JP2005019066A - 導光体、照明装置、およびカラー画像表示体 - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの光を波長帯域毎に効率良く分配し、それぞれ独立に取り扱えるようにすることによって、光の利用効率の向上を図ることが可能な導光体を提供すること。
【解決手段】本発明の導光体によれば、入射光Ａを予め定めた波長帯域に応じて複数の成分光に分光する分光素子１４と、複数の波長帯域の成分光に対応してそれぞれ設けられ、対応する波長帯域の成分光を偏向させる複数の偏向素子１６と、各偏向素子１６に対応してそれぞれ設けられ、対応する偏向素子１６によって偏向された成分光をその内部に導光させる複数の導光素子１８とを備えている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面的に光を導光させ、平面照明光源用として好適な導光体、その導光体から照明光を射出するようにした照明装置、およびこの照明光によって照明されてなる画像表示体に係り、特に空間的に適切に色を分布させ、カラー画像を表示することに適用される導光体、照明装置、および画像表示体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
照明装置を備えるディスプレイのうち、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）の普及が顕著であり、表示光を生成するための光源（バックライトやエッジライト）からの照明光を、表示画面に導く導光体を備えるタイプのものの普及も著しい。液晶ディスプレイによってフルカラー表示する場合、カラーフィルターと併用する構成が一般的である。このとき、ＬＣＤパネルの背面光源用光学部材としての導光体は、典型的には１〜数ｍｍの厚さの透明樹脂で形成されている。
【０００３】
このような液晶ディスプレイを照明する照明装置には、様々なタイプのものがある。１つは、表示画面の背面（観察者と反対側）から、直接表示画面を照明するバックライト方式の照明装置である。また、表示画面の外（側面など）に配置された光源からの照明光を、表示画面の背面に配置された導光体を経由させた上で表示画面を照明するエッジライト方式の照明装置もある。
【０００４】
液晶ディスプレイの照明装置としては、エッジライト方式の照明装置が多く用いられている。また、導光体としては、例えば本明細書の出願人が提案しているように、図２１に示すように、基板６０上に配置されポリマー等の透光性材料からなる導光路６２と、基板６０の側面端部に設けられた冷陰極管等からなる光源６４と、導光路６２を保護するために導光路６２を基板６０と一体化して固定するポリマー等からなるクラッド材６６とによって構成された導光体６８が用いられている。導光路６２の表面には、複数の光射出口７０が設けられており、光源６４から発せられ導光路６２によって導かれた光は、この光射出口７０から射出されることによって、導光体６８の上方に備えられる図示していない表示画面を照明するようにしている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１５５４３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の導光体では、以下のような問題がある。
【０００７】
すなわち、従来の導光体では、入射光を効率良く取り入れることも、光源からの光を波長帯域毎に効率良く分配しそれぞれ独立に取り扱うことも容易ではない。特に波長帯域の選択のためにカラーフィルターを利用した場合、白色の入射光に対する光の利用効率が極めて低い。このため、カラー画像が複数色からなるパターン表示などに際して明るい表示を実現することが困難であるという問題がある。
【０００８】
したがって、入射光を導光体に取り入れる効率を低下させないためにも、導光体の厚みを薄くすることができず、このような導光体を用いた製品である照明装置やカラー画像表示体もまた、導光体の厚みがネックとなって薄膜化や軽量化が制限され、製造上および流通上のコストを押し上げる要因となっているという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、光源からの光を波長帯域毎に効率良く分配し、それぞれ独立に取り扱えるようにすることによって、空間的に適切に色を分布させた導光体において、光の利用効率の向上を図ることが可能な導光体を提供することにある。
【００１０】
また、その第２の目的は、このような導光体を用いることによって、光の利用効率が高く、薄膜化や軽量化を図ることが可能な照明装置およびカラー画像表示体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１２】
すなわち、請求項１の発明の導光体は、上記第１の目的を達成するために、入射光を予め定めた波長帯域に応じて複数の成分光に分光する分光素子と、複数の波長帯域の成分光に対応してそれぞれ設けられ、対応する波長帯域の成分光を偏向させる複数の偏向素子と、各偏向素子に対応してそれぞれ設けられ、対応する偏向素子によって偏向された成分光をその内部に導光させる複数の導光素子とを備えている。
【００１３】
従って、請求項１の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、入射光が分光素子に入射し、分光素子により分光された複数の成分光が各導光素子を導光する際に、各成分光が偏向素子によって波長帯域に応じた導光素子へと分配される。
【００１４】
このようにして、各導光素子内に、それぞれ予め定めた波長帯域の成分光を導光させることが可能となり、損失が極めて少ない状態で入射光を導光素子に分配することが可能となる。
【００１５】
また、偏向素子により偏向された各成分光を、導光素子内において臨界角度以上にすることも容易であり、異なる波長帯域の成分光同士の混合を防ぎつつ、高い光の利用効率を実現することができる。
【００１６】
更に、このように極めてシンプルな構成により導光体を安価でかつ簡便に実現でき、軽く薄い導光体を構成することが可能となる。
【００１７】
請求項２の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１の発明の導光体において、偏向素子が偏向させる成分光の波長帯域に応じて、この偏向素子の大きさ、およびこの偏向素子と分光素子との相対位置を決定する。
【００１８】
従って、請求項２の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、極めて簡便に、かつ正確に波長帯域を選択できる。また、要求される波長帯域が複雑な分布の場合でも、偏向素子の空間的分布や形状などにより、局所的な偏向効率、すなわち成分光に変換する割合を適宜設計することができる。
【００１９】
請求項３の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１または請求項２の発明の導光体において、分光素子として、入射光をその波長帯域に応じて赤成分光、緑成分光、および青成分光の各成分光に分光し、複数の偏向素子は、赤成分光を偏向させる赤成分光偏向素子と、緑成分光を偏向させる緑成分光偏向素子と、青成分光を偏向させる青成分光偏向素子とからなる組を少なくとも１つ備えている。
【００２０】
従って、請求項３の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、カラーフィルターを使わずに、従来のカラーフィルター用照明装置に適用されている導光体と同様の作用を実現できると共に、極めて高い光利用効率を実現することができる。
【００２１】
請求項４の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１乃至３のうち何れか１項の発明の導光体において、各導光素子の周囲に、導光素子よりも屈折率の小さい物質を備えている。
【００２２】
従って、請求項４の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、屈折率の差による全反射を利用して、極めて損失の少ない導光条件を簡便に実現することができる。特にこの物質を空気とする場合、一般的な樹脂（屈折率１．５前後）を導光素子の材料としても、大きな屈折率差を実現できるため全反射条件が緩くなり、効率の良い導光が容易に行えると共に、非常に安価に製造することができる。
【００２３】
請求項５の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明の導光体において、少なくとも分光素子および各偏向素子のうちの何れかを回折素子としている。
【００２４】
従って、請求項５の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、極めて薄い構成で実現することができる。特に薄い回折素子の持つ本質的な波長分散は、分光素子として最適である。また、回折素子では、偏向方向の制御、集光位置の制御なども容易であり、各導光素子における精度の高い波長帯域を選択することができる。特に、表面レリーフ型の回折素子は導光素子表面に形成することも可能であり、インジェクション成形やエンボス成形などの方法で安価に量産できる。表面レリーフ型回折素子の中でもブレーズド回折格子の構造を有する回折素子は光の利用効率が極めて高く、最も適している。
【００２５】
請求項６の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明の導光体において、少なくとも分光素子および各偏向素子のうちの何れかを、屈折素子または反射素子としている。
【００２６】
従って、請求項６の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、簡便な構造で容易に構成することができると共に、光の利用効率を高くすることができる。分光素子として屈折素子を用いる場合には、分散が大きい材料が適している。偏向素子として屈折素子を用いる場合は、プリズムなどを導光素子の表面に形成してもよく、極めて簡便に作成できる。
【００２７】
請求項７の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１乃至６のうち何れか１項の発明の導光体において、各偏向素子は、偏向させた成分光を、対応する導光素子に向けて集光するレンズ機能を有している。
【００２８】
従って、請求項７の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、集光もしくは発散する成分光を平行光に変換して導光させることができる。これにより、より多くの光を導光することができ、光の利用効率の向上を図ることができる。
【００２９】
請求項８の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１乃至７のうち何れか１項の発明の導光体において、分光素子は、分光した各成分光を、対応する偏向素子に向けてそれぞれ集光するレンズ機能を有している。
【００３０】
従って、請求項８の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、光源の大きさや光源からの発散による偏向素子付近での光の拡がりを小さくすることができ、波長帯域を正確に選択することが可能となる。
【００３１】
請求項９の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１乃至７のうち何れか１項の発明の導光体において、分光素子は、分光した各成分光を、対応する偏向素子に向けてそれぞれ集光するレンズ機能を有し、分光素子による各成分光の集光位置近傍に各偏向素子をそれぞれ配置している。
【００３２】
従って、請求項９の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、極めて高精度で波長帯域を選択することが可能となる。また、導光素子への結合効率も極めて高くすることができ、光の利用効率の向上を容易に実現することができる。
【００３３】
請求項１０の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１乃至９のうち何れか１項の発明の導光体において、各導光素子をシート状または板状とし、更に各導光素子を積層配置している。
【００３４】
従って、請求項１０の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、シート状もしくは板状の導光素子を独立に作成し、重ねるだけで導光体を構成できるため、極めて簡便に製造することができる。また、光の利用効率の高い導光体を薄い構成で実現することが可能となる。
【００３５】
請求項１１の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１乃至９のうち何れか１項の発明の導光体において、各導光素子の形状を長尺の円柱状または角柱状とするとともに、各導光素子をそれぞれ並列に配置している。
【００３６】
従って、請求項１１の発明の導光体においては、以上のような手段を講じることにより、導光体の厚みを導光素子１つ分の厚みとすることができ、極めて薄い導光体を実現できる。また、各波長帯域の光を、導光素子を並列配置した平面に対する垂直方向から容易に取り出すことができる。
【００３７】
請求項１２の発明の照明装置は、上記第２の目的を達成するために、請求項１乃至１１のうち何れか１項の発明の導光体と、入射光を発する光源と、各導光素子に備えられ、各導光素子の内部を導光する成分光を、照明光として導光体の外部へと射出する複数の射出素子とを備えている。
【００３８】
従って、請求項１２の発明の照明装置においては、以上のような手段を講じることにより、導光素子を導光する波長帯域の成分光を、適切な空間的強度分布を形成しながら、適切な射出角度範囲を持った光として射出することができる。特に、射出光の角度範囲が十分広い場合には、導光素子の表面を局所的に荒らしたり、屈折率の異なる材質の粒を導光素子に分布させるなどして、簡便な方法で射出素子を形成することができる。
【００３９】
このように、極めて光の利用効率が高く、波長帯域毎に独立して射出光の射出強度や射出位置、射出光の射出角度範囲などを設計できる照明装置を安価に簡便に実現することができるのみならず、より薄膜化を図った照明装置を実現することも可能である。
【００４０】
特に、赤成分光、緑成分光、青成分光に対応する３つの導光素子を一組として用いることによって、カラーフィルターを使わずとも従来のカラーフィルターを併用する照明装置と同様の作用を実現できると共に、極めて高い光利用効率を実現することが可能となる。
【００４１】
請求項１３の発明は、上記第２の目的を達成するために、請求項１２の発明の照明装置において、光源を分光素子よりも小さい略点状光源としている。
【００４２】
従って、請求項１３の発明の照明装置においては、以上のような手段を講じることにより、光源から発した入射光を分光素子に効率良く入射することができる。特に、分光素子がレンズ機能を有する場合には、それぞれの波長帯域に対して光源をそれぞれの偏向素子付近に結像させるようにすることで、高い効率でかつ正確に波長帯域を選択することが可能となる。
【００４３】
請求項１４の発明のカラー画像表示体は、上記第２の目的を達成するために、請求項１２または請求項１３の発明の照明装置と、各射出素子から射出される照明光によって照明される画素からなる表示素子とを備えている。
【００４４】
従って、請求項１４の発明のカラー画像表示体においては、以上のような手段を講じることにより、光の利用効率が高く、表示像の視域やカラーバランスなどを任意に設計できる。このようなカラー画像表示体は、安価でかつ簡便に実現でき、また薄肉化を図ることも可能である。ここで、導光素子と画素とを対応させて配置することにより、射出光の損失を低減し、光の利用効率を最大限に高めることが可能となる。
【００４５】
請求項１５の発明のカラー画像表示体は、上記第２の目的を達成するために、請求項３乃至１１の発明のうち何れか１項に記載の導光体と、入射光を発する光源と、各導光素子に備えられ、各導光素子の内部を導光する各成分光を、照明光として導光体の外部へと射出する複数の射出素子と、各射出素子から射出される赤成分光からなる照明光によって照明される画素と、緑成分からなる照明光によって照明される画素と、青成分からなる照明光によって照明される画素とをそれぞれ１つ以上備えている表示素子とを備えている。
【００４６】
従って、請求項１５の発明のカラー画像表示体においては、以上のような手段を講じることにより、カラーフィルター等を使わずに、極めて高い光利用効率で、明るく、理想的なカラーバランスを持ったカラー画像表示体を実現することができる。
【００４７】
請求項１６の発明は、請求項１５の発明のカラー画像表示体において、光源を分光素子よりも小さい略点状光源としている。
【００４８】
従って、請求項１６の発明のカラー画像表示体においては、以上のような手段を講じることにより、光源からの光を効率良く利用することが可能となる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図６を用いて説明する。
【００５１】
図１は、第１の実施の形態に係る導光体の一例を示す概念図である。
【００５２】
すなわち、本実施の形態に係る導光体１０は、白色ＬＥＤなどの光源１２から発せられる入射光Ａを、予め定めた波長帯域に応じた複数の成分光に分光する分光素子１４と、複数の成分光のうち、各成分光に対応してそれぞれ設けられ、対応する波長帯域の成分光を偏向させる複数の偏向素子１６と、各偏向素子１６に対応してそれぞれ設けられ、対応する偏向素子１６によって偏向された成分光をその内部に導光させる複数の導光素子１８とを備えてなる。
【００５３】
本実施の形態では、分光素子１４は、入射光Ａを、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ、および青成分光Ｂにそれぞれ分光するものとする。もちろん、それ以上の波長帯域に分光し、それに応じて導光素子１８の数を４つ以上としても良い。また、同一の波長帯域の成分光を、複数の導光素子１８によって導光するようにしてもよい。
【００５４】
図１に示すような導光体１０の場合、偏向素子１６（＃１）は赤成分光Ｒを偏向させ、偏向された赤成分光Ｒは導光素子１８（＃１）の内部を図中に示す主導光方向Ｆに沿って導光して行く。同様に、偏向素子１６（＃２）は緑成分光Ｇを偏向させ、偏向された緑成分光Ｇは導光素子１８（＃２）の内部を図中に示す主導光方向Ｆに沿って導光して行く。偏向素子１６（＃３）は青成分光Ｂを偏向させ、偏向された青成分光Ｂは導光素子１８（＃３）の内部を図中に示す主導光方向Ｆに沿って導光して行く。赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ、および青成分光Ｂのとりうる波長帯域は図２に示す通りである。なお、この波長帯域は、分光素子１４や各偏向素子１６の仕様（反射率や反射角度など）、および分光素子１４と各偏向素子１６との相対位置関係の設計により適宜最適化することができる。
【００５５】
分光素子１４としては、反射素子、回折素子、屈折素子のうちの何れを用いるようにしても良い。回折素子の例としては、ホログラムや回折格子が挙げられるが、特に適したものとして図３（ｃ）に示すようなブレーズド回折格子がある。図３に示すように表面が凹凸からなる光学素子は、インジェクションやエンボスなどの安価で量産性の高い製造ができることから製造面で有利である。図３（ｃ）に示す回折格子は、光の利用効率を高めるだけでなく、複雑な光学機能を持たせることもできる。例えば、図４は回折格子にレンズ機能も持たせた例である。ＧＲＩＮレンズ、多層膜、体積型ホログラムなど表面の凹凸から成る素子以外の光学素子も、分光素子１４として適用可能である。
【００５６】
分光素子１４にレンズ機能を備えると、分光素子１４は、光を各成分光に分光するのみならず、この分光した各成分光を、それぞれ対応する偏向素子１６に向けて集光できるようになる。これによって各成分光を効率良く各偏向素子１６（＃１，＃２，＃３）に導く。このように、分光素子１４による集光位置に偏向素子１６が配置できるように導光素子１８を適切な厚みにすることによって、非常に高精度な波長選択を簡便に実現できるようにしている。
【００５７】
偏向素子１６もまた、反射素子、回折素子、屈折素子のうちの何れを用いるようにしても良い。したがって、偏向素子１６の例としても、図３（ａ）に示すような全反射プリズムや、図３（ｂ）に示すような凹面プリズムがある。また、回折素子の例としては、ホログラムや回折格子が挙げられるが、特に適したものとして図３（ｃ）に示すようなブレーズド回折格子がある。図３に示すように表面が凹凸からなる光学素子は、インジェクションやエンボスなどの安価で量産性の高い製造ができることから製造面で有利である。反射素子を用いる場合は、全反射を利用するのが最も光の利用効率が高い。図３（ｃ）に示す回折格子は、光の利用効率を高めるだけでなく、複雑な光学機能を持たせることもできる。例えば、図４は回折格子にレンズ機能も持たせたブレーズド型同心円回折格子の例である。もちろん、ＧＲＩＮレンズ、多層膜、体積型ホログラムなど表面の凹凸から成る素子以外の光学素子も、偏向素子１６として適用可能である。
【００５８】
図５は、偏向素子１６として、反射素子である全反射プリズムを用いた場合において、偏向素子１６によって偏向される成分光の状態を示している。この場合、偏向素子１６は、分光素子１４からの成分光を選択的に偏向して導光素子１８へと導く。
【００５９】
一方、図６は、偏向素子１６として、反射素子である凹面形状のプリズムを用いた場合において、偏向素子１６によって偏向される成分光の状態を示している。この場合、偏向素子１６はレンズ機能を有するので、分光素子１４からの成分光を選択的に偏向すると同時に、平行光状にして導光素子１８へと導く。これによって導光素子１８における臨界角の制御がより容易となり、導光効率の更なる向上を図るようにしている。
【００６０】
各偏向素子１６の大きさは、各偏向素子１６が偏向させる成分光の波長帯域に応じて決定する。また、各偏向素子１６の配置場所は、各偏向素子１６が偏向させる成分光の波長帯域に基づく分光素子１４との相対位置から決定する。分光素子１４と偏向素子１６との相対位置関係は、分光素子１４が波長帯域に応じて分光した所定の成分光を、所定の偏向素子１６に効率良く導くために極めて重要である。
【００６１】
このような各偏向素子１６（＃１，＃２，＃３）を、図１に示すように、それぞれ対応する導光素子１８（＃１，＃２，＃３）の表面に形成する。これによって、非常に簡便に、かつ安価に製造することができる。また、偏向素子１６（＃１，＃２，＃３）のみならず分光素子１４も同様に導光素子１８と一体化して成形することにより、分光素子１４と偏向素子１６（＃１，＃２，＃３）との相対位置関係を設計通りに高精度で製造することを容易としている。
【００６２】
導光体１０を構成している各導光素子１８（＃１，＃２，＃３）は、シート状または板状とし、それぞれ独立に作製して重ねるだけでよく、導光体１０全体の構築を簡便に実現できるようにしている。あるいは、円柱状または角柱状の導光素子１８を並列に配置することによって形成するようにしても良い。
【００６３】
このとき、各導光素子１８（＃１，＃２，＃３）の材質を同一の屈折率を持つものとし、光源１２から分光素子１４までの間の入射光Ａの経路にあたる領域の各導光素子１８（＃１，＃２，＃３）を密着、もしくは各導光素子１８（＃１，＃２，＃３）の材質と同一の屈折率の接着剤で張り合わせることによって、入射光Ａの損失を抑えている。
【００６４】
このように入射光Ａを各導光素子１８（＃１，＃２，＃３）を通して分光素子１４に入射させることで、光源１２と分光素子１４との距離をある程度設けることができ、分光素子１４への入射光Ａの入射を容易にし、導光体１０と光源１２とを密着することも可能となるために、導光体１０と光源１２とを合わせて照明装置を構成した場合、この照明装置の薄膜化を図ることができる。
【００６５】
偏向素子１６により偏向した光が導光素子１８の界面Ｍで全反射しながら主導光方向Ｆに沿って進むための条件は、導光素子１８の界面Ｍに対して臨界角を超えた角度で入射することである。臨界角は、導光素子１８を構成する材料の屈折率と、導光素子１８の周囲Ｈの媒質の屈折率とから決定される。導光素子１８を構成する一般的な材料である樹脂の屈折率は１．５程度である。したがって、本実施の形態では、各導光素子１８の周囲Ｈを、導光素子１８よりも屈折率が小さい物質である空気を配置している。空気は屈折率が１．０であるために、この場合臨界角は約４２°となる。したがって、それ以上の角度で導光素子１８の内部から導光素子１８の界面Ｍに入射した光は全反射するために、導光素子１８の外部に漏れ出ることなく、主導光方向Ｆに沿って導光する。
【００６６】
このように、導光素子１８内の全反射条件を緩くするとともに、導光素子１８に分配された成分光が、異なる波長帯域の成分光と混合することなく導光されるようにしている。
【００６７】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る導光体の作用について説明する。
【００６８】
すなわち、本実施の形態に係る導光体１０に対して、白色ＬＥＤなどの光源１２から入射光Ａが入射されると、入射光Ａは分光素子１４に導かれる。導光体１０を形成している各導光素子１８は、同一の屈折率を持ち、光源１２から分光素子１４までの間の入射光Ａの経路にあたる領域の各導光素子１８が密着、もしくは各導光素子１８の材質と同一の屈折率の接着剤で貼り合わされている。これによって、光源１２からの入射光Ａの損失が抑えられる。
【００６９】
分光素子１４に到達した入射光Ａは、分光素子１４によって、予め定めた複数の波長帯域毎の成分光に分光される。以下、入射光Ａは、分光素子１４によって図２に示すような赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ、および青成分光Ｂにそれぞれ分光された場合を例に説明する。
【００７０】
分光素子１４と各偏向素子１６との相対位置は、分光素子１４が分光する成分光の波長帯域に基づいて決定され、その相対位置に基づいて各偏向素子１６が配置されている。したがって、分光素子１４によって分光された赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ、および青成分光Ｂは、偏向素子１６（＃１）、偏向素子１６（＃２）、および偏向素子１６（＃３）にそれぞれ効率的に導かれる。このとき、分光素子１４にレンズ機能が付加されると、分光された各成分光が、それぞれ対応する偏向素子１６に向けて集光されるので、各成分光が更に効率良く各偏向素子１６へと導かれる。
【００７１】
偏向素子１６（＃１）に導かれた赤成分光Ｒは、偏向素子１６（＃１）によって偏向され、導光素子１８（＃１）へと導かれる。同様に、偏向素子１６（＃２）に導かれた緑成分光Ｇは、偏向素子１６（＃２）によって偏向され、導光素子１８（＃２）へと導かれ、偏向素子１６（＃３）に導かれた青成分光Ｂは、偏向素子１６（＃３）によって偏向され、導光素子１８（＃３）へと導かれる。
【００７２】
偏向素子１６もまた、レンズ機能が付加されると、分光素子１４からの成分光が選択的に偏向されるのに加えて、平行光状として導光素子１８へと導かれるので、臨界角の制御がより容易となり、導光効率の向上が図される。
【００７３】
各導光素子１８へと導かれた各成分光は、それぞれ導光素子１８の内部を図中に示す主導光方向Ｆに沿って導光される。
【００７４】
上述したように、本実施の形態に係る導光体１０においては、上記のような作用により、異なる波長帯域の成分光がそれぞれ異なる導光素子１８によって導かれるので、他の波長帯域の成分光と混合することなく導光することが可能となる。また、導光素子１８内の全反射条件が緩和されるので、導光素子１８の外部へ漏出する成分光を低減し、高い導光効率を実現することが可能となる。すなわち、光源１２からの光を波長帯域毎に効率良く分配し、それぞれ独立に取り扱えるようにすることによって、光の利用効率の向上を図ることが可能となる。
【００７５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図７から図９を用いて説明する。
【００７６】
図７は、第２の実施の形態に係る導光体の一例を示す概念図である。第２の実施の形態に係る導光体１１は、第１の実施の形態に係る導光体１０の変形例であるので、図７では図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７７】
すなわち、本実施の形態に係る導光体１１は、第１の実施の形態に係る導光体１０において用いられていた反射型の偏向素子１６の代わりに、例えば透過型プリズムのような透過型素子を偏向素子１７として用いている点のみが異なる。
【００７８】
偏向素子１７は、分光素子１４からの成分光を、透過させた後に偏向させて対応する導光素子１８へと導く。このような透過型の偏向素子１７の場合もまた、図８に示すように、分光素子１４からの成分光を選択的に偏向させて対応する導光素子１８へと導く。
【００７９】
また、偏向素子１７としてレンズを用いた場合には、図９に示すように、分光素子１４からの成分光を選択的に偏向させると同時に、平行光にして対応する導光素子１８へと導く。これによって臨界角の制御がより容易となり、導光効率の向上を図っている。
【００８０】
上述したように、反射型の偏向素子１６に代えて、透過型の偏向素子１６を用いた本実施の形態に係る導光体１１によっても、第１の実施の形態に係る導光体１０と同様の作用効果を奏することができる。
【００８１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図１０を用いて説明する。
【００８２】
図１０は、第３の実施の形態に係る導光体の一例を示す概念図である。第３の実施の形態に係る導光体１３は、第１の実施の形態に係る導光体１０の変形例であるので、図１０では図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８３】
すなわち、本実施の形態に係る導光体１３は、第１の実施の形態に係る導光体１０において用いられていた反射型の分光素子１４の代わりに、例えば透過型ブレーズド回折格子のような透過型素子を分光素子１５として用いている点のみが異なる。
【００８４】
分光素子１５は、光源１２から発せられた入射光Ａを透過するとともに、予め定めた複数の波長帯域の成分光に分光し、各成分光を対応する各偏向素子１６へとそれぞれ分配する。このような構成の導光体１３によっても、第１の実施の形態に係る導光体１０と同様の作用効果を奏することができる。
【００８５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図２、図１１、および図１２を用いて説明する。
【００８６】
図１１は、第４の実施の形態に係る導光体の一例を示す概念図である。第４の実施の形態に係る導光体２１は、第３の実施の形態に係る導光体１３の変形例であるので、図１１では図１０と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８７】
すなわち、本実施の形態に係る導光体２１は、第３の実施の形態に係る導光体１３が単数の分光素子１５を備えていたのに対して、図１１に示すように、分光素子１５（＃１）と分光素子１５（＃２）からなる複数の分光素子を適宜配置している。
【００８８】
なお、本実施の形態に係る導光体２１は、図１１に示すように、２つの分光素子１５を直列に配置する場合に限らず、それ以上の数の分光素子１５を直列に配置した場合も含まれる。また、複数の分光素子１５を同一の導光素子１８に配置する場合のみならず、それぞれ別の導光素子１８に配置する場合も含まれる。
【００８９】
各分光素子１５（＃１，＃２）はそれぞれ、光源１２から発せられた入射光Ａを透過するとともに、予め定めた複数の波長帯域の成分光に分光し、各成分光をそれぞれ対応する各偏向素子１６へと導く。分光素子１５としては、ホログラムや回折格子、キノフォーム、プリズムアレイなどを用いる。これにより、１つの波長帯域の成分光を複数の導光素子１８の偏向素子１６に分配することを容易としている。
【００９０】
例えば、分光素子１５（＃１）が入射光Ａを、図２に示す赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ、および青成分光Ｂに分光し、それぞれ導光素子１８（＃１）、導光素子１８（＃２）、および導光素子１８（＃３）に導くようにする。同様に分光素子１５（＃２）が入射光Ａを、図２に示す赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ、および青成分光Ｂに分光し、それぞれ導光素子１８（＃４）、導光素子１８（＃５）、および導光素子１８（＃６）に導くようにする。
【００９１】
このように分光素子１５を複数配置することにより、より多くの偏向素子１６に対して光を分配できるようにしている。一方、複数の導光素子１８に対して、図１２のような異なる波長帯域の成分光を分配するようにしても良い。
【００９２】
上述したように、本実施の形態に係る導光体２１は、複数の分光素子１５を備えているので、第３の実施の形態に係る導光体１３で奏される作用効果に加えて、より多くの導光素子１８に対して成分光を導くことができるという作用効果を有している。
【００９３】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態を図１３から図１６を用いて説明する。
【００９４】
図１３および図１４は、第５の実施の形態に係る照明装置の一例を示す斜視図および立断面図である。
【００９５】
この照明装置２２は、図１に示す第１の実施の形態に係る導光体１０と、光源１２とを備えている。光源１２は、分光素子１４よりも小さい略点状とすると、光源１２から発せらた入射光Ａの大部分を分光素子１４に容易に入射させることができるために好ましい。更に、各導光素子１８には、各導光素子１８の内部を導光する成分光を照明光Ｓとして導光体１０の外部へと射出する複数の射出素子２４を備えている。導光体１０における各部位については、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００９６】
射出素子２４は、図１４に示すように、導光素子１８内の下部に設けられた反射型の光学素子であって、導光素子１８の内部を導光する成分光を反射し、図中に示す矢印Ｖ方向に沿って導光素子１８の外部へと射出させる。そして、この射出した成分光を、照明光Ｓとして用いる。
【００９７】
また、射出素子２４は、図１５に示すように、導光素子１８内の上部に設けられた透過型の光学素子であっても良い。この場合、導光素子１８の内部を導光する成分光を透過して、図中に示す矢印Ｖ方向に沿って導光素子１８の外部へと射出させる。この射出した成分光もまた、照明光Ｓとして用いる。
【００９８】
各導光素子１８における射出素子２４の大きさ、形状、空間分布等を適切に制御することによって、各導光素子１８上の各部から射出される照明光Ｓの光量、すなわち各色のバランスや輝度分布の制御を可能としている。
【００９９】
この射出素子２４は、特に射出光の角度範囲が十分広い場合には、導光素子１８の表面を局所的に荒らしたり、屈折率の異なる材質の粒を導光素子１８に分布させるなどして、簡便な方法で形成することができる。
【０１００】
本実施の形態に係る照明装置２２は、第１の実施の形態に係る導光体１０が用いられているので、波長帯域毎に効率良く分配され、それぞれ別の導光素子１８によって効率良く導光された各成分光を照明光Ｓとして利用するので、明るいカラー照明光を取り出すことができる。
【０１０１】
照明装置２２上における各色の光量およびバランスは、各導光素子１８における各射出素子２４の大きさ、形状、空間分布等を適切に制御することによって調節する。
【０１０２】
したがって、本実施の形態に係る照明装置２２は、光の利用効率が良く、カラーバランスの取れた、均一な輝度分布の照明を実現でき、ＬＣＤパネル等を照明して高品位なカラー画像を表示するのに適している。
【０１０３】
図１６は、本実施の形態に係る照明装置２２に、透過型表示素子であるＬＣＤパネル２６を重ね合わせてなるカラー画像表示体２８を示す部分断面図である。
【０１０４】
このカラー画像表示体２８は、導光素子１８から射出された照明光Ｓが、ＬＣＤパネル２６のＲ，Ｇ，Ｂの各画素２７（＃Ｒ、＃Ｇ、＃Ｂ）のうちの対応する画素にそれぞれ入射するようにしている。すなわち、導光素子１８（＃１）から射出された照明光Ｓ_１はＬＣＤパネル２６の画素２７（＃Ｒ）に入射するように、導光素子１８（＃２）から射出された照明光Ｓ_２はＬＣＤパネル２６の画素２７（＃Ｇ）に入射するように、導光素子１８（＃３）から射出された照明光Ｓ_３はＬＣＤパネル２６の画素２７（＃Ｂ）に入射するようにそれぞれ調整している。
【０１０５】
以上のカラー画像表示体２８において、射出素子２４がＬＣＤパネル２６が配置された場所近辺に照明光Ｓを集光する機能を有する場合、照明光ＳがＬＣＤパネル２６の画素２７内で集光もしくは集光に近い状態に細く絞られるため、ＬＣＤパネル２６と導光体１０とが画素２７の大きさの範囲内で変位しても、照明光ＳはＬＣＤパネル２６の画素２７を照明し続ける。したがって、ＬＣＤパネル２６と導光体１０との組み合わせ時のアライメント誤差の許容量を大きくでき、容易に明るいカラー画像表示体２８を実現することができる。また、集光する点と射出素子２４の大きさ、ＬＣＤパネル２６と導光体１０との距離により画素２７から射出する光の拡がりも制御可能であり、観察者から明るく観察される視域を任意に形成する。
【０１０６】
これによって、本実施の形態に係る照明装置２２を適用してなるカラー画像表示体２８のＬＣＤパネル２６の各画素２７（＃Ｒ、＃Ｇ、＃Ｂ）は、赤成分光Ｒからなる照明光Ｓ_１、緑成分光Ｇからなる照明光Ｓ_２、青成分光Ｂからなる照明光Ｓ_３によってそれぞれ照明される。このとき、各画素２７（＃Ｒ）はカラー画像の赤成分、画素２７（＃Ｇ）は同緑成分、画素２７（＃Ｂ）は同青成分の濃度を表現するようにすれば、カラー画像を表示することができる。
【０１０７】
このように、各波長帯域の照明光Ｓがそれぞれ対応する画素２７のみを照明するので、カラーフィルターなどは必要なく、極めて光利用効率が高く、明るいフルカラー画像表示を容易に実現することが可能となる。
【０１０８】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態を図１７から図２０を用いて説明する。
【０１０９】
図１７および図１８は、第６の実施の形態に係る照明装置の一例を示す斜視図および立断面図である。
【０１１０】
この照明装置３０は、円柱状または角柱状の複数の導光素子１８を並列に配置して形成してなる導光体と、光源１２とを備えている。導光体１０における各部位については、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【０１１１】
光源１２は、分光素子１４よりも小さい略点状とすると、光源１２から発せらた入射光Ａの大部分を分光素子１４に容易に入射させることができるために好ましい。更に、各導光素子１８には、図１８に示すように、各導光素子１８の内部を導光する成分光を照明光Ｓとして導光体１０の外部へと射出する複数の射出素子２４を、導光素子１８内の下部または上部に備えている。
【０１１２】
このように３つの導光素子１８を一組として多数並列に並べることにより、薄くて軽く、かつＲ，Ｇ，Ｂの各色を発するカラー表示に優れた照明装置３０を実現するようにしている。また、射出素子２４の大きさ、形状、空間分布等もまた適切に制御することによって、各導光素子１８上の各部から射出される照明光Ｓの光量を制御し、各色のバランスや輝度分布を調節する。
【０１１３】
このような構成とすることによっても、波長帯域毎に効率良く分配され、それぞれ別の導光素子１８によって効率良く導光された各成分光が照明光Ｓとして利用されるので、明るいカラー表示を行うことができる。
【０１１４】
照明装置２２上における各色の光量およびバランスは、各導光素子１８における射出素子２４の大きさ、形状、空間分布等を適切に制御することによって、自在に調節することができる。
【０１１５】
したがって、本実施の形態に係る照明装置３０もまた、光の利用効率の良いカラー画像表示体を実現するのに適している。
【０１１６】
図１９および図２０は、本実施の形態に係る照明装置３０に、透過型表示素子であるＬＣＤパネル２６を重ね合わせてなるカラー画像表示体３２を示す平断面図および立断面図である。
【０１１７】
このカラー画像表示体３２は、導光素子１８から射出された照明光Ｓが、ＬＣＤパネル２６のＲ，Ｇ，Ｂの各画素２７（＃Ｒ、＃Ｇ、＃Ｂ）のうちの対応する画素にそれぞれ入射するようにしている。すなわち、導光素子１８（＃１）から射出された照明光ＳはＬＣＤパネル２６の画素２７（＃Ｒ）に入射するように、導光素子１８（＃２）から射出された照明光ＳはＬＣＤパネル２６の画素２７（＃Ｇ）に入射するように、導光素子１８（＃３）から射出された照明光ＳはＬＣＤパネル２６の画素２７（＃Ｂ）に入射するようにそれぞれ調整している。
【０１１８】
これによって、第５の実施の形態で説明したものと同様にカラーフィルターなどは必要なく、極めて光利用効率が高く、明るいフルカラー画像表示を容易に実現することが可能となるという作用効果を奏することができる。
【０１１９】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の導光体によれば、光源からの光を波長帯域毎に効率良く分配し、それぞれ独立に取り扱えるようにすることによって、光の利用効率の向上を図ることができる。
【０１２１】
また、このような導光体を用いることによって、照明装置およびカラー画像表示体の薄膜化や軽量化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る導光体の一例を示す概念図。
【図２】赤成分光、緑成分光、および青成分光のとりうる波長帯域の一例を示す図。
【図３】分光素子および偏向素子の一例を示す断面図。
【図４】回折格子にレンズ機能を持たせたブレーズド型同心円回折格子の一例を示す平面図および断面図。
【図５】反射素子である全反射プリズムを用いた偏向素子によって偏向される成分光の状態を示す概念図。
【図６】反射素子である凹面形状のプリズムを用いた偏向素子によって偏向される成分光の状態を示す概念図。
【図７】第２の実施の形態に係る導光体の一例を示す概念図。
【図８】表面レリーフ型回折素子を用いた偏向素子によって偏向される成分光の状態を示す概念図。
【図９】透過型プリズムを用いた偏向素子によって偏向される成分光の状態を示す図。
【図１０】第３の実施の形態に係る導光体の一例を示す概念図。
【図１１】第４の実施の形態に係る導光体の一例を示す概念図。
【図１２】６つの成分光からなる波長帯域の一例を示す図。
【図１３】第５の実施の形態に係る照明装置の一例を示す斜視図。
【図１４】第５の実施の形態に係る照明装置の一例を示す立断面図。
【図１５】第５の実施の形態に係る照明装置の別の一例を示す立断面図。
【図１６】第５の実施の形態に係る照明装置にＬＣＤパネルを重ね合わせてなるカラー画像表示体の一例を示す部分断面図。
【図１７】第６の実施の形態に係る照明装置の一例を示す斜視図。
【図１８】第６の実施の形態に係る照明装置の一例を示す立断面図。
【図１９】第６の実施の形態に係る照明装置ＬＣＤパネルを重ね合わせてなるカラー画像表示体の一例を示す平断面図。
【図２０】第６の実施の形態に係る照明装置ＬＣＤパネルを重ね合わせてなるカラー画像表示体の一例を示す立断面図。
【図２１】従来技術による導光体の構成例を示す斜視図。
【符号の説明】
１０，１１，１３，２１，６８…導光体、１２，６４…光源、１４，１５…分光素子、１６，１７…偏向素子、１８…導光素子、２２，３０…照明装置、２４…射出素子、２６…ＬＣＤパネル、２７…画素、２８，３２…カラー画像表示体、６０…基板、６２…導光路、６６…クラッド材、７０…光射出口

Claims (16)

1. 入射光を予め定めた波長帯域に応じて複数の成分光に分光する分光素子と、
   前記複数の波長帯域の成分光に対応してそれぞれ設けられ、対応する波長帯域の成分光を偏向させる複数の偏向素子と、
   前記各偏向素子に対応してそれぞれ設けられ、対応する偏向素子によって偏向された成分光をその内部に導光させる複数の導光素子と
   を備えた導光体。
2. 請求項１に記載の導光体において、
   前記偏向素子が偏向させる成分光の波長帯域に応じて、この偏向素子の大きさ、およびこの偏向素子と前記分光素子との相対位置を決定するようにした導光体。
3. 請求項１または請求項２に記載の導光体において、
   前記分光素子は、前記入射光をその波長帯域に応じて赤成分光、緑成分光、および青成分光の各成分光に分光し、
   前記複数の偏向素子として、前記赤成分光を偏向させる赤成分光偏向素子と、前記緑成分光を偏向させる緑成分光偏向素子と、前記青成分光を偏向させる青成分光偏向素子とからなる組を少なくとも１つ備えている導光体。
4. 請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の導光体において、
   前記各導光素子の周囲に、前記導光素子よりも屈折率の小さい物質を備えるようにした導光体。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の導光体において、
   少なくとも前記分光素子および前記各偏向素子のうちの何れかを回折素子とした導光体。
6. 請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の導光体において、
   少なくとも前記分光素子および前記各偏向素子のうちの何れかを、屈折素子または反射素子とした導光体。
7. 請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の導光体において、
   前記各偏向素子は、前記偏向させた成分光を、対応する導光素子に向けて集光するレンズ機能を有している導光体。
8. 請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の導光体において、
   前記分光素子は、前記分光した各成分光を、対応する偏向素子に向けてそれぞれ集光するレンズ機能を有している導光体。
9. 請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の導光体において、
   前記分光素子は、前記分光した各成分光を、対応する偏向素子に向けてそれぞれ集光するレンズ機能を有し、
   前記分光素子による各成分光の集光位置近傍に前記各偏向素子をそれぞれ配置するようにした導光体。
10. 請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の導光体において、
    前記各導光素子をシート状または板状とし、更に各導光素子を積層配置した導光体。
11. 請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の導光体において、
    前記各導光素子の形状を長尺の円柱状または角柱状とするとともに、前記各導光素子をそれぞれ並列に配置した導光体。
12. 請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の導光体と、
    前記入射光を発する光源と、
    前記各導光素子に備えられ、前記各導光素子の内部を導光する成分光を、照明光として前記導光体の外部へと射出する複数の射出素子と
    を備えた照明装置。
13. 請求項１２に記載の照明装置において、
    前記光源を前記分光素子よりも小さい略点状光源とした照明装置。
14. 請求項１２または請求項１３に記載の照明装置と、
    前記各射出素子から射出される照明光によって照明される画素からなる表示素子と
    を備えたカラー画像表示体。
15. 請求項３乃至１１のうち何れか１項に記載の導光体と、
    前記入射光を発する光源と、
    前記各導光素子に備えられ、前記各導光素子の内部を導光する各成分光を、照明光として前記導光体の外部へと射出する複数の射出素子と、
    前記各射出素子から射出される前記赤成分光からなる照明光によって照明される画素と、前記緑成分からなる照明光によって照明される画素と、前記青成分からなる照明光によって照明される画素とをそれぞれ１つ以上備えている表示素子と
    を備えたカラー画像表示体。
16. 前記光源を前記分光素子よりも小さい略点状光源とした請求項１５に記載のカラー画像表示体。

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