JP2018098111A - 面状ライトユニット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源と導光板の間に樹脂を設けても、高い発光効率を得ることができる面状ライトユニットを提供することにある。【解決手段】 本発明の面状ライトユニット１０では、導光板３と半導体発光素子２との間に柔軟性樹脂４を配設している。柔軟性樹脂４は、半導体発光素子２の発光面２ｅの端部２ｆから対応する導光板３の入射面３ｂの端部３ｇに向かう曲面からなる反射形状部４ｃを有している。この反射形状部４ｃは、柔軟性樹脂４の外方に向かう光を導光板３の入射面３ｂの方向に反射する。このため、柔軟性樹脂４から外方に漏れ出す光を導光板３に向かわせることができ、発光効率を高めることができる。【選択図】 図３

Description

本発明は、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器等に使用されている液晶表示装置等を照明する面状ライトユニットに関するものであり、特に、発光効率を高めたものに関する。

光源からの光を導光板の側面から入射し導光板の上面から出射して面状に発光するサイドエッジ型の面状ライトユニットでは、光源であるＬＥＤと導光板との間に透明で弾性を有する樹脂を介在させて、光源から導光板の入射面までの屈折率の変化を抑えながら、ＬＥＤの発光を導光板に入射させることで反射による損失を減らし、発光効率を向上させたものが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１０３１０１号公報

しかしながら、上記面状ライトユニットでは、光源から大きな角度で樹脂に入射する光が樹脂の上下面から外方に漏れ出すことがあった。その結果、発光効率を十分に高くすることができないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点を解決し、光源と導光板の間に樹脂を設けても、高い発光効率を得ることができる面状ライトユニット及びその製造方法を提供することにある。

本発明の面状ライトユニットは、側端に入射面を有し、上面に出射面を有する導光板と、前記入射面の方向に光を照射する半導体発光素子と、前記導光板の入射面と前記半導体発光素子との間に配設された透光性及び柔軟性を有する柔軟性樹脂と、を備えた面状ライトユニットであって、前記柔軟性樹脂は、前記半導体発光素子の発光面の端部から対応する前記導光板の入射面の端部に向かう曲面からなる反射形状部を有し、前記反射形状部は、前記柔軟性樹脂の外方に向かう光を前記導光板の入射面の方向に反射することを特徴とするものである。

この面状ライトユニットにおける前記反射形状部は、前記半導体発光素子の発光面の端部から対応する前記導光板の入射面の端部に向かって外方に膨らむ二次曲面からなる。また、前記導光板の入射面が、前記半導体発光素子の発光面に平行で平坦な面からなるか、あるいは前記導光板の入射面と前記入射面に密着する前記柔軟性樹脂の密着面が、その一方が外方端から中心軸に向かう略Ｖ字状の凸面からなり、他方が外方端から中心軸に向かう略Ｖ字状の凹面からなる。

また、本発明の面状ライトユニットの製造方法は、導光板と、前記導光板の入射面に光を照射する半導体発光素子と、前記導光板の入射面と前記半導体発光素子との間に配設された透光性及び柔軟性を有する柔軟性樹脂とを備えた面状ライトユニットの製造方法であって、前記半導体発光素子の相対する側面方向から型締めして前記半導体発光素子の発光面上に上方に向かって断面が略椀状に広がる空洞からなる柔軟性樹脂形成部を形成する工程と、前記柔軟性樹脂形成部にその上方から樹脂を注入する工程と、前記半導体発光素子の側面外側方向へ型を開いて前記柔軟性樹脂を取り出す工程と、を備える。

本発明の面状ライトユニットでは、導光板と半導体発光素子との間に配設した柔軟性樹脂が、その外方に向かう光を導光板の入射面の方向に反射する反射形状部を有している。このため、柔軟性樹脂から外方に漏れ出す光を導光板に向かわせることができ、発光効率を高めることができる。

また、上記柔軟性樹脂を備えた面状ライトユニットを製造する際、半導体発光素子の相対する側面方向から型締めして発光面上に断面が略椀状に広がる空洞からなる柔軟性樹脂形成部を形成し、そこに樹脂を注入し、側面方向へ型を開いて取り出すことで、反射形状部を有する柔軟性樹脂を簡単に成形することができる。

本発明の一実施形態に係る面状ライトユニットを示す斜視図である。 図１に示す面状ライトユニットの部分切断分解斜視図である。 図１に示す面状ライトユニットの要部断面図である。 （ａ）断面が矩形状をなす柔軟性樹脂と半導体発光素子との密着部分を示す断面図、（ｂ）図３に示す柔軟性樹脂と半導体発光素子との密着部分を示す断面図である。 図１に示す柔軟性樹脂の一部変更例を示す斜視図である。 本発明の面状ライトユニットにおける柔軟性樹脂を形成するときの状態を示す金型の要部断面図である。 図６に示す金型を上方から内部を透視した状態を示す平面図である。 図７に示す金型を開いたときの状態を示す部分切断斜視図である。 （ａ）図３に示す柔軟性樹脂と導光板の密着部分を示す断面図、（ｂ）柔軟性樹脂と導光板の密着部分の一部変更例を示す断面図である。

図１乃至図３に示す面状ライトユニット１０は、パッケージ化した半導体発光素子２と、矩形平板状の導光板３と、半導体発光素子２と導光板３との間に配設され、断面が略椀状をなす長尺状の柔軟性樹脂４とで発光部１を構成している。なお、柔軟性樹脂４は、半導体発光素子２を覆うようにして基板１１に取付けられている。

パッケージ化した半導体発光素子２は、樹脂、金属、セラミック等からなる矩形のモジュール基板２ａと、その表面にダイボンド、ワイヤーボンド、フリップチップ等で実装されたＬＥＤダイ２ｂと、ＬＥＤダイ２ｂを被覆するエポキシ樹脂、シリコン樹脂等の封止樹脂２ｃと、封止樹脂２ｃの周囲を囲う白色枠等の反射性樹脂枠２ｄとから構成されている。なお、本実施形態における半導体発光素子２は、導光板３の入射面３ｂに対応する長さに設定されたフレキシブル回路基板等からなる基板１１に複数個実装されている。

導光板３は、アクリル、ポリカーボネート、シリコン等の透光性樹脂からなり、上面に出射面３ａを有し、側面に入射面３ｂを有している。なお、導光板３は、入射面３ｂの両脇に一対の支持部３ｆを備え、支持部３ｆと入射面３ｂとで凹欠部３ｃが形成される。すなわち、本実施形態の面状ライトユニット１０において、導光板３にはその一方の側端部に横向きの凹欠部３ｃが形成されており、その凹欠部３ｃの底部に入射面３ｂが設けられている。なお、面状ライトユニット１０は、少なくとも導光板３の底面３ｄと、導光板３の左右側面及び入射面３ｂに対向する側面３ｅを覆う反射シート１２を備えている。

柔軟性樹脂４は、シリコン、ウレタン等のエラストマからなり、透光性を有している。また、この柔軟性樹脂４は、半導体発光素子２を破壊しないように、半導体発光素子２と導光板３との間で圧縮されて約半分の丈になった場合にその圧縮応力が１〜２ＭＰａ以下となる柔軟性を有している。例えば、本実施形態における柔軟性樹脂４は０．１〜１ＭＰａ程度のヤング率を有するように柔軟性が設定されている。

さらに、この柔軟性樹脂４は、半導体発光素子２の発光面２ｅとなる封止樹脂２ｃの端面及び導光板３の入射面３ｂにそれぞれ密着する第１の密着面４ａ及び第２の密着面４ｂを有している。この第１及び第２の密着面４ａ，４ｂは、それぞれ半導体発光素子２の発光面２ｅ及び導光板３の入射面３ｂの高さ方向（図中上下方向）いっぱいに密着するように形成されており、第１の密着面４ａより第２の密着面４ｂの方が上下に大きくなるように設定されている。また、柔軟性樹脂４の反射形状部４ｃは、半導体発光素子２の発光面２ｅの端部２ｆから対応する導光板３の入射面３ｂの端部３ｇに向かって、断面の曲線部が外方に膨らんだ楕円、双曲線、放物線等の二次曲線になる。

この反射形状部４ｃは、図４（ｂ）に示すように、柔軟性樹脂４の外方に向かう光を導光板３の入射面３ｂの方向に反射するものである。即ち、図４（ａ）に示すように、導光板３の入射面３ｂから延長したような矩形状の断面からなる柔軟性樹脂１４を用いた場合、半導体発光素子２の近傍では半導体発光素子２からの光が柔軟性樹脂１４の側面１４ｃに内側から小さい入射角で照射され、そのまま直進して柔軟性樹脂１４の側面１４ｃから外方に漏れ出すことになる。本実施形態における柔軟性樹脂４では、図４（ｂ）に示すように、その側面が外方に膨らむ二次曲線からなる反射形状部４ｃで構成されているため、半導体発光素子２の近傍であっても、半導体発光素子２から照射される光が大きい入射角で反射形状部４ｃに照射され、ほぼ全反射されて導光板３の入射面３ｂの方向に向かうことになる。これにより、発光効率を高めることができる。

すなわち、反射形状部４ｃの断面の曲線は以下のようにして決める。半導体発光素子２の発光面２ｅの中心（図４（ｂ）において、発光面２ｅと矢印Ａの交差する点）を原点として、入射面３ｂの端部３ｇから半導体発光素子２の発光面２ｅの端部２ｆまでを微小角度ΔＲで分割する。次に、一の微小角度領域ΔＲｎにおいて、原点を発した光線の入射角が臨界角を超える線分を設定する。各ｎについて線分を設定したら、これらの線分を平行移動し、入射面３ｂの端部３ｇから半導体発光素子２の発光面２ｅの端部２ｆまで接続する。これで得られた折れ線に対し、二次関数で近似して最適な曲線を得る。

本実施形態における面状ライトユニット１０は、柔軟性樹脂４及び半導体発光素子２が取付けられた基板１１並びに導光板３からなる発光部１を、箱型のバックフレーム（下側のケース）１５に納め、導光板３の出射面３ａに対面する部分が開口した箱型のフロントフレーム（上側のケース）１６をバックフレーム１５に被せたものとなっている。また、面状ライトユニット１０では、基板１１をバックフレーム１５の直立する一の壁内面に接着し、導光板３とバックフレーム１５の直立する他の壁内面との間に弾性支持部材１７を介在させることで、発光部１をバックフレーム１５内に固定している。更に、導光板３の出射面３ａの上には、偏光フィルム、拡散フィルム、プリズムシート等からなる光学シート１８が配置されている。このような構成からなる面状ライトユニット１０は、液晶セル等の背面に配置され、面状に発光する光源として使用される。

なお、上記面状ライトユニット１０では、複数の半導体発光素子２に一本の細長い形状の柔軟性樹脂４を密着させたものとなっているが、図５に示すように、椀形をした個々の柔軟性樹脂２４を一つ一つの半導体発光素子２に密着させることも可能である。

次に、上記面状ライトユニット１０における柔軟性樹脂４の形成工程を説明する。半導体発光素子２と柔軟性樹脂４は、柔軟性樹脂４が形成される際に半導体発光素子２に密着することで一体化される。図６乃至図８に示すように、柔軟性樹脂４を形成する際には、金型３０を用いる。この金型３０は、基板１１上に実装された半導体発光素子２の相対する側面方向から型閉めされるものであり、型閉めされると、半導体発光素子２の発光面２ｅとなる封止樹脂２ｃの端面上に、上方に向かって断面が略椀状に広がる空洞からなる柔軟性樹脂形成部３０ａが内部に形成される。

上記のように半導体発光素子２の側面方向から型閉めした後、金型３０の上面に設けられた注入口３０ｂから柔軟性樹脂形成部３０ａ内に樹脂を注入する。その後、半導体発光素子２の側面外側方向（図中の矢印の方向）へ金型３０を開き、柔軟性樹脂４と半導体発光素子２を取り出す。これにより柔軟性樹脂４は、半導体発光素子２に密着した状態で一体化されて形成される。

上記製造方法によれば、本実施形態における柔軟性樹脂４のように、上端部が下端部より幅が大きい形状であっても金型で容易に成形することができる。しかも、柔軟性樹脂４を半導体発光素子２に一体化した状態で成形しているので、柔軟性樹脂４を単体で成形した後、半導体発光素子２に密着させる場合に比べて、精度が良く且つ組み立て易いという利点もある。

一方、図９（ａ）に示すように、前述した導光板３の入射面３ｂは、半導体発光素子２の発光面２ｅとなる封止樹脂２ｃの端面に平行で平坦な面からなり、それらに密着する柔軟性樹脂４の第１の密着面４ａ及び第２の密着面４ｂも互いに並行で平坦な面からなる。この場合、各面の成形及び密着性の確保は容易であり、製造し易いものとなる。また、半導体発光素子２、柔軟性樹脂４及び導光板３の中心軸（光軸）をより合わせ易くするため、図９（ｂ）に示すように、導光板３の入射面３ｂとそれに密着する柔軟性樹脂４の第２の密着面４ｂの一方を外方端から中心軸に向かう略Ｖ字状の凸面で構成し、他方を外方端から中心軸に向かう略Ｖ字状の凹面で構成して嵌合するようにすることもできる。

１ 発光部
２ 半導体発光素子
２ａ モジュール基板
２ｂ ＬＥＤダイ
２ｃ 封止樹脂
２ｄ 反射性樹脂枠
２ｅ 発光面
２ｆ 端部
３ 導光板
３ａ 出射面
３ｂ 入射面
３ｃ 凹欠部
３ｄ 底面
３ｅ 側面
３ｆ 支持部
３ｇ 端部
４，２４ 柔軟性樹脂
４ａ 第１の密着面
４ｂ 第２の密着面
４ｃ 反射形状部
１０ 面状ライトユニット
１１ 基板
１２ 反射シート
１４ 柔軟性樹脂
１４ｃ 側面
１５ バックフレーム
１６ フロントフレーム
１７ 弾性支持部材
１８ 光学シート
３０ 金型
３０ａ 柔軟性樹脂形成部
３０ｂ 注入口

Claims (5)

1. 側端に入射面を有し、上面に出射面を有する導光板と、前記入射面の方向に光を照射する半導体発光素子と、前記導光板の入射面と前記半導体発光素子との間に配設された透光性及び柔軟性を有する柔軟性樹脂と、を備えた面状ライトユニットであって、
   前記柔軟性樹脂は、前記半導体発光素子の発光面の端部から対応する前記導光板の入射面の端部に向かう曲面からなる反射形状部を有し、前記反射形状部は、前記柔軟性樹脂の外方に向かう光を前記導光板の入射面の方向に反射することを特徴とする面状ライトユニット。
2. 前記反射形状部は、前記半導体発光素子の発光面の端部から対応する前記導光板の入射面の端部に向かって外方に膨らむ二次曲面からなる請求項１に記載の面状ライトユニット。
3. 前記導光板の入射面は、前記半導体発光素子の発光面に平行で平坦な面からなる請求項１に記載の面状ライトユニット。
4. 前記導光板の入射面と前記入射面に密着する前記柔軟性樹脂の密着面は、その一方が外方端から中心軸に向かう略Ｖ字状の凸面からなり、他方が外方端から中心軸に向かう略Ｖ字状の凹面からなる請求項１に記載の面状ライトユニット。
5. 導光板と、前記導光板の入射面に光を照射する半導体発光素子と、前記導光板の入射面と前記半導体発光素子との間に配設された透光性及び柔軟性を有する柔軟性樹脂とを備えた面状ライトユニットの製造方法であって、
   前記半導体発光素子の相対する側面方向から型締めして前記半導体発光素子の発光面上に上方に向かって断面が略椀状に広がる空洞からなる柔軟性樹脂形成部を形成する工程と、
   前記柔軟性樹脂形成部にその上方から樹脂を注入する工程と、
   前記半導体発光素子の側面外側方向へ型を開いて前記柔軟性樹脂を取り出す工程と、
   を備えることを特徴とする面状ライトユニットの製造方法。

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