JP3985231B2

JP3985231B2 - 面状照明装置

Info

Publication number: JP3985231B2
Application number: JP2004065707A
Authority: JP
Inventors: 直行寺田; 利知鈴木
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: JP2005259374A

Description

本発明は、液晶表示装置等の照明手段として用いられる面状照明装置に関し、特に点状光源を使用したサイドライト型の面状照明装置に関する。

従来、パーソナルコンピュータや携帯電話等の電子装置の表示デバイスとして液晶表示装置が広く使用されている。液晶は、ブラウン管等とは異なり自発光型の表示素子ではないため、たとえば透過型の液晶表示装置では、その液晶パネルに対して光を照射する照明手段が必須であり、外光を利用する反射型および半透過型の液晶表示装置でも、暗所での使用を可能にするために補助的な照明手段を備えている場合が多い。導光板と導光板の側方に配置された光源とを主要な構成要素とするサイドライト型の面状照明装置は、薄型化が容易であるという利点を有するため、このような液晶表示装置の照明手段として好適に使用されるものであり、その光源としては、線状光源である冷陰極管等が使用されてきた。しかし、近年、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の高性能化に伴い、さらなる小型・薄型化および低消費電力化を図るため、点状光源である白色ＬＥＤを光源とする面状照明装置が増加している。

図５（ａ）は、このようなサイドライト型の面状照明装置の要部を示す平面図であり、図５（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。図５（ａ）において、面状照明装置１００は、導光板１０１と点状光源１０２とを備え、点状光源１０２は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１０５上に実装されて導光板１０１の側方に配置されている。ここで、導光板１０１は、たとえばメタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂を射出成形してなる透明部材であり、点状光源１０２は白色ＬＥＤである。また、導光板１０１の一主面１０１ｂとＦＰＣ１０５との間には、両面粘着テープ等の粘着層１０６が介在し、それによってＦＰＣ１０５は導光板１０１に固着されている。

このような面状照明装置１００は、点状光源１０２からの出射光を入光面１０１ｃから導光板１０１の内部へと入射させ、入射光が一方の主面１０１ａと他方の主面１０１ｂとの間で反射を繰返して導光板１０１内を伝播する過程でその一部を光出射面（たとえば主面１０１ａ）から出射させ、液晶パネルを照射するものである。したがって、面状照明装置１００の十分な輝度を確保するためには、まず点状光源１０２からの出射光の利用効率を高めることが重要である。この点に関し、上述した面状照明装置１００は、ＦＰＣ１０５が導光板１０１に固着されているため、点状光源１０２の入光面１０１ｃに対する位置ずれが小さい点で有利である一方、次のような問題を有している。

すなわち、一般にメタクリル樹脂等の樹脂材料からなる粘着層１０６の屈折率（ｎ₂）は、同様な樹脂材料によって成形される導光板１０１の屈折率（ｎ₁）に近い値を有するため、点状光源１０２から主面１０１ｂと粘着層１０６との境界に到達した光は、その大部分が透過光として粘着層１０６側に進入し、この境界で反射して導光板１０１の内部へと伝播する光が減少する結果、面状照明装置１００の輝度が低下するという問題があった。特に、図５（ｂ）に示すように、導光板１０１と空気との境界における臨界角（α）以上の入射角を有して主面１０１ｂに到達した光（Ｂ）であっても、ｎ₁＞ｎ₂の場合には、その入射角が導光板１０１と粘着層１０６との境界における臨界角（β）よりも小さいとき、または、ｎ₁＜ｎ₂の場合には入射角によらず、全反射は生じないため、反射光（Ｃ）の他に透過光（Ｄ）も発生し、点状光源１０２からの出射光の効率的な利用が妨げられる。このような問題に対処する手段として、フッ素化合物を含有する粘着材のような低屈折率の材料を使用して粘着層を形成することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００３−３１５７９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような手段は、粘着層および導光板に対する材料選択の自由度を制限し、製造コストの増大を招くおそれがあると共に、粘着層として一定の屈折率を有する材料を使用することを許容するものであるため、導光板と粘着層との境界における透過光の発生を抑止する手段として最適なものではなく、光源からの出射光の利用効率の点で改善の余地がある。

上記課題に鑑みて、本発明は、容易かつ安価な手段を用いて、点状光源からの出射光の利用効率を改善するサイドライト型の面状照明装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る面状照明装置は、一以上の端面を入光面とする導光板と、該導光板の入光面に対向するように配置された点状光源と、該点状光源が実装されるフレキシブルプリント基板と、前記導光板を保持する枠状のハウジングフレームとを備える面状照明装置において、前記フレキシブルプリント基板は、粘着層を介して前記導光板と前記ハウジングフレームとにまたがって一面上に固着され、前記粘着層は、前記点状光源の前方を除いた領域に設けられていることを特徴とする。

また、別の態様では、本発明に係る面状照明装置は、前記ハウジングフレームが、前記導光板の入光面に対向する側壁から延在する複数の突出部を有し、前記点状光源は、隣り合う前記突出部の間の空間に配置され、前記粘着層は、前記フレキシブルプリント基板を前記突出部に固着する部分を含むことを特徴とする。

また、別の態様では、本発明に係る面状照明装置は、前記導光板が、該導光板の入光面から延在する複数の突出部を有し、前記点状光源は、前記導光板の隣り合う前記突出部の間の空間に配置され、前記粘着層の前端は、前記点状光源の光出射面とほぼ同面または前記光出射面よりも後方に配置されていることを特徴とする。

本発明に係る面状照明装置によれば、点状光源が実装されたフレキシブルプリント基板が粘着層によって導光板に固着されているため、点状光源が導光板の入光面に位置ずれなく配置されるだけでなく、この粘着層は、点状光源の前方を除いた領域に設けられているため、点状光源からの出射光を、粘着層に進入させることなく、導光板と空気との境界における通常の反射により高効率に導光板内部に導くことができ、容易かつ安価な手段によって出射光の利用効率を向上させることが可能となる。

さらに、本発明に係る面状照明装置において、フレキシブルプリント基板を、導光板を保持する枠上のハウジングフレームにも固着することによって、点状光源の前方の粘着層を削除したことによる固着面積の低下が補われ、点状光源の導光板の入光面に対する位置ずれを効果的に抑制することができ、光源からの出射光の利用効率が向上する。特に、ハウジングフレームの導光板の入光面に対向する側面から複数の突出部を延在させ、フレキシブルプリント基板とハウジングフレームとをこれらの突出部を含めて固着することによって、その密着面積が増大するため、フレキシブルプリント基板とハウジングフレームとがより緊密に固着されることになり、上記位置ずれを抑制する効果が増大する。また、この際、各点状光源を隣合う突出部の間の空間に配置することによって、点状光源から側方または後方に出射された漏れ光が存在する場合でも、それらの漏れ光を点状光源を取り囲む壁により反射し、入光面方向に進路を変更して導光板に入射させることが可能となり、光源からの出射光の利用効率をさらに向上させることができる。

また、本発明に係る面状照明装置において、導光板の入光面から複数の突出部を延在させ、点状光源を隣り合うこれらの突出部の間の空間に配置することによって、粘着層の前端を点状光源の光出射面とほぼ同面またはそれよりも後方に配置することによって、点状光源からの出射光の指向特性によらず、光出射面から水平方向に広角に出射した光についても、粘着層への進入を確実に回避し、高効率に導光板内部に導くことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の参考例における面状照明装置１０の要部を示す平面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。この面状照明装置１０は、導光板１１と複数（本参考例では３個）の点状光源１２〜１４とを備え、点状光源１２〜１４は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１５上に実装されて、その光出射面が導光板１１の一端面である入光面１１ｃと対向するように導光板１１の側方に配置されている。また、導光板１１の一主面１１ｂとＦＰＣ１５との間には粘着層１６〜１９が介在し、それによってＦＰＣ１５は導光板１１に固着されている。

ここで、点状光源１２〜１４は白色ＬＥＤであり、導光板１１は、透明樹脂材料を成形してなる板状の導光体である。導光板として好適な透明樹脂材料には、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポレオレフィン樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、エポキシ樹脂等が含まれる。なお、本発明における粘着層は、任意の適切な粘着剤または接着剤により形成されるものであるが、好ましくは、たとえばＰＥＴフィルム等の基材の両面にアクリル系やシリコーン系等の粘着剤が塗布されてなるいわゆる両面粘着テープである。この場合、本明細書では、中央の基材部分も含めて粘着層と呼ぶものとする。

図１（ａ）に示すように、本参考例において、粘着層１６〜１９は、点状光源１２〜１４の前方すなわち光出射方向を除いた領域にのみ間欠的に設けられている。したがって、各点状光源の前方において、導光板１１のＦＰＣ１５との固着面である主面１１ｂとＦＰＣ１５との間には空気層が存在するだけであるため、点状光源１２〜１４の前方に出射されて入光面１１ｃに入射し、主面１１ｂに到達した光は、大きな透過率でもって粘着層１６〜１９へ進入することなく、導光板１１と空気との境界における通常の反射によって導光板１１の内部へ導かれる。特に、図１（ｂ）に示すように、導光板１１と空気との境界における臨界角（α）以上の入射角を有して主面１１ｂに到達した光（Ｂ）は、全反射光（Ｃ）としてその全てが導光板１１の内部へ導かれることになる。

次に、図２を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上述した参考例と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。図２（ａ）は、図１（ａ）に示す面状照明装置１０の構成に加えて、さらにハウジングフレーム２１を備えた面状照明装置２０の要部を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す面状照明装置２０を、説明のためハウジングフレーム２１を省略して示した平面図である。ここで、ハウジングフレーム２１は、その中央に導光板１１を収容する領域を有する枠状部材であり、面状照明装置２０を一体のユニットとして保持するものである。ハウジングフレーム２１は、通常、白色顔料を混入した樹脂材料により成形されて高い光反射性を有し、その好適な材料には、白色顔料として酸化チタンを混入したポリカーボネート樹脂が含まれる。なお、導光板１１のハウジングフレーム２１への固定は、任意の接合または係止手段によって実施することができる。

図２（ａ）に示すように、本実施形態において、入光面１１ｃに対向するハウジングフレーム２１の側壁２１ａは、対向する入光面１１ｃに向けて延在する突出部２２〜２５を有し、各点状光源１２〜１４は、隣り合う突出部との間の空間からなる区画２６〜２８にそれぞれ配置されている。また、粘着層３０は、図２（ｂ）に示すように、各点状光源１２〜１４の側方に設けられた領域３１〜３４、および点状光源１２〜１４の後方に設けられた領域３５を有しており、側方領域３１〜３４の先端部３１ａ〜３４ａは導光板１１に、各側方領域３１〜３４の残りの部分は突出部２２〜２５に、後方領域３５は側壁２１ａにそれぞれ対応する。ＦＰＣ１５は、この粘着層３０によって、導光板１１の入光面１１ｃとハウジングフレーム２１の側壁２１ａとを連結して一体化するように、導光板１１およびハウジングフレーム２１の両方に固着されている。

ここで、ハウジングフレーム２１は、通常、導光板１１よりも肉厚に形成されて導光板１１よりも高い寸法精度および寸法安定性を有しているため、ＦＰＣ１５を導光板１１のみではなくハウジングフレーム２１にも固着させることは、ＦＰＣ上に実装された点状光源１２〜１４と導光板１１の入光面１１ｃとの位置ずれを抑制する上で有利であり、この際、本実施形態における面状照明装置２０では、ハウジングフレーム２１の側壁２１ａが突出部２２〜２５を有し、粘着層３０が突出部２２〜２５に対応する側方領域３１〜３４を有することによって、ＦＰＣ１５とハウジングフレーム２１との密着面積が増大するため、両者がより緊密に固着されている。ただし、本発明は、粘着層３０のＦＰＣ１５とハウジングフレーム２１とを固着する領域の具体的態様には限定されず、ＦＰＣ１５およびハウジングフレーム２１の形状や粘着領域として使用可能な面積等の条件によって、側方領域３１〜３４のみを有して突出部２２〜２５もしくは突出部２２〜２５と側壁２１ａに固着する場合、または、導光板１１に固着する領域（側方領域３１〜３４の先端部３１ａ〜３４ａに相当する領域）とは別に設けられた後方領域３５によって側壁２１ａに固着する場合を含むものである。

さらに、本実施形態における面状照明装置２０では、各点状光源１２〜１４は、ハウジングフレーム２１を形成する光反射性の壁に三方を囲まれた各区画２６〜２８にそれぞれ収容されているため、点状光源１２〜１４のパッケージまたは封止材を通じて側方または後方に出射された漏れ光が存在する場合でも、各区画を形成する突出部２２〜２５および側壁２１ａにより漏れ光を反射してその進路を変更し、入光面１１ｃに入射させることができる。ここで、本実施形態では、各区画２６〜２８のハウジングフレーム２１側のコーナー部２６ａ〜２８ａは、図２（ａ）において円弧状の曲線をなす曲面を有するものとした。この形状は、漏れ光の進路を入光面１１ｃ方向へ効果的に変更する上で有利であるが、このコーナー部２０の形状およびサイズは、使用するＬＥＤの発光特性等の条件を勘案の上、適宜設定されるものであり、たとえば、平面による面取り部として形成しても、あるいは、特に曲面化または平面化の処理が施されていないコーナー部としてもよい。さらに、各区画２６〜２８は、点状光源１２〜１４からの漏れ光の入光面１１ｃ方向への反射効率をさらに向上させるため、ハウジングフレーム２１の側壁２１ａ側から導光板１１の入光面１１ｃ側に向けて広がる形状に形成してもよい。

上述した第１の実施形態において、一般に、点状光源１２〜１４であるＬＥＤからの出射光は、光出射面から一定の広がりを有する指向特性をもって出射し、その強度は指向角が大きくなる（すなわち前方から逸れる）につれて減少するものの、ＦＰＣ１５と導光板１１とを固着する粘着層は、このような水平方向に広角に出射される光も回避することが望ましい。したがって、図１（ａ）および図２（ｂ）において、粘着層が点状光源１２〜１４の光出射面（入光面１１ｃに対向する面）から突出する部分の長さ（ｌ）、および、点状光源１２〜１４前方における粘着層が形成されない領域の幅（ｗ）、および粘着層の形状は、ＦＰＣ１５と導光板１１の固着強度等も勘案の上、使用する点状光源１２〜１４の指向特性に応じて適宜設定されるものである。

次に、図３を参照して、本発明に係る面状光源装置の第２の実施形態を説明する。図３は、本発明の第２の実施形態である面状照明装置４０の要部を示す平面図である。この面状照明装置４０は、上述した第１の実施形態と同様の構成要素を有してなるものであるが、各点状光源１２〜１４が配置される区画５１〜５３が、導光板４１の入光面４１ｃからハウジングフレーム４２の側壁４２ａに向けて延在する突出部４３〜４６によって形成されている点で相違するものである。また、点状光源１２〜１４の側方に延在する粘着層４７〜５０は、その前側部分が導光板４１の各突出部４３〜４６に、その後側部分がハウジングフレーム４２の側壁４２ａに対応し、ＦＰＣ１５は、この粘着層４７〜５０によって、導光板４１の入光面４１ｃとハウジングフレーム４２の側壁４２ａとを連結して一体化するように、導光板４１およびハウジングフレーム４２の両方に固着されている。

ここで、本実施形態における面状装置４０では、粘着層４７〜５０の前端４７ａ〜５０ａが点状光源１２〜１４の光出射面（導光板４１の入光面４１ｃに対向する面）とほぼ同面に配置され、図１（ａ）および図２（ｂ）に示すような光出射面から突出する部分（ｌ）を有さないため、図３に示す点状光源１３によって例示するような水平方向に広角に出射される光（Ａ）を、使用する点状光源の指向特性によらずに確実に回避することができる。この際、粘着層４７〜５０の前端４７ａ〜５０ａは、ＦＰＣ１５と導光板４１との十分な密着面積を確保するため、上述したように点状光源１２〜１４の光出射面とほぼ同面に配置することが好ましいが、粘着層４７〜５０の前端４７ａ〜５０ａを点状光源１２〜１４の光出射面よりも後方に配置するものであってもよい。

また、本実施形態における面状照明装置は、図４に示す面状照明装置６０のように、導光板６１側の突設部６３〜６６にそれぞれ対向する突設部６７〜７０をハウジングフレーム６２側に形成し、それらの両方の突設部６３〜６６、６７〜７０によって形成される区画７５〜７７に点状光源１２〜１４を配置するものであってもよい。この場合でも、各粘着層４７〜５０は、図３に示す粘着層４７〜５０と同様のものとすることができる。さらに、図３および図４に示す面状照明装置４０、６０において、各区画５１〜５３、７５〜７７の形状、および各区画のハウジングフレーム４２、６２側のコーナー部の形状、粘着層４７〜５０のハウジングフレーム４２、６２側の形状等は、図２に基づいて上述した第１の実施形態の場合と同様に形成することができる。

なお、上述したすべての実施形態を通じて、点状光源は、略四辺形の導光板の一端面に配置されるものとしたが、本発明は、任意の形状の導光板の複数の端面に対して点状光源を配置する場合を含むものである。また、本発明において、点状光源が実装されたフレキシブルプリント基板は、導光板の対向する二つの主面のうちいずれの主面に固着されるものであってもよい。

本発明の参考例における面状照明装置の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。本発明の第１の実施形態における面状照明装置の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す面状照明装置のハウジングフレームを省略して示した平面図である。本発明の第２の実施形態における面状照明装置の要部を示す平面図である。本発明の第２の実施形態における面状照明装置において、点状光源が配置される区画の別の態様を示す平面図である。従来の面状照明装置の典型的な構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１０，２０，４０，６０面状照明装置
１１，４１，６１導光板
１２〜１４点状光源
１５フレキシブルプリント基板
１６〜１９，３０，４７〜５０粘着層
２２〜２５，６７〜７０突出部（ハウジングフレーム側）
４３〜４６，６３〜６６突出部（導光板側）

Claims

一以上の端面を入光面とする導光板と、該導光板の入光面に対向するように配置された点状光源と、該点状光源が実装されるフレキシブルプリント基板と、前記導光板を保持する枠状のハウジングフレームとを備える面状照明装置において、
前記フレキシブルプリント基板は、粘着層を介して前記導光板と前記ハウジングフレームとにまたがって一面上に固着され、
前記粘着層は、前記点状光源の前方を除いた領域に設けられていることを特徴とする面状照明装置。
前記ハウジングフレームは、前記導光板の入光面に対向する側壁から延在する複数の突出部を有し、前記点状光源は、隣り合う前記突出部の間の空間に配置され、前記粘着層は、前記フレキシブルプリント基板を前記突出部に固着する部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
前記導光板は、該導光板の入光面から延在する複数の突出部を有し、前記点状光源は、前記導光板の隣り合う前記突出部の間の空間に配置され、前記粘着層の前端は、前記点状光源の光出射面とほぼ同面または前記光出射面よりも後方に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の面状照明装置。