JP4600668B2 - 面状照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、サイドライト方式の面状照明装置に関し、特に、液晶表示装置の照明手段として用いられる面状照明装置に関するものである。

今日の電子機器の表示手段等には液晶表示装置が広く用いられているが、この液晶表示装置は自発光型ではないことから、夜間や暗所での視認性を確保するための照明手段が必要となる。かかる照明手段として、従来から、面状照明装置が用いられている。
また、面状照明装置の一形態として、透光性を有する導光板と、該導光板の側端面に配置された棒状光源もしくは１つないし複数の点状光源を基本要素として構成されたサイドライト方式の面状照明装置が広く用いられている。近年の傾向では、携帯情報端末等の小型の電子機器への応用例の増加から、駆動回路の簡略化を図ることが可能な点状光源を備える形式の面状照明装置が用いられており、このような点状光源として白色ＬＥＤ（以下、単にＬＥＤともいう）が多用されている。

このようなサイドライト方式の面状照明装置において、その高輝度化を促進するために、一次光源であるＬＥＤ自体を高輝度化すると共に、ＬＥＤからの出射光を面状照明装置の照明光として効率良く利用することが求められている。これらの要望のうち、ＬＥＤ自体の高輝度化については、ＬＥＤの駆動電流を増大してＬＥＤチップの出射光量を増大することが望ましいが、この場合、ＬＥＤチップからの発熱に伴う周囲温度の上昇によりＬＥＤチップの発光効率および素子寿命が低下するという問題があり、ＬＥＤの放熱性を高める必要がある。また、ＬＥＤからの出射光を照明光として効率良く利用する点について、従来の面状照明装置には、次のよう問題があった。

図４は、従来の面状照明装置の例を示す平面図である。図４において、面状照明装置１００は、導光板１０１と導光板１０１の側端面１０２に配置されたＬＥＤ１０５とを備えており（以下、ＬＥＤ１０５が配置された側の側端面１０２を入光面ともいう）、入光面１０２から導光板１０１に入射した光を、他方の側端面１０３方向へと伝播させつつ主面１０４から均等に出射することによって、液晶パネル等の照明手段として機能するものである。しかしながら、このような面状照明装置１００には、図４に模式的に示す光路Ｐ１のように、端面１０３からの反射して再び入光面１０２に到達した光（以下、内部反射光ともいう）が入光面１０２から漏出する場合があり、このような漏出による損失光が発生するという問題があった。

上記問題点に関連して、従来、図５に示すようなＬＥＤを用いた面状照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図５は、ＬＥＤ２００を前面側から見た平面図である。ＬＥＤ２００は、前面が開口する横長有底箱状の樹脂製反射ケース２０１の底部に、２つのＬＥＤチップ２０２を配置した構成を有している。また、反射ケースの底部には、図示しない外部リード端子と一体に形成された端子板２０３、２０４、２０５が配置されており、各ＬＥＤチップ２０２は、端子板２０４上にボンディングされ、かつ、端子板２０３、２０５にそれぞれワイヤボンディングにより結線されている。特許文献１には、ＬＥＤ２００が、略矩形状の導光板の短辺側に沿って配置された面状照明装置が記載されており、その際、ＬＥＤ２０２の反射ケース２０１は、導光板の短辺長さ寸法と対応させて、適当な長さ寸法に設定されることが記載されている。
この面状照明装置は、ＬＥＤチップ２０２の大きさに対して比較的広く形成された端子板２０３〜２０５を有し、また、反射ケース２０１が導光板の短辺に対応する長さ寸法を有することから、上述したような、ＬＥＤの放熱性および入光面からの内部反射光の漏出の問題に対して、一定の効果を奏することが予想される。

特開平９−２９８００８号公報（図１、図２）

しかしながら、図５に示すＬＥＤ２０２は、有底箱状の樹脂製反射ケース２０１の底部にＬＥＤチップを配置するものであり、例えば、ＬＥＤチップ２０２から端子板２０３〜２０５に熱拡散が生じたとしても、周囲を囲む反射ケース２０１の熱抵抗が端子板２０３〜２０５からの放熱の妨げとなるため、比較的広く形成された端子板２０３〜２０５を放熱の側面から十分に活用するものとは言えない。また、ＬＥＤ２０２を使用した面状照明装置では、上述したような内部反射光は、直接またはＬＥＤ２０２内に再入光後反射ケース２０１に吸収されて損失光となる場合があり、ＬＥＤからの出射光の利用効率の点においても十分なものとは言えない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＬＥＤの高輝度化およびその出射光の有効利用を達成し、面状照明装置の高輝度化、輝度の均一化、および薄型化を促進することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る面状照明装置は、導光板と、該導光板の側端面に配置されるＬＥＤとを備える面状照明装置において、前記ＬＥＤは、電極パターンが形成された基板と、該基板上に搭載されたＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂とを有し、該透光性樹脂は、ランプハウスを持たずに外部に露出しており、前記ＬＥＤは、前記導光板の、前記ＬＥＤと対向する側端面の長手方向寸法にほぼ等しい横幅と、前記導光板の厚みにほぼ等しい高さを有し、前記ＬＥＤの発光面によって前記導光板の前記側端面の全面が覆われることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤは、ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂がランプハウスを持たずに外部に露出するものであるため、面状照明照明装置の薄型化に寄与すると共に、ＬＥＤチップからの出射光を高効率に取り出すことによって、面状照明装置の高輝度化を図るものである。さらに、ＬＥＤの横幅が、導光板の、ＬＥＤと対向する側端面の長手方向寸法にほぼ等しいことで、導光板の他方の側端面からの内部反射光を、ＬＥＤと対向する側端面からＬＥＤの外部に漏出させることなく再び導光板に入光させることが可能となるため、ＬＥＤからの出射光の利用効率を向上させて、面状照明装置の高輝度化に寄与するものである。その際、本発明に係るＬＥＤでは、ランプハウス等の外装部材への吸収による損失光が発生することはなく、上記出射光の利用効率をより向上させることができる。

また、本発明において、前記ＬＥＤの電極パターンは、前記基板のほぼ全面に渡って形成されているものであり、これによって、ＬＥＤチップから発生する熱を、ＬＥＤチップの大きさに比して広大な領域に拡散し、効率良く放熱することが可能となる。その際、本発明に係るＬＥＤは、ＬＥＤチップを封止する樹脂が露出しているため、ＬＥＤチップから電極パターンに伝達された熱を、高効率に外部に放熱することができる。

また、本発明の一態様では、前記電極パターンの少なくとも一部は、前記ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂に積層されることなく外部に露出しており、これによって、ＬＥＤチップから電極パターンに伝達される熱を、より一層効果的に外部に放熱することが可能となる。

さらに、本発明における面状照明装置において、前記ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂は、その外形が前記ＬＥＤの光出射方向前方へと突出する円筒面で構成される部分を有しており、前記導光板の、前記ＬＥＤと対向する側端面に、前記円筒面で構成された突出部の外形に倣った切欠き部が形成されていることが望ましい。
これによって、ＬＥＤの発光面と導光板の入光面との密着性が増大すると共に、ＬＥＤから導光板へと入光した光の発光分布を、ＬＥＤ単体での光の発光分布と同等のものにすることが可能となり、面状照明装置の輝度の均一化に寄与することとなる。

本発明は、このように構成したので、ＬＥＤの高輝度化およびその出射光の利用効率の向上を達成し、面状照明装置の更なる高輝度化、輝度の均一化、および薄型化を促進することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図１〜図３は説明のためのものであり、必ずしも実際の形状および寸法を正確に反映するものではない。
図１は、本発明の一実施形態における面状照明装置を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）に示す面状照明装置で使用されるＬＥＤを、前面側から見た平面図である。図１（ａ）に示す面状照明装置１０は、導光板２と、導光板２の一側端面である入光面３に配置されるＬＥＤ１５とを備えている。ここで、導光板２は、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透光性樹脂を、好ましくは射出成形してなる板状の導光体であり、導光板２の入光面３には、後述するＬＥＤ１５の突出部１７ａの形状に倣った切欠き部３ａが形成されている。

また、ＬＥＤ１５は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、電極パターン２２、２３が形成された基板１６と、基板１６上に搭載されたＬＥＤチップ２１と、ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂１７とから構成されている。透光性樹脂１７は、周囲にランプハウス等の外装部材を有することなく外部に露出しており、基板１６と共にほぼ直方体の外形を形成する基部１７ｂと、基部１７ｂからＬＥＤ１５の光出射方向前方へと突出する円筒面から構成される突出部１７ａとを有している。

ＬＥＤ１５において、電極パターン２２、２３は、例えばＣｕ箔等の導電性の金属材料からなり、電気的な絶縁等のために必要な部分を除いて、基板１６のほぼ全面に渡って形成されている。また、図示は省略するが、電極パターン２２、２３は、ＬＥＤ１５の駆動回路に接続される電極端子と一体に形成されるか、または、任意の適切な方法によりそれらの電極端子に接続されて、ＬＥＤチップ２１に電力を供給するものである。尚、図１（ｂ）では、説明の便宜のため、電極パターン２２、２３は、基板１６の周縁から一定の間隔をおいて設けられるように示されているが、配線上問題のない限り、電極パターン２２、２３と基板１６の周縁との間に、必ずしもこのような間隔を設ける必要はない。

また、本発明は、ＬＥＤチップ２１と電極パターン２２、２３との接続態様に限定されるものではないが、例えば、ＬＥＤチップ２１は、電極パターン２２上に接着されて搭載されており、ＬＥＤチップ２１の上面側に形成されたアノード電極およびカソード電極を、金等からなる図示しない金属細線（例えば、φ＝２０μｍ）で結線することによって電極パターン２２、２３に電気的に接続されるものである。あるいは、ＬＥＤチップ２１下面のカソード電極またはアノード電極のいずれか一方を、電極パターン２２に導電性樹脂により接着すると共に電気的に接続し、上面のカソード電極またはアノード電極の他方を金属細線により電極パターン２３に結線するものであっても、または、いわゆるフリップチップ実装によって、電極パターン２２、２３に接続するものであってもよい。

ここで、ＬＥＤ１５は、好ましくはＬＥＤチップから出射される青色光とその青色光を吸収して長波長に変換する蛍光体から出射される黄色光との混色により擬似的に白色発光する白色ＬＥＤであり、その場合、透光性樹脂１７は、例えば、硬質シリコーン系樹脂中に、黄色発光の蛍光体であるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）微粒子を混入した層と、その周囲に付加された透明の硬質シリコーン系樹脂層とからなる構造を有するものである。

本実施形態において、ＬＥＤ１５は、導光板２の入光面３の長手方向寸法とほぼ等しい横幅を有し、さらに、好ましくは、導光板２の厚みにほぼ等しい高さを有しており、突出部１７ａを切欠き部３ａに嵌合させて導光板２の入光面３に配置されて、入光面３の全面を、その発光面１８によって覆うものである。これによって、導光板２の側端面５から反射されて入光面３に到達した内部反射光は、図１（ａ）に模式的に示す光路Ｐ２、Ｐ３のように、ＬＥＤ１５の発光面１８またはＬＥＤ１５内部の電極パターン２２、２３によって反射されて再び導光板２内に入光し、損失光となることなく、面状照明装置１０の照明光として利用されるものである。さらに、本実施形態におけるＬＥＤ１５では、このような反射過程において、ランプハウス等の外装部材への吸収による損失光が発生することがないため、上記内部反射光を高効率に導光板２へと再入光させることができる。

また、上述したように、ＬＥＤ１５の電極パターン２２、２３は、基板１６のほぼ全面に渡って形成されているものであり、これによって、ＬＥＤチップ２１から発生する熱を、ＬＥＤチップの大きさに比して広大な領域に拡散し、効率良く放熱することが可能となる。この作用においても、ＬＥＤチップ２１を封止する透光性樹脂１７が露出していることは、ＬＥＤチップ２１から電極パターン２２、２３に伝達された熱を、ランプハウス等の外装部材の熱抵抗に妨げられることなく、高効率に外部に放熱するために有利なものである。

本発明において、ＬＥＤ１５の放熱性の観点からいえば、透光性樹脂１７の基部１７ｂは可能な限り薄く形成されていることが好ましく、さらに好ましくは、図２に示すＬＥＤ３０のように、電極パターン２２、２３が、ＬＥＤチップ２１（図示せず）の近辺を除いて外部に露出するものであってもよい。これによって、ＬＥＤチップ２１から電極パターン２２、２３に伝達された熱は、さらに高効率に外部に放熱することができる。
この場合、ＬＥＤ３０は、導光板２の入光面３に対して、入光面３と電極パターン２２、２３との間に基部１７ｂの厚み分だけの僅かな間隙を有して配置されるものであってもよい。あるいは、ＬＥＤ４０の透光性樹脂１７を突出部１７ａのみによって構成するか、または、導光板２の入光面３の切欠き部３ａを基部１７ｂまで含めた外形に倣って形成し、電極パターン２２、２３を入光面３に密着させて配置するものであってもよい。これらの配置態様は、ＬＥＤ３０の放熱性、ＬＥＤ３０の電極パターン２２、２３の保護等について勘案の上、適宜選択されるものである。

尚、本発明において、ＬＥＤ１５、３０の突出部１７ａを円筒面によって構成し、その突出高さと半径との比を適切に調整することによって、ＬＥＤの前方への出射光量とその発光分布の広角性とのバランスに優れたＬＥＤを実現することができ、また、このような突出部を、突出部と相補的な形状を有する切欠き部に収容して配置することによって、導光板に入光後の発光分布をＬＥＤ単体での発光分布と同等のものとすることができる。

また、ＬＥＤ１５、３０において、ＬＥＤチップ２１からの出射光は、発光面１８以外の側面からも取り出されるものであり、そのような出射光を有効に活用するために、ＬＥＤ１５、３０の上面または下面、あるいはそれら両方に対して反射板を積層配置するものであってもよい。このような反射板としては、薄い樹脂基板上にアルミニウムまたは銀等の高反射率の金属薄膜を形成した反射板が薄さと反射特性の面で好適であるが、薄い樹脂基材上に白色または乳白色の塗料を塗布することにより構成された反射板、白色顔料を混入した樹脂からなる白色樹脂板、あるいは、アルミニウムまたは銀等の高反射率の金属薄板等を用いることもできる。

以上の説明では、ＬＥＤ１５、３０に搭載されるＬＥＤチップ２１は１個として説明してきたが、本発明に係る面状照明装置におけるＬＥＤは、図３に示すＬＥＤ４０のように、基板１６上に複数（図の例は、６個）のＬＥＤチップ２１を配列してなるものであってもよい。この場合、各ＬＥＤチップ２１は、ＬＥＤ４０の駆動回路の仕様等の条件に応じて、適宜、直列または並列あるいはその組み合わせによって接続されるものであり、ＬＥＤ４０における電極パターンも、ＬＥＤチップ２１の接続態様に応じて適切に形成することができる。

本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）に示す面状照明装置で使用されるＬＥＤを前面側から見た平面図である。 本発明の一実施形態における面状照明装置において、使用されるＬＥＤの別の態様を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における面状照明装置において、使用されるＬＥＤのさらに別の態様を示す斜視図である。 従来の面状照明装置の構成について、その一例を示す分解斜視図である。 従来の面状照明装置で使用されるＬＥＤの一例を示す平面図である。

符号の説明

１０：面状照明装置、２：導光板、３：入光面、３ａ：切欠き部、１５：ＬＥＤ、１６：基板、１７：透光性樹脂、１７ａ：突出部、２１：ＬＥＤチップ、２２，２３：電極パターン

Claims (4)

1. 導光板(2)と、該導光板の側端面(3)に配置されるＬＥＤ(15,30,40)とを備える面状照明装置(10)において、
   前記ＬＥＤ(15,30,40)は、電極パターン(22,23)が形成された基板(16)と、該基板上に搭載されたＬＥＤチップ(21)と、該ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂(17)とを有し、該透光性樹脂(17)は、ランプハウスを持たずに外部に露出しており、前記ＬＥＤ(15,30,40)は、前記導光板(2)の、前記ＬＥＤ(15,30,40)と対向する側端面(3)の長手方向寸法にほぼ等しい横幅と、前記導光板(2)の厚みにほぼ等しい高さを有し、前記ＬＥＤの発光面(18)によって前記導光板(2)の前記側端面(3)の全面が覆われることを特徴とする面状照明装置。
2. 前記ＬＥＤ(15,30,40)の電極パターン(22,23)は、前記基板(16)のほぼ全面に渡って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記電極パターン(22,23)の少なくとも一部は、前記ＬＥＤチップ(21)を封止する透光性樹脂(17)に積層されることなく外部に露出していることを特徴とする請求項２に記載の面状照明装置。
4. 前記ＬＥＤチップ(21)を封止する透光性樹脂(17)は、その外形が前記ＬＥＤ(15,30,40)の光出射方向前方へと突出する円筒面で構成される部分(17a)を有しており、前記導光板(2)の、前記ＬＥＤと対向する側端面(3)に、前記円筒面で構成された突出部(17a)の外形に倣った切欠き部(3a)が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の面状照明装置。

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