JP5533830B2 - 線状光源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の発光素子が線状に配置された光源装置であり、小型の液晶表示パネルのバックライト光源などに利用されるものである。
携帯電話やデジタルカメラの液晶表示パネルのバックライト光源として、導光板と、導光板の側面に配置される線状光源装置（たとえば特許文献１）とを有した光源が知られている。
この線状光源装置は、細長い長方形状で配線パターンが形成されたプリント基板と、プリント基板上にプリント基板の長手方向に沿って離間して複数配置され、プリント基板の配線パターンと接続された発光素子と、各発光素子の長手方向の一方と他方にそれぞれ設けられ、傾斜面を有したリフレクタと、各発光素子を封止する封止樹脂と、によって構成されている。
このような線状光源装置では、封止樹脂を熱硬化させる際に収縮が生じ、線状光源装置が下側（プリント基板の発光素子実装側の面から反対側の面の方向）に凸に湾曲してしまう。その結果、導光板への密着性が低下し、導光板への光入射効率が低下する。
そこで、特許文献２では、線状光源装置の湾曲を防止するために、ある発光素子に対して設けられたリフレクタと、隣接する他の発光素子に対して設けられたリフレクタとを連続させるのではなく、溝を設けて分離している。この溝によって、封止樹脂の収縮による応力を緩和し、湾曲を防止している。
また、特許文献３では、特許文献１に示した線状光源装置からリフレクタを省き、プリント基板の裏面（発光素子実装側とは反対側の面）であって、発光素子と対向する位置に、封止樹脂よりも長手方向に長く、その端部が封止樹脂と封止樹脂との間に位置する第２基板を有した線状光源装置が示されている。そして、第２基板によって線状光源装置のねじれや反りを低減できることが示されている。
特開２００４−２３５１３９ 特開２００６−１２０６９１ 特開２００８−５３５７１
しかし、特許文献２の方法では、湾曲を防止する効果が十分でなく、湾曲して導光板との密着性が低下し、導光板への光入射効率が低下してしまい、バックライト光源の輝度が低下してしまう。また、特許文献３の方法を特許文献２に適用したとしても、線状光源装置の湾曲の抑制は十分でない。
そこで本発明の目的は、線状光源装置において、より効果的に湾曲を防止することである。
第１の発明は、方形状で配線パターンが形成された配線基板と、前記配線基板上に前記配線基板の長手方向に配置され、前記配線基板の配線パターンと接続された複数の発光素子と、前記発光素子を封止する封止樹脂と、を有した線状光源装置において、配線基板は、発光素子が配置された側とは反対側の面（以下裏面とする）であって、発光素子間に対応する位置に設けられた溝と、配線基板の発光素子が配置された側とは反対側の面に接して設けられた補強板と、を有することを特徴とする線状光源装置である。
溝の形状は、ドット状、線状など任意の形状でよいが、作製の容易さから線状であることが望ましい。また、溝を線状に形成する場合、その線に垂直な方向での断面形状は矩形、三角形、半球など任意である。また、溝を線状に形成する場合、その線方向は、短手方向であることが望ましい。より効果的に応力を緩和し、線状光源装置の湾曲を抑制することができるからである。また、溝の位置は、配線基板の裏面であって、発光素子間に対応する位置の少なくとも１ヶ所以上であればよいが、複数箇所に設けることが望ましく、配線基板の中央に対して対称に設けることが望ましい。より効果的に応力を緩和し、線状光源装置の湾曲を抑制することができる。溝の深さは、配線基板が１層である場合には基板の厚さに対して１／３以下の深さとすることが望ましく、配線基板が多層基板である場合には、配線基板の裏面側から第１層目の厚さ以下の深さとすることが望ましい。これよりも溝が深いと、配線基板の強度が低下して破損などのおそれがあり、また多層基板の場合には内部の配線を損傷してしまうおそれがあり望ましくない。溝の形成は、ダイサーやカッター、エッチングなどによって行う。
補強板は、線状光源装置に発生する応力を緩和するものであれば任意であるが、配線基板よりも熱伝導性の高い材料からなる放熱板であることが望ましい。放熱板の材料は、たとえばアルミニウムや銅、それらを主とする合金などである。また、補強板は配線基板の裏面全面に設けられていることが望ましい。
線状光源装置は、発光素子が設けられた側の配線基板上には、配線基板の長手方向の一方と他方に対向する傾斜面をそれぞれ備えた２つの部分で構成され、単数ないし複数の前記各発光素子ごとに前記２つの傾斜面で挟むようにして分離されて形成されたリフレクタを有していてもよい。リフレクタによって配線基板水平方向に放射される光を効率的に上方に取り出すことができる。リフレクタを設ける場合、封止樹脂は、発光素子が設けられた側の配線基板表面と、２つの傾斜面とで囲まれた凹部を埋めるようにして形成する。隣接するリフレクタ間は連結されていてもよく、リブ状部分により連結されていてもよい。
第２の発明は、第１の発明において、溝は、配線基板の中央に対して対称な位置に設けられていることを特徴とする線状光源装置である。
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、溝は、配線基板の短手方向に延びる線状であることを特徴とする線状光源装置である。
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、補強板は、配線基板よりも熱伝導性の高い放熱板であることを特徴とする線状光源装置である。
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、配線基板の長手方向の一方と他方に対向する傾斜面をそれぞれ備えた２つの部分で構成され、単数ないし複数の発光素子ごとに２つの傾斜面で挟むようにして分離されて配線基板上に配置されたリフレクタをさらに有し、封止樹脂は、発光素子の配置された配線基板表面と、２つの傾斜面とにより囲まれた凹部を埋めるように形成されている、ことを特徴とする線状光源装置である。
第６の発明は、第５の発明において、隣接するリフレクタ同士が連結されていることを特徴とする線状光源装置である。
本発明において、リフレクタ同士がリブ状に連結されていても良い。
第１の発明によれば、線状光源装置の配線基板の裏面であって、発光素子間に対応する位置に溝を設け、配線基板の裏面に接して補強板を設けたため、封止樹脂の熱収縮によって配線基板に生じる応力が緩和され、線状光源装置の湾曲を抑制することができる。そして、線状光源装置の湾曲が抑制される結果、線状光源装置と導光板とを組み合わせて面状光源装置とした場合に、線状光源装置と導光板との密着性が向上し、導光板への光入射効率が向上するため、面状光源装置の輝度を向上させることができる。
また、第２、３の発明によれば、線状光源装置の湾曲をより抑制することができる。
また、第４の発明によれば、導光板に本発明の線状光源装置を接触させて面状光源装置とした場合に、放熱板を設けたことにより導光板へ熱が伝導しにくくなり、導光板の劣化を抑制することができる。
また、第５の発明のように、リフレクタを設けることで光を効率的に情報へ取り出すことができ、輝度を向上させることができる。
また、本発明により封止樹脂の熱収縮による応力が緩和される結果、第６の発明のように隣接するリフレクタ同士を連結させても十分に線状光源装置の湾曲を抑制することができるので、リフレクタの作製がより容易となる。
また、リブ状にリフレクタ同士を連結させれば、リフレクタ間の溝により応力を緩和しつつ、リブ部分の配線基板との接着により、リフレクタと配線基板との密着性を向上させることができる。
実施例１の線状光源装置１の構成を示した断面図。 実施例１の線状光源装置１の構成を示した斜視図。 他の実施例の線状光源装置１の構成を示した斜視図。 他の実施例の線状光源装置１の構成を示した斜視図。 他の実施例の線状光源装置１の構成を示した斜視図。
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
図１は、実施例１の線状光源装置１の構成を示した断面図、図２は斜視図である。図１、２のように、実施例１の線状光源装置１は、細長い長方形状の配線基板１０と、配線基板１０上に直線状に配置された発光素子１１と、各発光素子毎に配線基板１０上に配置されたリフレクタ１２と、発光素子１１を封止する封止樹脂１３と、配線基板１０の裏面１０ａ（発光素子の配置側とは反対側の面）に配置された放熱板１４と、によって構成されている。
配線基板１０は、ガラス布基材ビスマレイミドトリアジン樹脂からなるＦＲ−５基板である。他にも、ガラス布基材エポキシ樹脂からなるＦＲ−４基板なども用いることができる。配線基板１０の表面には、配線パターンが形成されており、その配線パターンと発光素子１１とがボンディングワイヤ（図示しない）を介して接続されている。配線基板１０は、細長い長方形状である。
配線基板１０の裏面１０ａには、複数の溝１７が設けられている。溝１７は配線基板１０の短手方向に線状に形成されている。溝１７の線に垂直方向での断面形状はくさび形である。溝１７の位置は、発光素子１１と発光素子１１との間の位置に対向した位置であり、配線基板１０の中央に対して対称に設けられている。溝１７は、ダイサーやカッター、エッチングなどによって形成する。
なお、溝１７の形状、位置は上記に限るものではない。たとえば溝１７をドット状としてもよいし、溝１７を線状とする場合であっても、線に垂直な方向での断面をくさび形ではなく矩形や半球、三角形などの形状としてもよい。また、溝１７の数も発光素子１１と発光素子１１との間に対向した位置に少なくとも１ヶ所以上あればよく、溝の位置も、必ずしも配線基板１０の中央に対して対称とする必要はない。ただし、より効果的に配線基板１０に発生する応力を緩和するためには、溝１７を複数設け、それらの溝１７の配置を配線基板１０の中央に対して対称な位置とすることが望ましい。特に、リフレクタ１２とリフレクタ１２との間の溝１５に対向する位置に、溝１７を設けることが望ましい。また、溝１７の深さは、配線基板１０が１層である場合には配線基板１０の厚さに対して１／３以下の深さとすることが望ましく、配線基板１０が多層基板である場合には、配線基板１０の裏面１０ａ側から第１層目の厚さ以下の深さとすることが望ましい。これよりも溝１７が深いと、配線基板１０の強度が低下して破損などのおそれがあり、また多層基板の場合には内部の配線を損傷してしまうおそれがあり望ましくない。
発光素子１１は、青色発光のIII 族窒化物半導体からなるフェイスアップ型のＬＥＤである。発光素子１１は、配線基板１０上に、配線基板１０の長手方向に沿って直線状に複数配置されている。また、配線基板１０の配線パターンと発光素子１１のｎ電極、ｐ電極（いずれも図示しない）とが、ボンディングワイヤ（図示しない）を介して接続されている。
なお、実施例１では発光素子１１をフェイスアップ型として配線基板１０にワイヤボンディングしているが、発光素子１１はフリップチップ型や縦方向に導通をとる構造のものを用いてもよい。
リフレクタ１２は、配線基板１０上に、各発光素子１１ごとに溝１５によって分離されて設けられている。リフレクタ１２は、たとえばポリフタルアミド、液晶ポリマ、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなる。リフレクタ１２は、線状光源装置１の長手方向において発光素子１１を挟んで対向する２つの部分１２ａ、ｂからなり、それぞれの部分１２ａ、ｂは、発光素子１１側に配線基板１０の主面に対して傾斜した傾斜面１６ａ、ｂを有している。傾斜面１６ａ、ｂは、発光素子１１上方側を上に見て逆ハの字型となるような傾斜角度を有している。この傾斜面１６ａ、ｂによって発光素子１１からの光を上方に反射させることによって、線状光源装置１の輝度を高めるとともに輝度のムラを低減している。
なお、実施例１ではリフレクタ１２は各発光素子１１ごとに設けたが、複数の発光素子ごと（たとえば２、３個の発光素子ごと）に設けてもよい。１のリフレクタ当たりに複数の発光素子を配置する場合、その複数の発光素子の配置は、配線基板の長手方向に沿って並んだ配置であってもよいし、他の配置方法であってもよい。
また、図３に示す斜視図のように、隣接するリフレクタ１２間を溝１５を設けないで分離せず、連結させてもよい。本発明による応力緩和の効果により、溝１５を設けずとも応力を十分に緩和させることができるようになり、溝１５を設けないことによりリフレクタ１２の作製が容易になる。
また、図４に示す斜視図のように、溝２５を設けることにより隣接するリフレクタ１２間にリブ状部分１８を設け、このリブ状部分１８によって隣接するリフレクタ１２間を連結させてもよい。溝２５によって応力の緩和を図りつつ、リブ状部分１８が配線基板１０と接着することにより、リフレクタ１２と配線基板１０との密着性を向上させることができる。
封止樹脂１３は、黄色蛍光体が混合されたシリコーン樹脂からなり、発光素子１１を封止するよう形成されている。封止樹脂１３として他にもエポキシ樹脂などを用いることができる。この封止樹脂１３は、発光素子１１およびボンディングワイヤを保護するためのものであると同時に、発光素子１１からの青色光の一部を黄色光に変換して青色光と黄色光とを混合し、白色発光とするものである。また、封止樹脂１３は、リフレクタ１２の傾斜面１６ａ、ｂ、発光素子１１の配置された配線基板１０で囲まれた凹部を満たすようにして形成されている。封止樹脂１３は、粘性を有したシリコーン樹脂をポッティングしたのち、熱処理して硬化させることにより形成する。この熱処理に際して、シリコーン樹脂は収縮するため、配線基板１０に、配線基板１０の発光素子１１実装側から裏面側に向かって凸状に湾曲させるような応力を発生させる。
なお、封止樹脂１３には、発光素子１１からの光を拡散させるための反射材が混合されていてもよい。反射材は、たとえばシリカなどの粒子である。
放熱板１４は、配線基板１０の裏面１０ａ全面に設けられている。放熱板１４を設けることにより、配線基板１０に発生する応力を緩和し、線状光源装置１の湾曲を抑制している。配線基板１０よりも熱伝導性の高い材料からなり、たとえばアルミニウムや銅などである。
なお、必ずしも放熱板１４である必要はなく、配線基板１０に発生する応力を緩和できるものであればよい。
次に、線状光源装置１の動作について説明する。電圧の印加により配線基板１０の配線パターンを介して各発光素子１１に電流が流れると、各発光素子１１から青色光が放射状に出射し、一部は封止樹脂１３を介して上方に放射され、他の一部は封止樹脂１３を介してリフレクタ１２の傾斜面１６ａ、ｂに達し、傾斜面１６ａ、ｂに反射されて上方に放射される。ここで青色光の一部は封止樹脂１３に混合されている黄色蛍光体によって黄色光に変換されるため、青色光と黄色光の混合により白色光に変換される。このように発光素子１１からの青色光は白色光に変換されて上方に拡散し、各発光素子１１が線状に配置されているため光も線状に拡散する。その結果、線状光源装置１は、線状に白色光を発する。
この実施例１の線状光源装置１では、配線基板１０の裏面１０ａに溝１７を設けることにより、配線基板１０に生じる応力を緩和し、線状光源装置１の湾曲を抑制している。また、配線基板１０の裏面１０ａの全面に放熱板１４を設けることにより、同じく配線基板１０に生じる応力を緩和している。このように、線状光源装置１の湾曲が抑制される結果、線状光源装置１と導光板とを組み合わせて面状光源装置とした場合に、線状光源装置１と導光板との密着性が向上し、導光板への光入射効率が向上するため、面状光源装置の輝度を向上させることができる。また、放熱板１４を設けたことにより導光板へ熱が伝導しにくくなり、導光板の劣化を抑制することができる。
なお、実施例１の線状光源装置１では、発光素子１１として青色光のＬＥＤを用い、封止樹脂１３に混合する蛍光体として黄色蛍光体を用い、線状光源装置１の発色光を白色とするものであったが、発光素子１１の発光色および蛍光体の蛍光色はこれらに限るものではない。たとえば、発光素子として青色発光ＬＥＤを用い、封止樹脂１３に混合する蛍光体として赤色蛍光体、緑色蛍光体の２つを用いることで、線状光源装置１の発色光を白色とすることもできる。他にも、リフレクタ１２内に設ける発光素子を青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの２つとし、封止樹脂１３に混合する蛍光体を赤色蛍光体としたり、リフレクタ１２内に設ける発光素子を青色ＬＥＤと赤色ＬＥＤの２つとし、封止樹脂１３に混合する蛍光体を緑色蛍光体としたり、リフレクタ１２内に青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤの３つを配置して線状光源装置１の発光色を白色としてもよい。
また、実施例１の線状光源装置では、リフレクタ１２を設けたが、リフレクタ１２は必ずしも必要ではない。図５のように、実施例１の線状光源装置からリフレクタ１２を省き、発光素子１１を半円柱状の封止樹脂２３によって封止した構造としてもよい。この場合においても、溝１７、放熱板１４を設けた効果により線状光源装置の湾曲を抑制することができる。
本発明の線状光源装置は、導光板と組み合わせて面状光源装置として、携帯電話やデジタルカメラなどの小型の液晶表示パネルのバックライト光源として利用することができる。
１：線状光源装置
１０：配線基板
１１：発光素子
１２：リフレクタ
１３、２３：封止樹脂
１４：放熱板
１５、１７、２５：溝
１６ａ、ｂ：傾斜面

Claims (6)

  1. 長方形状で配線パターンが形成された配線基板と、前記配線基板上に前記配線基板の長手方向に配置され、前記配線基板の配線パターンと接続された複数の発光素子と、前記発光素子を封止する封止樹脂と、を有した線状光源装置において、
    前記配線基板は、前記発光素子が配置された側とは反対側の面であって、前記発光素子間に対応する位置に設けられた溝と、
    前記配線基板の前記発光素子が配置された側とは反対側の面に接して設けられた補強板と、
    を有することを特徴とする線状光源装置。
  2. 前記溝は、前記配線基板の中央に対して対称な位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
  3. 前記溝は、前記配線基板の短手方向に延びる線状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線状光源装置。
  4. 前記補強板は、前記配線基板よりも熱伝導性の高い放熱板であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の線状光源装置。
  5. 前記配線基板の長手方向の一方と他方に対向する傾斜面をそれぞれ備えた２つの部分で構成され、単数ないし複数の前記発光素子ごとに前記２つの傾斜面で挟むようにして分離されて前記配線基板上に配置されたリフレクタをさらに有し、前記封止樹脂は、前記発光素子の配置された配線基板表面と、２つの前記傾斜面とにより囲まれた凹部を埋めるように形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の線状光源装置。
  6. 隣接する前記リフレクタ同士が連結されていることを特徴とする請求項５に記載の線状光源装置。
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