JP2007080544A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 解決しようとする課題は薄くて明るい安価な照明装置を実現することである。
【解決手段】 多面が発光する発光ダイオード光源の外部に、発光面に密接して反射層を配置した。また、前期発光ダイオード光源に、発光ダイオードチップの電極との電気的接続を取るためのフレキシブル印刷回路を接続し、前期反射シートを前期発光ダイオード光源と該フレキシブル印刷回路との間に挿入した。さらに前期反射層の長さを前期発光ダイオード光源の発光部の長さよりも長く設定した。別の態様として、前期反射層の表面にグルーブを設けた。
【選択図】 図1

Description

本発明は、携帯電話、PDA等の小型携帯機器に用いられる小型液晶ディスプレイ等の受光型表示装置用照明装置に関する。
近来携帯電話、PDA等の小型携帯機器に用いられる小型液晶ディスプレイ等の受光型表示装置用照明装置の光源には発光ダイオード(以下LEDと略記する)が用いられるようになっており、照明装置としての全体構成は図6に示すようになっていた。
図6において、(a)は平面図、(b)は側面図で、複数のLED光源64−1,2,3,4を略直方体の導光板10の1つの側面に配置し、該LED光源64−1,2,3,4の出射光が導光板10に入射する。導光板10にはマイクロプリズム等のグルーブが形成され、該グルーブの頂点を結んだ稜線は図6(a)に点線群62で示したようになっていた。
断面構造は図6(b)に示すように、導光板10の下面に反射シート16が、上面に拡散シート70,プリズムシート68、66が順に配置され、導光板68、反射シート16、拡散シート70、プリズムシート68、66はホルダー60に収納され、上部に置かれる液晶表示装置等の受光型表示装置を照明する構造となっていた。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。
図7は照明光の挙動を示す図で、LED光源64から導光板10に入射された光15は導光板10内で導光板10上面と導光板10下面に設けられたグルーブであるマイクロプリズムの面とで屈折を繰り返して伝播される。該伝播を繰り返すうちに、光の進行方向と導光板68上面とがなす角度が臨界角よりも小さくなり、導光板10上面から光が出射する。導光板10下面に出射されてしまった光は反射シート16で反射されて導光板10に戻される。導光板10から出射した光は、拡散シート70で拡散された後、プリズムシート68、66によってさらに導光板68上面と垂直な方向に屈曲され受光型表示装置74へと導かれ、表示装置を照明する。
なお20はフレキシブル印刷回路で、発光ダイオードチップの電極と外部との電気的接続を取るために設けられている。
ここで図8を用いて本明細書で用いる座標軸を説明する。
図8(a)に示すように、略直方体の発光部76と基板部12とからなるLED光源64から導光板10に向かう軸をZ軸、該Z軸と直交し導光板10の面に沿った軸をX軸、Z,X軸と直交し導光板10の法線方向の軸をY軸とする。
また図8(b)に示すように、X−Z平面上で光が放射される方向X’とX軸がなす角度及び、Y−Z平面上で光が放射される方向Y’とY軸がなす角度とを共に光放射角度θとする。
図7にもどって、図7(b)は従来用いているLED光源出射光の放射角度特性を示すグラフで、横軸は光放射角度θ、縦軸は光強度の相対値であり、横軸がθ=0の点は導光板10と直交する方向の照明光強度を示しており、θ=90の点は導光板10の面と平行な方向の照明光強度を示している。
図7(a)に示した略直方体の発光部76と基板部12とからなるLED光源64の光放射角度特性は図7(b)で実線の太線で示すように、X−Z平面、Y−Z平面で共に同様の特性を示しており、+−90度で限りなく0に近く0度でもっとも光が強くなる回転体のような特性を示していた。
このようなLED光源64の構造を示したのが図9である。
図9(a)はLED光源64の斜視図で、発光部76は発光面である77の面と遮光壁78とより成っている。
図9(b)は図9(a)のLED光源64をZ軸右方から見た図で、右方の面は遮光壁78と該遮光壁78内に充填された透明の樹脂80とより成っている。
図9(c)は図9(a)のLED光源64のほぼ中央部をX−Z平面で切断した場合の断面図で、基板26上にLEDチップ28が実装され、該LEDチップ28の電極は金ワイヤ30で基板26上の上側電極32に接続され、基板26の下側には外部端子用の電極34が設けられてスルーホール36によって上側電極32に接続されている。基板26、上側電極32、外部端子用の電極34が基板部12を構成している。基板部12の上部には遮光壁78が設けられ、該遮光壁間に透明の樹脂80が充填されてLEDチップ28と金ワイヤ30を保護すると共に、LEDチップ発光色の色度調整を行っている。
図9(d)は図9(a)のLED光源64をZ軸左方から見た図で、LED光源64の背面には基板26と外部端子用の電極34とスルーホール36とが現れている。
図10は従来の照明装置の問題点を示す図である。
図10(a)においてLED光源64を出射した光のうち22の斜線で示した光群は導光板に入射され照明光として寄与する。しかし斜線22よりも外方向に出射してしまった光は導光板10に入射されず照明光として使われない無駄な光となってしまう。
図10(b)は図7(b)と同様な光放射角特性を示したグラフだが、上述した理由で斜線を施した部分78,80の光、すなわち光束が無駄な光となってしまっている。
無駄な光の量は図10(a)に示したLED光源64と導光板10との距離Lと導光板の厚さTによって増減する。
LED光源64と導光板10との距離Lに関してはLED光源と導光板の距離をゼロにすればすべての光を導光板に取り込めることになるが、照明装置の組み立て上はゼロにすることは不可能である。
また導光板の厚さTを大きくすれば無駄となってしまう光を減少させることは出来るが、最近の照明装置薄型化への要求はこれを許さなくしている。
近来携帯機器の薄型化、軽量化への要求から照明装置全体の薄型化が望まれており、例えば照明装置の厚さを20〜30%薄くするため、導光板の厚さを約半分にするというような要求がある。
しかしながら図10で説明したように、導光板10の厚さを薄くすると無駄になってしまう光が増加し、光利用効率が低下し、照明が暗くなってしまうという問題が生じていた。
すなわち照明装置に薄さが求められている中、照明装置を薄くすると光源の発光効率が悪くなり、その結果照明装置は「薄さ」と「明るさ」を共存させることが出来なかった。
目的は全く異なり、複数のLEDチップを用いた照明装置のLEDチップ間の暗部を解消するためであるが、LED光源の指向性を導光板側に限定しかつ導光板端面に対する指向性を広げるためLEDの上下方向のみに遮光壁を設け、左右方向の遮光壁を取り除くという提案がある(例えば特許文献1参照)。
また該特許文献1の−0016−には下記の記載もある。
「なお、前記遮光部材25a,25bの第2側面発光部24d,24eに接する面を鏡面状に加工したり、高反射率を備えた部材で形成することによって、封止体24内部での反射効果を高め、正面発光部24a及び第1側面発光部24b,24cから照射される発光輝度を高めることができる。」
しかしながら1つの大きなマザー基板上に多数個の素子を作り込むLED光源にとって、遮光壁を鏡面状に加工したり、高反射率を備えた部材で形成することは容易ではなく、また非常に製造価格が上昇してしまうという欠点を有しており現実的ではなかった。
特開2004−127604
解決しようとする課題は薄くて明るい安価な照明装置を実現することである。
本発明の照明装置は、多面が発光する発光ダイオード光源の外部に、発光面に密接して反射層を配置したことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前期反射層が反射シートであることを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前期反射層の表面にグルーブを設けたことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前期発光ダイオード光源に、発光ダイオードチップの電極との電気的接続を取るためのフレキシブル印刷回路を接続し、前期反射シートを前期発光ダイオード光源と該フレキシブル印刷回路との間に挿入したことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前期反射層の長さを前期発光ダイオード光源の発光部の長さよりも長く設定したことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前期反射層の長さを前期発光ダイオード光源の発光部の長さの二倍以上としたことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前期発光ダイオード光源に、発光ダイオードチップの電極との電気的接続を取るためのフレキシブル印刷回路を接続し、前期反射層を該フレキシブル印刷回路の表面に設けたことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、導光板の端面に多面が発光する発光ダイオード光源が配置され、該導光板上には光を集光する働きをするフィルムが設けられ、前記発光ダイオード光源の出射光が前記導光板と前記フィルムによって進行方向をほぼ90度変えられ照明装置の出射光となり、該フィルム上に設けられた受光型表示装置を照明する照明装置において、前記発光ダイオード光源の前記照明装置の出射光方向の面の外部に反射層を配置したことを特徴とする。
本発明によれば、指向性の広いLEDの光を、LED光源外部のの上下面付近に配置した反射層により反射させて、より多くの光を導光板に取り込むことが出来る。反射層は平面の大判で製造することが出来るため、反射効率の良い層を安価に製造できる。そのため薄くて明るい安価な照明装置を実現することが出来る。
多面が発光する発光ダイオード光源の外部に、発光面に密接して反射層を配置した。また、前期発光ダイオード光源に、発光ダイオードチップの電極との電気的接続を取るためのフレキシブル印刷回路を接続し、前期反射シートを前期発光ダイオード光源と該フレキシブル印刷回路との間に挿入した。さらに前期反射層の長さを前期発光ダイオード光源の発光部の長さよりも長く設定した。別の態様として、前期反射層の表面にグルーブを設けた。
図4は本発明で用いるLED光源13を説明する図である。
図4(a)はLED光源13の斜視図で、発光部14は略直方体となっており、電極が設けられている基板部12に面した面以外の5面が発光面となっている。
図4(b)は図4(a)のLED光源13をZ軸右方から見た図で、右方の面は透明の樹脂15より成っている。
図4(c)は図4(a)のLED光源13のほぼ中央部をX−Z平面で切断した場合の断面図で、基板26上にLEDチップ28が実装され、該LEDチップ28の電極は金ワイヤ30で基板26上の上側電極32に接続され、基板26の下側には外部端子用の電極34が設けられてスルーホール36によって上側電極32に接続されている。基板26、上側電極32、外部端子用の電極34が基板部12を構成している。
基板部12の上部には透明の樹脂80が充填されてLEDチップ28と金ワイヤ30を保護すると共に、LEDチップ発光色の色度調整を行っている。
図4(d)は図4(a)のLED光源13をZ軸左方から見た図で、LED光源13の背面には基板26と外部端子用の電極34とスルーホール36とが現れている。
図4と図9を比較すると明らかなように、図4に示した本発明で用いるLED光源13は、図9に示した従来のLED光源64の遮光壁78を除去して、LED光源13の発光部14のへりまで透明の樹脂80を設け、略直方体の6面の内5面を発光面としている。
このような構成とすることにより、測定の結果では略直方体の6面の内1面のみを発光面としている従来のLED光源64に比べ、全光束量は1.3〜1.4倍とすることが出来た。ちなみにY軸上下方向の隔壁を残した場合は1.1倍程度の光束しか得られなかった。
しかるにこのようなLED光源を従来のような構成の照明装置に用いると照明光は減少してしまう。
このような状況を説明するのが図5である。
図5(a)は図10(a)と同様の図であるが、本発明で用いるLED光源は指向性が広いため、特に略直方体発光面の長辺の面に垂直なY軸方向の光が大きくなる。そのため図5(a)の38,40で示した光が照明に使用されない無駄な光と成ってしまう。
図5(b)は本発明で用いるLED光源出射光の放射角度特性を示すグラフで、横軸は光放射角度θ、縦軸は光強度の相対値であり、横軸がθ=0の点は導光板10と直交する方向の照明光強度を示しており、θ=90の点は導光板10の面と平行な方向の照明光強度を示している。
図4の本発明で用いるLED光源13の光放射角度特性は図5(b)に示すようにX−Z平面での特性が点線の太線で示すような従来とほぼ同様な特性、Y−Z平面での特性は実線の太線で示すような+−35度でピークを持っており、+−90度でも相対強度0.4程度を有するような特性となった。
このため導光板10に入射されず無駄となってしまう光、すなわち図5(a)に示した38,40、図5(b)に示した斜線部42,44が従来に比べて非常に大きくなってしまった。これがLED光源13の出射する光束量が増加しても照射光強度が減少してしまう原因であった。
本発明は図4で示したLED光源を用いて薄型、高輝度の照明装置を実現しようというものである。
図1は本発明の照明装置の部分断面図である。
図1(a)において、基板部12と発光部14とから成るLED光源13の右方にはグルーブを有する導光板10が配置され、LED光源13の基板部12の上部には発光ダイオードチップの電極との電気的接続を取るためのフレキシブル印刷回路20が配置され、LED光源13と導光板10の下部には反射板16が配置され、さらにLED光源13の発光部14とフレキシブル印刷回路20との間には反射層18が発光面に密接して設けられている。
ここで反射板16は導光板10の下部から、少なくともLED光源13の発光部14の下部まで延長されていることが重要である。
また反射層18には反射シートを用いている。
さらに、発光部の導光板方向の長さL2に対して反射層18の長さL3を長く設定している。具体的には2倍以上長く設定している。このように設定することにより導光板10の外部に漏れてしまいそうな光をより多く集光することが出来た。
このように構成したことにより、図5(a)で示した照明に使用されない光38は反射層18で反射されて図1(a)の光24で示すように導光板10に戻され、図5(a)で示した照明に使用されない光40は反射層16で反射されて図1(a)の光26で示すように導光板10に戻されて照明光として利用される。すなわち、指向性の広いLEDの光を、LEDの上下面付近に配置した反射層により反射させて、より多くの光を導光板に取り込むことが出来る。このようにして本発明による照明装置は光源光の利用効率が大きく改善されている。
特許文献1に記載があるように図9の78で示した遮光壁の内面を鏡面加工することは1つの大きなマザー基板上に多数個の素子を作り込むLED光源にとって容易ではない。現在も鏡面に近いものを作ろうとはしているが、反射率及びコストにおいては平面に大判で作り得る反射シートには遠く及ばない。
一方反射シートは平面に大判で作れ、材料選択の余地も広いため、高反射効率のシートを安価に作り得る。特に携帯機器用の照明装置においては、照明装置が小型であるため、大判のシートから多数の反射シートを得ることが出来、コスト上の問題が少ない。
本発明による照明装置はこのように、光利用効率、すなわち明るさ、及びコストの面で大きな利点を有している。
反射シートとしては、例えばPETフィルムに銀の膜を形成した後表面をコーティングしたシートとか、住友スリーエム社の「ESR」という反射シートを使い得る。ESRは導電性でないためLED電極の電気的短絡の心配がないという利点もある。
本発明の照明装置はこのようにして光利用効率を上昇させたため、導光板の厚さを約1/2に薄くしても従来とほぼ同等の明るさを維持でき、薄くて明るいバックライトを安価に実現できた。
図1(b)は図1(a)とほぼ同様の図であるが、図1(a)においてはLED光源13の発光部14とフレキシブル印刷回路20との間に隙間が存在するよう作図されていたのに対し、図1(b)においては該隙間のない状態で、発光部14とフレキシブル印刷回路20との間に反射層を有する反射シート18を挿入したよう作図している。反射シートは非常に薄いためこのような配置方法も可能である。
図2は本発明による照明装置の他の態様を示した図である。
図2(a)が図1(a)と異なるのは反射層19で、図2(a)の反射層19のLED光源側には図示のようにグルーブが設けられている。これは反射層19に入射した光をよりLED光源から離れた遠くまで反射することを目的としたもので、このように構成することにより反射層19で反射された光が照明光として出射されるまでに多数回LED光源近傍で反射を繰り返して光損失を大きくすることを防いでいる。
図2(b)が図1(a)と異なるのは反射層50及びフレキシブル印刷回路21で、フレキシブル印刷回路21上にはLEDチップの電極と接続する電極46とLEDチップに接続されない電極48が図示のように設けられており、少なくとも該電極48上には反射層50が形成されている。
このように構成したことによりフレキシブル印刷回路21上に反射層を形成することが出来、部品点数の削減に効果がある。
もちろんLEDチップの電極と接続する電極46を拡大して電極48の領域まで延長しても良いし、反射層50を電極46と電極48の双方の上部に形成しても良い。
図3は本発明を説明する斜視図である。
図3(a)には本発明で用いるLED光源を示している。
該LED光源13は図4で説明したものと同一で、発光部14は少なくとも導光板側の面14−1と、照明装置の出射光方向の面14−2とを有している。
図3(b)に示したように、導光板10の端面に多面が発光するLED光源13が配置され、該導光板10上には光を集光する働きをするフィルム類、例えば拡散板70、それぞれグルーブの稜線が直交する輝度上昇フィルム68,66が設けられ、Z軸方向に出射されたLED光源13の出射光は、導光板10とフィルム類70,68,66によって進行方向をほぼ90度変えられY軸方向の出射光となり、該フィルム上に設けられた(図示していない)受光型表示装置を照明する。
LED光源13の照明装置の出射光方向の面(図3(a)に示した面14−2)の外部には発光面に密接して反射層18が配置されている。また導光板10とLED光源13の下部には少なくとも導光板10とLED光源13の発光部14とを覆うように反射板16が設けられている。
このように構成したため、LED光源13の出射光は反射層18と反射板16とによって挟まれ導光板10に導かれる。光利用効率等の利点は前述した通りである。
以上説明したように、本発明によれば薄型高輝度の照明装置を安価に実現でき効果は大きい。
本発明の照明装置の部分断面図である。 本発明による照明装置の他の態様を示した図である。 本発明を説明する斜視図である。 本発明で用いるLED光源を説明する図である。 本発明で用いるLED光源を従来構成の照明装置に用いた場合の説明図である。 照明装置としての全体構成を示した図である。 照明光の挙動を示す図である。 本明細書で用いる座標軸を説明する図である。 従来のLED光源の構造を示した図である。 従来の照明装置の問題点を示す図である。
符号の説明
13 発光ダイオード光源
18,19,50 反射層
28 発光ダイオードチップ
20,21 フレキシブル印刷回路
66,68,70 光を集光(または拡散)する働きをするフィルム

Claims (8)

  1. 多面が発光する発光ダイオード光源の外部に、発光面に密接して反射層を配置したことを特徴とする照明装置。
  2. 前期反射層は反射シートであることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
  3. 前期反射層の表面にグルーブを設けたことを特徴とする請求項1もしくは2記載の照明装置。
  4. 前期発光ダイオード光源に、発光ダイオードチップの電極との電気的接続を取るためのフレキシブル印刷回路を接続し、前期反射シートを前期発光ダイオード光源と該フレキシブル印刷回路との間に挿入したことを特徴とする請求項2もしくは3記載の照明装置。
  5. 前期反射層の長さを前期発光ダイオード光源の発光部の長さよりも長く設定したことを特徴とする請求項1から4の内の少なくとも一項に記載の照明装置。
  6. 前期反射層の長さは前期発光ダイオード光源の発光部の長さの二倍以上であることを特徴とする請求項5記載の照明装置。
  7. 前期発光ダイオード光源に、発光ダイオードチップの電極との電気的接続を取るためのフレキシブル印刷回路を接続し、前期反射層を該フレキシブル印刷回路の表面に設けたことを特徴とする請求項1記載の照明装置。
  8. 導光板の端面に多面が発光する発光ダイオード光源が配置され、該導光板上には光を集光する働きをするフィルムが設けられ、前記発光ダイオード光源の出射光が前記導光板と前記フィルムによって進行方向をほぼ90度変えられ照明装置の出射光となり、該フィルム上に設けられた受光型表示装置を照明する照明装置において、
    前記発光ダイオード光源の前記照明装置の出射光方向の面の外部に反射層を配置したことを特徴とする照明装置。
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