(57)【要約】【課題】パネルの背後から照明するのに好適であり、照度ムラを抑制しつつＬＥＤ光源の数を減らすこと、もしくはＬＥＤ光源の数を増やさずより広い範囲を照らすことができるバックライト用の照明装置を提供する。【解決手段】最も強度が強い光束は、光学素子１２の内部を光軸ＯＡの上方を通過して中央領域１２ｃ１から出射するので、中央領域１２ｃ１により屈折されて、光学素子より遠い端部３ｃよりも手前、且つ点ＬＰより遠い位置にて反射面３ａに入射する。これにより、比較的遠方側であっても、強い光束を反射できるので、照明光の強度を均一に維持できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源からの光束が入射する入射面と、前記光束を出射する出射面とを備えたバックライト用の光学素子と、
前記光学素子から出射された光束を反射する反射面を備えた反射部材と、を有し、
前記光束のうち最も強度が高くなる光束は、前記光学素子の前記出射面の中心厚部位以外を通過し、
前記反射面は、少なくとも前記光束のうち最も強度が高くなる光束が反射され、
前記反射面が湾曲していることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ光源の発光面から出射された前記光束のうち最も強度が高くなる光束が前記発光面と交差する位置を原点とし、前記最も強度が高くなる光束の出射方向をＺ軸とし、前記原点から引いたＺ軸の垂線が前記反射面と交差する点のうち最も前記原点より近い点をＮＰとして、前記原点と前記点ＮＰとを結ぶ線分を含む軸をＹ軸とし、Ｚ軸とＹ軸を通る断面をＺＹ断面としたときに、
前記ＺＹ断面上で、Ｙ軸に沿って前記反射部材から遠ざかる方向をオーバー方向、前記反射部材に近づく方向をアンダー方向とすると、Ｚ軸に対して、前記光学素子の光軸がアンダー方向にずれていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
【請求項３】
前記反射部材の反射面は、アンダー方向で最もＺ軸より遠い位置から、前記光学素子より遠ざかるにつれてオーバー方向に向かうことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記反射部材の反射面におけるアンダー方向で最もＺ軸より遠い位置は、前記反射面のＺ軸に沿った全長をＬとしたときに、前記光学素子側の端部からＬ／４〜Ｌ／２の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記反射部材の反射面は、Ｚ軸に沿って前記光学素子より遠い端部が、オーバー方向で最大の位置になることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記反射部材の反射面は、アンダー方向で最もＺ軸より遠い位置に対して、Ｚ軸に沿って前記光学素子に近い端部が、オーバー方向にあることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光学素子の出射面は、中心領域と、前記中心領域の周囲の周辺領域とを有し、前記中心領域は凸曲面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
前記周辺領域は平面であることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光学素子は、前記入射面から入射した光束を反射する反射領域を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１０】
前記ＬＥＤ光源と前記光学素子との間には空間が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１１】
前記光学素子は、前記ＬＥＤ光源を設けた基板の両側部を把持する把持部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１２】
前記光学素子は射出成形により形成されており、成形時のゲートが前記光学素子の前記反射面側に形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１３】
前記反射部材の反射面は拡散作用を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１４】
前記光学素子から出射した光束の６０％以上が、前記反射部材の反射面に入射することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１５】
前記ＬＥＤ光源から出射された光束のうち最も強度が高い光束は、前記光学素子を通過した後、前記反射部材の反射面におけるアンダー方向で最もＺ軸より遠い位置よりもＺ軸方向で前記光学素子より離れた位置で、前記反射面に入射することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１６】
前記ＬＥＤ光源及び前記光学素子は、前記反射部材の一方の側にのみ配置されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１７】
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源からの光束が入射する入射面と、前記光束を出射する出射面とを備えたバックライト用の光学素子と、
前記光学素子から出射された光束を反射する反射面を備えた反射部材と、を有し、
照明装置の断面において、前記ＬＥＤ光源の中心と、前記光学素子の前記出射面の中心が異なるように配置され、
前記光学素子の前記出射面から出射した光束は、少なくとも前記反射面で反射され、
前記反射面は湾曲していることを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
前記照明装置の断面において、前記ＬＥＤ光源から出射される光束のうち最も強度が高くなる光束、または前記ＬＥＤ光源の中心から出射される光束の少なくとも一方は被照射面と平行であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的大面積の面部材の背面側に設置され、前記面部材を介して光が通過するようにバックライト照明を行う照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の大型の液晶ディスプレイ装置では、液晶パネル背面に配置された多数の冷陰極管からの光を拡散板や反射板等を介して、液晶パネルの背面側に導光し、バックライトとして均一に照明することで明瞭に画像が視認できるようにしていた。これに対し近年では、省エネの観点から、バックライトの光源としてＬＥＤ光源が使用されるようになってきた。また、液晶ディスプレイ装置に表示される画像に応じて明暗を制御することができるという観点からも、ＬＥＤ光源は使いやすく、これにより更に液晶ディスプレイ装置の消費電力を下げることができる。ＬＥＤ光源を用いた液晶ディスプレイ装置のバックライト用の照明装置として、白色ＬＥＤチップを基板上に複数並べた光源ユニットをフレーム部材の側面に配置して、白色ＬＥＤチップから出射される光束を,導光板や空気層を介して面発光させるものが知られている。
【０００３】
ところで、近年、白色ＬＥＤチップの高効率化、ハイパワー化が進んでおり、このためコスト低減の一環としてチップの使用数を減らしても、必要な光量を確保できる状況になってきた。しかしながら、単純にチップの使用数を減らすだけでは、チップ間の距離が広がってしまうので、照明光の明暗が分かれるようになり、照度ムラが生じやすくなる。これに対し、照度ムラを抑制するために導光板などを用いこともできるが、それにより照明装置のコスト増を招くこととなって好ましくない。かかる問題に対し、特許文献１には、導光板を用いることなく、ＬＥＤ光源からの光を入射してなるべく均一照度な照明光に変換することができる、液晶用バックライト用の照明装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2012-151086号公報
【特許文献２】特開平02-32320号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された照明装置は、ＬＥＤ光源からのランバーシャンタイプの光束を,直接反射面で反射してバックライトとして用いているので、構造上、遠方まで光束を届かせることが困難である。このため、一方の端部のみＬＥＤ光源を配置すると他方の端部付近で反射した光量が足りず部分的に暗くなるという問題が生じる。しかし，反射光量を高めるため反射面の両端側にＬＥＤ光源を配置すると、ＬＥＤ光源の数を減らすことができない、または光源の数を増やさずに照度範囲を拡大することができないという問題がある。つまり反射面の面積を大きくできないから、大型の液晶パネルに用いるには不向きである。
【０００６】
これに対し、特許文献２には、冷陰極管から出射された光束をレンズに透過した後、反射面で反射させる構成が開示されている。しかしながら、特許文献２では、発光特性の異なるＬＥＤ光源を対象としておらず、又ＬＥＤ光源の数を減らすという要請にも対応していない。又、冷陰極管を離して配置する場合に、配線をどのようにするかという問題もある。特に、特許文献２の図１２に光源を反射面の四隅に配置する構成が開示されているが、このような反射面の形状は複雑であり、製造コストが増大するという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、パネルの背後から照明するのに好適であり、照度ムラを抑制しつつＬＥＤ光源の数を減らすこと、もしくはＬＥＤ光源の数を増やさずより広い範囲を照らすことができるバックライト用の照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の照明装置は、
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源からの光束が入射する入射面と、前記光束を出射する出射面とを備えたバックライト用の光学素子と、
前記光学素子から出射された光束を反射する反射面を備えた反射部材と、を有し、
前記光束のうち最も強度が高くなる光束は、前記光学素子の前記出射面の中心厚部位以外を通過し、
前記反射面は、少なくとも前記光束のうち最も強度が高くなる光束が反射され、
前記反射面が湾曲していることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記光束のうち最も強度が高くなる光束は、前記光学素子の前記出射面の中心厚部位以外を通過し、前記反射面は、少なくとも前記光束のうち最も強度が高くなる光束が反射され、前記反射面が湾曲しているので、出射光の有効な制御を図ることが出来、照度ムラを抑制しつつＬＥＤ光源の数を有効に減らすことができ、もしくはＬＥＤ光源の数を増やさずより広い範囲を照らすことができる。
【００１０】
請求項２に記載の照明装置は、請求項１に記載の発明において、前記ＬＥＤ光源の発光面から出射された前記光束のうち最も強度が高くなる光束が前記発光面と交差する位置を原点とし、前記最も強度が高くなる光束の出射方向をＺ軸とし、前記原点から引いたＺ軸の垂線が前記反射面と交差する点のうち最も前記原点より近い点をＮＰとして、前記原点と前記点ＮＰとを結ぶ線分を含む軸をＹ軸とし、Ｚ軸とＹ軸を通る断面をＺＹ断面としたときに、
前記ＺＹ断面上で、Ｙ軸に沿って前記反射部材から遠ざかる方向をオーバー方向、前記反射部材に近づく方向をアンダー方向とすると、Ｚ軸に対して、前記光学素子の光軸がアンダー方向にずれていることを特徴とする。
【００１１】
前記ＬＥＤ光源の発光面から出射される光束のうち最も強度が高くなる光束が前記発光面と交差する位置を原点とし、前記最も強度が高くなる光束の出射方向をＺ軸とし、前記原点から引いたＺ軸の垂線が前記反射面と交差する点のうち最も前記原点より近い点をＮＰとして、前記原点と前記点ＮＰとを結ぶ線分を含む軸をＹ軸とし、Ｚ軸とＹ軸を通る断面をＺＹ断面としたときに、
前記ＺＹ断面上で、Ｙ軸に沿って前記反射部材から遠ざかる方向をオーバー方向、前記反射部材に近づく方向をアンダー方向とすると、Ｚ軸に対して、前記光学素子の光軸がアンダー方向にずれており、
前記反射部材の反射面が湾曲していることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、照明装置の断面において、光源からの光束の最も強度が高い光束に対して前記光学素子をずらすように用いることで（レンズ中心と光源からの最も強い強度の軸が異なる）、光束は反射面に向かって射出される。このことにより前記光学素子を用いることで、前記ＬＥＤ光源から出射されたランバーシャンタイプの光を、Ｚ軸に沿って比較的遠方まで到達させることができ、この光を適切に湾曲した前記反射面で反射させることで、その反射光において均一な照度を得ることができる。特に、前記光学素子の光軸がアンダー方向にずれているので、前記ＬＥＤ光源から出射した光束のうち最も強度が強い光束を屈折させて、前記反射面の所定位置に入射させることで、その反射光により均一な照度の照明を行うことができる。尚、「ずれる」とは、Ｚ軸に対して光軸がシフトすること、及び傾くことの双方を含む。又、「オーバー方向」、「アンダー方向」は単に方向を示しており、Ｚ軸の位置は不問とする。
【００１３】
請求項３に記載の照明装置は、請求項２に記載の発明において、前記反射部材の反射面は、アンダー方向で最もＺ軸より遠い位置から、前記光学素子より遠ざかるにつれてオーバー方向に向かうことを特徴とする。
【００１４】
前記反射面の形状が、アンダー方向で最もＺ軸より遠い位置から、前記光学素子より遠ざかるにつれてオーバー方向に向かうので、前記光学素子から離れた位置で前記反射面に入射する光束を、有効に反射制御することができる。
【００１５】
請求項４に記載の照明装置は、請求項３に記載の発明において、前記反射部材の反射面におけるアンダー方向で最もＺ軸より遠い位置は、前記反射面のＺ軸に沿った全長をＬとしたときに、前記光学素子側の端部からＬ／４〜Ｌ／２の範囲にあることを特徴とする。
【００１６】
これにより、前記光学素子から離れた位置で前記反射面に入射する光束を、有効に反射制御することができる。
【００１７】
請求項５に記載の照明装置は、請求項４に記載の発明において、前記反射部材の反射面は、Ｚ軸に沿って前記光学素子より遠い端部が、オーバー方向で最大の位置になることを特徴とする。
【００１８】
これにより、前記光学素子から離れた位置で前記反射面に入射する光束を、有効に反射制御することができる。
【００１９】
請求項６に記載の照明装置は、請求項４に記載の発明において、前記反射部材の反射面は、アンダー方向で最もＺ軸より遠い位置に対して、Ｚ軸に沿って前記光学素子に近い端部が、オーバー方向にあることを特徴とする。
【００２０】
これにより、前記光学素子に近い位置で前記反射面に入射する光束を、有効に反射制御することができる。
【００２１】
請求項７に記載の照明装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の出射面は、中心領域と、前記中心領域の周囲の周辺領域とを有し、前記中心領域は凸曲面であることを特徴とする。
【００２２】
前記中心領域を凸曲面とすることで、前記ＬＥＤ光源から出射する中心側の比較的強度が高い光束を集光して、前記光学素子から離れた位置で前記反射面に入射させることができる。
【００２３】
請求項８に記載の照明装置は、請求項７に記載の発明において、前記周辺領域は平面であることを特徴とする。
【００２４】
前記周辺領域を平面とすることで、前記ＬＥＤ光源から出射する周辺側の比較的強度が弱い光束は、前記光学素子の光軸に対して略平行に出射できる。
【００２５】
請求項９に記載の照明装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記光学素子は、前記入射面から入射した光束を反射する反射領域を有することを特徴とする。
【００２６】
前記ＬＥＤ光源から出射する周辺側の比較的強度が弱い光束を、前記反射領域で反射して、前記光学素子の光軸に対して略平行に出射できる。
【００２７】
請求項１０に記載の照明装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記ＬＥＤ光源と前記光学素子との間には空間が形成されていることを特徴とする。
【００２８】
これにより、前記ＬＥＤ光源からの発生した熱が、前記光学素子に伝わりにくく、変形や変質を招く恐れが少ない。
【００２９】
請求項１１に記載の照明装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、前記光学素子は、前記ＬＥＤ光源を設けた基板の両側部を把持する把持部を有することを特徴とする。
【００３０】
これにより、前記光学素子を前記基板に容易に取り付けることができる。
【００３１】
請求項１２に記載の照明装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記光学素子は射出成形により形成されており、成形時のゲートが前記光学素子の前記反射面側に形成されていることを特徴とする。
【００３２】
これにより前記ゲートの影の影響を極力抑制できる。
【００３３】
請求項１３に記載の照明装置は、請求項１〜１２のいずれかに記載の発明において、前記反射部材の反射面は拡散作用を有することを特徴とする。
【００３４】
これにより、前記照明装置から出射される光の強度を均一化できる。
【００３５】
請求項１４に記載の照明装置は、請求項１〜１３のいずれかに記載の発明において、前記光学素子から出射した光束の６０％以上が、前記反射部材の反射面に入射することを特徴とする。
【００３６】
これにより前記ＬＥＤ光源から出射した光を効率的に利用できる。
【００３７】
請求項１５に記載の照明装置は、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記ＬＥＤ光源から出射された光束のうち最も強度が高い光束は、前記光学素子を通過した後、前記反射部材の反射面におけるアンダー方向で最もＺ軸より遠い位置よりもＺ軸方向で前記光学素子より離れた位置で、前記反射面に入射することを特徴とする。
【００３８】
これにより、前記光学素子から離れた位置で前記反射面に入射する光束を、有効に反射制御することができる。
【００３９】
請求項１６に記載の照明装置は、請求項１〜１５のいずれかに記載の発明において、前記ＬＥＤ光源及び前記光学素子は、前記反射部材の一方の側にのみ配置されていることを特徴とする。
【００４０】
本発明によれば、前記ＬＥＤ光源及び前記光学素子は、前記反射部材の一方の側にのみ配置しても均一な照度の出射光を実現できるので、コストを大幅に低減できる。
【００４１】
請求項１７に記載の照明装置は、
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源からの光束が入射する入射面と、前記光束を出射する出射面とを備えたバックライト用の光学素子と、
前記光学素子から出射された光束を反射する反射面を備えた反射部材と、を有し、
照明装置の断面において、前記ＬＥＤ光源の中心と、前記光学素子の前記出射面の中心が異なるように配置され、
前記光学素子の前記出射面から出射した光束は、少なくとも前記反射面で反射され、
前記反射面は湾曲していることを特徴とする。
【００４２】
本発明によれば、前記ＬＥＤ光源の中心と、前記対物レンズの前記出射面の中心が異なるため、ＬＥＤ光源からの出射した光が光学素子の出射面の中心とは異なる面に入光するので、出射面において屈折した光束が反射面に向かい反射され、より簡易な構成によって光束が被照射面に有効に照射されるようになる。
【００４３】
請求項１８に記載の照明装置は、請求項１〜１７のいずれかに記載の照明装置において、前記照明装置の断面において、前記ＬＥＤ光源から出射される光束のうち最も強度が高くなる光束、または前記ＬＥＤ光源の中心から出射される光束の少なくとも一方は被照射面と平行であることを特徴とする。
【００４４】
本発明によれば、前記ＬＥＤ光源から出射される光束のうち最も強度が高くなる光束、前記ＬＥＤ光源の中心から出射される光束の少なくとも一方は被照射面と平行であるためＬＥＤ光源の取付けが斜めにならない（ＬＥＤ光源の出射方向と被照射面が平行）ので、簡易な構成によって、光束が被照射面に有効に照射されるようになる。
【００４５】
本発明に係る照明装置は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源と、光学素子と、を有するものである。
【００４６】
ＬＥＤ光源としては、様々なものを用いることが出来るが、白色光を出射する白色ＬＥＤを用いることが好ましい。
【００４７】
白色ＬＥＤとしては、青色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップから発せられた青色光束によって黄色に発光するＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を組み合わせたものやサイアロン蛍光体や半導体ナノ粒子分散ガラス蛍光体等による緑色と赤色の発光を組合わせて青緑赤の３色で白色を実現したものが好ましく用いられる。白色ＬＥＤとしては、例えば特開２００８−２３１２１８号公報に記載されたものを用いることができるが、これに限られない。
【００４８】
白色ＬＥＤは、一例として、パッケージ基板ＰＴ上に配置され、電極ＥＴに接続されたＬＥＤチップＣＰと、ＬＥＤチップＣＰを封止するようにしてその上に形成された、光軸方向においてＬＥＤチップよりも面積が大きい蛍光体層ＥＬと、蛍光体層ＥＬを周囲で囲うテーパ状の反射面ＭＲと、反射面ＭＲを支持するケースＣＳとからなる。ＬＥＤチップＣＰは、第１の所定波長の光を出射するものであり、本実施の形態においては青色光を出射するようになっている。但し、本発明のＬＥＤチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、ＬＥＤチップによる出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せであればものであれば、使用可能である。尚、ＬＥＤチップＣＰは、１辺０．５ｍｍから１．３ｍｍの正方形相当の面積を有し、蛍光体層ＥＬは、直径φ２．１ｍｍからφ３．２ｍｍの円形相当の面積を有し、その厚みは、０．５ｍｍから１．０ｍｍであると好ましい。
【００４９】
このようなＬＥＤチップとしては、公知の青色ＬＥＤチップを用いることができる。青色ＬＥＤチップとしては、ＩｎxＧａ1-xＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０〜４８０ｎｍのものが好ましい。また、ＬＥＤチップの形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能である。
【００５０】
図２で、蛍光体層ＥＬは、ＬＥＤチップＣＰから出射される第１の所定波長の光を第２の所定波長の光に変換する蛍光体を有している。後述する実施の形態では、ＬＥＤチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。
【００５１】
このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。
【００５２】
ＬＥＤ光源は、高出力ＬＥＤ光源であることが好ましい。ここで、高出力ＬＥＤ光源としては、出力が０．５ワット以上のＬＥＤにより構成することができる。
【００５３】
ＬＥＤ用光学素子は、ＬＥＤ光源の光放出側に配置されており、ＬＥＤ光源からの発光光が入射する入射面と、ＬＥＤ光源からの発光光を外部に出射する全体的に凸状の出射面を有する。レンズの入射面とＬＥＤ光源の光放出面は非接触となっていると好ましく、また入射面とＬＥＤ光源との間は空気により充填されていることが好ましい。
【００５４】
光学素子は、ＬＥＤ光源を設けた基板に当接する脚部を有し、この脚部の高さは前記ＬＥＤ光源の高さより低いと好ましい。この脚部は、周方向に不連続に形成されていると好ましい。
【００５５】
光学素子は、プラスチックで構成されていると好ましい。光学素子を構成するプラスチックとしては、例えばポリカーボネートやアクリルを用いることができる。ポリカーボネートやアクリルを用いることで、射出成形により製造でき、製造コストを大幅に低減させることができる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明によれば、パネルの背後から照明するのに好適であり、照度ムラを抑制しつつＬＥＤ光源の数を減らすこと、もしくはＬＥＤ光源の数を増やさずより広い範囲を照らすことができるバックライト用の照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態にかかる照明装置の一部を切断して示す光軸方向断面図である。
【図２】テーパピン２を拡大して示す図である。
【図３】光源ユニットＬＵの斜視図である。
【図４】図３の光源ユニットＬＵを、IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。
【図５】（ａ）は、光学素子１２の出射面側の斜視図であり、（ｂ）は、光学素子１２の出射面側の斜視図である。
【図６】ＺＹ断面で、反射部材３の反射面３ａを切断した状態で示す断面図である。
【図７】照明装置のＺＹ断面において、光学素子から反射部材に向かい、その反射された光の軌跡を示す図である。
【図８】実施例１にかかる光学素子の断面図である。
【図９】本発明者がシミュレーション評価した領域を示している図である。
【図１０】実施例と比較例とを比較したシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施の形態にかかる照明装置の一部を切断して示す光軸方向断面図である。本実施の形態にかかるバックライト用照明装置において、上部が開放した筐体１は、４つの側壁１ａ（手前の側壁のみ省略）と、これらに直交する底壁１ｂとを有している。筐体１の底壁１ｂには、複数のテーパピン２がマトリクス状に植設されており、上面が反射面３ａとなるシート状の反射部材３を支持している。反射面３ａは拡散機能を持つ。このような反射面としては、株式会社きもと製のレフホワイトなどを用いることができる。筐体１の長手方向における１つの側壁１ａに、光源ユニットＬＵを取り付けている。尚、筐体１の上部は、点線で示す拡散板５により覆われている。ここでは拡散板を被照射面とする。拡散板の代わりに、拡散シートを用いても良い。また、拡散板の上には拡散シートやプリズムシートを搭載しても良い。これによりバックライトユニットの輝度分布を更に良くすることが可能となる。
【００５９】
図２は、テーパピン２の周辺を拡大して示す断面図である。テーパピン２は、テーパ状の胴部２ａと、胴部２ａの中ほどに形成された鍔部２ｂとを有する。テーパピン２とは別に、テーパ状の胴部４ａと、胴部４ａの下端に形成された鍔部４ｂとを有する保持ピン４が設けられている。保持ピン４の下端から上方に向かい、テーパ状の孔部４ｃが形成されている。
【００６０】
反射部材３には、マトリクス状に複数の穴３ｄが形成されており、この穴３ｄに、テーパピン２の上端を挿通することで、反射部材３の下面がテーパピン２の鍔部２ｂにて支持される。反射面３ａから上方に突き出しているテーパピン２の上方から、これに整列させた状態で保持ピン４を接近させ、孔部４ｃにテーパピン２の上端を挿通してゆくと、保持ピン４の鍔部４ｂが反射部材３の反射面３ａを抑え、テーパピン２の鍔部２ｂとで挟持することで、反射部材３が保持される。底壁１ｂからテーパピン２の鍔部２ｂ上面までの高さＨは，光源ユニットＬＵからの距離に応じて変化しており、これにより反射部材３の反射面３ａの所定の曲率が維持されるようになっている。尚,テーパピン２は、光学素子１２の正面に配置されないことが好ましく、隣接する光学素子１２の中間位置に配置されるのが最も好ましい。
【００６１】
図３は、光源ユニットＬＵの斜視図である。光源ユニットＬＵは、細長い基板１０上に、６０ｍｍ等間隔に白色のＬＥＤ光源１１（図４参照）を配置しており、各ＬＥＤチップ１１の発光面側に光学素子１２を配置している。
【００６２】
図４は、図３の光源ユニットＬＵを、IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図５（ａ）は、光学素子１２の出射面側の斜視図であり、図５（ｂ）は、光学素子１２の出射面側の斜視図であって、基板１０とともに示している。
【００６３】
図４に示すＬＥＤ光源１１は、青色光を放出するＬＥＤチップ１１ａと、その光放出側に設けられた黄色蛍光体１１ｂとを積層してなり、全体的に正方形板状を有し、光放出面はフラットになっている。尚、ＬＥＤ光源１１から出射される光束のうち最も強度が高くなる光束、ＬＥＤ光源１１の中心から出射される光束の少なくとも一方は被照射面と平行であると好ましい。
【００６４】
光学素子１２は、プラスチックとしてポリカーボネート又はアクリルを用いて射出成形により形成されており、ゲートＧＴと突起部１２ｅ，１２ｆを除き光軸ＯＡ回りに点対称の形状である。光学素子１２は、ＬＥＤ光源１１の光放出側に配置されており、ＬＥＤ光源１１からの発光光が入射する凹状の入射面１２ａと、入射面１２ａの光軸直交方向外方に配置された反射面１２ｂと、出射面１２ｃとを有する。ＬＥＤ光源１１と入射面１２ａとの間は、空間Ａで隔てられており、発熱の伝導を抑制している。
【００６５】
入射面１２ａは、光軸ＯＡを含みＬＥＤ光源１１側に凸状に突出してなる中央領域１２ａ１と、その周囲に形成されたテーパ面１２ａ２とを有する。テーパ面１２ａ２は、ＬＥＤ光源１１から離れるにつれて内径が小さくなる形状である。
【００６６】
テーパ面１２ａ２の光軸直交方向外方に、反射面（反射領域）１２ｂが形成されている。反射面１２ｂは、ＬＥＤ光源１１から離れるにつれて外径が大きくなる形状である。
【００６７】
出射面１２ｃは、光軸ＯＡを含みＬＥＤ光源１１から離れる側に凸状に突出してなる中央領域１２ｃ１と、その周囲に形成された光軸ＯＡに対して直交する平面（周辺領域）１２ｃ２とを有する。平面１２ｃ２は、反射面１２ｂと鋭角に交差してなる。
【００６８】
入射面１２ａのテーパ面１２ａ２と、反射面１２ｂとに交差するようにして、ＬＥＤ光源１１に近接した端部１２ｄには、図５（ｂ）に示すように、一対の突起部（把持部）１２ｅ、１２ｆが形成されている。突起部１２ｅ、１２ｆで、基板１０の両縁を把持するようにして、光学素子１２が基板１０に取り付けられる。これにより、光学素子１２の光軸をＬＥＤ光源１１の発光面より精度良くシフトさせることが出来、また光学素子１２の端部１２ｄが基板１０の面に当接することで、ＬＥＤ光源１１と光学素子１２との隙間を精度良く確保できる。ＬＥＤ光源１１と光学素子１２との位置決めは、以上の態様に限られない。ゲートＧＴは、反射面３ａ側に設けることで、影の影響を抑制できる。
【００６９】
図４において、ＬＥＤ光源１１から出射される光束において最も強度が高くなる方向（ここではＬＥＤチップ１１ａの中央法線）をＺ軸とし、Ｚ軸から筐体１の底壁１ｂから離れる方向（図４で上方）をＹ軸とする。Ｚ軸は、筐体１の底壁１ｂと平行である。ＺＹ断面で、ＬＥＤ光源１１のＬＥＤチップ１１ａの発光点を原点Ｏとすると、光学素子１２の光軸ＯＡは、Ｚ軸に対して０．５ｍｍ平行にアンダー方向にずれている。つまり、照明装置の断面において、ＬＥＤ光源１１の中心と、光学素子１２の出射面の中心が異なるように配置されている。Ｚ軸は被照射面に対して平行であると好ましい。
【００７０】
ここで、ＬＥＤ光源１１の発光面から出射される光束のうち最も強度が高くなる光束は、通常は発光面中心から、その法線方向に進行するので、発光面中心の法線方向をＺ軸とできる。更に発光面中心を原点Ｏとし、原点Ｏから引いたＺ軸の垂線が反射面３ａと交差する点のうち最も原点Ｏに近い点をＮＰとして、原点Ｏと点ＮＰとを結ぶ線分を含む軸をＹ軸とし、Ｚ軸とＹ軸を通る断面をＺＹ断面とすることができる。ＺＹ断面上で、Ｙ軸に沿って反射部材３から遠ざかる方向をオーバー方向、反射部材３に近づく方向をアンダー方向とする。
【００７１】
図６は、ＺＹ断面で、反射部材３の反射面３ａを切断した状態で示す断面図である。実線に示すように反射部材３の反射面３ａは湾曲している。より具体的には、一点鎖線で示す曲率半径８００ｍｍ、κ＝−１のトロイダル形状である曲面Ｃを、２度だけ光学素子（図６で左方）側に傾けた形状である。このとき、反射面のＺ軸に沿った全長をＬとしたときに、反射面３ａの最も低い位置（Ｙ軸方向で最小の位置）ＬＰは、光学素子側の端部３ｂからＬ／４〜Ｌ／２の範囲にある。又、反射面３ａの最も低い位置ＬＰから、光学素子より遠ざかるにつれて高くなる（オーバー方向に向かう）ようになっている。
【００７２】
これにより、反射面３ａは、Ｚ軸に沿って光学素子より遠い端部３ｃが、底壁１ｂより最も高くなる（オーバー方向で最大の位置になる）。又、反射面３ａは、Ｚ軸に沿って光学素子より遠い端部３ｃが、Ｚ軸に沿って光学素子に近い端部３ｂよりも、底壁１ｂより高い位置にある（オーバー方向にある）。尚、点線で示すように、反射面３ａの最も低い位置ＬＰから光学素子に近い端部３ｂまでを接平面としても良い。
【００７３】
図７は、照明装置のＺＹ断面において、光学素子から反射部材に向かい、その反射された光の軌跡を示す図である。ＬＥＤ光源１１から出射した中央に近い比較的強度が強い光束は、入射面１２ａの中央領域１２ａ１に入射して、更に出射面１２ｃの中央領域１２ｃ１から出射し（光束のうち最も強度が高くなる光束は、光学素子１２の出射面の中心厚部位以外を通過）、Ｚ軸に沿って遠方まで進行する。このとき、最も強度が強い光束は、光学素子１２の内部で光軸ＯＡの上方を通過して中央領域１２ｃ１から出射するので、中央領域１２ｃ１により屈折されて、光学素子より遠い端部３ｃよりも手前、且つ点ＬＰより遠い位置にて反射面３ａに入射する（少なくとも最も強度が高くなる光束が反射する）。これにより、比較的遠方側であっても、強い光束を反射できるので、照明光の強度を均一に維持できる。
【００７４】
一方、ＬＥＤ光源１１から出射した周辺側の近い比較的強度が弱い光束は、入射面１２ａのテーパ面１２ａ２に入射して、更に反射面１２ｂで全反射され、出射面１２ｃの平面１２ｃ２から出射する。この光束は、反射面３ａの中央より光学素子に近い端部３ｂ側に入射するので、光の減衰が少なく、照明光の強度を均一に維持できる。尚、光学素子１２から出射した光束の８５％が、反射面３ａに入射するようになっている。
【００７５】
次に、光学素子の好適な実施例について説明する。
【００７６】
（実施例１）
図８に、実施例１にかかる光学素子の断面図を示す。図中の数字は、寸法（ｍｍ）である。各部については、上述した実施の形態と同じ符号を付す。
【００７７】
入射面１２ａの中央領域１２ａ１と、出射面１２ｃの中央領域１２ｃ１は非球面形状である。表１に実施例１のレンズデータを示す。
【００７８】
【表１】
2014194889.tif 000003
【００７９】
尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表す場合がある。ＬＥＤ光源の光出射面の中心部の座標を原点とし、原点を通る、出射面に垂直な線を光軸とした時、光学素子の光学面は、それぞれ数１式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【００８０】
【数１】
2014194889.tif 000004
【００８１】
ここで、Ｘ（Ｈ）は原点から光軸方向の距離、κは円錐係数、ａiは非球面係数、Ｈは光軸垂直方向の光軸からの距離（半径）、ｒは曲率半径である。
【００８２】
ここで、本発明者が行った、実施例１と比較例１〜３とを比較した照度のシミュレーション評価について説明する。ここで用いる比較例１は、実施例１に対して、光学素子を用いず、反射面の形状が平面である例である。それ以外の構成は，実施例１と同じである。又、比較例２は、実施例１に対して、光学素子を用いず、反射面の形状が実施例１と同様な曲面である例である。それ以外の構成は，実施例１と同じである。比較例３は、実施例１と同じ光学素子を設けたが、反射面の形状が平面である例である。それ以外の構成は，実施例１と同じである。
【００８３】
図９は、本発明者がシミュレーション評価した領域Ｂを示している。ここで、ＬＥＤ光源１１の並び方向をＸ軸方向とし、シミュレーション評価は、図１の拡散板５の高さ（Ｙ軸位置）で、７個のＬＥＤ光源１１について４００ｍｍ×４００ｍｍの範囲で行った。その結果を,図１０に示す。図１０において、図で左方がＬＥＤ光源（及び／又は光学素子）を設けている側であり、照度が高い領域は明るく、照度が低い領域は暗く示している。
【００８４】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、比較例１、２では、いずれもＬＥＤ光源と光学素子を設けている側のみが明るくなり、実用的でないことが分かった。一方、図１０（ｃ）に示すように、比較例３は、実施例１，２に比べると、照度が均一に近づいているが、明暗の区別が明確であり、実用的でないことが分かった。これに対し、図１０（ｄ）に示すように、実施例１では、ＬＥＤ光源と光学素子を設けている側に若干暗い領域は残るが、それ以外の領域では均一な照度を実現できることが分かった。尚、点線で示す範囲だけをバックライトに用いることで、十分実用化可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００８６】
１            筐体
１ａ            側壁
１ｂ            底壁
２            テーパピン
２ａ            胴部
２ｂ            鍔部
３            反射部材
３ａ            反射面
３ｂ            端部
３ｃ            端部
３ｄ            穴
４            保持ピン
４ａ            胴部
４ｂ            鍔部
４ｃ            孔部
５            拡散板
１０            基板
１１            ＬＥＤ光源
１１ａ            ＬＥＤチップ
１１ｂ            黄色蛍光体
１２            光学素子
１２ａ            入射面
１２ａ１          中央領域
１２ａ２          テーパ面
１２ｂ            反射面
１２ｃ            出射面
１２ｃ１          中央領域
１２ｃ２          平面
１２ｄ            端部
１２ｅ            突起部
ＧＴ            ゲート
【図１】
2014194889.tif 000005
【図２】
2014194889.tif 000006
【図３】
2014194889.tif 000007
【図４】
2014194889.tif 000008
【図５】
2014194889.tif 000009
【図６】
2014194889.tif 000010
【図８】
2014194889.tif 000011
【図９】
2014194889.tif 000012
【図７】
2014194889.tif 000013
【図１０】
2014194889.tif 000014