WO2006087872A1

WO2006087872A1 - 面状照明装置

Info

Publication number: WO2006087872A1
Application number: PCT/JP2005/023765
Authority: WO
Inventors: Shingo Suzuki; Daisuke Nakayama
Original assignee: Minebea Co., Ltd.
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2006-08-24
Also published as: EP1860373A1; JP2006228588A; TW200643341A; JP4720978B2; EP1860373A4

Abstract

【課題】　ＬＥＤを用いた面状照明装置の、更なる高輝度化、輝度の均一化を図りつつ、薄型化を促進する。【解決手段】　面状照明装置を構成するＬＥＤ２４は、ランプハウスを持たず、ＬＥＤチップ２５を封止する透光性樹脂２６が露出している。よって、ランプハウス分の厚みの増加が生じないことから、面状照明装置の薄型化が促進されることとなる。しかも、透光性樹脂の外形が０．３≦Ｈ／Ｒ≦０．６を満たす形状を有することで、面状照明装置の高輝度化に寄与するＬＥＤの前方出射光量比と、面状照明装置の輝度の均一化に寄与するＬＥＤの半値幅とを、高い次元でバランスさせることが可能となる。また、ＬＥＤ２４の突出部２８の半径Ｒが、１．５Ｘ≦Ｒとなるように形成されていることで、ＬＥＤチップ２５が透光性樹脂２６から露出することなく、透光性樹脂２６内に完全に封止されたものとなる。　

Description

明細書

面状照明装置

技術分野

[0001] 本発明は、サイドライト方式の面状照明装置に関し、特に、液晶表示装置の照明手段として用レ、られる面状照明装置に関するものである。

背景技術

[0002] 今日の電子機器の表示手段等には液晶表示装置が広く用いられているが、この液晶表示装置は自発光型ではないことから、夜間や暗所での視認性を確保するための照明手段が必要となる。かかる照明手段として、従来から、面状照明装置が用いられている。

また、面状照明装置の一形態として、サイドライト方式の面状照明装置が広く用いられている。サイドライト方式の面状照明装置は、透光性を有する導光板と、該導光板の側端面に配置された棒状光源もしくは 1つないし複数の点状光源を基本要素として構成されている。そして、近年の傾向では、携帯情報端末等の小型の電子機器への応用例の増加から、駆動回路の簡略化を図ることが可能な点状光源を備える形式の面状照明装置が用レ、られている。図 11には、サイドライト方式の面状照明装置 10 の、導光板 12と、導光板 12の側端面に配置された複数の点状光源 (LED) 14とを模式的に示している。

[0003] ところで、図 11に示す点状光源 14を用いた面状照明装置 10は、 LED14から導光板 12へと照射される光が一定の指向性を持っために、 LED14によって照らされる導光板 12の LED14の近傍は、明部 Aと喑部 Bとに明確に分かれてしまう。この明部と暗部との差を解消して平均的な明るさを得るための対策として、図 12に示すように、導光板 12の LED14との対向面 12aに、微細なプリズム列等の光学的乱反射パターン 12bを設けたり、図 13に示すように、外装部材の一部が半円柱状の突出部 16aとなった LED16を用レ、、かつ、導光板 12には、突出部 16aと嵌合する半円筒状の凹部 12cを設け、突出部 16aに形成したスリットから、 LEDチップ 17の光を放射状に出射するもの（例えば、引用文献 1参照。）、さらには、図 14に示す LED18のように、 L EDチップ 19を覆うランプハウス 20を備え、ランプハウス 20の高さや、傾斜面 20aの傾斜角度を変更することによって、光の指向性を制御するもの等が挙げられる（例えば、特許文献 2参照。）。なお、図 14において、符号 22は、ランプハウス 20内に LED チップ 19を封止するための透光性樹脂である。

[0004] 特許文献 1 :特開平 10— 199316号公報（〔0023〕、〔0026〕〜〔0028〕）

特許文献 2：特開 2002— 217459公報（〔請求項 1〕、図 1)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] さて、上記のごとき LEDを用いた面状照明装置は、液晶表示装置の照明手段としての役割を担っていることから、更なる高輝度化、輝度の均一化を図りつつ、薄型化を促進することが常に求められている。この点、図 12に示すような前方発光面がフラットな形式の LED14を用いた面状照明装置は、 LED内部に封止された LEDチップ力出射される光のうち、前方のフラット面で全反射される光線が多ぐ後述するように前方出射光量比が悪化することから（図 5参照）、更なる高輝度化には限界が生じていた。また、図 13に示すような、半円柱状の突出部 16aから光を出射する形式の L ED 16を用いた面状照明装置は、出射面で全反射される光線は減少するので、後述するように前方出射光量比は向上するが（図 5参照）、その反面、レンズ効果により L EDの半値幅が狭まり（図 5参照）、輝度の均一化を図ることが困難であるといった問題が生じていた。一方、図 14に示すように、 LEDチップ 19を覆うランプノヽウス 20を備えた LED18を用いた面状照明装置は、ランプハウス 20の肉厚力面状照明装置の薄型化を阻害する原因となっていた。

[0006] 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、 LEDを用いた面状照明装置の、更なる高輝度化、輝度の均一化を図りつつ、薄型化を促進することにある。

課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決するための、本発明に係る面状照明装置は、板状の導光板と、該導光板の側端面に配置される LEDとを備える面状照明装置において、前記 LEDはランプハウスを持たず LEDチップを封止する透光性樹脂が露出しており、該透光性樹脂の外形が、該 LEDの光出射方向前方へと突出する連続曲面で構成され、かつ、該連続曲面の半径でその突出高さを除した値が、 0. 3以上 0. 6以下の範囲となるように形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、 LEDはランプハウスを持たず LEDチップを封止する透光性樹脂が露出していることで、ランプハウス分の厚みの増加が生じず、面状照明装置の薄型化が促進されることとなる。しかも、透光性樹脂の外形が上記所定の形状を有することで、面状照明装置の高輝度化に寄与する LEDの前方出射光量比と、面状照明装置の輝度の均一化に寄与する LEDの出射光の角度とを、高い次元でバランスさせることが可能となる。

[0008] また、本発明においては、前記連続曲面で構成される突出部の半径が、前記 LED チップを前記導光板と直交する方向に投影した場合の長さに 1. 5を乗じた値以上となるように形成されてレ、ることが望ましレ、。

本発明によれば、透光性樹脂の外形が上記所定の形状を備えつつ、 LEDチップが透光性樹脂内に完全に封止されたものとなる。

[0009] また、前記導光板の、前記 LEDと対向する側端面に、前記突出部の外形に倣った切欠き部が形成されていることとすれば、上記所定の外形形状を有する LEDの透光性樹脂と導光板とが密着し、 LEDから導光板へと入光した光の発光分布を、 LED単体での光の発光分布と同等にすることが可能となり、面状照明装置の輝度の均一化に寄与することとなる。

[0010] 一方、前記連続曲面で構成された突出部が、前記導光板の側端面と平行な方向に長く前記導光板と直交する方向に短い、直方体状の透光性樹脂からなる基部と一体に形成されており、前記突出部の突出高さは、当該基部からの突出高さであることとしてもよレ、。

この場合には、前記導光板の、前記 LEDと対向する側端面に、前記突出部および前記基部の外形に倣った切欠き部が形成されていることとすれば、透光性樹脂の突出部と基部との双方が導光板と密着し、 LEDから導光板への入光した光の発光分布を、 LED単体での光の発光分布と同等にすることが可能となり、面状照明装置の輝度の均一化に寄与することとなる。また、突出部からの出射光のみならず基部からの出射光も、導光板へと入光させ、面状照明装置の高輝度化に寄与することができる。

[0011] さらに、前記 LEDの前記導光板と平行な方向の側面に沿って、反射板が配置されていることによって、 LEDの正面以外から出射される漏れ光の多くを、導光板へと導くことが可能となる。

発明の効果

[0012] 本発明はこのように構成したので、 LEDを用いた面状照明装置の、更なる高輝度ィ匕、輝度の均一化を図りつつ、薄型化を促進することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]本発明の実施の形態に係る面状照明装置の、 LEDの LEDチップを封止する透光性樹脂の外形を示す模式図である。

[図 2]図 1に示す LEDの具体的構造例を示す外観斜視図である。

[図 3]図 1に示す LEDの具体的構造例を示す断面図である。

[図 4]図 1に示す LEDの内部に封止された LEDチップを示すものであり、（a)は平面図、（b)は側面図である。

[図 5]出射光の角度を示す半値幅 Θと、前方出射光量比とをまとめた図表である。

[図 6]図 5のィ直に基くグラフである。

[図 7]図 5、図 6の半値幅について説明する解説図である。

[図 8]本発明の実施の形態に係る面状照明装置の、導光板の、 LEDと対向する側端面に、 LEDの突出部の外形に倣った切欠き部を形成した例を示す斜視図である。

[図 9]本発明の実施の形態に係る面状照明装置の、導光板の、 LEDと対向する側端面に、 LEDの突出部および基部の外形に倣った切欠き部を形成した例を示す斜視図であり、（a)は分解図、（b)は結合図である。

[図 10]本発明の実施の形態に係る面状照明装置の、 LEDの導光板と平行な方向の側面に沿って、反射板を配置した例を示す斜視図であり、（a)は分解図、（b)は結合図である。

[図 11]従来の LEDを用いた面状照明装置の基本構成を示す平面図である。

[図 12]従来の、平均的な明るさを得るための対策が施された面状照明装置を示す平面図である。 [図 13]従来の、平均的な明るさを得るための対策が施された面状照明装置を示す平面図である。

[図 14]従来の、平均的な明るさを得るための対策が施された LEDを示す平面図である。

符号の説明

[0014] 10 :面状照明装置、 12 :導光板、 12a : LEDと対向する側端面、 24 : LED、 24a, 24b :導光板と平行な方向の側面、 25 : LEDチップ、 26 :透光性樹脂、 28 :突出部、 29 :基部、 30 :YAG微粒子混入層、 32 :透明層、 36 :反射板

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。

本発明の実施の形態に係る面状照明装置は、図 11に示す従来の面状照明装置と同様に、板状の導光板と、該導光板の側端面に配置される LEDとを備えるものである。そして、使用される LED24は、図 1から図 3に示すようにランプハウスを持たず、 L EDチップ 25を封止する透光性樹脂 26が露出した構造を有している。また、透光性樹脂 26の外形が、 LED24の光出射方向前方へと突出する連続曲面で構成された突出部 28を有している。また、図示の例では、突出部 28は、導光板と平行な方向（図 11に示す導光板 12の紙面と平行な方向。）に長ぐ導光板と直交する方向（図 11 に示す導光板 12の紙面と直交する方向。）に短い、直方体状の透光性樹脂からなる基部 29と一体に形成されてレ、る。

さらに、突出部 28を構成する連続曲面は、図示の例では一定の半径 Rを有している。そして、突出部 28の突出高さ（基部 29からの突出高さ）を Hとしたとき、 0. 3≤H /R≤0. 6の範囲、より好ましくは 0. 4≤H/R≤0. 5の範囲となるように形成されている。また、突出部 28の半径が、 LEDチップ 25を導光板と直交する方向に投影した場合の長さ（LED24の長手方向と平行な方向の長さであり、図 1、図 3に符号 Xで示す。）に 1. 5を乗じた値以上（1. 5X≤R)となるように形成されている。

[0016] LED24の、より詳細な構造として、透光性樹脂 26は、 LEDチップ 25の周囲力図 2、図 3に示すように、硬質シリコーン系樹脂中に黄色発光の蛍光体であるセリウムで付活されたイットリウム ·アルミニウム ·ガーネット (YAG)微粒子を混入した層 30で封止され、さらにその周囲（上層）に透明の硬質シリコーン系樹脂層 32が付加された構造を有している。したがって、図示の例では、透明の硬質シリコーン系樹脂層 32に突出部 28が形成されている。また、 LEDチップ 25は、図 4に示すように、サフアイャ基板 25a上に、 GaN、 GaAIN等の窒化物系化合物半導体の積層からなる発光層 25b が形成されたもの（青色発光の素子）が用いられている。そして、 LEDチップ 25は、図 3に示すように、電極部を有する基板（PCB) 34上に接着され、 LEDチップ 25上に形成されたアノード、力ソード電極と基板 34上の配線パターンとが、 φ 20 z mの金線で接続された構造を有している。なお、図 2〜図 4には、 LED24および LEDチップ 25の具体的寸法例を示してレ、る（単位は mm)。

[0017] 以上の構造を有する LED24は、 LEDチップ 25の青色発光の一部が YAG微粒子混入層 30の YAG微粒子（蛍光体）に吸収され、 LEDチップ 25の発光よりも長波長に変換されて、 LEDチップ 25の青色発光との混色を生じることにより、擬似的に白色発光するものである。なお、透光性樹脂 26の YAG微粒子混入層 30は、図 2、図 3に示すように、透明層 32と完全に 2層に分離した構成に限らず、少なくとも青色発光 LE Dチップ 25の周囲にのみ YAG微粒子混入層 30が形成され、その周囲が全て透明層 32で覆われている構造を採用することも可能である。

また、透光性樹脂 26は、耐熱性を有する透明樹脂であれば良ぐ前記硬質シリコーン系樹脂の他にも、例えば、透明エポキシ樹脂等の熱硬化性の透明樹脂が適用可能である。また、高耐熱性の熱可塑性樹脂や、ガラス等の無機系材料も、必要に応じ適用可能である。

[0018] 図 5は、本発明の実施の形態に係る面状照明装置に用いられる LED24の、 HZR の値を種々に変ィ匕させることによる、 LEDの出射光の角度を示す半値幅 Θと、前方出射光量比 ξとの変化を図表にまとめたものである。また、図 6は、図 5の値に基くグラフである。なお、「半値幅 Θ」は、図 7に示すように、出射光の出射強度のピーク値 Ρ (通常は、 LED24の正面方向である Θ =0° の近傍に現れる。）の半分の出射強度 1/2Pが得られるときの出射光の角度を「半値幅」と称し、出射光分布の指標として一般的に用いられる値である。図 7は、 R= 0. 9mm、 H = 0. 4mm、 H/R= 0. 44 である LEDの、半値幅 Θを例示したものである。

また、「前方出射光量比」は、 LEDから出射される全方向の光のうち、 LEDよりも前方 (上下の空間も含まれる）に出射される、面状照明装置の高輝度化に貢献する光と、 LEDよりも後方 (上下の空間も含まれる）に出射される、面状照明装置の高輝度化に貢献しない光とに分類した場合の、前者の比率を表す値である。

[0019] これらの具体的数値例から明らかなように、 0. 3≤H/R≤0. 6の範囲では、半値幅 Θ、前方出射光量比 ξ共に十分に良好な値が得られている。また、面状照明装置の更なる高輝度化と、輝度の均一化とを実現するために、半値幅 Θおよび前方出射光量比をより高いレベルでバランスさせるためには、 0. 4≤H/R≤0. 5の範囲とすることが望ましい。なお、 H/R= 0 (図 12に示すような、前方発光面がフラットな形式の LED14)では、前方出射光量比 ξの値が最低レベルまで低下しており、面状照明装置の高輝度化が困難であることが理解される。また、 H/R= l (図 13に示すような、半円柱状の突出部 16aから光を出射する形式の LED16)では、半値幅 Θの値の低下が著しぐ面状照明装置の輝度の均一化が困難であることが理解される。

[0020] なお、本発明の実施の形態に係る面状照明装置では、図 8に示すように、導光板 1 2の、 LED24と対向する側端面 12aに、突出部 28の外形に倣った切欠き部 12dを形成し、切欠き部 12dに LED24の突出部 28を嵌合させることとしても良ぐまた、図 9 ( a)に示すように、導光板 12の、 LED24と対向する側端面 12aに、 LED24の突出部 28および基部 29の外形に倣った切欠き部 12eを形成し、図 9 (b)に示すように、切欠き部 12eに、 LED24の突出部 28および基部 29を嵌合させることとしても良い。

[0021] さらには、図 10 (a)、 (b)に示すように、 LED24の導光板 12と平行な方向の側面 2 4a、 24b (図 10の例では、上下面）に沿って、反射板 36を配置することとしても良レ、。反射板 36としては、薄い樹脂基板上に、アルミニウム、銀等の高反射率の金属薄膜を形成した反射板が、薄さと反射特性の面で好適であるが、薄い樹脂基材上に、白色または乳白色の塗料を塗布することにより構成された光反射率の高い反射板、白色顔料を混入した樹脂からなる白色樹脂板、アルミニウム、銀等の高反射率の金属薄板等を用いることもできる。また、その厚みを 100 z m以下に抑えることで、ノノクライト全体の厚みを極力抑えることが可能となる。また、反射板 36の形状は、生産性を考慮すれば、図示のごとく LED24の全体を完全に覆うことが可能な矩形であることが望ましいが、例えば、 LED24の突出部 28のみ覆う形状とすることで、必要な効果を得ること力 Sできる。

[0022] 上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、面状照明装置を構成する LED24は、ランプハウスを持たず、 LE Dチップ 25を封止する透光性樹脂 26が露出してレ、ることで、ランプハウス分の厚みの増加が生じないことから、面状照明装置の薄型化が促進されることとなる。しかも、透光性樹脂の外形が 0. 3≤H/R≤0. 6を満たす形状を有することで、面状照明装置の高輝度化に寄与する LEDの前方出射光量比と、面状照明装置の輝度の均一化に寄与する LEDの半値幅 Θとを、高い次元でバランスさせることが可能となる。

[0023] また、 LED24の突出部 28の半径 R力 1. 5X≤Rとなるように形成されていることで、 LEDチップ 25が透光性樹脂 26から露出することなぐ透光性樹脂 26内に完全に封止されたものとなる。よって、 LED24の歩留まりを確実に高め、面状照明装置のコストを低減させること力 Sできる。

また、導光板 12の、 LED24と対向する側端面 12aに、突出部 28の外形に倣った切欠き部 12dが形成されていることとすれば、 LED24の透光性樹脂 26と導光板 12 とが密着し、 LED24から導光板へと入光した光の発光分布を、 LED単体での光の発光分布と同等にすることが可能となり、面状照明装置の輝度の均一化に、寄与すること力 S可能となる。さらに、導光板 12の、 LED24と対向する側端面 12aに、突出部 28および基部 29の外形に倣った切欠き部 12eが形成されていることとすれば、透光性樹脂 26の突出部 28と基部 29との双方が導光板 12と密着し、突出部 28からの出射光のみならず基部 29からの出射光も導光板 12へと入光することとなるので、より一層の、面状照明装置の輝度の均一化と高輝度化とに寄与することが可能となる。

[0024] なお、図 1〜図 3、図 8〜図 10に示した LED24は、突出部 28が基部 29と一体に形成された形状を有しているが、かかる形状は、複数の LED24を前後左右に一体成形した後に、各 LED24単体へと切出す製造工程を採用する際に、基部 29が各 LE Dへの樹脂の供給路として機能するものである。よって、基部 29を有する LED形状は、 LED24の生産効率を向上させる上で好ましいものである。一方、基部 29は、面状照明装置の高輝度化、輝度の均一化における貢献度は、突出部 28に対し比較的小さいことから、 LED24の透光性樹脂 26の外形を、突出部 28のみからなるものとしても、上述と同様の効果を得ることが可能である。なお、図 1に示すように、 LED24は、突出部 28を構成する連続曲面の基端部と、 LEDチップ 25の上端面とがほぼ一致するように構成されており、基部 29を有する場合の、突出部 28の突出高さ Hは、基部 29からの突出高さとなる。一方、基部 29を有さない場合の、突出部 28の突出高さ Hは、 LEDチップ 25の上端面（図 1参照）からの突出高さとなる。

また、 LED24の突出部 28を構成する連続曲面は、図示のごとく一定の半径 Rを有していることが、生産性の観点からは好ましいが、例えば、突出部 28を一定半径の球面で構成したり、突出部 28の頂部から基部 29に向けて、半径 Rを徐変させることとしても上記作用効果を得ることが可能となる。

さらに、 LED24の導光板 12と平行な方向の側面 24a、 24bに沿って、反射板 36が配置されていることによって、 LED24の正面以外から出射される漏れ光の多くを導光板 12へと導くことが可能となることから、上述の効果をより一層顕著なものとすることが可能となる。

なお、本発明の実施の形態に係る面状照明装置は、いわゆるバックライトにもフロントライトにも適用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 板状の導光板と、該導光板の側端面に配置される LEDとを備える面状照明装置において、 LEDはランプハウスを持たず LEDチップを封止する透光性樹脂が露出しており、該透光性樹脂の外形が、該 LEDの光出射方向前方へと突出する連続曲面で構成され、かつ、該連続曲面の半径でその突出高さを除した値が、 0. 3以上 0. 6以下の範囲となるように形成されていることを特徴とする面状照明装置。

[2] 前記連続曲面で構成される突出部の半径が、前記 LEDチップを前記導光板と直交する方向に投影した場合の長さに 1. 5を乗じた値以上となるように形成されてレ、ることを特徴とする請求項 1記載の面状照明装置。

[3] 前記導光板の、前記 LEDと対向する側端面に、前記突出部の外形に倣った切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項 1または 2記載の面状照明装置。

[4] 前記連続曲面で構成された突出部が、前記導光板の側端面と平行な方向に長く前記導光板と直交する方向に短い、直方体状の透光性樹脂からなる基部と一体に形成されており、前記突出部の突出高さは、当該基部からの突出高さであることを特徴とする請求項 1または 2記載の面状照明装置。

[5] 前記導光板の、前記 LEDと対向する側端面に、前記突出部および前記基部の外形に倣った切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項 4記載の面状照明装置。

[6] 前記 LEDの前記導光板と平行な方向の側面に沿って、反射板が配置されていることを特徴とする請求項 1から 5のいずれか 1項記載の面状照明装置。