JP2011233315A - 光学シート，光源モジュール，光源モジュールを用いた照明装置，液晶表示装置及び映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型構造により集光，拡散機能を備えた光源モジュールを提供する。
【解決手段】配線基板と、配線基板上に配置された点光源と、配線基板上に形成され点光源を覆う透明構造体と、を有し、透明構造体の光出射側の表面には複数の凸部が形成され、第一の面および第二の面が交互に形成されることで複数の凸部が形成され、複数の凸部のそれぞれは、第一の面および第二の面で構成され、点光源から透明構造体の光出射側の表面に向かう半直線が動いてつくる複数の円錐面のうち隣接する２つの円錐面を第一の円錐面および第二の円錐面とし、第一の面は、光取り出し面の一部を第一の円錐面および第二の円錐面に沿って相似縮小または拡大させた面であり、第二の面は、第一の円錐面または第二の円錐面の一部であり、複数の凸部を透明構造体の光出射側の表面に平面状に並べたことを特徴とする光源モジュール。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学シート，光源モジュール，光源モジュールを用いた照明装置，液晶表示装置及び映像表示装置に関する。

従来、ＬＥＤチップを透明樹脂で封止した光源は、樹脂からの直接出射光と樹脂内部での反射光を用いて光取り出しを行っている。

特許文献１は、次のような構成が開示されている。発光素子を封止するモールド樹脂の前方界面に、発光素子の光を直接外部へ出射させる直接出射領域と、発光素子の光を全反射させる全反射領域とを形成する。直接出射領域は、凸レンズ状に形成する。モールド樹脂の背面には、凹面鏡状をした光反射部を設ける。発光素子から出射された光の一部は、直接出射領域を通過するときレンズ作用を受けて前方へ出射される。発光素子から出射された光の別な一部は、全反射領域で全反射された後、光反射部で反射され、全反射領域から前方へ出射される。直接出射光の取り出し凸面、全反射された後の光反射部の凹面のように、厚みを伴う凹凸構造の界面により集光させている。

特開２００２−９４１２９号公報

本発明の目的は、光取り出しに対して薄型構造により集光，拡散機能を備えた光源モジュール並びにこれを用いた照明装置，液晶表示装置及び映像表示装置を提供するものである。

上記課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）配線基板と、前記配線基板上に配置された点光源と、前記配線基板上に形成され、前記点光源を覆う透明構造体と、を有し、前記透明構造体の光出射側の表面には複数の凸部が形成され、第一の面および第二の面が交互に形成されることで前記複数の凸部が形成され、前記複数の凸部のそれぞれは、前記第一の面および前記第二の面で構成され、前記点光源から前記透明構造体の光出射側の表面に向かう半直線が動いてつくる複数の円錐面のうち隣接する２つの円錐面を第一の円錐面および第二の円錐面とし、砲弾型または扁平型の光取り出し面と前記点光源との距離は前記点光源を通る前記配線基板の垂線に向かって変化しており、前記第一の面は、前記光取り出し面の一部を前記第一の円錐面および前記第二の円錐面に沿って相似縮小または拡大させた面であり、前記第二の面は、前記第一の円錐面または前記第二の円錐面の一部であり、前記複数の凸部を前記透明構造体の光出射側の表面に平面状に並べたことを特徴とする光源モジュール。
（２）上記（１）において、前記複数の凸部には、前記点光源を通る前記配線基板の垂線に対して対称となる凸部が含まれることを特徴とする光源モジュール。
（３）上記（１）において、前記複数の凸部には、前記配線基板平面において直交する２軸に対して形状比が異なり、前記点光源を通る前記配線基板の垂線に対して線対称となる凸部が含まれることを特徴とする光源モジュール。
（４）上記（２）または（３）において、前記点光源からの配光パターンの強度が最大となる方向を中心軸とし、前記中心軸は前記点光源を通る前記配線基板の垂線に対して傾いていることを特徴とする光源モジュール。
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記光取り出し面は複数個あり、前記複数個の光取り出し面から一つを離散的に選択して前記複数の凸部のそれぞれが形成されることを特徴とする光源モジュール。
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかにおいて、前記透明構造体は封止部および界面形成部で構成され、前記封止部は前記点光源を覆い、前記界面形成部に前記複数の凸部が形成されることを特徴とする光源モジュール。
（７）上記（６）において、前記封止部と前記界面形成部との間に空気層が形成され、前記空気層は球殻形状であり、前記封止部は前記空気層の中心部に配置されることを特徴とする光源モジュール。
（８）上記（６）において、前記封止部と前記界面形成部との間に粘着層が形成されることを特徴とする光源モジュール。
（９）上記（１）乃至（８）のいずれかにおいて、前記点光源はＬＥＤチップおよび蛍光体を分散した透明樹脂で構成され、前記ＬＥＤチップは前記透明樹脂で覆われることを特徴とする光源モジュール。
（１０）上記（１）乃至（８）のいずれかにおいて、前記点光源はＬＥＤチップ、蛍光体を含まない第一の透明樹脂および蛍光体を分散した第二の透明樹脂からなり、前記第一の透明樹脂は前記ＬＥＤチップを覆い、前記第二の透明樹脂は前記第一の透明樹脂を覆うことを特徴とする光源モジュール。
（１１）上記（１）乃至（１０）のいずれかにおいて、前記透明構造体の光出射側の表面に平坦な領域が部分的に形成されることを特徴とする光源モジュール。
（１２）上記（１１）において、前記平坦な領域は前記透明構造体の中央部または周辺部に形成されることを特徴とする光源モジュール。
（１３）上記（１）乃至（１２）のいずれかにおいて、前記複数の凸部のそれぞれの厚さが等しいことを特徴とする光源モジュール。
（１４）上記（１）乃至（１３）のいずれかにおいて、前記光源モジュールを複数個配列して面光源としたことを特徴とする光源モジュール。
（１５）上記（１）乃至（１４）のいずれかの光源モジュールを有する照明装置において、前記光源モジュールが１以上配列された線光源モジュールと、前記線光源モジュールからの光を出射する導光板と、を有することを特徴とする照明装置。
（１６）上記（１４）の光源モジュールを有する照明装置において、前記光源モジュールからの光を出射する拡散板を有し、前記拡散板は基材樹脂，微粒子および蛍光体の微粒子で構成され、前記基材樹脂内に前記微粒子および前記蛍光体の微粒子が分散され、前記微粒子の屈折率は前記基材樹脂の屈折率と異なることを特徴とする照明装置。
（１７）一対の基板と、一対の基板に挟持される液晶層と、を有する液晶パネルと、前記液晶パネルの両面に配置された一対の偏光板と、上記（１４）の照明装置と、を有し、前記照明装置は前記液晶パネルに光を出射することを特徴とする液晶表示装置。
（１８）上記（１７）の液晶表示装置と、前記液晶表示装置に対して映像信号の信号処理を行う信号処理部と、電源を供給するための電源部と、スピーカと、を有する映像表示装置。
（１９）配線基板と、前記配線基板上に配置された点光源と、前記配線基板上に形成され、前記点光源を覆う透明構造体と、を有し、前記透明構造体の光出射側の表面には複数の凸部が形成され、第一の面および第二の面が交互に形成されることで前記複数の凸部が形成され、前記複数の凸部のそれぞれは、前記第一の面および前記第二の面で構成され、前記点光源から前記透明構造体の光出射側の表面に向かう半直線が動いてつくる複数の円錐面のうち隣接する２つの円錐面を第一の円錐面および第二の円錐面とし、砲弾型または扁平型の光取り出し面と前記点光源との距離は前記点光源を通る前記配線基板の垂線に向かって変化しており、前記第一の面は、前記光取り出し面の一部を前記第一の円錐面および前記第二の円錐面に沿って相似縮小または拡大させた面であり、前記第二の面は、前記第一の円錐面または前記第二の円錐面の一部であり、前記複数の凸部を前記透明構造体の光出射側の表面に平面状に並べ、前記透明構造体は封止部および界面形成部で構成され、前記封止部は前記点光源を覆い、前記界面形成部に前記複数の凸部が形成され、前記封止部と前記界面形成部との間に粘着層が形成される光源モジュールに用いられる光学シートであって、前記光学シートは前記界面形成部および前記粘着層で構成されることを特徴とする光学シート。

本発明により、光取り出しに対して薄型構造での集光，拡散機能を実現し、輝度均一性などを向上させる光学シート，光源モジュール，光源モジュールを用いた照明装置，液晶表示装置及び映像表示装置を提供できる。上記した以外の課題，構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの上面図であり、図１のＡ−Ａ線での断面図を与える。 図１の光源モジュールの放射パターン図である。 光源モジュールの内部表面を示す上面図である。 光源モジュールの図４のＢ−Ｂ線位置での断面図である。 光源モジュールの図４のＣ−Ｃ線位置での断面図である。 光源モジュールの上面図である。 光源モジュールの上面図である。 光源モジュールの上面図である。 光源モジュールの上面図である。 光源モジュールの放射パターン図である。 光源モジュールの放射パターン図である。 光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの上面図である。 光源モジュールの放射パターン図である。 光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの放射パターン図である。 光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの界面形成部の断面図である。 光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの透明構造体の断面図である。 光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの断面図である。 複数の光源モジュールの断面図である。 光源モジュールの透明構造体の上面図である。 図１９ａのＥ−Ｅ線断面図である。 直下型照明装置の上面図である。 図２０ａのＦ−Ｆ線断面図である。 直下型照明装置に用いる光学シートの上面図である。 図２１ａのＧ−Ｇ線断面図である。 直下型照明装置に用いる一体型仕切り壁の上面図である。 図２２ａのＨ−Ｈ線断面図である。 直下型照明装置を組み込んだ液晶表示装置の断面図である。 光源モジュールの上面図である。 図２４ａのＩ−Ｉ線断面図である。 線状光源モジュールの上面図である。 図２５ａのＪ−Ｊ線断面図である。 線状光源モジュールを用いたブロック型照明装置の上面図である。 図２５ｃのＫ−Ｋ線断面図である。 ブロック型照明装置を用いた液晶表示装置の断面図である。 線状光源モジュールの上面図である。 図２６ａのＬ−Ｌ線断面図である。 線状光源モジュールを用いたエッジ型照明装置の上面図である。 図２６ｃのＭ−Ｍ線断面図である。 エッジ型照明装置を用いた液晶表示装置の断面図である。 液晶表示装置を用いた映像表示装置の背面配置図である。

ＬＥＤ光源に見られるように、封止材でもある透明樹脂、或いはガラスなどで覆われた光源ＰＫＧ（光源モジュール）は基本的に点光源からの出射光（放射光）である。ＬＥＤチップなどからの出射光を集光，拡散させるため、透明樹脂の界面に対して砲弾型，扁平型などの突き出た凸構造を用いている。

この結果、光を取り出す界面構造は、平面形状に代わり中央部が厚くなり、薄型化，結合性の点で本質的に不利になるという問題がある。大型の構造体では体積の増加も伴い軽量化に対しても不利になる。更に、光源モジュールと光路を形成する構造体との結合構造から効率を低下させるという問題もある。

一方、従来レンズの薄型構造に対しては、フレネルレンズが使用されてきた。フレネル
レンズは平行光（コリメート光）に対して適用されるもので、ＬＥＤ光源のような点光源からの放射光に対しては適用できない。勿論、ＬＥＤ光源とレンズとの距離を十分に長くすれば平行光にできるが、ＬＥＤチップを実装する光源モジュールとしては実用的に困難である。特性的にも、フレネルレンズは平行光に対する界面を形成しているため、点光源からの放射光に対しては機能的な界面構造を提供できない。点光源の放射光に対しては新たに薄型界面構造を提供する必要がある。

本発明は、光源を覆った透明樹脂（、或いはガラス）の界面が光源からの放射光に対して集光，拡散機能を有する薄型構造体を提供するため、以下に幾つかの特徴的な実施形態を取り上げる。光源には、ＬＥＤチップ（単色チップ，ＲＧＢ３チップ、或いはＲＧＢチップ），ＬＥＤチップを実装したＰＫＧ（単色ＬＥＤ，３色ＬＥＤ、及び蛍光体白色ＬＥＤ），ＯＬＥＤ素子などを用いる。

（１）基本構造，構成：
光源モジュールにおいて、平面状の透明樹脂で集光，拡散させる界面を形成する手段は、配線基板と、配線基板上に形成された光源と、配線基板上に形成され光源を覆う透明構造体とを有し、前記透明構造体は光取り出し面において複数の凸部（凹凸部）を有し、前記複数の凸部のそれぞれは、断面が前記光源との距離が一定でない光取り出し面に対して、光源から出る半直線が動いてつくる複数の円錐面で分割され隣接する２つの円錐面に沿って相似縮小、拡大させた光取り出し面の一部、及び前記円錐面の（傾斜面の）一部とで交互に構成され、表面を平面状に並べて配列したことを特徴とする。複数の凸部のそれぞれは中心軸の周りに対称な形状を組み込んだ構造であり、複数の円錐面を形成する中心軸を複数個用いる場合もある。

これにより、光源モジュールから出射する放射パターンの適正制御や輝度均一性の向上と同時に、超薄形化，軽量化構造を実現する。また、出射光に対する樹脂内部での光路を大幅に短縮できるため、透明樹脂による吸収損失を低減し、光取り出し効率を向上させている。

この場合、光源モジュールの薄型化の必要性が低ければ、集光，拡散機能を保持しながら表面を必ずしも完全にフラットな平面形状に並べる必要はなく、外形が凹／凸状の平面形状など任意の外形形状にも並べることもできる。

（２）異方性をもつ集光，拡散構造：
上記した透明構造体は、中心軸（ｚ軸）に垂直な２軸（ｘ，ｙ）の内、１軸（ｙ）方向に扁平させた楕円錐面で分割され、隣接する２つの楕円錐面に沿って相似縮小（拡大させる場合もある）された光取り出し面の一部、及び前記楕円錐面の（傾斜面の）一部とで交互に構成されることを特徴とする。ｙ軸方向に扁平させることにより、ｙ軸方向の放射パターンをｘ軸方向よりも鋭く（狭く）し、放射特性（パターン）に異方性を持たせている。即ち、ｘ軸方向には視野角を広く均一に出射（拡散）させ、ｙ軸方向には視野角を狭く限定された領域内で出射（集光）させることで、一次元的な線状光源を実現している。

（３）複数の異なる光取り出し面の組み合せ構造：
透明構造体の界面のもう一つの実施形態は、前記したように一つの光取り出し面を複数の小さな凹凸界面で分割して配列できるため、異なる集光，拡散機能を有する光取り出し面を同時に複数個用いて分割界面を形成できる点である。

複数の小さな凹凸界面に分割する前の光取り出し面は通常一つである。本発明の界面の場合には、従来の一つの界面では物理的に不可能な複数の重複する（分割前の）界面を用いることができ、それぞれ分割された小さな界面を離散的に選択し、組み合せて一つの界面になるように連続的に配列，形成できる点である。集光，拡散する複数の界面を離散的ではあるが同時に用いることができるため、薄型軽量化に加えて、光源に対する放射強度、放射パターン（配光パターン）の最適制御を容易にでき輝度均一性などを大幅に向上させる効果が得られる。

（４）光取り出し面の機能分離による光学シート化（片面加工）：
透明構造体を機能面から光源を覆う封止部と集光，拡散の光取り出しを行う凹凸構造の界面形成部とに２分割し、後者の界面形成部を光学シート（光学フィルム）にする。この光学シートを粘着シートで封止部に張り合わせることにより光源モジュールの組立性，歩留まり，使い勝手などを大幅に向上させることができる。

（５）光取り出し面の機能分離による光学シート化（両面加工）：
（４）を更に変形させた透明構造体を提供する。透明構造体を光源を覆う封止部と光取り出しを行う凹凸構造の界面形成部（光学シート）とに引き離し、２分割する。後者の光学シートは、両面に対して、それぞれ集光，拡散機能を備えた光取り出し面形成部と、封止部と対向する凹構造部とを備えるための加工が施されている。封止部と対向する凹構造部は、（４）の場合とは異なり、封止部との間に空気層を介して直接的な張り合わせを不要にしている。

これにより、光源モジュールの組立性，歩留まり，使い勝手の向上に加えて、（４）で張り合わせに用いていた粘着シートを光路から取り除き光学特性（光取り出し）を向上させている。

光源を覆う封止部は外形を凸型の半球形にし中心部にＬＥＤチップなどの光源を配置（封止部の外形界面に対する点光源化）して、封止材料の屈折率に依存せずに封止部からの光取り出し特性を確保している。一方、シート状の界面形成部は集光，拡散する凹凸構造の光取り出し面の他に、反対側の面、即ち封止部と接する面に対して封止部の凸型の半球形よりも大きな径の凹型の半球形を形成する。封止部の凸型の半球形と、界面形成部の凹型の半球形は、球形の中心を一致させるようにして空気層を介して互いに重なる構造に配置して組み立てられる。封止部内の光源からの出射光は凸型の半球形の界面に垂直に入射し反射，屈折が抑制、取り除かれるため、屈折率に依存せず空気層に対する光取り出し特性（効率）の低下を抑制する。更に、封止部からの出射光は、凸型の半球形と中心を一致させた凹型の半球形の界面に対して垂直に入射するため、界面形成部の入射面に対しても同様に反射，屈折が抑制、取り除かれる。

従って、界面形成部は、封止部との間に空気層がない場合（透明構造体が界面形成部と封止部に分離されていない場合）と同様に、光源からの出射光を効率よく取り出すことができる。

封止部の光源に屈折率の高いＬＥＤチップなどを用いる場合でも、前記したように封止材料の屈折率に依存せずに封止部からの光取り出し特性（効率）を確保できる構造を備えるため、更にＬＥＤチップからの光取り出し特性（効率）の大幅な向上のため高屈折率の透明樹脂を用いて封止部を形成できるというメリットも得られる。

以下に具体的な実施例を示して、本願発明の内容をさらに詳細に説明する。以下の実施例は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、実施例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、実施例１に関わる光源モジュール１の断面図であり、光学的な構造を示す。図２は光源モジュール１の上面図であり、Ａ−Ａ線断面が図１を表している。図３は、図１，図２の光源モジュール１の放射角度θに対する相対光量比を示す放射パターンである。

図４は、図２で透明構造体５，周辺枠４を取り除いた光源モジュール１の上面図である。図５は、図４に示す光源モジュール１のＢ−Ｂ線での断面図である。図６は、図４に示す光源モジュール１のＣ−Ｃ線での断面図である。

図１，図２で、光源モジュール１は光源としてのＬＥＤチップ２を配線基板３の中央部に配置し、その上を外形が四角形状で内面に傾斜を形成した周辺枠４に収まるように透明構造体５で覆れている。

図１の透明構造体５は、光取り出し面６において複数の凸部７（凹凸部）を有し、複数の凸部７のそれぞれは、中心軸１０の周りに対称な形状を組み込んだ構造であり、断面がＬＥＤチップ２（中心部）との距離が一定でない光取り出し面８に対して、ＬＥＤチップ２から出る半直線９が動いてつくる同一の中心軸１０での複数の円錐面１１で分割され隣接する２つの円錐面１１−１，１１−２に沿って相似縮小（拡大させる場合もある）させた光取り出し面の一部１２、及び前記円錐面の（傾斜面の）一部１３とで交互に構成され、表面が平面状の光取り出し面６に並べて配列されたことを特徴とする。

これにより、光源モジュール１からの出射光１４は、光取り出し面８に対する出射光１５と同一方向に取り出される形で、複数の凸部７を平面状に並べられた光取り出し面６により集光されている。放射パターンを適正制御することにより集光時の輝度均一性を向上させることができると同時に厚さ１６の薄形化とこれに伴う軽量化構造を実現している。

ＬＥＤチップ２からの全光束を対象に集光，拡散する必要がない場合などは、透明構造体５は、全体の界面構造に対して部分的、或いは局所的に上記の中心軸に対して対称な構造を適用されることもある。

図１の断面構造が示すように、光取り出し面６に並べられる複数の凸部７を多分割化し、微細化することにより溝深さ１７を一層薄くした界面構造を得ることができる。この時の溝深さは、用途に応じて材質，型加工精度，回折条件やコストなどで選択され、通常数μｍ程度まで低減することができる。

図３の放射パターンでは、図１の透明構造体５で得られた集光特性１８−１を示し、放射角度：約４５度以内で光量を取り出している。集光特性１８−２は、図１の光取り出し面８を更に砲弾型の凸状にすることで集光性を高めた場合を示す。図１の光源モジュール１の構造から、砲弾型形状のアスペクト比（中心軸上の高さ／直径）を増加させることにより集光性は一層高められるが光取り出し面８での全反射が起き易くなり一定の限界が存在する。

通常、ＬＥＤチップ２からの出射光１４，出射光１５に対して、光取り出し効率が低下しないようにするため、集光性と同時にそれぞれ光取り出し面の一部１２（光取り出し面８を相似縮小した界面）で全反射しないように入射角を臨界角以下にする構造，材質条件を加えている。

光源モジュール１の光源として、ＬＥＤチップ２に代りＬＥＤ−ＰＫＧ（チップを封止したパッケージ）を用いる場合もある。光源モジュール１のプロセス簡易化による組立性向上，歩留まり向上、及び信頼性向上の効果が得られる。

図４に示す配線基板３は、両面に配線構造が形成され、複数のＣｕスルーホール１９を介して表面の電極パターン（実線部）２０（２０−１，２０−２，２０−３）と裏面の電極パターン（破線部）２１（２１−１，２１−２，２１−３）との間を電気的に接続している。電極パターン２０は、ＬＥＤチップ２の電極（図中省略）とＡｕワイヤー２２−１，２２−２で接続するための電極パターン２０−１，２０−２、及びＬＥＤチップ２を搭載するためのダイボンディング部の電極パターン２０−３とで形成されている。中央の電極パターン２０−３は、ＬＥＤチップ２で発生した熱量を裏面に放熱するため複数本のＣｕスルーホール１９を介して配線基板３の電極パターン２１−３に接続される高放熱構造（低熱抵抗構造）を形成している。

図５，図６に示すように、配線基板３はガラスエポキシ基板であり、両面に形成された電極パターン２０（２０−１，２０−２，２０−３），２１（２１−１，２１−２，２１−３）を含み、配線基板３の表面上にはそれぞれ高反射率で高信頼度の白色レジスト層２３，２４が形成されている。光源モジュール１を光学装置へ組み込む時の組立性などから配線基板３に高熱伝導性のフレキシブル配線基板を用いる場合もある。

裏面のレジスト層２４は、直接光学特性に関係しない場合、高反射率材料としない場合もある。レジスト層２３，２４が電極パターン２０，２１上へ形成されない開口部２５（２５−１，２５−２，２５−３），２６（２６−１，２６−２，２６−３）には、レジスト層２３，２４を形成した後でＣｕ箔パターン上にＮｉ／Ａｕめっきが施されている。開口部２５はＬＥＤチップ２をＤＢ／ＷＢする領域を確保し、それ以外の領域をレジスト層２３で覆って放射光を反射させている。裏面の開口部２６は、光源モジュール１を外部配線基板（図示せず）や外部放熱構造部（図示せず）にはんだ接続などするために設けられている。電極パターン２０−３に形成した開口部２５（２５−３）では、ＬＥＤチップ２からの裏面への放射光に対して高反射特性を向上させるため、Ｎｉ／Ａｕめっきの上にＡｇペーストによるダイボンディング層２７を形成している。メタライズの方法として、開口部２５（２５−３）に開口部２６も含めてＮｉ／Ａｕめっきに代りＮｉ／Ａｇめっきを施す場合もある。更に別の方法としては、Ａｇめっきに代えて、高反射特性（８５％以上、Ａｇ同等）で高信頼度なＳｎめっきを用い、高信頼度で高放熱の白色（或いは透明）ダイボンディング層を薄く（１〜２０μｍ程度）形成する場合もある。この時のダイボンディング層には白色の高熱伝導性フィラー（アルミナ粒子など）入りのシリコーン系樹脂を用いる場合もある。

白色のレジスト層２３，２４を用いない場合として、配線基板３にガラスエポキシ基板に代えて白色のセラミック（アルミナ）基板を用いる場合もある。周辺枠４は白色の反射シート（アクリル系樹脂）を金型で成形して形成される。白色反射シートに代りに、高反射率の白色セラミック基板、或いは積層形成した白色レジスト層などで周辺枠４の外形を形成する場合もある。白色セラミック基板の場合は、配線基板３と周辺枠４を一体化した積層セラミック基板とすることで、高信頼度で高反射率，高効率特性を得ることができる。

図７ａは、実施例２に関わる透明構造体２８を用いた光源モジュール２９で、光学的構造を示す上面図である。図１，図２に示した実施例１の透明構造体５に対する変形例である。

同様に、図７ｂは、実施例２に関わる透明構造体３６を用いた光源モジュール３３で、光学的構造を示す上面図である。実施例１の透明構造体５に対するもう一つの変形例である。

図７ａに示す光源モジュール２９の基本構造は、光源としてのＬＥＤチップ３０を中央部に配置し、その上を矩形形状（細長形状）の周辺枠３１の内部領域を透明構造体２８で覆っている。透明構造体２８の界面（実線と破線で繰り返した凹凸面）は周辺枠３１の内部に納まる形で同心円状に形成されている。

図７ｂに示す光源モジュール３３の基本構造は、光源としてのＬＥＤチップ３４を中央部に配置し、その上を円形形状（楕円形状でもよい）の周辺枠３５の内部領域を透明構造体３６で覆っている。透明構造体３６の界面（実線と破線で繰り返した凹凸面）は周辺枠３５の内部に納まる形で同心円状に形成されている。

図７ａ，図７ｂに示すように、それぞれ矩形，円形などの周辺枠３１，３５を備える光源モジュール２９，３３の外形形状に合わせて、薄型の透明構造体２８，３６を形成し集光パターンを得ることができている。

図８ａは、実施例３に関わる透明構造体３７を用いた光源モジュール３８で、光学的構造を示す上面図である。図７ａに示した実施例２の透明構造体２８に対する変形例である。

同様に、図８ｂは、実施例３に関わる透明構造体４１を用いた光源モジュール４２で、光学的構造を示す上面図である。図７ｂに示した実施例２の透明構造体３６に対するもう一つの変形例である。

図８ｃ，図８ｄは、それぞれ光源モジュール３８，４２の放射角度θに対する相対光量比を示す放射パターンである。

図８ａに示す光源モジュール３８の基本構造は、光源としてのＬＥＤチップ３９を中央部に配置し、その上を矩形形状（細長形状）の周辺枠４０の内部領域が透明構造体３７で覆われている。透明構造体３７の界面（実線と破線で繰り返した凹凸面）は、周辺枠４０の内部に納まる形ではあるが、ｙ軸方向に扁平させてｚ軸方向（中心軸）から見てｘ，ｙ軸方向に対して同心円とは異なる形状比（楕円形状など）を持たせて形成されている。これにより、ｚ軸方向である中心軸に垂直な平面においては、直交するｘ、ｙの２軸に対して形状比の異なる線対称な構造を組み込んだ構造を提供している。全光束を対象に集光，拡散する必要がない場合、透明構造体３７，４１は全体の界面構造に対して部分的，局所的に上記の構造を適用することもある。

この時の放射パターンを図８ｃに示す。ｙ軸方向の特性４５は、強い指向性を示す集光特性をもつ。一方、ｘ軸方向の特性４６は、視野角を拡げてほぼ均一化された拡散特性をもつ。２軸方向に異方性をもたせることで１次元（ｘ軸）方向に配光す（放射）する線状光源を効率よく実現している。

図８ｂに示す光源モジュール４２の基本構造は、光源としてのＬＥＤチップ４３を中央部に配置し、その上を円形形状（楕円形状でもよい）の周辺枠４４の内部領域を透明構造体４１で覆っている。透明構造体４１の界面（実線と破線で繰り返した凹凸面）は周辺枠４４の内部に納まる形であるが、図８ａの場合と同様に、ｙ軸方向に扁平させた同心円とは異なる形状（楕円形状など）に形成されている。

この時の放射パターンを図８ｄに示す。図８ｃの場合と同様に、ｙ軸方向の特性４７は強い指向性を示し、ｘ軸方向の特性４６を視野角を拡げてほぼ均一化した拡散特性を持たせることでｚ軸方向に対する線状光源を効率よく実現している。

本実施例を用いた実施例を、後述する実施例でも説明する。

図９は、実施例４に関わる透明構造体５０を用いた光源モジュール４９で、光学的構造を示す断面図である。図１０は、光源モジュール４９の上面図であり、Ｄ−Ｄ線断面が図９を表す。図１１は、光源モジュール４９の放射角度θに対する放射光量比を示す放射パターンである。

図９，図１０で、光源モジュール４９は光源としてのＬＥＤチップ５１を配線基板５２の中央部に配置し、その上を四角形状の周辺枠５３に収まるように透明構造体５０で覆っている。

透明構造体５０は、図９の破線で示す光取り出し面５５を複数本の円錐面５９（５９−１，５９−２，５９−３．．．．）で分割し相似縮小することにより厚さ５６を取り除いた平坦面５７（の一部）が形成され、光源モジュール４９の大幅な薄型化，軽量化を実現している。ＬＥＤチップ５１からの光線６０−１，６０−２は、それぞれ界面６１−１，６１−２が異なっても形状の相似縮小により出射方向は同一である。

平坦化される前の前記光取り出し面５５は、中心軸（ｚ軸）５２の回りに回転対称形の形状が組み込まれており、中心軸５２の近傍部（点線部）５３がへこんだ凹部形状を形成している。光取り出し面５５は、図９の断面図では２つの第二の中心軸５４−１，５４−２に対して対称な凸部形状の光取り出し面５５−１，５５−２を有するが、３次元的には中心軸５２の周りに前記光取り出し面５５−１、又は５５−２を回転して形成される外形線を組み込む形で形成されている。この場合も、全光束を対象に集光，拡散する必要がない場合は、透明構造体５０は全体の界面構造に対して部分的，局所的に上記の構造が適用されることもある。

ＬＥＤチップ５１から放射状に出ている第二の中心軸５４−１，５４−２は、中心軸５２に対してθ＝約４５度の方向を向き、図１１に示す放射特性５８が得られている。放射特性５８は、中心軸５２の回りに対称であり、凸部形状の光取り出し面５５−１，５５−２により中心軸５２の方向に対して光量を減少させ、第二の中心軸５４−１，５４−２の方向、即ち周辺の斜め方向への光量を増加させている。

この結果、光源モジュール４９の透明構造体５０の中心軸５４を傾斜させることで、配光パターンの強度を４５度方向に最大化させる効果を得ているが、中心軸５４の設定により任意の方向に光強度を最大化させる効果が得られる。

図１２は、実施例５に関わる透明構造体６３を用いた光源モジュール６２で、光学的構造を示す断面図である。図１，図２に示した実施例１の透明構造体５に対する変形例である。図１３は、光源モジュール６２の放射角度θに対する放射光量比を示す放射パターンである。

中心軸６６の回りに破線で示す回転対称な凸型の３つの光取り出し面６４−１，６４−２，６４−３を用いた透明構造体６３を形成している。

透明構造体６３は、実施例１の図１で述べたように一つの光取り出し面８を複数の小さな凹凸界面に分割して配列できるため、これを拡張させることで図１２に示すように異なる集光，拡散機能を有する光取り出し面６４−１，６４−２，６４−３を３個（Ｎ個の場合も含む）同時に用いて微細な凹凸界面６５を形成している。

複数の凹凸界面６５に分割する前の光取り出し面は通常一つ（例えば、６４−１のみ）である。本発明の透明構造体６３の場合には、従来の一つの界面では物理的に不可能な３個の重複する（分割前の）光取り出し面６４−１，６４−２，６４−３を用いており、同一の円錐面６９−１，６９−２，６９−３，６９−４．．．．で微細に分割し、３つの光取り出し面６４−１，６４−２，６４−３の中から離散的に１つの界面７０−１，７０−２，７０−３．．．．を選択、組み合せて、隣接する２つの円錐面に沿って相似縮小させ、円錐面の傾斜面の一部と合わせて一つの平坦面７１になるように凹凸界面６５の集合体を連続的に配列，形成している。この時、透明構造体６３の凹凸界面６５からの出射光６７−１，６７−２，６７−３は、３つの光取り出し面６４−１，６４−２，６４−３から取り出される出射光６８−１，６８−２，６８−３と同一方向に取り出されている。

透明構造体６３は、３つの異なる光取り出し面６４−１，６４−２，６４−３を離散的ではあるが同時に用いることができるため、薄型軽量化に加えて光源に対する放射強度，放射パターン（配光パターン）の最適制御を容易にでき、輝度均一性などを大幅に向上させる図１３に示すような放射特性７２を実現している。

図１４ａ，図１４ｂは、実施例６に関わるそれぞれ透明構造体７３，７４を用いた光源モジュール７５，７６で、光学的構造を示す断面図である。図１２に示した実施例５の透明構造体６３に対する変形例である。

透明構造体７３，７４は、それぞれ微細な凹凸界面を形成した一つの凸型平面，凹型平面を光取り出し面７７，７８として形成している。このように光取り出し面７７，７８の形状に自由度を持たせることにより、光学装置との接続面（図示せず）に合った形状を形成でき、光取り出し時の結合効率を向上させる効果が得られる。更に、界面の薄型化により組み込み構造，密着構造を容易にする効果が得られる。

図１５ａは、実施例７に関わる透明構造体７９を用いた光源モジュール８０の断面図である。図１５ｂ，図１５ｃは、光源モジュール８０を構成する透明構造体７９を二分割したもので、それぞれ界面形成部８２、界面形成部８２を除いた光源モジュール８５の断面図を示す。

界面形成部８２は、光取り出しを行う凹凸構造８１とその裏面に形成した粘着層８６とで形成されている。界面形成部８２を除いた光源モジュール８５の封止部８４は、ＬＥＤチップ８３を覆いかつ配線基板８８，周辺枠８９で囲まれており、界面形成部８２との接続面８７で張り合わせを容易にするため平坦面で形成されている。

透明構造体７９を機能面からＬＥＤチップ８３を覆う封止部８４と光取り出しを行う凹凸構造８１をもつ界面形成部８２とに分離したことで、後者の界面形成部８２を光学シート（光学フィルム）として用いることができる。光学シートを粘着シート８６で封止部８４の接続面８７に張り合わせることで、光源モジュール８０の組立性，歩留まり，使い勝手，トータルコストなどを大幅に向上する効果がある。

図１６ａは、実施例８に関わる透明構造体８８を用いた光源モジュール８９の断面図である。図１６ｂは透明構造体８８、図１６ｃは光源モジュール８９から透明構造体８８を分離した光源モジュール９０の断面図を示す。図１，図１５に示す光源モジュール１，８０の変形例の一つである。

図１に示す透明構造体５を、図１６ａに示す空気層９２を挟んだ透明構造体８８と封止部９１の２つに分離した構造で変形させている。透明構造体８８の両面は、集光，拡散機能を備えた光取り出し面形成部９３と、封止部９１と対向する凹構造部９４がそれぞれ形成されている。

封止部９１の構造は、外形を凸型の半球形にし、中心部にはＬＥＤチップ９７を配置（封止部９１の外形界面に対する点光源化）して、封止部９１からの光取り出し特性を確保している。励起光源であるＬＥＤチップ９７の上面には蛍光体を分散した透明樹脂９６が一定の厚み（５〜５０μｍｔ）で形成されている。封止部９１は、ＬＥＤチップ９７と蛍光体を分散した透明樹脂９６と、これらの周りを蛍光体を含まない透明樹脂で覆うことにより凸型の半球形が形成されている。

ＬＥＤチップ９７からの放射光は、側面からは直接の励起光（青色光），上面からは蛍光体発光と励起光（青色光）を取り出している。図１６ａの実施例８では、実施例１で示した周辺枠４を省略しているが、側面からの励起光を取り出す場合、周辺枠４に一旦反射させ、この反射光を集光，拡散機能を備えた光取り出し面形成部９３へと入射させる。周辺枠４が等価的に新たな発光源になるため、光取り出し面形成部９３への入射を効果的にする反射構造が形成されている。

白色発光に代わり単色発光とする場合は、蛍光体を分散させない透明樹脂でＬＥＤチップを覆う構造を用いる。

凹構造部９４は、封止部９１の凸型の半球形よりも大きな径の凹型の半球形を形成している。凸型の半球形と凹型の半球形は、球形の中心を一致させるようにして空気層９２を介して互いに重なる構造に配置して組み立てられている。封止部９１内のＬＥＤチップ９７，蛍光体９６からの出射光９５は封止部９１の凸型半球形の界面に垂直に入射し反射，屈折が抑制、取り除かれるため、屈折率ｎに依存せず空気層９２に対する光取り出し特性を確保している。更に、封止部９１からの出射光９５は、ＬＥＤチップ９７を凸型半球形の中心と一致させているため凹型の半球形を備える凹構造部９４に垂直入射し、同様にして反射，屈折が抑制、取り除かれている。

従って、透明構造体８８は、封止部９１と対向する凹構造部９４との間に空気層９２がない場合（実施例１のように、透明構造体が界面形成部と封止部に分離されていない場合）と同様に、ＬＥＤチップ９７，蛍光体９６で構成される光源からの出射光９５を効率よく取り出すことができている。更に、透明構造体８８と封止部９１の構造を分離したことにより、ＬＥＤチップ９７の屈折率が高い場合でも、屈折率などに対する材料選択の自由度を広くとれ、かつ光取り出し効率を大幅に向上できるというメリットを得ている。高屈折率の透明樹脂材料を封止部９１にのみ用いることができるため、光取り出し特性の向上に加えて、コストメリットも得られる。

封止部９１と対向する凹構造部９４は、封止部９１との間に空気層９２を介して直接的な張り合わせ（実施例７での粘着シート８６）を不要にするため、光源モジュール８９の組立性，歩留まり，使い勝手を向上させている。更に、張り合わせに用いていた実施例７での粘着シート８６を光路９５から取り除くことで光学特性（光取り出し効率など）も向上させる効果が得られている。

図１６ａの光源モジュール８９を基本ユニットとすることで、直線状、或いは平面的に繰り返して複数個配列することにより、後述する実施例のように線状光源，面光源として用いることができる。

図１６ｂの透明構造体８８と図１６ｃの光源モジュール９０は、それぞれの接続面９８，９９で図１６ａに示す粘着シート１００で固着されている。

図１７ａは、実施例９に関わる透明構造体１０２と封止部１０３を用いた光源モジュール１０１の断面図である。図１６ａに示した実施例８の封止部９１に対する変形例である。

封止部１０３は青色のＬＥＤチップ１０４と蛍光体を分散した透明樹脂１０５とからなり、ＬＥＤチップ１０４を透明樹脂１０５でほぼ半球状で全体を覆っている。透明樹脂１０５の形状は金型成形、或いはポッティングで形成されている。ＬＥＤチップ１０４を覆った蛍光体を分散した透明樹脂１０５の厚み１０６は励起光を透過させるため、１００〜５００μｍｔとしている。透明樹脂１０５にはＬＥＤチップ１０４を励起光源とするＹＡＧ（Ｃｅ）蛍光体を分散させて用いている。同様にして、励起光源にＵＶ−ＬＥＤを用いて３波長蛍光体を分散させる場合もある。

封止部の透明構造体１０５が蛍光体を分散した半球形の透明樹脂で形成されている。ＬＥＤチップ１０４からの青色光（励起光，放射光）とＹＡＧ蛍光体からの黄色光を均一な強度分布で取り出している。

図１７ｂは、実施例１０に関わる透明構造体１０８と封止部１０９を用いた光源モジュール１０７の断面図である。図１６ａに示した実施例８の封止部９１に対する変形例である。

封止部１０９はＬＥＤチップ１１０と、蛍光体を含まない第一の透明樹脂１１１と、蛍光体を分散した第二の透明樹脂１１２とからなり、第一の透明樹脂１１１はＬＥＤチップ１１０を覆い、第二の透明樹脂１１２は第一の透明樹脂１１１を覆っている。第一の透明樹脂１１１，第二の透明樹脂１１２は、ＬＥＤチップ１１１を中心に配置したほぼ半球状の形状で覆っている。第二の透明樹脂１１２は、ＬＥＤチップ１１０から見た球殻の厚み１１３をほぼ一定（１００〜５００μｍｔ）にし、励起光も均一に透過させている。第二の透明樹脂１１２には青色のＬＥＤチップ１１０を励起光源とするＹＡＧ（Ｃｅ）蛍光体を分散させて用いている。封止部１０９の蛍光体を分散させた透明樹脂を半球殻形状にすることで、球殻の厚みを変化させて白色光の色度，スペクトラムを容易に制御できるようにしている。

同様にして、励起光源にＵＶ−ＬＥＤを用いて３波長蛍光体を分散させる場合もある。

図１８は、実施例１１に関わる複数の光源モジュール１１４（１１４−１，１１４−２．．．．）を配列した場合の断面図である。光源モジュール１１４は、図１６ａに示す実施例８での光源モジュール８９の変形例である。図１９ａは光源モジュール１１４の透明構造体１１５（１１５−１，１１５−２．．．．）の上面図、図１９ｂは図１９ａのＥ−Ｅ線断面図である。

複数の光源モジュール１１４（１１４−１，１１４−２．．．．）は、配線基板１１６上に透明構造体１１５と封止部１１７が形成され、各光源モジュール１１４間の周辺部に反射仕切り壁１１８が形成されている。

封止部１１７は、白色発光の励起光源であるＬＥＤチップ１１９と蛍光体を分散させた透明樹脂１２０とで構成され、外形を凸型の半球形にし中心部にＬＥＤチップ１１９が配置（点光源化）されている。

透明構造体１１５の両面には、集光，拡散機能を備えた光取り出し面形成部１２１と、封止部１１７と対向する凹構造部１２２がそれぞれ形成されている。

凹構造部１２２は、封止部１１７の凸型の半球形よりも大きな径の凹型の半球形を形成している。凸型の半球形と凹型の半球形は、球形の中心を一致させるようにして空気層１２３を介して互いに重なる構造に配置して組み立てられる。

図１６ａの実施例８では、実施例１で示した周辺枠４を省略しているが、側面方向への放射光を取り出す場合は周辺枠４に相当する高反射率の反射仕切り壁１１８に一旦反射させ、この反射光１２４を集光，拡散機能を備えた光取り出し面形成部１２１へと入射させている。反射仕切り壁１１８は、新たな発光源に相当するため、光取り出し面形成部１２１への入射光（反射光１２４）を垂直入射させる反射構造を形成し、光取り出し特性（効率）を効果的に向上させている。

この場合の光取り出し面形成部１２１は、実施例１に記載した図１の円錐面（の傾斜面）の一部１３に相当する界面１２５で、集光・拡散に使われない界面を用いている。即ち、ＬＥＤチップ１１９（発光点）と反射仕切り壁１１８（反射点）と光取り出し面形成部１２１の界面１２５（入射点）の３点を基に、複数の界面１２５に対して垂直入射させる条件から反射仕切り壁１１８の側面形状１２９を算出している。

反射仕切り壁１１８は、透明構造体１１５との接触する側面形状１２９で反射させるため、中は空洞でもよい。即ち、側面形状１２９の形成は透明構造体１１５側への反射膜の塗布，形成でも実現でき、部品点数削減による組立性向上や低コスト化の効果が得られる。更に、側面形状１２９で、透明構造体１１５の屈折率ｎを高く（ｎ≧２）することで全反射を発生させて反射光１２４を得ることもでき、組立性は更に向上する。

配線基板１１６は、図１８に示すように両面配線構造であり、各光源モジュール１１４毎にＬＥＤチップ１１９を搭載する基板中央部で両面に配線パターン１２６−１，１２６−２がＣｕスルーホール１２７で接続され、ＡＧＳＰ基板構造により高放熱構造を形成している。配線基板１１６の表面にはＣｕスルーホール１２７を除く領域に高反射率の白色レジスト１２８が形成されている。配線基板１１６の裏面に形成される配線パターン１２６−２は薄型アルミ板からなる放熱筐体１３０に高熱伝導性の粘着シート１３１を介して固着され、ＬＥＤチップ１１９からの発熱を効率よく放熱している。

放熱筐体１３０として高熱伝導性の薄型カーボンシート（０.１〜１.０mmｔ）を用いる場合もある。平面横方向に対する異方性の熱伝導率はＣｕレベルであり、配線パターン１２６−２の発熱部から周辺部（図示せず）への熱引きを向上させて外部空気中への高放熱構造を実現する。同時に、アルミ板からカーボンシートにすることで、軽量化も実現できる。

配線パターン１２６−２の構造は、ＬＥＤチップ１１９，Ｃｕスルーホール１２７の面積よりも１桁以上大きな形状で厚い銅箔（５０〜１５０μｍｔ）を用いて熱広がり構造を形成し、放熱筐体１３０への高放熱性を確保している。

ＬＥＤチップ１１９が搭載されるＣｕスルーホール１２７上の配線パターン１２６−１の表面には、Ｎｉ／Ａｇめっきを施し、ＬＥＤチップ１１９からの光束を反射させている。高信頼性や光学特性を確保するためＮｉ／Ａｇ／Ａｕめっき、或いはＮｉ／Ｓｎめっきを用いる場合もある。Ｃｕスルーホール１２７とＬＥＤチップ１１９の接続には、ＬＥＤチップ１１９の裏面をメタライズし、Ａｕ／Ａｕ，Ａｕ／Ｓｎ接合で固着（ダイボンディング）している。裏面メタライズを形成しない場合は直接白色のシリコーン系樹脂（高反射率部材）で固着する。この場合、固着部の熱抵抗を低減するため厚さを１〜２０μｍ以内に薄くする。また、配線基板１１６に白色のアルミナ基板を用いる場合は、ＬＥＤチップ１１９のダイボンディング材に透明なシリコーン系樹脂（透過）を用いアルミナ基板で反射させる場合もある。

光源モジュール１１４の組み立て構造は、配線基板１１６の上に封止部１１７とその周辺を取り囲む反射仕切り壁１１８が配置され、透明構造体１１５がそれらの上を覆う形で粘着シート１３２を介して接着，形成されている。隣接する反射仕切り壁１１８−１，１１８−２．．．．は、前記したように光取り出し特性（効率）を向上させるため段差構造などを用いて一体化する形で形成されている。組立構造は、封止部１１７を形成した配線基板１１６に、反射仕切り壁１１８を組み込んだ透明構造体１１５を粘着シート１３２で一括で張り付ける場合もある。

図２０ａは、実施例１２に関わる多数個の光源モジュール１３３（１３３−１，１３３−２，１３３−３．．．．）を平面的に縦横配列した直下型照明装置１３４の上面図であり、実施例１１の変形例である。図２０ｂは、図２０ａの直下型照明装置１３４のＦ−Ｆ線断面図である。図２０ａは、図２０ｂに示す拡散板１３５を取り除いた場合を示す。

光源モジュール１３３（１３３−１，１３３−２，１３３−３．．．．）は、配線基板１３６上に封止部１３８と透明構造体１３７が形成され、各光源モジュール１３３間の周辺部には反射仕切り壁１３９が形成されている。

封止部１３８は、白色発光の励起光源であるＬＥＤチップ１４０とこれを覆った蛍光体を分散させた透明樹脂１４１とで構成され、外形を凸型の半球形にし中心部にＬＥＤチップ１４０が配置（点光源化）されている。

本実施例では光源としてＬＥＤチップ１４０を励起光源として用いているが、これに代り励起光源のＬＥＤチップ，蛍光体、及び透明樹脂で実装されたＰＫＧ（セラミックＰＫＧ，プラスチックＰＫＧ）を白色光源として用いる場合もある。この場合、蛍光体を分散させた透明樹脂１４１を特に必要としないため、ＰＫＧを蛍光体を分散しない透明樹脂で覆うことができる。更に、ＰＫＧ（構造）がＬＥＤチップの信頼性，光取り出し特性を確保できている場合は、組立プロセスの簡易化，低コスト化から透明樹脂でＰＫＧを覆わないこともできる。

一方、ＰＫＧでは励起光源のＬＥＤチップ１４０を実装するが、蛍光体を形成しない場合もある。この場合には、本実施例の場合と同様に、ＬＥＤチップ１４０を実装したＰＫＧを、蛍光体を分散させた透明樹脂１４１で覆う形をとることができる。蛍光体と励起光源であるＬＥＤチップの実装分離により、組立プロセスの簡易化，歩留り向上，低コスト化の効果が得られる。

更に、ＬＥＤチップ１４０がＲＧＢ３色の発光（１チップに３色形成、或いは３チップで３色形成）による白色光を出射する場合は、蛍光体を分散させた透明樹脂１４１を不要にすることもできる。

直下型照明装置１３４は、放熱筐体１４２と多数個の光源モジュール１３３（ＬＥＤチップ１４０の駆動回路，電源部は省略）と光源モジュール１３３からの光を出射する拡散板１３５とから構成されている。

拡散板１３５に代り、蛍光体を分散させたアクリル系透明樹脂１４１の薄板、或いはシートからなる拡散板を用いる場合もある。この場合、光源モジュール１３３は、封止部１３８に蛍光体を用いず、ＬＥＤチップ１４０を青色ＬＥＤ、或いはＵＶ−ＬＥＤの励起光源とすることで白色光源を形成する。白色光源の蛍光体を光源モジュール１３３から分離し、照明装置１３４の拡散板１３５に別途蛍光体を分散，形成できるためである。光源モジュール１３３は、蛍光体が分離されることで構造単純化と同時に組立構造，製造プロセスが簡易化され、歩留まり向上，特性ばらつき低下などを容易に実現できている。

光源モジュール１３３は高熱伝導の粘着シート１４３を介して放熱筐体１４２に固着され、拡散板１３５は光源モジュール１３３の光取り出し面側に空気層１４８を介して配置され、前記放熱筐体１４２と拡散板１３５が外枠筐体１４４に組み込まれる形で構成されている。

図２１ａは、直下型照明装置１３４に用いられる光源モジュール１３３を構成する透明構造体１３７を多数個平面的に配列した光学シート１４５の上面図である。図２１ｂは、図２１ａのＧ−Ｇ線断面図である。

実施例１１の場合と同様に、多数の透明構造体１３７からなる光学シート１４５は、光を取り出す面側が放射特性を適正化する凹凸界面１４６を形成し、反対側は凹型の半球１４７を形成している。凹型の半球１４７は、図２０ａ，２０ｂに示す封止部１３８の凸型の半球形に中心部を合わせて配列されている。

図２２ａは、直下型照明装置１３４に用いる光源モジュール１３３の一体型仕切り壁１４９であり、仕切り壁１３９を多数個一体成型した上面図である。図２２ｂは、図２２ａのＨ−Ｈ線断面図である。

光源モジュール１３３を構成する配線基板１３６，透明構造体１３７に加えて、反射仕切り壁１３９を一体化構造とすることにより、直下型照明装置１３４の組立工程を簡易化し、組立性向上，歩留まり向上、更には低コスト化を実現している。

図２３は、直下型照明装置１３４を組み込んだ液晶表示装置１５０の断面図である。

直下型照明装置１３４を白色光源として用いるため、前記したように拡散板１３５には基材樹脂と異なる屈折率を有する微粒子と蛍光体粒子とが混合分散されたアクリル系透明樹脂の薄板、或いはシート，フィルムを効果的，機能的に形成し、かつ光源モジュール１３３のＬＥＤチップ１４０を青色ＬＥＤ、或いはＵＶ−ＬＥＤとしている。特に、アクリル系透明樹脂に対して屈折率の異なる透明な微粒子に代り、蛍光体の微粒子のみを用いて拡散板１３５を形成する場合もある。

アクリル系樹脂の代りに、スチレン系樹脂，塩化ビニル系樹脂，ポリカーボネート樹脂などを用いる場合もある。

ＬＥＤチップ１４０から透明構造体１３７を介して空気層１４８へ取り出される出射光が拡散板１３５に入射する場合、蛍光体層の厚みの影響を受けて入射角に依存する色調差が発生する場合がある。これを取り除くため、励起光源であるＬＥＤチップ１４０（点光源）の方向から見込んだ蛍光体層の分散量を等しくしている。即ち、ＬＥＤチップ１４０から離れるに従い分散密度を減少させた分布を拡散板１３５に形成している。これにより、白色光の色調を視野角に対して均一化すると同時に、蛍光体使用量を減少させ低コスト化を実現している。

直下型照明装置１３４の拡散板１３５からの白色光は、光学シート１５３を介して、一対の基板と一対の基板に挟持される液晶層とを有する液晶パネル１５１と、液晶パネル１５１の両面に配置した一対の偏向板１５２ａ及び偏光板１５２ｂを介して取り出される。

薄型の光源モジュール１３３を縦横に複数個配列することで、超薄型化，軽量化と同時に２次元エリア制御を行うことができ低消費電力化も実現している。直下型照明装置１３４に組み込まれている光源モジュール１３３での発熱は、直下型であるため光源モジュール１３３の外形面積を基本単位に均等に分散され、放熱筐体１４２から直接空気中へ高放熱性をもつ。外部筐体１５３に設けたスリット上の開口部１５４を介して外部に放熱している。

図２４ａは、実施例１３に関わるもう一つの光源モジュール１５４の上面図であり、図２４ｂは、図２４ａのＩ−Ｉ線断面図である。実施例１３は実施例３の変形例でもある。

図２５ａは、実施例１３に関わる光源モジュール１５４（１５４−１，１５４−２，１５４−３，１５４−４．．．．）を引き回し配線基板１６２上に直線状に配列実装した線状光源モジュール１６３の上面図である。

図２５ｂは、線状光源モジュール１６３に放熱基板１６４を高熱伝導の粘着シート１６５を用いて取り付けた構造を示し、図２５ａのＪ−Ｊ線断面図である。

図２５ｃは、実施例１３に関わる線状光源モジュール１６３を用いたブロック型照明装置１６６で、拡散板１６７を取り除いた場合の上面図である。図２５ｄは、図２５ｃのＫ−Ｋ線断面図である。

図２５ｅは、実施例１３に関わるブロック型照明装置１６６を用いた液晶表示装置１６８の断面図である。

光源モジュール１５４は、ＬＥＤチップ１５５と周辺に配置した反射仕切り壁でもある周辺枠１５６を配線基板１５７に搭載し、その上に透明構造体１５８が形成されている。

配線基板１５７，周辺枠１５６は、共に高反射率をもつ白色セラミックで形成されている。光源モジュール１５４は、配線基板１５７の上に周辺枠１５６を積層し、多数個取りで一体形成されて造られる。配線基板１５７の配線パターン（図中省略）は、実施例１の場合と同様に２層配線でスルーホール接続されている。

白色セラミックスに代り、高熱伝導のリード電極を用いて高反射率の白色プラスチックＰＫＧで形成する場合もある。

透明構造体１５８は、光取り出し面１５９において凹凸構造１６０を形成し、透明樹脂の厚さ１６１を取り除いて大幅に薄型化を実現すると同時に、ｘ，ｙ軸方向にそれぞれ拡散，集光させる異方性の放射パターンを形成している。光源モジュール１５４は、実施例３の図８ｃに示すような異方性の放射パターンを形成することで、Ｚ軸方向に放射する線状光源を効率よく実現できている。

また、凹凸構造１６０の高さは、透明構造体１５８の薄型化の効果を活かして周辺枠１５６の最高部位よりも低く形成されている。光源モジュール１５４の実装，取り扱い時に透明構造体１５８の凹凸構造１６０に傷などに与えるダメージを防いでいる。

線状光源モジュール１６３で発生した発熱は、放熱基板１６４からブロック型照明装置１６６の放熱筐体１６９に一様に放熱され効率よく空気中に取り出されている。

ブロック毎に離散化した放熱基板１６４（１６４−１，１６４−２．．．．）は、放熱筐体１６９の一部を加工して複数個のＵ字型突起部を作り、これを直角に折り曲げて形成されて、一体化されている。

図２５ｃのブロック型照明装置１６６は、Ｎ×Ｍ個のブロック毎に分割され、両側に配置された駆動回路部１７３（１７３−１，１７３−２）で点灯制御し、輝度調整を適正化することにより消費電力の低減を実現している。

ブロック型照明装置１６６は、線状光源モジュール１６３を一体型導光板１７０のブロック毎側面部１７１に対して、輝度を確保するため光源モジュール１５４を必要個数（本実施例では、異方性の放射パターン形成により１個）だけ近接配置して光を入射させている。光源モジュール１５４に対して透明構造体１５８の薄型化（半球型に対する厚さの減少分１６１）を実現したことにより、光源モジュール１５４の集光，拡散特性の制御と同時に透明構造体１５８をブロック毎側面部１７１に対して近接配置でき輝度むらを抑制できている。更に、線状光源モジュール１６３からの光が出射される一体型導光板１７０の上には空気層１７２を介して拡散板１６７が配置され、ブロック毎の輝度むらを減少させている。

また、線状光源モジュール１６３を構成する引き回し配線基板１６２の上には、高反射率をもつ白色レジストを形成し、一体型導光板１７０のブロック毎側面部１７１と引き回し配線基板１６２との間の多重反射に対して吸収損失を減少させている。

本実施例では光源としてＬＥＤチップ１５５を用いているが、これに代り実施例９〜実施例１２に記載の励起光源と蛍光体で基本構成される白色光源を用いる場合もある。

変形例として、光源モジュール１５４において、ＬＥＤチップ１５５に青色ＬＥＤ、或いはＵＶ−ＬＥＤのみを用い、蛍光体を光源モジュール１５４から分離する場合もある。
即ち、光源モジュール１５４では透明構造体１５８から励起光のみを効率よく取り出し、その後で光源モジュール１５４の外部に形成，配置した蛍光体を励起発光させ白色光を形成させる方法がある。

蛍光体の配置場所としては、励起発光を取り出した直後の一体型導光板１７０のブロック毎側面部１７１とする場合がある。この場合は、蛍光体を分散させた薄いアクリル系樹脂シート、或いはフィルムをブロック毎の側面部１７１に透明粘着シート（図示せず）で固着し、白色光として一体型導光板１７０のブロック毎に入射させる。変形例として、蛍光体を分散させたアクリル系樹脂シートは、側面部に固着すると同時に蛍光体微粒子を分散させるために、透明粘着シートで一体形成される場合もある。

色調差が発生する場合、これを取り除くために励起光源であるＬＥＤチップ１５５（点光源）の方向から見込んだ立体角Ωに対して蛍光体の分散量を等しくしている。即ち、ＬＥＤチップ１５５から離れるに従い分散密度を減少させた分布を側面部１７１に形成している。これにより、白色光の色調を導光板１７０に対して均一化すると同時に、蛍光体使用量を減少させて低コスト化を実現できる。

もう一つの変形例として、一体型導光板１７０から均一化した励起発光を取り出した後、Ｎ×Ｍブロック間の輝度むらを減少させるため蛍光体を拡散板１６７に形成，配置する場合もある。拡散板１６７には、従来の拡散板に代えて蛍光体も分散させた拡散板、或いは蛍光体のみを分散させて用いることで白色照明を形成できる。光源モジュールから蛍光体を分離し、拡散板１６７には蛍光体を拡散微粒子として形成する。これにより、照明装置の中で構成部材に対する機能を分離・付加している。この結果、光源モジュールの組立性を向上させ、照明装置の部材コスト，製造コストの増加を抑制，除去している。

図２５ｅに示す液晶表示装置１６８では、図２５ｃに示すブロック型照明装置１６６の拡散板１６７から取り出される白色光１７４が一対の基板と一対の基板に挟持される液晶層とを有する液晶パネル１７５と、液晶パネル１７５の両面に配置した一対の偏向板１７６ａ及び偏光板１７６ｂ、を介して映像などの表示パターンとして取り出される。

図２６ａは、実施例１４に関わる光源モジュール１７７（１７７−１，１７７−２．．．．）を引き回し配線基板１７８上に直線状に配列して実装した線状光源モジュール１７９の上面図である。図２６ａは、実施例１３における図２５ａの変形例である。

図２６ｂは、線状光源モジュール１７９を放熱フィン１８２付きヒートシンク１８０に取り付けた構造を示し、実装時における図２６ａのＬ−Ｌ線断面図に相当する。

図２６ｃは、実施例１４に関わる線状光源モジュール１７９（１７９−１，１７９−２）を両サイドに配置したエッジ型照明装置１８３で、図２６ｄの拡散板１８１を取り除いた場合の上面図である。図２６ｄは、図２６ｃのＭ−Ｍ線断面図である。

図２６ｅは、実施例１４に関わるエッジ型照明装置１８３を用いた液晶表示装置１８４の断面図である。

図２６ａに示すように、線状光源モジュール１７９は、引き回し配線基板１７８に光源モジュール１７７を複数個配列実装したもので、光源モジュール１７７の電極接続部（図中、省略）を除いた領域には高反射率（８０％以上）の白色レジストが形成されている。

引き回し配線基板１７８は、アルミ又は銅の薄板（約０.５から１.５mm）上に高熱伝導性のエポキシ系樹脂（熱伝導率：３.０Ｗ／（Ｋ・m²）以上）の絶縁層、Ｃｕパターン配線層（Ｎｉ／Ａｇめっき、又はＮｉ／はんだめっき）、及び耐熱耐ＵＶ性の白色レジスト層（４０μｍ以上）の順に形成され、高放熱構造，高信頼性を実現している。

光源モジュール１７７の発熱に対する放熱経路は、図２６ｂに示すように高放熱構造の引き回し配線基板１７８を用い、高熱伝導の粘着シート１８１を介して放熱フィン１８２付きヒートシンク１８０に固着させる構造をとっている。

エッジ型照明装置１８３は、図２６ｃ，図２６ｄに示すように、両側に２組の線状光源モジュール１７９−１，１７９−２が配置され、これらの間に光源モジュール１７７の配列に対応した分割された導光板１８５（１８５−１，１８５−２，１８５−３．．．．）が配置されている。導光板１８５は、透明なアクリル系樹脂で形成される。図２６ｄの出射光１８８をＹ軸方向に対して均一にするため、拡散板１８１の下部には空気層を介して導光板１８５が配置され裏面側に破線で示す凸型反射面１９０を形成して反射光を取り出している。更に、透過光に対しても反射シート１８９を凸型反射面１９０の下側に配置して取り出している。

実施例では、導光板１８５の一つに対して光源モジュール１７７が１個対応する構造であるが、導光板１８５の分割構造により光源モジュール１７７を複数個対応させる場合もある。光源モジュール１７７は、図８ａ，図８ｃに示すように、ｚ軸方向に放射（配光）させる線状光源を得るためにｙ軸方向に絞り込み（集光）、ｘ軸方向に拡散させる薄型の透明構造体を形成し、異方性の放射パターンを得ると同時に導光板１８５との密着構造を形成して、導光板１８５との結合効率を大幅に向上させている。

複数の分割された導光板１８５（１８５−１，１８５−２，１８５−３．．．．）は、隣接する導光板１８５−ｋ，１８５−ｋ−１間の破線で示すスリット溝１８６（１８６−ｋ）を裏面側（ｙ軸の負方向）から形成し、表面では一体化構造をなしている。スリット溝１８６をＶ溝カット（Ｘ軸方向の断面）で形成し、空気層で埋めることで光学的な干渉を抑制している。Ｖ溝カットの空間を空気層で埋める代わりにＶ溝表面に反射層を形成することで反射機能を持たせる場合もある。また、光学的な干渉を抑制する必要がない場合でも、熱膨張によるそりなどの構造歪を吸収，緩和するために空間を空気層で埋めるためのＶ溝カットを形成する場合もある。

実施例１４のエッジ型照明装置１８３は、両側に２組の線状光源モジュール１７９−１，１７９−２が配置されているが、大面積化，高輝度化に対応するために上下の２組、或いは上下２組を加えた４組で構成する場合もある。

線状光源モジュール１７９−１，１７９−２は、導光板１８５がある面と反対側の面に図２６ｂに示す放熱構造として、放熱フィン１８２−１付きヒートシンク１８０−１，放熱フィン１８２−２付きヒートシンク１８０−２が形成されている。

エッジ型照明装置１８３は、線状光源モジュール１７９，導光板１８５、及び放熱フィン１８２付きヒートシンク１８０を一点鎖線で示すｚ軸１８７上に並べる構造にすることで高さ（厚み）１９１の薄型化を容易に実現している。

放熱フィン１８２，ヒートシンク１８０は、各々アルミ，銅を用いて形成されているが、アルミのみで形成した一体型構造を用いる場合もある。更に、エッジ型照明装置１８３の大幅な軽量化を実現するため、材質にアルミとカーボン、又は銅とカーボンの複合材料
を用いて一体型で形成することもできる。この場合、カーボン繊維に依存する異方性の熱伝導率を活かして、ｚ軸１８７の方向に銅レベル以上の高熱伝導率を持たせることでフィン効率を大幅に向上させることもできる。放熱フィン１８２の溝形成方向はｙ軸方向とし、自然対流による放熱を実現している。プラスチックの外部ケース１９２の左右，上下に微細な開口部１９３を形成し、自然体対流に対する放熱フィン１８２の効果を適正化している。

この時の駆動回路部（図示を省略）は、引き回し配線基板１７８−１，１７８−２の両側上下の空間に実装され、エッジ型照明装置１８３の高さ（厚み）１９１に影響を与えないように組み込まれている。

図２６ｅに示す液晶表示装置１８４では、図２６ｃ，図２６ｄに示すサイドエッジ型照明装置１８３の拡散板１８１から取り出される白色光１８８が一対の基板と一対の基板に挟持される液晶層とを有する液晶パネル１９４と、液晶パネル１９４の両面に配置した一対の偏向板１９５ａ及び偏光板１９５ｂ、を介して映像などの表示パターンとして取り出される。

液晶表示装置１８４は、エッジ型照明装置１８３で放熱フィン１８２，ヒートシンク１８０の材質を軽量化することにより、大幅な薄型化と軽量化を実現している。

図２７は、実施例１４に関わる液晶表示装置１８４を用いた映像表示装置１９６の一実施例を示し、映像表示装置１９６の背面側の内部配置を見た平面図を示す。

映像表示装置１９６は、背面側裏面１９７の両サイドに、エッジ型照明装置（バックライト装置）１８３や液晶パネル（表示部）１９４などに電源を供給するための電源部１９８−１，１９８−２、液晶パネル（表示部）１９４に供給する映像信号に対してコントラスト，フレームレート等の信号処理を行う信号処理部１９９、及びスピーカ等の構造体２００−１，２００−２を備えている。なお、実施例１２，実施例１３に記載の直下型照明装置１３４，ブロック型照明装置１６６を用いた液晶表示装置（バックライト装置）に本実施例の映像表示装置を適用することもできる。

１ 光源モジュール
２ ＬＥＤチップ
３ 配線基板
４ 周辺枠
５ 透明構造体
７ 凸部
８ 光取り出し面
１０ 中心軸
１９ スルーホール
２０ 電極パターン
２２−１，２２−２ ワイヤー
２３，２４ レジスト層
２５，２６ 開口部

Claims (19)

1. 配線基板と、
   前記配線基板上に配置された点光源と、
   前記配線基板上に形成され、前記点光源を覆う透明構造体と、を有し、
   前記透明構造体の光出射側の表面には複数の凸部が形成され、
   第一の面および第二の面が交互に形成されることで前記複数の凸部が形成され、
   前記複数の凸部のそれぞれは、前記第一の面および前記第二の面で構成され、
   前記点光源から前記透明構造体の光出射側の表面に向かう半直線が動いてつくる複数の円錐面のうち隣接する２つの円錐面を第一の円錐面および第二の円錐面とし、
   砲弾型または扁平型の光取り出し面と前記点光源との距離は前記点光源を通る前記配線基板の垂線に向かって変化しており、
   前記第一の面は、前記光取り出し面の一部を前記第一の円錐面および前記第二の円錐面に沿って相似縮小または拡大させた面であり、
   前記第二の面は、前記第一の円錐面または前記第二の円錐面の一部であり、
   前記複数の凸部を前記透明構造体の光出射側の表面に平面状に並べたことを特徴とする光源モジュール。
2. 請求項１において、
   前記複数の凸部には、前記点光源を通る前記配線基板の垂線に対して対称となる凸部が含まれることを特徴とする光源モジュール。
3. 請求項１において、
   前記複数の凸部には、前記配線基板平面において直交する２軸に対して形状比が異なり、前記点光源を通る前記配線基板の垂線に対して線対称となる凸部が含まれることを特徴とする光源モジュール。
4. 請求項２または３において、
   前記点光源からの配光パターンの強度が最大となる方向を中心軸とし、
   前記中心軸は前記点光源を通る前記配線基板の垂線に対して傾いていることを特徴とする光源モジュール。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記光取り出し面は複数個あり、
   前記複数個の光取り出し面から一つを離散的に選択して前記複数の凸部のそれぞれが形成されることを特徴とする光源モジュール。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記透明構造体は封止部および界面形成部で構成され、
   前記封止部は前記点光源を覆い、
   前記界面形成部に前記複数の凸部が形成されることを特徴とする光源モジュール。
7. 請求項６において、
   前記封止部と前記界面形成部との間に空気層が形成され、
   前記空気層は球殻形状であり、
   前記封止部は前記空気層の中心部に配置されることを特徴とする光源モジュール。
8. 請求項６において、
   前記封止部と前記界面形成部との間に粘着層が形成されることを特徴とする光源モジュール。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   前記点光源はＬＥＤチップおよび蛍光体を分散した透明樹脂で構成され、
   前記ＬＥＤチップは前記透明樹脂で覆われることを特徴とする光源モジュール。
10. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
    前記点光源はＬＥＤチップ、蛍光体を含まない第一の透明樹脂および蛍光体を分散した第二の透明樹脂からなり、
    前記第一の透明樹脂は前記ＬＥＤチップを覆い、
    前記第二の透明樹脂は前記第一の透明樹脂を覆うことを特徴とする光源モジュール。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記透明構造体の光出射側の表面に平坦な領域が部分的に形成されることを特徴とする光源モジュール。
12. 請求項１１において、
    前記平坦な領域は前記透明構造体の中央部または周辺部に形成されることを特徴とする光源モジュール。
13. 請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
    前記複数の凸部のそれぞれの厚さが等しいことを特徴とする光源モジュール。
14. 請求項１乃至１３のいずれかにおいて、
    前記光源モジュールを複数個配列して面光源としたことを特徴とする光源モジュール。
15. 請求項１乃至１４のいずれの光源モジュールを有する照明装置において、
    前記光源モジュールが１以上配列された線光源モジュールと、
    前記線光源モジュールからの光を出射する導光板と、を有することを特徴とする照明装置。
16. 請求項１４の光源モジュールを有する照明装置において、
    前記光源モジュールからの光を出射する拡散板を有し、
    前記拡散板は基材樹脂、微粒子および蛍光体の微粒子で構成され、
    前記基材樹脂内に前記微粒子および前記蛍光体の微粒子が分散され、
    前記微粒子の屈折率は前記基材樹脂の屈折率と異なることを特徴とする照明装置。
17. 一対の基板と、
    一対の基板に挟持される液晶層と、を有する液晶パネルと、
    前記液晶パネルの両面に配置された一対の偏光板と、
    請求項１４の照明装置と、を有し、
    前記照明装置は前記液晶パネルに光を出射することを特徴とする液晶表示装置。
18. 請求項１７の液晶表示装置と、
    前記液晶表示装置に対して映像信号の信号処理を行う信号処理部と、
    電源を供給するための電源部と、
    スピーカと、を有する映像表示装置。
19. 配線基板と、
    前記配線基板上に配置された点光源と、
    前記配線基板上に形成され、前記点光源を覆う透明構造体と、を有し、
    前記透明構造体の光出射側の表面には複数の凸部が形成され、
    第一の面および第二の面が交互に形成されることで前記複数の凸部が形成され、
    前記複数の凸部のそれぞれは、前記第一の面および前記第二の面で構成され、
    前記点光源から前記透明構造体の光出射側の表面に向かう半直線が動いてつくる複数の円錐面のうち隣接する２つの円錐面を第一の円錐面および第二の円錐面とし、
    砲弾型または扁平型の光取り出し面と前記点光源との距離は前記点光源を通る前記配線基板の垂線に向かって変化しており、
    前記第一の面は、前記光取り出し面の一部を前記第一の円錐面および前記第二の円錐面に沿って相似縮小または拡大させた面であり、
    前記第二の面は、前記第一の円錐面または前記第二の円錐面の一部であり、
    前記複数の凸部を前記透明構造体の光出射側の表面に平面状に並べ、
    前記透明構造体は封止部および界面形成部で構成され、
    前記封止部は前記点光源を覆い、
    前記界面形成部に前記複数の凸部が形成され、
    前記封止部と前記界面形成部との間に粘着層が形成される光源モジュールに用いられる光学シートであって、
    前記光学シートは前記界面形成部および前記粘着層で構成されることを特徴とする光学シート。

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