JP2008071696A - 表面実装型発光ダイオード及びそれを側面に用いた面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度の低下を防止した薄型面発光装置及び該面発光装置の光源として使用可能な表面実装型発光ダイオードの実現が困難であった点である。
【解決手段】 面発光装置用の光源において、該光源は基板を有する表面実装型発光ダイオードであり、該発光ダイオード素子が実装されている前記基板の面の幅は前記面発光装置の入光面の厚み方向の幅よりも大きく、前記表面実装型発光ダイオードは反射層を有し、前記発光ダイオード素子の発光光は該反射層で反射された後前記表面実装型発光ダイオードから出射される。また表面実装型発光ダイオードを光源とし、導光板を有する面発光装置において、前記発光ダイオード素子が実装されている前記基板面を前記導光板に対して傾けることにより、前記表面実装型発光ダイオードの厚み方向の幅と前記導光板の厚みとをほぼ等しくした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光装置用の表面実装型発光ダイオード光源及びそれを側面に用いた面発光装置に関する。

近来表示装置の薄型化が急速に進んでおり、特にその傾向は携帯電話のような携帯機器で顕著である。
液晶のような受光型表示装置では面発光装置によって表示部を照明するのが一般的であるが、該面発光装置においても同様に薄型化が進んでいる。
問題となるのは面発光装置の発光源である発光ダイオードの厚さで、面発光装置を構成する導光板の厚さが急速に薄型化されるのに対し、発光ダイオードの薄型化は発光量の減少を招きやすいため容易でないという点である。

従来表面実装型発光ダイオードの基板上には発光ダイオード素子が実装されており、該発光ダイオード素子が実装されている前記基板の面の幅よりも面発光装置の入光面の厚み方向の幅、すなわち導光板厚さの方が大きいか、両者が等しい関係にあった。
図３（ａ）はこのような従来の面発光装置を示したものである。
図３において、１１０は導光板、１１４は導光板の出射光を拡散させる拡散板、１１６，１１８はプリズムシートで、１１６と１１８とではプリズムの稜線がほぼ直交しており、面発光装置に垂直な方向に光を集光させる働きをしている。１１２は導光板１１０の下部に設けられた反射板で、導光板１１０から下部に出射された光を導光板１１０に戻す働きをする。

１００は表面実装型発光ダイオードで、基板１０６上に発光ダイオード素子１０４が実装されており、基板の一部１０８には該発光ダイオード素子１０４に接続される電極が形成され、基板１０６上に実装された発光ダイオード素子１０４は透明な樹脂１０２によって封止され保護されていた。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。

面発光装置はこのような構造で導光板１１０の上部に配置される液晶表示装置のような受光型表示装置を照明していた。
Ｌｋ１は発光ダイオード素子１０４が実装されている前記基板１０６の面の幅で、Ｌｄ１は面発光装置の入光面の厚み方向の幅、すなわち光源を側面に配置した時の導光板１１０の厚みである。
従来は図３（ａ）に示すように、Ｌｄ１がＬｋ１よりも大きかったため、光源である表面実装型発光ダイオード１００の出射光は、太線で図示したように、ほぼ全量が導光板に入射され、光利用効率は高かった。

しかし面発光装置の薄型化の要求のため、面発光装置の構成要素の内最も厚さが厚い導光板が薄型化されてきた。しかし発光ダイオードの薄型化は容易でないため図３（ｂ）に示すように、発光ダイオードの出射面の厚さＬｋ２、正確に記述すると発光ダイオード素子１０４が実装されている基板１０６の面の幅Ｌｋ２、が面発光装置２００の入光面の厚み方向の幅Ｌｄ２、すなわち光源を側面に配置した時の導光板１１０の厚みＬｄ２、よりも厚くなってしまう状況となった。
Ｌｋ２がＬｄ２よりも大きくなると、太線で図示したように、光源である表面実装型発光ダイオード１００の出射光のうち導光板に入射されない光が多くなり、光利用効率が落ちてしまうという問題があった。

このような問題を避けるため、発光ダイオード素子を封止する樹脂の周囲に反射層を設け、発光ダイオードの出射光の方向を狭めることにより導光板に入射される光の量を大きくする事が考えられた。この技術を第２の従来技術と呼ぶ。

図４、図５は第２の従来技術を説明する図である。
図４（ａ）は第２の従来技術による発光ダイオードの斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）の発光ダイオードを用いた面発光装置の斜視図、図５（ａ）は発光ダイオードの断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の発光ダイオードを用いた面発光装置の断面図である。
図４（ａ）、図５（ａ）における発光ダイオード１２２は封止樹脂１０２の上下面及び左右の側面に斜線で示した反射層１２４が設けられており、該反射層１２４が発光ダイオード素子１０４から出射され表面実装型発光ダイオードの出射光となる光の方向性を規制している。

図４（ｂ）、図５（ｂ）における面発光装置２１０は発光ダイオード１２２が薄型の導光板１２６の側面に配置されている。
このように面発光装置２１０を構成した結果、面発光装置の入光面の厚み方向の幅Ｌｄ３、すなわち導光板１１０の厚みＬｄ３と発光ダイオード素子１０４が実装されている基板１０６の面の幅Ｌｋ３とがほぼ等しくなっても高い光利用効率を保てるという効果があった。

しかし導光板の厚みが発光ダイオード素子１０４が実装されている基板１０６の面の幅よりも小さくなると光利用効率が落ちてしまうという問題が残った。
例えば、携帯電話などに用いられる一般的な導光板の厚みは０．５〜１．０ｍｍであったが、０．０５〜０．３ｍｍ厚の導光板を用いる必要も生じており、このような薄型導光板に対しては高い光利用効率を保てないという問題が生じている。

このような問題を解消するため、導光板の入光部である端部のみを、発光源の厚さよりも十分厚くした導光板を用いて光源光の導光板からの漏れを防ぎ、かつ導光板からの光の漏れを防ぐため、該端部の傾きの角度を１３°以下に設定するという提案がある（例えば特許文献１参照）。
しかしこの提案は導光板に入射した光が導光板の光源側で出射しやすくなるため、面発光源の明るさを不均一にするという問題があった。

また異なる色毎に導光板の入光部である端部を分厚くした導光板を用い、照明装置として組み立てるにあたっては該厚い端部が重ならないように積層することによって照明装置が厚くなることを避けるという提案もある（例えば特許文献２参照）。
しかし、特に小型携帯機器においては異なる色事に導光板を設けることは厚さ、コストの面から不可能であり、かつ厚い端部が重ならないように積層することによって照明装置の幅が大きくなってしまうことは致命的な欠点になってしまうという問題があった。

さらに、発光光率を上げるため光源として熱陰極管を用いるという提案もある（例えば特許文献３参照）。
熱陰極管は冷陰極管に比べて管径が大きいため、相対的に導光板の厚さよりも光源の管径の方が大きくなってしまい、光源光の漏れがでるためその対策として管形状に沿って反射体を設け、該反射体の開口部を絞ることによって該開口部の幅と導光板の厚さとをほぼ等しくしようとするものである。

しかしその対策の内容は公知技術を羅列したものように思われる。
しかもこの提案のなかの段落番号００２２には「開口角は９０°から１８０°の範囲にあればよい。」という提案内容の効果を無にする記載まである。
光源光の漏れを防ぐためには開口角を絞らざるを得ないが、管状形状の光源に設けた反射体は、開口角を絞るにつれ、開口部付近で発光源に対して直角に近くなってしまう。その結果光は反射を繰り返しているうちに吸収されてしまい照明光率が落ちてしまうという光源形状に起因する問題もある。

すなわち特許文献３のような管状の光源を用いる技術は提案は非常に薄い導光板を用いる必要のある携帯機器用には適さないものと考えられる。
このような違いは応用される製品が異なるため起きる問題で、たとえばテレビジョンの表示に用いられる液晶装置用の照明装置は比較的厚くても輝度を高めることが重要であり、携帯電話のような小型携帯機器の表示に用いられる液晶装置用の照明装置は薄型化小型化が最も重要な課題であるという違いによる。

特開２００４−２６５７９７ 特開２００５−３４７０５２ 特開２００６− ２４４７２

輝度の低下を防止した薄型面発光装置及び該面発光装置の光源として使用可能な表面実装型発光ダイオードの実現が困難であった点である。

本発明の表面実装型発光ダイオードは基板を有する面発光装置用の光源であり、該表面実装型発光ダイオードには発光素子として前記基板上に発光ダイオード素子が実装されており、該発光ダイオード素子が実装されている前記基板の面の幅は前記面発光装置の入光面の厚み方向の幅よりも大きく、該基板上に前記発光ダイオード素子を封止する樹脂は略三角柱状であり、前記表面実装型発光ダイオードは反射層を有し、前記発光ダイオード素子の発光光は該反射層で反射された後前記表面実装型発光ダイオードから出射されることを特徴とする。

また本発明の表面実装型発光ダイオードは、前記三角柱形状の封止樹脂の一面には前記発光ダイオード素子が実装されており、他の一面には前記反射層が設けられており、第三の面が光出射面となっていることを特徴とする。

また本発明の表面実装型発光ダイオードは、略四角柱状の基板を有する面発光装置用の光源であり、該表面実装型発光ダイオードには発光素子として前記基板上に発光ダイオード素子が実装されており、前記発光ダイオード素子が実装されている該基板の面の幅は前記面発光装置の入光面の厚み方向の幅よりも大きく、該基板上に前記発光ダイオード素子を封止する樹脂は略三角柱状であり、該三角柱の３面のうち１つの面が前記発光ダイオード素子に接し、他の１つの面には反射層が設けられ、第３の面を前記発光ダイオード素子の光出射面とし、前記略四角柱状の基板の４つの面のうち、２つの面は前記反射層とほぼ平行であり、かつ該２つの面のうちの１つの面は前記反射層と同一面上にあり、前記４つの面のうち他の１つの面は該２つの面とほぼ直角の角度をなし、前記４つの面のうち前記発光ダイオード素子が実装されている面は前記反射層に対し斜めの角度となるよう設定されていることを特徴とする。

また本発明の面発光装置は、表面実装型発光ダイオードを光源とし、上面におかれた受光型装置に出射光を与へ、導光板を有し、前記表面実装型発光ダイオードは前記導光板の側面に配置され、前記発光ダイオード素子が実装されている前記基板の面の幅は前記導光板の厚みよりも大きく、前記発光ダイオード素子が実装されている前記基板面を前記導光板に対して傾けることにより、前記表面実装型発光ダイオードの厚み方向の幅と前記導光板の厚みとをほぼ等しくしたことを特徴とする。

また本発明の面発光装置は、前記した表面実装型発光ダイオードを用いたことを特徴とする。

本発明によれば輝度の低下を防止した薄型面発光装置及び該面発光装置の光源として使用可能な表面実装型発光ダイオードを実現できる。

外部の光を利用するいわゆる受光型装置用に用いられる面発光装置用の光源において、該光源は基板を有する表面実装型発光ダイオードであり、該表面実装型発光ダイオードには発光素子として前記基板上に発光ダイオード素子が実装されており、該発光ダイオード素子が実装されている前記基板の面の幅は前記面発光装置の入光面の厚み方向の幅よりも大きく、該基板上に前記発光ダイオード素子を封止する樹脂は略三角柱状であり、前記表面実装型発光ダイオードは反射層を有し、前記発光ダイオード素子の発光光は該反射層で反射されたのち前記表面実装型発光ダイオードから出射される。

また本発明の面発光装置は、表面実装型発光ダイオードを光源とし、導光板を有し、上面におかれる受光型表示装置を照明し、前記発光ダイオード素子が実装されている前記基板面を前記導光板に対して傾けることにより、前記表面実装型発光ダイオードの厚み方向の幅と前記導光板の厚みとをほぼ等しくした。

以下実施例に基づいて本発明の説明を行う。

図１は本発明による表面実装型発光ダイオードの第１の実施例を説明する図で、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は斜視図である。
図１（ａ）は本発明による表面実装型発光ダイオード１０の断面図で、発光ダイオード素子２２が基板１２の１つの面に実装され、基板１２の一部１４には該発光ダイオード素子２２に接続される電極が形成され、発光ダイオード素子２２は略三角柱状の透明な樹脂２４によって封止され保護されている。１６は反射層で図１（ｂ）に太線で示すように、発光ダイオード素子１２の発光光は該反射層１６で反射されたのち表面実装型発光ダイオード１０から出射される。反射層１６は反射効率を良くするため、白色又は銀色とすることが望ましい。

また、略三角柱状の封止樹脂２４はの３面のうち１つの面が前記発光ダイオード素子２２に接し、他の１つの面には反射層１６が設けられ、第３の面を前記発光ダイオード素子１０の光出射面とし、略四角柱状の基板１２の４つの面のうち、２つの面は反射層１６とほぼ平行であり、かつ該２つの面のうちの１つの面は反射層１６と同一面上にあり、前記４つの面のうち他の１つの面は該２つの面とほぼ直角の角度をなし、前記４つの面のうち前記発光ダイオード素子が実装されている面は反射層１６に対し斜めの角度となるよう設定されている。

Ｌｋ４が発光ダイオード素子１２が実装されている基板１２の面の幅である。Ｌｋ４はこの発光ダイオード１０を光源として用いる面発光装置の入光面の厚み方向の幅、すなわち導光板の厚み、よりも大きい事が本発明の前提である。
発光ダイオード素子２２を封止する樹脂２４は略三角柱状の透明な樹脂であり、図１（ｂ）に示すようにその上面と側面を反射層１６で覆われている。従って図１（ａ）の断面図で見ると、該三角柱形状の封止樹脂２４の一面には前記発光ダイオード素子２２が実装されており、他の一面には前記反射層１６が設けられており、第三の面が光出射面となっている。従って発光ダイオード素子２２が実装されている基板１２の面は反射層１６に対して傾けられている。

発光ダイオード素子２２の発光光は、図１（ａ）に太線で示すように、反射層１６で反射されたのち表面実装型発光ダイオード１０から出射されている。 前記発光ダイオード素子が実装されている前記基板の面の幅Ｌｋ４は前記導光板の厚みよりも大きく、発光ダイオード素子２２が実装されている基板１２の面は反射層１６に対して傾けられており、その結果前記表面実装型発光ダイオードの厚み方向の幅Ｔ１と前記導光板の厚みとをほぼ等しくして面光源を薄型化することを可能にしている。

図２は本発明による面発光装置の第１の実施例を説明する図で、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は斜視図である。
図２（ａ）において、２８は導光板、１１４は導光板の出射光を拡散させる拡散板、１１６，１１８はプリズムシートで、１１６と１１８とではプリズムの稜線がほぼ直交しており、面発光装置に垂直な方向に光を集光させる働きをしている。
反射板２６は導光板２８の下部に配置され、導光板２８から下方に漏れた光を導光板２８内に戻す働きをしている。
表面実装型発光ダイオード１０の第三の面から導光板２８に向かって出射された光の大部分は図２（ａ）の太線で示すようにＸ軸方向、すなわち導光板２８内の発光領域に導かれる。
本発明の面発光装置１１はこのような構造で導光板２８の上部方向に配置される液晶表示装置のような受光型表示装置を照明したり、キーパットのような押しボタンに出射光を与えたりする。

表面実装型発光ダイオード１０の封止樹脂２４の一面には前記発光ダイオード素子２２が実装されており、他の一面には前記反射層１６が設けられており、第三の面が光出射面となっている。Ｌｋ４は発光ダイオード素子１２が実装されている基板１２の面の幅である。Ｌｋ４は導光板２８の厚みＬｄ４よりも大きい。
表面実装型発光ダイオード１０は導光板２８の側面に、表面実装型発光ダイオード１０の反射層１６と導光板２８の上面とがほぼ並行になるよう配置されており、そのため発光ダイオード素子２２が実装されている基板１２の面は２８導光板に対して傾けられている。

また実施例１においては表面実装型発光ダイオード１０の光出射面と該発光ダイオード１０が接する端面は、図示のように、互いに傾きを持ち、接して配置された状態で反射層１６と導光板２８の上面とがほぼ並行になるよう構成されている。すなわち両者は対になるような形状となっており、表面実装型発光ダイオード１０の光出射面と導光板２８の入光面は平行に設定されている。このように構成したことにより光源と導光板の結合部での光のロスを抑制でき、光利用効率を高めることが出来ている。

このように構成したことにより、発光ダイオード素子２２の実装されている基板面の幅Ｌｋ４は導光板２８の厚みＬｄ４よりも大きいが、表面実装型発光ダイオード１０の厚み方向の幅Ｔ１をＬｋ４よりも小さくできるため、Ｔ１とＬｄ４とをほぼ等しくして、面光源の薄型化を可能にしている。またＬｋ４はＬｄ４よりも大きくても問題がないので発光量の大きな発光ダイオード素子を用いることが出来、輝度の低下を防止した薄型面発光装置及び該面発光装置の光源として使用可能な表面実装型発光ダイオードが実現できた。
またこのように導光板３０の端部を厚く設定しないため、導光板に入射した光が導光板の光源側で出射しやすくなり、面発光源の明るさを不均一にするという問題も解消出来ている。

本明細書では、基板１２、発光ダイオード素子２２、封止樹脂２４で構成されているものを表面実装型発光ダイオード１０，該表面実装型発光ダイオード１０、導光板２８、拡散板１１４、プリズムシート１１６，１１８、反射板２６で構成されている光源１１を面発光装置と定義している。拡散板１１４、プリズムシート１１６，１１８等は照明される受光型表示装置に属する場合もあるし、反射板２６は筐体に属する場合もあるので、面発光装置が必ず有する構成要件は表面実装型発光ダイオード１０と導光板２８である。
またシート類１１４，１１６，１１８は別の構成をとることも可能である。

さらに本実施例では表面実装型発光ダイオード１０の光出射面と導光板の発光ダイオード１０と接する端面が互いに傾きを持つよう構成された例をあげたが、例えば導光板の端面をＺ軸に平行とすることも考えられる。このようにすると光利用効率はやや下がってしまうが、導光板を安価につくることができる。
さらにまた、表面実装型発光ダイオード１０の前記第三の面もＺ軸に平行とすることが考えられる。このようにした場合は反射層１６を例えば反射シートとし、表面実装型発光ダイオード１０から導光板２８の端部領域まで覆う大きさにすることが望ましい。

なお、従来携帯電話などに用いられる一般的な導光板の厚みは０．５〜１．０ｍｍであったが、本発明によれば０．０５〜０．３ｍｍ厚の薄型導光板に対しても高い光利用効率を保ち得る。
以上説明したように本発明によれば大きな発光ダイオード素子を用いかつ従来にない薄さの導光板を使用することが可能になり、発光効率を低下させない薄型面発光装置の実現に大きく寄与する。

本発明による表面実装型発光ダイオードの実施例を説明する図である。 本発明による面発光装置の実施例を説明する図である。 従来の面発光装置及び従来技術の問題点を説明する断面図である。 第２の従来技術を説明する斜視図である。 第２の従来技術を説明する断面図である。

符号の説明

１１ 面発光装置
１０ 光源
１０ 表面実装型発光ダイオード
２２ 発光ダイオード素子
１２ 基板
Ｌｋ４ 発光ダイオード素子が実装されている基板の幅
Ｌｄ４ 面発光装置の入光面の厚み方向の幅
２４ 発光ダイオード素子を封止する樹脂
１６ 反射層
１２０ 導光板
Ｔ１ 表面実装型発光ダイオードの厚み方向の幅

Claims (7)

1. 面発光装置用の光源において、
   該光源は基板を有する表面実装型発光ダイオードであり、
   該表面実装型発光ダイオードには発光素子として前記基板上に発光ダイオード素子が実装されており、
   該発光ダイオード素子が実装されている前記基板の面の幅は前記面発光装置の入光面の厚み方向の幅よりも大きく、
   該基板上に前記発光ダイオード素子を封止する樹脂は略三角柱状であり、
   前記表面実装型発光ダイオードは反射層を有し、
   前記発光ダイオード素子の発光光は該反射層で反射された後前記表面実装型発光ダイオードから出射されることを特徴とする表面実装型発光ダイオード。
2. 前記三角柱形状の封止樹脂の一面には前記発光ダイオード素子が実装されており、他の一面には前記反射層が設けられており、第三の面が光出射面となっていることを特徴とする請求項１記載の表面実装型発光ダイオード。
3. 面発光装置用の光源において、
   該光源は略四角柱状の基板を有する表面実装型発光ダイオードであり、
   該表面実装型発光ダイオードには発光素子として前記基板上に発光ダイオード素子が実装されており、
   前記発光ダイオード素子が実装されている該基板の面の幅は前記面発光装置の入光面の厚み方向の幅よりも大きく、
   該基板上に前記発光ダイオード素子を封止する樹脂は略三角柱状であり、該三角柱の３面のうち１つの面が前記発光ダイオード素子に接し、
   他の１つの面には反射層が設けられ、
   第３の面を前記発光ダイオード素子の光出射面とし、
   前記略四角柱状の基板の４つの面のうち、２つの面は前記反射層とほぼ平行であり、かつ該２つの面のうちの１つの面は前記反射層と同一面上にあり、前記４つの面のうち他の１つの面は該２つの面とほぼ直角の角度をなし、前記４つの面のうち前記発光ダイオード素子が実装されている面は前記反射層に対し斜めの角度となるよう設定されていることを特徴とする表面実装型発光ダイオード。
4. 表面実装型発光ダイオードを光源とし、上面におかれた受光型装置に出射光を与へ、導光板を有する面発光装置において、
   前記表面実装型発光ダイオードは前記導光板の側面に配置され、
   前記発光ダイオード素子が実装されている前記基板の面の幅は前記導光板の厚みよりも大きく、
   前記発光ダイオード素子が実装されている前記基板面を前記導光板に対して傾けることにより、前記表面実装型発光ダイオードの厚み方向の幅と前記導光板の厚みとをほぼ等しくしたことを特徴とする面発光装置。
5. 請求項１記載の表面実装型発光ダイオードを用いたことを特徴とする請求項４に記載の面発光装置。
6. 請求項２記載の表面実装型発光ダイオードを用いたことを特徴とする請求項４に記載の面発光装置。
7. 請求項３記載の表面実装型発光ダイオードを用いたことを特徴とする請求項４に記載の面発光装置。

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