JP2008235072A - 面状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度化およびコスト低減を図ることが可能な面状光源装置を提供すること。
【解決手段】線状光源装置Ｂ１と、導光板１２と、を備えた面状光源装置Ａ１であって、線状光源装置Ｂ１は、樹脂により断面略一様な柱状とされた本体部１１０、および、この本体部１１０の両端に形成された第１の端部１１１と第２の端部１１２、を有する導光棒１１と、第１の端部１１１と第２の端部１１２に対向して配置されたＬＥＤ発光素子と、を備えており、本体部１１０は、外周面がなめらかな鏡面状に形成されているとともに、長手方向にわたり、その周方向の所定の範囲において、複数の凹部または凸部が形成されていることにより、上記ＬＥＤ発光素子から第１の端部１１１または第２の端部１１２から入射した光が、本体部１１０の長手方向にわたって、本体部１１０の周面における上記複数の凹部または凸部が形成された範囲と対向する領域から出射する傾向を与えられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば液晶表示装置のバックライトとして用いられる面状光源装置に関する。

図１２は、従来の面状光源装置の一例を示している。同図に示された面状光源装置Ｘは、線状光源装置９１と導光板９４とを備えている。線状光源装置９１には、光源として冷陰極管９２が搭載されている。冷陰極管９２からの光は、直接、あるいは反射ケース９３によって反射されることにより、線状光として導光板９４に入射する。導光板９４の片面には、反射板９５が貼付されている。導光板９４内を進行する光は、反射板９５によって導光板９４の厚さ方向に反射される。この光は、面状光として導光板９４から出射される。面状光源装置Ｘは、たとえば液晶表示装置のバックライトとして用いられる。

しかしながら、面状光源装置Ｘには、以下のような問題がある。導光板９４の片側に冷陰極管９２を配置しただけのものでは、輝度にムラが生じやすい。この問題を解消するためには、導光板９４の両側に複数の冷陰極管９２を配置するなどの対策が必要である。ところが、冷陰極管９２の駆動には、放電電圧を得るためにインバータ等を用いて昇圧する必要があり、消費電力が比較的大きいという難点がある。そのため、面状光源装置としては、高輝度化と省電力化の両立が困難であるという問題があった。

特開２００２−１１７７１７号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高輝度化および省電力化を図ることが可能な面状光源装置を提供することをその課題とする。

本発明によって提供される面状光源装置は、線状光を出射する線状光源装置と、上記線状光源装置からの線状光を面状光として出射させる矩形平板状の導光板と、を備えた面状光源装置であって、上記線状光源装置は、上記導光板の各側部に沿う複数の導光棒と、上記各導光棒の少なくとも一方の端部に配置されたＬＥＤ発光素子と、を備えており、上記導光棒は、鏡面状かつ凹凸状に形成された外周面を有することにより、上記ＬＥＤ発光素子からの光を上記導光板の側部に向けて出射させる傾向をもつことを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記導光棒と上記導光板の側部とは、連結部を介して一体化されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ＬＥＤ発光素子は、上記導光棒の両端部に配置されており、その両端部における双方のＬＥＤ発光素子は、上記導光板の側部に沿う方向に向けて光を発するように配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記導光棒の両端部に配置された上記双方のＬＥＤ発光素子は、それぞれ基板に搭載されており、上記導光板は、上記基板配置用のスペースを与えるように切り欠き状の角部が形成されている。

このような構成によれば、ＬＥＤ発光素子からの光は、複数の導光棒を介して導光板の側部全体からこの導光板に導かれ、最終的には面状光として導光板から出射するので、均一な輝度をなすように光を照射することができる。また、ＬＥＤ発光素子は、たとえば冷陰極管よりも駆動電力が抑えられるので、複数の冷陰極管を用いたものに比べて省電力化をより一層図ることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜９は、本発明に係る面状光源装置の一実施形態を示している。本実施形態の面状光源装置Ａ１は、４つの線状光源装置Ｂ１、導光板１２、および連結部１３を備えている。面状光源装置Ａ１は、線状光源装置Ｂ１からの光を導光板１２で面状光に変換して出射するものであり、たとえば液晶表示装置のバックライトに用いられる。

線状光源装置Ｂ１は、導光板１２の４つの側部１２１に沿うように配置されている。線状光源装置Ｂ１は、導光棒１１、ＬＥＤモジュール２、基板３、および放熱板４を備えており、導光板１２の側部１２１に向けて線状光を出射可能に構成されている。

図１〜図９に示すように、導光棒１１は、導光板１２の側部１２１に沿うように細長円柱状に形成されたものであり、たとえばＰＭＭＡやポリカーボネートなどの透明樹脂からなる。この導光棒１１は、本体部１１０と両端部１１１とを有しており、両端部１１１には、ＬＥＤモジュール２が配置されている。

本体部１１０は、概ね円形断面をもつように形成されており、その断面直径は、たとえば４ｍｍ程度である。この本体部１１０の外周面は、なめらかな鏡面状とされている。両端部１１１は、ソケット状に形成されたＬＥＤモジュール２に差し込まれる。両端部１１１における双方のＬＥＤモジュール２は、導光棒１１が近接する導光板１２の側部１２１に概ね沿う方向に向けて光を発するように配置されている。これらのＬＥＤモジュール２は、それぞれ独立した基板３に搭載されている。この基板３は、両端部１１１に対して接着されている。

図５〜９に示すように、本体部１１０の外周面には、一定幅で本体部１１０の長手方向に延びる凹凸状の帯状領域１１５が設定されている。この帯状領域１１５には、長手方向に並ぶ複数箇所の凹部１１３と凸部１１４とが交互に連続して形成されている。各凸部１１４の上面１１４ａは、平坦面とされている。各凹部１１３は、一様な断面を有して帯状領域１１５の幅方向に延びるように形成されている。各凹部１１３の底部は、円筒内面状とされている。凹部１１３と凸部１１４の上面１１４ａとは、なめらかな円筒外面部によって連結されている。このような帯状領域１１５の幅方向両側には、全長にわたり沿うようにして、平坦部１１６が形成されている。帯状領域１１５の両側に位置する平坦部１１６どうしは、同一平面内に位置し、本体部１１０中心線に対して平行をなすように形成されている。

帯状領域１１５の幅はたとえば１．６ｍｍ、各平坦部１１６の幅はたとえば０．３５ｍｍとされている。凸部１１４の平坦部１１６に対する高さは、たとえば０．１９ｍｍ、凸部１１４の上面１１４ａに対する凹部１１３の深さは、たとえば、０．１８ｍｍに設定されている。凹部１１３の形成ピッチは、たとえば１．５ｍｍに設定される。なお、これらの各寸法は、導光棒１１の大きさに応じて種々設定可能である。また、この実施形態においては、凹部１１３や凸部１１４は、帯状領域１１５の幅方向に一様断面で延びるように形成されているが、帯状領域１１５に形成した平坦な面に凹球面状の凹みを設けたり、凸球面状の突起を設けたりしてもよい。

ＬＥＤモジュール２は、線状光源装置Ｂ１および面状光源装置Ａ１の光源であり、ＬＥＤ発光素子２０、蛍光樹脂２１、および樹脂パッケージ２２を備えている。

ＬＥＤ発光素子２０は、たとえば青色光を発するように構成されている。蛍光樹脂２１は、たとえば青色光によって励起されることにより黄色光を発光する蛍光物質を含んでいる。このような構成により、ＬＥＤ発光素子２０からの青色光と、励起された蛍光樹脂２１からの黄色光とが混色することにより、ＬＥＤモジュール２からは白色光が発せられる。なお、本実施形態とは異なり、白色光を発光可能なＬＥＤ発光素子を採用してもよいし、赤色光、青色光、および緑色光を発光可能な３つのＬＥＤ発光素子を採用してもよい。

樹脂パッケージ２２は、たとえば白色樹脂製であり、導光棒１１の端部１１１を差し込み可能に凹状とされている。樹脂パッケージ２２の底部分には、ＬＥＤ発光素子２０が配置されており、その周囲は蛍光樹脂２１で覆われている。

基板３は、窒化アルミニウムからなり、細長板状とされている。基板３の裏面には、放熱板４が貼付されている。放熱板４は、たとえばアルミニウム製またはアルミニウム合金製であり、その厚さが基板３よりも厚いものとされている。

導光板１２は、概ね矩形平板状とされており、導光棒１１と同材質からなる。導光板１２は、入射面となる４つの側部１２１、反射面１２２、出射面１２３、および角部１２４を有している。

側部１２１は、導光板１２の厚み方向に起立した面をなし、導光棒１１に対して近接した状態で対向している。この側部１２１は、線状光源装置Ｂ１からの線状光を適切に入射させるために、たとえば鏡面状とされている。

反射面１２２は、図２および図３に示すように導光板１２の厚さ方向と垂直な方向に広がる面である。図２に示すように、反射面１２２には、複数の凹部１２２ａが離散的に配置されている。図４は、反射面１２２の部分拡大断面図である。同図に示すように、凹部１２２ａは、扁平な円錐形状とされている。本実施形態においては、図２に示すように、複数の凹部１２２ａのサイズが側部１２１に近づくほど小となり、導光板１２の中央に向かうほど大となっている。より具体的には、凹部１２２ａの開口サイズは、直径０．３〜０．６ｍｍ程度とされている。

出射面１２３は、反射面１２２とは反対側に位置しており、平坦な鏡面状とされている。出射面１２３の略中央には、導光板１２を製造する際に樹脂材料を注入するために設けられた金型の孔に対応するゲート１２５が形成されている。

角部１２４は、図１や図５に示すように、基板３および放熱板４を配置するスペースを与えるために切り欠き状に形成されている。

図１〜図３に示すように、面状光源装置Ａ１に含まれる導光棒１１と導光板１２の側部１２１とは、連結部１３によって互いに連結されている。すなわち、本実施形態の導光棒１１、導光板１２、および連結部１３は、１つの導光部材として一体的に成形されている。連結部１３は、各側部１２１の長手方向略中央に位置しており、ゲート１２５とは側部１２１の長手方向において重なる位置関係とされている。図７および図８に示すように、連結部１３は、導光棒１１の内側部分と側部１２１の中央部分とを連結している。図８に示すように、導光板１２の厚さ方向においては、連結部１３の寸法が導光板１２および導光棒１１の寸法よりも小とされている。

次に、面状光源装置Ａ１の作用について説明する。

本実施形態においては、面状光を出射するための光源としてＬＥＤ発光素子２０を採用している。ＬＥＤ発光素子２０は、たとえば冷陰極管と異なり、インバータ等を用いて昇圧する必要がなく、消費電力が比較的小さくてすむといった利点がある。したがって、面状光源装置Ａ１によれば、ＬＥＤ発光素子２０の光を４方向から取り入れて面状光として出射させる形態としつつも、従来の冷陰極管タイプなどと比べて省電力化をより一層図ることができる。

ＬＥＤモジュール２からの白色光は、導光棒１１の端部１１１から本体部１１０に向かって進む（図５参照）。この光は、本体部１１０内を、その滑らかな表面によって全反射されつつ長手方向に進行する。このような光の一部は、凹部１１３において反射させられて本体部１１０を横断しようとする方向に進行方向を転換させられる。こうして進行方向を転換させられた光は、図６に模式的に示すように、概して、本体部１１０における帯状領域１１５と対向する領域に向けて進行する。全反射臨界角より小さい角度で本体部１１０の周面に到達した光は、導光棒１１外に出射させられる。そうして、本体部１１０が円形断面を有していること、すなわち、本体部１１０の周面における帯状領域１１５およびその両側の平坦面１１６を除く部分が曲面を有していることにより、いわゆる凸レンズ効果が発揮される。この結果、出射する光が本体部１１０の周方向に広がることが抑制され、出射光を、導光板１２の側部１２１に集中させることができる。

帯状領域１１５は、平坦部１１６に挟まれた格好で形成されているため、本体部１１０の基本断面が円形であったとしても、帯状領域１１５の幅を本体部１１０の長手方向にわたって一定幅をもって延びるように明確に規定することができる。したがって、導光棒１１の内部を長手方向に進行してきた光の方向を変換して帯状領域１１５の反対側の外面から出射させる作用を、本体部１１０の長手方向の各所においてばらつきなく行うことができるようになる。

さらに、線状光源装置Ｂ１にあっては、基板３が比較的熱伝導率が高い窒化アルミニウムによって形成されている。このため、ＬＥＤ発光素子２０が発光することにより生じた熱を基板３を介してＬＥＤ発光素子２０から逃がしやすい。さらに、基板３の裏面側にアルミニウムまたはアルミニウム合金製の放熱板４を積層接着しているので、ＬＥＤ発光素子２０からの熱をきわめて効率よく外部に逃がすことができる。その結果、ＬＥＤ発光素子２０の長時間連続点灯が可能となり、線状の照明光源として、きわめて効率が高いものとなる。

長手方向において均一化された線状光は、導光板１２の各側部１２１に４方向から入射する。この光は、導光板１２中を４方向に進行する。この光のうち、反射面１２２の凹部１２２ａに到達した光は、導光板１２の厚さ方向へと反射される。複数の凹部１２２ａは、反射面１２２の全域にわたって形成されているため、反射面１２２の全域から出射面１２３へと光が向かうこととなる。この光が、出射面１２３から出射されることにより、面状光源装置Ａ１は、面状光を出射することができる。

複数の凹部１２２ａのうち導光棒１１との距離が近いものほど、反射する光の輝度が高く、導光棒１１から遠いものほど、反射する光の輝度が低い。本実施形態においては、複数の凹部１２２ａは、導光板１２の中央に向かうほどサイズが大とされている。これにより、面状光の輝度が不均一となることを防止することができる。これに加えて、線状光源装置Ｂ１からの光は、長手方向に均一化された状態で４方向に進む線状光である。したがって、面状光源装置Ａ１によれば、ＬＥＤ発光素子２０の採用によって省電力化を図りつつも、面状光の輝度を均一化しながら高輝度化を効率よく図ることができる。

導光棒１１と導光板１２とが２つの連結部１３によって連結されていることにより、これらの複合体としての導光部材が形成されている。このため、導光部材をたとえば樹脂材料を用いて金型成形することにより、導光棒１１は、おのずと側部１２１に対して近接する。導光棒１１と側部１２１とは、互いの位置がずれたりするおそれもない。したがって、導光棒１１と導光板１２とを、たとえば専用の位置決め部材を用いて位置決めする必要がなく、均一で高輝度な面状光を出射可能な面状光源装置Ａ１を効率よく製造することができる。

特に、本実施形態においては、導光板１２の角部１２４のスペースに基板３および放熱板４が配置された構造となっている。これにより、たとえば液晶表示装置の表示領域外となる枠部分の大きさをできる限り抑えることができる。さらに、面状光源装置Ａ１を製造する際には、導光棒１１および導光板１２を一体的に成形した後に、あらかじめ基板３および放熱板４にＬＥＤモジュール２を組みつけておいたものを、導光棒１１に取り付ければよい。この取り付けは、導光棒１１の端部１１１にＬＥＤモジュール２の樹脂パッケージ２２を嵌め込むことで完了する。したがって、均一な面状光を出射可能な面状光源装置Ａ１を、精度よく、かつ合理的に製造することができる。

導光棒１１の長手方向において、導光板１２のゲート１２５と連結部１３とが重なる位置関係とされている。これにより、導光棒１１および導光板１２を金型成形する際に、ゲート１２５から注入された樹脂材料を、金型のうち連結部１３および導光棒１１を形成するための空間にすみやかに行き渡らせることが可能である。これは、薄板状とされた導光板１２および細長円柱状の導光棒１１に、いわゆるボイドが生じることを防止するのに適しており、これら導光棒１１および導光板１２を所望の形状に仕上げることができる。

連結部１３は、導光板１２の厚さ方向における寸法が、導光棒１１よりも小とされている。これにより、図８に示すように、導光棒１１のうち連結部１３と連結された部分につづく周面は、側部１２１に対向する部分を有している。この部分がレンズ効果を発揮することにより、側部１２１に対して線状光を適切に出射することができる。連結部１３が導光板１２よりも薄いため、連結部１３が側部１２１への光の入射を遮ることを適切に抑制することができる。また、この側部１２１に対向する部分は、ＬＥＤモジュール２から進行してきた光を導光棒１１の長手方向へと進行させる。この結果、連結部１３が形成されることによって、線状光源装置Ｂ１の線状光が不当に不均一となることを回避することができる。

図１０および図１１は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図１０に示す面状光源装置Ａ２は、上述した線状光源装置Ｂ１とは構成が異なる線状光源装置Ｂ２を備えている。

線状光源装置Ｂ２における導光棒１１の端部１１１は、ＬＥＤモジュール２を収容可能なソケット状とされている。すなわち、導光棒１１の端部１１１は、その外径が本体部１１０よりも大であり、かつＬＥＤモジュール２を収容可能な凹部が形成されている。

このような実施形態によっても、省電力化をより一層図ることができるとともに、面状光の輝度を均一化しながら高輝度化を効率よく図ることができる。

図１１に示す面状光源装置Ａ３は、連結部１３の構成が上述した実施形態と異なっている。

本実施形態の連結部１３は、導光棒１１の本体部１１０と導光板１２の側部１２１の全域にわたってつながっている。この連結部１３は、上述した実施形態と同様に導光板１２の厚さ方向における寸法が導光棒１１よりも小とされている。

このような実施形態によっても、連結部１３が側部１２１の全域にわたってつながる寸法とされていることにより、導光棒１１と導光板１２との位置関係をより正確なものとすることができる。また、連結部１３の寸法が大であることは、導光棒１１および導光板１２を金型成形する際に、樹脂材料を行き渡らせやすくするのに有利である。

なお、本発明に係る面状光源装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る面状光源装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

たとえば導光板は、反射面に複数の凹部が形成された構成に限定されず、たとえば導光フレームの長手方向に延びる複数の溝が形成された構成であってもよい。導光フレームと導光板とを連結部を用いて連結する構成は、導光フレームと導光板とを正確に位置決めするのに好ましいが、本発明に係る面状光源装置は、連結部を有しない、導光フレームと導光板とが独立して形成された構成も含むものである。

本発明に係る面状光源装置の一実施形態を示す平面図である。 本発明に係る面状光源装置の一実施形態を示す底面図である。 本発明に係る面状光源装置の一実施形態に用いられる導光部材を示す側面図である。 図３に示す導光部材の要部拡大断面図である。 本発明に係る面状光源装置の第１実施形態を示す一部断面拡大平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う要部断面図である。 本発明に係る面状光源装置の一実施形態を示す一部断面拡大平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う要部断面図である。 本発明に係る面状光源装置の一実施形態に用いられる導光棒を示す要部斜視図である。 本発明に係る面状光源装置の他の実施形態を示す平面図である。 本発明に係る面状光源装置の他の実施形態を示す一部断面拡大平面図である。 従来の面状光源装置の一例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２，Ａ３ 面状光源装置
Ｂ１，Ｂ２ 線状光源装置
２ ＬＥＤモジュール
３ 基板
４ 放熱板
１１ 導光棒
１２ 導光板
１３ 連結部
２０ ＬＥＤ発光素子
２１ 蛍光樹脂
２２ 樹脂パッケージ
１１０ 本体部
１１１ 端部
１１３ 凹部
１１４ 凸部
１１５ 帯状領域
１１６ 平坦部
１２１ 側部
１２２ 反射面
１２２ａ 凹部
１２２ｂ 凹溝
１２３ 出射面
１２４ 角部
１２５ ゲート

Claims (4)

1. 線状光を出射する線状光源装置と、
   上記線状光源装置からの線状光を面状光として出射させる矩形平板状の導光板と、
   を備えた面状光源装置であって、
   上記線状光源装置は、
   上記導光板の各側部に沿う複数の導光棒と、
   上記各導光棒の少なくとも一方の端部に配置されたＬＥＤ発光素子と、
   を備えており、
   上記導光棒は、鏡面状かつ凹凸状に形成された外周面を有することにより、上記ＬＥＤ発光素子からの光を上記導光板の側部に向けて出射させる傾向をもつことを特徴とする、面状光源装置。
2. 上記導光棒と上記導光板の側部とは、連結部を介して一体化されている、請求項１に記載の面状光源装置。
3. 上記ＬＥＤ発光素子は、上記導光棒の両端部に配置されており、その両端部における双方のＬＥＤ発光素子は、上記導光板の側部に沿う方向に向けて光を発するように配置されている、請求項１または２に記載の面状光源装置。
4. 上記導光棒の両端部に配置された上記双方のＬＥＤ発光素子は、それぞれ基板に搭載されており、上記導光板は、上記基板配置用のスペースを与えるように切り欠き状の角部が形成されている、請求項３に記載の面状光源装置。

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