(57)【要約】【課題】金属材料の熱伝導性を最大限に利用して点状光源からの熱を効果的に放熱すると共に、点状光源の位置ズレを防止できる面状照明装置を提供する。【解決手段】本発明に係る面状照明装置１１は、導光板２と、導光板２の入光面２ａに配置される点状光源３と、点状光源３を実装する回路基板４と、それらを搭載するフレーム６とを有し、フレーム６の金属材料からなる側壁８の一面８ａ側には、底面に貫通孔が設けられた凹部１０が形成されており、点状光源３は、その実装面３ｂの一部を凹部１０の底面に接触させて凹部１０に収容され、側壁８の反対側の面８ｂに沿って配置された回路基板４に凹部１０の貫通孔を通じて接続されている。これによって、点状光源３から発生する熱を、フレーム６へ効率的に伝導して放熱することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板と、該導光板の入光面に配置される点状光源と、該点状光源を実装する回路基板と、それらを搭載するフレームとを有する面状照明装置において、
前記フレームは、金属材料からなる側壁を備え、該側壁の一面側には、底面に貫通孔が設けられた凹部が形成されており、
前記回路基板は、前記側壁の前記凹部が形成された面とは反対側の面に沿って配置され、
前記点状光源は、その実装面の一部を前記凹部の底面に接触させて前記凹部に収容され、前記点状光源の電極は、前記貫通孔を通じて前記回路基板に接続されることを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】
前記点状光源の外周面と前記凹部の内周面との間の間隙に、熱伝導性材料が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイドライト方式の面状照明装置に関し、特に、液晶表示装置の照明手段として用いられる面状照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等に用いられる液晶表示装置用の補助光源には、導光板の側端面に一次光源を配置したサイドライト方式の面状照明装置が主として使用されている（以下、一次光源が配置された側端面を入光面ともいう）。サイドライト方式の面状照明装置の一次光源として、従来は冷陰極管ランプが使用されていたが、現在では、冷陰極管ランプと比較して取扱い性に優れ、小型化が容易であり、対衝撃性に優れた白色ＬＥＤ等の点状光源が多用されている。このような点状光源を用いた面状照明装置の適用分野は拡大する傾向にあり、携帯電話等に搭載される小型の液晶表示装置に限らず、例えば、比較的表示サイズが大きい車載ナビゲータに用いられる液晶表示装置の補助光源としての適用も検討されるようになってきている。
【０００３】
このような照明エリアの拡大に対応するためには、点状光源に供給する電流を増大し、それによって、点状光源１個当たりの出射光量を増大することが望ましい。しかしながら、点状光源に供給する電流が増大すると、発光に伴って発生する熱量も増大し、その発熱による温度上昇のため点状光源の発光効率が低下するという問題が生じる。また、点状光源から発生した熱が導光板に伝わると、導光板が膨張する結果、点状光源に位置ズレが生じて点状光源と導光板との結合効率が低下するという問題も生じる。
【０００４】
このため、点状光源から発生した熱を有効に外部に逃がす方法が種々検討されており、例えば、図５に示した面状照明装置１のように、導光板２と、フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣともいう）４に実装された点状光源３と、それらを一体に保持するフレーム５とを有する面状照明装置において、フレーム５を構成する材料にアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料を用いることが提案されている。また、より効率的に熱を外部に逃がす手段として、ＦＰＣ４およびその背面の金属製フレーム５ａに貫通孔を形成し、その貫通孔に熱伝導性の高い接着性充填剤を充填する構成を備えた点状光源の放熱装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この放熱装置では、点状光源の発熱中心となる発光部に最も近いパッケージ面である底面と金属材料からなる光源支持フレームとを、ＦＰＣよりも熱伝導性の高い接着性充填剤で接続することによって、放熱特性の改善が図られている。
【特許文献１】特開２００２−１６２６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、たとえ熱伝導性の高い接着性充填剤を使用したとしても、接着性充填剤の熱伝導率は、一般に金属材料の１／１００以下であり、特許文献１に記載の放熱装置は、金属材料からなるフレームの放熱作用を必ずしも十分に活用しているとは言えない。さらに、特許文献１に記載の面状照明装置では、導光板の熱膨張による点状光源の位置ズレについて、特段の対策は施されていない。
【０００６】
そこで、本発明は、金属材料の熱伝導性を最大限に利用して点状光源からの熱を効果的に放熱すると共に、点状光源の位置ズレを防止できる面状照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る面状照明装置は、導光板と、該導光板の入光面に配置される点状光源と、該点状光源を実装する回路基板と、それらを搭載するフレームとを有する面状照明装置において、前記フレームは、金属材料からなる側壁を備え、該側壁の一面側には、底面に貫通孔が設けられた凹部が形成されており、前記回路基板は、前記側壁の前記凹部が形成された面とは反対側の面に沿って配置され、前記点状光源は、その実装面の一部を前記凹部の底面に接触させて前記凹部に収容され、かつ、前記点状光源の電極は、前記貫通孔を通じて前記回路基板に接続されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る面状照明装置において、前記点状光源の外周面と前記凹部の内周面との間の間隙には、熱伝導性材料が充填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る面状照明装置によれば、点状光源が搭載されるフレームの金属材料からなる側壁と点状光源の実装面とを直に接触させる構成としたため、金属材料の熱伝導性を最大限に利用して、優れた放熱特性を得ることができる。それによって、点状光源の温度上昇およびそれに伴う発光効率の低下を抑制しつつ点状光源に供給する電流を増大させることが可能となり、点状光源１個当たりの出射光量を増大させて、高輝度な面状照明装置を得ることができる。さらに、点状光源は、フレームの側壁に設けられた凹部に収容されて配置されるため、点状光源の位置ズレを抑制することが可能となり、点状光源と導光板との結合効率の低下を防止することができる。
【００１０】
また、本発明に係る面状照明装置において、点状光源の外周面と点状光源が収容される凹部の内周面と間に相当の間隙が存在する場合、その間隙に熱伝導性材料を充填する構成としたことによって、点状光源の実装面とフレームとの直接接触による熱伝導に加えて、点状光源の外周面からフレームへの熱伝導経路も確保され、優れた放熱特性が保持されると共に、点状光源を確実に凹部に固定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明するが、各図面は説明のためのものであり、必ずしも実際の形状、寸法を正確に反映するものではない。また、図１〜図４を通じて、図５に示す面状照明装置１と同一の構成要素については、同一の符号を付して参照する。
図１は、本発明の一実施施形態における面状照明装置１１の要部を示す分解斜視図である。本実施形態における面状照明装置１１は、導光板２と、導光板２の一側端面である入光面２ａに配置された３個の点状光源３と、点状光源３を実装する回路基板であるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）４と、それらを搭載するフレーム６を備えている。ここで、導光板２は、例えばアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂を成形してなる板状の導光体であり、点状光源３は、例えば白色ＬＥＤからなり、その表面（以下、光出射面ともいう）３ａを導光板２の入光面２ａに対向させて配置されている。
【００１２】
本実施形態において、フレーム６は、好ましくはアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料からなり、導光板２を搭載する平面部７と、導光板２の入光面２ａ側に設けられた側壁８とを有するように構成されている。また、側壁８の、導光板２の入光面２ａに対向する一面８ａ側には、各点状光源３を収容する凹部１０が形成されている。ＦＰＣ４は、例えばポリイミド等のフィルム基材上に、点状光源３に駆動電流を供給するための所定の配線パターン（図１には、その一部のみを図示する）が形成されてなるものであり、側壁８の凹部１０が形成された面とは反対側の面８ｂに沿って配置されて、貼着または接着等の手段によって側壁８に固定されている。また、上記配線パターンには、後述する点状光源３の電極が接続されるランド部４ａが含まれ、ＦＰＣ４は、ランド部４ａを露出させた側が側壁８を介して点状光源３の裏面（以下、実装面ともいう）に対向するように配置されている。
【００１３】
ここで、図２および図３を参照して、本実施形態における凹部１０の構成について説明する。図２は、点状光源３を実装面３ｂ側から見た斜視図、図３は、凹部１０を拡大して示す斜視図である。図２に示すように、点状光源３の実装面３ｂには、２つの電極３ｃが形成されている。また、図３に示すように、点状光源３が収容される凹部１０の底面には２つの貫通孔１０ｂが設けられ、その残りの部分が、平坦な表面を有する伝熱部１０ａとして凹部１０の実質的な底面をなすものである。これらの伝熱部１０ａおよび貫通孔１０ｂは、後述するように、点状光源３を凹部１０に収容した際に、点状光源３の実装面３ｂの一部である領域３ｄが伝熱部１０ａに接触し、かつ、各電極３ｃがそれぞれ対応する貫通孔１０ｂ上に配置されるように構成されている。
【００１４】
次に、図１〜図４を参照し、本実施形態における点状光源３およびＦＰＣ４の配置の態様について説明する。ここで、図４（ａ）は、面状照明装置１１において、１個の点状光源３付近を上面側から見た水平断面図であり、図４（ｂ）は、同様に１個の点状光源３付近を側面側から見た側断面図である。本実施形態において、点状光源３は、フレーム６の側壁８に形成された凹部１０に収容されており、その際、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、凹部１０の開口形状は点状光源３の外形よりも一回り大きく形成され、点状光源３の外周面３ｅと凹部１０の内周面１０ｄとの間の間隙には、熱伝導性材料１４が充填されている。本実施形態における熱伝導性材料１４は、電気的絶縁性を有するものであり、例えば、シリコーン系の樹脂材料、あるいは、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素等の非導電性の熱伝導性フィラーが添加された高熱伝導性樹脂材料を使用することができる。このようにして、点状光源３は凹部１０の所定の位置に配置および固定され、この所定の位置において、実装面３ｂの領域３ｄは凹部１０の底面をなす伝熱部１０ａに接触し、かつ、各電極３ｃはそれぞれ対応する貫通孔１０ｂ上に配置されるものである。なお、本実施形態では、凹部１０の深さは点状光源３の厚みよりも浅く形成され、点状光源３が凹部１０の所定の位置に配置された際に、点状光源３の出射面３ａが側壁８の面８ａよりも導光板２側に突出するものである。
【００１５】
側壁８の面８ｂ側に配置および固定されるＦＰＣ４は、図４（ｂ）に示すように、各ランド部４ａが、凹部１０の貫通孔１０ｂに位置合わせされて、面８ｂ側から点状光源３のそれぞれ対応する電極３ｃに対向するように配置されており、各ランド部４ａは、それらの電極３ｃと任意の適切な導電性接着剤１２により接続されている。
【００１６】
以上のように構成された面状照明装置１１は、ＦＰＣ４を介して供給される駆動電流により点状光源３を発光させ、入光面２ａから導光板２へと入射した光を導光板２の内部へと伝播させつつその表面２ｂから均一に出射することによって、面光源として機能するものである。その際、点状光源３は、フレーム６の側壁８に形成された凹部１０に収容されて配置されており、点状光源３の熱源でもある発光部（ダイス）直下の実装面３ｂと金属材料からなるフレーム６の側壁８とが、ＦＰＣ４またはその他の樹脂材料等の熱抵抗要素を介することなく直に接触しているため、点状光源３の発光に伴って発生した熱は、凹部１０の伝熱部１０ａを通じてフレーム６側に効率良く伝導し、放熱される。これによって、点状光源３の温度上昇およびそれに伴う発光効率の低下を抑制しつつ供給する駆動電流を増大させることが可能となり、点状光源３の１個当たりの出射光量を増大させて、面状照明装置１１の高輝度化を達成することができる。また、点状光源３が凹部１０に収容されていることによって、例えば点状光源３から発生した熱により導光板２に熱膨張が生じた場合でも、点状光源３に位置ズレが生じることなく、点状光源３と導光板２との結合効率の低下が防止される。
【００１７】
加えて、点状光源３の外周面３ｅと凹部１０の内周面１０ｄとの間の間隙に充填された熱伝導性材料１４は、点状光源３の外周面３ｅからフレーム６の側壁８への熱伝導の経路を確保すると共に、点状光源３を凹部１０へ確実に固定する機能を果し、面状照明装置１１の高輝度化の達成を促進するものである。
【００１８】
上述した作用・効果を検証するために、有限体積法に基づく数値解析により、図５に示す面状照明装置１のような従来の構成と本実施形態における面状照明装置１１の構成について、その放熱作用を比較した。解析に使用した条件は次の通りである。まず、材料の定義については、フレームの熱伝導率を１３７Ｗ／ｍ・Ｋ（５０５２アルミニウム材に相当）、ＦＰＣの面方向の熱伝導率を１４０．３Ｗ／ｍ・Ｋ、同様に厚み方向の熱伝導率を０．３０４Ｗ／ｍ・Ｋとし、点状光源とフレーム、点状光源とＦＰＣ、およびＦＰＣとフレームとの間に介在する樹脂材料の熱伝導率を２Ｗ／ｍ・Ｋとした。また、周囲環境温度を２５°Ｃとし、点状光源の発熱量を０．３５Ｗとした。以上の設定により計算を実行した結果、従来の構成では、点状光源の発光部温度は６７．６°Ｃであったのに対し、本実施形態における面状照明装置１１の構成では、発光部温度が６１．７°Ｃに低下することが示された。
【００１９】
なお、本実施形態における面状照明装置１１では、点状光源３を収容する凹部１０の開口形状は点状光源３の外形よりも一回り大きく形成するものとしたが、本発明に係る面状照明装置において、凹部１０の開口形状と点状光源３の外形とが略一致するように形成し、点状光源３の外周面３ｅと凹部１０の内周面１０ｄとが直に接触するように構成してもよい。
また、本実施形態における面状照明装置１１において、点状光源３は、その２つの電極３ｃが導光板の厚み方向に配列するように配置されるものとしたが、点状光源３をフレーム６の側壁８に取付ける角度は任意に設定することができる。また、凹部１０の底面に設けられる貫通孔１０ｂの形状は、図３に示すような矩形に限定されるものではなく、点状光源３の電極３ｃの形状に応じた任意の適切な形状に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す面状照明装置に搭載される点状光源を、その実装面から見た斜視図である。
【図３】図１に示す面状照明装置において、点状光源を収容する凹部を拡大して示す斜視図である。
【図４】図１に示す面状照明装置において、１個の点状光源付近を拡大して示す断面図であり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は側断面図である。
【図５】従来の面状照明装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２１】
２：導光板、３：点状光源、３ｂ：実装面、３ｃ：電極、４：フレキシブルプリント基板、６：フレーム、８：側壁、１０：凹部、１０ａ：伝熱部、１０ｂ：貫通孔、１１：面状照明装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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