CN102369608A - 光源模块 - Google Patents

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Abstract

提供一种不需要进行光方向的严密的调整而不存在亮度不均匀的光源模块。光源模块(1)具有发光元件(40)；和光方向转换元件(10)，其将由发光元件(40)辐射的光向侧面方向辐射，并由透明树脂构成。在光方向转换元件(10)中含有相对于透明树脂100重量％，为0.01重量％以上0.1重量％以下的光漫射剂(14)。

Description

光源模块
技术领域
本发明涉及在照明看板以及液晶显示器的背光源、照明设备等光源中使用的光源模块，特别涉及防止亮度、亮度均匀性的降低的光源模块。
背景技术
以往，例如照明看板、液晶显示器等的背光源或者照明设备等使用白炽灯、荧光灯作为光源。近年来，作为点光源的发光二极管(LED)的高输出化成为可能，从而可得到能够在照明中使用的所希望的发光强度，所以，多使用LED作为取代白炽灯、荧光灯的光源。
该LED与荧光灯等面光源不同，LED的发光面积小，从而若人直视LED的直接光，则会感到晃眼。当在需要面发光的照明看板用等照明中使用时，需要将多个LED进行排列，以便不通过利用LED的直接光而产生明亮度上的不均匀。
作为在照明中使用这种LED的一例，例如存在当使用LED时，使其作为均匀的面光源照明的LED组件(例如，参照专利文献1)。该专利文献1所记载的现有的LED组件在LED的正上方，相对地配置有上面具有漏斗形状部，并且在外周具有锯齿状部的透镜。该现有的LED组件使由LED射出的光以与组件轴大致垂直的方式射出来抑制在LED的正上部亮度变高。
专利文献1：特开2003-8068号公报
但是，上述专利文献1所述的现有的LED组件形成为下述构成：照在透镜的漏斗形状部、锯齿状部的来自LED的光被反射、折射，并使其以相对于LED的安装面成平行光的方式射出，因此在LED的正上部配置的透镜中产生了亮度高的部分和亮度低的部分，从而亮度分布变得不均匀，不能够完全地抑制亮度不均匀的产生。虽然使用了光学模拟来涉及透镜的漏斗形状部、锯齿状部中的凹凸形状，但是由于透镜具有复杂的形状，因此存在难以得到与设计完全一致的透镜形状，难以严格地调整发光偏差，也难以得到亮度的均匀性的问题点。
发明内容
因此，本发明为解决上述现有的课题而提出，其具体的目的在于提供一种不需要进行光方向的严密的调整而不存在亮度不均匀的光源模块。
[1]为了达成上述目的，本发明为一种光源模块，其特征在于，具有发光元件；和光方向转换元件，该光方向转换元件将由所述发光元件辐射的光向侧面方向辐射，该光源模块是在所述光方向转换元件中含有光漫射剂而成的。
[2]在上述[1]所述的发明中，其特征在于，所述光方向转换元件具有：入射面，其射入由所述发光元件辐射的光；反射面，其反射从所述入射面射入的光；和出射面，其将在所述反射面发生反射的光进行折射，并向侧面方向射出。
[3]在上述[1]或者[2]所述的发明中，其特征在于，具有设置在所述光方向转换元件中的支架片，所述支架片具有下述构成：包括朝所述光方向转换元件侧开口的容纳部，在所述容纳部内保持安装所述发光元件的电路基板。
[4]在上述[1]～[3]的任意一项所述的发明中，其特征在于，所述光方向转换元件由透明材料构成，所述光漫射剂的含有量，相对于所述透明材料100重量％，为0.01重量％以上0.1重量％以下。
本发明即使不进行光方向的严密的调整也能够提高光的利用效率，并且能够得到没有亮度不均匀的照明光。
附图说明
图1A是示意地显示作为本发明的优选第1实施方式的光源模块的立体图。
图1B是光源模块的俯视图。
图1C是光源模块的仰视图。
图2A是图1A的IIA-IIA线的从箭头方向来观察的截面放大图。
图2B是图1B的IIB-IIB线的从箭头方向来观察的截面放大图。
图3是示意地显示图2A所示的LED的截面图。
图4是用于说明图2A所示的光源模块的出射光的图。
图5是用于说明作为使用了图1A所示的光源模块的第2实施方式的面状发光装置的出射光的图。
1光源模块；2广告牌；3框体；3a开口；3b背板；3c侧板；4广告显示部；4a广告板；4b透明板；4c散射板；5面状发光装置；6安装单元；7反射板；10光方向转换元件；11盒部；11a嵌合凹部；11b缺口；11c凸部；12光方向转换部；12a凹部；12b、12c光入射面；12d光反射面；12e光出射面；13，45密封树脂；14光漫射剂；20支架片；21容纳空间；22阶状部；30电路基板；31电子部件；40LED；41凹部；41a倾斜面；41b底面；42组件；43引线；44青色LED元件；46荧光体；50电缆；G空隙；L1～L3光线
具体实施方式
以下，基于附图具体地说明本发明的优选实施方式。
[第1实施方式]
(光源模块)
在图1A～图2B中，表示整体的附图标记1示意地显示了光源模块的一构成例。该光源模块1的基本构成包括：光方向转换元件10，其将光向侧面方向转换；支架片20，其内嵌固定于光方向转换元件10中；电路基板30，其被保持固定于支架片20上；和发光元件40(以下，称为“LED40”)，其安装在电路基板30上。LED40与电缆50电连接。
(光方向转换元件)
如图1A～图2B所示，光源模块1的光方向转换元件10包括长方形的盒部11和圆形的光方向转换部12。该盒部11以及光方向转换部12通过将例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)树脂进行注塑成形而一体地形成。作为光方向转换元件10的材质，不限于PMMA树脂，还能够使用例如聚碳酸酯、环氧有机硅等透明树脂、透明玻璃或者染过色的各种透明材料。
(盒部)
如图1A～图2B所示，光方向转换元件10的盒部11在下表面具有开放的矩形形状的嵌合凹部11a。在形成该嵌合凹部11a的长度方向上相对的侧壁上形成有两组一对的缺口11b、11b，在长度方向的左右两侧的相对侧壁上突出地形成有两组一对的凸部11c、11c。在盒部11的嵌合凹部11a中内嵌固定有支架片20。在被光方向转换元件10以及支架片20包围的暴露部分中填充有密封树脂13。在盒部11的缺口11b中插通有电缆50。盒部11的凸部11c卡止于安装单元，该安装单元是未图示的相配合的光源模块安装用部件。
(光方向转换部)
如图1A～图2B所示，光方向转换元件10的光方向转换部12由具有均匀的外径的扁平状的圆柱体构成。该光方向转换部12在与电路基板30上搭载的LED40对应的部位具有截头圆锥形的凹部12a。该凹部12a由第1以及第2光入射面12b、12c构成，该第1以及第2光入射面12b、12c被射入由LED40射出的光。该光方向转换部12还具有：光反射面12d，其反射从第1光入射面12b射入的光；和光出射面12e，其使被该光反射面12d反射的光发生折射并使之向侧方、斜前方以及斜后方射出。优选对该光入射面12b、12c、光反射面12d以及光出射面12e施以镜面加工。
如图2A所示，在第1光入射面12b与LED40之间形成有空隙G。优选该空隙G以大约0.3mm的程度形成。由此，即使向光方向转换元件10施以外力也不会向LED40施加力，因此能够防止LED40的破损、损伤或磨损等。由LED40射出的光射入光方向转换元件10的第2光入射面12c。由此，射入第2光入射面12c的光被漫射，从而能够抑制亮度的偏差(明暗不均)。
如图1A～图2B所示，光方向转换部12的光反射面12d形成为朝光出射面12e逐渐地变宽的漏斗状，并使从第1光入射面12b到达其的光朝光出射面12e发生全反射。该光反射面12d的形态不限于图示例。作为光反射面12d的形态，也可以是例如等价的旋转2次曲面、旋转抛物面、或者旋转双曲面之类的弯曲形状的一部分。
如图1A～图2B所示，光方向转换部12的光出射面12e呈圆形，但光出射面12e的形态也不限于图示例。光出射面12e的形态也可以是例如三角形、四边形或者八边形等多面形状。通过对光出射面12e的外面施以粗面加工，由此还能够提高光出射面12e的光漫射性。
(支架片)
光源模块1的支架片20例如由ABS树脂等树脂材料构成。该支架片20不限于图示例，如图1A～图2B所示，由细长的块状板构成。在支架片20的内部，形成有向光方向转换元件10侧开放的容纳空间21。该容纳空间21的中间部的一部分呈具有阶状部22的阶梯形状，该阶状部22包括载置支撑电路基板30的支撑面。在该阶状部22中沿上下方向贯通地穿设有未图示的销插通孔。在该销插通孔中插通有光方向转换元件10的同样省略了图示的支架片定位用销。支架片20通过粘结、熔敷等被内嵌固定在光方向转换元件的嵌合凹部11a内。
(电路基板)
电路基板30未特别被限定，由例如玻璃环氧树脂等树脂材料构成。如图2所示，在电路基板30的表面上安装有LED40，未图示的布线图案与LED40的引线电连接。电路基板30的背面安装有齐纳二极管(Zener diode)等电子部件31。该电子部件31被容纳于支架片20的容纳空间21内，通过电缆50与其他光源模块1的电路基板、电源连接。通过将电路基板30的表面涂成白色，由LED40发出的光在电路基板30的表面发生漫反射，并照在光方向转换元件10上，因此能够明亮地进行照明。
(LED)
参照图3，在图3中示意地显示了LED40的一构成例。该LED40具有由白色系的树脂材料形成的组件42。该组件42具有凹部41，该凹部41由成为反射体的倾斜面41a以及底面41b构成。在该凹部41的底面设置有：一对引线43、43，其向外侧导出而成；和青色LED元件44，其与一对引线43的凹部41侧的端部电连接，发出青色光。青色LED元件44隔着引线43地安装在电路基板30上。
在组件42的凹部41内填充有密封树脂45。该密封树脂45含有荧光体46，该荧光体46被青色LED元件44发出的青色光激励而发出黄色光。基于由青色LED元件44发出的青色光和由荧光体46发出的黄色光的混合，射出白色光。
作为青色LED元件44，能够使用由例如发光波长范围为450nm～460nm即GaN系半导体化合物构成的LED元件。作为荧光体46，能够使用例如硅酸盐系的荧光体或者YAG荧光体等石榴石系荧光体等。作为LED的另一例，能够通过加入例如R、G、B这3色的LED元件来取代青色LED元件44而得到各种颜色的发出光。
(光漫射剂)
如图1以及图2所示，作为光方向转换元件10，优选使用混入了微粒状的光漫射剂14的光方向转换元件，该光漫射剂14具有与成为构成材料的透明树脂不同的折射率。该光漫射剂14只要是具有使光发生漫射的性质的粒子，就没有特别的限制。作为光漫射剂14，可以举出例如玻璃微珠、二氧化硅粒子、氢氧化铝粒子、碳酸钙粒子、氧化钛粒子等无机粒子、或者苯乙烯树脂粒子、丙烯树脂粒子、硅氧粒子等有机粒子，他们的1种或者2种以上可配合在光方向转换元件10的透明树脂中。
作为光漫射剂14的形状，没有限制，能够使用例如立方状、针状、板状等各种形状。优选地，光漫射剂14是能够使光的漫射方向各向同性的球状。优选光漫射剂14的平均粒子直径只要例如在大约0.5～10μm的程度的范围内，就能够使光均匀地漫射。当平均粒子直径小于大约0.5μm时，虽然光漫射性增大，但是光透过性降低，因而并不优选。另一方面，当平均粒子直径大于大约10μm时，虽然光透过性增大，但是光漫射性降低，易发生亮度不均匀，因而并不优选。
光漫射剂14的含有量能够根据光方向转换元件10的树脂的种类、厚度、轮廓形态等适当选择。在该第1实施方式中，通过在光方向转换元件10中混入光漫射剂14而呈浅乳白色，以均匀地分散在透明树脂内的状态被使用。作为分散在该透明树脂中的光漫射剂14的含有量，优选相对于透明树脂100重量％，为0.01重量％以上0.1重量％以下。特别优选相对于透明树脂100重量％的光漫射剂14的含有量为0.05重量％左右。当光漫射剂14的含有量超过0.1重量％时，会导致光方向转换元件10的机械强度降低，因而并不优选。另一方面，当光漫射剂14的含有量不足0.01重量％时，不光得不到光漫射效果，还会在方向转换元件10的光反射面12d上散布着光的明暗部，因而并不优选。
在图4中示意地显示了被光方向转换元件10转换了光方向的光线。通过将光漫射剂14相对于透明树脂100重量％的添加量调整在0.01重量％以上0.1重量％以下的范围内，从而由LED40发出的光在光方向转换元件10内适度地向多个方向漫射，从光方向转换元件10的光反射面12d的背侧朝表面侧透过的光大致均匀地被漫射辐射。由此，能够消除由光方向转换元件10的形状、形变等产生的光的强弱不均匀。
(第1实施方式的效果)
基于上述第1实施方式的光源模块1，可得到下面各种效果。
(1)通过将光漫射剂14相对于透明树脂100重量％的含有量调整在0.01重量％以上0.1重量％以下的范围内，可以容易地改变从光方向转换元件10向光反射面12d射出的出射光的指向性。
(2)以往，基于由透明材质构成的透镜的形状、厚度之类的透镜的特性对来自LED的光进行分光，因此存在会产生颜色不均匀、发光不均匀的问题。在该第1实施方式中，通过在由透明材质构成的光方向转换元件10中配入0.01重量％以上0.1重量％以下的漫射剂14，能够容易地改变光的光路，因此不进行光方向的严密的调整，就能够均匀地分散来自光源模块1的光，从而得到光学上的均匀性的效果。
(3)能够将射入到光方向转换元件10的光入射面12b、12c的光转换向侧方、斜前方以及斜后方转换地射出，从而能够扩大1个LED40照射的范围，能够充分抑制颜色不均匀、发光不均匀的发生。
(4)在光方向转换元件10的凹部12a与LED40之间设置有空隙G，因此即使向光方向转换元件10施以压力，也不会向LED40施加外力，从而能够防止LED40的破损、损伤或磨损等的发生。
[第2实施方式]
(面状发光装置)
如上构成的光源模块1，作为最终产品，如例如本申请人于在先申请的日本特开2007-48883号公报、日本特开2008-159394号公报所记载的那样，能够有效地应用于将多个光源模块1呈阵列状安装于安装面上的安装单元以及使用其的面状发光装置(背光源装置)等。
参照图5，在图5中示意地显示了使用上述第1实施方式的光源模块1的面状发光装置5。此外，对与上述第1实施方式实质上相同的部件赋予同样的部件名称和附图标记。因此，省略了与上述第1实施方式实质上相同的部件相关的详细的说明。
在图5中，表示整体的附图标记2示意地显示了使用光源模块1的广告牌。该广告牌2包括：具有开口3a的长方形的框体3、在开口3a中设置的广告显示部4、在框体3的背板3b上安装的面状发光装置5。通过该面状发光装置5，照明光从广告显示部4的背面侧向表面侧照射。
广告牌2的框体3由金属材料或者聚碳酸酯等树脂材料构成，具备包围背板3b的4个侧板3c。在该侧板3c的内面贴付有铝片等金属片，从而提高光的反射效率。对于侧板3c的内面，可以取代金属片而施以例如白色涂饰，也能够以白色系的树脂材料形成框体3。
广告牌2的广告显示部4不限于图示例，广告牌2的广告显示部4将广告板4a、透明板4b以及散射板4c层叠而形成。该透明板4b以及散射板4c由透明树脂或者透明玻璃等构成。透明板4b保护印刷有广告的广告板4a。散射板4c在表面或者背面具有微细的凹凸，使入射光发生散射。
广告牌2的面状发光装置5包括：安装单元6，其安装在背板3b上；多个光源模块1，其可装卸地嵌合于安装单元6；以及反射板7，其配置在光源模块1的盒部11上。该反射板7将从光源模块1向斜后方射出的光、从光源模块1射出并被广告显示部4反射的光向广告显示部4侧反射。作为反射板7，能够使用由例如ABS树脂等树脂材料构成，通过对广告显示部4侧的表面施以白色涂饰而形成反射面的板，也能够利用白色系的树脂材料形成。
现在，当向面状发光装置5供给电源时，由多个光源模块1的LED40发出白色光。如图4所示，该白色光通过光方向转换元件10适度地向侧方、斜上方以及斜下方漫射，从光方向转换元件10的光反射面12d的背侧朝表面侧透过的光大致均匀地被漫射辐射。如图5所示，从光源模块1向斜前方射出的光L1直接到达广告显示部4。向斜前方以及侧方射出的光L2被框体3的侧板3c的内面反射并到达广告显示部4。向斜后方射出的光L3被反射板7反射并到达广告显示部4，从而清楚地显示广告板4a的广告内容。
(光漫射剂)
当光漫射剂14相对于光方向转换元件10的透明树脂100重量％的的含有量为不足0.01重量％时，光源模块1的中心部分变暗，相邻的光源模块1之间变亮，因此会在广告显示部4上散布明暗部(光不均匀)，广告显示部4的亮度分布变得不均匀。另一方面，当光漫射剂14的含有量超过0.1重量％时，虽然光源模块1的正上部分变亮，但相邻的光源模块1之间变暗，因此会在广告显示部4上散布明暗部。
当在光方向转换元件10的光反射面12d中形成光透过的面和全反射的面来取代向光方向转换元件10添加光漫射剂14时，LED40的直进性强，因此会在广告显示部4上散布明亮的部分和暗的部分，所以不为优选。当对光方向转换元件10的光反射面12d形成进行了麻面加工的麻面时，向该麻面射入的光发生漫反射，因此会明显地难以产生亮度不均匀。但是，由于必须对麻面的形状、大小、配置位置等进行试制，并必须严密地调整从光方向转换元件10的光反射面12d的背侧朝表面侧透过的光透过量，因而不为优选。
在该第2实施方式中，将光漫射剂14相对于光方向转换元件10的透明树脂100重量％的的含有量调整为0.05重量％左右，因此由光源模块1的LED40发出的光在光方向转换元件10中进行全反射、透过、折射，并且通过被混入到光方向转换元件10中的漫射剂14而向多方向漫反射而漫射。多个光源模块1的LED40各自的光不会在光源模块1的正上部、相邻的光源模块1之间产生明暗差，被广告牌2的框体3的内壁等反射而照在广告显示部4的后面。由此，可得到光方向转换元件10的亮度不均匀较少的背光源装置。
(第2实施方式的效果)
根据上述第2实施方式的面状发光装置5，除了上述第1实施方式的效果之外，可得到下述效果。
(1)通过配入漫射剂14地利用漫反射光，能够容易进行从光源模块1的正上部输出的光的调节，可靠地消除光源模块1的正上部以及多个光源模块1之间的明暗差。
(2)光方向转换元件10能够使用较少数量的LED40，并以简单的构成将每个LED40安装在电路基板30上，因此能够使生产性提高。
从以上的说明可以明确，本发明不限于上述实施方式、变形例以及图示例，可在各权利要求所记载的范围内进行种种设计改变。在上述第2实施方式中，对将面状发光装置作为背光源应用于广告牌的情况进行了说明，当然也不限于此，还能够有效地用于例如液晶电视、将面状发光装置自身根据图像信号使光源模块点亮或者熄灭来显示图像的图像显示装置等。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种光源模块，其特征在于，
具有发光元件；和光方向转换元件，该光方向转换元件将由所述发光元件辐射的光向侧面方向辐射，
该光源模块是使所述光方向转换元件中含有0.01重量％以上0.1重量％以下的光漫射剂而成的。
2.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，
所述光方向转换元件具有：入射面，其被射入由所述发光元件辐射的光；反射面，其反射从所述入射面射入的光；和出射面，其使由所述反射面反射的光折射，并使之向侧面方向射出。
3.根据权利要求1或2所述的光源模块，其特征在于，
具有在所述光方向转换元件中设置的支架片，
所述支架片具有下述构成：包括朝所述光方向转换元件侧开口的容纳部，并在所述容纳部内保持安装所述发光元件的电路基板。
4.(删除)

Claims (4)

1.一种光源模块，其特征在于，
具有发光元件；和光方向转换元件，该光方向转换元件将由所述发光元件辐射的光向侧面方向辐射，
该光源模块是使所述光方向转换元件中含有光漫射剂而成的。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
所述光方向转换元件具有：入射面，其被射入由所述发光元件辐射的光；反射面，其反射从所述入射面射入的光；和出射面，其使由所述反射面反射的光折射，并使之向侧面方向射出。
3.根据权利要求1或2所述的光源模块，其特征在于，
具有在所述光方向转换元件中设置的支架片，
所述支架片具有下述构成：包括朝所述光方向转换元件侧开口的容纳部，并在所述容纳部内保持安装所述发光元件的电路基板。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的光源模块，其特征在于，
所述光方向转换元件由透明材料构成，
相对于所述透明材料100重量％，所述光漫射剂的含有量为0.01重量％以上0.1重量％以下。
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