KR20080100451A - 면 광원장치 - Google Patents

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KR20080100451A
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light
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마사토시 도다
다카히토 오오바
데츠야 스다
다케오 오오쿠라
가즈미 미즈하라
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미츠비시 레이온 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 두께를 증대시키거나, 테두리부를 크게 하지 않고, 얼룩 없이 백색광을 얻을 수 있는 면 광원장치를 제공하는 것으로서, 본 발명에 따르면, 서로 다른 파장의 광을 발생하는 LED 칩 군(8)을 밀봉 수지(10)로 밀봉하여 LED 모듈(12)을 형성하고, 기판(6) 상에 복수 배치한다. 도광판(2)에는 LED 모듈(12)의 배치 위치에 대응하는 위치에 관통 구멍(4)을 형성하고, 도광판(2)의 전면에 리플렉터(24)를 배치한다. LED 칩 군(8)으로부터의 광은, 밀봉 수지(l0), 관통 구멍(4) 및 도광판(2)내로 믹싱되어서 백색으로 표시된다. LED 칩 군(8)을 밀봉 수지(10)로 밀봉하였으므로, 밀봉 수지(10) 내에서도 다른 파장의 광이 믹싱되어, 얼룩이 짐의 없은 양호한 백색광을 얻을 수 있다. 또한, 짧은 믹싱 거리로 양호한 백색광을 얻을 수 있기 때문에, 면 광원장치(1)의 두께나 액자를 크게 하는 일이 없다.

Description

면 광원장치{PLANAR LIGHT SOURCE DEVICE}
본 발명은 면 광원장치에 관한 것으로, 구체적으로는 다른 파장의 광을 발생시키는 복수의 LED 칩으로부터의 광을 혼합하여 백색광을 얻는 면 광원장치에 관한 것이다.
액정 패널 등의 디스플레이 패널용의 면 광원장치로서, 발광 다이오드(LED)를 이용한 면 광원장치가 알려져 있다. LED를 사용한 면 광원장치에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 단색광을 발산하는 3 종류의 LED 칩을 세트로 사용하는 RGB-LED 면 광원장치가 있다. 이 RGB-LED 면 광원장치는, R, G, B의 단색광을 발산하는 3 종류의 단색 LED 칩으로부터 발생하는 단색광을 믹싱함으로써 백색광을 만들어 내고 있다.
이러한 RGB-LED 면 광원장치는, 3 종류의 단색광을 믹싱하여 백색광을 만들어내고 있으므로, 얼룩이 없는 백색광을 만들어 내기 위해서는, 단색광을 혼합하기 위한 믹싱 거리를 충분히 취할 필요가 있다. 이 때문에, 에지 라이트 방식의 RGB-LED 면 광원장치에서는, 믹싱 거리로 되는 LED 칩으로부터 도광판의 유효 표시 영역에 대응하는 부분까지의 거리를 확보하기 위해서, 디스플레이의 유효 표시 영역의 주위(테두리)의 폭이 넓어져 버린다. 또한, 직하 방식의 RGB-LED 면 광원 장치 에서는, 믹싱 거리로 되는 LED 칩으로부터 확산판까지의 거리를 충분히 확보할 필요가 있기 때문에, 디스플레이의 두께가 커져 버린다.
짧은 믹싱 거리에서 단색광을 효율적으로 혼합하기 위해서, 횡방향 전체 주위를 향해서 광을 출사하는 소위 사이드 출사 타입의 LED 칩을 사용하는 도 23 내지 도 26에 도시된 것과 같은 면 광원장치가 제안되어 있다.
도 23은 이러한 면 광원장치(200)의 측단부의 종단면도이고, 도 24는 도 23의 XXIV-XXIV 선에 따른 단면도이다.
도 23 및 도 24에 표시되어 있는 바와 같이, 면 광원장치(200)는 대략 직사각형의 도광판(202)과, 도광판(202)의 측단면(202a)에 따라 배치된 세장형 기판(204)과, 기판(204)위에 배치된 LED 광원(206)을 구비하고, LED 광원(206)으로부터 출사된 광이 도광판(202)의 측단면(202a)에 입사되어, 전면(출사면)(202b)으로부터 출사하도록 구성되어 있다.
LED 광원(206)은 1 열로 배열된 복수의 사이드 출사 타입의 적색 LED(206r), 녹색 LED(206g), 청색 LED(206b)로 구성되고, 이들의 각 단색 LED가 소정 피치로 도광판(202)의 측단면(202a)을 따라 배치되어 있다.
또한, 면 광원장치(200)는 도광판(202)의 전면측에 배치된 확산 필름(208)과, 이 확산 필름(208)의 전면측에 배치된 프리즘 시트(210)와, 도광판(202)의 배면측에 배치된 확산 반사판(212)을 구비하고 있다. 도광판(202)의 배면에는 백색 도트 인쇄(214)가 실시되고, 기판(204)의 배면에는 방열 시트를 통해 방열 핀(fin)(216)이 부착되어 있다.
더욱이, 면 광원장치(200)는 LED 광원(206)을 사이에 두고 도광판(202)과 반대측의 위치와, LED 광원(206)의 전방위치에 배치된 리플렉터(218)를 구비하고 있다.
이러한 구성을 갖는 면 광원장치(200)에서는, LED 광원(206)의 각 단색 LED(206r, 206g, 206b)로부터 횡방향 전체 주위로 출사된 단색광은, 직접 혹은 리플렉터(218)에 의해 반사되어, 도광판(202)의 측단면(202a)에 입사한다.
이 면 광원장치(200)에서는, 각 단색 LED(206r, 206g, 206b)로부터 횡방향 전체 주위 방향으로 출사된 단색광은, 도광판(202)에 입사되기 전에, 인접하는 단색 LED(206r, 206g, 206b)로부터 출사된 단색광과 어느 정도 믹싱된다.
또한, 도 25는 동일한 구조를 갖는 면 광원장치(300)의 측단부의 종단면도이며, 도 20은 도 26의 XXVI-XXVI 선에 따른 단면도이다.
도 25 및 도 26에 도시하는 바와 같이, 면 광원장치(300)는 도광판(302)의 일측단에 일렬로 마련된 복수의 관통 구멍(304)내에, LED 광원(206)을 구성하는 단색LED(206r, 206g, 206b)가 배치되어 있다.
이 면 광원장치(300)에 있어서도, 각 단색 LED(206r, 206g, 206b)가 횡방향전체 주위로 광을 출사하므로, 각 단색 LED(206r, 206g, 206b)로부터 출사된 단색광은 도광판(302)에 입사하기 전에, 인접하는 단색 LED(206r, 206g, 206b)로부터 출사된 단색광과 어느 정도 믹싱된다.
본 발명은 이러한 구성의 면 광원장치에 근거해서 이루어진 것이다.
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
전술한 바와 같은 면 광원장치(200)에서는, 디스플레이 등의 표시 장치의 사이즈를 대형화하면, 단색 LED의 배치 피치와 도광판(202)의 치수와의 관계에서, 단색 LED의 중심으로부터 소정 거리의 영역에 있어서는 단색광의 믹싱이 불충분하게 되어, 그들의 영역에서는 색의 밴드가 나타나고, 얼룩 없는 백색광을 얻는 것이 불가능해진다는 문제가 있다.
또한, 이 면 광원장치(200)에서는, 단색 LED로부터 도광판(202)과 반대 방향으로 출사되는 광의 대부분은 단색 LED의 렌즈면이나 리플렉터(218)에서 몇 번이나 반사되어 감쇠해버리는 문제가 있다.
더욱이, 인접하는 단색 LED(206r,g,b)의 광출사 전방 방향 및 경사 방향으로 믹싱되어 있지 않은 단색광이 도광판(202)의 측단면(202a)에 입사해서 색의 밴드를 발생시키므로, 얼룩이 생기기 쉽다는 문제도 있다.
또한, 면 광원장치(300)에 있어서도, 디스플레이 등의 표시 장치의 사이즈를 대형화하면, 각 단색 LED의 중심으로부터 소정거리의 영역에 있어서는, 각 단색 광의 믹싱이 불충분해서, 이 영역에서 색의 밴드가 나타나고, 얼룩이 없는 백색광을 얻을 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해서 행해진 것으로서, 두께를 증대시키거나, 테두리의 폭을 넓히거나 하지 않고, 얼룩이 없는 백색광을 얻을 수 있는 광원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 의하면, 복수의 관통 구멍이 형성된 도광판과, 수지로 밀봉되고 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 복수의 LED 칩을 갖고, 상기 관통 구멍의 상기도광판의 출사면과 반대측의 개구단 부근에, 상기 관통 구멍 내에 방사상으로 광을 출사하도록 배치된 LED 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 면 광원장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 수지에 의해 밀봉되고 다른 파장의 광을 발생시키는 LED 칩(단색 LED)이, 소정의 파장의 광을 밀봉 수지를 통해 관통 구멍 내를 향하여 출사한다. 단색 LED 칩으로부터 출사된 각 파장의 광은 밀봉 수지 속에서 믹싱된다.
이 때문에, 밀봉 수지로부터 나온 광은 이미 어느 정도 믹싱되어 있으므로, LED 모듈로부터 출사한 후, 비교적 짧은 믹싱 거리를 확보하는 것만으로 얼룩이 없는 백색광을 얻을 수 있다. 그 결과, LED 모듈을 복수 개, 한 줄로 세운 구성으로서도, 각 LED 모듈로부터 출사된 광이 단거리에서 믹싱되어, 균일하게 얼룩이 없는 백색광을 얻을 수 있고, 고품질의 대형 면 광원장치가 실현된다.
또한, LED 모듈로부터 출사한 광은 도광판의 관통 구멍내로 출사하므로, 관통 구멍의 내부공간에서도 믹싱이 행하여진다. 따라서, 믹싱하는 영역이 관통 구멍내에도 확보되어, 얼룩이 보다 적은 백색광을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 도광판의 관통 구멍은 복수의 열형상으로 배치되어 있다.
이러한 구성에 의하면, LED 칩을 배열한 LED 모듈의 소형화, 양산화가 용이하게 된다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 관통 구멍은 상기 도광판의 측단면을 따라 1 열 또는 2 열로 배치되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 관통 구멍의 배치에 대응하여 배치되는 LED 칩의 배열이 콤팩트해지기 때문에, 예를 들면 LED 칩을 기판에 부착하는 경우에도 기판에 LED 칩을 콤팩트하게 배치할 수 있다. 따라서, LED 모듈의 소형화가 용이하게 되고, 또한, 그 조립 및 양산화가 용이하게 된다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 LED 칩을 밀봉하는 수지는 확산제를 포함한다.
이러한 구성에 의하면, LED 칩이 밀봉하는 수지 내에서의 단색광의 믹싱이 촉진되기 때문에 보다 균일한 백색광을 얻을 수 있다. 또한, 수지 내부에서의 단색광의 믹싱이 촉진되는 것에 의해, 관통 구멍 주변으로부터 단색광이 관측되기 어렵고, 얼룩이 적은 표시를 얻을 수 있다. 더욱이, 확산제에 의해, LED 칩으로부터의 광이 확산되어 도광판에 입사되기 때문에, 도광판으로의 입사 각도가 작은 광이 증가하고, 도광판의 출사면에서의 휘도가 증가한다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 도광판은 확산제를 포함하는 수지로 형성된다.
이러한 구성에 의하면, 도광판내에 입사된 광을 도광판 출사면보다 효율적으로 출사할 수 있고, 면내 휘도의 균일성이 뛰어난 고휘도의 면 광원장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 관통 구멍의 상기 출사면 측의 개구단을 덮도록 배치된 리플렉터를 더 구비하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 관통 구멍의 출사면 측의 개구단으로부터 출사하는 광이, 리플렉터에 의해 반사되어 관통 구멍내로 복귀하므로, LED 칩으로부터의 출사 광의 유효 이용이 도모된다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 리플렉터가 입사된 광을 확산 반사하는 리플렉터이다.
이러한 구성에 의하면, LED 칩으로부터 출사된 단색광 등은, 리플렉터에서 반사될 때에 확산된다. 따라서, 리플렉터에서의 반사시에도 믹싱이 촉진되어, 보다 한층 얼룩이 없는 균일한 백색광을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 관통 구멍의 상기 출사면 측의 개구단을 덮도록 배치된 광 제어판을 구비하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 광 제어판이 배치되어 있으므로, LED 칩으로터 출사된 단색광 등 중, 관통 구멍의 출사면측의 개구부로부터 출사하되는 광의 대부분을 반사하고, 또한 도광판으로의 광의 대부분을 투과하도록 제어하는 것이 가능해진다. 이 결과, 도광판의 중앙부에도 LED 모듈을 배치할 수 있으므로, 균일한 백색광을 실현하면서, 면 광원장치의 대형화가 실현된다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 LED 모듈이 기판 상에 형성된 오목부 내에 배치되어 있다.
이러한 구성에 의하면, LED 모듈이 기판 상에 배치되어 있으므로, 기판에 방열 구조를 장착하는 것에 의해 복수의 LED 모듈을 동시에 냉각할 수 있다.
또한, LED 모듈이 기판 상의 오목부내에 배치되므로, 미리 기판에 마련한 오목부에 LED 모듈을 배치하는 것 만으로 LED 모듈을 정확하게 배치할 수 있으므로, 고밀도 면 광원장치가 용이하게 제조 가능해진다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 관통 구멍 내에 굴절률이 상기 도광판의 굴절률과 대략 동일한 수지로 형성되고, 상기 도광판의 출사면을 향하는 오목형으로 형성된 수지층이 마련되어 있다.
이러한 구성에 의하면, LED 모듈로부터 오목형의 수지층으로 입사하는 광의 일부는, 오목형 부분에서 전반사하고, 도광판 내로 진행된다. 오목형 부분에서 반사되지 않는 광은 면 광원장치가 관통 구멍의 개구를 덮는 리플렉터를 구비하고 있을 경우에는, 리플렉터에서 반사되어, 오목형 부분으로부터 도광판 내로 진행된다.
또한, 면 광원장치가 광 제어판을 구비하고 있는 경우에는, 오목형 부분에서 반사되지 않는 광은, 광 제어판에 의해 투과 및 반사의 광량을 제어하고, 반사된 광은 관통 구멍으로부터 도광판 내부로, 투과한 광은 도광판 외부로 출사된다.
이렇게, LED 모듈로부터의 광을 보다 효율적으로 도광판에 안내할 수 있고, 단색광의 믹싱을 효율적으로 실행할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 의하면, 상기 LED 모듈이 상기 도광판의 양면에 서로 중첩되지 않도록 배치되어 있다.
이러한 구성에 의하면, LED 모듈이 도광판의 양면에 배치되어 있으므로, 인접한 LED 모듈과의 피치를 보다 크게 취하여 LED 칩으로부터의 방열을 효율적으로 실행할 수 있어서, 방열 구조가 간략화된다.
발명의 효과
본 발명의 면 광원장치에 의하면, 두께를 증대시키거나, 테두리의 폭을 넓게 하지 않고, 얼룩이 없는 백색광을 얻을 수 있는 면 광원 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면도,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도,
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면도,
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도,
도 7은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면도,
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선에 따른 단면도,
도 9는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면도,
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선에 따른 단면도,
도 11은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면,
도 12는 도 11의 ⅩII-XII 선에 따른 단면도,
도 13은 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면,
도 14는 도 13의 XIV-XIV 선에 따른 단면도,
도 15는 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면,
도 16은 도 15의 XVI-XVI 선에 따른 단면도,
도 17은 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면,
도 18은 도 17의 XⅧ-XⅧ 선에 따른 단면도,
도 19는 본 발명의 제 1O 실시형태에 따른 면 광원장치의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면도,
도 20은 도 19의 XX-XX 선에 따른 단면도,
도 21은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 있어서의 그라이데이션(gradation)의 도트 패턴의 도트 점유 면적율,
도 22는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에 있어서의 휘도 분포도,
도 23은 종래의 면 광원장치의 측단부의 종단면도,
도 24는 도 23의 XXIV-XXIV 선에 따른 단면도,
도 25는 종래의 면 광원장치의 측단부의 종단면도,
도 26은 도 25의 XXVl-XXVI 선에 따른 단면도.
<부호의 설명>
1, 30, 40, 50, 62, 74, 86, 104, 116, 130, 200, 300 : 면 광원장치
2, 42, 58, 64, 76, 90, 106, 120, 134, 202, 302 : 도광판
4, 60, 68, 78, 92, 108, 122, 136, 304 : 관통 구멍
6, 34, 54, 70, 100, 126, 142, 204 : 기판
8, 32, 56 : LED 칩 군
10, 36 : 밀봉 수지
12, 38, 52, 66a, 66b, 84, 88, 112, 118, 132 : LED 모듈
24, 82, 98, 114, 140, 218 : 리플렉터
94, 124, 138 : 반사·투과 제어 필름
34a, 54a : 오목부
110 : 오목형 수지층
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
또, 제 2 실시형태 이하에서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성에는 도면에 제 1 실시형태와 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 간략화 또는 생략한다. 또한, 각 실 시형태의 각 도면의 구성은 설명을 간단히 하기 위해서 실제의 치수비율과는 다르게 표시되어 있다.
[제 1 실시형태]
본 발명의 제 1 실시형태의 면 광원장치(1)를 도 1 및 도 2를 참조해서 설명한다. 도 1은 면 광원장치(1)의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 면 광원장치(1)는 투명재료로 형성된 판체인 도광판(2)을 구비하고 있다. 도광판(2)의 한 쪽의 측단부에는 도광판(2)을 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍(4)이 측부 가장자리를 따라 소정 피치로 일렬로 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 도광판(2)은, 폴리메틸메타크릴레이트 수지(Poly Methyl Metha Acrylate; PMMA) 등의 투명 수지로 형성되고, 관통 구멍(4)이 마련되어 있는 측의 측단면(광원측 단면)의 두께가 3 mm, 광원측 단면과 대향하는 측단면의 두께가 1.5 mm의 쐐기형 단면 형상(광원측 단면으로부터 5 mm는 두께 3 mm인 채로)으로, 종횡이 약 310 × 240 mm(15 인치 화면에 상응)의 장방형의 판체이다. 또, 도광판(2)을 구성하는 수지로서는, PMMA 이외로도 폴리에틸렌 수지(PSt), 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지(PC), 메타크릴스티렌(methacylstyrene) 수지(MS), 환상 폴리올레핀(polyolefin) 수지(COP) 등을 이용하여도 좋다.
도광판(2)의 출사면(전면; 2a)과 반대측의 면인 배면(2b)에는, 열형상으로 배치된 관통 구멍(4)을 따라 세장형 기판(6)을 설치할 수 있다. 기판(6) 상면의 각 관통 구멍(4)에 대응하는 위치에는, LED 칩 군(8)을 밀봉 수지(10)로 밀봉한 LED 모듈(12)이 각각 설치되어 있다.
LED 칩 군(8)은 상면 발광 타입의 3 종류의 단색 LED 즉, 적색 LED 칩(발광 중심파장 : 625 nm)(8r), 녹색 LED 칩(발광 중심파장 : 525nm)(8g), 및 청색 LED 칩(발광중심 파장 : 460 nm)(8b)을 포함하고 있다. 본 실시형태에서는 LED 칩 군(8)은 1 개의 적색 LED 칩(8r), 2개의 녹색 LED 칩(8g) 및 1 개의 청색 LED 칩(8b)으로 구성되어 있다. 각 단색 LED 칩(8r, 8g, 8b)은 0.55 mm 각의 대전류 구동 구동 타입으로, 약 70 mA의 전류로 구동된다.
또한, 기판(6)은 치수가 약 310(L)×10(W)×2(t)mm로, LED 칩 군(8)이 발생된 열을 효율적으로 발산하기 위해서, 방열성이 뛰어난 알루미늄 재료로 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 밀봉 수지(10)로서 굴절률 1.41의 실리콘 수지가 사용되고 있다. 밀봉 시에는, 실리콘 수지가 넓어지지 않도록, 기판(6)의 전면의 소정 위치에 LED 칩 군(8)을 구성하는 각 단색 LED 칩(8r, 8g, 8b)을 실장(배치, 고정, 배선)한 후, 각 LED 칩 군(8)을 둘러싸는 약 25 mm의 구멍이 10mm 피치로 마련된 지그를 기판(6)의 전면에 밀착시켜, 이 상태에서 밀봉 수지(10)를 지그의 구멍에 주입하고, 밀봉 수지(10)을 경화시켜, 각 단색 LED 칩(8r, 8g, 8b)을 밀봉한다.
관통 구멍(4)의 직경은 LED 모듈(12)의 직경과 거의 동일하게 설정되어 있다. 본 실시형태에서는, 관통 구멍(4)은 지름 2.8mm의 원형 구멍에 도광판(2)의 일측 단부(광원측 단부)에 일측단을 따라 10 mm 피치로 일렬로 31개 배치되어 있 다. 따라서, 본 실시형태에서는, LED 모듈(12)도 기판(6)상에 10 mm 피치로 31조 일열로 배치되어 있다. 또한, 도광판(2)의 광원측 단면과 관통 구멍(4) 중심의 거리는 2.5 mm로 설정되어 있다.
이러한 본 실시형태의 배치에 의해, 각 LED 모듈(12)은 관통 구멍(4)의 도광판(2)의 출사면과 반대면(2b)측의 개구단 부근에 배치되고, 관통 구멍(4)내에 방사상으로 광을 출사하게 된다. 관통 구멍(4)내로 출사된 광은 도광판(2)에 입사해서 내부를 전파하고, 최종적으로는 출사면(2a)로부터 출사한다.
또한, 본 실시형태의 면 광원장치(1)는 도광판(2)의 출사면(2a)의 전방에 배치되어 도광판(2)으로부터 출사되는 광을 확산시켜 편향시키는 확산 필름(14)과, 확산 필름(14)의 전방에 배치되어, 광을 대략 법선방향으로 편향시키는 2 장의 프리즘 시트(16, 18)와, 또한 프리즘 시트(16, 18)의 전방에 배치된 확산 필름(20)을 구비하고 있다.
프리즘 시트(16, 18)는 전면[도광판(2)과 반대측의 표면]에, 단면이 꼭지각 85∼100°의 이등변 삼각형의 단면을 갖는 세장형 프리즘이 간극없이 병렬로 형성되어 있어서, 확산 필름(14)로부터의 광을 더욱 법선 방향(도 1의 윗쪽)으로 편향시키도록 구성되어 있다. 프리즘 시트(16, 18)는 프리즘 방향이 서로 직교하고 있다.
확산 필름(20)은 밝음의 균일성을 도모하기 위해 배치되어 있다.
더욱이, 면 광원장치(1)는 도광판(2)의 배면(2b)측에 배치된 확산 반사판(22)을 구비하고 있다. 이 확산 반사판(22)은 도광판(2)과 거의 평행하게 배치 된 직사각형의 얇은 시트 형상의 부재이며, 각 LED 모듈로부터 출사된 광 중 도광판(2)의 배면(2b)으로부터 출사하는 광을 확산시켜 반사시키도록 구성되어 있다.
또한, 면 광원장치(1)은, 도광판(2)의 관통 구멍(4)이 마련되어 있는 측단부를 덮는 리플렉터(24)를 구비하고 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 리플렉터(24)는 도광판(2)의 관통 구멍(4)의 출사면 측의 개구 및 그 주변 영역, 도광판(2)의 배면 측의 관통 구멍(4)의 주변영역 및 도광판(2)의 측단면(2c)을 덮고 있다. 본 실시형태에서는, 리플렉터(24)로서 발포 PET 등의 백색 확산 반사 필름이 사용되고 있다.
또한, 기판(6)의 배면에는, 방열 핀(26)이, 방열 시트(도시하지 않음)를 통해 장착될 수 있어서, LED 모듈(12)로부터 기판(6)에 전해진 열을 효율적으로 방출할 수 있게 구성되어 있다.
더욱이, 도광판(2)의 배면(2b)에는, 백색의 도트 인쇄(28)가 실시되고, 이 도트 인쇄(28)는 도광판(2)의 배면에 도달한 광을 확산 반사하고, 도광판(2)의 출사면(2a)으로부터 출사되는 광량이 균일해지도록 면내에서 밀도 변화시키고 있다.
다음에, 면 광원장치(1)의 작용을 설명한다. 각 LED 칩 군(8)을 구성하는 단색 LED(8r, 89, 8b)로부터 출사된 적색, 녹색, 청색 단색 광은, 밀봉 수지(10)내에서 어느 정도 믹싱된 후, LED 모듈(12)로부터 관통 구멍(4)내에 방사상으로 출사되어, 관통 구멍(4)을 통과할 때에 더 믹싱된다.
관통 구멍(4)내에 방사상으로 출사된 광 중 관통 구멍(4)의 내주면으로부터 도광판(2)에 입광하는 광은, 관통 구멍(4)의 내주면에서 굴절되고, 입사각도보다 도광판(2)의 표면(2a)에 평행에 가까운 각도로 되어 도광판(2) 내를 전파한다. 이들 광은, 도광판(2) 내를 전파하는 사이에서도 서로 믹싱된다. 이 백색광은, 순차적으로 출사면(2a)를 통해 도광판(2)으로부터 출사된다. 출사면을 통과시켜 출사한 광은, 확산 필름(14), 프리즘 시트(16, 18) 및 확산 필름(20)에 의해 편향 방향이 조정된다.
LED 모듈(12)로부터 수직방향, 즉 도광판(2)의 판 두께방향으로 방사된 광은 관통 구멍(4)의 출사면 측의 개구단 부근에서 리플렉터(24)에 의해 반사되어, 일부는 도광판(2)에 입사되고, 나머지는 LED 모듈(12) 방향을 향해서 반사된다.
한편, 도광판(2)에 입사된 광은, 도광판(2)의 쐐기형상 및 도트 인쇄(28)의 작용에 의해 편향되고, 출사면(2a)의 경계각을 넘는 성분은 도광판(2)의 출사면(2a)를 통해, 도광판(2)으로 출사된다.
또한, 도광판(2)의 측단면(2c) 방향으로 진행하는 광은, 측단면(2c)을 덮는 리플렉터(24)에서 반사되고, 다시 도광판(2)내에 복귀하여, 최종적으로 도광판(2)의 출사면(2a)을 통해, 도광판(2)으로부터 출사된다.
이러한 구성을 갖는 제 1 실시형태의 면 광원장치(1)에 의하면, 각 단색의 LED 칩(8r, 8g, 8b)이 밀봉 수지(10)로 밀봉되기 때문에, 밀봉 수지(10)내에서 단색광의 믹싱이 행하여지고, LED 모듈(12) 외에서 필요로 하는 믹싱 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서, 치수를 크게 하는 일 없이 얼룩이 없는 균일한 백색을 발생시키는 면 광원장치를 얻을 수 있다. 또한, LED 모듈(12)을 복수 병렬로 하여, 각 LED 모듈(12)로부터의 광을 얼룩 없이 양호하게 믹싱할 수 있어서, 균일한 백색을 실현 할 수 있다.
LED 모듈(12)이 광을 관통 구멍(4)내로 출사하므로, 관통 구멍(4)내에서도 믹싱되고, 따라서 한층 더 균일한 백색광을 얻을 수 있다.
리플렉터(24)가 관통 구멍(4)의 출사면 측의 개구를 덮고 있어서, LED 모듈(12)로부터 출사면 방향으로 방사된 광은 리플렉터(24)에서 반사되어 관통 구멍(4)으로 복귀된다. 따라서, LED 모듈(12)로부터 방사된 광을 효율적으로 도광판(2)에 입사시킬 수 있고, 면 광원장치(1)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
1 장의 기판(6)에 복수의 LED 모듈(12)이 배치되어 있어서, LED 모듈(12)의 취급이 용이해진다. 또한, 기판(6)에 LED 모듈(12)이 미리 위치 결정되므로, LED 모듈(12)의 조립이 용이해져, 면 광원장치(1)의 제조가 용이해진다.
[제 2 실시형태]
본 발명의 제 2 실시형태의 면 광원장치(30)를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 도 3은 면 광원장치(30)의 단부 부근을 확대하여 도시하는 종단면도이며, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다.
면 광원장치(30)는 LED 칩 군에 포함되는 단색 LED의 구성 및 LED 모듈을 설치할 수 있는 기판의 구조 등이 다른 점을 제외하고, 제 1 실시형태의 면 광원장치(1)와 거의 동일한 구성을 구비하고 있다.
면 광원장치(30)의 LED 칩 군(32)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 적색 LED 칩(32r), 녹색 LED 칩(32g) 및 청색 LED 칩(32b)가 각각 1개씩 포함되어 있다. 단지, 각 단색 LED 칩(32r, 32g, 32b)은, 표 1에 표시되어 있는 바와 같이, 각각 사이즈가 다르다. 여기에서, 구동 전류는 어디까지나 목표이며, 실제로는 구동 전류는 양호한 백색을 실현하기 위해서 센서와 컨트롤러에 의해 적당하게 제어된다.
[표 1]
표 1
발광 중심파장 [nm] 발광 사이즈 [nm] 구동 전류 목표 [mA] 색
32b 460 0.55 × 0.55 70 청색
32g 525 0.75 × 0.75 150 녹색
32r 625 0.55 × 0.55 100 적색
본 실시형태에서는, LED 칩 군(32)은 기판(34)에 직선적으로 배열된 복수의 오목부(34a)의 각각의 저면에 실장되어 있다. 오목부(34a)는 상측(전면측)을 향해 확대되는 원추대 형상의 단면 형상을 갖고 있고, 측벽면이 반사면으로 되어 있다. 본 실시형태에서는, 오목부(34a)의 사이즈는, 개구 직경이 3.5 mm, 저부 직경이 2.5 mm, 깊이가 0.5 mm로 설정되어 있다.
기판(34)은 치수가 약 310(L)×10(W)×2(t)로, LED 칩 군(32)이 발생된 열을 효율적으로 발산하기 위해서, 방열성이 우수한 알루미늄 재료로 형성되어 있다. 이 기판(34)은 알루미늄 기재의 표면에 절연층을 도포하고, 그 위에 동박 등의 도체를 점착시켜, 그 도체를 포트리소 프로세스(photolitho process)에 의해 전극 배선에 가공하는 것으로 제작된다.
그 후, 전면에 엠보스 가공에 의해 오목부(34a)가 형성된다. 더욱이, 전극 배선 부분을 반사율이 높은 은 등으로 도금하고, LED 칩 군(32)이 고정되어, 기판(34)상의 전극과 본딩 와이어에 의해 접속된다. LED 칩 군(32)을 실장한 후, 오 목부(34a)에 밀봉 수지(36)를 주입해서 LED 칩 군(32)을 밀봉하고, LED 모듈(38)로 한다.
본 실시형태에서는, 밀봉 수지(36)로서, 평균 입경 2μ의 실리카 구상 입자가 10 wt%로 대략 균일하게 분산되어 있는 밀봉 수지가 사용되고 있다. 실리카 자신이 투명하고, 평균 입경이 2μ 정도이기 때문에, LED 칩 군(32)으로부터의 광을 손실없이, 동시에 색 얼룩없이 광확산시킬 수 있다. 또한, 실리카 입자 직경이 2μ 정도이기 때문에, 밀봉 수지(36)가 유동하기 쉽고, 밀봉된 영역에 용이하게 밀봉 수지(36)를 충전할 수 있다. 더욱이, 실리카는 열적으로 매우 안정되어 있으므로, 실리카 입자에 의해 면 광원장치(30)의 내구성이 저하하는 일이 없다.
광의 분산을 양호하게 하기 위해서, 밀봉 수지(36)에 함유된 확산제로서, 페닐 실란 처리한 실리카 입자나 수 1OO nm ∼ 수 μ 정도의 기포 등을 사용하여도 좋다. 그렇게 하는 것에 의해, LED 모듈(38)로부터 출사되는 광이 모든 방향으로 확산되고, 도광판(2)에 직접 입사하는 광이 증가된다.
LED 모듈(38)은 기판(34) 상에 약 15.5 mm 피치로 일렬로 20 조 형성되어 있다.
여기에서, 확산제의 함유량은 밀봉 수지(36)를 구성하는 수지의 굴절률과 확산제의 굴절률의 굴절률 차에 따라 조정하면 좋지만, 첨가량으로는 밀봉 수지(36)에 대하여 0.1 ∼ 30 질량%의 범위가 바람직하다. 또한, 확산제와 밀봉 수지(36)의 굴절률의 차가 작은 경우는, 확산제를 다량으로 함유시킬 필요가 있고, 확산제와 밀봉 수지(36)의 굴절률의 차가 클 경우는, 확산제의 첨가량은 소량으로 효과를 확인할 수 있다.
본 실시형태에서는, 도광판(2)은 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA) 등의 투명수지로 형성되어, 관통 구멍(4)이 마련되어 있는 측의 측단면(광원측 단면)의 두께가 3 mm, 광원측 단면과 대향하는 단면의 두께가 1.5 mm의 쐐기형 단면 형상(광원측 단면으로부터 7mm는 두께 3 mm인 채로)으로, 종횡이 약 310×242 mm(15인치 사이즈)의 장방형상의 판체이다.
관통 구멍(4)은 LED 모듈(38)의 직경과 거의 동일하게 설정되어 있다. 본 실시형태에서는, 관통 구멍(4)은 직경 3.8 mm의 원형 구멍에서, 도광판(2)의 일측 단부(광원측 단부)에 약 15.5 mm 피치로, LED 모듈(38)에 대응해서 20개 배치되어 있다. 또한, 도광판(2)의 측단면(광원측 단면)과 관통 구멍(4)의 중심 사이의 거리는 3.5 mm이다.
이러한 구성을 갖는 제 2 실시형태의 면 광원장치(30)에 의하면, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, LED 모듈(38)이 기판(34)의 오목부(34a)내에서 형성되므로, 제 1 실시형태와 같은 밀봉 수지 주입을 위한 지그가 불필요하게 되어, LED 모듈(38)의 제조가 용이해진다.
더욱이, LED 모듈(38)이 오목부(34a)내에 형성되므로, 단색 LED 칩(32r, 32g, 32b)의 위치 결정이 용이해진다.
또한, 밀봉 수지(36)가 확산제를 함유하고 있으므로, LED 칩 군(32)으로부터 출사된 단색광이 밀봉 수지(36)내에서 보다 확산되고, 보다 효율적으로 단색광의 믹싱이 행하여져, 색 얼룩을 보다 한층 저감시킬 수 있다.
[제 3 실시형태]
본 발명의 제 3 실시형태의 면 광원장치(40)를 도 5 및 도 6을 참조해서 설명한다. 도 5는 면 광원장치(40)의 단부 부근을 확대해서 도시하는 종단면도이며, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도이다.
면 광원장치(40)는 도광판(2) 자신의 구조와 그 전면에 마련된 광학계를 제외하고, 제 2 실시형태의 면 광원장치(30)와 거의 동일한 구성을 구비하고 있다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 면 광원장치(40)는 도광판(42)의 전면(출사면)측에 마련되어 도광판(42)으로부터 출사된 광을 대략 법선방향으로 편향시키는 프리즘 시트(44)와, 프리즘 시트(44)의 전면측에 배치되어, 시야각의 조정 및 번질거림을 방지하는 확산 필름(46)을 구비하고 있다.
도광판(42)은 출사면(42a)이 형전사 등에 의해 미세한 요철 형상을 갖는 매트면으로 가공되고, 배면(42b)이 프리즘면에 가공되어 있다. 이 프리즘은, 관통 구멍(4)의 배열 방향에 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 또한, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서 도광판의 이면 설치되었던 도트 인쇄는 본 실시형태의 면 광원장치(40)에서는 마련되어 있지 않다.
도광판(42)의 매트면은, 평균 경사각 θa가 1 내지 5 도의 범위인 것이, 출사면에서의 휘도의 균일도를 도모하는 점에서 바람직하다. 매트면의 평균 경사각 θa 이 1도 보다 작게 되면 도광판(42)으로부터 출사하는 광량이 적어져 충분한 휘도가 얻을 수 없게 되는 경향이 있고, 평균 경사각θa가 5 도보다 커지면 단면 근방에서 다량의 광이 출사하고, 출사면 내에서의 도광 방향에 있어서의 출사 광의 감쇠가 현저해져, 출사면에서의 휘도의 균일도가 저하하는 경향이 있기 때문이다.
또, 평균 경사각θa는 ISO 4287/1-1984에 따라 촉침식(觸針式) 표면 조도계 를 이용하여 조면 형상을 측정하고, 측정 방향의 좌표를 x로 하여, 얻을 수 있는 경사 함수 f(x)로부터 다음 식(1) 및 식(2)
Δa = (1/L)∫OL ｜(d/dx)f(x)｜dx ···(1)
θa = tan-1(Δa) ···(2)
을 이용하여 구할 수 있다.
여기에서, L은 측정 길이이며, Δa는 평균 경사각 θa의 탄젠트이다.
또, 이러한 매트면 대신에 평균 경사각 θa의 범위내이면, 관통 구멍(4)의 배열 방향에 평행하게 연장되는 다수의 렌즈 열을 형성한 렌즈면으로 하여도 좋다. 이 경우, 형성하는 렌즈 열로서, 프리즘 열, 렌티큘러 렌즈(lenticular lense) 열, V자 형상홈 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 면 광원장치(40)에서는 도광판(42)의 광원측 단면의 평균 경사각 θa가 1° 정도, 광원측 단면과 반대측의 단면에서는 평균 경사각 θa가 3° 정도로 설정되어 있고, 점차로 평균 경사각 θa가 커지도록 조정되어 있다.
도광판(42)의 배면(42b)의 프리즘면은 도광판(42)으로부터의 출사광의 관통 구멍(4)의 배열 방향에 평행한 면에서의 지향성을 제어하는 것이며, 그 꼭지각을 90°내지 110°의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 꼭지각을 이 범위와 하는 것에 의해서 도광판(42)으로부터의 출사광을 적당하게 집광할 수 있고, 면형상 광원장치(40)의 휘도의 향상을 도모할 수 있기 때문이다.
또, 본 실시형태의 면 광원장치(40)에서는, 도광판(42)의 배면(42b)을 다수의 프리즘 열을 형성한 프리즘면으로 했지만, 프리즘 열 이외의 렌티큘라 렌즈 열, V자 형상홈 등의 렌즈 열을 관통 구멍(4)의 배열 방향에 직교해서 연장되도록 하여 형성한 것이라도 좋다.
또한, 프리즘면은 프리즘 열의 정부 혹은 골부를 평탄 혹은 곡면으로 형성해도 좋다.
더욱이, 본 실시형태에서는 도광판(42)의 출사면(42a)을 매트면으로, 배면(42b)을 프리즘면으로 형성하고 있지만, 이것과는 반대로, 출사면(42a)을 프리즘면으로 배면(42b)을 매트면으로 한 구성도 좋다.
면 광원장치(40)에서는, 프리즘 시트(44)는 도광판(42) 측에 정점을 가지는 꼭지각 60∼75°의 이등변 삼각형 형상의 단면을 갖는 세장형 프리즘이 간극없이 다수 병렬로 형성된 것으로, 도광판(42)으로부터의 광을 프리즘의 내면에서 전반사시켜 법선방향으로 편향시키도록 구성되어 있다.
면 광원장치(40)에서는, LED 모듈(38)로부터 출사되어 관통 구멍(4)을 통과하여 도광판(42)에 입사한 광이 도광판(42)의 매트면 및 프리즘면에 의해 반사/투과가 제어되어, 휘도가 균일화된다. 그 후, 광은 프리즘 시트(44)에 의해 대략 법선방향으로 편향되고, 확산 필름(46)에 의해 시야각이 조정 및 번질거림의 방지가 되어서, 표시면 측에 백색으로 표시된다.
이러한 제 3 실시형태의 면 광원장치(40)에 의하면, 제 2 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 또한, 도광판(42)의 출사면(42a)을 매트면으로 하고, 배면(42b)을 프리즘면으로 하고 있으므로, 도광판(42)로 출사되는 광을 양호하게 확산시키고, 소정방향으로 편향시킬 수 있다. 이로써, 제 1 실시형태의 면 광원장치(1)의 확산 필름(14)을 불필요하게 할 수 있고, 프리즘 시트도 적게 할 수 있기 때문에, 부품 점수를 감소시켜, 구조를 간단히 할 수 있는 동시에, 제조 비용을 저감할 수 있다.
[제 4 실시형태]
본 발명의 제 4 실시형태의 면 광원장치(50)를 도 7 및 도 8을 참조해서 설명한다.
도 7은 면 광원장치(50)의 단부 부근을 확대해서 도시하는 종단면도이며, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선에 따른 단면도이다.
면 광원장치(50)는 LED 칩 군의 배치 및 도광판의 형상 등을 제외하고는, 제 2 실시형태의 면 광원장치(30)와 거의 동일한 구성을 구비하고 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 제 4 실시형태의 면 광원장치(50)의 LED 모 듈(52)은 제 2 실시형태와 같이 기판(54)의 오목부(54a)에 배치된 LED 칩 군(56)을 확산제를 함유한 밀봉 수지(36)로 밀봉한 구조로 되어 있다. 또, 본 실시형태에서는, 기판(54)의 오목부(54a)의 사이즈는 많은 LED 칩을 실장하는 관계로 개구 직경은 5.6 mm, 바닥부 직경은 4.8 mm, 깊이는 0·5 mm로 되어 있다. 또한, 기판(34)은 치수가 약 405(L)×10(W)×2(t)mm이다.
LED 칩 군(56)은 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 제 각기가 발광 파장이 다른 광을 발하는 복수의 단색 LED 칩, 즉 3개의 적색 LED 칩(56r), 5개의 녹색 LED 칩(56g), 2개의 청색 LED 칩(56b)으로 구성되어 있다. 각 단색 LED 칩(56r, 56g, 56b)은 0.38mm 각의 동일한 사이즈이다.
면 광원장치(50)에서는, 도광판(58)의 양측단에 복수의 관통 구멍(60)이 일렬로 배열되고, 또한, 각 관통 구멍(60) 열의 배면측에 LED 모듈(52)이 마련된 기판(54)이 설치되어 있다. LED 모듈(52)은, 기판(54) 상에 약 15.6 mm 피치로 1열, 26조, 배치되어 있다.
도광판(58)은 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA) 등의 투명수지로 형성되고, 두께가 6mm 균일하게, 종횡이 약 405×315 mm(19인치 사이즈)의 장방형의 평판체이다.
관통 구멍(60)은 지름 6.0 mm의 원형 구멍으로, 도광판(58)의 양측단부에 약 15.6 mm 간격으로 각 LED 모듈(52)에 대응하게 26 개 배치되어 있다. 또한, 도광판(58)의 측단면과 관통 구멍(60)의 중심 사이의 거리는 5.0 mm이다.
제 4 실시형태의 면 광원장치(50)에서는, 제 1 실시형태의 면 광원장치(1)의 확산 필름(20)은 마련되지 않고, 확산 필름(14) 만이 마련되어 있다. 또한, 프리즘 시트(18)도 마련되어 있지 않고, 프리즘 시트(16) 만이 마련되어 있다.
이러한 제 4 실시형태의 면 광원장치(50)에 의하면, 제 2 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 또한, LED 칩 군(56)이 비교적 작은 사이즈의 단색 LED 칩으로 구성되므로, 현상에서는 칩 면적이 작은 쪽이 같은 전력을 공급했을 때의 발광 효율이 높기 때문에, LED 모듈(52)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱, 도광판(58)의 양측단에 LED 모듈(52)을 배치했으므로, 보다 많은 광을 도광판(58)에 입사시킬 수 있고, 면 광원장치(50)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
[제 5 실시형태]
본 발명의 제 5 실시형태의 면 광원장치(62)를 도 9 및 도 l0을 참조해서 설명한다. 도 9는 면 광원장치(62)의 단부 부근을 확대해서 도시하는 종단면도이며, 도 10은 도 9의 X-X선에 따른 단면도다.
본 실시형태에 따른 면 광원장치(62)는 도광판(64)의 출사면측에도 LED 모듈(66)이 배치되어 있는 점을 제외하고, 제 4 실시형태의 면 광원장치(50)와 거의 동일한 구성을 구비하고 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 면 광원장치(62)에서는, LED 모듈(66)이 도광판(64)의 양측단에 마련되고, 또한, 이것들의 LED 모듈(66)은 도광판(64)의 관통 구멍(68)의 출사면(64a)측 개구부와 배면(64b)측 개구부의 양면에 배치되어 있다.
도광판(64)의 관통 구멍(68)의 출사면(64a) 측에 배치된 LED 모듈(66a)과 배 면(64b) 측에 배치된 LED 모듈(66b)은 상하 방향(전후방향, 도광판으로부터의 출사 방향)에 겹치지 않도록 교대로 배치되어 있다.
본 실시형태에서는, 상하의 LED 모듈(66a, 66b)은 기판(70) 상에 약 31.2 mm 피치로 1 열로 13조 형성되고, 도광판(64)의 상하면에 관통 구멍(68)의 1 구멍분 위치를 옮겨 배치되어 있다.
본 실시형태에서는, 기판(70)은 도광판(64)의 측단부를 둘러싸도록 배치된 열전도성이 높은 하우징(72)에 접속되어, LED 모듈(66a, 66b)이 발생된 열을 방출할 수 있도록 구성되어 있다.
본 실시형태의 면 광원장치(62)에서는, 기판(70)이 도광판(64)의 출사면 및 배면에 대향하여 배치되어 있기 때문에, 관통 구멍(68)의 LED 모듈(66)이 배치되지 않는 측의 개구는, 대향하는 기판(70)에 의해 덮혀져 있다. 따라서, 면 광원장치(62)에서는, 관통 구멍(68)의 반대측 개구로부터 출사하게 되는 광은, 이 개구를 덮는 기판(70)에서 반사되는 것이 되고, 기판(70)이 리플렉터의 역할을 한다.
면 광원장치(62)에서는, 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA) 등의 투명수지로 형성되고, 두께가 6mm 균일하며, 종횡이 약 405×315 mm(19인치 사이즈)의 장방형의 평판체이다.
관통 구멍(68)은 지름 6.0 mm의 원형 구멍으로 약 l5.6 mm의 피치로 각 LED 모듈(66)의 배치 위치에 대응하여 26 개 배치되어 있다. 또한, 도광판(64)의 측단부와 관통 구멍(68)의 중심 사이의 거리는 5.0 mm이다.
이러한 제 5 실시형태에 의하면, 제 4 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있 고, 또한, LED 모듈(66)이, 도광판(64)의 출사면 및 배면의 양면에 배치되어, LED 모듈(66)이 상하 방향으로 겹치지 않도록 배치되어 있으므로, 인접한 LED 모듈(66)의 간격을 넓게 얻고, LED 모듈(66)로부터의 방열을 효과적으로 실행할 수 있다. 이 결과, 큰 구동 전류에서 LED 모듈(66)을 구동하고, 면 광원장치(62)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
[제 6 실시형태]
본 발명의 제 6 실시형태의 면 광원장치(74)를 도 11 및 도 12를 참조해서설명한다
도 11은 면 광원장치(74)의 단부 부근을 확대해서 도시하는 종단면도이며, 도 12는 도 11의 XII-XII 선에 따른 단면도다.
본 실시형태의 면 광원장치(74)는 관통 구멍(78)을 포함하는 도광판(76)의 단부가 경사면이 되어 있는 점 등을 제외하고, 제 4 실시형태의 면 광원장치(50)와 대략 동일한 구성을 구비하고 있다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 면 광원장치(74)에서는 도광판(76)의 출사면(76a)의 측단부가, 관통 구멍(78)의 중앙측의 외연으로부터 측단면을 향해 경사져 하방(출사면과 반대측의 면)을 향해서 경사진 경사면(80)으로 되어 있다. 본 실시형태에서는, 경사면(80)의 경사 각도는 출사면에 대하여 약 40°로 도광판(76)의 측단면을 향해 경사져 있다.
면 광원장치(74)에서는 도광판(76)의 단부를 덮는 리플렉터(82)도 이 경사면(80)을 따라 경사져 배치되어 있다.
본 발명의 제 6 실시형태에 의한 면 광원장치(74)에서는, LED 모듈(84)은 도광판(76)의 양측단에 약 15.6 mm 피치로 1 열로 26조 형성되어 있다.
도광판(76)은 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA) 등의 투명수지로 형성되고, 두께가 6 mm 균일하며, 종횡이 약 405×310 mm(19인치 사이즈)의 장방형의 판체이다.
관통 구멍(78)은 지름 6.0 mm의 원형 구멍으로 약 15.6 mm 피치로 각 LED 모듈(84)의 배치 위치에 대응해서 26개 배치되어 있다. 또한, 도광판(76)의 측단면과 관통 구멍(78)의 중심 사이의 거리는 3.5 mm이다.
이러한 면 광원장치(74)에서는, LED 모듈(84)로부터 도광판(76)의 두께 방향으로 출사된 광은 경사면(80) 상에 배치된 리플렉터(82)에서 반사되고, 도광판(76)의 출사면에 평행하게 가까운 각도에서 도광판(76)의 입사 단면에 입사될 수 있고, 면 광원장치(74)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
[제 7 실시형태]
본 발명의 제 7 실시형태의 면 광원장치(86)를 도 13 및 도 14를 참조해서 설명한다. 도 13 은 면 광원장치(86)의 단부 부근을 확대해서 도시하는 종단면도이며, 도 14는 도 13의 XIV-XIV선에 따른 단면도다.
본 실시형태의 면 광원장치(86)은, LED 모듈(88)의 배치 위치가 다르게 되어 있는 것과, 그에 따른 광 제어판으로서의 반사·투과 제어 필름(94)과, 확산 시트(96)가 도광판(90) 상에 배치되어 있는 점 등을 제외하고, 제 4 실시형태의 면 광원장치(50)와 대략 동일한 구성을 구비하고 있다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제 7 실시형태에 의한 면 광원장치(86)는, 제 2 실시형태와 같은 구성의 LED 모듈(88)을 구비하고 있다.
LED 모듈(88)은 다른 실시형태와 같이 도광판(90)에 열 형상으로 형성된 관통 구멍(92)에 대응하게 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 관통 구멍(92)의 열이 도광판(90)의 측단면으로부터 내측에 80 mm의 위치로부터, 소정간격(본 실시형태에서는 190 mm 피치)을 두고 합계 4 열로 배치되어 있다.
LED 모듈(88)은, 관통 구멍(92)에 대응하고, 약 15.6 mm 피치로 1 열로 26개가 배치되어 있다.
도광판(90)은 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA) 등의 투명수지로 형성되고, 두께가 4 mm 균일하며, 종횡이 약 405 mm × 730 mm의 장방형의 판체이다.
또한, 기판(34)의 치수는 약 405(L)×10(W)×2(t)mm이다.
도광판(90)의 전면(출사면)에는, 관통 구멍(92)을 통과한 광 및 도광판(90)의 관통 구멍(92) 주변으로부터 출사한 광의 반사 및 투과의 비율을 제어하는 반사·투과 제어 필름(94)이 마련되어 있다.
또한, 반사·투과 제어 필름(94)의 전방에는, 반사·투과 제어 필름(94)으로부터 출사한 광을 확산시키고, 균일화하는 동시에, 광원의 이미지를 될 수 있는 한 소거하는 확산 시트(96)가 마련되어 있다. 확산 시트(96)의 전방에는, 제 1 실시형태로 같은 확산 필름(14)과, 확산 필름(14)으로부터 출사된 광을 대략 법선방향으로 편향시키는 프리즘 시트(16)가 마련되어 있다.
또한, 도광판(90)의 측단면(90a)을 덮는 리플렉터(98)가 마련되고, 기 판(100)의 배면에는 방열 핀(102)이, 방열 시트(도시하지 않음)를 통해 장착되어 있다.
반사·투과 제어 필름(94)은 투명한 필름 또는 유백색의 반투과 확산 필름에 백색인쇄가 실시된 것으로, 백색 인쇄는 관통 구멍(92)의 출사면측의 개구 및 관통 구멍(92) 주변 부분에 있어서, 백색 인쇄의 면적 밀도가 높고, 관통 구멍(92)으로부터 이격됨에 따라 백색 인쇄의 면적 밀도가 서서히 낮아지게 된다.
더욱이, 반사·투과 제어 필름(94)은 도광판(90)의 관통 구멍(92)의 상부에만 배치되는 것도 가능하다.
이와 같은 면 광원 장치(86)에서는, 반사·투과 제어 필름(94)의 백색 인쇄가 도광판(90) 상에서는 밀도가 낮아지거나, 또는 인쇄되지 않기 때문에, 도광판(90)의 출사면으로부터 출사되는 광은 반사·투과 제어 필름(94)을 거의 투과한다.
한편, 반사·투과 제어 필름(94)의 백색 인쇄는, 관통 구멍(92)의 개구에서는 밀도가 높기 때문에, 관통 구멍(92)의 개구로부터 출사한 광의 대부분은 반사·투과 제어 필름(94)에서 확산 반사되어, 도광판(90)에 입사된다.
이러한 제 7 실시형태에 의하면, 도광판(90)의 전면에 반사·투과 제어 필름(94)을 마련했으므로, 도광판(90)으로부터의 광의 대부분을 투과시킴과 동시에, 관통 구멍(92)으로부터의 광의 대부분을 반사시킬 수 있다. 그 결과, 도광판(90)의 중앙부에도, LED 모듈이 배치될 수 있으므로, 균일한 백색광을 실현하면서, 면 광원 장치의 대형화를 실현할 수 있다.
[제 8 실시형태]
본 발명의 제 8 실시형태의 면 광원장치(104)는 도 15 및 도 16을 참조해서 설명한다. 도 15는 면 광원장치(104)의 종단면도이며, 도 l6은 도 15의 XVI-XVI 선에 따른 단면도이다.
본 실시형태의 면 광원장치(104)는 도광판(106)의 관통 구멍(108)내에, 도광(106)의 출사면을 향해서 오목형으로 형성된 오목형 수지층(110)이 마련되어 있는 점을 제외하고, 제 4 실시형태와 거의 동일한 구성을 구비하고 있다.
도 15에 도시되고 있는 바와 같이, 면 광원장치(104)는 제 2 실시형태와 같은 구성의 LED 모듈(112)을 구비하고 있다. LED 모듈(112)은 제 4 실시형태와 동일하게 도광판(106)의 양단부에 배치되어 있다.
도광판(106)은 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA) 등의 투명수지로 형성되고, 두께가 4 mm 균일하며, 종횡이 약 405×310 mm(19인치 사이즈)의 장방형의 판체이다.
관통 구멍(108)은 지름 6.0 mm의 원형 구멍에서 도광판(106)의 양측단부에 약 15.6 mm 피치로, 각 LED 모듈(112)에 대응해서 26개 배치되어 있다. 또한, 도광판(106)의 측단면과 관통 구멍(108)의 중심 사이의 거리는 3.5 mm이다.
도광판(106)의 관통 구멍(108)에는, 굴절률이 도광판(106)의 굴절률과 대략 동일한 수지로 형성된 오목형 수지층(110)이 마련되어 있다.
오목형 수지층(110)의 LED 모듈(112) 측(배면측)의 단부는, 관통 구멍(108)의 개구를 막고 있지만, 출사면(106a) 측의 단부는, 출사면(106a)를 향해서 대략 포물선 형상 또는 반구 형상의 오목부 형상으로 형성되어 있다.
오목형 수지층(110)은, 도광판(106)과 LED 모듈(112)을 고정시킨 후, 점도의 조정된 굴절률 1.50의 아크릴계의 자외선 경화 수지를 관통 구멍(108)의 벽면을 따라 공급하고, 자외선 조사시켜서 경화시키는 것으로 형성된다.
이러한 구성의 제 8 실시형태에서는, 오목형 수지층(110)은, 하면(배면측)으로부터 입사한 광의 일부를 오목형 부분의 내면에서 전반사하고, 도광판(l06)의 내부에 진행시키는 역할을 갖는다. 또한, 도광판(106)의 두께 방향으로 진행해 오목형 수지층(110)을 투과한 광은, 관통 구멍(108)의 전면의 리플렉터(114)에서 반사되어, 다시 오목부 수지층(110)에 입사하고, 오목부 수지층(110)의 벽면에서 편향되어, 도광판(106) 내로 진행한다.
제 8 실시형태에 의하면, 오목형 수지층(110)의 오목형 부분에 의해, 관통 구멍(108)내에 출사된 광의 대부분을 전반사시키고, 효율적으로 도광판(106)에 입사시켜서, 면 광원장치(104)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
[제 9 실시형태]
본 발명의 제 9 실시형태의 면 광원장치(116)를 도 l7 및 도 18을 참조해서 설명한다. 도 17은 면 광원장치(116)의 단부 부근을 확대해서 도시하는 종단면도이며, 도 18은 도 17의 XVIII-XVIII 선에 따른 단면도이다.
본 실시형태의 면 광원장치(116)는 LED 모듈의 배치 위치가 다르다는 점 및 LED 모듈이 실장되어 있는 기판의 구조가 다르는 점을 제외하고, 제 7 실시형태의 면 광원장치(86)와 대략 동일한 구성을 구비하고 있다.
도 17에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제 9 실시형태에 의한 면 광원장치(116)는, 제 2 실시형태와 동일한 LED 칩 군의 구성으로 이루어져 있는 LED 모듈(118)을 구비하고 있다.
본 실시형태에서는 도광판(120)은 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA) 등의 투명수지로 형성되고, 두께가 4mm 균일하며, 종횡 치수가 약 730(L)×405(W) mm의 장방형의 판체이다. 도광판(120)의 관통 구멍(122)은 지름 6.0 mm의 원형 구멍이며, 도광판(120)의 긴 변측 단면(730 mm 단면)으로부터 내측에 45 mm의 위치보다, 짧은 변 방향에 소정간격(본 실시형태에서는 45 mm 간격)으로 배치되어 있다. 또한, 관통 구멍(122)은 도광판(120)의 짧은 변측 단면(405 mm 단면)으로부터 내측에 53 mm의 위치보다, 긴변 방향으로 소정간격(본 실시형태에서는 52 mm 간격)으로 배치되어 있다. 따라서, 관통 구멍(122)은 도광판(120)의 면내에 세로 8개 × 가로 13개의 합계 104개 배치되어 있다.
기판(126)은 도광판(120)의 종횡 사이즈와 대략 동일한 치수로 형성되고 있고, 그 치수는 약 730(L)×405(W)×2(t)mm이다. 기판(126)의 전면에는, 확산 반사층(128)이 마련되어 있다. 이 확산 반사층(128)은 도포막 혹은 엷은 시트 형상(혹은 필름 형상)의 부재로 구성되고 있고, 각 LED 모듈(118)로부터 출사된 광 중 도광판(120)의 배면(120b)으로부터 출사하는 광을 확산시켜 반사시키도록 구성되어 있다.
기판(126) 및 확산 반사층(128)에는 관통 구멍(122)에 대응하는 위치에 오목부가 형성되어 있다. 이 오목부에 LED 모듈(118)이 배치되어 있다. 따라서, LED 모듈(118)은 도광판(120)에 형성된 관통 구멍(122)의 위치에 대응하게 배치된다. 또, 이 기판(126)은 LED 칩 군(32)이 발생시킨 열을 효율적으로 발산하기 위해서, 방열성에 뛰어난 알루미늄 재료로 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기판(126) 자체가 LED 모듈(118)로부터의 방열을 실행하는 방열 핀의 역할을 한다.
도광판(120)의 전면(출사면)에는, 관통 구멍(122)을 통과한 광 및 도광판(120)의 관통 구멍(122) 주변으로부터 출사한 광의 반사 및 투과의 비율을 제어하는 반사·투과 제어 필름(124)이 도광판(120)의 거의 전면에 걸쳐 마련되고, 이로써 관통 구멍(122)의 개구단을 덮고 있다.
또한, 반사·투과 제어 필름(124)의 전방에는, 제 7 실시형태와 같이, 확산 시트(96), 확산 필름(14)과, 프리즘 시트(16)가 마련되어 있다. 더욱이, 도광판(120)의 측단면(120a)에는 리플렉터(98)가 마련되어 있다.
더욱이, 도광판(120)의 배면에는, 도트 인쇄(28)가 실시되고 있다.
이러한 제 9 실시형태의 면 광원장치(116)에 의하면, 제 7 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 거기에 더하여, 기판(126)의 면적이 크기 때문에, 방열량을 크게 하고, LED 모듈(118)로부터의 방열을 효과적으로 실행할 수 있으며, 큰 구동 전류로 LED 모듈(118)을 구동할 수 있다. 이 결과, 면내 휘도가 균일해서, 휘도를 향상시킨 대형의 면 광원장치(116)가 실현된다.
[제 10 실시형태]
본 발명의 제 10 실시형태의 면 광원장치를 도 19 및 도 20을 참조해서 설명한다. 도 19는 면 광원장치(130)의 단부 부근을 확대해서 도시하는 종단면도이며, 도 20은 도 19의 XX-XX선에 따른 단면도이다.
본 실시형태의 면 광원장치(130)는 도광판의 구성 및 LED 모듈의 구성 및 배치 위치가 다르다는 점, 그에 따라 광 제어판으로서의 반사·투과 제어 필름 및 리플렉터의 형상이 다른 점 등을 제외하고는, 제 7 실시형태의 면 광원장치(86)와 대략 동일한 구성을 구비하고 있다.
도광판(134)은, 두께가 6mm 균일하며, 종횡이 305mm×340mm의 장방형의 판체이다. 또한, 이 도광판(134)은 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA) 등의 투명수지로 형성되고, 도 19에 과장해서 모식적으로 도시하는 바와 같이, 투명수지 내에 확산제(D)가 분산되게 할 수 있는 광산란 도광판이다.
본 실시형태에서는, 확산제(D)는, 도광판(134)을 구성하는 투명수지와 굴절률이 다른 물질이며, 실리카, 탄산 칼슘, 황산 바륨, 산화 티탄 등의 무기계 미립자나, 실리콘 비즈(beads), PMMA 비즈, MS 비즈, 스티렌 비즈 등의 유기계 미립자가 사용된다.
확산제(D)의 평균 입자 직경은, 0.1μm 이상 50μm 이하인 것이 바람직하다. 확산제(D)의 평균 입자 직경이, 0.1μm 이상이면, 광산란의 파장 의존성이 작아지고, 도광판(134)으로부터의 출사광의 색조변화가 작아지게 된다. 또한, 50μm이하이면, 산란 광에 의한 번질거림 및 휘도 얼룩이 없는 균일한 면 광원장치(130)를 얻을 수 있다. 확산제(D)의 입자의 형상은 부정형상, 구형형상, 타원형상, 바늘형상, 사각형상 등으로부터 사용 목적 등에 따라 적당히 선택된다.
본 실시형태에 있어서는, 확산제(D)의 함유량은, 도광판(134)을 구성하는 수 지에 대하여 1 ppm ∼ 1000 ppm의 범위가 바람직하고, 확산제(D)의 종류(확산제와 투명수지와의 굴절률차), 입자직경, 입자의 표면 형상 등의 여러가지 조건을 감안해서 선택된다.
여기에서, 도광판(134)내에 있어서의 확산제(D)에 의한 광산란성이 높을수록, 도광판(134)의 내부를 전파하는 광을, 도광판(134)의 출사면 방향으로 효율적으로 출사시킬 수 있고, 고휘도의 면 광원장치(130)를 얻을 수 있지만, 그 반면, 도광판(134)의 광입광부 부근에서 광이 출사되어, 휘도가 균일한 면광원을 구성하는 것이 어렵게 된다.
또한, 도광판(134)내에 있어서의 확산제(D)에 의한 광산란성이 낮으면, 도광판(134)의 입광부 부근의 광의 출사가 감소하고, 휘도가 균일한 면 광원장치(130)을 구성하기 쉬워지지만, 도광판(134)의 내부를 전파하는 광을 도광판(134)의 출사면 방향으로 효율적으로 출사시키는 것이 어렵게 되고, 고휘도의 면 광원장치(130)를 얻는 것이 어려워진다.
여기에서, 도광판(134)의 광산란성의 정도를 나타내는 파라메타로서, 도광판(134)의 헤이즈(haze) 값을 사용할 수 있다. 헤이즈 값의 측정은 일본공업규격 US-K7136 기재의 방법에 의해 도광판(134)의 두께 방향의 헤이즈 값을 측정한다.
본 실시형태에 있어서, 도광판(134)의 헤이즈 값[H(%)]은 도광판(134)의 판두께를 t(mm)이라고 했을 때, 다음 식 3을 만족하는 범위인 것이 바람직하다.
H ≤ 1.035 × t + 0.5 (3)
헤이즈 값(H)이 1.035 × t + 0.5(%)를 넘으면 도광판(134)의 광입광부 부근 으로 출사되는 광이 지나치게 강하게 되어, 휘도가 균일한 면 광원을 구성하는 것이 어렵게 된다.
또한, 더욱 바람직하게는, 하기 식 4를 만족하는 범위이다.
0.3 ≤ H ≤ 1.035 × t + 0 (4)
헤이즈 값[H(%)]이 0.3(%)미만이라면, 도광판(134)의 내부를 전파하는 광을 도광판(134)의 출사면 방향으로 효율적으로 출사시키는 것이 어렵게 되고, 고휘도의 면 광원장치(130)를 얻는 것이 어려워진다.
본 실시형태에서는, 도광판(134)에는 관통 구멍(136)의 열이, 도광판(134)의 측단면(134a)으로부터 내측에 10 mm의 위치로부터 소정간격(본 실시형태에서는 160 mm 간격)을 두고 합계 3열로 배치되어 있다. 각 열의 관통 구멍(136)은 직경 7 mm, 구멍 피치 l5.6 mm로 형성되어 있다.
기판(142)은 도광판(134)의 배면에 3 개 마련되고, 각 기판(142)에는 제 4 실시형태의 LED 모듈(132)과 같은 구성의 LED 모듈(132)이 배치되어 있다. 기판(142)의 치수는, 약 305(L)×10(W)×2(t)mm이다. LED 모듈(132)은 관통 구멍(136)에 대응한 위치에 배치된다. 즉, 본 실시형태에서는, LED 모듈(132)은 15.6 mm 피치[LED 모듈(132)의 중심끼리의 거리)에서 기판(142)에 20개 배치되어 있다.
또, LED 모듈(132) LED 칩 군의 밀봉 수지는, 제 2 실시형태와 마찬가지로 평균 입경 2μ의 실리카 구상 입자를 10 wt% 함유한 LED 밀봉용 실리콘 수지를 이용하고 있다.
도광판(134)의 전면(출사면)에는 관통 구멍(136)을 통과한 광 및 도광판(134)의 관통 구멍(136) 주변으로부터 출사한 광의 반사 및 투과의 비율을 제어하는 반사·투과 제어 필름(138)이 마련되어 있다. 이 반사·투과 제어 필름(138)은, 관통 구멍(136)의 개구 및 그 주변 만을 덮고 있다.
또한, 반사·투과 제어 필름(138)의 전방에는, 반사·투과 제어 필름(138)로부터 출사한 광을 확산시켜, 균일화하는 동시에, 광원의 이미지를 될 수 있는 한 소거하는 확산 시트(96)가, 도광판(134)과 확산 시트(96)의 거리를 균일하게 하기 위한 확산 반사 프레임(144)을 거쳐서 마련되어 있다. 여기에서, 확산 반사 프레임(144)의 높이는, 10 mm로 되어 있다.
더욱이, 확산 시트(96)의 전방에는, 제 1 실시형태와 동일한 확산 필름(14)과, 확산 필름(14)로부터 출사된 광을 대략 법선방향으로 편향시키는 프리즘 시트(16)가 마련되어 있다. 또한, LED 모듈(132)이 배치되어 있지 않은 도광판(120)의 배면에는, 도트 인쇄(28) 및 확산 반사판(22)이 마련되어 있다.
도광판(134)의 측단부에는, 도광판(134)의 측단면(134a)과 도광판(134)의 양단면의 LED 모듈(136)을 덮는 L 자형의 리플렉터(140)가 마련되어 있다. 또한, 기판(142)의 배면에는, 방열 핀(102)이 방열 시트(도시하지 않음)를 거쳐서 장착되어 있다.
이러한 제 10 실시형태에 의하면, 도광판(134) 내에 입사한 광을 효율적으로 도광판(134)의 출사면으로 출사할 수 있다. 이 결과, 면내 휘도의 균일성이 뛰어난 고휘도의 면 광원장치(130)를 얻을 수 있다.
본 발명은, 이상의 실시형태에 한정되는 일 없이, 특허청구의 범위에 기재된 발명의 범위내에서 여러가지인 변경이 가능하고, 그것들도 본 발명의 범위내에 포함된다.
예를 들면, 리플렉터는 전술의 각 실시형태에서는 도광판의 전면의 일부 및측단면을 덮도록 마련되어 있었지만, 이것에 한하지 않고, 필요에 따라 도광판의 적절한 부위를 덮도록 형성하면 좋고, 도광판의 관통 구멍에 있어서 LED 모듈이 마련되어 있지 않은 측의 개구를 적어도 덮도록 배치되어 있으면 좋다.
도광판의 출사면 내에 있어서의 관통 구멍의 위치는 특히 한정되지 않고, 일차원 또는 이차원의 열 형상이어도 무방하고, 예를 들면 체크 무늬로 배치해도 좋다.
LED 모듈내에 배치되는 LED 칩 군의 수나 배치는 전술한 각 실시형태에 기재된 것에 한하지 않고, 면 광원장치의 크기나, LED 모듈 등을 감안해서 임의로 설정할 수 있다. 또한, LED 모듈의 설치 수나 배치도 동일하게, 임의로 설정할 수 있다. 더욱이, LED 모듈을 기판 상에 복수 배치해서 구성되는 LED 어레이 모듈에 있어서도, 임의로 설치 수나 배치를 설정할 수 있다. 예를 들면, 도광판의 관통 구멍의 간격 및 열 간격을 도광판의 중앙부에서는 좁게 형성하고, 도광판의 단부로 감에 따라 넓게 하는 것으로, 도광판 중앙부가 고휘도가 되도록 휘도 분포 특성을 얻을 수 있다. 이 때, LED 모듈은 관통 구멍에 대응하게 배치되면 좋다.
LED 칩 군은, 적색, 녹색, 및 청색의 광을 발생하도록 구성되어 있었지만, 이것에 한하지 않고, 파장이 다른 광을 발생하는 것이면, 그 파장은 임의이다. 또 한, LED 칩 군은 3 종류의 파장의 광을 발생하는 것에 한하지 않고, 적어도 다른 2종류의 파장의 광을 발생하는 것이면 무방하다.
이하, 제 10 실시형태의 면 광원장치를 예로 실시예를 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
[기판 및 LED 모듈]
기판(142) 및 LED 모듈(132)의 설명을 이하에 도시한다.
기판(142)은 치수가 약 305(L)×10(W)×2(t)mm에서 LED 칩 군(56)이 발생한 열을 효율적으로 발산하기 위해서, 방열성이 뛰어난 알루미늄 재료를 이용했다. 기판(142)은, 알루미늄 기재의 표면에 절연층을 도포하고, 그 위에 동박 등의 도체를 부착시키고, 이 도체를 포토리쏘 프로세스에 의해 전극·배선에 가공함으로써 작성했다.
그 후, 상면에 엠보스 가공에 의해 오목부를 형성했다.
또, 본 실시예에 있어서, 기판(142)에는 개구 직경 5.6 mm, 바닥부의 직경4.8 mm, 깊이 0.5 mm의 오목부를 15.6 mm 간격으로 기판(142)에 20개 배치했다.
더욱이, 기판(142)을 전극·배선 부분을 반사율이 높은 은 등으로 도금하고, 오목부에 LED 칩 군(56)을 고정한 후, 기판(142)상의 전극과 본딩 와이어에 의해 접속했다. 또한, LED 칩 군(56)은 3 개의 AlGaInP-적색 LED 칩(56r)(발광 중심 파장 625 nm), 5 개의 InGaN-녹색 LED 칩(56g)(발광 중심 파장 525 nm), 2 개의 InGaN-청색 LED 칩(56b)(발광 중심 파장 460 nm)에 의해 구성되고, 각 LED 칩은 0.38mm 각으로 동일한 사이즈이다.
LED 칩 군(56)을 실장한 후, 오목부에 밀봉 수지로서 평균 입경 2μ의 실리카 구상 입자를 10 wt% 함유한 LED 밀봉용 실리콘 수지를 주입해서 LED 칩 군(56)을 밀봉하고, LED 모듈(132)으로 했다.
또, 실리카 구상 입자는, LED 밀봉용 실리콘 수지 중에 첨가한 후, HYBRID DEFOAMING MIXER[(주)신기 제품 ARE-250)에서 교반 3분, 탈포 1분의 처리를 실행하고, 실리콘 수지 중에 분산되게 했다.
[도광판]
도광판(134)의 설명을 이하에 도시한다.
도광판(134)의 재료는 투명 폴리메틸메타크릴레이트 수지[상품명 : 아크릴라이트(Acrylite) L# 001 투명 그레이드(미쓰비시 레이온 (주)제품), 판 두께 6 mm에 있어서의 헤이즈 0.3 %]의 판 두께 6 mm를 사용했다.
이 도광판 재료를, 평면형상이 직사각형의 폭 305 mm, 길이 340 mm로 되도록 절단했다.
계속해서, 도광판(134)에 관통 구멍(136)의 열을 도광판(134)의 짧은 변(305 mm 근처 단면)의 양단보다 내측에 10 mm의 위치와, 도광판(134)의 중앙위치(305 mm 근처 단면보다 내측으로 170 mm)에 합계 3열 형성했다. 또 관통 구멍(136)은 지름 7 mm, 구멍 피치 15.6 mm로 형성되고, 1 열에 20개(3 열의 합계 60개)배치했다. 관통 구멍(134)의 내벽에는 우포(羽布) 연마장치에서 경면 연마 가공을 실행하였다.
여기에서, 도광판(134)에 열 형상으로 형성된 관통 구멍(136)은 LED 모 듈(132)의 배치에 대응하여 형성했다.
계속해서, 도광판(134)의 측면(절단면)을 연삭 연마기[메가로 테크니카(Megaro Technica) 제품, 상품명 프라뷰티에서 경면 연마 가공을 행하였다.
얻어진 도광판(134)의 짧은변 단면(305 mm 근처 단면)으로부터 입광 방향으로 향하는 10 mm의 범위를 리플렉터(140)로 덮고, 해당 부분을 액자부라고 하였다. 이 액자부 이외의 305 mm × 320 mm 범위의 도광판(134)의 하면에는, 백색 잉크(VAR-메쥬무: VAR-40609 MJ 마토메쥼= 50/50, 모두 제국 잉크 제조(주) 제품)에 의해 스크린 인쇄를 실시하고, 백색의 도트 인쇄(28)를 형성했다.
도트 인쇄(28)의 형성에 즈음하여는, 도 21에 기재된 3 개의 변화점을 가지는 쌍산의 정방형상 망점 그라이데이션(gradation)의 도트 패턴(여기서, 도 21 중의 도트 패턴 면적율은 도광판 하면 1 mm2 당 도트 패턴 점유 면적율이라 한다)을 실시한 280 메시의 스크린 판을 이용했다.
[면 광원장치]
면 광원장치(130)의 설명을 이하에 도시한다.
LED 모듈(132)은 도광판(134)에 열 형상으로 형성된 관통 구멍(136)에 대응하여 도광판(134)의 하측에 배치했다. 이 때 LED 모듈(132)을 배치하지 않은 도광판(134)의 배면에는, 확산 반사판(22)((주) 쯔지덴 제품, 상품명 : RF 188)을 배치했다. 또한, LED 모듈(132)을 지니는 기판(142)의 배면에는, 알루미늄제의 방열 핀(102)과 실리콘 열전 시트(도시하지 않음」 북천 공업(주) 제품, 실리콘 열전도 시트 품번 : 430-6510)을 매개로 하여 장착하였다.
도광판(134)의 측단면(134a)과 도광판(134)의 양단에 위치하는 관통 구멍(136) 상을, L 자형의 리플렉터(140)[(주)레코제품, 상품명 루일미라-150w)으로 덮었다.
관통 구멍(136)의 상부를 덮는 리플렉터(140)의 폭은, 도광판(134)의 단부로부터 10mm로 했다. 또, 도광판(134)에 있어서의 유효 발광면은 305×320 mm이다.
도광판(134)의 전면(출사면)에 배치한 반사·투과 제어 필름(138)은 예비 투과율 54%, 헤이즈 값 98%의 확산 필름(두께 : 25μm) 상에 LED 모듈(132)과 대응하는 위치에, 직경 8mm의 원형 형상의 인쇄를 280 메시의 스크린 판을 이용하여, 백색 잉크[VAR-화이트, 제국 잉크 제조(주)제품]에 의해 스크린 인쇄를 실시하고, 원형 형상의 백색 인쇄부의 중앙을 기준으로, 길이 305 mm, 폭 10 mm의 치수로 잘라 작성했다.
이 때, 반사·투과 제어 필름(138)의 원형 형상의 백색 인쇄 부분은, LED 모듈(132)에 대응하게 배치했다.
계속해서, 도광판(134)의 전면에는 도광판(134)에 있어서의 유효 발광면의 주위를 둘러싸도록, 내치수 295mm×310mm, 두께 5 mm의 확산 반사 프레임(144)을 배치했다.
여기에서, 확산 반사 프레임(144)은, 상기 사이즈의 수지제 프레임의 내면측에 확산 반사판((주) 쯔지덴 제품, 상품명 : RF188)을 서로 부착시켜서 작성했다.
계속해서 도광판(134) 및 반사·투과 제어 필름(138)의 전방에는, 확산 시 트(96)(미쓰비시레이온 제품, 아크릴라이트 NA88, 길이 305mm × 폭 320mm × 두께 2mm) 1장을 확산 반사 프레임(144)을 매개로 하여 배치했다.[확산 시트(96)은 도광판(134)보다 10 mm전방에 배치]
더욱이 확산 시트(96)의 전방에 확산 시트(96)와 동일한 사이즈의 확산 필름(14)(키모토 제품, 라이트업 DX100), 프리즘 시트(16)(스미토모 스리엠 제품, BEF-Ⅲ)의 순차로 겹쳐서 l 장씩 배치했다.
또, 프리즘 시트(16)는 프리즘의 능선이 도광판(134)의 긴변 방향(320mm)과 평행해지도록 배치했다.
여기에서, 면 광원장치에 있어서의 유효 발광면 치수는 종횡이 295×310mm이며, 확산 반사 프레임(144) 전면으로부터 확산 필름(14) 전면까지의 거리(두께)는 약 14mm이었다.
(실시예 2)
도광판(134)의 재료를 광산란 도광판(상품명 : 아크릴라이트 L-N-875 [미쓰비시레이온(주)제품], 판 두께 6 mm에 있어서의 헤이즈 3.5%)으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 제작했다.
(비교예 1)
도광판 재료를 조립하지 않고, 중앙의 LED 광원 직상의 반사·투과 제어 필름(138)을 확산 반사 프레임(144)보다 6 부유시켜 배치한 이외는, 실시예 1과 동일하게 실행하였다.
(비교예 2)
확산 반사 프레임(144)과 확산 필름(14)의 거리를 90 mm으로 한 이외는, 비교예 1과 동일하게 실행하였다.
[평가 방법]
LED 모듈(132)의 각색의 LED 칩 마다 직류 50 mA의 전류를 통전하고, LED 모듈(132)의 점등 후, 15 분간 안정할 때까지 방치했다. 15 분 경과 후에 있어서의 면 광원장치의 휘도 분포를 하기의 휘도계에서 측정을 하였다.
휘도계 : ProMetric-1400 (미국 Radiant Imaging사 제품)
휘도계와 면 광원장치의 거리는 면 광원장치(130)의 전면보다, 측방에 1050 mm의 위치에 설치했다.
얻어진 면내 휘도 분포 데이타보다 길이 방향(310 mm 방향)에 있어서 중앙 라인 휘도 분포를 도 22에 도시한다.
또한, 상기 중앙 라인 휘도 분포에 있어서 중앙의 위치를 0 이라 한 때에 ±140 mm(280 mm)의 위치에 있어서의 평균 휘도 및 면내 휘도의 표준 편차값을 표 2에 도시하였다.
또, 면 광원장치의 두께는 확산 반사 프레임(144)전면으로부터 확산 필름(14) 전면까지의 거리를 도시한다.
또한, 균제도는 면내의 최소 휘도(cd/m2)×1OO(%)/면내의 최대휘도(cd/m2)에 의해 산출했다.
[표 2]
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
광원장치 두께(mm) 14 14 14 90
평균 휘도(cd/m2) 6670 6600 4892 4467
균제도(%) 76% 84% 18% 76%
표준편차 353 188 2964 303
실시예 1 및 실시예 2와 함께 면 광원장치의 두께가 얇은 구성으로, 휘도가 높고, 면내의 휘도 분포가 균일한 면 광원장치를 얻을 수 있었다.
또한, 실시예 2에 있어서는, 도광판의 입광부 근방의 휘도도 높고, 면내 전체에 걸쳐, 표준편차가 작고, 균제도가 높은 면 광원장치를 얻을 수 있었다.
한편, 비교예 1은 면 광원장치의 두께를 실시예 1 및 실시예 2와 동일한 구성으로 했지만, 휘도분포가 불균일했다. 비교예 2는 면내 전체에 걸쳐 균일한 휘도 분포를 얻을 수 있었지만, 면 광원 장치의 두께가 두꺼운 것인데다가, 휘도가 낮았다.

Claims (8)

  1. 복수의 관통 구멍이 형성된 도광판과,
    수지로 밀봉된 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 복수의 LED 칩을 갖고, 상기 관통 구멍의 상기 도광판의 출사면과 반대측의 개구단 부근에, 상기 관통 구멍 내에 방사상으로 광을 출사하도록 배치된 LED 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는
    면 광원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통 구멍은 상기 도광판의 측단면을 따라 1열 또는 2열로 배치되는
    면 광원장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 칩을 밀봉하는 수지는 확산제를 포함하는
    면 광원장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 확산제를 포함하는 수지로 형성되는
    면 광원장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통 구멍의 상기 출사면측의 개구단을 덮도록 배치된 리플렉터를 더 구비하는
    면 광원장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통 구멍의 상기 출사면 측의 개구단을 덮도록 배치된 광 제어판을 구비하는
    면 광원장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통 구멍 내에, 굴절률이 상기 도광판의 굴절률과 대략 동일한 수지로 형성되며, 상기 도광판의 출사면을 향해서 오목형으로 형성된 수지층이 마련되는
    면 광원장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 모듈이, 상기 도광판의 양면에 서로 겹치지 않도록 배치되는
    면 광원장치.
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