JP2007067076A

JP2007067076A - 光源装置

Info

Publication number: JP2007067076A
Application number: JP2005249522A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Toda; 正利戸田; Tetsuya Suda; 哲也須田; Tomoya Yoshimura; 朋也吉村
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】短い距離で単色光を混色（ミキシング）することができる光源装置を提供すること。
【解決手段】本発明の光源装置は、波長の異なる光を混合して使用する光源装置であって、波長の異なる光を出射する複数の発光素子４と、発光素子を覆う封止樹脂層１６と、を備え、封止樹脂層中に、平均粒子径１〜１０μｍのシリカ粒子１８が１〜２０ｗｔ％で、略均一に分散させられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置に関し、詳細には、異なる波長の単色光を出射する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子からの単色光を混合して使用する光源装置に関する。

液晶パネル等のカラーディスプレイパネルを照らす光源装置として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の単色光を発する３種類の単色ＬＥＤをセットにして用い、各ＬＥＤから発せられる単色光をミキシングすることによって白色光を作り出すタイプの光源装置が知られている。
本発明は、このような従来技術に基づいてなされたものである。

このような単色光を混合して白色光を得る光源装置では、単色光を混合して白色光にするために所定長のミキシング部分を、単色光の光源の下流側に設ける必要がある。

このため、このような光源装置を導光板の端面から光を入射させるエッジライト方式で使用するときには、このミキシング部分が、有効表示領域として使用できない「額縁」となり、ディスプレイの小型化を阻害するという問題があった。

又、拡散板の裏面から光を入射させる直下方式で使用する場合にも、ミキシング部分を確保するためにＬＥＤを拡散板から後方に離して配置しなければならず、この結果、光源装置が厚くなってしまうという問題があった。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、短い距離で単色光を混色（ミキシング）することができる光源装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明によれば、波長の異なる光を混合して使用する光源装置であって、波長の異なる光を出射する複数の発光素子と、該発光素子を覆う封止樹脂層と、該封止樹脂層中に、平均粒子径１〜１０μｍのシリカ球状粒子が１〜２０ｗｔ％で、略均一に分散させられている、ことを特徴とする光源装置が提供される。

このような本発明においては、粒子を構成するシリカ自身が透明であり、平均粒径が１〜１０μ程度であるために、ＬＥＤチップ等の発光素子からの光をロスなく、且つ色つきなく光拡散させることができる。
また、シリカ粒子が、粒径が１〜１０μｍであるため、樹脂が流動し易く、容易に封止樹脂を封止したい領域に充填することができる。さらに、シリカは熱的に非常に安定しているので、シリカ粒子によって光源装置の耐久性が低下することがない。

最適な拡散剤の特徴について以下詳述する。
まず、光学的には、以下特性が求められる。
封止樹脂として一般的に使用されるシリコーン樹脂の屈折率が、１．４１〜１．４２程度であるので、拡散剤として、屈折率が１．４５〜１．５２程度のシリカを使用すると、光量のロスが少なく、拡散率を大きくとれるので好ましい。
また、拡散剤の粒子径を、１〜１０μ程度にすると、色つきも少なく、光量のロスも少なくなるので好ましい。さらに、拡散剤の粒子形状は、破砕法によて得られる不定形よりラグビーボールのような異方性形状あるいは球形が光量ロス及び光源像の透けの点から好ましい。

次に機械的には、以下の特性が求められる。
樹脂配合粘度が高い、すなわち流動性が悪いと、ＬＥＤチップなどの発光素子を基板上の配線パターンと接続するためのボンディングワイヤの断線を引起し易くなるので、平均粒径、粒径分布、粒子形状、比表面積、粒子表面の性状等により樹脂配合粘度を制御するのが好ましい。
樹脂配合粘度を低く抑えるためには、平均粒径はできるだけ大きい方が好ましいが、２０μ以上になると配線パターンの大きさ、チップの厚みから好ましくない。従って、本発明では、平均粒子径を、０．１〜２０μ程度する設定するのが好ましい。

樹脂配合粘度を低く抑えるために、粒子形状が同一であるときには、比表面積（粒子表面の平滑性を示す指標）が小さいことが必要である。一般に、直径がｄ(μｍ)であり、その真密度がＤ（g/cm³）であるとき、細孔を有しない真球体の比表面積の理論値ＳＡは、式(Ｉ)によって表すことができる。
ＳＡ（m²/ｇ）＝６／（ｄ×Ｄ）・・・・(Ｉ)
ＳＡ（m²/ｇ）＝2.73／ｄ・・・・(II)

式(Ｉ)から、径がｄ(μｍ)であり、真比重が２．２であるシリカの真球体の比表面積ＳＡ(m²/g)は、上記式(II)で表され、例えば、直径10μｍであるシリカ球体の比表面積の理論値は、およそ０．２７（m²／g）となることがわかる。
本発明では、流動特性をより向上させるためには、比表面積を理論値の1.5倍以下にするのが好ましい。

また、樹脂配合粘度をより低く抑えるために、粒子形状において真球度が高い球状であることが好ましい。真球度は、一つのシリカ粒子における最大直径（ｄ１）に対する最小直径（ｄ２）の比を示す式（III）により表される。
真球度＝ｄ２／ｄ１・・・・式（III）

真球度の値は、シリカ粒子の電子顕微鏡写真において、ランダムに20個の粒子を選んで、それぞれの最大直径と最小直径を測定し、式（III）から真球度を算出し、それらの平均値で表される。
樹脂配合粘度をより低く抑えるために、真球度が0.9以上である粒子含有率が９９体積％以上であることが好ましい。

本発明の他の好ましい態様によれば、シリカ粒子が非孔性の構造である。
このような構成によれば、多孔性シリカに対して２〜３桁、樹脂配合粘度が低下する。

多孔性シリカの製造方法の一例として、アルカリ珪酸塩水溶液を分散相として細粒状に分散させた油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）エマルションと、鉱酸水溶液を分散相として細粒状に分散させた油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）エマルションとを混合して球状シリカゲルを生成させ、得られた球状シリカゲルを鉱酸で処理して得た球状含水シリカを乾燥後、焼成して得る方法が挙げられる。

非孔性とするために、例えば、鉱酸で処理した後、生成した球状シリカゲルを分離することなく、球状シリカゲルを含む反応液を５０℃以上に加熱し、冷却した後、固液分離を行い、これを鉱酸と純粋で洗浄して球状含水シリカを得て、これを乾燥した後もしくは乾燥時に解砕し、焼成する。

本発明の他の好ましい態様によれば、シリカ球状の表面がシランカップリング剤を含有するか、フェニルシラン化合物で表面処理されている。
このような構成によれば、樹脂内での拡散剤の分散性を向上させて樹脂配合粘度を低下させることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記発光素子がＬＥＤである。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記複数の発光素子が、列状に配置されている。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記発光素子が、基板の表面に形成された凹部内に実装されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、波長の異なる光を出射する複数の発光素子が、前記凹部内に実装されている。

本発明によれば、短い距離で単色光を混色（ミキシング）することができる光源装置が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態の光源装置について説明する。図１は、本発明の第１実施形態の光源装置１で利用するＬＥＤ実装基板１００の平面図である。図２は、光源装置１を導光板に結合した状態を概略的に示す断面図であり、図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。

本実施形態の光源装置１は、液晶表示装置のバックライト等に使用される光源装置であり、図１に示されているように、ＬＥＤ実装基板１００は、細長いアルミニウムの基板２と、この基板２上に複数の単色ＬＥＤチップ４を一列に配置することによって構成されたＬＥＤチップ列６とを備えている。本実施形態では、基板２は、長さＬ１＝３００ｍｍ、幅Ｗ１＝１２ｍｍとされている。

ＬＥＤチップ列６は、各単色ＬＥＤチップ４、即ち、赤色ＬＥＤ４ｒ、緑色ＬＥＤ４ｇ、および青色ＬＥＤ４ｂからの単色光をミキシングして白色光が得られるように、赤色ＬＥＤ４ｒ、緑色ＬＥＤ４ｇ、および青色ＬＥＤ４ｂを一定の割合で混ぜて配置することによって構成されている。
本実施形態では、赤色ＬＥＤ４ｒ＝２、緑色ＬＥＤ４ｇ＝２、青色ＬＥＤ４ｂ＝１の割合で、ＬＥＤチップ列６に各単色ＬＥＤが含まれている。本実施形態では、各単色ＬＥＤチップ４の一辺の長さＳ１が０．５５ｍｍで、隣接するＬＥＤチップ４同士の間隔Ｐ１が２ｍｍに設定されている。

図２および図３に示されているように、基板２上には、リフレクタ筺体８が配置されている。リフレクタ筐体８は、細長い直方体状の部材であり、その中央を上下方向に貫通する長孔８ａが長手方向軸線に沿って延びている。長孔８ａの下端部分は、上方に向かって拡大する台形状の断面形状を有する台形部分とされ、この台形部分の側面を構成する傾斜面８ｂには反射層１０が設けられている。
リフレクタ筐体８は、基板２に実装されたＬＥＤチップ列６が、リフレクタ筐体８の長孔８ａ下端部分左右の傾斜面８ｂの間に配置されるように（図２）、基板２に連結されている。

各ＬＥＤチップ用のアノード電極（図示せず）は、導電性シート（図示せず）によって、基板２の電気配線・電極１２に接続されている。また、ＬＥＤチップのカソード電極（図示せず）は、基板２の上面に形成された電気配線・電極１２とボンディングワイヤ１４によって接続されている。
この電気配線・電極１２は、基板２を構成するアルミニウム基材の表面に絶縁層を塗布し、その上に銅箔等の導体を貼り付け、この導体をフォトリソプロセスによって加工することによって形成されている。

リフレクタ筐体８の長孔８ａの下端を構成する台形部分には、封止樹脂１６が充填され、基板２上に実装されたＬＥＤチップ列６を一括して封止している。本実施形態では、封止樹脂１６として、２液性のシリコーン樹脂（屈折率１．４１）が使用されている。
封止樹脂１６中には拡散剤１８が均一に分散させられている。本実施形態では、拡散剤として、屈折率１．４６、平均粒径２μの非孔性シリカ球形粒子（ＭＲＣユニッテック社製商品名「ＱＳ−２」）が使用されている。

本実施形態では、このようなシリカ粒子１８を、フェニルシラン化合物で表面処理し、封止樹脂であるシリコーン樹脂に５ｗｔ％のシリカ粒子を分散し、脱泡後、リフレクタ筐体８の長孔８ａの下端を構成する台形部分に充填し、基板２に実装されているＬＥＤチップ列６を一括して封止している。

基板２の上面には、高反射率を有する印刷等の加工（図示せず）が施され、さらに、基板２の下面には、放熱シートＳを介して放熱フィンＦが取り付けられ、各単色ＬＥＤチップ４からの熱を逃がすように構成されている。

このように構成された光源装置１は、例えば、リフレクタ筐体８の長孔８ａ内に導光板Ｐの側端部を差し込み、導光板Ｐの側端面を封止樹脂１４の上面に結合することによって、導光板Ｐの側端面から光を入射させるための光源装置として使用される（図２、図３）。

本実施形態による光源装置１によれば、波長の異なる光を出射する単色ＬＥＤチップ４（４ｒ、４ｇ、４ｂ）を封止する封止樹脂層１６に拡散剤１８が均一に分散させられており、比較的短い距離で単色光を混合することができるので、コンパクトな構成でありながら、均一で広い色再現領域を確保した面光源装置を構成することができる。
また、導光板の光出射面からＬＥＤ像が直接、観察されなくなり、画像の品位が向上する。

さらに、反射層１０により、各ＬＥＤチップ４から側方に出射された光や拡散剤１８により側方に拡散された光が上方に向けて反射されるので、光の利用効率が向上する。

上記実施形態では、ＬＥＤチップ列６は、ＬＥＤチップ４が一列に配置された構成であるが、ＬＥＤチップ４を２列に配置した構成でもよい。さらに、このＬＥＤチップ４の列の数を、導光板Ｐの入射端面の厚みの範囲内でさらに増やしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態の光源装置２０の構成を説明する。図４は、本発明の第２実施形態の光源装置２０で利用するＬＥＤ実装基板１１０の平面図である。図５は、光源装置２０を導光板に接続した状態を概略的に示す縦断面図であり、図６は、図５のVI−VI線に沿った断面図である。

第２実施形態の光源装置２０は、複数個の単色ＬＥＤチップからなるＬＥＤチップ群が基板２２に形成されたすり鉢状凹部２４の底２４ａに配置されている点を除き、第１実施態様の光源装置１と略同一の構成を備えている。

図４乃至図６に示されているように、基板２２の上面には、複数のすり鉢（上方向かって拡がる円錐台）状の凹部２４が、一列に配置され、各凹部２４の底２４ａには、単色ＬＥＤチップ群２６が配置されている。
本実施形態では、基板２２は、長さＬ２が３００ｍｍ、幅Ｗ２が１２ｍｍであり、凹部２４は、直径Ｄ２が、５．５ｍｍ、深さが１ｍｍである。

各単色ＬＥＤチップ群２６は、各単色ＬＥＤチップ２８、即ち、赤色ＬＥＤ２８ｒ、緑色ＬＥＤ２８ｇ、および青色ＬＥＤ２８ｂからの単色光をミキシングして白色光が得られるように、赤色ＬＥＤ２８ｒ、緑色ＬＥＤ２８ｇ、および青色ＬＥＤ２８ｂを一定の割合で混ぜて配置することによって構成されている。
本実施形態では、単色ＬＥＤチップ群２６は、３つの赤色ＬＥＤ２８ｒ、５つの緑色ＬＥＤ２８ｇ、および２つの青色ＬＥＤ２８ｂの合計１０個の単色ＬＥＤチップ２８によって構成されている。

本実施形態では、各単色ＬＥＤチップ２８の一辺の長さＳ２は０．３８ｍｍ、隣接する凹部２４の間隔Ｐ２は約１２．５ｍｍに設定されている。

本実施形態では、基板２２のアルミニウム基材の表面に絶縁層を塗布し、この絶縁層の上に銅箔等の導体を貼り付け、この導体をフォトリソプロセスによって加工することにより電気配線・電極３０を形成し、さらに、金型を使用して凹部２４が形成されている。

凹部２４内には、１０ｗｔ％の拡散剤３２が均一に分散させられた封止樹脂３４が充填され、凹部２４の底２４ａに実装されている単色ＬＥＤチップ２８を封止している。封止樹脂３４および拡散剤３２は、第１実施態様と同様のものが使用されている。

基板２２の上面には、高反射率を有する印刷等の加工（図示せず）が施されている。さらに、基板２２の下面には、放熱シートＳを介して放熱フィンＦが取り付けられ、各単色ＬＥＤチップ２８からの熱を逃がすように構成されている。

このように構成された光源装置２０は、例えば、細長い直方体状のリフレクタ筐体３６の細長い直方体状の長孔３６ａ内に導光板１８の側端部を差し込み、導光板Ｐの側端面を封止樹脂３４に上面に結合することによって、導光板Ｐに光を入射させる光源装置として使用される（図５、図６）。

本実施形態による光源装置２０によれば、波長の異なる光を出射する単色ＬＥＤチップ２８（２８ｒ、２８ｇ、２８ｂ）を封止する封止樹脂層３４に拡散剤３２が均一に分散させられおり、比較的短い距離で単色光を混合することができるので、コンパクトな構成でありながら、均一で広い色再現領域を確保した面光源装置を構成することができる。
また、導光板の光出射面からＬＥＤ像が直接、観察されなくなり、画像の品位が向上する。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
たとえば第２実施形態の光源装置は、エッジライト方式の面光源装置の光源装置としてのみならず、直下方式のように空間でミキシングするタイプの面光源装置用の光源装置としても有効である。

また、上記実施形態では、拡散剤の粒子形状は球状であったが、ラグビーボールのような異方性形状あるいは、球状表面に凹凸が付いたような形状でもよい。

本発明の第１実施形態の光源装置で利用されるＬＥＤ実装基板の平面図である。図１の光源装置を導光板に結合した状態を概略的に示す断面図である。図２のIII−III線に沿った断面図である本発明の第２実施形態の光源装置で利用されるＬＥＤ実装基板の平面図である。図４の光源装置を導光板に接続した状態を概略的に示す縦断面図である。図５のVI−VI線に沿った断面図である。

符号の説明

１：光源装置
２：基板
４：単色ＬＥＤチップ
４ｒ：赤色ＬＥＤ
４ｇ：緑色ＬＥＤ
４ｂ：青色ＬＥＤ
６：ＬＥＤチップ列
８：リフレクタ筺体
１６：封止樹脂
１８：拡散剤

Claims

波長の異なる光を混合して使用する光源装置であって、
波長の異なる光を出射する複数の発光素子と、
該発光素子を覆う封止樹脂層と、を備え、
該封止樹脂層中に、平均粒子径１〜１０μｍのシリカ粒子が１〜２０ｗｔ％で、略均一に分散させられている、
ことを特徴とする光源装置。
前記複数の発光素子が、列状に配置されている、
請求項１に記載の光源装置。
前記発光素子が、基板の表面に形成された凹部内に実装されている、
請求項１または２に記載の光源装置。
波長の異なる光を出射する複数の発光素子が、前記凹部内に実装されている、
請求項１ないし３の何れか１項に記載の光源装置。