(57)【要約】  【課題】  高輝度な線状光を生成するＬＥＤ光源装置を提供する。  【解決手段】  基板と、  前記基板上に配列される複数のＬＥＤ素子であって、該ＬＥＤ素子はｐ電極及びｎ電極を一面側に有し、その一方の電極がエッチングされた部位に形成され、該一方の電極が電極が、隣接する前記ＬＥＤ素子との間に存在するように配置される、複数のＬＥＤ素子と、  前記複数のＬＥＤ素子を一括して囲繞するように前記基板上に配置されるリフレクタと、  を備えるＬＥＤ光源装置とする。  【選択図】  図１
2006261375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配列される複数のＬＥＤ素子であって、該ＬＥＤ素子はｐ電極及びｎ電極を一面側に有し、その一方の電極がエッチングされた部位に形成され、該一方の電極が、隣接する前記ＬＥＤ素子との間に存在するように配置される、複数のＬＥＤ素子と、
前記複数のＬＥＤ素子を一括して囲繞するように前記基板上に配置されるリフレクタと、
を備えるＬＥＤ光源装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ素子が絶縁材料上に設けられたＧａＮ系ＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項３】
前記基板上に配列される前記複数のＬＥＤ素子の前記一方の電極は、該複数のＬＥＤ素子の中心を結ぶ仮想軸上に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項４】
前記リフレクタが、前記ＬＥＤ素子が各区画内に一つずつ配置されることになる複数の区画からなり、各区画の端部がそれぞれ前記仮想軸側に突出している、請求項３に記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項５】
前記リフレクタの前記各区画がその中央から端部に向かって前記仮想軸に近づく連続した曲面を有する、請求項４に記載のＬＥＤ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ光源装置に関する。詳しくは、ＬＥＤ光源装置のリフレクタの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルなどのバックライト用光源装置として一般に線状光源装置が使用される。線状光源装置としてはＬＥＤ素子を線状に配置した光源ユニットがある。ＬＥＤ光源装置では、光の取り出し効率を向上させるためにＬＥＤ素子の周囲にリフレクタを設置することが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在、より高輝度な線状ＬＥＤ光源装置の実現が要請されている。高輝度化には、ＬＥＤ素子を高密度に実装することが有効である。しかし、ＬＥＤ素子を高密度に実装するとＬＥＤ素子の間隔（ピッチ）が狭まることから、好ましい配光特性が得られるようにＬＥＤ毎にリフレクタを設置することが困難となる。つまり、各ＬＥＤ素子の光の取り出し効率を高めるためにはＬＥＤ素子毎にリフレクタを設けることが好ましいが、高密度実装する場合に、このような構成を採用することは難しい。
一方、線状ＬＥＤ光源装置については、輝度ムラの軽減も要請されている。つまり、本来点光源であるＬＥＤ素子の光をより均一な線状の光に変換することが課題となっている。
また、多数のＬＥＤ素子を高密度に設置することは発熱量を増大させることとなり、ＬＥＤ素子の駆動安定性、信頼性が低下する恐れがある。
本発明は以上の課題に鑑み、高輝度な線状光を生成するＬＥＤ光源装置を提供することを目的の一つとする。また、より均一な線状光を生成するＬＥＤ光源装置を提供することを目的の一つとする。さらに、放熱性に優れたＬＥＤ光源装置を提供することも目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は以上の目的の少なくとも一つを達成するために、以下に示すＬＥＤ光源装置を提供する。即ち、
基板と、
前記基板上に配列される複数のＬＥＤ素子であって、該ＬＥＤ素子はｐ電極及びｎ電極を一面側に有し、その一方の電極がエッチングされた部位に形成され、該一方の電極が電極が、隣接する前記ＬＥＤ素子との間に存在するように配置される、複数のＬＥＤ素子と、
前記複数のＬＥＤ素子を一括して囲繞するように前記基板上に配置されるリフレクタと、
を備えるＬＥＤ光源装置である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、リフレクタをＬＥＤ素子毎に設けるのではなく、複数のＬＥＤ素子をまとめて囲繞するようにリフレクタを設ける。これによりＬＥＤ素子の間隔（ピッチ）を小さくすることができる。即ち、高密度にＬＥＤ素子を配置することができ、高輝度化が達成される。さらにリフレクタはＬＥＤ素子から横方向に放出された光を上方へ反射するため、光の取り出し効率が向上する。即ち、ＬＥＤ素子の高密度実装による高輝度化と、リフレクタによる光取り出し効率の向上とが両立され、さらなる高輝度化が実現される。ここで、一面にｐｎ電極を有し、両電極をＬＥＤ素子周辺部に配置した、例えばサファイア基板上のＧａＮ系ＬＥＤ素子は、構造上ｎ電極側から横方向へ放出される光量が少ないという特性を有する。それゆえ、かかるＬＥＤ素子のｎ電極が、隣接するＬＥＤ素子との間に存在するように、ＬＥＤ素子を配置することにより、ＬＥＤ素子から横方向へ放出される光のより多くがリフレクタの方向へ進行する。その結果、光の取り出し効率がさらに向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明における照明装置は、基板、ＬＥＤ素子、リフレクタを備える。使用する基板の種類は特に限定されず、公知のものを採用できる。例えば、アルミ、アルミ合金、銅、銅合金、又は窒化アルミ等からなるセラミック製の基板を採用できる。これらの基板は熱伝導率が高く、ＬＥＤ素子の放熱性を向上させることができる。
【０００７】
本発明ではＬＥＤ素子として一面にｐｎ電極を有した、例えばサファイア上に形成されたＧａＮ系ＬＥＤ素子を使用する。ＧａＮ系ＬＥＤ素子電極面を下にして基板に金バンブを介してフリップチップ実装することが好ましい。基板に直接実装できるため、ワイヤボンディングする必要がなく、より高密度にＬＥＤ素子を配置することができるからである。
本発明では複数のＬＥＤ素子を使用して、これらを略線状に基板上に配列させる。ＬＥＤ素子の間隔（ピッチ）は例えば、０．４〜２．０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍから１．５ｍｍである。このようにピッチを小さくすることで、高輝度化することができる。加えて、輝度ムラを低減することもでき、より均一な線状光を生成できる。本明細書でいう「略線状」とは、ＬＥＤ素子が一列又は複数列をなして線状に配列されている状態をいう。本発明では、典型的には、全てのＬＥＤ素子を直線状に一列に配列させるが、曲線状に配列させても良い。
【０００８】
ここで、一面側にｐｎ電極を有したＬＥＤ素子では、エッチングされた部位に形成されるｎ電極側から横方向へ放出される光量が少ない。そこで、本発明では、複数のＬＥＤ素子を、各ＬＥＤ素子のエッチングされた部位に形成される電極が、各ＬＥＤ素子の中心を通る仮想軸上となるように配置する。かかる配置によると、各ＬＥＤ素子から横方向へ進む光のより多くが後述するリフレクタの方向へ進行することとなる。リフレクタはＬＥＤ素子の横方向の光を受光して上方へ反射するため、光の取り出し効率が向上する。
【０００９】
本発明では、略線状に配置される複数のＬＥＤ素子を一括して囲繞するリフレクタを使用する。即ち、ＬＥＤ素子毎にリフレクタを設けるのではなく、複数のＬＥＤ素子に対して一つのリフレクタを使用する。リフレクタの材質は、例えばアルミ等の金属や白色樹脂など、ＬＥＤ素子の光を反射可能な材質であれば特に限定されない。中でも、アルミ等の金属など熱伝導率の高い材質で形成することが好ましい。ＬＥＤ光源装置の放熱特性が向上するからである。なお、光反射性の低い材料、又は非光反射性の材料を成型した後、受光面となる領域にメッキ処理や白色塗装を施す等して光反射性を付与したものをリフレクタとしてもよい。
【００１０】
以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の一実施態様であるＬＥＤ光源装置１の斜視図である。図２はＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａの構造を模式的に示した断面図である。図３はＬＥＤ光源装置１の上面図である。図４は図３におけるＡ−Ａ線縦断面図である。
ＬＥＤ光源装置１は６個の同一構造のＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆ、リフレクタ４、基板３を備える。図２に示すように、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａは、絶縁性のサファイア基板２２ａ上に、バッファ層２３ａ、ｎ型ＧａＮ系半導体層２４ａ、ＧａＮ系半導体からなる発光する層を含む層２５ａ、及びｐ型ＧａＮ系半導体層２６ａが順次積層され、エッチングによりｎ型ＧａＮ系半導体層２４ａの一部を表出させて、ｎ型ＧａＮ系半導体層２４ａ上にｎ電極２１ａが形成され、ｐ型ＧａＮ系半導体層２６ａ上にｐ電極２７ａが形成された構造である。即ち、図２に示すように、ｐ電極２７ａ及びｎ電極２１ａが同一面側に形成される。さらに、ｎ電極２１ａは、発光する層を含む層２５ａの横方向に形成されるため、発光する層を含む層２５ａから放出される光の一部の進行を妨げる。その結果、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａはｎ電極２１ａ側から横方向へ放出される光量が少ない。なお、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａは、ｐ電極２７ａ及びｎ電極２１ａが下面側（基板３側）となるように、金バンプを介して基板３上にフリップチップ実装される。同様にＧａＮ系ＬＥＤ素子２ｂ〜ｆは、基板３上にフリップチップ実装される。６個のＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆは基板３上に直線状に０．１ｍｍの間隔（ピッチ）で配列している。図３に示すように、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆは、それぞれのｎ電極２１ａ〜ｆがＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆの中心を結ぶ仮想軸２０上に位置するように配置される。
【００１２】
リフレクタ４はアルミ製であって、６個のＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆを一括して囲繞するように基板３上に設置される。図３に示すように、リフレクタ４は長手方向にａ〜ｆの６区画に分かれている。各区画ａ〜ｆの大きさはほぼ同じであって、各区画ａ〜ｆにはそれぞれ一つのＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆが配置される。各区画において、リフレクタ４のＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆに対向する面（反射面）４１ａ〜ｆは、その中央部から端部（隣接する区画に連続する部分）に向かって、仮想軸２０に近づくように湾曲している。より詳しくは、区画ａにおいて、反射面４１ａの上端（上面側の縁）４２ａはＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａを中心とする仮想円に沿っている。さらに、図３に示すように、反射面４１ａは上端４２ａから下端（基板側の縁）４３ａに向かって、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａに近づくように所定の角度で傾斜している。即ち、光軸５に垂直な方向における反射面４１ａの断面はＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａを中心とする仮想円に沿っている。反射面４１ａの端部は隣接する区画ｂの反射面４１ｂの端部に繋がっている。区画ｂ〜ｆについても同様に、反射面４１ｂ〜ｆはそれぞれ、上端４２ａ〜ｆがＧａＮ系ＬＥＤ素子２ｂ〜ｆを中心とする仮想円に沿っており、下端４３ａ〜ｆに向かって、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ｂ〜ｆに近づくように傾斜している。さらに反射面４１ｂ〜ｆの端部は隣接する区画の端部と繋がっている。従って、リフレクタ４で囲繞される領域（ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆの近傍領域）は全ての区画間で連通している。
なお、反射面４１ａ〜ｆの傾斜角度は、好ましい配光特性が得られるように、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆの指向角などを考慮して決定される。
【００１３】
次にＬＥＤ光源装置１の発光態様を述べる。ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆの光の一部はＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆの光軸方向へ放出され、他の一部はＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆから横方向へ放出される。このとき、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆのｎ電極２１ａ〜ｆは仮想軸２０上に位置するため、横方向の光のうち、より多くの光がリフレクタ４側へ進行する。リフレクタ４の反射面４１ａ〜ｆは受光した光をＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆの光軸方向へ反射する。
【００１４】
このようなＬＥＤ光源装置１では、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆは、基板３にフリップチップ実装され、狭ピッチ（０．１ｍｍ）で配列している。これにより、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆが高密度で設置されるため高輝度化が達成される。さらに、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆの横方向の光の多くがリフレクタ４側へ進行し、反射面４１ａ〜ｆにより光軸方向に反射されるため、光の取り出し効率が向上する。また、反射面４１ａ〜ｆは各区間の端部において仮想軸２０に近づいている。即ち、反射面４１ａ〜ｆの各端部がＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆへ近づいているため、各区間の端部において反射面４１ａ〜ｆまでの光路が短くなり光のロスが軽減される。また、光軸５に垂直な方向における反射面４１ａ〜ｆの断面（横断面）はＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆを中心とする仮想円に沿っている。従って、反射面４１ａ〜ｆは横断面において、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆの光をほぼ一定の受光角で受光して、光軸方向へ略均一に反射することとなるため、好ましい配光特性が得られる。その結果、輝度ムラが軽減され、より均一な線状光を生成することが可能となる。また、リフレクタ４はアルミ製であるため放熱特性が高い。かかるリフレクタ４が各区間において、端部がＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆに近い位置にあるため、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆの放熱性を高めることができる。
【００１５】
なお、ＬＥＤ光源装置１では、リフレクタ４の反射面４１ａ〜ｆの形状は図３に示すように、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａ〜ｆを中心とする円に沿う曲面としたが、図５に示すリフレクタ４０のように、反射面４１０ａ〜ｆの端部付近のみが仮想軸２０側に突出した形状としても良い。かかるリフレクタ４０によっても同様の効果が得られる。また、反射面４１ａ〜ｆは上端４２ａ〜ｆから下端４３ａ〜ｆに向かって、所定の角度で傾斜した面としたが、好ましい配光特性が得られる範囲であれば湾曲した面であっても良い。
ＬＥＤ光源装置１では６個のＧａＮ系ＬＥＤ素子２１ａ〜ｆを使用して、リフレクタ４で一括して囲繞したが、１０個又は２０個などさらに多くのＬＥＤ素子を使用してこれらをリフレクタで一括して囲繞することとしても良い。使用するＬＥＤ素子の数が増すと発熱量が増すので、熱伝導率の高い材質で形成したリフレクタを使用することが好ましい。熱伝導率の高いリフレクタが各区間の端部でＬＥＤ素子に近接するため、放熱特性が高まり、ＬＥＤ素子の駆動安定性を確保することができるからである。
【００１６】
この発明は、上記の実施の形態及び実施例に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に相当できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明のＬＥＤ光源装置は、携帯電話、ＰＣ、液晶テレビなどの液晶パネルのバックライト照明や、屋外又は屋内で使用される指示板や広告等の情報伝達媒体に使用される光源としてその利用が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の一実施態様であるＬＥＤ光源装置１の斜視図である。
【図２】図２はＧａＮ系ＬＥＤ素子２ａの構造を模式的に示した断面図である。
【図３】図３はＬＥＤ光源装置１の上面図である。
【図４】図４は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５は本発明の他の実施態様であるＬＥＤ光源装置の上面図を示す。
【符号の説明】
【００１９】
１  ＬＥＤ光源装置
２ａ〜ｆ  ＧａＮ系ＬＥＤ素子
２０  仮想軸
３  基板
４  ４０  リフレクタ
４１ａ〜ｆ  ４１０ａ〜ｆ  反射面
５  光軸
【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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