JP2010113975A - 照明装置および面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを光源として具備する照明装置において、安価な手法で均一な輝度の面発光を提供する。
【解決手段】本発明に係る照明装置１０は、基板２上に載置された少なくとも１つのＬＥＤ４、および少なくとも一方の端部が前記基板２に取り付けられ、各ＬＥＤ４の出射光を拡散透過するようにＬＥＤ４に対向して配置される、フレキシブルな光学シート６を具備することを特徴とする。また、本発明は、上記照明装置１０を具備する面発光装置２０を提供する。本発明によれば、基板２を利用して光学シート６の所定の形態を保持することが可能になるので、光学シート６の形態を保持するフレームなどの構造体を別途必要とせず、汎用性が高い照明装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として具備する照明装置であって、安価な手法で均一な輝度の面状の照明光を提供する照明装置および面発光装置に関する。

液晶表示装置用のバックライトユニットや一般照明用の光源としては、従来から冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）などの蛍光ランプが広く利用されていたが、有害な水銀を用いない環境調和型の光源としてＬＥＤが近年注目を集めている。さらに最近のＬＥＤの高効率化に伴って、長寿命でかつ消費電力を低減できるなどの利点からその実用性はより一層増大しており、その用途は今後さらに広がることが期待されている。

しかし、ＬＥＤは、蛍光ランプに比べると依然としてコストが高い。また、指向性が比較的高い点光源であるＬＥＤをバックライトユニットなど面発光する照明装置の光源として利用するためには、レンズや導光板など追加の光学的要素が必要になるため、さらにコスト高となったり、装置の総重量が増したりするなどの問題があった。

図９に従来の中空の導光領域を有する面発光装置の一例を示す。この形態の面発光装置１００は、複数のＬＥＤ１０４を載置し、実装したＬＥＤ基板１０２と、中空の導光領域の側面を画定する側壁、およびＬＥＤに対向する位置に開口部１０９を有し、ＬＥＤ１０４を内部に収容するケーシング１０８と、開口部１０９を覆うようにケーシング１０８に取り付けられた拡散板１１４（表示面）とを具備する。

かかるタイプの発光装置１００は、導光板を用いないので装置が軽量で、比較的低いコストで製造できるといった利点がある。しかし、輝度が均一な面発光を得るには、各ＬＥＤ１０４の出射光を十分に混合させる必要があり、混合のための空間を確保すべく装置（ケーシング１０８）が大型化する問題があった。また、発光面側に取り付けた拡散板１１４は、ＬＥＤ１０４駆動時に発生する熱による膨張や、自重によって撓んで湾曲状に変形することがある。その結果、当初の設計どおりの配光が得られず、輝度が不均一となって良質の面発光が得られなくなるといった問題があった。

特許文献１には、フレキシブルな光拡散フィルムを所定形状のリブ(保持部)に沿って撓ませた状態で固定することによってランプハウスを形成する発明が開示されている。かかる構成にすることによって、熱や自重によって光拡散フィルムが変形することを防ぐことができ、発光面の輝度分布に対する影響を抑えることができる。しかし、光拡散フィルムを固定し、所定の形状に保持するためのフレーム（リブ）が別に必要となるので、設計の自由度が低く、その用途も大幅に制限されるといった問題があった。

特開２００８−２００２１８号公報

本発明は、かかる従来技術における課題に鑑みてなされたもので、安価で簡単な方法で作製可能な面発光装置を提供する。

本発明に係る照明装置は、基板上に載置された少なくとも１つのＬＥＤ、および少なくとも一方の端部が前記基板に取り付けられ、各ＬＥＤの出射光を拡散透過するようにＬＥＤに対向して配置される、フレキシブルな光学シート、を具備することを特徴とする。

さらに本発明は、かかる照明装置を具備する面発光装置を提供する。

本発明によれば、様々な用途に応用可能な照明装置を安価に提供することができる。本発明に係る照明装置は、ＬＥＤ基板に取り付けることが可能なフレキシブルな光学シートを備えているため、簡易な方法で取り付けることができるだけでなく、使用中にＬＥＤチップから発生する熱やフィルムの自重などによる変形の影響を受けない。

以下、本明細書に添付した図面を適宜参照して本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１〜図４は本発明の一実施形態を説明する図であり、図１は本実施形態に係る照明装置を示す斜視図、図２は図１の照明装置を具備する面発光装置の分解斜視図、図３は本実施形態における光学シートの取付けの手順を説明する図、図４は光学シートを基板に取り付けた状態を説明する図である。

まず図１を参照して、本実施形態に係る照明装置１０の基本構成を説明する。
照明装置１０は、基板２上に載置、実装されたＬＥＤ４と、ＬＥＤ４の光を拡散透過する光学シート６から構成されている。基板２は、ＬＥＤ４を載置、実装可能なＬＥＤ基板２ａと、ＬＥＤ４を駆動制御する制御回路（図示せず）を実装可能な回路基板２ｂとからなる。

本明細書では、便宜上ＬＥＤ基板２ａと回路基板２ｂを区別して図示するが、同一の基板にＬＥＤ４および制御回路を実装してもよいことはいうまでもない。

本発明に係る照明装置の光源として用いるＬＥＤ４は、図示したような表面実装型のＬＥＤ４に限らず、いわゆる砲弾型のＬＥＤを含め、任意のタイプのＬＥＤを用いることができる。また、ＬＥＤと別体の光学レンズを組み合わせたＬＥＤユニットを代わりに用いてもよい。使用するＬＥＤの数も何ら限定されるものではなく、図示した３列×２行以外の任意の配列および個数のＬＥＤを用いることができる。ＬＥＤ４は、任意の波長の光を発生するＬＥＤとすることができる。たとえば、装飾用の青色の光を生成する場合には、青色のＬＥＤを複数用いることができるし、白色の光が望ましい場合には、赤色、緑色および青色のＬＥＤを組み合わせて混色するか、または蛍光体と単色のＬＥＤを組み合わせて白色の光を生成することができる。

ＬＥＤ４の出光側には、光学シート６が湾曲状に撓んだ形態で配設される。光学シートの両端部は、基板２に形成された切欠き１２の内面に当接することで保持されており、ＬＥＤ４点灯時に発生する熱やシート６の自重などの影響によりその形態が変化することを防ぐ構造となっている。

すなわち、光学シート６の両端が基板２によって係止されているため、光学シート６の側縁部の位置が外側に変位することを防ぐことができる。また、光学シート６は、略平面状のフレキシブルな光学シート６を湾曲状に撓ませた状態で基板２に取り付けられているので、光学シート６の端部には、これと当接する切欠き１２の内面に対して突っ張るような付勢力が働く。

かかる係止構造を基板２に形成することによって、別体のフレームや支持用の構造体を別途設けることなく、光学シート６を任意の形態に確実に保持することが可能になる。

光学シート６は、アクリルまたはポリカーボネートなどの樹脂材料から作製され、光を拡散ないし散乱して透過する半透明の部材である。しかし、光学シート６の材質や透過率などは、何ら限定されるものではなく、本発明に従って所定の可撓性を有するフレキシブルな任意の拡散シートを用いることができる。また、光学シートを樹脂製の基材で形成し、それに光拡散性の性質をもつ物質を薄膜状にコーティングして作製した部材を用いてもよい。

また、光学シート６を三角形が連なった形態の断面を有するプリズムシートなどで代用することも可能である。

なお、本明細書における「シート」とは、任意の大きさの光透過面がもつ幅に対し、その厚みが十分に小さい薄膜状の部材であり、フィルム、箔および薄板状の部材を含む。

図２は、図１に示した照明装置１０の分解斜視図と、照明装置１０とともに面発光装置２０を構成するケーシング８および拡散板１４の斜視図を示す。ケーシング８は、開口部９を有する。この開口部９は、拡散板１４が適合するように形成されている。

ケーシング８の内面は、光を反射する反射面となっている。この反射面は、ＬＥＤ４から放出される直接光やいったん光学シート６で反射された光を再度出光面側に配光する作用をもつ。反射面は、白色ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）や白色インクなどでケーシング８の内面をコーティングすることによって形成することができるほか、ケーシング８自体を白色または乳白色の樹脂で形成してもよい。

ケーシング８は、有底の筺体としてもよいし、無底の側壁のみの部材としてもよい。有底のケーシングとする場合は、たとえばケーシング８の底面に基板２を固定することで照明装置１０を固定することができる。底面を有しないケーシング８の場合、ＬＥＤ４の基板２が筺体の底面を兼ねるようにしてもよい。

ケーシング８の側壁間の距離は、光学シート６の幅と略同じ長さに形成し、実質的に隙間がないようにするのが比較的好ましいが、ケーシング８と光学シート６の間にあえて隙間を設けるように設計してもよい。後者の場合でもケーシング８の内面は光を反射する反射面であるため、光が必要以上に漏れて、面発光に実質的な影響を与える恐れはない。

ケーシング８の開口部９には、拡散板１４が取り付けられる。拡散板１４は、熱膨張や自重などを原因としてその表面形状が多少変化したとしても、その面発光の輝度分布について大きな影響を受けない。なぜならＬＥＤ４からそれぞれ放出された光は、いったん光学シート６を通して十分に拡散、混合されているからである。拡散板１４は、液晶ディスプレイ用のバックライトなどに従来から用いられるものと同様のものでよい。たとえば、アクリルやポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルなどの樹脂材料またはガラスなどから作製することができる。

図３および図４を参照して光学シート６を基板２に取り付ける形態について説明する。ここでは、簡単のため、光学シート６の端部近傍のみを図示し、その他の部分は省略してある。

図３は、光学シート６を取り付ける工程を順に示したものである。基板２は、光学シート６の端部を係止する切欠き１２を有する。切欠き１２は、図示したように幅の長さがＤ１の幅広部１２ａと幅の長さがＤ２の幅狭部１２ｂとからなる（Ｄ１＞Ｄ２）Ｌ字状の切欠きである。一方、光学シート６の端部には、この切欠き１２に適合するＬ字状の被係止部６ａが形成されている。

光学シート６を基板２に取り付ける際には、まず光学シート６を把持して基板に対して凸状になるように撓ませてから、被係止部６ａの先端を切欠き１２の幅広部１２ａに対して位置合せをしてから挿入する（図３（ａ）〜（ｃ））。その後光学シート６に作用していた力を解放すると、光学シート６の復元力により被係止部６ａが切欠き１２の幅狭部１２ｂに当接する。このように被係止部６ａが幅狭部１２ｂに当接した状態では、被係止部６ａの幅Ｗが幅狭部１２ｂの幅の長さＤ２よりも大きいので、光学シート６の端部が係止される形態となり、単に上方に引っ張ったりするなどしても光学シート６を保持した状態を維持できる。

図４は、光学シート６端部の係止の態様を説明する部分断面図で、図中の矢印は光学シート６に内在する復元力による付勢力が働く作用方向を示す。このように、光学シート６の端部は、復元力によって基板２に形成された切欠き１２の内面と当接するようにして係止されている。

さらに、この切欠き１２によって光学シート６の幅方向の変位を制限しているため、光学シート６が位置ずれを起こすことがなく、ＬＥＤ４の非点灯時から長時間の使用に至るまで光学シート６が一定の形状を維持することが可能となる。

このように本発明によれば、光学シート６をその復元力を利用して基板２に取り付ける形態とすることによって、取付け工程が非常に簡便であるだけでなく、光学シート６を着脱可能な状態で所望の形態を保持することができる。本発明に従って光学シート６が着脱可能である特性を利用すると、不具合などの理由でＬＥＤ４を交換する必要が生じた場合などに、光学シート６を把持して撓ませることによってこれを簡単に取り外すことができる。

しかし、この着脱可能な形態は本発明の本質ではなく、たとえばいったん光学シート６を基板２に取り付けた後に接着剤やネジ止めなどの公知の手段で着脱不能に固定してもよい。

以下に、本発明に係る照明装置の他の実施形態について説明する。上述した形態のものと同一または対応する構造および機能を有する構成要素については、同一の参照符号を付すこととし、それらについての重複する説明は適宜省略するものとする。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置３０であり、第１の実施形態において暴露されていた光学シート６の両側の部分が光学シート２６で覆われてなるドーム状の光学シート組立体３２を具備する。本実施形態では、光学シート２６，２６が湾曲状に盛り上がった光学シート６の両側の開口を実質的に覆っているため、ＬＥＤ４から放出される光のうち光学シート６の両側部から漏れ出る光が光学シート２６，２６を介して拡散光になるため、より一層の光の拡散効果が得られる。

光学シート２６は、光学シート６と別体のものを用意し、これらを貼り合わせることによって図示したような形態を形成してもよいし、一体の光学シートを利用して光学シート６と光学シート２６，２６と形成してもよい。後者の場合、たとえば所定の形状の光学シートにあらかじめ切れ目を形成しておいて、その切れ目に沿って光学シート２６，２６に相当する部位をそれぞれ折り曲げることで光学シート組立体３２を形成することができる。

光学シート２６は、光学シート６と同様の形態でその端部が基板２に取り付けられるように形成してもよいし、基板２に対して取り付ける手段を必ずしも有していなくてもよい。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置４０の平面図を示す。すなわち、照明装置４０は、光学シート６に加えて、光学シート６に交差するように延在する光学シート６'を具備している。光学シート６'は、光学シート６と同様の態様で両端部が基板２に取り付けられることによって、湾曲形状を保持している。

本実施形態に係る照明装置４０は、ＬＥＤ４の出射光の大部分が２重の光学シート６，６'によって拡散ないし散乱されるので、輝度がより均一な面発光を比較的小さい空間で実現することができる。また、ＬＥＤ４から放出される光のうち光学シート６の両側から漏れ出る光に対しては、光学シート６'による拡散効果が得られるため、光を効率よく拡散光に変えることができる。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る照明装置５０の斜視図を示す。本実施形態は、光学シート６の取付けの方法および保持の方法が上述した形態のものと異なる。つまり、光学シート６は、基板２に直接ネジ５２で固定することによって湾曲状の形態を保持する。この形態では、光学シート６の四隅が基板２に固定されているため、通常の使用態様で光学シート６の位置ずれが起こることはない。また、ＬＥＤ４を点灯させて長時間使用した場合であっても、光学シート６は基板に取り付けた状態ですでに湾曲しているので、熱膨張その他の外力または内力が作用しても、初期の湾曲形状から大きく形状が変化することを防止できる。

光学シート６を基板に取り付ける手段としては、上記ネジ留めの他にも接着剤など周知の機械的・物理的固定手段を任意に採用することができる。

（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係る照明装置６０の正面図である。本形態は、光源として砲弾型のＬＥＤ４'を具備する。なお、本形態においても他の形態と同様に砲弾型のＬＥＤと表面実装型のＬＥＤとを相互に任意に置き換え可能であることはいうまでもない。

本形態において、光学シート６の両端は、基板２上に形成された断面Ｌ字状の突起部６２によって係止されている。この突起部６２は、図示したように、光学シート６が上方に位置ずれを起こして基板２から離脱することを防ぐようにＬＥＤ４側に突き出た部位を有している。本形態において、光学シート６の両端は、突起部６２に当接して係止されており、光学シート６の端部が外側に変位することを妨げることができる。したがって、光学シート６に外力や内力が不意に作用する場合にもあらかじめ定めた所定の湾曲形状を維持することが可能となる。

また、光学シート６の四隅が配される位置に突起部６２と一体または別体の突起形状（図示せず）を設けることで光学シート６の横方向（図８において紙面に垂直な方向）のずれを防止するような構造にしてもよい。

（他の実施形態および変形例）
図面を参照して説明した各実施形態およびそれに関連して説明した変形例は、いずれも本発明を理解するための単なる例示に過ぎず、本発明の範囲はこれらの特定の記載や描写によっていかなる意味にも限定されることはない。

上記実施形態のほかにもたとえば上述した光学シートの代わりに、何らの外力および内力が作用しない状態で湾曲状に曲げられた光学シートを用いてもよい。かかる光学シートであっても、可撓性を有していれば本発明に従って上述した実施形態と同様の作用効果を有することができる。

また、本発明において、光学シート６を取り付けた状態における湾曲形状は、少なくとも部分的に湾曲した部位が存すればよいのであり、必ずしも全体が一定の均斉のとれた曲面となっている必要はない。つまり、取付け時の光学シート６が側面視で複数の曲率および曲線を組み合わせた複合曲線となる場合はもちろん、一部に直線を含むような不連続な複合曲線の場合も本発明の一形態として採用することができる。

なお、図示した形態はいずれも光学シート６の両端が基板２に取り付けられているが、光学シート６の一方の端部のみを基板２に取り付けて、他端側は基板２以外の構造体に対して着脱不能に固定ないし着脱可能に取り付けられてもよい。このように本発明は、種々の設計仕様に広く適用が可能である。

本発明に係る照明装置および面発光装置を用いると、安価な手法で良質な面発光を提供することが可能であるため、その用途は広範にわたり、たとえばパチンコなどの遊技機の装飾用照明として利用可能なほか、液晶表示装置のバックライト、看板や誘導灯などの内部照明として利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置の斜視図である。 本発明の面発光装置を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態において、光学シートを基板に取り付ける工程を説明した部分拡大図である。 光学シートを基板に取り付けた状態を説明する部分断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置の斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る照明装置の平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る照明装置の斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る照明装置の正面図である。 従来の面発光装置を示す図である。

符号の説明

１０ 照明装置
２０ 面発光装置
２ 基板
４ ＬＥＤ
６ 光学シート
８ ケーシング
１２ 切欠き

Claims (5)

1. 基板上に載置された少なくとも１つのＬＥＤ、および
   少なくとも一方の端部が前記基板に取り付けられ、各ＬＥＤの出射光を拡散透過するようにＬＥＤに対向して配置される、フレキシブルな光学シート、
   を具備する、照明装置。
2. 光学シートが湾曲した形態を保つように、光学シートの両端が基板に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
3. 光学シートの少なくとも一方の端部が、基板に形成された係止部に当接し、これにより光学シートの形態が保持されることを特徴とする、請求項１または２に記載の照明装置。
4. 光学シートの復元力によって、光学シートが係止部に当接するように付勢されていることを特徴とする、請求項３に記載の照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置、
   該照明装置を構成するＬＥＤおよび光学シートを収容可能であり、該光学シートに対向して配設された平面状の光透過部を有する筺体を具備することを特徴とする、面発光装置。

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