JP2016139601A - 面状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子から出射された光を効率よく導光板の光入射面に導くとともに、導光板の膨張に対して適応させる。【解決手段】実施の形態に係る面状光源装置１０は、光出射面１１ａと光出射面１１ａに直交して隣接する光入射面１１ｂとを有する平板状の導光板１１と、光出射面１１ａに出光面１２ｂが所定の間隔を有して対向するように配置され、出光面１２ｂから光出射面１１ａに向かって光を出射する発光素子１２ａと、光出射面１１ａ上に配置された光拡散シート１４と、導光板１１と発光素子１２ａとの間の空間を覆う反射フィルム１３とを備え、反射フィルム１３の一端は、導光板１１の光出射面１１ａ又は光拡散シート１４の導光板１１に対向する対向面１４ａのいずれかの光入射面１１ｂ側の端部に貼着され、反射フィルム１３の他端は、いずれにも貼着されず、発光素子１２ａの出光面１２ｂに隣接する上面１２ｃの近傍に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は面状光源装置に関し、特に、液晶表示パネル等をその背面から照明するエッジライト型の面状光源装置に関する。

従来から、光源の周囲に、光源から発せられる光を反射して導光板の入射端面へ導く反射部材を備えるエッジライト型の面光源装置が知られている。特許文献１では、導光板の一側面に平行に配置された線状光源の周囲を覆うように、反射シートが設けられている。

反射シートの光出射面側の端部は、導光板の光出射面上に重ねあわせられ、透明粘着テープで被覆されることにより固定されている。反射シートの反射面側の端部は、両面粘着テープを介して光拡散シートに接着固定するか、あるいは、この順に積層するだけで粘着テープや接着剤等による接着を行わないことが記載されている。

特許文献２では、反射フィルムの導光板の光出射面側の端部が、導光板の光出射面に両面テープで接着されている。反射フィルムの反対側の端部は、導光板の裏面側に配置された光拡散反射板の裏面に両面テープで接着されており、導光板の裏面は空気層を介して光拡散反射板で覆われている。

特許文献３では、直管型光源の周囲に設けられたリフレクタが、導光板の板厚方向に関して出射面側に位置する第１のリフレクタ部分、裏面側に位置する第２のリフレクタ部分に分割されている。第１のリフレクタ部分の内方端縁は枠体に取付けられ、導光板に対して着脱可能に設けられている。第２のリフレクタ部分の内方端縁は枠体と光拡散板との間に挟まれており、導光板に対して固定配置されている。第１及び第２のリフレクタ部分の下端縁は、リフレクタからの光の漏れを防ぐために、重なり合うように構成されている。

特許文献４、５、６には、光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いた面状光源装置が記載されている。導光板の入射端面とＬＥＤの上面とを覆うように、反射シートが設置されている。

特許文献４では、反射シートの位置が移動しないように、反射シートはハウジングフレーム等に設けた爪部に係止されるか、又は、粘着テープ等によって固定されている。特許文献５では、反射シートの両端がそれぞれ、ＬＥＤが実装された基板と導光板の端部に貼着されている。

特許文献６では、発光素子アレイモジュールからの光が外に漏れないように、形状変形可能な反射部材が発光素子アレイモジュールと導光板とでできる空間を囲むように設置されている。特許文献６では、導光板の支持構造体と発光素子アレイモジュールを固定する構造体が別であり、両者の位置にずれが生じた場合でも、発光素子アレイモジュールからの光を導光板の入射面に導くため、反射部材が上記の空間からずれないように固定される。

特開平０８−１９００２１号公報 特開平０５−３４１１３４号公報 特開２００３−３２３８０７号公報 特開２００５−２４３５２２号公報 特開２００８−０９７９９９号公報 特開２００７−０４１４７１号公報

上記のような面状発光装置では、光源の駆動時に発生する熱による筺体内部の温度上昇や環境温度の上昇、吸湿等により、特に、導光板が厚み方向と直交する方向に膨張する。導光板の膨張が生じると、導光板の側方に配置された光源に導光板が接触して、光源や導光板の損傷、あるいは、光源の駆動不良等が生じるおそれがある。このため、導光板の光入射面と光源との間にはあらかじめ導光板の膨張を考慮した所定の隙間が形成されている。

上述した技術では、反射シートの一端が導光板の光出射面に固定され、他端が光拡散シートや筐体、ＬＥＤが実装される基板等に固定されている。このため、導光板が膨張し、導光板と光源との間の隙間が縮まった場合、反射シートが他の部材と干渉し、導光板のたわみや波打ち等の形状変化が発生する。この導光板の形状変化に伴い、輝度均一性や輝度の低下の問題が発生するおそれがある。

特許文献１では、反射シートの反射面側の端部の接着を行わないことが記載されているが、反射シートが線状光源を覆い、反射面側の端部が導光板の反射面上に配置された光拡散シート上に積層されるように配置されるため、反射シートの実装が難しい。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、発光素子から出射された光を効率よく導光板の光入射面に導くとともに、導光板の膨張に対して適応させることが可能な面状光源装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる面状光源装置は、光出射面と、前記光出射面に直交して隣接する光入射面とを有する平板状の導光板と、前記光入射面に出光面が所定の間隔を有して対向するように配置され、前記出光面から前記光入射面に向かって光を出射する発光素子と、前記光出射面上に配置された光学シートと、前記導光板と前記発光素子との間の空間を覆う反射フィルムとを備え、前記反射フィルムの一端は、前記導光板の前記光出射面又は前記光学シートの前記導光板に対向する対向面のいずれかの前記光入射面側の端部に貼着され、前記反射フィルムの他端は、いずれにも貼着されず、前記発光素子の前記出光面に隣接する上面の近傍に配置される。

本発明により、発光素子から出射された光を効率よく導光板の光入射面に導くとともに、導光板の膨張に対して適応させることが可能な面状光源装置を提供することが可能となる。

実施の形態１に係る面状光源装置の構成を示す上面図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の常温時の状態を説明する図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の高温時の状態を説明する図である。 実施の形態２に係る面状光源装置の常温時の状態を説明する図である。 実施の形態２に係る面状光源装置の高温時の状態を説明する図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の構成の一部を示す図である。 実施の形態３に係る面状光源装置の構成の一部を示す図である。 実施の形態３に係る面状光源装置の構成の一部を示す図である。

以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する構成要素には同じ符号を付している。なお、各図における寸法関係は実際の寸法関係を反映するものではない。

実施の形態１．
実施の形態１に係る面状光源装置について、図１〜３を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る面状光源装置１０の構成を示す上面図である。図２は面状光源装置１０の常温時の状態を説明する図であり、図３は面状光源装置１０の高温時の状態を説明する図である。面状光源装置１０は、液晶表示パネル等をその背面から照明するエッジライト型の面状光源装置である。

理解を容易にするために、以下の図中において、導光板１１の光出射面１１ａに平行であって、互いに直交する方向をｘ方向、ｙ方向とする。ｘ方向が導光板１１の長手方向であり、ｙ方向が導光板１１の短手方向である。また、導光板１１の光出射面１１ａに直交する方向をｚ方向とする。なお、ｚ方向において、導光板１１の光拡散シート１４、マイクロレンズアレイシート１５が配置される側が光の出射方向である。

図１に示すように、実施の形態１では、導光板１１の長手方向（ｘ方向）の両端にそれぞれ光源モジュール１２が設けられた例を示している。図２、図３は、図１に示す面状光源装置１０の一方の光源モジュール１２側の断面図である。

図１〜３に示すように、面状光源装置１０は、導光板１１、光源モジュール１２、反射フィルム１３、光拡散シート１４、マイクロレンズアレイシート１５、反射シート１６、反射部材１７、支持部材１８、回路基板１９を備えている。なお、説明のため、図１においては、導光板１１の上面に配置される光拡散シート１４、マイクロレンズアレイシート１５等の光学シートを省略している。

図１に示すように、導光板１１は光出射面１１ａと光入射面１１ｂとを有する平板状の部材である。光入射面１１ｂは、光出射面１１ａに直交して隣接する。光源モジュール１２は、回路基板１９と、複数の発光素子１２ａを有する。発光素子１２ａとしては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー等を用いることができる。

回路基板１９は、細長い矩形状の基板である。回路基板１９上には、回路基板１９の長手方向（ｙ方向）に沿って複数の発光素子１２ａが実装されている。なお、複数の発光素子１２ａは、図示しない透明な封止樹脂で封止されていてもよい。発光素子１２ａは、実装面１２ｄにおいて回路基板１９に実装される。

図２に示すように、発光素子１２ａの出光面１２ｂが、光入射面１１ｂに対向するように配置される。発光素子１２ａは、出光面１２ｂから光入射面１１ｂに向かって光を出射する。出光面１２ｂと光入射面１１ｂとの間には、導光板１１の膨張を考慮した所定の間隔が形成されている。

導光板１１は、光入射面１１ｂから入射する光を上面（光出射面１１ａ）と下面（光学面１１ｃ）で反射させながら導光する透明な部材である。導光板１１は、例えば、ＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate)や、ＰＣ（polycarbonate）、ＰＳ（polystyrene）等の透明樹脂により形成される。

導光板１１の光学面１１ｃには、ドット状をした図示しない微小な光学パターンが形成されている。導光板１１内を導光される光は、光学パターンに入射して当該光学パターンで全反射条件からはずれて、導光板１１の光出射面１１ａから出射する。導光板１１の背面側には、反射シート１６が設置される。反射シート１６は、導光板１１の下面から漏れた光を反射させ、導光板１１に再入射させる。

実施の形態１では、導光板１１の光出射面１１ａ上に、光学シートの一例として、光拡散シート１４、マイクロレンズアレイシート１５がｚ方向に積層されている。光拡散シート１４は、対向面１４ａから入射する光を内部で拡散させ、マイクロレンズアレイシート１５に向かって出射させる機能を有する。光拡散シート１４は、例えば、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＰ（polypropylene）、ＰＣ（polycarbonate）等の光学的に透明な樹脂中にシリカ、スチレンビーズ等の散乱粒子が分散されたものを用いることができる。透明樹脂中に散乱粒子を分散させることによって、均一で輝度むらが少ない光を出射することができる。

マイクロレンズアレイシート１５の上面には、複数の半球、凸状のマイクロレンズが所定の位置に配置されたマイクロレンズパターンが形成されている。マイクロレンズアレイシート１５は、液晶表示パネルに向けて出射する出射光が良好な視野角特性を有するように、入射する光を屈折させて出射する光学屈折効果を発揮する。マイクロレンズアレイシート１５の材質は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等の樹脂が挙げられる。

なお、光学シートとしては、光拡散シート１４、マイクロレンズアレイシート１５に限定されず、プリズムシート等の従来から知られている様々な種類のものを複数枚、積層配置して用いることが可能である。ここでは、光拡散シート１４の導光板１１に対向する面を、対向面１４ａとする。

実施の形態１のように、平板状をした薄い導光板１１を用いる場合には、光源モジュール１２の高さが導光板１１の光入射面１１ｂの厚みよりも大きくなる。このため、導光板１１の光入射面１１ｂに対向させて配置した光源モジュール１２の上面１２ｃが、導光板１１の上面（光出射面１１ａ）よりも上に飛び出る。なお、実施の形態１では、上面１２ｃは、実装面１２ｄに対向する面である。

このように、光源モジュール１２が導光板１１の上面よりも上に飛び出ている場合には、発光素子１２ａから出射したすべての光が光入射面１１ｂに入射せず、一部の光が導光板１１の外部へ漏れて光利用効率が悪くなる。

この問題を解決するために、図２に示すように、導光板１１と発光素子１２ａとの間の空間を覆うように、反射フィルム１３が配置されている。反射フィルム１３は、発光素子１２ａから出射された光のうち、光入射面１１ｂに入射しない可視光域の光を反射して、光入射面１１ｂに導く。

図１に示すように、反射フィルム１３は、細長い帯状の部材である。反射フィルム１３としては、例えば、銀やアルミニウムがコートされたフィルムや、多層膜の３Ｍ社製のＥＳＲ（Enhanced Specular Reflector）反射フィルムを用いることができる。

反射フィルム１３の長手方向（ｙ方向）の長さは、導光板１１の短手方向（ｙ方向）の長さに応じて形成されている。反射フィルム１３の長手方向に沿った一端は、導光板１１の光出射面１１ａの光入射面１１ｂ側の端部に両面テープや接着剤等の貼着部材（不図示）により貼着されている。

一方、反射フィルム１３の長手方向に沿った他端は、いずれにも貼着されていない。図２に示すように、常温時には、反射フィルム１３の他端は、発光素子１２ａの出光面１２ｂに隣接する上面１２ｃの近傍に配置される。図３に示すように、常温時よりも温度が高い高温時には、導光板１１が実線の矢印で示すように、光源モジュール１２側へ膨張する。この場合、反射フィルム１３の他端はいずれにも固定されていないことから、導光板１１の膨張に伴い、反射フィルム１３の他端が上面１２ｃから導光板１１とは反対側に突出する。

このように、導光板１１が温度変化等により膨張し、導光板１１と光源モジュール１２との間の隙間が縮まった場合でも、反射フィルム１３が他の部材と干渉することがない。これにより、導光板のたわみや波打ち等の形状変化の発生を抑制することができ、輝度均一性や輝度の低下を防止することが可能となる。

上述したように、特許文献１では、線状光源の周囲を覆うように、反射シートの一端を導光板の上面に配置し、他端を導光板の背面まで回して配置している。これに対し、実施の形態１では、反射フィルム１３の他端は、光源モジュール１２の上面１２ｃ近傍に配置される。このため、反射フィルム１３の実装が容易となる。

また、導光板１１の光学面１１ｃ側において、導光板１１の光入射面１１ｂと発光素子１２ａの出光面１２ｂとの間には、反射部材１７が設けられている。反射部材１７としては、例えば、反射フィルム１３と同一のものを用いることができる。反射部材１７は、支持部材１８により支持されている。反射フィルム１３と反射部材１７とにより、導光板１１と光源モジュール１２との間の空間が包囲される。これにより、発光素子１２ａから出射される光の利用効率をさらに高めることが可能となる。

なお、実施の形態１においては、反射フィルム１３の熱膨張係数が、当該反射フィルム１３が貼着される導光板１１の熱膨張係数と略等しいことが好ましい。反射フィルム１３としては、例えば、導光板１１と同一のＰＭＭＡ等の樹脂に銀やアルミニウムを蒸着したもの等が好適に用いられる。これにより、反射フィルム１３が導光板１１から剥がれてしまうのを防止することができる。

さらに、実施の形態１では、反射フィルム１３が弾性変形可能な部材で構成されている。これにより、導光板１１が膨張・収縮して、光入射面１１ｂが光源モジュール１２側に近づく方向・光源モジュール１２側から遠ざかる方向に移動する際に、反射フィルム１３が光拡散シート１４や光源モジュール１２等の他の部材と当接した場合でも、反射フィルム１３自体が容易に変形する。これにより、導光板１１の形状変化をさらに抑制することが可能となる。実施の形態１によれば、高輝度で輝度均一性の高い面状光源装置を実現することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る面状光源装置について、図４、５を参照して説明する。図４は面状光源装置１０の常温時の状態を説明する図であり、図４は面状光源装置１０の高温時の状態を説明する図である。図４、５において、上述した構成と同一の構成には同一の符号を付しており、説明を省略する。なお、面状光源装置１０を上面から見た図は、図１と同一である。

図４に示すように、実施の形態２では、反射フィルム１３の長手方向に沿った一端が、光拡散シート１４の対向面１４ａの光入射面１１ｂ側の端部に貼着されている。一方、反射フィルム１３の長手方向に沿った他端は、いずれにも貼着されていない。図４に示すように、常温時には、反射フィルム１３の他端は、発光素子１２ａの出光面１２ｂに隣接する上面１２ｃの近傍に配置される。

図５に示すように、常温時よりも温度が高い高温時には、導光板１１が実線の矢印で示すように、光源モジュール１２側へ膨張する。実施の形態２では、反射フィルム１３は、光拡散シート１４に貼着されているため、導光板１１が膨張したとしても、反射フィルム１３の位置は変化しない。したがって、高温時においても、反射フィルム１３の他端は、発光素子１２ａの出光面１２ｂに隣接する上面１２ｃの近傍に配置される。

このように、実施の形態２においても、導光板１１が膨張し、導光板１１と光源モジュール１２との間の隙間が縮まった場合でも、反射フィルム１３が他の部材と干渉することがない。これにより、導光板の形状変化の発生を抑制することができ、輝度均一性や輝度の低下を防止することが可能となる。

実施の形態２では、反射フィルム１３の熱膨張係数が、当該反射フィルム１３が貼着される光拡散シート１４の熱膨張係数と略等しいことが好ましい。反射フィルム１３としては、例えば、光拡散シート１４と同一のＰＥＴ等の樹脂に銀を蒸着したもの等が好適に用いられる。これにより、反射フィルム１３が光拡散シート１４から剥がれてしまうのを防止することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、導光板１１の反射フィルム１３が貼着される光出射面１１ａは平坦である。図６に示すように、導光板１１の光出射面１１ａの反射フィルム１３が貼着されていない部分では、導光板１１内を進む光は全反射される。これ対し、導光板１１の光出射面１１ａの反射フィルム１３が貼着部材２０により貼着されている部分では、導光板１１内を進む光は散乱される。

このように、導光板１１側に反射フィルム１３が接着される構成においては、導光板１１の貼着部材２０が接触している部分の全域において、導光板１１内の光が散乱し、光利用効率の低下を招く。そこで、本発明者は、上述の実施の形態のように、光源からの出射光を効率よく導光板内に導くとともに、導光板の膨張に対しても適応する構成において、さらに光利用効率を向上させる構成を考案した。

以下、実施の形態３に係る面状光源装置について、図７、図８を参照して説明する。図７、図８は、実施の形態３に係る面状光源装置の構成の一部を示す図である。実施の形態３では、導光板１１の光出射面１１ａ（図７参照）には、凹凸部として、ｘ方向に延在する複数の半円柱状のレンズ（図８参照）がｙ方向に配列されたレンチキュラーレンズ１１ｄが形成されている。

レンチキュラーレンズ１１ｄと反射フィルム１３との間には、貼着部材２０が配置される。貼着部材２０は、レンチキュラーレンズ１１ｄの先端部近傍のみで、導光板１１と反射フィルム１３とを接着する。このように、実施の形態３では、光出射面１１ａの凹凸部の凸部分において、反射フィルム１３の一端が導光板１１の光出射面１１ａの光入射面１１ｂ側の端部に貼着される。これにより、導光板１１に接触する貼着部材２０の面積を小さくすることができるため、貼着部材２０による光の散乱を防止し、光利用効率の低減を抑制することが可能となる。

なお、光源モジュール１２等の他の構成は、実施の形態１と同様の構成を採用することができる。これにより、効率よく光源出射光を導光板内に導くとともに、導光板の膨張に対しても適応し、さらに光利用効率を向上させることが可能となる。

なお、導光板１１の光出射面１１ａに形成されるレンチキュラーレンズ１１ｄの代わりに、台形プリズム形状や三角プリズム形状の凹凸部を形成してもよい。また、断面形状が五角形や七角形などの多角形状の凹凸部を形成してもよい。

また、一般的に導光板１１の光出射面１１ａの反対側の面には、光の角度を変えるドット形状が形成されている。このようなドット形状には、インクジェット技術などを用いて形成可能な凸形状やレーザ加工技術などを用いて形成可能な凹形状がある。実施の形態３に係る面状光源装置では、このような光出射面１１ａの反対側の面にドット形状を有する導光板１１をひっくり返して、ドット形状を有する面を光出射面１１ａとしてもよい。つまり、このようなドット形状も上記で説明した凹凸部（貼着部材２０が貼り付けられる面）として用いることができる。

以上説明したように、実施の形態によれば、発光素子１２ａから出射された光のうち、出射角度が大きく光入射面１１ｂに入射しない光を、反射フィルム１３により光入射面１１ｂに導くことが可能となり、光の利用効率を向上させることができる。また、導光板１１が膨張し、導光板１１と光源モジュール１２との距離が縮まった場合でも、反射フィルム１３が他の部材と干渉することがないため、導光板１１の形状変化を防止できる。

また、導光板１１の光出射面１１ａに凹凸部を形成した場合には、貼着部材２０による光の散乱を抑制することができ、光の利用効率をさらに向上させることが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 面状光源装置
１１ 導光板
１１ａ 光出射面
１１ｂ 光入射面
１１ｃ 光学面
１１ｄ レンチキュラーレンズ
１２ 光源モジュール
１２ａ 発光素子
１２ｂ 出光面
１２ｃ 上面
１２ｄ 実装面
１３ 反射フィルム
１４ 光拡散シート
１４ａ 対向面
１５ マイクロレンズアレイシート
１６ 反射シート
１７ 反射部材
１８ 支持部材
１９ 回路基板
２０ 貼着部材

Claims (9)

1. 光出射面と、前記光出射面に直交して隣接する光入射面とを有する平板状の導光板と、
   前記光入射面に出光面が所定の間隔を有して対向するように配置され、前記出光面から前記光入射面に向かって光を出射する発光素子と、
   前記光出射面上に配置された光学シートと、
   前記導光板と前記発光素子との間の空間を覆う反射フィルムと、
   を備え、
   前記反射フィルムの一端は、前記導光板の前記光出射面又は前記光学シートの前記導光板に対向する対向面のいずれかの前記光入射面側の端部に貼着され、
   前記反射フィルムの他端は、いずれにも貼着されず、前記発光素子の前記出光面に隣接する上面の近傍に配置される、
   面状光源装置。
2. 前記反射フィルムは、弾性変形可能である、
   請求項１に記載の面状光源装置。
3. 前記導光板は、前記光出射面に対向する光学面をさらに有し、
   前記光学面側において、前記導光板の前記光入射面と前記発光素子の前記出光面との間に配置された反射部材をさらに有し、
   前記反射フィルムと前記反射部材とが、前記導光板と前記発光素子との間の空間を包囲する、
   請求項１又は２に記載の面状光源装置。
4. 複数の前記発光素子が実装される回路基板をさらに備え、
   前記上面は、前記発光素子の前記回路基板に実装される実装面と対向する面である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の面状光源装置。
5. 前記反射フィルムは、前記導光板の前記光出射面に貼着されており、
   前記反射フィルムは、前記導光板と略同一の熱膨張係数を有する材料からなる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の面状光源装置。
6. 前記反射フィルムの他端は、常温時に前記上面上に位置し、前記常温時よりも温度が高い高温時に前記上面から前記導光板とは反対側に突出する、
   請求項５に記載の面状光源装置。
7. 前記反射フィルムは、前記光学シートの前記対向面に貼着されており、
   前記反射フィルムは、前記光学シートと略同一の熱膨張係数を有する材料からなる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の面状光源装置。
8. 前記反射フィルムの他端は、常温時及び前記常温時よりも温度が高い高温時において、前記上面上に位置する、
   請求項７に記載の面状光源装置。
9. 前記光出射面に形成された凹凸部をさらに備え、
   前記反射フィルムの一端は、前記凹凸部の凸部分において、前記導光板の前記光出射面の前記光入射面側の端部に貼着されている、
   請求項１に記載の面状光源装置。

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