JP2007214076A - 面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 均一で輝度の高い面発光出力が得られるような面発光装置を提供する。
【解決手段】 本発明の面発光装置は、一方の主面に対して光を導出する略板状の導光板と、前記導光板の側面に形成される溝部と、前記溝部に少なくとも一部が挿入され前記導光板の前記主面の面内方向に光を射出する発光ダイオード素子とを有することを特徴とする。導光板の側面に溝部を形成することで、その溝部の内部に光源となる発光ダイオード素子を挿入することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は発光面を有する拡散板材に光を射出する面発光部品と、そのような面発光部品を集合させて構成される面発光装置に関する。

最近では、液晶表示装置のバックライトなどの光源として、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）や冷陰極管などで光を発生させ、その発光ダイオード素子や冷陰極管からの光を面状に発光させる面発光装置が用いられている。このような面発光装置においては、通常、導光板の一側面に発光ダイオード素子などが並べられるように配列され、その側面から入射した光が導光板の一方の主面で反射して対向する側の主面より射出する。導光板の一方の反射を行う主面には、複数の反射用のドットが形成され、この複数のドットによって側面から入射した光が射出面に対して反射されることになる。

このような反射用のドットを形成した導光板としては、ドットを一定の分布密度を有する領域として定義される帯状領域が形成されるように配置し、各帯状領域においてドットにより形成される間隔が隣接する帯状領域とは異なるように設定して、輝線の発生を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、導光板の反射面の光拡散ドットパターンとしては、光源から離れるに従ってドットの面積を順次拡大し、光源からより離れた領域における光拡散用の面積を増大させている技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。更に、導光板自体に斜面を形成したものを採用し、出射面や入射面を側面から入射した光が分散した位置で反射できるように構成したものも知られている（例えば、特許文献３参照。）。また、中央部で光がとどかなくなるような問題を中央部分で薄肉となるようなＶ字型の溝を形成するような技術も知られている（例えば、特許文献４参照。）。

特開２００３−４３２６６号公報 特開平８−２７１８９３号公報 特開平６−３１４０６９号公報 特開２００１―２２８４７７号公報

導光板を用いることで安定した光のガイドが可能であり、部品の組み立てに際してもアセンブリにかかる部分の中心に導光板が存在することで、例えば導光板の端面や表面に対して部品を位置合わせして行くことができ、その組み立て精度を高めることも可能である。しかしながら、面発光装置を比較的に大型の看板に用いる場合には、大型の看板全体を光らせる必要があることから、大型サイズの導光板が不可欠であり、特に大型サイズの導光板を用いた場合では、光源から遠くなる中央部分で光量の不足が発生するという問題も発生する。一般に、光源として発光ダイオード素子を使用した場合では、発光ダイオード素子から射出される光の射出方向に強い指向性があることから、広い領域で均一な面発光分布をなす光を得ることが容易ではなく、導光板内部での光の拡散を改善する必要性が生じていた。

そこで、本発明は、従来の技術の面発光装置における様々な問題を解決し、均一で輝度の高い面発光出力が得られるような面発光装置を提供することを目的とする。

上述の技術的な課題を解決するため、本発明の面発光装置は、一方の主面に対して光を導出する略板状の導光板と、前記導光板の側面に形成される溝部と、前記溝部に少なくとも一部が挿入され前記導光板の前記主面の面内方向に光を射出する発光ダイオード素子とを有することを特徴とする。導光板の側面に溝部を形成することで、その溝部の内部に光源となる発光ダイオード素子を挿入することができる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記溝部の光導入部の形状がレンズとして機能する形状に設定される。レンズとして機能する形状としては、凹レンズや凸レンズなどのレンズの他に、フレネルレンズなどを設けることもで、微小なプリズムシートを貼り付けるようにすることも可能である。レンズ機能を溝部に持たせることで、発光ダイオード素子からの光を溝部の光導入部の界面で屈折させて光が届く範囲を広げるようにすることができ、広い領域で均一な面発光分布をなす光を生じさせることができる。

また、溝部の光導入部には例えばマット加工を施すことができ、マット加工を施すことで光導入部での光の拡散が可能となり、導光板の全般に亘るように光を広い範囲で導光板内に導入できる。導光板の側面に形成される溝部にはそれぞれ発光ダイオード素子が形成されるが、１つの溝部に１つの発光ダイオード素子を形成する場合に限らず、１つの溝部について複数の発光ダイオード素子が実装される構造とすることもできる。このように複数の発光ダイオード素子は、例えば白色ものダイオードを２，３個あるいはそれ以上の個数を並べるようにしても良く、赤色、青色、緑色などの発光波長の異なるダイオードやブラックライトの波長域のダイオードを組み合わせることもでき、さらには同じ溝に大きさや形状の異なるダイオードを組み合わせて実装するようにすることも可能である。

本発明の好適な実施形態によれば、前記溝部と該溝部に挿入された前記発光ダイオード素子の間は、例えば空隙とされたり、蛍光材を含有する接着層が充填されているものとすることができ、更には溝部に発光ダイオード素子の外形部分が嵌合するように構成することも可能である。また、前記導光板の光を射出する主面に対向する面には、複数の反射ドットするようにしても良く、反射ドットの形状は、特に限定されるものではないが、一例としては導光板の裏面に形成される四角錐形状の凹部とされ、特にマトリクス状に均一に配列することも可能であるが、発光ダイオード素子から遠い位置では輝度が低下する傾向があるため、この発光ダイオード素子から遠い位置では反射ドットを密に配して、導光板の主面の輝度を全体で均一化するようにも構成できる。また、反射ドットの形状も四角錐形状に限定されず、三角錐や六角錐形状、その他の多角錐形状や円錐、円柱や、定型ではない凹部などであっても良く、また、裏面から突出するような形状の反射ドットであっても良い。

本発明の面発光装置によれば、導光板の側面に溝部を形成することで、その溝部の内部に光源となる発光ダイオード素子を挿入することができ、その溝部を介して光が届く範囲を広げるようにすることができ、広い領域で均一な面発光分布をなす光を生じさせることができる。従って、導光板の広い範囲で均一で十分な面分布する光を得ることができ、理想的な面分布する光が出力されることになる。

本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
図１は本実施形態の面発光装置の概略平面図であり、透明なアクリル系樹脂からなり所要の厚みを持った平板状の導光板１０を有している。その導光板１０の裏面側は、側面１５側から入射した光を導光板１０の表面側に反射するための反射ドットが複数形成されている反射ドット領域１１とされ、この反射ドット領域１１は導光板１０の裏面全面に及ぶような広がりを以て形成されている。導光板１０の裏面側には、反射ドット領域１１に対向して図示しない反射板などを設けることができ、このような反射板が設けられた場合では、該反射板からの反射光と反射ドットで反射した光が導光板１０の一方の主面である表面１２側に向かって射出されることになる。

このような反射ドット領域１１を有する導光板１０の側面１５には、複数の溝部である凹部１４が形成されており、これら凹部１４に対して砲弾型のパッケージを有する発光ダイオード素子１３がそれぞれその光射出側の先頭部の一部が挿入されるように配設され、発光ダイオード素子１３は導光板１０の主面の面内方向に光を射出する。凹部１４は導光板１０の側面１５から水平断面で弧を描くような形状とされ、板の厚み方向を軸方向とする凹面のシリンドリカルレンズのように機能することになる。凹部１４の略中央部は光導入部１６とされ、この光導入部１６を発光ダイオード素子１３からの光が通過する際には、発光ダイオード素子１３と凹部１４の間の空隙と凹部１４を構成する導光板１０の間の界面での屈折により、発光ダイオード素子１３からの光が広がるように機能し、広い範囲の反射ドット領域１１を１つの発光ダイオード素子１３で照射することができる。この溝部の光導入部１６には例えばマット加工を施すことができ、マット加工を施すことで光導入部１６での更なる光の拡散が可能となり、導光板１０の全般に亘るように光を広い範囲で導光板１０内に導入できる。また、発光ダイオード素子１３のパッケージにマット加工を施すこともできる。なお、図１及び図２以下の各実施形態についても同様に、各発光ダイオード素子への配線は省略しているが、所要の電源が供給されるものとする。

本実施形態の面発光装置によれば、このように導光板１０の側面１５に凹部１４を形成し、その凹部１４によって発光ダイオード素子１３からの光を導光板１０の面内方向で広げるように射出する。したがって、反射ドット領域１１の各反射ドットに光が到達する前に発光ダイオード素子１３からの光は拡散されており、より均一化された状態で導光板１０から出力される。特に光源に近い位置での光の拡散現象が得られることから、例えば導光板１０の側面１５に並べる必要のある発光ダイオード素子１３の個数を減らすことができ、より低価格で均一な光を出力する面発光装置を提供することが実現される。

なお、図１に示す例では、平板状の導光板１０の１つの側面１５に限り、凹部１４を形成しているが、このような凹部１４は平板状の導光板１０の全側面や他の側面に形成しても良い。また、図１に示す例では平板状の導光板１０の１つの側面１５に、同じ大きさの凹部１４を形成する例について説明したが、端部と中央部で凹部の大きさや溝の向きを変えたり、異なる形状の溝部を順繰りに並べるようにすることも可能である。更に、発光波長に合わせて溝の形状を変えることもできる。また、凹部１４の間隔は均一でも良く、位置に応じて凹部同士の間隔を変えるようにすることも可能である。

本実施形態の面発光装置は、例えば、液晶表示装置のバックライト装置として使用されたり、大型スクリーン、看板や広告パネルなどの光を照射する装置や、単独でも照明装置や標識、ボタン、更には置物やインテリア、エクステリアなどの種々の工芸物などにも適用できるものである。

［第２の実施形態］
図２は第２の実施形態の面発光装置の要部斜視図であり、図２に示すように、透明な樹脂製平板からなる導光板２１の側面２５に溝部を構成する矩形状の開口部２４が形成され、その開口部２４の奥側には中央が手前側に突出する形状の凸部２６が形成されている。この凸部２６に対向するように、矩形状の開口部２４を介して挿入される発光ダイオード素子２３が配設される。このように導光板２１の側面２５に形成される溝部は、図２に示すような凸部２６を備える構造を有していても良く、凸レンズのように機能する場合であっても焦点を越えた位置では光は広がる傾向にあるため、凸部２６を面分布をする発光の均一化に用いても良い。また、凹レンズと凸レンズを組み合わせたような溝部を形成しても良く、開口部２４の形状も矩形状に限らず、丸型や正方形などの形状であっても良い。

なお、図２において開口部２４は、側面２５を削り込むように形成されているが、このような開口部２４は、導光板２１を射出成型で形成する場合には導光板２１の形成時に同時に形成しても良く、導光板２１の形成とは別工程によって形成することも可能である。

［第３の実施形態］
図３は第３の実施形態の面発光装置の概略平面図であり、透明なアクリル系樹脂からなり所要の厚みを持った平板状の導光板３０を有している。その導光板３０の裏面全面に亘って、側面３６側から入射した光を導光板３０の表面側に反射するための反射ドットが形成されている反射ドット領域３１とされ、導光板３０の裏面側に反射板が設けられた場合では、該反射板からの反射光と反射ドットで反射した光が導光板３０の一方の主面である表面３２側に向かって射出されることになる。

このような反射ドット領域３１を有する導光板３０の側面３６には、やや幅広の溝部である凹部３５が複数形成されており、それぞれの凹部３５に対して例えば砲弾型のパッケージを有する一対の発光ダイオード素子３３、３４がそれぞれその光射出側の先頭部の一部が挿入されるように配設される。凹部３５は導光板３０の側面３６から水平断面で弧を描くような形状とされ、板の厚み方向を軸方向とする凹面のシリンドリカルレンズのように機能することになる。発光ダイオード素子３３、３４からの光が通過する際には、発光ダイオード素子３３、３４と凹部３５の間の空隙と凹部３５を構成する導光板３０の間の界面での屈折により、発光ダイオード素子３３、３４からの光が広がるように機能し、広い範囲の反射ドット領域３１をそれぞれの発光ダイオード素子３３、３４で照射することができる。

本実施形態の面発光装置によれば、このように導光板３０の側面３６に幅の広い凹部３５を形成し、その凹部３５によって一対の発光ダイオード素子３３、３４からの光を導光板３０の面内方向で広げるように射出する。したがって、反射ドット領域３１の各反射ドットに光が到達する前に発光ダイオード素子３３、３４からの光は十分に拡散されており、より均一化された状態で導光板３０から出力される。また、１つの凹部３５では一対の発光ダイオード３４、３４を一組にしているため、波長域の関係で異なる発光波長の光を相補的に作用させることも可能であり、通常の可視光とブラックライトの波長域の光のダイオードの組み合わせや、例えば右目用の発光ダイオードと左目用の発光ダイオードを区別して立体視を実現する表示装置を実現することも可能である。

なお、図３に示す例では、一対の発光ダイオード素子３３、３４を同じ白色発光のダイオード素子としたが、輝度や発光波長の異なるダイオードを組み合わせても良く、図示のように水平方法に並べる場合に限らず、垂直方向や斜め方向に複数の発光ダイオード素子を並べるようにしても良い。また、１つの凹部に対応する発光ダイオード素子の数を２つに限らず、３又は４以上の素子を配するようにしても良い。更に図３に示す例では、平板状の導光板３０の１つの側面３６に限り、凹部３５を形成しているが、このような凹部３５は平板状の導光板３０の全側面や他の側面に形成しても良い。

［第４の実施形態］
図４は第４の実施形態の面発光装置の概略平面図であり、透明なアクリル系樹脂からなり所要の厚みを持った平板状の導光板４０を有している。その導光板４０の裏面全面に亘って、側面３６側から入射した光を導光板４０の表面側に反射するための反射ドットが形成されている反射ドット領域４１とされ、導光板４０の裏面側に反射板が設けられた場合では、該反射板からの反射光と反射ドットで反射した光が導光板４０の一方の主面である表面４２側に向かって射出されることになる。

この反射ドット領域４１を有する導光板４０の側面４６には、略矩形状の凹部４４が複数形成されており、それぞれの凹部４４に対して例えば砲弾型のパッケージを有する発光ダイオード素子４３が蛍光材を含有する接着層４５に埋設されるように配設される。このような構造の面発光装置においては、蛍光材を含有する接着層４５が発光ダイオード素子４３からの光出力に応じて、出力光を増大させることもでき、より光の拡散効果を高めることができる。

なお、図４に示す例では、発光ダイオード素子４３の端子側端部と導光板４０の側面４６が面一となる例を図示しているが、発光ダイオード素子４３の端子側端部が導光板４０の側面４６よりも突出していても良く、凹んでいても良い。また、図３に示したように、本実施形態においても複数の発光ダイオード素子を接着層に同時に埋め込むことも可能である。更に、図４に示す例では、平板状の導光板４０の１つの側面４６に限り、凹部４４を形成しているが、このような凹部４４は平板状の導光板４０の全側面や他の側面に形成しても良い。

また、上述の各実施形態では、発光ダイオード素子を砲弾型のパッケージを有する例で説明したが、本発明は発光ダイオード素子のパッケージ構造には限定されず、他の構造のパッケージを有していても良い。

本発明の第１の実施形態の面発光装置を示す概略平面図である。 本発明の第２の実施形態の面発光装置の要部斜視図である。 本発明の第３の実施形態の面発光装置を示す概略平面図である。 本発明の第４の実施形態の面発光装置を示す概略平面図である。

符号の説明

１０、２１、３０、４０ 導光板
１１、３１、４１ 反射ドット領域
１３、２３、３３、３４、４３ 発光ダイオード素子
１４、３５、４４ 凹部
１５、２５、３６、４６ 側面
４５ 接着層

Claims (7)

1. 一方の主面に対して光を導出する略板状の導光板と、
   前記導光板の側面に形成される溝部と、
   前記溝部に少なくとも一部が挿入され前記導光板の前記主面の面内方向に光を射出する発光ダイオード素子とを有することを特徴とする面発光装置。
2. 前記溝部の光導入部の形状がレンズとして機能することを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
3. 前記光導入部がマット加工されたものであることを特徴とする請求項２記載の面発光装置。
4. 前記溝部には複数の発光ダイオード素子が実装されることを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
5. 前記溝部と該溝部に挿入された前記発光ダイオード素子の間は空隙とされることを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
6. 前記溝部と該溝部に挿入された前記発光ダイオード素子の間は蛍光材を含有する接着層が充填されていることを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
7. 前記導光板の光を射出する主面に対向する面には、複数の反射ドットが形成されることを特徴とする請求項１記載の面発光装置。