(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全反射を用いて光を一方向に導く線状の導光路と、
前記導光路上に配置され、前記導光路の内部を進む光を、全反射を用いて所定の目的の方向に配光する配光路であって、前記導光路の伸張方向と前記所定の目的の方向の両者に沿った面を断面とした場合に、前記配光路を構成する反射面のうち、少なくとも光源から見て後方側の反射面の断面形状が放物線の形に形成された配光路と、
を有する配光装置。
【請求項２】
全反射を用いて光を一方向に導く線状の導光路と、
前記導光路上に配置され、前記導光路の内部を進む光を、全反射を用いて所定の目的の方向に配光する配光路であって、前記導光路の伸張方向と前記所定の目的の方向の両者に沿った面を断面とした場合に、前記配光路を構成する反射面のうち、少なくとも光源から見て後方側の反射面の断面形状が、放物線を近似する形状であって、前記後方側反射面の前記導光路伸張方向に対する傾き角が前記放物線をなぞるように多段階に増してゆく形状に形成された配光路と、
を有する配光装置。
【請求項３】
前記放物線の焦点は、前記導光路内の光を前記配光路内に入光させる開口部上の前記導光路内に位置する、
請求項１または２記載の配光装置。
【請求項４】
前記放物線の焦点は、前記開口部の中点に位置する、
請求項３記載の配光装置。
【請求項５】
前記後方側反射面の前記開口部との接続部分の前記導光路伸張方向に対する傾き角は、入射光に対して屈折光がなくなる臨界角によって規定される角度未満である、
請求項３記載の配光装置。
【請求項６】
前記開口部の面積は、前記配光路によって光が前記所定の目的の方向に配光される際の前記光の角度分散に基づいて決定される、
請求項５記載の配光装置。
【請求項７】
前記開口部の面積は、前記導光路内を伝搬する光の減衰特性に応じて、前記導光路の光入口からの導光方向に沿った距離が遠くなるほど、大きくなる、
請求項１または２記載の配光装置。
【請求項８】
前記導光路は、
基板上に、外部への光照射位置に合わせて線状に伸張して配置され、
前記配光路は、
前記導光路上に、前記光照射位置に合わせて配置されている、
請求項１または２記載の配光装置。
【請求項９】
前記導光路は、前記導光路のパターン形状に合わせて切り抜かれた第１のシートの切り抜き部に充填された紫外線硬化樹脂に紫外線照射する印刷により、前記基板上に形成され、
前記配光路は、前記第１のシートと第２のシートとの間に充填塗布した前記紫外線硬化樹脂に対して、前記配光路のパターン形状を有する前記第２のシートの切り抜き部を通して照射角度を可変にした紫外線を照射し、残存する非硬化樹脂を洗浄して除去する印刷により、前記導光路上に形成されている、
請求項８記載の配光装置。
【請求項１０】
前記導光路および前記配光路は、
同一成分の樹脂を用いて形成されている、
請求項９記載の配光装置。
【請求項１１】
前記導光路は、
光の色別に設けられ、かつ、各々が互いに光学的に分離されており、
前記導光路の各々に供給する光を生成する光源部、
をさらに有する請求項１または２記載の配光装置。
【請求項１２】
前記光源部は、
白色光を分光して、前記導光路の各々に供給する単一色の光を生成する、
請求項１１記載の配光装置。
【請求項１３】
前記光源部は、
前記導光路の各々に供給する単一色の光を放射する複数の発光素子を含み、
前記複数の発光素子を用いて、前記導光路の各々に供給する単一色の光を生成する、
請求項１１記載の配光装置。
【請求項１４】
前記光源部によって生成された単一色の光を、対応する前記導光路の内部に、全反射可能な角度で入光させる入光部、
をさらに有する請求項１２または１３記載の配光装置。
【請求項１５】
前記配光路から出射された光をレンズ作用により集光する集光レンズ部、
をさらに有する請求項１または２記載の配光装置。
【請求項１６】
前記導光路は、
光の色別に設けられ、かつ、各々が互いに光学的に分離されており、
白色光をプリズムによりＲＧＢの各色に分光して、前記導光路の各々に供給する単一色の光を生成する光源部と、
前記分光されたＲＧＢの各色の光を、前記ＲＢＧの各色に対応する導光路の内部に全反射可能な角度でそれぞれ入光させる入光部と、
をさらに有する請求項１または２記載の配光装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の配光装置を有するバックライト装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のバックライト装置と、
前記バックライト装置から照射される光の透過を画素毎に制御する液晶セルの配列により構成される液晶表示部と、を有し、
前記配光路は、前記導光路の内部を進む光を、対応する前記液晶セルの光透過部の方向に配光する、
液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配光装置およびこれを用いたバックライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から放射される光の方向を制御して所望の指向性を与える配光装置の適用例として、例えば、透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）などに使用されるバックライト装置（以下単に「バックライト」ともいう）がある。液晶ディスプレイ自体は、ＩＴ時代の表示デバイスとして、今日、パソコンや携帯電話をはじめ多くの電子機器に不可欠なものとなっている。なお、本明細書では、以下、バックライトを必要とする透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および透過型ＬＣＤパネルを、単に「液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）」および「ＬＣＤパネル」と呼ぶことにする。
【０００３】
図２１は、従来の液晶ディスプレイの一般的な構造を示す概略断面図であり、図２２は、図２１のＬＣＤパネルの表面構造を示す概略平面図である。
【０００４】
図２１に示すように、従来の液晶ディスプレイ１は、一般に、大別して、ＬＣＤパネル１０およびバックライト２０で構成されている。ＬＣＤパネル１０は、２枚のガラス基板１１、１２の間に液晶セル１３とカラーフィルタ１４をそれぞれ規則正しく配列し、かつ、その２枚のガラス基板１１、１２の表面にそれぞれ１枚ずつ、計２枚の偏光シート（偏光フィルムや偏光膜とも呼ばれる）１５、１６を貼り付けた構造をしている。バックライト２０は、通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）（以下「ＲＧＢ」と略記する）の３原色の色成分を含む白色光を発する白色光源である。カラーフィルタ１４は、透過させるべき光の色に応じて、赤（Ｒ）のカラーフィルタ１４ａと、緑（Ｇ）のカラーフィルタ１４ｂと、青（Ｂ）のカラーフィルタ１４ｃの３種類がある。各液晶セル１３は、光の開閉機能を有し、図示しない制御素子（トランジスタなど）によって制御される。３つの液晶セル１３によって１画素が構成される。
【０００５】
この構造において、バックライト２０から出た白色光３０は、パネル裏側の全面に照射される。この照射光は、偏光シート１５および液晶セル１３を通過し、ＲＧＢのカラーフィルタ１４ａ〜１４ｃのいずれかをそれぞれ通過する。カラーフィルタ１４ａ〜１４ｃを透過したＲＧＢの光の強弱の混合によって１画素が構成される。換言すれば、１組のＲＧＢのカラーフィルタ１４ａ〜１４ｃに対応する３つの液晶セル１３によって、１画素が構成される。
【０００６】
バックライト２０の照射光は、液晶セル１３を透過するが、液晶セル１３以外は透過しない。よって、液晶セル１３の領域は光透過領域１７となり、液晶セル１３以外の領域は光非透過領域１８となる。光透過領域１７は、透過する光の色に応じて、赤（Ｒ）の光透過領域１７ａと、緑（Ｇ）の光透過領域１７ｂと、青（Ｂ）の光透過領域１７ｃとがある。開口部（光透過領域１７）以外の光非透過領域１８に照射された光３１は、吸収され、エネルギー損失となる。例えば、一般的なＴＦＴパネルの場合、パネル開口率は５０％程度であるため、光非透過領域１８は全体面積の５０％程度となり、光エネルギーは５０％程度の損失を伴う。
【０００７】
また、従来のバックライト２０では、通常、白色光を使用している。白色光は、ＲＧＢの３原色の色成分を含んでいる。従来の液晶ディスプレイ１では、ＲＧＢの３色のカラーフィルタ１４ａ〜１４ｂに白色光を照射し、該当色以外の色を遮断して該当色のみをＬＣＤパネル１０の表面を透過させることにより、目的の色を得ている。例えば、１画素の中の赤（Ｒ）に対応する液晶セル１３の部分（赤の光透過領域１７ａ）にも、ＲＧＢのスペクトルを同時に含む白色光が照射されるが、赤（Ｒ）のカラーフィルタ１４ａによって赤（Ｒ）のスペクトル部分のみが透過光となる。このとき、元の光エネルギー（光透過領域１７ａに照射された光エネルギー）は、２／３の光エネルギーを失う。この事情は、光の色成分が緑（Ｇ）と青（Ｂ）の場合にも同様である。
【０００８】
このように、従来のバックライト２０を用いた場合、光透過領域１７において、偏光シート１５を透過した白色光の全スペクトルの２／３の光が原理的に遮断されている。したがって、この場合、光透過領域１７に照射された光は、その光エネルギーの２／３を失っている。このことから、偏光シート１５透過後の光について、光非透過領域１８での光エネルギー損失も含めて、有効に利用されている光エネルギー効率は、約１／６（＝１／２×１／３）に過ぎない。一般的な液晶ディスプレイの場合、光エネルギーの透過率は８％程度であり、偏光シートによる光エネルギー損失は５０％程度であるため、偏光シートによる光エネルギー損失を除いた実質的な光エネルギー効率は、１６％程度（約１／６）となる。この数字から、上記の分析が妥当であることがわかる。
【０００９】
このように、従来の液晶ディスプレイ１では、光非透過領域１８での光エネルギー損失とカラーフィルタ１４透過時の光エネルギー損失とが大きく、有効に利用されている実質的な光エネルギー効率（偏光シートによる光エネルギー損失を除く）は、約１／６に過ぎない。したがって、表示輝度を確保するために、大量のエネルギーが必要である。特に、近年、ＲＧＢの発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたバックライト（一般に「ＬＥＤバックライト」と呼ばれる）が液晶ディスプレイに使用され始めており、かかる液晶ディスプレイは、色の鮮やかさの利点が認められている。しかし、かかる液晶ディスプレイも光エネルギー効率が悪いため、輝度確保のために多数のＬＥＤを使用する。このため、大量の熱が発生する。よって、ＬＥＤバックライトを使用した液晶ディスプレイでは、光エネルギーの損失の問題とともに熱エネルギーの放出（放熱）の問題も解決が強く求められている。
【００１０】
例えば、大型ＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）では、数千個程度のＬＥＤが使用されている。ＬＥＤは、バックライト前面に均等に配置されている。面上に光源（ＬＥＤ）が分布している既存のバックライトは、色度と輝度の一様性を確保するために、個々のＬＥＤの発光強度のバランスの調整制御を行う電子回路が必要である。このため、膨大な数のＬＥＤ制御回路が必要になる。このような理由から、既存のＬＥＤバックライトは、大型になると、ＬＥＤの数が多くなればなるほど、製造が困難になる。その結果、ＬＥＤバックライトは高価である。以上の理由から、ＬＥＤバックライトでは、光エネルギー効率を向上させるとともにＬＥＤの数を少なくすることが強く求められている。
【００１１】
この点、光エネルギーの利用効率を向上させる技術として、例えば、バックライトにプリズムシートを用いてバックライトの光を効率的に法線方向に向けることが知られている（例えば、特許文献１）。プリズムシートは、ベースフィルムの一側面上に複数のプリズムを一列に配列して構成されている。このプリズムシートは、光を表面に集光して正面輝度を高くするという機能を有する。すなわち、プリズムシートは、光を集光し正面に向かわせることによって光を有効に利用するものである。
【特許文献１】特開２００６−３３０６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、プリズムシートを用いたバックライトであっても、バックライトに白色光を使用する以上、カラーフィルタは必要不可欠であり、カラーフィルタ透過時の光エネルギー損失は避けられない。また、プリズムシートを用いたとしても、やはりバックライト自体は面発光を行うため、光非透過領域での光エネルギー損失も避けられない。したがって、光エネルギーの利用効率の向上には一定の大きな限界がある。
【００１３】
なお、光エネルギーの利用効率を向上させることは、何もバックライトに限定されるわけではなく、広く配光装置一般に求められる要請である。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光エネルギーの利用効率を大幅に向上することができる配光装置およびこれを用いたバックライト装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の配光装置は、全反射を用いて光を一方向に導く線状の導光路と、前記導光路上に配置され、全反射を繰り返しながら前記導光路の内部を進む光を、全反射を用いて所定の目的の方向に配光する配光路と、を有する構成を採る。
【００１６】
本発明のバックライト装置は、上記の配光装置を有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光エネルギーの利用効率を大幅に向上することができる。
【００１８】
特に、本発明の配光装置を液晶ディスプレイなどのバックライト装置に用いた場合には、バックライト装置における光エネルギーの利用効率を飛躍的に改善することができる。具体的には、バックライト装置における光エネルギーの利用効率を、理論値である約５０％（偏光シートによる光エネルギー損失のみ）にすることができる。すなわち、例えば、プリズムシートを用いた場合と比較しても、約６倍の効率の向上が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る配光装置を用いたバックライト装置を含む液晶ディスプレイの概略構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示す液晶ディスプレイ１００は、大別して、バックライト部２００およびＬＣＤパネル部３００で構成されている。バックライト部２００は、ＬＣＤパネル部３００内の液晶を背面から照射するものであり、本発明に係る分光分離構造を有する。具体的には、バックライト部２００は、光源部２１０、入光部２２０、線状導光部２３０、法線配光部２４０、および集光レンズ部２５０で構成されている。なお、本発明に係る分光分離構造を有するバックライトを、従来の通常の構造を有するバックライトと比較して、「分光分離型バックライト」と呼ぶことにする。
【００２２】
光源部２１０は、単一色の光を生成する機能を有する。具体的には、光源部２１０は、白色光を分光して、所定の色（例えば、ＲＧＢ）の光を生成し、または、所定の色（例えば、ＲＧＢ）の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、当該所定の色の光を生成する。白色光は、例えば、自然光（太陽光）や白色ランプ、白色ＬＥＤなどによって提供される。
【００２３】
入光部２２０は、光源部２１０によって生成された各色（例えば、ＲＧＢ）の光を線状導光部２３０に導く機能を有する。具体的には、入光部２２０は、光源部２１０によって生成された各色（例えば、ＲＧＢ）の光を、その各色に対応する線状導光路の内部に、全反射可能な角度で入光させる機能を有する。なお、後述するように、線状導光部２３０は、複数の線状導光路によって構成されている。
【００２４】
線状導光部２３０は、光源部２１０によって生成された各色（例えば、ＲＧＢ）に対応する線状構造の導光路（以下「線状導光路」という）を有する。この線状導光路は、全反射を用いて、対応する色の光を一方向に導く機能を有する。後で詳述するように、線状導光路は、互いに光学的に分離されており、例えば、基板上に印刷して形成されている。また、線状導光路は、外部への光照射位置に合わせて配置されている。例えば、線状導光路は、ＬＣＤパネル部３００内の、対応する色の光が透過すべき場所、つまり、対応する色の光透過領域の下に配置されている。この結果、各色の光は、対応する色の光透過領域の真下に導かれる。
【００２５】
法線配光部２４０は、線状導光部２３０によって導光された光をバックライト部２００（つまりＬＣＤパネル部３００）の法線方向に配光し、ＬＣＤパネル部３００内の光透過領域を通過させる機能を有する。後で詳述するように、法線配光部２４０は、線状導光路上に配置された法線配光路を有する。法線配光路は、全反射を繰り返しながら線状導光路の内部を進む光を、所定の目的の方向（ここでは、ＬＣＤパネル部３００内の目的の光透過領域を光が通過するように、バックライト部２００つまりＬＣＤパネル部３００の法線方向）に配光する機能を有する。
【００２６】
集光レンズ部２５０は、集光レンズを用いて、法線配光部２４０から出射された光を、ＬＣＤパネル部３００内の微小な光透過領域（液晶セルなど）を通過させる目的で集光する機能を有する。なお、集光レンズ部２５０は、必ずしも必要不可欠の構成要素ではなく、集光性を必要としない場合、集光レンズ部２５０は不要である。
【００２７】
ＬＣＤパネル部３００は、基本的には、従来のＬＣＤパネル１０（図２１参照）と同様である。ただし、後述するように、本実施の形態に係るＬＣＤパネル部３００は、構造上、従来のＬＣＤパネル１０からカラーフィルタ１４を除去することができる。
【００２８】
次に、バックライト部（分光分離型バックライト）２００の具体的な構造について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２９】
図２は、分光分離型バックライトの構成の一例を示す概略斜視図である。また、図３は、図２に示す分光分離型バックライトを用いた液晶ディスプレイの構造の一例を示す概略断面図であり、図４は、図３のＬＣＤパネル部の表面構造を示す概略平面図である。
【００３０】
図２に示す分光分離型バックライト（以下単に「バックライト」という）２００ａは、光源部２１０として、ＲＧＢの発光ダイオード（ＬＥＤ）２１１を有する。具体的には、バックライト２００ａは、光源部２１０として、赤（Ｒ）のＬＥＤ２１１ａと、緑（Ｇ）のＬＥＤ２１１ｂと、青（Ｂ）のＬＥＤ２１１ｃとを有する。ＲＧＢのＬＥＤ２１１ａ〜２１１ｃから放射された各色の光は、対応する入光路２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃを通って線状導光部２３０に導かれる。
【００３１】
バックライト２００ａは、線状導光部２３０として、複数の線状導光路２３１を有する。線状導光路２３１は、上記のように、全反射を用いて、対応する色の光を一方向に導く機能を有する。赤（Ｒ）のＬＥＤ２１１ａから放射された赤（Ｒ）の光は、入光路２２１ａを通って、赤（Ｒ）用の線状導光路２３１ａに導かれる。緑（Ｇ）のＬＥＤ２１１ｂから放射された緑（Ｇ）の光は、入光路２２１ｂを通って、緑（Ｇ）用の線状導光路２３１ｂに導かれる。青（Ｂ）のＬＥＤ２１１ｃから放射された青（Ｂ）の光は、入光路２２１ｃを通って、青（Ｂ）用の線状導光路２３１ｃに導かれる。複数の線状導光路２３１ａ〜２３１ｃは、互いに光学的に分離されている。
【００３２】
また、バックライト２００ａは、法線配光部２４０として、複数の法線配光路２４１を有する。法線配光路２４１は、上記のように、全反射を繰り返しながら線状導光路２３１の内部を進む光を、所定の目的の方向（ここでは、バックライト２００ａの法線方向）に配光する機能を有する。法線配光路２４１は、線状導光路２３１上に配置されている。赤（Ｒ）用の線状導光路２３１ａの内部を進む赤（Ｒ）の光は、赤（Ｒ）用の法線配光路２４１ａによって配光され、バックライト２００ａの法線方向に出射される。緑（Ｇ）用の線状導光路２３１ｂの内部を進む緑（Ｇ）の光は、緑（Ｇ）用の法線配光路２４１ｂによって配光され、バックライト２００ａの法線方向に出射される。青（Ｂ）用の線状導光路２３１ｃの内部を進む青（Ｂ）の光は、青（Ｂ）用の法線配光路２４１ｃによって配光され、バックライト２００ａの法線方向に出射される。
【００３３】
入光路２２１、線状導光路２３１、および法線配光路２４１は、いずれも、全反射により内部を光が伝播するため、可視光での屈折率が同一であることが理想的である。このため、基本的には、入光路２２１、線状導光路２３１、および法線配光路２４１は、例えば、同一成分の樹脂、好ましくは、紫外線硬化樹脂を用いて形成されている。紫外線硬化樹脂は、一般に、プレポリマー、モノマー、光開始剤、増感剤、着色剤、および各種添加剤をブレンドして構成されている。紫外線硬化樹脂は、紫外線（ＵＶ光）の照射を受けると、光開始剤が紫外線を吸入して光重合反応を開始し、モノマーやプレポリマーをポリマーに転換して網目状の架橋構造を生成する。紫外線硬化樹脂を用いる場合、入光路２２１、線状導光路２３１、および法線配光路２４１と接する周囲の物質（媒質）２７０は、例えば、空気、または窒素などの不活性気体であることが好ましい。ただし、気体の種類はこれに限定されるわけではない。基本的には、気体であれば屈折率は１.０付近であるため、任意の気体を用いることができる。
【００３４】
また、好ましくは、線状導光路２３１は、例えば、透明のシート基板２６０上に印刷により形成され、法線配光路２４１は、線状導光路２３１上に印刷により形成されている。線状導光路２３１および法線配光路２４１は、例えば、入光路２２１を含めて、周知のスクリーン印刷法を用いて形成される。具体的な製造方法の一例は、後で詳述する。
【００３５】
図３および図４は、ＬＣＤパネル３１０の１画素と線状導光路２３１と法線配光路２４１との位置関係を示している。図３および図４に示すように、線状導光路２３１は、外部への光照射位置、具体的には、ＬＣＤパネル３１０内の対応する色の光透過領域３１７の下に線状に伸張して配置されている。例えば、赤（Ｒ）用の線状導光路２３１ａは、直線上に配列された複数の赤（Ｒ）の光透過領域３１７ａの下に配置され、緑（Ｇ）用の線状導光路２３１ｂは、直線上に配列された複数の緑（Ｇ）の光透過領域３１７ｂの下に配置され、青（Ｂ）用の線状導光路２３１ｃは、直線上に配列された複数の青（Ｂ）の光透過領域３１７ｃの下に配置されている。また、線状導光路２３１上の法線配光路２４１も、外部への光照射位置、具体的には、ＬＣＤパネル３１０内の対応する色の光透過領域３１７の下に配置されている。例えば、赤（Ｒ）用の法線配光路２４１ａは、個々の赤（Ｒ）の光透過領域３１７ａの下に配置され、緑（Ｇ）用の法線配光路２４１ｂは、個々の緑（Ｇ）の光透過領域３１７ｂの下に配置され、青（Ｂ）用の法線配光路２４１ｃは、個々の青（Ｂ）の光透過領域３１７ｃの下に配置されている。
【００３６】
この構成により、各色の光は、対応する色の光透過領域３１７の直下に導かれる。例えば、赤（Ｒ）の光は、赤（Ｒ）用の線状導光路２３１ａ内を通り、赤（Ｒ）の光透過領域３１７ａの真下に導かれる。赤（Ｒ）の光透過領域３１７ａの真下に導かれた赤（Ｒ）の光は、赤（Ｒ）用の法線配光路２４１ａにより、バックライト２００ａの法線方向に出射される。バックライト２００ａの法線方向に出射された赤（Ｒ）の光１３０ａは、赤（Ｒ）の光透過領域３１７ａのみを通過し、光非透過領域３１８ならびに緑（Ｇ）および青（Ｂ）の光透過領域３１７ｂ、３１７ｃには出射されない。同様に、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の出射光１３０ｂ、１３０ｃも、対応する色の光透過領域３１７ｂ、３１７ｃのみを通過する。この結果、従来の液晶ディスプレイにおける光エネルギー損失の大きな原因である光非透過領域での光エネルギー損失およびカラーフィルタ透過時の光エネルギー損失を解消することができる。
【００３７】
なお、図３に示すＬＣＤパネル３１０は、図２１に示す従来のＬＣＤパネル１０と同様の基本的構成を有する。具体的には、ＬＣＤパネル３１０は、２枚のガラス基板３１１、３１２の間に液晶セル３１３を規則正しく配列し、かつ、その２枚のガラス基板３１１、３１２の表面にそれぞれ１枚ずつ、計２枚の偏光シート３１５、３１６を貼り付けた構造をしている。ただし、ＬＣＤパネル３１０では、従来のＬＣＤパネル１０で必要なカラーフィルタは不要である。この場合も、各液晶セル３１３は、光の開閉機能を有し、図示しない制御素子（トランジスタなど）によって制御される。３つの液晶セル３１３によって１画素が構成される点は、従来のＬＣＤパネル１０と同じである。
【００３８】
図５は、図３および図４に示す分光分離型バックライトにおける光の伝播原理を説明するための図である。
【００３９】
任意の色のＬＥＤ２１１から放射された光は、対応する入光路２２１を通って、対応する線状導光路２３１に導かれる。入光路２２１から線状導光路２３１に入光した光１１０は、線状導光路２３１の内部を全反射により伝播する。ここで、全反射とは、屈折率界面におけるエネルギー損失のない完璧な反射のことである（反射率＝１００％）。例えば、線状導光路２３１を紫外線硬化樹脂で形成し、周囲の媒質が空気である場合には、後で説明するように、入射光に対して屈折光がなくなる（反射光のみなる）臨界角は、約４２°になる。したがって、線状導光路２３１の内部を全反射により伝播する光１１０は、水平方向から約±４８°（＝９０°−４２°）以内の傾斜角で伝播する。そして、線状導光路２３１内の内部を伝播する光１１０は、このうち、線状導光路２３１と法線配光路２４１との接触面（境界面）２８０で０°から４８°までの傾斜角を持つ光が法線配光路２４１に入光する。線状導光路２３１から法線配光路２４１に入光した光１２０は、法線配光路２４１の内部を全反射により伝播し、最終的に、法線配光路２４１の上面から、バックライト２００ａの法線方向に出射される。すなわち、法線配光路２４１から出射する光１３０は、線状導光路２３１内の光１１０をバックライト２００ａの法線方向に配光したものとなる。
【００４０】
なお、全反射により伝播する光は外部に漏れないため、外部から見ると線状導光路２３１は透明に見える。これは入光路２２１および法線配光路２４１についても同様である。ただし、法線配光路２４１から出射される光１３０は、視認することができる。光の伝達において、外部から見えるということは、光エネルギーの損失を意味する。
【００４１】
図６は、全反射の原理を説明するための図である。
【００４２】
スネルの法則（屈折の法則）によれば、媒質Ａから媒質Ｂへの入射角をθ１、媒質Ａから媒質Ｂへの屈折角をθ３、媒質Ａの絶対屈折率をｎＡ、媒質Ｂの絶対屈折率をｎＢとすると、以下の関係が成り立つ。
ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ３＝ｎＢ／ｎＡ
ここで、絶対屈折率とは、光波における真空に対する物質固有の相対屈折率のことである。屈折が起こる最大の入射角である臨界角（θ３＝９０°となる）では、屈折光がなくなり、反射光のみとなる。上記の公式から、臨界角の大きさは、媒質の屈折率によって定まることがわかる。ｎＡ＞ｎＢで、光が媒質Ａから媒質Ｂに入射するとき、臨界角θｍ（媒質Ａから媒質Ｂへの入射角）は、次のようになる。
ｓｉｎθｍ＝ｓｉｎθｍ／ｓｉｎ９０°＝ｎＢ／ｎＡ
したがって、媒質Ａから媒質Ｂへの入射角θ１について、
θ１＞θｍ
という関係を満たすことが、全反射の起こる条件となる。なお、反射の法則によれば、境界面（反射面）で反射する光の入射角θ１と反射角θ２は等しい（θ１＝θ２）。
【００４３】
例えば、媒質Ａを紫外線硬化樹脂、媒質Ｂを空気とすると、紫外線硬化樹脂の絶対屈折率は約１.５、空気の絶対屈折率は約１.０であるため、臨界角θｍは、ｓｉｎθｍ＝１.０／１.５から、θｍ＝４１.８１０３°となり、約４２°となる。したがって、この臨界角（約４２°）以上で入射する光、つまり、境界面に対して約４８°以下の角度で入射する光は、すべて反射光となる（全反射）。
【００４４】
本実施の形態は、このような全反射の原理、具体的には、例えば、紫外線硬化樹脂から空気へ光が入射する場合に、水平角約±４８°以内で入射する光はすべて境界面で全反射され進行方向に伝播するという原理を、平面上に印刷した導光路での光の伝播に利用したものである。
【００４５】
通常、線状導光路２３１を伝播する光は、導光路を形成する材料と不純物により吸収と散乱が起こり、徐々に減衰する。減衰の要因には、光が伝播する媒質の光学特性や、導光路の表面均一性などの要因もある。例えば、紫外線硬化樹脂では、伝播光の強度は、１ｍ当たり１０％程度減衰する。そのため、光源からの距離に比例して伝播光の強度が減衰する。そして、伝播光の減衰特性に応じて、バックライトから出射される光の輝度が変化する。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、例えば、線状導光路２３１と法線配光路２４１との接触面積（接触面２８０の面積）を変化させて、減衰特性による輝度変化を解消するようにしている。すなわち、上記のように、線状導光路２３１を伝播する光１１０は、その一部が、線状導光路２３１と法線配光路２４１との接触面２８０から法線配光路２４１に入光する。法線配光路２４１に入光する光の光量は、接触面２８０の面積に比例する。したがって、これを利用して、接触面２８０の面積を調整することにより、上記の輝度差を解消することができる。具体的には、接触面２８０から法線配光路２４１に入光する光の光量がすべての接触面２８０で等しくなるように接触面２８０の面積を調整する。例えば、線状導光路２３１を伝播する光の減衰特性に応じて、光源からの距離が大きくなるほど、接触面２８０の面積を大きくする。
【００４７】
次に、入光路２２１について、さらに詳しく説明する。
【００４８】
図７は、本実施の形態におけるＲＧＢのＬＥＤを用いた分光分離型バックライトの要部を示す概略平面図である。また、図８は、本実施の形態におけるＲＧＢのＬＥＤを用いた分光分離型バックライトの要部を示す概略断面図である。図８（Ａ）は、ＬＥＤの高さが線状導光路の高さよりも高い場合であり、図８（Ｂ）は、ＬＥＤの高さが線状導光路の高さよりも低い場合である。
【００４９】
入光路２２１は、入光部２２０として、上記のように、ＲＧＢのＬＥＤ２１１の光が、対応する線状導光路２３１の内部で全反射するように、ＬＥＤ２１１から線状導光路２３１に入光する光線（ビーム）の角度を調整する機能を有する。
【００５０】
具体的には、ＲＧＢのＬＥＤ２１１から放射される光の放射角度分布は、ＬＥＤの形状に大きく依存する。しかし、近年では、ＬＥＤの放射角度分布は、±３０°程度に収まっている。入光路２２１の機能は、ＬＥＤ２１１の光を水平角約±４８°以内で線状導光路２３１に導くことである。しかし、通常、ＬＥＤ２１１の形状と線状導光路２３１の入口（入光面）の形状は相違している。よって、入光路２２１は、その相違に応じて、ＬＥＤ２１１からの光を線状導光路２３１に効果的に導く形状を持っている。入光路２２１の具体的な形状は、全反射を前提とした幾何光学によるシミュレーションによって決定されるが、さらに、ＬＥＤ２１１の放射角度分布も考慮することが必要である。入光路２２１の形状の具体例は、例えば、図７および図８に示す通りである。なお、入光路２２１の形状を決定するとき、光の屈折は考慮する必要がないため、色ごとに個別の調整を行う必要はない。
【００５１】
次に、法線配光路２４１について、さらに詳しく説明する。
【００５２】
図９は、法線配光路の形状の具体例を示す概略断面図である。特に、図９（Ａ）は、最も簡単な構成例を示し、図９（Ｂ）は、理想的な形状を有する構成例を示し、図９（Ｃ）は、両者の中間レベルの構成例を示している。
【００５３】
法線配光路２４１は、上記のように、全反射を繰り返しながら線状導光路２３１の内部を進む光を、所定の目的の方向（ここでは、ＬＣＤパネル部３００内の目的の光透過領域３１７を光が通過するように、バックライト２００ａの法線方向）に配光する機能を有する。法線配光路２４１による法線方向への配光の原理については、後で詳述するが、図９（Ａ）に示す法線配光路２４２は、最も簡単な構成（形状）を有する場合である。具体的には、法線配光路２４２は、線状導光路２３１内の光伝播方向に対して、例えば、前方の反射面が傾き４５°のみの１段階に、後方の反射面が傾き３０°のみの１段階にそれぞれ形成されている。
【００５４】
ここで、後方の反射面の角度は、次のように決定することができる。まず、後方の反射面の傾きは、４８°未満でなければならない。４８°以上の角度では、線状導光路２３１の伝播光は、後方の反射面に照射されないためである。例えば、上記のように傾きが３０°の場合、進行角４８°の光は、後方の反射面で反射されて１２°の方向に進み、さらに、前方の反射面で反射されて７８°の方向に進む。すなわち、進行角４８°の光は、２回の反射で進行方向が７８°の方向に変化する。後方の反射面の最適な角度は、線状導光路２３１の伝播光の角度分布に依存する。しかし、あまり角度を小さくすると、法線配光路２４１の高さが低くなりすぎて、光量の調整が困難になる。そこで、現実的には、２０°〜３０°付近の角度が好ましい。
【００５５】
図９（Ｂ）に示す法線配光路２４３は、理想的な形状を有する場合である。理想的な形状は、放物線である。現実には、法線配光路２４３に入光する光の開始点は開口部（ここでは接触面２８０）のライン上に分布するため、開口部（接触面２８０）の中点を仮想光源として法線配光路２４３の形状を設計することが実際的である。図９（Ｂ）に示す例において、法線配光路２４３は、例えば、線状導光路２３１内の光伝播方向に対して、例えば、前方の反射面が順次傾き４５°、５５°、…と変化する多段階に、後方の反射面が順次傾き６０°、…と変化する多段階にそれぞれ形成されている。すなわち、図９（Ｂ）に示す法線配光路２４３では、放物線を近似する形状として、前方の反射面および後方の反射面をそれぞれ多段階で形成している。
【００５６】
ここで、法線配光路２４３の理想的な形状が放物線である理由は、次の通りである。図１０（Ａ）に示すように、曲線Ｃが点Ｆを焦点とする放物線である場合、焦点Ｆから出た光は、曲線Ｃで反射されると、すべての光が法線方向に反射される。すなわち、放物線の焦点から出る点光源の光は、法線方向に反射される。この原理を本実施の形態に適用すると、次のようになる。図１０（Ｂ）に示すように、放物線Ｃの焦点Ｆを開口部（接触面２８０）の中点に置いた場合を考える。この場合、焦点Ｆの位置から出た光１２１は、上記の原理により法線方向に反射される。これに対し、開口部（接触面２８０）のライン上ではあるが焦点Ｆではない位置から出た光１２１、１２３は、法線方向からずれて反射される。したがって、放物線Ｃの焦点Ｆの位置に微小な接触面２８０を持つように法線配光路２４３の設計を行えば、法線配光路２４３から出射される光１３０は、ほとんど法線方向に出射されることになる。すなわち、法線配光路２４３の形状を放物線とした場合、線状導光路２３１と法線配光路２４３との接触面２８０が小さくなるほど法線方向の角度の分散が小さくなる。なお、この場合、微小な接触面２８０以外の部分は、光が透過しないようにマスクする必要がある。
【００５７】
図９（Ｃ）に示す法線配光路２４４は、図９（Ａ）の法線配光路２４２と図９（Ｂ）の法線配光路２４３の間の中間レベルの構成例であり、図９（Ｂ）の法線配光路２４３に比べて比較的容易に実現できる形状である。具体的には、法線配光路２４４は、線状導光路２３１内の光伝播方向に対して、例えば、前方の反射面が傾き４５°と６０°の２段階に、後方の反射面が傾き２０°と９０°の２段階にそれぞれ形成されている。
【００５８】
法線配光路２４１からの出射光の角度分布は、法線配光路２４１の形状によって異なる。すなわち、上記各法線配光路２４２〜２４４は、互いに、出射光の角度分布が異なる。
【００５９】
なお、上記のように法線配光路２４１は微細な立体構造を有するため、法線配光路２４１の上面を保護するために、保護シート２４５を設けることが好ましい。保護シート２４５は、例えば、数十ミクロン（μｍ）程度の厚さを持つ透明な樹脂シートである。また、
保護シート２４５は、例えば、法線配光路２４１を形成する工程とは別の工程で、紫外線硬化樹脂を用いて形成することも可能である。
【００６０】
ここで、法線配光路２４１による法線方向への配光の原理について、図面を用いて説明する。図１１は、線状導光路を伝播する光の角度分布を示す図である。図１２は、法線配光路による法線方向への配光の原理を説明するための図である。
【００６１】
上記のように、線状導光路２３１の伝播光１１０は、水平方向に対して±４８°以内の傾きであれば、全反射して一部が法線配光路２４１に入光し、法線配光路２４１からバックライト２００ａの法線方向に出射される。このとき、線状導光路２３１の伝播光１１０は、図１１に示すように、±４８°の角度範囲においてガウス分布に近い光強度の分布を有する。図１２では、便宜上、４５°としている。このような分布を持つ線状導光路２３１の伝播光１１０は、線状導光路２３１と法線配光路２４１との接触面（境界面）２８０で、その一部（つまり、０°から４８°までの傾斜角を持つ光）が法線配光路２４１に入光する。このとき、上記のように、入光する光の光量は、接触面２８０の面積に比例する。線状導光路２３１から法線配光路２４１に入光した光１２０は、法線配光路２４１の内部を全反射により伝播し、最終的に、法線配光路２４１の上面から、バックライト２００ａの法線方向に出射される。すなわち、法線配光路２４１から出射する光１３０は、線状導光路２３１内の光１１０をバックライト２００ａの法線方向に配光したものとなる。このとき、最も簡単な構成において、法線配光路２４１の形状、例えば、線状導光路２３１内の光伝播方向に対する前方の反射面の傾斜角は、線状導光路２３１の伝播光１１０の角度分布を考慮して、４８°以下の最適な角度を決定すればよい。図１２の例では、４５°としている。
【００６２】
法線配光路２４１の形状は、法線配光路２４１内の伝播光１２０の効率を考慮して、さらに複雑な形状にすることが考えられる。この具体例が、上記した図９（Ｂ）および図９（Ｃ）に示す形状である。特に、図９（Ｂ）は、より多くの光を法線方向に反射させることを考えると、放物線形状になることを示している。
【００６３】
さらに、図１３を用いて、法線配光路２４１の形状の決め方（設計思想、基準）について説明する。
【００６４】
まず、図１３（Ａ）において、線状導光路２３１の伝播光１１０は、進行角度分布が±４８°であり、そのうち、０°〜４８°の光が法線配光路２４１に入光する。ここでは、この光の進行方向を法線方向に変化させることを考える。伝播光１１０の角度分布を考慮すると、上記のように、０°付近の光強度が最大である（図１１参照）。したがって、進行角が０°の光を全反射により法線方向（９０°の方向）に変化させるためには、その光が、進行方向に対して４５°の傾斜角を持つ反射面に入射する必要がある。このとき、進行角θの伝播光は、上記４５°の傾斜角を持つ反射面によって（９０°−θ）の方向に伝播方向が変化する。このとき、法線方向に出射される光１３０の角度分布は、４２°〜９０°の範囲になる。実際の出射角は、屈折の法則により、例えば、２０°の角度を持つ伝播光は３０°方向に出射される。実際の出射光は、０°から９０°の範囲に分布する。ただし、実際の伝播光１１０において、角度０°の伝播光に対する反射面の断面積は小さいため、全出射光に対する角度０°の伝播光の寄与率は最大でなく、角度１５°程度の伝播光の寄与率が最大であると考えられる。
【００６５】
このように、実際の伝播光１１０において、角度０°の伝播光に対する反射面の断面積は小さく、全出射光に対する角度０°の伝播光の寄与率は最大でない。伝播光１１０の角度分布に依存するものの、全出射光に対する寄与率は、角度１５°程度の伝播光が最大であると考えられる。この角度の伝播光を法線方向（９０°の方向）に反射させるためには、次の計算式から、
２＊α−θ＝９０°
θ＝１５°
∴α＝５２.５°
となる。現実には、チューニングパラメータではあるが、出射光の法線方向の対称性を考慮して、９５°程度に反射するように反射面の角度を考慮すると、
２＊α−θ°＝９５°
θ＝１５°
∴α＝５５°
となる。したがって、図１３（Ｂ）に示すように、図１３（Ａ）に示す上記の単一角度反射面よりも、この２段傾斜角反射面のほうが、より一層効率的に、線状導光路２３１の伝播光１１０を法線方向に出射することができる。なお、この場合、法線配光路２４１の上面から出射される角度は、屈折の法則により、
１.５＊ｓｉｎ（５°）＝１.０＊ｓｉｎ（θ）
∴θ＝７.５°
となるため、９７.５°の方向に出射される。
【００６６】
次に、線状導光路２３１および法線配光路２４１の製造方法について、図面を用いて説明する。図１４は、線状導光路２３１の製造方法の一例を示す工程別断面図である。また、図１５は、法線配光路２４１の製造方法の一例を示す工程別断面図である。なお、ここでは、簡単化のため、法線配光路２４１として、図９（Ａ）に示す最も簡単な構成（形状）を有する法線配光路２４２を製造する場合を例とって説明する。また、ここでは、一例として、例えば、スクリーン印刷を利用して、線状導光路２３１および法線配光路２４１を製造する場合について説明する。
【００６７】
まず、図１４を用いて、スクリーン印刷により透明のシート基板２６０上に線状導光路２３１を形成（印刷）する場合について説明する。
【００６８】
まず、図１４（Ａ）に示すように、線状導光路２３１のパターンを形成するためのアルミニウム箔シート２９０を用意し、この線状導光路パターン用アルミニウム箔シート２９０に紫外線透過パターン部（切り抜き部）２９１を形成する。具体的には、例えば、ＹＡＧレーザ刻印機により、線状導光路２３１のパターン形状に合わせて線状導光路パターン用アルミニウム箔シート２９０を切り抜く。線状導光路パターン用アルミニウム箔シート２９０は、好ましくは、その厚さを無視できる程度の厚さ、例えば、数十ミクロン（μｍ）程度の厚さを有する。
【００６９】
そして、図１４（Ｂ）に示すように、シート基板２６０上に図１４（Ａ）の線状導光路パターン用アルミニウム箔シート２９０を設置した後、線状導光路パターン用アルミニウム箔シート２９０の切り抜き部２９１に液状の紫外線硬化樹脂２９２を充填塗布する。
【００７０】
そして、図１４（Ｃ）に示すように、法線方向から紫外線（ＵＶ光）を照射する。これにより、切り抜き部２９１内の紫外線硬化樹脂２９２は、硬化して、線状導光路２３１のパターンが形成される。
【００７１】
そして、図１４（Ｄ）に示すように、シート基板２６０上の線状導光路パターン用アルミニウム箔シート２９０を除去する。これにより、シート基板２６０上に線状導光路２３１のパターンが印刷される。
【００７２】
次に、図１５を用いて、スクリーン印刷により線状導光路２３１上に法線配光路２４１を形成（印刷）する場合について説明する。
【００７３】
まず、図１５（Ａ）に示すように、法線配光路２４１のパターンを形成するためのアルミニウム箔シート２９５を用意し、この法線配光路パターン用アルミニウム箔シート２９５に紫外線透過パターン部（切り抜き部）２９６を形成する。具体的には、例えば、ＹＡＧレーザ刻印機により、法線配光路２４１のパターン形状に合わせて法線配光路パターン用アルミニウム箔シート２９５を切り抜く。法線配光路パターン用アルミニウム箔シート２９５は、好ましくは、その厚さを無視できる程度の厚さ、例えば、数十ミクロン（μｍ）程度の厚さを有する。
【００７４】
そして、図１５（Ｂ）に示すように、線状導光路２３１のパターンが印刷されたシート基板２６０上に、液状の紫外線硬化樹脂２９７を所定の厚さで充填塗布する。このとき、液状の紫外線硬化樹脂２９７上には、図１５（Ａ）の法線配光路パターン用アルミニウム箔シート２９５が設置されている。その後、この状態において、例えば、法線方向から６０°傾斜した方向から、法線配光路パターン用アルミニウム箔シート２９５の裏面の製造用透明基板シート２９８に向けて、紫外線（ＵＶ光）を照射する。この紫外線は、切り抜き部２９６を通過して液状の紫外線硬化樹脂２９７に到達する。これにより、液状の紫外線硬化樹脂２９７は、紫外線が照射された部分２４１ａのみが硬化する。
【００７５】
そして、図１５（Ｃ）に示すように、今度は、紫外線の照射角度を変えて、例えば、法線方向から４５°傾斜した方向から、同じく法線配光路パターン用アルミニウム箔シート２９５の裏面の製造用透明基板シート２９８に向けて、紫外線（ＵＶ光）を照射する。この紫外線は、切り抜き部２９６を通過して別の領域の液状の紫外線硬化樹脂２９７に到達する。これにより、最終的に、法線配光路２４１のパターンに相当する部分の紫外線硬化樹脂２９７が硬化して、法線配光路２４１のパターンが形成される。
【００７６】
そして、図１５（Ｄ）に示すように、法線配光路パターン用アルミニウム箔シート２９５を除去し、さらに、非硬化樹脂、つまり、残存する液状の紫外線硬化樹脂２９７を洗浄して除去する。これにより、線状導光路２３１のパターン上に法線配光路２４１のパターンが印刷される。
【００７７】
なお、紫外線硬化樹脂を用いた印刷方法として、上記したスクリーン印刷技術のほかに、インクジェット印刷技術やオフセット印刷技術などを利用することもできる。すなわち、紫外線の照射角度を複数回変えて硬化させることによりシート上に微細な立体構造を形成することができる印刷技術であれば、どのような印刷技術を利用してもよい。印刷技術を用いた場合には、安価に大量に製造できるという利点があるが、それ以外にも、例えば、ＬＳＩなどの製造に用いられるフォトリソグラフィーやスパッタリング、エッチングなどの技術を用いて、線状導光部を製造できるという利点がある。また、特に線状導光路２３１の形成方法については、上記の印刷技術のほかに、一般的なプラスチック成型技術を利用することも可能である。
【００７８】
このように、本実施の形態によれば、線状導光路２３１および法線配光路２４１を設けて光源部２１０からの光を色ごとに法線方向（所望の方向）に配光できるようにしたため、光エネルギーの利用効率を大幅に向上することができる。
【００７９】
特に、液晶ディスプレイ用のバックライトに適用した場合には、従来の液晶ディスプレイにおける光エネルギー損失の大きな原因である光非透過領域での光エネルギー損失およびカラーフィルタ透過時の光エネルギー損失を解消することができ、光エネルギーの利用効率を、理論値である約５０％（偏光シートによる光エネルギー損失のみ）にすることができる。これは、例えば、プリズムシートを用いた場合と比較しても、約６倍の効率向上である。すなわち、バックライト部２００の光源部２１０の光エネルギーを最も効率的に液晶ディスプレイの表面を通過させることができ、偏光シートによるエネルギー損失である５０％の損失以外の損失のない、理想的なバックライトを実現することができる。
【００８０】
また、既存の液晶ディスプレイのカラーフィルタを除去することができ、液晶ディスプレイのコストの削減とさらなるエネルギー効率の向上を図ることができる。
【００８１】
また、光エネルギーの利用効率の向上に伴い、例えば、より少ない数のＬＥＤで一定の輝度を確保することができ、バックライトに使用するＬＥＤの数を抑制することができる。この結果、消費電力の低減や放熱の問題の解消も図ることができる。
【００８２】
（実施の形態２）
実施の形態２は、集光レンズ部２５０を有する場合である。
【００８３】
図１６は、本発明の実施の形態２に係る配光装置を用いたバックライト装置（分光分離型バックライト）を用いた液晶ディスプレイの構造の一例を示す概略断面図である。なお、この液晶ディスプレイ１００ｂは、図３に示す実施の形態１に対応する液晶ディスプレイ１００ａと同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８４】
本実施の形態では、ＬＣＤパネル３１０としてＴＦＴパネル３１０ａが使用されており、ＲＧＢの光透過領域３１７ａ〜３１７ｃにＲＧＢのカラーフィルタ３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃがそれぞれ設けられている。また、この例では、ＴＦＴパネル３１０ａのガラス基板３１１の厚さが５００ミクロン（μｍ）程度であるのに対し、ＲＧＢの光透過領域３１７ａ〜３１７ｃがそれぞれ１００ミクロン（μｍ）程度になっている。そのため、法線配光路２４１から出射された光を、集光レンズ２５１で集光して光透過領域３１７を通過させるようにしている。具体的には、赤（Ｒ）用の法線配光路２４１ａから出射された赤（Ｒ）の光は、集光レンズ２５１ａで集光して赤（Ｒ）の光透過領域３１７ａを通過させる。また、緑（Ｇ）用の法線配光路２４１ｂから出射された緑（Ｇ）の光は、集光レンズ２５１ｂで集光して緑（Ｇ）の光透過領域３１７ｂを通過させる。また、青（Ｂ）用の法線配光路２４１ｃから出射された青（Ｂ）の光は、集光レンズ２５１ｃで集光して青（Ｂ）の光透過領域３１７ｃを通過させる。この結果、微小な光透過領域を持つＬＣＤパネル３１０（ＴＦＴパネル３１０ａ）の光利用効率をさらに向上することができる。なお、図１６において、符号「４００」は拡散シートである。
【００８５】
集光レンズ２５１は、紫外線硬化樹脂をインクとして使用したインクジェット印刷技術を用いて、例えば、偏光シート３１５上に、レンズ形状に印刷することができる。また、集光レンズ２５１の製造方法は、インクジェット印刷技術に限定されるわけではなく、任意の適当な製造方法を適用することができる。例えば、スクリーン印刷技術やプラスチック成形技術、光成形技術なども適用可能である。
【００８６】
このように、本実施の形態によれば、集光レンズ２５１ｃを設けて法線配光路２４１からの出射光を集光させるため、微細な光透過領域を通過させることができる。この結果、例えば、微小な光透過領域を持つＬＣＤパネル３１０（ＴＦＴパネル３１０ａ）の光利用効率をさらに向上することができる。
【００８７】
（実施の形態３）
実施の形態３は、光源部２１０が白色光源を有する場合である。すなわち、本実施の形態は、光源部２１０が、白色光を分光して、所定の色（例えば、ＲＧＢ）の光を生成する場合である。
【００８８】
図１７は、本発明の実施の形態３に係る配光装置を用いたバックライト装置（分光分離型バックライト）を用いた液晶ディスプレイの構造の一例を示す概略断面図である。また、図１８は、図１７のバックライト装置（分光分離型バックライト）の要部を示す概略断面図である。なお、この液晶ディスプレイ１００ｃは、図１６に示す実施の形態２に対応する液晶ディスプレイ１００ｂと同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態では、白色光源２１２から放射された白色光１４０を入光部５００に導く。入光部５００は、白色光源２１２からの白色光１４０をシート状に配光し、分岐し、分岐後の白色光をプリズムによりＲＧＢの各色に分光し、各色に対応する線状導光部２３１ａ〜２３１ｃに入光させる機能を有する。そのため、入光部５００は、白色光配光部５１０、集光レンズ部５２０、光整形／分光部５３０、および配光部５４０で構成されている。なお、図１７では、便宜上、簡単化のため、線状導光路２３１と法線配光路２４１をまとめて符号「２３５」で示している。また、白色光１４０は、太陽光であってもよい。
【００９０】
白色光配光部５１０は、白色光１４０を全反射を利用して伝播させる。集光レンズ部５２０は、白色光配光部５１０を伝播する白色光１４０の一部を分岐し、かつ、分岐した光を光整形／分光部５３０の光整形部（非球面凹レンズ）５３１に焦点を結ぶように集光する。集光レンズ部５２０は、放物線の形状を有する部分５２１と、非球面凸レンズ５２２とで構成されている。光整形／分光部５３０の光整形部（非球面凹レンズ）５３１は、集光レンズ部５２０からの光を、平行光の小さな光線（ビーム）に変換して光整形／分光部５３０の分光部５３２に送る。光整形／分光部５３０の分光部５３２は、平行光の光線を分光プリズムによりＲＧＢのスペクトルに分解する。配光部５４０ａ〜５４０ｃは、分解された各色の光を、対応する線状導光路２３１ａ〜２３１ｃに導光する。
【００９１】
このような微小光学系は、従来の立体形状のレンズやプリズムなどで構成することは困難であるが、スクリーン印刷などの印刷技術を利用して平面状に構成することにより、容易に実現することができる。
【００９２】
このように、本実施の形態によれば、白色光を利用するため、太陽光などの周辺光を利用することが可能になり、電気エネルギーを使用しない配光装置やバックライトを提供することが可能になる。
【００９３】
なお、本実施の形態には、いくつか変形例が考えられる。
【００９４】
図１９および図２０は、その変形例の一例を示す図である。なお、図１９および図２０の液晶ディスプレイ１００ｄは、図１７および図１８に示す液晶ディスプレイ１００ｃと同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９５】
この変形例では、入光部６００を構成する集光レンズ部６１０の構造が相違している。この構造では、白色光配光部５１０ａ内を配光される白色光１４０は、集光レンズ部６１０で反射作用により集光されるため、集光レンズ部６１０には、白色光１４０を曲面上で鏡面反射する処理が施されている。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る配光装置およびこれを用いたバックライト装置は、光エネルギーの利用効率を大幅に向上することができる配光装置およびバックライト装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る配光装置を用いたバックライト装置を含む液晶ディスプレイの概略構成を示すブロック図
【図２】本実施の形態における分光分離型バックライトの構成の一例を示す概略斜視図
【図３】図２に示す分光分離型バックライトを用いた液晶ディスプレイの構造の一例を示す概略断面図
【図４】図３のＬＣＤパネル部の表面構造を示す概略平面図
【図５】図３および図４に示す分光分離型バックライトにおける光の伝播原理を説明するための図
【図６】全反射の原理を説明するための図
【図７】本実施の形態におけるＲＧＢのＬＥＤを用いた分光分離型バックライトの要部を示す概略平面図
【図８】本実施の形態におけるＲＧＢのＬＥＤを用いた分光分離型バックライトの要部を示す概略断面図であり、（Ａ）は、ＬＥＤの高さが線状導光路の高さよりも高い場合を示す図、（Ｂ）は、ＬＥＤの高さが線状導光路の高さよりも低い場合を示す図
【図９】本実施の形態における法線配光路の形状の具体例を示す概略断面図であり、（Ａ）は、最も簡単な構成例を示す図、（Ｂ）は、理想的な形状を有する構成例を示す図、（Ｃ）は、両者の中間レベルの構成例を示す図
【図１０】（Ａ）は、放物線の形状が理想的である理由を説明するための図、（Ｂ）は、その原理を本実施の形態に適用した場合を説明するための図
【図１１】線状導光路を伝播する光の角度分布を示す図
【図１２】法線配光路による法線方向への配光の原理を説明するための図
【図１３】法線配光路の形状の決め方を説明するための図
【図１４】線状導光路の製造方法の一例を示す工程別断面図
【図１５】法線配光路の製造方法の一例を示す工程別断面図
【図１６】本発明の実施の形態２に係る配光装置を用いたバックライト装置（分光分離型バックライト）を用いた液晶ディスプレイの構造の一例を示す概略断面図
【図１７】本発明の実施の形態３に係る配光装置を用いたバックライト装置（分光分離型バックライト）を用いた液晶ディスプレイの構造の一例を示す概略断面図
【図１８】図１７のバックライト装置（分光分離型バックライト）の要部を示す概略断面図
【図１９】図１７のバックライト装置（分光分離型バックライト）の一変形例を示す概略断面図
【図２０】図１９のバックライト装置（分光分離型バックライト）の要部を示す概略断面図
【図２１】従来の液晶ディスプレイの一般的な構造を示す概略断面図
【図２２】図２１のＬＣＤパネルの表面構造を示す概略平面図
【符号の説明】
【００９８】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ  液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
１１０、１２０  伝播光
１３０  出射光
１４０  白色光
２００  バックライト部
２００ａ  分光分離型バックライト
２１０  光源部
２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ  ＬＥＤ
２１２  白色光源
２２０、５００、６００  入光部
２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ  入光路
２３０  線状導光部
２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ  線状導光路
２４０  法線配光部
２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４２、２４３、２４４  法線配光路
２５０  集光レンズ部
２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ  集光レンズ
２６０  シート基板
２７０  空気
２８０  接触面
３００  ＬＣＤパネル部
３１０  ＬＣＤパネル
３１１、３１２  ガラス基板
３１３  液晶セル
３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ  カラーフィルタ
３１５、３１６  偏光シート
３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃ  光透過領域
３１８  光非透過領域
４００  拡散シート
５１０、５１０ａ  白色光配光部
５２０、６１０  集光レンズ部
５２１  放物線形状部
５２２  非球面凸レンズ
５３０  光整形／分光部
５３１  光整形部（非球面凹レンズ）
５３２  分光部
５４０ａ、５４０ｂ、５４０ｃ  配光部
【図１】
0005254583.tif 000002
【図２】
0005254583.tif 000003
【図３】
0005254583.tif 000004
【図４】
0005254583.tif 000005
【図５】
0005254583.tif 000006
【図６】
0005254583.tif 000007
【図７】
0005254583.tif 000008
【図８】
0005254583.tif 000009
【図９】
0005254583.tif 000010
【図１０】
0005254583.tif 000011
【図１１】
0005254583.tif 000012
【図１２】
0005254583.tif 000013
【図１３】
0005254583.tif 000014
【図１４】
0005254583.tif 000015
【図１５】
0005254583.tif 000016
【図１６】
0005254583.tif 000017
【図１７】
0005254583.tif 000018
【図１８】
0005254583.tif 000019
【図１９】
0005254583.tif 000020
【図２０】
0005254583.tif 000021
【図２１】
0005254583.tif 000022
【図２２】
0005254583.tif 000023