JP2004165124A - 線状照明装置並びにこれを用いた面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、簡単な構成で、輝度ムラを解消する線状照明装置及びそれを用いた面状照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも実装面側の大部分が高反射部形成された基板１０と、この基板１０に実装されたベアチップ状態のＬＥＤチップ１１と、乱反射部材により形成されたハウジング１２と、この基板１０表面及びＬＥＤチップ１１を覆うようにハウジング１２内に表面がほぼ平面状となるように封止した透光性封止樹脂１３と、を備える。そして、ＬＥＤチップ１１からの光は透光性封止樹脂１３内を伝搬し、透光性封止樹脂１３の表面側から光線として出射される。表面側の界面で反射した光は、基板１０表面の高反射率の反射面で反射し、ＬＥＤチップ１１間の透光性封止樹脂の表面からも反射光として出射される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬＥＤチップを用いた線状照明装置およびこれを用いた面状照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の軽量化、小型化及び低消費電力化を図る技術は著しく発展してきている。この技術の流れの中で、液晶表示装置に代表される非発光表示デバイスを用いることにより、電子機器が軽量化、小型化され、しかも低消費電力化されてきている。
【０００３】
液晶表示装置としては、透過型と反射型とがあり、透過型の液晶表示装置には、液晶表示装置を裏側から照明する照明装置、いわゆるバックライトが設けられ、反射型の液晶表示装置には、液晶表示装置を表側から照明する照明装置、いわゆるフロントライトが設けられている。
【０００４】
これらの照明装置は、線状光源と、この線状光源の光を一端面より入射され、表裏のいずれか一面より平面的に分散させて出射させる面状導光板とを備えている。
【０００５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源等の点状光源を導光体により線状光源に変換する線状照明装置としては、図１３に示すようなものが知られている。この線状照明装置は、線状の導光体２１０の両端面部２１１、２１１に点状光源２５０、２５０が配置される。そして、導光体２１０の長手方向の一側面の出光面２１３に対向する反射面２１６に、例えばＶ字形状の溝２２５を線状導光体２１０の長手方向に亘って複数個形成する方法が知られている。線状導光体２１０は、出光面２１３、反射面２１６とこれら面と直交する両側面２１２、２１５との四角柱形状で構成されている。
【０００６】
この方式では、点状光源２５０から線状導光体２１０内に入射した光線の一部である光線は、直接反射面２１６に設けられたＶ字形状溝２２５の斜面２２６に到達し、斜面２２６で反射することで出光面２１３の臨界角以下の角度で出光面２１３に到達し、出光面２１３から出射する。また、入射した光線の他の一部は出光面２１３と反射面２１６の間で臨界角以下の角度となるまで、反射を繰り返す。このような原理において、Ｖ字形状溝２２５のピッチもしくは深さの分布を適当な値とすることで出光面２１３からの出射光の光量分布を略均一にすることができ、結果的に線状の光源を得ることができる。
【０００７】
液晶表示装置の照明装置の線状光源として、点状光源と直線状の導光体から構成される光源を使用する面状照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
上記した光源は、光路変換手段が形成された導光体の端部に点状光源を近接配置している。そして、この光路変換手段は、例えば、断面形状ほぼ三角形の溝部と、この溝部の間に形成される平坦部とで構成されている。一つの例の光路変換手段としては、一の溝部と隣接する溝部との間隔を一定にして、溝部の切り込み深さが、点状光源から遠ざかるにしたがって徐々に大きくなるように設定しているものが示されている。また、他の例の光路変更手段としては、上記した溝部の切り込み深さは一定にして、溝部を形成する間隔を点状光源から遠ざかるにしたがって徐々に狭くなるように形成しているものが示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１１７２３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の装置においては、棒状の導光体を用いて点光源を線状光源に変換する方法が開示されているが、輝度ムラ等を低減するために、直線上の導光体の一面には、Ｖ字溝等の複雑な反射パターンが設けられている。このため、導光体の加工が困難になるなどの問題があった。
【００１１】
この発明は、上記の事情を鑑みなされたものにして、簡単な構成で、輝度ムラを解消する線状照明装置及びそれを用いた面状照明装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の線状照明装置は、少なくとも実装面側の大部分が高反射部で形成された基板と、この基板に実装されたベアチップ状態のＬＥＤチップと、乱反射部材により形成された枠体と、この基板表面及びＬＥＤチップを覆うように前記枠体内に表面がほぼ平面状となるように封止した透光性封止樹脂と、からなることを特徴とする。
【００１３】
前記透光性封止樹脂とＬＥＤチップ表面並びに前記基板表面は光学的に密着状態で封止するように構成すると良い。
【００１４】
上記のように構成することで、ＬＥＤチップからの光は透光性封止樹脂内を伝搬し、透光性封止樹脂の表面側から光線として出射される。そして、表面側の界面で反射した光は、基板表面の高反射部からなる反射面で反射し、ＬＥＤチップ間の透光性封止樹脂の表面からも反射光として出射される。
【００１５】
また、前記透光性封止樹脂の光出射側表面に散乱性又は鏡面状の反射コートをその面積率がＬＥＤチップの真上で最大となり、ＬＥＤチップ間の中央部で最小になるように形成するように構成すると良い。
【００１６】
上記のように構成することで、ＬＥＤチップから真上に出た光は反射コートにより反射され、透光性封止樹脂内に戻り、反射を繰り返してから透光性樹脂の出射面より光が出射される。このように、面積率を調整した反射コートを設けることで、輝度ムラの発生が抑制できる。
【００１７】
さらに、前記ＬＥＤチップが実装される基板のチップ実装面側に鏡面反射性を有する配線パターンを設け、この配線パターンの基板幅に対する割合をＬＥＤチップ近傍が最大となり、ＬＥＤチップから離れるに従って減少するように形状を形成するように構成すると良い。
【００１８】
上記のように、白色の光散乱性部分と鏡面反射部分の面積比を変えることで、繰り返し反射される光は分散され、鏡面部分が大きいと箇所の透光性封止樹脂の光出射部分では反射に出射光は少なくなる。この結果、直接の出射光が大きいＬＥＤチップの近傍は反射光が少なくなり、輝度ムラを改善することができる。
【００１９】
また、前記透光性封止樹脂のＬＥＤチップの真上の光出射側表面にＶ字形状の凹状プリズムを形成するように構成しても良い。
【００２０】
上記のように構成することで、ＬＥＤチップから真上に出た光はＶ字形状の凹状プリズムにより規制され、透光性封止樹脂内に戻り、反射を繰り返してから透光性樹脂の出射面より光が出射される。このように、面積率を調整したＶ字形状の凹状プリズムを設けることで、輝度ムラの発生が抑制できる。
【００２１】
この発明の面状照明装置は、透光性材料からなる面状導光板の側面付近に上述した線状照明装置を近接配置し、線状照明装置からの光を前記面状導光板にて平面的に分散させて出射させることを特徴とする。
【００２２】
また、この発明は、前記面状導光板の光出射面側にレンズシートが配置され、このレンズシートは前記導光板と対向する面側に複数のプリズムを形成したものを用いることができる。
また、この発明は、前記面状導光板の光出射面側に光拡散性を有するシートを配置して構成することもできる。
【００２３】
上記した構成によれば、小型で薄型の面状照明装置を容易に提供することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の実施形態にかかる線状照明装置の斜視図、図２はこの発明の第１の実施形態にかかる線状照明装置の側面図である。
【００２５】
この発明の線状照明装置１は、少なくとも発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装する面側の大部分が高反射部で構成された絶縁性基板１０、この実施形態では高反射率の白色に塗装された絶縁性基板１０を備える。この基板１０の所定の箇所にベアチップ状態の白色ＬＥＤチップ１１が実装される。図１には図示していないが、基板１０にはＬＥＤ１１に電力を供給するためのアルミニウム（Ａｌ）などの配線パターンが施されている。この配線には、図示しないリード線が接続され、電源から電力が供給される。
【００２６】
この実施形態では、３個のＬＥＤチップ１１…が基板１０上に等間隔で実装される。基板１０の両端部に白色樹脂により形成されたハウジング（枠体）１２が取り付けられ、この基板１０の表面及びＬＥＤチップ１１を覆うようにハウジング１２内に表面がほぼ平面状となるように透光性封止樹脂１３が設けられる。この透光性封止樹脂１３は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの樹脂が用いられる。
【００２７】
上記したハウジング１２は白色樹脂により形成されているので、乱反射部材として機能する。
【００２８】
そして、上記した透光性封止樹脂１３とＬＥＤチップ１１表面並びに基板１０表面は光学的に密着状態で封止されている。
【００２９】
このように形成された線状照明装置は、図２に示すように、ＬＥＤチップ１１からの光は透光性封止樹脂１３内を伝搬し、透光性封止樹脂１３の表面側から光線として出射される。そして、表面側の界面で反射した光は、基板１０表面の高反射率の反射面で反射し、ＬＥＤチップ１１…間の透光性封止樹脂１３の表面からも反射光として出射される。
【００３０】
上記したこの発明の実施形態の線状照明装置においては、白色に塗装された絶縁性基板１０上に、ＬＥＤチップ１１…配置し、透光性封止樹脂１３で樹脂封止するという極めて簡単な構成で、透光性封止樹脂１３表面から光を平面的に分散させて出射させることができる。
【００３１】
尚、上記した実施形態においては、基板１０表面を白色塗装することで高反射率な部材に形成したが、アルミニウムなどの反射コートや反射フィルムを設けて高反射率な表面に形成しても良い。
【００３２】
また、必要に応じて透光性封止樹脂１３内に光散乱性物質を混入し、ＬＥＤチップ１１からの光を分散させ、輝度ムラをなくすように構成しても良い。
【００３３】
この発明の第２の実施の形態を図面に基づいて説明する。図３はこの発明の第２の実施形態にかかる線状照明装置の斜視図である。
【００３４】
この第２の実施形態は、輝度ムラをより改善するものである。ＬＥＤチップ１１から出射された光は透光性封止樹脂１３内を伝搬し、界面で反射をしてから光が出射されるが、ＬＥＤチップ１１の真上に当たる部分は、やはり出射される光の量が多くなる懸念がある。そこで、この第２の実施形態は、ＬＥＤチップ１１の真上に当たる透光性封止樹脂１３の光出射側表面に光散乱性又は鏡面状の反射コート１４を設けたものである。そして、反射コート１４の面積率がＬＥＤチップ１１の真上で最大となり、ＬＥＤチップ１１，１１間の中央部で最小になるように形成している。
【００３５】
このように構成することで、ＬＥＤチップ１１から真上に出た光は反射コート１４により反射され、透光性封止樹脂１３内に戻り、反射を繰り返してから透光性樹脂１３の出射面より光が出射される。そして、面積率を調整した反射コート１４を設けることで、輝度ムラの発生が抑制できる。
【００３６】
また、反射コート１４とＬＥＤチップ１１の位置に少しオフセットが生じても反射コート１４による反射の効果に支障はない。
【００３７】
この発明の第３実施の形態を図面に基づいて説明する。図４はこの発明の第３の実施形態にかかる線状照明装置の斜視図である。
【００３８】
この第３の実施形態は、輝度ムラを改善するものである。この第３の実施形態は、透光性封止樹脂１３の界面で反射し、基板１０でさらに反射される量を制御するものである。基板１０表面に白色の反射コートを施し、さらに、ＬＥＤチップ１１が実装される基板１０のチップ実装面側に鏡面反射性を有する配線パターン１５を設ける。この配線パターン１５の基板幅に対する割合をＬＥＤチップ１１の近傍が最大となり、ＬＥＤチップ１１から離れるに従って減少するように形状している。
【００３９】
このように、白色の光散乱性部分と鏡面反射部分の面積比を変えることで、繰り返し反射される光は分散され、鏡面部分が大きい箇所の透光性封止樹脂１３の光出射部分では反射による出射光は少なくなる。この結果、直接の出射光が大きいＬＥＤチップ１１の近傍は反射光が少なくなり、輝度ムラを改善することができる。
【００４０】
この配線パターン１５は、図１に示した第１の実施形態並びに図４に示した第２の実施形態の双方に適用することができるが、第２の実施形態に適用した方がより効果が期待できる。
【００４１】
この発明の第４実施の形態を図面に基づいて説明する。図５はこの発明の第４の実施形態にかかる線状照明装置の斜視図である。
【００４２】
この第４の実施形態は、輝度ムラをより改善するものである。ＬＥＤチップ１１から出射された光は透光性封止樹脂１３内を伝搬し、界面で反射をしてから光が出射されるが、ＬＥＤチップ１１の真上に当たる部分は、やはり出射される光の量が多くなる懸念がある。そこで、この第４の実施形態は、透光性封止樹脂１３のＬＥＤチップ１１の真上の光出射側表面にＶ字形状の凹状プリズム１６を形成したものである。このプリズム１６により、ＬＥＤチップ１１から真上に出た光は方向を変えて反射され、透光性封止樹脂１３内に戻り、反射を繰り返してから透光性樹脂１３の出射面より光が出射される。このように、プリズム１６を設けることで、輝度ムラの発生が抑制できる。
【００４３】
尚、この第４の実施形態においても基板１０上に図５に示す第３の実施形態を適用すればより効果が期待できる。
【００４４】
次に、この線状照明装置を用いた面状照明装置の第１の実施形態を図６ないし図８に示す。図６は、この発明の線状照明装置を用いた第１の実施形態の面状照明装置を示す概略平面図、図７は、この発明の線状照明装置を用いた第１の実施形態の面状照明装置を示す概略断面側面図、図８は、この発明の線状照明装置と面状導光板との取り付け部分の拡大側面図である。
【００４５】
この面状照明装置２は、主として、面状の導光板２０と、上記した線状照明装置１と、を備えて構成される。
【００４６】
上記面状の導光板２０は、透光性部材である例えば透明のアクリル樹脂（ＰＭＭＡ樹脂）ポリカーボネート樹脂等を射出成形して、略平板状、若しくは断面楔形形状に形成されている。そして、導光板２０の光出射面と対向する面（以下、裏面という。）の全面がマット面処理により一様に粗面に形成される。これにより導光板２０は、裏面に光拡散面を形成し、裏面と出射面との間を繰り返し反射して光を伝搬しながら、この光拡散面により照明光を散乱する。また、マット処理をする代わりに、導光板２０の裏面に１対の斜面を有する凸部を繰り返し形成してもよい。
【００４７】
導光板２０の裏面と対向する側には、反射シート３１が配置されている。この反射シート３１は、白色塗装された絶縁性フィルム、例えば、白色ＰＥＴフィルム等からなるシート状の乱反射部材若しくは正反射特性を有する鏡面反射部材により形成され、導光板２０より漏れ出す照明光を反射して導光板２０に入射し、これにより照明光の利用効率を向上させる。
【００４８】
更に、導光板２０の出射面の全面は、必要に応じて微小な凹凸からなるシボ面が形成されている。導光板２０の出射面に配置されるプリズムシート２１は、ポリカーボネート等の透光性のシート材で形成され、導光板２０側に凸部を繰り返してプリズム面が形成されている。導光板２０から出射された光をプリズムシート２１により、指向性を補正し出射することにより、照明光を効率良く出射して光の利用効率を向上させるものである。
【００４９】
図８に示すように、線状照明装置１と導光板２０の光出射面側との間は、透明接着層３３により反射シート３３が取り付けられている。一方、線状照明装置１と導光板２０の裏面側との間には、反射シート３１が延伸され、透明接着層３３にて反射シート３１が線状照明装置１に取り付けられる。この反射シート３１、基板１０及び反射シート３２により、線状導照明装置１が覆われ、線状照明装置１の端面以外の方向へ放出される光を導光板２０の端面に反射させて、導光板２０の内部に導くように構成されている。
【００５０】
尚、反射シート３３は白色塗装が施された絶縁性シート若しくは正反射特性を有する鏡面反射部材が用いられる。
【００５１】
線状照明装置１、導光板２０、反射シート３１、プリズムシート２１は、白色樹脂等で形成されたケース３０に収納される。導光板２０の側面から放出される光は、このケースの内面で反射され、導光板２０の内部に導かれる。
【００５２】
上記のように構成された面状照明装置は、リード線１４を介して、基板１０に設けられた配線パターンからＬＥＤ１１…に電力が与えられ、線状照明装置１から光が出射する。そして、出射された光が導光板２０を伝搬し、導光板２０の出射面からムラなく出射され、導光板２０から出射された拡散光がプリズムシート２１により、指向性を補正し出射される。
【００５３】
図９は、この発明に係る面状照明装置の変形例を示す平面図である。尚、上記した面状照明装置の第１の実施形態と同一部分には同一符号を付す。この面状照明装置は、ケース３０の光出射側に複数個の切り欠き部３６が設けられている。そして、プリズムシート２１には、この切り欠き部３６に対応する突片２１ａが設けられ、前記切り欠き部３６と突片２１ａを嵌め合わすことにより、ケース３０とプリズムシート２１とが固定され、プリズムシート２１が導光板２０の光出射面側に所定の間隙を有して配置される。
【００５４】
ところで、リード線１４が接続される基板１０の端子部分やリード線１４を人間が触ったときに静電気がＬＥＤ１１に与えられることがある。ＬＥＤ１１に予期しない静電気が与えられると、ＬＥＤ１１が破壊する懸念がある。そこで、図１０に示すように、端子間に、静電破壊防止用のツェナーダイオード１１ａを設けるように構成しても良い。
【００５５】
次に、この線状照明装置を用いた面状照明装置の第２の実施形態を図１１に示す。図１１は、この発明の線状照明装置を用いた第２の実施形態の面状照明装置を示す概略断面側面図である。この第２の実施形態は、導光板２０の光出射面上に光拡散性を有するシート２２を配置したものである。その他の構成は、面状照明装置の第１の実施形態と同様であり、同様の構成部分には同一符号を付している。
【００５６】
次に、この線状照明装置を用いた面状照明装置の第３の実施形態を図１２に示す。図１２は、この発明の線状照明装置を用いた第２の実施形態の面状照明装置を示す概略断面側面図である。この第３の実施形態は、導光板２０ａとして、光が入射する側面に対して平行に延びるプリズム２０ｂが上面側に形成されている。導光板２０の端部と線状照明装置１との間には、反射シート３２、３４が取り付けられている。
【００５７】
導光板２０ａから出射される光は、プリズム２０ｂが形成された面と対向する面から出射される。そして、この面状照明装置は、例えば、反射型液晶表示装置のフロントライトとして用いられ、導光板２０ａから出射された光は、図示しない反射型液晶パネルで反射され、その反射された光が導光板２０ａ透過して導光板２０ａの上面側から外方に出射される。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、高反射部を有する絶縁性基板上にＬＥＤチップを配置し、透光性封止樹脂で樹脂封止するという極めて簡単な構成で、透光性封止樹脂表面から光を平面的に分散させて出射させることができる。又、この線状照明装置を用いて面状照明装置を形成することで、小型、薄型の装置を容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる線状照明装置の斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施形態にかかる線状照明装置の側面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態にかかる線状照明装置の斜視図である。
【図４】この発明の第３の実施形態にかかる線状照明装置の斜視図である。
【図５】この発明の第４の実施形態にかかる線状照明装置の斜視図である。
【図６】この発明の線状照明装置を用いた第１の実施形態の面状照明装置を示す概略平面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態の面状照明装置を示す概略断面側面図である。
【図８】この発明の線状照明装置と面状導光板との取り付け部分の拡大側面図である。
【図９】この発明の第１の実施形態の面状照明装置の変形例を示す概略断面側面図である。
【図１０】この発明の線状照明装置に静電破壊防止対策を施した状態を示す模式図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態の面状照明装置を示す概略断面側面図である。
【図１２】この発明の第３の実施形態の面状照明装置を示す概略断面側面図である。
【図１３】従来の線状照明装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 線状照明装置
１０ 絶縁性基板
１１ 白色ＬＥＤチップ
１２ ハウジング（枠体）
１３ 透光性封止樹脂
２ 面状照明装置
２０ 面状導光板

Claims (8)

1. 少なくとも実装面側の大部分が高反射部で形成された基板と、この基板に実装されたベアチップ状態のＬＥＤチップと、乱反射部材により形成された枠体と、この基板表面及びＬＥＤチップを覆うように前記枠体内に表面がほぼ平面状となるように封止した透光性封止樹脂と、からなることを特徴とする線状照明装置。
2. 前記透光性封止樹脂とＬＥＤチップ表面並びに前記基板表面は光学的に密着状態で封止されていることを特徴とする請求項１に記載の線状照明装置。
3. 前記透光性封止樹脂の光出射側表面に散乱性又は鏡面状の反射コートをその面積率がＬＥＤチップの真上で最大となり、ＬＥＤチップ間の中央部で最小になるように形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の線状照明装置。
4. 前記ＬＥＤチップが実装される基板のチップ実装面側に鏡面反射性を有する配線パターンを設け、この配線パターンの基板幅に対する割合をＬＥＤチップ近傍が最大となり、ＬＥＤチップから離れるに従って減少するように形状を形成したことを特徴とする請求項１又２に記載の線状照明装置。
5. 前記透光性封止樹脂のＬＥＤチップの真上の光出射側表面にＶ字形状の凹状プリズムを形成したことを特徴とする請求項１又２に記載の線状照明装置。
6. 透光性材料からなる面状導光板の側面付近に前記請求項１ないし５のいずれかに記載の線状照明装置を近接配置し、線状照明装置からの光を前記面状導光板にて平面的に分散させて出射させることを特徴とする面状照明装置。
7. 前記面状導光板の光出射面側にレンズシートが配置され、このレンズシートは前記導光板と対向する面側に複数のプリズムが形成されていることを特徴とする請求項６に記載の面状照明装置。
8. 前記面状導光板の光出射面側に光拡散性を有するシートが配置されていることを特徴とする請求項６に記載の面状照明装置。

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