JP4966701B2 - 中空式面照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶表示装置のバックライトユニットのように発光面から均一な輝度分布の照明光を出射する中空式面照明装置に関する。

近年、液晶表示装置用バックライトユニットの光源として、冷陰極放電灯からＬＥＤに代替される動きから進んでいる。これは、ＬＥＤには有害物質である水銀が含まれず、環境調和型の光源として適していること、また最近の大幅な発光効率の向上により消費電力が大幅に低減できることによるところが大きい。ＬＥＤを光源として備えるバックライトユニットは、これまで携帯電話機やモバイル端末のように概ね小型機器に対する用途が中心であったが、最近では２０インチ型以上の液晶モニタや液晶テレビ等、大型の液晶表示装置にも採用の動きが進んでいる。

大型液晶表示装置の場合、そのバックライトユニットには高輝度であることが求められる。そのため、小型のバックライトユニットで一般的に採用されている、導光板の側部に光源を配置して発光させ、導光板に側面から導光して拡散、反射させ、導光板の表側の面発光部から出射させる特開平８−１７１８０６号公報（特許文献１）、特開２００６−１０６２１２号公報（特許文献２）のようなサイドライト方式は大型液晶表示装置のバックライトとしては採用されていない。大型液晶表示装置用のバックライトユニットとしては、特開２００５−３１６３３７号公報（特許文献３）に記載されているように、面発光部の直下にＬＥＤ光源を配置した直下型のバックライトユニットが一般的になっている。

このような直下型のバックライトユニットでは、光源がＬＥＤであるため、配列した多数のＬＥＤと面発光部との距離が近接しすぎると輝度むら、色むらとして認識され、それが照らす液晶の表示品質を悪化させてしまう。この現象は、高輝度を実現するために、１個当りの電力が１Ｗクラス以上の高出力ＬＥＤを光源とした場合にいっそう顕著に現われる。反面、輝度むら、色むらを低減させるためにＬＥＤと面発光部（拡散板）との距離を遠ざけることは、装置全体の厚みを増加させることにつながり、近年の薄型化の傾向に反して好ましくない。
特開平８−１７１８０６号公報 特開２００６−１０６２１２号公報 特開２００５−３１６３３７号公報

本発明は、上記のような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、サイドライト方式の中空式面照明装置であって、装置を大型化することなく、照明光の高輝度化、かつ、高均斉度化が可能な中空式面照明装置を提供することを目的とする。

尚、本願において、「サイドライト方式」とは、発光面の背部側方の光源から発光面に平行な方向に光を出射し、この光を屈折、反射、拡散させて発光面に導光する照明方式をいう。

請求項１の発明の中空式面照明装置は、中空のユニットケースの底面側に、その底面の中央で１つの辺に平行な線に沿い山形に盛上り、その稜線の両側に遠ざかるほどに漸次低くなる山形の光反射面部材を配置し、前記ユニットケースの前記光反射面部材と対向する表側に発光面部材を配置し、前記ユニットケースにおける前記光反射面部材と発光面部材とで挟まれる空間を中空導光領域とし、配線基板に多数個のＬＥＤを列設実装して成る２つのＬＥＤ光源を前記中空導光領域に隣接し、前記光反射面部材の中央の山形の稜線に平行な姿勢で設置し、当該中空導光領域に相反する方向から光を出射するようにし、前記２つのＬＥＤ光源それぞれからの光をそれらの光軸が前記ユニットケースの発光面部材の面に平行になるように集光して出射する、前記２つのＬＥＤ光源それぞれのＬＥＤの配列方向に細長いＬＥＤコリメータを前記２つのＬＥＤ光源それぞれの出射部に前記ＬＥＤの配列と平行に配置し、当該ＬＥＤコリメータの長手方向の中央部にその長手方向に沿って形成された凹溝内に前記多数個のＬＥＤそれぞれの発光部を収容した状態にし、前記ＬＥＤコリメータそれぞれには、前記多数個のＬＥＤそれぞれからの光を屈折させて体内に導入する屈折集光機能部と、体内に導入した光を全反射させて前記中空導光領域に、その光軸が前記ユニットケースの発光面部材の面に平行になるように出射させる全反射集光機能部とを設け、前記ＬＥＤコリメータに形成された前記凹溝の溝壁面は、前記多数個のＬＥＤそれぞれの光軸に近い角度の方向の放射光を当該ＬＥＤコリメータ内に導光する凸形状の第１の入射面と、当該第１の入射面の上下両側に隣接し、前記多数個のＬＥＤそれぞれの光軸から離れた角度の方向の放射光を当該ＬＥＤコリメータ内に導光する平面形状の第２の入射面とし、前記ＬＥＤコリメータの下側と上側に位置する側面は、当該ＬＥＤコリメータ内の光を前方に全反射する全反射面とし、前記ＬＥＤコリメータの前記凹溝と反対側の出射部の側面は、前記第１の入射面から入射した入射光に対応する凸形状の第１の出射面と、当該第１の出射面の上下両側に隣接し、前記第２の入射面から入射した後、前記上下の全反射面それぞれで全反射した光に対応する凹曲面形状の第２の出射面とし、前記屈折集光機能部は、前記ＬＥＤコリメータにおける前記第１の入射面から前記第１の出射面に至る部分とし、前記全反射集光機能部は、前記ＬＥＤコリメータにおける前記第２の入射面から前記全反射面を経て前記第２の出射面に至る部分としたものである。

請求項２の発明の中空式面照明装置は、中空のユニットケースの底面側に、その底面の中央で１つの辺に平行な線に沿い山形に盛上り、その稜線の両側に遠ざかるほどに漸次低くなる山形の光反射面部材を配置し、前記ユニットケースの前記光反射面部材と対向する表側に発光面部材を配置し、前記ユニットケースにおける前記光反射面部材と発光面部材とで挟まれる空間を中空導光領域とし、配線基板に多数個のＬＥＤを列設実装して成る２つのＬＥＤ光源を前記中空導光領域に隣接し、前記光反射面部材の中央の山形の稜線に平行な姿勢で設置し、当該中空導光領域に相反する方向から光を出射するようにし、前記２つのＬＥＤ光源それぞれからの光をそれらの光軸が前記ユニットケースの発光面部材の面に平行になるように集光して出射する、前記２つのＬＥＤ光源それぞれのＬＥＤの配列方向に細長いＬＥＤコリメータを前記２つのＬＥＤ光源それぞれの出射部に前記ＬＥＤの配列と平行に配置し、前記ＬＥＤコリメータそれぞれには、前記多数個のＬＥＤそれぞれからの光を屈折させて体内に導入する屈折集光機能部と、体内に導入した光を全反射させて前記中空導光領域に、その光軸が前記ユニットケースの発光面部材の面に平行になるように出射させる全反射集光機能部とを設け、前記ＬＥＤコリメータの屈折集光機能部には、前記ＬＥＤ光源の多数個のＬＥＤ個々の光を前記ＬＥＤの配列方向に拡散させながら体内に入射させるプリズム面を形成したことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の中空式面照明装置において、前記ユニットケースの光反射面部材は、高反射率を有する拡散反射性部材により構成したことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３の中空式面照明装置において、前記ユニットケースの発光面部材は、前記中空導光領域からの光を透過させ拡散させる光透過性拡散部材により構成したことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの中空式面照明装置において、前記ＬＥＤ光源の多数のＬＥＤそれぞれは、その光出射側がレンズの突出のない平坦なものであることを特徴とするものである。

本発明によれば、ＬＥＤ光源の出射側にＬＥＤコリメータを配置することでＬＥＤ光源の光を効率良く、かつ平行度の高い光としてユニットケース内の中空導光領域に導入し、面発光部の全体からむらなく出射させることができ、その結果として、高輝度で、かつ均斉度も高い照明光を出射でき、大型液晶表示装置のバックライトユニットとしても採用できるＬＥＤ光源、サイドライト方式の中空式面照明装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１、図２は本発明の１つの実施の形態の中空式面照明装置としての液晶表示装置用のバックライトユニットを示している。このバックライトユニットは、矩形のユニットケース１の底面中央で１つの辺に平行な線に沿い、山形に盛上り、その稜線の両側に遠ざかるほど漸次低くなる山形の光反射面部材２が配置してある。このユニットケース１の表開口面に発光面部材３が配置してある。そして、ユニットケース１に発光面部材３側からフロントフレーム４を被せ、ユニットケート１と一体化することで本実施の形態のバックライトユニットが組み上げられている。ユニットケース１内の、光反射面部材２と発光面部材３とで挟む空間部分は、中空導光領域１０となっている。

光反射面部材２は、金属あるいは樹脂の機材に高反射性、かつ拡散反射性を有する材料、例えば白色ＰＥＴフィルムや白色インクを積層させ、かつ、発光面部材３での輝度分布が均一になるように、発光面部材３との距離を変化させる形状にしてある。光拡散反射性を有する材料としては、上記の他に、鏡面反射性を持つ高反射アルミニウム等に光透過性拡散材をコーティングしたものでもよい。

発光面部材３は、少なくとも光透過拡散板３Ａに対して、さらに拡散シート３Ｂ，３Ｃ、レンズシート３Ｄ等の光学シートを重ねて構成したものであり、中空導光領域１０を通り、山形の光反射部材２に当たって反射して来た光を均一に拡散、出射させることで、発光面での輝度むらをなくし、均斉度を高くする働きをする。

ユニットケース１は、アルミニウム合金等の高熱伝導性の金属で形成されている。このユニットケース１における光反射面部材２の稜線に平行な両側面それぞれに、ＬＥＤ基板５が配置してある。このＬＥＤ基板５は、ユニットケース１の該当側面に収容できる幅を持つ細長い配線基板６上に多数個のＬＥＤ７を一列若しくは複数列に列設実装したものである。配線基板６は光熱伝導性のアルミ系、同系合金などの金属や、窒化アルミニウム等のセラミックにより形成してあり、高熱伝導性のユニットケース１の側壁にねじ止め、接着その他の手段で固定している。尚、この配線基板６とユニットケース１の側壁との間には高熱伝導性の両面テープ、シートあるいはグリースを介在させるのが好ましい。ＬＥＤ基板５上に実装されるＬＥＤ７には、所望の白色色度に合成させるための数量比で配置した赤色、緑色、青色の３色ＬＥＤ、あるいは青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体との組み合わせで白色に発光する複数のＬＥＤを用いている。

そしてＬＥＤ基板５の出射側、つまり、中空導光領域１０に面する側に、ＬＥＤ７の列を覆う形状の凹溝８が形成された細長いＬＥＤコリメータ９が配置してある。このＬＥＤコリメータ９は、ＬＥＤ基板５のＬＥＤ７からの光を中空導光領域１０の厚さ方向に集光させてこの中空導光領域１０に入光させるための部材であり、例えば、アクリルやポリカーボネートのような透明樹脂、あるいはガラスで形成されている。

図３、図４に詳しく示してあるように、ＬＥＤコリメータ９のＬＥＤ７の列に面する入射部側に凹溝８が形成されている。この凹溝８の溝壁面は、ＬＥＤ７の光軸に近い角度の放射光を体内に導光する凸形状の入射面ＩｎＡと、ＬＥＤ７の光軸から離れた角度の放射光を体内に導光する平面形状の入射面ＩｎＢ１，ＩｎＢ２となっている。ＬＥＤコリメータ９の図において下側と上側に位置する側面は、体内の光を全反射する全反射面ＴＩＲ１，ＴＩＲ２となっている。ＬＥＤコリメータ９の出射部は、入射面ＩｎＡからの入射光に対応する凸形状の出射面ＥｘＡと、入射面ＩｎＢ１，ＩｎＢ２から入射した後、全反射面ＴＩＲ１，ＴＩＲ２で全反射した光に対応する凹曲面形状の出射面ＥｘＢ１，ＥｘＢ２となっている。

上記実施の形態のバックライトユニットでは、図４に詳しく示したように、ＬＥＤコリメータ９によって、ＬＥＤ基板５のＬＥＤ７からの光を中空導光領域１０の厚み方向に集光してこの中空導光領域１０に入射させることができる。つまり、ＬＥＤコリメータ９において、ＬＥＤ７から入射面ＩｎＡに入射した光ＲＹＡは、断面凸形状の入射面ＩｎＡ及び出射面ＥｘＡにて屈折し、中空導光領域１０の厚み方向に集光される。また入射面ＩｎＢ１，ＩｎＢ２に入射した光ＲＹＢ１，ＲＹＢ２は、全反射面ＴＩＲ１，ＴＩＲ２での全反射と出射面ＥｘＢ１，ＥｘＢ２での屈折により、中空導光領域１０の厚み方向に集光される。

ＬＥＤコリメータ９から中空導光領域１０に出射した光ＲＹＡ，ＲＹＢ１，ＲＹＢ２は、形状を最適化した反射面部材２の反射面で発光面部材３の方向へ反射され、この発光面部材３の発光面から高輝度で、かつ輝度むらのない状態で出射される。

本実施の形態のバックライトユニットによれば、ＬＥＤコリメータ９の存在によって光源であるＬＥＤ７から広角度に放射される光を、光利用効率８０％以上という高効率かつ狭角度で集光させることができ、中空導光領域１０における反射損失を最低限に抑えることができ、従来の中空方式のバックライトユニットよりも輝度を向上させることができる。また、従来の中空方式のバックライトユニットでは、光源からできるだけ遠方に光を到達させるために中空導光領域の反射面を鏡面反射性、あるいはそれに近い反射特性にして、発光面に局所的な輝線などが発生していたが、本実施の形態のバックライトユニットの場合、光源の集光性が高いので、反射面を拡散反射性としても輝度均斉度を高くでき、かつ、局所的な輝線の発生も防止できる。

図５は、本実施の形態のバックライトユニット３０における、発光面の相対する２側面それぞれに設けられた一対のＬＥＤ光源５による光源ラインに直角な方向（ＬＥＤ配列方向に直角あるいはＬＥＤの光軸方向に平行な方向）を輝度分布測定ライン３１とし、その輝度分布測定ライン３１上における一対のＬＥＤ光源５による光源ライン間の輝度分布を示している。尚、ＬＥＤ光源５はこの場合、図５（ａ）のバックライトユニット３０において上下それぞれの長辺の位置に相対向するように設置されている。

尚、ＬＥＤ７とＬＥＤコリメータ９の凹溝８との寸法関係については、ＬＥＤ７のレンズ部分の最端部とＬＥＤコリメータ９の凹溝８の最縁部との間隔が０〜０．５ｍｍのトレランスが許される。この程度の公差であれば、ＬＥＤ７とＬＥＤコリメータ９とを組み合わせる際に取り付け誤差が生じたとしてもＬＥＤ７のレンズ部分とＬＥＤコリメータ９の凹溝８の溝壁面とが接触してそれ以上のずれが生ずることがなく、発光面での輝度ムラの発生が避けられるためである。

（第２の実施の形態）図６、図７を用いて、本発明の第２の実施の形態のバックライトユニットについて説明する。本実施の形態のバックライトユニットは、ＬＥＤコリメータ９Ａとして、図６、図７に示すものを用いたことを特徴とし、図１、図２に示した第１の実施の形態におけるＬＥＤコリメータ９と同様の形状であるが、凹溝８Ａの溝壁面がなす入射面ＩｎＡ，ＩｎＢ１，ＩｎＢ２をプリズム面にしている。尚、本実施の形態にあって、その他の構成は、図１、図２に示した第１の実施の形態のバックライトユニットと共通である。

本実施の形態のバックライトユニットでは、図７に示したように、ＬＥＤ基板５上のＬＥＤ７からの光は、ＬＥＤコリメータ９Ａにその凹溝８Ａの溝壁面がなす入射面ＩｎＡ，ＩｎＢ１，ＩｎＢ２から入射する時にプリズム面にて効果的にＬＥＤコリメータ方向に拡散する。したがって、ＬＥＤ７からの光は、このＬＥＤコリメータ９Ａの体内全体に拡散させた後、出射面ＥｘＡ，ＥｘＢ１，ＥｘＢ２から中空導光領域１０に出射する。そして第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤコリメータ９Ａから中空導光領域１０に出射した光は、形状を最適化した反射面部材２の反射面で発光面部材３の方向へ反射され、この発光面部材３の発光面から高輝度で、かつ輝度むらのない状態で出射される。

尚、本実施の形態では、ＬＥＤコリメータ９の凹溝８Ａの溝壁面がなす入射面ＩｎＡ，ＩｎＢ１，ＩｎＢ２をすべてプリズム面としたが、これらのうちの１面だけ、あるいは２面をプリズム面としても光拡散効果は向上する。

（第３の実施の形態）図８、図９を用いて、本発明の第３の実施の形態のバックライトユニットについて説明する。本実施の形態のバックライトユニットは、ＬＥＤコリメータ９Ｂとして、図８、図９に示すものを用いたことを特徴とし、図１、図２に示した第１の実施の形態におけるＬＥＤコリメータ９と同様の形状であるが、長手方向の両端部それぞれで凹溝８Ｂを途切れさせ、その凹溝８Ｂの溝端壁面を端部入射面ＩｎＣとし、また、ＬＥＤコリメータ９Ｂの端面を端部全反射面ＴＩＲ３にしている。尚、本実施の形態にあっても、その他の構成は、図１、図２に示した第１の実施の形態のバックライトユニットと共通である。

本実施の形態のバックライトユニットでは、図９に示したように、ＬＥＤ基板５上のＬＥＤ７からの光は、ＬＥＤコリメータ９Ｂにその凹溝８Ｂの溝壁面がなす入射面ＩｎＡ，ＩｎＢ１，ＩｎＢ２から入射すると共に、長手方向の両端部においては端部入射面ＩｎＣから入射する。そして、ＬＥＤコリメータ９Ｂの体内では、図４に示したと同様に入射光を屈折させたり全反射させたりして出向面ＥｘＡ，ＥｘＢ１，ＥｘＢ２から効果的に集光して中空導光領域１０に出射させると共に、ＬＥＤコリメータ９Ｂの両端部においては、図９に示すように、端部入射面ＩｎＣから端部体内に入射した光を端部全反射面ＴＩＲ３にて全反射させて出射面ＥｘＡ，ＥｘＢ１，ＥｘＢ２から中空導光領域１０に出射させる。

これにより、本実施の形態のバックライトユニットでは、ＬＥＤ基板５の端部に位置するＬＥＤ７からの光がユニットケース１の壁面に当たる際の反射・吸収ロスを抑えることができ、発光面の輝度を向上させることができる。

尚、この第３の実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、凹溝８Ｂの溝壁面の１面あるいは複数面をプリズム面とすることができ、それによってＬＥＤコリメータ９Ｂへの入射光の拡散度合いを向上させることができる。

（第４の実施の形態）図１０〜図１２を用いて、本発明の第４の実施の形態の中空式面照明装置としてのバックライトユニットについて説明する。本実施の形態の特徴は、ＬＥＤコリメータ９をユニットケース１に対して固定する構造にある。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と共通する要素について共通する符号を用いて説明する。

図１０に示すように、本実施の形態のバックライトユニットは、第１の実施の形態と同様、矩形のユニットケース１の底部に光反射面部材２が配置してあり、ユニットケース１の表開口面に発光面部材３が配置し、このユニットケース１内の光反射面部材２と発光面部材３とで挟む空間部分を中空導光領域１０としている。発光面部材３は、少なくとも光透過拡散板３Ａに対して、さらに拡散シート３Ｂ，３Ｃ、レンズシート３Ｄ等の光学シートを重ねて構成している。

ユニットケース１における光反射面部材２の稜線に平行な両側面それぞれに、多数個のＬＥＤ８を列設したＬＥＤ基板５を配置している。このＬＥＤ基板５は、ユニットケース１の側壁にねじ止め、接着その他の手段で固定している。そしてＬＥＤ基板５の出射側、つまり、中空導光領域１０に面する側にＬＥＤコリメータ９が配置してある。

このＬＥＤコリメータ９は、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤ基板５のＬＥＤ７からの光を中空導光領域１０の厚さ方向に集光させてこの中空導光領域１０に入光させるための部材であり、例えば、アクリルやポリカーボネートのような透明樹脂、あるいはガラスで形成されている。

図１１、図１２に詳しく示してあるように、本実施の形態の特徴として、このＬＥＤコリメータ９の両端部それぞれに矩形の凸部９２が形成してある。そして、このＬＥＤコリメータ９をユニットケース１の所定の側面に固定するための支持部材９１が用意してある。この支持部材９１はＬアングル形で、ＬＥＤコリメータ９側の端部の凸部９２と嵌合して位置決めするための矩形の支持用孔９３が形成してある。そして、ＬＥＤコリメータ９の両端部それぞれに支持部材９１を、凸部９２が支持用孔９３に嵌合させることで組みつける。尚、凸部９２の形状は、ＬＥＤコリメータ９が正規の姿勢から回転すれば支持用孔９３と嵌合できないようにするために半球形や円柱形としないことが好ましい。

本実施の形態のバックライトユニットの組み立てに当たっては、ユニットケース１の底部に反射面部材２を設置し、ＬＥＤ基板５をユニットケース１の側壁部分に固定し、さらにＬＥＤ基板５の内側にＬＥＤコリメータ９を、その両端に組み付けてある支持部材９１をユニットケース１の側壁に固定することで位置決め固定する。この支持部材９１のユニットケース１の側壁に対する固定手段は、接着剤を使用したり、両面粘着テープを使用したり、あるいはねじ止めしたりすることができる。その後のバックライトユニットの全体的な組み立ては第１の実施の形態と同様であり、最終的にフロントフレーム４をユニットケース１とを嵌合させることで完成する。

組み立て作業において、ＬＥＤ光源であるＬＥＤ基板５からの光を集光、反射、屈折させて中空導光領域部１０に正しく導くにはＬＥＤコリメータ９の姿勢を厳密に設定する必要がある。本実施の形態によれば、その組み立て作業において、支持部材９１をＬＥＤコリメータ９の両端に取り付けているので、この支持部材９１をユニットケース１の側壁に固定することでＬＥＤコリメータ９も正しい姿勢で組み付けることができ、ＬＥＤコリメータ９の取り付け誤差を最小限に抑え、取り付け誤差によって生じるバックライトユニットとしての発光面での輝度ムラの発生が予防できる。

尚、本実施の形態ではＬＥＤコリメータ９の両端面に凸部９２を形成し、支持部材９１側に支持用孔９３を形成して凹凸嵌合させるようにした。しかしながら、これに代えて、図１３、図１４に示したように、ＬＥＤコリメータ９の両端面に凹部９２’を形成し、支持部材９１側に支持用凸部９３’を形成して凹凸嵌合させるようにすることもできる。

また、本実施の形態にあっても、ＬＥＤコリメータ９については、第２の実施の形態のＬＥＤコリメータ９Ａ、第３の実施の形態のＬＥＤコリメータ９Ｂと同様の構造のものを採用することができる。

（第５の実施の形態）図１５〜図１７を用いて、本発明の第５の実施の形態の中空式面照明装置としてのバックライトユニットについて説明する。本実施の形態の特徴は、配線基板６上に列設するＬＥＤ７Ａの構造にある。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と共通する要素については共通する符号を用いて説明する。 本実施の形態のバックライトユニットは、図１に示した第１の実施の形態と同様の機器構成であり、第１の実施の形態と同様、矩形のユニットケース１の底部に光反射面部材２を配置し、ユニットケース１の表開口面に発光面部材３を配置し、このユニットケース１内の光反射面部材２と発光面部材３とで挟む空間部分を中空導光領域１０とし、ユニットケース１の側壁にＬＥＤ基板５を設置し、さらに発光面部材３側からフロントフレーム４を被せ、ユニットケート１と一体化することでバックライトユニットを構成している。

本実施の形態にあっては、ＬＥＤ基板５に列設するＬＥＤ７Ａが第１の実施の形態のＬＥＤ７と構造が異なり、レンズ部を持たない扁平なＬＥＤパッケージである。また、ＬＥＤコリメータ９Ｃについても、第１の実施の形態のＬＥＤコリメータ９と材質は同じものであるが、形状が異なっていて、全体の形状がより扁平で幅狭くなっている。図１７（ａ）、（ｂ）に本実施の形態で採用するＬＥＤコリメータ９Ｃと第１の実施の形態で採用したＬＥＤコリメータ９とを対比して示してある。本実施の形態のＬＥＤコリメータ９Ｃの幅Ｈ１は第１の実施の形態のＬＥＤコリメータ９の幅Ｈ２よりも狭くＨ１＜Ｈ２であり、厚みもＬ１＜Ｌ２である。

図１５、図１６に詳しく示してあるように、ＬＥＤコリメータ９ＣのＬＥＤ７Ａの列に面する入射部側に凹溝８Ｃが形成されている。この凹溝８Ｃの溝壁面は、ＬＥＤ７Ａからの光軸に近い角度の放射光を体内に導光するほぼ平坦な入射面ＩｎＡ’と、ＬＥＤ７の光軸から離れた角度の放射光を体内に導光する平面形状の入射面ＩｎＢ１，ＩｎＢ２となっている。ＬＥＤコリメータ９Ｃの図において下側と上側に位置する側面は、体内の光を全反射する全反射面ＴＩＲ１，ＴＩＲ２となっている。ＬＥＤコリメータ９Ｃの出射部は、入射面ＩｎＡからの入射光に対応する凸形状の出射面ＥｘＡと、入射面ＩｎＢ１，ＩｎＢ２から入射した後、全反射面ＴＩＲ１，ＴＩＲ２で全反射した光に対応する凹曲面形状の出射面ＥｘＢ１，ＥｘＢ２となっている。

本実施の形態にあっても、図１６に詳しく示したように、ＬＥＤコリメータ９Ｃによって、平坦なＬＥＤ７Ａからの光を中空導光領域１０の厚み方向に集光してこの中空導光領域１０に発光面にほぼ平行な光にして入射させることができる。

本実施の形態のバックライトユニットによれば、第１の実施の形態と同様にＬＥＤコリメータ９Ｂの存在によって光源であるＬＥＤ７Ａから広角度に放射される光を、光利用効率８０％以上という高効率かつ狭角度で集光させることができ、中空導光領域１０における反射損失を最低限に抑えることができ、従来の中空方式のバックライトユニットよりも輝度を向上させることができる。また、本実施の形態のバックライトユニットの場合、光源の集光性が高いので、反射面を拡散反射性としても輝度均斉度を高くでき、かつ、局所的な輝線の発生も防止できる。

尚、本実施の形態にあっても、ＬＥＤコリメータ９Ｃについては、第２の実施の形態のＬＥＤコリメータ９Ａ、第３の実施の形態のＬＥＤコリメータ９Ｂと同様の構造のものを採用することができる。また、ＬＥＤコリメータ９Ｃの両端部の固定のために第４の実施の形態の構造を採用することができる。

（第６の実施の形態）図１８を用いて、本発明の第６の実施の形態の中空式面照明装置としてのバックライトユニットについて説明する。本実施の形態の特徴は、ユニットケース１の底部に片スロープになった反射面部材２Ａを設置し、ユニットケース１の片サイドに設置したＬＥＤ基板５のＬＥＤから中空導光領域１０に光を入射させ、反射面部材２にて発光面部材３側に反射させる片側入射タイプのバックライトユニットの構造にある。尚、本実施の形態にあって、その他の構成は図１、図２に示した第１の実施の形態と共通であり、図１８において共通する要素には同一の符号を付して示してある。

本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

尚、本実施の形態のバックライトユニットにおいても、ＬＥＤコリメータ９に代えて第２の実施の形態のようなＬＥＤコリメータ９Ａ、第３の実施の形態のようなＬＥＤコリメータ９Ｂを採用することができ、また、ＬＥＤ７、ＬＥＤコリメータ９に代えて第５の実施の形態のような扁平なＬＥＤ７ＡとＬＥＤコリメータ９Ｃを採用することもできる。さらに、ＬＥＤコリメータ９の両端部の固定のために第４の実施の形態の構造を採用することもできる。

本発明の第１の実施の形態のバックライトユニットの分解斜視図。 上記実施の形態のバックライトユニットの断面図。 上記実施の形態で採用したＬＥＤコリメータの一部破断斜視図。 上記実施の形態におけるＬＥＤコリメータの集光特性を示す断面図。 上記実施の形態のバックライトユニットの輝度分布特性を示すグラフ。 本発明の第２の実施の形態のバックライトユニットにおいて採用したＬＥＤコリメータの一部破断斜視図。 上記実施の形態におけるＬＥＤコリメータの光拡散特性を示す断面図。 本発明の第３の実施の形態のバックライトユニットにおいて採用したＬＥＤコリメータの一部破断斜視図。 上記実施の形態におけるＬＥＤコリメータの端面における光線の挙動を示す断面図。 本発明の第４の実施の形態のバックライトユニットの分解斜視図。 上記実施の形態におけるＬＥＤコリメータの端部と支持部材とを示す分解斜視図。 上記実施の形態におけるＬＥＤコリメータの支持構造を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）、平面図（ｃ）。 上記実施の形態におけるＬＥＤコリメータの支持構造の変形例を示す正面図（ａ）、平面図（ｂ）。 上記実施の形態におけるＬＥＤコリメータの端部を支持する支持部材の変形例の斜視図。 本発明の第５の実施の形態のバックライトユニットにおいて採用するＬＥＤコリメータの一部破断斜視図。 上記実施の形態におけるＬＥＤとＬＥＤコリメータとの配置関係およびＬＥＤコリメータの集光特性を示す断面図。 上記実施の形態において採用するＬＥＤコリメータと第１の実施の形態において採用するＬＥＤコリメータとの寸法関係を対比して示す断面図。 本発明の第６の実施の形態のバックライトユニットの断面図。

符号の説明

１ ユニットケース
２，２Ａ 反射面部材
３ 発光面部材
４ フロントフレーム
５ ＬＥＤ基板
６ 配線基板
７，７Ａ ＬＥＤ
８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ 凹溝
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ ＬＥＤコリメータ
１０ 中空導光領域
９１ 支持部材
９２ 凸部
９３ 支持用孔
ＩｎＡ，ＩｎＡ’，ＩｎＢ１，ＩｎＢ２ 入射面
ＥｘＡ，ＥｘＢ１，ＥｘＢ２ 出射面
ＴＩＲ１，ＴＩＲ２ 全反射面
ＩｎＣ 端部入射面
ＴＩＲ３ 端部全反射面

Claims (5)

1. 中空のユニットケースの底面側に、その底面の中央で１つの辺に平行な線に沿い山形に盛上り、その稜線の両側に遠ざかるほどに漸次低くなる山形の光反射面部材を配置し、
   前記ユニットケースの前記光反射面部材と対向する表側に発光面部材を配置し、
   前記ユニットケースにおける前記光反射面部材と発光面部材とで挟まれる空間を中空導光領域とし、
   配線基板に多数個のＬＥＤを列設実装して成る２つのＬＥＤ光源を前記中空導光領域に隣接し、前記光反射面部材の中央の山形の稜線に平行な姿勢で設置し、当該中空導光領域に相反する方向から光を出射するようにし、
   前記２つのＬＥＤ光源それぞれからの光をそれらの光軸が前記ユニットケースの発光面部材の面に平行になるように集光して出射する、前記２つのＬＥＤ光源それぞれのＬＥＤの配列方向に細長いＬＥＤコリメータを前記２つのＬＥＤ光源それぞれの出射部に前記ＬＥＤの配列と平行に配置し、当該ＬＥＤコリメータの長手方向の中央部にその長手方向に沿って形成された凹溝内に前記多数個のＬＥＤそれぞれの発光部を収容した状態にし、
   前記ＬＥＤコリメータそれぞれには、前記多数個のＬＥＤそれぞれからの光を屈折させて体内に導入する屈折集光機能部と、体内に導入した光を全反射させて前記中空導光領域に、その光軸が前記ユニットケースの発光面部材の面に平行になるように出射させる全反射集光機能部とを設け、
   前記ＬＥＤコリメータに形成された前記凹溝の溝壁面は、前記多数個のＬＥＤそれぞれの光軸に近い角度の方向の放射光を当該ＬＥＤコリメータ内に導光する凸形状の第１の入射面と、当該第１の入射面の上下両側に隣接し、前記多数個のＬＥＤそれぞれの光軸から離れた角度の方向の放射光を当該ＬＥＤコリメータ内に導光する平面形状の第２の入射面とし、
   前記ＬＥＤコリメータの下側と上側に位置する側面は、当該ＬＥＤコリメータ内の光を前方に全反射する全反射面とし、
   前記ＬＥＤコリメータの前記凹溝と反対側の出射部の側面は、前記第１の入射面から入射した入射光に対応する凸形状の第１の出射面と、当該第１の出射面の上下両側に隣接し、前記第２の入射面から入射した後、前記上下の全反射面それぞれで全反射した光に対応する凹曲面形状の第２の出射面とし、
   前記屈折集光機能部は、前記ＬＥＤコリメータにおける前記第１の入射面から前記第１の出射面に至る部分とし、前記全反射集光機能部は、前記ＬＥＤコリメータにおける前記第２の入射面から前記全反射面を経て前記第２の出射面に至る部分としたことを特徴とする中空式面照明装置。
2. 中空のユニットケースの底面側に、その底面の中央で１つの辺に平行な線に沿い山形に盛上り、その稜線の両側に遠ざかるほどに漸次低くなる山形の光反射面部材を配置し、
   前記ユニットケースの前記光反射面部材と対向する表側に発光面部材を配置し、
   前記ユニットケースにおける前記光反射面部材と発光面部材とで挟まれる空間を中空導光領域とし、
   配線基板に多数個のＬＥＤを列設実装して成る２つのＬＥＤ光源を前記中空導光領域に隣接し、前記光反射面部材の中央の山形の稜線に平行な姿勢で設置し、当該中空導光領域に相反する方向から光を出射するようにし、
   前記２つのＬＥＤ光源それぞれからの光をそれらの光軸が前記ユニットケースの発光面部材の面に平行になるように集光して出射する、前記２つのＬＥＤ光源それぞれのＬＥＤの配列方向に細長いＬＥＤコリメータを前記２つのＬＥＤ光源それぞれの出射部に前記ＬＥＤの配列と平行に配置し、
   前記ＬＥＤコリメータそれぞれには、前記多数個のＬＥＤそれぞれからの光を屈折させて体内に導入する屈折集光機能部と、体内に導入した光を全反射させて前記中空導光領域に、その光軸が前記ユニットケースの発光面部材の面に平行になるように出射させる全反射集光機能部とを設け、
   前記ＬＥＤコリメータの屈折集光機能部には、前記ＬＥＤ光源の多数個のＬＥＤ個々の光を前記ＬＥＤの配列方向に拡散させながら体内に入射させるプリズム面を形成したことを特徴とする中空式面照明装置。
3. 前記ユニットケースの光反射面部材は、高反射率を有する拡散反射性部材により構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の中空式面照明装置。
4. 前記ユニットケースの発光面部材は、前記中空導光領域からの光を透過させ拡散させる光透過性拡散部材により構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空式面照明装置。
5. 前記ＬＥＤ光源の多数のＬＥＤそれぞれは、その光出射側がレンズの突出のない平坦なものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空式面照明装置。

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