JP5545279B2

JP5545279B2 - 面状光源装置

Info

Publication number: JP5545279B2
Application number: JP2011205195A
Authority: JP
Inventors: 優輝伊藤
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: CN103017011A; US20130070479A1; JP2013069423A; CN103017011B; US9022633B2

Description

本発明は、複数の発光素子が線状に配置された線状光源装置を導光板の側面に配置した面状光源装置である。

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）とを有した面発光の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。

そこで従来は、線状光源装置を導光板に押しつけるようにして設置し、その押圧によって線状光源装置の湾曲を矯正している。

また、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には、ＬＥＤと、ＬＥＤを収納する凹部を有した支持体とを有したＬＥＤパッケージにおいて、支持体の上面に凸部を設けたものが示されている。このような凸部を設けることにより、導光板の側面にＬＥＤパッケージを配置する際、位置決めを高精度に行うことができることが記載されている。

特開２００４−２３５１３９特開２００６−１２０６９１特開２００４−３６３５３７

しかし、線状光源装置の湾曲を矯正するために、線状光源装置を導光板に押しつけるようにして設置すると、線状光源装置が発する熱によって導光板が劣化してしまうという問題があった。また、特許文献２の方法では、湾曲を防止する効果が十分でなかった。

また、特許文献３に記載のＬＥＤパッケージは線状光源装置ではなく、支持体の上面に設ける凸部は、上記問題を解決するためのものではない。

そこで本発明の目的は、導光板を劣化させない構造の線状光源装置を実現することである。他の目的は、線状光源装置と導光板とを組み合わせた面状光源装置において、導光板の劣化を抑制することである。

第１の発明は、線状光源装置と、線状光源装置からの光を側面から入射して面発光させる導光板とを有した面状光源装置において、線状光源装置は、長方形状で配線パターンが形成された配線基板と、配線基板上に配線基板の長手方向に沿って直線状に複数配置され、配線基板の配線パターンと接続された発光素子と、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一対の部材で構成され、その各部材の上面に部材と一体的に形成された凸部を有し、一対の部材ごとに溝により分離されて配線基板上に配置された複数のリフレクタと、リフレクタと、隣接する他のリフレクタとの間の溝の配線基板上に形成され、配線基板表面から凸部頂点までの高さに等しい高さを有したスペーサと、発光素子の配置された配線基板表面と、リフレクタの一対の傾斜面とにより囲まれた凹部を埋めて各発光素子を封止する封止樹脂と、を有し、導光板は、その側面が線状光源装置の凸部及びスペーサと接触して配置され、側面と封止樹脂との間には、厚さ５μｍ以上２００μｍ以下の空気層が形成されていることを特徴とする面状光源装置である。

本発明において、リフレクタの上面とは、リフレクタの面のうち、最も導光板に近い側の面、言い換えれば最も配線基板から遠い側の面を意味する。

本発明において、凸部の形状、高さ（配線基板の主面に垂直な方向における幅）は、封止樹脂と導光板とが空気層を介して非接触状態となるのであれば、任意である。たとえば凸部の形状は、配線基板の短手方向に配列されたドット状（たとえば立方体、直方体など）であってもよいし、配線基板の短手方向に延びる直方体状であってもよい。また、凸部の位置は、リフレクタの上面であればどの位置であってもよい。

本発明において、スペーサの形状は、封止樹脂と導光板とが空気層を介して非接触状態となるのであれば、任意である。たとえばスペーサの形状は、配線基板の短手方向に配列されたドット状（たとえば立方体、直方体など）であってもよいし、配線基板の短手方向に延びる直方体状であってもよい。また、スペーサの高さは、封止樹脂と導光板とが非接触状態となるために、少なくともリフレクタ上面よりも高くする必要がある。また、スペーサの位置は、リフレクタと、それに隣接する他のリフレクタとの間の配線基板上、または配線基板の端部上であれば、つまり、リフレクタや封止樹脂、発光素子が配置されていない配線基板上であれば、どの位置であってもよい。

本発明によれば、線状光源装置の湾曲を矯正するために、導光板の側面に線状光源装置を押圧して接するようにして設置したとしても、リフレクタの凸部とスペーサによって封止樹脂と導光板との間に空気層を生じ、封止樹脂と導光板とが接触しない。そのため、発光素子からの熱が導光板へと伝導するのが抑制され、導光板の熱劣化を抑制することができる。

実施例１の線状光源装置の構成を示した断面図。実施例１の線状光源装置の構成を示した斜視図。面状光源装置の構成を示した図。他の実施例の線状光源装置の構成を示した断面図。他の実施例の線状光源装置の構成を示した断面図。

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。

実施例１の線状光源装置１は、導光板の側面に配置されて面状光源装置を構成するための光源である。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であり、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、スペーサ１７によって構成されている。

配線基板１０は、ＦＲ−５基板であり、ガラス布基材エポキシ樹脂からなる。他にも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。

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、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性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。また、リフレクタ１２ａ、ｂの最上部（配線基板１０の主面に垂直な方向において、最も配線基板１０から離れた部分）は、配線基板１０の主面に平行な平面となっている。以下、この面を上面１４ａ、ｂとする。リフレクタ１２の２つの部分１２ａ、ｂそれぞれは、図１のように、配線基板１０長手方向であって、配線基板１０主面に垂直な方向での断面が、配線基板１０に接する面を切断する辺である下辺、下辺に平行で上面１４ａ、１４ｂを切断する辺である上辺、傾斜面１６ａ、１６ｂを切断する辺である斜辺、下辺および上辺に垂直な辺、によって構成される台形である。

また、リフレクタの部分１２ａ、ｂそれぞれの上面１４ａ、ｂには、凸部１８が設けられている。凸部１８は、配線基板１０の短手方向に細長く延びる直方体状である。その凸部１８の配線基板１０の短手方向の長さは、配線基板１０の短手方向の長さに等しい。また、凸部１８の高さ（配線基板１０主面に垂直な方向における長さ）は、後述するように、封止樹脂１３と導光板２とが非接触となる高さである。

なお、凸部１８の形状は、必ずしも上記形状に限るものではなく、たとえば、配線基板１０の短手方向に配列されたドット状（たとえば立方体や直方体）であってもよい。ただし、凸部１８と導光板２との接触面積が大きいほど、導光板２に対する線状光源装置１の位置が安定して望ましいため、実施例１の線状光源装置１のように、凸部１８の形状は、配線基板１０の短手方向に細長く延びる直方体状であって、凸部１８の配線基板１０短手方向の長さが、配線基板１０の短手方向の長さに等しい形状とすることが望ましい。凸部１８の材料は、リフレクタ１２と別の材料によって構成してもよいが、リフレクタ１２と同一材料を用い、リフレクタ１２との一体成型で形成することが、製造工程の簡略化、低コスト化などの点で望ましい。

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、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン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。この応力によって、線状光源装置１は配線基板１０裏面側（発光素子１１が配置されている側とは反対側の面側）に凸に湾曲する。

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。

リフレクタ間にある溝１５の底面である配線基板１０上、および配線基板１０の端部上には、スペーサ１７が設けられている。スペーサ１７は、配線基板１０の短手方向に延びる直方体状である。スペーサ１７の配線基板１０短手方向の長さは、配線基板１０の短手方向の長さと等しい。スペーサ１７の高さ（配線基板１０の主面に垂直な方向におけるスペーサ１７の長さ）は、配線基板１０の発光素子１１実装側表面からリフレクタ１２の凸部１８最上部までの高さと等しい。

なお、スペーサ１７は、必ずしもすべての溝１５の底面である配線基板１０上、および配線基板１０の端部上に設けられている必要はなく、たとえば配線基板１０の端部上にのみスペーサ１７を設けてもよい。ただし、スペーサ１７と導光板との接触面積が大きいほど、導光板に対する線状光源装置１の位置が安定して望ましいため、すべての溝１５の底面である配線基板１０上、および配線基板１０の端部上にスペーサ１７を設けることが望ましい。

また、スペーサ１７の形状は、必ずしも上記形状に限るものではなく、たとえば、配線基板１０の短手方向に配列されたドット状（たとえば立方体や直方体）であってもよい。ただし、スペーサ１７と導光板との接触面積が大きいほど、導光板に対する線状光源装置１の位置が安定して望ましいため、上記のように、スペーサ１７の形状は、配線基板１０の短手方向に延びる直方体状であって、スペーサ１７の配線基板１０短手方向の長さが配線基板１０の短手方向の長さに等しい形状とすることが望ましい。スペーサ１７の材料は、リフレクタ１２と別の材料によって構成してもよいが、リフレクタ１２と同一材料を用い、リフレクタ１２との一体成型で形成することが、製造工程の簡略化、低コスト化などの点で望ましい。

次に、線状光源装置１の動作について説明する。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、リフレクタ１２の上面１４ａ、ｂに凸部を設け、リフレクタ１２間の溝１５底面である配線基板１０上にスペーサを設けている。そのため、図３のように、導光板２の側面に線状光源装置１を押圧して湾曲を矯正して配置し、面状光源装置を構成した場合に、線状光源装置１の封止樹脂１３と導光板２との間に空気層１９が生じ、非接触状態となる。その結果、発光素子１１から導光板２へと熱が伝導しにくく、導光板２の熱による劣化が抑制される。ここで、導光板２への熱の伝導を効果的に抑制するためには、空気層１９の厚さ（配線基板１０主面に垂直な方向における封止樹脂１３と導光板２との離間距離）が５〜２００μｍであることが望ましい。５μｍよりも薄いと熱伝導の抑止効果が低くて望ましくなく、２００μｍよりも厚いと導光板２への光入射効率が低下して望ましくない。凸部１８およびスペーサ１７の高さは、空気層１９の厚さがこの範囲となるよう設定することが望ましい。より望ましい空気層１９の厚さは１０〜１００μｍである。

なお、実施例１の線状光源装置では、リフレクタ１２上面の凸部１８とスペーサ１７とを両方設けたが、どちらか一方のみを用いてもよい。図４はリフレクタ１２上面の凸部１８のみを設け、スペーサ１７は設けない場合の線状光源装置の構成を示した断面図であり、図５はスペーサ１７のみを設け、リフレクタ１２上面に凸部１８を設けなかった場合の線状光源装置の構成を示した断面図である。図４、５いずれの線状光源装置も、実施例１の線状光源装置１と同様に封止樹脂１３と導光板２との間に空気層を生じさせることができるため、導光板２への熱伝導を抑制することができ、導光板２の熱劣化を抑制することができる。

また、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、発光素子として紫外発光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、青色蛍光体の３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。

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
２：導光板
１０：配線基板
１１：発光素子
１２：リフレクタ
１３：封止樹脂
１５：溝
１６ａ、ｂ：傾斜面
１７：スペーサ
１８：凸部
１９：空気層

Claims

線状光源装置と、前記線状光源装置からの光を側面から入射して面発光させる導光板とを有した面状光源装置において、
前記線状光源装置は、
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沿って直線状に複数配置され、前記配線基板の配線パターンと接続された発光素子と、
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一対の部材で構成され、その各部材の上面に部材と一体的に形成された凸部を有し、前記一対の部材ごとに溝により分離されて前記配線基板上に配置された複数のリフレクタと、
前記リフレクタと、隣接する他の前記リフレクタとの間の前記溝の前記配線基板上に形成され、前記配線基板表面から前記凸部頂点までの高さに等しい高さを有したスペーサと、
前記発光素子の配置された配線基板表面と、前記リフレクタの一対の前記傾斜面とにより囲まれた凹部を埋めて前記各発光素子を封止する封止樹脂と、
を有し、
前記導光板は、その側面が前記線状光源装置の前記凸部及び前記スペーサと接触して配置され、前記側面と前記封止樹脂との間には、厚さ５μｍ以上２００μｍ以下の空気層が形成されている
ことを特徴とする面状光源装置。