(57)【要約】【課題】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。【解決手段】線状光を出射する線状光源装置Ｂ１と、線状光源装置Ｂ１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、導光板１２を囲う矩形枠状の導光フレーム１１と、導光フレーム１１の角部１１１に配置された複数のＬＥＤ発光素子２０とを備えており、導光フレーム１１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、ＬＥＤ発光素子２０からの光を導光板１２の側部１２１に向けて出射させる傾向をもつように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
上記導光板を囲う矩形枠状の導光フレームと、
上記導光フレームの角部に配置された複数のＬＥＤ発光素子と、
を備えており、
上記導光フレームは、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。
【請求項２】
上記導光フレーム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。
【請求項３】
上記複数のＬＥＤ発光素子は、上記導光フレームの全ての角部に２個ずつ配置されており、各角部における一方のＬＥＤ発光素子は、上記導光板の一方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とともに、他方のＬＥＤ発光素子は、上記導光板の他方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。
【請求項４】
上記複数のＬＥＤ発光素子のうち、上記導光フレームの隣り合う角部に位置し、かつ、光を発する方向が同一方向をなすものは、共通の基板に搭載されている、請求項３に記載の面状光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１７７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、上記導光板を囲う矩形枠状の導光フレームと、上記導光フレームの角部に配置された複数のＬＥＤ発光素子と、を備えており、上記導光フレームは、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。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記導光フレーム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。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数のＬＥＤ発光素子は、上記導光フレームの全ての角部に２個ずつ配置されており、各角部における一方のＬＥＤ発光素子は、上記導光板の一方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とともに、他方のＬＥＤ発光素子は、上記導光板の他方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。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数のＬＥＤ発光素子のうち、上記導光フレームの隣り合う角部に位置し、かつ、光を発する方向が同一方向をなすものは、共通の基板に搭載されている。
【００１０】
このような構成によれば、ＬＥＤ発光素子からの光は、導光フレーム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。
【００１１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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、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。
【００１４】
線状光源装置Ｂ１は、導光板１２の側部１２１全体を囲うように配置されている。線状光源装置Ｂ１は、導光フレーム１１、８つの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。
【００１５】
図１〜図９に示すように、導光フレーム１１は、導光板１２の側部１２１全体を囲うように矩形枠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。この導光フレーム１１は、本体部１１０と角部１１１とを有しており、角部１１１には、互いに交差する方向に向けて突出状の端部１１２が形成されている。
【００１６】
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。４つの角部１１１には、それぞれ２個ずつＬＥＤモジュール２が設けられている。具体的には、各角部１１１の端部１１２にＬＥＤモジュール２が収容されており、これらの端部１１２は、ソケット状に形成されている。すなわち、端部１１２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を収容可能に凹状に形成されている。各角部１１１において、一方の端部１１２には、導光板１２の一方の側部１２１に概ね沿う方向に向けて光を発するようにＬＥＤモジュール２が配置されており、他方の端部１１２には、導光板１２の他方の側部１２１に概ね沿う方向に向けて光を発するようにＬＥＤモジュール２が配置されている。ＬＥＤモジュール２のうち、互いに隣り合う角部１１１に位置し、かつ、光を発する方向が同一方向をなすものは、一対となって共通の基板３に直接搭載されている。この基板３は、端部１１２に対して接着されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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、導光フレーム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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
樹脂パッケージ２２は、たとえば白色樹脂製であり、全体略直方体形状の枠状とされている。樹脂パッケージ２２は、ＬＥＤ発光素子２０を囲っており、その内部空間には蛍光樹脂２１が充填されている。
【００２２】
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。本実施形態においては、先述したように互いに隣り合う角部１１１の２つのＬＥＤモジュール２が基板３および放熱板４を共有している。
【００２３】
導光板１２は、矩形平板状とされており、導光フレーム１１と同材質からなる。導光板１２は、入射面となる側部１２１、反射面１２２、および出射面１２３を有している。
【００２４】
側部１２１は、導光板１２の厚み方向に起立した面をなし、導光フレーム１１の内側に位置した状態でこれに対向している。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１２４が形成されている。
【００２７】
図１〜図３に示すように、面状光源装置Ａ１に含まれる導光フレーム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、本実施形態の導光フレーム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１２４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、導光フレーム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および導光フレーム１１の寸法よりも小とされている。
【００２８】
次に、面状光源装置Ａ１の作用について説明する。
【００２９】
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。
【００３０】
ＬＥＤモジュール２からの白色光は、導光フレーム１１の角部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、導光フレーム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。
【００３１】
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、導光フレーム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。
【００３２】
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。この基板３は、ＬＥＤ発光素子２０が搭載された両端部以外に、長手方向に延びる部分を有している。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。
【００３３】
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。
【００３４】
複数の凹部１２２ａのうち導光フレーム１１との距離が近いものほど、反射する光の輝度が高く、導光フレーム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。
【００３５】
導光フレーム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、導光フレーム１１は、おのずと側部１２１を囲うように位置する。導光フレーム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、導光フレーム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。
【００３６】
特に、本実施形態においては、基板３および放熱板４によって導光フレーム１１が補強された構造となっている。これにより、導光フレーム１１が導光板１２に対してねじれたりすることなどを抑制することができる。さらに、面状光源装置Ａ１を製造する際には、導光フレーム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、導光フレーム１１に取り付ければよい。この取り付けは、導光フレーム１１の端部１１２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。
【００３７】
導光フレーム１１の長手方向において、導光板１２のゲート１２４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、導光フレーム１１および導光板１２を金型成形する際に、ゲート１２４から注入された樹脂材料を、金型のうち連結部１３および導光フレーム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および矩形枠状の導光フレーム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、これら導光フレーム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。
【００３８】
連結部１３は、導光板１２の厚さ方向における寸法が、導光フレーム１１よりも小とされている。これにより、図８に示すように、導光フレーム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フレーム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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
線状光源装置Ｂ２における導光フレーム１１の端部１１２は、本体部１１０と同程度の断面寸法を有しており、ＬＥＤモジュール２がソケット状とされている。すなわち、ＬＥＤモジュール２は、その外径が端部１１２よりも大であり、かつ端部１１２を収容可能な凹部が形成されている。この凹部の底部分にＬＥＤ発光素子２０が設けられている。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
本実施形態の連結部１３は、導光フレーム１１の本体部１１０全体と導光板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フレーム１１よりも小とされている。
【００４５】
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、導光フレーム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、導光フレーム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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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４】図３に示す導光部材の要部拡大断面図である。
【図５】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６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う要部断面図である。
【図７】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８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う要部断面図である。
【図９】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フレームを示す要部斜視図である。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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】
【００４９】
Ａ１，Ａ２    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          導光フレーム
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        角部
１１２        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        ゲート
【図１】
2008235071.tif 000003
【図２】
2008235071.tif 000004
【図３】
2008235071.tif 000005
【図４】
2008235071.tif 000006
【図５】
2008235071.tif 000007
【図６】
2008235071.tif 000008
【図７】
2008235071.tif 000009
【図８】
2008235071.tif 000010
【図９】
2008235071.tif 000011
【図１０】
2008235071.tif 000012
【図１１】
2008235071.tif 000013
【図１２】
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