(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多角形状または円形状の断面を有する棒状の導光体と、
前記導光体の一端面の周縁部に形成され、入射する光が前記導光体の断面中心部を通らずに側面で全反射を繰り返しながら他端面に向かって螺線状に進行するように、法線ベクトルが前記一端面の周方向の成分を有する傾斜面を備えた光入射部と、
前記導光体の側面に形成され、前記導光体内の光を前記導光体の外に導く光出射部と、
を具備することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光入射部は、前記導光体の一端面から他端面に向かって延伸する第１の傾斜面と、前記導光体の一端面から他端面に向かって延伸し、前記第１の傾斜面と交わる第２の傾斜面とを具備し、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面の第１の交線が、前記一端面の外縁から中心に向かって延伸し、前記第１の傾斜面と前記一端面の第２の交線および前記第２の傾斜面と前記一端面の第３の交線が平行であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の傾斜面および前記第２の傾斜面が、溝またはリッジの両側面であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第２の交線および前記第３の交線が平行であることに代えて、前記第２の交線および前記第３の交線が、前記中心側から前記外縁側に向かって末広がり状に延伸していることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の傾斜面および前記第２の傾斜面が、前記外縁から中心を通って反対側の外縁まで延伸していることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項６】
前記光入射部は、前記導光体の周縁部に形成された螺旋状の傾斜面であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第１の傾斜面または前記第２の傾斜面に、前記入射する光を反射する反射膜が形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記光入射部に対向する光源側に光反射機構が存在し、
前記傾斜面を除く前記一端面に、前記入射する光を反射する反射膜が形成され、
前記入射する光は前記反射膜で反射されて前記光源側に戻り、前記光反射機構で反射された後に再び入射する光となって前記光入射部に入射することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
光源と、
多角形状または円形状の断面を有する棒状の導光体と、前記導光体の一端面の周縁部に形成され、前記光源から出射されて入射する光が前記導光体の断面中心部を通らずに側面で全反射を繰り返しながら他端面に向かって螺線状に進行するように、法線ベクトルが前記一端面の周方向の成分を有する傾斜面を備えた光入射部と、前記導光体の長尺方向に沿って配置され、アクチュエータにより可動されて前記導光体の側面に接触し、前記導光体内の光を前記導光体の外に導く複数の光出射部とを備えた光学素子と、
前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
前記光出射部は、前記導光体の側面に対向配置された前記アクチュエータと、前記アクチュエータの前記導光体側の端面に形成された光反射フィルムと、前記光反射フィルム上に形成された光散乱フィルムとを具備し、前記アクチュエータの駆動により前記光散乱フィルムが前記導光体の側面に接触し、前記導光体内の光を接触した側面と反対の側面から前記導光体の外に導くことを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一端面から入射した光を他端面に向かって導光する導光体と、導光体の側面に機械的に接触し、導光体の側面から光を取り出す光取り出し構造体とを有する光学素子およびそれを用いた表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
この光学素子では、導光体は一端面が斜めにカットされ、斜めカット面に対して垂直な方向から光が照射され、導光体の側面で全反射を繰り返しながら他端面に向かうように光を導光している。【０００４】
然しながら、この光学素子では、単位長さ当たりの全反射回数を増やそうとして、一端面のカット角度を大きくし過ぎると、導光体に入射した光が側面での全反射条件を満たさなくなる割合が増加し、導光体から光が漏れ出てしまう問題がある。【０００５】
また、一端面に浅く入射する光成分が増える結果、フレネル反射成分が増大し、導光体に入る光が減少する。その結果、光取り出し構造体に到達する光が減少してしまい、結果的に光取り出し効率は低下してしまう。そのため、光取り出し効率の向上に限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５９５３４６９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、導光体側面からの光取り出し効率の高い光学素子および表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の光学素子は、多角形状または円形状の断面を有する棒状の導光体と、前記導光体の一端面の周縁部に形成され、入射する光が前記導光体の断面中心部を通らずに側面で全反射を繰り返しながら他端面に向かって螺線状に進行するように、法線ベクトルが前記一端面の周方向の成分を有する傾斜面を備えた光入射部と、前記導光体の側面に形成され、前記導光体内の光を前記導光体の外に導く光出射部と、を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、導光体側面からの光取り出し効率の高い光学素子および表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る光学素子を示す図。
【図２】光学素子に光源が取り付けられた状態を示す図。
【図３】比較例の光学素子に光源が取り付けられた状態を示す図。
【図４】光学素子の光伝搬経路を比較例と対比して示す図。
【図５】本発明の実施例２に係る光学素子を示す図。
【図６】本発明の実施例３に係る光学素子を示す図。
【図７】本発明の実施例４に係る光学素子を示す図。
【図８】本発明の実施例５に係る光学素子を示す図。
【図９】本発明の実施例６に係る光学素子を示す図。
【図１０】本発明の実施例７に係る光学素子を示す図。
【図１１】本発明の実施例８に係る光学素子を示す図。
【図１２】本発明の実施例９に係る表示装置を示す図。
【図１３】表示装置の要部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
本実施例に係る光学素子について図１を用いて説明する。図１は光学素子を示す図で、図１（ａ）はその斜視図、図１（ｂ）はその正面図、図１（ｃ）はその一端部の側面図、図１（ｄ）は傾斜面の法線ベクトルを説明するための図である。【００１３】
図１に示すように、本実施例の光学素子１０は、棒状の導光体１１と、導光体１１の一端面１１ａの周縁部に形成された光入射部１５と、導光体１１の側面に形成された光出射部１６と、を具備している。【００１４】
導光体１１は、円形状の断面を有し、一端面１１ａから入射された光を他端面１１ｂに向かって導光する。導光体１１は、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）の材質で構成され、０．５ｍｍ以上の直径を有するマルチモードの光ファイバーである。【００１５】
光入射部１５は、導光体１１の一端面１１ａの周縁部に設けられている。ここでは、光入射部１５は、一端面１１ａを４分割する直線上にそれぞれ設けられている。各光入射部１５は、第１の傾斜面１７と、第１の傾斜面１７と交わる第２の傾斜面１８とを有するＶ溝構造に形成されている。第１の傾斜面１７および第２の傾斜面１８は、それぞれ平坦面を有し、且つ導光体１１の一端面１１ａにおける法線に対して対称に形成されている。【００１６】
また、各光入射部１５は、Ｖ溝が導光体１１の一端面１１ａから他端面１１ｂ方向に延伸するように設けられている。即ち、各光入射部１５は、Ｖ溝の頂点、即ち第１の傾斜面１７と第２の傾斜面１８とが交わる第１の交線２１が、導光体１１の一端面１１ａから他端面１１ｂ方向の所定の距離に位置し、且つ外縁から中心に向かって延伸するように設けられている。また、第１の傾斜面１７と一端面１１ａとが交わる第２の交線２２、および第２の傾斜面１８と一端面１１ａとが交わる第３の交線２３が、外縁から中心に向かって延伸するように設けられている。【００１７】
そして、この光入射部１５は、導光体１１の一端面１１ａに光入射部１５の形状を反転させた形状、即ち楔状のリッジを有する金型を加熱して押し当てることにより、形成することができる。【００１８】
上記構成により、光入射部１５では、第１の傾斜面１７および第２の傾斜面１８における法線ベクトル１３は、導光体１１の径方向ベクトルと直交しているので、周方向の成分１３ａのみを有し、径方向の成分は有していない。【００１９】
従って、光入射部１５に入射した光１２は、第１の傾斜面１７および第２の傾斜面１８で屈折して導光体１１の側面方向に進入し、スキュー成分（導光体側面に沿って進行するねじれ成分）を形成する。側面方向に進入した光１２ａは、後述するように導光体１１の断面中心部を通らずに側面で全反射を繰り返しながら他端面１１ｂに向かって螺線状に進行する。【００２０】
光出射部１６は、導光体１１内の光を外部に導出するためのもので、ここでは導光体１１の側面に形成された粗面化領域である。導光体１１中で全反射を繰り返しながら進行する光１２ａは、粗面化領域に到達すると全反射条件が満たされなくなり、粗面化領域で散乱されて導光体１１の外部に出射される。【００２１】
図２は光学素子１０に光源が取り付けられた状態を示す図である。図２に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）の光源３０が、高反射率金属、例えばアルミニウム製の筒３１の底部に配置され、光源３０は外部の電源３２に接続されている。筒３１には、導光体１１の一端面１１ａ側が挿入され、導光体１１の一端面１１ａは光源３０に正対している。【００２２】
光源３０から放射された光３３は、光入射部１５から導光体１１内に進入し、導光体１１の側面で全反射を繰り返しながら他端面１１ｂに向かって螺線状に進行し、導光された光３４のうち光出射部１６に到達した光３５が外部に出射される。【００２３】
次に、本実施例における導光体１１中の光の伝搬経路について、比較例と対比して詳しく説明する。ここで、比較例とは一端面が斜めにカットされた導光体を有する光学素子のことである。図３は比較例の光学素子に光源が取り付けられた状態を示す図である。【００２４】
図３に示すように、比較例の光学素子４０は、一端面４１ａが斜めにカットされた導光体４１を具備している。導光体４１の一端面４１ａ側が筒３１に挿入され、導光体４１の一端面４１ａは光源３０に斜めに対している。【００２５】
光源３０から放射された光３３は、斜めカット面からから導光体４１内に進入し、導光体４１の側面で全反射を繰り返しながら他端面４１ｂに向かって進行し、導光された光４２のうち光出射部１６に到達した光４３が外部に出射される。【００２６】
図４は本実施例の光学素子の光伝搬経路を比較例と対比して示す図で、図４（ａ）が本実施例の光学素子の光伝搬経路を示す図、図４（ｂ）が比較例の光学素子の光伝搬経路を示す図である。始に、比較例について説明する。【００２７】
図４（ｂ）に示すように、比較例の導光体４１では、斜めにカットされた一端面４１ａ（図示せず）から導光体４１内に進入した光４４は、側面で全反射を繰り返しながらハッチングで示す中心を通る板状領域４５内を伝搬する。導光体４１の中心線を含む断面に表示される光は子午成分と呼ばれている。【００２８】
その結果、導光体４１の径方向の光強度分布４６は、中心（Ｃ）で高く、周辺（Ｅ）で低い凸状の分布を示す。これは、導光体４１の中心を通り抜ける光より、光出射部１６に到達する光が少ないことを示している。【００２９】
一方、図４（ａ）に示すように、本実施例の導光体１１では、光入射部１５（図示せず）から導光体１１内に進入した光４７は、側面で全反射を繰り返しながらハッチングで示す円筒状領域４８内をより細かいピッチで螺線状に伝搬する。導光体１１の周方向沿って進む光はスキュー成分と呼ばれている。【００３０】
その結果、導光体１１の径方向の光強度分布４９は、中心（Ｃ）で低く、周辺（Ｅ）で高い凹状の分布を示す。これは、導光体１１の中心を通り抜ける光より、光出射部１６に到達する光が多いことを示している。【００３１】
径方向の光強度分布４９は、例えば導光体１１の他端面１１ｂに白い紙を押し当て、他端面側から白い紙に投影される光の強度を観察することにより視認できる。導光体１１の周縁部が明るく観察されることから、スキュー成分が多く導光していることが確認できた。径方向の光強度分布４６についても同様である。【００３２】
導光体１１の周方向に沿って螺線状に進む光４７は、導光体４１の軸方向に沿って進む光４４より、光が進行する単位長さあたりの全反射回数が増加するので、光４７が光出射部１６に到達する確率は、光４４が光出射部１６に到達する確率より大きくなる。単位長さあたりの全反射回数が多いほど、多くの光を光出射部１６に到達させることが可能である。【００３３】
比較例の導光体４１の斜めカット角度を６０度とし、本実施例の光入射部１５のＶ溝の先端の角度を１０度乃至４０度とした場合、本実施例では比較例より、光取り出し効率が７０％向上（１．７倍）する結果が得られた。【００３４】
以上説明したように、本実施例の光学素子１０は、導光体１１の一端面１１ａの周縁部に形成され、入射する光１２が導光体１１の断面中心部を通らずに側面で全反射を繰り返しながら他端面１１ｂに向かって螺線状に進行するように、法線ベクトル１３が一端面１１ａの周方向の成分１３ａを有する傾斜面として、第１の傾斜面１７と、第１の傾斜面１７と交わる第２の傾斜面１８とを有し、第１の傾斜面１７と第２の傾斜面１８の第１の交線２１が外縁から中心に向かって延伸し、第１の傾斜面１７と一端面１１ａの第２の交線２２および第２の傾斜面１８と一端面１１ａの第３の交線２３が平行なＶ溝を構成している光入射部１５を具備している。【００３５】
その結果、導光体１１内に進入した光は、スキュー成分に変換され、側面で全反射を繰り返しながら螺線状に伝搬するので、単位長さあたりの全反射回数が増加し、光出射部１６に到達する確率が増大する。従って、導光体側面からの光取り出し効率の高い光学素子が得られる。【００３６】
ここでは、導光体１１が円形状の断面を有する場合について説明したが、多角形状でも同様の効果を得ることが可能である。但し、楔、四角形といった角数の少ない断面を有する導光体に対しては、スキュー成分の効果が薄れるので、六角形以上の多角形であることが望ましい。【００３７】
導光体１１としてＰＭＭＡ（ｎ〜１．５）を用いた場合について説明したが、その他の透明材料、例えばポリイミド（ｎ〜１．７）、フリントガラス（ｎ〜１．９）なども可能である。屈折率が高い材料ほど全反射角が小さくなるので、単位長さあたりの全反射回数の多い光を増加させることができる利点がある。【００３８】
Ｖ溝を構成する第１および第２の傾斜面１７、１８が平坦面である場合について説明したが、湾曲面、例えばＵ字状の溝を構成する湾曲面であっても構わない。屈折作用により導光体１１の周方向へ伝播する成分を付与する効果を有していればよい。【００３９】
ちなみに、円形状の断面を有する導光体においては、円錐状の傾斜面は、法線ベクトルが周方向の成分を有さず、径方向の成分のみを有しているので、不適である。同様に、多角形状の断面を有する導光体においては、多角錐状の傾斜面は不適である。【００４０】
Ｖ溝の数が４本である場合について説明したが、Ｖ溝の数に特に制限はない。但し、隣接するＶ溝が接近しすぎると、屈折した光１２ａが導光体１１の内部で隣接するＶ溝に当たり、スキュー成分が弱まるので、隣接するＶ溝の距離を適切に確保することが望ましい。【００４１】
光出射部１６が粗面化領域である場合について説明したが、導光体１１の側面に形成された切り欠き、導光体１１の側面に接触した空気以外の透明部材でも構わない。透明部材は、光取り出し効率を向上させる観点から導光体１１の屈折率より大きな屈折率を有する部材が好ましい。
【実施例２】
【００４２】
本発明の実施例２に係る光学素子について図５を用いて説明する。図５は本実施例の光学素子を示す図で、光学素子に光源が取り付けられた状態を示す図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、光入射部を除く導光体の一端面に光反射膜を形成したことにある。【００４３】
即ち、図５に示すように、本実施例の光学素子５０では、光入射部１５を除く導光体１１の一端面１１ａに光反射膜５１を形成している。光反射膜５１は、例えば真空蒸着法またはメッキ法で形成されたアルミニウム膜である。【００４４】
光入射部１５に入射しなかった光５２は、光反射膜５１で反射されて光源３０（図示せず）の表面あるいは筒３１の内面に戻り、光反射膜５１と、光源３０の表面および筒３１の内面との間で反射を繰り返した後に、入射光１２となって光入射部１５に入射する。その結果、光出射部１６からの光取り出し効率を増加させることか可能である。光学素子５０の光取り出し効率は、図１に示す光学素子１０の光取り出し効率より２０％程度高い値が得られた。【００４５】
一方、光反射膜５１が無い場合は、光入射部１５に入射しなかった光５２は、そのまま導光体１１に入射し、多くは直線的に進行するので、単位長さ当たりの全反射回数が少なく光取り出し効率の向上に寄与する確率は僅かである。【００４６】
以上説明したように、本実施例の光学素子５０は、光入射部１５を除く導光体１１の一端面１１ａに光反射膜５１を形成している。そのため、光入射部１５に入射しなかった光５２を再度光入射部１５に入射させることができ、光取り出し効率を増加させることができる利点がある。【００４７】
ここでは、光反射膜５１がアルミニウムである場合について説明したが、アルミニウムより高い反射率を有する金または銀を用いれば、更に高い光取り出し効率が期待できる。光反射膜５１は、光入射部１５を除く導光体１１の一端面１１ａの全面に形成することが望ましいが、一端面１１ａの一部に形成した場合でも本実施例の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４８】
本発明の実施例３に係る光学素子について図６を用いて説明する。図６は本実施例の光学素子を示す図で、図６（ａ）はその斜視図、図６（ｂ）はその正面図、図６（ｃ）はその一端部の側面図である。【００４９】
本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、導光体１１の一端面１１ａの外縁から中心に向かって延伸するＶ溝を中心まで延伸させたことにある。【００５０】
即ち、図６に示すように、本実施例の光学素子６０では、光入射部６１は、第１の斜面６２と、第１の斜面６２と交わる第２の斜面６３とを具備し、第１の斜面６２と第２の斜面６３の第１の交線６４が外縁から中心に至り、第１の斜面６２と一端面１１ａの第２の交線６５および第２の斜面６３と一端面１１ａの第３の交線６６が平行なＶ溝を構成している。Ｖ溝は、導光体１１の外周に沿って十字状に４箇所形成されている。各Ｖ溝は互いに中心で交差している。第１の傾斜面６２および第２の傾斜面６３の法線ベクトル（図示せず）は、周方向の成分のみを有し、径方向の成分を有していない。【００５１】
光入射部６１は、先端の角度が１０度乃至４０度のＶ字状のブレードを用いて導光体１１の一端面１１ａに十字状の切り込みをいれた後、一端面１１ａを研磨してバリを取ることにより形成することができる。【００５２】
各Ｖ溝に入射した光のうち、周縁部に入射した光１２はスキュー成分に変換され、一方中心部６７に入射した光は、スキュー成分に変換される比率は少ないが、斜め入射成分に変換されるため、損失は少ない。【００５３】
光学素子６０の光取り出し効率は、比較例の光学素子４０の光取り出し効率より２０％程高い値が得られた。更に、この光学素子６０に図５に示す光反射膜５１を形成した場合、５０％程高い値が得られた。【００５４】
以上説明したように、本実施例の光学素子６０の光入射部６１は、外縁から中心に至り、互いに中心で交差する複数のＶ溝を具備している。その結果、各Ｖ溝の中心部６７に入射した光が斜め入射成分に変換されるので、光取り出し効率が向上する利点がある。【００５５】
更に、光入射部６１を除く導光体１１の一端面１１ａに、図１に示す光入射部１５を形成しても良い。この場合、スキュー成分形成に寄与しない領域が減少するので、更に光取り出し効率を向上させることが可能である。
【実施例４】
【００５６】
本発明の実施例４に係る光学素子について図７を用いて説明する。図７は本実施例の光学素子を示す図で、図７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）はその正面図、図７（ｃ）はその一端部の側面図、図７（ｄ）は傾斜面の法線ベクトルを説明するための図である。【００５７】
本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、光入射部が楔状のリッジを有することにある。【００５８】
即ち、図７に示すように、本実施例の光学素子７０では、光入射部７１は、第１の傾斜面７２と、第１の傾斜面７２と交わる第２の傾斜面７３とを具備し、第１の傾斜面７２と第２の傾斜面７３の第１の交線７４が外縁から中心に向かって延伸し、第１の傾斜面７２と一端面１１ａの第２の交線７５および第２の傾斜面７３と一端面１１ａの第３の交線７６が平行な楔状のリッジを構成している。楔状のリッジは、導光体１１の外周に沿って十字状に４箇所形成されている。各楔状のリッジは互いに交差していない。【００５９】
第１の傾斜面７２および第２の傾斜面７３の法線ベクトル１３は、周方向の成分１３ａのみを有し、径方向の成分は有していない。【００６０】
光入射部７１に入射した光１２は、第１および第２の傾斜面７２、７３で屈折して導光体１１の側面方向に進入し、スキュー成分を形成する。側面方向に進入した光１２ａは、導光体１１の中心部を通らずに側面で全反射を繰り返しながら他端面１１ｂに向かって螺線状に進行する。光学素子７０の光取り出し効率は、比較例の光学素子４０の光取り出し効率より１０％程高い値が得られた。【００６１】
光入射部７１は、導光体１１の一端面１１ａに、光入射部７１の形状を反転させた形状、即ち楔状の溝を有する金型を加熱して押し当ることにより形成することができる。【００６２】
以上説明したように、本実施例の光学素子７０の光入射部７１は、第１の傾斜面７２および第２の傾斜面７３を両側面とする楔状のリッジを有している。【００６３】
楔状のリッジは、Ｖ溝のように導光体１１の内部に屈折して進入した光の進路を妨げ、スキュー成分を弱めることはないので、Ｖ溝より接近させて配置することができる利点がある。なお、楔状のリッジの数には特段の制限はない。
【実施例５】
【００６４】
本発明の実施例５に係る光学素子について、図８を用いて説明する。図８は本実施例の光学素子を示す正面図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、第２の交線および第３の交線を末広がり状、言い換えるとＶ溝の幅を次第に広くしたことにある。【００６５】
即ち、図８に示すように、本実施例の光学素子８０では、光入射部８１は、第１の傾斜面８２と、第１の傾斜面８２と交わる第２の傾斜面８３とを具備し、第１の傾斜面８２と第２の傾斜面８３の第１の交線８４が、導光体１１の一端面１１ａの外縁から中心に向かって延伸し、第１の傾斜面８２と一端面１１ａの第２の交線８５および第２の傾斜面８３と一端面１１ａの第３の交線８６が導光体１１の一端面１１ａの中心側から外縁側に向かって末広がりなＶ溝を構成している。【００６６】
第１乃至第３の交線８４、８５、８６をそれぞれ延長した線は中心を通り、放射状に配置されている。末広がりのＶ溝は、導光体１１の外周に沿って十字状に４箇所形成されている。各末広がりのＶ溝は互いに交差していない。【００６７】
光入射部８１入射した光１２（図示せず）は、第１および第２の傾斜面８２、８３で屈折して導光体１１の側面方向に進入し、スキュー成分を形成する。【００６８】
第１の傾斜面８２および第２の傾斜面８３の法線ベクトル１３は、周方向の成分１３ａだけでなく径方向の成分１３ｂも有している。径方向の成分１３ｂはスキュー成分の形成には特に寄与しないが、第１乃至第３の交線８４、８５、８６が放射状に配置されているので、末広がりのＶ溝を外周に沿って密に配置することができるので、スキュー成分の形成に寄与する領域を増加させることが可能である。【００６９】
光入射部８１を除く一端面１１ａに図５に示す光反射膜５１を形成した場合、光学素子８０の光取り出し効率は、比較例の光学素子４０の光取り出し効率より５０％向上（１．５倍）する結果が得られた。【００７０】
以上説明したように、本実施例の光学素子８０では、光入射部８１は、第１の傾斜面８２および第２の傾斜面８３を両側面とする末広がりのＶ溝を有している。末広がりのＶ溝は外周に沿って密に配置することができるので、スキュー成分の形成に寄与する領域が増加し、光取り出し効率が向上する利点がある。【００７１】
また、光入射部８１は、末広がりの逆Ｖ字状のリッジにすることも可能である。広がりの逆Ｖ字状のリッジの場合は、末広がりのＶ溝のように導光体１１の内部に屈折して進入した光の進路を妨げ、スキュー成分を弱めることはないので、互いに接触するまで隙間なく配置することが可能である。
【実施例６】
【００７２】
本発明の実施例６に係る光学素子について、図９を用いて説明する。図９は本実施例の光学素子を示す側面図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、一方の傾斜面を光反射面にしたことにある。【００７３】
即ち、図９に示すように、本実施例の光学素子９０では、光入射部９１は、第１の傾斜面１７上に形成された光反射膜９２、例えばアルミニウム膜を具備している。第１の傾斜面１７に入射した光１２は、光反射膜９２で反射され、対面する第２の傾斜面１８に入射し、屈折して導光体１１内に進入する。【００７４】
光反射膜９２により、第１の傾斜面１７に入射した光１２の進行方向を大きく変化させて、より大きな入射角度で第２の傾斜面１８に入射させることができるので、より大きなスキュー成分を発生させることが可能である。【００７５】
光学素子９０の光取り出し効率は、比較例の光学素子４０の光取り出し効率より２０％向上（１．２倍）する結果が得られた。【００７６】
以上説明したように、本実施例の光学素子９０の光入射部９１は、第１の傾斜面１７上に形成された光反射膜９２を具備しているので、より大きなスキュー成分が発生し、光取り出し効率が向上する利点がある。
【実施例７】
【００７７】
本発明の実施例７に係る光学素子について、図１０を用いて説明する。図１０は本実施例の光学素子を示す側面図である。本実施例において、上記実施例６と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例６と異なる点は、第１および第２の傾斜面を非対称に配置したことにある。【００７８】
即ち、図１０に示すように、本実施例の光学素子１００では、光入射部１０１は、第１の傾斜面１７と、一端面１１ａと第１の傾斜面１７との交角θ１より小さい交角θ２を有する第２の傾斜面１０２と、第１の傾斜面１７上に形成された光反射膜９２とを具備している。第１の傾斜面１７と第２の傾斜面１０２とは、導光体１１の一端面１１ａにおける法線に対して非対称なＶ溝の両側面を構成している。【００７９】
また、第２の傾斜面１０２は、第１の傾斜面１７よりも大きな面積に形成されている。【００８０】
以上説明したように、本実施例の光学素子１００の光入射部１０１は、第２の傾斜面１０２の面積が第１の傾斜面１７の面積より大きいので、第１の傾斜面１７上の光反射膜９２で反射された光１２ａをより多く取り込むことができ、光取り出し効率が向上する利点がある。光学素子１００の光取り出し効率は、比較例の光学素子４０の光取り出し効率より４０％向上（１．４倍）する結果が得られた。
【実施例８】
【００８１】
本発明の実施例８に係る光学素子について、図１１を用いて説明する。図１１は本実施例の光学素子を示す斜視図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、光入射部の傾斜面を螺旋状の曲面にしたことにある。【００８２】
即ち、図１１に示すように、本実施例の光学素子１１０では、光入射部１１１は、一端面１１ａの任意の点から導光体１１を一周する幅Ｗ、ピッチＰの螺旋状の傾斜面１１２を具備している。【００８３】
螺旋状の傾斜面１１２の幅Ｗは、例えば図１に示す第１の交線２１の長さに等しく、ピッチＰは、例えば周方向の傾斜角度が５度乃至２０度になるように設定する。螺旋状の傾斜面１１２の法線ベクトル（図示せず）は、周方向の成分のみを有し、径方向の成分は有していない。螺旋状の傾斜面１１２に入射した光（図示せず）は、屈折して導光体１１の側面方向に進行し、スキュー成分が形成される。【００８４】
螺旋状の傾斜面１１２は、研削バイトを導光体１１の一端面１１ａに幅Ｗ分だけ当接させ、導光体１１を１回転させながら研削バイトを１ピッチＰ分だけ導光体１１の長尺方向に送ることにより形成することができる。【００８５】
以上説明したように、本実施例の光学素子１１０の光入射部１１１は、幅Ｗ、ピッチＰの螺旋状の傾斜面１１２を具備している。この螺旋状の傾斜面の場合でも平坦な傾斜面の場合と同等の光取り出し効果を得ることができる。【００８６】
ここでは、螺旋状の傾斜面１１２が導光体１１を一周する場合について説明したが、導光体１１を逆方向に半周する２つの螺旋状の傾斜面とすることも可能である。この場合、一端面１１ａと螺旋状の傾斜面との最大距離が半減（Ｐ／２）するので、入射する光が導光体１１の中央部で妨げられずに螺旋状の傾斜面へ入射する確率が高まり、螺旋状の傾斜面への入射効率を向上させることができる利点がある。
【実施例９】
【００８７】
本発明の実施例９に係る表示装置について、図１２および図１３を用いて説明する。図１２は本実施例の表示装置を示す平面図、図１３は図１２のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。【００８８】
図１２および図１３に示すように、本実施例の表示装置１２０は、光源３０、複数の棒状の光学素子１２１、光出射部１２２、および駆動部１２３を有する。【００８９】
各光学素子１２１は、列方向に配列されてなり、上記第１実施例と同様に、導光体１１の一端面１１ａに光入射部１５を有し、導光体１１の一端面１１ａに対向して光源３０が取り付けられている。光学素子１２１の導光体１１は、基板１３１上に導光体１１の直径より狭い間隔で並置された複数の棒状の支持部１３２により支持されている。【００９０】
各光出射部１２２は、導光体１１、隣接する支持部１３２、および基板１３１とで構成する空間に列方向に沿って配置され、且つ行方向において直線状に配置されている。各光出射部１２２は、基板１３１上に載置されたアクチュエータ１３４と、アクチュエータ１３４の導光体１１側の端面上に形成された光反射フィルム１３５と、光反射フィルム１３５上に形成された光散乱フィルム１３６とで構成されている。【００９１】
具体的には、アクチュエータ１３４は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）圧電素子で構成されている。光反射フィルム１３５は、例えば厚さ０．１ミクロンのアルミニウム膜が蒸着された厚さ１００ミクロンのＰＥＴフィルムからなっている。光散乱フィルム１３６は、例えばチタニア微粒子（平均粒径０．３ミクロン）を分散した厚さ１００μｍのポリカーボネートフィルムからなっている。【００９２】
駆動部１２３の各走査線１２４は、同一行のアクチュエータ１３４に共通に接続されている。各走査線１２４には、駆動部１２３により、クロック信号に同期した走査信号Ｖｓが順次供給される。【００９３】
また、各光源３０には、光源駆動部（図示せず）により、走査信号Ｖｓに同期した輝度信号Ｙｓが順次供給され、輝度信号Ｙｓに応じた光量が設定される。【００９４】
上記構成の表示装置１２０の動作について説明する。【００９５】
まず、駆動部１２３により走査線１２４に順次、走査信号Ｖｓが供給され、且つ光源駆動部により光学素子１２１の光源３０に走査信号Ｖｓに同期した輝度信号Ｙｓが順次、供給される。【００９６】
走査線１２４に走査信号Ｖｓが供給された行の光出射部１２２のアクチュエータ１３４では、図１３（ｂ）に示すように、ＰＺＴ圧電素子が延伸し、光散乱フィルム１３６が導光体１１の側面と接触する。その結果、導光体１１と光散乱フィルム１３６との接触面では、導光体１１内の光１３３の全反射条件が成立しなくなるので、光１３３は光散乱フィルム１３６へ漏れ出てくる。【００９７】
漏れ出た光１３３は、光散乱フィルム１３６中で散乱された後、その一部が導光体１１内へ戻り、光散乱フィルム１３６中で十分に散乱されずに、光反射フィルム１３５に到達した光は、光反射フィルム１３５で正反射され、光散乱フィルム１３６を通過し、再び導光体１１内へ戻っていく。【００９８】
光散乱フィルム１３６により、光１３３はあらゆる方向に散乱されるので、導光体１１に戻った光の多くは、導光体１１の側面で全反射されることなく、そのまま導光体１１を透過し、導光体１１の外部に放出されることになる。【００９９】
従って、光源３０に輝度信号Ｙｓが供給された光学素子１２１では、走査線１２４に走査信号Ｖｓが供給された行の光出射部１２２のアクチュエータ１３４との交差部において、導光体１１内の光１３３が外部に放出される。【０１００】
光源３０に輝度信号Ｙｓが供給されなかった光学素子１２１では、走査線１２４に走査信号Ｖｓが供給された行の光出射部１２２のアクチュエータ１３４との交差部において、導光体１１内の光１３３は外部に放出されない。【０１０１】
一方、走査線１２４に走査信号Ｖｓが供給されなかった行の光出射部１２２のアクチュエータ１３４では、ＰＺＴ圧電素子が延伸せず、光散乱フィルム１３６と導光体１１の側面とは離間状態を維持している。そのため、光源３０に対する輝度信号Ｙｓの供給の有無に関係なく、走査信号Ｖｓが供給された行の光出射部１２２のアクチュエータ１３４との交差部では、光学素子１２１の導光体１１内からは光１３３は外部に放出されない。【０１０２】
このように、走査信号Ｖｓと輝度信号Ｙｓとにより、１つの光出射部１２２が選択され、選択された光出射部１２２から導光体１１内の光が導光体１１外に出射され、各画素が輝度変調され、表示装置１２０に画像が表示される。【０１０３】
以上説明したように、本実施例では、光源３０と光学素子１２１とが直線的に結合しているので、多数の光学素子１２１を平面的に密接して配置することができる。また、隣接する光学素子１２１間での機械的な干渉がないので、薄型で高輝度・大画面の表示装置１２０を容易に得ることができる。【０１０４】
ここでは、導光体１１の一端面１１ａに光入射部１５が形成されている場合について説明したが、上述した各実施例に示すいずれの光入射部であっても構わない。用いる光入射部に応じた輝度向上効果を得ることができる。また、複数の光入射部を混在させることも可能である。【０１０５】
アクチュエータが圧電型である場合について説明したが、静電型のアクチュエータであっても構わない。
【符号の説明】
【０１０６】
１０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２１  光学素子
１１、４１  導光体
１１ａ、４１ａ  一端面
１１ｂ、４１ｂ  他端面
１２、１２ａ、３３、３４、３５、４２、４３、４４、４７、５２、１３３  光
１３  法線ベクトル
１３ａ  周方向の成分
１３ｂ  径方向の成分
１５、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１  光入射部
１６、１２２  光出射部
１７、６２、７２、８２  第１の傾斜面
１８、６３、７３、８３、１０２  第２の傾斜面
２１、６４、７４、８４  第１の交線
２２、６５、７５、８５  第２の交線
２３、６６、７６、８６  第３の交線
３０  光源（ＬＥＤ）
３１  筒
３２  電源
４５  板状領域
４６、４９  光強度分布
４８  円筒状領域
５１、９２  光反射膜
６７  中心部
θ１、θ２  交角
１１２  傾斜面
１２０  表示装置
１２３  駆動部
１２４  走査線
１３１  基板
１３２  支持部
１３４  アクチュエータ
１３５  光反射フィルム
１３６  光散乱フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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