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JP5713416B2 - 照明装置、シーリングライト、バックライト、液晶表示装置、及びテレビジョン受信装置 - Google Patents

照明装置、シーリングライト、バックライト、液晶表示装置、及びテレビジョン受信装置 Download PDF

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Description

本発明は、照明装置に関するものである。
近年、照明装置の光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられることが多くなっている。ＬＥＤは、従来用いられてきた蛍光ランプ（冷陰極管等）に比べ、それ自体小型で長寿命、高い発光効率による低消費電力、水銀を使わない等の多くの優れた点を有している。
上記照明装置は、例えば、居室の天井に取り付け室内照明として利用されたり、液晶表示装置の背面に配置しバックライトとして利用されたりする。しかしながら、ＬＥＤが点光源であることから照明装置の光出射面から出射される光に輝度分布が形成され、輝度むらが発生しやすい。そこで、ＬＥＤが点光源であることに起因する輝度むらを抑制するため、光出射面と対向する面に反射部材を配置し、光出射面及び反射部材の表面に沿った方向に光を出射するようにＬＥＤを配置した照明装置が提案されている。
しかしながら、上記照明装置では、ＬＥＤの光照射方向と、照明装置の光出射面とが交差しているので、ＬＥＤからの距離によって光出射面における光束密度が変化してしまう。このように光束密度が変化すると、光出射面から出射される光が輝度むらのある光として視認される。
ここで、従来の照明装置の光出射面における面内輝度分布、及び当該光出射面の直径方向に沿った輝度分布を図８に示す。ＬＥＤの近傍では光出射面における光束密度が大きくなり、ＬＥＤより遠くなると光出射面における光束密度が小さくなるので、図８に示すように、ＬＥＤの近傍である照明装置の内周部分で輝度が高く、照明装置の外周部分で輝度が低くなる。つまり、光出射面から出射される光に輝度むらが発生している。
特開２００９−１８７８４３号公報
しかしながら、このような照明装置では、ＬＥＤから出射される光の照射角を狭くする（即ち、平行光に近づける）ことで、光出射面での光束密度を略均一とできることが知られており、ＬＥＤにコリメータレンズを取り付ける方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、このような照明装置であると、コリメータレンズが必要となるので部材費が上昇してしまう問題があった。
そこで本発明は、コリメータレンズを設けずとも光出射面における輝度むらを抑え、部材費を低減できる照明装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明の照明装置は、略板状の板状部を有し、前記板状部の一方の面である受光面に光を受けて、他方の面である発光面が面発光する光学部材と、
前記受光面と対向する反射部を有する筐体と、
ＬＥＤが前記反射部に沿う方向である第１の方向に直線状に配列されているとともに、前記ＬＥＤの配列が第１の方向と交差する第２の方向に複数段形成されている基板と、を備え、
前記ＬＥＤの発光方向は、当該照明装置の発光メイン方向に対して９０°となる方向から傾いており、
前記ＬＥＤの配置密度を前記複数段の段ごとに徐々に大きくしている構成とする。
このような構成によれば、ＬＥＤから光が反射部または受光面に入射される入射面積の変化をＬＥＤの配置密度の変化で補うことができ、光束密度分布の均一性を高めることができる。従って、コリメータレンズを設けずとも光出射面における輝度むらを抑え、部材費を低減できる。
また、上記構成において、前記反射部は、光を拡散反射させ、
前記ＬＥＤの発光方向は、当該照明装置の発光メイン方向に対して９０°となる方向から前記反射部へ向かう方向へ傾いており、
前記ＬＥＤの配置密度を前記発光メイン方向へ向かう段ほど大きくしている構成としてもよい。
このような構成によれば、ＬＥＤの発光方向が光を拡散反射させる反射部へ向いているので、輝度分布の均一性を高めることができる。また、照明装置内部での反射回数を増やすことで輝度むらをより抑制できる。
また、本構成において、前記ＬＥＤの発光方向の傾ける角度は、前記ＬＥＤの配光特性における半値角を上限とすることとしてもよい。傾ける角度がこの上限値を超えると、ＬＥＤ近傍で反射部に直接入射される光の総量が増え、輝度むらの改善の点で望ましくないからである。
また、上記構成において、前記ＬＥＤの発光方向は、当該照明装置の発光メイン方向に対して９０°となる方向から前記受光面へ向かう方向へ傾いており、
前記ＬＥＤの配置密度を前記発光メイン方向へ向かう段ほど小さくしている構成としてもよい。
このような構成によれば、照明装置内部での反射回数を抑えることで光の利用効率を向上させることができる。
また、本構成において、前記ＬＥＤの発光方向の傾ける角度は、前記ＬＥＤの配光特性における半値角を上限とすることとしてもよい。傾ける角度がこの上限値を超えると、ＬＥＤ近傍で受光面に直接入射される光の総量が増え、輝度むらの改善の点で望ましくないからである。
また、上記いずれかの構成の照明装置は、シーリングライトとしてもよいし、バックライトとしてもよい。また、本発明の液晶表示装置は、このバックライトを備えるものである。また、本発明のテレビジョン受信装置は、この液晶表示装置を備えるものである。
本発明によると、コリメータレンズを設けずとも光出射面における輝度むらを抑え、部材費を低減できる。
本発明の第１実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ基板の正面図である。 本発明の第１実施形態に係る照明装置の一部断面図である。 本発明の第１実施形態に係る照明装置の光出射面における面内輝度分布、及び当該光出射面の直径方向に沿った輝度分布を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る照明装置の一部断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ基板の正面図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の分解斜視図である。 従来の照明装置の光出射面における面内輝度分布、及び当該光出射面の直径方向に沿った輝度分布を示す図である。
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の一実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。図１に示す照明装置Ａは、天井面に取り付けられるシーリングライトであり、図中上部が天井面に取り付けられる。
図１に示すように、照明装置Ａは、シャーシ１、駆動制御部２、発光部３及びカバー４を備えており、上からこの順番で配置されている。シャーシ１は、天井面に取り付けられる筐体であり、アルミニウムで形成された円板状の部材である。シャーシ１の中央部分には、天井面に備えられ、電力を供給する電源コネクタ（不図示）が貫通する。シャーシ１の天井面と対向する面と反対側の面（下側面）には、発光部３から出射された光を効率よく反射する高反射面が形成されている。この高反射面は拡散度の高い材料で形成された反射シートで構成されることが望ましい。拡散度の高い材料には、例えば白色の発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）や硫酸バリウムが採用できる。なお、シャーシ１の下側面に銀等の塗料を塗布して高反射面を構成してもよいし、アルミニウム製であるシャーシ１の下側面を鏡面加工して高反射面としてもよい。
駆動制御部２は、発光部３に電力を供給する電源回路、点灯制御を行う制御回路等の回路を含む。駆動制御部２は、シャーシ１に取り付けるとき、シャーシ１への漏電を抑制するための絶縁シート２０と、電源回路、制御回路等が実装された回路基板２１と、回路基板２１を支持する支持部２２、２３を備えている。駆動制御部２は、天井面に備えられる電源コネクタ（不図示）と電気的に接続され、供給された電力を発光部３に対応した電力に変換する回路も備えている。
発光部３は、シャーシ１にねじ止めにて固定されるものであり、駆動制御部２は発光部３にねじ止めで固定される。シャーシ１に駆動制御部２及び発光部３が取り付けられた状態で、シャーシ１の駆動制御部２及び発光部３が取り付けられた側を囲むようにカバー４が取り付けられる。カバー４は、厚み１．５〜２．５ｍｍ程度の略円板形状に形成されている部材であり、下側からシャーシ１に取り付けられている。カバー４は、外周部分がシャーシ１に係合されるとともに、中央部分が発光部３にねじ止めされることで固定される。
カバー４は、乳白ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、具体的には拡散材や顔料が添加されたＰＭＭＡにより形成される。樹脂材料は、ＰＭＭＡ以外にもＰＣ（ポリカーボネート）樹脂やＰＳ（ポリスチレン）樹脂などを用いてもよい。カバー４の光学特性としては、拡散度を表すヘイズ値がほぼ１００％であることが望ましい。リングカバー４は、上側面（受光面）に発光部３の光を受けたときに下側面（発光面）が面発光する光学部材として形成されている。
発光部３は、ＬＥＤアングル３１と、光源であるＬＥＤ（図１では不図示）が実装されたＬＥＤ基板３２とを備えている。
ＬＥＤアングル３１は、金属板を切り曲げて形成される。ＬＥＤアングル３１は、長方形状の平板部３１１と、平板部３１１の一方の長辺より伸びる板状の固定部３１２と、平板部３１１の他方の長辺より固定部３１２と同じ方向に伸びる固定部３１３とを備えている。ＬＥＤアングル３１は、ＬＥＤ基板３２が平板部３１１に取り付けられるとともに、ねじ止めによってシャーシ１及びカバー４に固定される。
また、図１に示すように、平面部３１１が隣り合うように接続された形で４つのＬＥＤアングル３１が一体として１つの部材を構成する。この部材は金属板のプレス加工により製造され、この部材が２つ組み合わさることで正八角形状の筒状に形成される。
ＬＥＤ基板３２の正面図を図２に示す。ＬＥＤ基板３２は、外縁が略長方形に形成されており、複数個のチップ状のＬＥＤ３２０が実装されている。ＬＥＤ３２０は、駆動制御部２から供給される電力を用いて発光する。ＬＥＤ基板３２において、ＬＥＤ３２０は長手方向（第１の方向）に直線配列されており、そのＬＥＤ３２０の直線配列が短手方向（第２の方向）に３段並んでいる。このようにＬＥＤ３２０を配置することで、ＬＥＤ基板３２の長手方向の長さを短くできる。これにより、ＬＥＤアングル３１の正八角形の一辺の長さを短くでき、回路基板２１が配置される無発光部分を小さくできる。
また、図２に示すように、各段のＬＥＤ３２０の配置密度を変化させている。具体的には、図２の上方向へ向かうにつれてＬＥＤ３２０の配置密度を大きくしている。
ここで、照明装置Ａの一部断面図を図３に示す。図３の上方向を照明装置Ａの発光メイン方向としている。図３に示すように、ＬＥＤ基板３２をＬＥＤアングル３１に取り付けた状態で、ＬＥＤ３２０の発光方向は、照明装置Ａの発光メイン方向に対して９０°となる方向からシャーシ１の高反射面１ａへ向かう方向へ傾けた方向となる。この傾き角度を図３においてはθで表している。また、照明装置Ａの発光メイン方向に向かう段ほどＬＥＤ基板３２におけるＬＥＤ３２０の配置密度が大きくなるようにしている（つまり、図２における上側が図３の上側になるようにしている）。
ＬＥＤ３２０から出射された光はシャーシ１の高反射面１ａで拡散反射され、カバー４の受光面４ａで受光され、一部はカバー４を拡散透過して発光面４ｂから外部へ出射され、一部はカバー４で拡散反射されて照明装置Ａ内部へ戻る。
照明装置Ａの発光メイン方向に向かう段（図３の上側の段）ほどＬＥＤ３２０から高反射面１ａへ光が入射される入射面積が大きくなるが、発光メイン方向に向かう段ほどＬＥＤ３２０の配置密度を大きくしているので、入射面積の変化をＬＥＤ３２０の配置密度で補え、光束密度分布の均一性を高めることができる。従って、発光面４ｂから出射される光の輝度むらを抑えることができる。
また、ＬＥＤ３２０の出光面が拡散性の高い高反射面１ａに向くため、そこで拡散反射した光が発光面４ｂから出射される光の輝度均一性を高める。
本発明の一実施形態に係る照明装置Ａの光出射面（発光面）における面内輝度分布、及び当該光出射面の直径方向に沿った輝度分布を図４に示す。図４に示すように、従来の照明装置の場合（図８）に比べ、内周側と外周側で輝度の差が小さくなっており、輝度むらを抑えることができている。
このように本実施形態によれば、コリメータレンズを設けずとも光出射面における輝度むらを抑え、部材費を低減できる。
なお、ＬＥＤ３２０の発光方向を傾ける角度θ（図３）は、０°より大きく６０°以下であることが望ましい。一般にＬＥＤの配光特性は正面方向を最大としたランバーシャンな分布となり、半値角が６０°となる。従って、傾ける角度θが６０°を超えると、ＬＥＤ近傍で高反射面１ａに直接入射される光の総量が増え、輝度むらの改善の点で問題がある。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、上述した第１実施形態と図１で示す基本的構成は同様であるが、ＬＥＤ基板についての構成が異なる。
第２実施形態に係る照明装置Ａ’の一部断面図を図５に示す。また、第２実施形態に係るＬＥＤ基板３２’の正面図を図６に示す。図６に示すようにＬＥＤ基板３２’において、図６の上方向へ向かう段につれてＬＥＤ３２０’の配置密度を小さくしている。
図５の上方向を照明装置Ａ’の発光メイン方向としている。図５に示すように、ＬＥＤ基板３２’をＬＥＤアングル３１’に取り付けた状態で、ＬＥＤ３２０’の発光方向は、照明装置Ａ’の発光メイン方向に対して９０°となる方向からカバー４の受光面４ａへ向かう方向へ傾けた方向となる。この傾き角度を図５においてはφで表している。また、照明装置Ａ’の発光メイン方向に向かう段ほどＬＥＤ基板３２’におけるＬＥＤ３２０’の配置密度が小さくなるようにしている（つまり、図５における上側が図６の上側になるようにしている）。
ＬＥＤ３２０’から出射された光は直接カバー４の受光面４ａに入射され、一部はカバー４を拡散透過して発光面４ｂから外部へ出射され、一部はカバー４で拡散反射されて照明装置Ａ’内部へ戻る。
照明装置Ａ’の発光メイン方向と逆の方向の段（図５の下側の段）ほどＬＥＤ３２０’から受光面４ａへ光が入射される入射面積が大きくなるが、発光メイン方向と逆の方向に向かう段ほどＬＥＤ３２０’の配置密度を大きくしているので、入射面積の変化をＬＥＤ３２０’の配置密度で補え、光束密度分布の均一性を高めることができる。従って、発光面４ｂから出射される光の輝度むらを抑えることができる。
また、ＬＥＤ３２０’の出光面が拡散性の高いカバー４に向くため、そこで拡散透過した光が発光面４ｂから出射される光の輝度均一性を高める。
また、第１実施形態では、照明装置内部での光の反射回数が多くなることで輝度むらを抑制する効果に優れるが、第２実施形態では、照明装置内部での光の反射回数が少なくなるので光の利用効率の面で優れる。
なお、ＬＥＤ３２０’の発光方向を傾ける角度φ（図５）は、０°より大きく６０°以下であることが望ましい。上述したが、一般にＬＥＤの配光特性は正面方向を最大としたランバーシャンな分布となり、半値角が６０°となる。従って、傾ける角度φが６０°を超えると、ＬＥＤ近傍で受光面４ａに直接入射される光の総量が増え、輝度むらの改善の点で問題がある。
（第３実施形態）
本発明の照明装置は光出射面より面状光を出射するものであることから、液晶表示装置のバックライトとしても利用可能である。
以下に本発明の照明装置を液晶表示装置のバックライトとして利用している例について、図面を参照して説明する。図７は本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を示す分解斜視図である。
図７に示すように、液晶表示装置８は、液晶パネルユニット８１と、バックライトユニット８２と、ベゼル８３とを備えている。バックライトユニット８２の前面側（観察者側）に液晶パネルユニット８１が配置され、液晶パネルユニット８１は前面側を中央部に開口窓８３０を備えた金属製のベゼル８３に押えられている。
液晶パネルユニット８１は、液晶が封入された液晶パネル８１１と、液晶パネル８１１の前面（観察者側）及び背面（バックライトユニット８２側）に貼り付けられた偏光板８１２とを有している。液晶パネル８１１は、アレイ基板８１３と、アレイ基板８１３と対向して配置された対向基板８１４と、アレイ基板８１３と対向基板８１４との間に充填される液晶とを含んでいる。
アレイ基板８１３には、互いに直交するソース配線及びゲート配線、ソース配線及びゲート配線に接続されたスイッチング素子（例えば、薄膜トランジスタ）、スイッチング素子に接続された画素電極及び配向膜等が設けられている。そして、対向基板８１４には、赤、緑、青（ＲＧＢ）の各着色部が所定の配列で配置されたカラーフィルタ、共通電極、配向膜等が設けられている。
液晶パネルユニット８１において、スイッチング素子が駆動されることで、液晶パネル８１１の各画素におけるアレイ基板８１３と対向基板８１４との間に電圧が印加される。アレイ基板８１３と対向基板８１４の間の電圧が変化することで、各画素での液晶が回転し、光が変調される（光の透過度合いが変更される）。これにより、液晶パネル８１１の観察者側の画像表示領域に画像を表示する。
ベゼル８３は、金属製の枠体であり、液晶パネルユニット８１の前面の辺縁部分を覆う形状を有している。ベゼル８３は、液晶パネルユニット８１の映像表示領域が隠れないように形成された矩形の開口窓８３０と、液晶パネルユニット８１を前面側から押える押え部８３１と、押え部８３１の辺縁部より背面側に突出し、液晶パネルユニット８１及びバックライトユニット８２の辺縁部を覆うカバー部８３２とを備えている。ベゼル８３は接地されており、液晶パネルユニット８１及びバックライトユニット８２をシールドしている。
バックライトユニット８２は、液晶パネルユニット８１に面状光を照射する照明装置である。バックライトユニット８２は、上述の第１実施形態に示した照明装置と同等の構造を有している。すなわち、シャーシ１と対応する長方形状の底面８２１ａを有するバックライトシャーシ８２１と、発光部３に対応する光源ユニット８２２と、光学部材８２３とを有している。底面８２１ａには、第１実施形態の高反射面１ａに相当する高反射面が形成される。また、バックライトユニット８２の光出射面側には、第１実施形態のカバー４に相当する光を拡散透過及び拡散反射する光学部材８２３が配置される。
光源ユニット８２２は、ＬＥＤアングル３１と、ＬＥＤ３２０を実装するＬＥＤ基板３２とを有する。ＬＥＤアングル３１は、バックライトシャーシ８２１内部の一方の短辺側に配置される。そして、第１実施形態と同様に、ＬＥＤ基板３２をＬＥＤアングル３１に取り付けた状態で、ＬＥＤ３２０の発光方向は、バックライトユニット８２の発光メイン方向（図７の上方向）に対して９０°の方向から底面８２１ａへ向かう方向へ傾けた方向となる。また、発光メイン方向に向かう段ほど（図７の上方向の段ほど）ＬＥＤ基板３２におけるＬＥＤ３２０の配置密度が大きくなるようにしている。
このようなバックライトユニット８２では、導光板を用いなくても、底面と対向する光出射面より輝度むらの少ない面状光を出射することができ、それだけ構成部材を減らすことが可能である。
なお、本実施形態の変形例として、上述した第２実施形態に相当する実施形態を採用してもよい（つまり、本実施形態とはＬＥＤ基板の傾け方を変える）。
また、本発明に係る液晶表示装置は、例えば、携帯電話、タブレット型ＰＣ、家庭用電気製品の表示装置、テレビジョン受信装置等に採用することが可能である。
上述の各実施形態において照明装置として、シーリングライトや液晶表示装置のバックライトユニットをあげているが、これら以外にも、電飾看板等の背面から照明する背面型の照明装置としても利用することも可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々変形が可能である。
１ シャーシ
１ａ 高反射面
２ 駆動制御部
２０ 絶縁シート
２１ 回路基板
２２ 支持部
２３ 支持部
３ 発光部
３１ ＬＥＤアングル
３１１ 平板部
３１２ 固定部
３１３ 固定部
３２ ＬＥＤ基板
３２０ ＬＥＤ
４ カバー
４ａ 受光面
４ｂ 発光面
Ａ 照明装置

Claims (6)

  1. 略板状の板状部を有し、前記板状部の一方の面である受光面に光を受けて、他方の面である発光面が面発光する光学部材と、
    前記受光面と対向する反射部を有する筐体と、
    ＬＥＤが前記反射部に沿う方向である第１の方向に直線状に配列されているとともに、前記ＬＥＤの配列が第１の方向と交差する第２の方向に複数段形成されている基板と、を備え、
    前記ＬＥＤの発光方向は、当該照明装置の発光メイン方向に対して９０°となる方向から傾いており、
    前記ＬＥＤの配置密度を前記複数段の段ごとに徐々に大きくしており、
    前記ＬＥＤの発光方向は、当該照明装置の発光メイン方向に対して９０°となる方向から前記受光面へ向かう方向へ傾いており、
    前記ＬＥＤの配置密度を前記発光メイン方向へ向かう段ほど小さくしている、ことを特徴とする照明装置。
  2. 前記ＬＥＤの発光方向の傾ける角度は、前記ＬＥＤの配光特性における半値角を上限とすることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. シーリングライトである請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
  4. バックライトである請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
  5. 請求項４に記載のバックライトを備えた液晶表示装置。
  6. 請求項５に記載の液晶表示装置を備えたテレビジョン受信装置。
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