JP5017085B2 - 光源モジュール - Google Patents

Description

この発明はＬＥＤのような発光素子を光源とする光源モジュールに関する。

ＬＥＤ（発光ダイオード、light-emitting diode）のような発光素子を光源とする光源モジュールは、例えばＬＥＤモジュールとして、液晶ディスプレイのバックライトに用いられる。ＬＥＤを用いるバックライトには、ＬＥＤを液晶パネルの背面に配置する直下型と、ＬＥＤを液晶パネルの下端に配置するエッジライト型がある。

エッジライト型バックライトモジュールは、ＬＥＤを線状に配列した光源モジュールと、この光源モジュールからの光を導く導光板とを有する。このエッジライト型バックライトモジュールを液晶パネルに組み合わせる場合、多くの場合、液晶パネルの下端部近傍に光源モジュールを配置する。導光板はＬＥＤからの光を液晶パネルの背面に導き、液晶パネルの液晶配置部全体に均等に照射する機能を有する。

最近では、液晶パネルを用いた液晶テレビの薄型化が進み、液晶テレビへエッジライト型バックライトモジュールの採用が盛んになっている。

特開２０００−２６８６１９号公報

ＬＥＤを光源に用いたエッジライト型バックライトモジュールの構造について説明する。バックライトモジュールとして、まず点光源であるＬＥＤを線光源化するために、複数のＬＥＤを線方向に配列した構造とする。次に面光源にするために、導光板を利用して線光源を面光源化する。導光板は端面より線光源の光が入射すると、導光板の面内に設けられている散乱体によって、導光板の出射面より散乱光の一部を外部に出射する。

液晶ディスプレイのバックライトとしては、ＬＥＤからの光取出し効率を大きくする必要がある。光源モジュールのＬＥＤの周囲には、屈折率の高い樹脂（例えばシリコン樹脂）を充填することが行われている。光源モジュールに用いられる樹脂は、特に屈折率の高い樹脂を用いるためコストがかかるので、使用量を減らすことが設計上求められる。しかし、ＬＥＤからの光を拡散させて均一な輝度を得るためには、樹脂の使用量を抑えるにも限度がある。

また光源モジュールで光を拡散させるためには、拡散距離を十分に確保することによっても可能である。しかし、光源モジュールは大きくなり、液晶ディスプレイの周辺部が大きくなってしまう課題をもたらす。

そこでモジュール高さの低い線光源とするために、光拡散シートを利用する方法が採用されている。光拡散シートとしてはビーズ状の散乱体が樹脂シート内に分散されているものや、シートの表面にプリズムやマイクロレンズの形状を有するものがある。一般的には、線光源の光拡散性を向上する方法としてはプリズムタイプの光拡散シートが使用されている。しかしＬＥＤを封止する樹脂と光拡散シートとを組み合わせて使用する場合にいくつかの課題を有する。

まず、ＬＥＤを封止する樹脂上に光拡散シートを配置する場合、はがれによる光透過性の悪化を回避するために、樹脂表面の平坦性を確保しなければならない。封止樹脂と光拡散シートとの接着に着目すると、シリコン系樹脂などでは硬化後の樹脂表面に別の接着材などで接着することは難しい。このためアルゴンプラズマ洗浄処理などといった化学結合しやすくするための前処理が必要になる。しかしながら、アルゴンプラズマ洗浄処理によるダメージで光学部品の表面が荒れてしまうなど光学特性への悪影響や工程数増に伴うコストアップが懸念される。

さらに光源としては放熱性を良好とするために、金属ベース上にＬＥＤを配置するが、放熱が不十分であると樹脂の熱変形により上記のはがれが生じやすくなってしまう。

一方、ＬＥＤを封止する樹脂の使用量を減らすために、リフレクタを利用して封止容積の削減を図ることも行われている。しかし、樹脂の硬化収縮や熱収縮により、樹脂表面の平坦化を管理するのは困難であった。尚、リフレクタは、ＬＥＤの発光面よりも高い位置にないと機能しないので、樹脂に覆われる必要がある。

以上により本発明の目的は、上述の課題の少なくとも一つを解決して、光の拡散性能を保持してコンパクトな光源モジュールを実現することにある。

上記課題を解決するために本発明の光源モジュールは、複数の発光素子を線上に並べて配置した光源モジュールにおいて、線状に配置した前記発光素子の両側に並んで設けられた第１のリフレクタと、前記発光素子の間に設けられた第２のリフレクタと、前記第１のリフレクタの間に設けられ前記発光素子と前記第２のリフレクタとを覆う樹脂部と、この樹脂部の表面に配置し前記発光素子の上方に設けられた光拡散シートと、を有し、前記第２のリフレクタの高さは、前記第１のリフレクタよりも高さが低く、前記発光素子よりも高さが高く、前記光拡散シートは前記樹脂部と対向しない面に複数の窪みとこの窪みよりも深さが深い複数の凹部を設け、かつ前記樹脂部が収縮変形時に柔軟に追従する材料で形成され、前記凹部は前記発光素子の配列方向と垂直な方向に延在しているものである。

本発明によれば、非常にコンパクトで、信頼性が高い光源モジュールを実現することができる。

本発明の実施形態について説明する。図１に、本実施例におけるバックライトモジュール１の要部を示す。図１ではバックライトモジュール１の横断面を示している。このバックライトモジュール１は、光源モジュール２と導光板３を有する。導光板３は、図中上方に延びた部分を省略している。

光源モジュール２は、第１のリフレクタ４をサブストレート５上に設けている。第１のリフレクタ４の表面、特に光源に対向する面には表面反射率を高めるための表面加工を施してある。この表面加工としては、例えば白色反射膜を設ける加工である。白色反射膜としてはアルマイト処理により得ることができるが、白色のソルダーレジストを塗布して設けても良い。

サブストレート５上には、第１のリフレクタ４と異なる方向に向いた第２のリフレクタ６が配置している。第２のリフレクタ６の表面には第１のリフレクタ４と同様の表面処理膜が設けられている。第２のリフレクタ６の最下端は第１のリフレクタ４とは接触しない幅とする。これは後で樹脂を充填する際の通路となるからである。

ＬＥＤ７は第２のリフレクタ６を交互に挟んでサブストレート５上に複数設けられている。ＬＥＤ７は単色の発光素子としてもよいが、歩留まりを考慮すると複数の発光素子が搭載されたＬＥＤユニットを複数配置するようにしてもよい。

サブストレート５の端部に設けられた第１のリフレクタ４の間に、第２のリフレクタ６とＬＥＤ７が配置していて、樹脂部８が第２のリフレクタ６とＬＥＤ７を封止する。更に樹脂部８の表面上には、光拡散シート９が覆っている。

図２に、本実施例における液晶表示装置１００を示す。液晶表示装置１００は、図１に示したバックライトモジュール１と、液晶パネルモジュール１１０と、放熱用ヒートシンク１２０を有する。放熱用ヒートシンク１２０は複数のフィン１２０ａを有している。

放熱用ヒートシンク１２０は、光源モジュール２と熱的に接続している。光源モジュール２のＬＥＤ７が発光することにより生じた熱が放熱用ヒートシンク１２０に伝達される。この放熱用ヒートシンク１２０により、樹脂部８の温度が上昇することを抑制することができる。

また、放熱用ヒートシンク１２０を設けることで、ＬＥＤ７からの発熱のうち、樹脂部８を介して導光板３に直接伝達される熱の量を低減することができる。樹脂部８によってＬＥＤ７からの熱を発散させる必要性が低減するため、樹脂の使用量を減らすことが可能となる。従って、樹脂の使用量を低減することができるので、導光板３をＬＥＤ２１に近接して配置でき、光源モジュール２の光利用効率を向上することが可能となる。

次に、本実施例における光源モジュール２の構造を示しながら製造工程を含めて説明する。図３は光源モジュール２の長手方向の外観図を示す。図３は光源モジュール２の全体を示しておらず、その一部である。

光源モジュール２は、側方から見るとサブストレート５の上部に第１のリフレクタ４が設けられている。サブストレート５は放熱性の高い材質が採用される。例えばアルミニウム等の金属ベースを用いる。サブストレート５の上面には配線が施され、素子や端子との間の回路が設けられる。また放熱性は劣るがセラミック基板を採用しても良い。

図４は図３におけるＡＡ断面を示す。第１のリフレクタ４の間のサブストレート５の上面にはＬＥＤ７を搭載する。ＬＥＤ７はＡｇペーストなどでサブストレート５上の配線（図示せず）と接合する。配線とＬＥＤ７とは金線などで電気的に接続されてもよい。本実施例ではＬＥＤ７が一列に配置した図を示しているが、複数列を配置するようにしてもよい。

図４のＢＢ断面を図５に示す。サブストレート５上には複数のＬＥＤ７が線状に配列されている。第１のリフレクタ４は、図４に示すようにＬＥＤ７を挟むように配置され、図５に示すようにＬＥＤ７の配列方向に延在している。第１のリフレクタ４は、サブストレート５の金属ベースと一体にしてアルミニウム押し出し加工などで形成することができる。また第１のリフレクタ４は、例えばポリカーボ樹脂やアルミニウムのような金属でサブストレート５とは別に製作することができる。

図５に示すように、複数のＬＥＤ７間には第２のリフレクタ６が設けられている。第２のリフレクタ６は、例えばポリカーボ樹脂やアルミニウムのような金属で部品として製作し、配線基板であるサブストレート５上に搭載する。ＬＥＤ７を搭載するのと、第２のリフレクタ６を搭載するのは、どちらが先でもよい。また、複数のＬＥＤ７がサブマウント基板上に搭載されたサブユニットを、図中でＬＥＤ７が設置された場所に搭載するようにしてもよい。

図６，図７に樹脂注入後の光源モジュール２の断面を示す。図６は図４と同じ向きの光源モジュール２の断面を示し、図７は図５と同じ向きの光源モジュール２の断面を示す。樹脂部８の材質としては、前述の如く例えばシリコン樹脂などが採用される。

樹脂部８の表面高さは第１のリフレクタ４の高さを超えない高さである。また樹脂部８と第２のリフレクタ６との関係は、少なくとも第２のリフレクタ６が樹脂部８に埋没するように樹脂を注入する。

図６，図７に示す樹脂部８は、硬化収縮後の樹脂部８の表面形状を示している。樹脂の特性として、注入された場所に応じた樹脂部８の厚さの違いによって、樹脂硬化時の収縮量が異なるため波打つようになる。

本実施例では、樹脂が完全に硬化してしまう前に光拡散シート９を貼り付ける。この工程により、樹脂部表面をできるだけ平坦化させながらボイド（気孔）の巻き込みを防ぎ、工学的にも樹脂部８と光拡散シート９との良好な接合を得る。硬化前に光拡散シート９を貼るので良好な接着強度も得られる。

ＬＥＤ７にサブストレート５上に設けた配線（図示せず）を通じて電流を流して発光させると、第１のリフレクタ４と第２のリフレクタ６の少なくともＬＥＤ７との対向面に設けられたリフレクタ作用部がＬＥＤ７からの光を反射する。

ＬＥＤ７からの直接光と第１のリフレクタ４と第２のリフレクタ６からの反射光が光拡散シート９を通じて、効率よく光源モジュール２の外部に出射される。ＬＥＤ７の発熱はサブストレート５を経由して放熱される。

図８から図１０に光拡散シート９の実施例を示す。図８（ａ），図９（ａ），図１０（ａ）は、樹脂部８に接する面を表している。また、図８（ｂ），図９（ｂ），図１０（ｂ）は、光拡散シート９の長手方向の側面図である。

光拡散シート９は複数の微細なピット（図示せず）が表面に設けられている。ピットは小さな窪みであり、光拡散シート９の表面に一様に分布している。光拡散シート９はこのピットにより、光拡散シート９を通過する光が拡散して通過するような作用をもたらす。

図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、光拡散シート９の樹脂部８に対向して接する面とは反対の面（樹脂部８と対向しない面）に凹部１０を設ける。凹部１０は、深さがピットよりも深く、光拡散シート９の幅方向に線対称として、発光素子７の配列方向と垂直な方向に延在するように設けるのが良い。図６に示すように、光拡散シート９を樹脂部８上に載せた際に、図６中の左右方向に不均一な応力をもたらすことを避けるためである。凹部１０としては、図８（ａ）に示すように、長手方向に斜めになるような溝状としても良い。また、図９（ａ）に示すように、光拡散シート９の短手方向に平行に設けるようにしても良い。凹部１０は、光拡散シート９の長手方向に規則性を有するように設けるのが望ましい。規則性を持つことにより樹脂部８上に載せた時に応力の偏りを無くすことができる。

また、図８（ｂ），図９（ｂ）に示す凹部１０は、断面がプリズム形状の溝である。図８（ｂ），図９（ｂ）は側面に凹部１０が開放しているが、開放させずに、閉塞した構成としても構わない。

図１０は、凹部１０の形状や配置について図８や図９と異なる態様を示すものである。凹部１０は図１０（ａ）に示すように、樹脂部８に対向する形状が矩形や円形でもよい。また他の多角形や楕円形でもよい。図１０（ａ）に示す凹部１０は複数の態様を示しているが、その内、１種類の形状の凹部１０を光拡散シート９の長手方向に連続して設けるようにしても良いし、幾つかを周期的に設けるようにしてもよい。

図８から図１０に示す凹部１０は、光拡散シート９に対してスタンピングすることによって設けても良い。例えば凹部１０の形状を備えた凸部としてローラ上に設けて、そのローラを光拡散シート９上に押付けて変形させることによって得ることができる。

光拡散シート９は、樹脂収縮変形時に柔軟に追従する素材とすることによって、樹脂の収縮変形時の応力を緩和することができる。とくに配列方向に直交する方向に溝を形成することによって応力緩和しやすくなる。凹部１０を溝として、プリズムとして作用させることが可能なクサビ形状に加工する異によって、光学的にも良好な性能が得られる。光拡散シート９用の材料としてはポリカーボ樹脂やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂などがある。

本実施例の光源モジュール２は、光拡散シート９と封止樹脂との接着性が向上する。封止樹脂の硬化収縮，熱収縮などの収縮変形に対し応力緩和する。光拡散シート９の樹脂上への貼付け時において第２のリフレクタ６上に未硬化の樹脂が存在することによって樹脂の流動によりボイドの巻き込みを低減し、はがれの起点をなくす。

樹脂の硬化後も第２のリフレクタ６上に存在する樹脂層により応力集中を分散させる効果がある。

また、樹脂層の厚さの違いから第２のリフレクタ上よりもＬＥＤ上で収縮量が大きくなる応力が発生しやすくなるが、光拡散シート９に設けた凹み形状によりこの応力を緩和することができ、光拡散シート９と樹脂部８との接着界面への影響を低減することができる。

これらの光拡散シート９と樹脂部８との組み合わせにより、樹脂の注入量を減らすことができ、非常にコンパクトで低コストの光源モジュール２を実現することができる。

図７を用いて、光拡散シート９と第１のリフレクタ４との関係について説明する。光拡散シート９の幅寸法ＬとＬＥＤ７の寸法Ｌ１と第１のリフレクタ４の間隙Ｌ２の間にはＬ１＜Ｌ＜Ｌ２の関係が成り立つように、第１のリフレクタ４と光拡散シート９との間に隙間を設けるようにするとよい。

ＬＥＤ７の配列方向に直交する方向においては、第１のリフレクタ４近傍の樹脂収縮量が大きいため、第１のリフレクタ４に接するように光拡散シート９は貼らずに収縮量の小さい領域のみに貼り、ＬＥＤ７の直上を光拡散シート９が覆う領域とする。光拡散シート９で覆われていない、第１のリフレクタ４と光拡散シート９との間の樹脂開口部では、光は空気との界面で反射され、第１のリフレクタ４に至る。第１のリフレクタ４の表面を散乱反射面となるよう表面処理をすることで、余計な光学部品も不要となり良好な光学特性が得られる。

以上の構成により本実施例における光源モジュールは、長期信頼性が高く、低コストで、高さの低い光源モジュールを実現することが可能となる。また本実施例の光源モジュールを備えることにより、長期信頼性が高く、全体の大きさが導光板の大きさに近いサイズのバックライトモジュールを得ることができる。また本実施例の光源モジュールを備えることにより、バックライトの長期信頼性が高く、液晶パネルの周囲がコンパクトな液晶表示装置を得ることができる。

また、信頼性が高く、光学性能にすぐれた光源モジュール２を実現することができる。

本発明の一実施例におけるバックライトモジュールを説明する図。 本発明の一実施例における液晶表示装置を説明する図。 本発明の一実施例における光源モジュールの外観を説明する図。 図１の光源モジュールのＡＡ断面図。 図２の光源モジュールのＢＢ断面図。 図１の光源モジュールに樹脂を注入した後の断面図。 図１の光源モジュールに樹脂を注入した後の断面図。 光拡散シートの一実施例を示す図。 光拡散シートの一実施例を示す図。 光拡散シートの一実施例を示す図。 光源モジュールの一断面を説明する図。

符号の説明

１ バックライトモジュール
２ 光源モジュール
３ 導光板
４ 第１のリフレクタ
５ サブストレート
６ 第２のリフレクタ
７ ＬＥＤ
８ 樹脂部
９ 光拡散シート
１０ 凹部
１００ 液晶表示装置
１１０ 液晶パネルモジュール
１２０ 放熱用ヒートシンク
１２０ａ フィン

Claims (3)

1. 複数の発光素子を線上に並べて配置した光源モジュールにおいて、
   線状に配置した前記発光素子の両側に並んで設けられた第１のリフレクタと、前記発光素子の間に設けられた第２のリフレクタと、前記第１のリフレクタの間に設けられ前記発光素子と前記第２のリフレクタとを覆う樹脂部と、この樹脂部の表面に配置し前記発光素子の上方に設けられた光拡散シートと、を有し、
   前記第２のリフレクタの高さは、前記第１のリフレクタよりも高さが低く、前記発光素子よりも高さが高く、
   前記光拡散シートは、前記樹脂部と対向しない面に複数の窪みとこの窪みよりも深さが深い複数の凹部を設け、かつ前記樹脂部収縮変形時に柔軟に追従する材料で形成され、 前記凹部は前記発光素子の配列方向と垂直な方向に延在していることを特徴とする光源モジュール。
2. 複数の発光素子を線上に並べて配置した光源モジュールにおいて、
   線状に配置した前記発光素子の両側に並んで設けられた第１のリフレクタと、前記発光素子の間に設けられた第２のリフレクタと、前記第１のリフレクタの間に設けられ前記発光素子と前記第２のリフレクタとを覆う樹脂部と、この樹脂部の表面に配置し前記発光素子の上方に設けられた光拡散シートと、を有し、
   前記第２のリフレクタの高さは、前記第１のリフレクタよりも高さが低く、前記発光素子よりも高さが高く、
   前記光拡散シートは、前記樹脂部と対向しない面に複数の窪みとこの窪みよりも深さが深い複数の凹部を設け、
   前記凹部は前記発光素子の配列方向と垂直な方向に延在し、
   前記光拡散シートは前記第１のリフレクタの間に位置し、前記光拡散シートの前記発光素子の配列方向と垂直な方向の長さが、前記第１のリフレクタの間隙よりも小さく、前記発光素子の平面寸法よりも大きいことを特徴とする光源モジュール。
3. 請求項２に記載の光源モジュールにおいて、
   前記第２のリフレクタの下端部の長さは、LEDの平面寸法より長く第１リフレクタの間隙よりも短いことを特徴とする光源モジュール。

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