JP2012243529A - Linear light source device and planar light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、線状光源装置および面状光源装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a linear light source device and a planar light source device.
このような光源装置に用いる半導体発光素子として、紫外光〜可視光の波長範囲の光を放出するものを用いることができる。 As a semiconductor light emitting element used in such a light source device, one that emits light in a wavelength range of ultraviolet light to visible light can be used.
面発光素子を多数配列すれば、線状光源装置とすることができる。しかしながら、消費電力の増大による発光素子の温度上昇が大きくなる。また、光の広がりも大きい。このため、発光効率を高くすることが困難である。 If a large number of surface light emitting elements are arranged, a linear light source device can be obtained. However, the temperature rise of the light emitting element due to the increase in power consumption increases. In addition, the spread of light is large. For this reason, it is difficult to increase the luminous efficiency.
もし、広がり角度が小さい光ビームを用い、細長い導光体を用いて光ビームを導光することができれば、効率よい線状光源装置を得ることができる。しかしながら、CAN型のパッケージに発光素子を搭載した発光装置を用いると、側面発光とすることが困難であり、放熱性も不十分である。 If a light beam having a small divergence angle is used and the light beam can be guided using an elongated light guide, an efficient linear light source device can be obtained. However, when a light emitting device in which a light emitting element is mounted on a CAN type package is used, it is difficult to obtain side light emission and heat dissipation is insufficient.
放熱性が改善された線状光源装置および面状光源装置を提供する。 A linear light source device and a planar light source device with improved heat dissipation are provided.
実施形態にかかる線状光源装置は、発光装置と、導光体と、回路基板と、金属板と、を有する。前記発光装置は、第1プレート電極と、第2プレート電極と、半導体発光素子と、前記第1プレート電極と前記第2プレート電極とに接して設けられた絶縁体を、を有する。また、前記発光装置は、前記第1プレート電極と前記第2プレート電極とに挟まれた領域に設けられた前記半導体発光素子から光ビームを放出可能な発光装置を含む。前記導光体は、導入された前記光ビームを導光可能な導光体であって、導光方向に沿って延在する出射面を有する。前記回路基板は、前記発光装置の前記第2プレート電極に給電可能な導電部を有する。前記金属板は、前記回路基板の上に配設された前記発光装置の前記第1プレート電極に圧接かつ給電する回路の一部と、放熱の機能を兼ね備え、前記導光方向に延在する。前記光ビームは、前記導光体の前記出射面から出射されることを特徴とする。 The linear light source device according to the embodiment includes a light emitting device, a light guide, a circuit board, and a metal plate. The light emitting device includes a first plate electrode, a second plate electrode, a semiconductor light emitting element, and an insulator provided in contact with the first plate electrode and the second plate electrode. The light emitting device includes a light emitting device capable of emitting a light beam from the semiconductor light emitting element provided in a region sandwiched between the first plate electrode and the second plate electrode. The light guide is a light guide capable of guiding the introduced light beam and has an emission surface extending along the light guide direction. The circuit board has a conductive portion capable of supplying power to the second plate electrode of the light emitting device. The metal plate has a part of a circuit that presses and supplies power to the first plate electrode of the light emitting device disposed on the circuit board, and has a heat radiation function, and extends in the light guide direction. The light beam is emitted from the emission surface of the light guide.
実施形態にかかる面状光源装置は、上記の線状光源装置と、導光板と、反射シートと、光学シートと、を有する。前記導光体は、前記出射面と対向して設けられ、前記放出光が入射可能な側面を有し、前記放出光を面状に導光可能である。前記反射シートは、前記導光板の一方の面に設けられ、前記面状に導光された前記放出光を上方に向かって反射可能である。前記光学シートは、前記反射シートとは反対の側の前記導光板の他方の面に設けられ、前記放出光および前記反射シートにより反射された光を拡散しつつ透過可能である。 The planar light source device according to the embodiment includes the above-described linear light source device, a light guide plate, a reflection sheet, and an optical sheet. The light guide is provided to face the emission surface, has a side surface on which the emitted light can enter, and can guide the emitted light in a planar shape. The reflection sheet is provided on one surface of the light guide plate, and can reflect the emitted light guided in the planar shape upward. The optical sheet is provided on the other surface of the light guide plate on the side opposite to the reflection sheet, and is capable of diffusing and transmitting the emitted light and the light reflected by the reflection sheet.
放熱性が改善された線状光源装置および面状光源装置が提供される。 A linear light source device and a planar light source device with improved heat dissipation are provided.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図1(a)は第1の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図1(b)は領域ENを部分拡大した模式斜視図、図1(c)はA−A線に沿った模式断面図、図1(d)は放熱経路を示す模式図、である。
線状光源装置は、発光装置10、導光体30、蛍光体層50、配線用の回路基板40、および金属板32、を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic perspective view of the linear light source device according to the first embodiment, FIG. 1B is a schematic perspective view in which the region EN is partially enlarged, and FIG. 1C is along the line AA. FIG. 1D is a schematic diagram showing a heat dissipation path.
The linear light source device includes a
回路基板40は、アルミニウムやセラミックなどの高熱伝導率からなる基材からなる。基材がセラミックのような絶縁材料の場合は、回路基板40の上面40aに、発光装置10の第2プレート電極に給電可能な導電部46を設ける。また、導電部46と電源とを接続する給電コネクタ42を有していてもよい。
The
図2(a)は4つの発光装置が並列接続された模式図、図2(b)は3つの発光装置が直列接続された模式図、である。
なお、本図において、第1プレート電極12をアノード、第2プレート電極14をカソード、としているが、反対の極性としてもよい。図2(a)のように、金属板32は、4つの発光装置10の第1プレート電極12に圧接し、かつ発光装置10に給電可能な回路の一部であると共に、発光装置10内で生じた熱を第1プレート電極12から外部へ放散する放熱経路として作用する。また、熱は、発光装置10の第2プレート電極14からも回路基板40を経由して外部へ放散される。金属板32は、例えば、厚さを0.5〜2mmの範囲、幅を4〜10mmの範囲などとすることができる。
2A is a schematic diagram in which four light emitting devices are connected in parallel, and FIG. 2B is a schematic diagram in which three light emitting devices are connected in series.
In this figure, the
また、図2(b)のように、金属板32aと導電部46aとの間に発光装置10a、導電部46aと金属板32bとの間に発光装置10b、金属板32bと導電部46bとの間に発光装置10c、をそれぞれ設け直列接続とすることができる。さらに、金属板32と回路基板40を直接もしくは絶縁シートなどを介在させて、放熱面積の広い筐体や放熱板に接触させることで放熱性能を向上させることが出来る。
Further, as shown in FIG. 2B, the
導光体30は、ガラスやアクリルなどの透明材料からなり、発光装置10から放出される光ビームを導光可能である。光ビームは、導光体30の内部を伝搬するか、外部との界面で反射されたのち、導光方向に沿って延在する出射面30aから出射光Gとして放出される。
The
蛍光体層50などからなる波長変換体は、導光体30の表面の一部、または導光体30の内部に設けることができる。光ビームが青色光の場合、青色光を吸収し緑色光を放出する緑色蛍光体や、青色光を吸収して赤色光を放出する赤色蛍光体を含む層を設ければよい。または、青色光を吸収し黄色光を放出する蛍光体を含む層を設けてもよい。さらに、光ビームが紫外光〜青紫光の波長の場合、青色光、緑色光、および赤色光、を放出する蛍光体をそれぞれ含む層を設ければよい。
The wavelength converter made of the
これらの波長変換光と、蛍光体層50に吸収されない光ビームと、は、導光体30の出射面30aから放出される。このようにすると、混合光として白色光を得ることができる。
These wavelength-converted light and the light beam that is not absorbed by the
導光体30を棒状にすると、線状光源とすることができる。導光体30の断面は、円、楕円、矩形、多角形、などとすることができる。導光体30が矩形断面の場合出射面30aを露出するようにして導光体30を導光体ケース34に収納してもよい。また、金属板32を導光体ケース34にネジなどで固定すると、放熱をさらに改善できる。さらに、金属からなる導光体ケース34を蛍光体層50と接するように設けると、変換光を効率よく出射面30aから放出できる。
When the
図3は、第1の実施形態の線状光源装置に用いる発光装置の模式斜視図である。
発光装置10は、金属からなる第1プレート電極12と、金属からなる第2プレート電極14と、半導体発光素子16と、第1プレート電極12と第2プレート電極14とに接して設けられた絶縁体18と、を、を有する。第1プレート電極12と第2プレート電極14との間の領域に設けられた半導体発光素子16から側面方向に光ビーム20を放出可能である。絶縁体18は、光ビーム20を透過可能な窓部を有している。もし、CAN型パッケージでは、光ビーム20は窓部の表面から放出される。他方、本実施形態のパッケージを用いると、光ビーム20は、2つのプレート電極に挟まれた領域の側面方向へ放出される。なお、図3において、パッケージの平面形状は円であるが、矩形や多角形であってもよい。
FIG. 3 is a schematic perspective view of a light emitting device used in the linear light source device according to the first embodiment.
The
第1プレート電極12および第2プレート電極14は、例えば銅、FeNi系コバール金属、ジュメット線(銅被覆ニッケル鋼線)などとすることができる。半導体発光素子16と、第1プレート電極12との間、または半導体発光素子16と第2プレート電極1414と、の間にセラミックやシリコンからなるサブマウント(図示せず)を用いてもよい。この場合、半導体発光素子16への応力を低減できる。半導体発光素子16と、プレート電極と、は、金属バンプ(図示せず)やボンディングワイヤ(図示せず)を用いて電気的に接続できる。
The
発光素子16がInGaAlN系材料からなるものとすると、紫外〜緑色の波長範囲の放出光とすることができる。発光素子16がInAlGaP系材料からなるものとすると、緑〜赤色の波長範囲の放出光とすることができる。発光素子16が、AlGaAs系材料からなるものとすると、赤外放出光とすることができる。発光素子16は、LD(LaserDiode)、光ビームの広がり角度が小さいLED(Light Emitting Diode)などとすることができる。
If the
なお、赤色、黄色、緑色、などの単色線状光源装置とする場合、蛍光体層を設けなくともよい。また、発光装置10の絶縁体18の内部または表面に蛍光体層を設けて光ビーム20を白色光としてもよく、この場合も導光体の近傍に蛍光体層を設ける必要がない。
In addition, when it is set as monochromatic linear light source devices, such as red, yellow, and green, a fluorescent substance layer does not need to be provided. Further, a phosphor layer may be provided inside or on the surface of the
図4(a)は第1の実施形態の第1変形例の線状光源装置の模式斜視図、図4(b)はそれを部分拡大した模式斜視図、図4(c)は第2変形例の線状光源装置の模式斜視図、図4(d)はそれを部分拡大した模式斜視図、である。なお、本図において、金属板および導光体ケースを省略して示している。
導光体30は、連続していてもよい。この場合、導光体30に切り欠き部30bを設け、切り欠き部30b内に、発光装置10を介挿することができる。このようにすると、発光装置10の近傍に蛍光体層や反射層を設け、線状光源に暗部を生じることを抑制し、線状の出射面に沿って均一な発光強度を有する線状光源装置とすることができる。
FIG. 4A is a schematic perspective view of a linear light source device according to a first modification of the first embodiment, FIG. 4B is a schematic perspective view in which it is partially enlarged, and FIG. 4C is a second modification. FIG. 4D is a schematic perspective view showing a partially enlarged view of an example of the linear light source device. In this figure, the metal plate and the light guide case are omitted.
The
図4(a)、(b)では、発光装置10が切り欠き部30bに1つ介挿入される。この場合、例えば、光ビーム20は、すべて同じ方向(BI)に伝搬する。他方、図4(c)、(d)では、1つの切り欠き部30bに2つの発光装置が隣接して介挿される。この場合、光ビーム20は、互いに反対方向(B1およびB2)に伝搬する。なお、導光体30の上下を貫通する貫通孔を設け、発光装置10を介挿してもよい。
4A and 4B, one
図4(a)、(b)では、発光装置10が導光体30の光ビーム20が伝播する領域内に配置されているが、導光体30の両端部にそれぞれ発光装置10を配置し、導光体30の両端部から内側に向けて光ビーム20を放射する構成としてもよい。
4A and 4B, the
図5(a)は第2プレート電極に凹部を設けた発光装置の模式断面図、図5(b)はその模式平面図、図5(c)は第2プレート電極に凸部を設けた発光装置の模式断面図、図5(d)はその模式平面図、である。
図5(a)、(b)では、第2プレート電極に凹部14aを設け、回路基板40にはこの形状に対応した形状の導電部46aを設ける。このようにすると、発光装置10の位置決めが容易となる。
5A is a schematic cross-sectional view of a light emitting device in which a concave portion is provided on the second plate electrode, FIG. 5B is a schematic plan view thereof, and FIG. 5C is a light emission in which a convex portion is provided on the second plate electrode. FIG. 5D is a schematic cross-sectional view of the apparatus, and FIG.
5A and 5B, the second plate electrode is provided with a
また、図5(c)、(d)では、発光装置10の第2プレート電極14に凸部14bを設け、回路基板40には凸部14bに対応した形状の位置決め孔40aを設ける。凸部14bと、位置決め孔40aと、を嵌合すると、発光装置の位置決めが容易となる。
5C and 5D, the
図6(a)は第1プレート電極12と金属板32とを導電材料で接続した模式断面図、図6(b)は第1プレート電極12と発光装置10をネジ33で止めた模式断面図、図6(c)は第1プレート電極12をバネ37により圧接した模式断面図、図6(d)は第1プレート電極12と金属板32とをカシメた模式断面図、である。図6(a)の導電材料47は、例えば半田材、金属バンプ、導電性ゴム、などとすることができる。これらの接続方法をもちいても、金属板32と第1プレート電極12とを確実に接続し、給電および放熱が容易となる。
6A is a schematic cross-sectional view in which the
図7(a)は比較例にかかる線状光源装置の模式平面図、図7(b)はその模式正面図、である。
導光体130は、導光体ケース134の中に収納されている。蛍光体層150は、例えば、導光体130の下面130cと導光体ケース134の底面との間に設けられる。導光体ケース134は、回路基板140の上に配設される。
FIG. 7A is a schematic plan view of a linear light source device according to a comparative example, and FIG. 7B is a schematic front view thereof.
The
発光装置110、111は、CAN型LDとする。CANの上面のガラス窓から出射した光ビーム120、121のそれぞれの一部は、導光体130の側面130d、130eからそれぞれ入射し、導光体130の内部を伝搬する。蛍光体層140による変換光と、蛍光体層140に吸収されなかった光ビーム成分は、導光体130の出射面130aから、出射光GGとして出射される。
The
CAN型の発光装置110、111は、LD用回路基板150、151に配設され、アノードリード及びカソードリードは互いに絶縁される。LD用回路基板150、151は、導電部146、147、148、149を有する回路基板140の上に配設される。リード110aと導電部146と、リード110bと導電部148と、がそれぞれ接続される。また、リード111aと導電部147、リード111bと導電部149と、がそれぞれ接続される。リードの直径は、例えば0.45mmと細く、発光装置110、111で生じた熱の放熱経路として不十分である。また、SMD(Surface Mounted Device)型のパッケージを用いたとしても、例えばリードの厚さが0.1〜0.3mmなどとなり、放熱経路としては不十分である。
The CAN type light emitting
このため、高電流動作すると、発光素子の動作温度が上昇し発光効率や長期信頼性が低下する。また、形状が大きい発光装置110、111を設ける領域には、導光体を設けることが困難であり、均一性に富む線状光源装置とすることは困難である。さらに、組立工程が複雑となるなどの実装上の問題がある。
For this reason, when operating at a high current, the operating temperature of the light emitting element rises, and the light emission efficiency and long-term reliability decrease. Further, it is difficult to provide a light guide in a region where the
これに対して、第1の実施形態およびこれに付随した変形例では、金属板32が、発光装置10のプレート電極を圧接することによりを給電および放熱を容易にすることができる。なお、回路基板を金属または、セラミックなどの高熱伝導材料として用いることができる。このため、発光装置を高電流で駆動しても温度上昇が低減でき、発光効率や信頼性の低下を抑制できる。
On the other hand, in 1st Embodiment and the modification accompanying this, electric power feeding and heat dissipation can be made easy because the
この結果、少ない発光装置で高い出力を得ることができ、線状光源装置の価格低減が容易となる。また、導光体30の出射面30aに沿って、発光強度の均一性の高い線状光源とすることが容易である。このため、例えば、プリンター用の線状光源などとして用いることができる。
As a result, a high output can be obtained with a small number of light emitting devices, and the price of the linear light source device can be easily reduced. In addition, it is easy to obtain a linear light source with high emission intensity uniformity along the
図8(a)は第1の実施形態およびその変形例にかかる線状光源装置を用いた面状光源装置の構成図、図8(b)は模式正面図、である。
面状光源装置は、線状光源装置60、バックフレーム70、反射シート72、導光板74、光学シート76、およびフロントシート78、を有する。
FIG. 8A is a configuration diagram of a planar light source device using the linear light source device according to the first embodiment and its modification, and FIG. 8B is a schematic front view.
The planar light source device includes a linear
線状光源装置60の回路基板40の裏面40bがバックフレーム70の上面と密着して設けられる。回路基板40が設けられていないバックフレーム70の上面領域に、反射シート72が設けられる。導光体30の出射面30aが導光板74の1つの側面に対向し、出射光Gを導入可能なように反射シート72の上に設けられる。さらに、導光板74の上に光学シート76およびフロントシート78が設けられる。
The
これらを組み立てると、図8(b)の面状光源装置となる。例えば、線状光源装置60の長さを35cmとし、6つの発光装置10を有するものとすると、対角線サイズで16インチである画像表示装置のバックライト光源とすることができる。
When these are assembled, the planar light source device of FIG. For example, if the length of the linear
図9(a)は面状光源装置における線状光源装置の温度変化を示すグラフ図、図9(b)は温度測定箇所を示す模式図、である。
図9(a)の縦軸は温度(℃)、横軸は時間(分)、を示す。なお、発光装置10は6つであり、消費電力は14.7Wであった。回路基板40は、熱伝導率が高いAlとした。また、周囲温度AMBは、約26℃と一定であった。
Fig.9 (a) is a graph which shows the temperature change of the linear light source device in a planar light source device, FIG.9 (b) is a schematic diagram which shows a temperature measurement location.
In FIG. 9A, the vertical axis represents temperature (° C.) and the horizontal axis represents time (minutes). In addition, the light-emitting
発光装置10の第2プレート電極14の点Bの温度は駆動開始からの時間と共に上昇し、90分後には約53℃となり、周囲温度よりも26.4℃(ΔT2)高かった。また、発光装置10の第1プレート電極12を圧接している金属板32の上面の点Tの温度は、駆動開始から90分後に約51℃となった。さらに、発光装置10の直下においてバックフレーム70の温度BFは、駆動開始から90分後に約46℃となり、周囲温度よりも19.6℃(ΔT1)高かった。
The temperature at the point B of the
本実施形態の面状光源装置では、発生熱が第1プレート電極12から金属板32を介して発散されるとともに、第2プレート電極16から回路基板40および回路基板40と密着したバックフレーム70を経由して放散される。また、金属板32や回路基板40をアルミニウムのような高熱伝導材料を用いることにより放熱性がさらに高められる。
In the planar light source device of the present embodiment, generated heat is dissipated from the
このようにして、高電流駆動においても、点B、点Tの温度を60℃以下とすることができ、半導体発光素子の特性および信頼性を十分に保つことができる。 In this way, even at high current driving, the temperatures at points B and T can be set to 60 ° C. or lower, and the characteristics and reliability of the semiconductor light emitting element can be sufficiently maintained.
なお、光広がり角の大きい面発光LEDを用いた線状光源装置では、厚さ5mm以下の導光板の側面へ光を効率よく導入することが困難である。これに対して、本実施形態の線状光源装置60を用いると、出射光Gを効率よく面状光源装置の導光板74の側面へ導入できる。この結果、発光装置の数を低減することが容易である。この結果として、面状光源装置の価格低減が可能となる。
In a linear light source device using a surface-emitting LED having a large light spread angle, it is difficult to efficiently introduce light into the side surface of a light guide plate having a thickness of 5 mm or less. On the other hand, if the linear
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10 発光装置、12 第1プレート電極、14 第2プレート電極、16 半導体発光素子、20 光ビーム、30 導光体、32 金属板、40 回路基板、46 導電部、50 蛍光体層、60 線状光源装置、72 反射シート、74 導光板、76 光学シート、G (導光体からの)出射光
DESCRIPTION OF
Claims (8)
導入された前記光ビームを導光可能な導光体であって、導光方向に沿って延在する出射面を有する導光体と、
前記発光装置の前記第2プレート電極に給電可能な導電部を有する回路基板と、
前記回路基板の上に配設された前記発光装置の前記第1プレート電極に給電する金属板と、
を備え、
前記光ビームは、前記導光体の前記出射面から出射されることを特徴とする線状光源装置。 A light emitting device comprising: a first plate electrode; a second plate electrode; a semiconductor light emitting element; and an insulator provided in contact with the first plate electrode and the second plate electrode, wherein A light emitting device capable of emitting a light beam from the semiconductor light emitting element provided in a region sandwiched between a plate electrode and the second plate electrode;
A light guide capable of guiding the introduced light beam, the light guide having an exit surface extending along a light guide direction; and
A circuit board having a conductive portion capable of feeding power to the second plate electrode of the light emitting device;
A metal plate that feeds power to the first plate electrode of the light emitting device disposed on the circuit board;
With
The linear light source device, wherein the light beam is emitted from the emission surface of the light guide.
前記変換光は、前記導光体の前記出射面から出射され、前記光ビームと混合されることを特徴とする請求項1または2に記載の線状光源装置。 A phosphor layer provided on a part of or inside the surface of the light guide and capable of absorbing a part of the guided light beam and emitting converted light having a wavelength longer than the wavelength of the light beam; Prepared,
The linear light source device according to claim 1, wherein the converted light is emitted from the emission surface of the light guide and is mixed with the light beam.
前記発光装置は、前記貫通孔または前記切り欠き部に介挿されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の線状光源装置。 The light guide has a through hole or a notch,
The linear light source device according to claim 1, wherein the light emitting device is inserted into the through hole or the notch.
前記出射面と対向して設けられ、前記出射面からの出射光が入射可能な側面を有し、前記出射光を導光可能な面状の導光板と、
前記導光板の一方の面に設けられ、導光された前記出射光を上方に向かって反射可能な反射シートと、
前記反射シートとは反対の側の前記導光板の他方の面に設けられ、前記出射光および前記反射シートにより反射された光を拡散しつつ上方に向かって透過可能な光学シートと、
を備えたことを特徴とする面状光源装置。 The linear light source device according to claim 1,
A planar light guide plate that is provided opposite to the exit surface, has a side surface on which the exit light from the exit surface can enter, and can guide the exit light;
A reflection sheet provided on one surface of the light guide plate and capable of reflecting the guided emitted light upward;
An optical sheet that is provided on the other surface of the light guide plate on the side opposite to the reflective sheet, and is capable of transmitting upward while diffusing the emitted light and the light reflected by the reflective sheet;
A planar light source device comprising:
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