JP2011134485A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
【課題】発光効率を損なうことなく、側方のみならず上方からも光を放射する光源を、導光板の厚さ方向へ延びる収容穴に収容させた発光装置を提供する。
【解決手段】素子実装基板33と、素子実装基板33にフリップチップ接続により実装されたLED素子32と、素子実装基板33上でLED素子32を封止する封止部34と、を有する光源3と、光源3が収容される収容穴2を有する導光板1と、を備えた発光装置100であって、収容穴2は、導光板1の一面11から他面12側へ延び、内面21のうち光源3から光が入射する範囲が導光板1の厚さ方向に対して平行であり、光源3は、素子実装基板33が導光板1の他面12側となるよう収容穴2に収容され、収容穴2の導光板1の一面11側及び収容穴2の内面21側へ光を放射し、かつ、光軸が導光板1の厚さ方向に対して平行であり、収容穴2の内面21の、光源3における導光板1の上面34aの中心部に対する立体角は、4.44steradian以上である。
【選択図】図1Provided is a light-emitting device in which a light source that emits light not only from the side but also from above is housed in a housing hole extending in the thickness direction of a light guide plate without impairing light emission efficiency.
A light source having an element mounting substrate, an LED element mounted on the element mounting substrate by flip chip connection, and a sealing portion for sealing the LED element on the element mounting substrate. And the light guide plate 1 having the accommodation hole 2 in which the light source 3 is accommodated, and the accommodation hole 2 extends from the one surface 11 to the other surface 12 side of the light guide plate 1, Among these, the light incident range from the light source 3 is parallel to the thickness direction of the light guide plate 1, and the light source 3 is accommodated in the accommodation hole 2 so that the element mounting substrate 33 is on the other surface 12 side of the light guide plate 1. The light is emitted to the one surface 11 side of the light guide plate 1 of the housing hole 2 and the inner surface 21 side of the housing hole 2, and the optical axis is parallel to the thickness direction of the light guide plate 1. 21 is a solid angle with respect to the center of the upper surface 34a of the light guide plate 1 in the light source 3. It is .44steradian or more.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、フリップチップ接続により実装されたLED素子を有する光源の光を導光板へ入射させる発光装置に関する。 The present invention relates to a light-emitting device that causes light from a light source having LED elements mounted by flip-chip connection to enter a light guide plate.
素子実装基板上のLED素子がガラス等の無機材料により封止された光源が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の光源は、複数のLED素子を素子実装基板にフリップチップ接続により実装しておき、ガラスのホットプレス加工を行うことにより、各LED素子を一括してガラスにより封止している。この光源は、立方体形状を呈し、上面及び側面から光が放射される。尚、光軸は素子実装基板に垂直な方向となっている。
A light source in which an LED element on an element mounting substrate is sealed with an inorganic material such as glass is known (for example, see Patent Document 1). In the light source described in
また、導光板を用いた発光装置として、導光板の少なくとも1側面部近傍の裏面部に側面部と平行に円柱の穴状または凹状の入射部を複数列設したものが知られている(例えば、特許文献2参照)。この発光装置は、入射部が導光板の厚さ方向に形成されており、側方へ光を放射する平面放射型の光源を用いている。具体的に、光源は、上部に同心の傾斜面部を内側面と外側面に有し、内側面の傾斜面部で半導体発光素子からの光を全反射し、外側面の傾斜面部で臨界角を破り、四方に放射状に出射している。 Further, a light emitting device using a light guide plate is known in which a plurality of cylindrical hole-shaped or concave incident portions are arranged in parallel on the back surface portion in the vicinity of at least one side surface portion of the light guide plate (for example, , See Patent Document 2). In this light emitting device, the incident portion is formed in the thickness direction of the light guide plate, and a planar emission type light source that emits light to the side is used. Specifically, the light source has concentric inclined surface portions on the inner surface and the outer surface on the top, totally reflects light from the semiconductor light emitting element at the inclined surface portions on the inner surface, and breaks the critical angle at the inclined surface portion on the outer surface. Radiate in all directions.
しかしながら、特許文献2に記載の発光装置では、光源を平面的に光を出射するものを選択する必要があり、単純に光源として特許文献1に記載のように上面から光を放射するものを採用すると、発光効率が低下して特許文献2に記載された発明の目的に反する結果となってしまう。
However, in the light emitting device described in
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光効率を損なうことなく、側方のみならず上方からも光を放射する光源を、導光板の厚さ方向へ延びる収容穴に収容させた発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light source that emits light not only from the side but also from above without impairing light emission efficiency, in the thickness direction of the light guide plate. An object of the present invention is to provide a light emitting device accommodated in an accommodation hole extending to the front.
前記目的を達成するため、本発明では、素子実装基板と、前記素子実装基板にフリップチップ接続により実装されたLED素子と、前記素子実装基板上で前記LED素子を封止する封止部と、を有する光源と、前記光源が収容される収容穴を有する導光板と、を備え、前記収容穴は、前記導光板の一面から他面側へ延び、内面のうち前記光源から光が入射する範囲が前記導光板の厚さ方向に対して平行であり、前記光源は、前記素子実装基板が前記導光板の他面側となるよう前記収容穴に収容され、前記収容穴の前記導光板の一面側及び前記収容穴の前記内面側へ光を放射し、かつ、光軸が前記導光板の厚さ方向に対して平行であり、前記収容穴の前記内面の、前記光源の上面の中心部に対する立体角は、4.44steradian以上である発光装置が提供される。 In order to achieve the above object, in the present invention, an element mounting substrate, an LED element mounted on the element mounting substrate by flip chip connection, a sealing portion for sealing the LED element on the element mounting substrate, And a light guide plate having an accommodation hole in which the light source is accommodated, the accommodation hole extending from one surface of the light guide plate to the other surface side, and a range in which light is incident from the light source on the inner surface Is parallel to the thickness direction of the light guide plate, and the light source is housed in the housing hole so that the element mounting substrate is on the other surface side of the light guide plate, and one surface of the light guide plate in the housing hole Side and the inner surface side of the receiving hole, the optical axis is parallel to the thickness direction of the light guide plate, and the inner surface of the receiving hole with respect to the center of the upper surface of the light source Light-emitting device whose solid angle is 4.44 steradian or more It is provided.
また、上記発光装置において、前記収容穴は、前記導光板を貫通して形成されることが好ましい。 In the light emitting device, it is preferable that the accommodation hole is formed so as to penetrate the light guide plate.
また、上記発光装置において、前記導光板の一面側に設けられ、前記光源が搭載される搭載基板を備えることが好ましい。 The light-emitting device preferably includes a mounting substrate provided on one surface side of the light guide plate and on which the light source is mounted.
また、上記発光装置において、前記封止部は、熱融着ガラスとしてもよい。 Moreover, the said light-emitting device WHEREIN: The said sealing part is good also as heat-fusion glass.
また、上記発光装置において、前記光源は、直方体形状であってもよい。 In the light emitting device, the light source may have a rectangular parallelepiped shape.
また、上記発光装置において、前記封止部は、前記LED素子から発せられる光の波長を変換する蛍光体が分散されていてもよい。 In the light emitting device, the sealing portion may be dispersed with a phosphor that converts the wavelength of light emitted from the LED element.
また、上記発光装置において、前記導光板の他面側に設けられ、前記収容穴を塞ぐ反射板を備えてもよい。 The light emitting device may further include a reflecting plate that is provided on the other surface side of the light guide plate and closes the accommodation hole.
本発明によれば、発光効率を損なうことなく、側方のみならず上方からも光を放射する光源を、導光板の厚さ方向へ延びる収容穴に収容させることができる According to the present invention, a light source that emits light not only from the side but also from above can be accommodated in the accommodation hole extending in the thickness direction of the light guide plate without impairing the light emission efficiency.
図1から図5は本発明の第1の実施形態を示し、図1は発光装置の外観斜視図である。 1 to 5 show a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is an external perspective view of a light emitting device.
図1に示すように、この発光装置1は、導光板1と、導光板1に形成される収容穴2と、収容穴2に収容される光源3と、光源3と電気的に接続される搭載基板4と、を備えている。導光板1は、光源3から発せられる光に対して透明な材料からなり、収容穴2の光源3から発せられた光が入射する。本実施形態においては、導光板1は、全体にわたって厚さが一定な平板状に形成されている。本実施形態においては、導光板1の厚さは3mmである。導光板1の材質は、光源3の光に対して透明であれば任意であるが、例えばアクリル樹脂とすることができる。ここで、本明細書においては、導光板1の一面を上面11とし、他面を下面12として説明する。
As shown in FIG. 1, the
収容穴2は、導光板1の上面11から下面12側へ延び、内面21のうち光源3から光が入射する範囲につき、導光板1の厚さ方向に対して平行となっている。本実施形態においては、収容穴2は、平面視にて直径2mmの円形を呈し、導光板1を貫通して形成され、上下について同一断面となっている。後述するように、光源3からは上方及び側方へ光が出射され、収容穴2の内面21の全範囲に光源3の光が入射する。本実施形態においては、複数の収容穴2が、導光板1の一辺に沿って等間隔に並んで配置される。
The
図2は、発光装置の断面図である。
図2に示すように、光源3は、フリップチップ型のGaN系半導体材料からなるLED素子32と、LED素子32を搭載する素子実装基板33と、LED素子32を封止するとともに素子実装基板33と接着される無機封止部としてのガラス封止部34とを有する。素子実装基板33は、アルミナ(Al2O3)の多結晶焼結材料からなり、厚さ0.25mmで1.0mm角に形成されている。また、LED素子32は、厚さ100μmで346μm角に形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the light emitting device.
As shown in FIG. 2, the
ガラス封止部34は、LED素子32とともに素子実装基板33におけるLED素子2の搭載面側を覆い、厚さが0.6mmとなっている。素子実装基板33と平行な上面34aと、上面34aの外縁から下方へ延び素子実装基板3と垂直な側面34bと、を有している。ガラス封止部34は、例えばZnO−B2O3−SiO2系のガラスとすることができ、この場合の屈折率は1.7である。また、このガラスは、加熱によって素子実装基板33に融着された熱融着ガラスであり、ゾルゲル反応を利用して形成されたガラスと異なっている。尚、ガラスの組成及び屈折率はこれらに限定されるものではない。また、ガラス封止部34には、LED素子2から発せられる光の波長を変換する蛍光体が含まれている。蛍光体として、例えば、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体、珪酸塩蛍光体や、YAGと珪酸塩蛍光体を所定の割合で混合したもの等を用いることができ、本実施形態では青色のLED素子32と黄色の蛍光体から白色光を得ている。尚、紫外光を発するLED素子と、青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体の組合せにより白色光を得るようにしてもよい。また、ガラス封止部34に蛍光体を含有させずに、ガラス封止部34の表面に蛍光体を塗布したものであってもよいし、蛍光体を用いなくともよい。
The
光源3は、LED素子32に電圧が印加されると、LED素子32から青色光が発せられる。LED素子32から発せられた青色光は、一部が蛍光体により黄色に変換された後、ガラス封止部34の上面34a又は側面34bを通じて外部へ放射される。この光源3は、素子実装基板33に垂直で、上面34aの中央を通る軸が光軸となっている。この光源3では、光軸上の光強度が最大とはならず、光軸に対しておよそ30°〜45°傾斜した方向で光強度が最大となる配光特性となる。この光源3は、以下の工程を経て製造される。
The
まず、ガラス成分の酸化物粉末を1200℃に加熱し、溶融状態で撹拌する。そして、ガラスを固化した後、ガラス封止部34の厚さに対応するようスライスして封止前ガラス35を板状に加工する。この後、封止前ガラス35に、後述するように、各LED素子32に対応する凹部35aを形成する。
First, a glass component oxide powder is heated to 1200 ° C. and stirred in a molten state. And after solidifying glass, it slices so that it may correspond to the thickness of the
一方、平板状の素子実装基板33に回路パターンを形成する。例えば、回路パターンは、金属ペーストをスクリーン印刷し、素子実装基板33を所定温度(例えば1000℃以上)で熱処理することにより当該金属を素子実装基板33に焼き付けた後、当該金属に他の金属のめっきを施すことにより形成することができる。この後、複数のLED素子32を縦及び横について等間隔で素子実装基板33にフリップチップ接続で実装する。尚、素子実装基板33の回路パターンは、金属ペーストの熱処理で形成したもののみでもよいし、金属スパッタの後に金属めっきを施したものなど、他の方法で形成することもできる。
On the other hand, a circuit pattern is formed on the flat
そして、図3に示すように、各LED素子32が搭載された素子実装基板33を下金型91にセットし、上金型92を素子実装基板33の搭載面と対向して配置し、素子実装基板33と上金型92の間に各LED素子32の搭載領域が覆われるように封止前ガラス35を配置する。この後、図4に示すように、下金型91及び上金型92を加圧し、窒素雰囲気中で加熱によって軟化したガラス材のホットプレス加工を行う。このときの加工条件は、ガラスの温度、圧力等に応じて任意に変更することができるが、一例をあげるとすれば、例えば、ガラスの温度を600℃とし、ガラスの圧力を25kgf/cm2とすることができる。尚、セットされるガラスは、凹部が形成されていない平面形状であってもよいことは勿論である。
Then, as shown in FIG. 3, the
以上の工程で、複数の発光装置1が縦方向及び横方向に連結された状態の図5に示すような中間体36が作製される。この後、ガラス封止部34と一体化された素子実装基板33をダイシング装置にセットして、ダイシングブレードによって、ガラス封止部34及び素子実装基板33を各LED素子32ごとに分割するようダイシングして光源3が完成する。
Through the above steps, an
図2に示すように、搭載基板4は、アルミニウムをベースとし、導光体1の下面12に沿って設けられる。本実施形態においては、搭載基板4は、各収容穴2を塞ぐように設けられている。搭載基板4は、アルミニウムからなる基板本体41と、基板本体41上に設けられた絶縁層42と、絶縁層42上に設けられた回路パターン43と、回路パターン43上に設けられた白色レジスト層44と、を有する。
As shown in FIG. 2, the mounting
次いで、光源3と収容穴2の関係について説明する。
平面視にて1.0mm角の光源3は、平面視にて直径2mmの収容穴2の中心に搭載される。光源3は、素子実装基板33が導光板1の下面12側となるよう収容穴2に収容され、光軸が導光板1の厚さ方向に対して平行となっている。また、高さが0.85mmの光源3は、はんだ31を介して搭載基板4に搭載されている。これにより、上下長さが3mmである収容穴2の下端から、0.85mmの高さで光源3が配置されている。この結果、収容穴2の内面21の、光源3の上面34aの中心部に対する収容穴2の内面21の立体角は上側半球の2πsteradianに対して90%(5.65steradian)となっている。そして、側面34bの中心部に対する収容穴2の内面21の立体角の割合(側面の半球の上側のπsteradianが対象)は、上面34aよりも大きくなるので、光源3全体としてみれば、立体角の割合は少なくとも90%以上であるといえる。また、光源3の光強度が最大となる方向は約45°であるが、この方向に内面21が存在することとなる。
Next, the relationship between the
The
以上のように構成された発光装置1によれば、光源3から発せられる光の少なくとも90%以上は導光板1の内面21へ入射する。この入射時に、光が導光板1の上面11及び下面12に対して平行に近づく方向へ屈折することから、入射した光の殆どを伝搬光として利用することができる。ここで、導光板1の屈折率は、1.41以上であると、臨界角を45°以下にできるので好ましい。すなわち、収容穴2の内面21に略平行(内面21の法線方向に対し略90°)で入射した光でも屈折し、内面21の法線方向に対して45°以内の光となる。そして、導光板1の上面11及び下面12は、収容穴2の内面21の法線方向に対して90°なので、入射した光につき上面11及び下面12では全反射の条件が成り立つこととなり、この結果、収容穴2の内面21から入射した光は全てが伝搬光となる。これにより、光源3の光軸が導光板1の厚さ方向となっているにもかかわらず、光源3から上方へ発せられた光を導光板1の面内方向となるよう制御する特殊な光学的制御部を光源3にも導光板1にも用いることなく、導光板1内に的確に光を入射し導光板1の伝搬光とすることができるという、技術常識に反した作用効果を得ることができる。従って、光学的制御部を省略して部品点数を削減することができるし、発光装置1を簡単容易に製造することができる。
According to the
尚、必ずしも光源3の上面34aの中心部に対する収容穴2の内面21における立体角の割合を、上側半球の2πsteradianに対して90%以上とする必要はないが、光学的効率のため70%(4.44steradian)以上とすることが望ましい。さらに、光源3の光強度が最大となる方向に収容穴2の内面21が存在するようにすることが望ましい。また、収容穴2の内面21は、導光板1に垂直で表面が粗面でなく滑らかな面であることが望ましいが、導光板1の屈折率や収容穴2の内面21への光源3からの入射角度に関連して、多少の傾斜や導光板1の厚さ方向に対し90°の方向の粗度は、効率を著しく低下させるものでないので許容される。
Note that the ratio of the solid angle on the
また、本実施形態によれば、光源3のLED素子32をフリップチップ接続により実装したので、光源3の平面視の大きさを小さくすることができ、収容穴2の直径も小さくすることができる。これにより、導光板1を厚くすることなく、光軸を厚さ方向とした光源3の搭載が可能となる。例えば、図6に示すように、LED素子32がワイヤボンディング接続により実装されている場合、LED素子32の外側に、ワイヤループのための第1距離aと、素子実装基板33とワイヤ39との接続のための第2距離bとが余計に必要となる。第1距離aは例えば0.3〜0.5mmであり、第2距離bは例えば0.2〜0.5mmであることから、ワイヤボンディングの場合は、素子実装基板33を前記実施形態の1.0mm角よりも大きくする必要がある。例えば、素子実装基板33の大きさが2.5mm角となると、導光板1の収容穴2の直径も例えば5mmのように大きくする必要がある。そして、仮にこのような大きさで発光装置1を作製すると、搭載するLED素子32が同じであっても、光源3の上面34aの中心部を基準とした内面21の立体角の割合は、75%にまで低減してしまう。また、光源3の高さが変わらず、平面視の寸法が小さくなると、横方向への配光が相対的に増大する。尚、蛍光体が封止材料に分散されている場合、封止材の高さより平面方向の寸法が小さくなると、上方向と横方向の光の色度の差が顕著となり易いが、仮に色度の差が生じたとしても、導光板1内で混光させることができる。
Moreover, according to this embodiment, since the
また、本実施形態によれば、光源3の上面34a及び側面34bに光学的な加工を施す必要がないので光源3の作製も簡単容易である。この発光装置1の場合、むしろ光軸上に最大の光強度が存在しない配光の光源3が好ましく、立方体形状の光源3に加工を施すことなく、しかも単純な収容穴2を形成すればよいので、実用に際して極めて有利である。
Moreover, according to this embodiment, since it is not necessary to optically process the
尚、前記実施形態においては、LED素子32をガラスにより封止した光源3を示したが、LED素子32が素子実装基板33に対してフリップチップ接続であり、平面視にて封止材を枠部分が存在しない光源3であれば、封止材を変更しても差し支えない。
In the embodiment, the
熱融着ガラス封止LEDは、高さ方向の形成が容易で、素子実装基板と熱膨張率が同等、かつ、両部材の接合力が大きいので、封止材と素子実装基板の接合面積を小さくすることができるので横方向の配光を広くするのに望ましいが、例えば、図7に示すように、LED素子32をシリコン樹脂、エポキシ樹脂等の封止封止部37で封止してもよい。図7の光源3では、樹脂封止部37は、素子搭載基板33上で半球状に形成されている。
The heat-sealed glass-sealed LED is easy to form in the height direction, has the same thermal expansion coefficient as the element mounting substrate, and has a large bonding force between both members. Although it can be reduced, it is desirable to widen the light distribution in the lateral direction. For example, as shown in FIG. 7, the
また、例えば、図8に示すように、LED素子32を所定厚さの無機ペースト38で封止してもよい。無機ペースト38としては、例えば、SiO2系、Al2O3系、TiO2系等の材料を用いることができる。
For example, as shown in FIG. 8, the
また、前記実施形態においては、収容穴2の上方が開放されているものを示したが、収容穴2の上方を塞ぐ部材を設け、反射による2次光も導光板1の伝搬光となるよう図ってもよい。例えば、図9に示すように、収容穴2の上方を反射板51により塞ぐことにより、収容穴2から上方へ進む光を導光板1の内面21に入射させることができる。この反射板51の反射面は、表面の反射率が比較的高い材料、例えばアルミニウムとすると、効率良く鏡面反射を利用することができる。反射面がアルミニウムである場合、例えば、反射板51自体をアルミニウム板としたり、反射板51の反射面にアルミニウム箔を貼付すればよい。この場合、光源3から外部への直接光を遮断させることができ、直接光の放射を防止するときに効果的である。
Moreover, in the said embodiment, although what showed the upper direction of the
また、例えば、図10に示すように、反射板52が主として拡散反射を利用するものであってもよい。この場合、反射板52の内面には、白色拡散シートを用いることができる。前記実施形態においては、反射板52へ入射する光の入射角が比較的小さくなるので、鏡面反射よりは拡散反射を利用する方が好ましい。
Further, for example, as shown in FIG. 10, the
さらに、例えば、図11に示すように反射板53から一部の光が透過するようにしてもよい。これにより、外部放射に必要な光量のみ外部へ取り出し、他の光は光導板1に入射することとなる。
Furthermore, for example, as shown in FIG. 11, a part of light may be transmitted from the
また、前記実施形態においては、導光板1の両面に特に加工を施していないが、必要に応じて任意の加工を施してもよいことは勿論である。例えば、図12及び図13に示すように、導光板1の少なくとも一方の面に反射加工を施してよい。図12及び図13の発光装置200では、下面12に円形状の複数の反射部206を形成し、導光板1内の光が反射部206にて反射して上面11から取り出されるようにしてある。この場合、図12及び図13に示すように各反射部206を光源3と近いほど小さくし遠ざかるほど大きくすると、上面11から取り出される光の量を、光源3からの距離にかかわらず均一とすることができる。
Moreover, in the said embodiment, although it does not process in particular on both surfaces of the light-
反射部206は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザー加工、金型を利用した熱転写等により形成することができる。特に、インクジェット印刷、レーザー加工等の場合、スクリーン印刷等で用いる版が不要となり、例えば、実際に製造された発光装置200の発光特性に応じて反射部206の加工を行うことができる。さらに、インクジェット印刷の場合、ノズルを導光板1上に全面的に配置することにより、広範囲の加工を同時に行うことができ、作業性に優れるという利点がある。
The
また、前記実施形態においては、導光板1が平板状に形成されたものを示したが、収容穴2から入射した光を導くものであれば、導光板1の形状を適宜変更してもよいことは勿論である。例えば、図14に示すように、下面312を光源3から遠ざかるにつれて上面311と近接するように湾曲して形成してもよい。この発光装置300によっても、上面311から取り出される光の均一化を図ることができる。また、光源3は光学系を備えず小型であるため、多くの光源3を密に配列して、高輝度の導光板301とすることができる。一方、各光源3の間隔を比較的広くして配列した場合も、面方向360°に光が放射されるため、各光源3の間の輝度の低下を防止できる。さらに、隣接する収容穴2の間隔が広くなって導光板300の本体部分の領域が大きくなるため、図14で光源3の光の左側に出射された光を光源3の右側へ伝えやすくすることができる。
In the embodiment, the
図15及び図16は本発明の第2の実施形態を示し、図15は発光装置の断面図である。
図15に示すように、この発光装置400は、導光板401と、導光板401に形成される収容穴402と、収容穴402に収容される光源403と、光源403と電気的に接続される搭載基板442と、を備えている。導光板401は、光源3から発せられる光に対して透明な材料からなり、収容穴402の光源403から発せられた光が入射する。本実施形態においては、導光板401は、全体にわたって厚さが一定な平板状に形成されている。本実施形態においては、導光板401の厚さは5mmである。
15 and 16 show a second embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a cross-sectional view of the light emitting device.
As shown in FIG. 15, the
収容穴402は、導光板401の上面411から下面412側へ延び、内面421のうち光源403から光が入射する範囲につき、導光板401の厚さ方向に対して平行となっている。本実施形態においては、収容穴402は、平面視にて半径0.75mmの半円部と3.0mm長のストレート部からなる長円形を呈し、導光板401を貫通して形成され、上下について同一断面となっている。
The
光源403は、フリップチップ型のGaN系半導体材料からなる複数のLED素子32と、各LED素子32を搭載する素子実装基板433と、各LED素子32を封止するとともに素子実装基板433と接着される無機封止部としてのガラス封止部434と、素子実装基板433の裏面に形成された放熱パターン431と、を有する。素子実装基板433は、アルミナ(Al2O3)の多結晶焼結材料からなり、厚さ0.25mmで、長辺が2.8mm、短辺が0.75mmの長方形状に形成されている。
The
ガラス封止部434は、LED素子32とともに素子実装基板433のLED素子32の搭載面側を覆い、厚さが0.7mmとなっている。また、ガラス封止部434は、素子実装基板433と平行な上面434aと、上面434aの外縁から下方へ延び素子実装基板433と垂直な側面434bと、を有している。
The
搭載基板442は、ポリイミドをベースとし、導光板401の下面412に沿って設けられる。本実施形態においては、導光板401の下面412と搭載基板404との間に白色反射シート454が設けられている。さらに、本実施形態においては、導光板401の上面411の上にも白色反射シート455が設けられている。また、搭載基板404における光源403の下方には接続用の孔404aが形成され、孔404aを通じて放熱パターン431とアルミ枠441とがはんだ31により接続される。アルミ枠441は、導光板401の下面412側に全面的に形成されている。尚、搭載基板442は、アルミニウムや銅をベースとしたものでもよく、この場合、絶縁層を介して放熱パターン431とはんだ接続してもよい。さらには、放熱パターン431に対応する部位の絶縁層が形成されていないようにして、絶縁層を介さないで搭載基板442のアルミニウム又は銅と放熱パターン431とをはんだ接続して放熱性の高いものとしてもよい。
The mounting
次いで、光源403と収容穴402の関係について説明する。
光源403は、その重心が平面視にて収容穴402の中心と重なるように搭載される。また、高さが0.95mmの光源3は、はんだ31を介して搭載基板442に搭載されている。これにより、上下長さが5mmである収容穴402の下端から、0.95mmの高さで光源403が配置されている。この結果、収容穴402の内面421の、光源403の上面434aの中心部(重心部)に対する立体角の割合は90%未満となっている。そして、側面434bの中心部に対する立体角は、上面434aよりも大きくなるので、光源403全体としてみれば、立体角は少なくとも90%以上である。
Next, the relationship between the
The
図16は、発光装置の平面図である。
図16に示すように、アルミ枠441は端部に上方へ延びる一対の横フランジ部441a及び一対の縦フランジ部441bを有しており、各フランジ部441a,441bの内側に導光板401(図16中不図示)、白色反射シート455等が配置されている。本実施形態においては、複数の横長の光源403が横方向に一列に並んで配置されている。また、導光板401の収容穴402は、光源403に対応して横長に形成され、導光板401の縦方向中央に横方向に並んで形成されている。
FIG. 16 is a plan view of the light emitting device.
As shown in FIG. 16, the
以上のように構成された発光装置400によれば、光源403から発せられる光の少なくとも90%以上は導光板1の内面421へ入射する。この入射時に、光が導光板401の上面411及び下面412に対して平行に近づく方向へ屈折することから、入射した光の殆どを伝搬光として利用することができる。これにより、光源403の光軸が導光板401の厚さ方向となっているにもかかわらず、光源403から上方へ発せられた光を導光板401の面内方向となるよう制御する特殊な光学的制御部を光源403にも導光板401にも用いることなく、導光板401内に的確に光を入射し導光板401の伝搬光とすることができるという、技術常識に反した作用効果を得ることができる。従って、光学的制御部を省略して部品点数を削減することができるし、発光装置401を簡単容易に製造することができる。また、発光効率を損なうことなく、側面434bのみならず上方434aからも光を放射する光源403を、導光板401の厚さ方向へ延びる収容穴402に収容させることができる。
According to the
また、本実施形態によれば、導光板401と平行に設置されたアルミ枠441に光源403にて生じた熱が放散されるので、良好な放熱特性を得ることができるとともに薄型化を実現できる。また、アルミ枠441と導光板401の間に白色反射シート454を介在させたので、導光板401内の光を上面411側に的確に反射させることができる。さらに、導光板401の上面411を白色反射シート455により覆うようにしたので、白色反射シート455から外部へ均一な白色光が放射される。
Further, according to the present embodiment, since heat generated by the
また、本実施形態によれば、光源403のLED素子32をフリップチップ接続により実装し、光源403には横方向への放射のための特殊な光学系を備えていないので、光源403の平面視の大きさを小さくすることができ、収容穴402の直径も小さくすることができる。これにより、導光板401を厚くすることなく、光軸を厚さ方向とした光源403の搭載が可能となる。また、導光板401の収容穴402も特殊な光学系を備えず、導光板401に垂直な穴形成をしただけなので、光源403及び導光板401の収容穴402は、導光板401全体に対し比較的目立たないものにすることができる。また、光源403の上面434a及び側面434bに光学的な加工を施す必要がないので光源403の作製も簡単容易である。さらに、光軸を厚さ方向とした光源403の搭載なので、導光板401と平行なアルミ枠441へ実装するのみで放熱対策をとることもできる。
Further, according to the present embodiment, the
尚、第2の実施形態においては、導光板401の上面411に白色反射シート455を設けたものを示したが、例えば図17に示すように、これを省略してもよい。例えば、図17に示すように、導光板401の下面412側を天井等に固定して使用し、例えば光源403の光軸に対し45°以上、好ましくは30°以上には光を放射しないものとして、使用者等が輝度が高く眩しい光源403を発光装置400を見上げない限りは直接的に視認することがないものにでき、収容穴402から光が外部へ直接的に出射し、直下の照度を高めることができる一方で、導光板401全体を発光させることで、眩しさが生じない灯具とすることができる。尚、仮に光源403の配光特性が軸対称であるとすると、光源403の光軸に対し45°以上、好ましくは30°以上には光を放射しないものとした場合、収容穴402の内面421における光源403の上面434aの中心部に対する立体角は、4.44steradian、好ましくは5.44steradianとなる。
In the second embodiment, although the
また、第2の実施形態においては、横長の光源403を横方向に一列に配置したものを示したが、例えば図18に示すように、光源403を縦方向に配置したり、複数列に配置してもよく、光源の配置の仕方は任意である。また、光源403及び導光板401の収容穴402は、比較的目立たないもののアクセントとして用いることができ、均一間隔に配置したり、規則的なパターンニング配置としたり、あるいはランダム配置とすることによって見栄えを向上させることもできる。
In the second embodiment, the horizontally long
ここで、図18の発光装置500は、白色反射シート455でなく、拡散板556が導光板401の上面411に設けられている。図19に示すように、拡散板556のうち、収容穴402を閉塞する部分には凹凸加工が施された拡散促進部556aが形成されている。尚、拡散促進部556aは、拡散塗料を塗布することにより形成することもできる。この発光装置500によれば、収容穴402内の光を効果的に拡散することができ、光取り出し効率を向上させつつ、拡散板556から外部へ放射される光をより均一とすることができる。
Here, in the
また、前記実施形態においては、発光素子としてLED素子を用いた発光装置を説明したが、発光素子はLED素子に限定されるものではないし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。 Moreover, in the said embodiment, although the light-emitting device using a LED element was demonstrated as a light-emitting element, a light-emitting element is not limited to a LED element, In addition, a concrete detailed structure etc. can be changed suitably. Of course.
1 導光板
2 収容穴
3 光源
4 搭載基板
11 上面
12 下面
21 内面
31 はんだ
32 LED素子
33 素子実装基板
34 ガラス封止部
34a 上面
34b 側面
35 封止前ガラス
35a 凹部
36 中間体
37 樹脂封止部
38 無機ペースト
39 ワイヤ
41 基板本体
42 絶縁層
43 回路パターン
44 白色レジスト層
51 反射板
52 反射板
53 反射板
91 下金型
92 上金型
200 発光装置
206 反射部
300 発光装置
301 導光板
311 上面
312 下面
400 発光装置
401 導光板
402 収容穴
403 光源
411 上面
412 下面
421 内面
431 放熱パターン
433 素子実装基板
434 ガラス封止部
434a 上面
434b 側面
441 アルミ枠
441a フランジ部
441b フランジ部
442 搭載基板
454 白色反射シート
455 白色反射シート
500 発光装置
556 拡散板
556a 拡散促進部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光源が収容される収容穴を有する導光板と、を備え、
前記収容穴は、前記導光板の一面から他面側へ延び、内面のうち前記光源から光が入射する範囲が前記導光板の厚さ方向に対して平行であり、
前記光源は、前記素子実装基板が前記導光板の他面側となるよう前記収容穴に収容され、前記収容穴の前記導光板の一面側及び前記収容穴の前記内面側へ光を放射し、かつ、光軸が前記導光板の厚さ方向に対して平行であり、
前記収容穴の前記内面の、前記光源の上面の中心部に対する立体角は、4.44steradian以上である発光装置。 A light source having an element mounting substrate, an LED element mounted on the element mounting substrate by flip chip connection, and a sealing portion for sealing the LED element on the element mounting substrate;
A light guide plate having an accommodation hole in which the light source is accommodated,
The accommodation hole extends from one surface of the light guide plate to the other surface side, and a range of light incident from the light source on the inner surface is parallel to the thickness direction of the light guide plate,
The light source is housed in the housing hole so that the element mounting substrate is on the other surface side of the light guide plate, and emits light to one surface side of the light guide plate of the housing hole and the inner surface side of the housing hole, And the optical axis is parallel to the thickness direction of the light guide plate,
The solid angle of the inner surface of the receiving hole with respect to the center portion of the upper surface of the light source is 4.44 steradian or more.
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