JP2017062869A - 面状ライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率が良好でありながら導光板に対するＬＥＤの位置決め精度を高くしないで済む面状ライトユニットを提供する。
【解決手段】サイドライト型の面状ライトユニット４０において、ＬＥＤ１０では実装基板１４の側面に実装したＬＥＤダイを封止する封止部材１２が上下に反射部材１１、１３を備え、封止部材１２の前面１２ａと横方向の側面１２ｂが露出し、導光板４１にはＬＥＤ１０を収納する矩形状の切欠部４５及び切欠部４５の横の反射部４４が設けられている。ＬＥＤ１０の横方向に放射された光を反射部材で反射させることにより光を横方向に広げているため、損失が減り高輝度化が達成され、ＬＥＤ１０の位置決めも容易になる。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶パネル等に使用される面状ライトユニットに関し、さらに詳しくは、ＬＥＤの発光を導光板の側端面に入射させ、導光板の出射面から出射させるサイドライト方式の面状ライトユニットに関する。

面状ライトユニットでは高輝度化が継続的な課題となっており、この課題に対し様々な手法が適用されている。このなかで例えば特許文献１に示されるように、導光板の側端部に切り欠きを設け、この切り欠きにＬＥＤを収納し、ＬＥＤの発光を効率よく導光板に入射させるようにすることがある。

そこで特許文献１の図２を図７に再掲示し、その構造を説明する。図７は発光装置１０１（面状ライトユニット）に含まれる導光体１１２（導光板）とＬＥＤチップ１１１（ＬＥＤ）の関係を示す平面図である。導光体１１２は、ＬＥＤチップ１１１の搭載位置に面して凹部状の切欠部１１２ａが形成されており、ＬＥＤチップ１１１の左右には反射面１１２ｂがある。ＬＥＤチップ１１１は凹部状の切欠部１１２ａの中心になるように位置決めされ、ＬＥＤチップ１１１を搭載した基板１１１ａが凹部状の切欠部１１２ａを塞ぐように取り付けられる。また凹部状の切欠部１１２ａ内にはゲル状シリコーン樹脂１１５が充填され、ＬＥＤチップ１１１と導光体１１２の光入射部との間に隙間が生じないようにしている。

このようにして発光装置１０１は、ＬＥＤチップ１１１からの出射光を導光板１１２に効率良く入射させることにより高輝度化を図っている。

特開２００７−３１７６２１号公報 （図２）

しかしながら図７に示したような面状ライトユニット（発光装置）であっても、導光板やＬＥＤのパッケージにまつわる損失が存在し、導光板への入射効率の向上に基づく光輝度化だけで充分であるとは言えないという課題がある。

また図７に示した面状ライトユニットでは、導光板の切欠部が半円状であるため、基板１１１ａから導光板１１２の出射面（図の上側の領域）に向かう方向に対称軸を持ち、ＬＥＤチップ１１１が正確に対称軸を共通にするように配置されないと出射面における発光輝度の分布に不均一が生ずる。つまり図７で示したような面状バックライトは、導光板の切欠部が半円状をはじめとして三角形状、五角形状である場合、ＬＥＤチップ１１１から出射面に向かう光が切欠部１１２ａの入射面で屈折し、図の左右方向に広がるとしても、切欠部１１２ａの対称軸に対するＬＥＤ１１１の位置決めが高い精度を必要とするという課題もある。

そこで本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、発光効率が良好でありながら導光板に対するＬＥＤの位置決め精度を高くしないで済む面状ライトユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の面状ライトユニットは、ＬＥＤと導光板を備えるサイドライト型の面状ライトユニットにおいて、
前記導光板の出射面に対し外部に向かって垂直な方向を上、前記ＬＥＤから前記出射面に向う方向を縦とした場合、
前記ＬＥＤは、実装基板の側面に実装したＬＥＤダイを封止する封止部材の上下に反射部材を備え、前記封止部材の横方向と縦方向の側面が露出し、
前記導光板は、前記ＬＥＤを収納する矩形状の切欠部、及び前記切欠部の横に隣接し、前記切欠部から離れるにしたがって側面が前記出射面に近づく反射部が設けられている
ことを特徴とする。

ＬＥＤに含まれるＬＥＤダイから放射される光線は、封止部材の上下にのみに配置された反射部材により、ＬＥＤから縦方向に出射するとともに横方向にも出射する。ＬＥＤの縦方向に出射した光線は、切欠部の横方向に延びる辺（側面）から導光板に入射し、全反射を繰り返しながら導光板内を出射面方向に伝搬し、出射面から上側に出射する。ＬＥＤの横方向に出射した光線は、切欠部の縦方向に延びる辺から導光板に入射し、切欠部の横方向に隣接する反射部で反射し、全反射を繰り返しながら導光板内を出射面方向に伝搬し、出射面から上側に出射する。

前記ＬＥＤは、前記実装基板の下面に電極を設け、前記実装基板の前記下面がフレキシブルプリント基板に接続していても良い。

前記封止部材は、蛍光体微粒子を混入させた蛍光樹脂であっても良い。

本発明の面状ライトユニットでは、ＬＥＤが縦方向（ＬＥＤから導光板の出射面に向かう方向）ばかりでなく横方向にも光を出射している。これはＬＥＤに備えられた封止部材の上方向（導光板の出射面に垂直な方向）と下方向にのみ反射部材が配置され、封止部材の横方向には反射部材がないからである。つまり封止部材の周囲を反射部材が取り囲むＬＥＤに比べ、本発明の面状ライトユニットに含まれるＬＥＤは、横方向の反射部材による損失が存在しないため出射効率が向上する。さらに本発明の面状ライトユニットでは、ＬＥＤから横方向に出射し、導光板の矩形状の切欠部から導光板に入射した光を反射部で出射面側に向け、効率よく光を横方向に広げられるためいっそう発光効率の改善が図られる。

また本発明の面状ライトユニットにおいて、切欠部のなかでＬＥＤの位置が多少ずれても、切欠部が矩形であり、縦方向に延びる辺（側面）に入射する光線はＬＥＤの横方向の側面にから出射した光なので、切欠部の当該側面に入射する光の総量は大きく変化しない。この結果、導光板の出射面における輝度ムラが生じにくくなる。

以上、本発明の面状ライトユニットは、発光効率が良好でありながら導光板にたいするＬＥＤの位置決め精度がゆるくてよい。

本発明の第１実施形態として示す面状ライトユニットに含まれるＬＥＤの斜視図。 図１に示すＬＥＤの平面図。 図１に示すＬＥＤの発光特性を示すグラフ。 本発明の第１実施形態として示す面状ライトユニットの平面図。 図４に示す面状ライトユニットの平面図。 本発明の第２実施形態として示す面状ライトユニットの平面図。 従来の面状ライトユニットの平面図。

以下、添付した図１〜６を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。

（第１実施形態）
まず図１により本発明の第１実施形態の面状ライトユニット４０（図４参照）に含まれるＬＥＤ１０の外観について説明する。図１はＬＥＤ１０の斜視図である。図１において実装基板１４の一側面に封止部材１２が接着している。ここで実装基板１４に対し封止部材１２が前方にあるものとする。封止部材１２の上面には板状の反射部材１１が貼り付けられており、同様に封止部材１２の下面にも板状の反射部材１３が貼り付けられている。また封止部材１２の前方の側面（前面１２ａ）及び横方向の側面１２ｂでは、反射部材がなく封止部材１２が露出している。

実装基板１４の後方には電極１５、１６、１７が存在する。電極１７についてその一部が図示されているように、電極１５、１６、１７は後方の側面ばかりでなく実装基板１４の下面にも存在する。実装基板１４の前方の側面には、封止部材１１により被覆されているため図示していないＬＥＤダイ２個が実装されている。この２個のＬＥＤダイはアノードを電極１６に共通接続し、それぞれのカソードを電極１５、１７に接続している。

封止部材１２はシリコーンに蛍光体微粒子を混練した蛍光樹脂であり、ＬＥＤダイの青発光の一部を波長変換し、ＬＥＤ１０の発光色を白色化する。反射部材１１、１３は白色の樹脂である。実装基板１４も樹脂である。電極１５、１６、１７は銅上にニッケルと錫層を備える金属である。ＬＥＤ１０は横幅が２．３ｍｍ、上下の幅が０．６ｍｍ、前後の幅が０．９５ｍｍである。

次に図２によりＬＥＤ１０が放射する代表的な光線を示し、これにあわせて今後の説明で使用する方向を定義する。図２は図１に示したＬＥＤ１０の平面図である。図２においてＬＥＤ１０は前方に光線Ａを出射するのと同時に横方向にも光線Ｂを出射する。言い換えるとＬＥＤ１０では、封止部材１２（図１参照）の横方向の側面１２ｂ（図１参照）に反射部材を設けないことにより横方向に光線Ｂを出射させている。なお、封止部材１２の前面１２ａ（図１参照）から出射する光線群は出射方向が分布するが、その代表として前面１２ａの中心から前面１２ａに垂直に出射する光線を光線Ａとした。同様に封止樹脂１２の横方向の側面１２ｂから出射する光線群も分布するが、その代表として側面１２ｂから垂直に出射する光線を光線Ｂとした。また今後の説明では、光線Ａの方向を縦、光線Ｂの方向を横とし、紙面に垂直な方向を上とする。また紙面に水平で光線Ａから測った角度をθとする。

次に図３によりＬＥＤ１０の発光特性を説明する。図３は図１に示したＬＥＤ１０の発光特性を示すグラフである。図３において縦軸が相対強度（％）、横軸が図２に示した角度θである。曲線３０は、角度θが０°のときの発光強度を１００％としたときのＬＥＤ１０の発光特性を示し、角度θをパラメータとして発光強度と角度θの関係を示している。ＬＥＤ１０の発光特性としては、曲線３０が示すように発光強度が半減する角度θが６７°であり、ＬＥＤ１０の後方（角度θが９０°を超える範囲）にも光を放射しているという特徴がある。

図３において曲線３１は比較用に示した一般的なＬＥＤの発光特性を示している。一般
的なＬＥＤの発光特性でも角度θが０°の時の発光強度を１００％としており、角度θが６０°のときに発光強度が半減する。ＬＥＤ１０と一般的なＬＥＤの特性を示す曲線３０、３１を比較すると、ＬＥＤ１０は一般的なＬＥＤに対し相対強度が半減する角度θが７°程度広がり、後方にも光を放射するようになっている。なお一般的なＬＥＤとは、ＬＥＤ１０に対し封止樹脂１２（図１参照）の横方向の側面１２ｂ（図１参照）も反射部材で覆ったものである。

このグラフでは相対強度で発光特性を示しているため、ＬＥＤ１０が一般的なＬＥＤに対しどの程度発光強度が大きくなったか判然としない。しかしながら概ね一ＬＥＤ１０と一般的なＬＥＤとは角度θが０°のときの発光強度が等しくなると考えてよいため、一般的なＬＥＤの発光強度に対しＬＥＤ１０の発光強度は増加し、その増分は曲線３１と曲線３０の差になる。このように一般的なＬＥＤよりＬＥＤ１０の発光強度が大きくなる主な理由は、ＬＥＤ１０が封止部材１２の横方向の側面に反射部材がない（図１参照）ためであり、一般的なＬＥＤの横方向の側面で起きていた反射部材による損失がなくなっているからである。

次に図４により面状ライトユニット４０について説明する。図４は面状ライトユニット４０の平面図である。なお面状ライトユニット４０では、導光板等を支持するフレームや、導光板４１の出射部４２上に配置される光学シート、導光板４１の出射部４２に下面に配置される反射板を図示していない。

図４に示すように導光板４１は、上面が出射面となる出射部４２と、出射部４２に隣接する連結部４３とを備えている。連結部には矩形状の切欠部４５があり、切欠部４５毎に切欠部４５の左右に隣接した反射部４４がある。反射部４４では、隣接する切欠部４５から離れるにしたがって側面が出射部４２に近づく（図中では斜辺として表示されている）。

各切欠部４５にはＬＥＤ１０が一個ずつ配置されている。ＬＥＤ１０の前面１２ａ（図１参照）は切欠部４５の横方向に延びる側面（図４では辺として表示されている）と対向し、ＬＥＤ１０の横方向の側面１２ｂ（図１参照）は切欠部４５の縦方向に延びる側面と対向している。またＬＥＤ１０はフレキシブルプリント基板４６上に実装されており、このフレキシブルプリント基板４６の一部に導光板４１の連結部４３の一部が積層している。なお面状ライトユニット４０では、ＬＥＤ１０を小型化することにより、導光板４１の連結部４３に配置するＬＥＤ１０を３個にまで増加させており、面状ライトユニット４０の発光量を増加させている。またフレキシブルプリント基板４６の上下を反転し、連結部４３の一部にフレキシブルプリント基板４６が積層するようにしても良い。このときＬＥＤ１０はフレキシブルプリント基板４６の下側に配置されている。

次に図５により面状ライトユニット４０の発光に状況について説明する。図５は面状ライトユニット４０を模式的に描いた平面図である。図５では、ＬＥＤ１０の前面１２ａ（図１参照）から出射する光線の代表例として光線Ｌ１、Ｌ２、及びＬＥＤ１０の横方向の側面１２ｂ（図１参照）から出射する光線の代表例として光線Ｌ３を記載している。光線Ｌ１、Ｌ２は、ＬＥＤ１０の前面１２ａから出射したのち切欠部４５の横方向に延びる側面から導光板４１に入射し、連結部４３を通過して出射部４２に向かう。光線Ｌ３は、ＬＥＤ１０の横方向の側面１２ｂから出射したのち切欠部４５の縦方向に延びる側面から導光板４１に入射し、反射部４４で反射してから連結部４３を通過して出射部４２に向かう。

出射部４２では下面に凹凸が存在し、導光板４２内を全反射しながら伝搬する光線Ｌ１〜Ｌ３の方向を変え、出射部４２の上面（出射面）から出射させる。なお凹凸により伝搬
方向を変えられた光線Ｌ１〜Ｌ３は、一部が直接的に出射面に向かい、一部はいったん下方向に向かってから図示していない反射板で反射し出射面に向かう。また凹凸の密度は出射面において輝度が均一になるよう調整されている。

面状ライトユニット４０では、前述のようにＬＥＤ１０の横方向の側面１２ｂから損失の少ない状態で光（光線Ｌ３等）が出射していること、及びこの光が反射部４４で全反射してから出射部４２に向かうことにより出射面における輝度が高くなる。さらにＬＥＤ１０から横方向に光（光線Ｌ３等）を出射させ早い段階で光を横方向に広げることができるため、出射部４２に暗部（光線密度の著しく低い部分）が現れなくなる。この結果、暗部を目立たないように光線密度の高い部分の凹凸（前述の出射部４２の下面に形成する凹凸）を減らし無理に出射効率を下げるというような対策が不要になることも面状ライトユニット４０の高輝度化に寄与する。

また同様の理由から面状ライトユニット４０は出射面における輝度を簡単に均一化できる。なお反射部４４で光が反射するとき、前述のように反射部４４に向かう光線群は進行方向について分布があるため、反射部４４は反射光を均質に散らすよう機能している。

更に面状ライトユニット４０ではＬＥＤ１０に横方向の側面１２ｂから光を出射させているため早い段階で光が横方向に広がっている。このため前方にのみ光を出射する一般的なＬＥＤを採用する場合に比べ面状ライトユニット４０は連結部４３を縦方向に短くできる。このことにより液晶表示装置等の額縁部分を小さくできる。例えば液晶表示装置に含まれる液晶パネルの表示に使われない部分と連結部４３とを積層すると良い

また面状ライトユニット４０では光線Ｌ１と光線Ｌ３が同じ色味となるよう配慮しなければならない。つまり光線Ｌ１の波長分布と光線Ｌ３の波長分布を等しくする。このためには例えば、封止樹脂１２（図１参照）内の蛍光微粒子の密度を均一化し、封止樹脂１２内においてＬＥＤダイから発しＬＥＤ１０を出射するまでの光線Ｌ１の光路長と光線Ｌ３の光路長とを等しくすると良い。

また切欠部４５においてＬＥＤ１０が多少横方向にずれても、ＬＥＤ１０の横方向の側面１２ｂ（図１参照）から出射した光（光線Ｌ１等）はほとんど切欠部の縦方向に延びる側面に入射するので、出射面における輝度について均一性に大きな影響がでない。つまり導光板４１に光が入射するとき、図７に示した従来例のように屈折を利用して光を横方向に広げる場合に比べて、面状ライトユニット４０ではＬＥＤ１０の発光時点で光が横方向に広がっている結果、屈折の影響がほとんどなく、位置ずれによる輝度の不均一が現れにくい。

（第２実施形態）
図１〜５で示した面状ライトユニット４０は３個のＬＥＤ１０を使用していた。前述のように面状ライトユニット４０では、ＬＥＤ１０が横方向の側面１２ｂ（図１参照）からも光を放射させながら導光板４１の反射部４４でその光を反射している。つまり光を効率よく横方向に広げているためＬＥＤ１０当たりの発光効率が改善している。この手法は発光輝度の減少を抑えながらＬＥＤ１０の個数を減らしたい場合にも有効である。そこで図６により本発明の第２実施形態としてＬＥＤ１０の個数を１個まで減らした面状ライトユニット６０について説明する。

図６は本発明の第２実施形態として示す面状ライトユニット６０の平面図であり、図５と同様に模式的に描いている。図６において面状ライトユニット６０に含まれる導光板６１には出射部６２と連結部６３があり、連結部６３には一個の切欠部６５がある。切欠部６５には１個のＬＥＤ１０が配置され、その左右には反射部６４がある。図５に示した反
射部４４に比べ、反射部６４は縦方向の長さは同程度であるが横方向が長くなっている。また連結部６３の縦方向も長くなっている。他の部材や構造、光線分布等は第１実施形態の面状ライトユニット４０に準じる。

輝度を上げるためにはＬＥＤ１０に供給する電流を増やしても良い。例えばＬＥＤ１０一個あたりに流す電流を２０ｍＡから６０ｍＡに増加させると、全光束が７ｌｍから２０ｌｍになった。なお発光量の増大にともない発熱量も増大するので、実装基板を熱伝導性の良い部材にしたり、高温でも発光特性の低下の少ない蛍光体微粒子を選択したりするのが好ましい。

１０…ＬＥＤ、
１１、１３…反射部材、
１２…封止樹脂、
１２ａ…前面、
１２ｂ…横方向の側面、
１４…実装基板、
１５、１６、１７…電極、
４０、６０…面状ライトユニット、
４１、６１…導光板、
４２、６２…出射部、
４３、６３…連結部、
４４、６４…反射部、
４５、６５…切り欠き部、
４６…フレキシブルプリント基板、
Ａ、Ｂ、Ｌ１、Ｌ２、ｌ３…光線。

Claims (3)

1. ＬＥＤと導光板を備えるサイドライト型の面状ライトユニットにおいて、
   前記導光板の出射面に対し外部に向かって垂直な方向を上、前記ＬＥＤから前記出射面に向う方向を縦とした場合、
   前記ＬＥＤは、実装基板の側面に実装したＬＥＤダイを封止する封止部材の上下に反射部材を備え、前記封止部材の横方向と縦方向の側面が露出し、
   前記導光板は、前記ＬＥＤを収納する矩形状の切欠部、及び前記切欠部の横に隣接し、前記切欠部から離れるにしたがって側面が前記出射面に近づく反射部が設けられている
   ことを特徴とする面状ライトユニット。
2. 前記ＬＥＤは、前記実装基板の下面に電極を設け、前記実装基板の前記下面がフレキシブルプリント基板に接続していることを特徴とする請求項１に記載の面状ライトユニット。
3. 前記封止部材は、蛍光体微粒子を混入させた蛍光樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の面状ライトユニット。

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