CN101147029A - 面状照明装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种面状照明装置，其中，通过将LED容易且稳定地保持在导光板的入光面上，在实现更高和更均匀亮度的同时还实现了进一步的变薄。根据本发明的面状照明装置10具有导光板2以及设置在导光板2的入光面3上的LED 11。导光板2具有与导光板2形成为一体的挤压部5，并且与入光面3相对且具有预定间隙d；LED 11被保持在挤压部5和入光面3之间，并通过挤压部5的弹性作用与入光面3进行压力接触，从而适当且稳定地保持了相对于导光板2的位置和姿态。

Description

面状照明装置
技术领域
本发明涉及侧光型面状照明装置，且具体涉及作为液晶显示设备的照明装置使用的面状照明装置。
背景技术
液晶显示设备目前被广泛用于电子设备的显示装置等，但是由于液晶显示设备不是自发光的，因此需要在夜里和暗处确保可见度的照明装置。面状照明装置被用作这种照明装置。
作为一种面状照明装置，侧光型面状照明装置被广泛使用。侧光型面状照明装置包括具有透光性的导光板、设置在导光板的侧端面上的棒状光源或者作为基本元件的一个或多个点状光源。近来，随着面状照明装置更多地应用于小尺寸的电子设备，如个人数字助理，趋向于使用具有能够简化驱动电路的点状光源的面状照明装置，且白LED(下文中亦简称为LED)经常被用作点状光源。
在上述侧光型面状照明装置中，为了达到更高亮度，重要的是实现LED的发光面与设置有LED的导光板的侧端面(下文中被称为入光面)之间的紧密接触，且保持LED与导光板之间的高接合效率。因此，当LED被设置在导光板的入光面上时，其上安装有LED的电路板如柔性印刷电路板(下文亦称为FPC)通过例如双面胶带附着到导光板上，在常规实践中，通过该双面胶带稳定地保持了LED相对于导光板入光面的位置和姿态。
另一方面，这种保持方式的一个问题是，由于在FPC和导光板之间的附着处发生的移位、在FPC上安装LED时的倾斜等原因，LED和导光板之间的紧密接触可能减少。因此，为了提高LED和导光板之间的接合效率，提出了一种面状照明装置，其中将LED容纳在形成于导光板上的凹陷部等处(见例如专利文献1和专利文献2)。
专利文献1：日本经审查的实用新型出版物No.4-14943(图1)。
专利文献2：日本未经审查的专利申请出版物No.2004-213943(权利要求1，权利要求2，图1，图3)。
发明内容
本发明所解决的问题
然而，对于专利文献1中所描述的面状照明装置，例如如图5的透视图所示，LED102简单地容纳和设置在形成于导光板103上的配合沟槽113中，因而LED102的发光面102a未与入光面足够紧密地接触，该入光面即配合沟槽113的内面。在这点上，在专利文献2中描述的面状照明装置中，如图6的截面图所示，LED202容纳在与导光板201形成为一体的框体保持部205中，且LED202的背面202b通过粘合剂g粘合和固定到框体保持部205的内面，使得LED202的发光面202a与导光板201的入光面201a接触。利用该配置，可以稳定地保持LED202的入光面202a与导光板201的入光面201a之间的紧密接触，但是需要附加的构件如粘合剂g等以及用于填充和固化该粘合剂的新工艺，由此可增加面状照明装置的制造成本。
另外，在始终实现更高和更均匀的亮度的同时，通常要求面状照明装置进一步变薄，且由于提高了从LED芯片取出光的效率，以及不再需要由于护套构件部而导致的厚度，因此有利地使用这样的LED：其上形成有密封LED芯片的暴露的透光性树脂。然而，在图6所示的面状照明装置200的配置中，使用这种LED引来以下问题：如果LED202没有护套构件，且至少其整个正面202a用作发光面，则在来自LED202的出射光中，将被FPC203和双面胶带204吸收的光或者被它们透射的光成为损耗光，由于该损耗光的产生而降低了亮度。
本发明针对上述问题而作出，其目的是提供一种面状照明装置，其中通过将LED容易且稳定地保持在导光板的入光面上，使得面状照明装置进一步变薄，且实现更高和更均匀的亮度。
解决问题的方式
为了解决上述问题，在根据本发明的提供有导光板和设置在导光板入光面上的LED的面状照明装置中，导光板具有挤压部，挤压部与导光板形成为一体，并且与入光面相对且具有预定间隙；LED被保持在挤压部和入光面之间，并由挤压部的弹性作用挤压成与入光面接触。
根据本发明，通过将挤压部与导光板形成为一体，并通过借助挤压部的弹性作用将LED设置成与导光板的入光面进行压力接触，使得LED被保持在恰当的姿态，而相对于导光板的入光面没有倾斜，并且可以增加发光面和导光板的入光面之间的紧密接触。因此，可以提高LED和导光板之间的接合效率，这有助于提高面状照明装置的亮度。
而且，在本发明中，LED和导光板有利地在LED和导光板之间的接触部具有互补的凹凸结构，这样，当LED被设置在导光板的入光面上时，上述的凹凸结构彼此配合，且可以确保将LED设置在入光面的预定位置。
如上所述，在根据本发明的面状照明装置中，通过使用双面胶带、粘合剂等构件，可以恰当且稳定地保持LED相对于导光板入光面的位置和姿态，而无需用于将安装有LED的电路板或LED本身固定到导光板上的工艺，从而可实现更高亮度而不增加面状照明装置的制造成本。
另外，在本发明的一种模式中，上述凹凸结构包括在LED的发光面上形成的突出部以及在导光板的入光面上形成的对应于突出部的形状的切口部(cutaway portion)。
通过这种设置，进一步增加了LED的发光面和导光板的入光面之间的紧密接触，且能够使得从LED入射到导光板的光的光发射分布等效于单个LED的光发射分布，从而有助于提高面状照明装置的亮度的均匀度。
另外，在本发明的另一模式中，LED具有发光部，在该发光部中，密封LED芯片的透光性树脂是暴露的，且该发光部被设置成在与导光板正交的方向上不从入光面伸出。
由于密封LED芯片的透光性树脂是暴露的，没有增加由于护套构件部而导致的厚度，从而使面状照明装置进一步变薄。另外，通过设置这种类型的LED，即发光部在与导光板正交的方向上不从入光面伸出的LED，可以限制损耗光的产生，且可以有效地利用对在密封树脂暴露的LED上所提供的光的高取出效率，从而使面状照明装置的亮度更高。
而且，LED被安装在电路板上，且在导光板的挤压部，可以形成凹陷部，该凹陷部中容纳了两面都设置有粘合剂层的固定装置，使得电路板和挤压装置通过该固定装置来互相固定。
通过在形成有凹陷部的挤压部中提供诸如双面胶带的固定装置，并且通过利用固定装置将安装有LED的电路板固定到导光板，LED被设置成使发光部在与导光板正交的方向上不从入光面伸出。此时，由于LED的发光部未被电路板覆盖，由电路板和固定装置的吸收等原因导致的损耗光的产生可以得到限制，因此对在具有暴露的密封树脂的LED处提供的光的高取出效率得到有效利用，且可以实现更高亮度的面状照明装置。另外，通过将电路板固定到导光板，可以精确地设置LED在与导光板正交的方向上的位置。
本发明的优势
由于本发明的如上配置，因此通过容易且稳定地将LED保持在导光板的入光面上，可以在实现更高和更均匀的亮度的同时，使面状照明装置进一步变薄。
附图说明
图1是图示本发明一个实施例中面状照明装置的基本部件的分解透视图；
图2(a)是图示设置有LED时的图1所示的面状照明装置的俯视图，图2(b)是该面状照明装置的A-A截面图；
图3是图示本发明一个实施例中面状照明装置的基本部件的侧截面图；
图4是图示本发明一个实施例中面状照明装置的挤压部的模式的俯视图，其中图4(a)示出了具有三角形截面轮廓的突出部；图4(b)是具有弧形截面轮廓的突出部；图4(c)是具有包括方形截面轮廓的多个突出部的情况。
图5是图示常规面状照明装置的配置示例的分解透视图；以及
图6是图示常规面状照明装置的另一配置示例的侧截面图。标号：
10，20：面状照明装置
2，21：导光板
3：入光面
3a：切口部
5：挤压部
11：LED
13：发光部
13a：突出部
14：发光面
具体实施方式
本发明的实施例将基于附图在下面进行描述，其中图1至4是用于说明，而不必准确地反映实际的形状和尺度。
图1和2是图示本发明一个实施例中面状照明装置的基本部件的视图，其中图1是分解透视图，图2(a)是图示设置有LED情况下的俯视图，而图2(b)是图2(a)的A-A截面图。图1所示的面状照明装置10包括导光板2和设置在导光板2的入光面3上的LED11，而且，与入光面3相对并具有预定间隙d的挤压部5以成一体的方式形成。在导光板2的入光面3上，形成有与LED11的突出部13a的形状相对应的切口部3a，该切口部3a将在下面描述。
在以下说明中，将入光面3的长度方向设置为X方向，垂直于入光面3的方向设置为Y方向，与导光板2正交的方向(导光板2的厚度方向)设置为Z方向，且在必要时，面状照明装置10及其部件的方向都基于该坐标系来表示。
LED11包括：衬底部12，该衬底部上安装有LED芯片(未示出)；以及发光部13，在该发光部中，密封LED芯片的透光性树脂是暴露的。发光部13具有：基部13e，该基部与衬底部12形成大体长方体的轮廓；以及由圆柱面构成的从基部13e向前(Y方向)突出的突出部13a；且包括上述圆柱面的正面14(下文中被称为发光面)设置成与导光板2的入光面3相对。
在该实施例中，LED11有利地通过混合从LED芯片发出的蓝光以及从吸收蓝光的荧光物质发出的黄光并将其转换成长波长而发出伪白光，且在这种情况下，由透光性树脂制成的发光部13可具有由这样的层构成的结构：在该层中，被铈(铈是黄发光材料)激活的钇、铝和石榴石(YAG)粒子被混合在硬硅树脂中，且透明的硬硅树脂层被添加在其外围。
导光板2是板状导光体，其有利地通过对透光性树脂，如丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、无定形聚烯烃树脂等进行注模而制成，且挤压部5在对导光板2注模期间被模制为一体。由于上面提到的树脂材料的优良的光学和模制特性，以及具有相对良好的弹性特性，因此其适合作为导光板材料。例如，根据ASTM D-790，丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂的弯曲弹性模量通常为大约2000至3000MPa，且与导光板2模制为一体的挤压部5具有相当大的弹性特性来抵抗由间隙d扩张所引起的挠曲形变。由于LED11的突出部13a被设置成具有圆柱面，因此在导光板2的入光面3上形成的切口部3a也具有以基本上与LED11的突出部13a相同的形状形成的圆柱面。
在图1所示的导光板2中，挤压部5和入光面3之间的间隙d被形成为略小于由LED11的衬底部12和基部13e构成的长方体的Y方向上的厚度w，且当扩宽间隙d的同时，LED11被保持在挤压部5和入光面3之间。此时，图2(a)中示意性示出的挤压力F通过取决于挤压部5的形变的弹性作用而作用于LED11，由此将发光部13的突出部13a装配到切口部3a中，并使之与导光板2的入光面3接触。挤压部5的尺度，如宽度、长度等根据上述用于导光板的树脂材料的弹性特性、导光板的厚度等来适当设置。
如上所述，由于LED11被保持在挤压部5和入光面3之间，使得发光面14与入光面3紧密接触，因此LED11在Y方向上不移位，在图2(a)所示的方位角Φ方向上不倾斜，或者在图2(b)所示的极角θ方向上不倾斜，而适当且稳定地保持了LED相对于入光面3的位置和姿态。而且，在该实施例中，由于LED11的突出部13a和导光板2中的入光面3的切口部3a以互补的凹凸结构装配在一起，因此使LED11设置在入光面3上的预定位置，而不在X方向上移位。
在本发明中，LED11和导光板2之间的接触部处的互补凹凸结构不限于诸如本实施例中的突出部13a和切口部3a的圆柱面的配置情况，LED的突出部可以另外设置成具有圆柱面，并可以通过适当调整突出高度和半径之比来实现在前向出光量和光发射分布的广角特性之间得到良好平衡的LED。另外，通过将这种类型的突出部容纳和设置在具有相对于突出部的互补形状的切口部中，可以使光进入导光板之后的光发射分布等效于单个LED的光发射分布，这有利于实现具有更高和更均匀的亮度的面状照明装置10。
另外，尽管未示出，LED11通常安装在柔性印刷电路板(FPC)等电路板上，且例如电路板沿导光板2的主面4设置。然而，在根据本发明的面状照明装置中，由于LED11是基于挤压部5的弹性作用、相对于入光面3来设置(该弹性作用通过如上所述利用挤压部5和入光面3保持LED11而产生)，而不需要用于将安装有LED的电路板固定到导光板2上的构件和工艺，或者是用于将LED11本身固定到导光板2上作为常规面状照明装置的构件和工艺，因此可以将LED11适当且稳定地保持在入光面3上。
而且，该实施例中的LED11具有发光部13如上所述而暴露的结构，这有助于使面状照明装置变薄。同时，通过高效率地从整个发光面14取出来自LED芯片的出射光，可以进一步提高面状照明装置的亮度。在如图2(b)所示的面状照明装置10中，为了有效地利用LED11的功能，LED11被如此设置在入光面3上，使得LED11的发光部13在Z方向上不从导光板2的入光面3伸出，以便将从LED11的整个发光面14发出的出射光有效地引导到导光板2。就此而言，与图6所示的常规面状照明装置的结构相比，根据本发明的面状照明装置不需要为设置和固定LED11而进行的电路板和导光板之间的固定，因而是有优势的，因为在图6所示的结构中，LED202的发光面202a的一部分在导光板201的厚度方向上从导光板201的入光面201a至少伸出了双面胶带204的厚度的一部分，而来自该伸出部分的出射光变成了损耗光。
然而，根据本发明的面状照明装置可以具有导光板和安装有LED的电路板借助固定装置如双面胶带等固定在一起的结构，下面将参考图3对这种情况下的优选实施例进行描述。
图3是清楚地示出了根据本发明的面状照明装置的一个实施例中的FPC16的侧截面图，该FPC16是其上安装有LED11的电路板。图3中所示的面状照明装置20与图1和图2中所示的面状照明装置10基本相同，并且具有相同的作用和效果，但是它们的不同之处在于，用于容纳固定装置15如双面胶带等的凹陷部25a在导光板21的挤压部25上形成。在面状照明装置20中，LED11安装在FPC16上，而电极(未示出)设置在衬底部12上；FPC16通过容纳在挤压部25的凹陷部25a中的固定装置15固定到导光板21的挤压部25。
如上所述，通过将FPC16固定到导光板21，LED11可以更确定地在Z方向上相对于入光面3而设置。另外，在面状照明装置20中，FPC16和导光板21之间的固定是在LED11的背面一侧的挤压部25上实现的，因而光不会由于固定装置15吸收等方式而损耗。而且，由于固定装置15容纳在凹陷部25a中，因此FPC16被设置成使其安装面16a与导光板21的主面4基本平齐，且如上所述，LED11被设置成使发光部13在Z方向上不从导光板21的入光面3伸出。
这里，在该实施例的LED11中，来自LED芯片的出射光除从发光部13的发光面14外还从发光部13的侧面被取出，并且为了有效地利用这种出射光，可以在发光部13的上面13c和下面13d两处或者其中任何一处层叠和设置反射器。此时，将LED11安装到FPC16上的形式优选为如图3所示，仅衬底部12安装在FPC16上，而发光部13从FPC16的轮廓伸出。通过这种设置，设置在LED11的上面13c的反射器与上面13c直接相对，并且由FPC16的吸收等所造成的光损耗不会发生，因而可以将来自上面13c的出射光有效地引导到导光板21。
对于这种反射器，在薄的树脂衬底上形成有具有高反射率的金属薄膜如铝、银等的反射器在纤薄性和反射特性方面是优选的，不过，也可以使用通过在薄树脂基部上施加白色或乳白色漆而形成的反射器、由混合白色颜料的树脂制成的白树脂板或者具有高反射率的金属薄板如铝、银等。将LED安装在FPC上的这种安装形式对于FPC未固定到导光板上的情况也是优选的。
在根据本发明的面状照明装置中，在LED和导光板之间的接触部形成的凹凸结构可以在挤压部和LED的背面形成。图4(a)至4(c)是说明这种凹凸结构的示例的俯视图，其中图4(a)示出了包括具有三角形截面轮廓的突出部35a的挤压部35；图4(b)是包括具有弧形截面轮廓的突出部36a的挤压部36；图4(c)是包括具有方形截面轮廓的多个突出部37a的挤压部37。在图4(a)至4(c)中，在LED45、46、47的背面一侧形成有与对应的突出部35a、36a、37a中的每个形状互补的凹陷部。通过以这种方式将挤压部35至37装配在LED45至47的背面，挤压部35至37和LED45至47之间的接触程度增加，且可以将挤压部35至37的弹性作用所引起的弹力更为精确地传递到LED45至47中的每个。
根据本发明的面状照明装置的优选实施例在以上被描述为使用具有发光部13的LED11，在发光部13中，密封LED芯片的透光性树脂是暴露的；不过根据本发明的面状照明装置还适用于设置有由白树脂等制成的护套构件的LED。另外，将要使用的LED不必在发光面上具有突出部，而是尤其如图4所示，当要将导光板的挤压部和LED的背面侧装配在一起时，利用凹凸结构沿X方向设置LED，并且可以配置：将LED的发光面一侧制作成平坦表面，以便与平坦的入光面进行压力接触并且设置在该入光面上。另外，在根据本发明的面状照明装置中，将要使用的LED可以被设置在导光板的短侧或长侧，并且可以有多个被保持在挤压部和入光面之间的LED。

Claims (5)

1.一种面状照明装置，具有导光板以及设置在所述导光板的入光面上的LED，其特征在于：
所述导光板具有挤压部，所述挤压部与所述导光板形成为一体，并且与所述入光面相对且具有预定间隙，
并且所述LED被保持在所述挤压部和所述入光面之间，并通过所述挤压部的弹性作用与所述入光面进行压力接触。
2.根据权利要求1所述的面状照明装置，其中所述LED和所述导光板在所述LED和所述导光板之间的接触部具有互补的凹凸结构。
3.根据权利要求2所述的面状照明装置，其中所述凹凸结构包括在所述LED的所述发光面上形成的突出部，以及在所述导光板的所述入光面上形成的对应于所述突出部的形状的切口部。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的面状照明装置，其中所述LED具有发光部，在所述发光部中，密封LED芯片的透光性树脂是暴露的，并且所述LED被设置成使所述发光部在与所述导光板正交的方向上不从所述导光板的所述入光面伸出。
5.根据权利要求4所述的面状照明装置，其中所述LED被安装在电路板上，并且在所述导光板的所述挤压部上形成有凹陷部，双面设置有粘合剂层的固定装置被容纳在所述凹陷部中。
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