面光源装置および表示用照明器具
【課題】比較的大きい電力を半導体発光素子に投入することを可能にし使用可能な環境の制約を少なくしながらも半導体発光素子のジャンクション温度の上昇を抑制する。
【解決手段】面光源装置Ａは、基板１２に実装された複数個の発光ダイオード１１と、基板１２を保持し基板１２と熱結合される基板ホルダ１３と、周面の１つであって発光ダイオード１１からの光が入射される入射面２０ａと周面に交差する面であって光を出射する出射面２０ｂとを有する導光板２０と、導光板２０における出射面２０ｂの裏面に対向して配設された金属板からなる背板３０とを備える。基板ホルダ１３は、背板３０の厚み方向の一面の一端部において重複して熱結合する後片１３ｃを備える。
【解決手段】面光源装置Ａは、基板１２に実装された複数個の発光ダイオード１１と、基板１２を保持し基板１２と熱結合される基板ホルダ１３と、周面の１つであって発光ダイオード１１からの光が入射される入射面２０ａと周面に交差する面であって光を出射する出射面２０ｂとを有する導光板２０と、導光板２０における出射面２０ｂの裏面に対向して配設された金属板からなる背板３０とを備える。基板ホルダ１３は、背板３０の厚み方向の一面の一端部において重複して熱結合する後片１３ｃを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光源である半導体発光素子に導光板を組み合わせて構成される光源装置であって面光源として用いることができる面光源装置および面光源装置を光源として用いる表示用照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車のテールランプ、誘導灯や広告灯のような表示用照明器具の光源として面光源装置を用いることが考えられている。
【０００３】
たとえば、誘導灯の構成として、透光性を有する表示パネルが発光源である冷陰極ランプから直接的あるいは間接的に光を受ける構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、冷陰極ランプからの光を表示パネルに導入する構成として、導光板により面光源を構成することは明記されていないが、表示パネルの上方に冷陰極ランプが配置された構成から見て、導光板を用いて発光領域を面状に形成した光源装置を想定していると考えられる。
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の技術では、点灯ユニットから高周波電力を供給して冷陰極ランプを高周波点灯させているから、点灯ユニットと光源とを接続する給電線を短くしなければ、給電線の浮遊容量の影響により光出力が低下するという問題がある。また、冷陰極ランプの始動には高電圧が必要であるから、冷陰極ランプに異常が生じたときには回路全体を停止させることが必要である。さらに、点灯ユニットや冷陰極ランプからノイズが生じているから、点灯ユニットなどの回路の点検を行うときにリモコン装置を用いて行おうとすれば、誤動作対策が必要である。
【０００５】
この種の問題を解決する構成として、特許文献２の図２１、図２５に記載されているように、発光ダイオードを発光源に用いる構成が考えられる。発光源が発光ダイオードであれば、直流で点灯させることができる上に始動のための高電圧も不要であるから、上述の問題を解決することができる。
【０００６】
特許文献２に記載の構成では、発光源として基板に実装した複数個の発光ダイオードを用い、正面形状が矩形状である導光板の４周面のうちの１面を入射面として発光ダイオードからの光を入射し、導光板の厚み方向の一面である出射面から光を出射させる構成の面光源装置を実現している。
【０００７】
発光源に用いることができる発光ダイオードは、特許文献３で採用されている砲弾型と特許文献４で採用されている表面実装型とに大別することができる。砲弾型の発光ダイオードは表面実装型の発光ダイオードに比較すると投入電力に対する全光束が少ないから、表面実装型の発光ダイオードを採用するほうが、発光ダイオードの実装個数が少なくなり、製造コストを低減することができる。とくに、最近では表面実装型の発光ダイオードとして高光出力のものが提供されているから、面光源装置からの光出力に対する発光ダイオードの実装個数をより低減することが可能になる。
【特許文献１】特開２００１−１４９０９号公報
【特許文献２】特開２００４−３９２８９号公報
【特許文献３】特開平８−１６０８９２号公報
【特許文献４】特開２００８−９８１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、発光ダイオードの使用可能な最大温度は、ＰＮ接合部の温度であるジャンクション温度の上限値（最大ジャンクション温度）により定められている。つまり、最大ジャンクション温度を超えないように使用温度を制限する必要がある。一方、ジャンクション温度を低く保つ工夫をすれば、輝度低下や点灯不能に至るまでの寿命時間を延ばすことができ、発光源として高い信頼性が得られることになる。
【０００９】
ジャンクション温度を下げる技術としては、発光ダイオードの投入電力を低減する技術や発光ダイオードの周辺温度を下げるための水冷や空冷などの技術が考えられている。
【００１０】
しかしながら、発光ダイオードへの投入電力を低減する技術を採用した場合には、１個当たりの光出力が低下するから実装個数が増加し、製造コストの増加につながるという問題が生じる。一方、周辺温度を下げる技術を採用した場合には、使用可能な環境が制限される上に、面光源装置の全体としての大型化につながるという問題が生じる。
【００１１】
上述した問題は、半導体レーザや有機ＥＬのような、発光ダイオード以外の半導体発光素子を発光源に用いる場合にも生じる。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的は、比較的大きい電力を半導体発光素子に投入することを可能にし使用可能な環境の制約を少なくしながらも半導体発光素子のジャンクション温度の上昇を抑制した小型の面光源装置を提供することにあり、さらに面光源装置を用いた表示用照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、導光板の厚み方向の他面を覆う金属板である背板とを備え、基板ホルダは、背板の厚み方向の一面において背板の一部に重複して背板に熱結合される伝熱片を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、導光板の厚み方向の他面を覆う金属板である背板とを備え、背板は基板ホルダと連続一体に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記背板において導光板と対向する面に、白色の反射膜が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、基板ホルダとともに導光板の周面を全周に亘って囲む金属製の外枠とを備え、外枠は基板ホルダは外枠と一体に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、基板ホルダとともに導光板の周面を全周に亘って囲む外枠および導光板の厚み方向の他面を覆い外枠の一面を閉塞する背板を一体に有した金属製の箱体とを備え、箱体は基板ホルダと一体に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、表示用照明器具であって、請求項１〜５の何れか１項に記載の面光源装置と、面光源装置が取り付けられる器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構成によれば、発光源に半導体発光素子を用いるとともに導光板を用いることにより面発光を行う面光源装置において、半導体発光素子の放熱用の部材として、導光板の背面を覆う背板と導光板の周面を囲む外枠との少なくとも一方を用いることができるように、背板と外枠との少なくとも一方を半導体発光素子と熱結合するから、導光板を用いた面光源装置において実質的な大型化を避けながらも半導体発光素子からの熱を放熱するための放熱面積を大きくとることを可能にし、結果的に、比較的大きい電力を半導体発光素子に投入することを可能にし、しかも使用可能な環境の制約を少なくすることが可能になるという利点がある。
【００２０】
請求項１の発明の構成によれば、導光板の厚み方向の一面を覆う背板を半導体発光素子の放熱に用いるから、背板の厚み程度の寸法増加で実質的な大型化を伴うことなく大きな放熱面積を確保することができる。また、導光板の厚み方向の一面を背板で覆うことにより、導光板の背方への漏光を阻止することができ、背板を放熱機能と光学機能とに兼用することが可能になる。しかも、基板ホルダの伝熱片と背板の一部とを重複させているから、基板ホルダと背板との間で熱伝導に関与する部位の断面積を大きくとることができ、基板ホルダと背板とが別体であるにもかかわらず熱伝達を効率よく行うことができる。
【００２１】
請求項２の発明の構成によれば、導光板の厚み方向の一面を覆う背板を半導体発光素子の放熱に用いるから、背板の厚み程度の寸法増加で実質的な大型化を伴うことなく大きな放熱面積を確保することができる。また、導光板の厚み方向の一面を背板で覆うことにより、導光板の背方への漏光を阻止することができ、背板を放熱機能と光学機能とに兼用することが可能になる。しかも、基板ホルダと背板とが連続一体に形成されているから、基板ホルダと背板とは１部品として扱うことができ部品点数の削減につながる。
【００２２】
請求項３の発明の構成によれば、導光板の背面から漏れ出した光を背板に形成した反射膜で反射することにより導光板に再入射させるから、導光板の背面から漏れ出した光が無駄にならず投入電力に対する光の利用率を高めることになる。また、反射膜が白色であるから、反射膜の表面は拡散反射性を有しており、グレアを生じることがない上に、導光板に再入射させた光の強度に分布を与えることなく導光板の出射面から出射させることができる。
【００２３】
請求項４の発明の構成によれば、導光板の周面の全周を囲む基板ホルダおよび外枠を半導体発光素子の放熱に用いるから、外枠が導光板を囲む部位の大きさの程度の寸法増加で実質的な大型化を伴うことなく大きな放熱面積を確保することができる。また、基板ホルダと導光板とにより導光板の周面を全周に亘って囲むから導光板の周面からの漏光を防止し、しかも導光板の周囲を保護することができる。さらに、基板ホルダと外枠とにより導光板を囲んでいるから、基板ホルダと外枠とを表示パネルなどを取り付ける部材として利用することが可能になる。
【００２４】
請求項５の発明の構成によれば、導光板の周面の全周を囲む基板ホルダおよび外枠と、導光板の厚み方向の一面を覆う背板とを有した箱体を半導体発光素子の放熱に用いるから、導光板の周囲を囲む箱体による寸法増加を生じる程度であって実質的な大型化を伴うことなく大きな放熱面積を確保することができる。また、導光板の出射面以外を金属製の箱体で囲んでいるから、導光板からの不要な漏光を防止することができる上に、導光板の周囲を保護することができる。さらに、導光板から出射した光は箱体の開口部位から取り出されるから、箱体を表示パネルなどを取り付ける部材として利用することが可能になる。
【００２５】
請求項６の構成によれば、上述した請求項１〜５の発明の効果を奏する表示用照明器具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施形態１）
本実施形態では、図１に示すように、誘導標識を表記した透光性材料からなる表示パネル４０を面光源装置Ａの発光面に対向して配置することにより、誘導灯を構成する例を示す。面光源装置Ａは、発光源としての発光ダイオード（半導体発光素子）１１と、発光ダイオード１１とともに用いて面発光を行う導光板２０とを備える。
【００２７】
発光ダイオード１１は、表面実装型であって、短冊状の基板１２の実装面１２ａにはんだを用いて実装される。また、発光ダイオード１１は、基板１２の長手方向に沿って等間隔で１列に配列される。
【００２８】
基板１２は、基板ホルダ１３に保持される。基板ホルダ１３は、金属材料により断面コ字状に形成され、基板１２の厚み方向において実装面１２ａの反対面となる一面が当接する取付片１３ａと、取付片１３ａの幅方向の各側縁からそれぞれ取付片１３ａに直交する向きに延設された前片１３ｂおよび後片１３ｃとを備える。基板１２は前片１３ｂと後片１３ｃとの間に配置される。したがって、発光ダイオード１１からの熱は基板ホルダ１３に伝導される。
【００２９】
導光板２０は、図２に示すように、４つの周面のうちの１面が基板１２の実装面１２ａに対向し、この１面が発光ダイオード１１からの光が入射する入射面２０ａとして機能する。また、導光板２０の厚み方向の一面は面発光する出射面２０ｂとして機能する。導光板２０の厚み方向の他面は入射面２０ａからの距離が大きくなるに従って出射面２０ｂとの距離を小さくするように傾斜する反射面２０ｃを備え、全体としてくさび型に形成される。導光板２０は、透明なアクリル樹脂ないしポリカーボネイト樹脂のような透光性材料で形成される。
【００３０】
基板ホルダ１３は、発光ダイオード１１からの光が効率よく導光板２０の入射面２０ａに入射するように、反射率の高い銀色の金属材料で形成されるか、基板１２を囲む面にメッキまたは塗装により白色の反射膜が形成される。すなわち、基板ホルダ１３は、基板１２を保持する機能とともに、リフレクタとしての機能を有する。基板ホルダ１３において基板１２を囲む面の反射率（反射膜を設けた場合には反射膜の反射率）は、７０％以上、好ましくは９０％以上とする。
【００３１】
発光ダイオード１１からの光は、導光板２０の入射面２０ａに入射し、出射面２０ｂと反射面２０ｃとの間で全反射を繰り返して導光板２０内を伝播され、出射面２０ｂに形成された光拡散部（図示せず）に到達した光は、光拡散部を拡散透過して出射面２０ｂから出射する。光拡散部は、たとえば、出射面２０ｂの一部を粗面に形成するか、出射面２０ｂの一部に微小な球面などを設けることにより形成される。また、光拡散部は、出射面２０ｂの全面に亘って設けられ、出射面２０ｂの全面から光が出射する。したがって、導光板２０の出射面２０ｂを面発光させることができる。
【００３２】
出射面２０ｂから出射した光は、出射面２０ｂに対向して配設された光学シート２１に入射する。光学シート２１には、先端が導光板２０の出射面２０ｂに当接する断面略三角形状のプリズム２１ａが、全面に亘って複数列形成される。各プリズム２１ａは、稜線方向が導光板２０の入射面２０ａと平行になるようにそれぞれ形成される。
【００３３】
いずれかのプリズム２１ａに入射した光は、隣接する他のプリズム２１ａの壁面で全反射されて光学シート２１の表面（プリズム２１ａが形成された面の反対側の面）から出射する。導光板２０の出射面２０ｂから出射された光の進行方向は、光学シート２１により出射面２０ｂに垂直な方向に近づけられる。すなわち、光学シート２１は、出射面２０ｂに垂直な方向の輝度を高める配光を行う。なお、プリズム２１ａの断面の形状（略三角形状）を変えることにより、入射面２０ａおよび出射面２０ｂに垂直な面において、任意の方向の配光を行うことができる。
【００３４】
なお、光学シート２１におけるプリズム２１ａを、導光板２０の入射面２０ａに垂直な方向に沿って形成することもできる。この場合、プリズム２１ａの断面の形状を変えることにより、入射面２０ａに平行で出射面２０ｂに垂直な面において、任意の方向の配光を行うことができる。
【００３５】
光学シート２１を挟んで導光板２０の反対側には、光学シート２１に対向する表示パネル４０が配設され、光学シート２１で配光された光が表示パネル４０に入射する。
【００３６】
表示パネル４０は、光学シート２１に対向する側の面である背面（図における下面）、または、光学シート２１から遠い方の面である前面（図における上面）の少なくとも一方の面に、スクリーン印刷やカッティングシート等により図柄が形成される。表示パネル４０は、アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂またはガラスで透明に形成される。ただし、表示パネル４０を拡散透過性の材料で形成することもできる。
【００３７】
図３に示す表示パネル４０の図柄（誘導標識）は、避難口誘導灯に用いられる図柄の例であり、白色と緑色（塗りつぶされた領域）の２色で図柄が形成されている。また、図４に示す表示パネル４０の図柄（誘導標識）は、通路誘導灯に用いられる図柄の例であり、白色と緑色（塗りつぶされた領域）の２色で図柄が形成されている。光学シート２１で配光された光が表示パネル４０を透過することにより、表示パネル４０の図柄が視認できる状態になり、誘導を行うことができる。
【００３８】
ところで、図１に示した面光源装置Ａでは、上述したように、発光ダイオード１１には表面実装型のものが用いられるから、発光ダイオード１１の熱は基板１２に伝わる。また、基板１２は、実装面１２ａの裏面が基板ホルダ１３の取付片１３ａの表面に当接するから、基板ホルダ１３は、基板１２と熱結合し、基板１２に伝わった発光ダイオード１１の熱は基板ホルダ１３に伝わる。基板ホルダ１３に伝わった発光ダイオード１１の熱は、基板ホルダ１３の表面から放熱される。
【００３９】
本実施形態では、導光板２０の反射面２０ｃに対向して金属板からなる背板３０を配設してあり、図２に示すように、基板ホルダ１３の後片１３ｃと背板３０の厚み方向の一面（前面）における一端部とを重複させることにより、基板ホルダ１３を背板３０に熱結合させている。したがって、基板ホルダ１３に伝わった発光ダイオード１１の熱は、背板３０にも伝達され背板３０からも放熱される。すなわち、後片１３ｃは背板３０に伝熱する伝熱片として機能する。
【００４０】
すなわち、発光ダイオード１１の熱は、基板ホルダ１３と背板３０との両方から放熱される。ここに、出射面２０ｂにおいて面発光を行う導光板２０は、基板１２や発光ダイオード１１に比べ大きな部品であり、背板３０は、導光板２０の反射面２０ｃに対向するから、省スペースで反射面２０ｃに応じた大きな放熱面積を確保することができる。
【００４１】
したがって、発光ダイオード１１に供給する電力を低下させることなく、また、水冷や空冷のための装置を用いることなく発光ダイオード１１のジャンクション温度を低減することができる。発光ダイオード１１に供給する電力を低下させる必要がないから、発光ダイオード１１の使用個数を増やすことなく必要な光束を確保でき、また、冷却装置などを用いないから、面光源装置Ａを様々な環境で使用できるとともに面光源装置Ａの大型化を抑制することができる。
【００４２】
また、ジャンクション温度を低減できるから、ジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないように発光ダイオード１１を使用することができるとともに、発光ダイオード１１の寿命を延ばすことができる。
【００４３】
ところで、背板３０は、反射率の高い銀色の金属材料で形成され、導光板２０の反射面２０ｃから漏れ出た光を反射する。導光板２０の反射面２０ｃから漏れ出た光は、背板３０で反射されることにより導光板２０に戻され、再利用される。背板３０の反射率は、たとえば、７０％以上、好ましくは９０％以上とする。
【００４４】
上述のように、背板３０を用いて反射面２０ｃから漏れ出た光を反射させて導光板２０に戻すから、反射面２０ｃから漏れ出た光を導光板２０に戻す部材（従来例における反射シート）を別途設ける必要がなく、部品点数が減ってコストが削減する。
【００４５】
また、メッキまたは塗装により背板３０の導光板２０側の表面に白色の反射膜を形成することもできる。この場合、反射膜により背板３０の反射率を高める効果が期待できるとともに、導光板２０から白色の光を出射させることができ、表示パネル４０における白色の配色が不要になって表示パネル４０の印刷工程を低減することができる。
【００４６】
ところで、基板１２に発光ダイオード１１以外の電子部品１４を実装する場合は、図５に示すように基板１２の実装面１２ａの裏面側に電子部品１４を実装する。あるいはまた、図７に示すように、基板１２の実装面１２ａ側に電子部品１４を実装することもできる。電子部品１４としては、たとえば、発光ダイオード１１にサージ電圧が加わらないように各発光ダイオード１１にそれぞれ並列に接続される定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）がある。
【００４７】
基板１２の実装面１２ａの裏面側に電子部品１４を実装する場合は、基板１２には、たとえば、両面実装タイプのガラスエポキシ基板（ＦＲ４）を用いることができる。また、基板１２の実装面１２ａの裏面側に電子部品１４を実装する場合は、基板１２は、図６に示すように基板１２と基板ホルダ１３との間に熱伝導シート１５を挟む形で基板ホルダ１３に取り付けられ、熱伝導シート１５により基板１２と基板ホルダ１３とが熱結合される。
【００４８】
基板１２が反ると基板１２と基板ホルダ１３の取付片１３ａとの接触面積が小さくなるが、熱伝導シート１５を用いることにより、基板１２が反っても基板１２と基板ホルダ１３との間の接触面積が小さくならず、熱伝導効率の低下が抑えられる。
【００４９】
同様に、基板ホルダ１３の後片１３ｃと背板３０との間に熱伝導シート１６を挟み、熱伝導シート１６により基板ホルダ１３と背板３０とを熱結合させることもできる。なお、基板１２の実装面１２ａの裏面側に電子部品１４を実装しない場合であっても、熱伝導シート１５を基板１２と基板ホルダ１３との間に挟むことができる。
【００５０】
また、発光ダイオード１１または発光ダイオード１１と電子部品１４とを基板１２の実装面１２ａ側に実装する場合は、図７に示すように、実装面１２ａの裏面において金属製の伝熱板１７を基板１２に貼り合わせた合成基板を用いることができる。伝熱板１７は金属製であるから、伝熱板１７により基板１２の反りが抑制され基板１２と基板ホルダ１３との間の熱伝導効率の低下を抑えることができる。
【００５１】
なお、上述した構成例では、光学シート２１のプリズム２１ａを導光板２０の出射面２０ｂ側に形成する例を示したが、プリズム２１ａを表示パネル４０側に形成することもできる。
【００５２】
また、光学シート２１と導光板２０との間に光拡散シートを配設し、導光板２０の出射面２０ｂから出射した光を光拡散シートでさらに拡散させることもできる。
【００５３】
さらに、光拡散シートを導光板２０と背板３０との間に配設したり、２つの光学シート２１を導光板２０の出射面２０ｂ側と反射面２０ｃ側との両方に配設したりすることができる。
【００５４】
本実施形態では表示パネル４０を照明する例を示したが、表示パネル４０に代えて液晶パネルを配置し、面光源装置Ａを液晶パネルのバックライトとして用いることも可能である。
【００５５】
（実施形態２）
本実施形態では、図８に示すように、基板ホルダ１３と背板３０とが連続一体に形成された構成例を示す。基板ホルダ１３と背板３０とは、基板ホルダ１３の後片１３ｃと背板３０とを接続した形で連続一体に形成されている。基板ホルダ１３および背板３０は、たとえば、金属板を曲げ加工することにより形成することができる。本実施形態では、基板ホルダ１３と背板３０とが連続一体に形成されているから、実施形態１よりも部品点数を低減することができる。
【００５６】
ところで、実施形態１と同様に、導光板２０は全体としてくさび型に形成されており、背板３０は導光板２０の出射面２０ｂと略平行に配設されるから、反射面２０ｃは入射面２０ａからの距離が大きくなるほど背板３０から離れ、反射面２０ｃと背板３０との間に隙間が形成される。したがって、導光板２０から背方に漏光した光の背板３０による反射角度にばらつきが生じる可能性がある。
【００５７】
そこで、図９に示すように、背板３０と基板ホルダ１３との接続部を折曲し、背板３０を全面に亘って導光板２０の反射面２０ｃに平行に配置することによって、上述した隙間の形成を防止してもよい。この構成では、背板３０による反射角度のばらつきを防止することができる。
【００５８】
本実施形態の構成では実施形態１と同様に、基板ホルダ１３の内面および背板３０の表面にメッキまたは塗装により白色の反射膜３０ｃを形成してもよい（図１０参照）。他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００５９】
（実施形態３）
本実施形態で例示する面光源装置Ａは、図１１に示すように、背板３０に代えて基板ホルダ１３と連続一体に形成された外枠３１を備えている。
【００６０】
外枠３１は、導光板２０における入射面２０ａを除く周面を囲むようにコ字状に形成される。したがって、外枠３１は、基板ホルダ１３とともに、導光板２０の周面を全周に亘って囲んでいる。
【００６１】
基板ホルダ１３および外枠３１は、たとえば、金属板の折り曲げ加工により形成することができる。基板ホルダ１３および外枠３１は、反射率の高い銀色の金属材料で形成されるか、内面にメッキや塗装により反射膜が形成される。基板ホルダ１３および外枠３１（反射膜が形成される場合は反射膜）の反射率は、たとえば、７０％以上、好ましくは９０％以上とする。
【００６２】
上述したように、本実施形態では、基板ホルダ１３と外枠３１とは連続一体に形成されるから、基板ホルダ１３に伝わった発光ダイオード１１の熱は、基板ホルダ１３に加えて外枠３１でも放熱される。
【００６３】
上述したように、導光板２０は基板１２や発光ダイオード１１に比べ大きな部品であり、外枠３１は、基板ホルダ１３とともに導光板２０の周面を全周に亘って囲むから、省スペースで導光板２０の周面に応じた大きな放熱面積を確保することができる。また、基板ホルダ１３と外枠３１とを連続一体に形成することで、部品点数を増加させることなく大きな放熱面積を確保することができる。
【００６４】
ところで、本実施形態では、導光板２０の反射面２０ｃ側には、反射面２０ｃに対向し反射面２０ｃから漏光する光を反射する反射シート２２が配設される。すなわち、反射シート２２は、背板３０における導光板２０の反射面２０ｃから漏れ出た光を反射する機能を有する。反射シート２２は、反射率の高い材料で形成されるか、または、メッキや塗装により白色の反射膜が形成される。反射シート２２の反射率は、７０％以上、好ましくは９０％以上とする。
【００６５】
また、導光板２０や表示パネル４０などを外枠３１に固定することができるから、導光板２０や表示パネル４０に係合する係合部や、導光板２０や表示パネル４０を固定するための固定ねじがねじ込まれるねじ込み孔などを外枠３１に設けることが可能である。係合部は、たとえば、切欠などで形成することができる。他の構成および動作は、実施形態１と同様である。
【００６６】
（実施形態４）
本実施形態で例示する面光源装置Ａは、図１２に示すように、導光板２０’を収容する金属製の箱体３２を備えるものである。また、本実施形態では、反射面２０ｃ’に複数のプリズム溝２０ｄ’が形成された導光板２０’を用いている。
【００６７】
導光板２０’は、図１３に示すように、反射面２０ｃ’が入射面２０ａ’に略直交し、出射面２０ｂ’が入射面２０ａ’から離れるに従って反射面２０ｃ’に近づくように傾斜する。
【００６８】
プリズム溝２０ｄ’は、入射面２０ａ’に沿って入射面２０ａ’の全面に亘って複数形成される。導光板２０’内を伝播する光の一部は、伝播される間にプリズム溝２０ｄ’の壁面で反射されて出射面２０ｂ’から出射する。
【００６９】
本実施形態では、導光板２０’から出射された光を拡散させて表示パネル４０の表面輝度を均一にするために、表示パネル４０と導光板２０’との間に拡散フィルム２３が配設される。また、拡散フィルム２３で拡散された光についての配光を行うために、拡散フィルム２３と表示パネル４０との間にレンズシート２４が配設される。
【００７０】
なお、実施形態１〜３において、光学シート２１（図１参照）に代えて拡散フィルム２３およびレンズシート２４を用いてもよい。また、導光板２０に代えて導光板２０’を用いてもよい。
【００７１】
導光板２０’が収容される箱体３２は、基板ホルダ１３’とともに導光板２０’の周面を全周に亘って囲む外枠３１’と、導光板２０’の反射面２０ｃ’に対向して配置される背板３０’とを連続一体に備える。すなわち、箱体３２の背板３０’は実施形態１において説明した背板３０（図１参照）と同様の機能を有し、箱体３２の外枠３１’は実施形態３において説明した外枠３１（図１１参照）と同様の機能を有している。言い換えると、箱体３２は、基板ホルダ１３と枠体３１と背板３０とを連続一体に形成したことになる。
【００７２】
本実施形態では、箱体３２は、背板３０の機能と外枠３１の機能とを併せて備えているから、部品点数を増加させることなく上述した各実施形態に比較してさらに大きな放熱面積を確保することができる。
【００７３】
また、実施形態３と同様に、導光板２０’や表示パネル４０などを固定する係合部やねじ込み孔を箱体３２の周壁などに形成することができる。他の構成は実施形態１と同様である。
【００７４】
（実施形態５）
本実施形態では、上述した各実施形態の面光源装置Ａを用いて誘導灯（表示用照明器具）を構成した例を示す。誘導灯は、停電や災害等が発生した場合の非常時に、避難口などの存在を認識させるためのものであり、非常時に避難口などを容易に認識できる場所に設置するよう消防法により定められている。本実施形態では、ビルなどの天井に設置される例を示す。ただし、これに限るものではなく、通路や部屋の床や壁に設置することもできる。
【００７５】
誘導灯は、図１４に示すように、面光源装置Ａと、天井に取り付けられる器具本体５０とを備える。器具本体５０は前面が開口し、面光源装置Ａは器具本体５０の前面に取り付けられる。
【００７６】
器具本体５０内には、商用電源ＡＣ（図１５参照）に接続される点灯回路ブロック５１と、２次電池５２とが収容される。点灯回路ブロック５１と発光ダイオード１１を実装した基板１２とは、コネクタ５４ａ，５４ｂを介して接続される。
【００７７】
点灯回路ブロック５１は、図１５に示すように、商用電源ＡＣにより２次電池５２を充電する充電回路５１ａと、非停電時に商用電源ＡＣから供給される電力により発光ダイオード１１を点灯させる常用点灯回路５１ｂと、停電時など商用電源ＡＣからの電力供給が停止すると２次電池５２から供給される電力により発光ダイオード１１を点灯させる非常用点灯回路５１ｃとを備える。複数個の発光ダイオード１１は直列接続されており、常用点灯回路５１ｂと非常用点灯回路５１ｃとに接続される。
【００７８】
ところで、実施形態１，２，４に示した面光源装置Ａを器具本体５０に取り付けた場合、不燃材料である金属からなる背板３０または箱体３２の底３１’が、点灯回路ブロック５１および２次電池５２と導光板２０および表示パネル４０との間に位置するから、点灯回路ブロック５１や２次電池５２がたとえ発火するようなことがあっても、背板３０または箱体３２の底３０’により導光板２０や表示パネル４０への類焼を防止することができ、安全性が確保される。
【００７９】
上述の構成例では、一端が開口する箱状の器具本体５０に面光源装置Ａを取り付ける例を示したが、図１６に示すように、ビルなどの天井に埋め込んで取り付けられる器具本体５０に支柱５３を接続し、支柱５３の下端部に面光源装置Ａを取り付けて、面光源装置Ａを天井から吊下する構成とすることもできる。図示例では、器具本体５０の下面にフランジ部５５を設け、器具本体５０を天井に埋め込んだときに、フランジ部５５を天井面に当接させた形で施工する。
【００８０】
また、本実施形態では表示用照明器具として誘導灯を例示したが、これに限るものではなく、車のテールランプや広告灯などであってもよい。
【００８１】
上述した各実施形態では、半導体発光素子として表面実装型の発光ダイオード１１を例示したが、半導体発光素子としてはレーザーダイオードを用いることも可能である。
【００８２】
また、上述した各実施形態では、複数個の発光ダイオード１１を１列に配列した例を示したが、複数個の発光ダイオード１１を２列以上に配列することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施形態１を示す分解斜視図である。
【図２】同上の要部断面図である。
【図３】同上に用いる表示パネルの一例を示す正面図である。
【図４】同上に用いる表示パネルの他例を示す正面図である。
【図５】同上に用いる基板の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図６】同上の他の構成例を示す要部断面図である。
【図７】同上に用いる基板の別例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図８】実施形態２を示す要部断面図である。
【図９】同上の他例を示す要部断面図である。
【図１０】同上に用いる部材の要部断面図である
【図１１】実施形態３を示す分解斜視図である。
【図１２】実施形態４を示す分解斜視図である。
【図１３】同上の要部断面図である。
【図１４】実施形態５を示す分解斜視図である。
【図１５】同上の回路図である。
【図１６】同上の他例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
１１ 発光ダイオード（半導体発光素子）
１２ 基板
１３ 基板ホルダ
１３’ 基板ホルダ
１３ｃ 後片（伝熱片）
２０ 導光板
２０ａ 入射面
２０ｂ 出射面
３０ 背板
３０’ 背板
３１ 外枠
３１’ 外枠
３２ 箱体
５０ 器具本体
Ａ 面光源装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光源である半導体発光素子に導光板を組み合わせて構成される光源装置であって面光源として用いることができる面光源装置および面光源装置を光源として用いる表示用照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車のテールランプ、誘導灯や広告灯のような表示用照明器具の光源として面光源装置を用いることが考えられている。
【０００３】
たとえば、誘導灯の構成として、透光性を有する表示パネルが発光源である冷陰極ランプから直接的あるいは間接的に光を受ける構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、冷陰極ランプからの光を表示パネルに導入する構成として、導光板により面光源を構成することは明記されていないが、表示パネルの上方に冷陰極ランプが配置された構成から見て、導光板を用いて発光領域を面状に形成した光源装置を想定していると考えられる。
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の技術では、点灯ユニットから高周波電力を供給して冷陰極ランプを高周波点灯させているから、点灯ユニットと光源とを接続する給電線を短くしなければ、給電線の浮遊容量の影響により光出力が低下するという問題がある。また、冷陰極ランプの始動には高電圧が必要であるから、冷陰極ランプに異常が生じたときには回路全体を停止させることが必要である。さらに、点灯ユニットや冷陰極ランプからノイズが生じているから、点灯ユニットなどの回路の点検を行うときにリモコン装置を用いて行おうとすれば、誤動作対策が必要である。
【０００５】
この種の問題を解決する構成として、特許文献２の図２１、図２５に記載されているように、発光ダイオードを発光源に用いる構成が考えられる。発光源が発光ダイオードであれば、直流で点灯させることができる上に始動のための高電圧も不要であるから、上述の問題を解決することができる。
【０００６】
特許文献２に記載の構成では、発光源として基板に実装した複数個の発光ダイオードを用い、正面形状が矩形状である導光板の４周面のうちの１面を入射面として発光ダイオードからの光を入射し、導光板の厚み方向の一面である出射面から光を出射させる構成の面光源装置を実現している。
【０００７】
発光源に用いることができる発光ダイオードは、特許文献３で採用されている砲弾型と特許文献４で採用されている表面実装型とに大別することができる。砲弾型の発光ダイオードは表面実装型の発光ダイオードに比較すると投入電力に対する全光束が少ないから、表面実装型の発光ダイオードを採用するほうが、発光ダイオードの実装個数が少なくなり、製造コストを低減することができる。とくに、最近では表面実装型の発光ダイオードとして高光出力のものが提供されているから、面光源装置からの光出力に対する発光ダイオードの実装個数をより低減することが可能になる。
【特許文献１】特開２００１−１４９０９号公報
【特許文献２】特開２００４−３９２８９号公報
【特許文献３】特開平８−１６０８９２号公報
【特許文献４】特開２００８−９８１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、発光ダイオードの使用可能な最大温度は、ＰＮ接合部の温度であるジャンクション温度の上限値（最大ジャンクション温度）により定められている。つまり、最大ジャンクション温度を超えないように使用温度を制限する必要がある。一方、ジャンクション温度を低く保つ工夫をすれば、輝度低下や点灯不能に至るまでの寿命時間を延ばすことができ、発光源として高い信頼性が得られることになる。
【０００９】
ジャンクション温度を下げる技術としては、発光ダイオードの投入電力を低減する技術や発光ダイオードの周辺温度を下げるための水冷や空冷などの技術が考えられている。
【００１０】
しかしながら、発光ダイオードへの投入電力を低減する技術を採用した場合には、１個当たりの光出力が低下するから実装個数が増加し、製造コストの増加につながるという問題が生じる。一方、周辺温度を下げる技術を採用した場合には、使用可能な環境が制限される上に、面光源装置の全体としての大型化につながるという問題が生じる。
【００１１】
上述した問題は、半導体レーザや有機ＥＬのような、発光ダイオード以外の半導体発光素子を発光源に用いる場合にも生じる。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的は、比較的大きい電力を半導体発光素子に投入することを可能にし使用可能な環境の制約を少なくしながらも半導体発光素子のジャンクション温度の上昇を抑制した小型の面光源装置を提供することにあり、さらに面光源装置を用いた表示用照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、導光板の厚み方向の他面を覆う金属板である背板とを備え、基板ホルダは、背板の厚み方向の一面において背板の一部に重複して背板に熱結合される伝熱片を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、導光板の厚み方向の他面を覆う金属板である背板とを備え、背板は基板ホルダと連続一体に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記背板において導光板と対向する面に、白色の反射膜が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、基板ホルダとともに導光板の周面を全周に亘って囲む金属製の外枠とを備え、外枠は基板ホルダは外枠と一体に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、基板ホルダとともに導光板の周面を全周に亘って囲む外枠および導光板の厚み方向の他面を覆い外枠の一面を閉塞する背板を一体に有した金属製の箱体とを備え、箱体は基板ホルダと一体に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、表示用照明器具であって、請求項１〜５の何れか１項に記載の面光源装置と、面光源装置が取り付けられる器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構成によれば、発光源に半導体発光素子を用いるとともに導光板を用いることにより面発光を行う面光源装置において、半導体発光素子の放熱用の部材として、導光板の背面を覆う背板と導光板の周面を囲む外枠との少なくとも一方を用いることができるように、背板と外枠との少なくとも一方を半導体発光素子と熱結合するから、導光板を用いた面光源装置において実質的な大型化を避けながらも半導体発光素子からの熱を放熱するための放熱面積を大きくとることを可能にし、結果的に、比較的大きい電力を半導体発光素子に投入することを可能にし、しかも使用可能な環境の制約を少なくすることが可能になるという利点がある。
【００２０】
請求項１の発明の構成によれば、導光板の厚み方向の一面を覆う背板を半導体発光素子の放熱に用いるから、背板の厚み程度の寸法増加で実質的な大型化を伴うことなく大きな放熱面積を確保することができる。また、導光板の厚み方向の一面を背板で覆うことにより、導光板の背方への漏光を阻止することができ、背板を放熱機能と光学機能とに兼用することが可能になる。しかも、基板ホルダの伝熱片と背板の一部とを重複させているから、基板ホルダと背板との間で熱伝導に関与する部位の断面積を大きくとることができ、基板ホルダと背板とが別体であるにもかかわらず熱伝達を効率よく行うことができる。
【００２１】
請求項２の発明の構成によれば、導光板の厚み方向の一面を覆う背板を半導体発光素子の放熱に用いるから、背板の厚み程度の寸法増加で実質的な大型化を伴うことなく大きな放熱面積を確保することができる。また、導光板の厚み方向の一面を背板で覆うことにより、導光板の背方への漏光を阻止することができ、背板を放熱機能と光学機能とに兼用することが可能になる。しかも、基板ホルダと背板とが連続一体に形成されているから、基板ホルダと背板とは１部品として扱うことができ部品点数の削減につながる。
【００２２】
請求項３の発明の構成によれば、導光板の背面から漏れ出した光を背板に形成した反射膜で反射することにより導光板に再入射させるから、導光板の背面から漏れ出した光が無駄にならず投入電力に対する光の利用率を高めることになる。また、反射膜が白色であるから、反射膜の表面は拡散反射性を有しており、グレアを生じることがない上に、導光板に再入射させた光の強度に分布を与えることなく導光板の出射面から出射させることができる。
【００２３】
請求項４の発明の構成によれば、導光板の周面の全周を囲む基板ホルダおよび外枠を半導体発光素子の放熱に用いるから、外枠が導光板を囲む部位の大きさの程度の寸法増加で実質的な大型化を伴うことなく大きな放熱面積を確保することができる。また、基板ホルダと導光板とにより導光板の周面を全周に亘って囲むから導光板の周面からの漏光を防止し、しかも導光板の周囲を保護することができる。さらに、基板ホルダと外枠とにより導光板を囲んでいるから、基板ホルダと外枠とを表示パネルなどを取り付ける部材として利用することが可能になる。
【００２４】
請求項５の発明の構成によれば、導光板の周面の全周を囲む基板ホルダおよび外枠と、導光板の厚み方向の一面を覆う背板とを有した箱体を半導体発光素子の放熱に用いるから、導光板の周囲を囲む箱体による寸法増加を生じる程度であって実質的な大型化を伴うことなく大きな放熱面積を確保することができる。また、導光板の出射面以外を金属製の箱体で囲んでいるから、導光板からの不要な漏光を防止することができる上に、導光板の周囲を保護することができる。さらに、導光板から出射した光は箱体の開口部位から取り出されるから、箱体を表示パネルなどを取り付ける部材として利用することが可能になる。
【００２５】
請求項６の構成によれば、上述した請求項１〜５の発明の効果を奏する表示用照明器具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施形態１）
本実施形態では、図１に示すように、誘導標識を表記した透光性材料からなる表示パネル４０を面光源装置Ａの発光面に対向して配置することにより、誘導灯を構成する例を示す。面光源装置Ａは、発光源としての発光ダイオード（半導体発光素子）１１と、発光ダイオード１１とともに用いて面発光を行う導光板２０とを備える。
【００２７】
発光ダイオード１１は、表面実装型であって、短冊状の基板１２の実装面１２ａにはんだを用いて実装される。また、発光ダイオード１１は、基板１２の長手方向に沿って等間隔で１列に配列される。
【００２８】
基板１２は、基板ホルダ１３に保持される。基板ホルダ１３は、金属材料により断面コ字状に形成され、基板１２の厚み方向において実装面１２ａの反対面となる一面が当接する取付片１３ａと、取付片１３ａの幅方向の各側縁からそれぞれ取付片１３ａに直交する向きに延設された前片１３ｂおよび後片１３ｃとを備える。基板１２は前片１３ｂと後片１３ｃとの間に配置される。したがって、発光ダイオード１１からの熱は基板ホルダ１３に伝導される。
【００２９】
導光板２０は、図２に示すように、４つの周面のうちの１面が基板１２の実装面１２ａに対向し、この１面が発光ダイオード１１からの光が入射する入射面２０ａとして機能する。また、導光板２０の厚み方向の一面は面発光する出射面２０ｂとして機能する。導光板２０の厚み方向の他面は入射面２０ａからの距離が大きくなるに従って出射面２０ｂとの距離を小さくするように傾斜する反射面２０ｃを備え、全体としてくさび型に形成される。導光板２０は、透明なアクリル樹脂ないしポリカーボネイト樹脂のような透光性材料で形成される。
【００３０】
基板ホルダ１３は、発光ダイオード１１からの光が効率よく導光板２０の入射面２０ａに入射するように、反射率の高い銀色の金属材料で形成されるか、基板１２を囲む面にメッキまたは塗装により白色の反射膜が形成される。すなわち、基板ホルダ１３は、基板１２を保持する機能とともに、リフレクタとしての機能を有する。基板ホルダ１３において基板１２を囲む面の反射率（反射膜を設けた場合には反射膜の反射率）は、７０％以上、好ましくは９０％以上とする。
【００３１】
発光ダイオード１１からの光は、導光板２０の入射面２０ａに入射し、出射面２０ｂと反射面２０ｃとの間で全反射を繰り返して導光板２０内を伝播され、出射面２０ｂに形成された光拡散部（図示せず）に到達した光は、光拡散部を拡散透過して出射面２０ｂから出射する。光拡散部は、たとえば、出射面２０ｂの一部を粗面に形成するか、出射面２０ｂの一部に微小な球面などを設けることにより形成される。また、光拡散部は、出射面２０ｂの全面に亘って設けられ、出射面２０ｂの全面から光が出射する。したがって、導光板２０の出射面２０ｂを面発光させることができる。
【００３２】
出射面２０ｂから出射した光は、出射面２０ｂに対向して配設された光学シート２１に入射する。光学シート２１には、先端が導光板２０の出射面２０ｂに当接する断面略三角形状のプリズム２１ａが、全面に亘って複数列形成される。各プリズム２１ａは、稜線方向が導光板２０の入射面２０ａと平行になるようにそれぞれ形成される。
【００３３】
いずれかのプリズム２１ａに入射した光は、隣接する他のプリズム２１ａの壁面で全反射されて光学シート２１の表面（プリズム２１ａが形成された面の反対側の面）から出射する。導光板２０の出射面２０ｂから出射された光の進行方向は、光学シート２１により出射面２０ｂに垂直な方向に近づけられる。すなわち、光学シート２１は、出射面２０ｂに垂直な方向の輝度を高める配光を行う。なお、プリズム２１ａの断面の形状（略三角形状）を変えることにより、入射面２０ａおよび出射面２０ｂに垂直な面において、任意の方向の配光を行うことができる。
【００３４】
なお、光学シート２１におけるプリズム２１ａを、導光板２０の入射面２０ａに垂直な方向に沿って形成することもできる。この場合、プリズム２１ａの断面の形状を変えることにより、入射面２０ａに平行で出射面２０ｂに垂直な面において、任意の方向の配光を行うことができる。
【００３５】
光学シート２１を挟んで導光板２０の反対側には、光学シート２１に対向する表示パネル４０が配設され、光学シート２１で配光された光が表示パネル４０に入射する。
【００３６】
表示パネル４０は、光学シート２１に対向する側の面である背面（図における下面）、または、光学シート２１から遠い方の面である前面（図における上面）の少なくとも一方の面に、スクリーン印刷やカッティングシート等により図柄が形成される。表示パネル４０は、アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂またはガラスで透明に形成される。ただし、表示パネル４０を拡散透過性の材料で形成することもできる。
【００３７】
図３に示す表示パネル４０の図柄（誘導標識）は、避難口誘導灯に用いられる図柄の例であり、白色と緑色（塗りつぶされた領域）の２色で図柄が形成されている。また、図４に示す表示パネル４０の図柄（誘導標識）は、通路誘導灯に用いられる図柄の例であり、白色と緑色（塗りつぶされた領域）の２色で図柄が形成されている。光学シート２１で配光された光が表示パネル４０を透過することにより、表示パネル４０の図柄が視認できる状態になり、誘導を行うことができる。
【００３８】
ところで、図１に示した面光源装置Ａでは、上述したように、発光ダイオード１１には表面実装型のものが用いられるから、発光ダイオード１１の熱は基板１２に伝わる。また、基板１２は、実装面１２ａの裏面が基板ホルダ１３の取付片１３ａの表面に当接するから、基板ホルダ１３は、基板１２と熱結合し、基板１２に伝わった発光ダイオード１１の熱は基板ホルダ１３に伝わる。基板ホルダ１３に伝わった発光ダイオード１１の熱は、基板ホルダ１３の表面から放熱される。
【００３９】
本実施形態では、導光板２０の反射面２０ｃに対向して金属板からなる背板３０を配設してあり、図２に示すように、基板ホルダ１３の後片１３ｃと背板３０の厚み方向の一面（前面）における一端部とを重複させることにより、基板ホルダ１３を背板３０に熱結合させている。したがって、基板ホルダ１３に伝わった発光ダイオード１１の熱は、背板３０にも伝達され背板３０からも放熱される。すなわち、後片１３ｃは背板３０に伝熱する伝熱片として機能する。
【００４０】
すなわち、発光ダイオード１１の熱は、基板ホルダ１３と背板３０との両方から放熱される。ここに、出射面２０ｂにおいて面発光を行う導光板２０は、基板１２や発光ダイオード１１に比べ大きな部品であり、背板３０は、導光板２０の反射面２０ｃに対向するから、省スペースで反射面２０ｃに応じた大きな放熱面積を確保することができる。
【００４１】
したがって、発光ダイオード１１に供給する電力を低下させることなく、また、水冷や空冷のための装置を用いることなく発光ダイオード１１のジャンクション温度を低減することができる。発光ダイオード１１に供給する電力を低下させる必要がないから、発光ダイオード１１の使用個数を増やすことなく必要な光束を確保でき、また、冷却装置などを用いないから、面光源装置Ａを様々な環境で使用できるとともに面光源装置Ａの大型化を抑制することができる。
【００４２】
また、ジャンクション温度を低減できるから、ジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないように発光ダイオード１１を使用することができるとともに、発光ダイオード１１の寿命を延ばすことができる。
【００４３】
ところで、背板３０は、反射率の高い銀色の金属材料で形成され、導光板２０の反射面２０ｃから漏れ出た光を反射する。導光板２０の反射面２０ｃから漏れ出た光は、背板３０で反射されることにより導光板２０に戻され、再利用される。背板３０の反射率は、たとえば、７０％以上、好ましくは９０％以上とする。
【００４４】
上述のように、背板３０を用いて反射面２０ｃから漏れ出た光を反射させて導光板２０に戻すから、反射面２０ｃから漏れ出た光を導光板２０に戻す部材（従来例における反射シート）を別途設ける必要がなく、部品点数が減ってコストが削減する。
【００４５】
また、メッキまたは塗装により背板３０の導光板２０側の表面に白色の反射膜を形成することもできる。この場合、反射膜により背板３０の反射率を高める効果が期待できるとともに、導光板２０から白色の光を出射させることができ、表示パネル４０における白色の配色が不要になって表示パネル４０の印刷工程を低減することができる。
【００４６】
ところで、基板１２に発光ダイオード１１以外の電子部品１４を実装する場合は、図５に示すように基板１２の実装面１２ａの裏面側に電子部品１４を実装する。あるいはまた、図７に示すように、基板１２の実装面１２ａ側に電子部品１４を実装することもできる。電子部品１４としては、たとえば、発光ダイオード１１にサージ電圧が加わらないように各発光ダイオード１１にそれぞれ並列に接続される定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）がある。
【００４７】
基板１２の実装面１２ａの裏面側に電子部品１４を実装する場合は、基板１２には、たとえば、両面実装タイプのガラスエポキシ基板（ＦＲ４）を用いることができる。また、基板１２の実装面１２ａの裏面側に電子部品１４を実装する場合は、基板１２は、図６に示すように基板１２と基板ホルダ１３との間に熱伝導シート１５を挟む形で基板ホルダ１３に取り付けられ、熱伝導シート１５により基板１２と基板ホルダ１３とが熱結合される。
【００４８】
基板１２が反ると基板１２と基板ホルダ１３の取付片１３ａとの接触面積が小さくなるが、熱伝導シート１５を用いることにより、基板１２が反っても基板１２と基板ホルダ１３との間の接触面積が小さくならず、熱伝導効率の低下が抑えられる。
【００４９】
同様に、基板ホルダ１３の後片１３ｃと背板３０との間に熱伝導シート１６を挟み、熱伝導シート１６により基板ホルダ１３と背板３０とを熱結合させることもできる。なお、基板１２の実装面１２ａの裏面側に電子部品１４を実装しない場合であっても、熱伝導シート１５を基板１２と基板ホルダ１３との間に挟むことができる。
【００５０】
また、発光ダイオード１１または発光ダイオード１１と電子部品１４とを基板１２の実装面１２ａ側に実装する場合は、図７に示すように、実装面１２ａの裏面において金属製の伝熱板１７を基板１２に貼り合わせた合成基板を用いることができる。伝熱板１７は金属製であるから、伝熱板１７により基板１２の反りが抑制され基板１２と基板ホルダ１３との間の熱伝導効率の低下を抑えることができる。
【００５１】
なお、上述した構成例では、光学シート２１のプリズム２１ａを導光板２０の出射面２０ｂ側に形成する例を示したが、プリズム２１ａを表示パネル４０側に形成することもできる。
【００５２】
また、光学シート２１と導光板２０との間に光拡散シートを配設し、導光板２０の出射面２０ｂから出射した光を光拡散シートでさらに拡散させることもできる。
【００５３】
さらに、光拡散シートを導光板２０と背板３０との間に配設したり、２つの光学シート２１を導光板２０の出射面２０ｂ側と反射面２０ｃ側との両方に配設したりすることができる。
【００５４】
本実施形態では表示パネル４０を照明する例を示したが、表示パネル４０に代えて液晶パネルを配置し、面光源装置Ａを液晶パネルのバックライトとして用いることも可能である。
【００５５】
（実施形態２）
本実施形態では、図８に示すように、基板ホルダ１３と背板３０とが連続一体に形成された構成例を示す。基板ホルダ１３と背板３０とは、基板ホルダ１３の後片１３ｃと背板３０とを接続した形で連続一体に形成されている。基板ホルダ１３および背板３０は、たとえば、金属板を曲げ加工することにより形成することができる。本実施形態では、基板ホルダ１３と背板３０とが連続一体に形成されているから、実施形態１よりも部品点数を低減することができる。
【００５６】
ところで、実施形態１と同様に、導光板２０は全体としてくさび型に形成されており、背板３０は導光板２０の出射面２０ｂと略平行に配設されるから、反射面２０ｃは入射面２０ａからの距離が大きくなるほど背板３０から離れ、反射面２０ｃと背板３０との間に隙間が形成される。したがって、導光板２０から背方に漏光した光の背板３０による反射角度にばらつきが生じる可能性がある。
【００５７】
そこで、図９に示すように、背板３０と基板ホルダ１３との接続部を折曲し、背板３０を全面に亘って導光板２０の反射面２０ｃに平行に配置することによって、上述した隙間の形成を防止してもよい。この構成では、背板３０による反射角度のばらつきを防止することができる。
【００５８】
本実施形態の構成では実施形態１と同様に、基板ホルダ１３の内面および背板３０の表面にメッキまたは塗装により白色の反射膜３０ｃを形成してもよい（図１０参照）。他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００５９】
（実施形態３）
本実施形態で例示する面光源装置Ａは、図１１に示すように、背板３０に代えて基板ホルダ１３と連続一体に形成された外枠３１を備えている。
【００６０】
外枠３１は、導光板２０における入射面２０ａを除く周面を囲むようにコ字状に形成される。したがって、外枠３１は、基板ホルダ１３とともに、導光板２０の周面を全周に亘って囲んでいる。
【００６１】
基板ホルダ１３および外枠３１は、たとえば、金属板の折り曲げ加工により形成することができる。基板ホルダ１３および外枠３１は、反射率の高い銀色の金属材料で形成されるか、内面にメッキや塗装により反射膜が形成される。基板ホルダ１３および外枠３１（反射膜が形成される場合は反射膜）の反射率は、たとえば、７０％以上、好ましくは９０％以上とする。
【００６２】
上述したように、本実施形態では、基板ホルダ１３と外枠３１とは連続一体に形成されるから、基板ホルダ１３に伝わった発光ダイオード１１の熱は、基板ホルダ１３に加えて外枠３１でも放熱される。
【００６３】
上述したように、導光板２０は基板１２や発光ダイオード１１に比べ大きな部品であり、外枠３１は、基板ホルダ１３とともに導光板２０の周面を全周に亘って囲むから、省スペースで導光板２０の周面に応じた大きな放熱面積を確保することができる。また、基板ホルダ１３と外枠３１とを連続一体に形成することで、部品点数を増加させることなく大きな放熱面積を確保することができる。
【００６４】
ところで、本実施形態では、導光板２０の反射面２０ｃ側には、反射面２０ｃに対向し反射面２０ｃから漏光する光を反射する反射シート２２が配設される。すなわち、反射シート２２は、背板３０における導光板２０の反射面２０ｃから漏れ出た光を反射する機能を有する。反射シート２２は、反射率の高い材料で形成されるか、または、メッキや塗装により白色の反射膜が形成される。反射シート２２の反射率は、７０％以上、好ましくは９０％以上とする。
【００６５】
また、導光板２０や表示パネル４０などを外枠３１に固定することができるから、導光板２０や表示パネル４０に係合する係合部や、導光板２０や表示パネル４０を固定するための固定ねじがねじ込まれるねじ込み孔などを外枠３１に設けることが可能である。係合部は、たとえば、切欠などで形成することができる。他の構成および動作は、実施形態１と同様である。
【００６６】
（実施形態４）
本実施形態で例示する面光源装置Ａは、図１２に示すように、導光板２０’を収容する金属製の箱体３２を備えるものである。また、本実施形態では、反射面２０ｃ’に複数のプリズム溝２０ｄ’が形成された導光板２０’を用いている。
【００６７】
導光板２０’は、図１３に示すように、反射面２０ｃ’が入射面２０ａ’に略直交し、出射面２０ｂ’が入射面２０ａ’から離れるに従って反射面２０ｃ’に近づくように傾斜する。
【００６８】
プリズム溝２０ｄ’は、入射面２０ａ’に沿って入射面２０ａ’の全面に亘って複数形成される。導光板２０’内を伝播する光の一部は、伝播される間にプリズム溝２０ｄ’の壁面で反射されて出射面２０ｂ’から出射する。
【００６９】
本実施形態では、導光板２０’から出射された光を拡散させて表示パネル４０の表面輝度を均一にするために、表示パネル４０と導光板２０’との間に拡散フィルム２３が配設される。また、拡散フィルム２３で拡散された光についての配光を行うために、拡散フィルム２３と表示パネル４０との間にレンズシート２４が配設される。
【００７０】
なお、実施形態１〜３において、光学シート２１（図１参照）に代えて拡散フィルム２３およびレンズシート２４を用いてもよい。また、導光板２０に代えて導光板２０’を用いてもよい。
【００７１】
導光板２０’が収容される箱体３２は、基板ホルダ１３’とともに導光板２０’の周面を全周に亘って囲む外枠３１’と、導光板２０’の反射面２０ｃ’に対向して配置される背板３０’とを連続一体に備える。すなわち、箱体３２の背板３０’は実施形態１において説明した背板３０（図１参照）と同様の機能を有し、箱体３２の外枠３１’は実施形態３において説明した外枠３１（図１１参照）と同様の機能を有している。言い換えると、箱体３２は、基板ホルダ１３と枠体３１と背板３０とを連続一体に形成したことになる。
【００７２】
本実施形態では、箱体３２は、背板３０の機能と外枠３１の機能とを併せて備えているから、部品点数を増加させることなく上述した各実施形態に比較してさらに大きな放熱面積を確保することができる。
【００７３】
また、実施形態３と同様に、導光板２０’や表示パネル４０などを固定する係合部やねじ込み孔を箱体３２の周壁などに形成することができる。他の構成は実施形態１と同様である。
【００７４】
（実施形態５）
本実施形態では、上述した各実施形態の面光源装置Ａを用いて誘導灯（表示用照明器具）を構成した例を示す。誘導灯は、停電や災害等が発生した場合の非常時に、避難口などの存在を認識させるためのものであり、非常時に避難口などを容易に認識できる場所に設置するよう消防法により定められている。本実施形態では、ビルなどの天井に設置される例を示す。ただし、これに限るものではなく、通路や部屋の床や壁に設置することもできる。
【００７５】
誘導灯は、図１４に示すように、面光源装置Ａと、天井に取り付けられる器具本体５０とを備える。器具本体５０は前面が開口し、面光源装置Ａは器具本体５０の前面に取り付けられる。
【００７６】
器具本体５０内には、商用電源ＡＣ（図１５参照）に接続される点灯回路ブロック５１と、２次電池５２とが収容される。点灯回路ブロック５１と発光ダイオード１１を実装した基板１２とは、コネクタ５４ａ，５４ｂを介して接続される。
【００７７】
点灯回路ブロック５１は、図１５に示すように、商用電源ＡＣにより２次電池５２を充電する充電回路５１ａと、非停電時に商用電源ＡＣから供給される電力により発光ダイオード１１を点灯させる常用点灯回路５１ｂと、停電時など商用電源ＡＣからの電力供給が停止すると２次電池５２から供給される電力により発光ダイオード１１を点灯させる非常用点灯回路５１ｃとを備える。複数個の発光ダイオード１１は直列接続されており、常用点灯回路５１ｂと非常用点灯回路５１ｃとに接続される。
【００７８】
ところで、実施形態１，２，４に示した面光源装置Ａを器具本体５０に取り付けた場合、不燃材料である金属からなる背板３０または箱体３２の底３１’が、点灯回路ブロック５１および２次電池５２と導光板２０および表示パネル４０との間に位置するから、点灯回路ブロック５１や２次電池５２がたとえ発火するようなことがあっても、背板３０または箱体３２の底３０’により導光板２０や表示パネル４０への類焼を防止することができ、安全性が確保される。
【００７９】
上述の構成例では、一端が開口する箱状の器具本体５０に面光源装置Ａを取り付ける例を示したが、図１６に示すように、ビルなどの天井に埋め込んで取り付けられる器具本体５０に支柱５３を接続し、支柱５３の下端部に面光源装置Ａを取り付けて、面光源装置Ａを天井から吊下する構成とすることもできる。図示例では、器具本体５０の下面にフランジ部５５を設け、器具本体５０を天井に埋め込んだときに、フランジ部５５を天井面に当接させた形で施工する。
【００８０】
また、本実施形態では表示用照明器具として誘導灯を例示したが、これに限るものではなく、車のテールランプや広告灯などであってもよい。
【００８１】
上述した各実施形態では、半導体発光素子として表面実装型の発光ダイオード１１を例示したが、半導体発光素子としてはレーザーダイオードを用いることも可能である。
【００８２】
また、上述した各実施形態では、複数個の発光ダイオード１１を１列に配列した例を示したが、複数個の発光ダイオード１１を２列以上に配列することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施形態１を示す分解斜視図である。
【図２】同上の要部断面図である。
【図３】同上に用いる表示パネルの一例を示す正面図である。
【図４】同上に用いる表示パネルの他例を示す正面図である。
【図５】同上に用いる基板の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図６】同上の他の構成例を示す要部断面図である。
【図７】同上に用いる基板の別例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図８】実施形態２を示す要部断面図である。
【図９】同上の他例を示す要部断面図である。
【図１０】同上に用いる部材の要部断面図である
【図１１】実施形態３を示す分解斜視図である。
【図１２】実施形態４を示す分解斜視図である。
【図１３】同上の要部断面図である。
【図１４】実施形態５を示す分解斜視図である。
【図１５】同上の回路図である。
【図１６】同上の他例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
１１ 発光ダイオード（半導体発光素子）
１２ 基板
１３ 基板ホルダ
１３’ 基板ホルダ
１３ｃ 後片（伝熱片）
２０ 導光板
２０ａ 入射面
２０ｂ 出射面
３０ 背板
３０’ 背板
３１ 外枠
３１’ 外枠
３２ 箱体
５０ 器具本体
Ａ 面光源装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、導光板の厚み方向の他面を覆う金属板である背板とを備え、基板ホルダは、背板の厚み方向の一面において背板の一部に重複して背板に熱結合される伝熱片を備えることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、導光板の厚み方向の他面を覆う金属板である背板とを備え、背板は基板ホルダと連続一体に形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項３】
前記背板において導光板と対向する面に、白色の反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の面光源装置。
【請求項４】
基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、基板ホルダとともに導光板の周面を全周に亘って囲む金属製の外枠とを備え、外枠は基板ホルダは外枠と一体に形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項５】
基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、基板ホルダとともに導光板の周面を全周に亘って囲む外枠および導光板の厚み方向の他面を覆い外枠の一面を閉塞する背板を一体に有した金属製の箱体とを備え、箱体は基板ホルダと一体に形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の面光源装置と、面光源装置が取り付けられる器具本体とを備えることを特徴とする表示用照明器具。
【請求項１】
基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、導光板の厚み方向の他面を覆う金属板である背板とを備え、基板ホルダは、背板の厚み方向の一面において背板の一部に重複して背板に熱結合される伝熱片を備えることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、導光板の厚み方向の他面を覆う金属板である背板とを備え、背板は基板ホルダと連続一体に形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項３】
前記背板において導光板と対向する面に、白色の反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の面光源装置。
【請求項４】
基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、基板ホルダとともに導光板の周面を全周に亘って囲む金属製の外枠とを備え、外枠は基板ホルダは外枠と一体に形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項５】
基板に実装された複数個の半導体発光素子と、基板を保持し基板と熱結合される基板ホルダと、周面の少なくとも一部を半導体発光素子からの光が入射する入射面とし厚み方向の一面を出射面とする導光板と、基板ホルダとともに導光板の周面を全周に亘って囲む外枠および導光板の厚み方向の他面を覆い外枠の一面を閉塞する背板を一体に有した金属製の箱体とを備え、箱体は基板ホルダと一体に形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の面光源装置と、面光源装置が取り付けられる器具本体とを備えることを特徴とする表示用照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１４７０１２（Ｐ２０１０−１４７０１２Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２６５７２（Ｐ２００８−３２６５７２）
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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