(57)【要約】【課題】コストアップを招くことなく、放熱性を高め、且つ発光素子の拡散光を効率良く有効光として利用することができる光源を提供する。【解決手段】液晶表示器のバックライトユニット２の光源１１は、基板２０と、基板２０上に配され、複数の発光素子２１がライン状に並べられた発光素子アレイ２２と、発光素子アレイ２２の両側部の基板２０上にノンフロータイプの接着剤、またはボンディングシート２４で接着され、発光素子２１と電気的に接続される下側回路基板２３と、下側回路基板２３上に設けられ、下側回路基板２３と電気的に接続される上側回路基板２７とを備える。発光素子２１の駆動熱が基板２０に直接放熱され、発光素子２１の駆動熱を効率よく基板２０に放熱することができる。また、発光素子２１の側面から発せられた光は、発光素子２１の両側面と対向する下側、上側回路基板２３、２７の面で反射され、有効光として上方に出射される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配され、複数の発光素子がライン状に並べられた発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの両側部の前記基板上にノンフロータイプの接着剤、またはボンディングシートで接着され、前記発光素子と電気的に接続される下側回路基板と、
前記下側回路基板上に設けられ、前記下側回路基板と電気的に接続される上側回路基板とを備え、
前記下側、上側回路基板により形成される両壁で、前記発光素子アレイの両側部を囲うようにしたことを特徴とする光源。
【請求項２】
前記基板にヒートシンクを設けたことを特徴とする請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記ヒートシンクに水冷または空冷用の冷却穴を貫設したことを特徴とする請求項２に記載の光源。
【請求項４】
前記発光素子アレイが配される前記基板の面に、前記発光素子の側面からの光を有効照射方向に反射させるための断面略Ｖ字状の溝を形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光源。
【請求項５】
前記下側、上側回路基板に白色樹脂を用い、前記発光素子の両側面と対向する下側回路基板の側面に、前記発光素子の側面からの光を有効照射方向に反射させるための斜面を形成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光源。
【請求項６】
前記斜面を前記溝の斜面と連続するように形成したことを特徴とする請求項５に記載の光源。
【請求項７】
前記斜面を凹面状に形成したことを特徴とする請求項５に記載の光源。
【請求項８】
前記ノンフロータイプの接着剤、またはボンディングシートに、前記発光素子の側面からの光を反射する粒子を混入したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光源。
【請求項９】
前記発光素子または前記発光素子アレイを絶縁性の放熱板上に固着し、この放熱板を介して前記基板に取り付けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光源。
【請求項１０】
前記発光素子アレイは、光の波長が１０ｎｍ以上異なる複数種類の発光素子からなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子アレイを基板上に配した光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示器のバックライトユニットやカラー感熱プリンタの定着器の光源として、ＬＥＤなどの複数の発光素子がライン状に並べられた発光素子アレイを用いたものが知られている（特許文献１参照）。この種の光源では、自らの駆動熱によって発光素子の特性が変化し、性能に悪影響を及ぼすことが知られており、従来から様々な対策がなされている。また、発光素子の側面からの光を有効利用する試みも種々提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の光源では、発光素子の駆動熱や光の有効利用に関する対策として、発光素子アレイが配される取り付け台に断面略Ｖ字状の溝を設け、溝の底面に発光素子アレイを、溝の壁面の一部に形成された段に回路基板をそれぞれ載置し、熱伝導性が低い回路基板と発光素子アレイとを分離することで放熱性を高め、且つ発光素子の側面からの光を上方に反射させる反射面として溝の斜面を機能させ、照射効率を高めている。
【特許文献１】特開２００５−５６６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の光源では、取り付け台に溝を設けて、そのうえ溝の壁面の一部に段を形成しているので、形状が複雑な分製品歩留りが悪く、部品コストが嵩むという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、コストアップを招くことなく、放熱性を高め、且つ発光素子の拡散光を効率良く有効光として利用することができる光源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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板上に配され、複数の発光素子がライン状に並べられた発光素子アレイと、前記発光素子アレイの両側部の前記基板上にノンフロータイプの接着剤、またはボンディングシートで接着され、前記発光素子と電気的に接続される下側回路基板と、前記下側回路基板上に設けられ、前記下側回路基板と電気的に接続される上側回路基板とを備え、前記下側、上側回路基板により形成される両壁で、前記発光素子アレイの両側部を囲うようにしたことを特徴とする。
【０００７】
前記基板にヒートシンクを設けることが好ましい。この場合、前記ヒートシンクに水冷または空冷用の冷却穴を貫設することが好ましい。
【０００８】
前記発光素子アレイが配される前記基板の面に、前記発光素子の側面からの光を有効照射方向に反射させるための断面略Ｖ字状の溝を形成することが好ましい。
【０００９】
前記下側、上側回路基板に白色樹脂を用い、前記発光素子の両側面と対向する下側回路基板の側面に、前記発光素子の側面からの光を有効照射方向に反射させるための斜面を形成することが好ましい。この場合、前記斜面を前記溝の斜面と連続するように形成することが好ましい。あるいは、前記斜面を凹面状に形成することが好ましい。
【００１０】
前記ノンフロータイプの接着剤、またはボンディングシートに、前記発光素子の側面からの光を反射する粒子を混入することが好ましい。
【００１１】
前記発光素子または前記発光素子アレイを絶縁性の放熱板上に固着し、この放熱板を介して前記基板に取り付けることが好ましい。
【００１２】
前記発光素子アレイは、光の波長が１０ｎｍ以上異なる複数種類の発光素子からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光源によれば、基板と、基板上に配され、複数の発光素子がライン状に並べられた発光素子アレイと、発光素子アレイの両側部の基板上にノンフロータイプの接着剤、またはボンディングシートで接着され、発光素子と電気的に接続される下側回路基板と、下側回路基板上に設けられ、下側回路基板と電気的に接続される上側回路基板とを備え、下側、上側回路基板により形成される両壁で、発光素子アレイの両側部を囲うようにしたので、ノンフロータイプの接着剤、またはボンディングシートのような熱圧着タイプの接着方法を用いることにより、通常の熱溶融タイプの接着剤を用いた場合のように、発光素子の実装部分に接着剤が這い出してくることがない。したがって、コストアップを招くことなく、放熱性を高め、且つ発光素子の拡散光を効率良く有効光として利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１において、液晶表示器のバックライトユニット２は、遮光箱１０に収納された白色光源１１と、光源１１の上面に配されたアクリル製のロッドレンズ１２と、略楔形状のアクリル製導光板１３と、導光板１３の前面に配され、拡散シートや偏光シートなどからなる光学シート１４と、導光板１３の背面に配された反射シート１５とから構成される。
【００１５】
図２に示すように、光源１１は、銅やアルミニウムなどで形成された基板２０上に実装され、基板２０の長手方向に複数の発光素子２１がライン状に並べられた発光素子アレイ２２を備えている。発光素子アレイ２２は、第１緑色発光素子（Ｇ１）、赤色発光素子（Ｒ）、第２緑色発光素子（Ｇ２）、および青色発光素子（Ｂ）からなる単位ブロックが、繰り返し多数配列された構成を有する。なお、発光素子２１としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子、半導体レーザー素子などが用いられる。
【００１６】
基板２０上には、発光素子アレイ２２の両側部に跨がって、エポキシ樹脂などから成形された一対の下側回路基板２３が配されている。下側回路基板２３は、プリプレグなどの絶縁性を有するノンフロータイプの接着剤、またはボンディングシート（以下、単に接着剤という。）２４で基板２０に接着されている。下側回路基板２３の上面には、回路パターン２５が形成されており、この回路パターン２５は、ボンディングワイヤ２６により発光素子２１と電気的に接続されている。
【００１７】
下側回路基板２３上には、エポキシ樹脂などから成形された一対の上側回路基板２７が配されている。上側回路基板２７は、基板２０および下側回路基板２３の場合と同様に、その下面が絶縁性を有するノンフロータイプの接着剤、またはボンディングシート（以下、単に接着剤という。）２８で下側回路基板２３に接着されている。上側回路基板２７の上面には、回路パターン２９が形成されており、この回路パターン２９は、上側回路基板２７に設けられた図示しないスルーホールを介して、下側回路基板２３の回路パターン２５と電気的に接続されている。
【００１８】
下側、上側回路基板２３、２７による両壁で形成される谷部には、発光素子アレイ２２、ボンディングワイヤ２６、および回路パターン２５、２９を覆うように、封止樹脂３０が充填されている。封止樹脂３０には、エポキシ樹脂あるいはシリコン樹脂などの透明樹脂が用いられる。
【００１９】
光源１１は、例えば、特開平１０−３１３０７５号公報に記載の方法により作製される。すなわち、下側、上側回路基板２３、２７を接着剤２８で貼り合わせて一体とし、回路パターン２５、２９を電気的に接続して、ボンディングワイヤ２６により発光素子２１を回路パターン２５に電気的に接続する。
【００２０】
その後、下側回路基板２３と基板２０とを接着剤２４で貼り合わせ、基板２０に発光素子２１を載置し、下側、上側回路基板２３、２７により構成される両壁で、発光素子アレイ２２の両側部を囲うようにする。
【００２１】
最後に、下側、上側回路基板２３、２７による両壁で形成される谷部に封止樹脂３０を充填する。これにより、基板２０と下側回路基板２３との間の絶縁性が接着剤２４で確保される。また、下側、上側回路基板２３、２７による両壁で形成される谷部の容積分封止樹脂３０を充填すればよいので、封止樹脂３０の使用量を減らすことができる。さらに、下側、上側回路基板２３、２７による両壁で、封止樹脂３０の流れ止めをすることができる。
【００２２】
次に、上記構成を有するバックライトユニット２の作用について説明する。バックライトユニット２の駆動が指示されると、回路パターン２５、２９、およびボンディングワイヤ２６を介して、発光素子２１に電力が供給され、発光素子２１が駆動されてＲ、Ｇ１、Ｇ２、Ｂの各色発光素子から各色光が発せられる。
【００２３】
このとき、発光素子２１と下側、上側回路基板２３、２７とが分離して配置され、また、基板２０と下側回路基板２３とがノンフロータイプの接着剤２４で接着されていて、接着剤が基板２０と発光素子２１との間に入り込んで基板２０への放熱を妨げることがないので、発光素子２１の駆動熱が基板２０に直接放熱され、発光素子２１の駆動熱を効率よく基板２０に放熱することができる。
【００２４】
また、下側、上側回路基板２３、２７により構成される両壁で、発光素子アレイ２２の両側部が囲われているので、発光素子２１の側面から発せられた光は、発光素子２１の両側面と対向する下側、上側回路基板２３、２７の面で反射され、有効光として上方に出射される。これにより、光源１１の照射効率を高めることができる。
【００２５】
ここで、発光素子２１の側面からの光は、発光素子２１から発せられる光の全光量の５〜２５％程度に相当することが分かっている。したがって、下側、上側回路基板２３、２７により、光源１１から照射される有効光が従来よりも５〜２５％程度増すことになる。したがって、この照射効率増加により、発光素子２１の個数削減による装置の小型化、および生産コストの削減を実現させることができる。
【００２６】
光源１１から発せられた白色光は、ロッドレンズ１２を経由して導光板１３に導入され、反射シート１５で反射されながら導光板１３内を伝播し、均斉化される。導光板１３で均斉化された白色光は、光学シート１４で拡散されて面光源化され、図示しない液晶パネルに供給される。
【００２７】
上記実施形態では、矩形状の基板２０を用いた光源１１を例に挙げて説明したが、図３に示す光源４０のように、発光素子２１および下側回路基板２３が配されるスタッド４１と、スタッド４１から下方に延設された複数のフィン４２とからなる、ヒートシンク形状の基板４３を用いてもよい。
【００２８】
この場合、スタッド４１に水冷または空冷用の冷却穴４４を貫設することが好ましい。冷却穴４４には、空冷の場合であれば冷却水が循環するパイプが挿入され、水冷の場合であればファンなどによる冷却風が吹き込まれる。このようにすれば、基板の放熱効率をより高めることができる。なお、このような基板４３は、加工が簡単でコストが安価な押し出し成形により製造することが可能である。あるいは、基板とヒートシンクとを別体で作製し、接着剤などで固着するようにしてもよい。
【００２９】
また、図４に示す光源５０のように、発光素子２１が配される面に、発光素子２１の側面からの光を上方に反射させるための断面略Ｖ字状の溝５１を形成した基板５２を用いてもよい。これにより、発光素子２１の側面からの光を、溝５１で確実に上方に反射させるので、光源１１の照射効率をより高めることができる。なお、この場合、金、銀、アルミニウムなどの金属や、二酸化シリコン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化錫、酸化インジウムなどの誘電体からなる反射膜を溝５１の斜面に成膜し、溝５１による光の反射効率を高めるようにしてもよい。
【００３０】
さらに、図４に示す溝５１と同様の目的で、図５に示す光源６０のように、白色樹脂（例えば、新日本石油株式会社製、商品名「ザイダー」）からなる下側、上側回路基板６１、６２を用い、発光素子２１の両側面と対向する下側回路基板６１の側面に、発光素子２１の側面からの光を上方に反射させるための斜面６３を形成してもよい。この場合、斜面６３は、図６（Ａ）に示すように、放物線状、あるいは双曲線状に形成してもよいし、（Ｂ）に示すように、放物線状、あるいは双曲線状の凹みを複数形成してもよい。
【００３１】
あるいは、図７に示す光源７０のように、図４の光源５０で用いた基板５２と同様に、溝７１が形成された基板７２と、図５の光源６０で用いた下側、上側回路基板６１、６２と同様に、白色樹脂からなる下側、上側回路基板７３、７４とを組み合わせて、下側回路基板７３の斜面７５と溝７１の斜面とが連続するようにこれらを形成してもよい。なお、溝５１、７１や斜面６３、７５の寸法は、発光素子２１の側面からの光を最も有効に上方に反射させることができる値に決定されることは言う迄もない。
【００３２】
上記実施形態では、基板２０に発光素子２１を直接載置しているが、図８に示す光源８０のように、発光素子２１または発光素子アレイ２２をシリコンなどからなる絶縁性の放熱板８１上に固着し、この放熱板８１を介して基板２０に取り付けてもよい。このようにすると、下側、上側回路基板２３、２７による発光素子２１から発せられる光の吸収を減らすことができる。特に、図９に示す上下電極タイプで、ヒートシンク９０が下面に実装された赤色発光素子９１を用いた場合に、図８に示す方法を応用することができる。
【００３３】
上記実施形態では、白色光源として、第１緑色発光素子、赤色発光素子、第２緑色発光素子、および青色発光素子からなる単位ブロックで構成される発光素子アレイ２２を例示して説明したが、発光素子に青色、または紫色の発光素子を用い、封止樹脂３０に蛍光体、例えば、第５２回応用物理学関係連合講演会予稿集、３０ａ−ＹＨ−８に記載される酸窒化物蛍光体を混入させて白色光源としてもよい。あるいは、より簡単に白色光源を実現させるために、上記のような蛍光体を混入したガラス製、または樹脂製のシートを作製し、このシートを発光素子２１上、または封止樹脂３０上に貼り付けてもよい。
【００３４】
なお、図３〜図８で挙げた実施形態は、光源を搭載する装置の仕様を加味して、これらを単独で実施してもよいし、組み合わせて実施してもよい。
【００３５】
なお、接着剤２４、２８による発光素子２１の側面からの光の吸収を防ぐために、接着剤２４、２８に、酸化シリコンやアルミナなどのフィラーの代わりに、若しくはそれに加えて、発光素子２１の側面からの光を反射する粒子を混入してもよい。混入する粒子としては、例えば、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、フッ化カルシウム、硫酸バリウム、塩化バリウム、リン酸水素バリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カリウム、塩化カリウム、リトボン、ホワイトカーボンなどの無機粉末、あるいは、ＳＢ（スチレン・ブタジレン）ラテックス、架橋スチレン粒子（中空粒子を含む）、ＰＶＤＦ（Polyvinylidene Fluoride)粒子などの有機粉末を用いることができる。
【００３６】
なお、発光素子２１の配列は、上記実施形態に示すライン状でもよいし、発光素子アレイを複数列設けた場合は、基板２０の長手方向に所定ピッチずらした千鳥状としてもよい。また、発光素子の個数、配置、種類などは、光源１１を搭載する装置の仕様に応じて適宜変更することが可能である。
【００３７】
上記実施形態では、光源の用途として、液晶表示器のバックライトユニット２を例として挙げたが、本発明はこれに限定されず、例えば、カラー感熱プリンタの定着器や、ＦＡＸ、スキャナなどに利用されるイメージセンサの光源に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】バックライトユニットの構成を示す概略図である。
【図２】光源の構成を示す拡大斜視図である。
【図３】ヒートシンク形状の基板を用いた光源の例を示す平面図である。
【図４】溝を形成した基板を用いた光源の例を示す平面図である。
【図５】斜面を形成した下側回路基板を用いた光源の例を示す平面図である。
【図６】斜面の形状の例を示す図であり、（Ａ）は放物線状、あるいは双曲線状の凹みを形成した例、（Ｂ）は凹みを複数形成した例をそれぞれ示す。
【図７】溝を形成した基板、および斜面を形成した下側回路基板を用いた光源の例を示す平面図である。
【図８】放熱板を介して発光素子を取り付けた光源の例を示す平面図である。
【図９】上下電極タイプでヒートシンクが実装された赤色発光素子の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
２  バックライトユニット
１１、４０、５０、６０、７０、８０  光源
２０、４３、５２、７２  基板
２１、９１  発光素子
２２  発光素子アレイ
２３、６１、７３  下側回路基板
２４  接着剤
２７、６２、７４  上側回路基板
４４  冷却穴
５１、７１  溝
６３、７５  斜面
８１  放熱板
【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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【図６】
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【図７】
2007109945.tif 000009
【図８】
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【図９】
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