JP2000047038A

JP2000047038A - バックライト装置および表示装置

Info

Publication number: JP2000047038A
Application number: JP10215711A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamaguchi; 高弘山口; Toshikazu Sakano; 寿和坂野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】バックライト装置および表示装置における光
の利用効率の高効率化。【解決手段】光源と、前記光源から放射される光を２
次元平面上に導く手段と、前記２次元平面上に導かれた
前記光を前記２次元平面の法線方向に放射させる手段と
によってバックライトを発生させるバックライト装置で
あって、前記２次元平面上に平行に並べられたコアとク
ラッドとからなる複数本の光ファイバと、前記各光ファ
イバの一端に前記光源から放射された光を結合する結合
手段と、前記光ファイバの前記２次元平面上側に向かっ
て光を放射する表面を除く周面と他端面のうちの一部ま
たは全部に対応して設けられるミラーとを有し、前記各
光ファイバのクラッドの外表面から漏れでる光で前記バ
ックライトを発生させる。光ファイバのクラッド表面か
ら放射する光の強度の大小は、コアの直径，クラッドの
厚さ，コアとクラッドの屈折率を変えることによって変
えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非発光型表示デバ
イス用のバックライト装置およびそれを用いた表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】バックライト装置は、非発光型表示デバ
イスである液晶パネルと合わせて、ノート型パソコン等
携帯端末用のモニタとして使われており、発光面におい
て一様な輝度を得ること、薄形・軽量であること、高効
率であることが要求される。

【０００３】また、バックライト装置と液晶パネルとを
組み合わせたディスプレイは、家庭用の省スペーステレ
ビとしても使われており、大画面化が要求される。

【０００４】図１９は、非発光型表示デバイス（液晶）
用のバックライト装置の従来例〔液晶デバイスハンドブ
ック、日刊工業新聞社、p.276-279,1989.9〕を示してい
る。光源として小型蛍光ランプ７０と、導光板７１と、
反射板７２と、反射シート７３からなる光学系等で構成
されている。小型蛍光ランプ７０から出射した光７４
は、反射板７２で反射され、導光板７１へ入射される。
導光板７１内の光７４は全反射により伝播し、その伝播
過程で導光板７１の底面の拡散ドット７５と呼ばれる印
刷された白色ドットに当たると拡散反射が発生し、その
拡散ドット７５位置から光７４が放射される。導光板７
１の側面と底面は反射シート７３によってカバーされて
おり、拡散ドット７５に当たることなく導光板７１外へ
出た光７４を導光板７１内に戻す働きをしている。

【０００５】この装置では、光源（小型蛍光ランプ７
０）から放射される光７４を導光板７１によって２次元
平面上に導く手段構成になるとともに、２次元平面上に
導かれた光７４を拡散ドット７５から前記２次元平面の
法線方向に放射させる手段構成によってバックライトを
発生させる構造になっている。

【０００６】一方、特開平7-301714号公報には、薄型で
低消費電力の面放光装置を安価に提供する技術が開示さ
れている。この面放光装置は、ＬＣＤ等を利用した薄型
で透過型のディスプレー用バックライトあるいは照明用
若しくは装飾用に利用できる面光源において、多数の点
状若しくは線状をなす放光部から色別若しくは単色の放
光をなすものであり、その構成は、多色若しくは単色の
光源（ＬＥＤ等）と、光分岐路、導光路、放光部を一体
構造的に備えてなる外装板を備えた構成、及び前記外装
板の放光面の前面に光散乱膜を備えた構成になってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】「液晶ディスプレイの
最先端」（液晶若手研究会編、シグマ出版、1996.10.1
0)によると、ＴＮ型ＴＦＴ−ＬＣＤの開口率は６０％以
下であり、高精細になればなるほど開口率は小さくな
り、言い換えれば従来のバックライト装置からの光の４
０％以上が利用されていないことになる。

【０００８】また、従来のカラーＴＮ型ＴＦＴ−ＬＣＤ
は、カラー化のためにＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルタを用い
ているが、前記の文献〔液晶ディスプレイの最先端〕に
よればそのフィルタの光の透過率は２５％程度であり、
そこでも７５％の光をロスしていることになる。

【０００９】一方、従来の前記非発光型表示デバイス
（液晶）用のバックライト装置では、外径数ｍｍの蛍光
ランプを導光板端部に隣接して配置した構成になってい
るが、導光板が厚く一層の薄形化，軽量化に限界があっ
た。また、光は導光板の表面に散在させた拡散ドットか
らのみ放光される結果、バックライトとして使用される
光の損失が多く光の利用効率の高効率化および大画面化
に限界があった。

【００１０】また、従来の前記面放光装置を液晶ディス
プレイ用バックライト装置に適用した場合にも、開口率
が問題となる。また、導波路は均質な構造で外装板との
反射・屈折などにより伝播している。さらに、光源を共
有している時は光分配路により光を分配した構造を提案
している。このような構造では、光分配路がある程度の
サイズを要求し、大型化に繋がる。仮に光分配路を無理
に小さなサイズで実現しようとすれば、光の分配ロスが
急激に増加するという極めて重大な問題がある。以上、
開口率の問題、導波路の伝播ロス、光分配路での光パワ
ーの分配ロスが生じるため、供給された光のパワー１０
０％の利用効率ではあり得ない。

【００１１】本発明の目的は、光の利用効率の高効率化
が達成できるバックライト装置および表示装置を提供す
ることにある。

【００１２】本発明の他の目的は、光の利用効率の高効
率化による大画面化が達成できるバックライト装置およ
び表示装置を提供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、薄形・軽量のバック
ライト装置および表示装置を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、ＴＦＴ−ＬＣＤの開
口部以外の部分での光の放射を避けることで開口率を高
効率とする薄形・軽量のバックライト装置を提供するこ
とにある。

【００１５】本発明の他の目的は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの
光源を用いることで、ＴＦＴ−ＬＣＤのカラーフィルタ
を不要にすることで高効率とするバックライト装置を提
供することにある。

【００１６】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００１８】（１）本発明は、光源からの光を２次元平
面上に導く手段と、前記２次元平面の法線方向に一様に
光を放射する手段として、表面が被覆材で被覆されない
コアとクラッドとからなる光ファイバを用いる。光ファ
イバは平行に複数並べて配置し、その一端側に光源を配
置し、楕円面からなる反射鏡を有する反射板（結合手
段）によって前記光源から放射される光を光ファイバの
一端からコア内に導入する。各コアで光を２次元平面上
に導き、クラッドの外表面から放射する光でバックライ
トを構成する。光ファイバの下方側と光ファイバの他端
面側にミラーを配置して光の有効利用を図る。光ファイ
バと平行なＴＦＴ−ＬＣＤの配線はその光ファイバの間
に敷設する。また、光ファイバと直交する配線部分で
は、光ファイバ表面からの光の放射を零にする。バック
ライト装置としての放射面以外から光が放射されないよ
うにし、かつ放射面の光の強度分布を一様（均一）にす
る。１本の光ファイバに対して複数の光源を接続可能と
し、複数の光源のうちのどれを用いるか切り替え可能と
する。三原色の光源を用意し、周期的に色分けして光フ
ァイバからその光を放射させる。

【００１９】（２）前記手段（１）の構成において、以
下の手段のうちの１乃至複数の手段の採用およびその設
定条件の選択を行う。

【００２０】（ａ）前記光ファイバのクラッド表面から
放射する光の強度の大小は、前記光ファイバを構成する
コアの直径，前記コアを覆うクラッドの厚さ，前記コア
とクラッドの屈折率の違いのうちの１乃至複数の構成を
変化させた構造によって決定する。

【００２１】（ｂ）前記光ファイバから光を放射する手
段がスキューレイの励振による。

【００２２】（ｃ）前記光ファイバにおいてコアとクラ
ッドの境界面またはクラッドの外表面もしくはその両方
に凹凸を設ける。

【００２３】（ｄ）前記光ファイバのコア内に散乱物質
や空隙による散乱構造を散在させる。

【００２４】（ｅ）前記光ファイバのコア内に蛍光物質
を散在させる。

【００２５】（ｆ）前記光ファイバの前記２次元平面上
側の少なくとも一部表面を削った構造とする発光面を設
け、この発光面からのみ光を放射させる。

【００２６】（ｇ）前記コア直径，クラッド厚さ，屈折
率差，凹凸，散乱物質の散在，蛍光物質の散在，発光面
位置のうちの１乃至複数の構成の選択とその構成条件の
選択によって所定の分布のバックライトを発生させる。

【００２７】（ｈ）前記コア直径，クラッド厚さ，屈折
率差，凹凸，散乱物質の散在，蛍光物質の散在，発光面
位置のうちの１乃至複数の構成の選択とその構成条件の
選択によって均一な光の強度分布のバックライトを発生
させる。

【００２８】前記（１）の手段によれば、（ａ）光ファ
イバは細く長い導光材であり、形式的にフレキシブルで
あるという特徴がある。したがって、光源からの光を２
次元平面上に導く手段と、前記２次元平面上に一様に光
を放射する手段として光ファイバを用いることで、光源
と実際に光を放射する面の間の自由度、および実際に光
を放射する面自体の自由度を持ったバックライト装置の
提供を可能とする。

【００２９】（ｂ）光ファイバ自体は従来のバックライ
ト装置で用いられるアクリル板等でできた導光板と比べ
細く長いため、本発明によれば薄形化，軽量化，大画面
化が可能になる。

【００３０】（ｃ）前記バックライト装置を用いて表示
装置とする場合に、強度変調を行う表示デバイス中の、
表示に寄与しない平行する配線部分には光ファイバを敷
設せず、直交する配線部分からは光を放射させないこと
で、バックライト装置として発光面積当たりの表示発光
面積の占める割合が大きくなり、本発明の目的である高
効率化が可能になる。

【００３１】（ｄ）本発明では、長さのある光源の周囲
を反射板で覆い、その反射板の覆いの中に光ファイバの
結合部を設けている。この構造の理想的な断面を見る
と、光源と光ファイバの結合部を２つの極とした楕円面
が反射板になるように配置される。したがって、光分配
路のような光パワーの分配ロスが生じない。

【００３２】（ｅ）本発明では、光源から放射部まで光
ファイバを用いている。光ファイバのコア・クラッドの
構造により、その光の損失は通信に用いられている伝送
損失と同じ程度で極めて僅かである。

【００３３】（ｆ）本発明では、従来の面放光装置の技
術よりも、さらに供給された光のパワー１００％に近い
高効率で低消費電力のバックライト装置を提供すること
ができる。

【００３４】前記（２）の手段によれば、２次元平面上
側への光の放射強度を高めたり、光の放射状態を所望分
布とすることができる。したがって、均一な光分布を有
するバックライト装置の提供が可能になり、前記手段
（１）と同様の効果を有することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。なお、実施形態を説明するた
めの全図において、同一機能を有するものは同一符号を
付け、その繰り返しの説明は省略する。

【００３６】（実施形態１）図１は本発明の一実施形態
（実施形態１）であるバックライト装置の概略を示す模
式図であり、図１（ａ）はバックライト装置の斜視図、
図１（ｂ）はバックライト装置の模式的断面図である。

【００３７】本実施形態１のバックライト装置は、図１
（ａ），（ｂ）に示すように、円柱状の光源１と、この
光源１の周面を囲むように配置された楕円筒状の反射板
２と、前記反射板２の一側に沿って並べて配置された複
数本の光ファイバ３とからなっている。なお、説明の便
宜上、光ファイバ３の延在方向をＸ方向，光ファイバ３
と直交する光源１の延在方向をＹ方向とし、前記ＸＹ平
面に垂直となる方向をＺ方向とする。

【００３８】反射板２はその内面が楕円面からなる反射
鏡を形成し、前記光源１から出射された光４を一箇所に
集光する。この集光部分に前記各光ファイバ３の一端が
位置し、光４を光ファイバ３内に取り込むようになって
いる。すなわち、光源１は前記楕円の一方の焦点部分に
位置し、光ファイバ３の一端は他方の焦点部分に位置す
る。光源１および光ファイバ３の一端ならびに反射板２
によって結合部８（結合手段）が構成されている。

【００３９】光ファイバ３は、前記反射板２の一側に一
列に並べられる。この並べられた複数本の光ファイバ３
（光ファイバ束）は、バックライト装置の２次元平面上
に位置することになる。

【００４０】光源１からの光４は反射板２で集光され、
光ファイバ３の一端から入射される。この際の集光効率
は、従来のバックライト装置と同様の６０〜７０％以上
が確保できる。

【００４１】従来、光通信の分野で用いられる光ファイ
バは、その表面からの光の放射は損失（ロス）につなが
るため好ましくないが、ここでは、意図的にその表面か
らの光の放射が起きるようにした光ファイバを用いる。
光通信等に用いられる光ファイバとしては、たとえば、
石英ガラス系光ファイバ，多成分ガラス系光ファイバ、
プラスチック光ファイバがある。たとえば、石英ガラス
系光ファイバを例にした場合、シングルモード光ファイ
バの場合には、８μｍまたは１０μｍの直径のコアを１
２５μｍ直径のクラッドで覆った構造になり、コアの屈
折率ｎ１がクラッドの屈折率ｎ２よりも大きくなってい
る。また、マルチモード光ファイバとしては、コア径が
５０μｍのものが使用されている。

【００４２】本発明では、石英ガラス系光ファイバ以外
のものに対しても適用できるが、以下では各実施形態を
も含めて石英ガラス系光ファイバに適用した例について
説明する。

【００４３】本発明においては、前述のように意図的に
その表面からの光の放射が起きるようにした光ファイバ
を用いることから、クラッドの表面には被覆層（一次被
覆層）が設けられていないものが使用される。

【００４４】図２は本実施形態１のバックライト装置に
おける２次元平面を構成する光ファイバの構造を示す模
式図である。図２に示すように、光ファイバ３の構造の
うちファイバ径（クラッド６の直径：クラッド径）ｂに
対してコア５の直径（コア径）ａの占める割合が大きい
とき、光ファイバ３の表面から光４が放射される。ま
た、コア５とクラッド６の屈折率ｎ１と屈折率ｎ２の差
が小さいときにも同様に光ファイバ３の表面から光４が
放射される。

【００４５】光ファイバ３に入射した光４は、光ファイ
バ３の表面からその一部を徐々に放射しながら光ファイ
バ中を伝播していく。光ファイバ３の表面から出てくる
光４の強度分布が、光ファイバ中の光４の進行方向（Ｘ
方向）に対して一様となるように、光源１から近い部分
では、表面から放射される光４の割合を小さく、光源１
から遠ざかるほどその割合が大きくなるようにする。

【００４６】たとえば、図２に示すように、クラッド６
の厚さを変化させて、ファイバ径ｂに対するコア径ａの
占める割合を適当に変化させてやることで、放射される
光の量を一定にする。ここでは、クラッドの厚さのみ変
化させたが、コア径の方を変化させてもよいし、両方と
も変化させてもよい。他にもコアとクラッドの屈折率の
差を適当に変化させてもよい。

【００４７】すなわち、光ファイバ３においてコア５の
直径（コア径）ａを一定（ａ）にしておいて、クラッド
６の直径（クラッド径）ｂを光源側の端の直径ｂ１から
光源から最も遠い他端の直径ｂｎに直線的に小さくし、
Ｘ座標上の各位置での光ファイバ３から放射される光７
を常に一定になるようにする。図１（ｂ）では光の放射
（放射される光７）は各位置で一定（均一）に示されて
いる。

【００４８】光ファイバ束自体は密に並んでいる必要は
なく、ある間隔を持たせることで、２次元平面に広がっ
たスリット状のバックライト装置とすることができる。
この光ファイバ間の隙間で配線を行えば、配線部分によ
ってバックライト装置からの光が遮られることがなくな
る。

【００４９】また、光ファイバ自身は曲げたりすること
ができることから、光源とバックライト装置として実際
に光を放射する面（発光面）の間の空間形状的な自由
度、および発光面自体にも空間形状的な自由度を持つこ
とになる。その結果、ノート型パソコンへの適用を考え
ると、発光面自体は平面でよいので必ずしも自由度を必
要としないが、光源と実際に光を発する面の間に自由度
があるということは、従来のＬＣＤの側面に隣接して付
けられていた光源を、キーボードの裏などスペースに余
裕のある任意の位置に配置することができるようにな
る。発光面まではコアの径の占める割合を小さくして光
の放射を防げばよい。

【００５０】なお、本実施形態１では光ファイバ束が１
本の光源に光学的に接続されているが、光ファイバ１本
ごとに異なる光源に接続することも可能である。

【００５１】本実施形態１によれば以下の効果が得られ
る。

【００５２】（１）光ファイバ３は細く長い導光材であ
り、形式的にフレキシブルであるという特徴がある。し
たがって、光源１からの光４を２次元平面上に導く手段
と、前記２次元平面上に一様に光４を放射する手段とし
て光ファイバ３を用いることで、光源１と実際に光４を
放射する面の間の自由度、および実際に光４を放射する
面自体の自由度を持ったバックライト装置の提供を可能
とする。

【００５３】（２）光ファイバ自体は従来のバックライ
ト装置で用いられるアクリル板等でできた導光板と比べ
細く長いため、本発明によれば薄形化，軽量化，大画面
化が可能になる。

【００５４】（３）前記バックライト装置を用いて表示
装置とする場合に、強度変調を行う表示デバイス中の、
表示に寄与しない平行する配線部分には光ファイバ３を
敷設せず、直交する配線部分からは光４を放射させない
ことで、バックライト装置として発光面積当たりの表示
発光面積の占める割合が大きくなり、本発明の目的であ
る高効率化が可能になる。

【００５５】（４）本発明では、長さのある光源１の周
囲を反射板２で覆い、その反射板２の覆いの中に光ファ
イバ３の結合部８を設けている。この構造の理想的な断
面を見ると、光源１と光ファイバ３の結合部８を２つの
極とした楕円面が反射板２になるように配置される。し
たがって、光分配路のような光パワーの分配ロスが生じ
ない。

【００５６】（５）本発明では、光源１から放射部まで
光ファイバ３を用いている。光ファイバ３のコア・クラ
ッドの構造により、その光の損失は通信に用いられてい
る伝送損失と同じ程度で極めて僅かである。

【００５７】（６）本発明では、従来の面放光装置の技
術よりも、さらに供給された光のパワー１００％に近い
高効率で低消費電力のバックライト装置を提供すること
ができる。

【００５８】（実施形態２）図３は本発明の他の実施形
態（実施形態２）であるバックライト装置における光フ
ァイバ束の構造を示す模式図である。

【００５９】本実施形態２では、光の使用効率をさらに
高めるために背面反射板および端面反射板を有する構成
の例であり、図３では前記実施形態１の光ファイバ３、
すなわち光ファイバ束の一部を示してある。

【００６０】本発明に用いる光ファイバ３は、その表面
から光４を放射する機能を持つが、バックライト装置と
しての実際の発光面となる上面（２次元平面上側）以外
の表面での光の放射はロスにつながる。そこで、本実施
形態２では、一部を図の下方に独立して記載してあるよ
うに、光ファイバ束の下面（背面）にＶ字形に繰り返し
て折り曲げた構造の背面反射板１０を設けるとともに、
各光ファイバ３の他端側に端面反射板１１を設けた構造
になっている。

【００６１】本実施形態２では、光ファイバ３から直接
発光される光によるバックライト構成以外に、端面反射
板１１によって戻って来る光による光、および背面反射
板１０によって集光される反射光もバックライトとして
利用されることから、光源１から入射する光の利用効率
を高めることができる。この結果、バックライト装置の
光強度の向上または光源出力を小さくできる等の効果を
奏することになる。

【００６２】（実施形態３）図４は本発明の他の実施形
態（実施形態３）であるバックライト装置における光フ
ァイバの構造を示す模式図、図５は本実施形態３のバッ
クライト装置における光ファイバの構造を示す模式図で
ある。

【００６３】本実施形態３では、前記実施形態１の光フ
ァイバ３の表面から光４を放射させるための手段につい
て説明する。

【００６４】前記実施形態１のように、ファイバ構造の
うちコアの径、クラッドの厚さ、またはコア・クラッド
間の屈折率の差、またはその両方を入射した光が光の進
行方向に対して均一に散乱するよう最適化するという手
段がある。

【００６５】他には、図４に示すように、スキューレイ
１５（ファイバ中心を通らない光線）の励振を示してい
る。これによりもれる光を利用する方法がある。スキュ
ーレイ１５は、光源１から放射された光４を、反射板２
を使って光ファイバ３の一端に入射させる場合、光４を
コア５のみに入射させることなく、コア５の外側のクラ
ッド６にも入射させることによって発生させることがで
きる。

【００６６】このスキューレイ１５の利用にあって、２
次元平面における光４の強度分布を一様とするため、フ
ァイバ径（コア径，クラッド径）を適当に変形させた構
造にすればよい。図５では、光ファイバ３の左端（光源
側）ではコア径を大きくしかつクラッドの厚さを厚く
し、光ファイバ３の右端ではコア径を小さくしかつクラ
ッドの厚さを薄くした例であり、この構造によって光の
発光分布を均一なものにすることができる。

【００６７】（実施形態４）図６は本発明の他の実施形
態（実施形態４）であるバックライト装置における光フ
ァイバの構造を示す模式図、図７は本実施形態４のバッ
クライト装置における光ファイバの構造を示す模式図で
ある。

【００６８】本実施形態４でも、前記実施形態１の光フ
ァイバ３の表面から光４を放射させるための手段につい
て説明する。図６は光ファイバ３の表面２０またはコア
５とクラッド６の境界面２１またはその両方に凹凸２２
を形成して、光４の散乱構造２３を持たせたものであ
る。

【００６９】前記凹凸２２は、たとえば光ファイバ３を
引き抜きながら形成する際、その引き抜きの速度を微妙
に変化させることによって、境界面２１や表面２０に凹
凸２２を形成することができる。たとえば、MCVD法を用
いて光ファイバのプリフォームを製造する過程で、クラ
ッド材料を堆積させる際に、加熱のためのバーナの移動
を不均一にすることで、プリフォームのクラッド内側表
面に凹凸を作成し、その後で従来どおりコア材料を堆積
させてコラップスして、それを線引き装置にかけること
で、コアとクラッドとの界面に凹凸のある光ファイバを
形成できる。また、表面２０に対しては各種の機械的加
工法によって容易に形成することができる。

【００７０】図７は、凹凸２２の具合を光源からの距離
に比例して変化させた構造であり、光ファイバ３の左端
（光源側）では凹凸２２の程度は小さく、光源から遠く
なるに従って凹凸２２の大きさを大きくした例であり、
この構造によって光の発光分布を均一なものにすること
ができる。

【００７１】（実施形態５）図８は本発明の他の実施形
態（実施形態５）であるバックライト装置における光フ
ァイバの構造を示す模式図、図９は本実施形態５のバッ
クライト装置における光ファイバの構造を示す模式図で
ある。

【００７２】本実施形態５でも、前記実施形態１の光フ
ァイバ３の表面から光４を放射させるための手段につい
て説明する。本実施形態５の光ファイバ３は、図８に示
すように光ファイバ３のコア５内に散乱物質２５や空隙
による散乱構造を散在させた構造になっている。散乱構
造は光ファイバ３の製造時、コアを形成する部分に散乱
物質２５を混入させたり、あるいは温度管理を変化させ
て気泡を発生させることによって空隙を発生させること
によって散乱構造を発生させることができる。散乱物質
の混入や気泡発生後に母材を引き抜いて光ファイバ３を
形成する。

【００７３】散乱構造の量を光源からの距離により適当
に変化させれば、各位置での発光強度を変化させること
ができる。図９は、散乱物質２５の量を、光ファイバ３
の左端（光源側）では疎として量を少なくし、光源から
遠くなるに従って散乱物質２５の量を順次密として多く
した例であり、この構造によって光の発光分布を均一な
ものにすることができる。

【００７４】（実施形態６）図１０は本発明の他の実施
形態（実施形態６）であるバックライト装置における光
ファイバの構造を示す模式図、図１１は本実施形態６の
バックライト装置における光ファイバの構造を示す模式
図である。

【００７５】本実施形態６でも、前記実施形態１の光フ
ァイバ３の表面から光４を放射させるための手段につい
て説明する。本実施形態６の光ファイバ３は、図１０に
示すように光ファイバ３のコア５内に蛍光物質３０を散
在させた構造になっている。蛍光物質３０は光ファイバ
３の製造時、コアを形成する部分に蛍光物質３０を混入
させることによって製造できる。蛍光物質３０の混入後
に母材を引き抜いて光ファイバ３を形成する。すなわ
ち、本実施形態６は、光ファイバ３中にある波長の光
（紫外線から赤外線）を入射したときに、可視光（波長
400nmから 700nmの光）を発する蛍光物質をドープし、
その発光現象（ホトルミネセンス）を用いる例である。
蛍光物質としては希土類イオンがあり、この希土類イオ
ンを散在させることによって、アップコンバージョン発
光として可視光を得ることができる。

【００７６】蛍光物質３０の量を光源からの距離により
適当に変化させれば、各位置での発光強度を変化させる
ことができる。図１１は、蛍光物質３０の量を、光ファ
イバ３の左端（光源側）では疎として量を少なくし、光
源から遠くなるに従って蛍光物質３０の量を順次密とし
て多くした例であり、この構造によって光の発光分布を
均一なものにすることができる。

【００７７】（実施形態７）図１２は本発明の他の実施
形態（実施形態２）であるバックライト装置における光
ファイバの構造を示す模式図である。本実施形態７で
は、図１２に示すように、バックライト装置としての実
際の発光面となる上面のみを削るなどして、光ファイバ
３の上面（２次元平面上側）のみに光４を放射する機能
を持たせた例である。この構造では、光ファイバ３の周
面から放射する光４は、平坦な発光面３５からだけとな
り、効率的な放射が達成できる。

【００７８】この例では、発光面３５は傾斜し、光ファ
イバ３の左端（光源側）では発光面３５の下のクラッド
厚さは厚く、光源から遠くなるに従って前記クラッド厚
さは徐々に薄くなる構造になっている。この構造によっ
て光の発光分布を均一なものにすることができる。

【００７９】本実施形態７では、光ファイバ３の他端に
前記実施形態２における端面反射板を使用することによ
ってさらに光の利用効率を高めることができる。すなわ
ち、この場合には、光の利用効率は１００％に近似する
ようになる。

【００８０】（実施形態８）図１３は本発明の他の実施
形態（実施形態８）であるバックライト装置の概略を示
す模式図である。本実施形態８は光源を複数とした場合
についての例である。

【００８１】図１３に示すように、本実施形態８では３
つの光源１を配し、各光ファイバ３を前記３つの光源１
のうちの１つと結合している。したがって、同一の光源
の１つに全ての光ファイバ３を結合させた場合に対し
て、３倍の輝度を得ることができる。

【００８２】すなわち、図１３において、結合部の内部
は反射膜で覆われており、光ファイバ端面以外に光の出
射口はなく、各光源からの光は各結合部内部で反射を繰
り返し、各結合部に接続された光ファイバ端面に１００
％伝えられる。したがって、同一のパワーを持つ光源１
つに全ての光ファイバを結合させた場合に対して、同一
のパワーを持つ光源３つに光ファイバを均等に分けて接
続することで、３倍のパワーが利用可能となり、３倍の
輝度を得ることができる。光ファイバの数だけ光源を用
意し、それぞれを結合させれば最大の輝度を得ることが
できる。

【００８３】（実施形態９）図１４は本発明の他の実施
形態（実施形態９）であるバックライト装置の概略を示
す模式図である。本実施形態９ではバックライト自体の
カラー化について説明する。

【００８４】図１４において、光ファイバ３は２本おき
に３系統に別れている。各系統に接続される光源をＲ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）とすれば、Ｒ，Ｇ，Ｂそれ
ぞれの光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに接続された光ファイバ３
が順番に並ぶカラー表示装置用のカラーバックライト装
置となる。この構成によれば、カラー表示装置としての
強度変調部にカラーフィルタを付ける必要がなくなり、
表示装置としての効率を高めることができる。

【００８５】図１５は本実施形態９の変形例であるバッ
クライト装置における光ファイバと光源との結合部分を
示す模式図であり、他のカラー化の構成である。本実施
形態では、光源として白色光源４０を用いるが、各光フ
ァイバ３に光が入射する端面（一端面）にＲ，Ｇ，Ｂの
カラーフィルタ４１を設ける構成になっている。この構
成によれば、光源としてＲ，Ｇ，Ｂの三色の光源が不要
になり、バックライト装置における部品数の低減と、装
置の小型化が達成できる。

【００８６】（実施形態１０）図１６は本発明の他の実
施形態（実施形態１０）であるバックライト装置の概略
を示す模式図である。本実施形態１０は、前記実施形態
９と同様に光ファイバ３は２本おきに３系統の光源のう
ちのいずれかの光源に接続される構造になっている。３
系統の光源とは、前記実施形態９の場合と同様にＲ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の三原色の光源１Ｒ，１
Ｇ，１Ｂである。

【００８７】また、これら光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの近傍
にはそれぞれ白色光源４０が配置され、この白色光源４
０と光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂとの切り替えが可能になって
いる。図は模式図であり、特に切り替え構造については
省略してあるが、たとえば、切り替え手段によって、楕
円形の反射板２の一方の焦点に位置する光源が、白色光
源４０からいずれかの光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、またはい
ずれかの光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから白色光源４０に切り
替えられる。また、前記反射板２の断面形状を変えて、
白色光源４０を点灯した場合は光ファイバ３の一端に白
色光が入射され、白色光源４０を消して光源１Ｒ，１
Ｇ，１Ｂを点灯した際は、光ファイバ３の一端に三原色
のうちのいずれかの色の光が入射されるようにしてもよ
い。

【００８８】本実施形態１０では、Ｒ，Ｇ，Ｂの光源１
Ｒ，１Ｇ，１Ｂを点灯させることにより、カラーバック
ライト装置となり、切り替えて白色光源４０を点灯させ
ることで３倍の輝度を有するモノクロ表示装置用のバッ
クライト装置として使用可能になる。

【００８９】（実施形態１１）図１７は本発明の他の実
施形態（実施形態１１）である表示装置におけるバック
ライト装置の一部と表示デバイスの一部を示す模式図、
図１８は本実施形態１１である表示装置におけるバック
ライト装置の一部と表示デバイスの一部を示す模式的断
面図である。本実施形態１１は図１４の実施形態９のバ
ックライト装置と液晶（表示デバイス）５０による強度
変調部５１を組み合わせて、表示装置５２としたもので
ある。

【００９０】液晶５０による強度変調部５１は、丁度等
間隔に並んだ光ファイバ３に沿って、垂直（または水
平）方向の画素５３が平行に並んだ構成になっている。
光ファイバ３の一端におけるＲ，Ｇ，Ｂの表示部分は、
赤，緑，青の光源への接続部分である。各光ファイバ３
の間には隙間があり、その隙間に光ファイバ３と平行に
配線５４がくるようになっている。また、光ファイバ３
と垂直に交わる配線５４に対しては、その配線５４と光
ファイバ３が交差する部分では光４の放射がないように
なっている。こうすることで、バックライト装置の発光
面積と、表示装置としての表示発光面積とが等しくな
る。

【００９１】これによりカラーフィルタ無しの構造と
し、高輝度，高効率のカラー表示装置を提供することが
可能になる。

【００９２】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえ
ば、前記各実施形態では、バックライトの光の発光分布
を均一（一様）とした例について説明したが、バックラ
イトを各領域毎に変化させたものも提供することができ
る。本発明は少なくとも面放光装置には適用できる。

【００９３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００９４】（１）本発明によれば、光を２次元平面上
に導く手段および前記２次元平面上に一様に光を放射す
る手段として光ファイバを用いることで、配線による光
の遮断を受けず、高効率かつ薄形・軽量のバックライト
装置が提供できる。

【００９５】（２）本発明によれば、光ファイバと接続
する光源を複数系統とすることで、バックライト装置を
カラー化することができ、白色光源との切り替えを設け
ることで、カラー，モノクロの切り替え可能なバックラ
イト装置を提供することができる。したがって、非発光
型表示素子にはカラーフィルタを必要としないため、こ
のバックライト装置と組み合わせることで、高輝度，高
効率の表示装置を提供することができる。

【００９６】（３）本発明によれば、光源と実際に光を
放射する面の間の自由度、および実際に光を放射する面
自体の自由度のあるバックライト装置ができるので、空
間形状的な自由度のある非発光型表示デバイスのバック
ライトとして用いれば、任意形状の表示装置が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）であるバッ
クライト装置の概略を示す模式図である。

【図２】本実施形態１のバックライト装置における２次
元平面を構成する光ファイバの構造を示す模式図であ
る。

【図３】本発明の他の実施形態（実施形態２）であるバ
ックライト装置における光ファイバ束の構造を示す模式
図である。

【図４】本発明の他の実施形態（実施形態３）であるバ
ックライト装置における光ファイバの構造を示す模式図
である。

【図５】本実施形態３のバックライト装置における光フ
ァイバの構造を示す模式図である。

【図６】本発明の他の実施形態（実施形態４）であるバ
ックライト装置における光ファイバの構造を示す模式図
である。

【図７】本実施形態４のバックライト装置における光フ
ァイバの構造を示す模式図である。

【図８】本発明の他の実施形態（実施形態５）であるバ
ックライト装置における光ファイバの構造を示す模式図
である。

【図９】本実施形態５のバックライト装置における光フ
ァイバの構造を示す模式図である。

【図１０】本発明の他の実施形態（実施形態６）である
バックライト装置における光ファイバの構造を示す模式
図である。

【図１１】本実施形態６のバックライト装置における光
ファイバの構造を示す模式図である。

【図１２】本発明の他の実施形態（実施形態７）である
バックライト装置における光ファイバの構造を示す模式
図である。

【図１３】本発明の他の実施形態（実施形態８）である
バックライト装置の概略を示す模式図である。

【図１４】本発明の他の実施形態（実施形態９）である
バックライト装置の概略を示す模式図である。

【図１５】本実施形態９の変形例であるバックライト装
置における光ファイバと光源との結合部分を示す模式図
である。

【図１６】本発明の他の実施形態（実施形態１０）であ
るバックライト装置の概略を示す模式図である。

【図１７】本発明の他の実施形態（実施形態１１）であ
る表示装置におけるバックライト装置の一部と表示デバ
イスの一部を示す模式図である。

【図１８】本実施形態１１である表示装置におけるバッ
クライト装置の一部と表示デバイスの一部を示す模式的
断面図である。

【図１９】従来のバックライト装置の概略を示す模式図
である。

【符号の説明】

１，１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ…光源、２…反射板、３…光ファ
イバ、４…光、５…コア、６…クラッド、７…放射され
る光、８…結合部、１０…背面反射板、１１…端面反射
板、１５…スキューレイ、２０…表面、２１…境界面、
２２…凹凸、２３…散乱構造、２５…散乱物質、３０…
蛍光物質、３５…発光面、４０…白色光源、４１…カラ
ーフィルタ、５０…液晶（表示デバイス）、５１…強度
変調部、５２…表示装置、５３…画素、５４…配線、７
０…小型蛍光ランプ、７１…導光板、７２…反射板、７
３…反射シート、７４…光、７５…拡散ドット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源から放射される光を２
次元平面上に導く手段と、前記２次元平面上に導かれた
前記光を前記２次元平面の法線方向に放射させる手段と
によってバックライトを発生させるバックライト装置で
あって、前記２次元平面上に平行に並べられたコアとク
ラッドとからなる複数本の光ファイバと、前記各光ファ
イバの一端に前記光源から放射された光を結合する結合
手段とを有し、前記各光ファイバのクラッドの外表面か
ら漏れでる光で前記バックライトを発生させることを特
徴とするバックライト装置。
【請求項２】光源と、前記光源から放射される光を２
次元平面上に導く手段と、前記２次元平面上に導かれた
前記光を前記２次元平面の法線方向に放射させる手段と
によってバックライトを発生させるバックライト装置で
あって、前記２次元平面上に平行に並べられたコアとク
ラッドとからなる複数本の光ファイバと、前記各光ファ
イバの一端に前記光源から放射された光を結合する結合
手段と、前記光ファイバの前記２次元平面上側に向かっ
て光を放射する表面を除く周面と他端面のうちの一部ま
たは全部に対応して設けられるミラーとを有し、前記各
光ファイバのクラッドの外表面から漏れでる光で前記バ
ックライトを発生させることを特徴とするバックライト
装置。
【請求項３】前記光ファイバのクラッド表面から放射
する光の強度の大小は、前記光ファイバを構成するコア
の直径，前記コアを覆うクラッドの厚さ，前記コアとク
ラッドの屈折率の違いのうちの１乃至複数の構成を変化
させた構造によって決定されていることを特徴とする請
求項１または請求項２に記載のバックライト装置。
【請求項４】前記光ファイバから光を放射する手段が
スキューレイの励振によることを特徴とする請求項１乃
至請求項３のいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項５】前記光ファイバにおいてコアとクラッド
の境界面またはクラッドの外表面もしくはその両方に凹
凸が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求
項４のいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項６】前記光ファイバのコア内に散乱物質や空
隙による散乱構造が散在していることを特徴とする請求
項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のバックライト
装置。
【請求項７】前記光ファイバのコア内に蛍光物質が散
在していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のい
ずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項８】前記光ファイバの前記２次元平面上側の
少なくとも一部表面が削られて発光面となっていること
を特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記
載のバックライト装置。
【請求項９】前記コア直径，クラッド厚さ，屈折率
差，凹凸，散乱物質の散在，蛍光物質の散在，発光面位
置のうちの１乃至複数の構成の選択とその構成条件の選
択によって所定の分布のバックライトを発生させること
を特徴とする請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記
載のバックライト装置。
【請求項１０】前記コア直径，クラッド厚さ，屈折率
差，凹凸，散乱物質の散在，蛍光物質の散在，発光面位
置のうちの１乃至複数の構成の選択とその構成条件の選
択によって均一な光の強度分布のバックライトを発生さ
せることを特徴とする請求項３乃至請求項８のいずれか
１項に記載のバックライト装置。
【請求項１１】前記光源を複数とし各光ファイバを複
数光源のうちの１つまたは複数と結合する手段を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１
項に記載のバックライト装置。
【請求項１２】三原色の光源を有し、各光ファイバか
ら放射される光が周期的に色分けされていることを特徴
とする請求項１１に記載のバックライト装置。
【請求項１３】前記複数の光源と各光ファイバとの結
合において光源の切り替えが可能な構造になっているこ
とを特徴とする請求項１１に記載のバックライト装置。
【請求項１４】請求項１乃至請求項１３のいずれか１
項に記載のバックライト装置と、非発光型表示デバイス
による２次元平面上に配置された複数の画素からなる強
度変調装置からなることを特徴とする表示装置。