JP2004342371A - 面発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導光板と該導光板の1端面に対向配置され、実装基板に少なくとも1つの発光ダイオードが配置されてなる光源部と、前記導光板と光源部とを内部に備える筐体とを有する面発光装置であって、前記筐体は金属材料からなり、側面の少なくとも1箇所に折り曲げ部が形成されており、前記実装基板は該折り曲げ部と接触していることを特徴とする。このような折り曲げ部は、予め前記筐体に設けておき、該筐体の内部に前期光源部等を配置させた後に屈曲させる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する分野】
本発明は液晶パネルや表示灯などのバックライトとして使用可能な面状光源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
今日、小型化、低消費電力、振動などに強い利点を活かして液晶のバックライトなどとして発光ダイオード(LED)を利用した面発光装置が利用されている。特に、フルカラー液晶に利用可能な1チップ2端子で白色を含む系統色名(JIS Z 8701)が発光可能なLEDが開発されたことから携帯電話や車載用光源として急速に浸透している。
【0003】
特に携帯電話など、小型で携帯可能な液晶表示装置については、携帯時の利便性のため小型化及び薄型化に対する要求は大きい。そのために液晶表示部の各部材において、その試みがなされている。例えば特許文献1では導光板の形状に特徴を持たすことで、バックライトの薄型化を図っている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−98959号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導光板のみならずその他のバックライト構成要素についてもさらに薄型化を図る必要がある。従来の面発光装置の一例として図12の模式的断面図に示す。従来の面発光装置は、光源部2として、発光ダイオード22と配線パターンが表面上に形成され、配線パターン状に発光ダイオードが載置されている実装基板21と、発光ダイオード22からの光を端面から表面側へ導く導光板3と、導光板3の背面側に配置された光反射シート4と、これらの部品を収容する筐体1などから構成されている。
【0006】
筐体1は、実装基板21を保持する部分に、コの字型に形成された実装基板を上下方向に保持する保持部14を有している。この保持部14は筐体1の内部に光源部や導光板を配置させる前に、予め設けられたものである。保持部14と実装基板21の裏面とを対向させ、発光ダイオード22載置面を筐体1の底面に配置させることで、筐体1の底面上に置かれた反射シート4と接した状態となり、筐体1内部に納まっている。実装基板の発光ダイオード載置面と反対面と筐体の保持部との間には約0.1〜0.2mmの空間(クリアランス)が存在し、これら2つの面は接して固定されているものではない。このような空間を設けることなく筐体底面部と保持部の間を光源部の厚さおよび反射シートのみの厚さで設けておくと、予め筐体に形成された保持部14の内部への光源部の挿入が行いにくくなり、量産性も低下する。そのため、上記した空間が必要となる。したがって、本願発明は、筐体に関して薄型化が図られ、高輝度および高寿命が実現可能な面発光装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る面発光装置は、導光板と、導光板の1端面に対向配置され、実装基板に少なくとも1つの発光ダイオードが配置されてなる光源部と、導光板と光源部とを内部に備える筐体とを有する面発光装置であって、筐体は金属材料からなり、側面の少なくとも1箇所に折り曲げ部が形成されており、実装基板は該折り曲げ部と接触していることを特徴とする。
【0008】
このような構成とすることで、光源部が筐体内部に安定性良く固定することができ、より面発光装置の厚さを薄くすることができる。
【0009】
本発明の請求項2に係る面発光装置は、折り曲げ部が筐体側面に設けられた突出部からなることを特徴とする。
【0010】
このような構成とすることで、比較的容易に折り曲げ部を光源部の実装基板と接触させて屈曲させることができ、また折り曲げ部を再び元の状態に戻すことで、容易に筐体内部の取り替えを行うことができる。
【0011】
本発明の請求項3に係る面発光装置は、折り曲げ部が筐体側面の上縁から筐体側面の下縁方向へ延長される複数の第1の切り込みによって形成されることを特徴とする。
【0012】
このような構成とすることで、比較的容易に折り曲げ部を形成することができる。また、折り曲げ部が筐体と同じ材料からなることから、発光ダイオードから発生した熱を効率よく導くことができる。
【0013】
本発明の請求項4に係る面発光装置は、折り曲げ部が筐体側面の上縁及び下縁から離間して筐体側面の上下方向へ延長される複数の第1の切り込みと、該第1の切り込みの端部から他の第1の切り込みの端部へと延長される第2の切り込みと、によって形成されることを特徴とする。
【0014】
このような構成とすることで、光源部の配置方法に多様性をもたせることができる。
【0015】
本発明の請求項5に係る面発光装置は、折り曲げ部が発光ダイオードが対向配置される筐体側面に形成されることを特徴とする。
【0016】
このような構成とすることで、量産性良く折り曲げ部を屈曲させることができる。
【0017】
本発明の請求項6に係る面発光装置は、前記折り曲げ部が2箇所に形成されることを特徴とする。
【0018】
このような構成とすることで、さらに安定性良く光源部を固定することができる。
【0019】
【発明に実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に関わる実施の形態の面状発光装置について説明する。尚、本発明の実施の形態を明確化するため、一部構成部材を省略或いは誇張して示している図もある。
【0020】
図11は本発明に関わる面発光装置の一形態を示すものである。本発明の発光装置は、発光ダイオード22と発光ダイオードが載置される配線パターンが表面に形成された実装基板21とからなる光源部 と、光源部2からの光を入光面から表面側に導く導光板3と、導光板 の表面上に配置された拡散シート5と、拡散シート上に配置された2枚のプリズムシート6と導光板の背面側に配置された光反射シート4 とこれらの部品を収容する筐体1によって構成される。
【0021】
(筐体1)
筐体1は少なくとも発光ダイオード22と、発光ダイオードが載置される実装基板21とからなる光源部2を保持でき、且つ折り曲げ可能なものからなる材料であると、材料を問うことなく用いることが出来るが、熱伝導率の良好な例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料からなるものであると好ましい。金属材料からなると加工も行いやすく、発光ダイオードからの光を筐体内で反射させて外部へ効率よく取り出すことも可能である。また、筐体自体の薄型化を実現させることもできる。さらに、熱伝導性のよいものであると、発光時に生じた熱をより効率よく逃がすことができるため、発光ダイオードの素子の劣化を抑制し、素子特性を維持することができる。このような金属材料の板材を折り曲げ加工によって、底面及び側面を有する箱状に形成することで、装置全体の剛性を確保するための一定の厚さとなっている。筐体の大きさや形状は導光板や発光ダイオード等に合わせて、好適に選択することができる。ここで本明細書中においては、光源部と接し、発光ダイオードの配置方向に沿って設けられている筐体側面を第1の筐体側面とし、光源部および導光板の側面と接し、相対する筐体側面を第2の筐体側面とする。
【0022】
本発明では、金属板を打ち抜く際に突出部を設けておくことによって、後に屈曲され光源(実装基板)を固定する部分となる折り曲げ部11を形成することができるが、筐体側面に切り込み121を入れておくことで、折り曲げ部12を形成することもできる。これらの折り曲げ部は、実装基板21と接触している筐体側面(第1の筐体側面101及び第2の筐体側面102)に設けられていればよく、形状や大きさ、幅、個数等について限定されるものではない。複数の発光ダイオードが用いられる場合、発光ダイオードが対向配置され、配置方向に接する筐体側面である第1の筐体側面101に形成されると、折り曲げ部が1箇所のみであっても光源部2を容易に安定性よく固定することができる。また実装基板21と一部が接する筐体側面である第2の筐体側面102に設ける場合であっても、少なくとも両側面の対向する位置に1箇所ずつ設けることで光源部2を筐体1の内部に保持することができる。尚、第1の筐体側面に形成されていると、折り曲げ治具などを用いて一度に複数個の折り曲げ部を屈曲させることができるため、組み立ての効率が良く、量産性が向上するので好ましい。
【0023】
筐体側面の高さが光源部の高さとほぼ一致する場合は、突出部を設けることによって折り曲げ部11とすると好ましい。図1に示すように予め突出部を設けた筐体を形成し、光源部2、導光板3等を筐体内部に配置させる。次に折り曲げ部11を屈曲させ、図2のように光源部2を固定する。折り曲げ部11を光源部2や導光板3等を筐体1の内部に配した後に図2のように屈曲させることで、図9に示す断面図のように折り曲げ部11と実装基板21とを隙間なく接触させて固定することができる。従って、発光ダイオードの発光時に生じる熱を筐体へ効率よく導くことができ、さらに従来例の図12における実装基板21と実装基板の保持部14との間の空間をなくすることができることから面発光装置の薄型化を図ることもできる。また、図3(光源部、導光板等は図示せず)に示すように筐体における第2の筐体側面102の各々に突出部からなる折り曲げ部11を設けることによっても同様の効果を得ることができる。
【0024】
また、筐体の側面の高さに応じて折り曲げ部は適宜形成することができる。図4(光源部、導光板等は図示せず)に示すように実装基板を筐体内部に配する際に実装基板の上面が位置する部分まで第1の切り込み121を第1の筐体側面101に設けておくことによって、折り曲げ部12を形成してもよい。このように筐体側面の上下方向(厚さ方向)に切り込みを設けておくことで、容易に折り曲げ部12を形成することが可能となる。また、屈曲時に折り曲げ部と実装基板とを接触させることができることから、発光ダイオードの発光時に生じる熱を効率よく折り曲げ部を介して筐体に導くことができるため、放熱性が向上する。さらに、各々を隙間なく設けることで面発光装置全体としての薄型化も図られる。また、図5(光源部、導光板等は図示せず)のように第2の筐体側面102に第1の切り込み121による折り曲げ部12を設け、光源部や導光板等を筐体内に配した後に屈曲させることによっても同様の効果を得ることができる。
【0025】
さらに、図6に示すように、筐体側面の上縁及び下縁から離れて筐体側面の上下方向(厚さ方向)へ延長される複数の第1の切り込み121と、該第1の切り込み端部から、別に設けられた他の第1の切り込み端部へと延長される第2の切り込み122を設けることによっても、折り曲げ部12を形成することができる。このように必ずしも第1の切り込み121を筐体側面の上縁から設ける必要はなく、面発光装置の形状や用途、光源部の配置方法等に応じて筐体側面の上縁及び下縁から離れて第1の切り込み121と第2の切り込み122を設けることで折り曲げ部12を形成し、実装基板21と接するように折り曲げることで光源部2を筐体1内に支持することもできる。また、第1の筐体側面101のみならず第2の筐体側面102においても同様に、これらの折り曲げ部を設けることができる。
【0026】
また、図7のように筐体側面の上縁からの切り込みによる折り曲げ部12とは別に底面側にも折り曲げ部13を設け、両方向から挟み込むように接触させて折り曲げることによって、より強固な実装基板21の挟持を実現することができる。このような場合は、折り曲げ部の箇所を上下で一致させる必要はなく、図8のように、実装基板21の裏面側に発光ダイオードの載置位置と重なるように折り曲げ部12を設け(図8においては3箇所)、実装側には各発光ダイオード間に位置するように折り曲げ部13を設けることで、交互に上下方向から実装基板21を挟持することもできる。このように折り曲げ部を、屈曲時に反対側の発光ダイオードの載置箇所と重なるように実装基板に接触させると、より放熱効果を向上させることができる。
【0027】
さらに、実装基板21の発光ダイオード22の載置面を上側にして背面を筐体底面と接するように配置させる形態においても同様に、図10に示すように実装基板21の発光ダイオード22の載置面と接触するように折り曲げ部12を屈曲させることで、光源部2の離脱やずれを防いで筐体1の内部に固定することができる。
【0028】
(光源部2)
光源部2は、発光ダイオード22および、発光ダイオードが載置される実装基板21からなる。前記実装基板21は、銅などからなる導電性の配線パターンが形成された、硝子エポキシ基板や絶縁性樹脂で結合された金属体などによって好適に構成することができ、配線パターン上に単数或いは複数の発光ダイオード22を適宜配置することができる。このように形成された光源部2を、実装基板21の発光ダイオード22が載置された面を、筐体1の底面と対向させて筐体内に配置させる。
【0029】
光源部2を筐体の側面に設けられた折り曲げ部によって固定する際は、光源部2を筐体内に納めた後、光源部2の発光ダイオード22の発光面に接触させるように導光板3を配する。次に予め筐体に設けられていた折り曲げ部を屈曲させることによって、光源部2を筐体1に固定する。折り曲げ部は筐体側面と垂直となるように曲げると、光源部2の実装基板面と接触させることができるため、光源部2を容易に安定性良く筐体内部に固定することができる。このような形態とすることで、光源部2のずれや筐体1からの離脱等を防ぐことができる。
【0030】
実装基板上には、LEDダイスをパッケージングしたSMD型発光ダイオードが用いられ、配列されている。またこのような発光ダイオードのみならず、パッケージを持たないLEDダイスを用いて、そのまま実装することも可能であるし、レンズ効果を有するランプタイプの発光ダイオードを用いることもできる。
【0031】
パッケージ内に載置される、LEDダイス221は、種々の発光色を選択できる。また、赤、緑、青(RGB)がそれぞれ発光可能なLEDダイスを用いて、パッケージ内に隣接させて、配置することで白色光を得ることもできる。特に青色系が発光可能な発光ダイオードとしては、窒化ガリウム系化合物半導体を利用することによって、高輝度に発光させることができる。さらにこれらの構成に限らず、2色のLEDダイスを隣接させる、一色につき2個以上のLEDダイスを配置させる等、使用用途によって用いられる発光ダイオードは適宜選択可能である。
【0032】
発光ダイオードとして、種々の発光が可能なLEDダイスを利用することができる。LEDダイスとしては、GaP、GaAs、GaN、InN、AlN、GaAsP、GaAlAs、InGaN、AlGaN、AlGaInP、InGaAlNなどの半導体を発光層に利用したものが挙げられる。また、半導体の構造もMIS接合、PIN接合や、PN接合を有するヘテロ構造或いはダブルヘテロ構造のものが挙げられる。
【0033】
半導体層の材料やその混晶比によって、半導体の発光波長を紫外光から赤外光まで種々の選択が可能である。更に量子効果を持たせるため、発光層を薄膜とした、単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【0034】
上記した材料および形態からなるLEDダイスが用いられたSMD型発光ダイオードは、搭載される実装基板に対し平行方向(水平方向)に出射される発光を得るために実装パッケージ222の発光面を実装基板21に対し垂直方向に載置し、実装基板面に対して平行に光を出射することが可能な、いわゆるサイドビュー型(図示せず)を用いると好ましい。サイドビュー型の発光ダイオードはLEDダイス221と電気的に導通可能な正、負両方のリードフレーム223を、パッケージ222の外部へ突出したリードフレーム223の端部がパッケージ側面の同一面まで延長されるように形成し、折り曲げたものである。リードフレーム223の両端部がある面を、実装基板21の上に形成された配線パターンに接続することで、発光ダイオード22の発光面が実装基板21に対して垂直方向に置かれ、光の出射方向を実装基板面に対して平行とすることができる。このようなタイプの発光ダイオード22を用いることで、実装基板21の発光ダイオード載置面、あるいは裏面を筐体1の底面に対向させて、筐体内部へ挿入させることができ、配線パターンが形成された実装基板が有する面積の影響を受けないため、最大限の薄型化を図ることができる。
【0035】
本発明に用いられるパッケージ222は、凹部内の底部にLEDダイス221が配置されうるものが好ましく、また、面発光装置の厚さが、発光ダイオード22のパッケージ222への依存度が大きいことから、用途に応じて適宜形状や大きさを変えることができる。材料には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、イミド樹脂、アクリル樹脂、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、液晶ポリマー、芳香族ナイロンなどの各種樹脂を用いることができる。特にパッケージからの光を効率よく取り出すためには、上記各種樹脂に光拡散剤として、炭酸カルシウム、酸化アルミニウムや酸化チタンを適宜混入させることが好ましい。これにより反射率の高い白色パッケージを構成させることができる。
【0036】
LEDダイス221のパッケージ底部への載置方法は、同一面にp電極、及びn電極を有するLEDダイスの場合、基板面を載置面として、各電極をワイヤボンディングによってリード電極と接続することで、導通をとることが出来る。また、図13に示すようにLEDダイス221の電極形成面とリードフレーム223とを対向させて載置するフリップチップ型のボンディング方法からなるとより好ましい。フリップチップ型発光ダイオードは、導通をとるためにワイヤを用いる必要がなく、発光面が透光性基板であるため、電極など影になるものがなく、光の取りだし効率の良くなり、放熱性も良好となる。このような発光ダイオード22は、予めパッケージ222のリードフレーム223上に半田を塗布した後、LEDダイス221の電極形成面をリードフレーム223上に対向させて載置させる。この時、半田を硬化させることで、LEDダイス221を固定できると共にパッケージ222のリードフレーム223を介して、外部と導通をとることが可能となる。
【0037】
パッケージを持たないLEDダイスを実装し、光源部として用いる場合は、端面発光型の発光ダイオードを用いることで、実装基板および筐体底面に対し、水平方向に出射できる。このようにLEDダイスを直接実装基板へ載置すると、パッケージの有する厚みを除くことができるので、さらに薄型化を図ることが可能となる。
【0038】
また、液晶パネル等に用いられる白色バックライトに用いる場合などは、RGBの3原色のみならず、LEDダイスからの光と、蛍光物質のLEDダイスからの光による励起光との混色光を利用することもできる。このような場合、長波長に変換する蛍光物質を利用することにより、1種類のLEDダイスを利用して白色がリニアリティ良く発光可能な、発光ダイオードとすることができる。
【0039】
本発明に用いられる蛍光物質225は、上記したように発光ダイオードからの光を変換させるものであり、パッケージ222内にLEDダイス221を載置後モールドする際に蛍光物質225を含有した樹脂224を充填させることで、パッケージ222の外部へ出射される光を変換可能である。LEDダイス221からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、有機蛍光体であるペリレン形誘導体やZnCdS:Cu、YAG:CeやEu及び/又はCrで付活された窒素含有CaO−Al2O3−SiO2などの無機蛍光体など種々好適に用いられる。特にYAG:Ce蛍光体を利用した場合は、その含有量によって青色発光を有するLEDダイスからの光と、その光を一部吸収して補色となる黄色系が発光可能となり白色系が比較的簡単に信頼性良く形成できるため好ましい。同様に、Eu及び/又はCrで付活された窒素含有CaO−Al2O3−SiO2蛍光体を利用した場合は、その含有量によって青色光と、その光を一部吸収して補色となる赤色系が発光可能であるため、白色系が比較的簡単に信頼性よく形成でき好ましい。
【0040】
(導光板3)
導光板3は、透光性樹脂などによって形成され、光源側から反対側に向かって厚さが減少するテーパー断面形状を有する。導光板3の光入射面には配線パターンが形成された実装基板21上に載置された発光ダイオード22の発光面が密着するように配置されており、導光板3は光源部2の筐体1における長手方向(横方向)の動きを、光源部2を筐体1の端面に押しつけて阻害することによって固定している。導光板3は、光源部2の発光ダイオード22の発光面からの光が入射する入射面と、入射面から導光板内部に取り込まれた光が反射される反射面と、反射面によって反射された光を表面から出射する発光面と、入射面と相対する側に位置する先端面と、両側面からなる。これらそれぞれの面には、輝度や均一性を高めるために、プリズムやシボなど所望の表面形状が形成されている。特に本発明のように発光ダイオードを光源部に用いる場合、発光ダイオードが点光源であるため、面状の導光板において、光源近傍の各発光ダイオード間や隅の部分にまで光を広げることが難しく、均一な面発光装置とすることが困難となるため、例えばシボを反射面或いは発光面に適宜形成することで、明暗差を和らげることができる。
【0041】
(光反射シート4)
光反射シート4は、筐体1の底面上に直接配され、光反射シート4上に発光ダイオードおよび導光板が接触している。表面にAg、Alなどの反射コートが形成された、可撓性のある合成樹脂などで形成され、導光板3を透過した光を再度導光板内部へ反射することで、光の利用効率を高める機能を有する。
【0042】
(拡散シート5)
拡散シート5は導光板3の発光面から放射された光の強度分布を均等にする機能を有し、導光板3の発光面上に配置される。
【0043】
(プリズムシート6)
プリズムシート6は、表面に微小な三角プリズムが多数形成された透光性樹脂などによって形成され、背面からの入射光をシート面の法線方向に屈折させて集光させる機能を有する。プリズムシート6は、光屈折方向が互いに直交するように配置される。
【0044】
上記した構成を図11に示すように配置させ、折り曲げ部を屈曲させることによって形成される本発明の面発光装置は、折り曲げ部と光源部の実装基板との空間がなく密着させて曲げることで、従来例と比較して面発光装置の厚さを約0.1〜0.2mm薄くすることができる。このような光源部の固定方法によると、クリアランスをなくして厚さを薄くすることができるばかりか、強固に光源部を保持することができ、発光ダイオードの位置ずれなどを起こしにくくなるため、導光板の入射面との位置あわせを精度良く行うことができる。さらに、本発明の実施の形態からなるものであると接着材や粘着テープを用いていないため、筐体から光源部を取り出すことも容易にできることから、利便性も良いものとなる。
【0045】
【発明の効果】
以上詳説したように、予め折り曲げ部を筐体に形成し、筐体の内部に光源部や導光板等を配置させた後に折り曲げ部を屈曲させ、筐体の折り曲げ部の面と光源部の実装基板の面とを接触させて固定することで、より安定性良く光源部を筐体内に保持することができる。また、本発明を実施することで、筐体の折り曲げ部が実装基板と接していることで放熱性を高めることができ、さらに折り曲げ部と実装基板との空間をなくすることが可能となるため、薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る模式的斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る模式的斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る模式的斜視図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る模式的斜視図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る模式的斜視図である。
【図6】本発明の実施の形態に係る模式的斜視図である。
【図7】本発明の実施の形態に係るを示す模式的斜視図である。
【図8】本発明の実施の形態に係る模式的拡大斜視図である。
【図9】本発明の実施の形態に係るA−Aを示す模式的断面図である。
【図10】本発明の実施の形態に係る模式的斜視図である。
【図11】本発明の実施の形態に係る模式的分解斜視図である。
【図12】本発明の従来例に係る模式的断面図である。
【図13】本発明の実施の形態に係る発光ダイオードの模式的断面図である。
【符号の説明】
1 筐体
11、12 折り曲げ部
2 光源部
21 実装基板
22 発光ダイオード
3 導光板
4 反射シート
5 拡散シート
6 レンズシート
Claims (6)
- 導光板と、該導光板の1端面に対向配置され、実装基板に少なくとも1つの発光ダイオードが配置されてなる光源部と、前記導光板と光源部とを内部に備える筐体とを有する面発光装置であって、
前記筐体は金属材料からなり、側面の少なくとも1箇所に折り曲げ部が形成されており、前記実装基板は該折り曲げ部と接触していることを特徴とする面発光装置。 - 前記折り曲げ部は筐体側面に設けられた突出部からなることを特徴とする請求項1に記載の面発光装置。
- 前記折り曲げ部は筐体側面の上縁から筐体側面の下縁方向へ延長される複数の第1の切り込みによって形成されることを特徴とする請求項1に記載の面発光装置。
- 前記折り曲げ部は筐体側面の上縁及び下縁から離間して筐体側面の上下方向へ延長される複数の第1の切り込みと、該第1の切り込みの端部から他の第1の切り込みの端部へと延長される第2の切り込みと、によって形成されることを特徴とする請求項1に記載の面発光装置。
- 前記折り曲げ部は発光ダイオードが対向配置される筐体側面に形成されることを特徴とする請求項1乃至4に記載の面発光装置。
- 前記折り曲げ部は2箇所に形成される請求項1乃至5に記載の面発光装置。
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Cited By (4)
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