JP2007026859A - 面状照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】単純かつ安価な構成の片面配線構造を用いて複数のLEDの並列接続を可能とすると共に、高輝度かつ輝度の均一性に優れた薄型の面状照明装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る面状照明装置において、LED30は、透光性樹脂が露出された発光部32を有しており、回路基板20は、その片面20a側のみにランド部12、14と配線パターン15〜18が形成され、かつ、ランド部12の直前部分に開口部26が設けられている。配線パターン18のランド部12の前方を通過する部分は、開口部26のランド部12側を除く周辺領域24に形成され、LED30は、発光部32が回路基板20の外形から突出するかまたは開口部20上に配置されるように、回路基板20上に実装されている。さらに、このような片面配線構造により並列接続される複数のLED30の上下面に直接対向するように、反射板を配置することができる。
【選択図】図7
【解決手段】本発明に係る面状照明装置において、LED30は、透光性樹脂が露出された発光部32を有しており、回路基板20は、その片面20a側のみにランド部12、14と配線パターン15〜18が形成され、かつ、ランド部12の直前部分に開口部26が設けられている。配線パターン18のランド部12の前方を通過する部分は、開口部26のランド部12側を除く周辺領域24に形成され、LED30は、発光部32が回路基板20の外形から突出するかまたは開口部20上に配置されるように、回路基板20上に実装されている。さらに、このような片面配線構造により並列接続される複数のLED30の上下面に直接対向するように、反射板を配置することができる。
【選択図】図7
Description
本発明は、サイドライト方式の面状照明装置に関し、特に、液晶表示装置の照明手段として用いられる面状照明装置に関するものである。
従来、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の一形態として、サイドライト方式の面状照明装置が広く用いられている。この方式の面状照明装置は、透光性を有する導光板と、該導光板の側端面に配置された棒状光源もしくは1つないし複数の点状光源を基本要素として構成されており、近年の傾向では、携帯情報端末等の小型の電子機器への応用例の増加から、駆動回路の簡略化を図ることが可能な白色LED等の点状光源(以下、単にLEDともいう)を用いた面状照明装置が用いられている。
LEDを用いた面状照明装置には、更なる高輝度化、輝度の均一化を図りつつ、薄型化を促進することが常に求められており、このような要求に応えるため、本出願人は、先の出願である特願2005−41599号、特願2005−41600号、および特願2005−41601号において、LEDチップを封止する透光性樹脂が露出するように形成されたLEDを用いることで、LEDチップからの光の取出し効率を増大させかつランプハウス分の厚みを不要とした面状照明装置を提案している。
図8は、2灯のLEDを直列に接続して点灯する場合を例として、このような面状照明装置の構成例を示す平面図である。図8に示す面状照明装置100は、板状の導光板40と、導光板40の側端面42に配置された2灯のLED30、30と、これらのLED30、30が実装されたフレキシブルプリント基板(FPC)110とを備えている。
面状照明装置100において、各LED30は、図9に示すように、LEDチップ(図示は省略する)が搭載された基板部33とLEDチップを封止する透光性樹脂からなる発光部32とを備え、基板部33には、LEDチップのアノード電極およびカソード電極にそれぞれ接続する電極端子34A、34Kが設けられている。また、発光部32は、周囲にランプハウスを有することなく露出すると共に、LED30の光出射方向前方へと突出する連続曲面で構成された突出部32aを有している。また、図11に拡大して示すように、導光板40は、その側端面42に、LED30の突出部32aの外形に倣った切欠き部42aを有しており、LED30は、その突出部32aを導光板40の切欠き部42aに嵌合させて配置されている。
面状照明装置100において、各LED30は、図9に示すように、LEDチップ(図示は省略する)が搭載された基板部33とLEDチップを封止する透光性樹脂からなる発光部32とを備え、基板部33には、LEDチップのアノード電極およびカソード電極にそれぞれ接続する電極端子34A、34Kが設けられている。また、発光部32は、周囲にランプハウスを有することなく露出すると共に、LED30の光出射方向前方へと突出する連続曲面で構成された突出部32aを有している。また、図11に拡大して示すように、導光板40は、その側端面42に、LED30の突出部32aの外形に倣った切欠き部42aを有しており、LED30は、その突出部32aを導光板40の切欠き部42aに嵌合させて配置されている。
LED30が実装されるFPC110は、図10(a)に示すように、例えばポリイミド等からなるベースフィルム102と、ベースフィルム102の片面上に積層された銅箔等をパターン形成してなる導体パターン104〜108とを備えている。導体パターン104〜108には、一対のランド107A、107Kからなるランド部107と、同様に一対のランド108A、108Kからなるランド部108が含まれており、ランド107Aからは配線パターン104が、ランド108Kからは配線パターン106がそれぞれ引き出されている。また、ランド107Kとランド108Aとは、配線パターン105により接続されている。
図10(b)に示すように、2灯のLED30、30は、各アノード側電極端子34A、34Aをそれぞれランド107A、ランド108Aに接続させ、各カソード側電極端子34K、34Kをそれぞれランド107K、108Kに接続させて、FPC110上に実装されている。このように実装されたLED30、30は、配線パターン104、105、106により直列に接続されており、接続端子部103を介して接続する図示しない外部の駆動回路から供給される電力により点灯するものでる。
ここで、FPC110において、ランド部107、108は、LED30、30をFPC110上に実装した際に、各LED30、30の発光部32、32がFPC110の外形から突出する位置に形成されている。このような実装方法によれば、図12(a)、(b)に示すように、LED30の、導光板40の主面と平行な方向の側面(図12の例では、上下面)35、36に沿って反射板50、50を配置することにより、LED30の上下面35、36と反射板50、50とを直接対向させ、発光部32からの出射光を容易かつ高効率に導光板40に入射させることが可能となる。面状照明装置100は、上記構成を有することで、LED30の特徴である高い光の取り出し効率を有効に活用し、輝度向上を図るものである。
ここで、FPC110において、ランド部107、108は、LED30、30をFPC110上に実装した際に、各LED30、30の発光部32、32がFPC110の外形から突出する位置に形成されている。このような実装方法によれば、図12(a)、(b)に示すように、LED30の、導光板40の主面と平行な方向の側面(図12の例では、上下面)35、36に沿って反射板50、50を配置することにより、LED30の上下面35、36と反射板50、50とを直接対向させ、発光部32からの出射光を容易かつ高効率に導光板40に入射させることが可能となる。面状照明装置100は、上記構成を有することで、LED30の特徴である高い光の取り出し効率を有効に活用し、輝度向上を図るものである。
さて、近年、携帯用電子機器の電源の低電圧化に伴って、そのような機器で用いられる面状照明装置において複数のLEDを使用する場合、それらのLEDを並列に接続して点灯させる場合が増加している(例えば、特許文献1参照)。
図13は、2灯のLEDを並列に接続して点灯する場合を例として、従来の面状照明装置の構成例を示す平面図である。図13に示す面状照明装置150は、板状の導光板140と、導光板140の側端面142に配置されたLED130、130と、これらのLED130、130が実装されたFPC120とを備えている。
面状照明装置150において、LED130は、図14に示すように、白色樹脂等からなるランプハウス137を備えた一般的なLEDである。LED130には、ランプハウス137の、導光板140の側端面142に対向する面131の中央部付近に開口部が設けられており、その開口部から、図示しないLEDチップを封止する透光性樹脂の一部の面が露出して、主たる発光面132が形成されている。また、ランプハウス137には、LEDチップのアノード電極およびカソード電極にそれぞれ接続する電極端子134A、134Kが設けられている。
図13は、2灯のLEDを並列に接続して点灯する場合を例として、従来の面状照明装置の構成例を示す平面図である。図13に示す面状照明装置150は、板状の導光板140と、導光板140の側端面142に配置されたLED130、130と、これらのLED130、130が実装されたFPC120とを備えている。
面状照明装置150において、LED130は、図14に示すように、白色樹脂等からなるランプハウス137を備えた一般的なLEDである。LED130には、ランプハウス137の、導光板140の側端面142に対向する面131の中央部付近に開口部が設けられており、その開口部から、図示しないLEDチップを封止する透光性樹脂の一部の面が露出して、主たる発光面132が形成されている。また、ランプハウス137には、LEDチップのアノード電極およびカソード電極にそれぞれ接続する電極端子134A、134Kが設けられている。
LED130が実装されるFPC120は、図10(a)に示すFPC110と基本的に同様の構成を有するものであるが、図15(a)に示すように、ランド部107、108から引き出される配線パターン112、114、116の態様が相違するものである。すなわち、FPC120では、アノード側のランド107A、108Aから共通の配線パターン112が引き出され、この配線パターン112は、ランド部107、108の後方側(図13に示す導光板140の側端面142とは反対側)を通って接続端子部103に至るものであり、カソード側のランド107K、108Kからは、それぞれ個別の配線パターン114、116が引き出され、これらの配線パターン114、116は、配線パターン112との交差を避けるために、ランド部107、108の前方側(図13に示す導光板140の側端面142側)を通って接続端子部103に至るものである。
図15(b)に示すように、2灯のLED130、130は、各アノード側電極端子134A、134Aをそれぞれランド107A、ランド108Aに接続させ、各カソード側電極端子134K、134Kをそれぞれランド107K、108Kに接続することによってFPC120上に実装され、配線パターン112、114、116を通じて互いに並列に接続される。この際、FPC120では、上述したように、ランド部107、108の前方側および後方側の両方に配線用の領域が必要となるため、LED130、130は、その下面136(図14参照)全体がFPC120上に載置されることになる。このことは、カソード側のランド117K、118Kから引き出される配線パターン114、116を、共通の1本の配線パターンとして並列接続を実施する場合も同様である。
このように、FPC120は、配線パターン112と配線パターン114、116とを交差させることなく引き回すことによって、片面基板により並列接続を可能にするものであるが、従来、複数のLEDを並列に接続する場合の配線方法として、このような片面基板上に形成される配線パターンをレジスト層を介して多層化する方法(例えば、特許文献2)、あるいは、多層基板を用いる方法(例えば、特許文献3参照)等が提案されている。
ここで、図13に示したような複数のLEDを並列接続して点灯させる面状照明装置150の場合でも、その高輝度化、輝度の均一化を図りつつ、薄型化を促進するためには、その光源として、図9に示すLED30を用いることが望ましい。しかしながら、例えば、図8に示す面状照明装置100において、LED30を実装するFPC110を単に図15に示すFPC120と代替することで、LED30を並列点灯させる面状照明装置を構成することには、次のような問題があった。すなわち、このような面状照明装置では、LED30の下面36側全体にFPC120が存在することになるため、図12に示したような反射板50を、LED30の下面36に直接対向するように配置することができず、下面36からの出射光を効率良く導光板40に入射させることが困難になる。すなわち、このような構成の面状照明装置には、LED30の特徴である高い光の取り出し効率を十分に活用して輝度向上を図る上で、改善の余地がある。
また、FPC120において、配線パターンを多層化することによって、ランド部107、108の前方側に配線パターンを引き回すことなく、並列接続用のFPCを形成することは可能であるものの、例えば、特許文献2に記載されているような、レジスト層を用いて配線パターンを多層化する方法は、その配線パターンをAgインク等のシルク印刷により形成することを前提とするものであり、銅箔のエッチング処理等により配線パターンが形成される一般のFPCに対して、必ずしも好適な方法とは言えない。また、特許文献3に記載されているように、FPC等の回路基板を両面基板または多層基板とすることによって、その配線パターンを多層化することは、FPCの構造を複雑化させて、製造コストの増大および歩留り低下の要因となる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単純かつ安価な構成の片面配線構造を用いて複数のLEDの並列接続を可能とすると共に、高輝度かつ輝度の均一性に優れた薄型の面状照明装置を提供することである。
上記課題を解決するための、本発明に係る面状照明装置は、板状の導光板と、該導光板の側端面に配置される複数のLEDと、該複数のLEDが実装される回路基板とを備える面状照明装置において、前記複数のLEDのそれぞれは、ランプハウスを持たずLEDチップを封止する透光性樹脂が露出された発光部を有しており、前記回路基板には、その片面側のみにランド部と配線パターンとが設けられ、かつ、前記ランド部の少なくとも1つの直前部分に、前記発光部の実装面積以上の開口面積を有する開口部が設けられており、前記配線パターンの、前記直前部分に開口部が設けられたランド部の前方を通過する部分は、前記開口部の前記ランド部側を除く周辺領域に形成され、前記複数のLEDは、前記発光部が前記回路基板の外形から突出するかまたは前記開口部上に配置されるように前記回路基板上に実装されており、前記複数のLEDの前記導光板の主面と略平行な側面に沿って反射板が配置されていることを特徴とする。
また、本発明の一態様では、前記開口部の前記ランド部側を除く周辺領域に形成された部分を有する配線パターンは、前記複数のLEDの一方の電極端子が接続される各ランドから引き出される共通の配線パターンに含まれており、前記複数のLEDは、並列に接続されるものである。
本発明によれば、複数のLEDのそれぞれが、ランプハウスを持たずLEDチップを封止する透光性樹脂が露出していることで、ランプハウス分の厚みの増加が生じず、面状照明装置の薄型化が促進されることとなる。また、本発明に係る回路基板では、ランド部の少なくとも1つの直前部分に、発光部の実装面積以上の開口面積を有する開口部が設けられており、配線パターンの、直前部分に開口部が設けられたランド部の前方を通過する部分は、開口部のランド部側を除く周辺領域(バイパス領域)に形成されているため、片面側のみに設けられたランド部と配線パターンにより、各LEDの透光性樹脂が露出された発光部を、回路基板の外形から突出させるかまたは開口部上に配置して基板上に実装する実装形態を容易に実現することができる。さらに、このように実装された各LEDの、導光板の主面と平行な方向の側面に沿って反射板を配置することで、LEDの正面以外からの出射光を効率良く導光板へと導くことが可能となり、面状照明装置の高輝度化に寄与することとなる。
また、バイバス領域に形成された部分を有する配線パターンを、複数のLEDの一方の電極端子が接続される各ランドから引き出される共通の配線パターンに含めることで、単純かつ安価な構成の片面配線構造により、複数のLEDの並列接続が可能となる。
また、バイバス領域に形成された部分を有する配線パターンを、複数のLEDの一方の電極端子が接続される各ランドから引き出される共通の配線パターンに含めることで、単純かつ安価な構成の片面配線構造により、複数のLEDの並列接続が可能となる。
好ましくは、前記発光部を形成する透光性樹脂の外形は、前記LEDの光出射方向前方へと突出する連続曲面で構成され、かつ、該連続曲面の半径でその突出高さを除した値が0.3以上0.6以下の範囲となるように形成されているものである。
透光性樹脂の外形が上記所定の形状を有することで、面状照明装置の高輝度化に寄与するLEDの前方出射光量比と、面状照明装置の輝度の均一化に寄与するLEDの出射光の角度との最適なバランスを達成することが可能となる。
透光性樹脂の外形が上記所定の形状を有することで、面状照明装置の高輝度化に寄与するLEDの前方出射光量比と、面状照明装置の輝度の均一化に寄与するLEDの出射光の角度との最適なバランスを達成することが可能となる。
また、前記導光板の、前記LEDと対向する側端面に、前記突出部の外形に倣った切欠き部が形成されていてもよく、LEDの突出部を導光板の切欠き部に嵌合させて配置することによって、上記所定の外形形状を有するLEDの発光部の全側面と導光板とが密着し、LEDから導光板へと入光した光の発光分布を、LED単体での光の発光分布と同等のものにすることが可能となり、面状照明装置の輝度の均一化に寄与することとなる。
本発明は、このように構成したので、単純かつ安価な構成の片面配線構造により、LEDチップを封止する透光性樹脂が露出された発光部を有する複数のLEDを並列接続し、かつ、その発光部に直接対向するように反射板を配置することが可能となり、面状照明装置の高輝度化、輝度の均一化、および薄型化を促進すると共に、複数のLEDの並列接続による低電圧駆動に対応することが可能になる。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
図1は、本発明の実施の形態に係る面状照明装置の要部を示す図であり、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の組立状態におけるLED部分を示す断面図である。図1に示す面状照明装置10は、板状の導光板40と、導光板40の側端面42に配置された2灯のLED30、30と、これらのLED30、30が実装された回路基板20とを備えている。
図1は、本発明の実施の形態に係る面状照明装置の要部を示す図であり、(a)は分解斜視図、(b)は(a)の組立状態におけるLED部分を示す断面図である。図1に示す面状照明装置10は、板状の導光板40と、導光板40の側端面42に配置された2灯のLED30、30と、これらのLED30、30が実装された回路基板20とを備えている。
本実施形態において、各LED30は、図9に示したLED30と同様のものであり、図2〜図4に示すように、LEDチップ31が搭載された基板部33と、LEDチップを封止する透光性樹脂からなる発光部32とを備え、基板部33には、LEDチップのアノード電極に接続する電極端子34A、および、LEDチップのカソード電極に接続する電極端子34Kが設けられている。発光部32は、周囲にランプハウスを有することなく露出すると共に、LED30の光出射方向前方へと突出する連続曲面で構成された突出部32aを有している。本実施形態では、この突出部32aを構成する連続曲面は、一定の半径Rを有する円筒面からなるものである(図2、図3参照)。
本実施形態において、回路基板20には開口部26が設けられており、2灯のLED30、30は、その発光部32、32が回路基板20の外形から突出するかまたは開口部26上に配置されるように回路基板20上に実装されている。また、回路基板20の配線回路は、開口部26の周辺のバイパス領域24に形成された部分を含んで回路基板20の片面20a(以後、実装面という)側のみに形成されており、これらの構成の詳細については後述する。
本実施形態において、回路基板20には開口部26が設けられており、2灯のLED30、30は、その発光部32、32が回路基板20の外形から突出するかまたは開口部26上に配置されるように回路基板20上に実装されている。また、回路基板20の配線回路は、開口部26の周辺のバイパス領域24に形成された部分を含んで回路基板20の片面20a(以後、実装面という)側のみに形成されており、これらの構成の詳細については後述する。
また、各LED30は、回路基板20上に、その光出射方向(出射光軸)が回路基板20の実装面20aと略平行になる方向に実装されており、面状照明装置10は、回路基板20の実装面20aと導光板40の主面45、46とを略平行に配置することによって、LED30の突出部32aを導光板40の側端面42に対向させるものである。その際、導光板40の、LED30と対向する側端面42には、突出部32aの外形に倣った円筒面で構成された切欠き部42aが形成されており、LED30は、その突出部32aを切欠き部42aに嵌合させて導光板40の側端面42に配置されている。
さらに、面状照明装置10では、各LED30の、導光板40の主面45、46と略平行な側面(上面35および下面36)に沿って反射板50、60が配置されている。本実施形態では、LED30の上面35側には、この上面35の面積よりも僅かに大きな面積を有する反射板50、50が2灯のLED30、30毎に個別に配置され、下面36側には、2灯のLED30、30と共に導光板40の下面46全体を覆う一体の反射板60が配置されている。また、反射板60には、一方のLED30の下面36側に差込まれる舌部62が設けられている(図7(c)参照)。本実施形態において、反射板50、60は、好ましくは正反射手段であり、具体的には、銀等の金属を蒸着したフィルム、鏡面加工を施したアルミ板等の金属板、あるいは、ポリマー薄膜の多層構造からなる反射層を備えたフィルム等を使用することができる。
なお、図示の例では、各LED30の上面35側には、それぞれ個別の反射板50、50を配置するものとしたが、一体に形成された反射板によって2灯のLED30、30の上面35、35を覆うものであってもよい。また、反射板50、60の各LED30の上面35および下面36に対応する部分の形状は、生産性を考慮すれば、図示のように上面35および下面36全体を完全に覆うことが可能な矩形であることが望ましいが、少なくともLED30の発光部32を覆う形状とすることで、必要な効果を得ることができる。
導光板40は、好ましくは、ポリカーボネート樹脂を射出成形してなる板状の導光体であり、具体的な寸法例としては、側端面42の長手方向の寸法を30mm、側端面42に直交する方向の寸法を40mm、厚みを0.6mmとするものである。導光板40を形成するためのその他の材料としては、アクリル樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等が成形性と光学特性とのバランスに優れているため好適であるが、これに代えて、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、フッ素系ポリマー、エポキシ樹脂等の透明樹脂を使用することができる。また、導光板40の成形には、上記射出成形が生産性および精度の点で優れているため好適であるが、熱加圧成形、押し出し成形、注型法など、各種樹脂成形法を適用することができる。なお、図示は省略するが、導光板40の上下面45、46には、出射光の均一化を図るためのドットパターンが設けられていてもよく、さらに、導光板40の上方には、さらに、拡散板およびプリズムシート等の光学部材が積層されていてもよい。
ここで、図2〜図4を参照して、本実施形態におけるLED30の好ましい構成について詳述する。LED30の、発光部32を形成する透光性樹脂は、LEDチップ31の周囲が、図2、図3に示すように、硬質シリコーン系樹脂中に黄色発光の蛍光体であるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)微粒子を混入した層38で封止され、さらにその周囲(上層)に透明の硬質シリコーン系樹脂層37が付加された構造を有している。したがって、図示の例では、透明の硬質シリコーン系樹脂層37に突出部32aが形成されている。また、LEDチップ31は、図4に示すように、サファイヤ基板31a上に、GaN、GaAlN等の窒化物系化合物半導体の積層からなる発光層31bが形成されたもの(青色発光の素子)が用いられている。そして、LEDチップ31は、図3に示すように、電極端子34A、34Kが設けられた基板部33上に接着され、図示は省略するが、LEDチップ31上に形成されたアノード電極およびカソード電極と、電極端子34A、34Kに接続する基板部33上のリードフレームとが、φ20μmの金線で接続された構造を有している。なお、図2〜図4には、LED30およびLEDチップ31の具体的寸法例が示されている(単位はmm)。
以上の構造を有するLED30は、LEDチップ31の青色発光の一部がYAG微粒子混入層38のYAG微粒子(蛍光体)に吸収され、LEDチップ31の発光よりも長波長に変換されて、LEDチップ31の青色発光との混色を生じることにより、擬似的に白色発光するものである。なお、YAG微粒子混入層38は、図2、図3に示すように、透明層37と完全に2層に分離した構成に限らず、少なくとも青色発光LEDチップ31の周囲にのみYAG微粒子混入層38が形成され、その周囲が全て透明層37で覆われている構造を採用することも可能である。
また、発光部32を形成する透光性樹脂は、耐熱性を有する透明樹脂であれば良く、前記硬質シリコーン系樹脂の他にも、例えば、透明エポキシ樹脂等の熱硬化性の透明樹脂が適用可能である。また、高耐熱性の熱可塑性樹脂や、ガラス等の無機系材料も、必要に応じ適用可能である。
本実施形態において、LED30の突出部32aを構成する連続曲面は、図2に示すように、一定の半径Rを有する円筒面からなるものであり、突出部32aの突出高さをHとしたとき、0.3≦H/R≦0.6の範囲、より好ましくは0.4≦H/R≦0.5の範囲となるように形成されている。また、突出部32aの半径Rは、LEDチップ31の、LED30の長手方向と平行な方向の長さ(図3に、符号Xで示す)に1.5を乗じた値以上(1.5X≦R)となるように形成されている。
図5は、本発明の実施の形態に係る面状照明装置に用いられるLED30の、H/Rの値を種々に変化させることによる、LEDの出射光の角度を示す半値幅θと、前方出射光量比ξとの変化を示すグラフである。なお、「半値幅θ」は、出射光の出射強度のピーク値P(通常は、LEDの正面方向であるθ=0°の近傍に現れる。)の半分の出射強度1/2Pが得られるときの出射光の角度をいい、出射光分布の指標として一般的に用いられる値である。図6は、R=0.9mm、H=0.4mm、H/R=0.44であるLED30の、半値幅θを例示したものである。
また、「前方出射光量比ξ」は、LEDから出射される全方向の光のうち、LEDよりも前方(上下の空間も含まれる)に出射される、面状照明装置の高輝度化に貢献する光と、LEDよりも後方(上下の空間も含まれる)に出射される、面状照明装置の高輝度化に貢献しない光とに分類した場合の、前者の比率を表す値である。
また、「前方出射光量比ξ」は、LEDから出射される全方向の光のうち、LEDよりも前方(上下の空間も含まれる)に出射される、面状照明装置の高輝度化に貢献する光と、LEDよりも後方(上下の空間も含まれる)に出射される、面状照明装置の高輝度化に貢献しない光とに分類した場合の、前者の比率を表す値である。
図5から分かるように、0.3≦H/R≦0.6の範囲では、半値幅θ、前方出射光量比ξ共に十分に良好な値が得られている。また、面状照明装置の更なる高輝度化と、輝度の均一化とを実現するために、半値幅θおよび前方出射光量比ξをより高いレベルでバランスさせるためには、0.4≦H/R≦0.5の範囲とすることが望ましく、例えば、R=0.9mm、H=0.4mm(H/R=0.44)とするものである。
次に、図7を参照して、本実施形態における回路基板20および反射板60の構成について説明する。本実施形態における回路基板20は、図7(a)に示すように、例えばポリイミド等からなるベースフィルム11と、ベースフィルム11の片面上に積層された銅箔等をパターン形成してなる導体パターン12、14、15〜18とを備えたフレキシブルプリント基板(FPC)である。
FPC20において、導体パターン12、14、15〜18は、一対のランド12A、12Kからなるランド部12、および、同様に一対のランド14A、14Kからなるランド部14を含んでおり、ランド12A、12Kからは配線パターン15、16がそれぞれ引き出され、また、ランド14A、14Kからは配線パターン18、17がそれぞれ引き出されている。さらに、配線パターン15と配線パターン18は、互いに接続してランド12Aとランド14Aから引き出される共通の配線パターン22を形成するものである。
FPC20において、導体パターン12、14、15〜18は、一対のランド12A、12Kからなるランド部12、および、同様に一対のランド14A、14Kからなるランド部14を含んでおり、ランド12A、12Kからは配線パターン15、16がそれぞれ引き出され、また、ランド14A、14Kからは配線パターン18、17がそれぞれ引き出されている。さらに、配線パターン15と配線パターン18は、互いに接続してランド12Aとランド14Aから引き出される共通の配線パターン22を形成するものである。
なお、上記導体パターン12、14、15〜18の上層には、配線パターン15〜18を保護するために、ポリイミド等からなるカバーレイフィルム28が積層されており、ベースフィルム11、導体パターン12、14、15〜18、カバーレイフィルム28、および接着層等を含めた総厚は、例えば、約0.2mmとなるものである。カバーレイフィルム28は、接続端子部19を避けて設けられると共に、各ランド12A、12K、14A、14Kを露出させるための図示しない開口部を有しており、通常、各ランド12A、12K、14A、14K、には半田メッキ処理が、各配線パターン15、16、17の接続端子部19から露出する部分には金メッキ処理が、それぞれ施されている。
本実施形態におけるFPC20には、ランド部12の直前部分に開口部26が設けられており、開口部26は、LED30の発光部32の実装面積(すなわち、発光部32の下面36側の面積)以上の開口面積を有するように形成されている。また、開口部26のランド部12側を除く周辺領域24は、ランド部12の直前部分を迂回させて配線パターンを通すためのバイパス領域として使用されるものであり、配線パターン18は、その一部がバイパス領域24上に形成されて、ランド14Aからバイバス領域24を経て配線パターン15に接続するように設けられている。
FPC20において、2灯のLED30、30は、各アノード側電極端子34A、34Aをそれぞれランド12A、14Aに接続させ、各カソード側電極端子34K、34Kをそれぞれランド12K、14Kに接続させてFPC20上に実装されており、このように実装されたLED30、30は、ランド12A、14Aから引き出された共通の配線路22、ランド12Kから引き出された配線パターン16、およびランド14Kから引き出された配線パターン17によって、並列に接続されることになる(以後、必要に応じて、ランド部12上に実装されるLED30をLED30−1、ランド部14上に実装されるLED30をLED30−2として参照する)。この際、図7(b)に示すように、LED30−1は、その発光部32が開口部26上に配置されるように実装され、また、LED30−2は、その発光部32がFPC20の外形から突出するように実装されている。
このように、FPC20は、アノード側の共通の配線路22を、ランド部12から開口部26を介して離隔されたバイパス領域24を通して、カソード側の配線路である配線パターン16、17と交差させることなく引き回すことによって、並列接続に必要なすべての配線パターン15、16、17、18を、FPC20の実装面20a側に形成するものである。この結果、本実施形態におけるFPC20では、図15に示したFPC120のような従来の並列接続用片面回路基板とは異なり、LED30−1、30−2用のランド部12、14を、LED30−1の発光部32を開口部26上に配置し、かつ、LED30−2の発光部32をFPC20の外形から突出させて、それらの発光部32、32の下面36、36側の部分をFPC20上に載置することなく実装するために必要な所定の位置に、容易に形成することができる。
なお、図7(c)に示すように、LED30−1、30−2の下面36、36側に配置される反射板60は、好ましくは、LED30−1の下面36側に対向する位置に舌部62を有しており、反射板60は、この舌部62をバイパス領域24を下方に回避しつつLED30−1の下面36側に差込むことによって配置されるものである。
ここで、FPC20上にLED30−1、30−2を実装する好適な方法について説明すれば、次の通りである。まず、上述したように、開口部26を有する所定の形状に形成されかつ所定の導体パターン12、14、15〜18が形成されたFPC20を準備し、その各ランド12A、12K、14A、14Kにスクリーン印刷法によってクリーム半田を塗布する。次いで、自動チップマウンタを使用して、LED30−1、30−2を、それぞれ所定のランド部12、14上にマウントする。その後、LED30−1、30−2がマウントされたFPC20を窒素置換のリフロー炉内を通過させることにより半田付けを実施して、LED30−1、30−2を、それぞれ対応するランド12A、12K、14A、14Kに接続固定するものである。この際、リフロー条件としては、例えば、予備加熱温度を約170℃とし、半田温度を約230℃とすることができる。
本実施形態におけるFPC20では、FPC20の準備工程およびLED30−1、30−2の実装工程の両者共に、従来のFPC110、120(図10、図15参照)における対応する工程と同一のものであるため、その製造コストを従来のFPC110、120から増大させることなく、片面配線構造によるLED30、30の並列接続を可能にするものである。
本実施形態におけるFPC20では、FPC20の準備工程およびLED30−1、30−2の実装工程の両者共に、従来のFPC110、120(図10、図15参照)における対応する工程と同一のものであるため、その製造コストを従来のFPC110、120から増大させることなく、片面配線構造によるLED30、30の並列接続を可能にするものである。
上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、面状照明装置10で使用されるLED30は、ランプハウスを持たず、LEDチップ31を封止する透光性樹脂が露出された発光部32を有していることで、ランプハウス分の厚みの増加が生じないことから、面状照明装置の薄型化が促進されることとなる。この点に関連して、本実施形態における面状照明装置10のように、FPC20の実装面20aを、導光板40の主面45、46と略平行に配置する態様は、面状照明装置の薄型化にとって有利なものである。
また、透光性樹脂が露出された発光部32を有するLED30は、LEDチップ31からの出射光の取り出し効率が増大することにより、面状照明装置の輝度向上に寄与するものであるが、その際、発光部32の全表面が発光面として機能するものであるため、面状照明装置10では、LED30を、その発光部32をFPC20上に載置することなくFPC20上に実装し、さらに、LED30の上下面35、36を反射板50、60で覆うことによって、LED30、30の正面以外から出射された光を、直接反射板50、60で反射させて効率良く導光板40に入射させるものである。これによって、FPC20による吸収等による損失光を発生させることなく、面状照明装置の輝度を一層向上させることができる。加えて、FPC20は、例えば複数のLEDを低電圧での駆動するために複数のLED30を並列に接続する場合でも、LED30−1の直前部分に開口部26を設け、配線パターン18のランド部12の前方を通る部分をバイパス領域24上に形成することによって、単純かつ安価な片面配線構造により、LED30のFPC20への上記実装形態を実現するものである。
また、LED30の発光部32を、半径Rと突出高さHが、0.3≦H/R≦0.6を満たす円筒形の突出部32aを有することによって、面状照明装置の高輝度化に寄与するLEDの前方出射光量比ξと、面状照明装置の輝度の均一化に寄与するLEDの半値幅θとの最適なバランスを達成することが可能となる。
また、導光板40の、LED30と対向する側端面42に、突出部32aの外形に倣った切欠き部42aが形成されているため、LED30の発光部32の全側面と導光板40とが密着し、LED30から導光板へと入光した光の発光分布を、LED単体での光の発光分布と同等にすることが可能となり、面状照明装置の輝度の均一化に、寄与することが可能となる。
また、導光板40の、LED30と対向する側端面42に、突出部32aの外形に倣った切欠き部42aが形成されているため、LED30の発光部32の全側面と導光板40とが密着し、LED30から導光板へと入光した光の発光分布を、LED単体での光の発光分布と同等にすることが可能となり、面状照明装置の輝度の均一化に、寄与することが可能となる。
ここで、本実施形態におけるFPC20では、アノード側のランド12A、14Aから共通の配線路22が引き出され、カソード側のランド12K、14Kからそれぞれ個別の配線パターン16、17が引き出されるものとしたが、本発明に係るFPCは、カソード側のランド12K、14Kの配線を共通化し、アノード側のランド12A、14Aからそれぞれ個別の配線パターンを引き出すものであってもよい。その際、FPC20の開口部26をランド部14の直前部分に設け、カソード側の配線パターンの一部をバイパス領域24上に形成するものであってもよい。なお、このように、アノード側またはカソード側のいずれかの配線パターンをランド部毎に個別に引き出す配線方法は、LED点灯のための電流値等を各LED毎に調整可能とする点で有利なものであるが、本発明の構成は、アノード側およびカソード側のいずれの配線も共通化して並列接続を実施する場合にも適用可能なものである。
また、本実施形態では、2灯のLED30、30を実装するFPC20を用いて、本発明に係る回路基板を説明したが、本発明の構成は、必要な場合には、複数のランド部の直前部分に開口部26と同様の開口部を複数個設けることによって、2灯以上のLEDの並列接続に対しても適用可能なものである。
また、本実施形態では、2灯のLED30、30を実装するFPC20を用いて、本発明に係る回路基板を説明したが、本発明の構成は、必要な場合には、複数のランド部の直前部分に開口部26と同様の開口部を複数個設けることによって、2灯以上のLEDの並列接続に対しても適用可能なものである。
10:面状照明装置、12、14:ランド部、15〜18:配線パターン、20:回路基板(FPC)、24:開口部のランド部側を除く周辺領域(バイパス領域)、26:開口部、30:LED、32:発光部、32a:突出部、34A:アノード電極端子、34K:カソード電極端子、40:導光板、42:LEDと対向する側端面、42a:切欠き部、50,60:反射板
Claims (4)
- 板状の導光板と、該導光板の側端面に配置される複数のLEDと、該複数のLEDが実装される回路基板とを備える面状照明装置において、
前記複数のLEDのそれぞれは、ランプハウスを持たずLEDチップを封止する透光性樹脂が露出された発光部を有しており、
前記回路基板には、その片面側のみにランド部と配線パターンとが設けられ、かつ、前記ランド部の少なくとも1つの直前部分に、前記発光部の実装面積以上の開口面積を有する開口部が設けられており、前記配線パターンの、前記直前部分に開口部が設けられたランド部の前方を通過する部分は、前記開口部の前記ランド部側を除く周辺領域に形成され、
前記複数のLEDは、前記発光部が前記回路基板の外形から突出するかまたは前記開口部上に配置されるように前記回路基板上に実装されており、前記複数のLEDの前記導光板の主面と略平行な側面に沿って反射板が配置されていることを特徴とする面状照明装置。 - 前記開口部の前記ランド部側を除く周辺領域に形成された部分を有する配線パターンは、前記複数のLEDの一方の電極端子が接続される各ランドから引き出される共通の配線パターンに含まれており、前記複数のLEDは、並列に接続されることを特徴とする請求項1に記載の面状照明装置。
- 前記発光部を形成する透光性樹脂の外形は、前記LEDの光出射方向前方へと突出する連続曲面で構成され、かつ、該連続曲面の半径でその突出高さを除した値が0.3以上0.6以下の範囲となるように形成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。
- 前記導光板の、前記LEDと対向する側端面に、前記突出部の外形に倣った切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の面状照明装置。
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2005
- 2005-07-15 JP JP2005206835A patent/JP2007026859A/ja active Pending
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