JP6205768B2

JP6205768B2 - 線状光源装置

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Publication number: JP6205768B2
Application number: JP2013051150A
Authority: JP
Inventors: 松島　竹夫; 竹夫松島
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: JP2014179182A

Description

本発明は、複数の発光ダイオードおよびシリンドリカルレンズを備えた線状光源装置に関する。

液晶パネルの製造工程においては、例えば、以下のようにしてセル内に液晶材料が封入される。
先ず、セルを構成する一方の透光性基板の表面に、紫外線硬化型封止剤を塗布することにより、液晶材料が封入される領域を包囲する枠状の封止剤層を形成する。次いで、一方の透光性基板の表面における封止剤層に包囲された領域に、液晶材料を塗布する。その後、一方の透光性基板上に他方の透光性基板を重ね合わせる。そして、この状態で、一方の透光性基板を介して封止剤層に紫外線を照射することにより、当該封止剤層を硬化させて２枚の透光性基板を貼り合わせる。

上記の液晶パネルの製造工程において、液晶材料に紫外線が照射されることを回避しながら封止剤層に紫外線を照射することが必要である。そのため、封止剤層に紫外線を照射する手段として、線状光源装置が用いられている。
このような線状光源装置としては、従来、一方向に沿って並ぶよう配置された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）と、一方向に沿って伸びるよう配置された、ＬＥＤからの光を被照射物に投射するシリンドリカルレンズとを備えてなる線状光源装置が知られている（特許文献１乃至特許文献３参照。）。

特開平７−６４２０８号公報国際公開２０１０／１２５８３６号特開２０１１−１５９４２４号公報

上記の線状光源装置においては、被照射物（例えば封止剤層）の長手方向の寸法に応じて、ＬＥＤの数やシリンドリカルレンズの長軸方向の長さが設定される。すなわち、長手方向の寸法が異なる被照射物に対しては、被照射物毎に線状光源装置を設計することが必要となるため、種々の被照射物に対する汎用性が低い、という問題がある。
このような問題を解決するためには、長軸方向の長さが被照射物の長手方向の寸法よりも相当に短いシリンドリカルレンズと、複数のＬＥＤとからなる光学ユニットを作製し、この光学ユニットの複数を、被照射物の長手方向の寸法に応じて連結する構成が考えられる。

しかしながら、このような構成の線状光源装置においては、以下のような問題があることが判明した。
図７（ａ）は、単一の光学ユニットによる光の照度分布を示す説明図であり、図７（ｂ）は、複数の光学ユニットを連結した場合における光の照度分布を示す説明図である。シリンドリカルレンズ９１の端面９１ａは、通常、光学的に利用されないため、研磨処理などが施されていない。すなわち、シリンドリカルレンズ９１の端面９１ａは、粗面とされているため、ＬＥＤ９０からシリンドリカルレンズ９１の端面９１ａに向かって進む光は、当該端面９１ａにおいて光量が減少する。このような光学ユニット９５によって得られる線状の光照射領域においては、図７（ａ）に示すように、その長手方向の端部に向かうに従って照度が大きく低下する。そして、複数の光学ユニット９５を連結した場合には、得られる線状の光照射領域においては、図７（ｂ）に示すように、隣接するシリンドリカルレンズ９１の各々における互いに接する端面９１ａの近傍に位置する箇所において、照度が局所的に低下する。従って、光学ユニットの複数を連結する構成では、長手方向における照度の均一性が高い光照射領域を形成することは困難である。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、長手方向の寸法が異なる種々の被照射物に対する汎用性が高く、しかも、光照射領域の長手方向において、照度の高い均一性が得られる線状光源装置を提供することにある。

本発明の線状光源装置は、一方向に沿って並ぶよう配置された複数のＬＥＤ配列単位と、それぞれ前記一方向に伸びるよう配置されて連接された、前記ＬＥＤ配列単位におけるＬＥＤからの光を投射する複数のシリンドリカルレンズとを備えてなり、
隣接する前記ＬＥＤ配列単位は、ＬＥＤの配置パターンが互いに鏡像の関係にあり、
隣接する前記シリンドリカルレンズの端面による境界面は、隣接する前記ＬＥＤ配列単位に係る前記鏡像の対称面のいずれかと同一平面上に位置され、
全ての前記シリンドリカルレンズの両端面の各々は、当該シリンドリカルレンズ内を進行する光に対する光反射面とされていることを特徴とする。

本発明の線状光源装置においては、少なくとも１つ以上の前記ＬＥＤ配列単位を有するＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤからの光を投射する前記シリンドリカルレンズと、前記ＬＥＤモジュールおよび前記シリンドリカルレンズを結合する結合部材とよりなる光学ユニットの複数が、前記一方向に沿って並ぶよう配置されてなることが好ましい。

本発明の線状光源装置によれば、複数のＬＥＤ配列単位と複数のシリンドリカルレンズとを有するため、被照射物の長手方向の寸法に応じて、ＬＥＤ配列単位およびシリンドリカルレンズの各々の数を変更することにより、長手方向の寸法が異なる種々の被照射物に対して高い汎用性が得られる。
また、隣接するＬＥＤ配列単位のＬＥＤの配置パターンが互いに鏡像の関係にあり、この鏡像の対称面と、隣接するシリンドリカルレンズの端面による境界面とが同一平面上に位置され、当該シリンドリカルレンズの端面が光反射面とされているため、光照射領域の長手方向において照度の高い均一性が得られる。

本発明の線状光源装置の一例における構成を示す説明図である。（ａ）は、光学ユニットの一例における構成を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）に示す光学ユニットの複数が互いに連結された状態を示す説明図である。隣接するＬＥＤ配列単位間において、それぞれのＬＥＤからの光の進む方向を示す説明図である。本発明の線状光源装置の他の例における構成を示す説明図である。本発明の線状光源装置の他の例における構成を示す説明図である。（ａ）は、実施例１で作製した単一の光学ユニットによる光の照度分布を示す説明図であり、（ｂ）は、実施例１に係る線状光源装置による光の照度分布を示す説明図である。（ａ）は、単一の光学ユニットによる光の照度分布を示す説明図であり、（ｂ）は、複数の光学ユニットを連結した場合における光の照度分布を示す説明図である。

以下、本発明の線状光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の線状光源装置の一例における構成を示す説明図である。この線状光源装置は、一方向（図１において左右方向）に沿って並ぶよう配置された、それぞれ平面形状が矩形の複数のＬＥＤ配列単位１０を有する。このＬＥＤ配列単位１０の各々は、基板１１上に配置された複数（図示の例では２個）のＬＥＤ１２により構成されている。このＬＥＤ配列単位１０においては、基板１１がＬＥＤ配列単位１０毎に独立して設けられていてもよいが、複数のＬＥＤ配列単位１０が共通の基板１１に形成されていてもよい。
ＬＥＤ配列単位１０に対向する位置（図１において上方位置）には、ＬＥＤ配列単位１０におけるＬＥＤ１２からの光を投射する複数のシリンドリカルレンズ２０が、ＬＥＤ配列単位１０が並ぶ一方向に伸びるよう配置されて互いに連接されている。

この例の線状光源装置は、一方向に沿って並ぶ複数（図示の例では２個または３個）のＬＥＤ配列単位１０を有するＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤ１２からの光を投射するシリンドリカルレンズ２０とを備えた複数の光学ユニット３０が、一方向に沿って並ぶよう配置されて構成されている。

図２（ａ）は、光学ユニットの一例における構成を示す説明図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す光学ユニットの複数が互いに連結された状態を示す説明図である。この光学ユニット３０には、ＬＥＤモジュール１５とシリンドリカルレンズ２０と結合する結合部材３５が設けられている。この結合部材３５には、当該光学ユニット３０と他の光学ユニット３０とを連結するための連結機構として、連結ピン３６および連結穴３７が設けられている。また、ＬＥＤモジュール１５の裏面には、当該ＬＥＤモジュール１５を冷却するための冷却フィン３８が設けられている。

本発明の線状光源装置においては、複数のＬＥＤ配列単位１０のうち、隣接するＬＥＤ配列単位１０同士は、それらの間の対称面１０ｓに対してＬＥＤ１２の配置パターンが互いに鏡像の関係にある。図示の例では、全てのＬＥＤ配列単位１０におけるＬＥＤ１２の各々が、同一のピッチで、ＬＥＤ配列単位１０が並ぶ方向に沿って一直線上に並ぶよう配置されている。具体的には、一のＬＥＤ配列単位１０における隣接するＬＥＤ１２間のピッチが同一であり、当該ＬＥＤ１２間のピッチと、隣接するＬＥＤ配列単位１０間における隣接するＬＥＤ１２間のピッチとが同一である。

また、隣接するシリンドリカルレンズ２０の各々の端面２０ａによる境界面２０ｂは、隣接するＬＥＤ配列単位１０に係る鏡像の対称面１０ｓのいずれかと同一平面上に位置されている。図示の例では、光学ユニット３０におけるＬＥＤ１２の数をｎ、ＬＥＤ１２のピッチをａ（ｍｍ）としたとき、シリンドリカルレンズ２０の長軸方向の長さがｎ×ａ（ｍｍ）とされ、光学ユニット３０における最も外側に位置するＬＥＤ１２は、シリンドリカルレンズ２０の端面から長軸方向内方にａ／２（ｍｍ）離間した位置に対応する位置に配置されている。

また、シリンドリカルレンズ２０の各々の端面２０ａは、当該シリンドリカルレンズ２０内を進行する光に対する光反射面とされている。具体的には、シリンドリカルレンズ２０の端面２０ａは、研磨等によって鏡面仕上げがなされることにより、光の全反射を利用した光反射面とされている。

ＬＥＤ１２は、特に限定されず、線状光源装置の具体的な用途に応じて適宜選択して用いられる。例えば、線状光源装置を、液晶パネルの製造工程における封止剤層の硬化処理に用いる場合には、ＬＥＤ１２としては、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される半導体よりなるものを用いることができる。このような半導体よりなるＬＥＤ１２においては、Ｉｎ、ＡｌおよびＧａ組成比を調整することにより、所要の波長の光が得られる。

シリンドリカルレンズ２０を構成する材料は、ＬＥＤ１２からの光の波長に応じて適宜選択され、その具体例としては、ホウ珪酸硝子、シリカ硝子などが挙げられる。

上記の線状光源装置においては、ＬＥＤ配列単位１０の各々におけるＬＥＤ１２からの光が、シリンドリカルレンズ２０を介して被照射物に照射される。このとき、図３に示すように、一のＬＥＤ配列単位１０ａにおいて、ＬＥＤ１２からシリンドリカルレンズ２０の端面２０ａに向かって進む光Ｌ１は、当該端面２０ａによって反射され、その反射光Ｌ２が被照射物に照射される。また、ＬＥＤ配列単位１０ａに隣接するＬＥＤ配列単位１０ｂにおいて、ＬＥＤ１２からシリンドリカルレンズ２０の端面２０ａに向かって進む光Ｌ３は、当該端面２０ａによって反射され、その反射光Ｌ４が被照射物に照射される。

而して、互いに隣接するＬＥＤ配列単位１０ａおよびＬＥＤ配列単位１０ｂは、シリンドリカルレンズ２０の端面２０ａによる境界面２０ｂと同一平面上にある対称面１０ｓに対して、ＬＥＤ１２の配置パターンが互いに鏡像の関係にある。このため、ＬＥＤ配列単位１０ａのＬＥＤ１２からの光Ｌ１の反射光Ｌ２の光軸は、隣接するＬＥＤ配列単位１０ｂにおけるＬＥＤ１２からシリンドリカルレンズ２０の端面２０ａに向かって進む光Ｌ３の光軸と一致する。一方、ＬＥＤ配列単位１０ｂのＬＥＤ１２からの光Ｌ３の反射光Ｌ４の光軸は、隣接するＬＥＤ配列単位１０ａにおけるＬＥＤ１２からシリンドリカルレンズ２０の端面２０ａに向かって進む光Ｌ１の光軸と一致する。
すなわち、ＬＥＤ配列単位１０ａのＬＥＤ１２からの光Ｌ１の反射光Ｌ２は、隣接するＬＥＤ配列単位１０ｂにおけるＬＥＤ１２からの光Ｌ３がシリンドリカルレンズ２０の端面２０ａを透過したときの光とみなすことができる。一方、ＬＥＤ配列単位１０ｂのＬＥＤ１２からの光Ｌ３の反射光Ｌ４は、隣接するＬＥＤ配列単位１０ａにおけるＬＥＤ１２からの光Ｌ１がシリンドリカルレンズ２０の端面２０ａを透過したときの光とみなすことができる。そして、反射光Ｌ２および反射光Ｌ４の光量は、ＬＥＤ１２からの光Ｌ１，Ｌ３に比較して大きく減衰することがない。従って、線状光源装置による線状の光照射領域の長手方向において、局所的に照度が低下することを抑制することができる。

上記の線状光源装置によれば、複数のＬＥＤ配列単位１０と複数のシリンドリカルレンズ２０とを有するため、被照射物の長手方向の寸法に応じて、ＬＥＤ配列単位１０およびシリンドリカルレンズ２０の各々の数を変更することにより、長手方向の寸法が異なる種々の被照射物に対して高い汎用性が得られる。
また、隣接するＬＥＤ配列単位１０のＬＥＤ１２の配置パターンが互いに鏡像の関係にあり、この鏡像の対称面１０ｓと、隣接するシリンドリカルレンズ２０の端面２０ａによる境界面２０ｓとが同一平面上に位置され、当該シリンドリカルレンズ２０の端面２０ａが光反射面とされているため、光照射領域の長手方向において照度の高い均一性が得られる。

以上、本発明の線状光源装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、以下のような種々の変更を加えることが可能である。
ＬＥＤ配列単位１０におけるＬＥＤ１２の配置パターンは、隣接するＬＥＤ配列単位１０におけるＬＥＤ１２の配置パターンと鏡像の関係にあれば、ＬＥＤ配列単位１０が並ぶ方向に沿って一直線上に並ぶパターン以外のパターンであってもよい。例えば図４に示すように、ＬＥＤ１２は、ＬＥＤ配列単位１０を構成する基板１１における矩形の領域の対角線上に沿って並ぶよう配置されていてもよい。
また、図５に示すように、各ＬＥＤ１２上には、当該ＬＥＤ１２からの光の広がり角度を小さくするためのレンズ１３が設けられていてもよい。

以下、本発明の線状光源装置の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〈実施例１〉
図１および図２に示す構成に従い、下記の仕様の線状光源装置を作製した。
・ＬＥＤ配列単位（１０）の平面寸法：１０ｍｍ×２０ｍｍ
・光学ユニット（３０）におけるＬＥＤ配列単位（１０）の数：５個
・ＬＥＤ（１２）の構成：Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される半導体よりなるもの（ピーク波長＝３６５ｎｍ）
・ＬＥＤ配列単位（１０）におけるＬＥＤ（１２）の数：１個（光学ユニットにおけるＬＥＤ（１２）の数（ｎ）＝５個）
・ＬＥＤ（１２）のピッチ（ａ）：１０ｍｍ
・シリンドリカルレンズ（２０）の材質：シリカ硝子
・シリンドリカルレンズ（２０）の長軸方向の長さ（ｎ×ａ）：５０ｍｍ
・シリンドリカルレンズ（２０）の端面（２０ａ）による光反射面の構成：研磨による鏡面仕上げ（光の全反射を利用した光反射面）
・ＬＥＤ配列単位（１０）とシリンドリカルレンズ（２０）との離間距離：３０ｍｍ
・光学ユニット（３０）の数：２個

〈比較例１〉
シリンドリカルレンズ（２０）の端面（２０ａ）を光反射面としなかったこと以外は、実施例１と同様の構成の線状光源装置を作製した。

実施例１および比較例１に係る線状光源装置を点灯し、光照射領域の長手方向の照度分布を測定した。
図６（ａ）は、実施例１で作製した単一の光学ユニットによる光の照度分布を示す説明図であり、図６（ｂ）は、実施例１に係る線状光源装置による光の照度分布を示す説明図である。
実施例１で作製した光学ユニットにおいては、図６（ａ）に示すように、光照射領域の長手方向の端部近傍における照度の低下が抑制されていることが理解される。そして、図６（ｂ）に示すように、実施例１に係る線状光源装置によれば、光照射領域におけるシリンドリカルレンズ（２０）の端面近傍に位置する箇所の照度が低下することがなく、従って、光照射領域の長手方向において照度の高い均一性が得られることが確認された。
これに対して、比較例１に係る線状光源装置においては、光照射領域における長手方向において、局所的に照度が低下しているため、照度の高い均一性が得られなかった。

１０，１０ａ，１０ｂＬＥＤ配列単位
１０ｓ対称面
１１基板
１２ＬＥＤ
１３レンズ
１５ＬＥＤモジュール
２０シリンドリカルレンズ
２０ａ端面
２０ｂ境界面
３０光学ユニット
３５結合部材
３６連結ピン
３７連結穴
３８冷却フィン
９０ＬＥＤ
９１シリンドリカルレンズ
９１ａ端面
９５光学ユニット

Claims

一方向に沿って並ぶよう配置された複数のＬＥＤ配列単位と、それぞれ前記一方向に伸びるよう配置されて連接された、前記ＬＥＤ配列単位におけるＬＥＤからの光を投射する複数のシリンドリカルレンズとを備えてなり、
隣接する前記ＬＥＤ配列単位は、ＬＥＤの配置パターンが互いに鏡像の関係にあり、
隣接する前記シリンドリカルレンズの端面による境界面は、隣接する前記ＬＥＤ配列単位に係る前記鏡像の対称面のいずれかと同一平面上に位置され、
全ての前記シリンドリカルレンズの両端面の各々は、当該シリンドリカルレンズ内を進行する光に対する光反射面とされていることを特徴とする線状光源装置。
少なくとも１つ以上の前記ＬＥＤ配列単位を有するＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤからの光を投射する前記シリンドリカルレンズと、前記ＬＥＤモジュールおよび前記シリンドリカルレンズを結合する結合部材とよりなる光学ユニットの複数が、前記一方向に沿って並ぶよう連接されてなることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。