WO2017122794A1

WO2017122794A1 - 面状ライトユニット

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Publication number: WO2017122794A1
Application number: PCT/JP2017/001060
Authority: WO
Inventors: 宮下　純司; 知生宇田川
Original assignee: シチズン電子株式会社; シチズン時計株式会社
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2017-07-20
Also published as: US20190018184A1; JP6704418B2; JPWO2017122794A1; US10591662B2

Abstract

本発明は、発光効率や出射面における輝度の均一性を向上させるため、発光素子と導光板を光学的及び機械的に安定して接続できる面状ライトユニットを提供する。側端に入射部（２ｆ）を有する導光板（２）と、入射部（２ｆ）から導光板（２）の内部に光を出射する発光素子（３）と、発光素子（３）を実装する光源基板（４）とを備えた面状ライトユニュット（４０）において、入射部（２ｆ）は凹部（２ａ）と反射形状部（２ｂ）とを有し、凹部（２ａ）に形成された入射面（２ｃ）と発光素子（３）との間に透光性及び柔軟性を有する柔軟性樹脂（６）を配設した。

Description

面状ライトユニット

　本発明は、液晶表示パネルなどを背面から照明する面状ライトユニットに関する。

　携帯電話機、タブレット端末、パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション等のディスプレイには、画像表示のための液晶表示装置が広く採用されている。これらの液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側に配置され、面状に発光する面状ライトユニットが使用されている。

　この面状ライトユニットは、しばしば薄型化のため、導光板の側端（以下、入射部と呼ぶ）に光源を配置し、入射部に設けられた入射面から光を入射し、その光を主面（以下、出射面と呼ぶ）から出射させる（以下、導光板の側端から入射した光を導光板の出射面から出射する方式をサイドライト方式と呼ぶ）。このサイドライト方式の面状ライトユニットでは、発光効率や出射面における輝度の均一性の向上が継続的な課題とされ、様々な提案が為されている（例えば特許文献１）。

　以下、特許文献１に記載された面状ライトユニットについて図面を用いて説明する。
　図２１は特許文献１に記載された面状ライトユニットに含まれる導光板１２０の斜視図である。導光板１２０は、アクリル樹脂等の透光性樹脂が平板状に加工されて作製されている。導光板１２０の入射部１２１には、ＬＥＤ１１１が挿入される凹部１２２が形成されている。凹部１２２の上側及び下側には、反射形状部１２３が形成されている。反射形状部１２３では、導光板１２０の光伝搬方向に沿った断面の上下が曲線となる。

　図２２は、図２１に示す導光板１２０の入射部１２１の周辺の部分断面図であり、凹部１２２にＬＥＤ１１１を組み込んだ状態を示している。以下、図２２に示した部分を光源部１３０と呼ぶ。光源部１３０には、凹部１２２、入射部１２１、光源基板１１０、ＬＥＤ１１１（半導体発光素子）及びマイクロレンズ１３１が存在する。反射形状部１２３は入射部１２１を含む。ＬＥＤ１１１は光源基板１１０に実装される。マイクロレンズ１３１はＬＥＤ１１１を覆う。

　図示していないが、長方形で板状の光源基板１１０上に複数のＬＥＤ１１１が一列に並んでいる。ＬＥＤ１１１には発光色の異なる赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤが含まれる。光源基板１１０は入射部１２１に両面テープで取り付けられている。凹部１２２には各ＬＥＤ１１１が収納される。

　上記面状ライトユニットでは、ＬＥＤ１１１を凹部１２２に収納しているため、ＬＥＤ１１１の発光を効率良く導光板１２０に入射できる。さらに反射形状部１２３は、導光板１２０から漏れ出そうとする光を全反射し、導光板１２０内に閉じ込める。このようにして面状ライトユニットは利用効率を高めている。

特開２００８－５３０１３号公報（図２、図３）

　前述のように、特許文献１に記載された面状ライトユニットは、光源基板１１０に実装されたＬＥＤ１１１の発光を効率良く導光板１２０に導く。すなわち、特許文献１の図２の記載及び段落００５８の「導光板の凹部とＬＥＤのマイクロレンズとの構成面との間に、屈折率が高いポリカーボネート等の光透過性樹脂を充填して、ＬＥＤからの出射光の光利用効率を向上させる」という記載に示されるように、光透過性樹脂はマイクロレンズ１３１と凹部１２２とを固着している。しかしながら、ＬＥＤ１１１の発光による発熱や、周囲温度の上昇によって、導光板１２０や光源基板１１０などが熱膨張すると、マイクロレンズ１３１と入射面１２１とを固着している部分に剥がれや破損が生じる。

　熱膨張による破損を防止するためには、マイクロレンズ１３１と入射面１２１とを固着せずに、その間に空隙を設けておくことも考えられる。しかしながら空隙（空気層）はフレネル損失を招き、発光効率を低下させる。しかもこの空隙の幅は、導光板、光源基板及びこれらを保持する支持枠などの寸法誤差によって変化する。すなわち、この空隙を備える面状ライトユニットは、生産時に空隙の幅がバラつき、発光特性が安定しなくなる。

　そこで本発明は、上記問題を解決し、半導体発光素子から導光板への入射効率を高めながら、構成部材の寸法誤差や熱膨張に対し、半導体発光素子と導光板との光学的及び機械的な接合を安定化できる面状ライトユニットを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため本発明の面状ライトユニットは、側端に入射部、上面に出射面を有する導光板と、前記入射部から前記導光板の内部に光を入射する半導体発光素子と、前記半導体発光素子を実装する光源基板とを備えた面状ライトユニュットにおいて、前記入射部には、前記上面と平行に穿たれ、入射面を備えた凹部が形成され、前記入射部の上側及び下側の少なくとも一方には、反射形状部とが形成され、前記入射面と前記半導体発光素子との間には、透光性及び柔軟性を有する柔軟性樹脂が配設されていることを特徴とする。

　上記構成によれば、本発明の面状ライトユニットでは、導光板の側面に凹部が形成されている。凹部には入射面があり、この入射面と光源基板に実装された半導体発光素子との間に、透光性を有する柔軟性樹脂が配設されている。この構造により、半導体発光装置の発光面から柔軟性樹脂を経て入射面に至る光路において屈折率変化が小さくなる。このため、半導体発光素子の発光を導光板内部へ効率良く入射させられる。

　さらに導光板の入射部に反射形状部を設けた結果、導光板から漏れ出そうとする半導体発光素子の発光を、反射形状部で全反射させ導光板内に閉じ込めることができる。以上のようにして本発明の面状ライトユニットは、半導体発光素子の発光を効率良く導光板に入射させることができる。さらに本発明の面状ライトユニットでは、柔軟性樹脂の変形により、加工誤差や寸法変化を吸収し、破損や特性ばらつきを防止する。

　前記柔軟性樹脂のヤング率は、０．１～１ＭＰａであると良い。

　前記柔軟性樹脂の屈折率は、１．４～１．６であると良い。

　前記柔軟性樹脂は、前記半導体発光素子と前記入射面により押圧されていると良い。

　前記光源基板には、複数の半導体発光素子が実装され、１つの前記柔軟性樹脂が全ての前記半導体発光素子を覆うように配設されていると良い。

　前記光源基板には、複数の半導体発光素子が実装され、各半導体発光素子には、１つの前記柔軟性樹脂が配設されていると良い。

　前記凹部は、側面反射壁を備えた複数の個別収納部を有し、それぞれの前記個別収納部では、前記入射面と前記半導体発光素子との間に前記柔軟性樹脂が配設されていると良い。

　前記光源基板には、前記半導体発光素子を実装するための凸形状部が設けられ、前記凸形状部の先端部は、前記凹部内に配設されていると良い。

　前記光源基板には、複数のＬＥＤダイが実装され、前記ＬＥＤダイは、封止樹脂により一括封止され、前記半導体発光素子と前記光源基板は一体化していると良い。

　前記封止樹脂は、前記柔軟性樹脂であると良い。

　前記封止樹脂は、蛍光粒子を混入した透光性樹脂であると良い。

　前記導光板は、少なくとも２個に分割されており、前記導光板同士は、光学的に結合されていると良い。

　前記導光板の接続部は、断面楔形状となっていると良い。

　前記入射面は、凹凸形状を有すると良い。

　前記発光素子の発光色は、前記出射面から出射する光の色度目標より長波長側に設定されていると良い。

　上記のとおり、本発明の面状ライトユニットは、導光板の側面に凹部を形成し、凹部内に入射面を設けた。さらに本発明の面状ライトユニットは、入射面と半導体発光素子の発光面との間に透光性を有する柔軟性樹脂を配設した。この結果、本発明の面状ライトユニットでは、半導体発光素子の発光が導光板内部へ効率良く導かれるとともに、構成部材の寸法誤差や熱膨張に対して光学的及び機械的な接合が安定化する。

第１実施形態として示す面状ライトユニットに含まれる光源部の分解状態の要部断面図である。第１実施形態として示す面状ライトユニットに含まれる光源部の組み込み状態の要部断面図である。図２に示す光源部の導光状態を示す要部断面図である。図２に示す光源部の全体を含む導光板の水平断面図である。第１実施形態として示す面状ライトユニットの平面図である。図５に示す面状ライトユニットに含まれる発光ユニットと柔軟性樹脂の断面図である。図４に示す面状ライトユニットの水平断面図である。図４に示す面状ライトユニットを用いた表示装置の分解斜視図である。第２実施形態として示す面状ライトユニットの水平断面図である。第３実施形態として示す面状ライトユニットの水平断面図である。第４実施形態として示す面状ライトユニットの水平断面図である。第５実施形態として示す面状ライトユニットの光源部の要部断面図である。第６実施形態として示す面状ライトユニットの光源部の要部断面図である。第７実施形態として示す面状ライトユニットの導光板の斜視図である。図１４に示す導光板の要部断面図である。図１５に示す導光板に発光素子及び柔軟性樹脂を組み込んだ光源部の要部断面図である。第７実施形態として示す面状ライトユニットの水平断面図である。第８実施形態として示す面状ライトユニットの光源部の要部断面図である。図１８に示す光源部の導光状態を示す要部断面図である。第９実施形態として示す面状ライトユニットの光源部の要部断面図である。従来技術として示す面状ライトユニットに含まれる導光板の斜視図である。図２１に示す面状ライトユニットに含まれる光源部の要部断面図である。

　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の思想を具体化するための面状ライトユニットを例示するものであって、本発明を以下の構成に特定しない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。以下の説明において、同一部品、同一構成要素には同一の名称、符号を付し詳細説明を適宜省略することがある。
　また、本発明の各実施形態においては半導体発光素子としてＬＥＤ発光素子の事例について説明する。

［第１実施形態］
　図１～図８を用いて本発明の第１実施形態として示す面状ライトユニット４０について説明する。図１～図８では、面状ライトユニット４０に含まれる光源部３０、光源部３０を組み込んだ全体的な構成、及びこの面状ライトユニット４０を用いた表示装置５０が示される。

　図１は、面状ライトユニット４０に含まれる光源部３０の分解状態の要部断面図である。図２は、図１に示した部材を組み込んだ光源部３０の要部断面図である。図３は、光源部３０の導光状態を示す要部断面図である。図３では、ＬＥＤダイ１から導光板２へ入射し、導光板２内を伝搬する光線を矢印で示している。図４は、光源部３０全体を含む導光板２の水平方向の断面図である。図５は、フレーム１０に導光板２と発光ユニット３Ｌとを組み込んだ面状ライトユニット４０の平面図である。

　図６は、発光ユニット３Ｌと柔軟性樹脂６の位置関係を示す断面図である。図７は、面状ライトユニット４０の水平方向の断面図である。図７では、導光板２の凹部２ａの上部を切り取るようにして、発光ユニット３Ｌと柔軟性樹脂６を凹部２ａに組み込んだ状態が観察できるようにしている。図８は、面状ライトユニット４０を用いた表示装置５０の分解斜視図である。

（第１実施形態における光源部の説明・図１～図４）
　図１は、面状ライトユニット４０に含まれる光源部３０の要部断面図である。図１では、光源部３０を構成する部材が分解された状態で示されている。図１に示すように、光源部３０は、導光板２の側端を占める入射部２ｆ、柔軟性樹脂６、半導体発光素子３及び光源基板４を含んでいる。導光板２は、上面に出射面２ｇ、下面に反射面２ｈを有し、左側端部を入射部２ｆとしている。

　入射部２ｆには、凹部２ａと、その上下面に曲面をなす反射形状部２ｂとが形成されている。凹部２ａの底部（図と垂直な平面）は、入射面２ｃとなっている。半導体発光素子３（以下、発光素子３と略記する）は、モジュール基板３ａと、モジュール基板３ａに実装されたＬＥＤダイ１と、ＬＥＤダイ１を被覆する封止樹脂３ｃと、封止樹脂３ｃの周囲に設けられた反射性樹脂枠３ｂから構成されている。発光素子３は、光源基板４に実装され、図示しない配線電極を介して電力供給される。透光性の柔軟性樹脂６は、導光板２の凹部２ａと発光素子３の間に配置される。

　なお、発光素子３は、いわゆるＲ、Ｇ、Ｂ－ＬＥＤである。ＬＥＤダイ１自体がＲ（赤）Ｇ（緑）又はＢ（青）で発光する場合には封止樹脂３ｃは透明樹脂でよい。ＬＥＤダイ１自体が青色又は紫外光で発光する場合には、封止樹脂３ｃは蛍光粒子を混入した蛍光樹脂とする（Ｂ発光ＬＥＤダイを含むＢ－ＬＥＤを除く）。

　図２は、光源部３０の要部断面図である。図２では、図１に示した部材を光源部３０に組みあげた状態を示す。図２に示すように、光源部３０では、柔軟性樹脂６が導光板２の凹部２ａに挿入され、発光素子３が柔軟性樹脂６の左端に押し当てられている。この結果、柔軟性樹脂６は、圧縮されて凹部２ａ全体を満たすように変形する。

　導光板２は、アクリル、ポリカーボネート、シリコーン等の透光性樹脂によって構成される。金型成形によって、断面略矩形状の凹部２ａと反射形状部２ｂが導光板２に形成される。なお、凹部２ａの断面形状は、入り口側が少し広いテーパー形状になっている。このテーパー形状は、金型加工及び柔軟性樹脂６の挿入を容易にしている。また、凹部２ａの入り口側の上下にも平坦部がある。この平坦部も金型加工の制約により設けられている。凹部２ａは、反射形状部２ｂの形成部分より深く形成されている。反射形状部２ｂの曲面形状は、図２に示す断面で、弧の一部又は２次曲線の一部である。反射形状部２ｂは、発光素子３から斜め上方（又は下方）へ出射する光を全反射して導光板２内に導く。

　図１に示すように柔軟性樹脂６の奥行（図の横方向の幅）は、凹部２ａの深さ（図の横方向の幅）より大きい。この条件のもと、図２に示すように柔軟性樹脂６は、入射面２ｃと発光素子３の間で圧縮変形する。この圧縮変形により、発光素子３と導光板２との間の光学的及び機械的接続が安定化する。また、柔軟性樹脂６の奥行を充分に大きくし、発光素子３の出射面を凹部２ａの外側に配置することにより、振動などを原因とする発光素子３と導光板２との接触が回避されている。

　この柔軟性樹脂６は、圧縮変形して部品の形状誤差や温度特性による熱膨張変形を吸収する。すなわち、導光板３と発光素子２の間に介在する柔軟性樹脂６は、高い柔軟性を必要とする。例えば、柔軟性樹脂６のヤング率を０．１～１ＭＰａ程度にすると良い。ヤング率が０．１～１ＭＰａ程度の柔軟性樹脂６は、発光素子３に対し１０ＭＰａ程度の圧力を与える。発光素子３は、１００ＭＰａ程度の圧力で破壊するので、１０ＭＰａ程度の圧力であれば破壊しない。

　また柔軟性樹脂６の屈折率は１．４～１．６であることが好ましい。よく知られているように、屈折率ｎ１の媒質から屈折率ｎ２の媒質に光が侵入しようとすると反射が発生する（以下、反射に伴う光量の減少をフレネル損失という）。フレネル損失は、屈折率ｎ１と屈折率ｎ２の差が大きくなればなるほど大きくなる。導光板２及び発光素子３に含まれる封止樹脂３ｃの屈折率は１．５程度であるため、柔軟性樹脂６の屈折率を１．４～１．６にすればフレネル損失を無視できるようになる。

　図３は、図２に示した光源部３０の要部断面図に、発光素子３から導光板２へ入射する光線を書き加えたものである。図３では光線の挙動が矢印で示されている。図３に示すように、発光素子３の封止樹脂３ｃと導光板２の入射面２ｃが柔軟性樹脂６によって完全に密着している。このため、ＬＥＤダイ１から導光板２に向かう光線のうち中心付近の光線Ｐｓはフレネル損失がほとんど発生することなく導光板２の内部に導かれていく。斜め上方（又は下方）に向かう光線Ｐｈは、凹部２ａの側壁から導光板２に入射した後、反射形状部２ｂによって全反射され、導光板２の内部に導かれていく。

　発光素子３の出射面（封止樹脂３ｃ）と凹部２ａの側壁の間は柔軟性樹脂６を介して密着しているので、光線Ｐｈの光路でもフレネル損失がほとんど発生しない。以上のように、柔軟性樹脂６は、圧縮変形することで中心付近の光線Ｐｓ及び斜め上方（又は下方）に向かう光線Ｐｈのフルネル損失を軽減する。なお、光線Ｐｈは、反射形状部２ｂがない場合、利用できない光線Ｐｍとなってしまう。しかしながら光源部３０では、光線Ｐｈは、反射形状部２ｂの全反射によって有効化されている。これらの結果、光源部３０において発光素子３と導光板２との光学的な接続が著しく高められている。

　図４は、光源部３０全体を含む導光板２の水平方向（図３と垂直な方向）の断面図である。すなわち図４は、導光板２の厚さ方向の中央を通るように切断して描いた断面図である。図４では、各要素の構成を解りやすくするため導光板２の凹部２ａ部分を切り欠いている。このため、柔軟性樹脂６が直接的に観察される。図示していないが、導光板２の水平断面では、凹部２ａの側壁は、柔軟性樹脂６の奥側にも存在し、導光板２の下側の切り欠き部を構成する横に長い板状部材である。凹部２ａの側壁に相当する板状部材の両端には２本の突起部２ｄが観察される。さらに凹部２ａと反対側の導光板２の側面には、弾性支持部材８（図５参照）の収納部２ｅが２個設けられている。

　発光ユニット３Ｌは長方形の光源基板４と複数の発光素子３からなる。光源基板４には発光素子３が所定間隔で実装されている。１つの柔軟性樹脂６が全ての発光素子３の出射面をカバーしている。なお、図２に示したように、導光板２の凹部２ａに嵌め込まれた柔軟性樹脂６の下辺は、圧縮変形により発光素子３の存在部ごとに凹んでいる。しかしながら図４では説明のため柔軟性樹脂６の下辺を直線で描いている。

（第１実施形態における面状ライトユニットの説明・図５～図７）
　次に面状ライトユニット４０の全体構成について説明する。
　図５は面状ライトユニット４０の平面図である。図５に示すように、金属製のフレーム１０の一方の内壁１０ａには、所定の位置に２個の弾性支持部材８が固定されている。内壁１０ａと対向する他方の内壁１０ｂには、発光ユニット３Ｌを構成する光源基板４が接着テープ９によって接着されている。この状態で、導光体２、発光ユニット３Ｌ及び柔軟性樹脂６がフレーム１０に組み込まれている。

　導光板２には、図４で説明したように、凹部２ａの両端に２本の突起部２ｄが設けられている。突起部２ｄは、フレーム１０の内壁１０ｂに突きあてられ、導光板２を支えている。このとき導光板２は、収納部２ｅに配置された弾性支持部材８により図５の右方向に押されている。このようにして導光板２はフレーム１０の枠内に押圧固定される。また、発光ユニット３Ｌは、前述のようにフレーム１０の内壁１０ｂに接着テープ９で固定されている。発光ユニット３Ｌは、柔軟性樹脂６を圧縮し、柔軟性樹脂６及び凹部２ａを介して導光板２と機械的に接続する。

　このとき、発光ユニット３Ｌが受ける力は、柔軟性樹脂６の反発力だけである。すなわち、発光ユニット３Ｌが受ける力は、弾性支持部材８が導光板２をフレーム１０に押し当てる力に比べて著しく弱いものとなる。このため部材寸法がばらついたり、部材が温度変化したりしても、柔軟性樹脂６の反発力はほとんど変化しない。この結果、発光ユニット３Ｌと導光板２との機械的な接続が安定したものとなる。なお、導光板２の長溝形状の凹部２ａ内に収納されている柔軟性樹脂６の外形が、図５中に点線で示されている。

　図６は発光ユニット３Ｌと柔軟性樹脂６の断面図である。図６に示すように、発光ユニット３Ｌにおいて、発光素子３は、長方形で板状の光源基板４の表面に一定間隔で実装されている。また、柔軟性樹脂６は、光源基板４に実装された複数の発光素子３を一括して押圧するように長い角柱形状となっている。

　次に図７により、面状ライトユニット４０の構成をさらに詳しく説明する。
　図７は、光源部３０に含まれる各要素の構成を解りやすくするため、柔軟性樹脂６が直接観察できるようにした面状ライトユニット４０の水平断面図である。

　図７に示した面状ライトユニット４０の基本的構成は図５で説明したとおりである。そこで図７について、重複する説明は省略し、主に組み立て手順を説明する。

　面状ライトユニット４０の組み立て手順は以下の通りである。まず、フレーム１０の内壁１０ａに弾性支持部材８を接着する。次に、発光素子３が実装された光源基板４（発光ユニット３Ｌ）を接着テープ９によりフレーム１０の内壁１０ｂに接着する。次に、導光板２の凹部２ａに角柱形状の柔軟性樹脂６の一部を埋設した状態で、導光板２をフレーム１０に嵌め込む。このとき導光板２を少し変形させながらフレーム１０に嵌め込む。すなわち弾性支持部材８に圧力をかけながら、導光板２を撓ませ、柔軟性樹脂６が発光素子３を押圧するようにする。

　同時に導光板２の突起部２ｄをフレーム１０の内壁１０ｂに突き当て導光板２を固定する。なお突起部２ｄは、フレーム１０の内壁１０ｂに突き当たるとき、弾性支持部材８から加えられるほとんどの押圧力をフレーム１０に伝えている。また前述したように発光ユニット３Ｌが柔軟性樹脂６を介して導光板２を押し返す力は、フレーム１０が突起部２ｄを介して導光板２を押し返す力に比べて著しく弱い。

　突起部２ｄは、フレーム１０に導光板２及び光源部３０を精度良く位置決め固定するため、凹部２ａの両側に設けられている。突起部２ｄの長さ（図７の左右方向）は発光ユニット３Ｌの高さ（図７の左右方向）に、柔軟性樹脂６の高さ（図７の左右方向）を加えたものより少し短くしておく。発光ユニット３Ｌと導光板２の入射面２ｃの間における柔軟性樹脂６の圧縮代（しろ）を形成するためである。この柔軟性樹脂６の圧縮代は、発光素子３の破損を防止したり、導光板２や発光素子３の加工誤差や熱膨張による寸法変化を吸収したりする。

　この結果、面状ライトユニット４０は、これらを原因とする不良を出すことなく量産することができる。なお、温度変化に伴う導光板２の長さ（図７の左右方向）の変化は一辺全体に及ぶ一方、光源部３０における長さ（図７の左右方向）の変化は突起部２ｄの長さ（図７の左右方向）の変化だけになる。すなわち、面状ライトユニット４０は、温度変化に伴う導光板２の膨張変形があっても、光源部３０における変形は突起部２ｄの変形の範囲に限定される。このため、温度変化の影響を少なくすることが可能となる。

（第１実施形態における面状ライトユニット付き表示装置の説明・図８）
　次に図８に示す面状ライトユニットを備えた表示装置を説明する。
　図８は面状ライトユニット４０を備えた表示装置５０の分解斜視図である。なお図８では、面状ライトユニット４０の内部が良く見えるように、フレーム１０及び突起部２ｄを描いていない。

　図８に示すように角柱形状の柔軟性樹脂６は、導光板２の凹部２ａに嵌め込まれ、発光ユニット３Ｌの複数の発光素子３で押圧される。導光板２の下面側には反射シ－ト１１が配置される。反射シート１１は、高反射性の金属板や、酸化ケイ素等の拡散剤を含む反射性インクを印刷した樹脂フィルムにより構成され、導光板２から漏れ出した光を反射させて導光板２の出射面側に戻す。面状ライトユニット４０の上面側（出射面側）には液晶セル１２が配置される。さらに必要に応じて導光板２と液晶セル１２の間に光学シート１３が配置される。光学シート１３としては、液晶セル１２への偏光成分を増やす反射型偏光フィルム、照明光を拡散する拡散フィルム、指向性を制御し輝度向上を図るプリズムシート等がある。

（第１実施形態における面状ライトユニット付き表示装置の効果）
　面状ライトユニット４０では、導光板２に凹部２ａと反射形状部２ｂを形成し、柔軟性樹脂６により発光素子３と導光板２とを光学的及び機械的に結合している。柔軟性樹脂６は、発光素子３と導光板２との間で圧縮され、発光素子３と導光板２との間に空気層を存在させない。この結果、面状ライトユニット４０は、導光板の平坦な入射面に空気層を介して発光素子の発光を入射させる面状ライトユニットに比べ、輝度が２５％程度向上した。

　また、導光板の平坦な入射面に空気層を介して発光素子の発光を入射させる面状ライトユニットには、発光素子の封止樹脂が蛍光体を含有しているとき、出射光の色度管理が難しいという課題がある。例えば、発光素子の発光色が、ｘ＝０．２７８５±０．００４５、ｙ＝０．２５６５±０．０１８５（ｘ、ｙはＣＩＥ色度図の座標）であるとき、面状ライトユニットの発光色は、ｘ＝０．３０６１±０．０１９、ｙ＝０．３０１０±０．００２７となる。すなわち、この面状ライトユニットの発光色は、発光素子の発光色から長波長側にシフト（黄変）し、さらに変動幅が大きくなる。

　この現象について、発光素子が青色ＬＥＤダイを含み、ＬＥＤダイを封止する樹脂が黄色系の蛍光体を含有している場合で説明する。上記面状ライトユニットでは、発光素子と導光板の間に空気層が存在する。発光素子に含まれる青色ＬＥＤダイから発し、封止樹脂で波長変換されなかった青色光の一部分は、封止樹脂と空気との界面で反射する。この青色光は、再び封止樹脂に戻り、一定の割合で封止樹脂中の蛍光樹脂によって波長変換される。同様に空気層と導光板の入射面で反射し、封止樹脂に戻された青色光も波長変換を受ける。すなわち、この面状ライトユニットでは、空気層との界面における反射で青色成分が減少する一方で長波長成分が増加する。この結果、面状ライトユニットの発光色はＬＥＤ単体で測定した発光色から長波長側にシフトしてしまう。さらに反射量の制御が困難であるため、シフト量等の変動幅が大きくなる。

　これに対し面状ライトユニット４０は、発光素子３と導光板２の入射面２ｃとの間に柔軟性樹脂６を備え、発光素子３と入射面２ｃが光学的に密着しているため、界面による反射がほとんど起きない。この結果、面状ライトユニット４０では、発光素子３の発光色が面状ライトユニット４０の発光色とほぼ等しくなる。しかしながら、この発光色は、発光素子３から測定器のセンサまでの間に屈折率の段差がないと仮定したものである。実際には、発光素子３の発光色は空気中で測定される。このため、前述のように発光面における反射により発光素子３の発光色は、上記仮想的な発光色より長波長側にシフトする。

　そこで、面状ライトユニット４０の目標とする発光色に対し、発光素子３の実際の発光色を長波長側に設定する。例えば、目標とする発光色の色度座標がＸ０であれば、発光素子３の色度座標をＸ０＋（０．０２～０．０５）にする。なおｙ座標は、発光素子３と導光板２の間に柔軟性樹脂６を介在させても、ｘ座標に比べて大きく変動しない。

　面状ライトユニット４０は、柔軟性樹脂６としてエラストマー（シリコーン樹脂）を使用した。エラストマーは重合度が低いので未重合のシリコーン樹脂が染み出てくることがある。これに対し面状ライトユニット４０では、入射部２ｆに形成した凹部２ａにエラストマーを配している。すなわち染み出たシリコーン樹脂のほとんどが凹部２ａに留まる。この結果、面状ライトユニット４０は、エラストマーから染み出てくる樹脂による他の部品への影響が少ないという特徴がある。

［第２実施形態］
　次に図９により、本発明の第２実施形態として示す面状ライトユニット４２に含まれる光源部３１を説明する。

　図９は、面状ライトユニット４２において光源部３１を含む導光板２の水平断面図である。図９に示す面状ライトユニット４２の断面構成は、図４に示す面状ライトユニット４０の断面構成と基本的に同じなので、同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。また、図４と同様に、図９でも凹部２ａの上部を切り欠いて発光ユニット３Ｌと柔軟性樹脂６との接続状態がよく見えるようにしている。

　図９に示す水平断面が図４に示す水平断面と異なるところは、発光ユニット１３Ｌの構成だけである。面状ライトユニット４０に含まれる発光ユニット３Ｌでは、光源基板４の上に複数の発光素子３が所定間隔で実装されていた（図４参照）。これに対し面状ライトユニット４２に含まれる発光ユニット１３Ｌでは、図９に示すように、光源基板４に複数のＬＥＤダイ１が所定の間隔で実装され、これら複数のＬＥＤダイ１が封止樹脂３ｃにより一括封止されている。すなわち面状ライトユニット４２では、発光素子と光源基板４が一体化している。

　面状ライトユニット４２では、導光板２の凹部２ａに挿入された柔軟性樹脂６に対して、発光ユニット１３Ｌを構成する封止樹脂３ｃが全面で突き当たる。このため、発光ユニット１３Ｌと柔軟性樹脂６の光学的及び機械的接続が、面状ライトユニット４０に比べ、より安定した状態となる。

［第３実施形態］
　次に図１０により、本発明の第３実施形態として示す面状ライトユニット４３に含まれる光源部３２について説明する。

　図１０は、面状ライトユニット４３おける光源部３２を含む導光板２の水平断面図である。図１０に示す面状ライトユニット４３の断面構成は、図９に示す面状ライトユニット４２の断面構成と基本的に同じなので、同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図１０に示す水平断面が図９に示す水平断面が異なるところは、発光ユニット２３Ｌの構成だけである。面状ライトユニット４２に含まれる発光ユニット１３Ｌでは、光源基板４の上に複数のＬＥＤダイ１が所定の間隔で実装され、複数のＬＥＤダイ１が封止樹脂３ｃにより一括封止されていた（図９参照）。これに対し面状ライトユニット４３に含まれる発光ユニット２３Ｌは、光源基板４に複数のＬＥＤダイ１が所定の間隔で実装され、複数のＬＥＤダイ１が柔軟性樹脂６により一括封止されている。すなわち、面状ライトユニット４３では、ＬＥＤダイ１と光源基板４と柔軟性樹脂６が一体化している。

　なお面状ライトユニット４３では、ＬＥＤダイ１と発光素子３の何れの発光体でも使用可能である。発光体が発光素子３の場合には、柔軟性樹脂６として透明樹脂を用いる。発光体がＬＥＤダイ１の場合には、柔軟性樹脂６として蛍光粒子を混入した蛍光樹脂を用いるか、ＬＥＤダイ１の発光面に蛍光体層を設けておくと良い。面状ライトユニット４３では、柔軟性樹脂６を封止樹脂と別体で設けることなく、発光ユニット２３Ｌに一体的に設けているため、部品点数が削減され組み込み易くなる。

［第４実施形態］
　次に図１１により、本発明の第４実施形態として示す面状ライトユニット４４における光源部３３について説明する。

　図１１は、面状ライトユニット４４において光源部３３を含む導光板２の水平断面図である。図１１に示す面状ライトユニット４４の断面構成は、図４に示す面状ライトユニット４０の断面構成と基本的に同じなので、同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

　図１１に示す水平断面が図４に示す水平断面と異なるところは、柔軟性樹脂６の構成だけである。面状ライトユニット４０では、１本の長い角柱形状の柔軟性樹脂６で複数の発光素子３の全てを覆うように配設されていた（図４参照）。これに対し面状ライトユニット４４では、柔軟性樹脂６が個々に分割されていて、光源基板４に実装された複数の発光素子３ごとに個々の柔軟性樹脂６が配設されている。このため、面状ライトユニット４４では、柔軟性樹脂６の量が少なくできる。また、発光素子３の発光が柔軟性樹脂６の内部から図の横方向に漏れる量を少なくすることができる。

［第５実施形態］
　次に図１２により、本発明の第５実施形態として示す面状ライトユニット４５における光源部３４について説明する。

　図１２は面状ライトユニット４５に含まれる光源部３４の要部断面図である。図１２に示す光源部３４の断面構成は、図２に示す光源部３０の断面構成と基本的に同じなので、同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

　面状ライトユニット４５の光源部３４が面状ライトユニット４０の光源部３０と異なるところは、導光板２に対する発光素子３の位置だけである。すなわち、面状ライトユニット４０では、発光素子３の先端が導光板２の凹部２ａの外側に位置決めされていた（図２参照）。これに対し面状ライトユニット４５では、発光素子３の先端は導光板２の凹部２ａの内側に位置決めされている。このため、光源部３４を光源部３０より少し小さくできる。また、発光素子３の先端と導光板２の入射面２ｃとの距離を短くすることができる。この結果、発光素子３と導光板２との光学的結合状態を向上させることができる。

［第６実施形態］
　次に図１３により、本発明の第６実施形態として示す面状ライトユニット４６に含まれる光源部３５について説明する。

　図１３は、面状ライトユニット４６に含まれる光源部３５の要部断面図である。図１３に示す光源部３５の断面構成は、図２に示す光源部３０と基本的に同じなので、同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

　面状ライトユニット４６が面状ライトユニット４０と異なるところは、導光板の構成だけである。すなわち、面状ライトユニット４０では、導光板２が一体化していた（図２参照）。これに対し面状ライトユニット４６では、導光板が前部導光板２０と後部導光板２１の二体構成となっている。前部導光板２０と後部導光板２１は、断面楔状の切断面で分離されている。この切断面を透明接着剤で接着することにより、前部導光板２０と後部導光板２１は、光学的に結合されて一体化する。

　上記構成は、光源部３５の組み立ての容易化に有利である。すなわち、面状ライトユニット４０の導光板２の入射部２ｆに形成された細長い凹部２ａに、細い長い角柱形状の柔軟性樹脂６を位置決め挿入するのは一定の困難性を伴う。面状ライトユニット４６では、導光板を前部導光板２０と後部導光板２１の二体構成とし、前部導光板２０を小型化し取り扱い易くしている。さらに面状ライトユニット４６では、前部導光板２０と後部導光板２１の接続部を断面楔形とし、接続時に光軸がずれないようにしている。

［第７実施形態］
　図１４～図１７を用いて本発明の第７実施形態として示す面状ライトユニット４７について説明する。

　図１４は面状ライトユニット４７に含まれる導光板２３の斜視図である。図１５は図１４に示す導光板２３のＡ－Ａ断面図である。図１６は図１５に示す導光板２３に柔軟性樹脂６及び発光素子３を組み込んだ状態を示す光源部３６の要部断面図である。図１７は光源部３６全体を含む導光板２３の水平方向の断面図である。

（第７実施形態における光源部の説明・図１４～図１７）
　図１４は面状ライトユニット４７に含まれる導光板２３の斜視図である。図１４に示す面状ライトユニット４７の導光板２３の基本的構成は、図１に示す面状ライトユニット４０の導光板２と同じであるから、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

　導光板２３が導光板２と異なるところは、導光板の入射部に設けられた凹部２３ａの構成である。導光板２では、凹部２ａは断面矩形状の長溝形状であった（図１参照）。これに対し導光板２３の凹部２３ａの内部には、一対の側面反射部２３ｉ、２３ｊを備えた複数の個別収納部２３ｋが所定間隔で設けられている。なお、図１４では、凹部２３ａにおいて多数形成される個別収納部２３ｋを２個だけで示すとともに、凹部２３ａの両端に設けられる突起部（図１７参照）を描いていない。

　図１５に示すように、一対の側面反射部２３ｉ、２３ｊは、内側が垂直面で外側が湾曲面となっている。対向する側面反射部２３ｉ、２３ｊの垂直面と入射面２３ｃで囲まれる範囲が個別収納部２３ｋである。

　次に図１６により光源部３６の構成及び動作を説明する。

　図１６は、導光板２３に柔軟性樹脂６及び発光素子３を組み込んだ状態を示す光源部３６の要部断面図である。図１６に示すように、導光板２３の各個別収納部２３ｋには柔軟性樹脂６が配設されている。また、光源基板４に実装された発光素子３は、柔軟性樹脂６に当接し、柔軟性樹脂６を導光板２３の入射面２３ｃに押圧している。

　この状態において、柔軟性樹脂６を通過し導光板２３の上面又は下面（図に垂直な方向）へ向かう光は、上下面の反射形状部２３ｂ（図１４参照）で全反射し導光板２３内を伝搬する。柔軟性樹脂６の左右の側面から発し図の左右方向に向かう光は、側面反射部２３ｉ、２３ｊの外側の湾曲面によって全反射され、導光板２３の長手方向に向かう。

　図１７は光源部３６全体を含む導光板２３の水平断面図（導光板２３の厚さ方向の中央を通るように切断して描いた断面図）である。各要素の構成を解りやすくするために、導光板２３の凹部２３ａに収納された柔軟性樹脂６が直接見えるようにしている。なお図１４～図１６では説明のため個別収納部２３ｋを２個としていたが、図１７では現実的な構成として個別収納部２３ｋが多数存在する。図１７に示すように、導光板２３には一対の側面反射部２３ｉ、２３ｊによって挟まれた空間である個別収納部２３ｋが複数設けられている。各個別収納部２３ｋにはそれぞれ柔軟性樹脂６が配設されている。また、長方形で板状の光源基板４と複数の発光素子３からなる発光ユニット３Ｌが導光板２３の下辺部に組み込まれることによって、各発光素子３が各柔軟性樹脂６に当接し、柔軟性樹脂６を押圧する。

　上記構成により、面状ライトユニット４７は、各個別収納部２３ｋに配設された柔軟性樹脂６を通って上下方向及び左右方向へ向かおうとする光を有効光として導光板２３に供給することができる。すなわち、面状ライトユニット４７は上下方向へ漏れ出そうとする光の有効活用に加えて、左右方向へ外れようとする光の有効活用ができるため、さらに出射効率が向上する。

［第８実施形態］
　次に図１８、図１９を用いて本発明の第８実施形態として示す面状ライトユニット４８の光源部３７について説明する。

　図１８は面状ライトユニット４８に含まれる光源部３７の要部断面図である。図１８に示す光源部３７の断面構成は、図２に示す光源部３０の断面構成と基本的に同じなので、同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

　面状ライトユニット４８の光源部３７が面状ライトユニット４０の光源部３０と異なるところは導光板２４の形状である。面状ライトユニット４０では、導光板２の入射面２ｃの形状が平面であった（図１参照）。これに対し面状ライトユニット４８では、導光板２４の入射面２４ｃの形状が凹凸形状になっている。この結果、導光板２４の凹部２４ａに配設された柔軟性樹脂６は、導光板２４の入射面２４ｃの凹凸形状に嵌合するように変形している。

　図１９は、図１８に示した光源部３７の要部断面図に対し、発光素子３から導光板２４へ入射する光線（矢印）を書き加えたものである。

　前述のように面状ライトユニット４０では、光源部３０における入射面２ｃが平面であった（図２参照）。入射面２４ｃが平面であると仮定した場合、ＬＥＤダイ１から発し導光板２４の出射面２４ｇと平行に直進する光線Ｐｓ（点線）は、導光板２４の内部を直進し、入射面２４ｃと反対側の導光板２４の側面（図示せず）に達する。この反対側面で反射され入射面２４ｃに戻ってくる光線は、入射面２４ｃと反対面の間で反射を繰り返しているうちに消滅する。すなわち入射面２４ｃが平面の場合、比較的分量の多い光線Ｐｓが有効な光として出射面２４ｇから出射しないため、出射効率の低下を招くこととなる。

　これに対し、面状ライトユニット４８では、入射面２４ｃが凹凸形状を有する。このため、ＬＥＤダイ１から発し出射面２４ｇと平行に直進しようとする光線Ｐｓは、凹凸形状を有する入射面２４ｃにより拡散させられた光線Ｐｓ’となる。光線Ｐｓ’は、出射面２４ｇ及び反射面２４ｈで全反射しながら導光板２４内を伝搬し、反射面２４ｈに形成された反射ドット（図示せず）で伝搬方向を変えられ出射面２４ｇから有効光として出射されていく。この結果、光線Ｐｓが有効な光線Ｐｓ’に変換されるため、面状ライトユニット４８の出射効率が向上する。

［第９実施形態］
　次に図２０を用いて本発明の第９実施形態として示す面状ライトユニット４９の光源部３８について説明する。

　図２０は面状ライトユニット４９に含まれる光源部３８の要部断面図である。図２０に示す光源部３８の断面構成は、図１２に示す光源部３４の断面構成と基本的に同じなので、同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

　面状ライトユニット４９の光源部３８が面状ライトユニット４５の光源部３４と異なるところは光源基板１４の形状である。光源部３４では、光源基板４の導光板２側の面は平坦であった（図１２参照）。これに対し光源部３８では、光源基板１４の導光板２側の面は、発光素子３を実装する部分に凸形状部１４ａを備えている。また面状ライトユニット４９が組みあがった状態（凸形状部１４ａに実装された発光素子３が、導光板２の凹部２ａに配設された柔軟性樹脂６を押圧した状態）では、凸形状部１４ａの先端部１４ｂが凹部２ａの内部に配設されている。

　次に面状ライトユニット４９の光源部３８に振動衝撃が加えられたときの動作を、面状ライトユニット４５の光源部３４と対比して説明する。

　図１２に示した面状ライトユニット４５では、発光素子３の先端部が導光板２に設けられた凹部２ａ内に配設されていた。光源部３４に振動衝撃が加えられると、発光素子３の先端位置が移動し、導光板２に設けられた凹部２ａの内壁に柔軟性樹脂６を介して衝突する。この結果、発光素子３に衝撃が加わって、発光素子３が壊れる危険性がある。

　これに対し、図２０に示す面状ライトユニット４９では、導光板２に設けられた凹部２ａ内に、発光素子３と凸形状部１４ａが配設されている。この光源部３８に振動衝撃が加えられると、発光素子３の位置が移動したとしても、凸形状部１４ａの先端部１４ｂが導光板２の凹部２ａの内壁に衝突する。したがって、面状ライトユニット４９では発光素子３の破壊が防止される。また、光源部３８は、振動衝撃による発光素子３の破壊を防止することに加え、発光素子３を凹部２ａ内に配設することで光源部３８の小型化を図っている。

　以上のように本発明の面状ライトユニットでは、発光ユニットと導光板との接合を柔軟性樹脂の押圧によって行うので、発光ユニットと導光板との光学的及び機械的接合が安定する。この結果、本発明の面状ライトユニットは、半導体発光素子の発光を導光板に効率良く導くことができる。また、本発明の面状ライトユニットでは、柔軟性樹脂が変形することにより、構成要素の加工誤差や、熱膨張による寸法変化を吸収できる。このため、面状ライトユニットの破損等のトラブルを防止することが出来る。すなわち本発明は、発光効率や出射面における輝度の均一性に優れた面状発光ユニットを、安定した品質で量産することができる。

１　　　　　　　　　　　　ＬＥＤダイ
２、２３、２４、１２０　　導光板
２ａ、２４ａ、１２２　　　凹部
２ｂ、１２３　　　　　　　反射形状部
２ｃ、２３ｃ、２４ｃ　　　入射面（底面）
２ｄ　　　　　　　　　　　突起部
２ｆ　　　　　　　　　　　入射部
２ｇ　　　　　　　　　　　出射面
３　　　　　　　　　　　　発光素子
３Ｌ、１３Ｌ、２３Ｌ　　　発光ユニット
３ａ　　　　　　　　　　　モジュール基板
３ｂ　　　　　　　　　　　反射樹脂枠
３ｃ　　　　　　　　　　　封止樹脂
４、１４、１１０　　　　　光源基板
１４ａ　　　　　　　　　　凸形状部
１４ｂ　　　　　　　　　　先端部
６　　　　　　　　　　　　柔軟性樹脂
８　　　　　　　　　　　　弾性支持部材
９　　　　　　　　　　　　接着テープ
１０　　　　　　　　　　　フレーム
２０　　　　　　　　　　　前部導光板
２１　　　　　　　　　　　後部導光板
２２　　　　　　　　　　　楔切断部
２３ｉ、２３ｊ　　　　　　側面反射部
２３ｋ　　　　　　　　　　個別収納部
３０、３１～３８　　　　　光源部
４０、４２～４９　　　　　面状ライトユニット
５０　　　　　　　　　　　表示装置

Claims

　側端に入射部、上面に出射面を有する導光板と、前記入射部から前記導光板の内部に光を入射する半導体発光素子と、前記半導体発光素子を実装する光源基板とを備えた面状ライトユニュットにおいて、
　前記入射部には、前記上面と平行に穿たれ、入射面を備えた凹部が形成され、
　前記入射部の上側及び下側の少なくとも一方には、反射形状部が形成され、
　前記入射面と前記半導体発光素子との間には、透光性及び柔軟性を有する柔軟性樹脂が配設されていることを特徴とする面状ライトユニット。
　前記柔軟性樹脂のヤング率は、０．１～１ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の面状ライトユニット。
　前記柔軟性樹脂の屈折率は、１．４～１．６であることを特徴とする請求項１又は２に記載の面状ライトユニット。
　前記柔軟性樹脂は前記半導体発光素子と前記入射面により押圧されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の面状ライトユニット。
　前記光源基板には、複数の半導体発光素子が実装され、１つの前記柔軟性樹脂が全ての前記半導体発光素子を覆うように配設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の面状ライトユニット。
　前記光源基板には、複数の半導体発光素子が実装され、各半導体発光素子には、１つの前記柔軟性樹脂が配設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の面状ライトユニット。
　前記凹部は、側面反射壁を備えた複数の個別収納部を有し、それぞれの前記個別収納部では、前記入射面と前記半導体発光素子との間に前記柔軟性樹脂が配設されていることを特徴とする請求項６に記載の面状ライトユニット。
　前記光源基板には、前記半導体発光素子を実装するための凸形状部が設けられ、前記凸形状部の先端部は、前記凹部内に配設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の面状ライトユニット。
　前記光源基板には、複数のＬＥＤダイが実装され、前記ＬＥＤダイは、封止樹脂により一括封止され、前記半導体発光素子と前記光源基板は一体化していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の面状ライトユニット。
　前記封止樹脂は、前記柔軟性樹脂であることを特徴とする請求項９に記載の面状ライトユニット。
　前記封止樹脂は、蛍光粒子を混入した透光性樹脂であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の面状ライトユニット。
　前記導光板は、少なくとも２個に分割されており、前記導光板同士は、光学的に結合されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の面状ライトユニット。
　前記導光板の接続部は、断面楔形状となっていることを特徴とする請求項１２に記載の面状ライトユニット。
　前記入射面は、凹凸形状を有することを特徴とする請求項１項１から１３のいずれか一項に記載の面状ライトユニット。
　前記発光素子の発光色は、前記出射面から出射する光の色度目標より長波長側に設定されていることを特徴とする請求項１項１から１４のいずれか一項に記載の面状ライトユニット。