(57)【要約】  光取り出し効率が高い発光素子を得ることを目的とする。  光源５と、１対の平行な全反射主面（１aa、１ac）と、前記全反射主面（１aa、１ac）以外の面（１ab、１ad）を含む複数の側面１aと、前記光源５からの主な光を前記全反射主面（１aa、１ac）のいずれか一方に到達させる光入射面３と、前記光入射面３と対向する下底面１bと、を有する柱状の導光体１と、前記導光体１の前記全反射主面（１aa、１ac）以外の側面に設けられ、屈折率が前記導光体１よりも小さいクラッド部２と、前記全反射主面（１aa、１ac）の一部に設けられた光取り出し部４と、を具備したことを特徴とする。
2011036698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
１対の平行な全反射主面と前記全反射主面以外の面とを含む複数の側面と、前記光源からの光を前記全反射主面に到達させる上底面と、前記上底面と対向する下底面と、を有する柱状の導光体と、
前記導光体の前記全反射主面以外の側面に設けられ、屈折率が前記導光体よりも小さいクラッド部と、
前記全反射主面の一部に設けられた光取り出し部と、
を備えることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記上底面は、この面の法線ベクトルが前記導光体の前記全反射主面を貫くように、前記導光体の前記側面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記光源は、前記導光体の前記複数の側面に平行な長軸方向に光を放出するように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記光源は、光広がり角の半値全幅が２０度以下での光を放出し、かつ、前記導光体の前記上底面が前記全反射主面と成す角が５０度以下であることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記導光体の前記長軸方向に垂直な断面は略長方形であることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記全反射主面は前記導光体の前記断面の長辺を形成する側面であり、前記クラッド部は前記断面の前記短辺を形成する側面に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
複数の前記導光体が、前記クラッド部を介して前記側面の長軸方向を平行にして配置されたことを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記光源の向きと前記導光体の長軸方向の成す角が９０度未満であることを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記クラッド部が光不透過性のスペーサを有することを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
【請求項１０】
１対の平行な全反射主面と前記全反射主面以外の面とを含む複数の側面と、前記光源からの光を前記全反射主面に到達させる上底面と、前記上底面と対向する下底面と、を有する柱状の導光体と、前記導光体の前記全反射主面以外の側面に設けられ、屈折率が前記導光体よりも小さいクラッド部と、を有し、複数の前記導光体が、前記クラッド部を介して前記側面の長軸方向を平行にして配置された発光素子と、
電気信号を送る走査線駆動回路と、
前記導光体と直交し、前記走査線駆動回路と接続され、前記電気信号を伝える走査線と、
前記走査線と前記導光体との直交点に設けられ、前記走査線から伝送された前記電気信号に応じて前記導光体からの光取出しを制御する光取り出し部と、
を具備したを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、およびそれを用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導光体は、その一部に位置を固定する支持部材が接触していると、支持部材が接触している箇所において、導光体側面から光が漏れ出たり、あるいは導光体側面での全反射角が変わるため、支持部材の位置によって導光体内を効率よく光が伝搬しない虞がある。【０００３】
そこで、光の進行方向に平行に、支持部材として導光体との屈折率の差が比較的大きい材料を用いたクラッド部を設け、光が導光体内を一様に全反射しながら進行できるようにした導光体が知られている。例えば、導波路の側面にクラッド部を設け、さらにクラッド部にアクチュエータを設け、導波路側面の形状を変化させることで、光をアクチュエータが設けられた導波路側面から導波路外部へ取り出す表示装置が開示されている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０４２４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導光体の屈折率と導光体外部の屈折率との差が大きいほど光は全反射を生じやすい。一方、クラッド部は導光体との屈折率の差が比較的大きいとはいえ、空気よりは小さいため、従来構造の如くクラッド部を導光体に設けると、導光体内で光の全反射が生じにくくなる。その結果、導光体中を通る光の量が少なくなり、その結果、導光体側面からの光取り出し効率が減少する虞がある。【０００６】
そこで本発明は、導光体側面からの光取り出し効率の高い発光素子、及び、それを用いた輝度の高い表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の発光素子は、光源と、１対の平行な全反射主面と、前記全反射主面以外の面を含む複数の側面と、前記光源からの主な光を前記全反射主面のいずれか一方に到達させる上底面と、前記上底面と対向する下底面と、を有する柱状の導光体と、前記導光体の前記全反射主面以外の側面に設けられ、屈折率が前記導光体よりも小さいクラッド部と、前記全反射主面の一部に設けられた光取り出し部と、を具備したことを特徴とする。【０００８】
また本発明の表示装置は、１対の平行な全反射主面と前記全反射主面以外の面とを含む複数の側面と、前記光源からの光を前記全反射主面に到達させる上底面と、前記上底面と対向する下底面と、を有する柱状の導光体と、前記導光体の前記全反射主面以外の側面に設けられ、屈折率が前記導光体よりも小さいクラッド部と、を有し、複数の前記導光体が、前記クラッド部を介して前記側面の長軸方向を平行にして配置された発光素子と、電気信号を送る走査線駆動回路と、前記導光体と直交し、前記走査線駆動回路と接続され、前記電気信号を伝える走査線と、前記走査線と前記導光体との直交点に設けられ、前記走査線から伝送された前記電気信号に応じて前記導光体からの光取出しを制御する光取り出し部と、を具備したを特徴とする。【０００９】
本発明においては、光源の光が照射される導光体の光入射面が光源に対して傾斜している。また、導光体は、前記光入射面から入射した光を主に全反射させる一対の平行な側面（全反射主面）と、それ以外の側面を有している。全反射主面以外の側面にはクラッド部が設けられており、全反射主面には光取り出し部が設けられている。【００１０】
この構造であると、光源から光入射面に入射された光は導光体中の主に全反射主面において全反射を繰り返し、光取出し部から取り出される。このときクラッド部は全反射主面以外の面に設けられている。側面に対しては、導光体内を進行する光は極めて浅い角度、すなわち入射角が大きい光が入射するため、側面においてもほとんど全ての光が全反射する。従って、支持部材としてクラッド部が設けられているにも関わらず、導光体の全反射主面で効率よく全反射を生じさせることができる。また光取り出し部は、全反射主面に設けられているので、導光体内の光を光取り出し部で効率よく取り出すことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光取り出し効率が高い発光素子を得ることができる。また、本発明によれば、輝度の高い表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る発光素子を示す平面図である。
【図２Ａ】図１の光学素子をＡ−Ａ線に沿って切断した断面を示す図である。
【図２Ｂ】図１の光学素子をＢ−Ｂ線に沿って切断した断面を示す図である。
【図２Ｃ】図１の光学素子の筒を示す拡大図である。
【図３】図２Ｂの破線部分Ｃ内を示す拡大図である。
【図４Ａ】導光体の光入射面と光源の向きを示す図である。
【図４Ｂ】導光体の光入射面と光源の向きを示す図である。
【図５Ａ】導光体の断面の変形例を示す図である。
【図５Ｂ】導光体の断面の変形例を示す図である。
【図６】クラッド部内にスペーサを設けた導光体の断面を示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施例２に係る液晶表示装置を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの液晶表示装置をＤ−Ｄ線に沿って切断した断面を示す図である。
【図８】図７Ｂの液晶表示装置の導光体の変形例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施例３に係る表示装置を示す平面図である。
【図１０Ａ】図９の表示装置をＥ−Ｅ線に沿って切断した断面を示す拡大図である。
【図１０Ｂ】図９の表示装置をＥ−Ｅ線に沿って切断した断面を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
以下、この発明の実施例１に係る発光素子について図１乃至図５Ｂを参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る光学素子を示す平面図である。図２Ａは、図１の光学素子をＡ−Ａ線に沿って切断した断面を示す図である。図２Ｂは、図１の光学素子をＢ−Ｂ線に沿って切断した断面を示す図である。図３は、図２Ｂの破線部分Ｃ内を示す拡大図である。図２Ｃは図１の光学素子の筒を示す拡大図である。【００１５】
図１に示すように、光学素子３０は、は  一方向に並べられた、複数のユニット２０を備えている。  各ユニット２０は、電源６と、電源６と接続部材１９で接続された光源５と（図２Ａに示す）、光源５を覆う筒７と、筒７に連結された四角柱状の導光体１と、導光体１の一対の側面に設けられたクラッド部２と、導光体１の他の側面に設けられた複数の光取り出し部４と、を備えている。１つの導光体１は２つのクラッド部２によって挟まれている。【００１６】
電源６は接続部材１９を通して、光源５を点灯させるための電力を出力する。光源５は電源６からの電力が供給されると光を放出する。実施例１においては、光源５は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。光源５は、円錐状に一定の角度間に広がりを持った光を放出する。円錐状の中心線に対する広がった光の範囲を表す半値全幅は２０度である。つまり、中心線と２０度を成す円錐状の範囲に光源５の光が放出される。【００１７】
図２Ｃに示すように、筒７は箱型で、４つの側面７aと１つの底面７bとを有する。筒７の側面７aと底面７bによって囲まれた内側は中空である。筒７の底面７bと平行な断面は長方形である。また、筒７の４つの側面７aで囲まれた内側の中空部分の断面も長方形である。筒７は、光源５から放出された光を内壁で効率よく反射させて導光体１に入射する材料で形成する。実施例１において筒７の材料は、アルミニウムである。筒７は、光源５の光放出方向の中心線に４つの側面７aが平行になるように配置されている。筒７の底面７bは側面７aの電源６に近い側に配置されている。筒７の底面７bには穴が形成されており、この穴に接続部材１９が貫通することによって、筒７の外部に設けられた電源６と筒７の内部に設けられた光源５とが接続されている。【００１８】
導光体１は、光源５から放出された光が入射すると光源５から遠い位置まで光を導くものである。図３に示すように、実施例１においては導光体１は四角柱とする。導光体１は、４つの側面１a（１aa、１ab、１ac、１ad）と２つの長方形の底面（下底面１b、上底面３（光入射面））を有する。導光体１の長軸方向（導光体１の４つの側面１aに共通に平行な方向）は筒７の長軸方向（筒７の４つの側面７aに共通に平行な方向）と平行である。導光体１の断面は長方形であり、筒７の４つの側面７aに囲まれた中空部分の断面と略同形である。導光体１の一部を筒７が覆うことによって、導光体１と筒７とが連結されている。導光体１の筒７によって覆われた一部は、筒７の側面７aの内壁に接している。導光体１の一部が筒７に覆われていることによって、光源５から放出された光が筒７と導光体１の連結部から漏れずに導光体１に入射する。【００１９】
導光体１の２つの底面（下底面１ｂ、光入射面３）のうち、電源６から遠い方の下底面１bは、４つの側面１aに垂直である。一方、電源６に近い方の上底面３は４つの側面１aに垂直な方向に対して傾斜している。導光体１の下底面１bは、導光体１の内側に向かって光を反射させる鏡面である。下底面１bと光入射面３（鏡面）とは非平行である。【００２０】
光源５が放出する円錐状の光の中心線は導光体１の長軸方向と平行である。【００２１】
光入射面３から入射した光は主に側面（１aa、１ac）で全反射を繰り返しながら導光体１を進む。【００２２】
ここで、導光体１の側面と平行な長軸方向をx方向とし、x方向に垂直な図１の縦方向をz方向とし、x方向とz方向に垂直な方向（図１の奥行き方向）をy方向とする。導光体１の４つの側面１aのうち、２つの側面（全反射主面；１aa、１ac）はxy平面を形成しており、他の２つの側面（１ab、１ad）はxz平面を形成している。【００２３】
導光体１の長軸方向に垂直な断面の長方形の長辺はy方向に平行であり、短辺はz方向に平行である。つまり、全反射主面（１aa、１ac）の方が他の２つの側面（１ab、１ad）よりも幅が広い。【００２４】
導光体１の下底面１bは４つの側面１aに垂直であり、yz平面を形成している。一方、導光体１の光入射面３は、x方向とｚ方向の成分を持つ法線ベクトルを有し、下底面１bに対して傾斜している。【００２５】
つまり、光入射面３の法線ベクトルが導光体１の１対の全反射主面（１aa、１ac）の一方を貫く。実施例１においては、光入射面３と全反射主面（１aa、１ac）との成す角φは３０度である。【００２６】
導光体１の全反射主面（１aa、１ac）の一方には立方体の光取り出し部４が設けられている。光取り出し部４は、導光体１の側面のうち、下底面１bに近い方に設けられている。【００２７】
光取り出し部４は、導光体１と異なる屈折率を有する板状の部材である。導光体１としてポリメタクリル酸メチル樹脂（Polymethyl methacrylate；ＰＭＭＡ、屈折率１．４９)を用い、光取り出し部４としてポリカーボネート樹脂（Polycarbonate；ＰＣ、屈折率１．５９）を用いる。【００２８】
導光体１のxz平面を形成する２つの側面（１ab、１ad）にはクラッド部２が設けられている。クラッド部２は、導光体１の側面（１ab、１ad）を覆っている。また、実施例１においては、クラッド部２は図２Ｂに示すように、導光体１の側面（１ab、１ad）よりもy軸方向の長さが長い。【００２９】
クラッド部２は、導光体１よりも屈折率が小さい材料によって形成されている。実施例１においては、クラッド部２としてポリフロロアクリレート（Poly fluoro acrylate；ＰＦＡ、屈折率１．４０）を用いた。【００３０】
図２Ａにおける矢印は、光源５から放出され、導光体１の側面（１aa、１ac）で全反射を繰り返して光取り出し部４から出射する光の進路の一例である。【００３１】
このような構成の光学素子３０においては、電源６のスイッチが入れられ光源５から光が放出されると、光は筒７を通って光入射面３から導光体１に入射する。筒７の内部は空気で満たされており、筒７を通過した光は、空気と導光体１との境界である光入射面３で屈折する。屈折した光は、導光体１の側面１aで全反射を繰り返す。【００３２】
図３における導光体１内の矢印は、主に全反射主面（１aa、１ac）で全反射を繰り返しながら、導光体１内を紙面奥から手前に向かって進行する光の一例を示す。【００３３】
導光体１内を進行する光の一部は、導光体１の側面１aaの光取り出し部４との境界に到達すると屈折し、導光体１の外に取り出される。【００３４】
光は、第１の部材から第２の部材に一定の入射角以上で入射すると、第２の部材内を全反射しながら進行する。全反射を生じる最大の入射角を臨界角θcという。入射角θが臨界角θcより大きいと一部の光は屈折し、残りの光は反射する。臨界角θcは数１によって定義される。数１において、ｎ１は第１の部材（空気）の屈折率、ｎ２は第２の部材（導光体１）の屈折率である。境界の両側にある２つの材料の屈折率の差が大きいほど、２つの材料の境界における臨界角θcは大きい。つまり、２つの材料の屈折率の差が大きいほど、２つの材料の境界において、全反射が生じやすい。
【数１】
2011036698.tif 000003
【００３５】
導光体１の側面１aのうち、全反射主面（１aa、１ac）は、光取り出し部４を除いて、空気と接している。実施例１においては、導光体１の屈折率は１．４９であり、空気の屈折率は１．０である。数１により、光源５から導光体１に入射した光が全反射を生じるための臨界角θcはおよそ４２度である。【００３６】
実施例１においては、光源５から放出する光の中心線は導光体１の長軸方向に平行に設けられているので、光源５から放出された光の中心線は臨界角θcの範囲に含まれているので、導光体１に入射した光は導光体１内で全反射しやすい。【００３７】
光入射面３から導光体１内に入射した光は、光入射面３で屈折することにより主に光反射主面１aaに到達し、その後、主に全反射主面（１aa、１ac）間で全反射を繰り返しながら進行する。【００３８】
導光体１の１対の全反射主面（１aa、１ac）は平行であるため、導光体１に入射して全反射主面１acに到達した光は、主に他方の全反射主面１aaで全反射する。そして、他方の全反射主面１aaで全反射した光の大半は、再び、もとの全反射主面１acで全反射される。このようにして、全反射主面（１aa、１ac）間で全反射が繰り返される。全反射主面（１aa、１ac）は、全反射を生じやすいので、進行する光の量はほとんど減少しない。【００３９】
光取り出し部４は全反射主面１aaに設けられているので、全反射主面（１aa、１ac）で全反射しながら進行した光を効率よく取り出すことができる。【００４０】
光源５の光は円錐状に広がりを持つため、導光体１の光入射端面に入射する光の一部は他の２つの側面（１ａｂ，１ａｄ）にも到達する。他の２つの側面（１ａｂ，１ａｄ）に対しては、光入射面３が傾斜していることにより導光体内を進行する光は極めて浅い角度、すなわち大きい入射角で入射する。クラッド部２が設けられた２つの側面（１ａｂ，１ａｄ）同士も平行に設けられているので、クラッド部２が設けられた２つの側面（１ａｂ，１ａｄ）に到達した光のほぼ全ては、この２つの側面（１ａｂ，１ａｄ）においても全反射する。この光は光取り出し部４に到達すると導光体１の外部に取り出される。この２つの側面（１ａｂ，１ａｄ）での光損失が極めて少ないため、光を効率よく取り出すことができる。【００４１】
光取り出し部４は、ポリカーボネートによって形成されている。ポリカーボネートの屈折率は１．５９である。つまり、導光体１よりも光取出し部４の方が屈折率が大きい。従って、導光体１の側面１aaの光取り出し部４が設けられた部分において光は屈折し、導光体１の外へ取り出される。【００４２】
このように、実施例１によれば、導光体１内で全反射を繰り返す光を光取り出し部４から効率よく取り出すことができる。【００４３】
実施例１の構造を用いて、光源５から導光体１に光が入射する効率と、光源５から放出された光のうち光取り出し部４から出射する光の効率を示す光取り出し効率について、クラッド部２の屈折率と光入射面３の角度を変えて測定した結果を以下に示す。【００４４】
クラッド部２の屈折率が１．４０の場合と、１．４５の場合と、クラッドを設けない場合（周囲の空気の屈折率１．０）の３種類について測定した。光入射面３の角度は、角度φが９０度のときと３０度のときについて測定した。光入射面の角度φが９０度の場合は、光源からの光が全反射主面（１aa、１ac）方向に屈折されない参考例、３０度の場合は光源からの光が入射面での屈折により全反射主面（１aa、１ac）に多く到達する実施例である。光源５としては、光広がり角が半値全幅が２０度のＬＥＤを用い、筒の材質はアルミニウムとした。
【表１】
2011036698.tif 000004
【表２】
2011036698.tif 000005
【００４５】
表１は実施例１の光入射効率の計算値を示す。光入射面３の角度φが３０度のときは、光入射面３の角度φが９０度（傾斜していない）であるときに比べて、いずれのクラッド部２の屈折率の場合についても、光入射効率はほとんど低下していない。【００４６】
一方、表２は実施例１の光取出し効率の計算値を示す。光入射面３の角度φが３０度のときは、角度φが９０度であるときに対して、光取り出し効率はいずれのクラッド部２の屈折率についても３倍以上に向上している。つまり、導光体に全反射主面があり、光源からの光が入射面から主に全反射主面（１aa、１ac）に到達するようにし、全反射主面以外の面にクラッド２を設けることにより、クラッド２の存在下であっても高い光取り出し効率を得ることができる。このように、実施例１によれば導光体１にクラッド２を設けても高い光取り出し効率を得ることができる。【００４７】
実施例１においては、光入射面３を導光体１の下底面１bに対してx方向に傾斜させることにより、導光体１に入射する光が光入射面３を傾斜させていない場合に比べてより高い確率で全反射主面（１aa、１ac）に到達させている。全反射主面（１aa、１ac）に到達する光量が増えると、その後全反射主面（１aa、１ac）間で全反射が支配的に繰り返され、光取り出し部４に取り出される光量が増える。つまり、光入射面３をx方向に傾斜させることによって、光取り出し効率を高めている。光入射面３は、導光体１の全反射主面（１aa、１ac）との成す角φが５０度以下のときに、光源５が放出した光のうち導光体１に入射する効率を示す入射効率が高くなり、特に角φが３０度付近において最大となる。【００４８】
また光源５は、放出する光の広がり角の半値全幅が２０度以下であるとき、光入射効率が高くなる。【００４９】
図４Ａおよび図４Ｂは、導光体の光入射面と光源の向きを示す図である。【００５０】
本発明は、導光体１に入射する光を全反射主面（１aa、１ac）に到達させるために、光入射面３を傾斜させる以外にも、図４Ａのように、光源５を導光体１の長軸方向であるx方向に対して傾けて配置しても実施可能である。また、図４Ｂのように、光源５を導光体１の長軸方向であるx方向に対して傾めの向きに配置し、かつ、導光体１の光入射面３を側面（１aa、１ab、１ac、１ad）に垂直にしても実施可能である。【００５１】
実施例１においては光取り出し部４として導光体１に板状の部材を設けることとしたが、導光体１の側面１aaの一部に切り欠きを形成したり、導光体１の側面１aaの一部を粗面化したりするなど、導光体１を進行する光を取り出すことができる構造であれば他の形状とすることも可能である。【００５２】
実施例１においては導光体１は断面が長方形の柱状としたが、断面は略長方形としても本発明は実施可能である。つまり、断面が、長方形の４つの角を小さく欠いたような八角形や、長方形の４つの角を曲線状に滑らかにしたような形状も略長方形であることとする。【００５３】
導光体１はクラッド部２が設けられていない一対の平行な側面を有する他の形状としても本発明は実施可能である。【００５４】
図５Ａは、導光体の断面の変形例を示す図である。例えば、導光体８は、１対の平行な辺と、１対の平行な辺の両端同士をつなぐ１対の曲線とから構成される底面８bを有する。また、導光体８は、１対の平行な平面状の側面８aaと、１対の平行な平面を接続する１対の曲面状の側面８abとからなる側面８aを有する。導光体８の曲面状の側面８abにはクラッド部２が接している。導光体８は平面状の側面８aaの方が曲面状の側面８abよりも広く設けられている。光は平面状の側面８aの間で支配的に全反射を繰返す。つまり、光の全反射の大半は平面状の側面８aaの間で生じる。従って、導光体８の形状によっても、クラッド部２を設けながら高い光取り出し効率を得ることができる。【００５５】
図５Ｂは、他の導光体の断面の変形例を示す図である。例えば導光体９は、１対の平行な辺を有する六角形の底面９bと、底面９bに垂直に設けられた６つの側面９aとから構成される六角柱である。６つの側面９aは３対の平行な側面９a（９aa、９ab）に分けられ、そのうちの１対の側面９aaは面積が広い。導光体９の面積が狭い他の２組の側面９abについては、隣り合う２つの側面９abに対してクラッド部２が１つ設けられている。つまり、導光体９は、クラッド部２が合計２つ対向して設けられている。光は面積の広い側面９aa間で支配的に全反射を繰返す。つまり、光の全反射の大半は導光体９の面積が広い側面９a間で生じる。従って、導光体９の形状によっても、クラッド部２を設けながら光取り出し効率の低下を少なくすることができる。【００５６】
実施例１においては、クラッド部２が導光体１の側面（１ab、１ad）よりもy方向の長さが長い形状であるので、導光体１を他の部材に固定する場合、導光体１の全反射主面（１aa、１ac）の外側に空気層を確保することができる。従って実施例１は、光取りだし効率を高めるのに望ましい構造である。【００５７】
さらに、クラッド部２内に光不透過性または光吸収性のスペーサを設けることも可能である。図６はクラッド部２内にスペーサ２２を設けた導光体の断面を示す図である。スペーサ２２はクラッド部２が設けられた導光体１の側面（１ab１ad）に平行に層状に設ける。このスペーサ２２によってクラッド部２に漏れ出た光が吸収され、導光体１から漏れ出た光が隣接する他の導光体１に入射するのが妨げられる。従って、スペーサ２２を設ければ、複数の導光体１を進行する光同士の間でクロストークが生じるのを防止することができる。【００５８】
実施例１においては、導光体１の下底面１bが鏡面になっているので、光取り出し部４で導光体１の外部に出射されなかった光を導光体１の下底面１bにおいて反射させ、再度光取り出し部４の方向に向かって進行させることができる。従って、導光体１の光が導光体１の下底面１bを鏡面にしない場合よりも光取り出し部４に到達する光の量が増えるため、光取り出し効率を増加させることができる。【００５９】
実施例１における光学素子３０は、複数の導光体１を含むユニット２０が面状に配置され、面状光源として動作する。それぞれの電源６の入切を制御すれば、複数ある光源５のうち、特定の光源５を点灯させ、その他の光源５を点灯させないようにすることができる。つまり、電源６の入切を制御することによって、光学素子３０の任意の位置を点灯させることができる。また、例えば、点灯する光源５と点灯しない光源５が交互になるように電源６を制御すると、すべての光源５を点灯させた場合に比べて、光学素子３０の明るさを半分にすることができる。このように、電源６を制御することによって、光学素子３０の明るさを調節することも可能である。【００６０】
さらに、光源５として複数色、例えば赤色、緑色、青色等を配置し、任意の色を放出させることもできる。例えば、光源５として、赤色の光を放出する光源と緑色を放出する光源と、青色を放出する光源とを周期的に配置する。このような光源５を使用すれば、光学素子３０を任意の位置で、かつ、任意の色で点灯させることができる。つまり、光学素子３０を使って複数色の模様やモチーフを表すことが可能である。
【実施例２】
【００６１】
実施例２について図７乃至図１０Ａを使って説明する。【００６２】
実施例２は実施例１の光学素子をバックライトとして利用した液晶表示装置に関するものである。実施例１と同じ部分には同一の符号を付して、その部分の詳細な説明は省略する。【００６３】
図７Ａは本発明の実施例２に係る液晶表示装置を示す平面図である。図７Ｂは図７Ａの液晶表示装置をＤ−Ｄ線に沿って切断した断面を示す図である。【００６４】
図７Ａに示すように、液晶表示装置は液晶パネル２１と液晶パネルの背面に設けられたバックライトとから構成される。また、液晶パネル２１は、画像を表示する表示領域２４を有する。表示領域２４は複数の画素を有する。【００６５】
図７Ｂに示すように、液晶パネル２１は、平行に配置された１対の基板１１と、１対の基板１１の間に保持された液晶層２２とから構成される。それぞれのガラス基板１１の液晶層１２側の主面には、液晶層１２に電圧を印加する透明電極１３と、その上に形成された配向膜（不図示）が設けられている。それぞれの基板１１の他主面には偏光板１４が設けられている。【００６６】
バックライトとしては、実施例１で説明した光学素子３０を用いる。導光体１の幅は、液晶パネル２１の１画素の幅と同じである。【００６７】
光学素子３０の導光体１に設けられた光取り出し部４は、液晶パネル２１に接触する。導光体１の光取り出し部４は、液晶パネル２１の１画素に対して１つずつ設けても良い。クラッド部２は、液晶パネル２１の光学素子３０側の基板１１に設けられた偏光板に固定されている。【００６８】
図８は、図７Ｂの液晶表示装置の導光体の変形例を示す平面図である。複数のユニット２０が、交互に逆向きに、かつ、平行に配置されている。光取り出し部４から出射する光の量は、１つの導光体１に設けられた光取り出し部４同士を比較すると、光源に近い方が多い。従って、光学素子３０を図８の構成にすることにより、複数の導光体１の間で、x方向について、光強度分布を平均化することができる。【００６９】
導光体１内を進行する光は、主に全反射主面（１aa、１ac）で全反射を繰り返しながら進行する。そのため、導光体１の光取り出し部４で屈折した光の大半は液晶パネル２１に垂直な方向に進行する。つまり、導光体１の光取り出し部４から出射する光は液晶パネル２１に垂直な向きに指向性が高い。そのため、光取り出し部４から取り出された光は、効率よく光取り出し部４と接する画素に照射され、光取り出し部４に接続された画素以外の周囲の画素に入射しにくい。【００７０】
光源５を制御すれば、任意の光取り出し部４で光を取り出すことができるので、任意の画素に光を照射することができる。つまり、光を透過させたい画素にのみ光を照射することができる。従って、表示領域２４にあるすべての画素に光を照射する場合に比べて省電力で液晶表示装置４０を駆動させることが可能であり、しかもコントラストが向上する。【００７１】
実施例２の表示装置において用いている発光素子は光取り出し効率が高いので、実施例２によれば、輝度の高い液晶表示装置を得ることができる。
【実施例３】
【００７２】
実施例３について図９乃至図１０Ｂを使って説明する。実施例３は実施例１の光学素子を表示装置として利用したものである。導光体の光取り出し部の構造が実施例１と異なる。実施例１と同じ部分には同一の符号を付して、その部分の詳細な説明は省略する。【００７３】
図９は、本発明の実施例３に係る表示装置を示す平面図である。表示装置５０は、光源５と導光体１とを含むユニット２０が、向きを平行にして複数配置されている。また、複数のユニット２０の一主面上には、走査線駆動回路１６と、走査線駆動回路１６に接続された複数の走査線１５が設けられている。走査線１５は互いに平行で、かつ、導光体１の長軸方向に対して垂直に配置されている。なお、図９には図示していないが筒７には接続部材１９を介して電源６が接続されている。【００７４】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、図９の表示装置のＥ−Ｅ線を切断した断面を示す拡大図である。【００７５】
図１０Ａに示すように、導光体１と走査線１５のそれぞれの交差部分には光取り出し部４が設けられている。光取り出し部４は、圧電体１７と散乱フィルム１８から構成される。圧電体１７は走査線１５の導光体１側に設けられている。電圧体１７の導光体１側には散乱フィルム１８が設けられている。散乱フィルム１８と導光体１との間には間隙が形成されている。導光体１はクラッド部２によって基板１１上に固定されている。初期状態では、導光体１と散乱フィルム１８は接触していない。【００７６】
走査線駆動回路１６から電気信号が出力されると、電気信号は走査線１５に伝えられる。走査線１５に伝わった電気信号により圧電体１７が導光体側に伸張し、図１０Ｂに示すように散乱フィルム１８が導光体１に接触する。つまり、走査線１５に電気信号が加わると、導光体１に光取り出し部４が接触する。このとき光源５から光が放出されていると、導光体１を進行する光のうち、導光体１に接触する光取り出し部４に到達した一部の光が散乱フィルム１８にて散乱され、ガラス基板１１側に漏れ出る。このように、走査線駆動回路１６を使って走査線１５の印加電圧を制御することにより、光取り出し部４の開閉を制御し、走査線１５と導光体１との交点において導光体１を通る光を取り出すか否かを決定することができる。【００７７】
さらに、光源５の光量および色を制御することにより、光取り出し部４から取り出される光の光量および色を変化させることができる。【００７８】
実施例３によれば、それぞれの光取り出し部４について光を取り出すか否かと光量および色の制御を行うことにより、画像を表示させることができる。【００７９】
実施例３によれば、光取り出し部４からの光取り出し効率が高いので、輝度の高い表示装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１、      １１、１２  ・・・導光体
１a、１１a、１２a  ・・・側面
１aa、１ac  ・・・全反射主面
１ab、１ad  ・・・クラッド部が設けられた側面
１b  ・・・下底面
１１b、１２b  ・・・底面
２  ・・・クラッド部
３  ・・・光入射面
４  ・・・光取り出し部
５  ・・・光源
６  ・・・電源
７  ・・・筒
７a  ・・・筒の側面
７b  ・・・筒の底面
１１  ・・・基板
１２  ・・・液晶層
１３  ・・・透明電極
１４  ・・・偏光板
１５  ・・・走査線
１６  ・・・走査線駆動回路
１７  ・・・圧電体
１８  ・・・散乱フィルム
１９  ・・・接続部材
２０  ・・・ユニット
２１  ・・・液晶パネル
２２  ・・・スペーサ
２４  ・・・表示領域
３０  ・・・光学素子
４０  ・・・液晶表示装置
５０  ・・・表示装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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