JP4633589B2

JP4633589B2 - 面照明装置

Info

Publication number: JP4633589B2
Application number: JP2005272583A
Authority: JP
Inventors: 要二川崎
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: JP2007087658A

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。

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）
特開平８−１７１８０６号公報

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。

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。

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。

また、本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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。図１要部の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のｘ−ｘ’断面図。図１が組み立てられた状態の断面図。図１の動作について説明するための説明図。図４の要部の拡大図。この発明の他の実施形態について説明するための分解斜視図。図６の動作について説明するための一部切欠断面図。

符号の説明

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

Claims

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面照明装置。
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、
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。