JP2008305714A - 光源装置および平面照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の吸収、屈折、反射を低減させ減衰やロスを起さずに有効に利用する。
【解決手段】光源装置２は、半導体発光素子チップ９の４つの側面９ｃの何れかをチップ出射面とし、半導体発光素子チップ９を囲むようにチップ出射面以外の側面を樹脂による囲壁５を設ける。導光板１０は、光源装置２からの光を導く入射端面部８と、光を出射する出射面部１０ｄと、出射面部１０ｄの反対側の反出射面部１０ｅと、これらに接続する側面部８ｃとからなる。入射端面部８とチップ出射面とが対向するように導光板１０と光源装置２とを接触させた状態で入射端面部８と囲壁５との空間に透明樹脂を充填し、半導体発光素子チップ９を封止するとともに透明樹脂で光源装置２と導光板１０とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板１０内に導く。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光素子であるＬＥＤの発光層（活性層）の面方向でなく側面方向を光源装置の出射部（開口部）とするもので、この出射部（開口部）以外の３方の側面に囲壁を設け、導光板の入射端面部と光源装置の出射部（開口部）とを接触するように載置した所に３方の側面内の囲壁の空間に透明樹脂を充填することによって、半導体発光素子（ＬＥＤ）の封止と導光板と光源装置との接着接続を行うものであって、また囲壁をインサートモールド成形後に囲壁の空間に透明樹脂を充填したり、囲壁と透明樹脂の充填とを同時に行って半導体発光素子の封止と導光板と光源装置との接着接続を行うものであって、空気層でのロス（吸収）を無くし効率良く導光板に光を導くことができるとともに空気層による屈折が無く光の偏向や拡散による他への反射や吸収を防止でき、効率良く導光板内に光を導くことができ、そのために、平面照明装置全体の厚さを薄くすることや大きさを小さくすることができるとともに生産性や信頼性の向上を図ることができる光源装置および本光源装置を用いた平面照明装置に関するものである。

従来の光源装置としては、リードフレーム上に設置された発光チップが樹脂モールドで封止されてなるＬＥＤランプを、白色の支持体に形成された貫通孔に挿入して固定されてなるＬＥＤ光源が知られている。

また、従来のバックライト装置としては、複数のＬＥＤを導光板の入射面長手方向に線状かつ不等間隔で配置する構成が知られている。

さらに、従来のバックライト装置として、導光板の下方に備えた基板上にＬＥＤを備えて導光板の表面側の端側面の一部を傾斜面にし、その傾斜面の位置の基板上のＬＥＤからの出射光を導光板裏面部から傾斜面に向け、傾斜面にて反射させ導光板の他方に光を拡散させているものも知られている。
特開２００３−２５８１３７号公報 特開２００２−０７５０３８号公報 特開２００４−０３１０６４号公報

上述した従来の光源装置は、半導体発光素子チップを載置するリードフレームからなり、半導体発光素子チップを載置するリードフレームや半導体発光素子チップを含み光源装置のケースとなる部分を反射性樹脂等でインサートモールド成形し、半導体発光素子チップをダイボンドし、その後ケースの周壁に囲まれた開口部へ透明樹脂等を充填し得ている。このため、光源装置単体として完成されたものであるために、導光板等との接続が機械的に行えても光学的には空気層を備えてしまい、空気層でのロス（吸収）を起して効率を悪くし、空気層での屈折による光の偏向や拡散により反射や吸収をして光の効率に課題があるとともに特に小型の部品等には寸法的な課題がある。

さらに、従来のバックライト装置として、複数のＬＥＤを導光板の入射面長手方向に線状かつ不等間隔で配置する構成では、ＬＥＤと導光板との間に空気層を含んでしまう。このために、空気層でのロス（吸収）を起して効率を悪くし、空気層での屈折による光の偏向や拡散により反射や吸収し光の効率に課題があるとともにバックライト全体の大きさが大きくなってしまう課題がある。

また、従来のバックライト装置として、導光板の下方に備えた基板上にＬＥＤを備えて導光板の表面側の端側面の一部を傾斜面にし、その傾斜面の位置の基板上のＬＥＤからの出射光を導光板裏面部から傾斜面に向け、傾斜面にて反射させ導光板の他方に光を拡散させているものでは、バックライトの厚さ方向が厚くなってしまう課題がある。

（発明の目的）
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、光の効率が良く、平面照明装置の全体の厚さが薄く、また平面照明装置の全体の大きさも小型化できる目的であって、光源装置の基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの単結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかを（一般のＬＥＤの発光層面の側面方向を）チップ出射面とし、このチップ出射面以外の他の側面方向に半導体発光素子チップを囲むように囲壁を設けて光源装置の厚さを薄くするとともに開放されているチップ出射面と導光板の入射端面部とをつき合せた状態で、半導体発光素子チップを３方の囲壁と導光板の入射端面とに囲まれた空間に透明樹脂を充填することにより光源装置と導光板とを接着接続することができるとともに半導体発光素子チップからの出射光を空気層に触れる事無く導光板内に導くことができるために光の吸収、屈折、反射を低減させ減衰やロスを起さずに有効に利用することができる薄型な光源装置および本光源装置を用いた薄型な平面照明装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る光源装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とすることを特徴とする。

請求項１に係る光源装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とするので、チップ上方の出射方向に対する厚さ（基板の垂直方向）を薄くすることができる。

また、請求項２に係る光源装置は、基板上には半導体発光素子チップを囲むようにチップ出射面以外の側面を樹脂により囲壁を設けることを特徴とする。

請求項２に係る光源装置は、基板上には半導体発光素子チップを囲むようにチップ出射面以外の側面を樹脂により囲壁を設けるので、チップ出射面以外の側面方向への出射を遮光することができる。

さらに、請求項３に係る光源装置は、半導体発光素子チップを透明樹脂で充填および封止した上部に反射体または遮光体を設けることを特徴とする。

請求項３に係る光源装置は、半導体発光素子チップを透明樹脂で充填および封止した上部に反射体または遮光体を設けるので、半導体発光素子チップから出射される光を半導体発光素子チップの側面方向に設けたチップ出射面のみから出射することができる。

また、請求項４に係る平面照明装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とし、半導体発光素子チップを囲むようにチップ出射面以外の側面を樹脂により囲壁を設けた光源装置と、
光源装置からの光を導く入射端面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら入射端面部と出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成る導光板とを少なくとも具備し、
入射端面部とチップ出射面とが対向するように導光板と光源装置とを接触させた状態で入射端面部と囲壁との空間に透明樹脂を充填し、半導体発光素子チップを封止するとともに透明樹脂で光源装置と導光板とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板内に導くことを特徴とする。

請求項４に係る平面照明装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とし、半導体発光素子チップを囲むようにチップ出射面以外の側面を樹脂により囲壁を設けた光源装置と、
光源装置からの光を導く入射端面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら入射端面部と出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成る導光板とを少なくとも具備し、
入射端面部とチップ出射面とが対向するように導光板と光源装置とを接触させた状態で入射端面部と囲壁との空間に透明樹脂を充填し、半導体発光素子チップを封止するとともに透明樹脂で光源装置と導光板とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板内に導くので、導光板と光源装置との間に空気層を有し無いで半導体発光素子チップからの出射光を直接導光板内に導くことができる。
また、光源装置と導光板とを接着接続することができる。
さらに、半導体発光素子チップの４つの側面の何れかがチップ出射面であるために光源装置の基板に対して垂直方向である厚さが薄くすることができるので導光板の厚さも薄くすることができる。

さらに、請求項５に係る平面照明装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とした光源装置と、
光源装置からの光を導く入射端面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら入射端面部と出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成る導光板とを少なくとも具備し、
入射端面部とチップ出射面とが対向するように導光板と光源装置とを接触させた状態で半導体発光素子チップを囲むように反射性を有した樹脂によりチップ出射面以外の側面からなる囲壁を設けると同時に囲壁の内側に透明樹脂を充填し、半導体発光素子チップを封止するとともに透明樹脂で光源装置と導光板とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板内に導くことを特徴とする。

請求項５に係る平面照明装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とした光源装置と、
光源装置からの光を導く入射端面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら入射端面部と出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成る導光板とを少なくとも具備し、
入射端面部とチップ出射面とが対向するように導光板と光源装置とを接触させた状態で半導体発光素子チップを囲むように反射性を有した樹脂によりチップ出射面以外の側面からなる囲壁を設けると同時に囲壁の内側に透明樹脂を充填し、半導体発光素子チップを封止するとともに透明樹脂で光源装置と導光板とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板内に導くので、導光板と光源装置との間に空気層を有し無いで半導体発光素子チップからの出射光を直接導光板内に導くことができる。
さらに、半導体発光素子チップの４つの側面の何れかがチップ出射面であるために光源装置の基板に対して垂直方向である厚さが薄くすることができるので導光板の厚さも薄くすることができる。
また、光源装置の半導体発光素子チップの囲壁を設けると同時に透明樹脂で封止をすることができさらに同時に光源装置と導光板とを接着接続することができる。

また、請求項６に係る平面照明装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面をチップ出射面とした光源装置と、
光源装置からの光を導く入射面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成り、出射面部と反出射面部とを貫通する穴状の入射面部を設けた導光板とを少なくとも具備し、
光源装置の基板に導光板を重ねるように光源装置の半導体発光素子チップを穴状の入射面部に挿入し、導光板と光源装置とを接触させた状態で半導体発光素子チップを封止するように穴状部に透明樹脂を充填し、透明樹脂で光源装置と導光板の入射面部とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板内に導くことを特徴とする。

請求項６に係る平面照明装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面をチップ出射面とした光源装置と、
光源装置からの光を導く入射面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成り、出射面部と反出射面部とを貫通する穴状の入射面部を設けた導光板とを少なくとも具備し、
光源装置の基板に導光板を重ねるように光源装置の半導体発光素子チップを穴状の入射面部に挿入し、導光板と光源装置とを接触させた状態で半導体発光素子チップを封止するように穴状部に透明樹脂を充填し、透明樹脂で光源装置と導光板の入射面部とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板内に導くので、光源装置のチップ出射面からの全ての出射光を導光板内に導くことができるとともに導光板と光源装置との間に空気層を有し無いで半導体発光素子チップからの出射光を直接導光板内に導くことができる。
また、半導体発光素子チップの４つの側面がチップ出射面であるために光源装置の基板に対して垂直方向である厚さが薄くすることができるので導光板の厚さも薄くすることができる。
さらに、光源装置の半導体発光素子チップを透明樹脂で封止することと光源装置と導光板とを接着接続することとが同時にできる。

さらに、請求項７に係る平面照明装置は、半導体発光素子チップを透明樹脂で充填および封止した上部に反射体または遮光体を光源装置に設けることを特徴とする。

請求項７に係る平面照明装置は、半導体発光素子チップを透明樹脂で充填および封止した上部に反射体または遮光体を光源装置に設けるので、半導体発光素子チップから出射される光を半導体発光素子チップの側面方向に設けたチップ出射面のみから出射することができる。

また、請求項８に係る平面照明装置は、透明樹脂が、蛍光材を有し半導体発光素子チップからの出射光によって半導体発光素子チップの出射光と同じまたは異なる波長の光を発光することを特徴とする。

請求項８に係る平面照明装置は、透明樹脂が、蛍光材を有し半導体発光素子チップからの出射光によって半導体発光素子チップの出射光と同じまたは異なる波長の光を発光するので、目的とする発光色を得ることができたり、微妙な色のコントロールをすることができる。

以上のように、請求項１に係る光源装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とするので、上方の出射方向に対する厚さ（基板の垂直方向）を薄くすることができる。
そのために、本発明の光源装置を利用する装置全体の厚さ等を薄くすることができ、小型化することができる。

請求項２に係る光源装置は、基板上には半導体発光素子チップを囲むようにチップ出射面以外の側面を樹脂により囲壁を設けるので、チップ出射面以外の側面方向への出射を遮光することができる。
そのために、出射面からの出射光の効率を向上させることができる。

請求項３に係る光源装置は、半導体発光素子チップを透明樹脂で充填および封止した上部に反射体または遮光体を設けるので、半導体発光素子チップから出射される光を半導体発光素子チップの側面方向に設けたチップ出射面のみから出射することができる。
そのために、チップ出射面からの出射光の効率を向上させることができる。

請求項４に係る平面照明装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とし、半導体発光素子チップを囲むようにチップ出射面以外の側面を樹脂により囲壁を設けた光源装置と、
光源装置からの光を導く入射端面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら入射端面部と出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成る導光板とを少なくとも具備し、
入射端面部とチップ出射面とが対向するように導光板と光源装置とを接触させた状態で入射端面部と囲壁との空間に透明樹脂を充填し、半導体発光素子チップを封止するとともに透明樹脂で光源装置と導光板とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板内に導くので、導光板と光源装置との間に空気層を有し無いで半導体発光素子チップからの出射光を直接導光板内に導くことができる。
そのために、空気層でのロス（吸収）を無くし効率良く導光板に導くことができるとともに空気層による屈折が無いので光の偏向や拡散による他への反射や吸収を防止でき、効率良く導光板内に導くことができる。
また、光源装置と導光板とを接着接続することができる。
そのために、小型化することができ、生産性や信頼性が向上することができる。
さらに、半導体発光素子チップの４つの側面の何れかがチップ出射面であるために光源装置の基板に対して垂直方向である厚さが薄くすることができるので導光板の厚さも薄くすることができる。
そのために、平面照明装置全体の厚さを薄くすることや大きさを小さくすることができる。

請求項５に係る平面照明装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とした光源装置と、
光源装置からの光を導く入射端面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら入射端面部と出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成る導光板とを少なくとも具備し、
入射端面部とチップ出射面とが対向するように導光板と光源装置とを接触させた状態で半導体発光素子チップを囲むように反射性を有した樹脂によりチップ出射面以外の側面からなる囲壁を設けると同時に囲壁の内側に透明樹脂を充填し、半導体発光素子チップを封止するとともに透明樹脂で光源装置と導光板とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板内に導くので、導光板と光源装置との間に空気層を有し無いで半導体発光素子チップからの出射光を直接導光板内に導くことができる。
そのために、空気層でのロス（吸収）を無くし効率良く導光板に導くことができるとともに空気層による屈折が無いので光の偏向や拡散による他への反射や吸収を防止でき、効率良く導光板内に導くことができる。
さらに、半導体発光素子チップの４つの側面の何れかがチップ出射面であるために光源装置の基板に対して垂直方向である厚さが薄くすることができるので導光板の厚さも薄くすることができる。
そのために、平面照明装置全体の厚さを薄くすることや大きさを小さくすることができる。
また、光源装置の半導体発光素子チップの囲壁を設けると同時に透明樹脂で封止をすることができさらに同時に光源装置と導光板とを接着接続することができる。
そのために、生産性が向上することができるとともに信頼性の向上および小型化することができる。

請求項６に係る平面照明装置は、基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面方向とした時の半導体発光素子チップの４つの側面をチップ出射面とした光源装置と、
光源装置からの光を導く入射面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成り、出射面部と反出射面部とを貫通する穴状の入射面部を設けた導光板とを少なくとも具備し、
光源装置の基板に導光板を重ねるように光源装置の半導体発光素子チップを穴状の入射面部に挿入し、導光板と光源装置とを接触させた状態で半導体発光素子チップを封止するように穴状部に透明樹脂を充填し、透明樹脂で光源装置と導光板の入射面部とを接着接続し、チップ出射面からの出射光を直接導光板内に導くので、光源装置のチップ出射面からの全ての出射光を導光板内に導くことができるとともに導光板と光源装置との間に空気層を有し無いで半導体発光素子チップからの出射光を直接導光板内に導くことができる。
そのために、空気層でのロス（吸収）を無くし効率良く導光板に導くことができるとともに空気層による屈折が無いので光の偏向や拡散による他への反射や吸収を防止でき、効率良く導光板内に導くことができる。
また、半導体発光素子チップの４つの側面がチップ出射面であるために光源装置の基板に対して垂直方向である厚さが薄くすることができるので導光板の厚さも薄くすることができる。
そのために、平面照明装置全体の厚さを薄くすることや大きさを小さくすることができる。
さらに、光源装置の半導体発光素子チップを透明樹脂で封止することと光源装置と導光板とを接着接続することとが同時にできる。
そのために、生産性が向上することができるとともに信頼性の向上および小型化することができる。

請求項７に係る平面照明装置は、半導体発光素子チップを透明樹脂で充填および封止した上部に反射体または遮光体を光源装置に設けるので、半導体発光素子チップから出射される光を半導体発光素子チップの側面方向に設けたチップ出射面のみから出射することができる。
そのために、チップ出射面からの出射光の効率を向上させることができる。

請求項８に係る平面照明装置は、透明樹脂が、蛍光材を有し半導体発光素子チップからの出射光によって半導体発光素子チップの出射光と同じまたは異なる波長の光を発光するので、目的とする発光色を得ることができたり、微妙な色のコントロールをすることができる。
そのため、少ない部品点数であらゆる波長の出射光を得ることができるとともに小型化にすることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る光源装置を含む平面照明装置の一例を示す分解斜視図、図２は本発明に係る光源装置の一例を示す斜視図、図３（ａ）〜（ｃ）は図２の光源装置の平面図、正面図および側面図、図４は本発明に係る光源装置に用いられる半導体発光素子チップの斜視図、図５（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る光源装置の各例を示す平面図、図６（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る光源装置の各例を示す平面図、図７（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の各例を示す斜視図、図８は本発明に係る平面照明装置の部分拡大断面図である。

なお、本発明は、以下のような導光板および平面照明装置を提供するものである。すなわち、光源装置での半導体発光素子チップを基板上に載置する時、半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、一般には載置の反対側方向を出射面（開口部）とするが、本発明ではこの結晶基板の直角方向（発光層の面方向でなく発光層の側面方向）を側面方向とし、４つの側面の何れかを出射面とするもので、半導体発光素子チップを囲むように出射面以外を樹脂により囲壁を設けたものであって、薄型な光源装置を提供するとともに光源装置の出射面と導光板の入射端面部とをつき合わせ接触させた状態で入射端面部と囲壁との空間に透明樹脂を充填し半導体発光素子チップを封止するとともに透明樹脂で光源装置と導光板とを接着接続し、半導体発光素子チップからの出射光を直接導光板内に導き、薄型で光を最大限に利用した平面照明装置を提供するものである。

また、光源装置に囲壁を設けた時に、導光板の入射端面部と出射面とが対向するように導光板と光源装置とを接触させた状態で半導体発光素子チップを囲むように反射性を有した樹脂により囲壁を設けると同時に囲壁の内側に透明樹脂を充填し、半導体発光素子チップを封止するとともに透明樹脂で光源装置と導光板とを接着接続する平面照明装置を提供している。

さらに、光源装置や半導体発光素子チップを透明樹脂で充填および封止した上部に反射体または遮光体を設けて、外部に漏れなくする光源装置および平面照明装置を提供している。

平面照明装置１は、図１に示すように、ケース１１の中に反射体１３、導光板１０と光源装置２とを接着接続し一体化した光源装置２付の導光板１０と、光源装置２上に載置する遮光体１２から成る構成である。なお、導光板１０と光源装置２とは、導光板１０の入射端面部８と光源装置２の出射部７とを透明樹脂で接着接続した一体化のものである。

導光板１０は、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等で形成される。導光板１０は、図７（ａ）に示すように、光源装置２からの光を導く入射端面部８と、入射端面部８からの光を出射する出射面部１０ｄと、この出射面部１０ｄの反対側に位置する反出射面部１０ｅと、これら出射面部１０ｄと反出射面部１０ｅとに交わる側面部８ｃとから成る。

なお、図示しないが、導光板１０の出射面部１０ｄや反出射面部１０ｅには、光を効率良く外部に出射するように各種の形状をした微細なドットや溝等を設けてある。その際の各種の形状は、微細な円弧状、微細な楕円、微細な多角柱、微細なプリズム、微細な多角錐、多角台形錐等があり、これらの形状の加工を出射面部１０ｄや反出射面部１０ｅに施す。

導光板１０に入射した光は、屈折率γが０≦｜γ｜≦Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）の式を満たす範囲で導光板１０内に進む。例えば一般の導光板１０に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、最大入射角は、入射端面部８の出射面部１０ｄ方向から反出射面部１０ｅ方向への光および反出射面部１０ｅ方向から出射面部１０ｄ方向への光が入射角９０°となり、入射端面部８で屈折する屈折角γはγ＝０〜±４２°程度の範囲内になる。

さらに、屈折角γ＝０〜±４２°の範囲内で導光板１０内に入射した光は、導光板１０と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面において、Ｓｉｎα＝（１／ｎ）の式により臨界角を表わすことができる。例えば一般の導光板１０に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、臨界角αはα＝４２°程度になる。そして、導光板１０の出射面部１０ｄや反出射面部１０ｅに光線を偏向する凸や凹等が無かったり、臨界角αを越えなければ導光板１０内の光は出射面部１０ｄや反出射面部１０ｅで全て全反射しながら入射端面部８の反対方向へ進むことになる。

但し、上記の場合には、導光板１０の厚さが均一で平坦である。図示しないが、導光板１０が楔形状の場合には、楔形状のテーパ（傾斜度）により臨界角αを破りテーパリークを引き起こす。

また、導光板１０の厚さや入射端面部８の厚さは、後に記述する光源装置２の開口部６（出射部７）（囲壁５の壁端５ｃの高さと、両端の壁端５ｃ間の間隔からなる２次平面部分）の厚さと一致する厚さである。

さらに、導光板１０ａは、図７（ｂ）に示すように、入射端面部８に部分的に円弧状の凹部８ａを設けて、実際の光源装置２からの出射光を受光する部分としている。なお、この円弧状の凹部８ａには、後述する図６（ｃ）の光源装置２の基板３の突起状の凸部３ｃと嵌合できるように加工されている。

光源装置２は、図２や図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板３上に半導体発光素子チップ９のエピ基板などの結晶基板９の底部９ｅ側を載置し、結晶基板９の直角方向を側面９ｃ方向とした時の半導体発光素子チップ９の４つの側面９ｃの何れかをチップ出射面９ｃとするように接着剤でダイボンディングする。

また、光源装置２は、基板３上には半導体発光素子チップ９を囲むようにチップ出射面９ｃ以外の側面を樹脂により囲壁５を設ける。

基板３は、ポリイミドフィルム、ＦＲ４フィルム等の薄フィルム材料にエッチングやスパッタリングや印刷や蒸着等によって、配線パターン４や半導体発光素子チップ９の載置パターン等を設ける。なお、基板３の端部には端子パターン４ｂを設けてある。

また、基板３は、変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの絶縁性材料等に配線パターン４や半導体発光素子チップ９の載置パターン等を同様に設けても良い。この時、基板３を光の反射性を良くするとともに遮光性を得るために酸化チタン等の白色粉体を混入させたものを用いても良い。

さらに、基板３は、珪素樹脂、紙エポキシ樹脂、合成繊維布エポキシ樹脂および紙フェノール樹脂等の積層板、ポリカーボネート等からなる板に配線パターン４や半導体発光素子チップ９の載置パターンを施しても良い。

なお、基板３は、図３（ｃ）に示すように、半導体発光素子チップ９や配線パターン４および囲壁５等を設ける表面３ａの部分を延在させて、この部分に導光板１０の入射端面部８，８ａ等が載置され、囲壁５の空間内に充填する透明樹脂１４等によって半導体発光素子チップ９等の封止と同時に導光板１０とを接着接続する。

また、基板３は、図６（ｃ）に示すように、部分的に円弧状の凸部３ｃを有して、導光板１０ａの円弧状の凹部８ａに対応し、嵌合できるようにしたものである。

囲壁５は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、液晶ポリマ樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の材料からなり、半導体発光素子チップ９の厚さより高い高さに設け、２つの壁端５ｃと、側辺部５ｂと、後壁部５ａ等から構成されている。なお、光の反射性を良くするとともに遮光性を得るために酸化チタン等の白色粉体を混入させたものを用いて囲壁５を形成しても良い。

また、囲壁５は、壁端５ｃの高さと、両端の壁端５ｃ間の間隔からなる２次平面部分を出射部７（開口部６）とし、この出射部７が導光板１０の入射端面部８（８ａ）と対向するような位置に設ける。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板３は、導光板１０の入射端面部８を載置する位置（点線ライン）に壁端５ｃが来るようにする。

また、囲壁５は、２つの壁端５ｃから斜めに側辺部５ｂを設け、この側辺部５ｂに真っ直ぐな後壁部５ａを設けて、後壁部５ａから広がりを有した開口部６（出射部７）をした形状や、２つの壁端５ｃを曲線状に結んだ形状や、２つの壁端５ｃから側辺部５ｂを真っ直ぐ設け、側辺部５ｂから角に真っ直ぐな後壁部５ａを設けた形状や、後壁部５ａを２つに折り曲げた形状等とすることができる。

さらに、囲壁５は、２つの壁端５ｃから斜めに２つの側辺部５ｂを設け、側辺部５ｂ同士を接続しても良い。また、囲壁５は、個々の半導体発光素子チップ９を囲まずに、複数の半導体発光素子チップ９を１つの囲壁５で囲んでも良い。

図６（ａ）に示すように、１つの囲壁５に異なる発光色の半導体発光素子チップ９（例えば、白色光を得るために赤色発光９−Ｒ、緑色発光９−Ｇ、青色発光９−Ｂの３種類の発光色の半導体発光素子チップ９）を設けても良い。

さらに、囲壁５は、１つの基板３に各所の形状の囲壁５を設けても良く、また半導体発光素子チップ９自身の載置も１つの側面９ｃを出射部７としたり、半導体発光素子チップ９自身を斜めに載置するような半導体発光素子チップ９ｂの２つの側面９ｃを出射部７としても良い。

また、図６（ｂ）に示すように、光源装置２は、基板３に載置する半導体発光素子チップ９や半導体発光素子チップ９ｂを囲壁５の壁端５ｃが導光板１０の入射端面部８を載置する位置（点線ライン）よりも前方（導光板１０方向）に壁端５ｃが来るようにする。

さらに、図６（ｃ）に示すように、光源装置２は、出射部７方向に基板３に突起状の凸部３ｃを設け、導光板１０ａに設けた入射端面部８の円弧状の凹部８ａに嵌合できるような形状をしている。

また、光源装置２は、図示しないが、インジェクションないしトランスファーモールドによって、半導体発光素子チップ９を載置するリードフレームや回路構成のリードフレーム等のパターン４や囲壁５および基板３に相当する平坦な薄板状部等を一体に樹脂形成しても良い。

さらに、一体化樹脂形成の場合には、基板３部分や囲壁５部分となる部分が完全に鏡面でなくとも良く、微細な凹凸の加工を施して出射部７以外の半導体発光素子チップ９の側面９ｃからの出射光を利用し乱反射光を得ることができるとともに充填する透明樹脂１４との結合（接合）を強度にすることができる。

なお、図示しないリードフレームは、燐青銅材やアルミニウム等の良質の電気伝導性を有し靱性および塑性を有した材料からなり、さらに金鍍金等の貴金属の鍍金や銅鍍金後に金鍍金等の処理をし、露出部や半導体発光素子チップ９を載置し、ダイボンディングするときや、ボンディングワイヤをワイヤーボンド等するときに電気的にリードフレームの表面が酸化しないように防止するとともに電気抵抗を低減させる。

半導体発光素子チップ９は、ＬＥＤやレーザー等から選択し、例えばＬＥＤでは４元素化合物やＩｎＧａＡｌＰ系、ＩｎＧａＡｌＮ系、ＩｎＧａＮ系等の化合物の半導体チップ等からなるサファイア基板等の上層にｎ−窒化物半導体層を設け、その上層に発光層９ｄを設け、さらにその上層にｐ−窒化物半導体層を設けるようにエピタキシー成長させたものからなる。この半導体発光素子チップ９は、図４に示すように、発光層９ｄから四方八方に出射光Ｌを４つの側面９ｃや上面９ａ等から出射している。本例では、エピ基板などの結晶基板の直角方向を側面方向９ｃとした時の半導体発光素子チップ９の４つの側面９ｃの何れかをチップ出射面として用いる。

また、半導体発光素子チップ９は、赤色発光（Ｒ）、青色発光（Ｂ）、緑色発光（Ｇ）等の高輝度発光素子からなり、白色光の場合にはこれら赤色発光（Ｒ）、青色発光（Ｂ）、緑色発光（Ｇ）の３原色を極めて近接して設け、単色の出射光からＲＧＢそれぞれを組み合わせて各種の発光色を出射することができる。

さらに、半導体発光素子チップ９は、無色な透明樹脂１４に無機系の蛍光顔料や有機系の蛍光染料等からなる波長変換材料を混入させた樹脂を充填して半導体発光素子チップ９自身の発光色と、半導体発光素子チップ９により励起し発光した半導体発光素子チップ９と異なる波長の光とを混合させた光を出射させても良い。

そして、平面照明装置１を構成する場合には、図８に示すように、光源装置２の基板３の表面３ａ上に光源装置２の出射部７と導光板１０の入射端面部８とを対向するように載置し、出射部７と入射端面部８とを接触させた状態で入射端面部８と囲壁５との空間に透明樹脂１４を充填し、半導体発光素子チップ９を封止するとともに透明樹脂１４で光源装置２と導光板１０とを接着接続する。

同様に、光源装置２の出射部７と導光板１０ａの入射端面部８の円弧状の凹部８ａとを対向するように載置して出射部７と凹部８ａとを接触させた状態で入射端面部８と囲壁５との空間に透明樹脂１４を充填し、半導体発光素子チップ９を封止するとともに透明樹脂１４で光源装置２と導光板１０とを接着接続する。

透明樹脂１４は、透明なエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等からなり、インジェクションやシリンダ等で入射端面部８と囲壁５との空間に充填し、半導体発光素子チップ９の封止と光源装置２と導光板１０とを接着接続する。

また、透明樹脂１４は、波長変換材（蛍光材）を混入させて充填しても良く、半導体発光素子チップ９からの出射光によって半導体発光素子チップ９の出射光と同じまたは異なる波長の光を発光させて目的とする発光色を得ることができたり、微妙な色のコントロールをすることができる。

そのため、少ない部品点数であらゆる波長の出射光を得ることができるとともに光源装置２を小型化にすることができる。

遮光体１２は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）やアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等の透明なシート状基材の表面等に光を遮る黒色等のインクを印刷や塗布し、表面部と裏面部とにアクリル系の粘着接着剤が塗布されている。また、遮光体１２は、基材が透明でなくても良く（例えば白色）、基材自身を発砲させ光を透過するのを防ぐようにすることができる。さらに、遮光体１２は、光源装置２の上部全体に設けたり、光源装置２の囲壁５を含む囲壁５の上部全体に設ける。

反射体１３は、アルミニウムやステンレス等の金属等の完全反射するような反射性の優れた金属薄板をプレス成型等によって作られる。また、反射体１３は、熱可塑性樹脂に酸化チタンのような白色材料を混入させたものをシート状にしたり、熱可塑性樹脂にアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層したものからなる。さらに、反射体１３は、導光板１０（１０ａ，１０ｂ）の裏面部１０ｅの下方に設けて、導光板１０（１０ａ，１０ｂ）等からの漏れ光を再度導光板１０（１０ａ，１０ｂ）に戻す。

ケース１１は、変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの絶縁性材料等からなり、基板３の代わりに用いるために光の反射性を良くするとともに遮光性を得るために酸化チタン等の白色粉体を混入させたものを用いても良い。

また、ケース１１は、アルミニウムやステンレス等の反射性に優れた金属薄板等でも良く、底部に上記反射体１３を載置したり、反射性の優れた金属薄板で作成した時には上記反射体１３を省いて直接ケース１１を用いても良い。

このように、光源装置２は、ポリイミドフィルム等の薄フィルム材料に設けた各種のパターン等を設けた基板３上に半導体発光素子チップ９のエピ基板などの結晶基板側を載置し、結晶基板の直角方向を側面９ｃ方向とした４つの側面９ｃの何れかをチップ出射面とする出射部７を設けたので、上方の出射方向に対する厚さ（基板の垂直方向）を薄くすることができ、光源装置２を利用する装置全体の厚さ等を薄くすることができ、小型化、重量の軽減化することができる。

また、光源装置２は、基板３上の半導体発光素子チップ９を囲むようにチップ出射面の出射部７以外の側面９ｃを樹脂で囲壁５を設けるので、チップ出射面の出射部７以外の側面９ｃ方向への出射を遮光し、出射部７からの出射光の効率を向上させることができる。

さらに、光源装置２は、半導体発光素子チップ９を透明樹脂１４で充填し、半導体発光素子チップ９等を封止し、さらに上部に反射体１３や遮光体１２等を設けて半導体発光素子チップ９から出射される光を半導体発光素子チップ９の側面９ｃ方向に設けたチップ出射面の出射部７のみから出射し、チップ出射面９ｃからの出射光の効率を向上させることができる。

また、透明樹脂１４等を充填することによって、より強く半導体発光素子チップ９を固定するとともに半導体発光素子チップ９からの出射光を空気層に露出せずに光を減衰することなく出射部７から出射する。

また、平面照明装置１は、上記のように単独に光源装置２を作成した光源装置２の出射部７と導光板１０（１０ａ）の入射端面部８（凹部８ａ）とを対向するようにして載置して出射部７と入射端面部８（凹部８ａ）とを接触させた状態で入射端面部８（凹部８ａ）と囲壁５との空間に透明樹脂１４を充填する方法であるが、入射端面部８（凹部８ａ）とチップ出射面９ｃの出射部７とが対向するように導光板１０（１０ａ）と囲壁５を形成していない光源装置２とを接触させた状態で半導体発光素子チップ９を囲むように反射性や遮光性を有した樹脂によりチップ出射面９ｃ（出射部７）以外の側面９ｃからなる囲壁５を設けると同時に囲壁５の内側に透明樹脂１４を充填し、半導体発光素子チップ９を封止するとともに透明樹脂１４で光源装置２と導光板１０とを接着接続しても良い。なお、この場合には、囲壁５を設ける透明樹脂と囲壁５の内側への透明樹脂の充填と、半導体発光素子チップ９を封止等する透明樹脂の充填をインジェクションやシリンダ等で同時に行う。

このように、平面照明装置１は、光源装置２のチップ出射面９ｃの出射部７と導光板１０（１０ａ）の入射端面部８（凹部８ａ）とが対向するように導光板１０（１０ａ）と光源装置２とを接触させた状態で入射端面部８（凹部８ａ）と囲壁５との空間に透明樹脂１４を充填し、半導体発光素子チップ９を封止するとともに透明樹脂１４で光源装置２と導光板１０（１０ａ）とを接着接続し、チップ出射面９ｃの出射部７からの出射光を直接導光板１０（１０ａ）内に導くので、導光板１０（１０ａ）と光源装置２との間に空気層を有し無いで空気層でのロスとなる屈折が無く、光の偏向や拡散による他への反射や吸収を防止できて効率が良く、光源装置２と導光板１０（１０ａ）とを接着接続することができる。

さらに、同様に光源装置２の作成時に囲壁５を形成せず、基板３上に半導体発光素子チップ９を載置（但し、ダイボンディングやワイヤーボンド処理後）した状態で光源装置２のチップ出射面９ｃの出射部７と導光板１０（１０ａ）の入射端面部８（凹部８ａ）とが対向するように導光板１０（１０ａ）と光源装置２とを接触させた状態で同時に囲壁５の作成と囲壁５の内側への透明樹脂１４の充填とを行い、半導体発光素子チップ９を封止するとともに透明樹脂１４で光源装置２と導光板１０（１０ａ）とを接着接続する方法も上記と同様の作用効果が得られ、この方法では上記に加えて生産性の向上や信頼性の向上を得ることができる。

また、平面照明装置１は、光源装置２に囲壁５を設けずに基板３上に半導体発光素子チップ９を載置（但し、ダイボンディングやワイヤーボンド処理後）した状態の物を図７（ｃ）に示すような出射面部１０ｄと反出射面部１０ｅとを貫通する穴状８ｄの入射面部８ｂを設けた導光板１０ｂに重ねるように貫通する穴状８ｄに挿入する。

さらに、平面照明装置１は、半導体発光素子チップ９を導光板１０ｂの穴状８ｄに挿入し、導光板１０ｂと光源装置２とを接触させた状態で半導体発光素子チップ９を封止するように穴状部８ｄに透明樹脂１４を充填し、透明樹脂１４で光源装置２と導光板１０ｂの入射面部８ｂとを接着接続し、導光板１０ｂと光源装置２との間に空気層が無く、チップ出射面９ｃの出射部７からの出射光を直接導光板１０ｂ内に導き、光源装置２のチップ出射面９ｃからの全ての出射光を導光板１０ｂ内に導くことができ、空気層でのロス（吸収）や空気層による屈折が無く光の偏向や拡散による他への反射を防止でき、効率良く導光板１０ｂ内に導くことができる。

また、半導体発光素子チップ９の４つの側面９ｃ全てが出射部７であるために輝度効率が良く、厚さが薄くできるので導光板の厚さも薄くでき、平面照明装置１全体の厚さを薄くすることや大きさを小さくすることができる。

さらに、光源装置２の半導体発光素子チップ９を透明樹脂１４で封止することと光源装置２と導光板１０ｂとを接着接続することとが同時にでき、生産性を向上することができるとともに信頼性の向上および小型化することができる。

以上のように本発明は、半導体発光素子チップの４方向の側面を利用し、これら側面からの出射光を用いて出射部とし、半導体発光素子チップを囲むように出射部以外を樹脂により囲壁を設けた薄型な光源装置である。

また、上記の半導体発光素子チップの４方向の側面を利用した光源装置と、この光源装置を用いる導光板の入射端面部とを、つき合わせ接触させた状態で入射端面部と囲壁との空間に透明樹脂を充填し半導体発光素子チップを封止するとともに透明樹脂で光源装置と導光板とを接着接続し半導体発光素子チップからの出射光を直接導光板内に導き薄型で光を最大限に利用した平面照明装置である。

小型なモバイル製品のバックライト用光源から、あらゆる小型および薄型の電気製品等の光源などに適し、特に半導体発光素子チップであるため動作温度範囲が広く例えばカーナビ等の使用環境に対しても十分対応することができる光源装置および小型なモバイル製品の平面照明装置を提供することができる。

本発明に係る光源装置を含む平面照明装置の一例を示す分解斜視図である。 本発明に係る光源装置の一例を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ） 図２の光源装置の平面図、正面図および側面図である。 本発明に係る光源装置に用いられる半導体発光素子チップの斜視図である。 （ａ）〜（ｃ） 本発明に係る光源装置の各例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ） 本発明に係る光源装置の各例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ） 本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の各例を示す斜視図である。 本発明に係る平面照明装置の部分拡大断面図である。

符号の説明

１ 平面照明装置
２ 光源装置
３ 基板
３ａ 表面
３ｂ 裏面
３ｃ 凸部
４ 配線パターン
４ｂ 端子パターン
５ 囲壁
５ａ 後壁部
５ｂ 側辺部
５ｃ 壁端
６ 開口部
７ 出射部
８ 入射端面部
８ａ （入射端面部）凹部
８ｂ 入射面部
８ｃ 側面部
８ｄ 穴状
８ｅ 反入射端面部
９，９ｂ 半導体発光素子チップ、結晶基板
９ａ 上面
９ｃ 側面、チップ出射面
９ｄ 発光層
９ｅ 底部
９−Ｒ 赤色発光色ＬＥＤ
９−Ｇ 緑色発光色ＬＥＤ
９−Ｂ 青色発光色ＬＥＤ
１０，１０ａ，１０ｂ 導光板
１０ｄ 出射面部
１０ｅ 反出射面部
１１ ケース
１２ 遮光体
１３ 反射体
１４ 透明樹脂
Ｌ 出射光
α 臨界角
γ 屈折角
ｎ 屈折率

Claims (8)

1. 基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、前記結晶基板の直角方向を側面方向とした時の前記半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とすることを特徴とする光源装置。
2. 前記基板上には、前記半導体発光素子チップを囲むように前記チップ出射面以外の前記側面を樹脂により囲壁を設けることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記半導体発光素子チップを透明樹脂で充填および封止した上部に反射体または遮光体を設けることを特徴とする請求項１又は２記載の光源装置。
4. 基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、前記結晶基板の直角方向を側面方向とした時の前記半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とし、前記半導体発光素子チップを囲むように前記チップ出射面以外の前記側面を樹脂により囲壁を設けた光源装置と、
   前記光源装置からの光を導く入射端面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら入射端面部と出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成る導光板とを少なくとも具備し、
   前記入射端面部と前記チップ出射面とが対向するように前記導光板と前記光源装置とを接触させた状態で前記入射端面部と前記囲壁との空間に透明樹脂を充填し、前記半導体発光素子チップを封止するとともに前記透明樹脂で前記光源装置と前記導光板とを接着接続し、前記チップ出射面からの出射光を直接前記導光板内に導くことを特徴とする平面照明装置。
5. 基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、前記結晶基板の直角方向を側面方向とした時の前記半導体発光素子チップの４つの側面の何れかをチップ出射面とした光源装置と、
   前記光源装置からの光を導く入射端面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら入射端面部と出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成る導光板とを少なくとも具備し、
   前記入射端面部と前記チップ出射面とが対向するように前記導光板と前記光源装置とを接触させた状態で前記半導体発光素子チップを囲むように反射性を有した樹脂により前記チップ出射面以外の前記側面からなる囲壁を設けると同時に前記囲壁の内側に透明樹脂を充填し、前記半導体発光素子チップを封止するとともに前記透明樹脂で前記光源装置と前記導光板とを接着接続し、前記チップ出射面からの出射光を直接前記導光板内に導くことを特徴とする平面照明装置。
6. 基板上に半導体発光素子チップのエピ基板などの結晶基板側を載置し、前記結晶基板の直角方向を側面方向とした時の前記半導体発光素子チップの４つの側面をチップ出射面とした光源装置と、
   前記光源装置からの光を導く入射面部と、光を外部に出射する出射面部と、この出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに接続する側面部とから成り、前記出射面部と前記反出射面部とを貫通する穴状の前記入射面部を設けた導光板とを少なくとも具備し、
   前記光源装置の前記基板に前記導光板を重ねるように前記光源装置の前記半導体発光素子チップを前記穴状の前記入射面部に挿入し、前記導光板と前記光源装置とを接触させた状態で前記半導体発光素子チップを封止するように前記穴状部に透明樹脂を充填し、前記透明樹脂で前記光源装置と前記導光板の前記入射面部とを接着接続し、前記チップ出射面からの出射光を直接前記導光板内に導くことを特徴とする平面照明装置。
7. 前記光源装置は、前記半導体発光素子チップを透明樹脂で充填および封止した上部に反射体または遮光体を設けることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の平面照明装置。
8. 前記透明樹脂は、蛍光材を有し前記半導体発光素子チップからの出射光によって前記半導体発光素子チップの出射光と同じまたは異なる波長の光を発光することを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の平面照明装置。

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