JP5053688B2 - 光源モジュール，光源ユニット、及び液晶表示装置，照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤチップを実装した光源モジュール，光源ユニット、及びこれを用いた液晶表示装置，照明装置に関する。

近年、液晶表示装置のバックライトとして、ＬＥＤ光源を用いた照明装置が開発されている。液晶表示装置の薄型化，高画質化の要請から、このＬＥＤ光源を用いたバックライト（以下、「ＬＥＤ−ＢＬ」と呼ぶ）についても、薄型化，エリア制御の２次元化が必須技術になりつつある。

これに対し、下記特許文献１ではＬＥＤ−ＢＬでの２次元エリア制御構造について開示している。この文献では、サイドライト方式の矩形構造を小型化したユニットで構成され、表示パネルの平面全体に多数個縦横に配置している。前記ユニットは、矩形の１側面にライン状に形成した光源を有し、隣接するユニットの導光板で前記ユニットの光源部分を覆うように重複させて輝度均一化を図っている。

特表２００６−５２２４３８号公報

上記特許文献１は、構造的には従来のサイドライト方式の構造を単純に小型化しているため、エリア制御領域の最小化に限界がある。ライン状光源をもつ矩形構造のため、小型化を進める上で高密度，高放熱が要求され、高コスト実装が必要になる。

また、輝度均一性から、光源周辺部を覆うために隣接する前記ユニットの導光板を重複させる構造をとり、薄型実装に不利な面を備える。即ち、サイドライト方式はＬＥＤ−ＢＬの薄形化を狙えるが、エリア制御を組込む場合には小型ユニットの導光板を繋ぎ合わせる積層構造などを必要とするため厚型化の傾向も同時に加わる。

本発明が解決しようとする課題は、ＬＥＤ−ＢＬを用いた液晶表示装置、及び照明装置において、光源の超薄型軽量構造と超多分割による２次元エリア制御という２つの主要な課題を同時に実現することである。

光源の超薄型化は、基本的に軽量化を容易にする。超多分割の２次元エリア制御は、輝度均一化に加え、高コントラスト化と低消費電力化、更には光源分散化による放熱特性の向上（低熱抵抗化）を実現させる。放熱特性の向上では、放熱構造の簡易化により、薄型構造をより実現しやすくする効果がある。ＬＥＤ−ＢＬ、これを用いた液晶表示装置等では特に重要である。

本発明は、超薄型化に有利なサイドライト方式を基に、光源，導光板，放熱基材からなる構造体において、光源の導光板に対するライン配置構造に着目した。

従来技術では、対称構造を考慮すると、放熱基材，光源，導光板が順に配置されている。本発明では、放熱基材と導光板で挟まれた光源のライン配置構造を幾何学的な変形により放熱基材を中心部に閉じ込める形で、光源，導光板を前記放熱基材の周りに順に配置する点配置構造を見出した。この基本構造により、光源の超薄型化とエリア制御を同時に実現している。更には、発光面，表示面の非平坦面化を実現している。

第一の解決手段は、点配置構造の光源を実現するもので、放熱用基材と、放熱用基材の側面に配置するＬＥＤ素子と、放熱用基材とＬＥＤ素子との間に配置する配線基板と、を有し、放熱用基材はＬＥＤ素子からの発熱を放熱するための接続部を有する光源モジュールの構成である。更に、放熱用基材は複数の側面を有する角柱形状であり、複数の側面のそれぞれにＬＥＤ素子が配置する構成である。

発光部を形成するＬＥＤ素子は、放熱基材の多面体平坦部にフレキシブルな配線基板を用いて高密度，高放熱構造で接続，封止される。

ＬＥＤ素子と放熱基材の間の放熱構造には、フレキシブル配線基板（ＴＣＰ，ＣＯＰ，ＴＡＢなど）、及びフレキシブル配線基板を基材に固着させる接着層が介在し、各々高熱伝導性樹脂，高熱伝導性粘着テープを用いる。光源モジュールからの放熱は、ＬＥＤ素子からの発熱を放熱板に伝導するため、光源モジュールの接続部を介して、前記放熱板に対して接着，嵌め込み、或いはネジ締めにより固着した構造を特徴とする。

高密度実装の点では、ワイヤーボンディングに代わり、はんだバンプを用いるフリップチップ実装が有利である。ＬＥＤ素子の発光部を高密度実装により多面体の垂直側面（先端平坦面を含む場合もある）に形成し、かつ光束を多面体で分割制御することにより、後述する光源ユニットのエリア制御で高精細化を実現できる。

第二の解決手段は、前記第一の解決手段である光源（光源モジュール）の発光部に多角形の外形形状を有する導光板を取り付けた構造であり、導光板の中央部に形成した開口穴に前記発光部を組込み、発光部から出射する光束を開口穴の内側面に導く配置構造を特徴とする光源ユニットである。更に、前記光源ユニットに放熱板を取り付け、前記光源モジュールの接続部を放熱板に対して接着，嵌め込み、或いはネジ締めにより固着した構造を特徴とする光源ユニットである。

これにより、前記した光源の構造をライン配置から点配置構造へ置き換えることができ、光源，導光板，放熱基材、及び放熱板からなる構造体に対して超薄型構造を維持している。即ち、光源（光源モジュール）の厚さを、残りの部材である導光板，放熱板の厚さの中に収める構造を容易に実現している。

前記開口穴を形成した導光板は、発光部を組込む側と反対側の面に薄板部を備えた凹部構造とする。更に、前記薄板部の中央を最薄部になる形状，構造とする。これより、発光部を含む導光板全面からの光取り出しにおいて、輝度均一性の向上を実現している。

一方、ＬＥＤ素子を搭載した発光部を、多面体断面を有する垂直側面のほかに先端部平坦面にも形成する場合は、前記導光板の開口穴の形状は貫通構造をとり直接上部先端方向に光取り出しを行う。前記導光板の上側に拡散板を配置し、その拡散板表面の前記先端部平坦面の上部に対して直射光を抑制するための反射体を部分的に形成し、輝度均一性を向上させている。

発光部からの光束を多面体の垂直側面で分割制御する場合は、導光板の開口穴に対して放射状に伸びた反射仕切り体を前記垂直側面に対応させて配置することで、エリア制御の高精細化を更に向上させている。

第三の解決手段は、上記した光源モジュール，光源ユニットを複数用いて、照明装置とした構成である。具体的には、放熱板と、放熱板上に突起を形成する複数の放熱用基材と、複数の放熱用基材の側面に配置する複数のＬＥＤ素子と、放熱板上に配置し、ＬＥＤ素子からの光を放熱板の上面へと導く複数の導光板と、を有する照明装置の構成をとる。また、放熱用基材は複数の側面を有する角柱形状であり、複数の側面のそれぞれに複数のＬＥＤ素子が配置する構成をとる。

このように、光源ユニットを多数個、或いは複数個配置した構造により、超薄型構造と輝度均一性を維持しながら同時にエリア制御を実現することが可能となる。この照明装置を用いて、表示装置のバックライトとして用いることができ、光源ユニットの小型化，多数個配置に加え、前記した反射仕切り体などにより発光部を更に細分割した制御構造により、超多分割エリア制御を実現できる。

更に、光源ユニットを点光源構造にすることで、多数個配置した大型光源ユニットの光取り出し面を連続的に変形することが出来、発光面，表示面の平坦面に加えて非平坦面化も容易に実現できている。

第四の解決手段は、上記照明装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の構成であり、一対の透明基板と、一対の透明基板間に配置する液晶層と、一対の基板の少なくとも一方に配置し液晶層に電界を印加する電極群と、を有する液晶パネルと、液晶パネルに光を供給する上記照明装置と、を有する構成をとる。

本発明を用いることにより、光源ユニット，照明装置、及び液晶表示装置の超薄型化と多分割エリア制御を同時に実現できる。更に、発光面，表示面の非平坦面化も実現できる。

以下、本発明に係る光源モジュール，光源ユニット，照明装置、及び液晶表示装置の構成について、順に説明する。

（光源モジュール）
本発明に係る光源モジュールを、図１〜図７を使って説明する。

図１は、光源モジュール１の断面図を示す。

光源モジュール１は、スティック形状の放熱用基材２，配線基板３、及びＬＥＤ素子４を備え、ＬＥＤ素子４を配線基板３を介して搭載した発光部５と発光部５からの発熱を放熱するための接続部６を放熱用基材２に形成した構造をもつ。

配線基板３の両面には、ＬＥＤ素子４の搭載面側にレジスト層１５、反対側に放熱用基材２へ固着するための粘着シート２０を形成している。粘着シート２０は、高熱伝導性（熱伝導率λ：０.５Ｗ／(Km) 以上）のフィーラー入りアクリル系樹脂で、厚さ：５０〜１００μｍを用い、接続信頼性と放熱特性を確保している。ＬＥＤ素子４から光束を取り出す発光部５の表面は高屈折率の透明樹脂１９で覆われ、更に前記発光部５と前記接続部６の境目付近からは配線基板３に接続された外部端子部４９が取り出されている。放熱用基材２の接続部６には、図８で後述する放熱板５６と固着させるため中心軸３０に対してネジ溝３２が形成されている。

図２−１は、図１における発光部５のチップ周辺部の断面図を示す。ＬＥＤ素子４は、フェイスダウンのフリップチップであり、電極７をはんだボール８を介して配線基板３の電極９にはんだ溶融により接続されている。

はんだボール８は、ＬＥＤ素子４の放熱性，接続信頼性を向上させるため、Ｓｕ−Ａｇなどのはんだボール８の内部に銅コア１０を入れたものを用いている。銅コア１０の形状は、球形に代わり中膨れの円柱形を用いて放熱性の大幅な向上や接続部の歪を低減している。はんだのぬれ性，表面張力をセルフアライメントにより制御し、銅コア１０の接続構造（形成時のバンプ高さ，バンプ寸法など）を適正化している。

配線基板３は、電極９を含む配線パターン層１２とベタ層１３、これらで挟まれた絶縁層１１とで形成され、３次元実装用（後述する折り曲げ構造）に適正化されたフレキシブルな性質をもつ。配線パターン層１２の上には、電極９の近傍に設けた開口部１４をもつレジスト層１５が形成されている。電極９には、ＬＥＤ素子４からのはんだボール８，銅コア１０を介しての熱広がりを考慮し、ベタ層１３に比べて厚い銅箔を用いている。フレキシブル基板としての特性を活かすため、電極９近傍以外の配線パターン層１２を薄い銅箔にする場合もある。電極９のメタライズは、Ｓｎ、或いはＮｉ−Ａｕなどを形成している。ベタ層１３は、配線基板３の強度を補強するため１０〜３０μｍ厚程度の薄い銅箔を用いている。絶縁層１１の強度に問題がない場合は、ベタ層１３を省く場合もある。絶縁層１１は、ＬＥＤ素子４からの発熱量を下方へ流すため高熱伝導性（熱伝導率λ：１.０Ｗ／（Km）以上）のエポキシ系樹脂，アクリル系樹脂を用いて、放熱性を向上させている。レジスト層１５は、はんだブリッジ防止、電極間絶縁信頼性向上などのレジスト機能に加えて、ＬＥＤ素子４の活性面からの光束を反射させるため、高反射率（可視光領域で、約８０％以上）の白色材料（アクリル系樹脂など）を用いている。

ＬＥＤ素子４は、フリップチップにすることで、電極７と反対側の光取り出し面１６の全面に屈折率の高い（約ｎ＝１.７ 以上）材料で微細な凹凸構造１７（円錐，三角錐，四角錐などをナノオーダの一定周期で形成）を形成して、光取り出し効率を向上させている。ＬＥＤ素子４を配線基板３に接続後は、ＬＥＤ素子４と配線基板３との絶縁性，接続信頼性を確保するため、はんだボール８の周辺をアンダーフィル（封止）材１８で充填している。アンダーフィル材１８には、ＬＥＤ素子４の電極７の形成面側へ出射する光束を反射させるため、高反射率の白色材料を用いている。レジスト層１５に高反射率の白色材料を用いる場合には、透明材料（高屈折率で、約ｎ＝１.７ 以上）を用いる場合もある。ＬＥＤ素子４の光取り出し面１６側には、外部への光取り出し効率を向上させるため高屈折率の透明樹脂１９（耐光性に優れたシリコーン系樹脂、ｎ＝１.４〜１.７以上）を用いている。

ＬＥＤ素子４は、フレキシブルな配線基板３に接続されるが、アンダーフィル材１８によりＬＥＤ素子４と配線基板３は低歪み構造で強固に固着される。従って、ＬＥＤ素子４を搭載した配線基板３を前記放熱基材２に粘着シート２０を介して固着する場合、はんだボール８の接続部近傍に加わる変形，歪みに対して信頼度を確保している。

図２−２は、図２−１の変形例であり、ＬＥＤ素子２１を実装した発光部５のチップ周辺部の断面図を示す。ＬＥＤ素子２１は、ワイヤーボンディング方式を用いたフェイスアップ構造である。ＬＥＤ素子２１は配線基板３（１１，１２，１３）の電極２２上にＡｇペースト２３によりダイボンディングされ、活性面２４に形成された電極２５と配線基板３上の電極２６がＡｎワイヤー２７により接続されている。電極２６の接続部のメタライズ２８は、Ｎｉ／Ａｕめっきを各々３〜５μｍｔ／０.５μｍｔ 施してある。

図３は、図２−１の銅コアの変形例であり、図１に示すＬＥＤ素子４を３個実装した発光部５に対するチップ周辺部の断面図を示す。ＬＥＤ素子４は、図２−１に示したフェイスダウンのフリップチップである。電極７をはんだボール８を介して配線基板３の電極９にはんだ溶融により接続されている。図２−１で用いた中膨れの円柱形の銅コア１０に代わり、球形状の銅コア２９を用いている。透明樹脂１９は、ＬＥＤ素子４全体を一定の規模で覆うように一体型で形成され、更にアンダーフィル材１８を兼ねる場合もある。配線基板３のベタ層１３は、放熱用基材２に対して粘着シート２０を介して接続されるが、強度などの問題がなければベタ層１３を取り除くこともできる。

図４−１，図４−２，図４−３は、各々図１のスティック形状をもつ放熱用基材２の構造を示す断面図，上面図，下面図である。放熱用基材２は、中心軸３０に対して、発光部５を形成する４側面３４（＋先端部平坦面３５）の四角形３１（図４−２の上面図）と接続部６を形成するねじ溝３２の円形３３（図４−３の下面図）とを備えた対称構造をもつ。この場合、図１に示す発光部５を４側面３４に分割して形成している。図４−２に示す先端部平坦面３５には、ネジ組込み用の十字溝３６が形成されている。

放熱用基材２は、後述する放熱板５６に対して、伝導及び接触熱抵抗を低減するため、ネジ止めにより固着，密着させて用いる。他の手段として、嵌め込みによる固定固着や、粘着シート，接着剤での接着、更にははんだ，ロウ材による固着を用いる場合もある。放熱用基材２の材料は、高強度で高熱伝導率を有するＣｕ，Ａｌなどの金属を用いているが、セラミックス，ＳｉＣなどの無機材料、軽量化に優れたカーボン−Ａｌ，Ｃｕなどの複合材料、更には放熱用基材２，光源モジュール１の組立性の簡易化からＦｅ，Ｆｅ−Ｎｉ系合金などの磁性材料を用いる場合もある。一方、放熱用基材２と放熱板５６との接触状態を安定化するため、少なくとも放熱用基材２の表面にめっき，塗装を施す、或いは両者の間にグリース，シリコーンゴムを挟み込む場合がある。

図４−２に示すように、放熱用基材２の四角形３１には角部に丸み（Ｒ）を持たせ、粘着シート２０（図１，図３に記載）を用いてフレキシブルな配線基板３を４側面３４（＋先端部平坦面３５）に低歪み構造で密着，固着しやすい形状にしている。粘着シート２０に代わり、高熱伝導率で熱硬化性、或いはＵＶ硬化型の接着剤を用いる場合もある。

図５−１，図５−２は、図４のスティック形状をもつ放熱用基材２の変形例を示す。

図５−１は、図４−１，図４−２，図４−３に対するひとつの変形例である。放熱用基材２が上面図３７，断面図３８，下面図３９からなる構造で、中心軸３０に対して対称な６角形４０の先端部平坦面４１（上面図３７）と６側面４２をもつ。この場合は、図１に示す発光部５を６側面４２（＋先端部平坦面４１）に分割して形成できる。

図５−２は、図５−１に対する変形例である。放熱用基材２は上面図４３，断面図４４，断面図４５（断面図４４の切断面に垂直な面）、及び下面図４６からなる構造をもつ。接続部６には嵌め込み用の突起部４７を中心軸３０の周辺に複数段重ねて形成し、かつ先端部分を嵌め込みし易いように細くしている。放熱用基材２の断面は、嵌め込み時に放熱板５６（図８に記載）に対して平面上での位置を固定し易い矩形形状４８をもち、かつ放熱板５６に組み込んだ時の突起部４７をばね性を利用して固着、密着される構造をもつ。また、接続部６に突起部４７を設けない簡易な構造とする場合は、放熱板５６に形成したネジ穴貫通部８８（図８に記載）に対して接続部６を挿入後、はんだ付け，ロウ付け、或いは高熱伝導性の接着材などにより固着を行う。

図６は、ＬＥＤ素子４を実装した配線基板３で、図１に示す放熱用基材２に対して折り曲げなどで３次元実装をする前の状態を示す平面図である。

配線基板３の平面形状は、図４−１，図４−２，図４−３に示す放熱用基材２の４側面３４と先端部平坦面３５とを覆う５面に、図１に示す外部端子部４９の２面を加えた７面を繋ぎ合せる形で形成されている。４側面３４に対応する配線基板３は、ＬＥＤ素子４を搭載した発光部５を備え、折り曲げ部分で分割される４つの矩形基板５０（５０−１，５０−２，５０−３，５０−４）で形成される。一方、先端部平坦面３５に対応する配線基板３は、図１ではＬＥＤ素子４を搭載せず、反射面や配線のみを有する矩形基板５１で形成されている。後述する輝度均一性を向上させるための外部手段（拡散板に局所的に形成した反射体を設ける）をとる場合、ＬＥＤ素子４を先端部平坦面３５にも形成して光出力，輝度を増加させている。

ＬＥＤ素子４は、矩形基板５０（５０−１，５０−２，５０−３，５０−４）に対して同一のＬＥＤ素子Ｒ６−１，ＬＥＤ素子Ｇ６−２，ＬＥＤ素子Ｂ６−３を各々縦方向に平行配置されている。更に、ＬＥＤ素子４は、図１に示す実装時に対応する中心軸３０の周りの横方向に対しては周期的な繰り返しを連続的に形成するように配置されている。これらにより、図１に示す光源モジュール１を点配置して用いる場合、発光部５からの光取り出しに対して輝度均一性を向上させている。ＬＥＤ素子４のサイズを小チップ化し高密度実装することにより、輝度均一性向上の他に、素子特性の高発光効率化や折り曲げ実装に対する接続部の信頼性向上も加えている。図１に示す折り曲げ構造（３次元実装）に対しては、ＬＥＤ素子４全体を覆う透明樹脂１９を矩形基板５０−１，５０−２，５０−３，５０−４毎に折り曲げ部を除いた破線部の形状５２にすることにより、折り曲げ加工を容易にしている。また、折り曲げ部分に対して、スリット穴の形成や図３に示したレジスト層への開口部形成などを加えて、更に折り曲げ時の歪みを低減する場合もある。

ＬＥＤ素子４との電気的な配線は、外部端子部４９を介して後述するは配線ユニット６９（図８に記載），回路ユニット１０２に接続される。外部端子部４９は、図１に示すように配線基板３を用いた複数個の電極で形成されている。電極は、レジスト層１５で銅箔の配線パターン層１２に開口部を形成した後、銅箔の表面にＳｎめっき，はんだめっき、或いはＮｉ−Ａｕめっきを施している。

図７は、図６に示すＬＥＤ素子４を実装した配線基板３を多数個取りするためのＴＡＢ配線基板５３を用いた場合の製造方法を示す平面図である。

ＴＡＢ配線基板５３での実装面積を有効に活用するため、配線基板３を矢印５４の横方向に並べて出来るだけ無駄なエリアを無くする形状，配置をとっている。ＴＡＢ配線基板５３を用いることにより、矢印５４の方向に配線基板３の形成工程、ＬＥＤ素子４の搭載，接続，封止の工程、そして配線基板３に形成された外部端子部４９などを用いた各種特性検査，選別の工程を連続的に実施している。これにより、低コストな構造，プロセスと同時に、量産性向上，歩留まり向上，スループット向上を同時に実現している。選別工程後のＴＡＢ配線基板５３に対して離けい紙付きの粘着シート２０をベタ層１３側へ張り合せ、切断を経て、図６に示すＬＥＤ素子４を実装した配線基板３を得ている。発光部５を形成する配線基板３は、図１に示すように粘着シート２０を介して放熱用基材２に固着実装される。外部端子部４９，接続部６は、各々後述する光源ユニット５７を構成する放熱板５６に取り付けられる。

（光源ユニット）
次に、上記で説明した光源モジュールを用いた光源ユニット５７について、図８〜図
１１を使って説明する。尚、光源ユニットは、上記光源モジュールに対し導光板及び放熱板を組込んだものであり、ＬＥＤ素子を実装する放熱用基材２を１つ有する単位で表されるものである。

図８は、光源モジュール１に導光板５５と放熱板５６を組込んだ光源ユニット５７の断面図を示す。

導光板５５は、中心軸３０に対して対称構造であり、外形が多角形の平面形状（後述）を有し、アクリル製の透明プラスチック板からなる。導光板５５の中央部には開口穴５８を形成して光源モジュール１を組込み、発光部５から出射する光束５９を開口穴５８の内側面６０に導いている。導光板５５の開口穴５８は凹部形状をもち、発光部５を挿入する側と反対側の面に薄板部６６を備えている。この薄板部６６は、導光板５５の光散乱により発光部５のない先端部平坦面３５近傍からの光取り出しを可能にしている。

入射した光束６１は、導光板５５に設けた光散乱層（反射層）６２で散乱され、導光板５５の光取り出し面６３全体から均一に発光している。この時、光源モジュール１に再入射した光束は高反射率を有する白色のレジスト層１５で反射される。

光散乱層６２は、中心軸３０から離れるに従って、光取り出し面６３に近づく形でテーパ形状６４を備えている。テーパ形状６４は、３段階で直線的に変化し適正化されているが、連続的な曲面形状にする場合もある。更に、光散乱層６２は、導光板５５の内部に形成する場合以外に、光取り出し面６３と反対側の外部裏面６５に形成する場合もある。この場合は、導光板５５全体の厚みを発光部５、或いは中心軸３０から離れるに従ってテーパ形状を持たせて薄くし、光取り出し面６３に対して均一に発光するように外部裏面６５の構造を適正化している。

光源ユニット５７の光取り出し面６３の側には、出射した光６７の均一性を更に向上させるため拡散板６８を配置している。

光源モジュール１は、放熱用基材２の接続部６に形成されたネジ溝３２で放熱板５６に設けたネジ穴貫通部８８に対して締め付けて固着されている。更に、光源モジュール１の外部端子部４９は、粘着シート２０を介して放熱板５６に固着されている。光源モジュール１で発生した発熱量は、高熱伝導率を有する放熱用基材２を介して放熱板５６に拡がり、外部環境に放熱される。

外部端子部４９は、ＬＥＤ素子４を駆動するための回路ユニット（後述）と電気的に接続するため、配線ユニット６９を用いてはんだ付け部７０で接続されている。

光源ユニット５７の組立てプロセスは、以下のようになる。
（１）光源モジュール１を放熱板５６に対して接続部６及び外部端子部４９を固着した後、外部端子部４９に配線ユニット６９を接続する。光源モジュール１を多数個用いる場合は、各々特性検査により選別して組込むことが出来る。また、複数個の光源モジュール１に配線ユニット６９を接続した段階で、特性検査，選別を実施する場合もある。
（２）（１）の組立てで放熱板５６上に実装した複数個の光源モジュール１に導光板５５を組込む。この時、導光板５５に設けた開口穴５８、特に薄板部６６に光源モジュール１の発光部５を密着させる構造で取り付け、光源ユニット５７の薄型化（２〜５mm程度）を実現させる。導光板５５は、外部裏面６５で局所的に粘着シートなどを用いて放熱板５６、或いは配線ユニット６９に固着される。

図９は、光源ユニット５７の変形例であり、放熱用基材２の４側面３４に形成した発光部５の他に先端部平坦面３５にも発光部７１を形成した光源モジュール７２からなる光源ユニット７３の断面図を示す。光源ユニット７３は、発光部７１を加えることにより、光取り出し面７５側から出射する光量を増加させている。光取り出し面７５からの輝度均一性を確保するため、導光板７４側に配置する拡散板７６の表面に光散乱体（反射体）７７を中心軸３０近傍に局所的に形成している。発光部７１から直接出射する光束７８を減らし、周辺から間接的に出射する光束７９を増加させることで、光取り出し面７５の全面から均一に光を取り出している。

図１０−１は、光源ユニット５７を構成する導光板５５の変形例であり、導光板５５を光散乱層６２を境界面として導光板５５−１，５５−２に２分割した構造をもつ断面図を示す。光散乱層６２は、導光板５５−１，５５−２のどちらか一方の面に形成されている。図８に示す外部端子部４９と接続される配線ユニット６９を配置するための凹部スペース８０が、導光板５５−１の下側の断面垂直方向に形成される。

図１０−２は、図１０−１に示す導光板５５−１の形状を示し、上側が上面図で、下側が上面図Ａ−Ａ線の断面図を示す。導光板５５−１の開口穴８１は図８に示した開口穴５８に対応する。光散乱層６２は導光板５５−１の凹部内側面８２に形成されている。このため、導光板５５−１の材質は必ずしも透明なプラスチック材料でなくてもよい。導光板５５−１に高反射率の白色樹脂材料を用いて、光散乱層６２を不要にする場合もある。

図１０−３は、図１０−１に示す導光板５５−２の形状を示し、下側が上面図で、上側が上面図Ｂ−Ｂ線の断面図を示す。導光板５５−２の開口穴８３は図８に示す開口穴５８に対応する。導光板５５−１側に光散乱層６２を設けない場合は、導光板５５−２の導光板５５−１と重なる部分に光散乱層８４を設ける。光源ユニット５７の光取り出し面８７（６３）からの光量を４分割制御する場合は、破線で示す光源モジュール１の４側面３４からの光束８５を切り分けるため、導光板５５−２の内部に破線で示す反射仕切り壁８６を４箇所に設けている。反射仕切り壁８６は、アクリル製の透明なプラスチック材料からなる導光板５５−２に対して、スリット（空隙）を一体成型、或いはレーザ加工などにより形成してもよい。

光源ユニット７３の場合は、４側面３４に形成される発光部５に加えて、先端部平坦面３５に形成される発光部７１をもつため、光取り出し面７５からの光量を５分割制御することが出来ている。

図１１−１は、図１０−３に示す導光板５５−２の変形例で、下側が下面図で、上側が下面図Ｃ−Ｃ線の断面図を示す。下面図において、導光板５５−２の開口穴８９は、円形形状から対称形を維持しながら４箇所で中心軸３０の方向に突き出た構造（凸部構造）９０を備えている。開口穴８９の中央に配置した破線で示す光源モジュール１の発光部５、即ち４側面３４に対して、導光板５５−２の突き出た構造９０を対称構造、かつ近接させる形で形成している。これにより、発光部５から導光板５５−２に入射する光束を、発光部５に実装されたＬＥＤ素子４の位置に依存せずに、中心軸３０の周りに均一化させている。

図１１−２は、図１１−１の導光板５５−２の変形例で、下側が下面図で、上側が下面図Ｄ−Ｄ線の断面図を示す。導光板５５−２の薄板部９１は、中心軸３０上の中央部が最薄部になる円弧形状９２とした構造をもつ。薄板部９１は、光源モジュール１の先端平坦面３５に面しているため、発光部５を備えていない場合には光取り出し面９３からの光量が減少する傾向がある。薄板部９１の厚さを増加させて光量を増加させる場合もあるが、光源ユニット５７の薄型化に反する。そこで、薄板部９１を厚くする代わりに円弧形状９２にすることで導光板５５−２の内部で発生した散乱光を効率よく薄板部９１に入射させ、光取り出し面９３から出る光量を増加させている。これにより、光源ユニット５７の光取り出し面９３全体からの光の均一性を向上させている。

（大型光源ユニット）
次に、上記で説明した光源ユニットを用いた大型光源ユニット９４について、図１２〜図１４を使って説明する。尚、大型光源ユニットは、複数の上記光源ユニット５７により構成され、このためＬＥＤ素子を実装する放熱用基材２を複数有する。

また、大型光源ユニット９４は、複数個の前記した光源ユニット５７を導光板５５の外形形状に合わせて配置し、任意の外形形状を形成する構造を特徴とする。

図１２−１は、大型光源ユニット９４（後述の図１４に記載）に用いる大型導光板９５の平面図を示す。図１２−２は、図１２−１のＥ−Ｅ線断面図を示す。

大型導光板９５は、前記した光源ユニット５７で用いた導光板５５を基本単位とし、外形形状に合わせて縦横に複数個配列した構造をもつ。前記した四角形の導光板５５は、隣接する４辺で切込み部９６を設けて接続され、大型導光板９５として一体化されている。切込み部９６は、大型光源ユニット９４の組立て時、或いは組立て後に、大型導光板９５に発生する変形歪みを緩和することができる。

図１２−３は、図１２−２の変形例であり、断面図を示す。導光板５５の基本単位として、図１０−３に示す導光板５５−２のみを用いて、大型導光板９７を形成した場合を示す。基本単位となる導光板５５−２を接続した大型導光板９７の構造では、切込み部９８を導光板５５−２のテーパ形状６４で兼用して形成することが出来る。光散乱層（反射面）９９は、大型導光板９７を一体成型で形成した後に、裏面に高反射率の白色材料を塗布，蒸着などで一括形成している。

大型導光板９７は、各導光板５５−２間にテーパ形状６４で形成された切込み部９８で接続することにより、光源ユニット５７の光取り出し面６３を一体化してひとつの平坦面形状としている。この時の平坦面は、導光板５５−２がフレキシブル性を備え、かつテーパ形状６４で形成された切込み部９８を介して接続されるため、光源モジュール１と大型導光板９７を支える大型放熱板１００（後述の図１３，図１４に記載）の表面を一定の曲率をもつ円筒面に形成することにより、縦方向、或いは横方向に一定の曲率をもつ円筒面（凹凸面のどちらか一方選択）の形状に形成できる。同様に、導光板５５−２の平面形状を四角形から６角形とすることにより、平坦面から球面（例えば、サッカーボールの表裏面で、凹凸面のどちらか一方選択）の形状にも形成できる。

図１３，図１４は、各々大型光源ユニット９４の断面図，平面図を示す。図１３は、図１４のＦ−Ｆ線断面の一部を示す。

図１３に示すように、前記した大型導光板９５と大型放熱板１００に対して、複数の光源モジュール１を多数個組込んで大型光源ユニット９４を形成している。この大型光源ユニット９４の光取り出し面１０１からは、図８に示した光源モジュール１の発光部５、或いはＬＥＤ素子４を独立駆動で制御することにより、超多分割制御を実現している。

図１４に示すように、前記した光源ユニット５７単体での４分割制御に加えて、光源ユニット５７を縦Ｍ個，横Ｎ個に配列した搭載個数での多分割ＭＮ制御から、４ＭＮの超多分割制御を実現する。光源ユニット５７に代えて図９に示す光源ユニット７３を用いる場合は、５ＭＮの多分割制御となる。光源ユニット５７の発光面は、四角形の４側面３４をもつが、多角形（Ｋ角形）にすることによりＫＭＮ、或いは（Ｋ＋１）・ＭＮの多分割制御もできる。基本的には、光源の点配置構造から光源モジュール１のＬＥＤ素子４と光源ユニット５７の導光板５５に対する構成及び構造に依存している。

図１４に示すように、横方向にＮ個配列した光源ユニット５７（７３）は、上下２本からなる配線ユニット６９−１，６９−２で接続され、大型光源ユニット９４の両側付近に取り付けた回路ユニット１０２−ａ，１０２−ｂの一部に接続されている。これを縦方向にＭ個配置し、大型光源ユニット９４が形成される。この時、回路ユニット１０２−ａ，１０２−ｂは、縦方向にＭ個接続するための配線１０３−ａ，１０３−ｂを用いて接続され、発光部５、或いはＬＥＤ素子４を独立駆動している。

大型光源ユニット９４は、大型導光板９５の外形形状に合わせて更に繰り返し配置することにより、更に任意の大型外形形状を有する構造を特徴とする更に大型の光源ユニットも実現できる。

(液晶表示装置)
次に、上記で説明した大型光源ユニット１０４を用いた液晶表示装置１０５について、図１５を使って説明する。

図１５は、液晶表示装置１０５の断面図を示す。

大型光源ユニット１０４は、ＬＥＤ−ＢＬとして、図９に示す光源ユニット７３を用いることにより５ＭＮ分割制御を実現している。ＭＮ数は、物理的にはパネルサイズに対して形成できる光源ユニット７３の個数で決定され、基本単位の光源ユニット７３を小型高密度実装することにより大幅に増加させることが出来る。

液晶表示装置１０５は、少なくとも液晶パネル１０６，偏向フィルム１０７，拡散板１０８、及び大型光源ユニット１０４で構成され、全体が保護ケース１１１で覆われている。液晶パネル１０６は、両面に偏向フィルム１０７−１，１０７−２が形成され、大型光源ユニット１０４の光取り出し面１０９に対して拡散板（光学フィルム）１０８，偏向フィルム１０７−１を介して接触している。大型光源ユニット１０４の放熱板１１０の外側表面には、面内方向に高熱伝導（カーボン繊維入り）を有する放熱シート１１２を張り付けている。これにより、熱拡がりを増加させて放熱板１１０から外部環境への放熱効率（フィン効率）を向上させている。保護ケース１１１には、開口部１１３を多数個形成して、ケース外部との放熱性を向上させている。

光源モジュール１，光源ユニット７３，大型光源ユニット１０４の薄型構造により、液晶表装置１０５の大幅な薄型化と４ＭＮ、或いは５ＭＮの超多分割エリア制御を同時に実現している。

更に、液晶パネル１０６がフレキシブル性を持つ場合、前記したように大型光源ユニット１０４を円筒面にすることができるため、液晶表示装置１０５の表示面も、同様に円筒面とすることが出来る。球面についても、同様である。

（照明装置）
次に、上記で説明した大型光源ユニット１０４を用いた照明装置１１４について、図１６〜図１８を使って説明する。

図１６は、大型光源ユニット１０４を用いた照明装置１１４の断面図を示す。照明装置１１４は、基本的に大型光源ユニット１０４に拡散板１１５，駆動制御回路１１９，保護ケース１２１を取り付けた構造をもつ。大型光源ユニット１０４では、光源ユニット７３を用いて５ＭＮ分割のエリア制御を実現している。この動作の中で、個々の分割エリアに対して静止パターン、或いは動パターンを形成し、更には種々のコントラスト、色彩などを表示，発光できる照明装置１１４を提供している。光源ユニット７３は、放熱板１２０に対して挿入した側と反対側からネジ１１８で固定，固着されている。放熱板１２０のネジ１１８で止めた側の全面に高熱伝導性シート１１７を張り付けて、放熱板１２０からの放熱特性（フィン効率）を向上させている。

更に、前記したように大型光源ユニット１０４を円筒面にすることにより、照明装置１１４の発光面、表示面においても、同様に円筒面とすることが出来る。球面についても、同様である。

図１７−１，図１７−２、及び図１８は、図１６の変形例であり、各々光源ユニット７３を用いた照明装置１２２，１２３，１２４の平面図を示す。

図１７−１，図１７−２、及び図１８は、光源ユニット７３（或いは５７）の配列，形状に変化を与えて、大型光源ユニット１０４の光取り出し面の平坦面を各々直線形状、額縁形状、及びドーナツ形状に形成した照明装置１２２，１２３，１２４を実現している。

更に、前記したように大型光源ユニット１０４の光取り出し面を円筒面にすることにより、照明装置１２２，１２３，１２４の発光面も、同様に円筒面とすることが出来る。球面についても、同様である。

本発明に係る光源モジュールの断面図を示す。 本発明に係る光源モジュールの発光部の断面図を示す。 図２−１の変形例を示す。 図２−１の変形例を示す。 本発明に係る光源モジュールの放熱用基材の断面図を示す。 本発明に係る光源モジュールの放熱用基材の上面図を示す。 本発明に係る光源モジュールの放熱用基材の下面図を示す。 図４の放熱用基材の変形例で、上面図３７，断面図３８，下面図３９を示す。 図４の放熱用基材２の変形例で、上面図４３，断面図４４，下面図４５を示す。 本発明に係る光源モジュールの配線基板の平面図を示す。 図６の配線基板を製造するＴＡＢ配線基板の平面図を示す。 本発明に係る光源ユニットの断面図を示す。 図８の変形例を示す。 本発明に係る光源ユニットの導光板の断面図を示す。 図１０−１の導光板５５−１の上面図（上側）、及び断面図（下側）を示す。 図１０−１の導光板５５−２の断面図（上側）、及び下面図（下側）を示す。 図１０−３の変形例で、断面図（上側）、及び下面図（下側）を示す。 図１１−１の変形例で、断面図（上側）、及び下面図（下側）を示す。 本発明に係る大型光源ユニットの大型導光板の平面図を示す。 図１２−１のＥ−Ｅ線断面図を示す。 １２−２の変形例を示す。 本発明に係る大型光源ユニットの断面図（図１４のＦ−Ｆ線断面の一部）を示す。 図１３の拡散板を取り除いた場合の平面図を示す。 本発明に係る液晶表示装置の断面図を示す。 本発明に係る照明装置の断面図を示す。 図１６の変形例で、拡散板１１５を取り除いた場合の平面図を示す。 図１６の変形例で、拡散板１１５を取り除いた場合の平面図を示す。 図１６の変形例で、拡散板１１５を取り除いた場合の平面図を示す。

符号の説明

１ 光源モジュール
２ 放熱用基材
３ 配線基板
４ ＬＥＤ素子
５ 発光部
６ 接続部
８ はんだボール
１０ Ｃｕコア
１５ レジスト層
１９ 透明樹脂
２０ 粘着シート
３０ 中心軸
３２ ネジ溝
４９ 外部端子部
５３ ＴＡＢ配線基板
５５ 導光板
５６ 放熱板
５７ 光源ユニット
９４ 大型光源ユニット
９５ 大型導光板
１０５ 液晶表示装置
１１４ 照明装置
１１５ 拡散板

Claims (14)

1. 放熱板と、
   前記放熱板上に突起を形成する複数の放熱用基材と、
   前記複数の放熱用基材の側面および上面に配置される複数のＬＥＤ素子と、
   前記放熱板上に配置され、前記ＬＥＤ素子からの光を前記放熱板の上面へと導く複数の導光板と、
   前記放熱用基材と前記ＬＥＤ素子との間に配置され、かつ、折り曲げ部分を有する配線基板と、
   を有し、
   前記配線基板のうち前記放熱用基板の側面に配置される部分と、該配線基板のうち該放熱用基板の上面に配置される部分とが一体化して形成されており、
   前記配線基板の前記折り曲げ部分は、前記放熱用基板の側面と該放熱用基板の上面との接合部分、ならびに、該放熱用基板の隣り合う側面の接合部分にそれぞれ設けられている、照明装置。
2. 前記放熱用基材は複数の側面を有する角柱形状であり、
   前記放熱用基材の側面および上面のそれぞれに複数のＬＥＤ素子が配置される請求項１に記載の照明装置。
3. 前記複数の導光板それぞれの中央部に、前記放熱用基材が配置される請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記放熱用基材は接続部を有し、
   前記放熱板に対し、前記放熱用基材の接続部が接着、嵌め込み、およびネジ締めのいずれかにより固着される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記複数のＬＥＤ素子を任意の個数ごとに独立に制御する駆動回路を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記複数の導光板のそれぞれは一定の曲率を持つ面を有し、
   前記ＬＥＤ素子からの光取り出し面を前記一定の曲率をもつ面とした請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に配置する液晶層と、前記一対の基板の少なくとも一方に配置され前記液晶層に電界を印加する電極群と、を有する液晶パネルと、
   前記液晶パネルに光を供給する照明装置と、を有し、
   前記照明装置は、
   放熱板と、前記放熱板上に突起を形成する複数の放熱用基材と、前記複数の放熱用基材の側面および上面に配置される複数のＬＥＤ素子と、前記放熱板上に配置され、前記ＬＥＤ素子からの光を前記放熱板の上面へと導く導光板と、前記放熱用基材と前記ＬＥＤ素子との間に配置され、かつ、折り曲げ部分を有する配線基板と、を有し、
   前記配線基板のうち前記放熱用基板の側面に配置される部分と、該配線基板のうち該放熱用基板の上面に配置される部分とが一体化して形成されており、
   前記配線基板の前記折り曲げ部分は、前記放熱用基板の側面と該放熱用基板の上面との接合部分、ならびに、該放熱用基板の隣り合う側面の接合部分にそれぞれ設けられている、液晶表示装置。
8. 前記放熱用基材は複数の側面を有する角柱形状であり、
   前記放熱用基材の側面および上面のそれぞれに複数のＬＥＤ素子が配置される請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記複数の導光板それぞれの中央部に、前記放熱用基材が配置される請求項７または８に記載の液晶表示装置。
10. 前記放熱用基材は接続部を有し、
    前記放熱板に対し、前記放熱用基材の接続部が接着、嵌め込み、およびネジ締めのいずれかにより固着される請求項７ないし９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
11. 前記複数のＬＥＤ素子を任意の個数ごとに独立に制御する駆動回路を有する請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
12. 前記複数の導光板のそれぞれは一定の曲率を持つ面を有し、
    前記ＬＥＤ素子からの光取り出し面を前記一定の曲率をもつ面とした請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
13. 放熱用基材と、
    前記放熱用基材の上面および側面に配置されるＬＥＤ素子と、
    前記放熱用基材と前記ＬＥＤ素子との間に配置されかつ、折り曲げ部分を有する配線基板と、を有し、
    前記放熱用基材は前記ＬＥＤ素子からの発熱を放熱するための接続部を有し、
    前記配線基板のうち前記放熱用基板の側面に配置される部分と、該配線基板のうち該放熱用基板の上面に配置される部分とが一体化して形成されており、
    前記配線基板の前記折り曲げ部分は、前記放熱用基板の側面と該放熱用基板の上面との接合部分、ならびに、該放熱用基板の隣り合う側面の接合部分にそれぞれ設けられている、光源モジュール。
14. 前記放熱用基材は複数の側面を有する角柱形状であり、
    前記放熱用基材の側面および上面のそれぞれに複数の前記ＬＥＤ素子が配置される請求項１３に記載の光源モジュール。

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