JP4552831B2 - 面状光源 - Google Patents

Description

本発明は照光式スイッチ、液晶のバックライト、各種照明などに利用される面状光源に関し、特に、導光体と光源とを備えた面状光源について、光源からの光取り出し効率を向上させた薄型の面状光源に関する。

液晶バックライトなどの面状光源として、板状の導光体と、透光性部材によって被覆された発光素子を備えた発光装置と、を組み合わせた光源が挙げられる。このような面状光源は、発光装置から出射された光を、導光体の端面から入射させ、導光体の内部を伝播させて、所定の発光面から出射させる。ここで、発光装置は、出射された光の全てを、透光性部材の前方に配置された導光体の端面に入射させることができない。すなわち、導光体の端面の方向以外に出射された光は、導光体に入射されることがないため、面状光源の発光面から観測されることなく無駄となってしまう。

そこで、下記特許文献に開示される面状光源は、導光体の端面の方向にスリットを開けた反射部材にて透光性部材を覆うことにより、導光体の端面の方向に光を集光させて出射させている。

特開平１０−１９９３１６号公報。

しかしながら、発光装置の透光性部材を反射部材にて覆うと、その反射部材の厚み分だけ面状光源を薄型化することができない。

そこで、本発明は、発光装置から出射された光を漏れなく導光体に入射させることができる薄型の面状光源を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために本発明に係る面状光源は、支持体に配置された発光素子が透光性部材により被覆されてなる発光装置と、その発光装置が配置された配線基板と、上記発光装置の出射光を所定の方向に導く導光体と、を備えており、上記導光体が、上記発光装置からの光を入射させる端面と、その端面から入射された光を出射させる第一の主面と、その第一の主面に向かい合う第二の主面と、を有する面状光源であって、上記配線基板は、光を反射させる着色材を備えた反射面を有し、その反射面は、上記透光性部材の側面と上記導光体の第二の主面の少なくとも一部とを覆っており、上記透光性部材は、上記発光素子を被覆する突出部と、その突出部に連続して設けられ上記支持体の発光素子搭載面に延在する縁部とから構成され、その縁部および上記突出部が上記導光体の端面に対面されていることを特徴とする。上記導光体の端面は、上記透光性部材のうち少なくとも突出部が嵌合される凹部を有することが好ましい。上記透光性部材は、上記第一の主面の側から反射部材に覆われていることが好ましい。

本発明は、発光装置が配置される配線基板に、発光装置から出射された光を導光体の方向に反射させる着色材が配置されている。そのため、発光装置からの光を漏れなく導光体に入射させることができる薄型の面状光源とすることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための面状光源を例示するものであって、本発明は面状光源を以下に限定するものではない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

支持体に配置された発光素子が透光性部材により被覆された発光装置と、その発光装置が配置された配線基板と、発光装置の出射光を所定の方向に導く導光体と、を備えた面状光源において、発光装置からの光を漏れなく導光体に入射させることができる薄型の面状光源とするため、本発明者は種々の検討を行った。そして、上記導光体は、上記発光装置の発光面が対面される端面と、その端面から入射された光を出射させる第一の主面と、その第一の主面に向かい合う第二の主面と、を有しており、配線基板は、透光性部材から出射された光を反射させる着色材を備えた反射面を有し、その反射面は、透光性部材の配線基板側の側面と、第二の主面の少なくとも一部と、を覆うことを特徴とすることにより課題を解決するに至った。

すなわち、本発明は、発光装置が配置された配線基板に、発光装置からの出射光を反射させる着色材が塗布されており、着色材が塗布された配線基板の反射面は、少なくとも透光性部材の側面を覆っていることを特徴とする。これにより、導光体の端面に直接対面されていない透光性部材の側面から出射される光の多くを配線基板にて反射させて導光体に入射させることができる。したがって、本発明にかかる面状光源は、発光装置からの光を漏らさず導光体に入射させることができ、高輝度な面状光源とすることができる。

また、本発明は、発光装置が配置された配線基板それ自体に反射面を形成させている。そのため、配線基板とは別に反射部材を必要とすることがなくなり、面状光源の部品点数を減らせた薄型の面状光源とすることができる。

図１は、本形態に係る面状光源の斜視図である。また、図２は、本形態に係る面状光源の側面図である。以下、図面を参照しながら本形態の面状光源について詳述する。図示されるように、本形態に係る面状光源は、板状の導光体１０２と、その導光体１０２の端面に透光性部材２０２が配置される発光装置１０３とを備える。ここで、発光装置１０３は、導体配線が施された板状の支持体２０４に、発光素子２０１が配置されており、発光素子２０１を被覆する透光性部材２０２が所定の形状に成型されている。この透光性部材２０２の外形は、発光素子２０１の直上の主光出射方向に突出された連続曲面と、その連続曲面を挟み互いに向き合う一対の側面（第一の側面および第二の側面）と、により形成された突出部２０５を有している。ここで、第一の側面は、配線基板側の側面であり、第二の側面は、導光体の第一の主面側の側面である。すなわち、図１および図２に示されるように、突出部２０５は、板状の導光体１０２の主面（第一の主面および第二の主面）と平行な方向に長く、導光体１０２の厚み方向に短くなるように形成されている。さらに、突出部２０５は、支持体２０４の発光素子搭載面に沿って延在している縁部２０３に連続しており、縁部２０３と一体的に形成されたものである。導光体１０２の端面との嵌合に際して、端面の形状と嵌合されるのは、突出部２０５だけでもよいし、透光性部材２０２全体であってもよい。つまり、端面に設けられる凹部は、突出部２０５の凸形状に沿った形状を有しており、縁部２０３は、凹部の外側の両脇に設けられた平坦面に対面させられている形態でもよい。あるいは、端面に設けられる凹部が、突出部２０５および縁部２０３を含めた透光性部材２０２全体（さらに、発光装置の支持体を含めてもよい。）に倣った形状を有していてもよい。透光性部材２０２を導光体１０２に嵌め込むほど、発光装置からの光を漏れなく導光体１０２に入射させることができる。

図１および図２に示されるように、本形態の発光装置１０３は、透光性部材２０２の突出部２０５を形成する第一の側面が配線基板１０１に沿うように配置されており、配線基板の着色材が配置された反射面１０４は、第一の側面を覆うように対面されている。なお、透光性部材２０２は、その第一の側面だけでなく、第二の側面も反射部材により覆われていることが好ましい。このような反射部材は、配線基板の反射面と同様に形成させた白色顔料を含む反射板とすることもできる。これにより、発光装置からの光を漏れなく導光体に入射させることができる。また、透光性部材２０２の第一の側面および第二の側面の少なくとも一方は、それぞれ導光体の第二の主面および第一の主面と同一平面となるように形成されていることが好ましい。これにより、透光性部材から出射された光を漏らさず導光体に入射させることができる。特に、導光体の第二の主面と、透光性部材の第一の側面と、を配線基板に設けられた同一の反射面に配置させることにより、透光性部材から出射された光を無駄なく導光体に入射させることができる。

本形態の配線基板は、絶縁性基板に、アルミニウム、銀などの反射率が高い金属や銅などにより配線パターンを施したものとすることができる。さらに、発光装置の導体配線と電気的接続をとる領域以外に、白色または乳白色の白色顔料を含む着色材を配置することにより形成させる。あるいは、アルミニウム、銅などの板材に、絶縁性の着色材にて絶縁することにより所定の配線パターンを形成することもできる。あるいは、絶縁性基板自体を、上記白色顔料を含む白色系の樹脂基板とすることもできる。白色顔料として、二酸化チタン、チタン酸バリウムあるいはそれらの混合物を挙げることができる。また、着色材を配置する方法として、例えば、蒸着法、スパッタリング、スクリーン印刷、インクジェット塗布、スプレー塗布あるいはそれらを組み合わせた方法を挙げることができる。

本形態の配線基板において、上記白色顔料が着色材として備えられた反射面は、その着色材が数μｍから数十μｍの厚みで形成されるものであり、より薄型の反射面を備えた配線基板とするに適している。ここで、配線基板の厚みは、全体で１００μｍ以下とすることが好ましい。これにより、面状光源全体の厚みを抑えることができる。また、本形態における着色材は、このように薄く形成させることができるため、配線基板側となる透光性部材の第一の側面に着色材を配置させても従来よりも薄型の面状光源とすることができる。

配線基板の形状は、反射板などの反射部材を省略して生産性を考慮すれば、透光性部材の第一の側面および導光体の第二の主面全体を連続して覆うことが好ましいが、少なくとも透光性部材の突出部を覆うことで、透光性部材から出射された光を漏れなく導光体に入射させることができる。

このように本形態にかかる面状光源は、発光装置を実装する配線基板それ自体に光反射性の着色材が塗布されており、配線基板とは別に反射部材を設ける必要がない。したがって、部品点数が減ることにより量産性が向上されるだけでなく、薄型の面状光源とすることができる。以下、本形態の各構成について詳述する。

（導光体）
本形態における導光体１０２とは、発光装置から出射された光を入射させる端面と、導光体に入射された光を出射させる出射面となる第一の主面と、その第一の主面と向かい合う第二の主面と、を有する透光性の部材である。導光体は、メーターの指針として利用可能な針状、液晶バックライトとして利用可能な板状など種々の形状を取ることができる。

導光体の端面は、プリズム形状の切り欠きを設けることにより、発光装置から導光体に入射する光を導光体の各方位に拡散させることができる。また、光出射面となる第一の主面に向かい合う第二の主面にシボ加工を施すことにより、第一の主面から均一な発光を観測することができる。

導光体を形成する材料としては、成形が容易かつ光透過率が高い材料が好適に利用される。例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂などが挙げられる。これに代えて、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、フッ素系ポリマー、エポキシ樹脂等の透明樹脂を材料とすることもできる。

導光体の成形方法は、生産性良く高精度に成型することができる射出成形が好適に利用されるが、熱加圧成形、押し出し成形、注型法など、各種樹脂成形法を適用することもできる。

（発光装置）
本形態における発光装置において、発光素子の周囲に、シリコーン樹脂にセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体が含有された波長変換部材を有し、さらに波長変換部材を被覆するシリコーン樹脂である透光性部材を有している。なお、図示されるように、本形態の透光性部材２０２は、導光体１０２と対面する側に突出部２０５が形成されている。

本形態における発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などの半導体発光素子を選択することができる。以下、ＬＥＤチップについて説明する。ＬＥＤチップは、ＧａＮ、ＧａＡＩＮ等の窒化物系化合物半導体の積層からなる発光層を有するものが好適に利用される。ＬＥＤチップは、導体配線を有する支持体（例えば、セラミックス、ＰＣＢあるいはガラスエポキシ樹脂などを材料とする基板）に配置される。そして、ＬＥＤチップの電極は、導電性ワイヤを介して支持体２０４の導体配線に接続されている。さらに、支持体２０４は、その導体配線と電気的に接続する電極を、発光装置１０３を配置する配線基板１０１の側に有し、その支持体２０４の電極は、半田などの導電性材料を介して配線基板１０１の導体配線に電気的に接続される。

上述の発光装置は、ＬＥＤチップから出射された青色系の光の一部がＹＡＧ系蛍光体に吸収され、ＬＥＤチップの発光よりも長波長に変換されて、ＬＥＤチップの青色系の発光との混色光を出射させる。なお、波長変換部材は、透光性部材との界面が明瞭な２層に分離した形態に限定されることなく、透光性部材の一部であって、発光素子の周囲にＹＡＧ系蛍光体が配置されている形態であってもよい。

透光性部材、や蛍光体を含有させる波長変換部材の材料は、耐熱性を有する透明樹脂が好適に利用される。上述したシリコーン系樹脂の他に、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、ガラスなどの無機系材料も利用することができる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

図１は、本実施例における面状光源の斜視図である。また、図２は、本実施例における面状光源の側面図である。図３は、本実施例における発光装置の斜視図である。

本実施例の発光装置１０３の透光性部材２０２は、対面される導光体１０２の端面の方向に凸の曲面により形成された発光面と、その発光面を挟み互いに平行な第一の側面および第二の側面と、により形成された突出部２０５を有する。このうち、第一の側面を配線基板１０１の反射面１０４の方向に向けて、発光装置１０３が配線基板１０１に配置されている。導光体１０２の端面は、透光性部材２０２の突出部２０５の凸形状に嵌合する凹形状とされている。より具体的には、導光体の端面は、曲面により形成された透光性部材の突出部２０５が嵌合する凹曲面と、突出部２０５と一体的に形成された透光性部材の縁部２０３が対面される平坦面と、を有している。また、透光性部材２０２の第一の側面および第二の側面は、それぞれ導光体の第二の主面および第一の主面と同一平面となるように形成されている。これにより、透光性部材から出射された光を漏らさず導光体に入射させることができる。

本実施例における配線基板１０１は、発光装置１０３の電極が接続される導体配線の領域を除いて、白色顔料が塗布された反射面１０４を有する。この反射面１０４は、透光性部材２０２の第一の側面に対面しており、その第一の側面から出射した光を透光性部材２０２あるいは導光体１０２の側に反射させる。

本発明は、振動などに強く、薄型化、小型化、低消費電力化された半導体発光装置として、液晶のバックライトなどの面状光源として利用可能である。

図１は、本発明の一実施例を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施例を示す側面図である。 図３は、本発明の一実施例における発光装置を示す斜視図である。

符号の説明

１０１・・・配線基板
１０２・・・導光体
１０３・・・発光装置
１０４・・・反射面
２０１・・・発光素子
２０２・・・透光性部材
２０３・・・縁部
２０４・・・支持体
２０５・・・突出部

Claims (3)

1. 支持体に配置された発光素子が透光性部材により被覆されてなる発光装置と、その発光装置が配置された配線基板と、前記発光装置の出射光を所定の方向に導く導光体と、を備えており、前記導光体が、前記発光装置からの光を入射させる端面と、その端面から入射された光を出射させる第一の主面と、その第一の主面に向かい合う第二の主面と、を有する面状光源であって、
   前記配線基板は、光を反射させる着色材を備えた反射面を有し、その反射面は、前記透光性部材の側面と、前記導光体の第二の主面の少なくとも一部とを覆っており、
   前記透光性部材は、前記発光素子を被覆する突出部と、その突出部に連続して設けられ前記支持体の発光素子搭載面に延在する縁部とから構成され、その縁部および前記突出部が前記導光体の端面に対面されていることを特徴とする面状光源。
2. 前記導光体の端面は、前記透光性部材のうち少なくとも突出部が嵌合される凹部を有する請求項１に記載の面状光源。
3. 前記透光性部材は、前記第一の主面の側から反射部材に覆われている請求項１または２に記載の面状光源。

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