(57)【要約】【課題】光学的カップリングによる光量損失を抑制することが可能な面発光ユニットおよびその製造方法ならびに表示装置を提供する。【解決手段】面発光ユニット１は、面発光部１０と、この面発光部１０と一体的にかつ同一材料で形成された中継部１１とを備える。中継部１１は、光源からの光を伝播させるための複数の線状導光部材１１０Ａ１の束からなるコア部１１０Ａをクラッド１１０Ｂで被覆した構成を有している。複数の線状導光部材１１０Ａ１を一方向に並列させ、その一部の領域を加熱溶融させて一体化することにより面発光部１０を形成する。面発光部１０と中継部１１とを他の導光部材でカップリングすることなく、光を伝播させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の線状導光部材の束により形成され、光源からの光を伝播させる中継部と、
前記中継部と一体的にかつ同一材料により形成されると共に、前記中継部から伝播された光の面発光を行う面発光部と
を備えた面発光ユニット。
【請求項２】
前記中継部は、複数の線状導光部材を並列配置した束からなるコア部と、前記コア部よりも低い屈折率を有すると共に前記コア部全体を被覆するクラッド部と
を有する請求項１に記載の面発光ユニット。
【請求項３】
前記中継部は、線状導光部材からなるコアを前記コアよりも低い屈折率を有するクラッドにより被覆してなる複数の光ファイバを配置した構成を有する
請求項１に記載の面発光ユニット。
【請求項４】
前記面発光部は、前記中継部のクラッドと同一の材料よりなる層の内部に、前記中継部のコアと同一の材料よりなる層を面内方向に沿って複数配列したものである
請求項３に記載の面発光ユニット。
【請求項５】
前記面発光部の光取り出し側は、前記コアと前記クラッドとそれぞれ同一材料よりなる２つの層が交互に並列した構成を有する
請求項４に記載の面発光ユニット。
【請求項６】
前記面発光部は平行平面板状の形状を有する
請求項１に記載の面発光ユニット。
【請求項７】
前記面発光部の光取り出し面もしくはその反対側の面に、前記面発光部と一体的に設けられた複数の突部を有する
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の面発光ユニット。
【請求項８】
複数の線状導光部材を並列配置する工程と、
前記並列配置された線状導光部材の束の長手方向の一部の領域に熱処理を施し、前記線状導光部材を一体化させることにより中継部に連続した面発光部を形成する工程と
を含む面発光ユニットの製造方法。
【請求項９】
他の領域に配置された複数の線状導光部材をコア部として前記コア部を束状にし、この束状にしたコア部をクラッド部により被覆する工程と
を含む請求項８に記載の面発光ユニットの製造方法。
【請求項１０】
前記線状導光部材に代えて、この線状導光部材（コア）をクラッドにより被覆した光ファイバを用い、
前記光ファイバの束の一部の領域を加熱処理した後、その領域の表面のクラッドを研磨して面発光部を形成する工程を
含む請求項８に記載の面発光ユニットの製造方法。
【請求項１１】
前記一の領域を、所定のパターンを有する型で挟みつつ前記加熱処理を施す
請求項８に記載の面発光ユニットの製造方法。
【請求項１２】
前記熱処理を施す工程において、前記線状導光部材間の溝部分に前記線状導光部材と同等の屈折率を有する材料を充填したのち熱処理を施す
請求項８に記載の面発光ユニットの製造方法。
【請求項１３】
表示部および光源と、前記光源からの光を用いて前記表示部を照射する面発光ユニットとを備え、
前記面発光ユニットは、
複数の線状導光部材の束により形成され、光源からの光を伝播させる中継部と、
前記中継部と一体的にかつ同一材料により形成されると共に、前記中継部から伝播された光の面発光を行う面発光部と
こと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、別体として設けられた光源からの光を用いて面発光を行う面発光ユニットおよびその製造方法ならびに表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタルハライドランプやハロゲンランプ等の光源ユニットを用いた面発光システムが報告されている。この面発光システムでは、光源ユニットと発光部が別ユニットとなっており光源からの光を光ファイバで導く構造となっている。この種の面発光システムでは、発光部を導光棒（線発光部）や導光板（面発光部）等の導光部材を用いて構成し、光ファイバ（中継部）をこれら導光部材にカップリングすることにより、面発光を可能にしている。
【０００３】
また、映像を表示する液晶ディスプレイ等の表示装置においても同じ構造を用いることが可能であり、光源ユニットと表示部とを別々にして光ファイバで連結する手法が下記特許文献１に開示されている。この方法によれば、かなりの重量および容積がある光源ユニットを別ユニットとして設置することができるので、表示装置全体の薄型化と軽量を実現することが容易となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７５２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように光源ユニットと発光部もしくは表示部とを別ユニットとして構成する場合、発光部もしくは表示部と光ファイバとのカップリングのために導光部材を介在させるため、そのカップリング部分において光損失が生じ、光利用効率が低下する虞がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光学的カップリングによる光量損失を抑制することが可能な面発光ユニットおよびその製造方法ならびに表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の面発光ユニットは、複数の線状導光部材の束により形成され、光源からの光を伝播させる中継部と、中継部と一体的にかつ同一材料により形成されると共に、中継部から伝播された光の面発光を行う面発光部と備えたものである。
【０００８】
本発明の面発光ユニットの製造方法は、複数の線状導光部材を並列配置する工程と、並列配置された線状導光部材の束の長手方向の一部の領域に熱処理を施し、線状導光部材を一体化させることにより中継部に連続した面発光部を形成する工程とを含むものである。
【０００９】
本発明の表示装置は、表示部および光源と、光源からの光を用いて表示部を照射する上記本発明の面発光ユニットとを備えたものである。
【００１０】
本発明の面発光ユニットおよび面発光ユニットの製造方法ならびに表示装置では、光源からの光は、中継部を経たのち、この中継部と同一材料により中継部と一体的に形成された面発光部へ、他の導光部材などを介することなく直接的に伝播される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の面発光ユニットおよび面発光ユニットの製造方法ならびに表示装置によれば、面発光部を、中継部を構成する複数の線状導光部材の束の一部領域を利用して形成するようにしたので、光学的カップリングによる光量損失が生ずることなく、光の伝播効率が向上する。従って、これを表示装置に適用することにより表示品質が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る面発光ユニット１の概略構成を表すものである。面発光ユニット１は、別体として設けられた光源からの光により面発光を行う面発光部１０と、この面発光部１０と一体的に形成され、面発光部１０へ向けて光源からの光を伝播させるための中継部１１とを備えている。
【００１４】
中継部１１は、面発光部１０の両側部に連続して設けられている。この中継部１１は、複数の線状導光部材１１０Ａ１を束状にしたコア部１１０Ａを有し、このコア部１１０Ａの表面全体がクラッド部１１０Ｂにより被覆されている。線状導光部材１１０Ａ１は光を伝播させる芯線としての役割を有するものであり、光ファイバのコアに相当する。具体的には、例えばアクリル、ガラス、プラスティックなどの材料により構成されている。クラッド部１１０Ｂは、コア部１１０Ａ内に光を閉じ込める機能を有するものであり、コア部１１０Ａよりも屈折率の低い材料、例えばフッ素樹脂などにより構成されている。
【００１５】
面発光部１０は、後述のような方法により光ファイバの線状導光部材１１０Ａ１の束を利用して平行平面板状に加工されたものである。すなわち、この面発光部１０は、上記中継部１１の線状導光部材１１０Ａ１と同一の材料で一体的に形成されている。この面発光部１０は、面全域での光取り出しが可能であり、中継部１１の線状導光部材１１０Ａ１の直径よりも小さな厚みで形成されている。すなわち、面発光ユニット１全体では、横から見て中央の面発光部１０においてくびれた形状を有している。
【００１６】
上記面発光ユニット１は、次のようにして製造することができる。すなわち、図２に示したように、複数本の線状導光部材１１０Ａ１を密着して並列させたのち、面発光部１０に相当する幅の一部領域１０Ａを加熱融着させることにより一体化させる。具体的には、図３に示したように、下側プレートヒータ１２１上に、複数の線状導光部材１１０Ａ１を上記のように並べ、例えば金属材料やセラミックスからなるスペーサ１２２を介して上側プレートヒータ１２０と共に挟み込んで領域１０Ａに対して加熱処理を施す。このとき、スペーサ１２２を上側プレートヒータ１２０から一定の間隙を介して設置し、このスペーサ１２２と上側プレートヒータ１２０とが接するまで、例えば１３０〜１６０℃に加熱すると共に加圧する。こののち、加圧状態のまま室温となるまで自然冷却する。その後、中継部１１に相当する線状導光部材１１０Ａ１を束ね、この束状の線状導光部材１１０Ａ１をコア部１１０Ａとして、例えばフッ素樹脂をコーティングすることによりクラッド部１１０Ｂで被覆する。以上により、図１に示した面発光ユニット１を完成する。
【００１７】
この面発光ユニット１では、例えばレーザ装置などの光源（図示せず）から出射された光は中継部１１の各線状導光部材１１０Ａ１内を伝播したのち、面発光部１０の面Ｓ１もしくは面Ｓ２から取り出される。このとき、本実施の形態では、面発光部１０と中継部１１を構成する複数の線状導光部材１１０とは上述のように一体的に、かつ同一材料で形成されているため、従来のようにカップリングのための導光部材を介することなく、中継部１１から面発光部１０へ向けて光が直接伝播する。よって、従来のように光学的カップリングによる光量損失を抑制することができる。
【００１８】
また、本実施の形態では、面発光部１０が平行平板状であるので、光取り出しのための種々の加工を導光板と同様にして施すことが可能となる。例えば、図４に示したように、面発光部１０の面Ｓ１に、例えば印刷によりドット１３０をパターン形成し、面Ｓ２から取り出される光量を均一にすることができる。また、ドット１３０の他にも、微細な凹凸を設けるようにしてもよい。なお、このような加工は、光取り出し面に施してもよく、光取り出し面の反対側の面に施してもよい。
【００１９】
ちなみに、従来の光ファイバをそのまま束ねて面形状とし、面発光を行う構成（例えば図２に示したような構成）とすることも考えられるが、このような構成では、光取り出し面が断面半円形状の凹凸面となり、上記のような光取り出し加工を施しにくい。また、通常光ファイバではコアがクラッドで被覆されているので、光取り出しのために表面のクラッドを取り除いてコアを露出させたのち、サンドブラストなどの処理を施して光量を均一化する必要がある。
【００２０】
このような面発光部１０を備えた面発光ユニット１は、例えば図５に示したような表示装置２に適用することができる。表示装置２は、光源１２と表示本体１５とをそれぞれ別体として備えたものである。光源１２は、照明光を発生させるものであり、例えば、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオード、レーザなどである。表示本体１５は、表示パネル１３と、面発光ユニット１における面発光部１０と、表示装置２を制御するための回路部１４とにより構成される。表示パネル１３は、光源１２からの照明光を映像信号に基づいて変調し、映像を表示するものであり、例えば液晶パネルが用いられる。なお、表示パネル１３の光入射側には、各種光学シート例えば偏光シートやプリズムシート、拡散板等（図示せず）が配置される。表示本体１５の面発光部１０と光源１２とは、中継部１１により接続されている。
【００２１】
このように、表示装置２では、本実施の形態の面発光ユニット１を備えていることにより、上述したようにカップリングによる光量損失が抑制され、光利用効率が向上する。
【００２２】
なお、上記第１の実施の形態では、中継部１１において、複数の線状導光部材１１０Ａ１を束状に形成し、その外側にクラッド部１１０Ｂを形成した構成を例に挙げて説明したが、線状導光部材１１０Ａを束状とせずに、同一面内に複数並列させた状態でクラッドで被覆するようにしてもよい。但し、光の損失を抑えるために、中継部１１をできるだけ広い範囲で覆うようにクラッド部を形成することが望ましい。
【００２３】
以下、本発明の他の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００２４】
［第２の実施の形態］
図６は、第２の実施の形態に係る面発光ユニット３の概略構成を表すものである。面発光ユニット３は、別体として設けられた光源からの光により面発光を行う面発光部２０と、この面発光部２０と一体的に形成され、面発光部１０へ向けて光源からの光を伝播させるための中継部２１とを備えていることは、第１の実施の形態の面発光ユニット１と実質的に共通しているが、以下の点で異なっている。
【００２５】
本実施の形態においては、中継部２１は、コア（線状導光部材）１１１Ａの外周をクラッド１１１Ｂで被覆したもの（光ファイバ１１１）の束により構成されている。すなわち、コア１１１Ａは、例えばアクリル、ガラス、プラスティックなどの材料、クラッド１１１Ｂはコア１１０Ａよりも屈折率の低い材料で構成されている。
【００２６】
面発光部２０は、例えば平行平面板状であり、上記中継部２１と同一材料により構成されていることは、上記実施の形態と共通する。但し、面発光部２０では、複数の光ファイバ１１１のクラッド１１１Ｂが一体化されており、この一体化されたクラッド１１１Ｂの内部に複数のコア１１１Ａが一方向に配列した構成を有している。コア１１１Ａは面発光部２０の光取り出し側の面Ｓ２において露出しており、この露出したコア１１１Ａから光が取り出されるようになっている。なお、反対側の面Ｓ１は一体化されたクラッド１１１Ｂが全面に形成されている。
【００２７】
上記面発光ユニット３は、次のようにして製造することができる。例えば、まず、図７に示したように、コア１１１Ａおよびクラッド１１１Ｂからなる複数本の光ファイバ１１１を密着して並列させたのち、この一部の領域２０Ａを加熱融着させる。具体的には、図８に示したように、下側プレートヒータ１２１上に、複数の線状導光部材１１０Ａを上記のように並べ、スペーサ１２２を介して上側プレートヒータ１２０で挟み込んで領域２０Ａに対して上記第１の実施の形態と同様にして加熱処理を施す。これにより、クラッド１１１Ｂが一体化されて領域２０Ａが平板状となり、その内部に複数本のコア１１１Ａが配列した構造を得る（図９（Ａ））。こののち、平板状に一体化されたクラッド１１１Ｂの表面（光取り出し側の面）を研磨し、内部のコア１１１Ａを露出させことにより、図６に示した面発光ユニット３を得ることができる。
【００２８】
このように本実施の形態においても、中継部２１を構成する複数の光ファイバ１１１を面発光部２０と一体的にかつ同一材料で設けるようにしたので、上記第１の実施の形態と同様に、光学的カップリングによる光量損失が生ずることはない。
【００２９】
［第３の実施の形態］
図１０（Ａ）は、第３の実施の形態に係る面発光ユニットの面発光部３０の概略構成を表すものである。図１０（Ｂ）は、面発光部３０の製造方法を説明するための図である。本実施の形態では、面発光部３０の光取り出し側の面Ｓ２の構成以外は、上記第１の実施の形態の面発光部１０および面発光ユニット１と同様の構成となっている。
【００３０】
面発光部３０の光取り出し側の面Ｓ２には、プリズム形状の複数の突起３０ａが一体的に設けられている。このような面発光部３０は、図１０（Ｂ）に示したように、例えば平板状の型２１０と、鋸歯状の溝を有する型２１１を用いて、一方向に並列させた複数の線状導光部材１１０Ａを上下から挟み込み、上述したような加熱処理を施すことにより製造することができる。
【００３１】
このように、本実施の形態では、加熱処理を施す際に、所望の型を用いて面発光部３０を形成することで、面発光部３０の面Ｓ１，Ｓ２を所望の形状に成型することができる。例えば、鋸歯状の型２１１を用いて面Ｓ２を形成することで、面Ｓ２の側に集光機能を有するプリズムを一括形成することが可能となる。一般の表示装置では、導光板などの面発光部の光取り出し側に複数のプリズムからなるプリズムシートなどを配置した構成を有するが、本実施の形態のように、プリズムシートと同等の機能を有する複数の突起３０ａを面発光部３０に一体的に、かつ一括して形成することにより、部品点数を少なくすることができると共に、装置全体の厚みの増大を抑制することが可能となる。
【００３２】
なお、加熱処理の際に用いられる型は、上記のものに限定されず、種々のものを用いることができる。また、光取り出し側の面Ｓ２に限らず、その反対側の面Ｓ１あるいは面Ｓ１，Ｓ２の両面に対して特殊な形状の型を用いるようにしてもよい。例えば、図１１（Ａ）に示したように、面発光部４０の光取り出し面Ｓ２とは反対側の面Ｓ１に円柱状の突起４０ａを複数形成するようにしてもよい。この場合には、図１１（Ｂ）に示したように、円柱状の孔を一定間隔で有する型２２０を用いて加熱処理を施せばよい。これにより、面発光部４０の面Ｓ１にエンボス加工を施すことができる。なお、上記型に設けられる溝や孔の数、寸法、形状および配置などは特に限定されるものではなく、必要とされる仕様に応じて適宜設定すればよい。
【００３３】
（変形例）
次に、本発明の面発光ユニットの製造方法の変形例について図１２を参照して説明する。まず、上記第１の実施の形態の面発光ユニット１と同様に、下側プレートヒータ１２１上に複数の線状導光部材１１０Ａ１を並列させる。続いて、本変形例では、並列した複数の線状導光部材１１０Ａ１の領域１０Ａ（図１２には図示せず）に対して、線状導光部材１１０Ａ１と同等の屈折率を有する材料、例えばアクリルペレット２３１を塗布して、上側プレートヒータ１２０で挟み込み加熱処理を施す。またこのとき、スペーサ２３０の厚みは線状導光部材１１０Ａ１の直径より大きくても小さくてもよい。
【００３４】
このように、複数の線状導光部材１１０Ａ１上にアクリルペレット２３１を塗布して、加熱処理を施すことにより、複数の線状導光部材１１０Ａ１とアクリルペレット２３１が融着により一体化され、面発光部を形成することができる。
【００３５】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、様々な変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、光ファイバとしてコアをクラッドで被覆した構造を有するものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、コアおよびクラッドをさらに他の部材で被覆するようにしてもよい。但し、この場合には、加熱処理により、複数の光ファイバを一体化したのち、この一体化した領域においてコアが露出するまで研磨するようにする。
【００３６】
また、上記実施の形態では、面発光部の両側に中継部が設けられた構成を例に挙げて説明したが、面発光部および中継部の配置関係はこれに限定されず、面発光部の少なくとも一部に中継部が連結されていればよい。すなわち、並列させた複数の光ファイバに対して、加熱により溶融させる位置や面積は特に限定されず、必要とされる発光面積や光量に応じて適宜設定すればよい。
【００３７】
さらに、上記実施の形態では、面発光部が平板状である構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、楔型など一方の面が傾斜したような構造であってもよい。また、面発光部の平面形状は、矩形状に限らず、他の多角形状や円形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る面発光ユニットの概略構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示した面発光ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図３】図１に示した面発光ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図４】図１に示した面発光ユニットの面発光部の加工の一例を表す斜視図である。
【図５】図１に示した面発光ユニットの一適用例の全体構成を表す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る面発光ユニットの概略構成を表す斜視図である。
【図７】図６に示した面発光ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図８】図６に示した面発光ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図９】図８の工程に続く製造方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る面発光ユニットの概略構成を表す斜視図である。
【図１１】図１０に示した面発光部の他の例を説明するための図である。
【図１２】本発明の変形例に係る面発光ユニットの製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，３…面発光ユニット、２…表示装置、１０，２０，３０，４０…面発光部、１１，２１…中継部、１１０，１１１…線状導光部材１１０Ａ１，１１１Ａ…コア、１１１Ｂ…クラッド、１２…光源、１３…表示パネル、１４…回路部、１５…表示本体。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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