(57)【要約】【課題】放熱性が改善された線状光源装置および面状光源装置を提供する。【解決手段】線状光源装置は、発光装置と、導光体と、回路基板と、金属板と、を有する。前記発光装置は、第１プレート電極と、第２プレート電極と、半導体発光素子と、前記第１プレート電極と前記第２プレート電極とに接して設けられた絶縁体を、を有する。また、前記発光装置は、前記第１プレート電極と前記第２プレート電極とに挟まれた領域に設けられた前記半導体発光素子から光ビームを放出可能な発光装置を含む。前記導光体は、導入された前記光ビームを導光可能な導光体であって、導光方向に沿って延在する出射面を有する。前記回路基板は、前記発光装置の前記第２プレート電極に給電可能な導電部を有する。前記金属板は、 前記回路基板の上に配設された前記発光装置の前記第１プレート電極に給電する。前記光ビームは、前記導光体の前記出射面から出射されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プレート電極と、第２プレート電極と、半導体発光素子と、前記第１プレート電極と前記第２プレート電極とに接して設けられた絶縁体を、を有する発光装置であって、前記第１プレート電極と前記第２プレート電極とに挟まれた領域に設けられた前記半導体発光素子から光ビームを放出可能な発光装置と、
導入された前記光ビームを導光可能な導光体であって、導光方向に沿って延在する出射面を有する導光体と、
前記発光装置の前記第２プレート電極に給電可能な導電部を有する回路基板と、
前記回路基板の上に配設された前記発光装置の前記第１プレート電極に給電する金属板と、
を備え、
前記光ビームは、前記導光体の前記出射面から出射されることを特徴とする線状光源装置。
【請求項２】
前記発光装置は、前記回路基板と、前記金属板と、の間に、少なくとも２つ配置されたことを特徴とする請求項１記載の線状光源装置。
【請求項３】
前記導光体の表面の一部または内部に設けられ、導光された前記光ビームの一部を吸収し前記光ビームの波長よりも長い波長を有する変換光を放出可能な蛍光体層をさらに備え、
前記変換光は、前記導光体の前記出射面から出射され、前記光ビームと混合されることを特徴とする請求項１または２に記載の線状光源装置。
【請求項４】
前記導光体は、貫通孔または切り欠き部を有し、
前記発光装置は、前記貫通孔または前記切り欠き部に介挿されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の線状光源装置。
【請求項５】
前記光ビームの伝搬方向は、すべて同じであることを特徴とする請求項２記載の線状光源装置。
【請求項６】
隣接して設けられた２つの発光装置の前記光ビームは、互いに反対方向に伝搬することを特徴とする請求項２記載の線状光源装置。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の線状光源装置と、
前記出射面と対向して設けられ、前記出射面からの出射光が入射可能な側面を有し、前記出射光を導光可能な面状の導光板と、
前記導光板の一方の面に設けられ、導光された前記出射光を上方に向かって反射可能な反射シートと、
前記反射シートとは反対の側の前記導光板の他方の面に設けられ、前記出射光および前記反射シートにより反射された光を拡散しつつ上方に向かって透過可能な光学シートと、
を備えたことを特徴とする面状光源装置。
【請求項８】
上面が前記回路基板の裏面と密着したバックフレームをさらに備えたことを特徴とする請求項７記載の面状光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、線状光源装置および面状光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような光源装置に用いる半導体発光素子として、紫外光〜可視光の波長範囲の光を放出するものを用いることができる。
【０００３】
面発光素子を多数配列すれば、線状光源装置とすることができる。しかしながら、消費電力の増大による発光素子の温度上昇が大きくなる。また、光の広がりも大きい。このため、発光効率を高くすることが困難である。
【０００４】
もし、広がり角度が小さい光ビームを用い、細長い導光体を用いて光ビームを導光することができれば、効率よい線状光源装置を得ることができる。しかしながら、ＣＡＮ型のパッケージに発光素子を搭載した発光装置を用いると、側面発光とすることが困難であり、放熱性も不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１６３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放熱性が改善された線状光源装置および面状光源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態にかかる線状光源装置は、発光装置と、導光体と、回路基板と、金属板と、を有する。前記発光装置は、第１プレート電極と、第２プレート電極と、半導体発光素子と、前記第１プレート電極と前記第２プレート電極とに接して設けられた絶縁体を、を有する。また、前記発光装置は、前記第１プレート電極と前記第２プレート電極とに挟まれた領域に設けられた前記半導体発光素子から光ビームを放出可能な発光装置を含む。前記導光体は、導入された前記光ビームを導光可能な導光体であって、導光方向に沿って延在する出射面を有する。前記回路基板は、前記発光装置の前記第２プレート電極に給電可能な導電部を有する。前記金属板は、前記回路基板の上に配設された前記発光装置の前記第１プレート電極に圧接かつ給電する回路の一部と、放熱の機能を兼ね備え、前記導光方向に延在する。前記光ビームは、前記導光体の前記出射面から出射されることを特徴とする。
【０００８】
実施形態にかかる面状光源装置は、上記の線状光源装置と、導光板と、反射シートと、光学シートと、を有する。前記導光体は、前記出射面と対向して設けられ、前記放出光が入射可能な側面を有し、前記放出光を面状に導光可能である。前記反射シートは、前記導光板の一方の面に設けられ、前記面状に導光された前記放出光を上方に向かって反射可能である。前記光学シートは、前記反射シートとは反対の側の前記導光板の他方の面に設けられ、前記放出光および前記反射シートにより反射された光を拡散しつつ透過可能である。
【発明の効果】
【０００９】
放熱性が改善された線状光源装置および面状光源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図１（ｂ）は部分拡大した模式斜視図、図１（ｃ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｄ）は放熱経路を示す模式図、である。
【図２】図２（ａ）は４つの発光装置が並列接続された模式図、図２（ｂ）は３つの発光装置が直列接続された模式図、である。
【図３】第１の実施形態の線状光源装置に用いる発光装置の模式斜視図である。
【図４】図４（ａ）は第１の実施形態の第１変形例の線状光源装置の模式斜視図、図４（ｂ）はその部分拡大した模式斜視図、図４（ｃ）は第２変形例の線状光源装置の模式斜視図、図４（ｄ）はその部分拡大した模式斜視図、である。
【図５】図５（ａ）は第２プレート電極に凹部を設けた発光装置の模式断面図、図５（ｂ）はその模式平面図、図５（ｃ）は第２プレート電極に凸部を設けた発光装置の模式断面図、図５（ｄ）はその模式平面図、である。
【図６】図６（ａ）は第１プレート電極と金属板とを導電材料で接続した模式断面図、図６（ｂ）は第１プレート電極と発光装置をネジ止めした模式断面図、図６（ｃ）は第１プレート電極をバネにより圧接した模式断面図、図６（ｄ）は第１プレート電極と金属板とをカシメた模式断面図、である。
【図７】図７（ａ）は比較例にかかる線状光源装置の模式平面図、図７（ｂ）はその模式正面図、である。
【図８】図８（ａ）は第１の実施形態およびその変形例にかかる線状光源装置を用いた面状光源装置の構成図、図８（ｂ）は模式正面図、である。
【図９】図９（ａ）は面状光源装置における線状光源装置の温度変化を示すグラフ図、図９（ｂ）は温度測定箇所を示す模式図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図１（ｂ）は領域ＥＮを部分拡大した模式斜視図、図１（ｃ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｄ）は放熱経路を示す模式図、である。
線状光源装置は、発光装置１０、導光体３０、蛍光体層５０、配線用の回路基板４０、および金属板３２、を有している。
【００１２】
回路基板４０は、アルミニウムやセラミックなどの高熱伝導率からなる基材からなる。基材がセラミックのような絶縁材料の場合は、回路基板４０の上面４０ａに、発光装置１０の第２プレート電極に給電可能な導電部４６を設ける。また、導電部４６と電源とを接続する給電コネクタ４２を有していてもよい。
【００１３】
図２（ａ）は４つの発光装置が並列接続された模式図、図２（ｂ）は３つの発光装置が直列接続された模式図、である。
なお、本図において、第１プレート電極１２をアノード、第２プレート電極１４をカソード、としているが、反対の極性としてもよい。図２（ａ）のように、金属板３２は、４つの発光装置１０の第１プレート電極１２に圧接し、かつ発光装置１０に給電可能な回路の一部であると共に、発光装置１０内で生じた熱を第１プレート電極１２から外部へ放散する放熱経路として作用する。また、熱は、発光装置１０の第２プレート電極１４からも回路基板４０を経由して外部へ放散される。金属板３２は、例えば、厚さを０．５〜２ｍｍの範囲、幅を４〜１０ｍｍの範囲などとすることができる。
【００１４】
また、図２（ｂ）のように、金属板３２ａと導電部４６ａとの間に発光装置１０ａ、導電部４６ａと金属板３２ｂとの間に発光装置１０ｂ、金属板３２ｂと導電部４６ｂとの間に発光装置１０ｃ、をそれぞれ設け直列接続とすることができる。さらに、金属板３２と回路基板４０を直接もしくは絶縁シートなどを介在させて、放熱面積の広い筐体や放熱板に接触させることで放熱性能を向上させることが出来る。
【００１５】
導光体３０は、ガラスやアクリルなどの透明材料からなり、発光装置１０から放出される光ビームを導光可能である。光ビームは、導光体３０の内部を伝搬するか、外部との界面で反射されたのち、導光方向に沿って延在する出射面３０ａから出射光Ｇとして放出される。
【００１６】
蛍光体層５０などからなる波長変換体は、導光体３０の表面の一部、または導光体３０の内部に設けることができる。光ビームが青色光の場合、青色光を吸収し緑色光を放出する緑色蛍光体や、青色光を吸収して赤色光を放出する赤色蛍光体を含む層を設ければよい。または、青色光を吸収し黄色光を放出する蛍光体を含む層を設けてもよい。さらに、光ビームが紫外光〜青紫光の波長の場合、青色光、緑色光、および赤色光、を放出する蛍光体をそれぞれ含む層を設ければよい。
【００１７】
これらの波長変換光と、蛍光体層５０に吸収されない光ビームと、は、導光体３０の出射面３０ａから放出される。このようにすると、混合光として白色光を得ることができる。
【００１８】
導光体３０を棒状にすると、線状光源とすることができる。導光体３０の断面は、円、楕円、矩形、多角形、などとすることができる。導光体３０が矩形断面の場合出射面３０ａを露出するようにして導光体３０を導光体ケース３４に収納してもよい。また、金属板３２を導光体ケース３４にネジなどで固定すると、放熱をさらに改善できる。さらに、金属からなる導光体ケース３４を蛍光体層５０と接するように設けると、変換光を効率よく出射面３０ａから放出できる。
【００１９】
図３は、第１の実施形態の線状光源装置に用いる発光装置の模式斜視図である。
発光装置１０は、金属からなる第１プレート電極１２と、金属からなる第２プレート電極１４と、半導体発光素子１６と、第１プレート電極１２と第２プレート電極１４とに接して設けられた絶縁体１８と、を、を有する。第１プレート電極１２と第２プレート電極１４との間の領域に設けられた半導体発光素子１６から側面方向に光ビーム２０を放出可能である。絶縁体１８は、光ビーム２０を透過可能な窓部を有している。もし、ＣＡＮ型パッケージでは、光ビーム２０は窓部の表面から放出される。他方、本実施形態のパッケージを用いると、光ビーム２０は、２つのプレート電極に挟まれた領域の側面方向へ放出される。なお、図３において、パッケージの平面形状は円であるが、矩形や多角形であってもよい。
【００２０】
第１プレート電極１２および第２プレート電極１４は、例えば銅、ＦｅＮｉ系コバール金属、ジュメット線（銅被覆ニッケル鋼線）などとすることができる。半導体発光素子１６と、第１プレート電極１２との間、または半導体発光素子１６と第２プレート電極１４１４と、の間にセラミックやシリコンからなるサブマウント（図示せず）を用いてもよい。この場合、半導体発光素子１６への応力を低減できる。半導体発光素子１６と、プレート電極と、は、金属バンプ（図示せず）やボンディングワイヤ（図示せず）を用いて電気的に接続できる。
【００２１】
発光素子１６がＩｎＧａＡｌＮ系材料からなるものとすると、紫外〜緑色の波長範囲の放出光とすることができる。発光素子１６がＩｎＡｌＧａＰ系材料からなるものとすると、緑〜赤色の波長範囲の放出光とすることができる。発光素子１６が、ＡｌＧａＡｓ系材料からなるものとすると、赤外放出光とすることができる。発光素子１６は、ＬＤ(LaserDiode)、光ビームの広がり角度が小さいＬＥＤ（Light Emitting Diode)などとすることができる。
【００２２】
なお、赤色、黄色、緑色、などの単色線状光源装置とする場合、蛍光体層を設けなくともよい。また、発光装置１０の絶縁体１８の内部または表面に蛍光体層を設けて光ビーム２０を白色光としてもよく、この場合も導光体の近傍に蛍光体層を設ける必要がない。
【００２３】
図４（ａ）は第１の実施形態の第１変形例の線状光源装置の模式斜視図、図４（ｂ）はそれを部分拡大した模式斜視図、図４（ｃ）は第２変形例の線状光源装置の模式斜視図、図４（ｄ）はそれを部分拡大した模式斜視図、である。なお、本図において、金属板および導光体ケースを省略して示している。
導光体３０は、連続していてもよい。この場合、導光体３０に切り欠き部３０ｂを設け、切り欠き部３０ｂ内に、発光装置１０を介挿することができる。このようにすると、発光装置１０の近傍に蛍光体層や反射層を設け、線状光源に暗部を生じることを抑制し、線状の出射面に沿って均一な発光強度を有する線状光源装置とすることができる。
【００２４】
図４（ａ）、（ｂ）では、発光装置１０が切り欠き部３０ｂに１つ介挿入される。この場合、例えば、光ビーム２０は、すべて同じ方向（ＢＩ）に伝搬する。他方、図４（ｃ）、（ｄ）では、１つの切り欠き部３０ｂに２つの発光装置が隣接して介挿される。この場合、光ビーム２０は、互いに反対方向（Ｂ１およびＢ２）に伝搬する。なお、導光体３０の上下を貫通する貫通孔を設け、発光装置１０を介挿してもよい。
【００２５】
図４（ａ）、（ｂ）では、発光装置１０が導光体３０の光ビーム２０が伝播する領域内に配置されているが、導光体３０の両端部にそれぞれ発光装置１０を配置し、導光体３０の両端部から内側に向けて光ビーム２０を放射する構成としてもよい。
【００２６】
図５（ａ）は第２プレート電極に凹部を設けた発光装置の模式断面図、図５（ｂ）はその模式平面図、図５（ｃ）は第２プレート電極に凸部を設けた発光装置の模式断面図、図５（ｄ）はその模式平面図、である。
図５（ａ）、（ｂ）では、第２プレート電極に凹部１４ａを設け、回路基板４０にはこの形状に対応した形状の導電部４６ａを設ける。このようにすると、発光装置１０の位置決めが容易となる。
【００２７】
また、図５（ｃ）、（ｄ）では、発光装置１０の第２プレート電極１４に凸部１４ｂを設け、回路基板４０には凸部１４ｂに対応した形状の位置決め孔４０ａを設ける。凸部１４ｂと、位置決め孔４０ａと、を嵌合すると、発光装置の位置決めが容易となる。
【００２８】
図６（ａ）は第１プレート電極１２と金属板３２とを導電材料で接続した模式断面図、図６（ｂ）は第１プレート電極１２と発光装置１０をネジ３３で止めた模式断面図、図６（ｃ）は第１プレート電極１２をバネ３７により圧接した模式断面図、図６（ｄ）は第１プレート電極１２と金属板３２とをカシメた模式断面図、である。図６（ａ）の導電材料４７は、例えば半田材、金属バンプ、導電性ゴム、などとすることができる。これらの接続方法をもちいても、金属板３２と第１プレート電極１２とを確実に接続し、給電および放熱が容易となる。
【００２９】
図７（ａ）は比較例にかかる線状光源装置の模式平面図、図７（ｂ）はその模式正面図、である。
導光体１３０は、導光体ケース１３４の中に収納されている。蛍光体層１５０は、例えば、導光体１３０の下面１３０ｃと導光体ケース１３４の底面との間に設けられる。導光体ケース１３４は、回路基板１４０の上に配設される。
【００３０】
発光装置１１０、１１１は、ＣＡＮ型ＬＤとする。ＣＡＮの上面のガラス窓から出射した光ビーム１２０、１２１のそれぞれの一部は、導光体１３０の側面１３０ｄ、１３０ｅからそれぞれ入射し、導光体１３０の内部を伝搬する。蛍光体層１４０による変換光と、蛍光体層１４０に吸収されなかった光ビーム成分は、導光体１３０の出射面１３０ａから、出射光ＧＧとして出射される。
【００３１】
ＣＡＮ型の発光装置１１０、１１１は、ＬＤ用回路基板１５０、１５１に配設され、アノードリード及びカソードリードは互いに絶縁される。ＬＤ用回路基板１５０、１５１は、導電部１４６、１４７、１４８、１４９を有する回路基板１４０の上に配設される。リード１１０ａと導電部１４６と、リード１１０ｂと導電部１４８と、がそれぞれ接続される。また、リード１１１ａと導電部１４７、リード１１１ｂと導電部１４９と、がそれぞれ接続される。リードの直径は、例えば０．４５ｍｍと細く、発光装置１１０、１１１で生じた熱の放熱経路として不十分である。また、ＳＭＤ（Surface Mounted Device)型のパッケージを用いたとしても、例えばリードの厚さが０．１〜０．３ｍｍなどとなり、放熱経路としては不十分である。
【００３２】
このため、高電流動作すると、発光素子の動作温度が上昇し発光効率や長期信頼性が低下する。また、形状が大きい発光装置１１０、１１１を設ける領域には、導光体を設けることが困難であり、均一性に富む線状光源装置とすることは困難である。さらに、組立工程が複雑となるなどの実装上の問題がある。
【００３３】
これに対して、第１の実施形態およびこれに付随した変形例では、金属板３２が、発光装置１０のプレート電極を圧接することによりを給電および放熱を容易にすることができる。なお、回路基板を金属または、セラミックなどの高熱伝導材料として用いることができる。このため、発光装置を高電流で駆動しても温度上昇が低減でき、発光効率や信頼性の低下を抑制できる。
【００３４】
この結果、少ない発光装置で高い出力を得ることができ、線状光源装置の価格低減が容易となる。また、導光体３０の出射面３０ａに沿って、発光強度の均一性の高い線状光源とすることが容易である。このため、例えば、プリンター用の線状光源などとして用いることができる。
【００３５】
図８（ａ）は第１の実施形態およびその変形例にかかる線状光源装置を用いた面状光源装置の構成図、図８（ｂ）は模式正面図、である。
面状光源装置は、線状光源装置６０、バックフレーム７０、反射シート７２、導光板７４、光学シート７６、およびフロントシート７８、を有する。
【００３６】
線状光源装置６０の回路基板４０の裏面４０ｂがバックフレーム７０の上面と密着して設けられる。回路基板４０が設けられていないバックフレーム７０の上面領域に、反射シート７２が設けられる。導光体３０の出射面３０ａが導光板７４の１つの側面に対向し、出射光Ｇを導入可能なように反射シート７２の上に設けられる。さらに、導光板７４の上に光学シート７６およびフロントシート７８が設けられる。
【００３７】
これらを組み立てると、図８（ｂ）の面状光源装置となる。例えば、線状光源装置６０の長さを３５ｃｍとし、６つの発光装置１０を有するものとすると、対角線サイズで１６インチである画像表示装置のバックライト光源とすることができる。
【００３８】
図９（ａ）は面状光源装置における線状光源装置の温度変化を示すグラフ図、図９（ｂ）は温度測定箇所を示す模式図、である。
図９（ａ）の縦軸は温度（℃）、横軸は時間（分）、を示す。なお、発光装置１０は６つであり、消費電力は１４．７Ｗであった。回路基板４０は、熱伝導率が高いＡｌとした。また、周囲温度ＡＭＢは、約２６℃と一定であった。
【００３９】
発光装置１０の第２プレート電極１４の点Ｂの温度は駆動開始からの時間と共に上昇し、９０分後には約５３℃となり、周囲温度よりも２６．４℃（ΔＴ２）高かった。また、発光装置１０の第１プレート電極１２を圧接している金属板３２の上面の点Ｔの温度は、駆動開始から９０分後に約５１℃となった。さらに、発光装置１０の直下においてバックフレーム７０の温度ＢＦは、駆動開始から９０分後に約４６℃となり、周囲温度よりも１９．６℃（ΔＴ１）高かった。
【００４０】
本実施形態の面状光源装置では、発生熱が第１プレート電極１２から金属板３２を介して発散されるとともに、第２プレート電極１６から回路基板４０および回路基板４０と密着したバックフレーム７０を経由して放散される。また、金属板３２や回路基板４０をアルミニウムのような高熱伝導材料を用いることにより放熱性がさらに高められる。
【００４１】
このようにして、高電流駆動においても、点Ｂ、点Ｔの温度を６０℃以下とすることができ、半導体発光素子の特性および信頼性を十分に保つことができる。
【００４２】
なお、光広がり角の大きい面発光ＬＥＤを用いた線状光源装置では、厚さ５ｍｍ以下の導光板の側面へ光を効率よく導入することが困難である。これに対して、本実施形態の線状光源装置６０を用いると、出射光Ｇを効率よく面状光源装置の導光板７４の側面へ導入できる。この結果、発光装置の数を低減することが容易である。この結果として、面状光源装置の価格低減が可能となる。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  発光装置、１２  第１プレート電極、１４  第２プレート電極、１６  半導体発光素子、２０  光ビーム、３０  導光体、３２  金属板、４０  回路基板、４６  導電部、５０  蛍光体層、６０  線状光源装置、７２  反射シート、７４  導光板、７６  光学シート、Ｇ  （導光体からの）出射光
【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】
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【図８】
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【図９】
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