JP2013073753A

JP2013073753A - 線状光源装置および面状光源装置

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Publication number: JP2013073753A
Application number: JP2011211166A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kokubu; 英樹國分; Yuuki Ito; 優輝伊藤
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: JP5716623B2; CN103016972A; US20130077344A1; US9316781B2; CN103016972B

Abstract

【課題】線状光源装置の湾曲を矯正すること。
【解決手段】面状光源装置は、線状光源装置１と、側面に線状光源装置１が接している導光板２と、枠体３によって構成されている。線状光源装置１は、細長い長方形状の配線基板１０を有し、配線基板１０の長手方向中央部には、配線基板１０主面に垂直な方向に貫通するスルーホール１４が２つ設けられている。そして、配線基板１０の裏面であって、配線基板１０の長手方向中央部には、外部接続端子１７（正電極側と負電極側の２つの部分１７ａ、ｂ）が設けられており、配線基板１０表面の配線パターンと外部接続端子１７は、スルーホール１４を介して接続されている。枠体３にはバネ状端子３１が設けられていて、バネ状端子３１が外部接続端子１７に接触するとともに、そのバネ性によって外部接続端子１７を押圧している。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光素子が線状に配置された光源装置であり、導光板の側面に配置して面状光源装置とするためのものである。また、本発明はその面状光源装置である。

携帯電話やデジタルカメラなどの液晶表示パネルのバックライト光源として、導光板と、導光板の側面に配置される線状光源装置（たとえば特許文献１）とを有した面発光の光源が知られている。

この線状光源装置は、細長い長方形状で配線パターンが形成されたプリント基板と、プリント基板上にプリント基板の長手方向に沿って離間して複数配置され、プリント基板の配線パターンと接続された発光素子と、各発光素子の長手方向の一方と他方にそれぞれ設けられ、傾斜面を有したリフレクタと、各発光素子を封止する封止樹脂と、によって構成されている。

このような線状光源装置では、封止樹脂を熱硬化させる際に収縮が生じ、線状光源装置が下側（プリント基板の発光素子実装側の面から反対側の面の方向）に凸に湾曲してしまう。その結果、導光板への密着性が低下し、導光板への光入射効率が低下する。

そこで特許文献２では、線状光源装置の湾曲を防止するために、ある発光素子に対して設けられたリフレクタと、隣接する他の発光素子に対して設けられたリフレクタとを連続させるのではなく、溝を設けて分離している。この溝によって、封止樹脂の収縮による応力を緩和し、湾曲を防止している。

また、従来の線状光源装置では、線状光源装置と電源との接続のために、帯状のフレキシブル基板を取り付けている（特許文献３）。

特開２００４−２３５１３９特開２００６−１２０６９１特開２００９−３２４７９

しかし、特許文献２の方法では、湾曲を防止する効果が十分でなく、湾曲して導光板との密着性が低下し、導光板への光入射効率が低下してしまい、バックライト光源の輝度が低下してしまう。

また、特許文献３のように、電源との接続にフレキシブル基板を用いると、線状光源装置と導光板とにより面状光源装置を構成した場合、そのフレキシブル基板の部分があるために面状光源装置が大型化してしまうという問題があった。

そこで本発明の目的は、線状光源装置の湾曲をより効果的に抑制すること、および面状光源装置に本発明の線状光源装置を用いたとしても小型に構成できることである。また、他の目的は、導光板側面に線状光源装置を配置した面状光源装置において、線状光源装置の湾曲を抑制して高輝度化することである。

第１の発明は、長方形状で配線パターンが形成された配線基板と、配線基板上に配線基板の長手方向に配置され、配線基板の配線パターンと接続された複数の発光素子と、発光素子を封止する封止樹脂と、を有し、導光板の側面に配置して面状光源装置とするための線状光源装置において、配線基板の発光素子配置側とは反対側の面であって、配線基板の長手方向中央部に、配線パターンと接続する外部接続端子を有する、ことを特徴とする線状光源装置である。

線状光源装置は、発光素子が設けられた側の配線基板上には、配線基板の長手方向の一方と他方に対向する傾斜面をそれぞれ備えた２つの部分で構成され、単数ないし複数の前記各発光素子ごとに前記２つの傾斜面で挟むようにして分離されて形成されたリフレクタを有していてもよい。リフレクタによって配線基板水平方向に放射される光を効率的に上方に取り出すことができる。リフレクタを設ける場合、封止樹脂は、発光素子が設けられた側の配線基板表面と、２つの傾斜面とで囲まれた凹部を埋めるようにして形成する。

配線パターンと外部接続端子との接続は、たとえば配線基板にスルーホールを設け、スルーホール内壁を導電性の金属でめっきして、あるいはスルーホール全体を導電性の金属で埋めることで行う。また、外部接続端子は、バネ性を有しない構造とすることが望ましい。

第２の発明は、第１の発明において、配線基板の長手方向の一方と他方に対向する傾斜面をそれぞれ備えた２つの部分で構成され、単数ないし複数の発光素子ごとに２つの傾斜面で挟むようにして分離されて配線基板上に配置されたリフレクタをさらに有し、封止樹脂は、発光素子の配置された配線基板表面と、２つの傾斜面とにより囲まれた凹部を埋めるように形成されている、ことを特徴とする線状光源装置である。

第３の発明は、導光板と、導光板の側面に配置される第１、２の発明の線状光源装置と、線状光源装置の外部接続端子と接触するコネクタと、を有し、コネクタは線状光源装置の長手方向中央部を導光板側に押圧して固定し、外部接続端子とコネクタとを接触させる、ことを特徴とする面状光源装置である。

コネクタは、外部接続端子と接触可能な構造であれば任意の構造でよいが、バネ状端子であることが望ましい。外部接続端子に接触するとともに、外部接続端子を押圧し、間接的に配線基板１０長手方向中央部を押圧することができるので、線状光源装置の湾曲を矯正することができる。バネ状端子の形状は、バネ性を有し、外部接続端子に接触するとともに押圧することができる構造であれば任意である。たとえば、コネクタは、正電極側と負電極側の２つの部分を有するが、そのそれぞれの部分は、くの字型、への字型、Ｌ字型、半円弧型、螺旋型などの線状あるいは板状の金属材を用いることができる。外部接続端子とコネクタの、正電極側と負電極側の２つの部分の配置は任意であるが、作製の容易さや配置スペースの点などから、配線基板１０の長手方向に２つの部分が並んで配列されていることが望ましい。

第４の発明は、第３の発明において、コネクタは、バネ状端子であることを特徴とする面状光源装置である。

本発明によれば、フレキシブル基板を用いて線状光源装置と電源とを接続する必要がなく、面状光源装置の小型化が可能となる。また、前記線状光源装置の長手方向中央部を前記導光板側に押圧して外部接続端子とコネクタとを接触させるため、線状光源装置の湾曲を矯正することができ、線状光源装置からの光が導光板内部へと入射する光入射効率が向上し、面状光源装置の高輝度化を図ることができる。

実施例１の面状光源装置の構成を示した図。線状光源装置１の構成を示した断面図。線状光源装置１を裏面側から見た図。バネ状端子３１の形状の例を示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の面状光源装置の構成を示した図である。図１のように、面状光源装置は、線状光源装置１と、導光板２と、枠体３と、によって構成されている。線状光源装置１は、その光放射方向を導光板２の側面に向けて、その導光板２側面に接触するようにして配置されている。枠体３は、導光板２に対する線状光源装置１の位置が固定されるように、導光板２、および線状光源装置１をはめ込む構造となっている。

次に、線状光源装置１の構成について、詳しく説明する。図２は、線状光源装置１の構成を示した断面図であり、図３は、線状光源装置１を裏面側（光放射方向とは反対側）から斜め方向に見た図である。図２、３のように、実施例１の線状光源装置１は、細長い長方形状の配線基板１０と、配線基板１０上に直線状に配置された発光素子１１と、各発光素子毎に配線基板１０上に配置されたリフレクタ１２と、発光素子１１を封止する封止樹脂１３と、によって構成されている。

配線基板１０は、ガラス布基材ビスマレイミドトリアジン樹脂からなるＦＲ−５基板である。他にも、ガラス布基材エポキシ樹脂からなるＦＲ−４基板なども用いることができる。配線基板１０の表面には、配線パターンが形成されており、その配線パターンと発光素子１１とがボンディングワイヤ（図示しない）を介して接続されている。配線基板１０は、細長い長方形状である。

配線基板１０の長手方向中央部には、配線基板１０主面に垂直な方向に貫通するスルーホール１４が２つ設けられている。そして、配線基板１０の裏面１０ａ（配線パターン形成側とは反対側、発光素子１１配置側とは反対側）であって、配線基板１０の長手方向中央部には、外部接続端子１７（正電極側と負電極側の２つの部分１７ａ、ｂ）が設けられており、配線基板１０表面の配線パターンと外部接続端子１７は、スルーホール１４を介して接続されている。

外部接続端子１７の２つの部分１７ａ、ｂは、配線基板１０の長手方向に並んで離間して配置されている。なお、実施例１では外部接続端子１７が配線基板１０裏面から金属板の厚さ分突出しているが、配線基板１０に凹部を設け、金属板が配線基板１０に埋め込まれるようにしてもよい。このとき、金属板の表面は、配線基板１０裏面１０ａから上方に突出してもよいし、裏面１０ａと同一面となってもよいし、裏面１０ａよりも下方となってもよい。特に裏面１０ａよりも下方となって凹部が形成されているのがよい。外部接続端子１７に接触するバネ状端子がこの凹部によって固定され、バネ状端子がずれて外部接続端子１７と接触しなくなるのを防止することができる。また、スルーホールを埋める金属をそのまま外部接続端子１７としてもよい。また、外部接続端子１７の２つの部分１７ａ、ｂは、必ずしも配線基板１０の長手方向に並んで配置されている必要はなく、短手方向に並んで配置されていてもよい。ただし、作製の容易さなどの点から長手方向に並んだ配置であることが望ましい。

発光素子１１は、青色発光のIII 族窒化物半導体からなるフェイスアップ型のＬＥＤである。発光素子１１は、配線基板１０上に、配線基板１０の長手方向に沿って直線状に複数配置されている。また、配線基板１０の配線パターンと発光素子１１のｎ電極、ｐ電極（いずれも図示しない）とが、ボンディングワイヤ（図示しない）を介して接続されている。

なお、実施例１では発光素子１１をフェイスアップ型として配線基板１０にワイヤボンディングしているが、発光素子１１はフリップチップ型や縦方向に導通をとる構造のものを用いてもよい。

リフレクタ１２は、配線基板１０上に、各発光素子１１ごとに溝１５によって分離されて設けられている。リフレクタ１２は、たとえばポリフタルアミド、液晶ポリマ、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなる。リフレクタ１２は、線状光源装置１の長手方向において発光素子１１を挟んで対向する２つの部分１２ａ、ｂからなり、それぞれの部分１２ａ、ｂは、発光素子１１側に配線基板１０の主面に対して傾斜した傾斜面１６ａ、ｂを有している。傾斜面１６ａ、ｂは、発光素子１１上方側を上に見て逆ハの字型となるような傾斜角度を有している。この傾斜面１６ａ、ｂによって発光素子１１からの光を上方に反射させることによって、線状光源装置１の輝度を高めるとともに輝度のムラを低減している。また、リフレクタ１２ａ、ｂの最上部（配線基板１０の主面に垂直な方向において、最も配線基板１０から離れた部分）は、配線基板１０の主面に平行な平面（以下、リフレクタ１２の上面と呼ぶ）となっている。リフレクタ１２の２つの部分１２ａ、ｂそれぞれは、図１のように、配線基板１０長手方向であって、配線基板１０主面に垂直な方向での断面が、配線基板１０に接する面を切断する辺である下辺、下辺に平行でリフレクタ１２の上面を切断する辺である上辺、傾斜面１６ａ、１６ｂを切断する辺である斜辺、下辺および上辺に垂直な辺、によって構成される台形である。

なお、実施例１ではリフレクタ１２は各発光素子１１ごとに設けたが、複数の発光素子ごと（たとえば２、３個の発光素子ごと）に設けてもよい。１のリフレクタ当たりに複数の発光素子を配置する場合、その複数の発光素子の配置は、配線基板の長手方向に沿って並んだ配置であってもよいし、他の配置方法であってもよい。

封止樹脂１３は、黄色蛍光体が混合されたシリコーン樹脂からなり、発光素子１１を封止するよう形成されている。封止樹脂１３として他にもエポキシ樹脂などを用いることができる。この封止樹脂１３は、発光素子１１およびボンディングワイヤを保護するためのものであると同時に、発光素子１１からの青色光の一部を黄色光に変換して青色光と黄色光とを混合し、白色発光とするものである。また、封止樹脂１３は、リフレクタ１２の傾斜面１６ａ、ｂ、発光素子１１の配置された配線基板１０で囲まれた凹部を満たすようにして形成されている。封止樹脂１３は、粘性を有したシリコーン樹脂をポッティングしたのち、熱処理して硬化させることにより形成する。この熱処理に際して、シリコーン樹脂は収縮するため、配線基板１０に、配線基板１０の発光素子１１実装側から裏面側に向かって凸状に湾曲させるような応力を発生させる。この応力によって、線状光源装置１は配線基板１０裏面側（発光素子１１が配置されている側とは反対側の面側）に凸に湾曲する。

なお、封止樹脂１３には、発光素子１１からの光を拡散させるための反射材が混合されていてもよい。反射材は、たとえばシリカなどの粒子である。

この線状光源装置１の外部接続端子１７に電圧を印加すると、以下のように動作する。電圧の印加により配線基板１０の配線パターンを介して各発光素子１１に電流が流れると、各発光素子１１から青色光が放射状に出射し、一部は封止樹脂１３を介して上方に放射され、他の一部は封止樹脂１３を介してリフレクタ１２の傾斜面１６ａ、ｂに達し、傾斜面１６ａ、ｂに反射されて上方に放射される。ここで青色光の一部は封止樹脂１３に混合されている黄色蛍光体によって黄色光に変換されるため、青色光と黄色光の混合により白色光に変換される。このように発光素子１１からの青色光は白色光に変換されて上方に拡散し、各発光素子１１が線状に配置されているため光も線状に拡散する。その結果、線状光源装置１は、線状に白色光を発する。

以上が線状光源装置１の詳細な説明である。

次に、導光板２について説明する。導光板２は、矩形の板状であり、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などからなる。導光板２の側面には、線状光源装置１がその光放射方向を導光板２の側面に向けて接触して位置する。導光板２内部に入射した光は、内部で反射して導光板２の主面に垂直な方向に取り出されるため、面状に発光させることができる。

次に、枠体３について説明する。枠体３は、線状光源装置１、および導光板２をはめ込む中空部を有しており、その中空部に線状光源装置１と導光板２がはめ込まれ、導光板２の側面に線状光源装置１が接触している。線状光源装置１の向きは、その光放射方向が導光板２側面方向となる向きである。また、枠体３は、線状光源装置１の裏面１０ａ側（導光板２側とは反対側）に回り込むように延びる部分３ａを有し、その部分３ａには、線状光源装置１の配線基板１０の裏面１０ａに設けられた外部接続端子１７に接触して押圧するバネ状端子３１が設けられている。

バネ状端子３１は、正電極側と負電極側にそれぞれ対応した部分３１ａ、３１ｂを有している。バネ状端子３１の２つの部分３１ａ、ｂは、それぞれ外部接続端子１７の２つの部分１７ａ、ｂにそれぞれ対向するように配置されていて、バネ状端子３１の２つの部分３１ａ、ｂが外部接続端子１７の２つの部分１７ａ、ｂにそれぞれ接触しつつ、そのバネ性によって押圧している。バネ状端子３１の部分３１ａ、ｂは、バネ性を有した構造であれば任意の構造でよい。たとえば、くの字型、への字型、Ｌ字型、半円弧型、螺旋型などの線状あるいは板状の金属材を用いることができる。その金属材にはベリリウム銅、リン青銅、洋白などを用いることができる。図４にバネ状端子３１の一例を示す。図４（ａ）に示すバネ状端子３１は、くの字型に折り曲げたワイヤ状の金属材からなるものである。図４（ｂ）に示すバネ状端子３１は、への字型に折り曲げたワイヤ状の金属材からなるものである。図４（ｃ）に示すバネ状端子３１は、Ｌ字型に折り曲げたワイヤ状の金属材からなるものである。

以上に示した実施例１の面状光源装置では、枠体３によって導光板２側面に線状光源装置１が固定されるとともに、枠体３に設けられたバネ状端子３１によって線状光源装置１の外部接続端子１７と接触して配線基板１０長手方向中央部を押圧する。その結果、線状光源装置１の湾曲は矯正され、線状光源装置１からの光が導光板２へと入射する光入射効率が向上し、実施例１の面状光源装置の輝度を向上させることができる。また、従来のように線状光源装置と電源とをフレキシブル基板を用いて接続するのではないため、面状光源装置の小型化を図ることができる。

なお、実施例１において、線状光源装置１のリフレクタ１２の個数を４とし、各リフレクタ１２に１つの発光素子を設けたが、リフレクタ１２の個数はこれに限るものではない。ただし、リフレクタ１２の個数は偶数個とすることが望ましい。奇数個では、発光素子１１と対向する位置に外部接続端子１７が位置することとなる。そのため、その対向する位置の発光素子１１は、バネ状端子の押圧によって圧力が強くかかり、たとえばボンディングワイヤが切断されるなどの不具合を生じるおそれがある。それに対してリフレクタ１２の個数を偶数個とした場合には、外部接続端子１７と対向する位置は溝１５が形成されている位置であり、バネ状端子の押圧による圧力が発光素子１１に強くかかることはない。

また、実施例１では、線状光源装置１の発光素子１１として青色光のＬＥＤを用い、封止樹脂１３に混合する蛍光体として黄色蛍光体を用い、線状光源装置１の発色光を白色とするものであったが、発光素子１１の発光色および蛍光体の蛍光色はこれらに限るものではない。たとえば、発光素子として青色発光ＬＥＤを用い、封止樹脂１３に混合する蛍光体として赤色蛍光体、緑色蛍光体の２つを用いることで、線状光源装置１の発色光を白色とすることもできる。他にも、リフレクタ１２内に設ける発光素子を青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの２つとし、封止樹脂１３に混合する蛍光体を赤色蛍光体としたり、リフレクタ１２内に設ける発光素子を青色ＬＥＤと赤色ＬＥＤの２つとし、封止樹脂１３に混合する蛍光体を緑色蛍光体としたり、リフレクタ１２内に青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤの３つを配置して線状光源装置１の発光色を白色としてもよい。

また、実施例１では、導光板２の一側面に線状光源装置１を配置していたが、２以上の側面に線状光源装置を配置して面状光源装置を構成してもよい。

さらに、実施例１ではリフレクタ１２を用いているが、リフレクタ１２を設けずに、発光素子１１を封止樹脂１３により封止しただけの構造としてもよい。

本発明の線状光源装置は、導光板と組み合わせて面状光源装置として、携帯電話やデジタルカメラなどの小型の液晶表示パネルのバックライト光源として利用することができる。

１：線状光源装置
２：導光板
３：枠体
１０：配線基板
１１：発光素子
１２：リフレクタ
１３：封止樹脂
１４：スルーホール
１５：溝
１６ａ、ｂ：傾斜面
１７：外部接続端子
３１：バネ状端子

Claims

長方形状で配線パターンが形成された配線基板と、前記配線基板上に前記配線基板の長手方向に配置され、前記配線基板の配線パターンと接続された複数の発光素子と、前記発光素子を封止する封止樹脂と、を有し、導光板の側面に配置して面状光源装置とするための線状光源装置において、
前記配線基板の前記発光素子配置側とは反対側の面であって、前記配線基板の長手方向中央部に、前記配線パターンと接続する外部接続端子を有する、
ことを特徴とする線状光源装置。
前記配線基板の長手方向の一方と他方に対向する傾斜面をそれぞれ備えた２つの部分で構成され、単数ないし複数の前記発光素子ごとに前記２つの傾斜面で挟むようにして分離されて前記配線基板上に配置されたリフレクタをさらに有し、前記封止樹脂は、前記発光素子の配置された配線基板表面と、２つの前記傾斜面とにより囲まれた凹部を埋めるように形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
導光板と、導光板の側面に配置される請求項１または請求項２に記載の線状光源装置と、前記線状光源装置の前記外部接続端子と接触するコネクタと、を有し、
前記コネクタは前記線状光源装置の長手方向中央部を前記導光板側に押圧して固定し、前記外部接続端子と前記コネクタとを接触させる、
ことを特徴とする面状光源装置。
前記コネクタは、バネ状端子であることを特徴とする請求項３に記載の面状光源装置。