JP5284432B2

JP5284432B2 - 光源装置

Info

Publication number: JP5284432B2
Application number: JP2011191489A
Authority: JP
Inventors: 正利戸田; 哲也須田; 朋也吉村
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP2011249852A

Description

本発明は、光源装置に関し、詳細には、異なる波長の単色光を出射する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子からの単色光を混合して使用する光源装置に関する。

液晶パネル等のカラーディスプレイパネルを照らす光源装置として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の単色光を発する３種類の単色ＬＥＤをセットにして用い、各ＬＥＤから発せられる単色光をミキシングすることによって白色光を作り出すタイプの光源装置が知られている。
本発明は、このような従来技術に基づいてなされたものである。

このような単色光を混合して白色光を得る光源装置では、単色光を混合して白色光にするために所定長のミキシング部分を、単色光の光源の下流側に設ける必要がある。

このため、このような光源装置を導光板の端面から光を入射させるエッジライト方式で使用するときには、このミキシング部分が、有効表示領域として使用できない「額縁」となり、ディスプレイの小型化を阻害するという問題があった。

又、拡散板の裏面から光を入射させる直下方式で使用する場合にも、ミキシング部分を確保するためにＬＥＤを拡散板から後方に離して配置しなければならず、この結果、光源装置が厚くなってしまうという問題があった。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、短い距離で単色光を混色（ミキシング）することができる光源装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、
波長の異なる光を混合して使用する光源装置であって、
基板と、
前記基板上に設けられた直方体状のリフレクタ筐体と、
前記リフレクタ筐体の中央を上下方向に貫通し前記リフレクタ筐体の長手方向に沿って延びる長孔であって、その下端部分が上方に向かって拡大する台形状の断面形状を有する台形部分をなしている長孔と、
前記長孔の下端部分内で前記リフレクタ筐体の長手方向に並んで配置されるように前記基板上に連結された、波長の異なる光を出射する複数の発光素子と、
前記長孔の台形部分を充填し、前記基板上に配置された前記複数の発光素子を一括して封止する封止樹脂層と、を備え、
前記封止樹脂層中に、平均粒子径１〜１０μｍのシリカ粒子が１〜２０ｗｔ％で、略均一に分散させられている、
ことを特徴とする光源装置が提供される。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記光源装置はさらに導光板を有し、
該導光板の側端部が前記長孔内に差し込まれ、この導光板の側端面が前記封止樹脂層の上面に結合している。

本発明によれば、短い距離で単色光を混色（ミキシング）することができる光源装置が提供される。

本発明の第１実施形態の光源装置で利用されるＬＥＤ実装基板の平面図である。図１の光源装置を導光板に結合した状態を概略的に示す断面図である。図２のIII−III線に沿った断面図である本発明の第２実施形態の光源装置で利用されるＬＥＤ実装基板の平面図である。図４の光源装置を導光板に接続した状態を概略的に示す縦断面図である。図５のVI−VI線に沿った断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態の光源装置について説明する。図１は、本発明の第１実施形態の光源装置１で利用するＬＥＤ実装基板１００の平面図である。図２は、光源装置１を導光板に結合した状態を概略的に示す断面図であり、図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。

本実施形態の光源装置１は、液晶表示装置のバックライト等に使用される光源装置であり、図１に示されているように、ＬＥＤ実装基板１００は、細長いアルミニウムの基板２と、この基板２上に複数の単色ＬＥＤチップ４を一列に配置することによって構成されたＬＥＤチップ列６とを備えている。本実施形態では、基板２は、長さＬ１＝３００ｍｍ、幅Ｗ１＝１２ｍｍとされている。

ＬＥＤチップ列６は、各単色ＬＥＤチップ４、即ち、赤色ＬＥＤ４ｒ、緑色ＬＥＤ４ｇ、および青色ＬＥＤ４ｂからの単色光をミキシングして白色光が得られるように、赤色ＬＥＤ４ｒ、緑色ＬＥＤ４ｇ、および青色ＬＥＤ４ｂを一定の割合で混ぜて配置することによって構成されている。
本実施形態では、赤色ＬＥＤ４ｒ＝２、緑色ＬＥＤ４ｇ＝２、青色ＬＥＤ４ｂ＝１の割合で、ＬＥＤチップ列６に各単色ＬＥＤが含まれている。本実施形態では、各単色ＬＥＤチップ４の一辺の長さＳ１が０．５５ｍｍで、隣接するＬＥＤチップ４同士の間隔Ｐ１が２ｍｍに設定されている。

図２および図３に示されているように、基板２上には、リフレクタ筺体８が配置されている。リフレクタ筐体８は、細長い直方体状の部材であり、その中央を上下方向に貫通する長孔８ａが長手方向軸線に沿って延びている。長孔８ａの下端部分は、上方に向かって拡大する台形状の断面形状を有する台形部分とされ、この台形部分の側面を構成する傾斜面８ｂには反射層１０が設けられている。
リフレクタ筐体８は、基板２に実装されたＬＥＤチップ列６が、リフレクタ筐体８の長孔８ａ下端部分左右の傾斜面８ｂの間に配置されるように（図２）、基板２に連結されている。

各ＬＥＤチップ用のアノード電極（図示せず）は、導電性シート（図示せず）によって、基板２の電気配線・電極１２に接続されている。また、ＬＥＤチップのカソード電極（図示せず）は、基板２の上面に形成された電気配線・電極１２とボンディングワイヤ１４によって接続されている。
この電気配線・電極１２は、基板２を構成するアルミニウム基材の表面に絶縁層を塗布し、その上に銅箔等の導体を貼り付け、この導体をフォトリソプロセスによって加工することによって形成されている。

リフレクタ筐体８の長孔８ａの下端を構成する台形部分には、封止樹脂１６が充填され、基板２上に実装されたＬＥＤチップ列６を一括して封止している。本実施形態では、封止樹脂１６として、２液性のシリコーン樹脂（屈折率１．４１）が使用されている。
封止樹脂１６中には拡散剤１８が均一に分散させられている。本実施形態では、拡散剤として、屈折率１．４６、平均粒径２μの非孔性シリカ球形粒子（ＭＲＣユニッテック社製商品名「ＱＳ−２」）が使用されている。

本実施形態では、このようなシリカ粒子１８を、フェニルシラン化合物で表面処理し、封止樹脂であるシリコーン樹脂に５ｗｔ％のシリカ粒子を分散し、脱泡後、リフレクタ筐体８の長孔８ａの下端を構成する台形部分に充填し、基板２に実装されているＬＥＤチップ列６を一括して封止している。

基板２の上面には、高反射率を有する印刷等の加工（図示せず）が施され、さらに、基板２の下面には、放熱シートＳを介して放熱フィンＦが取り付けられ、各単色ＬＥＤチップ４からの熱を逃がすように構成されている。

このように構成された光源装置１は、例えば、リフレクタ筐体８の長孔８ａ内に導光板Ｐの側端部を差し込み、導光板Ｐの側端面を封止樹脂１４の上面に結合することによって、導光板Ｐの側端面から光を入射させるための光源装置として使用される（図２、図３）。

本実施形態による光源装置１によれば、波長の異なる光を出射する単色ＬＥＤチップ４（４ｒ、４ｇ、４ｂ）を封止する封止樹脂層１６に拡散剤１８が均一に分散させられており、比較的短い距離で単色光を混合することができるので、コンパクトな構成でありながら、均一で広い色再現領域を確保した面光源装置を構成することができる。
また、導光板の光出射面からＬＥＤ像が直接、観察されなくなり、画像の品位が向上する。

さらに、反射層１０により、各ＬＥＤチップ４から側方に出射された光や拡散剤１８により側方に拡散された光が上方に向けて反射されるので、光の利用効率が向上する。

上記実施形態では、ＬＥＤチップ列６は、ＬＥＤチップ４が一列に配置された構成であるが、ＬＥＤチップ４を２列に配置した構成でもよい。さらに、このＬＥＤチップ４の列の数を、導光板Ｐの入射端面の厚みの範囲内でさらに増やしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態の光源装置２０の構成を説明する。図４は、本発明の第２実施形態の光源装置２０で利用するＬＥＤ実装基板１１０の平面図である。図５は、光源装置２０を導光板に接続した状態を概略的に示す縦断面図であり、図６は、図５のVI−VI線に沿った断面図である。

第２実施形態の光源装置２０は、複数個の単色ＬＥＤチップからなるＬＥＤチップ群が基板２２に形成されたすり鉢状凹部２４の底２４ａに配置されている点を除き、第１実施態様の光源装置１と略同一の構成を備えている。

図４乃至図６に示されているように、基板２２の上面には、複数のすり鉢（上方向かって拡がる円錐台）状の凹部２４が、一列に配置され、各凹部２４の底２４ａには、単色ＬＥＤチップ群２６が配置されている。
本実施形態では、基板２２は、長さＬ２が３００ｍｍ、幅Ｗ２が１２ｍｍであり、凹部２４は、直径Ｄ２が、５．５ｍｍ、深さが１ｍｍである。

各単色ＬＥＤチップ群２６は、各単色ＬＥＤチップ２８、即ち、赤色ＬＥＤ２８ｒ、緑色ＬＥＤ２８ｇ、および青色ＬＥＤ２８ｂからの単色光をミキシングして白色光が得られるように、赤色ＬＥＤ２８ｒ、緑色ＬＥＤ２８ｇ、および青色ＬＥＤ２８ｂを一定の割合で混ぜて配置することによって構成されている。
本実施形態では、単色ＬＥＤチップ群２６は、３つの赤色ＬＥＤ２８ｒ、５つの緑色ＬＥＤ２８ｇ、および２つの青色ＬＥＤ２８ｂの合計１０個の単色ＬＥＤチップ２８によって構成されている。

本実施形態では、各単色ＬＥＤチップ２８の一辺の長さＳ２は０．３８ｍｍ、隣接する凹部２４の間隔Ｐ２は約１２．５ｍｍに設定されている。

本実施形態では、基板２２のアルミニウム基材の表面に絶縁層を塗布し、この絶縁層の上に銅箔等の導体を貼り付け、この導体をフォトリソプロセスによって加工することにより電気配線・電極３０を形成し、さらに、金型を使用して凹部２４が形成されている。

凹部２４内には、１０ｗｔ％の拡散剤３２が均一に分散させられた封止樹脂３４が充填され、凹部２４の底２４ａに実装されている単色ＬＥＤチップ２８を封止している。封止樹脂３４および拡散剤３２は、第１実施態様と同様のものが使用されている。

基板２２の上面には、高反射率を有する印刷等の加工（図示せず）が施されている。さらに、基板２２の下面には、放熱シートＳを介して放熱フィンＦが取り付けられ、各単色ＬＥＤチップ２８からの熱を逃がすように構成されている。

このように構成された光源装置２０は、例えば、細長い直方体状のリフレクタ筐体３６の細長い直方体状の長孔３６ａ内に導光板１８の側端部を差し込み、導光板Ｐの側端面を封止樹脂３４に上面に結合することによって、導光板Ｐに光を入射させる光源装置として使用される（図５、図６）。

本実施形態による光源装置２０によれば、波長の異なる光を出射する単色ＬＥＤチップ２８（２８ｒ、２８ｇ、２８ｂ）を封止する封止樹脂層３４に拡散剤３２が均一に分散させられおり、比較的短い距離で単色光を混合することができるので、コンパクトな構成でありながら、均一で広い色再現領域を確保した面光源装置を構成することができる。
また、導光板の光出射面からＬＥＤ像が直接、観察されなくなり、画像の品位が向上する。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
たとえば第２実施形態の光源装置は、エッジライト方式の面光源装置の光源装置としてのみならず、直下方式のように空間でミキシングするタイプの面光源装置用の光源装置としても有効である。

また、上記実施形態では、拡散剤の粒子形状は球状であったが、ラグビーボールのような異方性形状あるいは、球状表面に凹凸が付いたような形状でもよい。

１：光源装置
２：基板
４：単色ＬＥＤチップ
４ｒ：赤色ＬＥＤ
４ｇ：緑色ＬＥＤ
４ｂ：青色ＬＥＤ
６：ＬＥＤチップ列
８：リフレクタ筺体
１６：封止樹脂
１８：拡散剤

Claims

波長の異なる光を混合して使用する光源装置であって、
基板と、
前記基板上に設けられた直方体状のリフレクタ筐体と、
前記リフレクタ筐体の中央を上下方向に貫通し前記リフレクタ筐体の長手方向に沿って延びる長孔であって、その下端部分が上方に向かって拡大する台形状の断面形状を有する台形部分をなしている長孔と、
前記長孔の下端部分内で前記リフレクタ筐体の長手方向に並んで配置されるように前記基板上に連結された、波長の異なる光を出射する複数の発光素子と、
前記長孔の台形部分を充填し、前記基板上に配置された前記複数の発光素子を一括して封止する封止樹脂層と、を備え、
前記封止樹脂層中に、平均粒子径１〜１０μｍのシリカ粒子が１〜２０ｗｔ％で、略均一に分散させられている、
ことを特徴とする光源装置。
前記光源装置はさらに導光板を有し、
該導光板の側端部が前記長孔内に差し込まれ、この導光板の側端面が前記封止樹脂層の上面に結合している、
請求項１記載の光源装置。