JP2006216821A - 発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型化及び大画面化する各種表示パネル等に備える導光板の側面形状に合わせて照射範囲を絞り込むことができると共に、消費電力の低減及び発光効率の向上を図った発光ダイオードを提供することである。
【解決手段】 電極パターンが形成された回路基板２８と、この回路基板２８上に実装される発光素子２２と、この発光素子２２の周囲を囲う枠体２３とを備えた発光ダイオード２１において、前記枠体２３に、前記発光素子２２から発せられる光をＹ方向に対しては照射範囲が狭くなり、このＹ方向と直交するＸ方向に対しては照射範囲が広くなるように凹設した反射部２５を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種表示パネルや導光板を照らすバックライト光源として使用される発光ダイオードに関するものである。

従来、電子機器類の各種表示パネルを効率よく照明するためのバックライト光源として、図１０に示すような発光ダイオード１が使用されている。この発光ダイオード１は、基板８の中央部に実装される発光素子２と、この発光素子２を囲うカップ状の反射面５を有する反射枠体３とを備えて構成され、前記発光素子２から発せられる光を前記反射面５に沿って上方に照射させるようになっている。前記発光素子２は、低消費電力であるが、輝度が低いことと、無指向性であるため、前記反射枠体３と組み合わせることで、表示パネルや導光板などの受光部に向けて効率よく照射することができる。

上記示したような反射枠体３を備えた構造の発光ダイオードとしては、上下左右方向での照射範囲を狭くしたり広くしたりするように設定された発光ダイオードランプが知られている（特許文献１参照）。この発光ダイオードランプは、ドットマトリックス表示装置の構成要素の一つとして使用され、表示方向の指向性に合わせて複数個配列形成することで、表示装置全体として特定の方向に対する視認性を向上させることを目的としている。
特許第３１１０１８２号公報

近年、電子機器の薄型化や大画面化の進展に伴って、各種表示パネルや導光板においても同じく薄型化や大画面化が要求されるようになってきている。特に、図１１に示すような導光板４を組み合わせて薄型化に対応させたバックライト装置１０では、導光板４の側面から集中的に光を取り込むような構成になっている。しかしながら、図１０に示したような従来の発光ダイオード１にあっては、一定方向に照射範囲を絞り込むことはできるが、その照射範囲が円形あるいは楕円形となるため、薄型化に伴って数ｍｍ程度の厚みで、しかも幅の広い扁平した領域に対応させるような指向性を持たせることは困難であった。

図１２は、前記従来の発光ダイオード１による導光板４の厚み（Ｙ）方向への発光作用を示したもので、図１３は、前記導光板４の幅（Ｘ）方向への発光作用を示したものである。図１２に示したように、従来の発光ダイオード１は、反射面５が発光素子２を中心として導光板４の側面に向かって放射状に傾斜しているが、導光板４の上面や下面に回り込む光もあるため、側面での受光漏れが生じ、効率的でない。一方、図１３に示したように、導光板４の幅（Ｘ）方向においては、光の広がりが小さいため、大画面化に対応させて幅の広い導光板４を採用した場合に、明るさが十分確保できない。

このため、図１１に示したような薄型の導光板４を側面から均等に照明するには、前記発光ダイオード１を導光板４の幅（Ｘ）方向に沿って複数配設しなければならないが、消費電力が大きくなることに加えて、導光板４の厚み（Ｙ）方向への発光ロスが大きくなり、発光効率が悪くなるといった欠点があった。

一方、上記特許文献１に示した発光ダイオードランプにあっては、それ単体で所定方向の指向性を設定するものではなく、複数個の発光ダイオードの集合体として、発光の指向性を設定するように構成されたものとなっている。

そこで、本発明の目的は、薄型化及び大画面化する各種表示パネル等に備える導光板の側面形状に合わせて照射範囲を絞り込むことができると共に、消費電力の低減及び発光効率の向上を図った発光ダイオードを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、電極パターンが形成された回路基板と、この回路基板上に実装される発光部と、この発光部の周囲を囲う枠体とを備えた発光ダイオードにおいて、前記枠体には、前記発光部から発せられる光を一方向に対しては照射範囲が狭くなり、この一方向と直交する方向に対しては照射範囲が広くなるように凹設された反射部が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る発光ダイオードによれば、発光部から発せられる無指向性の光を枠体に設けられた反射部によって、照射範囲をＸ方向及びＹ方向のそれぞれに対して変動させることができる。このため、薄型化に対応して形成される導光板の側面形状に適合させるように、導光板の厚み方向には照射範囲を狭くした狭指向性、導光板の幅方向に対しては照射範囲を広くした広指向性を備えた構成にすることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る第１実施形態の発光ダイオード２１を示したものである。この発光ダイオード２１は、長方形状の回路基板２８と、この回路基板２８に実装される発光部（発光素子）２２と、この発光素子２２の周囲を囲う枠体２３とを備えている。この発光ダイオード２１は、図２に示すように、導光板２４の一端から光を入射させて照明する側面発光型のバックライト光源として用いられる。

前記回路基板２８は、ガラスエポキシやＢＴレジン等によって長方形状に形成され、表面にアノード電極及びカソード電極がパターン形成されている。前記発光素子２２は、前記アノード電極及びカソード電極に接続される一対の素子電極部を備えた四角形状のチップであり、無指向性の白色系の発光源である。この発光素子２２は、前記回路基板２８上にボンディングワイヤまたはフリップチップによって実装される。

枠体２３は、図１に示したように、細長長方形状に成形した樹脂体によって構成され、その長手方向に沿って樋状に凹設された反射部２５が形成されている。この反射部２５は、発光素子２２を中心にして枠体２３の長手方向に沿って直線状に延びる長溝３０と、この長溝３０の内周に形成される反射面２６とで構成されている。また、前記長溝３０の長手方向の両端部は、開放された状態となっているが、その縁部が僅かに外側に向けて傾斜させた壁部２７となっている。前記反射面２６は、反射方向を絞るため、前記回路基板２８に向けて放物線状に湾曲形成されている。また、この反射面２６に反射率の高い銀やアルミニウム等の金属膜を蒸着あるいはメッキによって形成することで、前記発光素子２２から発せられる光を効率よく上方に向けて反射させることができる。なお、前記反射部２５の底面略中央部には、孔部２９が開設され、この孔部２９を通して回路基板２８上に実装された発光素子２２を露出させるようになっている。

前記構造の反射部２５によれば、前記発光素子２２から発せられた光が、反射面２６によって一方向（Ｙ方向）に対しては照射範囲が絞られると共に、このＹ方向と直交する長手方向（Ｘ方向）に対しては照射範囲が広がるため、扁平した細長い指向性を備えた発光効果が得られる。また、反射部２５の長手方向の両端部に設けられた壁部２７によって、前記長溝３０に沿って進む光を枠体２３から漏れるのを抑えることができる。

前記構造の発光ダイオード２１を液晶表示パネル等のバックライト光源として利用するために、導光板２４の側面に配置する際には、図２に示したように、枠体２３のＸ方向を導光板２４の幅（Ｄ）に合わせ、枠体２３のＹ方向を導光板２４の厚み（ｔ）に合わせて対向配置する。このように発光ダイオード２１を配設することで、導光板２４の厚み（ｔ）方向に対しては照射範囲が狭く、幅（Ｄ）方向に対しては照射範囲が広くなるため、導光板２４の側面を効率よく照射することができる。

図３及び図４は、上記発光ダイオード２１の導光板２４に対する発光作用を示したものである。導光板２４は、透明なアクリル板で形成され、数ｍｍ程度の厚み（ｔ）と、液晶パネル等の表示部に対応したサイズの幅（Ｄ）からなる導光領域を備えている。ここで、図３は導光板２４の厚み（ｔ）方向に対する指向特性、図４は導光板２４の幅（Ｄ）方向に対する指向特性を示したものである。なお、符号５１は後述する透光性を有した樹脂体であり、発光素子２２から発せられる光を集光して輝度を高めるためのレンズ部を構成するものである。

図３に示されるように、発光素子２２から放射状に発せられる光のうち、発光中心付近から発せられる光は直接導光板２４の側面に直進して入射する。また、発光素子２２から側方に向かう光は、反射部２５を構成するＹ軸幅の反射面２６によって上方に向けて反射され、照射範囲が絞られた状態で導光板２４の側面に向けて照射される。したがって、前記反射面２６によって、導光板２４の厚み（ｔ）方向に対応した狭指向性の光を得ることができる。

前記壁部２７は、図４に示されるように、前記枠体２３の高さよりも低く設定されると共に、その内周面は上方に向けて僅かに傾斜させて形成される。この壁部２７によって、前記反射部２３内のＸ軸方向に拡散する光を枠体２３のＸ軸方向の範囲内に制限することができる。これによって、導光板２４の幅（Ｄ）方向に対応させた広指向性の発光効果を得ることができる。

また、図５に示すように、複数の発光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃを枠体４３に設けた反射部４５の幅（Ｘ軸方向）に沿って配置させることで、高輝度型の発光ダイオード４１を構成することができる。前記発光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、反射部４５の幅（Ｘ軸方向）の広さや輝度に応じて配置個数が設定されるが、輝度を均一にするために、等間隔に配置するのが好ましい。この構造の発光ダイオード４１によれば、図６に示すように、配置する発光素子の数に応じて発光輝度が高くなり、より輝度の高い状態で導光板２４の側面を照射させることができる。

図７は、前記発光ダイオード２１において、発光素子２２が配置された枠体２３の内部を透光性の樹脂材からなる樹脂体５１によって封止したものである（図３及び図４にその断面形状を示す）。この樹脂体５１は、長溝３０に沿って細長く形成すると共に、上面を凸形状にすることによって、細長い発光特性を有するレンズ部として作用させることができる。また、前記樹脂体５１を形成することで、前記発光素子２２を外気から保護することができるので、長期間に亘って安定した発光特性を得ることができる。

また、前記樹脂体５１に光拡散剤や各色の蛍光剤を含有し、その含有量を調整することで、前記発光素子２２から発せられる光の輝度を調整したり、様々な色で発光させたりすることができる。

また、図８及び図９に示すように、前記枠体２３の上に透光性を有する樹脂体によって形成されたレンズ部を設けることによって、集光性や輝度アップの向上効果が図られると共に、前記反射部２５の内部を封止することができる。前記レンズ部は、図８に示したように、高い集光性を有する凸レンズ５２や、図９に示したように、前記凸レンズと同様の光学特性を有しつつ薄型化が可能なフレネルレンズ５３によって構成される。なお、前記凸レンズ５２やフレネルレンズ５３の光学特性は、照射させる導光板のサイズや照射輝度等に応じて適宜設定される。

上記示したように、本発明の発光ダイオード２１では、細長形状の枠体２３に発光素子２２を中心としてＹ方向に対しては狭指向性、Ｘ方向に対しては広指向性となる反射部２５を備えているため、導光板２４の厚み及び幅方向に適合させた扁平型の指向性を得ることができる。これによって、細長形状の受光面を有する導光板等を高輝度且つ効率よく照射するバックライト光源の実現が可能となった。

前記反射部２５は、導光板２４の側面形状に合わせて形成された細長長方形状の枠体２３の表面を断面が放物線状となるように湾曲させて切削するか、予め前記湾曲面が形成された金型を用いて成形される。また、反射効率を高める場合は、前述したように、前記反射面２５上に蒸着またはメッキによって金属膜を形成する。このように、前記反射部２５の断面形状を放物線状にすると共に、その表面に金属膜を形成することによって、反射ムラを抑えた高輝度のバックライト効果を得ることができる。

なお、前記湾曲面２６や傾斜面２７の形状やサイズは、組み合わされる導光板２４の厚みや幅に合わせて適宜設定される。また、上記実施形態では、反射部２５の略中央部に発光素子２２を配設したが、導光板２４の幅方向に対して前記発光素子２２を所定間隔で複数個配設することで、より高い照明効果を得ることができる。

本発明に係る第１実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 上記発光ダイオードを導光板の側面に組み込んだ状態を示す斜視図である。 上記導光板の厚み方向に対する指向性を示す作用図である。 上記導光板の幅方向に対する指向性を示す作用図である。 本発明に係る第２実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 上記第２実施形態の発光ダイオードの幅方向の発光作用を示す作用図である。 反射部内を透光性の樹脂体で封止した構造の発光ダイオードの斜視図である。 枠体の上部に凸レンズを設けた発光ダイオードの断面図である。 枠体の上部にフレネルレンズを設けた発光ダイオードの断面図である。 従来の発光ダイオードの斜視図である。 上記従来の発光ダイオードを導光板のバックライト光源として配置した状態を示す斜視図である。 上記従来の発光ダイオードによる導光板の厚み方向に対する指向性を示す作用図である。 上記従来の発光ダイオードによる導光板の幅方向に対する指向性を示す作用図である。

符号の説明

２１，４１ 発光ダイオード
２２ 発光素子
２３，４３ 枠体
２４ 導光板
２５，４５ 反射部
２６ 反射面
２７ 壁部
２８ 回路基板
２９ 孔部
３０ 長溝
５１ 樹脂体
５２ 凸レンズ
５３ フレネルレンズ

Claims (12)

1. 電極パターンが形成された回路基板と、この回路基板上に実装される発光部と、この発光部の周囲を囲う枠体とを備えた発光ダイオードにおいて、
   前記枠体には、前記発光部から発せられる光を一方向に対しては照射範囲が狭くなり、この一方向と直交する方向に対しては照射範囲が広くなるように凹設された反射部が形成されていることを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記反射部は、前記枠体の幅方向に延びる長溝であり、この長溝の内周面には湾曲した反射面が形成されている請求項１記載の発光ダイオード。
3. 前記反射面が、放物面として形成されている請求項２記載の発光ダイオード。
4. 前記反射面が、前記長溝の内周面に施した金属膜によって形成されている請求項２記載の発光ダイオード。
5. 前記反射部には、幅方向の両端に対向させた一対の壁部が設けられている請求項１または２記載の発光ダイオード。
6. 前記壁部は、前記枠体の高さよりも低く設定される請求項５記載の発光ダイオード。
7. 前記壁部は、内周面が上方向に向けて傾斜している請求項５または６記載の発光ダイオード。
8. 前記発光部は、一または二以上の発光素子からなり、これら発光素子が前記反射部内に充填された透光性の樹脂体によって封止されている請求項１記載の発光ダイオード。
9. 前記樹脂体に光拡散剤を含有させた請求項８記載の発光ダイオード。
10. 前記樹脂体に蛍光剤を含有させた請求項８記載の発光ダイオード。
11. 前記反射部の上方にレンズ部を設けた請求項１記載の発光ダイオード。
12. 前記レンズ部は、凸レンズまたはフレネルレンズで構成される請求項１１記載の発光ダイオード。

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