JP4292641B2 - 面発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば携帯電話等の液晶表示部用のバックライトとして利用できる面発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の表示部には小型で消費電力も小さい液晶ディスプレイが広く利用されている。この液晶ディスプレイは、液晶パネルを表示面側に向けた姿勢として配置されるもので、暗い場所でも文字や画像等が見えるようにバックライトを備えるものが多い。
【０００３】
携帯電話の液晶表示部は単色に光らせた液晶としたものが一般的であり、表示面の面輝度を高くすることよりもむしろ表示面の全体に明暗の差がないように一様に発光させることが必要である。このことから、従来の携帯電話の分野では、光源として表面実装型の発光ダイオードを複数個備えるとともに液晶パネルに一様に光を配光させるための導光板が組み込まれる。図１２に導光板を備えるバックライト構造の概略を示す。
【０００４】
図１２の（ａ）に示すように、従来のバックライト構造は、プリント配線基板５１の上方に透明のアクリル板を利用した導光板５２を配置するとともにその上に液晶を封入した液晶表示パネル５３を備え、プリント配線基板５１に搭載した表面実装型の発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と記す）５４を光源として備えるというものである。このようなアセンブリでは、ＬＥＤ５４は導光板５２の外であって且つ下に位置しているので、ＬＥＤ５４からの光をハウジング５５の内面で反射させるようにし、導光板５２の側面から光が取り入れられる。そして、取り入れられた光は導光板５２の全体に拡散し、液晶表示パネル５３に対するバックライトの機能を果たす。なお、ＬＥＤ５４は図示の例のように導光板５２の右辺に沿って２個配置したり、高輝度化のためにそれ以上の個数としたものが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなバックライト用の光源として用いられるＬＥＤ５４は、旧来ではＧａＰを利用した緑色発光のものが主であったが、最近ではＧａＮ系化合物半導体を利用して高輝度化を達成した青色や緑色の発光のものに代わる傾向にある。このような高輝度のＬＥＤ５４を用いれば、ＬＥＤ５４自身の個数も減らすことができるほか、液晶表示パネル５３の画面も明るくなり表示が見やすい製品の製造が期待される。
【０００６】
ところが、ＬＥＤ５４の輝度が高くなるほど、ＬＥＤ５４に近い部分だけが鮮やかに発光するため、液晶表示パネル５３の画面は図１２の（ｂ）に示す破線の領域がその他の部分よりも明るくなりやすい。このため、単色に光らせた発光の液晶表示の重要な条件としての液晶表示パネル５３の画面全体の均一な明るさ（輝度）が得られず、鮮明な表示もできなくなる。
【０００７】
なお、明るさの差をなくすためには、ＬＥＤ５４の個数を増やせばある程度の効果があるとされているが、ＧａＮ系化合物半導体はかなり高価であり、コスト高となる。また、ＬＥＤ５４の占有面積も増えるので、小型化への対応もできず、実用性はきわめて乏しい。
【０００８】
また、ＬＥＤ５４から放出された光はハウジング５５の内面で反射されてから導光板５２の側面から入射するので、間接光成分が多くなり、ＬＥＤ５４からの発光の利用効率も低下してしまう。
【０００９】
このように、従来のバックライト構造に用いる面発光装置では、光源として利用するＬＥＤが高輝度になるほど一様な明るさの面発光が得られないほか、ＬＥＤが本来持つ発光光量に対して光の利用効率が低いという問題がある。
【００１０】
本発明は、液晶表示パネル等のバックライトとして利用する面発光装置において、高輝度で全面に亘って一様な明るさの発光が得られるようにすることを解決課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配線基板等の導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体発光装置の発光素子からの光を取り入れてほぼ全面を発光面とする導光板とを含む面発光装置であって、前記導光板には、前記発光面と反対側の面に形成され前記発光素子からの光を前記発光面側に反射させる散乱反射層と、前記半導体発光装置の少なくとも発光面を含んでこれを内包する収納部とを備え、前記半導体発光装置には、前記収納部の中に没入され前記発光素子からの光の前記導光板内での輝度分布を一様化する配光ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願第１の発明は、配線基板等の導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体発光装置の発光素子からの光を取り入れてほぼ全面を発光面とする導光板とを含む面発光装置であって、前記導光板には、前記発光面と反対側の面に形成され前記発光素子からの光を前記発光面側に反射させる散乱反射層と、前記半導体発光装置の少なくとも発光面を含んでこれを内包する収納部とを備え、前記半導体発光装置には、前記収納部の中に没入され前記発光素子からの光の前記導光板内での輝度分布を一様化する配光ヘッドを備えたことを特徴とする面発光装置であり、発光素子からの光を配光ヘッドにより最適な輝度分布として導光板の中に入射させるので、導光板の全体の発光面から均一な明るさの発光が得られると同時に光の利用効率も向上させるという作用を有する。
【００１３】
第２の発明は、前記収納部は、前記導光板の縁部の端面に切り欠き形成され前記半導体発光装置を差し込み可能なノッチであることを特徴とする面発光装置であり、導光板の全体の発光面から均一な明るさの発光が得られると同時に光の利用効率も向上させるという作用を有する。
【００１４】
第３の発明は、前記収納部は、前記導光板の一部に部分的に形成され前記半導体発光装置を差し込み可能な開口または凹部であることを特徴とする面発光装置であり、導光板の全体の発光面から均一な明るさの発光が得られると同時に光の利用効率も向上させるという作用を有する。
【００１５】
第４の発明は、前記収納部の両側に発光方向へ向けて傾斜させた発光側反射端面を前記導光板に形成したことを特徴とする面発光装置であり、導光板の全体をより均一化した光量分布に設定できるという作用を有する。
【００１６】
第５の発明は、前記半導体発光装置は、半導体を利用したフリップチップ型の発光素子と前記発光素子を導通搭載したサブマウント素子とを備え、前記配光ヘッドは、前記サブマウント素子を導通固定するとともに前記配線基板等の導通材に導通接続される電極構造を備えてなる面発光装置であり、電気的接続に金属細線を必要としないので、小型化が可能となり生産性も向上させるという作用を有する。
【００１７】
第６の発明は、前記配光ヘッドと前記導光板のノッチの内表面との間に、透明の樹脂または接着剤を素材とする光透過充填剤を充填してなる請求項１から５のいずれかに記載の面発光装置であり、空気層を介さずに発光素子からの光を導光板に入射させるので、発光素子からの光の利用効率を向上させるという作用を有する。
【００１８】
第７の発明は、前記配光ヘッドは、前記発光素子を包含する光透過性のコアと、前記コアの表面であって少なくとも前記ノッチの内表面に臨む位置に形成した光非透過性のシールド材とを備え、前記シールド材には輝度分布を設定するための光透過部パターンを形成してなる面発光装置であり、容易に所望の輝度分布が得られるという作用を有する。
【００１９】
第８の発明は、前記シールド材の光透過部パターンは、光非透過性の金属薄膜の蒸着法またはスパッタ法によるマスクパターンにより形成してなる面発光装置であり、容易に所望の輝度分布が得られるという作用を有する。
【００２０】
第９の発明は、前記コアは、透明のガラスまたは合成樹脂としてなる面発光装置であり、安価で量産性に優れた配光ヘッドの作成ができるという作用を有する。
【００２１】
第１０の発明は、前記シールド材の光透過部パターンは、前記発光素子との間の距離が大きくなるにつれて光透過面積を大きくしてなる面発光装置であり、発光素子から発する光の輝度分布の均一化が容易になるという作用を有する。
【００２２】
第１１の発明は、前記光透過部パターンは、千鳥状の配列として前記シールド材に開けた透過孔としてなる面発光装置であり、線ムラを防止でき輝度の均一化を更に向上させるという作用を有する。
【００２３】
第１２の発明は、前記配光ヘッドのコアには、前記発光素子の主光取り出し面からの光の一部をその発光方向とほぼ直交する向きに反射させるプリズムを備え、前記プリズムからの反射光を前記コアの端面から放出可能としてなる面発光装置であり、発光素子から発する光の利用効率を向上させるという作用を有する。
【００２４】
第１３の発明は、前記配線基板等の導通材と前記発光素子との間をリードフレームを介して導通させてなる面発光装置であり、発光素子の発熱をリードフレームによる熱伝導で放熱できるという作用を有する。
【００２５】
第１４の発明は、前記発光素子を、赤，緑，青の組合せとし、これらの発光素子を前記導光板の肉厚方向に並ぶ関係として前記導通材に配列してなる面発光装置であり、白色発光を含む多色発光に対応できるという作用を有する。
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明の面発光装置の一実施の形態を示す概略であって、（ａ）は切欠正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は要部の正面図である。
【００２８】
図１に示すように、本発明の面発光装置は、導光板１とその下端側の中央に配置した半導体発光装置２との組合せであり、半導体発光装置２を導通搭載するプリント配線基板３からの通電によって半導体発光装置２を発光させる。なお、本実施の形態による面発光装置は、後述する例で示すように、導光板１を液晶表示パネルの裏面に配置してバックライトとして利用できる構成としたものである。
【００２９】
導光板１は、たとえばアクリル樹脂によって一様な肉厚として形成された透明の板であり、裏面側には半導体発光装置２から取り込まれた光の一部を表面側に反射する散乱反射層１ａを形成するとともに、下端の中央には半導体発光装置２を組み込むためのノッチ１４を設けたものである。散乱反射層１ａは、図１の（ｂ）において拡大して示すように、たとえば微小な凸パターンとしたものである。また、ノッチ１４は導光板１の幅方向の中心線に対して線対称となるように長方形状に切り欠いたもので、このノッチ１４の左右の下端面は斜め上がりの発光側反射端面１ｃ，１ｄとして形成されている。
【００３０】
図２は半導体発光装置２の詳細であって、（ａ）は導通用の基板とともに示す切欠正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視から見た切欠側面図である。また、図３の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ半導体発光装置２の平面図及び底面図を示す。
【００３１】
半導体発光装置２は発光素子４と、これを搭載するサブマウント素子５、配光ヘッド６とから構成されたものである。
【００３２】
発光素子４はたとえばＧａＮ系化合物半導体を利用した青色発光のもので、透明のサファイアを利用した基板４ａにＧａＮのｎ型層及びｐ型層を積層形成し、これらの層のそれぞれの表面にｎ側電極４ｂ及びｐ側電極４ｃを形成したものである。そして、発光素子４はフリップチップ型としてアセンブリされ、基板４ａ側を主光取り出し面としてサブマウント素子５に実装されている。
【００３３】
サブマウント素子５は、たとえばシリコンウエハーから形成されたシリコン基板５ａの表面にｎ電極５ｂとｐ電極５ｃとをそれぞれ形成したものである。このサブマウント素子５には、発光素子４のｎ側電極４ｂをｐ電極５ｃに及びｐ側電極４ｃをｎ電極５ｂにそれぞれバンプ電極７ａ，７ｂによって導通させて、発光素子４が搭載固定される。なお、バンプ電極７ａ，７ｂに代えて、導電性接着剤を用いてもよい。
【００３４】
配光ヘッド６は、直方体状の透明のガラスを利用したコア６ａと、左右の側面及び長辺方向の下端側を除いてコア６ａを被覆するシールド材６ｂと、コア６ａの底面に貼り付けた２枚の電極６ｃ，６ｄとから構成されたものである。コア６ａは底面の中央部に円弧状に切欠した窪み６ｅを形成したもので、この窪み６ｅの中に発光素子４を埋没させる。また、電極６ｃ，６ｄはアルミニュウムの薄膜を用いたもので、図２の（ｂ）の切欠側面図に示すように、コア６ａの長辺方向の中間で区分けして形成されている。そして、サブマウント素子５のｎ電極５ｂを一方の電極６ｃ及びｐ電極５ｃを他方の電極６ｄに対応させ、それぞれ２個ずつのバンプ電極８ａ，８ｂによってサブマウント素子５と配光ヘッド６とを一体に連結する。なお、バンプ電極８ａ，８ｂに代えて、導電性接着剤を用いてもよく、またシールド材６ｂはコア６ａの長辺方向の側面の全体に被さるように形成してもよい。
【００３５】
シールド材６ｂは電極６ｃ，６ｄと同様にアルミニュウムの薄膜層であり、左右の側面と長辺側の両側面の下端部を除いてコア６ａを被覆している。そして、図３の（ａ）の平面図に示すように、コア６ａの上面を被覆している部分には発光素子４からの光を通すための透過孔６ｈを多数開けている。これらの透過孔６ｈは、アルミニュウムの薄膜をコア６ａの表面に積層した後に金属蒸着法またはスパッタ法等のマスクパターンを利用して形成することができ、シールド材６ｂの長辺方向にみて、中央部では１個、その左右には２個、更にその左右には４個ずつのものを２列配置したパターンとなっている。すなわち、シールド材６ｂの中央部では透過孔６ｈの分布数が少なく、端部に向かうに連れて多くなる分布であり、この分布に比例して発光素子４からの光が透過する量も変化する。
【００３６】
このようなシールド材６ｂをコア６ａに被膜することで、コア６ａの長手方向の両端面の全面から図２の（ａ）の矢印方向に放出される。
【００３７】
発光素子４をサブマウント素子５に搭載し、このサブマウント素子５を配光ヘッド６に一体化したアセンブリの半導体発光装置２は、図２の（ａ）に示すようにプリント配線基板３の表面に実装される。このプリント配線基板３はサブマウント素子５を落とし込むための装着孔３ａを開けるとともに、導通用の配線パターン（図示せず）を表面に形成したものである。そして、導電性接着剤３ｂを配光ヘッド６の電極６ｃ，６ｄと配線パターンとの間に介在させて、配光ヘッド６をプリント配線基板３に導通固定し、これによりプリント配線基板３と発光素子４とを導通させることができる。
【００３８】
図１に戻って、半導体発光装置２は窪み６ｅの中に発光素子４を没入させた配光ヘッド６を導光板１のノッチ１４の中に差し込んだ状態でアセンブリされる。そして、導光板１の表面側には同図の（ｂ）に示すように、液晶を封入した液晶表示パネル９を配置する。これらの導光板１，半導体発光装置２，液晶表示パネル９に加えてプリント配線基板３は液晶表示装置のハウジング（図示せず）内の所定の位置に配置され、図１に示す位置関係として各部材が固定される。また、配光ヘッド６はノッチ１４の内周面との間には適切な大きさのギャップができるようにし、配光ヘッド６の底面を除く面からの光の全てをノッチ１４の内周面から導光板１の中に取り込めるようにする。
【００３９】
以上の構成において、プリント配線基板３からの通電によって発光素子４が発光し、その光は窪み６ｅから透明ガラス製のコア６ａに取り込まれる。コア６ａは、図２の（ａ）で説明したように長手方向の両端面の全面、シールド材６ｂの透過孔６ｈを光の放出部とする。両端面からの光は導光板１のノッチ１４の左右の側壁面１４ａ，１４ｂ側へ向かって導光板１内に入り込む。シールド材６ｂの透過孔６ｈからの光はノッチ１４の上壁面１４ｃを抜けて導光板１に取り込まれる。また、配光ヘッド６の底面側に抜けようとする光は、アルミニュウムの電極６ｃ，６ｄで反射される成分となるが、その殆どはコア６ａの長手方向の両端面及び透過孔６ｈから放出される光に合流する。
【００４０】
このような配光ヘッド６による光の配光性では、発光素子４が位置している部分からの放出光量分布が均一化される。したがって、発光輝度の高い発光素子４を用いるとき、導光板１の中央部分だけが突出して明るくなるようなことはなく、導光板１のほぼ全体に光が拡散される。
【００４１】
すなわち、配光ヘッド６の中央部では、上面の中央部の分布数が少ない透過孔６ｈによる光の照射だけである。このため、たとえば発光素子４だけを導光板１に対峙させた場合では、発光素子４に近い部分が高輝度となるのに対し、導光板１の中央部への光の入射量は抑えられるので輝度の突出もない。一方、配光ヘッド６の長手方向の端部では、その端面からのノッチ１４の側壁面１４ａ，１４ｂに向かう光と、分布数が多い透過孔６ｈからの光とが放出される。したがって、発光素子４からの距離が離れていて、その輝度が配光ヘッド６の中央部付近のものに比べて劣っていても、照射量を増やすことで輝度の突出が抑えられた導光板１の中央域の明るさと同じ程度の輝度が得られる。また、ノッチ１４の側壁面１４ａ，１４ｂから取り込まれた光はそれぞれ発光側反射端面１ｃ，１ｄで全反射し、図１の（ａ）において導光板１の中を上向きに進む。したがって、シールド材６ｂで被覆されていないコア６ａの長手方向の両端面からの照射量の光の成分が導光板１の幅方向の両端部に拡散し、発光素子４から離れている領域部分の輝度も一様化する。
【００４２】
このように、配光ヘッド６をノッチ１４の中に配置することで、１個の発光素子４からの光で導光板１の全体をほぼ均一な明るさとして発光させることができる。したがって、発光素子４が高輝度であっても、導光板１の中央部の下端側だけが突出して明るくなることがなく、導光板１の全面から輝度の高い一様な明るさの発光が得られる。このため、導光板１からの光によって照明される液晶表示パネル９の画面にも明度のばらつきがなく、画面全体を均一な明るさとして表示できる。
【００４３】
なお、図１の（ｃ）に示すように、導光板１の下端の発光側反射端面１ｃ，１ｄを微小な階段状とした外形としてもよい。このように微小な階段状の発光側反射端面１ｃ，１ｄとすれば、半導体発光装置２の側方から出る光は発光方向と直交する面から発光方向に反射されると同時に発光方向と平行な面からの反射光の成分も加わるので、導光板１の全体の光量分布を均一にできる。
【００４４】
図４は別の例を示す面発光装置の正面図であり、これはサブマウント素子を備えずに発光素子をプリント配線基板の表面に直に実装したものである。なお、先に説明したものと同じ構成部材については共通の符号で指示し、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
発光素子４は基板４ａをプリント配線基板１０にたとえば絶縁性の接着剤によって搭載固定され、ｎ側及びｐ側の電極４ｂ，４ｃとプリント配線基板１０の配線パターン（図示せず）との間をワイヤ１０ａ，１０ｂによってボンディングしている。そして、この発光素子４を窪み６ｅに没入させた状態として配光ヘッド６がプリント配線基板１０に搭載され、接着剤（図示せず）によって固定される。なお、配光ヘッド６は先の例とは異なり、その底面には電極６ｃ，６ｄはなく絶縁性のコア６ａが直にプリント配線基板１０の上に搭載される。
【００４６】
ここで、図１に示した例では、配光ヘッド６はノッチ１４の中に差し込まれるだけで、側壁面１４ａ，１４ｂ及び上壁面１４ｃとの間にギャップがあるままとした。これに対し、図示の例では配光ヘッド６の表面周りのギャップを透明の樹脂または接着剤等の光が透過する光透過充填剤１１により封止する。
【００４７】
図４の構成においても、通電によって発光素子４が発光すると、配光ヘッド６によって導光板１の全体を高輝度で一様な明るさで発光させることができる。そして、ノッチ１４から取り込まれる光は、配光ヘッド６の周りとノッチ１４の内周との間に充填した光透過充填剤１１を抜けるので、空気層のギャップがある場合に比べると、発光素子４からの発光の利用効率が上がる。したがって、導光板１をより一層明るく発光させることができ、１個の発光素子４でも液晶表示パネルのバックライト用として十分な機能が果たせる。
【００４８】
図５は発光素子への導通接続の部材としてリードフレームを用いる場合の概略側面図である。
【００４９】
携帯電話の本体内に配置されたプリント配線基板１２の配線パターンにリードフレーム１２ａの基端を導通させて固定するとともに、先端側を発光素子４に導通させている。
【００５０】
このようにリードフレーム１２ａを用いるものでは、発光素子４が発光しているときの発熱がリードフレーム１２ａからプリント配線基板１２側へ熱伝達される。したがって、発光素子４からの放熱が促され、その発光性能の低下を防ぐことができ、導光板１の高輝度の発光が維持される。
【００５１】
図６は導光板１の下端側に開口を設けてこの開口の中に半導体発光装置２を組み込んだ例を示す概略正面図、図７はプリント配線基板との導通構造を示す切欠側面図である。なお、先の例と同じ構成部材については共通の符号で指示し、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
導光板１の下端側には、プリント配線基板１２にリードフレーム１２ａによって導通固定された半導体発光装置２を組み込める程度の大きさの長方形状の開口１ｅを設ける。そして、図４及び図５で示したものと同様に、配光ヘッド６のコア６ａの左右の端面が開口１ｅの長手方向の両面を向く姿勢とする。
【００５３】
このように開口１ｅに半導体発光装置２を組み込む場合でも、先の図１及び図４の例と同様に導光板１の全体から均一な光量の光を放出できる。また、半導体発光装置２の下方に導光板１の外郭面が位置するので、この部分も含めて反射面とすることができ、輝度の向上も図られる。そして、半導体発光装置２及びその導通構造部分が導光板１の外からはみ出さないので、全体の嵩を小さくできるとともに半導体発光装置２の保護も可能となる。
【００５４】
図８は導光板１に設ける収納部を導光板１の底面側から凹ませて設けた凹部とした例であり、同図の（ａ）はプリント配線基板との導通構造とともに示す要部の切欠側面図、（ｂ）は半導体発光装置の組み込み部分の拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｄ）は半導体発光装置とリードフレームとの接続を示す概略斜視図である。なお、導通構造は図４〜図７に示したものと同様であり、同じ構成部材については共通の符号で指示し詳細な説明は省略する。
【００５５】
導光板１の底面であって外郭縁に偏った位置に凹部１ｆが設けられ、図２に示した発光素子４とサブマウント素子５とから構成された半導体発光装置２を装着した配光ヘッド６がこの凹部１ｆの中に収納されている。一方、プリント配線基板１２から立ち上げた２本のリードフレーム１２ａが、図２で説明した配光ヘッド６の電極６ｃ，６ｄに接合されている。
【００５６】
このようなプリント配線基板１２との導通構造によって半導体発光装置２に通電することによって、凹部１ｆから光を導光板１の全体に拡散させて一様に発光させることができる。
【００５７】
図９の（ａ）及び（ｂ）はフレキシブル基板による導通構造の概略図、（ｃ）及び（ｄ）は接点金具を利用する導通構造の概略図であり、図８に示したように凹部１ｆの中に半導体発光装置２を収納した例である。
【００５８】
図９の（ａ）は、凹部１ｆの中に収納した半導体発光装置２に対し、プリント配線基板１２から延ばしたフレキシブル基板１２ｂを導通接続した例である。このフレキシブル基板１２ｂは、図８の（ｃ）及び（ｄ）に示した配光ヘッド６の電極６ｃ，６ｄに導通するように配線パターンを接続末端に形成したものである。このように、フレキシブル基板１２ｂを利用する導通構造では、プリント配線基板１２からの振動や衝撃があってもフレキシブル基板１２ｂの弾性によって導光板１への伝達が緩和され、耐久性を向上させることができる。
【００５９】
図９の（ｂ）は半導体発光装置２へのフレキシブル基板１２ｂに加えて液晶表示パネル９に導通する液晶駆動用のフレキシブル基板１２ｃを備えた例である。このような構成では、半導体発光装置２と液晶表示パネル９への導通路を集約して設けることができるので、装置の小型化が図られる。
【００６０】
図９の（ｃ）はプリント配線基板１２に取り付けた２個の接点金具１２ｄと導光板１に取り付けた２枚の端子プレート１２ｅとによる導通構造とした例である。２個の接点金具１２ｄは、プリント配線基板１２の配線パターンに導通して互いに間隔をおいて配置され、２枚の端子プレート１２ｅは同図の（ｄ）に示すように配光ヘッド６の電極６ｃ，６ｄに導通させて導光板１に固定されている。そして、これらの接点金具１２ｄと端子プレート１２ｅとを接触させるアセンブリとすることによって、プリント配線基板１２と半導体発光装置２とを導通させることができる。このような構成では、図８に示したフレキシブル基板１２ｂを用いる場合に比べると、組立てが簡単になる。
【００６１】
なお、図８及び図９の導通構造は、図４〜図６に示した導光板１への半導体発光装置２の組み込み構造にも適用できる。
【００６２】
図１０は配光ヘッド６のより好適な例であって、（ａ）は平面図，（ｂ）は縦断面図である。なお、発光素子とプリント配線基板は図４に示した例と同様であり、部材には共通の符号を付している。
【００６３】
同図の（ａ）に示すように、シールド材６ｂに開けた透過孔６ｈは、中央部では分布数が少なく、長手方向の両端部に向かうにつれて分布数が多くなっている。この透過孔６ｈの分布パターンは図３の（ａ）の例で示したものと実質的に同じであるが、本例では透過孔６ｈを千鳥状に近いランダムな配置としている。このような配列パターンの透過孔６ｈを設けることにより、発光素子４からの光量を分散させることができ、輝度の相違による線ムラを防止でき均一化に有効である。
【００６４】
また、コア６ａは１個の透明のガラスであり、発光素子４の真上に発光素子４からの光を長手方向に分けるプリズム６ｇを設けたものである。このようなプリズム６ｇを備えることによって、発光素子４から真上に放出される光の一部はそのまま透過させて透過孔６ｈから放出させるとともに、プリズム６ｇの表面で反射させた光の成分を透明コアガラス６ｆの端面側に向かわせることができる。したがって、導光板１のノッチ１４から導光板１の幅方向へ拡散する光の成分を増やすことができ、導光板１の全体の輝度を上げると同時に明るさの均一化が有効に促される。
【００６５】
図１１は赤，青，緑の３個の発光素子をプリント配線基板に搭載した例の半導体発光装置の例であり、（ａ）は切欠正面図、（ｂ）は平面図である。
【００６６】
プリント配線基板及び発光素子の導通構造は図４の例と同様であり、配光ヘッド６の窪み６ｅの中に、配光ヘッド６の長手方向と直交する向きに赤，緑，青の発光素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを配列させてプリント配線基板１０の上にそれぞれ導通搭載している。そして、これらの発光素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃへの通電を制御することによって、白色を含む多色の発光色を得ることができる。
【００６７】
このような赤，緑，青の発光素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えるものでは、通電の制御によって白色を含む様々な色を発光できるので、図４に示した例のように導光板１と組み合わせると、導光板１も各種の発光色とすることができる。したがって、液晶表示パネル９の表示画面を様々な色のバックライトで照明でき、表示内容の種類に応じて照明光を変えることで表示をより一層効果的にディスプレイすることができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明では、発光素子から導光板に取り入れられる光を、導光板の全体が均一な明るさとなるように配光ヘッドによって輝度分布が調整されるので、高輝度の発光素子を１個だけ導光板の端面に沿わせて配置しても、発光素子に近い部分だけが突出して高輝度となることがない。また、直接光として取り入れるので、発光素子からの光の利用効率が上がり、面輝度も向上する。したがって、導光板を液晶表示パネル等のバックライトとして利用すれば、液晶画面の全体を明暗なく一様な明るさで照明でき、表示画像を格段に見やすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による面発光装置であって、
（ａ）は切欠正面図
（ｂ）は一部を拡大して示す右側面図
（ｃ）は発光側反射端面を微小な階段状とした例を示す要部の正面図
【図２】本発明の面発光装置に備える半導体発光装置の詳細であって、
（ａ）はプリント配線基板に実装したときの切欠図
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視方向に見た切欠図
【図３】（ａ）は図２の半導体発光装置の平面図
（ｂ）は底面図
【図４】配光ヘッドの周りに光透過充填剤を充填した面発光装置の例を示す正面図
【図５】リードフレームによる発光素子の導通構造とした例の概略図
【図６】導光板の下端側に開口を設けてこの開口の中に半導体発光装置を組み込む例を示す正面図
【図７】図６の例の切欠左側面図
【図８】導光板の底面に凹部を設けてこの凹部に半導体発光装置を収納する例であって、
（ａ）は要部の切欠側面図
（ｂ）は凹部への半導体発光装置の組み込み及び導通構造を示す拡大断面図
（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図
（ｄ）はリードフレームと配光ヘッドとの導通構造を示す概略斜視図
【図９】導光板に設けた凹部に半導体発光素子を収納した構造における導通構造の別の例であって、
（ａ）はフレキシブル基板による導通構造を示す切欠側面図
（ｂ）は液晶表示パネルにもフレキシブル基板を接続する例の切欠側面図
（ｃ）は接点金具と端子プレートによる導通構造を示す切欠側面図
（ｄ）は端子プレートと配光ヘッドとの導通構造を示す概略斜視図
【図１０】配光ヘッドの別の例であって、
（ａ）は平面図
（ｂ）は縦断面図
【図１１】赤，緑，青の発光素子を備える半導体発光装置とした例であって、
（ａ）は一部切欠正面図
（ｂ）は平面図
【図１２】導光板による配光の従来例であって、
（ａ）は要部の切欠正面図
（ｂ）は液晶表示パネルとＬＥＤの位置関係を示す平面図
【符号の説明】
１ 導光板
１ａ 散乱反射層
１ｅ 開口
１ｆ 凹部
２ 半導体発光装置
３ プリント配線基板
３ａ 装着孔
３ｂ 導電性接着剤
４ 発光素子
４ａ 基板
４ｂ ｎ側電極
４ｃ ｐ側電極
５ サブマウント素子
５ａ シリコン基板
５ｂ ｎ電極
５ｃ ｐ電極
６ 配光ヘッド
６ａ コア
６ｂ シールド材
６ｃ，６ｄ 電極
６ｅ 窪み
６ｆ 透明コアガラス
６ｇ プリズム
６ｈ 透過孔
７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ バンプ電極
９ 液晶表示パネル
１０ プリント配線基板
１１ 光透過充填剤
１２ プリント配線基板
１２ａ リードフレーム
１２ｂ，１２ｃ フレキシブル基板
１２ｄ 接点金具
１２ｅ 端子プレート
１３ａ （赤色）発光素子
１３ｂ （緑色）発光素子
１３ｃ （青色）発光素子
１４ ノッチ
１４ａ，１４ｂ 側壁面
１４ｃ 上壁面
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば携帯電話等の液晶表示部用のバックライトとして利用できる面発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の表示部には小型で消費電力も小さい液晶ディスプレイが広く利用されている。この液晶ディスプレイは、液晶パネルを表示面側に向けた姿勢として配置されるもので、暗い場所でも文字や画像等が見えるようにバックライトを備えるものが多い。
【０００３】
携帯電話の液晶表示部は単色に光らせた液晶としたものが一般的であり、表示面の面輝度を高くすることよりもむしろ表示面の全体に明暗の差がないように一様に発光させることが必要である。このことから、従来の携帯電話の分野では、光源として表面実装型の発光ダイオードを複数個備えるとともに液晶パネルに一様に光を配光させるための導光板が組み込まれる。図１２に導光板を備えるバックライト構造の概略を示す。
【０００４】
図１２の（ａ）に示すように、従来のバックライト構造は、プリント配線基板５１の上方に透明のアクリル板を利用した導光板５２を配置するとともにその上に液晶を封入した液晶表示パネル５３を備え、プリント配線基板５１に搭載した表面実装型の発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と記す）５４を光源として備えるというものである。このようなアセンブリでは、ＬＥＤ５４は導光板５２の外であって且つ下に位置しているので、ＬＥＤ５４からの光をハウジング５５の内面で反射させるようにし、導光板５２の側面から光が取り入れられる。そして、取り入れられた光は導光板５２の全体に拡散し、液晶表示パネル５３に対するバックライトの機能を果たす。なお、ＬＥＤ５４は図示の例のように導光板５２の右辺に沿って２個配置したり、高輝度化のためにそれ以上の個数としたものが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなバックライト用の光源として用いられるＬＥＤ５４は、旧来ではＧａＰを利用した緑色発光のものが主であったが、最近ではＧａＮ系化合物半導体を利用して高輝度化を達成した青色や緑色の発光のものに代わる傾向にある。このような高輝度のＬＥＤ５４を用いれば、ＬＥＤ５４自身の個数も減らすことができるほか、液晶表示パネル５３の画面も明るくなり表示が見やすい製品の製造が期待される。
【０００６】
ところが、ＬＥＤ５４の輝度が高くなるほど、ＬＥＤ５４に近い部分だけが鮮やかに発光するため、液晶表示パネル５３の画面は図１２の（ｂ）に示す破線の領域がその他の部分よりも明るくなりやすい。このため、単色に光らせた発光の液晶表示の重要な条件としての液晶表示パネル５３の画面全体の均一な明るさ（輝度）が得られず、鮮明な表示もできなくなる。
【０００７】
なお、明るさの差をなくすためには、ＬＥＤ５４の個数を増やせばある程度の効果があるとされているが、ＧａＮ系化合物半導体はかなり高価であり、コスト高となる。また、ＬＥＤ５４の占有面積も増えるので、小型化への対応もできず、実用性はきわめて乏しい。
【０００８】
また、ＬＥＤ５４から放出された光はハウジング５５の内面で反射されてから導光板５２の側面から入射するので、間接光成分が多くなり、ＬＥＤ５４からの発光の利用効率も低下してしまう。
【０００９】
このように、従来のバックライト構造に用いる面発光装置では、光源として利用するＬＥＤが高輝度になるほど一様な明るさの面発光が得られないほか、ＬＥＤが本来持つ発光光量に対して光の利用効率が低いという問題がある。
【００１０】
本発明は、液晶表示パネル等のバックライトとして利用する面発光装置において、高輝度で全面に亘って一様な明るさの発光が得られるようにすることを解決課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配線基板等の導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体発光装置の発光素子からの光を取り入れてほぼ全面を発光面とする導光板とを含む面発光装置であって、前記導光板には、前記発光面と反対側の面に形成され前記発光素子からの光を前記発光面側に反射させる散乱反射層と、前記半導体発光装置の少なくとも発光面を含んでこれを内包する収納部とを備え、前記半導体発光装置には、前記収納部の中に没入され前記発光素子からの光の前記導光板内での輝度分布を一様化する配光ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願第１の発明は、配線基板等の導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体発光装置の発光素子からの光を取り入れてほぼ全面を発光面とする導光板とを含む面発光装置であって、前記導光板には、前記発光面と反対側の面に形成され前記発光素子からの光を前記発光面側に反射させる散乱反射層と、前記半導体発光装置の少なくとも発光面を含んでこれを内包する収納部とを備え、前記半導体発光装置には、前記収納部の中に没入され前記発光素子からの光の前記導光板内での輝度分布を一様化する配光ヘッドを備えたことを特徴とする面発光装置であり、発光素子からの光を配光ヘッドにより最適な輝度分布として導光板の中に入射させるので、導光板の全体の発光面から均一な明るさの発光が得られると同時に光の利用効率も向上させるという作用を有する。
【００１３】
第２の発明は、前記収納部は、前記導光板の縁部の端面に切り欠き形成され前記半導体発光装置を差し込み可能なノッチであることを特徴とする面発光装置であり、導光板の全体の発光面から均一な明るさの発光が得られると同時に光の利用効率も向上させるという作用を有する。
【００１４】
第３の発明は、前記収納部は、前記導光板の一部に部分的に形成され前記半導体発光装置を差し込み可能な開口または凹部であることを特徴とする面発光装置であり、導光板の全体の発光面から均一な明るさの発光が得られると同時に光の利用効率も向上させるという作用を有する。
【００１５】
第４の発明は、前記収納部の両側に発光方向へ向けて傾斜させた発光側反射端面を前記導光板に形成したことを特徴とする面発光装置であり、導光板の全体をより均一化した光量分布に設定できるという作用を有する。
【００１６】
第５の発明は、前記半導体発光装置は、半導体を利用したフリップチップ型の発光素子と前記発光素子を導通搭載したサブマウント素子とを備え、前記配光ヘッドは、前記サブマウント素子を導通固定するとともに前記配線基板等の導通材に導通接続される電極構造を備えてなる面発光装置であり、電気的接続に金属細線を必要としないので、小型化が可能となり生産性も向上させるという作用を有する。
【００１７】
第６の発明は、前記配光ヘッドと前記導光板のノッチの内表面との間に、透明の樹脂または接着剤を素材とする光透過充填剤を充填してなる請求項１から５のいずれかに記載の面発光装置であり、空気層を介さずに発光素子からの光を導光板に入射させるので、発光素子からの光の利用効率を向上させるという作用を有する。
【００１８】
第７の発明は、前記配光ヘッドは、前記発光素子を包含する光透過性のコアと、前記コアの表面であって少なくとも前記ノッチの内表面に臨む位置に形成した光非透過性のシールド材とを備え、前記シールド材には輝度分布を設定するための光透過部パターンを形成してなる面発光装置であり、容易に所望の輝度分布が得られるという作用を有する。
【００１９】
第８の発明は、前記シールド材の光透過部パターンは、光非透過性の金属薄膜の蒸着法またはスパッタ法によるマスクパターンにより形成してなる面発光装置であり、容易に所望の輝度分布が得られるという作用を有する。
【００２０】
第９の発明は、前記コアは、透明のガラスまたは合成樹脂としてなる面発光装置であり、安価で量産性に優れた配光ヘッドの作成ができるという作用を有する。
【００２１】
第１０の発明は、前記シールド材の光透過部パターンは、前記発光素子との間の距離が大きくなるにつれて光透過面積を大きくしてなる面発光装置であり、発光素子から発する光の輝度分布の均一化が容易になるという作用を有する。
【００２２】
第１１の発明は、前記光透過部パターンは、千鳥状の配列として前記シールド材に開けた透過孔としてなる面発光装置であり、線ムラを防止でき輝度の均一化を更に向上させるという作用を有する。
【００２３】
第１２の発明は、前記配光ヘッドのコアには、前記発光素子の主光取り出し面からの光の一部をその発光方向とほぼ直交する向きに反射させるプリズムを備え、前記プリズムからの反射光を前記コアの端面から放出可能としてなる面発光装置であり、発光素子から発する光の利用効率を向上させるという作用を有する。
【００２４】
第１３の発明は、前記配線基板等の導通材と前記発光素子との間をリードフレームを介して導通させてなる面発光装置であり、発光素子の発熱をリードフレームによる熱伝導で放熱できるという作用を有する。
【００２５】
第１４の発明は、前記発光素子を、赤，緑，青の組合せとし、これらの発光素子を前記導光板の肉厚方向に並ぶ関係として前記導通材に配列してなる面発光装置であり、白色発光を含む多色発光に対応できるという作用を有する。
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明の面発光装置の一実施の形態を示す概略であって、（ａ）は切欠正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は要部の正面図である。
【００２８】
図１に示すように、本発明の面発光装置は、導光板１とその下端側の中央に配置した半導体発光装置２との組合せであり、半導体発光装置２を導通搭載するプリント配線基板３からの通電によって半導体発光装置２を発光させる。なお、本実施の形態による面発光装置は、後述する例で示すように、導光板１を液晶表示パネルの裏面に配置してバックライトとして利用できる構成としたものである。
【００２９】
導光板１は、たとえばアクリル樹脂によって一様な肉厚として形成された透明の板であり、裏面側には半導体発光装置２から取り込まれた光の一部を表面側に反射する散乱反射層１ａを形成するとともに、下端の中央には半導体発光装置２を組み込むためのノッチ１４を設けたものである。散乱反射層１ａは、図１の（ｂ）において拡大して示すように、たとえば微小な凸パターンとしたものである。また、ノッチ１４は導光板１の幅方向の中心線に対して線対称となるように長方形状に切り欠いたもので、このノッチ１４の左右の下端面は斜め上がりの発光側反射端面１ｃ，１ｄとして形成されている。
【００３０】
図２は半導体発光装置２の詳細であって、（ａ）は導通用の基板とともに示す切欠正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視から見た切欠側面図である。また、図３の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ半導体発光装置２の平面図及び底面図を示す。
【００３１】
半導体発光装置２は発光素子４と、これを搭載するサブマウント素子５、配光ヘッド６とから構成されたものである。
【００３２】
発光素子４はたとえばＧａＮ系化合物半導体を利用した青色発光のもので、透明のサファイアを利用した基板４ａにＧａＮのｎ型層及びｐ型層を積層形成し、これらの層のそれぞれの表面にｎ側電極４ｂ及びｐ側電極４ｃを形成したものである。そして、発光素子４はフリップチップ型としてアセンブリされ、基板４ａ側を主光取り出し面としてサブマウント素子５に実装されている。
【００３３】
サブマウント素子５は、たとえばシリコンウエハーから形成されたシリコン基板５ａの表面にｎ電極５ｂとｐ電極５ｃとをそれぞれ形成したものである。このサブマウント素子５には、発光素子４のｎ側電極４ｂをｐ電極５ｃに及びｐ側電極４ｃをｎ電極５ｂにそれぞれバンプ電極７ａ，７ｂによって導通させて、発光素子４が搭載固定される。なお、バンプ電極７ａ，７ｂに代えて、導電性接着剤を用いてもよい。
【００３４】
配光ヘッド６は、直方体状の透明のガラスを利用したコア６ａと、左右の側面及び長辺方向の下端側を除いてコア６ａを被覆するシールド材６ｂと、コア６ａの底面に貼り付けた２枚の電極６ｃ，６ｄとから構成されたものである。コア６ａは底面の中央部に円弧状に切欠した窪み６ｅを形成したもので、この窪み６ｅの中に発光素子４を埋没させる。また、電極６ｃ，６ｄはアルミニュウムの薄膜を用いたもので、図２の（ｂ）の切欠側面図に示すように、コア６ａの長辺方向の中間で区分けして形成されている。そして、サブマウント素子５のｎ電極５ｂを一方の電極６ｃ及びｐ電極５ｃを他方の電極６ｄに対応させ、それぞれ２個ずつのバンプ電極８ａ，８ｂによってサブマウント素子５と配光ヘッド６とを一体に連結する。なお、バンプ電極８ａ，８ｂに代えて、導電性接着剤を用いてもよく、またシールド材６ｂはコア６ａの長辺方向の側面の全体に被さるように形成してもよい。
【００３５】
シールド材６ｂは電極６ｃ，６ｄと同様にアルミニュウムの薄膜層であり、左右の側面と長辺側の両側面の下端部を除いてコア６ａを被覆している。そして、図３の（ａ）の平面図に示すように、コア６ａの上面を被覆している部分には発光素子４からの光を通すための透過孔６ｈを多数開けている。これらの透過孔６ｈは、アルミニュウムの薄膜をコア６ａの表面に積層した後に金属蒸着法またはスパッタ法等のマスクパターンを利用して形成することができ、シールド材６ｂの長辺方向にみて、中央部では１個、その左右には２個、更にその左右には４個ずつのものを２列配置したパターンとなっている。すなわち、シールド材６ｂの中央部では透過孔６ｈの分布数が少なく、端部に向かうに連れて多くなる分布であり、この分布に比例して発光素子４からの光が透過する量も変化する。
【００３６】
このようなシールド材６ｂをコア６ａに被膜することで、コア６ａの長手方向の両端面の全面から図２の（ａ）の矢印方向に放出される。
【００３７】
発光素子４をサブマウント素子５に搭載し、このサブマウント素子５を配光ヘッド６に一体化したアセンブリの半導体発光装置２は、図２の（ａ）に示すようにプリント配線基板３の表面に実装される。このプリント配線基板３はサブマウント素子５を落とし込むための装着孔３ａを開けるとともに、導通用の配線パターン（図示せず）を表面に形成したものである。そして、導電性接着剤３ｂを配光ヘッド６の電極６ｃ，６ｄと配線パターンとの間に介在させて、配光ヘッド６をプリント配線基板３に導通固定し、これによりプリント配線基板３と発光素子４とを導通させることができる。
【００３８】
図１に戻って、半導体発光装置２は窪み６ｅの中に発光素子４を没入させた配光ヘッド６を導光板１のノッチ１４の中に差し込んだ状態でアセンブリされる。そして、導光板１の表面側には同図の（ｂ）に示すように、液晶を封入した液晶表示パネル９を配置する。これらの導光板１，半導体発光装置２，液晶表示パネル９に加えてプリント配線基板３は液晶表示装置のハウジング（図示せず）内の所定の位置に配置され、図１に示す位置関係として各部材が固定される。また、配光ヘッド６はノッチ１４の内周面との間には適切な大きさのギャップができるようにし、配光ヘッド６の底面を除く面からの光の全てをノッチ１４の内周面から導光板１の中に取り込めるようにする。
【００３９】
以上の構成において、プリント配線基板３からの通電によって発光素子４が発光し、その光は窪み６ｅから透明ガラス製のコア６ａに取り込まれる。コア６ａは、図２の（ａ）で説明したように長手方向の両端面の全面、シールド材６ｂの透過孔６ｈを光の放出部とする。両端面からの光は導光板１のノッチ１４の左右の側壁面１４ａ，１４ｂ側へ向かって導光板１内に入り込む。シールド材６ｂの透過孔６ｈからの光はノッチ１４の上壁面１４ｃを抜けて導光板１に取り込まれる。また、配光ヘッド６の底面側に抜けようとする光は、アルミニュウムの電極６ｃ，６ｄで反射される成分となるが、その殆どはコア６ａの長手方向の両端面及び透過孔６ｈから放出される光に合流する。
【００４０】
このような配光ヘッド６による光の配光性では、発光素子４が位置している部分からの放出光量分布が均一化される。したがって、発光輝度の高い発光素子４を用いるとき、導光板１の中央部分だけが突出して明るくなるようなことはなく、導光板１のほぼ全体に光が拡散される。
【００４１】
すなわち、配光ヘッド６の中央部では、上面の中央部の分布数が少ない透過孔６ｈによる光の照射だけである。このため、たとえば発光素子４だけを導光板１に対峙させた場合では、発光素子４に近い部分が高輝度となるのに対し、導光板１の中央部への光の入射量は抑えられるので輝度の突出もない。一方、配光ヘッド６の長手方向の端部では、その端面からのノッチ１４の側壁面１４ａ，１４ｂに向かう光と、分布数が多い透過孔６ｈからの光とが放出される。したがって、発光素子４からの距離が離れていて、その輝度が配光ヘッド６の中央部付近のものに比べて劣っていても、照射量を増やすことで輝度の突出が抑えられた導光板１の中央域の明るさと同じ程度の輝度が得られる。また、ノッチ１４の側壁面１４ａ，１４ｂから取り込まれた光はそれぞれ発光側反射端面１ｃ，１ｄで全反射し、図１の（ａ）において導光板１の中を上向きに進む。したがって、シールド材６ｂで被覆されていないコア６ａの長手方向の両端面からの照射量の光の成分が導光板１の幅方向の両端部に拡散し、発光素子４から離れている領域部分の輝度も一様化する。
【００４２】
このように、配光ヘッド６をノッチ１４の中に配置することで、１個の発光素子４からの光で導光板１の全体をほぼ均一な明るさとして発光させることができる。したがって、発光素子４が高輝度であっても、導光板１の中央部の下端側だけが突出して明るくなることがなく、導光板１の全面から輝度の高い一様な明るさの発光が得られる。このため、導光板１からの光によって照明される液晶表示パネル９の画面にも明度のばらつきがなく、画面全体を均一な明るさとして表示できる。
【００４３】
なお、図１の（ｃ）に示すように、導光板１の下端の発光側反射端面１ｃ，１ｄを微小な階段状とした外形としてもよい。このように微小な階段状の発光側反射端面１ｃ，１ｄとすれば、半導体発光装置２の側方から出る光は発光方向と直交する面から発光方向に反射されると同時に発光方向と平行な面からの反射光の成分も加わるので、導光板１の全体の光量分布を均一にできる。
【００４４】
図４は別の例を示す面発光装置の正面図であり、これはサブマウント素子を備えずに発光素子をプリント配線基板の表面に直に実装したものである。なお、先に説明したものと同じ構成部材については共通の符号で指示し、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
発光素子４は基板４ａをプリント配線基板１０にたとえば絶縁性の接着剤によって搭載固定され、ｎ側及びｐ側の電極４ｂ，４ｃとプリント配線基板１０の配線パターン（図示せず）との間をワイヤ１０ａ，１０ｂによってボンディングしている。そして、この発光素子４を窪み６ｅに没入させた状態として配光ヘッド６がプリント配線基板１０に搭載され、接着剤（図示せず）によって固定される。なお、配光ヘッド６は先の例とは異なり、その底面には電極６ｃ，６ｄはなく絶縁性のコア６ａが直にプリント配線基板１０の上に搭載される。
【００４６】
ここで、図１に示した例では、配光ヘッド６はノッチ１４の中に差し込まれるだけで、側壁面１４ａ，１４ｂ及び上壁面１４ｃとの間にギャップがあるままとした。これに対し、図示の例では配光ヘッド６の表面周りのギャップを透明の樹脂または接着剤等の光が透過する光透過充填剤１１により封止する。
【００４７】
図４の構成においても、通電によって発光素子４が発光すると、配光ヘッド６によって導光板１の全体を高輝度で一様な明るさで発光させることができる。そして、ノッチ１４から取り込まれる光は、配光ヘッド６の周りとノッチ１４の内周との間に充填した光透過充填剤１１を抜けるので、空気層のギャップがある場合に比べると、発光素子４からの発光の利用効率が上がる。したがって、導光板１をより一層明るく発光させることができ、１個の発光素子４でも液晶表示パネルのバックライト用として十分な機能が果たせる。
【００４８】
図５は発光素子への導通接続の部材としてリードフレームを用いる場合の概略側面図である。
【００４９】
携帯電話の本体内に配置されたプリント配線基板１２の配線パターンにリードフレーム１２ａの基端を導通させて固定するとともに、先端側を発光素子４に導通させている。
【００５０】
このようにリードフレーム１２ａを用いるものでは、発光素子４が発光しているときの発熱がリードフレーム１２ａからプリント配線基板１２側へ熱伝達される。したがって、発光素子４からの放熱が促され、その発光性能の低下を防ぐことができ、導光板１の高輝度の発光が維持される。
【００５１】
図６は導光板１の下端側に開口を設けてこの開口の中に半導体発光装置２を組み込んだ例を示す概略正面図、図７はプリント配線基板との導通構造を示す切欠側面図である。なお、先の例と同じ構成部材については共通の符号で指示し、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
導光板１の下端側には、プリント配線基板１２にリードフレーム１２ａによって導通固定された半導体発光装置２を組み込める程度の大きさの長方形状の開口１ｅを設ける。そして、図４及び図５で示したものと同様に、配光ヘッド６のコア６ａの左右の端面が開口１ｅの長手方向の両面を向く姿勢とする。
【００５３】
このように開口１ｅに半導体発光装置２を組み込む場合でも、先の図１及び図４の例と同様に導光板１の全体から均一な光量の光を放出できる。また、半導体発光装置２の下方に導光板１の外郭面が位置するので、この部分も含めて反射面とすることができ、輝度の向上も図られる。そして、半導体発光装置２及びその導通構造部分が導光板１の外からはみ出さないので、全体の嵩を小さくできるとともに半導体発光装置２の保護も可能となる。
【００５４】
図８は導光板１に設ける収納部を導光板１の底面側から凹ませて設けた凹部とした例であり、同図の（ａ）はプリント配線基板との導通構造とともに示す要部の切欠側面図、（ｂ）は半導体発光装置の組み込み部分の拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｄ）は半導体発光装置とリードフレームとの接続を示す概略斜視図である。なお、導通構造は図４〜図７に示したものと同様であり、同じ構成部材については共通の符号で指示し詳細な説明は省略する。
【００５５】
導光板１の底面であって外郭縁に偏った位置に凹部１ｆが設けられ、図２に示した発光素子４とサブマウント素子５とから構成された半導体発光装置２を装着した配光ヘッド６がこの凹部１ｆの中に収納されている。一方、プリント配線基板１２から立ち上げた２本のリードフレーム１２ａが、図２で説明した配光ヘッド６の電極６ｃ，６ｄに接合されている。
【００５６】
このようなプリント配線基板１２との導通構造によって半導体発光装置２に通電することによって、凹部１ｆから光を導光板１の全体に拡散させて一様に発光させることができる。
【００５７】
図９の（ａ）及び（ｂ）はフレキシブル基板による導通構造の概略図、（ｃ）及び（ｄ）は接点金具を利用する導通構造の概略図であり、図８に示したように凹部１ｆの中に半導体発光装置２を収納した例である。
【００５８】
図９の（ａ）は、凹部１ｆの中に収納した半導体発光装置２に対し、プリント配線基板１２から延ばしたフレキシブル基板１２ｂを導通接続した例である。このフレキシブル基板１２ｂは、図８の（ｃ）及び（ｄ）に示した配光ヘッド６の電極６ｃ，６ｄに導通するように配線パターンを接続末端に形成したものである。このように、フレキシブル基板１２ｂを利用する導通構造では、プリント配線基板１２からの振動や衝撃があってもフレキシブル基板１２ｂの弾性によって導光板１への伝達が緩和され、耐久性を向上させることができる。
【００５９】
図９の（ｂ）は半導体発光装置２へのフレキシブル基板１２ｂに加えて液晶表示パネル９に導通する液晶駆動用のフレキシブル基板１２ｃを備えた例である。このような構成では、半導体発光装置２と液晶表示パネル９への導通路を集約して設けることができるので、装置の小型化が図られる。
【００６０】
図９の（ｃ）はプリント配線基板１２に取り付けた２個の接点金具１２ｄと導光板１に取り付けた２枚の端子プレート１２ｅとによる導通構造とした例である。２個の接点金具１２ｄは、プリント配線基板１２の配線パターンに導通して互いに間隔をおいて配置され、２枚の端子プレート１２ｅは同図の（ｄ）に示すように配光ヘッド６の電極６ｃ，６ｄに導通させて導光板１に固定されている。そして、これらの接点金具１２ｄと端子プレート１２ｅとを接触させるアセンブリとすることによって、プリント配線基板１２と半導体発光装置２とを導通させることができる。このような構成では、図８に示したフレキシブル基板１２ｂを用いる場合に比べると、組立てが簡単になる。
【００６１】
なお、図８及び図９の導通構造は、図４〜図６に示した導光板１への半導体発光装置２の組み込み構造にも適用できる。
【００６２】
図１０は配光ヘッド６のより好適な例であって、（ａ）は平面図，（ｂ）は縦断面図である。なお、発光素子とプリント配線基板は図４に示した例と同様であり、部材には共通の符号を付している。
【００６３】
同図の（ａ）に示すように、シールド材６ｂに開けた透過孔６ｈは、中央部では分布数が少なく、長手方向の両端部に向かうにつれて分布数が多くなっている。この透過孔６ｈの分布パターンは図３の（ａ）の例で示したものと実質的に同じであるが、本例では透過孔６ｈを千鳥状に近いランダムな配置としている。このような配列パターンの透過孔６ｈを設けることにより、発光素子４からの光量を分散させることができ、輝度の相違による線ムラを防止でき均一化に有効である。
【００６４】
また、コア６ａは１個の透明のガラスであり、発光素子４の真上に発光素子４からの光を長手方向に分けるプリズム６ｇを設けたものである。このようなプリズム６ｇを備えることによって、発光素子４から真上に放出される光の一部はそのまま透過させて透過孔６ｈから放出させるとともに、プリズム６ｇの表面で反射させた光の成分を透明コアガラス６ｆの端面側に向かわせることができる。したがって、導光板１のノッチ１４から導光板１の幅方向へ拡散する光の成分を増やすことができ、導光板１の全体の輝度を上げると同時に明るさの均一化が有効に促される。
【００６５】
図１１は赤，青，緑の３個の発光素子をプリント配線基板に搭載した例の半導体発光装置の例であり、（ａ）は切欠正面図、（ｂ）は平面図である。
【００６６】
プリント配線基板及び発光素子の導通構造は図４の例と同様であり、配光ヘッド６の窪み６ｅの中に、配光ヘッド６の長手方向と直交する向きに赤，緑，青の発光素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを配列させてプリント配線基板１０の上にそれぞれ導通搭載している。そして、これらの発光素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃへの通電を制御することによって、白色を含む多色の発光色を得ることができる。
【００６７】
このような赤，緑，青の発光素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えるものでは、通電の制御によって白色を含む様々な色を発光できるので、図４に示した例のように導光板１と組み合わせると、導光板１も各種の発光色とすることができる。したがって、液晶表示パネル９の表示画面を様々な色のバックライトで照明でき、表示内容の種類に応じて照明光を変えることで表示をより一層効果的にディスプレイすることができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明では、発光素子から導光板に取り入れられる光を、導光板の全体が均一な明るさとなるように配光ヘッドによって輝度分布が調整されるので、高輝度の発光素子を１個だけ導光板の端面に沿わせて配置しても、発光素子に近い部分だけが突出して高輝度となることがない。また、直接光として取り入れるので、発光素子からの光の利用効率が上がり、面輝度も向上する。したがって、導光板を液晶表示パネル等のバックライトとして利用すれば、液晶画面の全体を明暗なく一様な明るさで照明でき、表示画像を格段に見やすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による面発光装置であって、
（ａ）は切欠正面図
（ｂ）は一部を拡大して示す右側面図
（ｃ）は発光側反射端面を微小な階段状とした例を示す要部の正面図
【図２】本発明の面発光装置に備える半導体発光装置の詳細であって、
（ａ）はプリント配線基板に実装したときの切欠図
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視方向に見た切欠図
【図３】（ａ）は図２の半導体発光装置の平面図
（ｂ）は底面図
【図４】配光ヘッドの周りに光透過充填剤を充填した面発光装置の例を示す正面図
【図５】リードフレームによる発光素子の導通構造とした例の概略図
【図６】導光板の下端側に開口を設けてこの開口の中に半導体発光装置を組み込む例を示す正面図
【図７】図６の例の切欠左側面図
【図８】導光板の底面に凹部を設けてこの凹部に半導体発光装置を収納する例であって、
（ａ）は要部の切欠側面図
（ｂ）は凹部への半導体発光装置の組み込み及び導通構造を示す拡大断面図
（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図
（ｄ）はリードフレームと配光ヘッドとの導通構造を示す概略斜視図
【図９】導光板に設けた凹部に半導体発光素子を収納した構造における導通構造の別の例であって、
（ａ）はフレキシブル基板による導通構造を示す切欠側面図
（ｂ）は液晶表示パネルにもフレキシブル基板を接続する例の切欠側面図
（ｃ）は接点金具と端子プレートによる導通構造を示す切欠側面図
（ｄ）は端子プレートと配光ヘッドとの導通構造を示す概略斜視図
【図１０】配光ヘッドの別の例であって、
（ａ）は平面図
（ｂ）は縦断面図
【図１１】赤，緑，青の発光素子を備える半導体発光装置とした例であって、
（ａ）は一部切欠正面図
（ｂ）は平面図
【図１２】導光板による配光の従来例であって、
（ａ）は要部の切欠正面図
（ｂ）は液晶表示パネルとＬＥＤの位置関係を示す平面図
【符号の説明】
１ 導光板
１ａ 散乱反射層
１ｅ 開口
１ｆ 凹部
２ 半導体発光装置
３ プリント配線基板
３ａ 装着孔
３ｂ 導電性接着剤
４ 発光素子
４ａ 基板
４ｂ ｎ側電極
４ｃ ｐ側電極
５ サブマウント素子
５ａ シリコン基板
５ｂ ｎ電極
５ｃ ｐ電極
６ 配光ヘッド
６ａ コア
６ｂ シールド材
６ｃ，６ｄ 電極
６ｅ 窪み
６ｆ 透明コアガラス
６ｇ プリズム
６ｈ 透過孔
７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ バンプ電極
９ 液晶表示パネル
１０ プリント配線基板
１１ 光透過充填剤
１２ プリント配線基板
１２ａ リードフレーム
１２ｂ，１２ｃ フレキシブル基板
１２ｄ 接点金具
１２ｅ 端子プレート
１３ａ （赤色）発光素子
１３ｂ （緑色）発光素子
１３ｃ （青色）発光素子
１４ ノッチ
１４ａ，１４ｂ 側壁面
１４ｃ 上壁面
Claims (8)
- 配線基板等の導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体発光装置の発光素子からの光を取り入れてほぼ全面を発光面とする導光板とを含む面発光装置であって、前記導光板には、前記発光面と反対側の面に形成され前記発光素子からの光を前記発光面側に反射させる散乱反射層と、前記半導体発光装置の少なくとも発光面を含んでこれを内包する収納部とを備え、前記収納部の両側に発光方向へ向けて傾斜させた発光側反射端面を前記導光板の全幅に形成し、前記半導体発光装置には、前記収納部の中に没入され前記発光素子からの光の前記導光板内での輝度分布を一様化する配光ヘッドを備え、前記収納部は、前記導光板の縁部の端面に切り欠き形成され前記半導体発光装置を差し込み可能なノッチであり、前記配光ヘッドは、前記発光素子を包含する光透過性の直方体状コアと、前記コアの表面であって前記発光側反射端面側を向くコアの長手方向の両端面を除く少なくとも前記ノッチの内表面に臨む位置に形成した光非透過性のシールド材とを備え、前記シールド材には輝度分布を設定するための光透過部パターンを形成したことを特徴とする面発光装置。
- 前記収納部は、前記導光板の一部に部分的に形成され前記半導体発光装置を差し込み可能な開口または凹部であることを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
- 前記配光ヘッドと前記導光板のノッチまたは開口の少なくとも内表面との間に、透明の樹脂または接着剤を素材とする光透過充填剤を充填したことを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の面発光装置。
- 前記シールド材の光透過部パターンは、光非透過性の金属薄膜の蒸着法またはスパッタ法によるマスクパターンにより形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光装置。
- 前記コアは、透明のガラスまたは合成樹脂としたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面発光装置。
- 前記シールド材の光透過部パターンは、前記発光素子との間の距離が大きくなるにつれて光透過面積を大きくしたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の面発光装置。
- 前記光透過部パターンは、千鳥状の配列として前記シールド材に開けた透過孔としたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の面発光装置。
- 前記配光ヘッドのコアには、前記発光素子の主光取り出し面からの光の一部をその発光方向とほぼ直交する向きに反射させるプリズムを備え、前記プリズムからの反射光を前記コアの端面から放出可能としたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の面発光装置。
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