JP2007087658A - Plane lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、発光ダイオードを光源とし、例えば液晶用バックライトとして用いる面照明装置に関する。 The present invention relates to a surface illumination device using a light emitting diode as a light source, for example, as a backlight for liquid crystal.
一般に、液晶用バックライトと開発されている導光板が不要な中空方式の面照明装置は、光源から遠ざかるにつれて、反射による光損失により発光面の輝度が低下する傾向が強く、輝度均斉度を向上させることが困難であった。そのため輝度均斉度を向上させるために、光源からの出射光を発光面に対してできるだけ平行に進行させ、中空領域での反射回数を減らすことが望ましく、光源の前方に長尺凸レンズを配置することによって出射光を集光させ、遠方まで光を導く技術が考えられている。(例えば、特許文献1)
上記した特許文献1の技術では、光源の放射光は長尺凸レンズによって中空部の厚さ方向では集光されるが、左右方向は光源自体の放射特性が反映された配光となる。このため、両端の光源付近から放射された光は直ちに中空部を形成する側壁に当たり、それが反射ロスとなって面照明の輝度低下につながるものとなっていた。
In the technique of
この発明の目的は、導光板なしに高輝度、高均斉度を実現する面照明装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a surface illumination device that realizes high luminance and high uniformity without a light guide plate.
上記した課題を解決するために、この発明の面照明装置は、中空領域を隔てて対向配置した発光面および反射面と、前記中空領域に隣接し、中空領域へ出射させるように直線状に配列させた複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードの放射側前方に配置させた長尺の平凸型シリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズの出射側両端側に形成され、外側に配置の前記発光ダイオードから放射される光の内、前記中空領域外側方向へ広がる成分を正面あるいは内側に屈折させるプリズムとを具備したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a surface illumination device according to the present invention includes a light emitting surface and a reflective surface arranged opposite to each other across a hollow region, and a linear arrangement adjacent to the hollow region so as to be emitted to the hollow region. A plurality of light emitting diodes, a long plano-convex cylindrical lens disposed in front of the light emitting diode on the radiation side, and formed on both ends of the cylindrical lens on the emission side, and radiated from the light emitting diode disposed on the outside And a prism that refracts a component that spreads outward in the hollow region to the front or inside.
また、中空領域を隔てて対向配置した発光面および反射面と、前記中空領域に隣接し、中空領域へ出射させるように直線状に配列させた複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードの放射側前方に配置させた長尺の平凸型シリンドリカルレンズと、前記発光ダイオードが実装される配線基板の裏側に密着させるとともに、前記発光ダイオードおよび前記シリンドリカルレンズとの空間を取り囲む熱伝導性シートとを具備したことを特徴とする。 A light-emitting surface and a reflective surface disposed opposite to each other across a hollow region; a plurality of light-emitting diodes arranged adjacent to the hollow region and linearly arranged to be emitted to the hollow region; A long plano-convex cylindrical lens disposed on the substrate, and a heat conductive sheet that is closely attached to the back side of the wiring board on which the light-emitting diode is mounted and surrounds the space between the light-emitting diode and the cylindrical lens. It is characterized by that.
この発明によれば、光源近傍の中空領域側壁での反射ロスを低減することができ、高輝度かつ高均斉度な面照明を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the reflection loss at the side wall of the hollow region near the light source, and to realize surface illumination with high brightness and high uniformity.
また、レンズで集光できない光がレンズ内に侵入するのを防ぐことで、高輝度かつ高均斉度な面照明を実現することができる。 Further, by preventing light that cannot be collected by the lens from entering the lens, it is possible to realize surface illumination with high brightness and high uniformity.
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施形態について説明するための分解斜視図である。図1に示すように、11は一面が開放された箱型のケースであり、このケース11の長辺側の対向する内側面111,112には、それぞれケース11の中空領域113に出射させるため、配線基板131,132上に直線状に配列して接続された発光ダイオード121〜124が対向配置して取り付けられる。配線基板131,132のそれぞれ発光ダイオード121〜124放射側前方には、例えば材質がアクリルで形成された長尺の平凸型のシリンドリカルレンズ141,142が配置される。
FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1,
15はケース11の底面114に設置され、反射面となる反射部材である。反射部材15は、鏡面反射成分を主とするが部分的に拡散反射成分を混在させてもよい。出射光の輝度バランスを均斉化するために、反射面を傾斜させてもよい。反射部材15に鏡面反射性を持たせるには、光沢を持ったアルミニウム等の金属で形成したり、それ以外の材質で形成してからアルミニウムや銀等の高反射性金属や高反射性誘電体多層膜を蒸着したり、またそれらの材質からなる光学シートを貼り付けして実現する。同様に、中空領域113の側壁115,116も反射面とする。
16は、例えばアクリル樹脂製で中空領域113を介して反射部材15と対向配置され、全体の配光を整えるための拡散板である。中空領域13と接する拡散板16の反対面には、水平や垂直方向に集光させたり均斉化させたりする機能を有する例えばPET(Polyethylene Terephthalate)等で形成される拡散シート17,18を配置する。拡散シート18上には、表示窓191が形成されたフレーム19を配置する。なお、拡散板16、拡散シート17,18は発光面を構成する。
ここで、図2を参照して平凸型のシリンドリカルレンズの詳細について説明する。図2(a)はシリンドリカルレンズの正面図、(b)は側面図、(c)は(a)のx−x’断面図である。 Here, the details of the plano-convex cylindrical lens will be described with reference to FIG. 2A is a front view of the cylindrical lens, FIG. 2B is a side view, and FIG. 2C is an x-x ′ sectional view of FIG.
シリンドリカルレンズ141(142)の断面は略半円状であり、平坦面14aを発光ダイオード121〜124から発光される光の入射側、曲面部14bを出射側とする。曲面部14bの長手方向両端付近にはプリズム14c,14dが形成されている。プリズム14c,14dは、長手方向に内方側に垂直部14eを外方側に傾斜部14fを設けて(図5参照)構成される山を複数形成することにより構成される。
The cross section of the cylindrical lens 141 (142) is substantially semicircular, and the
図3〜図5を参照しながら上記した構成の作用について説明する。まず、図3において、発光ダイオード121〜124から放射される光は、シリンドリカルレンズ141,142を用いそれぞれ略並行光に集光させて中空領域113に入射する。入射された光は、反射部材15で反射され拡散板16に照射する。拡散板15を介して放射された光は、拡散シート17,18を介して集光と均斉度を図って輝度を増加させる。外部からフレーム19の表示窓191を介して所望の輝度と均斉度を持った面照明を目視することができる。
The operation of the above configuration will be described with reference to FIGS. First, in FIG. 3, light emitted from the
拡散シート18から出射しようとする光は、表面反射(フレネル反射)によって導光空間である中空領域113内に再帰させることができる。このとき、中空領域113側の拡散板16に透明シートを配置した場合、透明シートのフレネル効果により透明シートで反射された光を中空領域113に再帰させ、反射部材15で再反射させることで、更なる均斉度や輝度の向上が期待できる。
The light that is about to be emitted from the
ところで、シリンドリカルレンズ141,142にはプリズム14c,14dが形成されている。図4に示すように、配線基板131,132の長手方向の外側に位置しない発光ダイオード122,123から出射される光は、シリンドリカルレンズ141,142を通過した後、図中左右同様の角度aの広がりで中空領域113に出射される。配線基板131,132の長手方向の外側に位置する発光ダイオード121,124から放射されプリズム14c,14dを通過した光は、広がりの狭い光路角度a’で中空領域113に放射される。
Incidentally,
すなわち、図5に示すように、外側に位置する発光ダイオード124の光は、図中の左右ともに同じような角度θ1で、シリンドリカルレンズ141(142)に入射される。シリンドリカルレンズ141を通過し、シリンドリカルレンズ141から放射される光のうち、図中左側の光は角度θ2で、プリズム14dを通過した光は、角度θ2より正面方向に近い角度θ3で放射される。
That is, as shown in FIG. 5, the light from the
従って、図4に示すようにシリンドリカルレンズ141のプリズム14dを通過した光が、中空領域113の側壁115,116に反射されるまでの距離Lを長くすることができ反射ロスを低減することができる。
Therefore, as shown in FIG. 4, the distance L until the light passing through the
この実施形態では、発光ダイオードから放射される光はシリンドリカルレンズによって中空領域の厚み方向に対して集光され、光源近傍の面照明部から出射してしまう光の量を抑えることができる。 In this embodiment, the light emitted from the light emitting diode is condensed in the thickness direction of the hollow region by the cylindrical lens, and the amount of light emitted from the surface illumination unit near the light source can be suppressed.
図6、図7は、この発明の他の実施形態について説明するためのもので、図6は分解斜視図、図7は図6要部の切欠断面図である。この実施形態では、発光側を除く背面側を、グラファイト製の熱伝導性シート61により取り囲むように構成したものである。上記した実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付してここでは異なる部分について説明する。
6 and 7 are diagrams for explaining another embodiment of the present invention, FIG. 6 is an exploded perspective view, and FIG. 7 is a cutaway sectional view of the main part of FIG. In this embodiment, the back side excluding the light emitting side is configured to be surrounded by a heat
上記した図1〜図5の実施形態では、発光ダイオード121〜124のそれぞれから広角度に出射された光がシリンドリカルレンズ141,142に達する前にケース11で反射し光軸からずれた経路を通過することから、シリンドリカルレンズ141,142による適切な集光ができず、発光ダイオード121〜124近傍での輝度ムラにつながる可能性がある。
In the above-described embodiment shown in FIGS. 1 to 5, light emitted from the
そこで、この実施形態では、例えば黒色のグラファイト製の熱伝導性シート61,62を、例えばアクリル系などの接着剤やそれらを含有した両面テープによって、発光ダイオード121〜124が実装された配線基板131,132の裏側に密着させるとともに、そこから延伸させた熱伝導性シート61,52を発光ダイオード121〜124とシリンドリカルレンズ141,142間の空間を取り囲むように配置したものである。
Therefore, in this embodiment, the heat
熱伝導性シート61,62は黒色であることから、図7に示すように、発光ダイオード121〜124から広角度に出射された光cを、シリンドリカルレンズ141,142に届くまでに吸収することができる。これによりシリンドリカルレンズ141,142で適切に集光できない光がシリンドリカルレンズ141,142に入射されることを抑えることができる。
Since the heat
熱伝導性シート61,62がグラファイト製の場合は、グラファイトが銅やアルミよりも優れた熱拡散性を有する物質であることから、点灯中に発光ダイオード121〜124から配線基板131,132を介してグラファイトに伝わった熱を、効果的に拡散させ、発光効率の低下を防ぐこともできる。
When the heat
この実施形態では、発光ダイオードから広角度で出射された光がシリンドリカルレンズに入射されることを黒色の熱伝導性シートで抑えて輝度や均斉度の向上を図ることができる。また、発光ダイオードから発生する熱を熱伝導性シートで吸収させ、発光効率の低下を防止することができる。 In this embodiment, it is possible to suppress the light emitted from the light emitting diode at a wide angle from entering the cylindrical lens with the black heat conductive sheet, thereby improving the luminance and the uniformity. In addition, heat generated from the light emitting diode can be absorbed by the heat conductive sheet, and a decrease in light emission efficiency can be prevented.
なお、シリンドリカルレンズ141,142の近傍まで熱伝導性シート61,62を延伸させているが、中空領域113の反射部材15の裏側へさらに延伸させてもよい。それにより、さらに熱拡散効果を向上させることが期待できる。また、図1〜図5の実施形態と同様に、シリンドリカルレンズ141,142の両側の放射面にプリズム14c,14dを形成することで、さらなる輝度や均斉度を向上させることが可能となる。
In addition, although the heat
また、発光ダイオードから広角度で出射された光がシリンドリカルレンズに入射されることを抑えるということであれば、ただ単に熱伝導性シート61,62に相当部分を、黒色や暗黒色系の塗装を施すことでも有効である。この場合、塗装するだけの簡単な作業で廉価化を期待できる。
If the light emitted from the light-emitting diode is prevented from being incident on the cylindrical lens, simply apply a black or dark black coating on the heat
この発明の上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、発光ダイオード12は直線状に4個並べた例について説明したが、4個以下であっても以上であっても構わない。また、直線状である必要はなく例えば千鳥状に並べてもよい。要は表示窓191の大きさや形状、求める輝度によって適宜な数や配列にすればよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, although the example in which four
また、発光ダイオード12は中空領域113を挟んで対向配置させたが、中空領域113に対し一方から出射する構成のものでもよい。また、発光面には拡散板16を配置し、拡散板16上には二枚の拡散シートを配置したが、一枚の拡散シートと二枚あるいは一枚のレンズシートを配置してもよい。つまり、拡散シートあるいはレンズシートを組み合わせることで、得ようとする面照明に対応させることが可能となる。
Further, although the
11 ケース
111,112 内側面
113 中空領域
114 底面
115,116 側壁
121〜124 発光ダイオード
131,132 配線基板
141,142 シリンドリカルレンズ
14c,14d プリズム
14e 垂直部
14f 傾斜部
15 反射部材
16 拡散板
17,18 拡散シート
19 フレーム
191 表示窓
61,62 熱伝導シート
11
Claims (3)
前記中空領域に隣接し、中空領域へ出射させるように直線状に配列させた複数の発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの放射側前方に配置させた長尺の平凸型シリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズの出射側両端側に形成され、外側に配置の前記発光ダイオードから放射される光の内、前記中空領域外側方向へ広がる成分を正面あるいは内側に屈折させるプリズムとを具備したことを特徴とする面照明装置。 A light emitting surface and a reflective surface arranged opposite to each other across a hollow region;
A plurality of light emitting diodes adjacent to the hollow region and arranged linearly so as to be emitted to the hollow region;
A long plano-convex cylindrical lens disposed in front of the light emitting diode on the radiation side;
A prism that is formed on both ends of the cylindrical lens on the emission side and that refracts light components emitted from the light emitting diodes arranged on the outside toward the outside of the hollow region in the front or inside. A surface illumination device.
前記中空領域に隣接し、中空領域へ出射させるように直線状に配列させた複数の発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの放射側前方に配置させた長尺の平凸型シリンドリカルレンズと、
前記発光ダイオードが実装される配線基板の裏側に密着させるとともに、前記発光ダイオードおよび前記シリンドリカルレンズとの空間を取り囲む熱伝導性シートとを具備したことを特徴とする面照明装置。 A light emitting surface and a reflective surface arranged opposite to each other across a hollow region;
A plurality of light emitting diodes adjacent to the hollow region and arranged linearly so as to be emitted to the hollow region;
A long plano-convex cylindrical lens disposed in front of the light emitting diode on the radiation side;
A surface illumination device comprising: a heat conductive sheet that is in close contact with a back side of a wiring board on which the light emitting diode is mounted and surrounds a space between the light emitting diode and the cylindrical lens.
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