JP6435853B2 - 照明装置 - Google Patents

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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、複数の窪み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、本発明の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、光散乱領域と称してもよい。第1領域15は、例えば、複数の光拡散部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、光拡散部7a,7b,7c,7dを区別して説明する必要がないときには、単に、光拡散部7と表記する。
本実施形態では、複数の光拡散部7a,7b,7c,7dは、図2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、複数の光拡散部7a,7b,7c,7dは、間隔を開けて配置されている。そして、光拡散部が形成されていない発光装置5と光拡散部7aの間の領域を光反射部6aといい、光拡散部7aと光拡散部7bの間の領域を光反射部6bといい、光拡散部7bと光拡散部7cの間の領域を光反射部6cといい、光拡散部7cと光拡散部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と複数の光拡散部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と複数の光拡散部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、本明細書において、光拡散部7は、例えば、複数の窪み71を形成して、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)に対する散乱係数の大きい領域であり、光反射部6とは、光拡散部7に比較して散乱係数が小さい領域をいう。例えば、光拡散部7に複数の窪み71を形成して散乱係数を高くした場合、光反射部6は基板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、基板9の表面に反射層を形成するようにして光反射部6としてもよい。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。すなわち、帯状の光拡散部7a,7b,7c,7dは、隣接する帯状の光拡散部間の間隔が略一定になるように配置されている。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。
また、光拡散部7において、複数の窪み71は規則的に設けられていても良いし、ランダムに設けられていても良い。複数の窪み71の形状及び/若しくは大きさは、略同一に揃っていても良いし、ランダムであっても良い。より詳細には、各窪み71の形状は、特に限定されないが、平面視では円形状、楕円形状、三角形状、四角形状(矩形状、菱形状等)、n角形状(nは5以上の整数)などが挙げられ、断面視で半円形状、半楕円形状、三角形状、四角形状(矩形状、台形状等)、n角形状(nは5以上の整数)などが挙げられる。各窪み71の平面視での大きさ(最大径)は、特に限定されないが、例えば0.3μm以上1mm以下程度であり、0.5μm以上300μm以下が好ましく、1μm以上100μm以下がより好ましい。各窪み71の深さ(最大深さ)は、特に限定されないが、例えば0.3μm以上100μm以下程度であり、0.5μm以上50μm以下が好ましく、1μm以上30μm以下がより好ましい。複数の窪み71は、例えば基板9の実装面9mにおいて樹脂層を設け、その樹脂層の表面に形成することができる。また、光拡散部7は、基板9の表面面粗さを粗くして突起と窪み71を形成することにより構成することができる。例えば、基板9の表面に光散乱粒子などの比較的粒径の大きい粒子を含む樹脂層を形成して、その粒子により樹脂層の表面に突起とともに窪み71を形成するようにしてもよい。樹脂層の樹脂としては、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、例えば上記光拡散部7の樹脂層と同様の樹脂に、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。
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における光拡散部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拡散が促進される。
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、光拡散部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L3は相対的に多くの成分が反射され、光拡散部7に照射された光は、相対的に多くの成分が拡散される。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、光拡散部7bにより拡散されて一方向に集中することなく、導光領域33に入射され、同様に、発光装置5から出射された光L2は、光拡散部7cにより拡散されて導光領域33に入射され、光出射面33aにおける入射領域30側の端部領域に集中して出射されることはない。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が拡散されて、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の形状及び光拡散部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における光拡散部7a,7b,7c,7dの形状を設定している。
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、光拡散部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。光拡散部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、第1領域15が光反射部6a,6b,6c,6dを有す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、第1領域15において、複数の窪みの分布密度が発光装置5の発光面5aから離れるほど大きくなるように形成してもよい。なお、ここでの分布密度は、個数密度を意味するものとする。
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(InAlGa1−x−yN、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の光拡散部7により拡散されて、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 光拡散部
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
71 窪み

Claims (7)

  1. 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、それぞれ複数の窪みを有してなる照明装置。
  2. 前記複数の窪みは、前記発光装置の発光面から離れるほど分布密度が大きくなるように設けられた請求項1記載の照明装置。
  3. 前記第1領域は、前記複数の窪みを含む光拡散部を複数有し、
    前記複数の光拡散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いる請求項1に記載の照明装置。
  4. 前記帯状の光拡散部は、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形成されており、前記帯状の光拡散部は、隣接する該帯状の光拡散部間の間隔が略一定になるように配置されている請求項3に記載の照明装置。
  5. 前記導光板は、前記第1領域に対向する入射領域を有し、該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。
  6. 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。
  7. 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前記第1端面とが対向する請求項5記載の照明装置。
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