JP2013149431A - 線状光源およびその製造方法ならびに液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発光素子を備えた線状光源において、長手方向の輝度の均一化を図る。
【解決手段】線状光源１０１は、長手方向９１に延在し、長手方向９１に対して垂直な第１の側９２に向けて光を供給する線状光源であって、長手方向９１に延在する基板１と、基板１の第１の側９２の表面に配置された複数の発光素子２とを備える。基板１は、長手方向９１に延在する底面部１３と、底面部１３の長手方向９１の両側においてそれぞれ第１の側９２に折れ曲がるようにして底面部１３との間で９０°より大きく１８０°より小さい角度をなすように延在する平面状の第１斜面部１１および第２斜面部１２とを備える。基板１は、第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２がこの順に繰り返すように連なった構造である。複数の発光素子２は、底面部１３を避けて第１斜面部１１および第２斜面部１２のみに配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、線状光源およびその製造方法ならびに液晶表示装置に関するものである。ここでいう「線状光源」とは、基板上に樹脂封止された複数の発光素子を備える線状光源である。

複数の発光素子を備えた線状光源においては、輝度ムラが問題となる。線状光源における輝度ムラの低減を図る発明は、たとえば特開２００４−２３５１３９号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に記載された線状光源では、細長いプリント基板の上に、複数の発光素子がプリント基板の長手方向に並んで等間隔に配置され、さらに発光素子同士の間には、「反射板」と称して両側に傾斜面を有する山型の部材が配置されている。したがって、この線状光源では、長手方向に沿って、発光素子と反射板とが交互に並ぶように配置されている。これにより、発光素子同士の間隙部分においても反射板によって光を前方に取り出し、長手方向に関する輝度の均一化を図ることができるとされている。

線状光源ではないが複数の発光素子を備えた照明装置に関する発明が、特開２００６−３３９０６０号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献２に記載された照明装置では、同心円状に、第１および第２の傾斜面と平坦部とが形成された金属板を備えている。第１および第２の傾斜面と平坦部との上面にはそれぞれ発光ダイオードチップが固定されている。

特開２００４−２３５１３９号公報 特開２００６−３３９０６０号公報

特許文献１に記載された線状光源においては、発光素子間の輝度低下を反射板による光取出しによって補っている。この方法によれば、発光素子から横方向へ出た光を反射板により上方へ反射させることができるので、従来であれば暗部となっていた部位の輝度を向上させることができるが、発光素子から出射した光成分は、発光素子の光軸に沿ってそのまま上方に出射するものと、一旦側方に向かって反射板で反射してから上方に出射するものとが混在しており、前者の方が後者より輝度が高くなる。したがって、この線状光源においては、発光素子が正面を向いて配置されている部位において輝度が高くなり、他の部分においては輝度が低くなるという点で、輝度の均一性に劣っていた。

また、特許文献１では「反射板」と称する山型の部材が配置されているが、この反射板の表面のうち光が当たる部分と当たらない部分の境目においても輝度が急激に変化する部位が生じてしまう。このことによっても、輝度の均一化の効果が薄いものとなっていた。また、線状光源の製造プロセスの面でも反射板の部材を作る工程を追加せざるを得ず、材料費およびプロセス費の増大をもたらしていた。

特許文献２に記載された照明装置は、線状光源ではなく同心円状に形成された凹凸形状の中に２次元的に発光ダイオードチップが配置されるものであるが、この照明装置においても、発光ダイオードチップが正面を向いて配置されている部位において輝度が高くなり、他の部分においては輝度が低くなるという点で、輝度の均一性に劣っていた。したがって、特許文献２に記載された発明も、線状光源の輝度の均一化のためには参考とならなかった。

そこで、本発明は、複数の発光素子を備えた線状光源であって、長手方向の輝度の均一化を図った線状光源およびその製造方法ならびにこのような線状光源を備える液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく線状光源は、長手方向に延在し、上記長手方向に対して垂直な第１の側に向けて光を供給する線状光源であって、上記長手方向に延在する基板と、上記基板の上記第１の側の表面に配置された複数の発光素子とを備える。上記基板は、上記長手方向に延在する底面部と、上記底面部の上記長手方向の両側においてそれぞれ上記第１の側に折れ曲がるようにして上記底面部との間で９０°より大きく１８０°より小さい角度をなすように延在する平面状の第１斜面部および第２斜面部とを備える。上記基板は、第１斜面部、底面部および第２斜面部がこの順に繰り返すように連なった構造である。上記複数の発光素子は、上記底面部を避けて上記第１斜面部および上記第２斜面部のみに配置されている。

本発明によれば、正面を向いて配置される発光素子がないので、輝度が極端に高くなる部位がなく、長手方向の輝度の均一化を図ることができる。

本発明に基づく実施の形態１における線状光源の斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における線状光源の板材を取り除いた状態の斜視図である。 図２に示した線状光源の端部の斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における線状光源の断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における線状光源の断面図である。 本発明に基づく実施の形態３における液晶表示装置の説明図である。 本発明に基づく実施の形態４における線状光源の製造方法の第１の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態４における線状光源の製造方法の第２の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態４における線状光源の製造方法の、第２の工程までを終えた時点での、複数の発光素子の設置のためにワイヤボンディング法を採用した例の断面図である。 本発明に基づく実施の形態４における線状光源の製造方法の、第２の工程までを終えた時点での、複数の発光素子の設置のためにフリップチップ法を採用した例の断面図である。 本発明に基づく実施の形態４における線状光源の製造方法の第３の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態４における線状光源の製造方法の第４の工程の説明図である。

（実施の形態１）
（構成）
図１〜図４を参照して、本発明に基づく実施の形態１における線状光源について説明する。図１に本実施の形態における線状光源１０１の一部分の斜視図を示す。図１に示した例では、線状光源１０１は、手前と奥とに板材１５，１６を備えている。板材１５，１６を取り去った状態を図２に示す。基板１の上面には配線２１が配置されている。基板１は多くの箇所で折り曲げられた形状であり、折り曲げられた結果として複数の凹部４を有している。凹部４内には透光性の封止樹脂層３が配置されている。線状光源１０１の端部において板材１５，１６を取り去った状態を図３に示す。端部５においては、配線２１の端に電極２２が設けられている。線状光源１０１の断面図を図４に示す。

本実施の形態における線状光源１０１は、長手方向９１に延在し、長手方向９１に対して垂直な第１の側９２に向けて光を供給する線状光源である。線状光源１０１は、長手方向９１に延在する基板１と、基板１の第１の側９２の表面に配置された複数の発光素子２とを備える。基板１は、長手方向９１に延在する底面部１３と、底面部１３の長手方向９１の両側においてそれぞれ第１の側９２に折れ曲がるようにして底面部１３との間で９０°より大きく１８０°より小さい角度をなすように延在する平面状の第１斜面部１１および第２斜面部１２とを備える。基板１は、第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２がこの順に繰り返すように連なった構造である。複数の発光素子２は、底面部１３を避けて第１斜面部１１および第２斜面部１２のみに配置されている。

凹部４は、好ましくは底面部１３から第１の側９２に向かってテーパ状に広くなっている。

基板１の表面、特に凹部４の内面となる表面には、発光素子２から出射する光の波長の領域において反射率が高くなる材料を用いることが好ましい。たとえば、基板１の表面にシリコーン系やエポキシ系の白色レジストなどによるコーティングを行なえば、全波長領域において高い反射率を実現できるので好ましい。また、後述のように、発光素子２に電力供給を行なう目的などによって配線などの金属材料を基板１の表面において露出した状態で設ける必要がある場合には、たとえばその配線などの表面をＡｇめっきすることが、高い反射率を実現できるという点で好ましい。基板１の表面または基板１の表面に配置された配線などの表面の反射特性の角度成分としては、完全な鏡面反射ではなく拡散反射成分を含む反射特性を有することが好ましい。拡散反射成分を含むことにより、輝度の均一性を高めることができるからである。基板１の表面などは理想的にはランバート反射することが好ましい。要するに、第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２の第１の側９２の表面が拡散反射成分を含む反射特性を有することが好ましい。このようになっていれば、第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２に当たった光は拡散され、輝度の均一化につながるからである。

基板１の形状の安定性を確保するためには、基板１は、アルミニウムなどの金属からなる基板、樹脂からなるリジッドな基板、樹脂からなるフレキシブルな基板のいずれであってもよい。また、これらのうちの複数を組み合わせた基板であってもよい。

第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２は、基板１を折り曲げることによって形成されていることが好ましい。基板１には、リジッドな基板を用いるか、あるいは、折れ曲がり部の境となる部分のみフレキシブルであるリジッド−フレキシブル複合基板を用いることが望ましい。

発光素子２は発光ダイオードチップであってよい。発光素子２から発せられる光の波長範囲は制限されないが、たとえばＧａＮを用いた発光素子２であれば、４００〜５００ｎｍ程度の発光波長となる。

配線２１と発光素子２との間の接続方法としては、フリップチップ法や、ワイヤボンディング法などが考えられる。これらの接続法について詳しくは後述する。

（作用・効果）
線状光源１０１を第１の側９２から見たときに、長手方向に沿って複数の発光素子２が並んで見えることとなる。図４に示されるように、本実施の形態では、複数の発光素子２は、底面部１３を避けて第１斜面部１１および第２斜面部１２のみに配置されているので、第１の側９２から見て、いずれの発光素子２も斜めを向いており、発光素子２が正面を向いて配置されている部位が存在しない。

一般に発光素子２は設置された面に垂直な方向に光軸を有するので、設置された面に対し法線方向から見た場合に見かけの発光面積が最も広くなる。同時にこの方向への光が最も強く出射される。しかし、本実施の形態では、正面を向いて配置される発光素子２がないので、輝度が極端に高くなる部位がなく、長手方向の輝度の均一化を図ることができる。

また、互いに隣接する２つの発光素子２の間の、いずれの発光素子２からも距離が遠い部位においては、従来は、輝度が低下しがちであったが、本実施の形態では、両方の発光素子２から延びる光軸が交差することとなるので、そのような部位にも重点的に光を届かせることができる。

発光素子２が設置されている第１斜面部１１および第２斜面部１２は、凹部４の出口に向かって進むに従って広がるようにテーパ状に設置されているので、発光素子２から出射した後に封止樹脂層３内部などで何らかの事情で凹部４出口に向かわなかった光がいずれかの斜面部に当たった場合、その光は凹部４の出口側へと進行方向を変えて反射される。したがって、より多くの光が第１の側９２に向かって凹部４の外へ出射するので、線状光源１０１から取り出される光の量が増加する。

第１斜面部１１、第２斜面部１２のうち、凹部４の出口に近く、なおかつ、発光素子２から離れた部位は、従来技術に基づく構成では輝度が低くなりがちであったが、本実施の形態では、第１斜面部１１のうち凹部４の出口に近い部位には第２斜面部１２に設置された光学素子２からの光が届き、第２斜面部１２のうち凹部４の出口に近い部位には第１斜面部１１に設置された光学素子２からの光が届くので、これらの部位においても輝度が高くなり、線状光源１０１の輝度の均一性が向上する。

本実施の形態で示したように、基板１の第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２に囲まれた部分に、透光性の封止樹脂層３が設けられており、複数の発光素子２は、封止樹脂層３によって覆われていることが好ましい。このようになっていれば、発光素子２を保護することができるからである。封止樹脂層３には蛍光体が混入されていてもよい。この蛍光体の吸収波長や発光波長については特に制限はなく、また、混入の濃度についても、封止樹脂層３内において均一濃度であってもよいし、分布を持った分散をしていてもよい。

本実施の形態における線状光源において、封止樹脂層３は蛍光体を含むものであることが好ましい。この構成を採用することにより、封止樹脂層３自体が蛍光発光することによって、輝度の均一化を図ることができる。

なお、本実施の形態では、基板１の表面に配線２１が２本平行に配置されている例を示したが、配線２１は１本であってもよく、３本以上であってもよい。

なお、本実施の形態では、図１に示したように手前および奥にそれぞれ板材１５，１６を備えているものとして説明したが、このような板材１５，１６がない構造であってもよい。

（実施の形態２）
（構成）
図５を参照して、本発明に基づく実施の形態２における線状光源について説明する。本実施の形態における線状光源１０２は、基本的には、実施の形態１で説明した線状光源１０１と同様の構成であるが、封止樹脂層３の表面の構造が異なる。本実施の形態における線状光源１０２では、封止樹脂層３の光出射側の表面に、光を散乱させる凹凸構造７が設けられている。凹凸構造７は何らかの公知技術によって形成されたものであってよい。

（作用・効果）
封止樹脂３の上面にこのような凹凸構造７を設ければ、封止樹脂３から空気中へ出射する光を散乱させ、広い角度範囲に向けて出射させることができる。したがって、輝度の均一化をより確実に図ることができる。

（実施の形態３）
（構成）
図６を参照して、本発明に基づく実施の形態３における液晶表示装置について説明する。本実施の形態における液晶表示装置５０１は、上記各実施の形態で説明したいずれかの線状光源を備える。本実施の形態における液晶表示装置５０１は、筐体５４を備える。筐体５４の内部において、下から順に導光板５１、光学シート５２、液晶表示パネル５３が重なり合ったものが配置されている。図６に示した例では、筐体５４の内部において導光板５１の一辺に沿うように線状光源１０１が配置されている。線状光源１０１は、実施の形態１で説明したものであってよい。線状光源１０１に代えて、実施の形態２で説明した線状光源１０２を用いてもよい。図６では、導光板５１、光学シート５２、液晶表示パネル５３が平面的位置を少しずつずらして表示されているが、これは重なり順をわかりやすくするためにずらして表示しているのであり、実際の構造としては必ずしもこのようにずれているわけではない。線状光源１０１から出射した光は、導光板５１の一辺から導光板５１の内部に入射するようになっている。

（作用・効果）
本実施の形態における液晶表示装置は、従来技術に比較して輝度の均一化が図られた線状光源を備えているので、表示領域の輝度をより均一化した状態で画像表示をすることができ、優れた液晶表示装置とすることができる。

（実施の形態４）
（製造方法）
図７〜図１２を参照して、本発明に基づく実施の形態４における線状光源の製造方法について説明する。本実施の形態における線状光源の製造方法は、平板状の基板の第１の側の表面に複数の発光素子を設置する工程と、前記基板を折り曲げる工程とを含み、前記折り曲げる工程は、前記基板が、底面部と、前記底面部の両側においてそれぞれ前記第１の側に折れ曲がるようにして前記底面部との間で９０°より大きく１８０°より小さい角度をなすように延在する平面状の第１斜面部および第２斜面部とを備える形になるように折り曲げる工程を含み、前記折り曲げる工程は、前記基板を、第１斜面部、底面部および第２斜面部がこの順に繰り返すように連なった構造とするものである。

さらに、前記基板の第１斜面部、底面部および第２斜面部に囲まれた部分に、透光性の封止樹脂層を配置することによって、前記複数の発光素子を封止する工程を含むことが好ましい。

本実施の形態における線状光源の製造方法について、より具体的に説明する。
まず、図７に示すように基板１を用意する。図８に示すように、基板１の表面に発光素子２を設置する。複数の発光素子２が長手方向９１に沿ってほぼ直線状に並ぶように配置される。図８に示した状態でのより詳細な構造を図９に示す。この例では、基板１の上面に配線２１が設けられている。基板１の上面に発光素子２が設置されている。

図９はワイヤボンディング法を採用した例である。この例では、発光素子２はダイボンド材２４を介して基板１の上面に接合されている。発光素子２と配線２１との間では、それぞれワイヤ２３によってボンディングされることによって、必要な電気的接続が実現されている。この構成を得るには、ダイボンド材２４によって発光素子２を接合した後にワイヤ２３による接続をすればよい。

ワイヤボンディング法の代わりにフリップチップ法を採用した例を図１０に示す。図１０に示した例では、配線２１と発光素子２とははんだ２５を介して接合されている。発光素子２は下面に電極を有しており、はんだ２５は発光素子２の下面の電極に接合している。基板１の表面に発光素子２を設置する際の接合方法は、ここで例示したワイヤボンディング法およびフリップチップ法には限らず他の方法であってもよい。図８、図１１、図１２では、説明の便宜のため、配線２１、ワイヤ２３などを図示省略している。

図１１に示すように、基板１を折り曲げる。折り曲げることによって、第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２が形成される。基板１は、全体として、第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２の並びが繰り返す構造となる。１組の第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２に囲まれることによって凹部４が形成される。各折り曲げ箇所における折り曲げ角度は、凹部４が出口に向かって広がった形状となるように決定される。すなわち、底面部１３の長手方向９１の両側においてそれぞれ第１の側９２に折れ曲がるようにして、平面状の第１斜面部９１および第２斜面部９２が底面部１３との間で９０°より大きく１８０°より小さい角度をなすように折り曲げられる。

この際に、折曲げ作業を容易にする目的で、基板１の折り曲げるべき位置に切込みなどを予め入れておくことも考えられる。あるいは、折り曲げるべき場所のみフレキシブルな材料で形成されているような基板１を用いることも考えられる。あるいは、いわゆるリードフレームのように、金属と樹脂とからなる薄板状の基板１を用いることも考えられる。このようないずれかの方法により、図１１に示したような構造を得る。この構造においては、基板１は、長手方向９１に延在する底面部１３と、底面部１３の長手方向９１の両側においてそれぞれ第１の側９２に折れ曲がるようにして底面部１３との間で９０°より大きく１８０°より小さい角度をなすように延在する平面状の第１斜面部１１および第２斜面部１２とを備える。この時点で、基板１は、第１斜面部１１、底面部１３および第２斜面部１２がこの順に繰り返すように連なった構造である。複数の発光素子２は、底面部１３を避けて第１斜面部１１および第２斜面部１２のみに配置されている。

次に、図１２に示すように、凹部４に発光素子封止樹脂９を充填する。発光素子封止樹脂９としては熱硬化性樹脂を用いてもよい。この場合、常温にてディスペンスによって塗布を行い、後に熱することにより硬化させることが考えられる。発光素子封止樹脂９は硬化することによって封止樹脂層３となる。一般的に、異なる材料同士を組み合わせた構造物において熱変化が生じると、熱膨張係数の違いから熱応力が発生し、線状光源の場合は特に長手方向に応力が作用するが、基板１と封止樹脂層３との間の応力については、基板１の曲げ部分が変形することにより応力を緩和し、封止樹脂層３が剥がれたり、発光素子２の電気的な配線が断線したりすることを防ぐことができる。

こうして、図２に示した線状光源１０１の構造を得ることができる。実際には、図７〜図１２において紙面奥手前方向に長く延在した板材を用いて各工程を行ない、封止樹脂層３を形成する工程まで仕上げた後に、細長い基板１ごとに切断することによって、図２に示した線状光源１０１の構造を得ることとしてもよい。その場合、切断した後で、図１に示したような板材１５，１６を紙面奥手前の両側に貼り付けることとしてもよい。

また、最初から細長い基板１を用いる場合には、図１２に示した発光素子封止樹脂９の充填工程の前に、図１に示したような板材１５，１６を紙面奥手前の両側に貼り付けることが考えられる。基板１にそのような板材１５，１６を貼り付けた後に発光素子封止樹脂９を充填することによって図１に示した線状光源１０１の構造を得ることができる。あるいは、発光素子封止樹脂９の粘性が十分に高い場合には、板材１５，１６を紙面奥手前の両側に貼り付けなくても、図２に示した線状光源１０１の構造を得ることができる。

（作用・効果）
本実施の形態における線状光源の製造方法によれば、実施の形態１で説明した線状光源を容易に得ることができる。すなわち、正面を向いて配置される発光素子２がないことにより、輝度が極端に高くなる部位がなく、長手方向の輝度の均一化を図ることができるような線状光源を容易に得ることができる。

なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 基板、２ 発光素子、３ 封止樹脂層、４ 凹部、５ 端部、７ 凹凸構造、８ ディスペンサ、９ 発光素子封止樹脂、１１ 第１斜面部、１２ 第２斜面部、１３ 底面部、１５，１６ 板材、２１ 配線、２２ 電極、２３ ワイヤ、２４ ダイボンド材、２５ はんだ、５１ 導光板、５２ 光学シート、５３ 液晶表示パネル、５４ 筐体、９１ 長手方向、９２ 第１の側、１０１，１０２ 線状光源、５０１ 液晶表示装置。

Claims (9)

1. 長手方向に延在し、前記長手方向に対して垂直な第１の側に向けて光を供給する線状光源であって、
   前記長手方向に延在する基板と、
   前記基板の前記第１の側の表面に配置された複数の発光素子とを備え、
   前記基板は、前記長手方向に延在する底面部と、
   前記底面部の前記長手方向の両側においてそれぞれ前記第１の側に折れ曲がるようにして前記底面部との間で９０°より大きく１８０°より小さい角度をなすように延在する平面状の第１斜面部および第２斜面部とを備え、
   前記基板は、第１斜面部、底面部および第２斜面部がこの順に繰り返すように連なった構造であり、
   前記複数の発光素子は、前記底面部を避けて前記第１斜面部および前記第２斜面部のみに配置されている、線状光源。
2. 前記第１斜面部、前記底面部および前記第２斜面部の前記第１の側の表面が拡散反射成分を含む反射特性を有する、請求項１に記載の線状光源。
3. 前記第１斜面部、前記底面部および前記第２斜面部は、前記基板を折り曲げることによって形成されている、請求項１または２に記載の線状光源。
4. 前記基板の第１斜面部、底面部および第２斜面部に囲まれた部分に、透光性の封止樹脂層が設けられており、前記複数の発光素子は、前記封止樹脂層によって覆われている、請求項１から３のいずれかに記載の線状光源。
5. 前記封止樹脂層の光出射側の表面に、光を散乱させる凹凸構造が設けられている、請求項４に記載の線状光源。
6. 前記封止樹脂層は蛍光体を含む、請求項４に記載の線状光源。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の線状光源を備える、液晶表示装置。
8. 平板状の基板の第１の側の表面に複数の発光素子を設置する工程と、
   前記基板を折り曲げる工程とを含み、
   前記折り曲げる工程は、前記基板が、底面部と、前記底面部の両側においてそれぞれ前記第１の側に折れ曲がるようにして前記底面部との間で９０°より大きく１８０°より小さい角度をなすように延在する平面状の第１斜面部および第２斜面部とを備える形になるように折り曲げる工程を含み、
   前記折り曲げる工程は、前記基板を、第１斜面部、底面部および第２斜面部がこの順に繰り返すように連なった構造とするものである、線状光源の製造方法。
9. 前記基板の第１斜面部、底面部および第２斜面部に囲まれた部分に、透光性の封止樹脂層を配置することによって、前記複数の発光素子を封止する工程を含む、請求項８に記載の線状光源の製造方法。

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