CN106990607A - 面状照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供面状照明装置，局部地抑制在导光板产生的颜色不均，射出光的色调的均匀性优异。面状照明装置具备：光源，包含发光二极管以及被上述发光二极管发出的光激励而发光的波长转换材料，并发出白色光；以及导光板，具有供该光源配置的端面亦即入光端面以及使从该入光端面入射的光射出的射出面，上述面状照明装置的特征在于，上述导光板在上述射出面或者与上述射出面对置的背面中的至少一方设置有光扩散部，该光扩散部与上述波长转换材料发出的光相比主要使上述发光二极管发出的光散射。

Description

面状照明装置
技术领域
本发明涉及面状照明装置。
背景技术
作为液晶显示面板的照明单元，广泛采用将发出白色光的光源沿着导光板的侧端面配置而成的侧光方式的面状照明装置(背光源)。对上述的面状照明装置至此要求薄型化、高亮度化以及亮度的均匀性等，但相对于射出光的色调的均匀性的提高的要求也正在增大。(例如，参照专利文献1以及专利文献2)。
专利文献1：日本特开2005－347010号公报
专利文献2：日本特开2012－94283号公报
然而，近来，随着液晶显示面板的高精细化、导光板的薄型化·大型化，在导光板的与光源侧相反的一侧产生的颜色不均的进一步的减少成为课题。另外，需要部分或者局部地调整导光板上的色调。
发明内容
本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于提供一种局部地抑制在导光板产生的颜色不均，射出光的色调的均匀性优异的面状照明装置。
为了解决上述的课题而实现目的，本发明的一方式的面状照明装置具备：光源，包含发光二极管以及被上述发光二极管发出的光激励而发光的波长转换材料，并发出白色光；以及导光板，具有供该光源配置的端面亦即入光端面以及使从该入光端面入射的光射出的射出面，上述面状照明装置的特征在于，上述导光板在上述射出面或者与上述射出面对置的背面中的至少一方设置有光扩散部，该光扩散部与上述波长转换材料发出的光相比主要使上述发光二极管发出的光散射。
另外，本发明的一方式的面状照明装置的特征在于，上述光扩散部设置于接近与上述入光端面对置的末端面的区域。
另外，本发明的一方式的面状照明装置的特征在于，上述光扩散部包含微小的凹凸，该微小的凹凸与上述波长转换材料发出的光相比主要使上述发光二极管发出的光瑞利散射。
另外，本发明的一方式的面状照明装置的特征在于，上述光扩散部具有上述微小的凹凸的面积密度随着远离上述入光端面而逐渐增加的过渡区域。
另外，本发明的一方式的面状照明装置的特征在于，上述光扩散部具有上述微小的凹凸的面积密度沿着上述入光端面增加或者减少的区域。
另外，本发明的一方式的面状照明装置的特征在于，上述光扩散部包含小于上述发光二极管发出的光的波长的上述微小的凹凸。
另外，本发明的一方式的面状照明装置的特征在于，上述微小的凹凸的平均高度小于上述发光二极管发出的光的波长。
另外，本发明的一方式的面状照明装置的特征在于，上述发光二极管是发出蓝色光的蓝色发光二极管，上述波长转换材料是被该蓝色光激励而发出波长长于上述蓝色光的波长的光的荧光体。
本发明的面状照明装置起到局部地抑制在导光板产生的颜色不均，射出光的色调的均匀性优异的效果。
附图说明
图1是示意性地示出实施方式的面状照明装置的结构的图。
图2是示意性地示出实施方式的面状照明装置的结构的图。
图3是示出在用于对导光板进行注塑成型的模具的一部分形成微小的凹凸的样子的示意图。
图4是示出将形成于模具的微小的凹凸转印于导光板的样子的示意图。
图5是示出导光板的作用的示意图。
图6是示出激光显微镜测定形成于导光板的背面的微小的凹凸的图像的例子的图。
图7是示出在未形成微小的凹凸的区域测定出的粗糙度曲线的图。
图8是示出在形成微小的凹凸的区域测定出的粗糙度曲线的图。
图9是示出表示因应用本发明的有无而引起的色度的不同的色度图的图。
图10是示出表示因应用本发明的有无而引起的色度差的不同的图表的图。
其中，附图标记说明如下：
10：面状照明装置；11：光源；21：导光板；22：入光端面；23：末端面；24：背面；25：射出面；27：入光楔部；28：射出部；71、72、73：模具；75：激光照射装置。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的面状照明装置进行说明。此外，在以下所示的各图中，各构成要素的形状、尺寸等为了使本发明的理解变得容易而适当地夸张来示出。另外，在添加的各附图中，在两个构成要素以经由空间邻接的方式被图示的情况下，该空间为了使本发明的理解变得容易而被插入或者夸张地示出，本发明的结构不取决于邻接的构成要素之间的空间的有无，或者在存在的情况下，不取决于其尺寸。
图1以及图2是示意性地示出实施方式的面状照明装置10的结构的图。图1是从斜上方观察面状照明装置10的立体图，图2是面状照明装置10的侧视图。
图1以及图2所示的面状照明装置10的结构例是具备导光板21与位于导光板21的侧端面的多个光源11的所谓的侧光方式的背光源的结构。此处，光源11是例如发出白色光的LED(light emitting diode；发光二极管)，使用适于配置于导光板21的侧端面的所谓的侧视型的LED。另外，作为光源11的LED通常是安装于未图示的FPC(Flexible PrintedCircuit Board；挠性印刷电路基板)上的结构。此外，FPC平行地配置于导光板21的后述的主面。
通常流通的典型的发出白色光的LED采用利用添加被发出蓝色光的蓝色发光二极管的蓝色光激励而发出黄色光的黄色荧光体的透明树脂密封该蓝色发光二极管的结构。因此，通常流通的典型的发出白色光的LED不具有扁平的发光光谱，而发出在从蓝色发光二极管发出的蓝色光与从黄色荧光体发出的黄色光具有强度峰值的疑似的白色光。
结果，通常的面状照明装置10的颜色不均回到蓝色发光二极管发出的蓝色光与黄色荧光体发出的黄色光的强度比，通过局部地调整蓝色光与黄色光的强度比，能够改善面状照明装置10的颜色不均。
此外，通过局部地调整蓝色光与黄色光的强度比来改善面状照明装置10的颜色不均的方法对于通常的面状照明装置10广泛地有用，但本发明的应用不并至于此。从理解的容易性以及有用性的观点来看，以下说明的实施方式是改善回到蓝色发光二极管发出的蓝色光与黄色荧光体发出的黄色光的强度比的颜色不均的实施方式，但本发明的应用范围涉及使用包含具有发光二极管以及被上述发光二极管发出的光激励而发出波长长于蓝色光的波长的光(不限定于黄色光，例如为绿色光以及红色光)的波长转换材料(荧光体、量子点等)并发出白色光的光源11的任意的光源11(例如，包含多种发光元件的光源11)的通常的面状照明装置10，通过相对于本实施方式的适当的变形，局部地调节规定的波长的光的强度比，从而能够改善面状照明装置10的颜色不均。
如图1以及图2所示，面状照明装置10具备的导光板21作为整体具有大致板形状，并具备两个主面与四个端面。另外，导光板21例如由聚碳酸酯树脂等透明材料形成。
此处，为了说明的容易性，将四个端面中的、供光源11配置的端面设为入光端面22，将与入光端面22对置的端面设为末端面23。另外，将两个主面中的、构成为将从入光端面22入射的光呈面状射出的主面设为射出面25，将与射出面25对置的主面设为背面24。
此外，图1以及图2所示的面状照明装置10具备入光楔部27与射出部28。入光楔部27设置于导光板21中的入光端面22侧，并形成为导光板21的厚度随着远离入光端面22而变薄。入光楔部27将入光端面22确保为较大以使得来自光源11的光容易入光，另一方面，有助于减薄射出部28的导光板21的厚度。此外，在本发明中，入光楔部27不是必须的结构。但是，在形成入光楔部27的情况下，因其构造而容易沿着入光端面22在入光楔部27的附近或者靠近入光端面22的区域产生带有黄色的颜色不均(为了便于说明而也称作“入光颜色不均”)。因而，当在导光板21设置入光楔部27的情况下，通过将后述的本发明的光扩散部R设置于射出面25或者背面24中的至少一方的入光楔部27的附近或者靠近入光端面22的区域，能够有效地发挥光扩散部R的作用效果。
在射出面25定义有有效射出区域E，在射出面25侧的主面中的、有效射出区域E的范围外的区域设置有遮光单元，防止不希望的光(杂光)漏出。此处，为了进行之后说明的验证实验，而进行有效射出区域E的坐标的定义。如图1以及图2所示，以入光端面22为基准，在从入光端面22沿垂直方向分离的方向设定坐标d。该坐标d能够视为实际相当于从入光端面22被入光的光在导光板21中传播的距离。此外，存在将该坐标d所示出的距离称为入光基准的距离d的情况。
在导光板21的背面24配置有多个从导光板21呈半球状突出的点(光路变更单元)。该点有意地改变导光板21的背面24的光的反射角，从而调整光的进路以便被导光板21的背面24反射的光从导光板21的射出面25射出。因而，导光板21的背面24上的该点的配置是影响从射出面25被射出的光的强度分布的重要因素，通过预先设计而被决定。
在导光板21传播的光量越远离入光端面22越减少，因此，通常，设计为越远离入光端面22，导光板21的背面24上的点的配置密度也越增高。此外，形成于导光板21的背面24的点的具体例能够通过之后参照的导光板21的背面24的显微镜照片进行确认。
另外，如图1以及图2所示，面状照明装置10具备的导光板21在背面24设置有光扩散部R。光扩散部R是用于与光源11的荧光体发出的光相比，主要使发光二极管发出的光散射的结构。
在图1以及图2所示的面状照明装置10的例子中，光扩散部R沿着末端面23呈带状设置于接近末端面23的区域。这是为了在图1以及图2所示的面状照明装置10的例子中，改善接近末端面23的区域的颜色不均(为了便于说明而也称作“末端颜色不均”)。因而，光扩散部R能够以与应该改善的颜色不均产生的区域一致的方式适当地变更配置位置。例如，光扩散部R不仅在接近末端面23的区域，而且也能够设置于接近入光端面22的区域。如上所述，存在即使在接近入光端面22的区域也产生颜色不均的情况，通过在接近入光端面22的区域设置光扩散部R，能够改善该颜色不均。
另外，在图1以及图2所示的面状照明装置10的例子中，将光扩散部R设置于背面24，但可以设置于射出面25，也可以设置于背面24以及射出面25的双方。换句话说，可以说只要光扩散部R设置于导光板21的射出面25或者背面24中的至少一方即可。
作为具体的光扩散部R的结构例，能够考虑将小于光源11的发光二极管发出的光的波长的微小的凹凸形成于光扩散部R的导光板21的表面。此处，微小的凹凸是依据日本工业标准JISB0601的表面粗糙度，特别地，作为微小的凹凸的基准，能够采用平均高度。此外，光扩散部R也可以不必在区域整体形成微小的凹凸，另外，也可以包含大于发光二极管发出的光的波长的微小的凹凸。
如上所述，作为光源11，在使用利用添加被发出蓝色光的蓝色发光二极管的蓝色光激励而发出黄色光的黄色荧光体的透明树脂密封该蓝色发光二极管的通常的白色LED的情况下，形成于光扩散部R的微小的凹凸形成为小于蓝色发光二极管发出的蓝色光的波长。例如，蓝色光的波长为430～490nm，因此在导光板21的表面形成小于430nm的凹凸。
此外，面状照明装置10的颜色不均不是在有效射出区域E均匀地产生，也存在局部地产生的情况，其产生量也不是恒定的。例如，在接近末端面23的区域产生的颜色不均具有随着远离入光端面22而逐渐增加的趋势。因此，为了符合颜色不均的产生趋势，光扩散部R优选具有微小的凹凸的面积密度随着远离入光端面22而逐渐增加的过渡区域。
接下来，参照图3～图5对上述说明的光扩散部R的微小的凹凸的形成方法的例子进行说明。
图3是示出在用于对导光板21进行注塑成型的模具71的一部分71a形成微小的凹凸的样子的示意图。如图3所示，在光扩散部R的微小的凹凸的形成方法的例子中，为了形成光扩散部R的微小的凹凸，从激光照射装置75朝用于对导光板21进行注塑成型的模具71的一部分71a照射激光。此处，模具71的一部分71a是在对导光板21进行注塑成型时与光扩散部R对应的区域。
此外，图3所示的激光照射装置75是示意性地示出的，不限定本工序所使用的激光照射装置75的装置结构。若能够输出能够加工模具71的强度的激光，则能够适当地利用为本工序的激光照射装置75。
此处，从激光照射装置75被照射的激光的强度被降低至加工阈值的附近。由此，被照射激光的模具71的一部分71a不改变宏观的形状，而能够仅加工微观的表面的形状。
图4是示出将形成于模具71的微小的凹凸转印至导光板21的样子的示意图。如图4所示，使用在模具71的一部分71a形成有微小的凹凸的模具71与其他的模具72、73对导光板21进行注塑成型。于是，在导光板21转印有形成于模具71的一部分71a的微小的凹凸。
这样，若在对导光板21进行注塑成型的模具71侧的表面形成微小的凹凸，则在对导光板21进行注塑成型时，也自动地在导光板21的表面形成有微小的凹凸，因此适于导光板21的量产。
图5是示出利用上述方法制造的导光板21的作用的示意图。如图5所示，形成于模具71的一部分71a的微小的凹凸被转印至导光板21的背面24的光扩散部R。形成于该光扩散部R的微小的凹凸的平均高度小于光源11的发光二极管发出的光的波长。因而，在从入光端面22被入射的发光二极管发出的光以及荧光体发出的光到达光扩散部R时，根据瑞利散射的效果，发光二极管发出的光(图中实线箭头)与荧光体发出的光(图中虚线箭头)相比，被强列地散射。此外，在瑞利散射中，公知有散射系数与波长的四次方成反比例。
结果，在与光扩散部R对置的射出面25中，发光二极管发出的光与荧光体发出的光相比，容易通过射出面25。这意味着在存在与在光扩散部R附近的导光板21传播的发光二极管发出的光的强度相比，荧光体发出的光的强度较强的偏颇的情况(换句话说产生颜色不均的情况)下，能够改善该强度的偏颇。
接下来，参照图6～图8对利用上述的方法制成的微小的凹凸的具体例进行说明。图6是示出激光显微镜测定形成于导光板21的背面24的微小的凹凸的图像的例子的图。在图6所示的图像中示出了未形成微小的凹凸的区域(图中以无微小形状示出的上半部分区域)与形成了微小的凹凸的区域(图中以有微小形状示出的下半部分区域)。
图7示出了在未形成微小的凹凸的区域测定出的粗糙度曲线，该粗糙度曲线与图6中的L1对应。图8示出了在形成微小的凹凸的区域测定出的粗糙度曲线，该粗糙度曲线与图6中的L2对应。这些图7以及图8所示的粗糙度曲线的测定依据上述JISB0601的方式。
如参照图6明确的那样，在形成了微小的凹凸的区域，在导光板21的表面实际设置有不规则状的微小的凹凸。如上所述，在导光板21的背面24配置有多个从导光板21呈半球状突出的点。导光板21的背面24的微小的凹凸即使重叠于这些点，也不对作用产生影响。另一方面，在表面粗糙度的测定时，避开点的位置来设定粗糙度曲线(剖面曲线)，以免因点的形状而引起的凹凸混合存在。此外，图中的编号表示设定粗糙度曲线时的顶点的编号。
如将图7以及图8相比较而明确的那样，在形成了微小的凹凸的区域，与未形成微小的凹凸的区域相比，表面粗糙度增加。此处，为了对表面性状进一步详细地研究，而公开与图7以及图8所示的粗糙度曲线相关的粗糙度参数。
以下所示的表1是与图7所示的粗糙度曲线相关的粗糙度参数，表2是与图8所示的粗糙度曲线相关的粗糙度参数。
【表1】
Rp Rv Rz(Rt) Rc Ra Rq Rsk Rku RΔq
0.061um 0.070um 0.131um 0.079um 0.017um 0.021um -0.0982 3.1203 0.0198
【表2】
Rp Rv Rz(Rt) Rc Ra Rq Rsk Rku RΔq
0.342um 0.255um 0.598um 0.343um 0.091um 0.115um 0.8221 3.2874 0.0538
此处，表1以及表2所示的各参数的意思如下。计算方法等的详细情况如上述JISB0601所记载的那样。Rp是最大波峰高度，表示粗糙度曲线中的波峰高度的最大值，Rv是最大峰谷深度，表示粗糙度曲线中的峰谷深度的最大值。Rz是最大高度，表示粗糙度曲线中的波峰高度的最大值与峰谷深度的最大值之和。即，在最大波峰高度、最大峰谷深度以及最大高度之间，Rz＝Rp+Rv的关系成立。此外，Rt是最大剖面高度，本测定不将基准长度与评价长度区别，因此与最大高度一致。
此外，Rc是平均高度，表示轮廓曲线要素的高度的平均值。Ra是算术平均粗糙度，Rq是均方根粗糙度，Rsk是偏度，Rku是峰度，RΔq是均方根斜率，省略这些的具体定义。
如将表1与表2比较而明确的那样，在形成微小的凹凸的区域，与不形成微小的凹凸的区域相比，与表面粗糙度相关的参数也增加，在形成微小的凹凸的区域，与不形成微小的凹凸的区域相比，表面粗糙度增加的情况也能够在数值上得到确认。
特别地，如表2所示，形成了微小的凹凸的区域的粗糙度曲线的平均高度是0.343μm，该大小小于蓝色光的波长(例如430～490nm)。因而，形成于图6所示的导光板21的表面的微小的凹凸与黄色光相比使蓝色光强烈地散射。
接下来，参照图9以及图10对上述说明的微小的凹凸对颜色不均改善的效果的验证结果进行说明。图9是示出表示因应用本发明的有无而引起的色度的不同的色度图的图，图10是示出表示因应用本发明的有无而引起的色度差的不同的图表的图。
此处，图9所示的色度是CIE表色系的色度。即，将根据光的三刺激值X、Y、Z计算出的混色比示于xy平面上。图9仅提取图示通常被称为xy色度图的图中的、实验所使用的面状照明装置所属的白色的区域。因而，在图9所示的色度图中，示出了越靠向左下则为蓝色越强的白，越靠向右上则为黄色越强的白。
在图9所示的色度图示出了应用本发明的改善后的面状照明装置10的色度的例子(改善后1～3)与未应用本发明的改善前的面状照明装置的色度的例子(改善前1～3)。应用本发明的改善后的面状照明装置10是具有以上说明的结构的面状照明装置10，特别地，在本实验中使用的面状照明装置10在导光板21的背面24中的从末端面23分离20mm的区域设置光扩散部R。另一方面，未应用本发明的改善前的面状照明装置是在面状照明装置10不设置光扩散部R的结构。
图9所示的各例的色度的值是有效射出区域E的末端部、即有效射出区域E中的最接近末端面23的位置的色度。
如将图9所示的改善后1～3的色度与改善前1～3的色度相比较而明确的那样，改善后1～3的色度与改善前1～3的色度相比，色度图中的位置向左下变化。该情况表示应用本发明的改善后的面状照明装置10与未应用本发明的改善前的面状照明装置相比，有效射出区域E的末端部的光成为蓝色更强的白。即，示出了根据本发明的应用，能够改善有效射出区域E的末端部的光带有黄色的颜色不均。
图10所示的色度差如下定义。对于各测定点处的色度差Δxy，将基准点的色度的xy色度图上的坐标设为(x0，y0)，将各测定点的色度的xy色度图上的坐标设为(x，y)，针对每个测定点以下式规定。
Δxy＝√((x0－x)2+(y0－y)2)
该色度差Δxy以与基准点的比较的颜色不同的观点测定颜色不均。
图10所示的图表在横轴取从入光端面22沿垂直方向分离的方向的距离d(入光基准的距离)，在纵轴取该位置处的色度差Δxy。此外，横轴的范围为了着眼于末端部的色而记载距离50mm～105mm的位置。
此外，在图10所示的图表中示出了应用本发明的改善后的面状照明装置的色度差Δxy的例子(改善后1～3)与未应用本发明的改善前的面状照明装置的色度差Δxy的例子(改善前1～3)。此处，改善后1～3以及改善前1～3的面状照明装置的结构与上述图9所示的验证实验相同。
如将图10所示的改善后1～3的色度差Δxy与改善前1～3的色度差Δxy相比较而明确的那样，改善后1～3的色度差Δxy成为与改善前1～3的色度差Δxy相比整体上较低的值。该情况表示应用本发明的改善后的面状照明装置10与未应用本发明的改善前的面状照明装置相比，以与基准点的比较的颜色不同的观点改善颜色不均。
至此，对本发明的实施方式具体地进行说明，但本发明不限定于上述的实施方式，能够进行基于本发明的技术思想的各种变形。
例如，在上述的实施方式中，光扩散部R根据需要具有微小的凹凸的面积密度随着远离入光端面22而逐渐增加的过渡区域(为了方便而称作“第一过渡区域”)。与此相对，在为了抑制入光颜色不均而在入光楔部27的附近或者靠近入光端面22的区域设置光扩散部R的情况下，也可以根据需要具有微小的凹凸的面积密度随着远离入光端面22而逐渐减少的过渡区域(为了方便而称作“第二过渡区域”)。此外，也可以具有与入光基准的距离无关，在与入光端面22平行的方向上微小的凹凸的面积密度增加或者减少的区域(为了方便而称作“第三过渡区域”)。进而，在上述的实施方式中，光扩散部R沿着入光端面22呈带状设置，不过例如光扩散部R的外缘呈波浪状或者弯曲。
此处，当通过注塑成型法对导光板进行成型时，假定沿着与入光端面正交的端面设置浇口的情况，存在与相距与入光端面22正交的端面的距离相应地(相对于与入光端面22平行的方向)均匀或者不均匀地产生颜色不均的情况。即便在这种形态的颜色不均单独产生或者与其他形态的颜色不均(例如入光颜色不均、末端颜色不均)混合产生，能够与产生颜色不均的区域以及颜色不均的产生量对应地适当设置本发明的光扩散部R(例如通过适当组合第一过渡区域至第三过渡区域)，因此能够以高的维度实现色调的均匀性。
此外，例如，在上述的实施方式中列举的数值只不过是例子而已，也可以根据需要使用与其不同的数值。另外，适当地组合上述的各构成要素而构成的方式也包含于本发明。对于本领域技术人员而言，容易导出进一步的效果、变形例。

Claims (8)

1.一种面状照明装置，
所述面状照明装置具备：
光源，包含发光二极管以及被所述发光二极管发出的光激励而发光的波长转换材料，并发出白色光；以及
导光板，具有供该光源配置的端面亦即入光端面以及使从该入光端面入射的光射出的射出面，
所述面状照明装置的特征在于，
所述导光板在所述射出面或者与所述射出面对置的背面中的至少一方设置有光扩散部，该光扩散部与所述波长转换材料发出的光相比主要使所述发光二极管发出的光散射。
2.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光扩散部设置于接近与所述入光端面对置的末端面的区域。
3.根据权利要求1或2所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光扩散部包含微小的凹凸，该微小的凹凸与所述波长转换材料发出的光相比主要使所述发光二极管发出的光瑞利散射。
4.根据权利要求3所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光扩散部具有所述微小的凹凸的面积密度随着远离所述入光端面而逐渐增加的过渡区域。
5.根据权利要求3或4所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光扩散部具有所述微小的凹凸的面积密度沿着所述入光端面增加或者减少的区域。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光扩散部包含小于所述发光二极管发出的光的波长的所述微小的凹凸。
7.根据权利要求6所述的面状照明装置，其特征在于，
所述微小的凹凸的平均高度小于所述发光二极管发出的光的波长。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的面状照明装置，其特征在于，
所述发光二极管是发出蓝色光的蓝色发光二极管，所述波长转换材料是被该蓝色光激励而发出波长长于所述蓝色光的波长的光的荧光体。
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