JP2006221923A

JP2006221923A - Ｌｅｄ面光源装置

Info

Publication number: JP2006221923A
Application number: JP2005033306A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Toda; 正利戸田; Tetsuya Suda; 哲也須田; Takeo Okura; 武雄大倉
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2006-08-24

Abstract

【課題】厚さを抑えた構造でありながら、ＬＥＤから発光される光を確実に混合させ、高輝度で均一なＬＥＤ面光源装置を提供する。
【解決手段】本発明のＬＥＤ面光源装置１は、共通導光板２と、この共通導光板の下面に所定間隔で配置された複数枚のユニット導光板４と、ユニット導光板間に配置されユニット導光板の側端面４ｂに向けて光を出射する複数のＬＥＤ光源６と、ＬＥＤ光源の上方とその近傍の領域を覆うように共通導光板の下面４ａに配置され、両面で光を反射させる第１の反射層１０と、この第１の反射層が配置されている共通導光板２の下面２ａに配置された第１の光出射機構７と、を備え、ユニット導光板の下面４ａは、上方に向かって曲線或いは直線で形成される凹状のアーチ形または矩形の横断面形状を有し、この下面には第２の光出射機構８が形成され、さらに第２の光出射機構の下に第２反射層１２が配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ面光源装置に関し、詳細には、異なる波長の単色光を出射する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）からの単色光を混合するＬＥＤ面光源装置に関する。

液晶パネル等のディスプレイパネルの照明用面光源装置として、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたＬＥＤ面光源装置が知られている。ＬＥＤ面光源装置には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の単色光を発する３種類のＬＥＤをセットにして用い、各ＬＥＤから発せられる単色光をミキシングすることによって白色光を作り出すタイプ（以下、「ＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置」と呼ぶ。）のものがある。

このＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置は、３種類の単色光をミキシングして白色光を得る原理であるので、単色光をミキシングするために単色光源であるＬＥＤの下流側に所定長のミキシング距離を確保する必要がある。

このようなＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置としては、高出力のＬＥＤを導光板の端面に対向させてアレイ状に配列してＬＥＤからの光を導光板の端面に入射させるエッジライト方式、高出力のＬＥＤを拡散板の直下にアレイ状に配列し拡散板によって光を拡散させる直下方式等がある。

しかしながら、エッジライト方式は、ミキシング距離を確保するため、ＬＥＤ光源を導光板の縁から外方に離して配置するか、導光板端面に近接する場合には導光板をミキシングための分長くしなければならず、額縁の寸法が大きくなるとともに、ディスプレイの中心まで光が十分に届きにくく、比較的大型のディスプレイには適さない等の問題がある。
さらに、直下方式では、ミキシング距離を確保するためにＬＥＤ光源を拡散板等から下方に離して配置しなければならず、この結果、面光源装置が厚くなってしまうという問題がある。

また、光源である蛍光ランプの直上部分に半透過反射層を配置し、蛍光ランプからの出射光のうち上に向かう光の一部を透過させ、残りを反射して導光板の側面に入射させる形式の面光源装置が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、このような面光源装置では、光源としてＲＧＢ−ＬＥＤを使用する場合には、各単色光の一部がミキシングされることなく半透過反射層を透過してしまうことを防止するため、厚さが厚くなるという問題がある。

特開２００２−７５０３６号公報

本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、厚さを抑えた構造でありながら、ＬＥＤから発光される光を確実に混合させ、高輝度で均一なＬＥＤ面光源装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、共通導光板と、前記共通導光板の下面に所定間隔で配置された複数枚のユニット導光板と、前記ユニット導光板間に配置され前記ユニット導光板の側端面に向けて光を出射する複数のＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源の上方とその近傍の領域を覆うように前記共通導光板の下面に配置され、両面で光を反射させる第１の反射層と、この第１の反射層が配置されている共通導光板の下面に形成された第１の光出射機構と、を備え、前記ユニット導光板の下面は、上方に向かって曲線或いは直線で形成される凹状のアーチ形または矩形の横断面形状を有し、この下面には第２の光出射機構が形成され、さらにこの第２の光出射機構の下に第２反射層が配置され、前記第１の反射層と第２の光出射機構の間に位置する前記ユニット導光板の部分が、単色光混合部とされている、ことを特徴とするＬＥＤ面光源装置が提供される。

このような構成によれば、ＬＥＤから発せられる単色光は、第１の反射層とユニット導光板に形成された第２の光出射機構との間に位置するユニット導光板の部分（単色光混合部）でミキシングされるので、厚さを抑えた構造でありながら確実にミキシングが行なわれる。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記複数のＬＥＤ光源は、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤと、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤと、青色の単色光を発する青色ＬＥＤとを備えている。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記共通導光板の上面に光拡散手段が配置されている。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記光拡散手段の上方に、光偏向手段が配置されている。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記光偏向手段が、プリズム部が光拡散手段と反対方向を向くように配置された１または２枚のプリズムシートによって構成されている。

本発明の他の好ましい態様によれば、ユニット導光板及び共通導光板に形成される光出射機構として導光板表面に白色ドット印刷或いは凹凸形状が形成されている。
このような構成によれば、第１および第２の光出射機構にぶつかった光を効率的に共通導光板方向の偏向させることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、ユニット導光板として、このユニット導光板を構成するマトリックス材料と異なる屈折率を有する拡散剤を均一分散させている。また、前記共通導光板とユニット導光板の拡散剤として、同一な拡散剤用い、共通導光板の拡散剤量＜ユニット導光板拡散剤量の関係が成り立つ。
このような構成によれば、ＬＥＤの光のミキシングをより短い距離で行うことが可能である。

本発明によれば、厚さを抑えた構造でありながら、ＬＥＤから発光される光を確実に混合させることができるＬＥＤ面光源装置が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態のＬＥＤ面光源装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ面光源装置１の構造を概略的に示す断面図である。
ＬＥＤ面光源装置１は、矩形の共通導光板２と、共通導光板２の下方に所定の間隔をおいて配置された３枚の細長い板状のユニット導光板４と、ユニット導光板４間に配置された複数のＬＥＤ６とを備えている。共通導光板２はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の透明樹脂をキャスト成形或いは押出成形によって、ユニット導光板４は、射出成形することによって作られた板状部材である。

２つの導光板には、微量の拡散剤を分散させている。特にユニット導光板は、極短い距離でミキシングする必要があり、共通導光板より多くの拡散剤が使われている。その拡散剤の量は、マトリクス樹脂との屈折率差が０．０３程度であるシリコーンビーズの場合１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍである。
ただし、その拡散剤の量は屈折率差や拡散剤の表面性状により大きく違う。ミキシングと導光を両立させるためには、おおよそ、構成する樹脂材料との屈折率差０．０１〜０．１の拡散剤の場合は、１００〜１０００ｐｐｍ、構成する樹脂材料との屈折率差０．１〜０．５の拡散剤の場合は、１０〜５００ｐｐｍ、構成する樹脂材料との屈折率差０．５〜の拡散剤の場合は、１〜１０ｐｐｍ、の拡散剤を均一分散させることが良い。
また、本実施形態では、ｄ＝２５ｍｍ、Ｌ１＝１５０ｍｍ、Ｌ２＝８０ｍｍ、Ｌ３＝１０ｍｍ、Ｌ４＝４００ｍｍとなっている。

さらに、本実施態様のＬＥＤ面光源装置１では、複数個のＬＥＤ６が、各ユニット導光板４間で図１のＺ方向に延びる２本の空間内に並列配置されている。ＬＥＤ６は、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤ６ａと、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤ６ｂと、青色の単色光を発する青色ＬＥＤ６ｃと備えている。これら単色ＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃはいずれもＬＥＤチップの出射面に対して垂直方向に大部分の光を出射するサイド出射タイプのＬＥＤであり、各ＬＥＤ６は、出射した単色光が、ユニット導光板４の側端面４ｂに入射するように配置されている。ＬＥＤの例としては、Lumileds社のLuxeon Emitterのサイドエミッタータイプが挙げられる。

図１に示されているように、ユニット導光板４の下面４ａは、横断面が、凹状曲線のアーチ形をしている。なお、このユニット導光板４の下面４ａについては、凹状の直線傾斜のアーチ形としてもよいし、光出射機構の構成によっては矩形も可能である。
また、ユニット導光板４の下面４ａは、第２の光出射機構８としてほぼ半球状に掘られた穴（ドット）を備え、さらに、第２の反射層１２で覆われている。反射層は、銀蒸着反射フィルム或いは白色拡散反射フィルムを用いている。

さらに、ユニット導光板４間の空間の上方およびその近傍に対応する共通導光板２の下面の領域２ａには、両面で光を反射させる第１の反射層１０が取付けられている。この第１の反射層１０は、ＬＥＤ６の上方とその近傍の領域（ＬＥＤに隣接するユニット導光板４の端部）とを覆うように配置されている。この結果、両側のユニット導光板４の内方側端部と、中央のユニット導光板４の両側端部とは、長さｄにわたって第１の反射層１０と第２反射層１０によって挟まれている。
ここで、第１の反射層１０としては、共通導光板側は白色拡散反射、ＬＥＤ側は銀蒸着反射面となるような構造となっている。また、共通導光板２の第１の反射層１０側には、第１の光出射機構７として拡散反射特性を有するドットパターンを酸化チタン等の白色塗料等で印刷されている。

従って、第１の反射層１０と第２の反射層１２によって挟まれているユニット導光板４の端部４ｃでは、ＬＥＤ６からユニット導光板４の端面に入射した光が第１の反射層１０によって反射され共通導光板２側に入射することができず、この部分４ｃは、単色ＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃからの単色光が白色光にミキシングされるミキシング領域（単色光混合部）となる。

また、共通導光板２下面の第１の反射層１０が設けられている領域２ａ以外の領域２ｂは、熱或いは光硬化型透明接着剤等によって形成され共通導光板２およびユニット導光板４と屈折率がほぼ等しい光学密着部材１４によって、ユニット導光板４の上面４ｄと光学的に密着されている。
ここで、「光学的に密着」とは、光透過性を有する物体どうしがその間に空気層を形成することなく密着している状態をいう。

さらに、共通導光板２上には拡散板または拡散フィルム１６が配置され、さらに、拡散板または拡散フィルム１６上にはプリズムシート１８が配置されている。
拡散フィルム１６は、表面に微細な凹凸を設けることにより光を拡散し、プリズムで法線方向に光偏向できるように、光を偏向する機能も持つ。また、プリズムシート１８は、一方の面に多数の柱状三角プリズムが並列状態で連続的に形成された透明シートであり、柱状三角プリズムが光の出射方向に突出する上向きのプリズムシートとされている。このプリズムシート１８は、柱状三角プリズムが図１のＺ方向に延びるように形成されている。

本実施形態では、ユニット導光板４の下面４ａに第２の光出射機構８が設けられているが、半球状の凹部に代えて、拡散反射特性を有するドットパターンを酸化チタン等の白色塗料等で印刷してもよい。

次に、図２（ａ）及び（ｂ）に沿って、ユニット導光板４及び共通導光板２を組み立てる工程を概略的に説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、用意した共通導光板２の一方の面２ｂに第１の反射層１０を所定間隔で貼付し、その上に、共通導光板２及びユニット導光板４と屈折率がほぼ等しい熱或いは光硬化型透明接着剤１４を第１の反射層１０と共通導光板２の面２ｂに塗布する。

次に、湾曲した一方の面４ａにドット８が形成されたユニット導光板４を用意し、図２（ｂ）に示すように、ユニット導光板４の両端部が第１の反射層１０の端部と重なるようにユニット導光板４を接着剤１４上に配置する。
つぎに、接着剤１４に、接着剤１４としてＵＶ硬化型接着剤を用いた場合にはＵＶ（紫外線）を、熱硬化型透明接着剤を使用した場合には熱を、照射して接着剤１４を硬化させる。組み立てを完了する。上記した方法は、樹脂粘度が高い場合に有効である。低い場合は第１の反射層の厚みに相当するフィルムの両面に塗布したものを挟むことによっても実現可能である。

本発明の一実施形態によるＬＥＤ面光源装置１の作用について説明する。
各単色ＬＥＤ６ａ，６ｂ，６ｃから出射した赤色、緑色、青色の単色光は、ユニット導光板４の端面４ｂからユニット導光板４に入射する。ユニット導光板４に入射した単色光は、ユニット導光板４の端部に位置するミキシング領域４ｃ内で混合される。

このミキシングされた光は、ユニット導光板４内を中央方向に伝搬されていき、湾曲した下面４ａにぶつかると、第２の光出射機構８または第２の反射層１２によって反射され上方に偏向される。この上方に偏向された光は、光学密着部材１４を透過して共通導光板２に入射し、さらに、共通導光板２の上面２ｃから出射する。共通導光板２に入射された光のうち一部は、共通導光板２に形成された第１の光出射機構７または第１の反射層１０によって共通導光板２の上面２ｃから出射する。

共通導光板２の上面２ｃから出射した光は、拡散フィルム１６で拡散され、さらに、上向きのプリズムシート１８によって共通導光板２の上面２ｃの法線方向に偏向され、ＬＥＤ面光源装置１から出射する。

上述した本実施形態のＬＥＤ面光源装置１によれば、各ＬＥＤ６ａ，６ｂ，６ｃから発光されてユニット導光板４の端面４ｂに入射した光は、ユニット導光板４のミキシング領域（単色光混合部）４ｃで十分に混合されるため、色むらが少なく、バックライトとしては広い色域の光を共通導光板２の上面２ｃから出射させることができる。

なお、上述した実施形態では、一例として、拡散板または拡散フィルム１６の外方に１枚のプリズムシート１８を配置した形態について説明したが、このような形態に限定されず、柱状三角プリズムが図１のＸ方向（プリズムシート１８の柱状三角プリズムの長手方向と直交する方向）に延びるように形成された第２の上向きのプリズムシートをプリズムシート１８の外方に配置し、さらに正面輝度を高めるようにしてもよい。

本発明の上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

本発明の一実施形態によるＬＥＤ面光源装置１の構造を概略的に示す断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ面光源装置１のミキシング要素及び導光板の端面加工の各工程を概略的に説明する工程図である。

符号の説明

１ＬＥＤ面光源装置
２共通導光板
４ユニット導光板
４ａユニット導光板の下面
４ｃユニット導光板のミキシング領域（単色光混合部）
６ＬＥＤ
７第１の光出射機構
８第２の光出射機構
１０第１の反射層
１２第２の反射層
１６拡散板または拡散フィルム
１８プリズムシート

Claims

共通導光板と、
前記共通導光板の下面に所定間隔で配置された複数枚のユニット導光板と、
前記ユニット導光板間に配置され前記ユニット導光板の側端面に向けて光を出射する複数のＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源の上方とその近傍の領域を覆うように前記共通導光板の下面に配置され、両面で光を反射させる第１の反射層と、
この第１の反射層が配置されている共通導光板の下面に形成された第１の光出射機構と、を備え、
前記ユニット導光板の下面は、上方に向かって曲線或いは直線で形成される凹状のアーチ形または矩形の横断面形状を有し、この下面には第２の光出射機構が形成され、さらにこの第２の光出射機構の下に第２反射層が配置され、前記第１の反射層と第２の光出射機構の間に位置する前記ユニット導光板の部分が、単色光混合部とされている、
ことを特徴とするＬＥＤ面光源装置。
前記共通導光板の上面に光拡散手段が配置されている、
請求項１に記載のＬＥＤ面光源装置。
前記光拡散手段の上方に、光偏向手段が配置されている、
請求項２に記載のＬＥＤ面光源装置。
前記ユニット導光板及び共通導光板に形成される光出射機構として導光板表面に白色ドット印刷或いは凹凸形状が形成されている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＬＥＤ面光源装置。
前記ユニット導光板として、このユニット導光板を構成するマトリックス材料と異なる屈折率を有する拡散剤を均一分散させている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＬＥＤ面光源装置。