上記図１２
に示す光源装置と同一の構成要素には同一の符号を付し
て説明を省略する。本実施例による光源装置は、上記第
９の実施例の複数個の４角柱状導光素子３４がストライ
プ状の開口部４４から１方向に伸びているのに対し、２
方向に伸びている点に特徴がある。

【００７３】即ち、複数個の直線状光源４０が反射箱４
２に内包されている。ここで、直線状光源４０を複数個
にしたのは、光源光の高輝度化により、出射光の高輝度
化を図るためである。また、反射箱４２表面に直線状光
源４０と直角方向に開口されたストライプ状の開口部４
４から、ストライプに直交する２方向に複数個の４角柱
状導光素子３４が配列されている。

【００７４】また、これらの４角柱状導光素子３６の両
端面には、例えば上記図１３（ｃ）に示されるＡｌ反射
面３６を斜面にもつ直角プリズム３８が設けられ、４角
柱状導光素子３４を透過してきた直線状光源４０からの
光を、直角プリズム３８上方に配列された導光体１０の
入射端面１２に入射するようになっている。そして上記
第９の実施例の場合と同様に、各４角柱状導光素子３４
の長さが調整されているため、複数個の導光体１０の出
射端面１４がマトリクス状に配列される。

【００７５】また、上記第９の実施例の場合と同様に、
導光体１０の出射端面１４の先端部に、透明体からなる
柱状の補助部材４８が設置され、所定の長さに制御され
ているため、これら柱状の補助部材４８の高さが一定に
なり、平坦な１つの出射面４６をなしている。このよう
に本実施例によれば、上記第１の実施例による導光体１
０を用いて光源装置を構成する光源装置において、スト
ライプ状の開口部４４から２方向に複数個の４角柱状導
光素子３４が配列されていても、上記第９の実施例と同
様の効果を奏する光源装置を実現することができる。し
かも、この場合、複数の直線状光源４０を内包した反射
箱４２が複数個の導光体１０の下方に配置されるため、
出射面４６側から見ると、その背後に隠れて見えなくす
ることができる。即ち、光源装置全体において、非発光
部となる周囲の寸法を縮小可能とするという利点を有し
ている。

【００７６】尚、上記第９及び第１０の実施例において
は、１つの出射面４６をなす柱状の補助部材４８のマト
リクス状の配列を考慮すると、柱状の補助部材４８は少
なくともその出射面４６近傍が６角柱形状又は４角柱形
状であることが望ましい。次に、本発明の第１１の実施
例による光源装置を、図１５を用いて説明する。図１５
は本実施例による光源装置を示す斜視図である。尚、上
記図１０に示す光源装置と同一の構成要素には同一の符
号を付して説明を省略する。

【００７７】本実施例による光源装置は、上記第７の実
施例において、ピンホール状の開口部２４が直線状に複
数配置されているのに対し、ピンホール状の開口部がマ
トリクス状に複数配置されている点に特徴がある。即
ち、並列に配置された複数個の直線状光源４０が、内壁
を銀反射面で覆った反射箱５２に内包されている。ま
た、反射箱５２表面には、ピンホール状の開口部２４が
マトリクス状に多数開口されている。そしてこれら多数
のピンホール状の開口部２４には、それぞれ導光体１０
がその入射端面１２を反射箱５２内の直線状光源４０に
向けて設置されている。従って、複数個の導光体１０の
出射端面１４は同じ高さとなるため、平坦な１つの出射
面４６が形成される。

【００７８】また、導光体１０として上記図２（ｂ）に
示すような出射端面１４近傍が６角柱形状である導光体
１０が用いられているため、この出射面４６をなす出射
端面１４は隙間のないマトリクス状の配列をなす。この
ように本実施例によれば、上記第１の実施例による導光
体１０を用いた光源装置において、並列に配置された複
数の直線状光源４０を内包する反射箱５２表面に開口し
た多数のピンホール状の開口部２４に多数の導光体１０
をマトリクス状に配置することにより、導光部品を用い
ることなく、マトリクス状に配列された複数の出射端面
１４が平坦な１つの出射面４６をなす光源装置を実現す
ることができる。

【００７９】次に、本発明の第１２の実施例による導光
体及び光源装置を、図１６乃至図２０を用いて説明す
る。図１６は、本実施例による光源装置を示す斜視図、
図１７は第１１の実施例による光源装置の一部を拡大し
た断面図、図１８は本実施例による導光体の製造方法を
説明する図、図１９はアクリル重合接着を用いた導光体
の製造方法を説明する図、図２０は本実施例による光源
装置の動作を説明する図である。

【００８０】第１１の実施例で示したように、導光体１
０により形成される出射面４６は、六角柱形状である導
光体１０により構成されているため、マトリクス状の配
列を成すことができる。しかし図１７に示すように、そ
れぞれの導光体１０の出射端面１４には微小曲面６８が
存在し、また、製造工程で発生する導光体１０の微妙な
大きさの違いなどにより、出射面４６上には隙間７０が
生じる恐れがある。

【００８１】このような微小曲面６８が導光体１０に存
在すると微小曲面６８において光の屈折面が変化するた
め、導光体１０の指向性を阻害する恐れがある。また、
隙間７０が存在すると導光体１０間の隙間７０は非発光
部となるため、出斜面４６上に輝度ムラを発生すること
になる。本実施例による光源装置は、上述した第１１の
実施例における問題を解決するために、導光体１０によ
り構成される出射面４６上にアクリル系樹脂層６６を設
け、導光体１０と一体成形した点に特徴がある。

【００８２】即ち、並列に配置された複数個の直線光源
４０が、内壁を銀反射面で覆った反射箱５２に内包され
ている。また、反射箱５２表面には、ピンホール状の開
口部２４がマトリクス状に多数開口されている。そして
これら多数のピンホール状の開口部２４には、それぞれ
導光体１０がその入射端面１２を反射箱５２内の直線状
光源４０に向けて設置されている。複数個の導光体１０
の出射端面１４により形成される平坦な一つの出射面４
６上には、厚さ数百μｍのアクリル系樹脂層６６が設け
られ、導光体１０と一体成形されている。

【００８３】次に、本実施例による導光体の製造方法を
図１８を用いて説明する。まず、導光体１０を平面状に
配列する。次いで、導光体１０により形成された出射面
４６上に、導光体を構成するアクリル樹脂の屈折率とほ
ぼ等しい屈折率を有する、紫外線硬化性のアクリル系樹
脂を塗布する（図１８（ａ））。このような紫外線硬化
性のアクリル系樹脂としては、例えば（株）スリーボン
ド社製「３０１８」を用いればよい。

【００８４】次いで、アクリル系樹脂を塗布した出射面
４６上に、アクリル系樹脂に非密着性の材質からなる鏡
面板７２をあてる（図１８（ｂ））。次いで、紫外線を
照射してアクリル樹脂を硬化させ、その後鏡面板７２を
取り除く。このようにしてアクリル樹脂を一体成形した
導光体を形成する（図１８（ｃ））。なお、図１９に示
すように、アクリル重合接着を用いてアクリル系樹脂層
６６を一体成形してもよい。

【００８５】それには、まず、導光体１０を平面状に配
列する（図１９（ａ））。次いで、中底を鏡面処理した
容器８２の中にアクリルモノマーと硬化材の混合液８０
を入れ、その中に出射面４６を下にして配列した導光体
１０を入れる（図１９（ｂ））。なお重合接着材として
は、例えば三菱レーヨン（株）製「アクリボンド」を用
いればよい。次いで、容器を室温放置することにより重
合接着が開始する。アクリル系樹脂層６６が硬化した後
に容器８２を取り除くことによりアクリル樹脂を一体成
形した導光体を形成することができる（図１９
（ｃ））。

【００８６】次に本実施例による光源装置の動作を図２
０を用いて説明する。アクリル系樹脂層６６を出射面４
６上に設けない場合（図２０（ａ））、導光体１０間に
隙間７０が存在すると、導光体１０内の入射光は導光体
１０の側面により全反射されるため、導光体１０間に生
じた隙間７０内には光は出射されない。これに対し、ア
クリル系樹脂層６６を一体成形すると（図２０
（ｂ））、導光体１０とアクリル系樹脂層６６との屈折
率差が小さいために、入射光は導光体１０の側面では全
反射せず、隙間７０からも出射することができる。これ
により、出射面４６上には、導光体１０間の隙間７０に
依存する輝度ムラをなくすことができた。

【００８７】また、導光体１０の微小曲面６８は、アク
リル樹脂を塗布することにより平坦化されるので、屈折
面の変化が生じないため導光体１０により得られた指向
性を失うことはなくなった。さらに、アクリル系樹脂層
６６を硬化する際には表面に鏡面加工した板をあててい
るので、微小な凹凸の発生を防ぐことができる。このよ
うに本実施例によれば、導光体１０により構成される出
射面４６上に、導光体１０を構成するアクリル樹脂の屈
折率とほぼ等しい屈折率を有するアクリル系樹脂層６６
を設け、導光体１０と一体成形したので、輝度ムラが少
なく、指向性に優れた光源装置を構成することができ
る。

【００８８】なお、製品として光源装置を考えた場合に
は、出射光の指向性は±２０゜以下であることが望まし
いので、この条件を満たすために、アクリル系樹脂層６
６と導光体１０との屈折率比は約０．９７以上であった
ほうがよい。次に、本発明の第１３の実施例による導光
体を図２１及び図２２を用いて説明する。

【００８９】図２１は、本実施例による導光体を説明す
るための断面図、図２２は、本実施例による導光体の製
造方法を説明するための図である。本実施例による導光
体１０ａは、上記第１の実施例に示した導光体１０の外
表面が、導光体１０よりも低硬度の透明シリコン材から
なる被覆層７６により覆われている点に特徴がある。

【００９０】図２２を用いて本実施例による導光体の製
造方法を説明する。まず、透明アクリル樹脂により導光
体１０を形成する。次いで、導光体の大きさより、例え
ば０．５ｍｍ程度大きい形状の成形型７４を作製し、そ
の中に液化した透明シリコン材からなる樹脂８４を流し
込む（図２２（ａ））。次いで、透明シリコン材からな
る樹脂８４を流し込んだ成形型７４の中に導光体１０を
挿入し、その状態で透明シリコン材からなる樹脂８４を
硬化させる（図２２（ｂ））。このようにして、透明シ
リコン材からなる被覆層７６により覆われた導光体１０
ａを形成する（図２２（ｃ））。

【００９１】上記実施例で示したように、複数の導光体
１０を配列した場合には、導光体１０と他の導光体１０
との間に隙間７０が発生する虞がある。しかし、本実施
例で示したようにアクリル樹脂からなる導光体１０を被
覆層７６により被覆することにより、複数の導光体１０
ａからなる導光体群を構成した際には、被覆層７６を構
成する透明シリコン材のもつ柔軟性により、配列した導
光体１０ａと他の導光体１０ａとの間の隙間を十分に埋
めることができた。

【００９２】このように本実施例によれば、導光体１０
の外表面を低硬度の被覆層７６により被覆したので、輝
度ムラが少ない光源装置を構成することができる。次
に、本発明の第１４の実施例による導光体を図２３及び
図２４を用いて説明する。図２３は、本実施例による導
光体を説明するための側面図、図２４は本実施例による
導光体を複数配列した図である。

【００９３】本実施例による光源装置は、上述した第１
１の実施例における問題、即ち、製造工程で発生する導
光体１０の微妙な大きさの違いなどにより、出射面４６
上には隙間７０が生じる虞があり、隙間７０が存在する
と導光体１０間の隙間７０は非発光部となるため、出斜
面４６上に輝度ムラを発生することになるという問題を
解決するために、導光体１０を複数個連結して列状導光
体７８が形成されている点に特徴がある。即ち、上記第
１の実施例に示した導光体１０が列状に連結され、その
両端部には導光体１０の部分的な形状を有している。ま
た、一方の端部１０ｂの形状と他方の端部１０ｃの形状
を組み合わせると、導光体１０の形状とほぼ等しい形状
を構成できるようになっている。図２３に示す列状導光
体７８では、一方の端部１０ｂは導光体１０を上部と下
部に分断した際の上部の形状を、他方の端部１０ｃは導
光体１０の下部の形状を成している。

【００９４】図２４に示すように、このような列状導光
体７８を機械的に配列して導光体群を構成すると、各列
状導光体７８はそれぞれが組み合うように配置できる。
このとき、列状導光体７８の各接続部には、端部１０ｂ
及び１０ｃからなる一つの導光体が形成される。列状導
光体７８の端部１０ｂ及び端部１０ｃにより形成される
導光体の動作を以下に説明する。

【００９５】導光体１０の下部の形状を有する端部１０
ｃに入射した光は、指向性を高めながら内部を通過す
る。導光体１０の上部の形状を有する端部１０ｂとの接
合面に達した際にはほぼ接合面に垂直方向の光となるの
で、接合面を通過する際には光強度の劣化せずに端部１
０ｂに入射する。このため、導光体１０の上部の形状を
有する端部１０ｂ及び導光体１０の下部の形状を有する
端部１０ｃにより構成される導光体は、他の導光体と同
様の特性を有することができるので、輝度ムラを発生す
ることはない。

【００９６】このように、本実施例によれば、導光体１
０を複数個連結して列状導光体７８を構成し、各列状導
光体７８はそれぞれが組み合うように配置できるので、
隙間による非発光部は存在せず、面状に均一な明るさを
得られる導光体群を構成することができる。なお、本実
施例では、列状導光体７８の両端に導光体１０の部分的
な形状を有する端部１０ｂ及び１０ｃを設けたが、列状
導光体７８のどちらか一方の端のみに導光体１０の部分
的な形状を有する端部を設けてもよい。

【００９７】次に、第１５の実施例による液晶表示装置
を図２５を用いて説明する。図２５は、本実施例による
液晶表示装置の断面を示す図である。本実施例による液
晶表示装置は、第１１の実施例で示した光源装置の出射
面上に液晶パネル８６を配置している。即ち、並列に配
置された複数個の直線状光源（図示せず）が、内壁を銀
反射面で覆った反射箱５２に内包されている。また、反
射箱５２表面には、ピンホール状の開口部（図示せず）
がマトリクス状に多数開口されている。そしてこれら多
数のピンホール状の開口部には、それぞれ導光体１０が
その入射端面を反射箱５２内の直線状光源に向けて設置
されている。従って、複数個の導光体１０の出射端面は
同じ高さとなるため、平坦な１つの出射面が形成され
る。

【００９８】導光体１０の出射面上には、２枚のガラス
板の間に液晶材料が封入され、それぞれのガラス板の内
側にある電極に電圧を加えることにより表示装置として
機能する液晶パネル８６が配置され、液晶パネル８６に
は液晶パネルを駆動する液晶駆動回路８８が接続されて
いる。更に、液晶表示装置の外部は金属性のベゼル９０
により覆われている。

【００９９】このように、本実施例によれば、高い指向
性光を高効率で出射できる小型の光源装置を用いて液晶
表示装置を構成したので、数万ｃｄ／ｍ²以上の超高輝
度で表示できる小型の液晶表示装置を実現することがで
きる。このような液晶表示装置は、屋外表示板など、遠
方から見ることを必要とする表示板などに用いることが
できる。

【０１００】次に、第１６の実施例による液晶表示装置
を図２６を用いて説明する。図２６は、本実施例による
液晶表示装置の断面を示す図である。本実施例による液
晶表示装置は、第１５の実施例による液晶表示装置の表
面に光拡散シート９２を設けた点に特徴がある。即ち、
並列に配置された複数個の直線状光源（図示せず）が、
内壁を銀反射面で覆った反射箱５２に内包されている。
また、反射箱５２表面には、ピンホール状の開口部（図
示せず）がマトリクス状に多数開口されている。そして
これら多数のピンホール状の開口部には、それぞれ導光
体１０がその入射端面を反射箱５２内の直線状光源に向
けて設置されている。従って、複数個の導光体１０の出
射端面は同じ高さとなるため、平坦な１つの出射面が形
成される。

【０１０１】導光体１０の出射面上には、２枚のガラス
板の間に液晶材料が封入され、それぞれのガラス板の内
側にある電極に電圧を加えることにより表示装置として
機能する液晶パネル８６が配置され、液晶パネル８６に
は液晶パネルを駆動する液晶駆動回路８８が接続されて
いる。また、液晶パネル８６上には、導光体１０から出
射して液晶パネルを通過した指向性光を拡散させるため
の光拡散シート９２が設けられている。更に、液晶表示
装置の外部は金属性のベゼル９０により覆われている。

【０１０２】このように、本実施例によれば、液晶パネ
ル８６上に光拡散シート９２を設けることにより、導光
体１０から出射して液晶パネルを通過した指向性光が拡
散するので、液晶パネル８６を改善することなく、広視
野角で視角に対する色調の変化がない液晶表示装置を実
現することができる。尚、第１５の実施例及び第１６の
実施例では、第１１の実施例による光源装置を用いて液
晶表示装置を構成したが、液晶表示装置に用いる光源装
置としては平面状に出射できる指向性光源を用いればよ
いので、前述したいずれの実施例による光源装置を用い
て液晶表示装置を構成してもよい。

【０１０３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、導光体が
円柱形状又は角柱形状の透明体からなり、面積が小であ
る端面を入射端面、面積が大である端面を出射端面とし
ているため、入射端面から入射した光は導光体の外壁に
到達し、そこで全反射の法則に従って反射され対向面の
外壁に到達し、また反射されることを繰り返して、徐々
に出射端面に鉛直な光線へと変化して出射端面から出射
される。これにより、入射光がたとえ拡散的な光線であ
っても、高い指向性をもつ出射光を高い効率で得ること
ができる。

【０１０４】また、このような導光体の外表面を低硬度
の被覆層により被覆したので、導光体を複数個配列した
場合にも輝度ムラが少ない導光体を構成することができ
る。また、このような導光体を複数個連結して列状導光
体を構成したので、導光体間の隙間などの非発光部は存
在せず、面状に均一な明るさを得られる導光体を構成す
ることができる。

【０１０５】また、このような導光体を複数配列して構
成される出射面上に、導光体を構成するアクリル樹脂の
屈折率とほぼ等しい屈折率を有するアクリル系樹脂層を
設け、導光体と一体成形したので、輝度ムラが少なく、
指向性に優れた導光体を構成することができる。また、
このような導光体を用いて光源装置を構成することによ
り、即ち、光源を内包した反射箱表面に開口されたピン
ホール状又はスリット状の開口部に入射端面を光源に向
けて導光体を配置することにより、光源の出射特性、即
ち点光源、拡散光源の如何を問わず、導光体の出射端面
から高い指向性光を高効率で出射することができる。

【０１０６】また、導光体の入射端面と略点光源とを光
学的に結合する導光部品として光ファイバを配置すると
共に、光ファイバの長さや曲折を調整することにより、
略点光源と離れた所定の位置から所定の方向に高指向性
光を高効率で出射することが可能な光源装置を実現する
ことができる。また、導光体の入射端面と略点光源とを
光学的に結合する導光部品として角柱状導光素子を配置
すると共に、その導光部品の長さ等を調整することによ
り、略点光源と離れた所定の位置から高い指向性光を高
効率で出射することが可能な光源装置を実現することが
できる。

【０１０７】また、複数個の導光体の入射端面と略点光
源とをスリット状の開口部を介して光学的に結合すると
共に、出射端面からの出射光を反射する反射鏡を設置す
ることにより、高い指向性をもつ略平行光を高効率で出
射することが可能な光源装置を実現することができる。
また、反射鏡を設置しても、導光体が十分に小型である
ため、光源装置自体も容易に小型化することが可能であ
る。

【０１０８】また、光源として直線状光源を用い、その
直線状光源に沿って開口した複数のピンホール状の開口
部を介して直線状光源と複数個の導光体の入射端面とを
光学的に結合することにより、一定の高さで直線状に配
列された複数の出射端面から高い指向性光を高効率で出
射することが可能な光源装置を実現することができる。

【０１０９】また、開口面積の広いストライプ状の開口
部を用いることにより、出射端面から出射される指向性
光を更に高効率化、高輝度化することができると共に、
直線状光源と複数個の導光体の入射端面とを光学的に結
合する各光ファイバの伸縮及び曲折を調整することによ
り、マトリクス状に配列された複数の出射端面が平坦な
１つの出射面をなす光源装置を実現することができる。

【０１１０】また、ストライプ状の開口部を用い、直線
状光源と複数個の導光体の入射端面とを角柱状導光素子
によって光学的に結合すると共に、出射端面先端部の柱
状の補助部材の長さを制御することにより、マトリクス
状に配列された複数の出射端面が平坦な１つの出射面を
なす光源装置を実現することができる。また、並列に配
置された複数の直線状光源を内包する反射箱表面に開口
した多数のピンホール状の開口部に多数の導光体をマト
リクス状に配置することにより、導光部品を用いること
なく、マトリクス状に配列された複数の出射端面が平坦
な１つの出射面をなす光源装置を実現することができ
る。

【０１１１】これらにより、高効率な高指向性光を必要
とする結像光学系の光源装置においても、その光源はハ
ロゲンランプやメタルハライドランプ等に限定されず、
長寿命な蛍光灯等の拡散光源を使用することが可能とな
る。また、従来の略点光源型の光源を用いた光源装置に
あっては、更なる指向性の向上、低消費電力化が可能と
なる。そして導光体自体が小さいため、光源装置の小型
化を実現することも可能となる。

【０１１２】更に、小型で高い指向性光を高効率で出射
できる、このような光源装置を用いて液晶表示装置を構
成したので、数万ｃｄ／ｍ²以上の超高輝度で表示でき
る小型の液晶表示装置を実現することができる。このよ
うな液晶表示装置は、屋外表示板など、遠方から見るこ
とを必要とする表示板などに用いることができる。ま
た、液晶パネル上に更に光拡散シートを設けることによ
り、導光体から出射して液晶パネルを通過した指向性光
が拡散するので、液晶パネルを改善することなく、広視
野角で視角に対する色調の変化がない液晶表示装置を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による導光体を示す斜視
図及び概略断面図である。

【図２】図１の導光体の変形例を示す斜視図である。

【図３】図１の導光体の形状と出射光の指向性との関係
を示す特性図である。

【図４】本発明の第２の実施例による光源装置を示す概
略断面図である。

【図５】本発明の第３の実施例による光源装置を示す概
略断面図である。

【図６】本発明の第４の実施例による光源装置を示す概
略断面図である。

【図７】図６の光源装置の変形例を示す概略断面図であ
る。

【図８】本発明の第５の実施例による光源装置を示す概
略断面図である。

【図９】本発明の第６の実施例による光源装置を示す概
略断面図である。

【図１０】本発明の第７の実施例による光源装置を示す
概略断面図である。

【図１１】本発明の第８の実施例による光源装置を示す
概略断面図である。

【図１２】本発明の第９の実施例による光源装置を示す
概略断面図である。

【図１３】図１２の導光体の４角柱状導光素子及びその
変形例を示す図である。

【図１４】本発明の第１０の実施例による光源装置を示
す概略断面図である。

【図１５】本発明の第１１の実施例による光源装置を示
す斜視図である。

【図１６】本発明の第１２の実施例による光源装置を示
す斜視図である。

【図１７】本発明の第１１の実施例による光源装置の一
部を拡大した断面図である。

【図１８】本発明の第１２の実施例による導光体の製造
方法を説明するための図（その１）である。

【図１９】本発明の第１２の実施例による導光体の製造
方法を説明するための図（その２）である。

【図２０】本発明の第１２の実施例による光源装置の動
作を説明するための図である。

【図２１】本発明の第１３の実施例による導光体を示す
断面図である。

【図２２】本発明の第１３の実施例による導光体の製造
方法を説明するための図である。

【図２３】本発明の第１４の実施例による導光体を示す
側面図である。

【図２４】本発明の第１４の実施例による導光体を複数
個配列した図である。

【図２５】本発明の第１５の実施例による液晶表示装置
の断面図である。

【図２６】本発明の第１６の実施例による液晶表示装置
の断面図である。

【図２７】従来の光源装置を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０…導光体 １０ａ…透明シリコン材でコーティングした導光体 １０ｂ…導光体１０の上部 １０ｃ…導光体１０の下部 １２…入射端面 １４…出射端面 １６…拡散光 １８…指向性光 ２０…略点光源 ２２…反射箱 ２４…ピンホール状の開口部 ２６…スリット状の開口部 ２８…反射箱 ３０…反射鏡 ３１…略平行光 ３２…プリズム状の補助部材 ３３…光ファイバ ３４…４角柱状導光素子 ３６…Ａｌ反射面 ３８…直角プリズム ４０…直線状光源 ４２…反射箱 ４４…ストライプ状の開口部 ４６…出射面 ４８…柱状の補助部材 ５０…導光素子 ５２…反射箱 ６０…光源 ６２…反射鏡 ６４…出射光 ６６…アクリル系樹脂層 ６８…微小曲面 ７０…隙間 ７２…鏡面板 ７４…成形型 ７６…被覆層 ７８…列状導光体 ８０…アクリルモノマーと硬化材の混合物 ８２…中底を鏡面処理した容器 ８４…透明シリコン材からなる樹脂 ８６…液晶パネル ８８…液晶駆動回路 ９０…ベゼル ９２…光拡散シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 文明 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−163305（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 331 F21V 8/00 601 G02F 1/13357

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面積が異なる２つの端面をもつ円柱形状
   又は角柱形状の透明体からなり、前記柱状透明体の面積
   が小である端面から光を入射し、面積が大である端面か
   ら光を出射する導光体を、複数配列して形成される導光
   体群であって、 前記柱状透明体の外周部に設けられ、前記柱状透明体よ
   りも硬度の低い被覆層を有することを特徴とする導光体
   群。
2. 【請求項２】 面積が異なる２つの端面をもつ円柱形状
   又は角柱形状の透明体からなり、前記柱状透明体の面積
   が小である端面から光を入射し、面積が大である端面か
   ら光を出射する導光体を、列状に並べて一体成形した列
   状導光体部と、 前記列状導光体部の一方の端に設けられ、前記導光体の
   一部分の形状をなす第１の接合部と、 前記列状導光体部の他端に設けられ、前記導光体の一部
   分の形状であって、前記第１の接合部とは異なる部位の
   形状をなし、前記第１の接合部と組み合って前記導光体
   とほぼ等しい形状となる第２の接合部とを有することを
   特徴とする列状導光体。
3. 【請求項３】 面積が異なる２つの端面をもつ円柱形状
   又は角柱形状の透明体からなり、前記柱状透明体の面積
   が小である端面から光を入射し、面積が大である端面か
   ら光を出射する導光体を、列状又は平面状に配列した導
   光部と、 配列した前記導光体の前記出射端面に一体成形され、前
   記導光体とほぼ同等の屈折率及び光透過率を有する樹脂
   層とを有することを特徴とする導光体群。
4. 【請求項４】 請求項３記載の導光体群において、 前記導光体の屈折率に対する前記樹脂層の屈折率の比
   は、０．９７〜１であることを特徴とする導光体群。
5. 【請求項５】 光源と、 前記光源を内包すると共に、内壁が反射面で覆われた反
   射箱と、 前記反射箱表面に開口された開口部と、 前記開口部に、入射端面を前記光源に向けて配置され
   た、請求項１、３若しくは４記載の導光体群、又は請求
   項２記載の列状導光体とを有することを特徴とする光源
   装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の光源装置において、 前記開口部と前記導光体の入射端面とを光学的に接続す
   る導光部品が配置されていることを特徴とする光源装
   置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の光源装置において、 前記導光部品が、曲折可能なファイバ状導光素子である
   ことを特徴とする光源装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の光源装置において、 前記導光部品が、前記導光体の入射端面に接する側の端
   面部に、傾斜反射面又は傾斜反射面をもつプリズム体が
   設けられた柱状導光素子であることを特徴とする光源装
   置。
9. 【請求項９】 請求項５記載の光源装置において、 前記光源が、略点状光源であり、 前記開口部が、少なくとも１以上のピンホール状の開口
   部であり、 前記ピンホール状の開口部に、前記導光体が配置されて
   いることを特徴とする光源装置。
10. 【請求項１０】 請求項５記載の光源装置において、 前記光源が、略点状光源であり、 前記開口部が、スリット状の開口部であり、 前記スリット状の開口部に沿って、前記導光体が直線状
    に複数個配置され、 前記スリット状の開口部及び直線状に複数個配置された
    前記導光体が、少なくとも１列以上配列されていること
    を特徴とする光源装置。
11. 【請求項１１】 請求項５記載の光源装置において、 前記光源が、直線状光源であり、 前記開口部が、ピンホール状の開口部であって、前記直
    線状光源に沿って略直線状又はマトリクス状に複数配列
    されており、 前記ピンホール状の開口部の配列に沿って、前記導光体
    が略直線状又はマトリクス状に複数個配列されているこ
    とを特徴とする光源装置。
12. 【請求項１２】 請求項５記載の光源装置において、 前記光源が、直線状光源であり、 前記開口部が、スリット状の開口部であって、前記直線
    状光源に沿って複数配置されており、 前記スリット状の開口部に沿って、前記導光体が複数個
    配置されていると共に、前記スリット状の開口部の配列
    に沿って、前記導光体が複数個配列されており、 前記導光体の出射端面が、略直線状又はマトリクス状に
    配置されていることを特徴とする光源装置。
13. 【請求項１３】 請求項９乃至１２のいずれかに記載の
    光源装置において、 前記導光体の略直線状又はマトリクス状に配置されてい
    る出射端面から出射する光を反射する反射鏡が設置さ
    れ、前記反射鏡による反射光が略平行光となることを特
    徴とする光源装置。
14. 【請求項１４】 請求項７記載の光源装置において、 前記光源が、直線状光源であり、 前記開口部が、前記直線状光源に沿って配置されたスト
    ライプ状又は複数のピンホール状の開口部であり、 前記ファイバ状導光素子が、前記ストライプ状又は複数
    のピンホール状の開口部とマトリクス状に配置された複
    数個の前記導光体の入射端面とを光学的に接続する束状
    の複数個のファイバ状導光素子であり、 複数の前記ファイバ状導光素子の長さ及び曲折の制御に
    より、前記導光体の出射端面が、一定の高さで直線状又
    はマトリクス状に配列されていることを特徴とする光源
    装置。
15. 【請求項１５】 光源と；前記光源を内包すると共に、
    内壁が反射面で覆われた反射箱と；前記反射箱表面に開
    口された開口部と；前記開口部に、入射端面を前記光源
    に向けて配置され、面積が異なる２つの端面をもつ円柱
    形状又は角柱形状の透明体からなり、前記柱状透明体の
    面積が小である端面から光を入射し、面積が大である端
    面から光を出射する導光体とを有する光源装置であっ
    て、 前記開口部と前記導光体の入射端面とを光学的に接続す
    る導光部品が配置されており、 前記導光部品が、前記導光体の入射端面に接する側の端
    面部に、傾斜反射面又は傾斜反射面をもつプリズム体が
    設けられた柱状導光素子であり、 前記光源が、直線状光源であり、 前記開口部が、前記直線状光源に沿って配置されたスト
    ライプ状又は複数のピンホール状の開口部であり、 前記柱状導光素子が、前記ストライプ状又は複数のピン
    ホール状の開口部とマトリクス状に配置された複数個の
    前記導光体の入射端面とを光学的に接続する束状の複数
    個の柱状導光素子であり、 前記柱状導光素子の傾斜反射面又は傾斜反射面をもつプ
    リズム体を有する端面部と前記導光体の入射端面との
    間、又は前記導光体の出射端面の先端部に、所定の長さ
    の円柱形状又は角柱形状の透明体からなる補助部材が設
    置されており、 前記補助部材の長さの制御により、前記導光体の出射端
    面が、一定の高さで直線状又はマトリクス状に配列され
    ていることを特徴とする光源装置。
16. 【請求項１６】 請求項５記載の光源装置において、 前記光源が、並列に配置された複数の直線状光源であ
    り、 前記開口部が、ピンホール状の開口部であって、マトリ
    クス状に複数個配置されており、 前記ピンホール状の開口部のマトリクス状の配置に従っ
    て、前記導光体がマトリクス状に複数個配列されている
    ことを特徴とする光源装置。
17. 【請求項１７】 請求項１１、１２、又は１６のいずれ
    かに記載の光源装置において、 前記配列された導光体の出射端面が、一定の高さで配列
    されていることを特徴とする光源装置。
18. 【請求項１８】 請求項３又は４記載の導光体群の製造
    方法であって、 複数の前記導光体を平面状に配列する工程と、 複数の前記導光体により形成される前記出射端面に、前
    記導光体とほぼ同等の屈折率及び光透過率を有する紫外
    線硬化性樹脂を塗布する工程と、 前記紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射して硬化させ、複
    数の前記導光体に一体成形された前記樹脂層を形成する
    工程とを有することを特徴とする導光体群の製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８記載の導光体群の製造方法
    において、 前記紫外線硬化性樹脂を硬化する際に、前記紫外線硬化
    性樹脂の表面に鏡面加工された板をあてた状態で紫外線
    を照射することを特徴とする導光体群の製造方法。
20. 【請求項２０】 請求項３又は４記載の導光体群の製造
    方法であって、 複数の前記導光体を平面状に配列する工程と、 前記導光体とほぼ同等の屈折率及び光透過率を有する重
    合接着材を入れた容器の中に、配列した前記導光体の前
    記出射端面を入れ、そのままの状態で前記樹脂と前記導
    光体とを重合接着し、複数の導光体に一体成形された前
    記樹脂層を形成する工程とを有することを特徴とする導
    光体群の製造方法。
21. 【請求項２１】 請求項２０記載の導光体群の製造方法
    において、 前記容器の内表面は鏡面加工されていることを特徴とす
    る導光体群の製造方法。
22. 【請求項２２】 請求項５乃至１７のいずれかに記載の
    光源装置と、 前記光源装置の出射面上に設けられた液晶パネルとを有
    することを特徴とする液晶表示装置。
23. 【請求項２３】 請求項２２に記載の液晶表示装置にお
    いて、 前記液晶パネル上に、前記液晶パネルを通過した光を拡
    散して視野角を広げるための光拡散シートを更に有する
    ことを特徴とする液晶表示装置。