JP2015228309A - 光モジュール、照明装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より薄型で、より均一な照明効果が得られる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１は、カバー２の裏面に配置された照明基板１０を含む。照明基板１０には複数の光モジュール２０が配列されている。光モジュール２０は、側面に４つの出射面３１を有する発光装置２５と、発光装置２５の周囲に配置された反射領域とを有する。反射領域は、出射面３１の前方に配置された拡散反射領域２１と、隣り合う拡散反射領域２１の間に配置される鏡面反射領域２２とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、周囲に光を放出する光モジュール、複数の光モジュールを備えた照明装置および表示装置に関するものである。

特許文献１には、表示パネルを備える表示装置のバックライトユニットに用いられる発光装置において、被照射体の面方向において輝度が均一となるように、光を被照射体に照射することができ、薄型化が可能な発光装置が記載されている。バックライトユニットは、プリント基板と、プリント基板上に設けられ、基台、ＬＥＤチップ、およびレンズを有する複数の発光部と、発光部の周囲に設けられ、第１反射部分および第２反射部分を有する第１反射部材とを設ける。

特開２０１２−２１６７４７公報

より薄型で、より均一な照明効果が得られる照明装置が要望されている。

本発明の一態様は、側面に少なくとも３つの出射面を有する発光装置と、発光装置の周囲に配置された反射領域とを有する光モジュールである。反射領域は、出射面の前方に少なくとも一部が配置される拡散反射領域と、隣り合う拡散反射領域の間に配置される鏡面反射領域とを含む。

出射面の前方にかかるように拡散反射領域を配置し、隣り合う拡散反射領域の間に鏡面反射領域を配置することにより出射面の前方以外の輝度を向上できる。このため、照明装置の発光面に、複数の光モジュールを配置することにより、より薄型で、より均一な照明効果が得られる照明装置を提供できる。

照明装置を展開して示す展開斜視図。 照明基板を示す図。 光モジュールを示す平面図。 光モジュールを示す斜視図。 図５（ａ）は光モジュールの水平方向の配光分布、図５（ｂ）は光モジュールの垂直方向の配光分布、図５（ｃ）は単体のＬＥＤの配光角曲線。 異なる光モジュールを示す斜視図。 さらに異なる光モジュールを示す斜視図。 さらに異なる光モジュールを展開して示す展開斜視図。 異なる照明基板を示す平面図。

図１に、照明装置を展開して示している。この照明装置１は、上側が開放された薄い箱型のカバー２と、カバー２の下側の面に配置された照明基板１０と、照明基板１０に対向してカバー２の正面側２ｃを覆う拡散板５とを有する。この例では、カバー２は正方形の照明基板１０が設置された裏面と、四方の側面２ｂとを含む。照明基板１０がカバー２と一体になっていてもよい。カバー２は長方形であってもよく、他の多角形であってもよく、円形、または楕円形であってもよい。カバー２の正面側２ｃおよび裏面側２ａは、相対的な方向であり、照明装置１を天井に取り付けて使う場合は、カバー２の正面側２ｃは下側を向き、壁に取り付けて使う場合は、カバー２の正面側２ｃは側方を向く。

拡散板５の代わりに、または拡散板５に重ねて透光性の表示基板６、たとえば、ＬＣＤ基板を装着することが可能である。照明装置１は表示装置７のバックライトであってもよく、表示装置７に組み込まれていてもよい。

図２に、照明基板１０が内部に配置されたカバー２を正面から見た様子を示している。照明基板１０の正面側の面（以降では上側の面）は照明用の光を発する発光面１０ａであり、拡散反射性の基板面１０ｂに、複数の光モジュール２０が縦横に並んで配置されている。つまり複数の光モジュールの少なくとも一部が、出射面の方向を揃えて等間隔に２次元に配置されている部分を含んでいる。拡散反射性の基板面１０ｂは、いわゆる艶消しの面であり、光が乱反射するように粗面に加工されていてもよく、白色反射シートなどの拡散反射シートが貼り付けられていてもよい。

この照明基板１０の発光面１０ａには、１６個の光モジュール２０が縦横に４×４のマトリクスをなすように配置されている。光モジュール２０の数はこれに限定されず、光モジュール２０が配列される方向はカバー２の側面２ｂに対して直交する方向が好ましいがこれに限られない。または平行する方向に限らず、斜めであってもよい。さらに、カバー２の内側の側面２ｂには拡散反射シートが貼り付けられていることが好ましい。

図３に、光モジュール２０の概略構成を平面図で示し、図４に、光モジュール２０の外観を斜視図により示している。光モジュール２０は、正方形の配線基板２４と、その配線基板２４の上面２４ａの中央に配置された発光装置２５とを含む。発光装置２５は、側面に出射面３１が設けられた４つの側面発光型のＬＥＤ３０を含む。４つのＬＥＤ３０は、主発光軸３９が配線基板２４の上面２４ａと平行で、配線基板２４の四隅をそれぞれ向くように組み合わせされている。４つのＬＥＤ３０は、配線基板２４の上面２４ａで９０度ずつ向きを変えてくみあわされており、全体として上面から見ると正方形で全体が直方体状の発光装置２５を構成している。したがって、発光装置２５の４方向の側面２６のそれぞれに、光を放出する出射面３１が設けられている。

配線基板２４の上面２４ａは、出射面３１の前方に少なくとも一部が配置された拡散反射領域２１と、隣り合う拡散反射領域の間に配置された鏡面反射領域２２とを含む反射領域であり、発光装置２５の周囲の反射環境を構築する。拡散反射領域２１は、各主発光軸３９の方向に、発光装置２５の各側面２６の直下から、各側面２６の幅から各出射面３１の半分程度を除いた幅で、配線基板２４の各隅に向けて延びたほぼ長方形の領域である。拡散反射領域２１の形状は長方形に限定されない。出射面３１の前方に少なくとも一部が配置される形状であればよい。拡散反射領域２１は、さらに配線基板２４の隅に向かって延びており、配線基板２４の隅を含めた領域に配置されていることが望ましい。拡散反射領域２１は、配線基板２４の上面２４ａを艶消しの状態に加工してもよく、白色などの拡散性のシートを貼り付けて形成してもよい。

拡散反射領域２１の間に配置されている鏡面反射領域２２は、配線基板２４の上面２４ａの中の、四角形の発光装置２５の隅部の前方直下から配線基板２４の各辺に向かってほぼ三角形に広がる領域であり、本例においては、各出射面３１の前方に半分程度かかる幅で広がっている。鏡面反射領域２２は、光の拡散が少なく、一方からの光が別の一方に反射されて出ていく領域であり、いわゆる、艶ありの領域である。鏡面反射領域２２は、金属などの部材を凹凸がほとんどない状態に加工した領域であってもよく、反射性の高い金属薄膜などの鏡面反射シートを貼り付けて形成された領域であってもよく、配線基板２４自身であって配線基板２４の表面が反射性の高い領域であってもよい。

図５に光モジュール２０の配光特性を示している。図５（ａ）は、水平方向の配光分布を示し、図５（ｂ）は、垂直方向の配光分布を示す。図５（ｃ）は、単体のＬＥＤの配光角曲線を参考に示している。

図５（ａ）には、図４に示した鉛直角θが９０度（法線６９からの角度、法線６９は０度）の水平方向の配光分布６２と、鉛直角θが５５度の配光分布６１とを示している。なお、主発光軸３９は水平角φが０度、９０度、１８０度、２７０度の位置である。

図５（ｂ）には、水平角φが４５度の面における垂直方向（鉛直角方向）の配光分布６３と、水平角φが０度の面における垂直方向（鉛直角方向）の配光分布６４とを示している。また、この配光分布は、４５度の場合のみならず、１３５度、２２５度、３１５度も４５度の場合と同様の配光分布６３を示し、０度の場合のみならず、９０度、１８０度、２７０度も０度の場合と同様の配光分布６４を示す。

光モジュール２０においては、２個のＬＥＤ３０の間、すなわち、２つの出射面３１の間の水平角φが４５度、１３５度、２２５度および３１５度には２個のＬＥＤ３０がそれぞれ主発光軸３９に対し４５度の向きで発光することになる。図５（ｃ）の個々のＬＥＤ３０の配光特性によれば、４５度の配光強度は、もっとも発光強度の高い０度、即ち主発光軸３９の配光強度に対し（１／√２）となる。したがって、水平角φが４５度、１３５度、２２５度および３１５度の強度は、２個のＬＥＤ３０から寄与があるので、√２倍、すなわち、約１．４倍となる。

本例の光モジュール２０は、円形な配光特性ではなく、隣接する光源への距離が大きくなる格子状配置の対角線方向に強い強度の発光分布を持つ。また、相対的に、隣り合う光モジュール２０への距離が小さい縦横辺に平行な方向へは、対角線方向より弱い発光分布を持つ。これらの配光特性は、複数の光モジュール２０を縦横に格子状に配置した場合においても、方向による光モジュール２０の間の距離の違いに影響されにくい。

さらに、光モジュール２０においては、拡散反射領域２１と鏡面反射領域２２とを組み合わせることにより、鉛直角θが９０度以下の方向の配光特性を円形から対角線方向に強い分布を持つ特性に変更でき、対角線方向の暗点の解消に効果的である。

すなわち、光モジュール２０の配線基板２４の上面（反射領域）２４ａが拡散面のみで構成された場合、そのような光モジュールの対角線方向に強い配光特性は鉛直角９０度、即ち上面２４ａに平行な面内近傍に限られている。このため、対角線方向に隣り合う光モジュール２０との中点上（対角中点）の拡散板５に向かう鉛直角の配光分布は円形に近づく。このため、単に４つのＬＥＤ３０を組み合わせて、対角線方向の分布を強くしても対角中点の暗点解消は十分には達成できない。

本例の光モジュール２０においては、配線基板２４の上面２４ａに拡散反射領域２１と鏡面反射領域２２とを配置しており、図５（ａ）に示すように、鉛直角５５度の配光分布６２も対角線方向、すなわち、水平角４５度、１３５度、２２５度、３１５度は強度が高い。したがって、光モジュール２０は、拡散板５に向かう鉛直方向の分布、たとえば、鉛直角５５度方向においても、主発光軸３９の強度に対し、主発光軸３９の中間の角度（水平方向φが４５度、１３５度、２２５度、３１５度）の方向の強度が１．２倍になる配光分布を持たせることができる。

さらに、図５（ｂ）に示すように、主発光軸３９の中間の角度（水平方向φが４５度、１３５度、２２５度、３１５度）方向の垂直方向の配光分布は、鉛直角７５度付近にピークを持つバットウィング形状の分布となる。これは、主発光が被照射面に垂直になるよう配置された光源に広拡散レンズを組み合わせて得られる配光分布と類似し、被照射面である拡散板５および表示基板６（表示パネル）を均一に照明するのに最適な配光分布となる。さらに、拡散レンズにより実現される配光特性は、光源を中心とした円形の分布となるが、上述したように、光モジュール２０の配光分布は、水平角φの方向により強度分布が違い、複数の光モジュール２０を正方格子状に配置したときに理想的な配光特性となる。

このため、ＬＥＤ３０のような指向性の高い光源を使用して、拡散板５による光利用率の低下を抑制し、なお薄型で均一な照明効果が得られる照明装置１および表示装置７を提供できる。たとえば、光モジュール２０の間の距離（ある光モジュールの中心と、その光モジュールに隣り合う最短の光モジュールの中心との距離）Ｐに対し、発光面１０ａと拡散板５の内面との距離がＰ／２の照明装置１であっても、対角線方向の暗点がほぼ見えないことが確認されている。

図６に、光モジュール２０の異なる例を示している。この光モジュール２０は、正方形の配線基板２４と、その配線基板２４の上面２４ａの中央に配置された発光装置２５とを含む。発光装置２５は、側面に出射面３１が設けられた４つの側面発光型のＬＥＤ３０を出射面３１が四方をそれぞれ向くように組み合わせた構成である。配線基板２４の上面２４ａに、出射面３１の前方に配置された拡散反射領域２１と、隣り合う拡散反射領域の間に配置された鏡面反射領域２２とを含む。拡散反射領域２１は、出射面３１の直下が狭く、配線基板２４のコーナー（４つの隅部）に向かって広がっている。拡散反射領域２１の間に配置されている鏡面反射領域２２は、発光装置２５のコーナー部分の前方直下から配線基板２４の各辺に向かって帯状に延びている。

この光モジュール２０においても、図５（ａ）および図５（ｂ）に示した配光分布と同様の配光分布が得られる。鏡面反射領域２２は、対角線方向（主発光軸３９同士の中間方向）の９０度以下の鉛直角方向に強い配光分布を得るために重要であるが、対角線方向に設けられていればよく、鏡面反射領域２２の形状、大きさの許容範囲は広い。

拡散反射領域２１は、光モジュール２０の直上、すなわち、鉛直角θが０度方向の配光分布を得るために重要である。拡散反射領域２１は、発光装置（ＬＥＤパッケージ）２５の側面２６に設けられた出射面３１の直前と配線基板２４の上面２４ａの鏡面反射領域２２との間に適当な幅設けられていることが重要である。

図７に、光モジュール２０のさらに異なる例を示している。この光モジュール２０は、正方形の配線基板２４と、その配線基板２４の上面２４ａの中央に配置された発光装置２５とを含む。発光装置２５は、側面に出射面３１が設けられた４つの側面発光型のＬＥＤ３０を出射面３１が四方をそれぞれ向くように組み合わせた構成である。配線基板２４の上面２４ａに、出射面３１の前方に配置された拡散反射領域２１と、隣り合う拡散反射領域の間に配置された鏡面反射領域２２とを含む。拡散反射領域２１は、主発光軸３９の方向に出力される光で鉛直角θが９０度近傍の光を拡散板５の方向に反射する斜面２１ａを含む。

鏡面反射領域２２は、出射面３１から出力された光を被照射面である拡散板５の上の対角中点に向けて反射するような角度に設置された凸面鏡２２ａを含む。凸面鏡２２ａは円筒側面の形状を含み、配線基板２４の上面２４ａから突き出るように設けられている。この光モジュール２０においても、図５（ａ）および（ｂ）と同等の配光分布が得られる。鏡面反射領域２２は、凸面鏡２２ａの代わりに、あるいはそれとともに凹面鏡を備えていてもよい。つまり、鏡面反射領域は凸または凹の立体形状を含む。鏡面反射領域２２は、三角形または他の多角形の凸状あるいは凹状の鏡面を備えていてもよい。

図８に、光モジュール２０のさらに異なる例を示す。この光モジュール２０は、配線基板２４と、配線基板２４の中央に取り付けられたＬＥＤ３０と、配線基板２４の上面２４ａに取り付けられる反射板２９と、反射板２９の中央の開口２９ａを介して露出するＬＥＤ３０を覆うカバー２８とを含む。ＬＥＤ３０は、鉛直方向に主発光軸を持つように配線基板２４に取り付けられている。カバー２８は、水平角φが０度、９０度、１８０度、２７０度にそれぞれ開いた窓（開口）２８ａを含む。発光装置２５は、ＬＥＤ３０とカバー２８とを含み、窓２８ａを出射面３１とし、水平角φが０度、９０度、１８０度、２７０度を主発光軸３９として光が出力される。

反射板２９は、出射面３１である窓２８ａの前面に一部がかかるように配置された拡散反射領域２１と、隣り合う拡散反射領域２１の間に配置された鏡面反射領域２２とを含む。この光モジュール２０も、図５（ａ）および（ｂ）に示した配光特性に準じた配光特性を持つ。

図９に、照明基板１０の異なる例を示している。この照明基板１０の発光面１０ａは、拡散シート１０ｂに覆われ、その上に、照明器具としての大きさと照度（輝度）に見合う数の光モジュール２０が、それぞれの光モジュール２０の出射面３１が縦横に揃って向くように配列されている。さらに、光モジュール２０が縦横に配置された対角方向の中点に四角錐形状の拡散反射材で形成された反射リブ１５が設けられている。四角錐を構成する各面１５ａは、反射リブ１５の四方に位置する４つの光モジュール２０の方向を向いており、それぞれの光モジュール２０から出力された光を拡散板５の方向に反射する。したがって、光モジュール２０間の距離を広げて、均一な光を被照射面である拡散板５から出力する照明装置１が得られる、もしくは、光モジュール２０の間の対角方向の中点が暗点になることをさらに確実に抑制できる、より均一な光を被照射面である拡散板５から出力する照明装置１が得られる。

以上に説明したように、照明装置１は、被照射面の面積に見合う数だけ拡散反射シートで覆われた照明基板１０の上に格子状に複数の光モジュール２０を配列し、被照射面に拡散板５を配置している。照明装置１は、表示装置７のバックライトとして利用でき、拡散板５に重ねて表示基板６を配置してもよく、拡散板５の代わりに表示基板６を配置してもよい。また、照明装置１は、天井、壁などに設置するベースライト等に使用できる。

また、上記の発光装置２５は、方形または矩形の箱型であり、４つの側面２６と、それぞれの側面２６に設けられた出射面３１とを含む。発光装置２５は、３つの側面２６を持つものであってもよく、３方向に向いた出射面３１を備えていてもよい。また、側面２６は円筒状であってもよく、少なくとも３方向に向いた出射面３１を備えていればよい。さらに、発光装置２５は、５角形以上の多角形で、５方向以上に向いた出射面３１を備えていてもよい。

この光モジュール２０においては、鏡面反射領域２２により出射面３１の向いていない方向の配光分布、特に、拡散板５の方向を向いた鉛直角θ方向の強度が高くなるように配光分布を改善できるので、複数の光モジュール２０が配列された発光面１０ａにおいて、光モジュール２０の間に暗点が発生するのを抑制できる。さらに、拡散反射領域２１を出射面３１の前方の少なくとも一部に重なるように配置することにより、出射面３１の直前であっても鉛直角θ方向にある程度の強度を備えた配光分布を実現できる。出射面３１の主発光軸３９は、配線基板２４の上面２４ａ（反射面）に平行となり、基本的な配光分布は鉛直角θが９０度方向になるが、出射面３１の直前における鉛直角θが９０度以下、たとえば、０度方向の強度も確保でき、光モジュール２０に搭載された発光装置２５自身が暗点になることを防止できる。

したがって、光モジュール２０により、主発光軸３９の間に鉛直角θが９０度以下でも十分な強度を備えた配光分布を得ることができる。出射面３１が４方向を向いて配置されている光モジュール２０においては、鏡面反射領域２２の方向の光強度が拡散反射領域２１の方向の光強度より強く、鉛直角θが９０度以下、たとえば、鉛直角θが５５度方向においても十分な光強度を備えた図５（ａ）に示すような四葉型の配光分布を得ることができる。このため、複数の光モジュール２０を配列した照明装置１においては、発光面１０ａと拡散板５との距離が短く、薄い照明装置１であっても、暗点が解消された、均一な照明光が拡散板５を介して出力できる。

１ 照明装置、 １０ 照明基板、 １０ａ 発光面
２０ 光モジュール、 ２１ 拡散反射領域、 ２２ 鏡面反射領域

Claims (7)

1. 側面に少なくとも３つの出射面を有する発光装置と、
   前記発光装置の周囲に配置された反射領域と、
   を有する光モジュールであって、
   前記反射領域は、
   前記出射面の前方に少なくとも一部が配置される拡散反射領域と、
   隣り合う前記拡散反射領域の間に配置される鏡面反射領域と、
   を含む、光モジュール。
2. 請求項１において、
   前記鏡面反射領域は凸または凹の立体形状を含む、光モジュール。
3. 請求項１または２において、
   前記発光装置は４方向にそれぞれ向いた前記出射面を有し、
   前記鏡面反射領域の方向の光強度が前記拡散反射領域の方向の光強度より強い分布を有する光を出力する、光モジュール。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光モジュールを複数有し、さらに、
   前記複数の光モジュールが配置された発光面を有する照明装置。
5. 請求項４において、
   前記発光装置は４方向にそれぞれ向いた前記出射面を有し、
   前記発光面は、前記複数の光モジュールの少なくとも一部が、前記出射面の方向を揃えて等間隔に２次元に配置されている部分を含む、照明装置。
6. 請求項４または５において、
   前記発光面と対向するように配置された拡散板を有する照明装置。
7. 請求項４または５に記載の照明装置と、
   前記発光面と対向するように配置された透光性の表示基板とを有する表示装置。

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