JP2007150080A - 線状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップからの放熱を効率的に行うことができると共に、ＬＥＤモジュールと導光板の距離を短くしてコンパクトな構造を達成できる面光源装置を提供すること。
【解決手段】本発明の線状光源装置は、異なる波長の複数の単色光を混合して使用する線状光源装置１であって、異なる波長の複数の単色光のそれぞれを出射する単色発光素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃからなる複数の発光素子群２０と、発光素子群のそれぞれを収容する複数の凹部４が長手方向に沿って形成された細長い金属ベース基板２と、発光素子群を覆う封止樹脂層２４と、を備え、凹部は、金属ベース基板の長手方向側の傾斜面４ａの角度が、金属ベース基板の幅方向側の傾斜面４ｂの角度より緩く形成されている、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、線状光源装置に関し、詳細には、異なる波長の光を出射する複数の単色発光素子からの光を混合して目的の色の光、例えば白色光を得る線状光源装置に関する。

近年、液晶表示装置の照明装置として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたＬＥＤバックライトが広く使用されている。このようなＬＥＤバックライトは、基板に実装されたＬＥＤチップを備えたＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールからの光で液晶表示板全体が照射されるようにする導光板等を備えている。

このようなＬＥＤバックライトとして、ＬＥＤチップの熱による性能低下を防止する等の目的で、ＬＥＤチップを熱伝導性に優れた金属基板に直接、実装したＬＥＤ光源を備えた光源装置（発光装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１５２２２５号公報

上述したようなＬＥＤバックライトに使用されるＬＥＤモジュールとしては、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるＬＥＤモジュールと、異なる波長の単色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を発生させる単色ＬＥＤチップを組み合わせて実装し、これら単色ＬＥＤチップからの単色光を混合して白色を得るＬＥＤ光源とがある。
後者の構成では、液晶表示板を白色光で照射する必要があるため、導光板への入射前あるいは導光板の入射部近傍に、単色ＬＥＤからの単色光を混合して白色光にするミキシング領域を設ける必要がある。

特許文献１で開示されている光源装置において、単色ＬＥＤチップからの単色光を混合するＬＥＤモジュールを導光板の端面に配置した構成（エッジライトタイプ）を採る場合、各単色ＬＥＤチップからの単色光をミキシングするミキシング領域を確保するためにＬＥＤ光源を導光板の出射面から所定距離だけ離して配置しなくてはならず、この結果、光源装置の寸法が大きくなるという問題が生じる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ＬＥＤチップからの放熱を効率的に行うことができると共に、ＬＥＤモジュールと導光板の距離を短くしてコンパクトな構造を達成できる面光源装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、異なる波長の複数の単色光を混合して使用する線状光源装置であって、前記異なる波長の複数の単色光のそれぞれを出射する単色発光素子（単色ＬＥＤチップ）からなる複数の発光素子群（ＬＥＤチップ群）と、前記発光素子群のそれぞれを収容する複数の凹部が長手方向に沿って形成された細長い金属ベース基板と、前記発光素子群を覆う封止樹脂層と、を備え、前記凹部は、前記金属ベース基板の長手方向側の傾斜面の角度が、前記金属ベース基板の幅方向側の傾斜面の角度より緩く形成されていることを特徴とする線状光源装置が提供される。

このような構成によれば、発光素子群が収容されている凹部の内面側壁は、金属ベース基板の長手方向側で傾斜が緩く形成されているので、発光素子群内の発光素子から出射され、金属ベース基板の長手方向に進む光は凹部内で長い光路を通り、発光素子から直接及び封止樹脂と空気界面で全反射した光は金属ベース基板の凹部内面側壁で反射し、外部出射する。また、金属ベース基板の幅方向に進む光は、凹部内面側壁で何度か反射を繰り返し出射する。この結果、この凹部内の光路ですなわち光源装置内において、各単色光がミキシングされるとともに発光素子群の中間位置で出射する光量を増大させることができ、光源装置の外部で必要とされるミキシング領域の長さが短くなる。

本発明の他の態様によれば、異なる波長の複数の単色光を混合して使用する線状光源装置であって、前記異なる波長の複数の単色光のそれぞれを出射する単色発光素子からなる複数の発光素子群と、前記発光素子群を実装する細長い金属ベース基板と、前記金属ベース基板上に配置され、前記発光素子群のそれぞれを取り囲む凹部を形成する筐体と、前記凹部の内面に設けられた反射面と、前記凹部内で前記発光素子群を覆う封止樹脂層と、を備え、前記凹部は、前記金属ベース基板の長手方向側の傾斜面の角度が、前記金属ベース基板の幅方向側の傾斜面の角度より緩く形成されていることを特徴とする線状光源装置が提供される。

このような構成によれば、発光素子群が収容されている凹部の内面が、金属ベース基板の長手方向側で傾斜が緩く形成されているので、発光素子群内の発光素子から出射され、金属ベース基板の長手方向に進む光は凹部内で長い光路を通り、発光素子から直接及び封止樹脂と空気界面で全反射した光は凹部の内面に設けられた反射面で反射し、外部出射する。また、金属ベース基板の幅方向に進む光は、凹部の反射面で何度か反射を繰り返し出射する。この結果、この凹部内の光路ですなわち光源装置内において、各単色光がミキシングされるとともに発光素子群の中間位置で出射する光量を増大させることができ、光源装置の外部で必要とされるミキシング領域の長さが短くなる。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記発光素子群が、前記複数の単色光のそれぞれを発する発光素子を１つづつ備え、該発光素子のサイズが、該発光素子からの単色光が混合されたときに、略目的の色となるような比に設定され、前記凹部の開口端の幅方向における長さが、前記発光素子の最も大きいサイズの５倍以内である。

このような構成によれば、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの三色の単色光を混合して白色光を作る場合は、各発光素子群に、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤをそれぞれ１つづつ配置し、各単色ＬＥＤチップの寸法は、各単色ＬＥＤチップからの出射した光が混合されたとき、略白色となるような比に設定されている。
すなわち、各単色光が１つのＬＥＤチップから出射される構成であるので、ＬＥＤチップの数を最小限にすることができ、直列接続を行っても比較的低い電圧で駆動が可能となる。また、ボンディングワイヤの本数が減少するので、ワイヤによる光の損失も抑制できる。

さらに、凹部の開口端の基板幅方向の長さが、発光素子の基板幅方向の最も長い長さの５倍以内に設定されているので、薄い導光板に組み合わせることが可能となる。

複数の凹部が長手方向に沿って形成された細長い金属ベース基板を用いる場合の本発明の他の好ましい態様によれば、前記発光素子群に接続される電極が、前記凹部の前記金属ベース基板の幅方向外方に設けられている。
このような構成によれば、金属ベース基板上の幅方向両端に薄いプリント回路基板を貼り合わせ、発光素子群に電源を供給できる。すなわち発光素子群を離隔配置することが可能となり、さらに、隣接する凹部からの単色光をミキシングすることもできる。

以上のように本発明の線状光源装置によれば、ＬＥＤチップからの放熱を効率的に行うことができると共に、ＬＥＤ光源と導光板の距離を短くしてコンパクトな構造を達成できる面光源装置が提供される。

以下、添付図面を参照し、本発明の第１実施形態の線状光源装置１の構成を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の線状光源装置１の構造を説明するための模式的な平面図であり、図２は図１のII−II線に沿った断面図、図３は図１のIII−III線に沿った断面図である。

線状光源装置１は、厚さ３ｍｍの楔型導光板と結合して液晶表示装置のバックライトに使用することを前提に設計された光源装置であり、導光板の端面に沿って配置され、導光板の端面に単色光を混合して得た白色光を入射させるエッジライト方式の光源装置として使用される。

図１ないし図３に示されているように、線状光源装置１は、アルミダイキャストにより製造された、長さ３００ｍｍ、幅６ｍｍの細長い板状の金属ベース基板２を備えている。金属ベース基板２には、複数の凹部４が、金属ベース基板２の長手方向に沿って連続的に形成されている。

各凹部４は、金属ベース基板２の長手方向に沿って延びる細長い逆四角錐台形状を有し、金属ベース基板２の長手方向側の内面側壁４ａの角度が、金属ベース基板の幅方向側の内面側壁４ｂの角度より緩く形成されている。また、各凹部４は、下記の表１に示す寸法を有し、深さは金属ベース基板２の表面まで２．５ｍｍ、金属ベース基板２の長手方向のピッチは、１２．５ｍｍで２４個が形成されている。

金属ベース基板２の裏面には金属製のフィン６が金属ベース基板２と一体的に形成され、金属ベース基板２からの放熱を促進している。

金属ベース基板２の表面の両側縁部すなわち凹部４の側方部分には、金属ベース基板２の両側縁に沿って延びる樹脂回路基板８が取付けられ、樹脂回路基板８の上には、同様に金属ベース基板２の両側縁に沿って延びる白色樹脂製の筐体１０が積み重ねられている。筐体１０の厚さは約２ｍｍである。

樹脂回路基板８は、絶縁接着剤１２によって、金属ベース基板２の表面に貼り付けられている。樹脂回路基板８は、エポキシ樹脂基板１４、エポキシ樹脂基板１４上に取付けられた電極・配線パターン１６及び絶縁体１８から構成されている。

金属ベース基板２の凹部４の底面４ｃには、ＬＥＤチップ群（発光素子群）２０が配置されている。このＬＥＤチップ群２０は、図１に示されているように、発光波長の異なる単色光を発する３つの単色ＬＥＤチップ、即ち、緑色ＬＥＤチップ２０ａ、赤色ＬＥＤチップ２０ｂおよび青色ＬＥＤチップ２０ｃから構成されている。

各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの仕様を表２に示す。ここで、駆動電流はあくまで目安であり、白色を得るためにコントロールされている。

各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのサイズ（発光サイズ）は、各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの駆動電流を略目安付近としたとき、各単色ＬＥＤからの単色光（ＲＧＢ）が混合されたとき略目的の白色となる比に設定されている。ただし、実際のサイズは製造上連続的に選択できるものではないので、余裕のあるものが選択される。たとえば上記表２の２０ｃは、比としてはもう少し小さいものでも問題ない。上記表２から明らかなように、本実施形態では、緑色ＬＥＤ２０ａの発光サイズが最も大きく設定されている。

各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのサイズは、凹部４の開口端の金属ベース基板２の幅方向における長さ（２．８ｍｍ）が、最も大きな単色ＬＥＤである緑色ＬＥＤ２０ａの金属ベース基板の幅方向における長さ（０．７５ｍｍ）の５倍以内となるように設定されている。

各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、金属ベース基板２の凹部４の底面４ｃに銀ペーストや放熱用樹脂を用いて、直接固定されている。

さらに、各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、電極・配線パターン１６の内方端に絶縁体１８から突出して間欠的に形成された対応する電極部１６ａに、ボンディングワイヤ２２によって接続されている。

図２および図３に示されているように、本実施形態の線状光源装置１では、凹部４および左右の筐体１０間の空間には透明封止樹脂２４が充填され、各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ等が封止されている。

透明封止樹脂２４は、各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを凹部４の底面４ｃに固定し、電極部１６ａにボンディングワイヤ２２によって接続した後、筐体１０を樹脂回路基板８上に固定し、筐体１０の上縁まで液状の樹脂材料を充填して、これを硬化させることによって各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ等を封止している。

本実施形態では、透明封止樹脂２４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。

このような構成を有する線状光源装置１は、金属ベース基板２の長手方向に沿って延びる透明封止樹脂２４の表面を、導光板の入射端面に光学的に結合することによって、例えば、液晶表示装置のバックライトを構成する。

各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから出射した光は、凹部４に充填された透明封止樹脂２４で、混合（ミキシング）されて略白色光となり、導光板に入射される。このとき、凹部４の金属ベース基板２の長手方向側の内面側壁４ａの傾斜が、幅方向側の内面側壁４ｂの角度より緩く形成されているので、ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから出射され、金属ベース基板２の長手方向に進む光は凹部４内で長い光路を通り、ＬＥＤチップから直接及び透明封止樹脂２４と空気界面で全反射した光は金属ベース基板の凹部内面側壁４ａで反射し、外部出射する。また、金属ベース基板２の幅方向に進む光は、凹部内面側壁４ｂで何度か反射を繰り返し出射する。この結果、この凹部内の光路ですなわち光源装置内において、各単色光がミキシングされるとともにＬＥＤチップ群２０の中間位置で出射する光量を増大させることができる。

次に、本発明の第２実施形態の線状光源装置３０の構成を説明する。図４は、線状光源装置３０の構成を模式的に示す長手方向の断面図であり、図５は、図４のV−V線に沿った断面図である。
本実施形態の線状光源装置３０は、透明封止樹脂３２の表面形状を除き、上記第１の実施形態の線状光源装置１と同一の構造を有している。したがって、線状光源装置１と同一の部分には線状光源装置１と同一の符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

図４および図５に示されているように、線状光源装置３０の透明封止樹脂３２の表層には、基板幅方向に延びる略Ｖ字状の溝３４が形成されている。
この溝部３４は、透明封止樹脂３２を充填・硬化させる際に、溝と補完的な表面形状を有する金型を押し当てた状態で樹脂を硬化させることによって形成される。

このＶ字状の溝部２４ｂの内側面で、各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃからのほぼ垂直方向に出射された光は、金属ベース基板２の長手方向に反射されるので、透明封止樹脂３２内を伝播し、金属ベース基板の凹部内面側壁４aで反射され、ミキシング及び基板長手方向の出射光量の均一化が計られる。

次に、本発明の第３実施形態の線状光源装置４０の構成を説明する。図６は、線状光源装置４０の構成を模式的に示す長手方向の断面図であり、図７は、図６のVII−VII線に沿った断面図である。
本実施形態の線状光源装置４０は、封止樹脂層４２の構成を除き、上記第１の実施形態の線状光源装置１と同一の構造を有している。したがって、線状光源装置１と同一の部分には線状光源装置１と同一の符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

図６及び図７に示されているように、線状光源装置４０の封止樹脂４２は、透明封止樹脂層４２aと拡散剤含有封止樹脂層４２ｂからなる。拡散剤含有封止樹脂層４２ｂは、扁平な紡錘形状を有し、ＬＥＤチップ群２０の直上付近、すなわち金属ベース基板の凹部４中心付近に配置されている。拡散剤含有封止樹脂は、透明封止樹脂と同様のシリコーン樹脂に拡散剤（例えば、シリカ球状粒子 平均粒子径２μ １０ｗｔ％）を分散させたものである。

このような封止樹脂層４２を構成する際には、まず、金属ベース基板の凹部４の内面側壁に沿って透明シリコーン樹脂を筐体１０の上縁まで充填する。このとき、低温で短時間硬化させと、充填量の不足と硬化収縮により、凹部中心が凹んだ形状となる。その後、拡散剤含有封止樹脂を凹んだ部分に充填、硬化させることにより図６及び図７に示されているような構造を有する封止樹脂層４２を得る。

この２段構造の封止樹脂層４２によれば、各単色ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃからほぼ垂直方向に出射された光は、拡散剤含有封止樹脂層４２ｂにより拡散されるので、ミキシング及び基板長手方向の出射光量の均一化が計られる。

次に、本発明の第４実施形態の線状光源装置５０の構成を説明する。図８は、本発明の第１実施形態の線状光源装置の構造を説明するための模式的な平面図であり、図９は図８のIX−IX線に沿った断面図、図１０は図８のX−X線に沿った断面図である。

線状光源装置５０は、厚さ５ｍｍの平板導光板の両側に結合して液晶表示装置のバックライトに使用することを前提に設計された光源装置であり、導光板の端面に沿って配置され、導光板の端面に単色光を混合して得た白色光を入射させるエッジライト方式の光源装置として使用される。

図８ないし図１０に示されているように、線状光源装置５０は、長さ３００ｍｍ、幅１０ｍｍの細長い板状の金属ベース基板５２を備えている。金属ベース基板５２の幅方向中央には、緑色、赤色および青色の各単色ＬＥＤチップ５４ａ、５４ｂ、５４ｃからなるＬＥＤチップ群５４が、所定間隔で、配置されている。各単色ＬＥＤチップ５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、銀ペーストや放熱用樹脂を用いて、金属ベース基板５２に直接固定されている。

さらに、金属ベース基板５２の両側縁部の表面には下絶縁体層５６が配置され、この下絶縁体層５６上に電極・配線パターン５８が配設され、さらにその上には上絶縁層６０が塗布されている。電極・配線パターン５８の一部は、上絶縁部６０から露出した電極部５８ａとされ、各単色ＬＥＤチップ５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、対応する電極部５８ａに、ボンディングワイヤ６１によって接続されている。

さらに金属ベース基板５２上には、各ＬＥＤチップ群５４を取り囲む凹部６２を形成する筐体６４が取付けられている。筐体の凹部を囲む内面は銀メッキが施されて鏡面とされている。凹部６２は、底面の開いた細長い逆四角錐台形状を有している。凹部６２の長手方向端部（即ち金属ベース基板５２の長手方向）を構成する内面側壁６４ａの角度は、幅方向端部（即ち金属ベース基板５２の幅方向）を構成する内面側壁６４ｂの角度より緩く形成されている。また、凹部６２は、下記の表３に示す寸法を有し、深さは金属ベース基板５２の表面まで３ｍｍ、凹部６２は、基板の長手方向に沿って、１２．５ｍｍピッチで２４個、形成されている。

金属ベース基板５２の裏面には金属製のフィン６６が金属ベース基板５２と一体的に形成され、金属ベース基板５２からの放熱を促進している。

各単色ＬＥＤチップ５４ａ、５４ｂ、５４ｃの仕様を表４に示す。ここで、駆動電流はあくまで目安であり、白色を得るためにコントロールされている。

図９および図１０に示されているように、本実施形態の線状光源装置５０では、凹部６２内には透明封止樹脂６８が充填され、各単色ＬＥＤチップ５４ａ、５４ｂ、５４ｃが封止されている。透明封止樹脂６８の量はボンディングワイヤ６１が露出しない程度に調整されている。透明封止樹脂６８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。さらに拡散剤を分散させた封止樹脂を用いても良い。

このような構成を有する線状光源装置５０は、凹部６２を構成する筐体６４の上部を、導光板（図示せず）の入射端面に光学的に結合することによって、例えば、液晶表示装置のバックライトを構成する。

各単色ＬＥＤチップ５４ａ、５４ｂ、５４ｃから出射した光は、凹部６２内の封止樹脂及び空気中で、混合（ミキシング）されて略白色光となり、導光板に入射される。凹部６２の長手方向端部を構成する内面側壁６４ａの傾斜が、幅方向端部を構成する内面側壁６４ｂの角度より緩く形成されているので、ＬＥＤチップ５４ａ、５４ｂ、５４ｃから出射され、凹面反射鏡７５の長手方向に進む光は封止樹脂及び空気層で長い光路を通り、ＬＥＤチップ５４ａ、５４ｂ、５４ｃから直接及び封止樹脂と空気界面で全反射した光は封止樹脂内の内面側壁６４ａで、さらに一度空気層内に出射し界面で偏角を受けた光は空気層の内面側壁６４ａで反射し、外部出射する。

また、凹部６２の幅方向に進む光は、凹部６２の幅方向端部を構成する内面側壁６４ｂで何度か反射を繰り返し出射する。この結果、この凹部内の光路すなわち光源装置内において、各単色光がミキシングされるとともにＬＥＤチップ群５４の中間位置で出射する光量を増大させることができる。

本発明の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。

本発明の第１実施形態の線状光源装置の構造を説明するための模式的な平面図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図１のIII−III線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態の線状光源装置の構成を模式的に示す長手方向の断面図である。 図４のV−V線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態の線状光源装置の構成を模式的に示す長手方向の断面図である。 図６のVII−VII線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態の線状光源装置の構造を説明するための模式的な平面図である。 図８のIX−IX線に沿った断面図である。 図８のX−X線に沿った断面図である。

符号の説明

１：線状光源装置
２：金属ベース基板
４：凹部
４ａ：凹部の金属ベース基板の長手方向側の内面側壁
４ｂ：凹部の金属ベース基板の幅方向側の内面側壁
４ｃ：凹部の底面
６４ａ：凹部の長手方向側の内面側壁
６４ｂ：凹部の幅方向側の内面側壁
６、７６：放熱フィン
８：樹脂回路基板
１０：筐体
２０、５４：ＬＥＤチップ群（発光素子群）
２０ａ、５４a：緑色ＬＥＤチップ
２０ｂ、５４b：赤色ＬＥＤチップ
２０ｃ、５４c：青色ＬＥＤチップ

Claims (4)

1. 異なる波長の複数の単色光を混合して使用する線状光源装置であって、
   前記異なる波長の複数の単色光のそれぞれを出射する単色発光素子からなる複数の発光素子群と、
   前記発光素子群のそれぞれを収容する複数の凹部が長手方向に沿って形成された細長い金属ベース基板と、
   前記発光素子群を覆う封止樹脂層と、を備え、
   前記凹部は、前記金属ベース基板の長手方向側の傾斜面の角度が、前記金属ベース基板の幅方向側の傾斜面の角度より緩く形成されている、
   ことを特徴とする線状光源装置。
2. 異なる波長の複数の単色光を混合して使用する線状光源装置であって、
   前記異なる波長の複数の単色光のそれぞれを出射する単色発光素子からなる複数の発光素子群と、
   前記発光素子群を実装する細長い金属ベース基板と、
   前記金属ベース基板上に配置され、前記発光素子群のそれぞれを取り囲む凹部を形成する筐体と、
   前記凹部の内面に設けられた反射面と、
   前記凹部内で前記発光素子群を覆う封止樹脂層と、を備え、
   前記凹部は、前記金属ベース基板の長手方向側の傾斜面の角度が、前記金属ベース基板の幅方向側の傾斜面の角度より緩く形成されている、
   ことを特徴とする線状光源装置。
3. 前記発光素子群が、前記複数の単色光のそれぞれを発する発光素子を１つづつ備え、
   該発光素子のサイズが、該発光素子からの単色光が混合されたときに、略目的の色となるような比に設定され、
   前記凹部の開口端の幅方向における長さが、前記発光素子の最も大きいサイズの５倍以内である、
   請求項１または２に記載の線状光源装置。
4. 前記発光素子群に接続される電極が、前記凹部の前記金属ベース基板の幅方向外方に設けられている、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の線状光源装置。

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