(57)【要約】【課題】棒状実装基板にLED素子を実装していたので、出射面に棒状実装基板及びLED素子による暗部が生じ、大きな輝度むらが発生していた。【解決手段】下向きに発光するLED素子２０１をL字形状リード２０２、２０３及びボンディングワイヤ２０４によって給電及び保持し、さらに、これら全体を透明樹脂層２０５によって内包して封止する。【選択図】        図２
2011003342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射層が形成された実装基板と、
該実装基板の前記反射層側に個別に実装された複数の発光ユニットと、
前記実装基板の前記反射層側に存在する出射面と
を具備し、
前記各発光ユニットが、
発光方向が前記実装基板に向かう発光ダイオードと、
該発光ダイオードを内包する透明樹脂層と
を具備する直下型面光源装置。
【請求項２】
前記各発光ユニットの直下の前記反射層を含む前記実装基板に凹部を設けてリフレクタを形成した請求項１に記載の直下型面光源装置。
【請求項３】
前記発光ダイオードの上部の前記透明樹脂層に凸部を設けて凸レンズを形成した請求項１もしくは２に記載の直下型面光源装置。
【請求項４】
前記各発光ユニットが、さらに、第１、第２のL字形状リードを具備し、
前記発光ダイオードが前記第１のL字形状リードに実装され、前記発光ダイオードがボンディングワイヤによって前記第２のL字形状リードに接続され、
前記発光ダイオードが前記第１、第２のL字形状リードによって前記実装基板上に所定の距離の位置で保持されるようにし、前記発光ユニットの前記第１、第２のL字形状リードの前記実装基板への実装方向が交互に90°となるようにされている請求項１〜４のいずれか１つに記載の直下型面光源装置。
【請求項５】
発光方向が下方に向かう発光ダイオードと、
該発光ダイオードを内包する透明樹脂層と、
第１、第２のL字形状リードと
を具備し、
前記発光ダイオードが前記第１のL字形状リードに実装され、前記発光ダイオードがボンディングワイヤによって前記第２のL字形状リードに接続され、
前記透明樹脂層の発光方向側面が平面状であり、
前記発光ダイオードの上部の前記透明樹脂層に凸部を設けて凸レンズを形成した発光ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、液晶ディスプレイ装置のバックライト、透過型看板バックライト、トレース台照明装置、シャウカステン（レントゲンライトボックス）照明装置あるいはシーリングランプ等の平面照明装置として用いられる直下型面光源装置及びこれに用いられる発光ユニット（パッケージ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷陰極蛍光ランプ（CCFL）の代りに発光ダイオード（LED）素子を用いた面光源装置が主流となっている。これにより、薄型化、軽量化、省電力化等を図っている。
【０００３】
LED素子を用いた面光源装置は、サイドエッジ型と直下型とに大別される。
【０００４】
サイドエッジ型面光源装置においては（参照：特許文献１の図１）、装置の背面に導光板を配置すると共に、導光板の側面にLED素子を配置する。LED素子からの光を導光板の側面から入射させ、導光板下面の散乱パターンを利用して装置前面側の出射面に出光する。この散乱パターンの設計により出射面へ輝度分布を均一にする。
【０００５】
しかしながら、上述のサイドエッジ型面光源装置においては、LED素子から発する光の出射面までの光路長は、導光板上面から出射面の距離に依存し、この距離に限界があるので、輝度むらが大きく、大型面光源装置に適さない。
【０００６】
図１２は従来の直下型面光源装置を示す分解斜視図、図１３は図１２の直下型面光源装置のXIII-XIII線断面図である（参照：特許文献１の図５、図４）。
【０００７】
図１２、図１３の直下型面光源装置は、中空型ハウジング１０１、ハウジング１０１の底部開口に設けられた反射板１０２、ハウジング１０１の側壁に両端が固定され、複数のLED素子１０３が実装間隔d1で設けられた棒状実装基板１０４、及びハウジング１０１の上部開口に設けられた拡散板１０５よりなる。LED素子１０３の光はハウジング１０１の下部へ照射され、反射板１０２で反射し、拡散板１０５を介して装置前面の出射面Soutより出光する。従って、LED素子１０３がたとえばランバーシアン配光を有すると、反射板１０２とLED素子１０３の距離をd2とし、LED素子１０３と拡散板１０５との距離をd3とすると、LED素子１０３から発する光の出射面Soutまでの光路長を2・d2+d3と長くでき、この結果、サイドエッジ型面光源装置に比較して、輝度むらを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１９０６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図１２、図１３に示す従来の直下型面光源装置においては、上述の距離d2、d3を小さくすればより薄型化できるが、図１４に示すように、棒状実装基板１０４による暗部及びLED素子１０３による暗部が映ってしまい、大きな輝度むらが発生するという課題がある。
【００１０】
尚、図１４は図１２、図１３の直下型面光源装置の出射面Sout上の輝度分布を示し、（Ａ）は出射面Soutの全面の輝度分布、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線輝度分布を示す。また、図１４の（Ｂ）においては、平均値を1で正規化している。このときの条件は次のごとくである。
d1=d4=22.5mm
d2=d3=5mm
但し、d4は棒状実装基板１０４間距離である。すなわち、上述のごとく、LED素子１０３がランバーシアン配光分布を有する場合、一般的に、LED素子１０３が発する光の出射面Soutまでの光路長を2・d2+d3と長くできるので、輝度むらを抑制できる。また、棒状実装基板１０４間距離d4をLED素子１０３の実装間隔d1と同一にしてLED素子１０３を２次元的に等間隔にすることにより（d1=d4）輝度むらを抑制できる。しかしながら、図１４の（Ａ）に示すごとく、棒状実装基板１０４間距離d4に基づく暗部が生じ、また、図１４の（Ｂ）に示すごとく、LED素子１０３が存在する中心（0mm）、中心から22.5mm、-22.5mmの位置で暗部が生じる。図１２、図１３の直下型面光源装置を薄くするために、上述の距離d3を小さくすれば、LED素子１０３のいわゆる球見えの問題が生じる。さらに、距離d1、d4を小さくして、LED素子１０３の実装密度を大きくして輝度むらを抑制しようとすると、LED素子１０３の個数が２次関数的に増加し、この結果、製造コストが高くなる。
【００１１】
また、棒状実装基板１０４はその両端のみでハウジング１０１に保持されているので、棒状実装基板１０４は撓んでしまい、構造上保持が困難であるという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、本発明に係る直下型面光源装置は、反射層が形成された実装基板と、実装基板の反射層側に個別に実装された複数の発光ユニットと、実装基板の反射層側に存在する出射面とを具備し、各発光ユニットが、発光方向が実装基板に向かう発光ダイオードと、発光ダイオードを内包する透明樹脂層とを具備するようにしたものである。これにより、発光ユニットからの光は実装基板の反射層にて反射され、その一部が透明樹脂層を透過する。この結果、発光ダイオードによる暗部が解消される。
【００１３】
また、各発光ユニットの直下の反射層を含む実装基板に凹部を設けてリフレクタを形成する。これにより、発光ダイオードからの光はリフレクタによって発光ユニットの直上に集中することになる。
【００１４】
また、発光ダイオードの上部の透明樹脂層に凸部を設けて凸レンズを形成する。これにより、発光ダイオードからの光は凸レンズによって発光ユニットの直上に集中することになる。
【００１５】
さらに、各発光ユニットが第１、第２のL字形状リードを具備し、発光ダイオードが第１のL字形状リードに実装され、発光ダイオードがボンディングワイヤによって第２のL字形状リードに接続され、発光ダイオードが第１、第２のL字形状リードによって実装基板上に所定の距離の位置で保持されるようにする。発光ユニットの第１、第２のL字形状リードの実装基板への実装方向が交互に90°となるようにされている。これにより、ある発光ユニットが点灯したときに第１、第２のL字形状リードによりできる暗部が隣接する発光ユニットからの光によって解消される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、透明樹脂層を透過する光によって発光ユニット自身の暗部が解消されるので輝度むらを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る直下型面光源装置の第１の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の直下型面光源装置のII-II線断面図である。
【図３】図１、図２の直下型面光源装置の輝度分布を示し、（Ａ）は出射面全体の輝度分布を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線輝度分布を示すグラフである。
【図４】本発明に係る直下型面光源装置の第２の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図５】図４の直下型面光源装置のV-V線断面図である。
【図６】図４、図５の直下型面光源装置の輝度分布を示し、（Ａ）は出射面全体の輝度分布を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線輝度分布を示すグラフである。
【図７】図５の反射リフレクタの拡大図である。
【図８】本発明に係る直下型面光源装置の第３の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図９】図８の直下型面光源装置のIX-IX線断面図である。
【図１０】図８、図９の直下型面光源装置の輝度分布を示し、（Ａ）は出射面全体の輝度分布を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線輝度分布を示すグラフである。
【図１１】図８のレンズの拡大図である。
【図１２】従来の直下型面光源装置を示す分解斜視図である。
【図１３】図１２の直下型面光源装置のXIII-XIII線断面図である。
【図１４】図１２、図１３の直下型面光源装置の輝度分布を示し、（Ａ）は出射面全体の輝度分布、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線輝度分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本発明に係る直下型面光源装置の第１の実施の形態を示す分解斜視図、図２は図１の直下型面光源装置のII-II線断面図である。
【００１９】
図１に示すように、実装基板１上にAg等の反射層２が塗装もしくは貼り付けられ、さらに、その上に、3行×3列の発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３が実装間隔d1たとえば22.5mmで２次元的に等間隔に実装されている。実装基板１上の反射層２と発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３との距離d2はたとえば5mmである。
【００２０】
また、発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３上の距離d3（図１に図示せず、図２に図示）の位置に拡散板３及びプリズムシート４が設けられている。これにより、光が出射面Soutより効率よく出光される。
【００２１】
図１においては、発光ユニット１１、１３、２２、３１、３３と隣接する発光ユニット１２、２１、２３、３２とは実装方向が互いに90°になるように実装されており、これにより、ある１つの発光ユニットが点灯したときに後述のL字形状リード２０２、２０３によりできる暗部が隣接する発光ユニットからの光によって解消され、輝度むらを抑止できる。
【００２２】
図２に示すように、各発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３は、LED素子２０１と、L字形状リード２０２、２０３と、ボンディングワイヤ２０４と、LED素子２０１と、L字形状リード２０２、２０３及びボンディングワイヤ２０４を内包して封止する透明樹脂層２０５とよりなる。この場合、LED素子２０１はL字形状リード２０２の一端に実装され、ボンディングワイヤ２０４によってL字形状リード２０３に接続されている。
【００２３】
LED素子２０１は発光したときに下側に光を照射するようにL字形状リード２０２の下側に実装されている。
【００２４】
L字形状リード２０２、２０３はLED素子２０１への給電を行う役目を有すると共に、実装基板１上にLED素子２０１を距離d2の位置に保持する役目を有しており、実装基板１のスルーホール１ａ、１ｂに挿入されて半田２０６によって固定される。
【００２５】
透明樹脂層２０５は、たとえば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂によって形成される。また、透明樹脂層２０５のLED素子２０１の発光方向側面２０５ａが平面状になっている。これにより、光が広がり輝度むらを少なくできる。尚、例えばこの面２０５ａが凸形状にすると、LED素子２０１直下に光が集中してしまいLED素子２０１間を照らす光が少なくなってしまい輝度むらの原因となってしまう。
【００２６】
図１、図２においても、図１２、図１３に示す従来の場合と同様に、LED素子２０１から発する光の出射面Soutまでの光路長を2・d2+d3と長くすることができ、この結果、輝度むらを抑制することができる。さらに加えて、図１、図２においては、LED素子２０１から発する光の実装基板１上の反射層２によって反射された光の一部は発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３の透明樹脂層２０５を透過するので、LED素子２０１直上が明るくなり、これにより、輝度むらを抑制できる。
【００２７】
図３は図１、図２の直下型面光源装置の出射面Sout上の輝度分布を示し、（Ａ）は出射面Soutの全面の輝度分布、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線輝度分布を示す。尚、図３の（Ｂ）においては、平均値を1で正規化している。このときの条件は次のごとくである。
d1=22.5mm
d2=d3=5mm
すなわち、図３の（Ａ）に示すごとく、図１４の（Ａ）に比較して、暗部が少なくなり、また、図３の（Ｂ）に示すごとく、図１４の（Ｂ）に比較して、LED素子が存在する中心（0mm）、中心から22.5mm、-22.5mmの位置で暗部が抑制されている。
【００２８】
また、図１、図２においては、発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３を保持する実装基板１は棒状でなく、平板状なので撓むことなく、構造上保持が容易となる。
【００２９】
さらに、発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３からの放熱はそれぞれのL字形状リード２０３を通じて実装基板１に行われるので発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３の実装位置による放熱むらは起こらない。
【００３０】
尚、図１、図２においては、LED素子２０１から発する光の実装基板１上の反射層２によって反射された光の一部は発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３の透明樹脂層２０５と空気との界面で反射するので、透明樹脂層２０５の透過光は幾分減少する。この結果、LED素子２０１の存在による暗部は若干残存する。
【００３１】
図４は本発明に係る直下型面光源装置の第２の実施の形態を示す分解斜視図、図５は図４の直下型面光源装置のV-V線断面図である。
【００３２】
図４、図５においては、図１、図２の発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３直下の反射層２を含む実装基板１に凹部１ｃを設けて球面リフレクタを形成してある。つまり、凹部（球面リフレクタ）１ｃは発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３の直上に光を集中させ、発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３の暗部を解消するようにしている。
【００３３】
図６は図４、図５の直下型面光源装置の出射面Sout上の輝度分布を示し、（Ａ）は出射面Soutの全面の輝度分布、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線輝度分布を示す。尚、図６の（Ｂ）においても、平均値を1で正規化している。このときの条件も次のごとくである。
d1=22.5mm
d2=d3=5mm
すなわち、図６の（Ａ）に示すごとく、図３の（Ａ）に比較して、暗部が少なくなり、また、図６の（Ｂ）に示すごとく、図３の（Ｂ）に比較して、LED素子が存在する中心（0mm）、中心から22.5mm、-22.5mmの位置で暗部がほぼ解消している。これにより、透明樹脂層２０５の透過光が幾分増加することが分かる。
【００３４】
図７は図５の凹部（球面リフレクタ）１ｃの拡大図である。
【００３５】
図７に示すように、凹部（球面リフレクタ）１ｃは、発光源つまりLED素子２０１の位置に相当する中心O1とする半径R1、幅W1の球面をなしている。半径R1はLED素子２０１の位置及び透明樹脂層２０５の厚さ、屈折率を考慮して決定され、たとえば半径R1=6.75mmである。幅W1は発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３つまり透明樹脂層２０５の大きさに応じて決定される。
【００３６】
図７において、中心O1から照射された光は空気と透明樹脂層２０５との間で屈折が起こる。そのうち凹部（球面リフレクタ）１ｃ外にて反射された光L1は中心O1方向へ向かわずに外側へ向かう。これに対し、凹部（球面リフレクタ）１ｃ内にて反射された光L2は透明樹脂層２０５で再び屈折を起こし、中心O1の直上に焦点を作る。この焦点が擬似的な発光源となり、中心O1よりも出射面に近い位置からLED素子２０１直上の出射面を照射する。従って、凹部（球面リフレクタ）１ｃの半径R1、幅W1を調整することにより図６の（Ｂ）に示すごとく、LED素子２０１による暗部を解消できる。
【００３７】
尚、図４、図５において、発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３の透明樹脂層２０５は２次元的に矩形をなしているが、凹部（球面リフレクタ）１ｃに合わせて２次元的に円形としてもよい。
【００３８】
また、図４、図５では、透明樹脂層２０５で覆われたLED素子２０１を中心とする球面リフレクタにより、LED素子２０１の直上に焦点が位置するように形成したが、LED素子２０１の直上に擬似光源となる焦点を位置させることができれば、必ずしもこの構成に限定されるものではない。発光ユニットの構成、反射面とLED素子２０１との距離、反射面の形状などを適宜調整することにより、LED素子２０１の直上に焦点を位置させることができ、例えば回転楕円面等の球面以外の反射面を用いることもできる。
【００３９】
図８は本発明に係る直下型面光源装置の第３の実施の形態を示す分解斜視図、図９は図８の直下型面光源装置のIX-IX線断面図である。
【００４０】
図８、図９においては、図１、図２の発光ユニット１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３の代りに発光ユニット１１’、１２’、１３’、２１’、２２’、２３’、３１’、３２’、３３’を設けてある。発光ユニット１１’、１２’、１３’、２１’、２２’、２３’、３１’、３２’、３３’の透明樹脂層２０５’の上面部が凸部２０５’ａを設けて凸レンズを形成してある。つまり、凸部（凸レンズ）２０５’ａは発光ユニット１１’、１２’、１３’、２１’、２２’、２３’、３１’、３２’、３３’の直上に光を集中させ、発光ユニット１１’、１２’、１３’、２１’、２２’、２３’、３１’、３２’、３３’の暗部を見えなくするようにしている。
【００４１】
図１０は図８、図９の直下型面光源装置の出射面Sout上の輝度分布を示し、（Ａ）は出射面Soutの全面の輝度分布、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線輝度分布を示す。尚、図１０の（Ｂ）においても、平均値を1で正規化している。このときの条件も次のごとくである。
d1=22.5mm
d2=d3=5mm
すなわち、図１０の（Ａ）に示すごとく、図３の（Ａ）に比較して、暗部が少なくなり、また、図１０の（Ｂ）に示すごとく、図３の（Ｂ）に比較して、LED素子が存在する中心（0mm）、中心から22.5mm、-22.5mmの位置で暗部がほぼ解消している。
【００４２】
図１１は図８の凸部（凸レンズ）２０５’ａの拡大図である。
【００４３】
図１１に示すように、凸部（凸レンズ）２０５’ａは、LED素子２０１の位置に相当する中心O2の反射層２による鏡像中心O2’を中心とする半径R2、幅W2の球面をなしている。半径R2はLED素子２０１の位置及び透明樹脂層２０５’の厚さ、屈折率を考慮して決定され、たとえば半径R2={(d2+d3)2+W22}1/2=10.3mmである。幅W2は発光ユニット１１’、１２’、１３’、２１’、２２’、２３’、３１’、３２’、３３’つまり透明樹脂層２０５’の大きさに応じて決定され、たとえば5mmである。
【００４４】
図１１において、中心O2から発光して反射層２にて反射された光L3は鏡像中心O2’から発光したようになり、集光されるのに対し、中心O2から発光して凸部（凸レンズ）２０５’ａ外の反射層２にて反射された光L4は集光されずに外側へ向かう。従って、中心O2からの光の一部は凸部（凸レンズ）２０５’ａによって発光ユニット１１’、１２’、１３’、２１’、２２’、２３’、３１’、３２’、３３’の直上に集光される。従って、凸部（凸レンズ）２０５’ａの半径R2、幅W2を調整することにより図１０の（Ｂ）に示すごとく、LED素子２０１による暗部を解消できる。
【００４５】
尚、図８、図９において、発光ユニット１１’、１２’、１３’、２１’、２２’、２３’、３１’、３２’、３３’は凸部（凸レンズ）２０５’ａに合わせて２次元的に円形をなしている。
【００４６】
尚、上述の実施の形態においては、装置前方に拡散板３及びプリズムシート４を設けてあるが、プリズムシート４は設けなくともよく、必要に応じて設ければよい。
【００４７】
また、図４、図５に示す第２の実施の形態及び図８、図９に示す第３の実施の形態を併せてもよい。すなわち、凹部（球面リフレクタ）１ｃを設けると共に凸部（凸レンズ）２０５’ａを併せて設けてもよい。
【００４８】
また、上述の第１、第２、第３の実施の形態においては、d2=d3としたが、これに限定するものではない。特許文献１においても本発明においても、d2は光路長を確保するための幅が必要であり、d3は球見えを防ぐための幅が必要である。しかし、本発明においては個別に実装しているためd3は特許文献１と比べて小さくすることができ、光源装置自体も薄型化することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１：実装基板
１ａ、１ｂ：スルーホール
１ｃ：凹部（球面リフレクタ）
２：反射層
３：拡散板
４： プリズムシート
１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３、１１’、１２’、１３’、２１’、２２’、２３’、３１’、３２’、３３’：発光ユニット
１０１：中空型ハウジング
１０２：反射板
１０３：LED素子
１０４：棒状実装基板
１０５：拡散板
２０１：LED素子
２０２、２０３：L字形状リード
２０４：ボンディングワイヤ
２０５、２０５’：透明樹脂層
２０５ａ：透明樹脂層の発光方向側面
２０５’ａ：凸部（凸レンズ）
２０６：半田
Sout：出射面
【図１】
2011003342.tif 000003
【図２】
2011003342.tif 000004
【図３】
2011003342.tif 000005
【図４】
2011003342.tif 000006
【図５】
2011003342.tif 000007
【図６】
2011003342.tif 000008
【図７】
2011003342.tif 000009
【図８】
2011003342.tif 000010
【図９】
2011003342.tif 000011
【図１０】
2011003342.tif 000012
【図１１】
2011003342.tif 000013
【図１２】
2011003342.tif 000014
【図１３】
2011003342.tif 000015
【図１４】
2011003342.tif 000016