JP5196353B2 - 側面放出型発光装置及び線光源型発光装置 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤを利用した発光装置に関するもので、さらに詳細には、位置に従って均一な発光を保障することができる側面放出型発光装置と、点光源特性を有するＬＥＤを利用した新しい構造の線光源型発光装置に関する。

一般的に、発光ダイオードは電極が連結されたリードフレームを備えたパッケージ本体を備えた発光装置形態で提供され、液晶ディスプレイのバックライト、面発光表示機の導光板、及び光学センサのような多様な受光素子と結合して多くの応用分野において使用されている。

特に、発光装置の一形態である側面放出型発光装置（ｓｉｄｅ−ｖｉｅｗ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）は、液晶ディスプレイのバックライトユニット（ＢＬＵ）のための光源として広く使用されている。

ＢＬＵの場合、急速に大面積化が進行される傾向にあり、このような大面積化の傾向に関わらずパネル全体における光の均一度が維持されなければならない。しかし、ＢＬＵ光源としてのＬＥＤ光源は点光源であるため、線光源である既存のＣＣＦＬに比べて光の均一度の面で短所を有する。

ＬＥＤは受光素子（ＬＣＤのＢＬＵ、面発光表示機の導光板、光学センサ、ｅｔｃ．）と結合して多くの応用分野に使用されている。このような応用分野においてＬＥＤが有する最も大きな短所は、点光源として作用するため線光源として具現するのが難しいということである。

図１は従来の側面放出型発光装置１の光放出面ＬＰから放射される光の出力分布を測定した結果である。

図１に表われたように、光出力が最も大きく測定される位置は発光装置１の 中心部（ＬＥＤチップ５の上部）であり、側壁に向かうほど光出力の強さが減少し側壁に隣接して再び小幅に上昇する傾向が見られる。

上記発光装置１の中心部において光出力の強さが最も高く表われる理由は、ＬＥＤチップ５がパッケージの中央に位置するためＬＥＤチップ５の発光がその直ぐ上部に集中するためである。側壁における光出力の増加は、ＬＥＤチップ５の側面に配光された光や内部において散乱された光が、パッケージ本体の側壁に反射され外部に放出されることに起因し、そのパッケージ本体の反射率及び傾斜に大きく依存する。

このように、側面放出型発光装置はＬＥＤチップの位置が明るく表われる点光源としての特徴を有する。従って、上記側面放出型発光装置は、バックライトユニット（ＢＬＵ）の光ガイドパネル（ＬＧＰ：Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｉｎｇ Ｐａｎｅｌ）に適用される場合に、ＬＥＤ中心部において明るく光る領域であるホットスポット（ｈｏｔ ｓｐｏｔ）と、ＬＥＤチップの間に暗い領域であるダークスポット（ｄａｒｋ ｓｐｏｔ）が発生する。このような点光源としての特性により全体的な均一度が大きく妨げられる。

本発明は上記した従来技術の問題を解決するためのもので、その目的は光ガイドパネルのような照射対象物において均一な光分布を実現することができる新しい構造の側面放出型発光装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、点光源の特性を有するＬＥＤチップを利用して、線光源に近い発光特性を提供することができる新しい構造の線光源型発光装置を提供することにある。

上記した技術的課題を実現するために、本発明の一側面は、実装面として提供される第１面と、前記第１面の反対に位置した第２面及び上記第１及び第２面の間に位置した側面を有する構造であり、上記側面のうち光の放出面に該当する側面に形成された凹部を有するパッケージ本体と、上記パッケージ本体に形成されたリードフレームと、上記凹部の底面に実装された発光ダイオードチップを含み、上記凹部の向かい合う内部側壁のうち、上記発光ダイオードチップに隣接した領域に上記発光ダイオードチップに向かって夫々一側面が上記内部側壁と一体化され、２つの反射面を有した三角錐の形態の突出部が複数形成されたことを特徴とする側面放出型発光装置を提供する。

好ましくは、上記突出部が形成された内部側壁は、上記凹部の長軸方向に沿って形成された側壁である。

好ましくは、上記発光ダイオードチップを取り囲むように上記凹部内に形成された樹脂包装部をさらに含む。この場合、上記樹脂包装部は、上記発光ダイオードチップから生成される光の波長を変換するための蛍光体粉末を含むようにすることができる。

本発明は、複数のＬＥＤチップを有する線光源型発光装置を提供する。上記線光源型発光装置は、凹部を有するパッケージ本体と、上記パッケージ本体に形成されたリードフレームと、上記凹部の底面に上記凹部の長軸方向に沿って実装された複数の発光ダイオードチップと、を含み、上記凹部の向かい合う内部側壁のうち、上記夫々の発光ダイオードチップに隣接した領域にその隣接した発光ダイオードチップに向かって夫々一側面が上記内部側壁と一体化され、２つの反射面を有した三角錐の形態の突出部が複数形成される。

特定の実施形態において、上記線光源型発光装置に採用されたパッケージ本体は、実装面として提供される第１面と、前記第１面の反対に位置した第２面及び上記第１及び第２面の間に位置した側面を有する構造であり、上記凹部は、上記側面のうち光の放出面に該当する側面に形成される。

本発明によると、均一な光照射を実現するためにＬＥＤ光源から光ガイドパネルのような受光素子に照射される光出力は光の出射位置に従って比較的均一に維持させることができる。このような位置による光量の調節方式を利用して複数のＬＥＤチップを有する線光源型発光装置を提供することができる。

従来の側面放出型発光装置の光放出面から放射される光の出力分布（長軸方向に従う位置）を測定した結果である。 本発明の一実施形態による側面放出型発光装置の側断面図である。 本発明の一実施形態による側面放出型発光装置の概略斜視図である。 図２ｂに採用された凹部の構造を表す透過斜視図である。 本発明の多様な実施形態に採用可能な凹部の構造を表す透過斜視図である。 本発明の多様な実施形態に採用可能な凹部の構造を表す透過斜視図である。 本発明の多様な実施形態に採用可能な凹部構造を表す透過斜視図である。 本発明の改善効果を確認するため発光位置による光量の均一度を表すグラフである。 本発明による線光源型ＬＥＤアセンブリを表す平面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図２ａ及び図２ｂは、夫々本発明の一実施形態による側面放出型発光装置の側断面図及び一部分解斜視図である。

図２ａ及び図２ｂを参照すると、本実施形態による側面放出型発光装置１０は、凹部Ｒ１を備えたパッケージ本体１１と、上記凹部Ｒ１の底面に搭載された発光ダイオードチップ１５を含む。

上記パッケージ本体１１は、実装面として提供される第１面１１ａと第１面の反対に位置した第２面１１ｂ及び上記第１及び第２面の間に位置した側面を有する。上記凹部Ｒ１は上記側面のうち上記光放出面１１ｃに該当する側面に形成される。

上記発光装置１０は、上記凹部Ｒ１の底面に露出されるように上記パッケージ本体１１に形成された第１及び第２リードフレーム１２ａ、１２ｂを含む。本明細書において、“凹部の長軸Ｌａ”と“凹部の短軸Ｌｂ”という用語は凹部Ｒの長い幅方向及び短い幅方向を称する用語として夫々使用され、互いに垂直である方向を意味する。

上記発光ダイオードチップ１５は、上記第１及び第２リードフレーム１２ａ、１２ｂの夫々に電気的に接続されるように上記凹部Ｒ１の底面に実装される。図２ａに図示されたように、発光ダイオードチップ１５は第１リードフレーム１２ａ上に実装され、発光ダイオードチップ１５の電極はワイヤーで連結することができるが、これに限定されず、公知の多様な接続形態を有することができる。例えば、発光ダイオードチップが垂直構造である場合には、ワイヤーボンディングなしに発光ダイオードチップの下面は実装されたリードフレームと電気的に接続することができる。

本実施形態のように、上記発光装置１０は、上記発光ダイオードチップ１５を取り囲むように上記凹部Ｒ１内に形成された樹脂包装部１６を含むことができる。上記樹脂包装部１６は公知の透明樹脂とすることができ、例えばエポキシ樹脂、シリコン樹脂またはその混合樹脂とすることができる。好ましくは、波長変換のための蛍光体粉末または光散乱のための光散乱用粉末をさらに含むものとすることができる。

図２ｂに図示されたように、上記凹部Ｒ１の向かい合う内部側壁のうち、上記発光ダイオードチップ１５に隣接した領域に、上記発光ダイオードチップ１５に向かって突出部１７が形成される。

本実施形態に採用された突出部１７は、夫々２つの反射面１７ａ、１７ｂを有する。上記突出部１７の反射面１７ａ、１７ｂは、上記凹部Ｒ１の短軸方向Ｌｂに沿って形成された両側壁に向かうように傾斜した面で提供される。

このような突出部１７は図示されたように一側面が該当内部側壁と一体化された三角錐の形態とすることができる。

図２ｂに図示された発光装置１０に採用された凹部Ｒ１の形状については、図２ｃに図示された斜視図を通してより具体的に説明することができる。

図２ｃに図示されたように、発光ダイオードチップ１５から生成された光の一部Ｌは、上記発光ダイオードチップ１５の隣接した内部側壁領域、即ち凹部Ｒ１の長軸方向Ｌａに形成された内部側壁のほぼ中央領域に形成された突出部１７の反射面１７ａ、１７ｂによって両端方向へと向かう。

このように、突出部１７により提供される反射面１７ａ、１７ｂは、長軸方向Ｌａの両側端へと光が向かうようにするため、上記発光ダイオードチップ１５が位置した中央領域に集中される光を多少分散させることができる。

本発明に採用された突出部１７は、側方向への反射作用を通して長軸方向に従う位置における光出力分布を均一にすることができる。

長軸方向に沿う位置において光出力分布を均一化することは、上記側方向の反射面の役割だけでなく、上記突出部１７による光放出空間を減少させるという点もある。すなわち、凹部の空間を一種の光放出空間として見ることができ、上記発光ダイオードチップ１５と隣接した側壁に突出部１７のような側壁の変形構造物を形成して、その隣接空間を侵食することによってその空間において提供される光出力を相対的に低減させることができると理解することができる。

このような点を強調し、本発明による凹部構造は上記発光ダイオードチップに隣接した短軸方向の幅が他の位置の短軸方向の幅より小さい形態で表現することができる。

好ましくは、凹部の平断面が長方形であるときに、発光ダイオードチップの形成領域を含んだ長軸方向の１/３の空間において１０％〜８５％の空間が侵食されるように突出部１７を形成することができる。

このように、本実施形態に採用された突出部１７は、ＬＥＤチップの隣接領域の光放出空間を侵食する手段でありながら、ＬＥＤチップにおいて発生した一部光を両側端に分散させる手段として理解することができる。

本発明において提案された突出部は多様な実施形態で具現することができる。図３ａ乃至図３ｃには本発明の多様な実施形態において採用可能な凹部の形状を概略的に表す投影斜視図が図示されている。

図３ａを参照すると、本凹部Ｒ２には全体的に上部に向かって傾斜した内部側壁を有する。長軸方向に沿って形成された内部側壁には、図２ｃに図示された突出部と類似して両側端に向かって傾斜した２つの反射面２７ａ、２７ｂを有する突出部２７が形成される。但し、先の実施形態と異なり、三角錐の形態ではなく三角柱と類似した形態を有する。

本実施形態においては、突出部２７の反射面２７ａ、２７ｂを底面とほぼ垂直であるか若干底面に傾斜した面で形成し、ＬＥＤチップと隣接した領域において直ぐ上部に放出される光を最大限低減させることができる。

図３ｂに図示された凹部Ｒ３は、長軸方向に沿って形成された内部側壁のほぼ全体にかけて形成された突出部３７を有する。上記突出部３７も反射面３７ａ、３７ｂを通して両側方向に光を反射させ長軸方向に沿う位置において均一な光出射を図る。すなわち、上記突出部３７は、内部側壁全体にかけて上記凹部Ｒ３の短軸方向の幅が、上記発光ダイオードチップ３５に隣接した中央領域から遠くなるほど次第に大きくなる形態で提供することができる。

これ以外にも多様な形態に変形され実施することができる。一変形例として各内部側壁に形成された突出部は、ひとつに限定されず複数の突出部とすることができる。すなわち、図３ｃに図示された凹部Ｒ４のように、各内部側壁に２つの突出部４７が形成することもできる。

図２ｃに図示された凹部Ｒ４において、突出部４７の間に位置した反射面４７ｃは両側に位置した反射面４７ａ、４７ｂのように側方向の反射に大きく寄与せずとも光放出空間が減少しすぎるのを防ぐことによって全体輝度を所望の水準に維持することができる。

本発明の改善効果を確認するため、本発明の実施例による凹部を有する２つの側面放出型発光装置（実施例１及び２）と従来の凹部構造を有する側面放出型発光装置（比較例）を製造して位置による光出力分布を測定した。

本発明による凹部構造は、夫々図２ｃと図３ａと類似した形態（実施例１及び２）で製造し、従来の側面放出型発光装置は凹部に突出部のみがないように製造した。すなわち、３つの発光装置に採用された凹部は突出部を排除して内部側壁が全て平面であるとするとき、全ての凹部のサイズが同一の形態で、同一の仕様のＬＥＤチップが実装された形態であると理解することができる。

このように備えられた各側面放出型発光装置に対して長軸方向による位置別の光出力を測定した。各位置による基準は光放出面から１００μｍ上部において測定し、図２ａに図示されたように、発光ダイオードチップの中心領域を基準にして一側方向に従って１/３に分割するとき、各分割領域（（ａ）、（ｂ）、（ｃ））のセンターに該当する三地点において測定した。その測定結果は図４に図示されている。

図４に表われたように、従来の発光装置（比較例）は中心部から両端に向かうほど偏差がひどく、７倍以上の光出力の差を誘発するのに反し、本発明による実施例は中心領域の光出力が突出部とその反射面により全体的に減少する一方、反射面により両端に進行する光量が増加するため、両端における光出力が増加し、ほぼ線光源に近く挙動することを確認することができる。

特に、図３ａに図示された形態のように、発光ダイオードチップの隣接領域を相対的に大きく侵食し、反射面の大きさが増加するだけでなく、ほぼ垂直に近い角度で形成して発光ダイオードチップの隣接した領域において上部に向かう光を低減させることにより実施例１に比べてより線光源に近い特性を表すことを確認することができる。

上述された原理を利用して、点光源を複数のＬＥＤチップに採用してもほぼ線光源のように発光する発光装置を提供することができる。図５は本発明による線光源型発光装置を表す平面図である。

図５を参照すると、本実施形態による線光源型発光装置は、凹部Ｒを備えた パッケージ本体１１１と、上記凹部Ｒの底面に搭載された複数の発光ダイオードチップ１１５を含む。

上記複数の発光ダイオードチップ１１５は、上記第１及び第２リードフレーム１１２ａ、１１２ｂの夫々に電気的に接続されるように上記凹部Ｒの底面に実装される。本実施形態において発光ダイオードチップ１１５は、線光源のような発光効果を得るために、凹部の長軸方向に沿って搭載される。

本実施形態において、複数の発光ダイオードチップ１１５が並列に連結されることができるように、第１リードフレーム１１２ａは第１外部端子１１３ａに連結され、第２リードフレーム１１２ｂは第２外部端子１１３ｂに連結されることができる。しかし、これに限定せず、リードフレーム構造とボンディング方式を変更して複数のＬＥＤチップを直列または直列及び並列の組み合わせで連結することができる。

また、図５に図示されたように、上記凹部Ｒの向かい合う内部側壁のうち、上記発光ダイオードチップ１１５に隣接した領域に夫々上記発光ダイオードチップ１１５に向かって突出部１１７が形成される。本実施形態に採用された突出部１１７は、先の実施形態のように側面方向に向かう反射面１１７ａ、１１７ｂを有する形態とすることができる。このような連続的なＬＥＤチップの配列とともに、ＬＥＤチップに隣接した領域の光放出量を減少させ、ＬＥＤチップと遠い領域、即ちＬＥＤチップの間の領域に光放出量を増加させることによってほぼ線光源としての作用を期待することができる。

本実施形態においては両端に向かう反射面が明確に区分された角張った形態の突出部として図示されているが、図５のように光放出面から見て、ＬＥＤチップと隣接した領域の幅が小さく、ＬＥＤチップの間の領域が幅が広い形態で内部側壁の形状が波状を有するように形成されることができる。

また、本実施形態による線光源装置は図５に図示されたように、側面放出型発光装置のためのＬＥＤアセンブリ形態の線光源で具現することもできる。この場合、上記パッケージ本体１１１は、実装面として提供される第１面１１１ａと第１面の反対に位置した第２面１１１ｂ及び上記第１及び第２面の間に位置した側面を有する。上記凹部Ｒは上記側面のうち上記光の放出面１１１ｃに該当する側面に形成される。

本発明は上述した実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定される。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野の通常の知識を有する者には自明であり、これも添付の請求範囲に記載された技術的思想に属する。

Claims (8)

1. 実装面として提供される第１面と、前記第１面の反対に位置した第２面及び前記第１及び第２面の間に位置した側面を有する構造であり、前記側面のうち光の放出面に該当する側面に形成された凹部を有するパッケージ本体と、
   前記パッケージ本体に形成されたリードフレームと、
   前記凹部の底面に実装された発光ダイオードチップと、を含み、
   前記凹部の向かい合う内部側壁のうち、前記発光ダイオードチップに隣接した領域に前記発光ダイオードチップに向かって夫々一側面が前記内部側壁と一体化され、２つの反射面を有した三角錐の形態の突出部が複数形成されたことを特徴とする側面放出型発光装置。
2. 前記突出部が形成された内部側壁は、前記凹部の長軸方向に沿って形成された側壁であることを特徴とする請求項１に記載の側面放出型発光装置。
3. 前記発光ダイオードチップを取り囲むように前記凹部内に形成された樹脂包装部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の側面放出型発光装置。
4. 前記樹脂包装部は、前記発光ダイオードチップから生成される光の波長を変換するための蛍光体粉末を含むことを特徴とする請求項３に記載の側面放出型発光装置。
5. 凹部を有するパッケージ本体と、
   前記パッケージ本体に形成されたリードフレームと、
   前記凹部の底面に前記凹部の長軸方向に沿って実装された複数の発光ダイオードチップと、を含み、
   前記凹部の向かい合う内部側壁のうち、前記夫々の発光ダイオードチップに隣接した領域にその隣接した発光ダイオードチップに向かって夫々一側面が前記内部側壁と一体化され、２つの反射面を有した三角錐の形態の突出部が複数形成されたことを特徴とする線光源型発光装置。
6. 前記パッケージ本体は、実装面として提供される第１面と、前記第１面の反対に位置した第２面及び前記第１及び第２面の間に位置した側面を有する構造であり、前記凹部は、前記側面のうち光放出面に該当する側面に形成されたことを特徴とする請求項５に記載の線光源型発光装置。
7. 前記発光ダイオードチップを取り囲むように前記凹部内に形成された樹脂包装部をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の線光源型発光装置。
8. 前記樹脂包装部は、前記発光ダイオードチップから生成される光の波長を変換するための蛍光体粉末を含むことを特徴とする請求項７に記載の線光源型発光装置。
   

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