JP6414465B2

JP6414465B2 - 照明装置

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Publication number: JP6414465B2
Application number: JP2014261099A
Authority: JP
Inventors: 勇作阿地
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: JP2016122539A

Description

本発明は、照明装置、特に導光板を用いて構成した照明装置に関する。

液晶表示装置のバックライトとして、導光板を用いた面状照明装置が広く用いられている。この面状照明装置は、平面視矩形状の導光板の一端面に光源を対向して配置し、この一端面から入射される光を、導光板の一方の主面から出射させる。この面状照明装置の光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。

しかしながら、発光ダイオードを光源に用いた面状照明装置は、光出射面の全面において均一な輝度を得ることが難しく、特に、導光板の光源側縁部に異常に明るい部位（異常明部）が生じる。そこで、特許文献１には、基板に銅配線パターンによる遮光膜を形成して異常明部をなくすことが開示されている。また、特許文献２には、導光板の光出射面の光源側端部に黒色インクの光吸収層を設けて、異常明部の発生を阻止することが開示されている。

特開２００８−１０３３１号公報特開２００４−２１３９２１号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された従来の面状照明装置は、異常明部をなくすことができても、それによる光損失が大きいという問題があった。

そこで、本発明は、光損失を抑えながら光出射面における異常明部の発生を抑制することができる照明装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係る一形態の照明装置は、上面と下面と複数の側面とを有し、前記複数の側面のうちの１つを光入射面とし、前記上面を光出射面とする導光板と、実装面と第１端面とを有する基板と、前記実装面上に前記第１端面から離れて且つ前記光入射面に対向して実装された発光装置と、を備え、
前記基板は、前記実装面における前記発光装置と前記第１端面の間に、前記導光板の上面又は下面の前記光入射面側の一部と対向するように設けられた第１領域を有し、
前記第１領域は、光反射部と光吸収部を有することを特徴とする。

以上のように構成された本発明に係る一形態の照明装置は、光損失を抑えながら光出射面における異常明部の発生を抑制することができる。

実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。実施形態の照明装置における第１領域の構成の一例を示す平面図である。実施形態の照明装置における第１領域の構成の他の例を示す平面図である。図１のＡ−Ａ断面の一部を拡大して示す断面図である。変形例の照明装置の断面の一部を拡大して示す断面図である。実施形態及び変形例の照明装置に使用することができる一例の発光装置を発光面側から見た平面図である。図６のＡ−Ａ断面の断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る照明装置について図面を参照しながら詳細に説明する。但し、以下に説明する照明装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

図１は、実施形態に係る照明装置１の平面図である。図２は、実施形態の照明装置１における第１領域の構成の一例を示す平面図である。図４は、図１のＡ−Ａ断面の一部を拡大して示す断面図である。図６は、実施形態及び変形例の照明装置に使用することができる一例の発光装置を発光面側から見た平面図である。図７は、図６のＡ−Ａ断面の断面図である。実施形態の照明装置１は、例えば、携帯端末機器の液晶表示装置のバックライトに用いられる。
実施形態の照明装置１は、ケース２と、導光板３と、発光装置５と、発光装置５が実装された基板９とを備え、以下のように構成される。

ケース２は、例えば、樹脂からなる。図１に示すように、ケース２は、箱形であり、平面視略矩形状の底板２１と、底板２１の上面の周囲に一体に設けられた側板とを有する。以下の説明では、図１に示すように、発光装置５の近くに位置する側板を２２ｂの符号を付して示し、側板２２ｂの反対側に位置する側板を２２ａの符号を付して示す。また、残りの２つの側板に２２ｓの符号を付して示す。

導光板３は、対向する２つの主面（上面及び下面）と複数（ここでは４つ）の側面を有する平面視略矩形状の板部材からなり、４つの側面のうちの１つの側面を光入射面３１とし、２つの主面のうち一方の主面（上面）のほぼ全面を光出射面３３ａとしている。
より具体的には、導光板３は、光入射面３１に沿った所定の幅の領域からなる入射領域３０と導光領域３３とを含み、導光領域３３の上面を光出射面３３ａとしている。すなわち、導光板３全体をみると、導光板３の一方の主面（上面）の入射領域３０の上面を除いた面が光出射面３３ａを構成している。

基板９は、図２に示すように、ケース２内に取り付けられたときに側板２２ｂに対向する第２端面（後端面）９ｂと、第２端面の反対側の端面である第１端面（前端面）９ａと、ケース２の底板２１に対向する裏面と、裏面の反対側の実装面９ｍとを有する。基板９の実装面９ｍは、平面視において、第２端面９ｂ側の辺と第１端面９ａ側の辺とを長辺とする長方形である。基板９の実装面９ｍにおいて、発光装置５が実装される実装領域は、第１端面９ａから所定の距離だけ離れた位置にあり、実装領域と第１端面９ａの間に第１領域１５が形成される。基板９の実装面９ｍにおいて、第１領域１５及び発光装置５の実装領域以外の領域は、第２領域である。第１領域１５は、光吸収部と光反射部を有する。第１領域１５は、反射抑制領域と称してもよい。第１領域１５は、例えば、複数の光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを含み、光出射面３３ａの発光装置５に近い端部に異常に明るい部位（以下、異常明部という）が生じるのを抑制する。以下の説明において、光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを区別して説明する必要がないときには、単に、光吸収部７と表記する。
本実施形態では、複数の光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、図２及び図３に示すように、例えば、第１端面９ａに近い位置に形成される（すなわち発光装置５の発光面５ａから離れた）ものほど、幅が広くなるように形成されており、これにより、光出射面３３ａにおける異常明部の発生を効果的に抑制することができる。
ここで、第１領域１５において、光吸収部が形成されていない発光装置５と光吸収部７ａの間の領域を光反射部６ａといい、光吸収部７ａと光吸収部７ｂの間の領域を光反射部６ｂといい、光吸収部７ｂと光吸収部７ｃの間の領域を光反射部６ｃといい、光吸収部７ｃと光吸収部７ｄの間の領域を光反射部６ｄという。このように、本実施形態では、図２に示すように、複数の光反射部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと複数の光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはそれぞれ帯状に形成されており、発光装置５側から交互に設けられている。また、図２に示す例では、複数の光反射部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと複数の光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはそれぞれ発光装置５の発光面５ａに略平行である。尚、光反射部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、光吸収部７に比較して反射率が高ければよく、基板９の特別の処理が施されていない表面（例えば第２領域と同様の表面）により構成されていてもよいし、反射層を形成するようにしてもよい。また、本実施形態では、複数の光反射部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、図２に示すように、幅が略一定に形成されている。以下の説明において、光反射部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを区別して説明する必要がないときには、単に、光反射部６と表記する。

光吸収部７は、例えば、光を吸収する光吸収性材料を含有して、少なくとも基板９の特別の処理が施されていない表面（例えば第２領域と同様の表面）より可視光（波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の光）に対する吸収係数の大きい層であり、例えば、グレー又は黒色に着色した層である。特に、黒色に着色した層とすることで、可視光の略全波長域にわたって一様にその大部分を吸収することができるので好ましい。黒色に着色した層としては、例えば、カルボキシル基含有樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂若しくはこれらの変性樹脂、又はそれらを反応させて得られる樹脂などの樹脂に、着色体として、炭素の黒鉛型微結晶の集りであるカーボンブラック、炭素の微粉末、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、フラーレン等を含有させた層を用いることができる。光反射部６は、反射層として、例えば白色に着色した層を形成してもよい。白色に着色した層としては、例えば上記光吸収部７と同様の樹脂に、着色体として、酸化チタン、酸化亜鉛等を含有させた層を用いることができる。このほか、反射層として、銀、アルミニウム、ロジウム若しくはこれらの合金等の層を用いてもよいが、異常明部の発生を抑制する観点では、拡散反射が得られやすい白色着色層のほうが好ましい。光反射部６の反射層の可視光に対する反射率は、例えば６０％以上であり、７０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましい。光吸収部７の可視光に対する反射率は、例えば５０％未満であり、４０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましい。

発光装置５は、図６と図７に示すように、パッケージ５０と半導体発光素子５１と封止樹脂５２と蛍光体５３とを含み、発光面５ａが実装される面に略直交するサイドビュー型の発光装置である。本実施形態の発光装置５は、複数個、基板９の実装面９ｍ上に、基板９の第１端面９ａ（長辺）に沿って実装されている。

以上のように構成された導光板３と、発光装置５と、基板９は、図４に示すように、例えば、反射シート８、拡散シート４１，４３及びプリズムシート４２等とともに、ケース２内の所定の位置に設けられ、実施形態の照明装置１は構成される。
ここで、反射シート８は、導光板３の裏面から漏れ出る光を反射させるために設けられ、拡散シート４１，４３及びプリズムシート４２は、光出射面全体を均一の明るさにし、輝度を向上させるために設けられる。

発光装置５が実装された基板９は、第２端面９ｂがケース２の側板２２ｂに近接して対向するように底板２１の上に設けられる。基板９の第２端面９ｂは、ケース２の側板２２ｂに接していてもよい。
また、反射シート８は、その一端面が基板９の第１端面９ａに接して又は近接して対向し、他端面がケース２の側板２２ａに接して又は近接して対向するように底板２１の上に設けられる。

導光板３は、光入射面３１が発光装置５の発光面５ａに対向し、入射領域３０が基板９の第１領域１５に対向し、反射シート８に導光領域３３が対向するように、設けられる。特に、この実施形態では、図４に示すように、導光板３の入射領域３０の下面は、基板９の第１領域１５に当接していることが好ましい。

以上のように構成された実施形態の照明装置１において、発光装置５から出射された光は、光入射面３１から導光板３に入射され、入射領域３０を通過した後、導光領域３３に導かれ、光出射面３３ａから出射される。

実施形態の照明装置１では、入射領域３０は、光入射面３１から離れるにしたがって薄くなる（すなわち発光装置５側が厚くなる）ように、上面が傾斜している。

実施形態の照明装置１において、光入射面３１から入射された光は、入射領域３０を通過する際、その一部が第１領域１５に向かう。第１領域１５における光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに照射された光は、光反射部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに照射された光に比べて吸収が促進される。

異常明部は、例えば、導光板の入射領域３０の下面で反射された光（入射領域３０の上面で反射されてさらに下面で反射された光を含む）、及び基板の実装面９ｍにおける入射領域３０と対向する部位で反射された光が、光出射面３３ａにおける入射領域３０側の端部に異常に明るい発光をもたらす現象である。例えば、図４に模式的に示すように、発光装置５から出射された光Ｌ１は、光吸収部７が無い場合には、破線で示すように、入射領域３０の下面（及び実装面９ｍの入射領域３０と対向する部位）、上面、下面（及び実装面９ｍの入射領域３０と対向する部位）で順次反射されて光出射面３３ａにおける入射領域３０側の端部から出射される。また、発光装置５から出射された光Ｌ２は、入射領域３０の下面（及び実装面９ｍの入射領域３０と対向する部位）で反射されて光出射面３３ａにおける入射領域３０側の端部から出射される。その結果、光出射面３３ａにおける入射領域３０側の端部に異常明部を生じる。

しかしながら、本実施形態の照明装置では、入射領域３０の下面に対向して基板の実装面９ｍに第１領域１５が形成されているので、入射領域３０の下面に照射された光のうち、光反射部６に照射された光は相対的に多くの成分が反射され、光吸収部７に照射された光は相対的に多くの成分が吸収される。例えば、図４に模式的に示すように、発光装置５から出射された光Ｌ１は、光吸収部７ｂにより吸収されて弱められ、発光装置５から出射された光Ｌ２は、光吸収部７ｃにより吸収されて弱められ、光出射面３３ａにおける入射領域３０側の端部領域からはほとんど出射されない。その結果、光出射面３３ａにおける入射領域３０側の端部領域から出射される光は、実質的に、光吸収部７に吸収されることなく隣接する光吸収部７間すなわち光反射部６で反射された光（例えばＬ３）となり、光出射面３３ａの端部領域における異常明部の発生が抑制される。以上のように、本実施形態の照明装置では、入射領域３０の下面に対向して基板の実装面９ｍに第１領域１５が形成されているので、異常明部を発生させる原因となる光の強度が弱められ、小さい光損失を以って、光出射面３３ａにおける異常明部が抑制される。このように、光出射面３３ａの入射領域３０側の端部領域において、異常明部の輝度を極端に低くするのではなく、他の部位の輝度との調和を図ることで、導光板の光出射側とする一方の主面において、光出射面として利用できる領域を広くできる。

照明装置が複数の発光装置５を含む場合、異常明部は、通常、各発光装置５の前方にそれぞれ生じる。また、発光装置５は指向性を有しており、一般的に光軸近傍の光の強度が高く、光軸から離れるにしたがって光の強度は弱くなる。したがって、本実施形態の照明装置では、基板９の実装面９ｍにおいて、各発光装置５の前方でかつ強度の高い光が照射される部分にそれぞれ第１領域１５を形成して、異常明部を抑制している。このように、第１領域１５は、入射領域３０に対応する領域の一部（残部は第２領域となる）に形成されることが好ましいが、基板９の実装面９ｍにおいて、入射領域３０に対応する領域の略全部に形成されてもよい。尚、照明装置が複数の発光装置５を含む場合、発光装置５から離れた前方では、複数の発光装置５からの光が重なり合って、比較的均一の強度となっている。

また、異常明部が生じる部位、範囲及び輝度等は、発光装置の指向性、導光板３の入射領域３０の形状（上面の傾斜角を含む）及び発光装置が複数ある場合には発光装置間の間隔ｔに依存する。このことは、言い換えれば、発光装置の指向性、導光板３の入射領域３０の形状を考慮して、第１領域１５の形状及び光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの形状を適宜規定することにより、光出射面３３ａにおける入射領域３０側の端部領域と、当該端部領域を除いた領域間の輝度差を小さくして、光出射面３３ａ全体の輝度を略均一にできることを意味する。

そこで、本実施形態の照明装置では、光出射面３３ａ全体の輝度が均一になるように、第１領域１５を形成する範囲及び各第１領域１５における光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの形状を設定している。例えば、第１領域１５において、光吸収部７の占める面積が発光装置５の発光面５ａから離れるほど大きくなるように設けられることは好ましい一例である。

具体的には、第１領域１５は、図２に示すように、発光装置５が実装された基板９を上面からみた平面図において、発光装置５の発光面５ａを底辺とし、その底辺の中心軸上に頂点を有する中心軸に対して線対称の領域により規定する。図２に示す第１領域１５において、頂点から底辺の両端に至る外周は、外側に膨らんだ湾曲した曲線形状としている。また、光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃは、中心軸を挟んで一方の外周から他方の外周に至る帯状に形成され、発光装置５から離れるにしたがって幅が広くなるように形成している。光吸収部７ｄは、第１領域１５の先端部分全体に形成され、底辺と頂点を有する略三角形状としている。

図３は、実施形態の照明装置における第１領域の構成の他の例を示す平面図である。以上の図２に示す例では、光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、底辺が直線になるように形成したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、図３に示すように、光吸収部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを、底辺が湾曲した曲線になるように形成してもよい。

以下、本実施形態の照明装置に用いることができる好ましい発光装置５の構成について説明する。
発光装置５
上述したように、発光装置５はサイドビュー型の発光装置であり、図６と図７に示すように、パッケージ５０と半導体発光素子５１と封止樹脂５２と蛍光体５３とを含む。

（パッケージ５０）
パッケージ５０は、例えば、白色の樹脂からなる筐体部５６と、筐体部５６に埋設されたリードフレーム５４とを有する。パッケージ５０は、半導体発光素子５１を収容するための凹部５０ａを有する。凹部５０ａの底には、リードフレーム５４が露出されている。
筐体部５６は、例えば、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、液晶ポリマー、またはナイロンなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、またはアクリレート樹脂などの熱硬化性樹脂により構成することができる。また、筐体部５６は、これらの樹脂中に、例えば酸化チタンまたは酸化亜鉛の白色顔料を含有することが好ましい。リードフレーム５４は、母体が鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、及びアルミニウム等の金属から構成され、表面に銅、金、銀等がメッキされていてもよい。

発光装置５から出射される光の指向角度は、例えば、凹部５０aの内側壁の角度を調整することにより調整することができる。また、発光装置５から出射される光の指向角度は、封止樹脂５２の表面形状により調整するようにしてもよい。

（半導体発光素子）
半導体発光素子５１は、凹部５０ａの底面に露出したリードフレーム５４の上面に取り付けられ、例えば、ワイヤ５５を介して、リードフレーム５４に電気的に接続される。半導体発光素子５１は、例えば、発光ピーク波長が４２０〜５００ｎｍの範囲にある青色発光のＬＥＤチップであり、例えば、窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）により構成することができる。

（封止樹脂）
凹部５０ａ内に設けられた封止樹脂５２は透光性を有する樹脂からなり、半導体発光素子５１を封止している。透光性を有する封止樹脂５２としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、及び、それらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等の耐候性に優れた樹脂が挙げられる。

（蛍光体）
蛍光体５３は、封止樹脂５２内に含まれ、半導体発光素子から出射される一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を出射する。青色発光素子と好適に組み合わせて白色の混色光を発光させることができ、波長変換部材に用いられる代表的な蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系、ＢＯＳ（Barium ortho-Silicate）系、フッ化珪酸カリウム系、サイアロン系等の蛍光体などが好適に用いられる。このほか、蛍光体５３は量子ドットであってもよい。量子ドットは、粒径１ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度の粒子であり、粒径によって発光波長を変えることができる。量子ドットは、例えば、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化鉛、セレン化鉛、又はテルル化カドミウム・水銀などが挙げられる。白色に発光可能な照明装置とする場合、封止樹脂５２に含有される蛍光体粒子の含有量によって白色となるよう調整される。

変形例
図５は、変形例の照明装置の断面の一部を拡大して示す断面図である。以上の実施形態の照明装置では、発光装置５が実装された基板９を、第１端面９ａが反射シート８の一端面に接して又は近接して対向するように底板２１の上に設けている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示すように、基板９を、発光装置５がケース２の底板２１に対向するように、すなわち、基板９とケース２の底板２１の間に発光装置５が位置するように設けてもよい。

この変形例では、基板９の第１領域１５が、導光板３の入射領域３０の傾斜した上面に対向するように基板９は配置される。また、反射シート８は、導光板３の裏面全体に対向するように配置され、その結果、導光板３の入射領域３０は、基板９の第１領域１５と反射シート８に挟まれた状態となる。

このように構成しても、導光板３の入射領域３０の傾斜した上面から漏れ出た光の一部が第１領域１５の光吸収部７により吸収されて、導光板３の入射領域３０に再入射する光の量が調整されるので、実施形態と同様の作用効果が得られる。

１照明装置
２ケース
３導光板
５発光装置
５ａ発光面
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ光反射部
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ光吸収部
８反射シート
９基板
９ａ第１端面（前端面）
９ｂ第２端面（後端面）
９ｍ実装面
１５第１領域
２２ａ，２２ｂ，２２ｓ側板
３０入射領域
３１光入射面
３３導光領域
３３ａ光出射面
４１，４３拡散シート
４２プリズムシート
５０パッケージ
５０ａ凹部
５１半導体発光素子
５２封止樹脂
５３蛍光体
５４リードフレーム
５６筐体部

Claims

上面と下面と複数の側面とを有し、前記複数の側面のうちの１つを光入射面とし、前記上面を光出射面とする導光板と、
実装面と第１端面とを有する基板と、
前記実装面上に、それぞれ前記第１端面から離れて且つ前記光入射面に対向して実装された複数の発光装置と、を備え、
前記基板は、前記実装面における前記発光装置と前記第１端面の間に、前記導光板の上面又は下面の前記光入射面側の一部と対向するように設けられた複数の第１領域を有し、
前記第１領域はそれぞれ各発光装置の前方に設けられ、それぞれ光反射部と光吸収部を有してなる照明装置。
前記第１領域は、前記光反射部と前記光吸収部をそれぞれ複数有し、
前記複数の光反射部と前記複数の光吸収部はそれぞれ前記発光装置の発光面に略平行に帯状に形成されており、前記発光装置側から前記帯状の光反射部と前記帯状の光吸収部とが交互に設けられた請求項１に記載の照明装置。
前記帯状の光反射部は、幅が略一定に設けられ、前記帯状の光吸収部は、前記発光装置の発光面から離れるほど幅が広くなるように設けられた請求項２に記載の照明装置。
前記第１領域は、前記光吸収部の占める面積が前記発光装置の発光面から離れるほど大きくなるように設けられた請求項１記載の照明装置。
前記第１領域に対向する前記導光板の入射領域は、前記発光装置側が厚くなっており、前記入射領域の上面は傾斜している請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の照明装置。
前記導光板の下面に対向して設けられた反射シートをさらに含み、前記入射領域は前記基板の第１領域と前記反射シートの間に位置する請求項５記載の照明装置。
前記導光板の下面に対向して設けられた反射シートをさらに含み、該反射シートの一端面と前記基板の第１端面とが対向する請求項５記載の照明装置。