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公開番号2021077546
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210520
出願番号2019204219
出願日20191111
発明の名称面状照明装置
出願人ミネベアミツミ株式会社
代理人特許業務法人虎ノ門知的財産事務所
主分類F21S 2/00 20160101AFI20210423BHJP(照明)
要約【課題】光源の個数や装置の厚みを増やすことなく、輝度ムラを低減させることのできる面状照明装置を提供すること。
【解決手段】実施形態の面状照明装置は、基板と、導光板とを備える。前記基板は、複数の光源が2次元に配置される。前記導光板は、前記基板の前記光源が配置される面に近接して配置される。前記導光板は、厚み方向に設けられ、前記複数の光源の個々を収容する複数の貫通孔と、前記基板側の第1層において、前記貫通孔の周囲に設けられ、前記第1層を貫通する複数の孔と、前記基板と反対側の第2層において、前記貫通孔および前記第1層の孔と平面視において重ならない位置に設けられ、前記第2層を貫通する複数の孔とを有する。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項1】
複数の光源が2次元に配置される基板と、
前記基板の前記光源が配置される面に近接して配置される導光板と、を備え、
前記導光板は、
厚み方向に設けられ、前記複数の光源の個々を収容する複数の貫通孔と、
前記基板側の第1層において、前記貫通孔の周囲に設けられ、前記第1層を貫通する複数の孔と、
前記基板と反対側の第2層において、前記貫通孔および前記第1層の孔と平面視において重ならない位置に設けられ、前記第2層を貫通する複数の孔と、
を有する面状照明装置。
続きを表示(約 660 文字)【請求項2】
前記第1層と前記第2層とは、それぞれ別体の導光板により構成される、
請求項1に記載の面状照明装置。
【請求項3】
前記第1層と前記第2層とは、一つの導光板により構成される、
請求項1に記載の面状照明装置。
【請求項4】
前記第1層を貫通する複数の孔は、該孔の中心と前記複数の光源のうちのいずれかの光源の中心とを結ぶ線分上に他の前記第1層を貫通する孔が配置されない、
請求項1〜3のいずれか一つに記載の面状照明装置。
【請求項5】
複数の光源が2次元に配置される基板と、
前記基板の前記光源が配置される面に近接して配置される導光板と、を備え、
前記導光板は、
厚み方向に設けられ、前記複数の光源の個々を収容する複数の貫通孔と、
両面から形成された複数の非貫通孔と、
を有し、
前記両面から形成された複数の非貫通孔は、平面視において互いに重ならない位置に設けられる、
面状照明装置。
【請求項6】
前記光源が収容される貫通孔の開口部分に対応して、前記導光板の前記基板と反対側の面に配置される反射部材を備える、
請求項1〜5のいずれか一つに記載の面状照明装置。
【請求項7】
前記基板上で前記光源を封止する封止部と、
前記基板上の反射率を高めるレジストと、
を備える請求項1〜6のいずれか一つに記載の面状照明装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、面状照明装置に関する。
続きを表示(約 7,300 文字)【背景技術】
【0002】
液晶表示装置のバックライト等として用いられる面状照明装置として、LED(発光ダイオード)等による小型の光源が基板上に2次元に配置され、その上に光学シートが配置された直下型の面状照明装置がある(例えば、特許文献1、2を参照)。
【0003】
このような直下型の面状照明装置では、光源が指向性を持った点光源であることから、光学シートを通しても光源を中心とした部分が明るくなってしまうことがあり、輝度ムラが発生しやすい。
【0004】
このような輝度ムラを抑制するには、一般的に次のような手法がとられている。
・多数の光源を並べて光源と光源との間隔(ピッチ)を狭める手法
・光源と光学シートとの距離を大きくする手法
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
国際公開第2006/107105号
特開2010−277986号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、多数の光源を並べて光源と光源との間隔を狭める手法では、光源としてのLED等の個数が多くなり、面状照明装置のコストアップを招くという問題があった。また、光源と光学シートとの距離を大きくする手法では、面状照明装置の厚みが増してしまい、薄型化のニーズに応えられないという問題があった。このように、光源の個数低減によるコスト低減と薄型化とは、トレードオフの関係にあった。
【0007】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光源の個数や装置の厚みを増やすことなく、輝度ムラを低減させることのできる面状照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る面状照明装置は、基板と、導光板とを備える。前記基板は、複数の光源が2次元に配置される。前記導光板は、前記基板の前記光源が配置される面に近接して配置される。前記導光板は、厚み方向に設けられ、前記複数の光源の個々を収容する複数の貫通孔と、前記基板側の第1層において、前記貫通孔の周囲に設けられ、前記第1層を貫通する複数の孔と、前記基板と反対側の第2層において、前記貫通孔および前記第1層の孔と平面視において重ならない位置に設けられ、前記第2層を貫通する複数の孔とを有する。
【0009】
本発明の一態様に係る面状照明装置は、光源の個数や装置の厚みを増やすことなく、輝度ムラを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、第1の実施形態にかかる面状照明装置の平面図である。
図2Aは、図1におけるA−A端面図である。
図2Bは、図1におけるB−B端面図である。
図2Cは、図1におけるC−C端面図である。
図3は、第1導光板の平面図である。
図4は、第2導光板の平面図である。
図5Aは、第2の実施形態にかかる面状照明装置の端面図(1)である。
図5Bは、第2の実施形態にかかる面状照明装置の端面図(2)である。
図5Cは、第2の実施形態にかかる面状照明装置の端面図(3)である。
図6は、実施形態の面状照明装置における輝度分布の例を示す図である。
図7は、比較例における輝度分布の例を示す図である。
図8は、基板上の光源の周辺を示す平面図である。
図9は、光源に封止が設けられた状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施形態に係る面状照明装置について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、1つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。
【0012】
図1は、第1の実施形態にかかる面状照明装置1の平面図である。図2Aは図1におけるA−A端面図、図2Bは図1におけるB−B端面図、図2Cは図1におけるC−C端面図である。図3は面状照明装置1の構成要素である第1導光板7の平面図、図4は面状照明装置1の構成要素である第2導光板8の平面図である。
【0013】
図1〜図4において、面状照明装置1は、基板2と、光源4と、反射板6と、第1導光板7と、第2導光板8と、光学シート9と、反射材10とを備えている。基板2は、略矩形状の絶縁性の平板と、この平板上に設けられた図示しない配線とから構成されている。光源4は、例えばLED(Light Emitting Diode)であり、基板2上に2次元に配置されている。図示の例では、複数の光源4は、基板2上で光源4の中心が矩形の頂点(角点)に位置するように配置されている。基板2上には、光源4の周囲に開口が設けられた反射板6が配置されている。反射板6は、基板2と反対側が反射面となっている。なお、基板2自体の光源4が設けられる面についても、光が反射しやすいように、レジストにより白色等に着色されたり、白色等の材質で形成されたりしていることが好ましい。
【0014】
光源4側の第1導光板7は、透明な樹脂等により構成されている。第1導光板7は、複数の光源用の貫通孔7aと、この光源用の貫通孔7aの周囲に設けられた、複数の疑似光源用の貫通孔7bとが有している。貫通孔7a、7bが設けられた第1導光板7の両側の主面は、貫通孔7a、7bの部分を除いて、平滑な面とされている。なお、第1導光板7の両側または一方の主面は、平滑な面に代えて、光を拡散する機能を付与する加工が行われているものでもよい。この加工は、例えば、表面に微小でランダムなドット(ビーズ)が多数形成されることにより行われる。予めこの加工が施された、拡散板として提供される板材に光源用の貫通孔7aと疑似光源用の貫通孔7bとを設けて第1導光板7を形成してもよいし、透明な板に光源用の貫通孔7aと疑似光源用の貫通孔7bとを設けた後に拡散のための加工を施してもよい。
【0015】
光源4と反対側の第2導光板8は、第1導光板7と同じく透明な樹脂等により構成されている。第2導光板8は、複数の光源用の貫通孔8aと、この貫通孔8aの周囲に設けられた、複数の疑似光源用の貫通孔8bとを有している。光源用の貫通孔8aは、平面視において第1導光板7の光源用の貫通孔7aと重なる位置に設けられている。疑似光源用の貫通孔8bは、平面視において第1導光板7の光源用の貫通孔7aおよび疑似光源用の貫通孔7bと重ならない位置に設けられている。貫通孔8a、8bが設けられた第2導光板8の両側の主面は、貫通孔8a、8bの部分を除いて、平滑な面とされている。なお、第2導光板8の両側または一方の主面は、第1導光板7と同様に、光を拡散する機能を付与する加工が行われているものでもよい。
【0016】
基板2上の光源4は、光源用の貫通孔7a、8aに収容されている。疑似光源用の貫通孔7b、貫通孔8bには、光源4は収容されていない。なお、原理的な説明のために光源用と疑似光源用とのそれぞれの貫通孔の数を少なく図示しているが、実際の製品ではより多いものとなる。
【0017】
本実施形態における輝度ムラの低減は、第1導光板7と第2導光板8とにより2段階に行われる。先ず、第1導光板7による輝度ムラの低減は、次のように行われる。すなわち、第1導光板7の光源用の貫通孔7aに収容された光源4から照射された光の一部は光源用の貫通孔7aを通して直接に出射するほか、他の一部は光源用の貫通孔7aの壁面を通して第1導光板7内に入り、反射を繰り返して、第1導光板7の端面や疑似光源用の貫通孔7bの壁面を通して出射する。このため、疑似光源用の貫通孔7bについても、内部に光源が収容されているのと同様に光源としての機能を果たす。そのため、光源の2次元的な配置密度が高まり、輝度ムラが低減される。
【0018】
なお、隣接する光源用の貫通孔7aで囲まれる矩形の領域の中央の疑似光源用の貫通孔7bを疑似光源として正常に機能させるためには、光源用の貫通孔7aと疑似光源用の貫通孔7bとの間に他の貫通孔を設けない方が好ましい。仮にそのような他の貫通孔を設けてしまうと、光源4から光源用の貫通孔7aを通して入った光が、間にある他の貫通孔から出射してしまい、疑似光源用の貫通孔7bまで届かなくなるからである。このことから、本実施形態においては、疑似光源用の貫通孔7bは、この疑似光源用の貫通孔7bの中心と複数の光源4のうちのいずれかの光源の中心とを結ぶ線分上に他の疑似光源用の貫通孔7bが配置されないようにしている。配置を考慮して貫通孔を設けることで疑似光源を容易に実現することができる。疑似光源用の貫通孔7bの配置パターンについては、上記のルールに従う範囲で、種々の変更が可能である。
【0019】
次に、第2導光板8による輝度ムラの低減は、次のように行われる。すなわち、第1導光板7により光源の2次元的な配置密度が高まり、輝度ムラが低減されるが、疑似光源の配置密度にも限界があるため、輝度ムラの低減が充分でないとされる場合もある。そこで、第2導光板8では、光源用の貫通孔8aを第1導光板7の貫通孔7aと共通とし、疑似光源用の貫通孔8bを第1導光板7の疑似光源用の貫通孔7bとは平面視において重ならない位置に配置する。これにより、光源の2次元的な配置密度を更に高め、輝度ムラを低減している。第2導光板8における光源用の貫通孔8aと疑似光源用の貫通孔8bの働きや配置の制約は、第1導光板7の場合と同様である。
【0020】
なお、第1導光板7および第2導光板8における光源用の貫通孔7a、8aが矩形の頂点(角点)に配置される場合について説明したが、矩形に代えて、例えば、三角形の頂点に配置されるようにしてもよい。また、光源用の貫通孔7a、8aと疑似光源用の貫通孔7b、8bの径の大きさについては、光源用の貫通孔7a、8aに比べて疑似光源用の貫通孔7b、8bの方を大きくしている。これは、光源用の貫通孔7a、8aは光源4からの光を取り込めればよいのに対し、疑似光源用の貫通孔7b、8bは疑似光源として光を出射するものであるため、疑似光源用の貫通孔7b、8bの径が大きい方が効率がよく、光の均一性もよくなるからである。
【0021】
また、面状照明装置1の全面に渡って、光源用の貫通孔7a、8aと疑似光源用の貫通孔7b、8bの径とピッチを一定するほか、周辺部とそれ以外の部分において径やピッチを変えることができる。周辺部を除いた部分における疑似光源用の貫通孔7b、8bには、周囲からほぼ均等に光が入り、一定の光量を出射することができるが、周辺部では周囲から入る光の量に偏りが生ずるため、疑似光源用の貫通孔7b、8bから出射する光の量が不足する場合がある。そこで、径やピッチを変えることで、光量を調整し、輝度ムラを低減させることができる。
【0022】
また、第1導光板7と第2導光板8とにおいて、光源用の貫通孔7a、8aの径は同じであることが好ましいが、疑似光源用の貫通孔7b、8bの径は異なるのが一般的である。疑似光源用の貫通孔7b、8bの径は、配置パターンによっても制約を受けるが、出射光量に応じて変えることができる。更に、第1導光板7の厚みと第2導光板8の厚みについても、同じであるほか、変えることができる。一般的には、第2導光板8の方が光源4から遠ざかり、光源用の貫通孔8aからの入射光量が少なくなるため、疑似光源用の貫通孔8bからの出射光量を増やすために、第2導光板8自体を厚くすることが望まれる。なお、第2導光板8の出射面側に更に1以上の導光板を重ね、光源用の貫通孔と疑似光源用の貫通孔とを設けるようにしてもよい。これにより、いっそうの輝度ムラの低減を図ることができる。光源用の貫通孔と疑似光源用の貫通孔に要求される条件は同様である。
【0023】
次に、光学シート9は、拡散シートやプリズムシートや透明シート等により構成され、第2導光板8と反対側の面において、光源用の貫通孔7a、8aに対応した位置に反射材10が設けられている。また、光学シート9の光学シート9と反対側の面には、更に他の光学シートが設けられてもよい。
【0024】
反射材10は、光源4から貫通孔7a、8aを通った光を全て反射するものではなく、一部の光を透過させるようにすることができる。反射材10は、例えば、光を反射する性質のある塗料を光学シート9上に円形に印刷することで容易に形成することができ、中央部と周辺部とで印刷の厚みを変えることで、反射する光量と透過する光量との比率を調整することができる。また、径の大きな反射材の上に径の小さな反射材を同心円状に重ねることで、中央部は反射率を高め、周辺部は透過率を高めることもできる。
【0025】
図示の構成によれば、光源用の貫通孔7a、8aに収容された光源4から照射されて貫通孔7a、8aを通った光の一部は反射材10により反射されて貫通孔7a、8aの壁面を通して第1導光板7および第2導光板8内に入る。そのため、光源4から光源用の貫通孔7a、8aを通して直接に出射される光の量と、疑似光源用の貫通孔7b、貫通孔8bから出射される光の量とのバランスを調整することができ、輝度ムラをより低減させることができる。
【0026】
図5A〜図5Cは、第2の実施形態にかかる面状照明装置1の端面図であり、図5Aは図1のA−A端面図、図5Bは図1のB−B端面図、図5Cは図1のC−C端面図に対応している。この第2の実施形態では、第1の実施形態における第1導光板7と第2導光板8とを一つの導光板11で構成している。そのため、光源用の貫通孔7a、8aは貫通孔11aに一体化されている。疑似光源用の貫通孔7bは、導光板11の基板2側の第1層を貫通する非貫通孔11bとされ、疑似光源用の貫通孔8bは基板2と反対側の第2層を貫通する非貫通孔11cとされている。なお、疑似光源用の非貫通孔11bと非貫通孔11cとは、必ずしも厳密に第1層と第2層とに分かれている必要はなく、厚み方向において重複や離間があってもよい。
【0027】
第2の実施形態において輝度ムラが低減される働きについては、第1の実施形態と同様である。第1の実施形態では導光板が第1導光板7と第2導光板8とに分かれているため、貫通孔の加工が容易である利点があり、第2の実施形態では導光板が1つであるため、部品点数を少なくすることができる利点がある。
【0028】
図6は、実施形態の面状照明装置1における輝度分布の例を示す図である。また、図7は、比較例における輝度分布の例を示す図である。比較例としては、図2A〜図2Cにおいて第2導光板8を除去し、第1導光板7に直接に光学シート9が接するようにしたものとしている。図7の比較例における輝度分布では、光源および疑似光源において輝度が高くなり、輝度ムラが生じているが、図6の実施形態における輝度分布では、輝度ムラが大幅に軽減されていることがわかる。このように、実施形態では、疑似光源を含めて、多数の光源が狭い間隔で配置されたのと同様の効果を得ることができ、輝度ムラの発生を防止するために光源と光学シートとの距離を大きくする必要もないため、面状照明装置の薄型化にも適する。
【0029】
次に、光源4として用いられるLEDチップの基板2への接合強度を高める仕組みについて説明する。図8は、基板2上の光源4の周辺を示す平面図であり、基板2上は、光源4の周囲に取付誤差を考慮したサイズの開口3aを空けてレジスト3が塗布されている。レジスト3は、基板2表面の反射率を高めるためのものである。図9は、光源4に封止5が設けられた状態を示す平面図であり、光源4を中心に略ドーム状に透明樹脂等による封止5が設けられている。封止5により、光源4は基板2に強固に固定され、大きな振動が加わっても脱落することがなくなる。封止5は、封止部の一例である。
【0030】
ここで、レジスト3により基板2の反射率および吸収率を変えた場合に、封止5の有無による出射効率を示したものが表1である。出射効率は、封止5がない場合を100%としている。表1から明らかなように、反射率が65%(吸収率が35%)の場合には、封止5がある場合は封止5がない場合よりも出射効率が低下するが、反射率が98%(吸収率が2%)の場合には、封止5がある場合は封止5がない場合よりも出射効率が向上する。これは、基板2の反射率が高くなる場合、封止5内での光の多重反射により基板2上で吸収される光の量よりも、封止5により集光されて外部に取り出される光の量が上回ることによるものと考えられる。従って、レジスト3としては、基板2の反射率が高くなるものを選定することが望ましい。
(【0031】以降は省略されています)

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