JP2008198460A - Light emitting element and surface illumination device - Google Patents
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Abstract
【課題】小さい面積の樹脂成形部材を用いて大面積を均一に照明することができ、しかも、高効率で低コストの薄型の面照明装置を提供する。
【解決手段】発光素子32は、内部に赤色光源38r、緑色光源38gおよび青色光源38bを一列に配列してあり、その表面側に導光プレートを配置したものである。この長尺物の発光素子は、その長手方向においてはほぼ連続するように配列されており、幅方向では大きな間隔をあけて配列されている。導光プレートの表面には円錐状の凹部が密に形成され、導光プレートの裏面(光源側)には断面三角形状の凸部が密に形成されており、導光プレートは各光源から出射された赤色光、緑色光及び青色光を閉じ込めて混色すると共に幅方向に光を広げて出射する。
【選択図】図5A thin surface illumination device that can uniformly illuminate a large area by using a resin molded member having a small area and that is highly efficient and low in cost is provided.
A light emitting element 32 includes a red light source 38r, a green light source 38g, and a blue light source 38b arranged in a line, and a light guide plate disposed on the surface side thereof. The long light emitting elements are arranged so as to be substantially continuous in the longitudinal direction, and are arranged with a large interval in the width direction. Conical concave portions are densely formed on the surface of the light guide plate, and convex portions having a triangular cross section are densely formed on the back surface (light source side) of the light guide plate, and the light guide plate emits from each light source. The red light, the green light, and the blue light thus generated are confined and mixed, and the light is spread in the width direction and emitted.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は発光素子及び面照明装置に関する。特に、本発明の面照明装置は、薄型かつ大型のバックライトとして用いることのできるものであり、本発明の発光素子は当該面照明装置に好適に用いることができるものである。 The present invention relates to a light emitting element and a surface illumination device. In particular, the surface illumination device of the present invention can be used as a thin and large backlight, and the light emitting element of the present invention can be suitably used for the surface illumination device.
従来の液晶ディスプレイ用バックライトの光源としては、冷陰極管(CCFL)等の蛍光管が一般的に用いられている。しかし、蛍光管を用いた液晶ディスプレイでは、色再現性が低いという問題があり、また蛍光管に使用されている水銀により地球環境を汚染する恐れがある。 As a light source of a conventional backlight for a liquid crystal display, a fluorescent tube such as a cold cathode tube (CCFL) is generally used. However, a liquid crystal display using a fluorescent tube has a problem that color reproducibility is low, and there is a possibility that the global environment is contaminated by mercury used in the fluorescent tube.
そのため、光の3原色である赤色、緑色、青色の3種類の発光色を持つ発光ダイオード(LED)を光源として使用したバックライトが近年開発されてきている。このようなバックライトでは、赤色、緑色、青色の発光ダイオードから出射した光を均一に混色し、白色光化してバックライトの発光面となる拡散板等を照射させることが必要最低限の条件となる。 For this reason, backlights using light emitting diodes (LEDs) having three types of light emission colors of red, green, and blue, which are the three primary colors of light, have been developed in recent years. In such a backlight, it is necessary to uniformly mix the light emitted from the red, green, and blue light emitting diodes and turn it into white light to irradiate a diffusion plate or the like that becomes the light emitting surface of the backlight. Become.
しかし、発光ダイオードと拡散板等との距離が短くなると、各発光ダイオードの色が透けて見えるので、均一な白色光を得ようとすると発光ダイオードと拡散板等とを離して両者の間に混色させるための空間を確保しなければならず、従来の冷陰極管を用いたバックライトと同等にバックライトの厚みを薄くすることが困難になる。また、大型画面の液晶テレビなどの普及により、バックライトも大面積で均一な発光面を有するものが要求されているが、大面積のバックライトになるに従ってバックライトの色ムラや輝度ムラを小さくすることが難しくなってくる。 However, when the distance between the light emitting diode and the diffusion plate becomes short, the color of each light emitting diode can be seen through. Therefore, when trying to obtain uniform white light, the light emitting diode and the diffusion plate are separated and mixed between them. Therefore, it is difficult to reduce the thickness of the backlight as much as a conventional backlight using a cold cathode tube. In addition, with the widespread use of large-screen liquid crystal televisions and the like, backlights having a large area and a uniform light emitting surface are required. However, as the backlight becomes larger, the color unevenness and luminance unevenness of the backlight are reduced. It becomes difficult to do.
このような課題を解決するため、特開2006−19141号公報(特許文献1)や特開2006−120355号公報(特許文献2)などには、改良された構造のLEDバックライトが開示されている。 In order to solve such problems, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-19141 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-120355 (Patent Document 2) disclose an LED backlight having an improved structure. Yes.
図1は特許文献1に開示されたバックライト11の平面図、図2(a)は図1のA1−A1線断面図、図2(b)は図1のA2−A2線断面図である。このバックライト11にあっては、導光板12の裏面中央部に凹部13が一列に設けられており、各凹部13内に側面発光型の赤色発光素子14r、緑色発光素子14g、青色発光素子14b(例えば、引用文献3参照)を間隔を空けて順次配列させている。赤色発光素子14rは、封止樹脂内に赤色発光のLEDチップを封止したものであり、緑色発光素子14gは、封止樹脂内に緑色発光のLEDチップを封止したものであり、青色発光素子14bは、封止樹脂内に青色発光のLEDチップを封止したものであり、いずれもLEDチップから出射した光を側面方向へ向けて全反射させるための凹部が封止樹脂の上面に形成されている。また、導光板12の裏面には凹凸プリズム面15が形成されている。
1 is a plan view of a
このバックライト11では、赤色発光素子14r、緑色発光素子14g、青色発光素子14bの各側面から出射された赤色光Lr、緑色光Lg、青色光Lbは、凹部13から導光板12内に入射し、導光板12の表面と凹凸プリズム面15で全反射されて導光板12内を導光する。こうして導光板12内を導光する各発光色の光Lr、Lg、Lbは、図2(b)に示すように導光板12内を導光することによって混色され、また図2(a)に示すように導光板12内を導光して幅方向にも広がり、導光板12の表面から出射される。こうして、導光板12の表面から出射された光は、その上に配置された拡散シート16で拡散されることによってさらに均一に混色され、白色光となって上方へ出射される。
In the
また、図3は特許文献2に開示されたバックライト21の平面図、図4は図3のB1−B1線断面とそのB2部分の拡大図を示す断面図である。このバックライト21は、比較的大きな白色発光素子22を碁盤目状に敷き詰めたものである。この白色発光素子22(例えば、引用文献4参照)は、透明樹脂板23の裏面側に反射ミラー25を設けておき、反射ミラー25の中央部に赤色発光のLEDチップ24r、緑色発光のLEDチップ24g、青色発光のLEDチップ24bを近接させて配置したものである。
3 is a plan view of the
このバックライト21にあっては、各LEDチップ24r、24g、24bから出射された赤色光Lr、緑色光Lg、青色光Lbは、図4に示すように透明樹脂板23の表面と反射ミラー25との間で反射を繰り返して導光することで混色され、透明樹脂板23内で混色された白色光が透明樹脂板23の表面から出射される。さらに、白色発光素子22から出射された白色光は、その前面に配置された拡散シート26で拡散されることによってさらに混色され、バックライト21の全体を白色発光させる。
In this
特許文献1に開示されたバックライト11では、一枚の導光板12を用いて各発光色の発光素子14r、14g、14bから出射した光を均一に混色させ、かつ大面積に広げて導光板12から出射させ拡散シート16に照射している。そのため、導光板12はバックライト11の発光面と同等の面積を有するものが必要となり、樹脂成形品である導光板12の占める面積が大きくなっている。
In the
特許文献2に開示されたバックライト21でも、白色発光素子22をバックライト全体に敷き詰めているので、白色発光素子22に用いられている透明樹脂板23を合わせると全体ではやはりバックライト21の発光面と同等の面積になり、透明樹脂板23の占める面積が大きくなる。
Even in the
よって、特許文献1に開示されたバックライト11や特許文献2に開示されたバックライト21では、導光板12や白色発光素子の透明樹脂板23のためにバックライト11、21の重量が重くなる問題があった。また、導光板12や透明樹脂板23はLEDチップの発する(近)紫外光に対する耐光性や熱に対する耐熱性に優れた材料を用いるため、バックライトの部材コストが高くついていた。一般的には、導光板や透明樹脂板のコストは、バックライトのコストの10%前後を占めている。
Therefore, in the
また、特許文献1に開示されたバックライト11では、各発光素子14r、14g、14bから出射された赤、緑、青の光の混色性を高めるため、LEDチップで発生した光を各発光素子14r、14g、14bの側面から出射させているので、図2(b)に示すように、発光素子から出射された光が隣接する発光素子に吸収されたり、発光素子から出て導光板12内を導光した光が再び発光素子に吸収されたりして損失となっていた。
Further, in the
特許文献2に開示されたバックライト21でも、各色のLEDチップ24r、24g、24bを白色発光素子22内に密集させて配置しているので、図4のB2部分に示すように、LEDチップの側面から出射した光が隣接するLEDチップに吸収されて損失となっていた。
Also in the
この結果、特許文献1に開示されたバックライト11でも、特許文献2に開示されたバックライト21でも、バックライト11の発光効率が10〜20%程度悪くなっていた。
As a result, both the
また、バックライトの輝度向上のためには拡散シートの表面に偏光シートやプリズムシートを設ける場合があるが、その場合には拡散シートを透過した光の約50%が偏光シート等で反射されて光源側に戻る。このような構造の場合、引用文献1に開示されているバックライト11では、全面に導光板12が存在しているので、偏光シートで反射されて戻ってきた光はすべて導光板12内に再入射して導光板12内を伝播する。引用文献2のバックライト21の場合も白色発光素子22が全面に敷き詰められているので、偏光シートで反射されて戻ってきた光は白色発光素子22によって捕捉される。そのため、いずれのバックライト11、21でも、冷陰極管を用いたバックライトのように導光板などの樹脂成形部材がない空気中での伝播に比べて光の損失が約10〜20%増加し、バックライトの光利用効率が悪くなっていた。
In order to improve the brightness of the backlight, a polarizing sheet or a prism sheet may be provided on the surface of the diffusion sheet. In that case, about 50% of the light transmitted through the diffusion sheet is reflected by the polarizing sheet or the like. Return to the light source. In the case of such a structure, in the
さらに、引用文献2に開示されているバックライトでは、白色発光素子を敷き詰めているため、発光素子の必要数が多くなり、コスト高になっていた。 Further, in the backlight disclosed in the cited document 2, since the white light emitting elements are spread, the required number of the light emitting elements is increased and the cost is increased.
なお、特許文献5には、光源に導光板を対向させ、光源から出射された光を幅方向に広げるためのフレネルレンズ形状等の偏向部を設けたものが開示されている。また、特許文献6には、光源に導光板を対向させ、光源から出射された光を幅方向に広げるための凹溝形状をした偏向部を設けたものが開示されている。これらの構造であると、偏向部と光源との位置関係がずれた場合には、所望とする配向が得られないので、組立精度が要求される。また、このような導光板には赤色、緑色、青色の光を十分に混色させる働きはないので、導光板と拡散板との間に混色のための空間を十分に確保しなければならず、バックライトの厚みが厚くなる。
また、上記各バックライトにおいて、白色発光LEDを用いた場合でも、各LEDから出射された光を均一化して輝度むらが生じないようにしなければならないので、やはり上記のような課題が存在する。 In addition, even when white light emitting LEDs are used in each of the above backlights, there is still a problem as described above because the light emitted from each LED must be uniformed to prevent uneven brightness.
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、小さい面積の樹脂成形部材を用いて大面積を均一に照明することができ、しかも、高効率で低コストの薄型の面照明装置に関する。また、このような面光源装置に好適な発光素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of such technical problems, and the object of the present invention is to uniformly illuminate a large area using a resin molded member having a small area, The present invention relates to an efficient and low-cost thin surface lighting device. Moreover, it is providing the light emitting element suitable for such a surface light source device.
本発明の発光素子は、複数の光源を長手方向に沿って配列され、前記各光源の光出射方向に対向して全ての光源を覆うようにして導光プレートを配設された、一方向に長い形状を有する発光素子であって、前記導光プレートは、前記光源と対向する面に、前記光源から入射する光を当該発光素子の短手方向側で指向特性が広がるように屈折させると共に、その反対側の面で反射した光を全反射させるための第1の光学面を有し、前記光源と対向する面と反対側の面に、前記光源から入射した光の一部を反射させ、残りの光を透過させることによって当該発光素子の短手方向側へ指向特性の広がった光を出射する第2の光学面を有していることを特徴としている。 In the light emitting device of the present invention, a plurality of light sources are arranged along the longitudinal direction, and a light guide plate is disposed so as to cover all the light sources so as to face the light emitting direction of each light source. A light-emitting element having a long shape, wherein the light guide plate refracts light incident from the light source on a surface facing the light source so that directivity characteristics spread on the short side of the light-emitting element, A first optical surface for totally reflecting the light reflected by the opposite surface, and reflecting a part of the light incident from the light source on a surface opposite to the surface facing the light source; It is characterized by having a second optical surface that emits light with wide directivity toward the short side of the light emitting element by transmitting the remaining light.
本発明の発光素子における導光プレートは、光源と対向する面に、光源から入射する光を当該発光素子の短手方向側で指向特性が広がるように屈折させると共に、その反対側の面で反射した光を全反射させるための第1の光学面を有し、光源と対向する面と反対側の面に、光源から入射した光の一部を反射させ、残りの光を透過させることによって当該発光素子の短手方向側へ指向特性の広がった光を出射する第2の光学面を有しているので、各光源から出射された光を導光プレート内へ導き、光源と対向する面とその反対側面との間で反射を繰り返させることによって導光させることで各光源の光を均一に分散させることができる。さらに、本発明の発光素子にあっては、導光プレートによって発光素子から出射される光の指向特性を発光素子の短手方向側へ広げることができるので、発光面を広くすることができる。よって、少ない数の発光素子によって広い面積を照明することが可能になる。 The light guide plate in the light emitting device of the present invention refracts light incident from the light source on the surface facing the light source so that the directional characteristics spread on the short side of the light emitting device, and reflects the light on the opposite surface. A first optical surface for totally reflecting the reflected light and reflecting a part of the light incident from the light source on the surface opposite to the surface facing the light source and transmitting the remaining light. Since it has the 2nd optical surface which radiate | emits the light which the directional characteristic spread to the transversal direction side of a light emitting element, the light radiate | emitted from each light source is guided in a light guide plate, The light from each light source can be uniformly dispersed by guiding light by repeating reflection between the opposite side surfaces. Furthermore, in the light-emitting element of the present invention, the light guide plate can widen the directivity characteristic of the light emitted from the light-emitting element toward the short side of the light-emitting element, so that the light-emitting surface can be widened. Therefore, a large area can be illuminated by a small number of light emitting elements.
本発明の発光素子のある実施態様における前記導光プレートの第1の光学面は、導光プレートの短手方向に斜面が位置する三角柱状の凸パターンを導光プレートの短手方向に沿って配列している。この実施態様によれば、凸パターンにも、各光源から入射した光を発光素子の短手方向へ広げる働きを持たせることができる。 In an embodiment of the light emitting element of the present invention, the first optical surface of the light guide plate has a triangular columnar convex pattern with a slope in the short direction of the light guide plate along the short direction of the light guide plate. Arranged. According to this embodiment, the convex pattern can also have a function of spreading the light incident from each light source in the lateral direction of the light emitting element.
本発明の発光素子の別な実施態様における前記導光プレートの第1の光学面は、導光プレートの短手方向及び長手方向に斜面が位置する錐体状の凸パターンを導光プレートの短手方向及び長手方向に沿って配列したものである。この実施態様によれば、凸パターンにより各光源から入射した光を発光素子の短手方向や長手方向へ広げることができる。よって、発光素子の長手方向において発光素子間に比較的大きな隙間がある場合でも、この長手方向における隙間部分で輝度が低下するのを防ぐことができる。 In another embodiment of the light-emitting element of the present invention, the first optical surface of the light guide plate has a cone-shaped convex pattern in which a slope is located in the short side direction and the long side direction of the light guide plate. They are arranged along the hand direction and the longitudinal direction. According to this embodiment, the light incident from each light source can be spread in the short side direction or the long side direction of the light emitting element by the convex pattern. Therefore, even when there is a relatively large gap between the light emitting elements in the longitudinal direction of the light emitting element, it is possible to prevent the luminance from decreasing at the gap portion in the longitudinal direction.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様における前記導光プレートの第1の光学面は、導光プレートの短手方向及び長手方向に対して斜め方向に斜面が位置する錐体状の凸パターンを導光プレートに配列したものである。この実施態様によれば、凸パターンにより各光源から入射した光を発光素子の斜め方向へ広げることができ、発光素子の対角方向における輝度を向上させることができる。 In still another embodiment of the light-emitting element of the present invention, the first optical surface of the light guide plate is a cone-shaped convex pattern in which a slope is located in an oblique direction with respect to the short side direction and the long side direction of the light guide plate. Are arranged on a light guide plate. According to this embodiment, the light incident from each light source can be spread in the oblique direction of the light emitting element by the convex pattern, and the luminance in the diagonal direction of the light emitting element can be improved.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様は、導光プレートの短手方向における前記凸パターンの断面形状を非対称とし、当該断面における当該凸パターンに最も近い光源から遠い側の片側頂角が当該凸パターンに最も近い光源に近い側の片側頂角よりも大きくなるようにしている。この実施態様によれば、光源から出射されて凸パターンに入射した光が凸パターンで複数回反射されにくくできるので、凸パターンで複数回反射することによって導光プレートから出射される光が導光板に垂直な方向となす出射角が小さくなるのを防ぐことができ、導光板から出射される光の導光プレートの短手方向における指向特性を広くすることができる。 In another embodiment of the light emitting device of the present invention, the cross-sectional shape of the convex pattern in the short direction of the light guide plate is asymmetric, and the one-side apex angle on the side farthest from the light source closest to the convex pattern in the cross-section It is made larger than the one-side apex angle on the side closest to the light source closest to the convex pattern. According to this embodiment, the light emitted from the light source and incident on the convex pattern can be hardly reflected by the convex pattern a plurality of times, so that the light emitted from the light guide plate by reflecting the convex pattern a plurality of times It is possible to prevent the emission angle to be perpendicular to the direction from being reduced, and to widen the directivity characteristic of the light emitted from the light guide plate in the short direction of the light guide plate.
また、本発明の発光素子のさらに別な実施態様においては、前記断面における前記凸パターンに最も近い光源から遠い側の片側頂角は、当該凸パターンが当該光源から遠くなるに従って次第に大きくなっている。この実施態様によれば、光源から出射されて凸パターンに入射した光が凸パターンで複数回反射されにくくできる。また、光源から遠い凸パターンほど凸パターン内で複数回反射し易くなるが、光源から遠くなるに従って凸パターンの光源から遠い側の片側頂角を大きくしているので、光源から遠い凸パターンでも複数回反射しにくくなる。よって、凸パターンで複数回反射することによって導光プレートから出射される光が導光板に垂直な方向となす出射角が小さくなるのをより効率よく防ぐことができ、導光板から出射される光の導光プレートの短手方向における指向特性を広くすることができる。 In yet another embodiment of the light emitting device of the present invention, the one-side apex angle on the side farthest from the light source closest to the convex pattern in the cross section gradually increases as the convex pattern becomes farther from the light source. . According to this embodiment, the light emitted from the light source and incident on the convex pattern can be hardly reflected by the convex pattern a plurality of times. In addition, the convex pattern far from the light source is more likely to be reflected multiple times within the convex pattern, but as the distance from the light source is increased, the one-side apex angle on the side farther from the light source of the convex pattern is increased. It becomes difficult to reflect once. Therefore, the light emitted from the light guide plate can be more effectively prevented from being reduced by the light reflected from the convex pattern a plurality of times so that the light emitted from the light guide plate becomes smaller in the direction perpendicular to the light guide plate. The directivity characteristic in the short direction of the light guide plate can be widened.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様は、前記凸パターンの高さが、当該凸パターンに最も近い光源から遠くなるに従って次第に低くなっている。光源から遠い凸パターンほど凸パターン内で複数回反射し易くなるが、その一方、凸パターンの高さが低くなると凸パターン内で光が複数回反射しにくくなる。この実施態様によれば、光源から遠くなるに従って凸パターンの高さが低くなっているので、光源から遠い凸パターンでも複数回反射しにくくなる。よって、凸パターンで複数回反射することによって導光プレートから出射される光が導光板に垂直な方向となす出射角が小さくなるのを防ぐことができ、導光板から出射される光の導光プレートの短手方向における指向特性を広くすることができる。 In another embodiment of the light emitting device of the present invention, the height of the convex pattern gradually decreases as the distance from the light source closest to the convex pattern increases. The convex pattern far from the light source is more likely to be reflected a plurality of times within the convex pattern. On the other hand, if the height of the convex pattern is reduced, the light is less likely to be reflected a plurality of times within the convex pattern. According to this embodiment, since the height of the convex pattern decreases as the distance from the light source increases, even a convex pattern far from the light source is less likely to be reflected a plurality of times. Therefore, it is possible to prevent the light emitted from the light guide plate from being reflected in the direction perpendicular to the light guide plate by reflecting the convex pattern a plurality of times, and to guide the light emitted from the light guide plate. The directivity in the short direction of the plate can be widened.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様においては、導光プレートの短手方向と平行な前記凸パターンの断面における当該凸パターンの頂角と、導光プレートの長手方向と平行な前記凸パターンの断面における当該凸パターンの頂角とが異なっている。この実施態様によれば、導光板の長手方向における凸パターンの頂角と導光板の短手方向における凸パターンの頂角とを別々に設定することができるので、発光素子から出射される光の短手方向への広がりと長手方向への広がりを任意に設定することができる。 In still another embodiment of the light-emitting element of the present invention, the convex pattern is parallel to the apex angle of the convex pattern in the cross section of the convex pattern parallel to the short direction of the light guide plate and to the longitudinal direction of the light guide plate. The apex angle of the convex pattern in the cross section is different. According to this embodiment, since the apex angle of the convex pattern in the longitudinal direction of the light guide plate and the apex angle of the convex pattern in the short direction of the light guide plate can be set separately, the light emitted from the light emitting element The spread in the short direction and the spread in the longitudinal direction can be arbitrarily set.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様は、前記導光プレートの第2の光学面が、導光プレートの前記光源と対向する面と反対側の面に凹設された錐体状の凹パターンによって構成されている。この実施態様によれば、導光プレートから出射される光を凹パターンで屈折させることにより導光プレートの短手方向に光を広げることができる。 Still another embodiment of the light emitting device according to the present invention is such that the second optical surface of the light guide plate is a conical recess in which the second optical surface of the light guide plate is recessed on the surface opposite to the surface facing the light source. It is composed of patterns. According to this embodiment, the light can be spread in the short direction of the light guide plate by refracting the light emitted from the light guide plate with the concave pattern.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様は、導光プレートの短手方向と平行な前記凹パターンの断面における当該凹パターンの頂角と、導光プレートの長手方向と平行な前記凹パターンの断面における当該凹パターンの頂角とが異なっている。この実施態様によれば、導光板の長手方向における凹パターンの頂角と導光板の短手方向における凹パターンの頂角とを別々に設定することができるので、発光素子から出射される光の短手方向への広がりと長手方向への広がりを任意に設定することができる。 Still another embodiment of the light-emitting element of the present invention includes an apex angle of the concave pattern in a cross section of the concave pattern parallel to the short direction of the light guide plate and the concave pattern parallel to the longitudinal direction of the light guide plate. The vertical angle of the concave pattern in the cross section is different. According to this embodiment, since the apex angle of the concave pattern in the longitudinal direction of the light guide plate and the apex angle of the concave pattern in the short direction of the light guide plate can be set separately, the light emitted from the light emitting element The spread in the short direction and the spread in the longitudinal direction can be arbitrarily set.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様における前記導光プレートの第2の光学面は、導光プレートの前記光源と対向する面と反対側の面に拡散領域を設けている。この実施態様によれば、導光プレートから出射される光を拡散領域で拡散させることにより導光プレートの短手方向に光を広げることができる。 In another embodiment of the light emitting device of the present invention, the second optical surface of the light guide plate is provided with a diffusion region on the surface opposite to the surface facing the light source of the light guide plate. According to this embodiment, the light can be spread in the short direction of the light guide plate by diffusing the light emitted from the light guide plate in the diffusion region.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様は、前記光源が、前記発光素子の長手方向に沿って一列に配列したものである。この実施態様によれば、光源間の距離を大きくできるので、光源から出た光が隣接する光源によって吸収されにくくなり、発光素子の効率が良好となる。 In still another embodiment of the light emitting device of the present invention, the light sources are arranged in a line along the longitudinal direction of the light emitting device. According to this embodiment, since the distance between the light sources can be increased, the light emitted from the light sources is hardly absorbed by the adjacent light sources, and the efficiency of the light emitting element is improved.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様は、前記複数の光源が発光色の異なる複数種類の光源となっている。かかる実施態様の場合には、各々の光源から出射された異なる色の光が導光プレートによって効率良く均一に混色される。よって、導光プレートの前方に混色のための大きな空間が不要となり、面照明装置の薄型化を図ることができる。 In still another embodiment of the light emitting device of the present invention, the plurality of light sources are a plurality of types of light sources having different emission colors. In the case of such an embodiment, light of different colors emitted from each light source is efficiently and uniformly mixed by the light guide plate. Therefore, a large space for color mixing is not required in front of the light guide plate, and the surface illumination device can be thinned.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様における前記光源は、赤色の光源、緑色の光源及び青色の光源からなる。この実施態様によれば、色の三原色を各光源の発光色としているので、面照明装置の色再現性がより良好になる。 In still another embodiment of the light emitting device of the present invention, the light source includes a red light source, a green light source, and a blue light source. According to this embodiment, since the three primary colors are used as the emission colors of the respective light sources, the color reproducibility of the surface illumination device is further improved.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様においては、両端に配置されている光源の発光色が異なっている。この実施態様によれば、長手方向に沿って複数の発光素子を並べて配置したとき、長手方向で隣接して配置された発光素子間で同じ発光色の光源が隣り合わせにならないので、発光素子間での混色性を良好にすることができる。 In still another embodiment of the light emitting device of the present invention, the light emission colors of the light sources arranged at both ends are different. According to this embodiment, when a plurality of light emitting elements are arranged side by side along the longitudinal direction, light sources having the same emission color are not adjacent to each other between the light emitting elements arranged adjacently in the longitudinal direction. The color mixing property can be improved.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様における前記光源は、発光色の異なる光源の中に白色の光源を含んでいてもよい。この実施態様によれば、発光素子をより高輝度にしたり、発光色の色ばらつきを小さくしたりすることができる。 The light source in yet another embodiment of the light emitting device of the present invention may include a white light source among light sources having different emission colors. According to this embodiment, it is possible to increase the luminance of the light emitting element and reduce the color variation of the light emission color.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様においては、各光源をパッケージ内に納め、前記パッケージに設けた窪みにLEDチップを実装し、当該窪みに封止樹脂をポッティングすることによって当該封止樹脂内に前記LEDチップを封止している。この実施態様によれば、窪みにポッティングされた封止樹脂の表面張力によって封止樹脂の表面にレンズ形状を形成することができるので、別途レンズを用いるよりもコストを安価にできる。 In still another embodiment of the light emitting device of the present invention, each light source is housed in a package, an LED chip is mounted in a recess provided in the package, and the sealing resin is potted in the recess. The LED chip is sealed inside. According to this embodiment, since the lens shape can be formed on the surface of the sealing resin by the surface tension of the sealing resin potted in the recess, the cost can be reduced compared to using a separate lens.
本発明の発光素子のさらに別な実施態様においては、各光源をパッケージ内に納め、前記パッケージの側面に前記導光プレートの縁を支持させるための段部を設け、前記導光プレートの前記段部により支持される領域には、前記凸パターンを形成しないことを特徴としている。この実施態様によれば、段部で導光プレートを支持することで導光プレートを安定させることができる。しかも、導光プレートの段部で支持される領域には凸パターンを設けることなく平坦面としているので、導光プレートの固定精度が向上して導光プレートの位置がより安定する。さらに、導光プレートに平坦面を設けておけば、導光プレートの成形時に成形された導光プレートをエジェクトピンによって突き出すための突き出し部分としても利用することができる。 In still another embodiment of the light emitting device of the present invention, each light source is housed in a package, a step portion for supporting an edge of the light guide plate is provided on a side surface of the package, and the step of the light guide plate is provided. The convex pattern is not formed in the region supported by the portion. According to this embodiment, the light guide plate can be stabilized by supporting the light guide plate at the stepped portion. In addition, since the region supported by the step portion of the light guide plate has a flat surface without providing a convex pattern, the fixing accuracy of the light guide plate is improved and the position of the light guide plate is more stable. Furthermore, if the light guide plate is provided with a flat surface, the light guide plate formed at the time of forming the light guide plate can be used as a protruding portion for protruding by an eject pin.
本発明にかかる面照明装置は、本発明にかかる発光素子を、その長手方向においては比較的小さな間隔で配列し、その短手方向においては比較的大きな間隔で配列したものである。かかる面照明装置にあっては、発光素子から出射される光は発光素子の短手方向で大きく広げられるので、比較的大きな間隔で配列された発光素子の短手方向において隣接する発光素子間の間隙部分の輝度低下を抑制することができ、面照明装置の全体で均一な輝度を得ることができる。また、本発明の発光素子を用いることにより、軽量薄型で、大面積で、光利用効率が高く、発光面における輝度が均一で(また、異なる発光色の光源を用いている場合には、色むらが小さく)、かつ低コストで製作することのできるバックライト用などの面照明装置を作製することが可能になる。 The surface illumination device according to the present invention is a light emitting device according to the present invention, which is arranged at a relatively small interval in the longitudinal direction and at a relatively large interval in the short direction. In such a surface illumination device, the light emitted from the light emitting elements is greatly spread in the short direction of the light emitting elements, and therefore, between the adjacent light emitting elements in the short direction of the light emitting elements arranged at relatively large intervals. A decrease in luminance at the gap portion can be suppressed, and uniform luminance can be obtained throughout the surface illumination device. In addition, by using the light-emitting element of the present invention, it is light and thin, has a large area, high light utilization efficiency, and uniform brightness on the light-emitting surface (and, if a light source having a different light emission color is used, color It is possible to manufacture a surface illumination device for a backlight or the like that can be manufactured at a low cost.
本発明の面照明装置のある実施態様においては、前記光源が、発光色の異なる複数種類の光源であり、前記発光素子は、その長手方向において各発光色の光源がそれぞれ等間隔となるように配置されている。かかる実施態様によれば、各発光色の光源がそれぞれ等間隔となるように配置されているので、発光素子間での混色性が改善され、色むらが起こりにくくなる。 In one embodiment of the surface illumination device of the present invention, the light source is a plurality of types of light sources having different emission colors, and the light emitting elements are arranged such that the light sources of the respective emission colors are equally spaced in the longitudinal direction. Has been placed. According to such an embodiment, since the light sources of the respective emission colors are arranged at equal intervals, the color mixing property between the light emitting elements is improved, and uneven color is less likely to occur.
本発明の面照明装置の別な実施態様においては、前記発光素子間の隙間又はその後方に反射部材を配置している。この実施態様によれば、導光プレート等から背面側へ漏れた光を前方へ向けて反射させることができ、光利用効率をより向上させることができる。 In another embodiment of the surface illumination device of the present invention, a reflecting member is disposed in the gap between the light emitting elements or behind the gap. According to this embodiment, the light leaked from the light guide plate or the like to the back side can be reflected forward, and the light utilization efficiency can be further improved.
本発明の面照明装置のさらに別な実施態様においては、前記発光素子の前方に拡散シートを配設している。この実施態様によれば、発光素子から出射された光を拡散シートで拡散させて前方へ出射させることができるので、光の混色性をより高めることができる。 In still another embodiment of the surface illumination device of the present invention, a diffusion sheet is disposed in front of the light emitting element. According to this embodiment, since the light emitted from the light emitting element can be diffused by the diffusion sheet and emitted forward, the color mixing property of the light can be further improved.
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。 The means for solving the above-described problems in the present invention has a feature in which the above-described constituent elements are appropriately combined, and the present invention enables many variations by combining such constituent elements. .
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図5は、本発明の実施形態1にかかる面照明装置31を示す平面図である。また、図6は図5のC1−C1線断面図、図7は図5のC2−C2線断面図である。この面照明装置31は、短冊状をした発光素子32をその長手方向に沿ってほぼ連続的に配列し、それを発光素子32の短手方向(幅方向)において発光素子32の幅の数倍の間隔をあけて疎に配置したものであり、短手方向の端に位置する発光素子32と面照明装置31の縁との間にもかなりの距離をあけている。面照明装置31の表面全体は板状をした透明な拡散部材33によって覆われており、発光素子32と拡散部材33との間には発光素子32から出射された光を混色させるための空間34が形成されている。また、発光素子32の裏面側においては、面照明装置31の裏面全体に、あるいは発光素子32間の隙間を埋めるようにして板状の反射部材35が設けられている。
(Embodiment 1)
FIG. 5 is a plan view showing the
反射部材35としては、白色樹脂板、白色樹脂シート、金属板などの光反射率の高い部材を用いる。拡散部材33としては、表面に微細な拡散パターンを形成した透明板、微細な拡散剤を分散させた透明板などを用いる。また、拡散部材33の表面側には、必要に応じて、輝度向上のためのプリズムシートや偏光シートなどを設けてもよい(詳細は後述する。)。
As the reflecting
発光素子32は、図6及び図7に示すように、赤色発光のLEDチップ36rを封止樹脂37で封止した赤色光源38r、緑色発光のLEDチップ36gを封止樹脂37で封止した緑色光源38g、青色発光のLEDチップ36bを封止樹脂37で封止した青色光源38bを基板39の上に一列に配列したものである。LEDチップ36r、36g、36bどうしは光源のサイズの数倍の間隔をあけて配置されている。また、発光素子32の光出射側には、各LEDチップ36r、36g、36bを覆うようにして樹脂成形部材である導光プレート40が配置されている。
6 and 7, the
図8(a)は導光プレート40の一部を拡大して示す表面側からの斜視図、図8(b)は導光プレート40の一部を拡大して示す裏面側からの斜視図である。図9(a)(b)は導光プレート40の一部の形状を示す拡大断面図であって、図9(a)は短手方向に垂直な断面を表し、図9(b)は長手方向に垂直な断面を表している。以下においては、発光素子32の長手方向すなわちLEDチップ36r、36g、36bが最も密に配列されている方向をX方向といい、導光プレート40の厚み方向をZ方向といい、発光素子32の幅方向すなわちX方向及びZ方向に直交し発光素子32が疎に配置されている方向をY方向という。
FIG. 8A is a perspective view from the front surface side showing a part of the
導光プレート40はポリカーボネイト樹脂(PC)やポリメチルメタクリレート(PMMA)等の透明で屈折率の大きな樹脂によって板状に成形された樹脂成形部材である。導光プレート40の表面(第2の光学面)全体には、図8(a)に示すように、微細な円錐状の凹部41が密に配列されており、導光プレート40の裏面(第1の光学面)全体には、図8(b)に示すように、微細な断面三角形状のプリズム状をした凸部42が密に形成されている。円錐状の凹部41は、規則的に配列されていてもよく、ランダムに配置されていてもよい。断面三角形状の凸部42は、図9(a)(b)に示すように、導光プレート40の短手方向(Y方向)に並んでおり、導光プレート40の長手方向(X方向)に均一な断面を有している。
The
図10及び図11は導光プレート40の作用説明図であって、図10はZX面に平行な断面における光の挙動を表し、図11はZY面に平行な断面における光の挙動を表している。図11では緑色光源38gから出射された緑色光Lgのみを表しているが、赤色光源38rから出射された赤色光Lrや青色光源38bから出射された青色光Lbについてもその挙動は緑色光Lgの場合と同様である。
10 and 11 are explanatory views of the operation of the
まず、ZX面と平行な断面における光の挙動を説明する。図10に示すように、各光源38r、38g、38bから出射された赤色光Lr、緑色光Lg、青色光Lbは導光プレート40の裏面から導光プレート40内に入射し、導光プレート40の表面と裏面との間で全反射を繰り返しながら導光プレート40内を導光すると共に、円錐状の凹部41に入射した光の一部は円錐状の凹部41で屈折して外部へ出射される。
First, the behavior of light in a cross section parallel to the ZX plane will be described. As shown in FIG. 10, the red light Lr, the green light Lg, and the blue light Lb emitted from the
このように別々の場所から出射された赤色光源38rの赤色光Lr、緑色光源38gの緑色光Lg、青色光源38bの青色光Lbは、導光プレート40内を導光して導光プレート40のほぼ全体に広がると共に、互いに均一に混色されて導光プレート40の表面から出射される。例えば、図10では、青色光源38bの直上付近でも導光プレート40内を導光してきた赤色光Lrや緑色光Lgも出射されており、これらの光が混色している。そして、均一に混色されて導光プレート40から出射された白色光は、拡散部材33との間の空間34でさらに混色されて拡散部材33を照射し、拡散部材33を均一に白色発光させる。
As described above, the red light Lr of the
このため隣接する光源38r、38g、38bどうしをある程度離して配置することができ、たとえばLEDチップ36r、36g、36bの配列ピッチが数mm程度となるように配置することができるので、図10に示す緑色光Lgのように光源38r、38g、38bから出射した光が隣接する光源38r、38g、38bに入射しにくくなり、出射光の吸収や損失を低減できる。また、封止樹脂37のレンズ形状や反射カップなどで各光源38r、38g、38bの光を前方へ出射させることにより、光の吸収や損失をより低減できる。そして、光の吸収や損失を低減することによって面照明装置31の光利用効率を向上させることができる。
For this reason, the
例えば、導光プレート40のX方向の長さを60mm、Y方向の幅を10mm、Z方向の厚みを2mmとし、各光源38r、38b、38bどうしの中心間距離を5mm、円錐状の凹部41の頂角βを150°、光源38r、38g、38bと拡散部材33との距離を20mmとした場合には、光源38r、38g、38bどうしを接近させて配置した場合と比較して、光の利用効率が約15%改善した。
For example, the length of the
つぎに、導光プレート40の長手方向に垂直な断面における光の挙動を説明する。図11に示すように、X方向から見た場合には、各光源38r、38g、38bから出射された光は、導光プレート40の裏面に形成されている凸部42を透過することによって屈折し、さらに円錐状の凹部41を透過して導光プレート40の外に出射する際にも屈折し、光源38r、38g、38bの中心軸に対してθsの出射角で出射された光は、導光プレート40を透過することによってθsよりも大きな出射角θtで出射される。しかも、導光プレート40から出射される光は、上記のように導光プレート40の内部で充分に混色されて白色光となっている。そのため、ZY面内においても、光は十分に混色されて白色光となり、しかも断面三角形状の凸部42及び円錐状の凹部41の光学的作用によって白色光は発光素子32の幅方向に広げられる。その結果、導光プレート40の働きによって発光素子32が疎に配置されている幅方向に光が広げられ、さらに空間34でも光が混色され、発光素子32の幅方向における発光素子32と発光素子32との中間の領域でも混色された白色光が十分な光量でもって拡散部材33に照射される。
Next, the behavior of light in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
例えば、導光プレート40のX方向の長さを60mm、Y方向の幅を10mm、Z方向の厚みを2mmとし、断面三角形状の凸部42の頂角αを60°、円錐状の凹部41の頂角βを150°、光源38r、38g、38bと拡散部材33との距離を20mmとした場合には、拡散部材33の位置においては導光プレート40の幅の6倍の幅で均一な照射領域が得られた。よって、この場合には、発光素子32の幅方向では、発光素子32どうしの間隔を導光プレート40の6倍程度あけることが可能になる。
For example, the length of the
なお、導光プレート40の裏面から漏れた光の大部分は、反射部材35によって反射され、再び導光プレート40に入射して再利用される。
It should be noted that most of the light leaking from the back surface of the
本発明の面照明装置31にあっては、発光素子32をその幅方向においては大きな距離を隔てて配置しているので、面照明装置31の発光面積に対して樹脂成形部品である導光プレート40の面積を小さくすることができ、面照明装置31の軽量化と部材コストの削減を図ることができる。さらに、発光素子を隙間をあけて配置することによって必要とする発光素子の数を少なくでき、面照明装置31のコストをより安価にすることができる。
In the
しかも、上記のような構造の導光プレート40を備えた発光素子を用いることで発光素子の光利用効率を高めて発光素子の面積に比べて広い面積を均一に色むら無く発光させることができるので、発光素子32をその幅方向において大きな距離を隔てて配置しているにも拘わらず、幅方向における発光素子32間の領域でも面照明装置31が暗くなりにくく、均一な輝度で色むら無く発光させることができる。また、導光プレート40によって十分に光を混色させることができるので、導光プレート40と拡散部材33の間の空間を狭くすることができ、面照明装置31の薄型化を図ることができる。
In addition, by using the light emitting element including the
また、幅方向において発光素子32を大きな距離をおいて配置することで、各光源から出射された光が幅方向で隣接する発光素子に入射して光源で吸収されにくくなる。さらに、発光素子32の導光プレート40が各光源38r、38g、38bの表面側に対向させるように配置しているので、発光素子の長手方向においても光源から出射された光が光源に再入射して吸収されにくくなる。その結果、光源での再吸収による面照明装置31の発光効率の低下を抑制することができる。
Further, by arranging the
また、凹部41及び凸部42は導光プレート40の表面及び裏面のほぼ全体に形成しているので、光源38r、38g、38bと導光プレート40の位置が多少ずれても配向ばらつきが起こりにくい。
In addition, since the
本発明の実施形態1による面照明装置31と図3の従来例によるバックライトとを、それぞれの輝度、厚み、大きさ、輝度の均一性を同等にして比較すると、つぎのような結果となる。まず、発光面に対する樹脂成形部材(本発明の拡散部材33、従来例の透明樹脂板23)の面積の割合は、本発明では従来例の1/6に削減され、また、樹脂成形部材の厚みは、本発明では従来例の1/2に削減することができた。従って、本発明によれば、従来例と比較して樹脂成形部材の体積は1/12となり、樹脂成形部材コストも1/12となり、本発明の面照明装置のコストは従来例のバックライトのコストよりも約10%低減させることができた。
When the
また、隣接する発光素子間での光の損失は、本発明の面照明装置では、従来例のバックライトに比べて15%低減した。一般的なバックライトの光学シート構成(図14参照)でも、本発明では従来例と比べて光利用効率が20%向上した。よって、本発明によれば、必要なLEDチップ数を約40%低減することができ、その結果本発明の面照明装置のコストは従来例のバックライトのコストよりも約10%低減させることができた。 Further, the light loss between the adjacent light emitting elements was reduced by 15% in the surface illumination device of the present invention compared to the conventional backlight. Even in a general backlight optical sheet configuration (see FIG. 14), the light utilization efficiency is improved by 20% in the present invention compared to the conventional example. Therefore, according to the present invention, the required number of LED chips can be reduced by about 40%, and as a result, the cost of the surface illumination device of the present invention can be reduced by about 10% than the cost of the conventional backlight. did it.
以上より、本発明によれば、樹脂成形部材によるコスト削減約10%と、LEDチップによるコスト削減約10%とを合わせると、本発明では合計約20%の削減が可能になった。 As described above, according to the present invention, when the cost reduction by the resin molded member is approximately 10% and the cost reduction by the LED chip is approximately 10%, the present invention enables a total reduction of approximately 20%.
また、本発明によれば、上記のように樹脂成形部材の体積が1/12となるので、面照明装置31を軽量化できる。また、樹脂成形部材を用いず空間で混色させる従来のものに比べると、厚みを約半分にできるので、本発明によれば、面照明装置31の軽量薄型化を図ることができる。
Moreover, according to this invention, since the volume of the resin molding member becomes 1/12 as mentioned above, the
図12は、図3に示したバックライトに用いられている白色発光素子22を3個(LEDチップが9個)並べた従来例の輝度分布と、9個のLEDチップを一列に並べた本発明実施例の発光素子の輝度分布を測定した結果を表した図である。図12においては、従来例における白色発光素子と実施例における発光素子はいずれも破線により表してあり、またそれぞれのLEDチップの位置は矢印によって表している。この測定結果によれば、本発明実施例の場合には、従来例に比べて中央部の輝度が40%向上しており、しかも輝度の均一度合いは同程度であることが分かる。逆に、輝度を同等にすれば、本発明の面照明装置31では、従来例に比べて消費電力を40%低減することができる。
FIG. 12 shows a luminance distribution of a conventional example in which three white light emitting elements 22 (9 LED chips) used in the backlight shown in FIG. 3 are arranged, and a book in which nine LED chips are arranged in a line. It is the figure showing the result of having measured the luminance distribution of the light emitting element of an Example. In FIG. 12, the white light emitting element in the conventional example and the light emitting element in the example are both represented by broken lines, and the positions of the respective LED chips are represented by arrows. According to this measurement result, in the case of the embodiment of the present invention, it can be seen that the luminance of the central portion is improved by 40% as compared with the conventional example, and the uniformity of the luminance is comparable. On the contrary, if the luminance is made equal, the
なお、図7に示した図示例では発光素子32の側面が開口されているので、各光源38r、38g、38bから出た赤色光Lr、緑色光Lg、青色光Lbが発光素子32から幅方向へ直接に漏れてしまって均一に混色されることなく前方へ出射される恐れがある。このように赤色光源38r、緑色光源38g、青色光源38bから出射された光が、導光プレート40を通ることなく直接外部に漏れると面照明装置31の発光面が色づいて見える。このような不具合を防止するためには、図13に示すように、基板39の側面と導光プレート40の側面との間を反射板43によって覆えばよい。
In the illustrated example shown in FIG. 7, since the side surface of the
(実施形態2)
図14は本発明の実施形態2による面照明装置31の構造を示す概略断面図である。この実施形態においては、拡散部材33の表面側にプリズムシート44と偏光シート45を配置している。これは面照明装置31を液晶表示パネルのバックライトとして用いる場合の一般的な構成である。各光源38r、38g、38bから出射した光は、導光プレート40と拡散部材33で拡散された後、プリズムシート44を通過する際にプリズムシート44のプリズムパターンによって正面方向へ集光され、面照明装置31の正面輝度が向上する。プリズムシート44で集光された光L(赤色光Lr、緑色光Lg、青色光Lbの混色した光)は、面照明装置31の前方に配置される液晶表示パネルに必要な偏光方向の直線偏光L+だけが偏光シート45を透過させる。
(Embodiment 2)
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a
ここで用いている偏光シート45は、ある偏光方向の直線偏光を透過させ、それと直交する偏光方向の直線偏光を反射させる特性を有する半透過半反射型の偏光シートである。よって、液晶表示パネルに必要な偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光L−は、偏光シート45で反射されて戻り、プリズムシート44及び拡散部材33を透過して反射部材35に達し、反射部材35によって拡散反射される。反射部材35で拡散反射された光の偏光方向はランダムになっており、この拡散反射光は再び拡散部材33及びプリズムシート44を透過して偏光シート45に入射する。偏光シート45に入射した光のうち液晶表示パネルに必要な偏光方向の直線偏光L+だけが偏光シート45を透過し、それと直交する偏光方向の直線偏光L−は偏光シート45により反射されて反射部材35側へ戻る。このような光の挙動を繰り返すことにより、各光源38r、38g、38bから出射された光はほぼすべて、液晶表示パネルで使用することのできる偏光方向の光に変換されて液晶表示パネルを照明するので、光の利用効率を大幅に向上させて液晶表示パネルの画面輝度を向上させることができる。
The
偏光シート45で反射されて反射部材35側へ戻ってくる光の一部は、反射部材35で反射されず、導光プレート40や各光源38r、38g、38bで吸収されて損失となる。しかし、本発明の面照明装置31では、発光素子32の設置面積が面照明装置31全体の面積に比べて非常に小さいため、反射部材35側へ戻ってきた光のほとんどは反射部材35と偏光シート45の間で反射して再利用される。
A part of the light reflected by the
例えば、導光プレート40のX方向の長さを60mm、Y方向の幅を10mm、Z方向の厚みを2mmとし、面照明装置31の面積を導光プレート40の約6倍(つまり、約3600mm2)とした場合、図3のような白色発光素子22を敷き詰めた従来例(プリズムシートと偏光シートを有するもの)と比較して、光利用効率が約20%改善した。
For example, the length of the
(実施形態3、4、5)
つぎに、導光プレート40に設けられている凸部42の設計方法と実施形態3、4、5について説明する。図15は、導光プレート40の裏面に設けられている断面三角形状の凸部42の頂角αについて説明している。図15に1点鎖線で示す凸部42のように、凸部42の頂角αが大きくなって鈍角になると、導光プレート40の上面から出射される光(矢印で示す。)がZ方向に対してなす角度が小さくなる。一方、図15に実線で示す凸部42のように、凸部42の頂角αが小さくて鋭角になると、凸部42に入射した光はZ方向に対してなす角度が大きくなる。しかし、図15に破線で示す凸部42のように、凸部42の頂角αがあまり小さくなると、導光プレート40に入射した光が凸部42で複数回全反射し、導光プレート40から出射する光がZ方向に対してなす出射角が却って小さくなる。
(
Next, a method for designing the
従って、断面三角形状の凸部42は、図16に示すように、その頂角αを小さくして鋭角にする一方で、断面三角形状の凸部42に入射した光が断面三角形状の凸部42内で複数回反射しないよう、断面三角形状の凸部42の高さHを低くすることが望ましい。
Accordingly, as shown in FIG. 16, the
図17は本発明の実施形態3による面照明装置に用いられている導光プレート40の断面の一部を示す概略図である。実施形態3では、図17に示すように、その頂角α(=α1+α2)を小さくして鋭角にすると共に、断面三角形状の凸部42の断面を左右非対称とし、各光源38r、38g、38bに近い側の角度(片側頂角)α1よりも各光源38r、38g、38bから遠い側の側面の角度(片側頂角)α2が大きくなるようにしている。
FIG. 17 is a schematic view showing a part of a cross section of the
実施形態3によれば、光源38r、38g、38bに近い側の片側頂角α1を小さくしているので、光源側から凸部42に入射する光を幅方向へ大きく広げることができ、光源38r、38g、38bから遠い側の片側頂角α2を大きくしているので、凸部42で大きく曲げられた光が光源38r、38g、38bから遠い側の側面で反射されないようにでき、発光素子32の幅方向へ大きく光を広げることができる。
According to the third embodiment, since the one-side apex angle α1 on the side close to the
また、Y方向に配列された各凸部42の頂角αが同じである場合、図18に示すように、光源38r、38g、38bからの光の出射角θsが大きくなると、導光プレート40の上面から出射される光の出射角θtも大きくなり、光を導光プレート40の幅方向に大きく広げられるようになる。しかし、この場合も出射角θsがあまり大きくなると、凸部42内に入射した光が凸部42で複数回反射し、却って導光プレート40の上面からの出射角θtが小さくなる。
When the apex angles α of the
実施形態4、5はこのような不具合を解消するものである。図19は本発明の実施形態4による面照明装置に用いられている導光プレート40の断面の一部を示す概略図である。実施形態4では、図19に示すように、光源38r、38g、38bの直上位置から離れるに従って断面三角形状の凸部42の高さHが次第に小さくなるようにしている。
Embodiments 4 and 5 solve such problems. FIG. 19 is a schematic view showing a part of a cross section of a
また、図20は本発明の実施形態5による面照明装置に用いられている導光プレート40の断面の一部を示す概略図である。実施形態5では、図20に示すように、光源38r、38g、38bの直上位置から離れるに従って断面三角形状の凸部42の光源から遠い側の側面の片側頂角α2が次第に大きくなるようにしている。
FIG. 20 is a schematic view showing a part of a cross section of the
(実施形態6)
つぎに、導光プレート40に設けられている凹部41の設計方法と実施形態6について説明する。図21は、導光プレート40の表面に設けられている円錐状の凹部41の頂角βについて説明している。図21に1点鎖線で示すように、円錐状の凹部41の頂角βが大きくて凹部41の頂部が鈍角になると、導光プレート40の表面から出射する光がZ方向となす角度が小さくなる。また、図21に破線で示すように、凹部41の頂角βが小さくて鋭角になると、凹部41から出射する光がZ方向に対してなす角度が大きくなる。しかし、凹部41の頂角βがあまり小さくなると、導光プレート40に入射した光が凹部41で全反射して導光プレート40から外に出射されなくなり、導光プレート40の幅方向へ出射される光量が少なくなり、その一方で、導光プレート40内に光が閉じ込められて導光し易くなるので、混色性が向上する。
(Embodiment 6)
Next, a design method of the
従って、図22に示す光源38r、38g、38bどうしの間隔Pが広い場合など、導光プレート40による混色性を高めたい場合には、凹部41の頂角βを小さくして鋭角にし、混色性が向上するようにすればよい。逆に、光を幅方向に広げたい場合には、光が凹部41で全反射されにくい程度で凹部41の頂角βを小さくすればよい。
Therefore, when it is desired to improve the color mixing by the
図23は本発明の実施形態6による面照明装置の構造を示す概略図である。図23に示すように、各光源38r、38g、38bの直上近辺に位置する凹部41(図23で符号41aで示す。)ではその頂角βを小さくして凹部41から前方へ出射される光の量を少なくすると共に混色性を高め、いずれの光源38r、38g、38bからも離れた領域では凹部41(図23で符号41bで示す。)の頂角βを大きくして光が正面方向に出射され易くすることにより、面照明装置の混色性を高め、輝度分布を均一化することができる。
FIG. 23 is a schematic view showing the structure of a surface illumination device according to Embodiment 6 of the present invention. As shown in FIG. 23, in the concave portion 41 (indicated by
(実施形態7)
つぎに、導光プレート40の表面や裏面に設ける異なるパターンについて説明する。導光プレート40に設けるパターンは、円錐形状の凹部41や断面三角形状の凸部42に限るものでなく、ピラミッド状の凹部41や凸部42であってもよく、円錐状の凸部42であってもよい。
(Embodiment 7)
Next, different patterns provided on the front and back surfaces of the
例えば、発光素子32の長手方向における発光素子32間の隙間が広くて当該隙間における光量が不足し、図24(a)に示すように長手方向に向けて出射される光の量を増加させたい場合には、図24(b)に示す実施形態7のようにすればよい。図24(b)に示す実施形態7においては、導光プレート40の長手方向(X方向)と短手方向(Y方向に)に凸部42の傾斜面が位置する。この凸部42は、X方向及びY方向のいずれでも頂角αが180°より小さくなっていることが望ましい。このような形状の凸部42を設ければ、導光プレート40の長手方向にも出射光Lを広げることができるので、発光素子32の幅方向ばかりでなく、発光素子32の長手方向において隣接する発光素子32間の隙間部分での輝度低下も抑制することができる。
For example, the gap between the
(実施形態8)
また、導光プレート40の長手方向における混色性をより高めたい場合には、図25に示す実施形態8のようにすればよい。図25に示す実施形態8の場合には、導光プレート40の表面側に設けられた凹部41をピラミッド状にし、ZY断面における頂角βがZX断面における頂角βよりも大きくなるようにすればよい。このような形状によれば、ZX断面内における全反射頻度がZY断面内における全反射頻度よりも大きくなるので、X方向における光の混色性がより一層向上する。なお、同様な効果を得るためには、Y軸方向が長軸方向となりX軸方向が短軸方向となった楕円円錐状の凹部41を設けてもよい。
(Embodiment 8)
Further, in the case where it is desired to further improve the color mixing property in the longitudinal direction of the
(実施形態9)
また、図26に示すようにX軸方向及びY軸方向に対して約45°の角度をなす対角方向における光強度を大きくしたい場合には、図27(a)(b)に示す実施形態9のようにすればよい。実施形態9においては、表面の凹部41は斜面がX方向及びY方向を向き、背面の凸部42は斜面が対角方向を向くようにする。その結果、凹部41のZX断面における頂角βが対角方向での断面における頂角βよりも小さくなるので、ZX断面における光の反射頻度が対角方向における光の反射頻度よりも大きくなる。また、凸部42のZY断面における頂角αが対角方向での断面における頂角αよりも大きくなるので、ZY断面における光の出射角度が対角方向における光の出射角度よりも小さくなる。よって、X方向における光の混色度が高くなり、対角方向へ出射される光の強度が大きくなる。
(Embodiment 9)
Further, as shown in FIG. 26, when it is desired to increase the light intensity in the diagonal direction that forms an angle of about 45 ° with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction, the embodiment shown in FIGS. 9 should be used. In the ninth embodiment, the
なお、単色の光源や白色光源を用いる場合には、光を混色させる必要がないので、凹部41のZX断面における頂角βを鈍角にしてもよい。しかし、この場合でも各光源のバラツキを平均化して改善する効果があるので、このような場合でも光を混色させる場合と同様な設計とすることが望ましい。
Note that when a monochromatic light source or a white light source is used, it is not necessary to mix light, so the apex angle β in the ZX section of the
(実施形態10)
断面三角形状をした凸部42の先端部には、図28(a)に示すように、丸味(アール)を施してもよい。例えば、凸部42の断面が鋭角となっている場合には、破線で表しているように光が凸部42で複数回反射するが、凸部42の先端に丸味を持たせておけば、凸部42で光が複数回反射するのを防止することができ、光の出射角を大きくすることができる。また、図28(b)に示すように、全体が鋭角状をした凸部42の先端部分を鈍角にしてもよく、図28(c)に示すように、凸部42の全体を曲面によって形成してもよい。このように凸部42の先端形状をアール面や多角形、曲面形状などにすることにより、光の制御方法や設計に多様性を持たせることができる。また、組立工程などにおいて、凸部42の先端が潰れにくくなる。
(Embodiment 10)
As shown in FIG. 28A, the tip of the
また、円錐状をした凹部41の先端部には、図29(a)に示すように、丸味(アール)を施してもよい。例えば、凹部41の断面が鋭角となっている場合には、破線で表しているように光が凹部41で屈折して垂直方向へ向かうが、凹部41の先端に丸味を持たせておけば、凹部41で光を全反射させ易くなり、混色性を高めることができる。また、図29(b)に示すように、全体が鋭角状をした凹部41の先端部分を鈍角にしてもよく、図29(c)に示すように、凹部41の全体を曲面によって形成してもよい。このように凹部41の先端形状をアール面や多角形、曲面形状などにすることによっても、光の制御方法や設計に多様性を持たせることができる。また、導光プレート40における凹部41の成形も容易になる。
Further, as shown in FIG. 29A, the tip of the
(実施形態11)
図30は本発明の実施形態11における発光素子32の構造を示す断面図である。この導光プレート40では、導光プレート40の背面にX方向にそって均一な断面を有する三角柱状の凸部42が形成されており、導光プレート40の表面(第2の光学面)には凹部41に代えて拡散領域46を分散させて設けている。この拡散領域46としては、導光プレート40の表面を微細に荒らして粗面加工したり、白色塗料等をドット印刷したり、表面に白色シートを分散させて貼り付けたりすればよい。このような構造の導光プレート40によれば、導光プレート40内の光の一部を拡散領域46で拡散反射させて導光させることができ、導光プレート40の表面の拡散領域46のない領域(平坦面)でも光を全反射させて導光させることができる。また、導光プレート40内の光の一部を拡散領域46で拡散させることによって幅方向に広げて光を出射させることができ、導光プレート40の表面の拡散領域46のない領域(平坦面)でも光を屈折させ幅方向に広げて出射させることができる。もちろん、この実施形態11でも、断面三角柱状の凸部42によっても光を幅方向へ広げることができる。
(Embodiment 11)
FIG. 30 is a cross-sectional view showing the structure of the
図30の発光素子32では、導光プレート40の表面に直接に拡散領域46を設けたが、図31に示すように、透明樹脂シートや透明樹脂板などの透明部材47の裏面に拡散領域46を形成しておき、裏面に拡散領域46を形成された透明部材47を導光プレート40の表面に貼り付けてもよい。
In the
あるいは、図32に示すように、透明樹脂シートや透明樹脂板などの透明部材47の表面に拡散領域46を形成しておき、表面に拡散領域46を形成された透明部材47を導光プレート40の表面に貼り付けてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 32, a
(実施形態12)
図33(a)(b)は本発明の実施形態12による発光素子32を示す図であって、図33(a)は凸部42の位置を示す概略平面図、図33(b)は図33(a)のD−D線断面図である。この実施形態12では、LEDチップ36r、36g、36bの並んでいる部分の上方では凸部42の密度(本数)を大きくし、導光プレート40の縁では凸部42の密度を小さくしている。LEDチップ36r、36g、36bから出射される光の指向特性、特にY方向での指向特性が広い場合には、凸部42をこのような配置とすることにより、LEDチップ36r、36g、36bから広角に出射した光をそのまま広角に発光素子32から出射させることができ、面照明装置31を広範囲にわたって均一に光らせることができる。
33 (a) and 33 (b) are views showing a
これとは逆に、LEDチップ36r、36g、36bの並んでいる部分の上方における光量が不足する場合には、LEDチップ36r、36g、36bの並んでいる部分の上方で凸部42の密度(本数)を小さくし、導光プレート40の縁で凸部42の密度を大きくすればよい。
On the contrary, when the amount of light above the portion where the
なお、実施形態12で述べたような状況の場合には、凸部42の密度を変化させる代わりに、凸部42の頂角αを変化させてもよい(図20参照)。
In the case of the situation described in the twelfth embodiment, the apex angle α of the
(実施形態13)
図34(a)は本発明の実施形態13による発光素子32を示す平面図、図34(b)は実施形態13の光源配列方向における断面を示す断面図である。この実施形態13は各発光色のLEDチップ36r、36g、36bの数が極端に異なる場合を表わしている。すなわち、図34(a)(b)に示す例では、赤色発光のLEDチップ36rの数が緑色発光のLEDチップ36g及び青色発光のLEDチップ36bの数の半分となっている(一方、赤色LEDは緑色LED、青色LEDの発光量の2倍の発光量を有している。)。このように各発光色のLEDチップ36r、36g、36bの数が極端に異なる場合には、LEDチップ36r、36g、36bのうちで数の少ない発光色のLED(図示例では赤色LED)の直上における凹部41の密度を増やし、数の多い発光色のLED(青色LED、緑色LED)の直上における凹部41の密度を少なくする。こうすることにより、並んでいる間隔の広い(密度の小さい)発光色のLEDチップにおいて凹部41による全反射の頻度を増加させて混色性を高めることができる。
(Embodiment 13)
FIG. 34A is a plan view showing a
なお、これと同じ効果を得るためには、各発光色のLEDチップ36r、36g、36bのそれぞれの直上で凹部41の頂角βを変化させてもよい。また、隣接する発光素子32どうしの間での混色性をよくするためには、導光プレート40の長手方向端部における凹部41の密度を大きくしてもよい。
In order to obtain the same effect as this, the apex angle β of the
また、発光素子32のパッケージと導光プレート40との組立ばらつきが大きい場合などには、凸部42や凹部41の頂角や大きさ、形状などをある程度多種多様にばらつかせて設け、各々の形状の凹部41や凸部42の割合を上記のような設計方法に応じて決めればよい。これにより各LEDチップ36r、36g、36bから出射される光の角度がばらついてもいずれかの凹部41または凸部42で光を広角に出射させたり、混色させたりすることができる。その他、上記のような各例をいろいろと組み合わせることにより、面照明装置31の均一性や混色性をより改善できる。
Further, when there is a large assembly variation between the package of the
(実施形態14)
発光素子32に赤色光源38r、緑色光源38g、青色光源38bを入れる場合、発光素子32の長手方向で密に配列する。その場合、従来は各光源の混色性を良好にするため、中心に対して対称となるように各発光色の光源を配置するのが一般的である。LEDチップの配置として示せば、例えば図35に示す従来例の発光素子28では、中心に赤色のLEDチップ36rを置き、その両側に対称となるようにして順次緑色のLEDチップ36g、青色のLEDチップ36b、赤色のLEDチップ36r、緑色のLEDチップ36gを配置している。しかしながら、このような発光素子28をその長さ方向に並べて配置した場合、各発光色どうしで同色のLEDチップ間の間隔が著しく異なる。図35の場合で説明すれば、発光素子28間では緑色のLEDチップ36gどうしの間隔Sgが最も短く、青色のLEDチップ36bどうしの間隔Sbが最も長く、赤色のLEDチップ36rどうしの間隔Srが中間的な間隔となる。その結果、このような発光素子28を用いた場合には、各発光素子28の導光プレート内における混色性だけでは十分でなくなり、発光素子28間で混色性が悪くなった。
(Embodiment 14)
When the
図36は本発明の実施形態14における発光素子32のLEDチップ配列を示す平面図である。この実施形態の発光素子32では、同数の赤色LEDチップ36rと緑色LEDチップ36gと青色LEDチップ36bを一定ピッチで、端からLEDチップ36g、LEDチップ36r、LEDチップ36bの順序を繰り返すように配列している。よって、発光素子32の両端のLEDチップは異なる発光色となっている。従って、図36における左の発光素子32の右端に位置するLEDチップ36bと右の発光素子32の左端に位置するLEDチップ36gとの距離Sが各LEDチップの配列ピッチと等しくなるように発光素子32どうしを並べれば、発光素子32間における緑色のLEDチップ36gどうしの間隔Sgと、青色のLEDチップ36bどうしの間隔Sbと、赤色のLEDチップ36rどうしの間隔Srとが等しくなり、発光素子32間での混色性が改善される。
FIG. 36 is a plan view showing an LED chip array of the
次に、上記のような発光素子32を幅方向にも疎に配置する場合を考えると、図37のようになる。図37では発光素子32を幅方向で同じように配置しているが、このような配置によれば、赤色のLEDチップ36rの列、青色のLEDチップ36bの列、緑色のLEDチップ36gの列が生じ、面照明装置31の発光面に縞状の色むらが発生する。
Next, when considering the case where the
このような色むらを解消するためには、図36のような非対称な発光素子32を用い、図38に示すように一列毎に発光素子32の向きを180度回転させて一列置きに発光素子32の向きが揃うようにすればよい。図38の場合、赤色のLEDチップ36rの列だけが生じているが、一列に並ぶのが赤色だけになるので、縞状の色むらが改善される。
In order to eliminate such color unevenness, an asymmetrical
あるいは、図39に示すように、一列置きに発光素子32をLEDチップ配列の1ピッチ分ずつ長手方向にずらすようにして発光素子32を千鳥配置すればよい。この方法によれば、いずれの色のLEDチップも一列に並ばなくなるので、縞状の色むらを解消する効果が高い。
Alternatively, as shown in FIG. 39, the
(実施形態15)
次に、各発光色のLEDチップ36r、36g、36bの配置方法について説明する。赤色のLEDチップ36r、緑色のLEDチップ36g及び青色のLEDチップ36bの明るさは、実際には等しくないので、同数ずつ用いた場合には色バランスが取れなくなる。よって、面照明装置31の白色度合い(ホワイトバランス)を調整するためには、各LEDチップ36r、36g、36bの光量に応じてLEDチップの比率を決めることが望ましい。例えば、図40に示す発光素子32(実施形態15)では、比較的最大定格が大きく、青色のLEDチップ36bや緑色のLEDチップ36gのほぼ2倍の光量を出射させることのできる赤色のLEDチップ36rを用いているので、3個の赤色LEDチップ36rと6個の緑色LEDチップ36gと6個のLEDチップ36bによって発光素子32と導光プレート40によって発光素子32を構成している。このような発光素子32を用いれば、発光素子32におけるLEDチップ使用個数を少なくでき、信頼性(寿命)が向上する。
(Embodiment 15)
Next, a method of arranging the
(実施形態16)
図41は本発明の実施形態16による発光素子32とその配置を表わした図である。面照明装置31内での同じ発光色の列をなくし混色性を良好にするためには、発光素子32の中央にLEDチップを置かず、発光素子32内に各色偶数個のLEDチップ36r、36g、36bを等間隔で非対称に配列することが好ましい。図41の例では、4個の赤色LEDチップ36rと6個の緑色LEDチップ36gと6個の青色LEDチップ36bをこのように配置している。
(Embodiment 16)
FIG. 41 is a diagram showing a
また、このような発光素子32をX方向及びY方向に配列する場合には、図41に示すように、それぞれの列でX方向には同じ向きに揃えて発光素子32を並べ、Y方向では一列ごとに発光素子32の向きを180°回転させて配置する。このように配置することにより、X方向にもY方向にもほぼ同等の間隔で赤色のLEDチップ36rと緑色のLEDチップ36gと青色のLEDチップ36bが分布するので、面照明装置31の色むらを改善することができる
When such
(実施形態17)
図42は本発明の実施形態17による発光素子におけるLEDチップの配置を示す平面図である。実施形態17の発光素子32は、Y方向における混色性を良好にするために、発光素子32内にY方向に複数列のLEDチップを並べたものである。このときY方向で間隔をあけてLEDチップ36r、36g、36bを配置すると、導光プレート40の裏面における屈折のために色が分離してしまい、混色性が悪くなる恐れがあるので、各LEDチップ36r、36g、36bは、できるだけ導光プレート40のX方向に平行な中心軸に寄せて配置することが望ましい。
(Embodiment 17)
FIG. 42 is a plan view showing the arrangement of LED chips in the light emitting device according to Embodiment 17 of the present invention. In the
混色性を高めるという意味では、各列のLEDチップ36r、36g、36bどうしを近づけて密集させることが望ましいが、あまりLEDチップ36r、36g、36bどうしを接近させると、隣接するLEDチップ36r、36g、36bによる吸収が大きくなり、光利用効率が低下する。このような隣接するLEDチップ36r、36g、36bどうしによる吸収を小さくするためには、図43に示すように、LEDチップ36r、36g、36bを千鳥状にして複数列に配置することが好ましい。
In terms of improving color mixing, it is desirable that the
また、隣接するLEDチップ36r、36g、36bによる光の吸収を抑制するためには、図44に示すように、各LEDチップ36r、36g、36bを凹状をした反射カップ48内に納めて基板39上に実装し、隣接するLEDチップ36r、36g、36bどうしを反射カップ48で遮光するようにすればよい。そのため、LEDチップ36r、36g、36bの配置は、X方向でもY方向でも、少なくとも反射カップ48を作製できるだけの間隔を空けておくことが望ましい。
Further, in order to suppress the absorption of light by the
(実施形態18)
図45(a)(b)は本発明の実施形態18を説明するための図である。発光素子32を面照明装置31内に配置する場合、X方向においては、配線などの関係で発光素子32間に幅Kが比較的広いスペースを設けなければならない場合がある。このような場合、図45(a)に示すように、X方向で隣接する発光素子32どうしの間でLEDチップ間の隙間が大きくなり、この部分で光量が少なくなり、暗くなることがある。
(Embodiment 18)
45 (a) and 45 (b) are diagrams for explaining the eighteenth embodiment of the present invention. When the
図45(b)は、発光素子32間に比較的広いスペースが生じる場合でも、そのスペース部分で光量が少なくならないようにした本発明の実施形態18である。実施形態18では、発光素子32内の中央部では隣接するLEDチップどうしの距離を大きくし、端部分で隣接するLEDチップどうしの距離を小さくしている。その結果、発光素子32の中央部では発光密度が抑えられ、端部分で発光密度が大きくなるので、発光素子32間においても光量不足となるのを防ぐことができる。
FIG. 45B shows an embodiment 18 of the present invention in which the amount of light is not reduced in the space portion even when a relatively wide space is generated between the
なお、隣接する発光素子32間のスペース部分で光量が不足するのを防止する方法としては、発光素子32内の端部分に位置するLEDチップほど面積の大きなチップを用いて大きな電流を流せるようにし、発光素子32の端で発光量が大きくなるようにしてもよい。
In addition, as a method for preventing the light amount from being insufficient in the space portion between the adjacent
また、面照明装置31の面積やサイズが大きくなる場合には、これまで説明したようなLEDチップ配置を広げて同様な配置でLEDチップを配置すればよい。しかし、用途によっては、高輝度の面照明装置31や薄型の面照明装置31などが要求される場合がある。
Moreover, when the area and size of the
高輝度用途の面照明装置31を設計したい場合には、発光素子32内のLEDチップ数を増加させたり、各LEDチップへの投入電力を増加させたりすればよいが、所定の発光素子32を用いて高輝度化したい場合には、Y方向における発光素子32の配列ピッチを小さくし、実装する発光素子32の数を増やせばよい。その際には、発光素子32から幅方向へ出射された光の重なり度合いが大きくなるので、導光プレート40の裏面に形成された凸部42の頂角を鈍角にして発光素子32による照射範囲を狭くすれば、光の重なり度合いを小さくできると共に輝度の均一性も維持できる。
When it is desired to design the
また、面照明装置31を薄型化する場合、発光素子32の厚みを薄くすると、各発光素子32から出射された光の重なり度合いが少なくなるので、発光素子32間の領域が暗くなる。このような不具合を抑制するためには、Y方向における発光素子32の配列ピッチを狭くすればよいが、同じ配列ピッチであっても、導光プレート40の背面の凸部42の頂角を鋭角にして照射範囲を拡げれば、面照明装置31における輝度の均一性を維持できる。
Further, when the
(実施形態19)
図46は本発明の実施形態19による面照明装置31を説明する概略図である。実施形態19の面照明装置31にあっては、X方向及びY方向に並べて配列された発光素子32どうしを仕切り壁49によって仕切っている。このように発光素子32間を仕切り壁49によって仕切っておけば、液晶表示パネルの画像に応じて面照明装置31をエリア毎に駆動、点灯、消灯を制御することができるので、消費電力の削減や動画特性(動画ボケ)などを改善することができる。
(Embodiment 19)
FIG. 46 is a schematic diagram for explaining a
発光素子32間の隙間はX方向では比較的狭いので、Y方向に平行に配置される仕切り壁49としては、図47(a)に示すような板状のものを用いればよい。また、発光素子32間の隙間はY方向では比較的広いので、X方向に平行に配置される仕切り壁49としては、図47(b)に示すような傾斜面を有するものを用い、傾斜面で光を前方へ反射させるようにすることが望ましい。
Since the gap between the
(実施形態20) (Embodiment 20)
図48(a)は本発明の実施形態20による発光素子32のX方向に沿った断面を示す断面図、図48(b)はそのY方向に沿った断面を示す断面図である。実施形態20の発光素子32においては、高反射率成形樹脂(例えば白色樹脂)によって成形されたパッケージ50の内面上部に複数個のカップ形状をした窪み51を形成し、これらの窪み51にそれぞれのLEDチップ36r、36g、36bを納めて実装し、さらに各窪み51にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の封止樹脂37を充填して各LEDチップ36r、36g、36bを封止している。パッケージ50内の両側面には段部52が形成され、パッケージ50内の両端面には爪差し込み孔53が形成されている。導光プレート40は、その両端に設けた爪54をパッケージ50の爪差し込み孔53に差し込むと共に下面両側部をパッケージ50の段部52に載置することにより、封止樹脂37から離してパッケージ50の上面に固定されている。
FIG. 48A is a cross-sectional view showing a cross section along the X direction of the
導光プレート40とパッケージ50とは、パッケージ50内に封止樹脂37等を充填して接着固定する方法もあるが、そのような方法では封止樹脂37等を硬化させるために導光プレート40も高温(150℃前後)条件下に置かなければならず、導光プレート40の耐熱性が必要以上に要求され、導光プレート40のコストが高くついたり、光学的特性(透過率など)が悪くなったりする恐れがある。これに対し、実施形態20の発光素子32では、パッケージ50と導光プレート40の間に封止樹脂37を充填せず、封止樹脂37と導光プレート40の下面との間に空間を形成しているので、封止樹脂37を硬化させた後で導光プレート40をパッケージ50に取り付けることができ、導光プレート40に必要以上の耐熱性が必要となったりする不具合を解消することができる。
There is a method in which the
また、実施形態20の発光素子32では、カップ形状をした窪み51にLEDチップ36r、36g、36bを配置しているので、LEDチップ36r、36g、36bから出射された光が隣接するLEDチップ36r、36g、36bに入射して吸収されるのを防ぐことができ、光の損失を低減することができる。
In the
(実施形態21)
図49(a)は本発明の実施形態21による発光素子32(導光プレート40は省略している。)のX方向に沿った断面を示す断面図、図49(b)はそのY方向に沿った断面を示す断面図である。実施形態21の発光素子32では、パッケージ50内でLEDチップ36r、36g、36bを封止している封止樹脂37の表面を凸レンズ状に形成している。この実施形態では、封止樹脂37の表面をレンズ形状にしているので、発光素子32から出射される光の、特にY方向での取り出し効率を向上させることができ、また幅方向(Y方向)において光を広い範囲に広げることができる。
(Embodiment 21)
FIG. 49A is a cross-sectional view showing a cross section along the X direction of the light emitting element 32 (the
レンズ形状の封止樹脂37は、別途成形によって球面レンズ状に形成してもよいが、未硬化の樹脂をパッケージ50の窪み51にポッティングして表面張力でレンズ状にし、その後に硬化させたほうが、コストダウンのために好ましい。その際、表面張力で封止樹脂37を球面レンズ形状にするためには、図50に示すように、窪み51の両側に樹脂止め用の壁55を設けるのがよい。
The lens-shaped sealing
また、X方向での混色性を向上させるためには、各窪み51毎に樹脂をポッテイングするのでなく、図49に示すように、パッケージ50全体で一括して樹脂封止し、各窪み51内の封止樹脂37がX方向でつながるようにするのが良い。こうすることでポッティング形状のばらつきなども低減でき、さらに封止樹脂37内でも光が拡散し、混色性が向上する。さらに、この拡散度合いを増加させるためには、封止樹脂37内に拡散材を分散させておいてもよい。
In addition, in order to improve the color mixing property in the X direction, resin is not potted for each
(実施形態22)
図51は発光素子32におけるLEDチップ36r、36g、36bの配線方法を示す概略図である。各LEDチップ36r、36g、36bは、パッケージ50の内部で電気的配線を施すことにより、一対のリード端子56rに赤色のLEDチップ36rを接続し、一対のリード端子56gに緑色のLEDチップ36gを接続し、一対のリード端子56bに青色のLEDチップ36bを接続している。
(Embodiment 22)
FIG. 51 is a schematic view showing a wiring method of the
しかしながら、図51のような構造であると、発光素子32の内部が複雑な構造になったりする。そのため実施形態22の発光素子32では、図52(a)(b)に示すように、各々のLEDチップ36r、36g、36bに対してれぞれ一対のリード端子56を設けている。このようにひとつのLEDチップに対してそれぞれ一対のリード端子56を設けるようにすれば、LEDチップにばらつきがあっても各LEDチップに印加する電流を個々に調整することができる。
However, in the structure as shown in FIG. 51, the inside of the
(実施形態23)
図53は本発明の実施形態23による発光素子32の構造を示す断面図である。また、図54は実施形態23による発光素子32の分解図及び導光プレート40の一部を示す平面図である。この実施形態においては、図54に示すように、パッケージ50の外周部上面に複数本の熱かしめ用突起57を突設してあり、導光プレート40の対向する位置に熱かしめ用孔58が設けられている。しかして、発光素子32を組み立てる際には、パッケージ50内に各光源38r、38g、38bを実装し終わった後、熱かしめ用孔58に熱かしめ用突起57を挿通させてパッケージ50の上に導光プレート40を置き、ついで熱かしめ用突起57に熱を加えて押し潰す。よって、図53に示すように、導光プレート40はパッケージ50の上に熱かしめ用突起57によって固定される。この方法によれば、導光プレート40が不測にパッケージ50から外れる恐れがない。
(Embodiment 23)
FIG. 53 is a cross-sectional view showing the structure of the
また、図55に示すように、導光プレート40の下面のうちパッケージ50の段部52に載置される部分には、凸部42を設けることなく平坦面としておくことが望ましい。段部52に乗る部分を平坦面とすれば、導光プレート40の固定精度が向上して導光プレート40の位置が安定する。さらに、このように導光プレート40の裏面に平坦面を設けておけば、導光プレート40の成形時に成形された導光プレート40をエジェクトピンによって突き出すための突き出し部分としても利用することができる。この際、導光プレート40の表面の周辺部分には凹部41を設けないようにすることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 55, it is desirable that a portion of the lower surface of the
(その他)
図示しないが、LEDチップ36r、36g、36bの配置方法としては、以下のような方法も考えられる。面照明装置31に高輝度や低消費電力がより要求される場合には、青色LEDチップと蛍光体(黄色)とを組み合わせた発光効率の高い擬似白色LEDを光源として用いてもよい。例えば、多数個の赤色光源38r、緑色光源38g、青色光源38bを実装したなかに適宜擬似白色LEDを配置しておけばよい。さらに、色再現性などが特に要求されない場合には、各光源38r、38g、38bの代わりにすべて擬似白色LEDを用いてもよい。
(Other)
Although not shown, the following methods are also conceivable as an arrangement method of the
また、赤色、緑色、青色の色ばらつき等が無いことを要求される場合には、紫外光LEDチップと赤緑青の蛍光体とを組み合わせた光源を用いてもよい。例えば、多数個の赤色光源38r、緑色光源38g、青色光源38bを実装したなかに適宜紫外線LEDチップと赤緑青の蛍光体からなる光源を配置すればよい。
In addition, when it is required that there is no color variation of red, green, and blue, a light source that combines an ultraviolet LED chip and red, green, and blue phosphors may be used. For example, a light source composed of an ultraviolet LED chip and red, green, and blue phosphors may be appropriately disposed in a large number of
また、色彩の広い範囲にわたって色再現性を要求される場合には、赤色のLEDチップ36r、緑色のLEDチップ36g、青色のLEDチップ36bの発光波長域と異なる波長のLEDチップを混在して用いてもよい。通常は、赤色のLEDチップ36rとしては中心波長が620nm程度、緑色のLEDチップ36gとしては中心波長が530nm程度、青色のLEDチップ36bとしては中心波長が465nm程度のものを用いるが、より真紅に近い中心波長が620nmよりも長い波長のLEDチップを混在させたり、あるいは、より紫外に近い中心波長が465nmよりも短い波長のLEDチップを混ぜたりしてもよい。また、LEDチップ36rの赤色光とLEDチップ36gの緑色光との中間の波長のLEDチップを混在させたり、LEDチップ36bの青色光とLEDチップ36gの緑色光との中間の波長のLEDチップを混在させたりしても、色再現性の良好な範囲が広くなる。
When color reproducibility is required over a wide range of colors, LED chips having wavelengths different from the emission wavelength range of the
LEDチップの実装数に関して言えば、基本的に、LEDチップの実装数が増加すれば、発光素子32のパッケージサイズなども大きくなるため、発光素子32の単価は高くなる。また、1パッケージに大量のLEDチップを実装していると、点灯させたときにLEDチップから発生する熱による輝度の劣化、色変化が大きくなる。さらに、LEDチップの実装数が増加すると、発光素子32のパッケージや導光プレート40が大きくなる(特に、X方向の長さが長くなる)ことによる、発光素子32の反りなど生産上の問題が生じる。しかし、バックライトなど多数のLEDチップ乃至光源を必要とする用途では、バックライトユニットにするための組立費や配線、基板などのコストも重要となるため、できるかぎりパッケージ数が少ない方がコスト的に望ましい。よって、発光素子32におけるLEDチップの実装数は、面照明装置31の用途などに応じて適当な数にすることが望ましい。
With regard to the number of LED chips mounted, basically, as the number of LED chips mounted increases, the package size of the
例えば、面照明装置31をバックライトとして用いる場合には、輝度劣化や色変化の要求が厳しいので、温度変化を10℃程度以下に抑えることが望ましい。よって、この場合には、放熱性の良いパッケージ(例えば、ヒートシンクとして作用する基板を用いたパッケージ)を用いたとすれば、発光素子32への投入電力は1.5W以下にすることが好ましい。例えば、一つの発光素子32に15個のLEDチップを実装し、1個のLEDチップに0.1W程度の電力を供給すればよい。
For example, when the
また、発光素子32のX方向における長さは、反りなどが発生しない程度で、かつ、なるべく大きい範囲を照射できるように60mm前後とすることが望ましい。なお、LEDチップの実装数や発光素子32の大きさは、バックライトに要求される輝度(明るさ)や面積などによりいろいろな組み合わせが考えられる。
In addition, the length of the
31 面照明装置
32 発光素子
33 拡散部材
35 反射部材
36b LEDチップ
36g LEDチップ
36r LEDチップ
38b 青色光源
38g 緑色光源
38r 赤色光源
40 導光プレート
41 凹部
42 凸部
44 プリズムシート
45 偏光シート
46 拡散領域
47 透明部材
48 反射カップ
49 仕切り壁
50 パッケージ
52 段部
53 爪差し込み孔
54 爪
55 壁
56、56r、56g、56b リード端子
57 熱かしめ用突起
58 熱かしめ用孔
Lb 青色光
Lg 緑色光
Lr 赤色光
31
Claims (22)
前記導光プレートは、前記光源と対向する面に、前記光源から入射する光を当該発光素子の短手方向側で指向特性が広がるように屈折させると共に、その反対側の面で反射した光を全反射させるための第1の光学面を有し、前記光源と対向する面と反対側の面に、前記光源から入射した光の一部を反射させ、残りの光を透過させることによって当該発光素子の短手方向側へ指向特性の広がった光を出射する第2の光学面を有していることを特徴とする発光素子。 A light emitting device having a long shape in one direction, in which a plurality of light sources are arranged along the longitudinal direction, and a light guide plate is disposed so as to cover all the light sources so as to face the light emitting direction of each light source. There,
The light guide plate refracts the light incident from the light source on the surface facing the light source so that the directivity characteristics spread on the short side of the light emitting element, and reflects the light reflected on the opposite surface. A first optical surface for total reflection, and a part of the light incident from the light source is reflected on a surface opposite to the surface facing the light source, and the remaining light is transmitted to thereby emit the light. A light-emitting element having a second optical surface that emits light having wide directivity toward the short side of the element.
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