(57)【要約】【課題】光源から離れた位置での輝度の低下を抑制し、明るく照光できる導光板を提供する。【解決手段】入光端面３に端面を向け、かつ表面に沿って配列された複数の光ファイバ６と、これらの光ファイバ６の間隙に充填され、板状に形成された透明樹脂層９とを具備し、表面に微細な凹凸１０または屈折率の高い透光性樹脂層が設けられている導光性板状体１ａを一枚もしくは複数枚有する導光板１である。これにより、光源２からの光は、側面から直接に光ファイバ６の端面に入射し、該光ファイバ６内を低損失で伝搬する。そして、微細な凹凸１０または透光性樹脂層により、該導光板１の表面から出射されるので、光源２から離れた位置での輝度の低下を抑制し、明るく照光させることができる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入光端面に端面を向け、かつ表面に沿って配列された複数の光ファイバと、これらの光ファイバの間隙に充填され、板状に形成された透明樹脂層とを具備し、表面に微細な凹凸が形成されている導光性板状体を一枚もしくは複数枚有することを特徴とする導光板。
【請求項２】
入光端面に端面を向け、かつ表面に沿って配列された複数の光ファイバと、これらの光ファイバの間隙に充填され、板状に形成された透明樹脂層とを具備し、表面に前記光ファイバの材料よりも屈折率の高い透光性樹脂層が形成されている導光性板状体を一枚もしくは複数枚有することを特徴とする導光板。
【請求項３】
前記光ファイバが平行に配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の導光板。
【請求項４】
前記光ファイバが放射状に配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の導光板。
【請求項５】
前記導光性板状体を複数枚有し、各導光性板状体の光ファイバが、導光板の表面方向から平面視したときに重なり合わないように配列されていることを特徴とする請求項１または４のいずれかに記載の導光板。
【請求項６】
前記光ファイバの出射側の端面が向かう導光板の側面に、反射板が配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の導光板。
【請求項７】
前記透明樹脂層内に、光散乱性物質および／または蛍光性物質が存在していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の導光板。
【請求項８】
表面に光拡散層または光偏光層を形成したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の導光板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置などの背面照明に用いられる導光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やノートブック型コンピュータなどに用いられる液晶表示装置には、高輝度で一様な明度を有し、表示品質の優れた背面照明が必要とされている。
この種の背面照明においては、細径蛍光灯などの線状光源から得られる照明を面状とするために、側面に設けられた入光端面から入射された光を表面から放射するような導光板が用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、従来の導光板を用いた背面照明装置の一例を示す概略構成図である。同図において、符号１は導光板であり、符号２は光源である。導光板１は一般に、アクリル樹脂などの透明プラスチックからなり、その側面の一つは入光端面３とされており、裏面および入光端面３以外の側面には反射板４が配置されている。光源２から放射され、導光板１の入光端面３に入射した光５は、導光板１内部における散乱や乱反射、反射板４による反射により、該導光板１の表面から出射される。このように面状に出射された光により、液晶表示装置などの背面照明を行うことができる。
【０００４】
【非特許文献１】
東レリサーチセンター編，「ＬＣＤバックライトの最新技術動向」，１９９５年，第３章バックライト関連特許，３．５　導光部材
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の導光板においては、光５は、導光板１の入光端面３に入射してから、表面から出射されるまでの間に、該導光板１内部で散乱し減衰してゆくので、光源２から距離が遠くなるほど導光板１の表面の輝度が低下しやすい。特に、表示装置が大型化した場合や、導光板１を薄くした場合、あるいは、表示装置の小型化のため、光源としてＬＥＤ素子を用いた場合などには、結果的に光源から近い位置と遠い位置とでは明るさに差が出てしまう。均一な照光面を得るため、導光板１の表面に拡散シートやレンズシート、プリズムシートなどを設けて、面方向に光を拡散させて出射光を均一化することも行われているが、光の損失が大きくなり、光の利用効率が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、光源から離れた位置での輝度の低下を抑制し、明るく照光できる導光板を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、入光端面に端面を向け、かつ表面に沿って配列された複数の光ファイバと、これらの光ファイバの間隙に充填され、板状に形成された透明樹脂層とを具備し、表面に微細な凹凸が形成されている導光性板状体を一枚もしくは複数枚有することを特徴とする導光板を提供する。
このような導光板によれば、光源からの光は、入光端面から直接に光ファイバの端面に入射し、該光ファイバ内を低損失で伝播する。そして、導光板の表面に形成された微細な凹凸により散乱されて、該導光板の表面から放出されるので、導光板内の光の減衰を抑制し、明るく均一な照光が可能となる。また、導光板の厚さを光ファイバの直径程度とすることができるので、高効率で薄型、軽量の導光板を得ることができる。
【０００８】
また、本発明は、入光端面に端面を向け、かつ表面に沿って配列された複数の光ファイバと、これらの光ファイバの間隙に充填され、板状に形成された透明樹脂層とを具備し、表面に前記光ファイバの材料よりも屈折率の高い透光性樹脂層が形成されている導光性板状体を一枚もしくは複数枚有することを特徴とする導光板を提供する。
このような導光板によれば、光源からの光は、入光端面から直接に光ファイバの端面に入射し、該光ファイバ内を低損失で伝播する。そして、透明樹脂層の表面に形成された屈折率の高い透光性樹脂層とモード結合して、光パワーの一部が該透光性樹脂層内に移行し、さらに導光板の表面から放出されるので、導光板内の光の減衰を抑制し、明るく均一な照光が可能となる。また、導光板の厚さを光ファイバの直径程度とすることができるので、高効率で薄型、軽量の導光板を得ることができる。
【０００９】
このような導光板においては、光源が細径蛍光灯のような線状光源である場合には、光ファイバが平行に配列されていることが好ましい。また、光源がＬＥＤ素子のような点状光源である場合には、光ファイバが放射状に配列されていることが好ましい。これにより、光源から光ファイバへの入射効率を向上させることができる。
【００１０】
導光板が、導光性板状体を複数枚積層した構成のものである場合は、各導光性板状体の光ファイバは、導光板の表面方向から平面視したときに重なり合わないように配列されていることが好ましい。これにより、裏側の導光性板状体の光ファイバから放出された光が、それより表側にある導光性板状体の光ファイバにより散乱されることを抑制することができる。
【００１１】
光ファイバの出射側の端面が向かう導光板の側面には、反射板を配置することが好ましい。これにより、光ファイバの出射側の端面からの光の放出を防ぐことができるので、導光板の照光効率が向上する。
透明樹脂層内に、光散乱性物質および／または蛍光性物質を存在させてもよい。これにより、光ファイバ外に放出された光を散乱させ、導光板の表面を一層均一に照光することができる。
また、導光板の表面に光拡散層または光偏光層を形成してもよい。これにより、出射光の光束密度分布や偏光状態を変化させ、目的に合わせた多様な照光品質を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の導光板の第１の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ′線に沿う断面図である。これらの図において、符号１は、導光板である。この導光板１は、コア７とクラッド８を有する光ファイバ６を平行に配列し、その周囲の間隙に透明樹脂を含浸させ、平面視矩形の板状の透明樹脂層９として、光ファイバ６を互いに固着した導光性板状体１ａを一枚有する構成となっている。
【００１３】
光ファイバ６の種類は、特に限定されるものではなく、石英系、多成分ガラス系、プラスチッククラッド系、全プラスチック系などの各種光ファイバを使用可能であるが、後述の微細な凹凸１０を形成する加工が容易であることから、全プラスチック光ファイバを用いることが好ましい。例えば、コア径が２４０ｎｍ、クラッド径が２５０ｎｍの光ファイバ６を用いることができる。コア７、クラッド８の材料としては、コア７の材料としては、屈折率が１．４９〜１．５２程度であるアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂などが例示でき、クラッド８の材料としては、屈折率が１．２〜１．３程度のフッ素樹脂などが例示される。また、図１には示さないが、コア７のみを有する光ファイバや、クラッド８の周囲に樹脂被覆を有する光ファイバも、使用可能である。
【００１４】
透明樹脂層９は、光ファイバ６の間隙を充填するように被覆して、該光ファイバ６を整列した状態で固着することを主目的とするものである。透明樹脂層９となる透明樹脂としては、光ファイバ６中の光５の伝播に与える影響が少ないものが好ましく、例えば屈折率がクラッド８と同等またはそれ以下のフッ素樹脂、シリコーン樹脂などを用いることができる。また、光ファイバ６として、コア７のみを有するものを用いた場合は、透明樹脂層９がコア７に対するクラッドとして機能させるため、上記透明樹脂として、屈折率がコア７より低いものが用いられる。
【００１５】
図１に示す導光板１においては、透明樹脂層９は、クラッド８の外周全体を被覆し、光ファイバ６のクラッド径より導光板１の厚さが大きくなるように、かつ、微細な凹凸１０を除いては平坦に、成形されている。具体例としては、例えば、クラッド径２５０ｎｍの光ファイバ６に対して、透明樹脂層９の厚さを３００μｍとする例が挙げられる。
なお、上述のように、透明樹脂層９は、光ファイバ６を整列した状態で固着することを主目的とするものであるから、各光ファイバ６が相互に分離しにくく固着されている限り、光ファイバ６の外周面の一部が透明樹脂層９の外に露出されていても差し支えない。
【００１６】
入光端面３は光源２からの光の入射効率を向上させるため、ソフトエッチングによる鏡面処理が施されている。本実施の形態において、光源２は、細径蛍光灯などの線状光源であり、該光源２からの光が導光板１中の光ファイバ６に対して、ほぼ垂直に入射するように、光源２の中心線が各光ファイバ６の光軸に直交する位置に配置されている。また、光ファイバ６の入射端面に対して反対側の端面が向かう導光板１の側面には、反射板４が設置されている。
【００１７】
導光性板状体１ａ（本実施の形態においては、そのままで導光板１となっている）の表面は、微細な凹凸１０の形成により粗面化されている。具体的には、微細な凹凸１０は、光ファイバ６が露出されていれば、光ファイバ６の外面に設けられており、透明樹脂層９が被覆されているところでは、透明樹脂層９に設けられている。
この微細な凹凸１０は、光ファイバ６を伝搬する光５の一部を散乱させ、導光板１の表面から出射させるためのものであり、レーザ照射を用いた直接加工、露光や腐食性溶剤を用いたエッチングなどの手法を用いることにより、形成することができる。
【００１８】
本実施の形態の導光板１によれば、光源２からの光５は、入光端面３から光ファイバ６に入射する。そして、光ファイバ６がクラッド８を有する場合は、コア７とクラッド８との境界面において、また、クラッド８を有しない場合は、コア７と透明樹脂層９との境界面において、全反射することによりコア７の中を伝搬し、反射板４によって反射することにより、コア７の中を往復する。この際、微細な凹凸１０による散乱や拡散により、導光板１の表面側に一部漏出して、出射される。
【００１９】
すなわち、光５は、光ファイバ６中を拡散や散乱なしに伝播し、微細な凹凸１０により散乱させられて、導光板１の外部に放出されるので、微細な凹凸１０の位置に対応して、均一な反射角度と分布を与える微小発光点を設けることができ、導光板１の表面全体に明るく高品位な照光を単純な構成により実現することができる。しかも、この導光板１の厚さは、光ファイバ６の直径程度であるので、導光板１の厚さを極めて薄くすることができ、背面照明装置の軽量化を実現できる。
【００２０】
本実施の形態の導光板１では、微細な凹凸１０の粗さや深さを適宜変えることにより、光の散乱効率を変えて、微細な凹凸１０近傍の明るさを調節することができる。
より具体的には、例えば、導光板１表面の明るさの均一性を高める目的では、図２に示すように、光源から遠くになるにつれて、微細な凹凸１０の深さを段階的により深くするという方法が挙げられる。つまり、光ファイバ６の入射端面の近傍では、光源２に近いことから光５の強度が強く、反射効率をあまり高くしなくても充分な明るさが得られることから、より浅くし、光源から遠くになるにつれて光５の強度が弱くなるので、より深くする。但し、反射板４の近傍では光５の強度がやや強くなりやすいので、微細な凹凸１０の深さを少し浅めにしてもよい。
また、微細な凹凸１０の配置分布や深さなどを適宜変化させることにより、導光板１の表面の各部の照光レベルに所望の差異を与えることも可能である。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は、第２の実施の形態の一例を示す斜視図である。同図において、符号１は、導光板であり、この導光板１は、第１の実施の形態の導光板１と同様に、コア７とクラッド８を有する光ファイバ６を平行に配列し、その周囲の間隙に透明樹脂を含浸させ、平面視矩形の板状の透明樹脂層９として、光ファイバ６を互いに固着したものである。
【００２２】
本実施の形態の導光板１においては、導光性板状体１ａ（本実施の形態においては、そのままで導光板１となっている）の表面には、微細な凹凸１０に代えて、光ファイバ６のコア７とクラッド８とのいずれよりも屈折率が高い透光性樹脂をスプレー法等を用いて斑状に断続的に塗布することにより、透光性樹脂層１１が形成されている。
具体的には、透光性樹脂層１１は、光ファイバ６が露出されていれば、光ファイバ６の外面に設けられており、透明樹脂層９が被覆されているところでは、透明樹脂層９に設けられている。
【００２３】
透光性樹脂層１１に用いられる透光性樹脂としては、光ファイバ６のコア７およびクラッド８よりも屈折率が高く、十分に光を透過させるものである限り、特に限定はされないが、例えば、ポリ塩化ビニルなどの樹脂を良溶媒と貧溶媒とに混ぜて発泡させ、見掛けの屈折率が約２．０にまで高められた発泡樹脂が挙げられる。また、透光性樹脂層１１の色は、必ずしも無色である必要はなく、着色されていてもよい。
【００２４】
この際、コア７中を伝播する光５の一部が、入光端面３に近い透光性樹脂層１１とモード結合することにより、入光端面３から遠い透光性樹脂層１１とモード結合しうる光量は強度が徐々に弱くなる。本実施の形態においては、上述のように、透光性樹脂層１１の面積密度を入光端面３から遠ざかるにつれて大きくしているので、入光端面３から遠い側の透光性樹脂層１１の結合効率を向上させ、導光板１の表面の輝度分布をより均一にすることができる。
なお、本実施の形態においては、均一な照光を実現するため、透光性樹脂層１１の配置分布を、導光板１の表面の輝度分布が均一になるように変化させたが、これを適宜変化させることにより、導光板１の表面の各部の照光レベルに所望の差異を与えることも可能である。
【００２５】
このように、屈折率の高い透光性樹脂層１１を、光ファイバ６のコア７に近接させて、導光性板状体１ａの表面に設けることにより、透光性樹脂層１１と光ファイバ６のコア７とがモード結合して、光ファイバ６のコア７内を伝播する光パワーの一部が透光性樹脂層１１に移行し、さらに、透光性樹脂層１１に移行した光が、斑状に断続的に形成された透光性樹脂層１１中で全反射条件を満たせなくなることにより、導光板１の表面から放出される。
従って、透光性樹脂層１１の位置に対応して、均一な反射角度と分布を与える微小発光点を設けることができ、導光板１の表面全体に明るく高品位な照光を、単純な構成により得ることができる。また、導光板１の厚さを光ファイバ６の直径程度とすることができるので、高効率で薄型、軽量の導光板を得ることができる。
【００２６】
本実施の形態の導光板１では、透光性樹脂層１１の大きさや厚みを適宜変えることにより、光の散乱効率を変えて、微細な凹凸１０近傍の明るさを調節することができる。
より具体的には、例えば、導光板１表面の明るさの均一性を高める目的では、図２に示すように、光源から遠く離れるにつれて、大きさや厚みを段階的により大きくするという方法が挙げられる。つまり、光ファイバ６の入射端面の近傍では、光源２に近いことから光５の強度が強く、反射効率をあまり高くしなくても充分な明るさが得られることから、より小さくし、光源から遠くになるにつれて光５の強度が弱くなるので、より大きくする。但し、反射板４の近傍では光５の強度がやや強くなりやすいので、透光性樹脂層１１の大きさを少し小さめにしてもよい。
また、透光性樹脂層１１の配置分布や大きさなどを適宜変化させることにより、導光板１の表面の各部の照光レベルに所望の差異を与えることも可能である。
【００２７】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は第３の実施の形態の一例を示す平面図である。本実施の形態においては、光源２として、ＬＥＤ素子など、点状の発光点１２を有するものが用いられる。そして、導光板１の光ファイバ６は、該導光板１の側方に配置される光源２の中心の発光点１２を中心とする放射状に配列されており、入光端面３は、前記発光点１２を中心とする平面視円弧状に切除されている。また、導光板１の表面には、図示しないが、上述の各実施の形態のものと同様に、微細な凹凸１０または屈折率の高い透光性樹脂層１１が形成されている。さらにこの導光板１には、図示しないが、入光端面３を除く３つの側面に反射板が設けられている。
これによれば、光源２が点状光源であっても、該光源２からの光５を光ファイバ６に略垂直に入射させることができ、光源２と入光端面３との間の結合効率を向上させ、高効率な照光を実現することができる。
【００２８】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、図５に示すように、透明樹脂層９をなす透明樹脂中に、シリカ粉末などの光散乱性物質１３や、ＧｅＮなどの希土類化合物に代表される蛍光性物質１４を配合したものである。これ以外の構成は、上述の導光板１と同様にすることができ、光ファイバ６の配列様式も、平行状、放射状など、特に制限されない。また、導光板１の表面には、図示しないが、上述の各実施の形態のものと同様に、微細な凹凸１０または屈折率の高い透光性樹脂層１１が形成されている。
【００２９】
これにより、光源２から光ファイバ６に入射せずに、透明樹脂層９内に入射して伝播する光などを、これらの光散乱性物質１３により散乱させたり、蛍光性物質１４により蛍光発光させることができるので、導光板１の表面を淡く発光させ、目視的に、一層均一な照光を実現することができる。
【００３０】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図６は、本発明の実施の形態の一例を示す図である。この導光板１は、図６（ａ）に示すように、平行に配列された光ファイバ６の間隙に透明樹脂層９を充填した導光性板状体１ａ〜１ｃを３枚用意し、これらを図６（ｂ）に示すように、エポキシ系、アクリル系などの接着剤を用いて積層したものである。
【００３１】
各導光性板状体１ａ〜１ｃの光ファイバ６の配列方向には、約±６０°以内の角度差が設けられており、光ファイバ６の位置が表面方向から平面視したときに重なり合わないようになっている。また、積層後、図６（ｂ）に示すように、導光板１の一側面が浅く円弧状に切り欠かれて、４段の波状の入光端面３が形成されている。各導光性板状体１ａ〜１ｃの表面には、上述の各実施の形態のものと同様に、微細な凹凸１０または屈折率の高い透光性樹脂層１１が形成されている。
【００３２】
この導光板１は、入光端面３の各段３ａ〜３ｄの円弧の中心に計４個の点状光源（図示せず）を配置することにより、背面照射装置として用いることができる。各導光性板状体１ａ〜１ｃの光ファイバ６の配置方向を変えて３種類とすることにより、点状光源からの光は、照射方向に応じて、いずれかの導光性板状体１ａ〜１ｃに入射させることができるので、光をより効率的に受光し、照光効率を向上することができる。しかも、光源を点状光源とすることにより、光源を小型化し、背面照射装置を一層薄型化することができる。
【００３３】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図７は、この実施の形態の一例を示す断面図である。この導光板１は、図７（ａ）に示すように、放射状に配列された光ファイバ６の間隙に透明樹脂層９を充填した導光性板状体１ａ〜１ｃを３枚用意し、これらを図７（ｂ）に示すように、エポキシ系、アクリル系などの接着剤を用いて積層したものである。
【００３４】
各導光性板状体１ａ〜１ｃの光ファイバ６の配列は、それぞれ異なる点を中心にした放射状となっており、光ファイバ６の位置が表面方向から平面視したときに重なり合わないようになっている。また、積層後、図７（ｂ）に示すように、導光板１の一側面が円弧状に切り欠かれて、３段の波状の入光端面３が形成されている。各導光性板状体１ａ〜１ｃの表面には、上述の各実施の形態のものと同様に、微細な凹凸１０または屈折率の高い透光性樹脂層１１が形成されている。
【００３５】
この実施の形態によれば、入光端面３の各段３ａ〜３ｃの円弧の中心にＬＥＤ素子などの点状光源（図示せず）を配置することにより、各導光性板状体１ａ〜１ｃの光ファイバ６に光を入射することができる。上述の第３の実施の形態の導光板１と比較すると、光源の個数を複数とすることにより、照光面の光量を一層高めることができ、高輝度の照光を得ることができる。しかも、光源を点状光源とすることにより、光源を小型化し、背面照射装置を一層薄型化することができる。
【００３６】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施の形態のみに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、従来の導光板と同様に、本発明の導光板１の表面には、乳白色の透光性拡散層や、プリズムシートなどの偏光層を配置することができる。これにより、出射光の光束分布や偏光状態を変化させ、多様な用途、目的に合わせた照光品質を実現できる。
また、導光板１の裏面や側面に、銀鏡面、銀色や白色などの明るい色調を有する反射板を設けることにより、導光板１の表面以外からの光の出射を防ぎ、漏れ光を抑制することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、光ファイバの優れた光の伝搬性能と直進性能に着目し、導光板の内部に、該導光板の入光端面に端面を向け、かつ該導光板の表面に沿って複数の光ファイバを配列するとともに、導光板の表面に微細な凹凸または屈折率の高い透光性樹脂層を形成したので、光源からの光を導光板の側面から直接に光ファイバの端面に入射して該光ファイバ内を低損失で伝搬させるとともに、導光板の表面に形成された微細な凹凸または透光性樹脂層の作用により、該導光板の表面から出射させることができるので、明るく高効率な照光が可能な導光板を得ることができる。また、表示装置が大型化しても、導光板内の吸収、散乱による損失が小さいので、明るさを低下させることなく、対応可能である。
本発明によれば、導光板の厚さを光ファイバの直径程度とすることができるので、導光板の厚さを極めて薄くすることができ、背面照明装置の軽量化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の導光板を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ′線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の導光板を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の導光板を示す平面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の導光板を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の導光板を示す斜視図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態の導光板を示す斜視図である。
【図８】従来の導光板を用いた背面照明装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…導光板、１ａ〜１ｃ…導光性板状体、２…光源、３…入光端面、４…反射板、５…光、６…光ファイバ、９…透明樹脂層、１０…微細な凹凸、１１…透光性樹脂層、１３…光散乱性物質、１４…蛍光性物質。
【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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