JP4721160B2 - 面状照明装置 - Google Patents

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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。
上記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には、ＬＥＤの発光面とＬＥＤが配置される導光板の側端面（以下、入光面ともいう）との密着性を高め、ＬＥＤと導光板との間の高い結合効率を維持することが重要である。そのため、従来、ＬＥＤを導光板の入光面へ配置する際に、ＬＥＤが実装されたフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣともいう）等の回路基板を、例えば両面粘着テープにより導光板に貼着し、それによって導光板の入光面に対するＬＥＤの位置および姿勢を安定に保持することが実施されている。
一方、このような保持手段には、ＦＰＣと導光板との貼着時に発生する位置ずれや、ＬＥＤのＦＰＣへの実装時の傾き等により、ＬＥＤと導光板との密着性が低下する場合があるという問題が存在しており、ＬＥＤと導光板との結合効率を増大させるために、導光板に形成された凹部等にＬＥＤを収容するタイプの面状照明装置も提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
実公平４−１４９４３号公報（図１） 特開２００４−２１３９４３号公報（〔請求項１〕、〔請求項２〕、図１、図３）
しかしながら、例えば、特許文献１に記載の面状照明装置では、図５の斜視図に示すように、ＬＥＤ１０２を導光板１０３に形成された嵌合溝１１３に単に収容して配置するものであり、ＬＥＤ１０２の発光面１０２ａが、嵌合溝１１３の内側面である入光面に十分に密着しているとは言えない。この点について、特許文献２に記載の面状照明装置は、図６の断面図に示すように、ＬＥＤ２０２を、導光板２０１と一体に形成された枠体保持部２０５に収容し、かつ、ＬＥＤ２０２の背面２０２ｂを接着剤ｇによって枠体保持部２０５の内面に接着固定することにより、ＬＥＤ２０２の発光面２０２ａを導光板２０１の入光面２０１ａに当接させるものである。この構成により、ＬＥＤ２０２の発光面２０２ａと導光板２０１の入光面２０１ａとの密着性を安定に保持することは可能になるものの、接着剤ｇ等の追加の部材、および、その注入および固化のための新たな工程を要するものとなり、面状照明装置の製造コストの増大を招くおそれがある。
また、一般に、面状照明装置には、更なる高輝度化、輝度の均一化を図りつつ、薄型化を促進することが常に求められており、ＬＥＤチップからの光の取出し効率の増大および外装部材分の厚みが不要となる点において、ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂が露出するように形成されたＬＥＤを使用することが望ましい。しかしながら、図６に示す面状照明照明装置２００の配置構成において、このようなＬＥＤを使用することには、次のような問題があった。すなわち、ＬＥＤ２０２が外装部材を有しておらず、少なくともその前面２０２ａ全体が発光面として機能するものである場合、ＬＥＤ２０２からの出射光には、ＦＰＣ２０３および両面粘着テープ２０４に吸収されるかまたはそれらを透過して損失光となる光が含まれることになり、この損失光の発生による輝度低下の問題があった。
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を導光板の入光面に容易かつ安定に保持することによって、高輝度化、輝度の均一化を図りつつ、薄型化を促進する面状照明装置を提供することにある。
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、該導光板の入光面に配置されるＬＥＤとを備える面状照明装置において、前記導光板は、該導光板と一体に形成された押圧部を有しており、該押圧部は、前記ＬＥＤの前記入光面に直交する方向の厚みよりも僅かに小さく形成された間隔を介して、少なくとも前記ＬＥＤの前記入光面の長手方向の幅に沿って延在し、前記ＬＥＤは、前記押圧部と前記入光面との間に挟持されて、前記押圧部の弾性作用により前記入光面に対して圧接されるとともに、前記ＬＥＤおよび前記導光板は、該ＬＥＤと該導光板との接触部分に互いに相補的な凹凸構造を有し、該凹凸構造は、前記ＬＥＤの発光面の平面視中央部に形成された突出部と、該突出部の形状に倣って前記導光板の入光面に形成された切欠き部とを含み、かつ、前記ＬＥＤの背面と前記押圧部の前記ＬＥＤの背面に対応する部分に形成された凹凸構造を含むことを特徴とする。
本発明によれば、導光板に上記押圧部を一体に形成し、ＬＥＤをこの押圧部の弾性作用により導光板の入光面に圧接して配置することで、ＬＥＤを、導光板の入光面に対して傾き等を有さない適正な姿勢に保持し、その発光面と導光板の入光面との密着性を増大させることが可能となるため、ＬＥＤと導光板との結合効率を増大させて面状照明装置の高輝度化に寄与するものである。
さらに、本発明において、前記ＬＥＤおよび前記導光板は、該ＬＥＤと該導光板との接触部分に互いに相補的な凹凸構造を有することにより、ＬＥＤを導光板の入光面に配置する際に、上記凹凸構造を嵌合させて、ＬＥＤを入光面の所定の位置に確実に位置決めすることが可能となる。
このように、本発明に係る面状照明装置では、両面粘着テープや接着剤等の部材を使用して、ＬＥＤが実装された回路基板あるいはＬＥＤ自体を導光板に固着する工程を要することなく、ＬＥＤの、導光板の入光面に対する位置および姿勢を適正かつ安定に保持することが可能となるため、面状照明装置の製造コストを増大させることなく、その高輝度化を達成することができる。
また、本発明において、前記凹凸構造は、前記ＬＥＤの発光面に形成された突出部と該突出部の形状に倣って前記導光板の入光面に形成された切欠き部とを含むものである。
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更に増大すると共に、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。
また、本発明の一態様では、前記ＬＥＤは、ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂が露出された発光部を有しており、該発光部を前記入光面から前記導光板に直交する方向に突出させることなく配置されるものである。
ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂が露出していることで、外装部材分の厚みの増加が生じず、面状照明装置の薄型化が促進される。また、このようなＬＥＤを、その発光部を入光面から導光板に直交する方向に突出させることなく配置することで、損失光の発生を抑制することが可能となり、封止樹脂が露出するＬＥＤが備える高い光の取出し効率を有効に活用して、面状照明装置を高輝度化することができる。
さらに、前記ＬＥＤは回路基板上に実装され、前記導光板の押圧部には、両面に粘着層を備えた固着手段が収容される凹部が形成されており、前記回路基板と前記押圧手段とが前記固着手段により固着されるものであってもよい。
凹部が形成された押圧部に両面粘着テープ等の固着手段を収容し、その固着手段によってＬＥＤが実装される回路基板と導光板とを固着することで、ＬＥＤは、その発光部を入光面から導光板に直交する方向に突出させることなく配置され、その際、ＬＥＤの発光部が回路基板によって覆われることがないため、回路基板および固着手段への吸収等による損失光の発生を抑制することが可能となり、封止樹脂が露出するＬＥＤが備える高い光の取出し効率を有効に活用して、面状照明装置を高輝度化することができる。また、回路基板を導光板に固着することにより、ＬＥＤの導光板に直交する方向の位置を確実に位置決めすることができる。
本発明は、このように構成したので、ＬＥＤを導光板の入光面に容易かつ安定に保持することによって、面状照明装置の、更なる高輝度化、輝度の均一化を図りつつ、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４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および図２は、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、図１は分解斜視図、図２（ａ）は、ＬＥＤを配置した状態を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１に示す面状照明装置１０は、導光板２と、導光板２の入光面３に配置されるＬＥＤ１１とを備えており、さらに、入光面３に対して所定の間隔ｄを介して対向する押圧部５が一体に形成されている。また、導光板２の入光面３には、後述するＬＥＤ１１の突出部１３ａの形状に倣った切欠き部３ａが形成されている。
以下の説明において、入光面３の長手方向をＸ方向、入光面３に垂直な方向をＹ方向、導光板２に直交する方向（導光板２の厚み方向）をＺ方向とし、面状照明装置１０およびその各構成要素の方向を、必要に応じてこの座標系に基づいて参照する。
ＬＥＤ１１は、ＬＥＤチップ（図示せず）が搭載される基板部１２と、ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂が露出する発光部１３とから構成されている。発光部１３は、基板部１２と共にほぼ直方体の外形を形成する基部１３ｅと、基部１３ｅから前方（Ｙ方向）へと突出する円筒面から構成される突出部１３ａとを有しており、この円筒面を含む前面１４（以下、発光面とよぶ）が、導光板２の入光面３に対向するように配置される。
本実施形態において、ＬＥＤ１１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ものであり、その場合、透光性樹脂からなる発光部１３は、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ってもよい。
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、押圧部５は、導光板２の上記射出成形の際に一体に成形されるものである。上述した樹脂材料は、光学特性および成形特性に優れている点で導光板の材料として好適であると共に、比較的良好な弾性特性を有するものである。例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂のＡＳＴＭ Ｄ−７９０に準ずる曲げ弾性率は、一般に、２，０００〜３，０００ＭＰａ程度であり、導光板２と一体に成形される押圧部５は、間隔ｄの広がりによる撓み変形に対して相当のバネ性を有するものとなる。ＬＥＤ１１の突出部１３ａが円筒面で構成されているため、導光板２の入光面３に形成される切欠き部３ａも、ＬＥＤ１１の突出部１３ａとほぼ同一の形状に形成された円筒面を有している。
図１に示す導光板２において、押圧部５と入光面３との間の間隔ｄは、ＬＥＤ１１の基板部１２および基部１３ｅからなる直方体のＹ方向の厚みｗよりも僅かに小さく形成されており、ＬＥＤ１１は、この間隔ｄを押し広げつつ押圧部５と入光面３との間に挟持されるものである。その際、ＬＥＤ１１には、押圧部５の変形に応じた弾性作用により、図２（ａ）に模式的に示す押圧力Ｆが作用することになり、発光部１３の突出部１３ａを切欠き部３ａに嵌合させて、導光板２の入光面３に圧接されている。尚、押圧部５の幅、長さ等の寸法は、導光板に使用する上述した樹脂材料の弾性特性や導光板の厚み等の条件に応じて適宜設定されるものである。
このように、ＬＥＤ１１は、押圧部５と入光面３により挟持されることによって、発光面１４を入光面３に密着させるものであるため、図２（ａ）に示すＹ方向の位置ずれおよび方位角φ方向の傾き、および、図２（ｂ）に示す極角θ方向の傾きのいずれも有することなく、入光面３に対する位置および姿勢が適正かつ安定に保持される。さらに、本実施形態では、ＬＥＤ１１の突出部１３ａと導光板２の入光面３の切欠き部３ａとが互いに相補的な凹凸構造をなして嵌合しているため、ＬＥＤ１１は、Ｘ方向の位置ずれも有することなく入光面３の所定の位置に配置される。
本発明において、ＬＥＤ１１と導光板２との接触部分における相補的な凹凸構造は、本実施形態における突出部１３ａと切欠き部３ａのような円筒面によって構成される場合に限定されるものではないが、ＬＥＤの突出部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ため、面状照明装置１０の高輝度化および輝度の均一化のために有利なものである。
また、図示は省略するが、ＬＥＤ１１は、通常、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等の回路基板上に実装されており、その回路基板は、例えば導光板２の主面４に沿って配置されるものであるが、本発明に係る面状照明装置では、ＬＥＤ１１の入光面３に対する位置決めは、上述したように、押圧部５と入光面３とでＬＥＤ１１を挟持することで発生する押圧部５の弾性作用に基づいて実施されるため、従来の面状照明装置のように、ＬＥＤ１１が実装される回路基板を導光板２に固着するための部材および工程、あるいは、ＬＥＤ１１自体を導光板２に固着するための部材および工程を要することなく、ＬＥＤ１１を入光面３に適正かつ安定に保持することができる。
さらに、本実施形態におけるＬＥＤ１１は、上述したように、発光部１３が露出した構造を有しており、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発光面１４全体から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。面状照明装置１０では、図２（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１１のこの機能を有効に活用するために、ＬＥＤ１１の発光部１３を導光板２の入光面３からＺ方向に突出させることなく入光面３に配置し、ＬＥＤ１１の発光面１４全体から出射される出射光を、効率良く導光板２に導くものである。この点に関して、ＬＥＤ１１の配置固定に回路基板と導光板との固着を要さない本発明に係る面状照明装置は、図６に示した従来の面状照明装置のように、ＬＥＤ２０２の発光面２０２ａの一部が少なくとも両面テープ２０４の厚み分だけ導光板２０１の入光面２０１ａから導光板２０１の厚み方向に突出し、その突出部分からの出射光が損失光となる構成と比較して、有利なものである。
ただし、本発明に係る面状照明装置は、両面粘着テープ等の固着手段を用いて導光板とＬＥＤが実装される回路基板とを固着するものであってもよく、次に、図３を参照して、そのような場合の好適な態様を説明する。
図３は、本発明に係る面状照明装置の一実施形態において、ＬＥＤ１１が実装される回路基板であるＦＰＣ１６を明示して示す側断面図である。図３に示す面状照明装置２０は、図１および図２に示す面状照明装置１０と基本的には同様のものであり、同様の作用・効果を有するものであるが、導光板２１の押圧部２５に両面粘着テープ等の固着手段１５が収容される凹部２５ａが形成されている点で相違するものである。面状照明装置２０において、ＬＥＤ１１は、基板部１２に設けられている図示しない電極によりＦＰＣ１６に実装されており、ＦＰＣ１６は、押圧部２５の凹部２５ａに収容された固着手段１５によって導光板２５の押圧部２５に固着されている。
このように、ＦＰＣ１６と導光板２１とを固着することによって、ＬＥＤ１１の、入光面３に対するＺ方向の位置決めを更に確実なものとすることができる。また、面状照明装置２０において、ＦＰＣ１６と導光板２１との固着は、ＬＥＤ１１の背面側である押圧部２５において実施されるため、固着手段１５による吸収等の損失光は発生しない。しかも、固着手段１５は凹部２５ａに収容されているため、ＦＰＣ１６は、その実装面１６ａが導光板２１の主面４に対してほぼ同面になるように配置されており、上述したように、ＬＥＤ１１は、その発光部１３を導光板２１の入光面３からＺ方向に突出させることなく配置されるものである。
ここで、本実施形態におけるＬＥＤ１１において、ＬＥＤチップからの出射光は、発光部１３の発光面１４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、特に、発光部１３の上面１３ｃまたは下面１３ｄ、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。その際、ＬＥＤ１１のＦＰＣ１６への実装態様は、図３に示すように、基板部１２のみがＦＰＣ１６上に搭載されて、発光部１３はＦＰＣ１６の外形から突出させることが望ましい。これによって、ＬＥＤ１１の上面１３ｃ上に配置される反射板が、上面１３ｃに直接対向することとなるため、ＦＰＣ１６による吸収等の損失光を発生させることなく、上面１３ｃからの出射光を効率良く導光板２１に導くことができる。
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。尚、このようなＬＥＤのＦＰＣへの実装態様は、導光板に対してＦＰＣを固着しない場合にも、同様に望ましいものである。
また、本発明に係る面状照明装置において、ＬＥＤと導光板との接触部分に形成される凹凸構造は、押圧部とＬＥＤの背面に形成されるものであってもよい。図４は、そのような凹凸構造の例を示す平面図であり、図４（ａ）には、断面の外形が三角形状の凸部３５ａを有する押圧部３５、図４（ｂ）には、断面の外形が円弧状の凸部３６ａを有する押圧部３６、図４（ｃ）には、断面の外形が四角形状の凸部３７ａを複数有する押圧部３７がそれぞれ示されている。図４（ａ）〜図４（ｃ）において、各ＬＥＤ４５、４６、４７の背面側には、それぞれ対応する凸部３５ａ、３６ａ、３７ａに相補的な形状を有する凹部が形成されている。このように、押圧部３５〜３７とＬＥＤ４５〜４７の背面とを嵌合させることによって、押圧部３５〜３７とＬＥＤ４５〜４７との密着性が増大し、押圧部３５〜３７の弾性作用による弾性力を、より確実に各ＬＥＤ４５〜４７に伝達することができる。
以上、本発明に係る面状照明装置の好適な実施形態を、ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂が露出する発光部１３を有するＬＥＤ１１を使用して説明してきたが、本発明に係る面状照明装置は、白色樹脂等からなる外装部材を備えたＬＥＤに対しても適用されるものである。また、使用するＬＥＤは、必ずしもその発光面に突出部を有するものでなくてもよく、特に、図４に示したように、導光板の押圧部とＬＥＤの背面側とを嵌合させる場合には、ＬＥＤのＸ方向の位置決めはこの凹凸構造によって実施されるため、ＬＥＤの発光面側を平坦な表面とし、平坦な入光面に対して圧接させて配置するものであってもよい。また、本発明に係る面状照明装置において、使用するＬＥＤは、導光板の短辺側または長辺側のいずれに配置するものであってもよく、押圧部と入光面とで挟持されるＬＥＤの個数を複数としてもよいものである。
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分解斜視図である。 （ａ）は、図１に示す面状照明装置を、ＬＥＤを配置した状態で示す平面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図である。 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側断面図である。 本発明の一実施形態における面状照明装置の押圧部の態様を示す平面図であり、（ａ）は断面の外形が三角形状の凸部、（ｂ）は断面の外形が円弧状の凸部、（ｃ）は断面の外形が四角形の凸部を複数有する場合を、それぞれ示す平面図である。 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の構成について、別の一例を示す側断面図である。
符号の説明
１０，２０：面状照明装置、２，２１：導光板、３：入光面、３ａ：切欠き部、５：押圧部、１１：ＬＥＤ、１３：発光部、１３ａ：突出部、１４：発光面

Claims (3)

  1. 導光板と、該導光板の入光面に配置されるＬＥＤとを備える面状照明装置において、
    前記導光板は、該導光板と一体に形成された押圧部を有しており、該押圧部は、前記ＬＥＤの前記入光面に直交する方向の厚みよりも僅かに小さく形成された間隔を介して、少なくとも前記ＬＥＤの前記入光面の長手方向の幅に沿って延在し、前記ＬＥＤは、前記押圧部と前記入光面との間に挟持されて、前記押圧部の弾性作用により前記入光面に対して圧接されるとともに、前記ＬＥＤおよび前記導光板は、該ＬＥＤと該導光板との接触部分に互いに相補的な凹凸構造を有し、該凹凸構造は、前記ＬＥＤの発光面の平面視中央部に形成された突出部と、該突出部の形状に倣って前記導光板の入光面に形成された切欠き部とを含み、かつ、前記ＬＥＤの背面と前記押圧部の前記ＬＥＤの背面に対応する部分に形成された凹凸構造を含むことを特徴とする面状照明装置。
  2. 前記ＬＥＤは、ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂が露出した発光部を有しており、該発光部を前記導光板の入光面から前記導光板に直交する方向に突出させることなく配置され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ＬＥＤは回路基板上に実装され、前記導光板の前記押圧部には、両面に粘着層を備えた固着手段が収容される凹部が形成されており、前記回路基板と前記押圧部とが前記固着手段により固着されることを特徴する請求項２に記載の面状照明装置。
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