JP4430571B2 - Ｌｅｄ面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ面光源装置に関し、詳細には、異なる波長の単色光を出射する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）からの単色光を混合し白色光として使用するＬＥＤ面光源装置に関する。

液晶パネル等のディスプレイパネルの照明用バックライトとして、光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたＬＥＤ面光源装置が知られている。このようなＬＥＤ面光源装置には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の単色光を発する３種類のＬＥＤをセットにして用い、各ＬＥＤから発せられる単色光をミキシングすることによって白色光を作り出すタイプ（以下、「ＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置」と呼ぶ。）のものがある。

このようなＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置としては、高出力のＬＥＤを導光板の端面に対向させてアレイ状に配列してＬＥＤからの光を導光板の端面に入射させるエッジライト方式、高出力のＬＥＤを拡散板の直下に２次元に配列し拡散板によって光を拡散させる直下方式等がある。

本発明は、このような従来技術に基づいてなされたものである。

ＲＧＢ−ＬＥＤ面光源装置は、３種類の単色光をミキシングして白色光を得るバックライトであるので、単色光をミキシングするために単色光源であるＬＥＤの下流側に所定長のミキシング距離を確保する必要がある。

このため、エッジライト方式では、ミキシング距離を確保するためＬＥＤ光源を導光板の縁から外方に離して配置することが必要となり、ディスプレイの額縁の幅が広くなってしまうとともに、ディスプレイの中心まで光が届きにくくなり、比較的大型のディスプレイに適さないという問題が生じる。

一方、直下方式では、ミキシング距離を確保するためにＬＥＤ光源が拡散板から後方に離されて配置されるため、ディスプレイが厚くなってしまうという問題が生じている。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、十分なミキシング距離を確保しながら構造がコンパクトなＬＥＤ面光源装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、異なる波長の単色光を発光面に対して水平方向へ出射するＬＥＤモジュールから構成されたＬＥＤアレイ光源が所定間隔で並列配置されているＬＥＤアレイ光源群と、水平に配置された上面と該上面に対して傾斜して配置された下面とを備えたくさび形の断面形状を有し、厚い側の端面が第１単色光混合部材を介して前記各ＬＥＤアレイ光源に対向して配置された第１導光板と、水平に配置された下面と該下面に対して傾斜して配置された上面とを備えたくさび形の断面形状を有し、前記第１導光板の反対側で、厚い側の端面が第２単色光混合部材を介して前記各ＬＥＤアレイ光源に対向して配置された第２導光板と、前記ＬＥＤ光源および前記第１および第２単色光混合部材の上方に配置された遮光部材とを備え、前記第１導光板は傾斜して配置された下面が、前記第２導光板の傾斜して配置された上面と平行になるように構成されていることを特徴とするＬＥＤ面光源装置が提供される。

このような構成によれば、ＬＥＤ光源（あるいはＬＥＤアレイ光源）が、導光板の間に配置される構成となり、ＬＥＤ光源からの異なる波長の単色光は、単色光混合部材を通った後、端面から第１または第２の導光板に入射する。すなわち、単色光は、単色光混合部材内で導光板の表面に沿った方向に進みながらミキシングされ、導光板に側方から入射する。従って、面光源装置の厚さの増大を抑制しつつ、十分なミキシング距離をとることが可能となる。また、発光面に対し水平方向全方位に対して光出射するタイプのＬＥＤ光を効率良く入射できる。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＬＥＤは、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤと、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤと、青色の単色光を発する青色ＬＥＤを備えている。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記第１導光板の上面を覆う光拡散手段と、前記第２導光板の下面を覆う光反射手段と、を更に備えている。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記光拡散手段上に配置され、前記光拡散手段で拡散させた光を、前記第１導光板の上面に直交する方向に偏向させる光偏向手段を備えている。

本発明のＬＥＤ面光源装置によれば、十分なミキシング距離を確保しながら構造がコンパクトなＬＥＤ面光源装置を提供することを目的とする。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態のＬＥＤ面光源装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ面光源装置１の構造を概略的に示す断面図である。図１に示すように、ＬＥＤ面光源装置１は、多数のＬＥＤ光源２によって構成されたＬＥＤアレイ光源と、水平に配置された上面４ａと上面４ａに対して傾斜して配置された下面４ｂとを備えたくさび形の断面形状を有する第１導光板４と、水平に配置された下面６ａと下面６ａに対して傾斜して配置された上面６ｂとを備えたくさび形の断面形状を有しＬＥＤアレイ光源を挟んで第１導光板４の反対側に配置された第２導光板６を備えている。

各ＬＥＤ光源２は、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤ２ａ、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤ２ｂ、青色の単色光を発する青色ＬＥＤ２ｃによって構成されている。各単色光ＬＥＤは、その大半の光が発光面に対して水平方向へ出射されるサイド出射タイプのＬＥＤである。ＬＥＤの例としては、Lumileds社のLuxeon Emitterのサイドエミッタータイプが挙げられる。
多数のＬＥＤ光源２は、図１のＺ方向に延びる列状に配置され、ＬＥＤアレイ光源を構成している。ＬＥＤ面光源装置１は、このようなＬＥＤアレイ光源が所定間隔で並列配置された、いわゆるタンデム型の構成である。

第１導光板４は、厚い側の端面４ｃが第１単色光混合部材８を介して各ＬＥＤアレイ光源２の一方の側面に対向するように配置されている。一方、第２導光板６は、厚い側の端面６ｃが第２単色光混合部材１０を介して、各ＬＥＤアレイ光源２の他方の側面に対向するように配置されている。

図１に示されているように、第１および第２導光板４，６は、第１導光板４の傾斜して配置された下面４ｂと、隣接する第２導光板６の傾斜して配置された上面６ｂとが、一定厚さの空気層１２を介して平行に配置されている。また、導光板４，６には微量の拡散剤を入れている。本実施例では酸化チタン粒子を０．５〜１０ｐｐｍ程度分散させている。

各単色光混合部材８，１０は、ＬＥＤアレイ光源と第１および第２導光板４，６の厚い側の端面４ｃ，６ｃは、等しい幅（図１のＺ方向の長さ）を有し、さらに、ＬＥＤ光源２を構成する赤色ＬＥＤ２ａ、緑色ＬＥＤ２ｂ、青色ＬＥＤ２ｃからの波長が異なる単色光を混合してから第１または第２導光板４，６に入射させる長さ（図１のＸ方向の長さ）を有している。

第１単色光混合部材８の一方の側面８ａは、第１導光板４の厚い側の側面４ｃに光学的に密着させられている。また、第１単色光混合部材８の他方の側面８ｂは、各ＬＥＤアレイ光源２の一方の側面に隣接して対向するように配置されている。
一方、第２単色光混合部材１０の一方の側面１０ａは、第２導光板６の厚い側の側面６ｃに光学的に密着させられている。また、第２単色光混合部材１０の他方の側面１０ｂは、各ＬＥＤアレイ光源２の他方の側面に隣接して対向するように配置されている。

第１および第２導光板４，６、第１および第２単色光混合部材８，１０は、いずれも、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の透明樹脂で形成されている。さらに、第１および第２の単色光混合部材８，１０には、導光板４，６より多い光拡散材が含まれている。本実施例では酸化チタン粒子を１〜１００ｐｐｍ程度分散させている。

ＬＥＤ面光源装置１は、さらに、ＬＥＤアレイ光源および第１および第２単色光混合部材８，１０の上方を覆うように配置された反射（遮光）フィルムは１４、両面が銀蒸着反射または白色拡散反射であって、しかも裏面への光遮蔽効果の強い。

本実施形態のＬＥＤ面光源装置１では、面光源全体を覆うように拡散フィルムや拡散シート１６が配置されている。この拡散シート１６は、導光板のつなぎ目を目立たなくしたり、導光板４の４ａ面に対して垂直方向への光偏向機能を持っている。さらに拡散シート上には、図１のＺ方向に延びる三角柱のプリズムが並列配置された、上向きのプリズムシート１８が配置されている。

さらに、第２導光板６の下面６ａには、銀蒸着反射或いは白色拡散反射板２２が配置されている。

次に、ＬＥＤ面光源装置１の作用について説明する。
各ＬＥＤ光源２を構成する単色２ａ，２ｂ，２ｃから矢印で示すように側方に向けて出射された単色光のうち、第１導光板４の厚い側の端面４ｃに向かう成分は、第１単色光混合部材８の他方の端面８ｂから第１単色光混合部材８に入射する。入射した単色光は、第１単色光混合部材８を第１導光板４方向に向けて伝搬しながらミキシングされて白色光とされる。次いで、第１導光板４の厚い側の端面４ｃから第１導光板４に入射する。単色光混合部材８を伝搬中に、上方に抜けようとする成分は反射材１４によって、下方に抜けようとする成分は反射板２２によって、反射され第１単色光混合部材８内に戻される。

第１導光板４に入射しこの中を伝搬していく白色光のうち導光板４と空気の屈折率で決まる臨界角を越えた光は、順次、第１導光板４の上面４ａから出射し、さらに４ａ面上の拡散フィルム或いは拡散シート１６によって拡散され、上向きのプリズムシート１８によって、上面４ａに直交する方向、すなわち、ＬＥＤ面光源装置１の正面方向に偏向される。

一方、第２導光板６の厚い側の端面６ｃに向かう成分は、第２単色光混合部材１０の他方の端面１０ｂから第１単色光混合部材１０に入射する。入射した単色光は、第２単色光混合部材１０内を第２導光板６方向に向けて伝搬しながらミキシングされて白色光とされる。次いで、第２導光板６の厚い側の端面６ｃから第２導光板６に入射する。単色光混合部材１０を伝搬中に、上方に抜けようとする成分は、反射材１４によって、下方に抜けようとする成分は反射板２２によって、反射され第２単色光混合部材１０内に戻される。

第２導光板６の内部を伝搬し、６ａ面に達した白色光のうち、導光板６と空気の屈折率で決まる臨界角を越えた光は、空気層１２を通過し、第１導光板４に入射する。さらに、この白色光は、第１導光板４を通過し、第１導光板４の上面４ａから出射する。空気層１２は、低屈折率の樹脂を塗布し、充填しても良い。

上述した本実施形態のＬＥＤ面光源装置１によれば、各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃから発光される各単色光は、第１よび第２単色光混合部材内を横方向（最終的な出射方向に直交する方向）に伝搬されながらミキシングされる。従って、面光源の厚さ（出射方向に沿う長さ）を抑制しつつ、十分なミキシング距離をとることができる。また、発光面に対し水平方向全方位に対して光出射するタイプのＬＥＤ光を効率良く入射できる。

本発明の上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
上記実施形態のＬＥＤ面光源装置１は、単色光混合部材を導光板と別体として構成であるが、導光板の厚い側の端部の上方を遮光材等で覆い、この端部を単色光混合部材として利用する構成でもよい。

また、上述した実施形態のＬＥＤ面光源装置１は、拡散フィルムや拡散シート１６の上方に１枚のプリズムシート１８を配置した構成であるが、プリズムシート１８のプリズムと直交する方向（Ｘ方向）にプリズムが延びるプリズムシートを、プリズムシート１８の上方に配置した構成でもよい。

本発明の一実施形態のＬＥＤ面光源装置の構造を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ面光源装置
２ ＬＥＤアレイ光源
４ 第１導光板
４ａ （第１導光板の）上面
４ｂ （第１導光板の）下面
４ｃ （第１導光板の）厚い側の端面
６ 第２導光板
６ａ （第２導光板の）上面
６ｂ （第２導光板の）下面
６ｃ （第２導光板の）厚い側の端面
８ 第１単色光混合部材
８ａ （第１単色光混合部材の）一方の端面
８ｂ （第１単色光混合部材の）他方の端面
１０ 第２単色光混合部材
１０ａ （第２単色光混合部材の）一方の端面
１０ｂ （第２単色光混合部材の）他方の端面
１４ 反射材（遮光部材）

Claims (4)

1. 異なる波長の単色光を発光面に対して水平方向へ出射するＬＥＤモジュールから構成されたＬＥＤアレイ光源が所定間隔で並列配置されているＬＥＤアレイ光源群と、
   水平に配置された上面と該上面に対して傾斜して配置された下面とを備えたくさび形の断面形状を有し、厚い側の端面が第１単色光混合部材を介して前記各ＬＥＤアレイ光源に対向して配置された第１導光板と、
   水平に配置された下面と該下面に対して傾斜して配置された上面とを備えたくさび形の断面形状を有し、前記第１導光板の反対側で、厚い側の端面が第２単色光混合部材を介して前記各ＬＥＤアレイ光源に対向して配置された第２導光板と、
   前記ＬＥＤ光源および前記第１および第２単色光混合部材の上方に配置された遮光反射部材とを備え、
   前記第１導光板は傾斜して配置された下面が、前記第２導光板の傾斜して配置された上面と平行になるように構成されている、
   ことを特徴とするＬＥＤ面光源装置。
2. 前記ＬＥＤは、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤと、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤと、青色の単色光を発する青色ＬＥＤを備えている、
   請求項１に記載のＬＥＤ面光源装置。
3. 前記第１導光板の上面を覆う光拡散手段と、
   前記第２導光板の下面を覆う光反射手段と、を更に備えている、
   請求項１または２に記載のＬＥＤ面光源装置。
4. 前記光拡散手段上に配置され、前記光拡散手段で拡散させた光を、前記第１導光板の上面に直交する方向に偏向させる光偏向手段を備えている、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＬＥＤ面光源装置。

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