JP2009152059A

JP2009152059A - 線状光源およびそれを用いた面発光装置

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Publication number: JP2009152059A
Application number: JP2007328860A
Authority: JP
Inventors: Hironaga Takahashi; 宏長高橋
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-07-09

Abstract

【課題】軽量でかつ信頼性の高い線状光源およびそれを用いた面発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の線状光源は、絶縁性の長尺基板と、前記長尺基板上の長手方向にそれぞれ離間して実装された複数の発光素子チップと、前記複数の発光素子チップを一体的に覆う透光性封止部材と、を有する線状光源であって、前記透光性封止部材は、前記長尺基板の短手方向の全周を覆っていることを特徴とする。また本発明の面発光装置は、本発明の線状光源と、前記線状光源の上面と対向する下面を有し前記下面から入光した光を正面から出射する導光板と、を有することを特徴とする。
線状光源。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ等のバックライトに適した線状光源および面発光装置に関するものである。

近年、発光ダイオードの発光効率が向上し、ＣＣＦＬ（冷陰極管）に置き換わって発光ダイオードが用いられている。点状光源である発光ダイオードを線状光源であるＣＣＦＬの置き換えに利用するために、様々な技術が提案されている。例えば、液晶ディスプレイのバックライト用光源として、矩形状の基板と、この基板上に線状に実装された複数のＬＥＤチップと、これらＬＥＤチップを一体的に覆うように基板上に形成された略半円柱状、または、かまぼこ形状の透明樹脂部と、を備えたＬＥＤ光源が開示されている。また、このＬＥＤ光源は、矩形状の基板として金属基板を用いることで、ＬＥＤチップの温度上昇を低く抑え、高密度で集積させても放熱性が優れ光束を大きくとることが可能であることが開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２０２−２９９６９７号公報

しかしながら、上記の構成のＬＥＤ光源は、基板と透明樹脂部との線膨張係数の差が大きい場合、ＬＥＤチップの点灯時の発熱に起因してこれらの接合面に歪みが生じ、各部材の接合面が剥離してしまう。また、金属基板を備えることでＬＥＤ光源からの熱を外部へ逃がすことが可能であるが、金属基板を備えたＬＥＤ光源は薄型・軽量化が求められている液晶ディスプレイ等のバックライトには不向きである。

そこで本発明は、軽量でかつ信頼性の高い線状光源およびそれを用いた面発光装置を提供することを目的とする。

本発明の線状光源は、絶縁性の長尺基板と、前記長尺基板上の長手方向にそれぞれ離間して実装された複数の発光素子チップと、前記複数の発光素子チップを一体的に覆う透光性封止部材と、を有する線状光源であって、前記透光性封止部材は、前記長尺基板の短手方向の全周を覆っていることを特徴とする。

また、前記透光性封止部材は、略円柱形状を有し、前記略円柱形状の中心軸上に前記複数の発光素子チップが列設されていることが好ましい。

また、前記長尺基板は、上面の長手方向にそれぞれ離間して列設された複数の光反射性電極を有し、前記複数の発光素子チップは、それぞれ前記複数の光反射性電極の間を架橋するようにフリップチップ実装されていることが好ましい。

また、前記発光素子チップは、表面近傍に前記発光素子チップからの光を拡散することが可能な粒子を有していることが好ましい。

本発明の面発光装置は、本発明の線状光源と、前記線状光源の上面と対向する下面を有し前記下面から入光した光を正面から出射する導光板と、を有することを特徴とする。

本発明の線状光源は、複数の発光素子チップが搭載された長尺基板において、複数の発光素子チップおよび長尺基板の短手方向の全周を覆うように透光性封止部材が設けられていることから、線状光源の各構成部材の一体性を強化することができる。また、本発明の面発光装置は、信頼性の高い線状光源を用いていることから、均一な光を長時間保持することができる。

本発明の発光装置の実施の形態を以下に詳細に説明する。
実施の形態１
図１（ａ）の模式的平面図、図１（ｂ）の平面の長手方向における模式的断面図、および図１（ｃ）の平面の短手方向における模式的断面図に示すように、この実施の形態の線状光源は、絶縁性の長尺基板１１と、長尺基板１１上の長手方向にそれぞれ離間して実装された複数の発光素子チップ１３と、複数の発光素子チップ１３を一体的に覆う透光性封止部材１５と、を有し、透光性封止部材１５は、長尺基板１１の短手方向の全周を覆っている。

（長尺基板１１）
長尺基板１１は、絶縁性材料から構成されており、樹脂基板や、有機物に無機物が含有されてなるガラスエポキシ基板などのハイブリッド基板、セラミック基板などの無機物基板などを用いることができる。特に、高耐熱性、高耐候性が望まれる場合、ハイブリッド基板や無機物基板を用いることが好ましいく、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ・Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ・Ｃｏｆｉｒｅｄ・Ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の２層以上の金属／セラミック複合配線基板で構成することができる。また、長尺基板１１は、少なくとも上面側が発光素子チップからの光を効率よく反射することが可能な白色顔料を有していることが好ましい。

（光反射性電極１２）
本実施の形態において、発光素子チップと外部との導通手段として、長尺基板１１の上面の長手方向に、それぞれ離間して複数の光反射性電極１２を設けているが、長尺基板上の長手方向にそれぞれ離間して複数の発光素子チップを実装することが可能であればこれに限定されず、公知の導通手段のものを公知の配置方法で設けることができる。ここで本明細書において光反射性電極１２とは、導電性を有しており、少なくとも最上面が発光素子チップ１３からの光を７０％以上の反射率を有しているものとする。このような光反射性電極を用いることで、線状光源からの光取り出し効率を高めることができ、内部の温度上昇を抑えることができる。

また、光反射性電極１２の上面は、発光素子チップとの電気的に接続に用いる部材との接着性及び電気伝導性が良いことが求められることから、３０μΩ−ｃｍ以下の電気抵抗を有していることが好ましく、より好ましくは３μΩ−ｃｍ以下であることが好ましい。具体的材料として、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等があげられる。

光反射性電極１２は、長尺基板１１の上面の長手方向にそれぞれ離間して複数個配置されており、長尺基板１１の上面の５０％以上を覆っていることが好ましい。これにより、発光素子チップ１３からの光を効率よく上方へ取り出すことができる。本発明は、長尺基板１１の長手方向の全周を、透光性封止部材１５にて覆っていることから、長尺基板１１上の光反射性電極の面積を大きくしても、線状光源の一体性が損なわれることなく、高出力を長時間保持することが可能な線状光源を得ることができる。

また、長尺基板１１の内部は、光反射性電極１２の下面から長尺基板１１の下面まで貫通した金属柱を有していることが好ましく、これにより、発光素子チップ１３からの熱を長尺基板１１の厚み方向へ放熱することができ、長尺基板１１の歪みを抑制することができる。金属柱は、熱伝導性に優れた金属を主原料とする金属材であれば特に限定されず、銅やアルミニウム、銀、金などを好適に用いることができる。また、例えば、無酸素Ｃｕ、ＣｕＭｏ、ＣｕＷ、Ｍｇ、Ｍｇ合金等を材料として構成されることが特に好ましい。

（発光素子チップ１３）
発光素子チップ１３の構成材料は、公知のものを適宜利用できるが、蛍光物質を備えた発光装置とするとき、その蛍光物質を励起する光を発光可能な半導体発光素子が好ましい。このような半導体発光素子として、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を挙げることができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適にあげられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、蛍光物質を備えた線状光源とする場合、その蛍光物質を励起する光を発光可能な半導体発光素子が好ましい。このような半導体発光素子として、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を挙げることができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適にあげられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる

また、本実施の形態の発光素子チップ１３は、上面および下面にそれぞれ電極を有しており、下面電極は光反射性電極１２上に導電性ペースト１４ａを介して固定され、上面電極は隣の光反射性電極１２と導電性ワイヤ１４ｂにて電気的に接続されている。導電性ペースト１４として、具体的には、Ａｕ−Ｓｎ合金、ＳｎＡｇＣｕ合金、ＳｎＰｂ合金、ＩｎＳｎ合金、Ａｇ、ＳｎＡｇを用いることができる。

（透光性封止部材１５）
透光性封止部材１５は、発光素子チップ１３を一体的に覆うとともに、長尺基板１１の短手方向の周囲を連続的に覆っている。これにより、発光素子チップ１３の発熱に起因する熱応力により長尺基板に歪みが生じることを抑制することができる。透光性封止部材１５の形状は、光観測面側である上方に光を出射できる形状であれば特に限定されず、略円柱、略三角柱、略四角柱、など、所望とする光の配光特性に合わせて形成することができる。

本実施の形態の透光性封止部材１５は、略円柱形状をしており、略円柱の中心軸上に発光素子チップ１３が配置されている。このように、熱の発生源である発光素子チップを線状光源の中心軸上に配置することで、熱応力が部分的に集中することを防止することができる。

透光性封止部材１５は、搭載する発光素チップ１３からの光に対して７０％以上の透過率を有している材料であればどのような材料によって形成されていてもよいが、シリコーン樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂材料を用いることが好ましい。特に、線状光源において高い耐熱性及び耐光性が求められる場合、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。これにより、紫外光のように光源の光強度が大きい発光素子チップを用いた場合であっても、透光性封止部材が変色し難く、したがって長期にわたって安定した発光波長を外部へと放出できる。

透光性封止部材は、着色剤として、種々の染料または顔料等を混合して用いてもよい。たとえば、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、カーボンブラック等があげられる。さらにまた、透光性封止部材の光出射面側は、所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができる。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた形状にすることができる。

実施の形態２
実施の形態２の線状光源２０は、図２に示したように、同一面側に正負の電極を有する発光素子チップ２３を用い、長尺基板の上面の長手方向にそれぞれ離間して列設された複数の光反射性電極１２において、それぞれ複数の光反射性電極１２の間を架橋するようにフリップチップ実装されている以外は、実質的に実施の形態１と同様の構成を有している。

本実施の形態２の線状光源２０は、発光素子チップ２３は、上面側にワイヤなどの光遮断部材を有しておらず、かつ長尺基板１１上において等間隔で配置されていることから、均一な光の分布を実現することができるとともに、発光素子チップ１３から発生する熱の分布を均等にすることができる。また、光反射性電極１２の間から露出した長尺基板１２の表面を覆うように発光素子チップ２３がフリップチップ実装されていることから、各発光素子チップの光の指向性を緩和させ、線状において連続的に発光する線状光源を得ることができる。

実施の形態３
実施の形態３の線状光源３０は、図３に示したように、発光素子チップ１３の表面近傍に発光素子チップ１３からの光を拡散することが可能な粒子を有する層３６が形成されている以外は、実質的に実施の形態２と同様の構成である。このような構成にすることで、各発光素子チップからの光の指向性をさらに緩和させ、線状において均一に発光することが可能な線状光源を得ることができる。

（粒子）
本実施の形態３で用いられる粒子とは、発光素子チップ１３からの光を拡散することが可能な粒子であれば特に限定されず、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３などのフィラーや、蛍光物質、顔料、などを用いることができる。

本実施の形態３において、白色光を得る場合、特にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光物質を利用すると、その含有量によって青色発光素子からの光と、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。同様に、Ｅｕおよび／またはＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_２−ＳｉＯ_２蛍光物質を利用した場合は、その含有量によって青色発光素子からの光と、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り白色系が比較的簡単に信頼性よく形成できる。これらの蛍光物質の他に、たとえば、特開２０５−１９６４６号公報、特開２０５−８８４４号公報等に記載の公知の蛍光物質のいずれをも用いることができる。

本実施の形態３では、複数の発光素子チップ１３を一体的に覆うように粒子を有する層３６を形成しているが、これに限定されるものでなく、発光素子チップ１３ごとに粒子を有する層２６を設けてもよいし、透光性封止部材１５中に粒子を含有させて沈降もしくは分散させてもよい。

実施の形態４
実施の形態４の面発光装置４００は、図４に示したように、本発明の線状光源３０と、線状光源の上面と対向する下面を有し前記下面から入光した光を正面から出射する導光板４７と、を有している。これにより、信頼性高く高輝度に発光することが可能な面発光装置が得られる。この構成において、線状光源３０は、上述した実施の形態のいずれの形態をも用いることができる。

（導光板３７）
導光板３７の下面は、効率的に光を入射させるために、線状光源３０の上面と対向しており、導光板３７の下面の幅および長さは、線状光源３０の上面の幅および長さと等しいことが好ましい。導光板３７の背面は、線状光源からの光を正面側へ反射／拡散させる機能を備えており、具体的には、プリズム加工やシボ加工などが施されている。また、導光板３７の正面にプリズム加工を有していることが好ましく、これにより他の部材を設けなくとも輝度の高い面発光装置を得ることができる。

本発明の線状光源およびそれを用いた面状発光装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話および携帯端末機などの小型モニタ等に適用することができる。

本発明の実施の形態の線状光源を示す（ａ）模式的上面図、（ｂ）上面の長手方向における模式的断面図、及び（ｃ）上面の短手方向における模式的断面図、である。本発明の他の実施の形態の線状光源を示す（ａ）模式的上面図、（ｂ）上面の長手方向における模式的断面図、及び（ｃ）上面の短手方向における模式的断面図、である。本発明の他の実施の形態の線状光源を示す、上面の長手方向における模式的断面図である。本発明の実施の形態の面状光源を示す、上面の長手方向における模式的断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０線状光源
１１長尺基板
１２光反射性電極
１３発光素子チップ
１３ａ発光素子チップの電極
１４ａ導電性ペースト
１４ｂ導電性ワイヤ
１５透光性封止部材
３６粒子含有層
４７導光板

Claims

絶縁性の長尺基板と、前記長尺基板上の長手方向にそれぞれ離間して実装された複数の発光素子チップと、前記複数の発光素子チップを一体的に覆う透光性封止部材と、を有する線状光源であって、
前記透光性封止部材は、前記長尺基板の短手方向の全周を覆っていることを特徴とする線状光源。
前記透光性封止部材は、略円柱形状を有し、前記略円柱形状の中心軸上に前記複数の発光素子チップが列設されていることを特徴とする請求項１に記載の線状光源。
前記長尺基板は、上面の長手方向にそれぞれ離間して列設された複数の光反射性電極を有し、前記複数の発光素子チップは、それぞれ前記複数の光反射性電極の間を架橋するようにフリップチップ実装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の線状光源。
前記発光素子チップは、表面近傍に前記発光素子チップからの光を拡散することが可能な粒子を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の線状光源。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載された線状光源と、前記線状光源の上面と対向する下面を有し前記下面から入光した光を正面から出射する導光板と、を有することを特徴とする面発光装置。