JP5275897B2

JP5275897B2 - 面状照明装置

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Publication number: JP5275897B2
Application number: JP2009121541A
Authority: JP
Inventors: 悟之川島; 誠古田
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: US8303152B2; EP2253973A1; US20100296284A1; JP2010272262A

Description

本発明は、導光板の側面部（入光面）に光源を配置してなるサイドライト方式の面状照明装置に関し、特に、導光板の側面部に点状光源を複数列に配置した面状照明装置に関する。

液晶表示パネルの照明手段として、サイドライト方式の面状照明装置が、薄型化に有利であることから、携帯電話等の小型携帯情報機器の分野を中心に広く採用されている。導光板の側面部に配置される光源としては、点状光源であり環境適合性に優れたＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）が多用されている。

近時では、液晶表示パネルの高精細度化および高機能化に対応するため、面状照明装置には更なる輝度の向上が求められている。面状照明装置の輝度を向上させる方式として、導光板の側面部に対してＬＥＤを複数列に配置する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図４に、特許文献１に開示されている照明装置５０を示す。照明装置５０は、方形の導光板５１と、導光板５１の一側面部に配置される複数のＬＥＤ５２とを含んで構成されている。導光板５１の一側面部には矩形波形状をなす複数の凹凸部が形成され、複数の凹部５３および複数の凸部５４にＬＥＤ５２がそれぞれ配置されている。すなわち、複数のＬＥＤ５２は、２つの直線上に並んで、いわゆる千鳥状に配置されている。なお、複数のＬＥＤ５２は、その側面に一対の端子５２ａが設けられており、フレキシブルプリント基板５５の端子部（図示せず）に半田付けされている。

特開２００７−７３３９９号公報

上記のように、複数のＬＥＤを千鳥状に配置させた場合には、隣接するＬＥＤ間において、ＬＥＤの側面に設けられている端子同士の接触を回避した状態で、多くのＬＥＤを配置させることができる。これにより、輝度の大きい面状照明装置が実現できる。しかしながら、面状照明装置の高輝度化は常に求められているのが現状である。特に、１つの面状照明装置から波長特性の異なる２種類以上の照明光を出射させるために、より多くのＬＥＤを配置させることができる面状照明装置の開発が求められている。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、多くのＬＥＤを配置させ輝度に優れたサイドライト方式の面状照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る面状照明装置は、一側面部に沿って凹部および凸部が交互に繰り返し形成された導光板と、前記凹部および前記凸部に沿って２列に配置される複数の点状光源と、を備える面状照明装置において、前記凸部は、幅が略一定の平行部と、前記平行部に連設し前記平行部から離れるにしたがって幅が広がる拡開部と、を有し、前記点状光源の各々は、発光素子チップと、中央部に前記発光素子チップを収納する有底孔を有し反射性材料を用いて形成されたランプハウスと、を有し、前記拡開部の先端側の幅が、前記有底孔の開口幅よりも大きく、かつ前記ランプハウスの前記一側面部に沿う方向の幅よりも小さく形成されていることを特徴とするものである。

この場合、前記２列に配置される複数の点状光源は、前記導光板方向に向かって投影して見た場合に、互いに隣接する２つの点状光源におけるそれぞれの前記ランプハウスが互いに一部が重なるように配置されているのが好ましい。

また、この場合、前記２列の配置される前記点状光源は、列ごとに波長特性が異なるようにしてもよい。

本発明の面状照明装置は、導光板の一側面部に形成される複数の凸部の各々に、外側に向かうほど幅が広がる拡開部を設けるともに、その拡開部の先端側（凸部の頂面）の幅を、点状光源のランプハウスに設けられた有底孔の開口幅（点状光源の出射面の一側面部に沿う方向の幅）よりも大きく、かつ、ランプハウスの一側面部に沿う方向の幅よりも小さく形成されている。これにより、点状光源の出射面から出射した光の多くを導光板内に入射させることができるとともに、より多くの点状光源を導光板の一側面部に沿って配置させることができる。また、凸部に拡開部を設け、拡開部の先端側の幅を点状光源の開口幅よりも大きくすることによって、凸部に対する個々の点状光源の位置ずれを許容することができる。これにより、点状光源の各々から出射した光を安定して導光板内に入射させることができる。

本発明の実施形態に係る面状照明装置の要部を示す平面図である。同面状照明装置の破線Ａで囲まれた部分の拡大図である。同面状照明装置を構成するＬＥＤの構成を示す図であり、（ａ）が斜視図であり、（ｂ）が出射面側から見た側面図である。従来の照明装置の全体構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る面状照明装置１０を図面を参照して説明する。

面状照明装置１０は、図１に示すように、一側面部から入射された光を一方の主平面から出射させる矩形平板状の導光板１１と、導光板１１の一側面部に２列に配置される複数の点状光源としてのＬＥＤ２１と、複数のＬＥＤ２１が実装される短冊状のＦＰＣ（Flexible Printed Circuit Board；フレキシブルプリント回路基板）３１と、を備えている。なお、導光板１１の一方の主平面には、プリズムシートや拡散シートなどの光学シート類（不図示）が重ねて配置され、他方の主平面には反射シート（不図示）が配置されている。

導光板１１は、透明材料（本実施形態では、ポリカーボネート樹脂）を用いて形成されている。導光板１１の一側面部には、複数（本実施形態では、６つ）の凹部１２と、隣接する凹部１２間に位置する複数（本実施形態では、５つ）の凸部１３と、一側面部の両端にそれぞれ位置する一対（２つ）の端部１６と、を有している。すなわち、導光板１１の一側面部には、一対の端部１６間に、凹部１２および凸部１３が一側面部の長手方向に沿って交互に繰り返し形成されている。

凹部１２は、隣接する一対の凸部１３間、および、一対の端部１６の各々と隣接する凸部１３との間に形成されるスペースである。凹部１２は、本実施形態ではいずれも同一形状であり、その底面１２ａの長さが、ＬＥＤ２１の全長（一側面部に沿う長手方向の長さ）よりも幾分長く設定されている。

凸部１３は、図２に示すように、導光板１１の一側面部から外側（ＬＥＤ２１が配置される側）に向かって張り出すように形成され、内側に位置する平行部１４と、平行部１４に連設し平行部１４の外側に位置する拡開部１５と、から構成されている。

平行部１４は、平面視矩形状をなし、幅（一側面部に沿う方向の寸法）Ｗ１が一定に形成された部分である。一方、拡開部１５は、平面視台形状をなし、外側に向かうほど幅が一定の割合で広がるように形成された部分である。したがって、凸部１３は、全体として平面視ラッパ形状をなし、凸部１３（または拡開部１５）の先端側の端面である頂面１３ａの幅をＷ２とすると、Ｗ２＞Ｗ１の関係にある。

また、凸部１３の頂面１３ａは、平面視して、頂面１３ａの中心Ｃと平行部１４の角部（平行部１４の側端面と凹部１２の底面１２ａとの交辺）Ｄとを結ぶ線の凸部１３の中心線（頂面１３ａの垂線）に対する傾き角θが３２度となるように形成されている。なお、傾き角θは、２０度以上にするのが好ましい。傾き角θが２０度未満の場合には、光の指向性が強くなり、照明光の均一性が低下するからである。

再び図１を参照して、一対の端部１６は、凸部１３の平行部１４に相当する平面視矩形状の部分と、凸部１３の拡開部１５に相当する平面視片台形状の部分と、から構成されている。そして、一対の端部１６は、本実施形態では、凸部１３と比較して幅広に形成されている。なお、一対の端部１６は、本発明においては必須の構成要素ではなく、また、一対の端部１６を有する場合であっても、必ずしもＬＥＤ２１ｂが配置される必要はない。

また、本実施形態では、凹部１２の底面１２ａには、入射した光の広がり角を調整するためのいわゆる入光プリズムが形成されているが、凸部１３の頂面１３ａおよび一対の端部１６の頂面１６ａには、入光プリズムは形成されていない。

次に、導光板１１の一側面部に２列に配置される複数のＬＥＤ２１について説明する。複数のＬＥＤ２１は、複数の凹部１２にそれぞれ配置される複数（本実施形態では、６つ）の第１列ＬＥＤ２１ａと、複数の凸部１３および一対の端部１６にそれぞれ配置される複数（本実施形態では、７つ）の第２列ＬＥＤ２１ｂと、から構成されている。なお、本実施形態では、第１列ＬＥＤ２１ａおよび第２列ＬＥＤ２１ｂは同一であるので、配列を区別する必要がある場合を除き、第１列ＬＥＤ２１ａおよび第２列ＬＥＤ２１ｂをＬＥＤ２１と総称して説明する。

ＬＥＤ２１は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、発光素子チップとしてのＬＥＤチップ（ダイスとも呼ばれている）２２と、ＬＥＤチップ２２を中央部に収納するランプハウス２３と、ランプハウス２３の中央部に形成されＬＥＤチップを覆う封止部２４と、ランプハウス２３の長手方向両端に一部が露出する一対の電極端子２５と、を有している。

ＬＥＤチップ２２は、本実施形態では、青色光（波長４１０ｎｍから４８０ｎｍ）を発光する青色ＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ２２は、図示しないボンディングワイヤによって一対の電極端子２５に電気的に接続されている。

ランプハウス２３は、光を反射する反射性材料としての白色樹脂（本実施形態では、酸化チタンが分散された液晶ポリマー）を用いて略直方体状に形成され、中央部に有底孔２３ａが形成されている。この有底孔２３ａの底面にＬＥＤチップ２２が実装されている。また、有底孔２３ａの開口形状は、略長矩形状である。したがって、ランプハウス２３は、有底孔２３ａを形成するように、図示左右方向にそれぞれ位置する左側壁２３ｂおよび右側壁２３ｃと、図示上下方向にそれぞれ位置する上側壁２３ｄおよび下側壁２３ｅと、を有している。

各側壁２３ｂ〜２３ｅは、その内側面が有底孔２３ａの底面側から開口側に向かって外側に広がるように形成されている（図２参照）。これにより、各側壁２３ｂ〜２３ｅの内側面は、ＬＥＤチップ２２から出射した光の反射面として機能する。すなわち、ＬＥＤチップ２２から左右および上下方向に出射した光は、各側壁２３ｂ〜２３ｅの内側面で反射しながら前方（導光板１１の一側面部と対向する側面部方向）に向かって進行し、開口（出射面）から出射する。

ここで、ランプハウス２３（または有底孔２３ａ）の開口幅（左側壁２３ｂおよび右側壁２３ｃ間の距離）Ｗ３は、凸部１３の頂面１３ａの幅Ｗ２より小さく、かつ、凸部１３の平行部１４の幅Ｗ１よりも大きくなるように設定されている。そして、ランプハウス２３の長手方向幅（一側面部に沿う方向の幅）Ｗ４は、凸部１３の頂面１３ａの幅Ｗ２より大きくなるように設定されている。なお、ランプハウス２３の開口幅Ｗ３は、平行部１４の幅Ｗ１よりも小さくなるように設定してもよい。

また、ランプハウス２３の有底孔２３ａには、ＬＥＤチップ２２を覆うように透光性材料（本実施形態では、シリコーン樹脂）を充填することによって封止部２４が形成されている。この透光性材料には、ＬＥＤチップ２２が発光する青色光を受けて黄色成分の光を発光する黄色蛍光体が分散されている。すなわち、ＬＥＤチップ２２が発光する青色光と、黄色蛍光体が発光する黄色光とを混色させることによって、所定の白色光が有底孔２３ａの開口から出射するように封止部２４が形成されている。

以上のように構成された複数のＬＥＤ２１のうち第１列ＬＥＤ２１ａは、その封止部２４が凹部１２の底面１２ａの中央部に対向するようにして底面１２ａに近接配置される。

一方、第２列ＬＥＤ２１ｂは、その封止部２４の出射面の全面が凸部１３の頂面１３ａに対向するようにして頂面１３ａに近接配置される。このとき、第２列ＬＥＤ２１ｂは、導光板１１方向に向かって（ＬＥＤ２１から光が出射する前方に）投影して見た場合に、図２に示すように、隣接する第１列ＬＥＤ２１ａと、それぞれのランプハウス２３（左側壁２３ｂおよび右側壁２３ｃ）の一部（同図のＬ部分）が互いに重なるように配置されている。

次に、上記のように構成された面状照明装置１０の作用効果について説明する。

面状照明装置１０は、導光板１１の一側面部に形成される複数の凸部１３が、幅が一定の平行部１４を有している。これにより、隣接する凸部１３間、および、一対の端部１６の各々と隣接する凸部１３との間に形成されるスペース（凹部１２）のうち、隣接する２つの平行部１４に挟まれた矩形状のスペース寄りに直方体状の第１列ＬＥＤ２１ａを配置することで、凹部１２の不要なスペースを少なくすることができる。

また、凸部１３が、外側に向かうほど幅が広がる拡開部１５を有している。そして、拡開部１５の先端側の端面である頂面１３ａの幅Ｗ２が、ランプハウス２３の開口幅Ｗ３よりも大きく、かつ、ランプハウス２３の最長幅Ｗ４よりも小さく設定されている。ＬＥＤ２１は、前述のように、主としてランプハウス２３の開口から光を出射させることから、第２列ＬＥＤ２１ｂから出射した光の多くを頂面１３ａから凸部１３内に入射させることができる。

また、凸部１３に拡開部１５を設け、頂面１３ａの幅Ｗ２を第２列ＬＥＤ２１ｂ（ランプハウス２３）の開口幅Ｗ３よりも大きくすることにより、凸部１３に対する第２列ＬＥＤ２１ｂの一側面部に沿う方向の位置ずれを許容することができる。すなわち、第２列ＬＥＤ２１ｂの各々から出射された光を導光板１１に安定して入射させることができる。この点は、多くのＬＥＤ２１を導光板１１に配置する場合の作製上の大きなメリットである。

そして、凸部１３内に入射した光は、拡開部１５の傾斜する側端面（凸部１３の傾斜面１３ｂ）で反射されながら、または直接、導光板１１の前方に導かれる。このため、凸部１３の傾斜面１３ｂの形状（長さおよび傾斜角度）によって、導光板１１内での光の広がり具合を調整することも可能となる。

また、上記のように凸部１３を形成した場合には、隣接する第１列ＬＥＤ２１ａ同士の間隔を、ランプハウス２３の長手方向幅Ｗ４よりも小さくすることができる。すなわち、複数のＬＥＤ２１を導光板１１方向に向かって投影して見た場合に、隣接するＬＥＤ２１同士（第１列ＬＥＤ２１ａおよび第２列ＬＥＤ２１ｂ）が、ランプハウス２３の左側壁２３ｂおよび右側壁２３ｃの一部を互いに重ねて配置させることができる。

これらのことより、光の損失を大きくすることなく、従来技術よりも多くのＬＥＤ２１を導光板１１の一側端に配置することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更および組み合わせが可能である。

例えば、上記実施形態では、第１列ＬＥＤ２１ａおよび第２列ＬＥＤ２１ｂは、同一波長特性のＬＥＤ（いわゆる擬似白色ＬＥＤ）を使用したが、これに限定されない。例えば、第１列ＬＥＤ２１ａを擬似白色ＬＥＤとし、第２列ＬＥＤ２１ｂを赤色ＬＥＤなどの単色ＬＥＤとしてもよい。この場合には、列（波長特性ごと）ごとにＬＥＤを点灯させても、それぞれ均一性に優れた面状の照明光を得ることができる。なお、ＬＥＤの波長は可視光に限定されるものではなく、本発明における照明光には、紫外光や赤外光などの非可視光も含まれるものである。

また、上記実施形態では、凸部１３に幅が一定の平行部１４を有する構成としたが、厳密に幅が一定である必要はない。例えば、幅の広がり程度が拡開部１５ほどではないが僅かに広がるように形成した場合でも、同等レベルまたは一定レベルの効果が期待できる。また、拡開部１５は一定の割合で幅が広がる構成としたが、これに限定されない。例えば、傾斜面１３ｂの傾斜角度が連続的に変わるように拡開部１５を形成してもよい。

また、上記実施形態では、複数のＬＥＤ２１を導光板１１方向に向かって投影して見た場合に、隣接するＬＥＤ２１同士のランプハウス２３の一部が互いに重なる構成としたが、これに限定されない。隣接するＬＥＤ２１同士のランプハウス２３が重ならない構成とした場合には、同等レベルの効果は期待できないが、一定レベルの効果が期待できる。

１０面状照明装置
１１導光板
１２凹部
１２ａ凹部の底面
１３凸部
１３ａ凸部の頂面
１３ｂ凸部の傾斜面
１４平行部
１５拡開部
１６端部
２１ＬＥＤ
２１ａ第１列ＬＥＤ
２１ｂ第２列ＬＥＤ
２２ＬＥＤチップ（ダイス）
２３ランプハウス
２３ａ有底孔
２３ｂ左側壁
２３ｃ右側壁
２３ｄ上側壁
２３ｅ下側壁
２４封止部
２５電極端子
３１ＦＰＣ

Claims

一側面部に沿って凹部および凸部が交互に繰り返し形成された導光板と、
前記凹部および前記凸部に沿って２列に配置される複数の点状光源と、を備える面状照明装置において、
前記凸部は、幅が略一定の平行部と、前記平行部に連設し前記平行部から離れるにしたがって幅が広がる拡開部と、を有し、
前記点状光源の各々は、発光素子チップと、中央部に前記発光素子チップを収納する有底孔を有し反射性材料を用いて形成されたランプハウスと、を有し、
前記拡開部の先端側の幅が、前記有底孔の開口幅よりも大きく、かつ前記ランプハウスの前記一側面部に沿う方向の幅よりも小さく形成されていることを特徴とする面状照明装置。
前記２列に配置される複数の点状光源は、前記導光板方向に向かって投影して見た場合に、互いに隣接する２つの点状光源におけるそれぞれの前記ランプハウスが互いに一部が重なるように配置されている請求項１に記載の面状照明装置。
前記２列に配置される前記点状光源は、列ごとに波長特性が異なっている請求項１または２に記載の面状照明装置。