JP6514526B2 - Ｌｅｄ光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に複数のＬＥＤを列状に実装したＬＥＤ光源装置に関する。

近年、ＬＥＤは半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。

特に近年、ノートパソコンや液晶テレビ用のバックライトとして、側面から入射した光を上面から出射する方式の導光板を有する面状光源が多く使用されており、この面状光源における導光板の側面に入射光を供給するライン状のＬＥＤ光源装置の提案がなされている。（例えば特許文献１）

（従来技術におけるＬＥＤ光源装置の構成の説明）
以下図１１により特許文献１に記載された従来技術におけるＬＥＤ光源装置の構成について説明する。なお、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、図面を一部簡略化し、また符号も本願に揃えて変更している。図１１は従来のＬＥＤ光源装置１００の斜視図である。

図１１に示すようにＬＥＤ光源装置１００は、長尺の基板１０２上に、列状に実装された複数のＬＥＤ１０１と、複数のＬＥＤ１０１を一体的に封止する透光性樹脂１０３とを備えている。このＬＥＤ光源装置１００において、透光性樹脂１０３は、透明樹脂または蛍光樹脂等の透光性を有する樹脂によって構成されており、断面が半円形状となる半円柱である。この半円柱の曲面が出射面となって上方に出射光を放出する。ＬＥＤ光源装置１００は、基板１０２上に列状に実装された複数のＬＥＤ１０１を同時点灯することによりライン光源を構成する。

特開２００２−２９９６９７号公報（図１）

（従来技術におけるＬＥＤ光源装置の動作説明）
図１２は図１１に示すＬＥＤ光源装置１００のＡ−Ａ断面図であり、２個のＬＥＤ１０１ａ、１０１ｂの発光特性を示している。
ＬＥＤ１０１ａ、１０１ｂに電流を供給することによりＬＥＤ１０１ａ、１０１ｂが発光すると、ＬＥＤ１０１ａ、１０１ｂから上方に出射する光のうち、全反射角度（臨界角）より小さい角度で出射面に入射した光は、透光性樹脂１０３と空気層との屈折率の差に基づいて屈折し、上方に出射され有効な照明光Ｐｓとなる。

しかし、全反射角度より大きい角度で出射面に入射した光は、透光性樹脂１０３の表面（出射面）で全反射し、反射光Ｐｈとして透光性樹脂１０３の内部に戻される。
以上のようにＬＥＤ光源装置１００は、ＬＥＤ１０１の発光のうち反射光Ｐｈとして透光性樹脂１０３の内部に戻される光が存在するため、ライン光源としての出射効率が低下し、効率の良い照明とならないという問題がある。

そこで本発明は、上記問題を解決し、全反射角度より大きい角度で出射面に入射した光が全反射して内部に戻ってしまうことがないようにして効率の良い照明が行えるＬＥＤ光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のＬＥＤ光源装置の構成は、長尺の基板と、前記基板上に列状に実装された複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤを一体的に封止する透光性樹脂とを備えたＬＥＤ光源装置において、前記透光性樹脂は半円柱状に形成され、前記半円柱状の曲面全体が出射面となっており、前記出射面における前記ＬＥＤの上部は平坦であり、前記透光性樹脂の出射面における隣り合う前記ＬＥＤの間の上部は凹凸形状が設けられ、前記平坦部及び凹凸形状部は円周に沿って帯状に形成されていることを特徴とする。

上記構成によると、ＬＥＤの上部では透光性樹脂の出射面が平坦になっている。この平坦部に入射する光は屈折しながらそのまま外部に出射される。これに対し、隣り合うＬＥＤの間の上部では透光性樹脂の表面に凹凸形状が設けられている。この凹凸形状に入射した光は、凹凸形状により入射角が小さくなるため全反射されることなく外部に出射される。以上のようにして出射効率の良いＬＥＤ光源装置を提供できる。

上記構成によると、前述の作用に加え、半円柱のレンズ効果により基板上方に出射光が集中するため、平板状の導光板の側面に光を入射させる際、入射効率を向上させることができる。

前記凹凸形状は断面が三角形状のプリズムであると良い。

前記凹凸形状は断面が半円形状のプリズムであると良い。

前記凹凸形状は円錐形状または角錐形状の突起であると良い。

前記凹凸形状は拡散面であると良い。

前記複数のＬＥＤは赤ＬＥＤ、緑ＬＥＤ、青ＬＥＤからなり、前記赤ＬＥＤ、前記緑ＬＥＤ及び前記青ＬＥＤがこの組み合わせを繰り返すようにして前記長尺の基板上に配列すると良い。

上記構成によれば、白色光源を作成するのに透光性樹脂として、透明樹脂を使用することができるため、明るいＬＥＤ光源装置となる。

上記の如く本発明のＬＥＤ光源装置は、ＬＥＤの発光のうちＬＥＤの上部に向かう光が、ＬＥＤの上部に形成された透光性樹脂の出射面の平坦部へ入射し、屈折しながらそのまま外部に出射するとともに、隣り合うＬＥＤの間の上部へ向かう光が、隣り合うＬＥＤの間の上部に設けた透光性樹脂の出射面の凹凸形状により全反射することなく外部に出射することによって、出射効率を高くできる。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ光源装置の斜視図である。 図１に示すＬＥＤ光源装置のＡ−Ａ断面図である。 図２に示す凹凸形状部３ｃの部分拡大断面図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ光源装置の斜視図である。 図４に示すＬＥＤ光源装置のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ光源装置の斜視図である。 図６に示すＬＥＤ光源装置のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第４実施形態におけるＬＥＤ光源装置の斜視図である。 図８に示すＬＥＤ光源装置のＡ−Ａ断面図である。 本発明のＬＥＤ光源装置を用いた表示装置の斜視図である。 従来例におけるＬＥＤ光源装置の斜視図である。 図１１に示すＬＥＤ光源装置のＡ−Ａ断面図である。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３により本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ光源装置１０を説明する。図１はＬＥＤ光源装置１０の斜視図、図２は図１に示すＬＥＤ光源装置１０のＡ−Ａ断面図、図３は図２に示す凹凸形状部３ｂの部分拡大断面図である。

図１に示すようにＬＥＤ光源装置１０は、長尺の基板２と、基板２上に列状に実装された複数のＬＥＤ１と、複数のＬＥＤ１を一体的に封止する透光性樹脂３とを備えている。このＬＥＤ光源装置１０において、透光性樹脂３は、透明樹脂または蛍光樹脂等の透光性を有する樹脂によって構成され、断面が矩形形状に形成された直方体であり、この直方体の上面３ａが出射面となって上方に出射光を放出する。

透光性樹脂３の上面全体を構成する出射面３ａには、部分的に平坦部と凹凸形状部とが形成されている。すなわちＬＥＤ１の上部が平坦部３ｂとなっており、各ＬＥＤ１の間の領域が凹凸形状部３ｃとなっている。凹凸形状部３ｃには断面が三角形状で短手方向に延びる複数のプリズムが形成されている。
なお、図１において基板２上に実装された各ＬＥＤ１が透光性樹３における出射面３ａの平坦部３ｂに位置合わせされている状態を、点線で示すｙ軸によって例示している。また、このＬＥＤ１と平坦部との位置関係は、以後の各実施形態においても同様である。

（第１実施形態におけるＬＥＤ光源装置の動作説明）
図２は図１に示すＬＥＤ光源装置１０のＡ−Ａ断面図であり、２個のＬＥＤ１ａ、１ｂの発光特性を示している。
ＬＥＤ１ａ、１ｂに電流が供給されることによりＬＥＤ１ａ、１ｂが発光する。ＬＥＤ１ａ、１ｂの発光の一部分は、出射面３ａに全反射角度（臨界角）より小さい角度で平坦部３ｂに入射する。平坦部３ｂへ入射した光は、透光性樹脂３と空気層との屈折率の差に基づき屈折し、出射光として上方に出射され有効な照明光Ｐｓとなる。

また、ＬＥＤ１ａ、１ｂの発光の他の一部分は、全反射角度（臨界角）より大きい角度で出射面３ａの凹凸形状部３ｃに入射する。凹凸形状部３ｃでは、透光性樹脂３の断面が三角形状となっているプリズムが複数形成されている。凹凸形状部３ｃに入射する光は複数のプリズムが有るため、全反射せず出射光として上方に出射し有効な照明光Ｐｓとなる。

図３は図２に示す凹凸形状部３ｃの部分拡大断面図である。凹凸形状部３ｃで配列している凹凸形状４は断面が三角形状のプリズムからなる。ＬＥＤ１ａからの光線Ｐ１ａは、凹凸形状４の右斜面４ａに小さな角度で入射し、右斜面４ａで屈折した後外部に出射する。同様にＬＥＤ１ｂからの光線Ｐ１ｂは、凹凸形状４の左斜面４ｂに小さな角度で入射し、左斜面４ｂで屈折した後外部に出射する。いずれの光線Ｐ１ａ、Ｐ１ｂも斜面４ａ、４ｂで屈折し上方に向い照明効果を高めることになる（光線Ｐｓ）。
なお、ＬＥＤ光源装置１０は、透光性樹脂３が直方体であるため、透光性樹脂３の厚さ（基板２の短手方向の長さ）を導光板の厚さと等しくすることにより、前述の作用に加え、平板状の導光板の側面に光を入射させる際、導光板に対し組み込み性が良くなる。

図１に示すＬＥＤ光源装置１０を白色光源とするには、基板上に列状に実装する複数のＬＥＤ１を、赤ＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ）、緑ＬＥＤ（Ｇ−ＬＥＤ）、青ＬＥＤ（Ｂ−ＬＥＤ）からなるものとすれば良い。すなわち長尺の基板２上に、端からＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤを配列し、さらにこの組み合わせを繰り返して配列する（例えば図２において、ＬＥＤ１ａをＲ−ＬＥＤ、ＬＥＤ１ｂをＧ−ＬＥＤとする。）。これらのＬＥＤ１を封止する透光性樹脂３は透明樹脂を用いることができるので発光効率の良いＬＥＤ光源装置を得ることができる。また、複数のＬＥＤ１を全てＢ−ＬＥＤとし、透光性樹脂３としてＹＡＧ等の蛍光体を混練した蛍光樹脂を用いることによって疑似白色光源を得ることができる。この場合、コスト的に有利なＬＥＤ光源装置を得ることができる。
以後の実施形態においても、特に説明しないが何れの構成も適用可能なことは当然である。

（第２実施形態）
図４、図５により本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ光源装置２０を説明する。図４はＬＥＤ光源装置２０の斜視図であり、図５は図４に示すＬＥＤ光源装置２０のＡ−Ａ断面図である。
ＬＥＤ光源装置２０は、図１に示したＬＥＤ光源装置１０と基本的構成が等しく、同一または対応する要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

ＬＥＤ光源装置２０は、ＬＥＤ光源装置１０に対し、凹凸形状２４が半円形状のレンチキュラーレンズであるところが異なっている。なお凹凸形状２４は透光性樹脂２３の出射面２３ａの凹凸形状部２３ｃに形成されている。ＬＥＤ光源装置２０はこのレンチキュラーレンズによってＬＥＤ１から発した光の全反射を防ぎながら、凹凸形状部２３ｃから出射しようとする光をより上方に向けている。

（第３実施形態）
図６、図７により本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ光源装置３０を説明する。図６はＬＥＤ光源装置３０の斜視図であり、図７は図６に示すＬＥＤ光源装置３０のＡ−Ａ断面図である。
ＬＥＤ光源装置３０も、図１に示したＬＥＤ光源装置１０と基本的構成が等しく、同一または対応する要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

ＬＥＤ光源装置３０は、ＬＥＤ光源装置１０に対し、凹凸形状３４がプリズムはなく、円錐形状の突起を為しているところが異なっている。なお凹凸形状３４は、透光性樹脂３３の出射面３３ａの凹凸形状部３３ｃに形成されている。ＬＥＤ光源装置３０はこの円錐状の突起によってＬＥＤ１から発した光の全反射を防ぎながら、凹凸形状部３３ｃから出射しようとする光をより上方に向けている。なお凹凸形状部３３ｃには円錐状の突起ではなく角錐状の突起を配しても良い。

（第４実施形態）
図８、図９により本発明の第４実施形態におけるＬＥＤ光源装置４０を説明する。図８はＬＥＤ光源装置４０の斜視図であり、図９は図８に示すＬＥＤ光源装置４０のＡ−Ａ断面図である。
第４実施形態におけるＬＥＤ光源装置４０も、図１に示したＬＥＤ光源装置１０と基本的構成が等しく、同一または対応する要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

ＬＥＤ光源装置４０は、ＬＥＤ光源装置１０に対し、透光性樹脂４３の形状が直方体ではなく半円柱状を為し、この半円柱状の曲面全体が出射面４３ａとなっているところが異なっている。ＬＥＤ光源装置４０において透明樹脂４３の表面は、ＬＥＤ１の上部が平坦部、ＬＥＤ１と隣接するＬＥＤ１との間が凹凸形状部４３ｃとなっている。平坦部４３ｂ及び凹凸形状部４３ｃは円周に沿うように帯状に形成されている。
またＬＥＤ光源装置４０では、出射面４３ａに形成された凹凸形状部４３ｃの凹凸形状４４をプリズムではなく拡散面４４ａとした。ＬＥＤ光源装置４０は、この拡散面４４ａによってＬＥＤ１から発した光の全反射を防ぎながら、凹凸形状部３３ｃから外部に光を出射させている。

ＬＥＤ光源装置４０は、透光性樹脂４３が半円柱状に構成されているため、基板に対し短手方向斜め上方に向う光をレンズ効果により上方に集光する。この結果、平板状の導光板の側面に光を入射させる際、入射効率を高くすることができる。
なお、本実施形態においては凹凸形状部４４を拡散面４４ａとしたが、第１実施形態から第３実施形態に示した凹凸形状部（３ｃ等）と同様に、断面が三角形状のプリズム、断面が、半円形状のレンチキュラーレンズ、円錐形状または角錐形状の突起であっても、同様の効果を得ることができる。

次に、図１０により本願発明のＬＥＤ光源装置１０を用いた表示装置５０を説明する。図１０は表示装置５０の斜視図である。表示装置５０では、液晶セル等の表示素子６０の下面に導光部材７０（導光板）が配置され、この導光部材７０の一の側面に図１で示したＬＥＤ光源装置１０が配置されている。ＬＥＤ光源装置１０を発光させると、ＬＥＤ光源装置１０から矢印で示す方向に光が出射し、その光が導光部材７０に入射する。導光部材７０は、入射した光を上方に向けて表示素子６０を下面から照明する。

なお本願発明のＬＥＤ光源装置は、各実施形態に示した白色光源だけでなく、各種のカラー光源にも適用可能である。

１、１ａ、１ｂ、１０１ ＬＥＤ
２、１０２ 基板
３、２３、３３、４３、１０３ 透光性樹脂
３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ 出射面
３ｂ、２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ 平坦部
３ｃ、２３ｃ、３３ｃ、４３ｃ 凹凸形状部
４、２４、３４、４４ 凹凸形状
１０、２０、３０、４０、１００ ＬＥＤ光源装置
５０ 表示装置
６０ 表示素子
７０ 導光部材

Claims (3)

1. 長尺の基板と、前記基板上に列状に実装された複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤを一体的に封止する透光性樹脂とを備えたＬＥＤ光源装置において、前記透光性樹脂は半円柱状に形成され、前記半円柱状の曲面全体が出射面となっており、前記出射面における前記ＬＥＤの上部は平坦であり、前記透光性樹脂の出射面における隣り合う前記ＬＥＤの間の上部は凹凸形状が設けられ、前記平坦部及び凹凸形状部は円周に沿って帯状に形成されていることを特徴とするＬＥＤ光源装置。
2. 前記凹凸形状は断面が三角形状のプリズムであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
3. 前記凹凸形状は断面が半円形状のプリズムであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。

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