JPH11266035A

JPH11266035A - 光源装置

Info

Publication number: JPH11266035A
Application number: JP10089409A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Okamoto; 重之岡本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 1999-09-28
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JP3639428B2

Abstract

(57)【要約】【課題】略平行光を出射する、高輝度で信頼性の高い
光源装置を提供する。【解決手段】透光性基板１２の一主面には、複数のＬ
ＥＤ素子１４が形成され、透光性基板１２の一主面側に
は、金属板１８が配置される。金属板１８は、ＬＥＤ素
子１４に対応する位置に形成される凹面鏡２２を有し、
透光性基板１４と凹面鏡２２とによって形成される空間
は、透明樹脂１６で充填されている。ＬＥＤ素子１４の
表面側から出射された光は凹面鏡２２によって略平行光
化され、透光性基板１２を透過して出射される。また、
ＬＥＤ素子１４で発生した熱は、透明樹脂１６を介して
金属板１８に伝導され、放熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光源装置に関し、
特にたとえば発光素子を用いた光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示パネルの普及に伴い、光
源のフラット化、平行光化が特に重要となり、従来にお
いて画像表示用光源として一般に用いられてきたハロゲ
ンランプに代わり、ＬＥＤ素子を用いた平面光源が注目
されている。

【０００３】しかし、ＬＥＤ素子を画像表示用光源とし
て実用化するには、輝度の向上と出射光の平行化が課題
となる。ＬＥＤ素子を用いた光源であって平行光を出射
する平行光光源装置として、たとえば、反射鏡を用いた
ものがある（特開平９−９０３５５）。この平行光光源
装置１は、図１２の模式断面図に示すように、基板２
と、ＬＥＤ３と、透明部材４とを備え、ＬＥＤ３は、リ
ードフレーム５と、反射鏡６と、ＬＥＤ素子７と、透明
樹脂８とを備える。ここで、ＬＥＤ３は、リードフレー
ム５によって基板２に接続されている。また、ＬＥＤ３
は、反射鏡６の焦点付近にＬＥＤ素子７を透明樹脂８で
固定したものである。この構造では、ＬＥＤ素子７から
出射された光は、反射鏡６で反射されることによって略
平行光となって透明部材４から出射される。

【０００４】このように、ＬＥＤ素子を用いた従来の平
行光光源装置としては、個別に反射鏡等を含むＬＥＤ
を、基板等に並列して配置することにより、平行光光源
装置とするものがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、出射光の平行光化は達成されるが、実用的に十分
な輝度を得ることが困難であった。すなわち、輝度の向
上にはＬＥＤ素子の実装密度を上げることが必要とされ
るが、上記従来技術では、個別に形成したＬＥＤを並列
して配置することによって平行光光源装置とするため、
ＬＥＤのサイズによって高密度化が制限されてしまうと
いう問題があった。たとえば、図１２の平行光光源装置
１では、ＬＥＤ３のサイズがリードフレーム５や反射鏡
６等の加工限界等によって制限されるため、ＬＥＤ３の
サイズを一定限度以上に小さくすることができず、ＬＥ
Ｄ素子７の実装密度を上げることができなかった。従っ
て、従来技術では、ＬＥＤを用いた平行光光源装置にお
いて、十分な輝度を得ることが困難であるという問題が
あった。

【０００６】一方、ＬＥＤ素子の発熱は、ハロゲンラン
プ等に比べて低いため、ＬＥＤ素子の実装密度が低い場
合は大きな問題とならないが、実装密度を高くする場合
には、ＬＥＤ素子の発熱が大きくなり、ＬＥＤ素子の発
光強度や寿命が低下してしまう。

【０００７】従って、ＬＥＤ素子の実装密度を高くする
ことによって、光源の輝度を向上させる場合には、同時
にＬＥＤ素子の発熱を効果的に放熱することが出来なけ
れば、光源の輝度および信頼性が低下するという問題が
あった。

【０００８】そのため、この発明の主たる目的は、略平
行光を出射する、高輝度で信頼性の高い光源装置を提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の光源装置は、発光素子を用いた光
源装置であって、透光性基板と、透光性基板の一主面に
配置された複数の発光素子と、透光性基板の一主面側に
配置され、発光素子から出射される光を略平行光化する
第１平行光化手段と、透光性基板の一主面側に配置さ
れ、発光素子から発生する熱を放熱する放熱手段とを備
えることを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の光源装置は、請求項１に
記載の光源装置において、放熱手段が、発光素子のそれ
ぞれに対応する位置に形成された凹面鏡を有する金属板
を備え、第１平行光化手段が凹面鏡であることを特徴と
する。

【００１１】請求項３に記載の光源装置は、請求項１に
記載の光源装置において、放熱手段が、成形樹脂と成形
樹脂の一部に形成された放熱板とを備え、成形樹脂は、
発光素子のそれぞれに対応する位置に凹部を備え、第１
平行光化手段が、凹部上に形成された凹面鏡であること
を特徴とする。

【００１２】請求項４に記載の光源装置は、請求項１な
いし３のいずれかに記載の光源装置において、透光性基
板と凹面鏡とによって形成される空間が、透明樹脂によ
って充填されていることを特徴とする。

【００１３】請求項５に記載の光源装置は、請求項２に
記載の光源装置において、透光性基板と凹面鏡とによっ
て形成される空間が、透明樹脂によって充填されてお
り、金属板が、すべての凹面鏡を一括して包囲するよう
に形成された溝を備えることを特徴とする。

【００１４】請求項６に記載の光源装置は、請求項３に
記載の光源装置において、透光性基板と凹面鏡とによっ
て形成される空間が、透明樹脂によって充填されてお
り、成形樹脂が、すべての凹面鏡を一括して包囲するよ
うに形成された溝を備えることを特徴とする。

【００１５】請求項７に記載の光源装置は、請求項１な
いし６のいずれかに記載の光源装置において、透光性基
板の他主面に複数の発光素子をさらに備え、複数の発光
素子がそれぞれ略半球状の透明樹脂でモールドされてい
ることを特徴とする。

【００１６】請求項８に記載の光源装置は、請求項１な
いし６のいずれかに記載の光源装置において、透光性基
板の他主面側に、出射光を集光するためのマイクロレン
ズアレイをさらに含むことを特徴とする。

【００１７】請求項９に記載の光源装置は、請求項１な
いし６のいずれかに記載の光源装置において、透光性基
板の他主面側に、出射光を略平行光化するための第２平
行光化手段をさらに含むことを特徴とする。

【００１８】請求項１０に記載の光源装置は、請求項９
に記載の光源装置において、第２平行光化手段は、発光
素子のそれぞれに対応するように配置された複数のフレ
ネルレンズを含むことを特徴とする。

【００１９】請求項１１に記載の光源装置は、請求項９
に記載の光源装置において、第２平行光化手段は、発光
素子のそれぞれに対応するように配置された複数のボー
ルレンズを含むことを特徴とする。

【００２０】請求項１に記載の光源装置では、発光素子
から出射される光が第１平行光化手段によって略平行光
化され、また、発光素子から発生する熱が放熱手段によ
って放熱される。また、透光性基板に直接発光素子が配
置されるため、高密度で発光素子を実装するすることが
できる。従って、請求項１に記載の光源装置では、略平
行光を出射する、高輝度で信頼性の高い光源装置が得ら
れる。

【００２１】請求項２に記載の光源装置では、透光性基
板の一主面上に配置された金属板によって、発光素子で
発生した熱が速やかに放出されるため、透明基板上に高
い密度で発光素子を形成した場合であっても発光素子が
高温になるのを防止することができる。また、発光素子
から出射される光は、金属板が備える凹面鏡によって略
平行光化される。従って、平行光を出射する、高輝度で
信頼性の高い光源装置が得られる。

【００２２】請求項３に記載の光源装置では、透光性基
板の一主面側に配置された成形樹脂と放熱板とによっ
て、発光素子で発生した熱が速やかに放出される。従っ
て、高い密度で発光素子を形成した場合であっても発光
素子が高温になるのを防止することができる。また、発
光素子から出射される光は、成形樹脂の凹部上に形成さ
れた凹面鏡によって略平行光化される。従って、平行光
を出射する、高輝度で信頼性の高い光源装置が得られ
る。

【００２３】請求項４に記載の光源装置では、発光素子
が透明樹脂によって覆われているため、発光素子で発生
した熱が速やかに放熱手段に伝えられる。

【００２４】また、この光源装置では、透明樹脂の屈折
率が空気よりも大きいため、発光素子とその周囲との屈
折率差が小さくなる。従って、発光素子界面での反射が
減少し、より多くの光を発光素子から取り出すことがで
きる。従って、高輝度で信頼性が高い光源装置が得られ
る。

【００２５】請求項５に記載の光源装置では、光源装置
を製造する場合において、発光素子を透明樹脂でモール
ドする際に、透明樹脂材料内の気泡が、金属板の溝を介
して排出される。従って、透明樹脂に気泡が混入するこ
とを防止することができ、気泡での乱反射による輝度の
低下を防止し、気泡による放熱性の低下を防止すること
ができる。

【００２６】請求項６に記載の光源装置では、請求項５
に記載の光源装置と同様に、透明樹脂に気泡が混入する
ことを防止することができる。

【００２７】請求項７に記載の光源装置では、透光性基
板の一主面と他主面の両面に発光素子が配置されるた
め、発光素子の数を略２倍とすることができる。従っ
て、より高い輝度の光源装置が得られる。

【００２８】請求項８に記載の光源装置では、凹面鏡に
よって略平行光化された光は、透光性基板の他主面側
（第１平行光化手段が形成されていない側）に存在する
マイクロレンズによって所定の焦点に収束する。従っ
て、投影型の液晶表示装置用光源として有用である。

【００２９】請求項９に記載の光源装置では、発光素子
から出射された光が、第１平行光化手段と、透光性基板
の他主面側に存在する第２平行光化手段とによって平行
光化される。従って、出射光をより平行光化することが
できる光源装置が得られる。

【００３０】請求項１０に記載の光源装置では、発光素
子から出射された光が、凹面鏡とフレネルレンズとによ
って略平行光化される。

【００３１】請求項１１に記載の光源装置では、発光素
子から出射された光が、凹面鏡とボールレンズとによっ
て略平行光化される。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。

【００３３】この実施の形態は、平行光化手段および放
熱手段として、凹面鏡が形成された金属板を用いる、反
射型の平面光源装置として用いられるものである。

【００３４】図１（ａ）の模式断面図を参照して、この
発明の実施の形態の光源装置１０は、透光性基板１２
と、透光性基板１２に透明樹脂（図示せず）で接着され
た複数のＬＥＤ素子１４と、透明樹脂１６と、金属板１
８とを備える。透明樹脂１６は、透光性基板１２と凹面
鏡２２とによって形成される空間を充填するように形成
されＬＥＤ素子１４を覆っており、たとえば、エポキシ
樹脂からなる。

【００３５】ここで、透光性基板１２は、ガラス等の透
明絶縁体からなり、ＬＥＤ素子１４が接着された透光性
基板１２の一主面には、ＬＥＤ素子１４を駆動するため
の電気回路２４ａおよび２４ｂ（図１（ｂ）参照）が形
成されている。そして、電気回路２４ａおよび２４ｂと
ＬＥＤ素子１４とはワイヤ２０によって電気的に接続さ
れている。

【００３６】ＬＥＤ素子１４には、目的に合わせて赤色
ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ等が用いられる。ま
た、ＬＥＤ素子１４の構造はいかなるものでも良いが、
この実施形態で説明するＬＥＤ素子１４は、ｐ側電極お
よびｎ側電極をともにＬＥＤ素子１４の表面側（ワイヤ
２０が接続されている側）に有し、基板としてサファイ
ア等の透明基板を用いたものである。従って、ＬＥＤ素
子１４からは全方位に光が出射される。

【００３７】金属板１８は、ＬＥＤ素子１４に対応する
部分に凹面鏡２２を有する。なお、ＬＥＤ素子１４で発
生した熱を速やかに放熱するため、金属板１８には熱伝
導性の良いアルミニウムや銅等を用いることが望まし
い。

【００３８】凹面鏡２２は、たとえば、その焦点がＬＥ
Ｄ素子１４に位置するように放物面形状に形成される。

【００３９】なお、一般的に、点光源から出射されたす
べての光を凹面鏡で平行光化する場合は、凹面鏡の焦点
が点光源に位置するように凹面鏡を配置すればよいが、
ＬＥＤ素子１４は面発光素子であるため、すべての光を
平行光化することは不可能である。そこで、凹面鏡２２
の形状は、面発光によって発光し配光特性を有するＬＥ
Ｄ素子１４の特性を考慮して形成することが好ましい。
たとえば、凹面鏡２２として、複数の微小な凹面鏡を放
物曲面上に配置したものを用いても良い。この場合、微
小な凹面鏡のそれぞれの焦点を最適化することによっ
て、出射光の平行光化をより促進することが可能であ
る。

【００４０】光源装置１０の平面図を図１（ｂ）に示
す。図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１４は、凹面
鏡２２の曲面底部の法線上に位置している。

【００４１】ここで、ＬＥＤ素子１４の大きさは、たと
えば０．３ｍｍ角であり、隣接するＬＥＤ素子１４との
距離は、たとえば２．５ｍｍである。

【００４２】図２を参照して、光源装置１０の製造方法
の一例を説明する。

【００４３】まず、図２（ａ）に示すように、透光性基
板１２にＬＥＤ素子１４の裏面側（ワイヤ２０が接続さ
れていない側）を透明樹脂で接着し、透光性基板上１２
上の電気回路２４ａおよび２４ｂ（図１（ｂ）参照）と
ＬＥＤ素子１４とをワイヤ２０によって電気的に接続す
る。

【００４４】次に、図２（ｂ）に示すように、凹面鏡２
２が形成された金属板１８上に凹面鏡２２を満たすよう
に透明樹脂材料１６ａを滴下した後、金属板１８の上方
から、ＬＥＤ素子１４が接着された透光性基板１２を、
透明樹脂材料１６ａが硬化するまで金属板１８上に固定
する。この際、余分な透明樹脂材料１６ａは、透光性基
板１２と金属板１８の間から流出する。

【００４５】なお、透光性基板１２上に形成される電気
回路２４ａおよび２４ｂと金属板１８とが短絡しないよ
うにする必要があるが、電気回路２４ａおよび２４ｂを
絶縁体でカバーするか、あるいは電気回路２４ａおよび
２４ｂと金属板１８とが密着しないように透光性基板１
２と金属板１８との間にスペーサー等を挟めばよい。

【００４６】すると、図２（ｃ）に示すように、光源装
置１０が形成される。

【００４７】光源装置１０の凹面鏡２２の機能を、図３
に模式的に示す。図３に示すように、ＬＥＤ素子１４の
表面側から出射された光は凹面鏡２２によって反射さ
れ、略平行光となって、透光性基板１２から、ＬＥＤ素
子１４が形成されていない側に出射される。従って、光
源装置１０では、ＬＥＤ素子１４の表面側からの発光を
有効に平行光として利用することができる。

【００４８】また、ＬＥＤ素子１４は、透明樹脂（図示
せず）によって透光性基板１２に接着されているため、
図３に示すように、ＬＥＤ素子１４の裏面側から出射さ
れた光は透光性基板１２を透過して出射される。従っ
て、光源装置１０では、従来利用効率の悪かったＬＥＤ
素子１４の裏面から出射される光も有効に活用すること
ができる。

【００４９】さらに、光源装置１０では、従来のように
樹脂モールドしたＬＥＤを配列するのとは異なり、ＬＥ
Ｄ素子１４を直接透光性基板１２に接着するため、より
高密度にＬＥＤ素子１４を実装することが可能であり、
実装密度の向上による輝度の向上を図ることができる。

【００５０】また、ＬＥＤ素子１４は、透明樹脂１６で
覆われており、空気よりも透明樹脂１６の屈折率の方が
大きいため、ＬＥＤ素子１４とその周囲との屈折率差が
小さくなる。従って、ＬＥＤ素子１４の界面での光の反
射が減少し、ＬＥＤ素子１４から取り出せる光量が大き
くなる。

【００５１】以上のことから、光源装置１０によれば、
従来よりも高輝度の光源装置が得られる。一例として、
光源装置１０において、透明基板１２上に２．５ｍｍ間
隔でＬＥＤ素子１４を配置（縦８列、横１０列で８０個
配置）してＬＥＤ素子１４を発光（駆動電流２０ｍＡ）
させた場合、透光性基板１２の光出射側の面直上中央部
の輝度は、ＬＥＤ素子１４に赤色ＬＥＤ素子を用いた場
合に２２，０００ルクス、緑色ＬＥＤ素子を用いた場合
に１１０，０００ルクス、青色ＬＥＤ素子を用いた場合
に３２，０００ルクスであった。

【００５２】さらに、光源装置１０によれば、ＬＥＤ素
子１４で発生した熱を速やかに放出することができるた
め、高輝度で信頼性の高い光源装置を得ることができ
る。すなわち、ＬＥＤ素子１４で発生した熱は、透明樹
脂１６を介して金属板１８に伝導され、金属板１８から
大気中に放熱されるため、ＬＥＤ素子１４が高熱となる
のを防止することができる。また、金属板１８に放熱フ
ィンや放熱ファン等の放熱促進手段を付加することによ
って、さらにＬＥＤ素子１４の温度上昇を防止すること
が可能である。

【００５３】たとえば、上記実施形態において、金属板
１８に放熱フィンを取り付け、放熱フィンを蓄熱容積を
増すための冷却用溶液に浸漬した場合、透明基板１２上
に２．５ｍｍ間隔でＬＥＤ素子１４を配置（縦８列、横
１０列で８０個配置）して最も消費電力が大きい青色Ｌ
ＥＤ素子を発光（駆動電圧３．８４Ｖ、駆動電流２０ｍ
Ａ）させても、透光性基板１２の表面温度は略６０℃で
冷却用溶液の温度とバランスしてほぼ一定となった。一
方、上記実施形態と異なり、同様の条件でＬＥＤ素子１
４を透光性基板１２上に配置し、放熱手段を形成しない
で（図２（ａ）の状態）発光させた場合では、透光性基
板１２の表面温度は１分以内に１００℃を超えてしま
い、ＬＥＤ素子１４の発光強度および寿命が著しく低下
した。

【００５４】なお、上記実施形態では、平行光化手段お
よび放熱手段として、凹面鏡が形成された金属板を用い
たが、熱伝導率が高い金属やセラミクスに凹部を形成
し、凹部上に光反射率の高い銀やアルミニウム等からな
る金属薄膜を形成して凹面鏡としたものを用いてもよ
い。

【００５５】また、図１に示した光源装置１０は、この
実施の形態の一例を模式的に示したものであり、ＬＥＤ
素子１４の数や配置は目的に合わせて任意に設定するこ
とができる（以下の実施形態において同様である。）。

【００５６】たとえば、図４に縦８列、横１０列のＬＥ
Ｄ素子１４を形成する場合の金属板１８の形状の一例を
示す。図４に示す金属板１８は、ＬＥＤ素子１４に対応
する位置に形成された凹面鏡２２と、すべての凹面鏡２
２を一括して包囲するように形成された溝２６と、透光
性基板１２を３方で支持する透光性基板固定面２８とを
備える。この金属板１８では、透光性基板固定面２８
を、凹面鏡２２が形成されている面よりも高い位置に設
けることによって、透光性基板１２上に形成された電気
回路２４ａおよび２４ｂが金属板１８と接触して短絡す
ることを防止することができる。また、図２（ｂ）に示
した光源装置１０の製造過程において、透光性基板１２
を金属板１８に固定する際に、設計空隙以上に滴下され
た透明樹脂材料１６ａ、および透明樹脂材料１６ａに存
在する気泡を溝２６によって容易に排出することがで
き、透明樹脂１６に気泡が混入することを防止すること
ができる。

【００５７】なお、ＬＥＤ素子１４の配置は、６方位に
隣接するような最密充填配置としてもよい。その場合の
凹面鏡２２の配置は図５のようになり、各凹面鏡２２の
曲面底部の法線上にＬＥＤ素子１４が配置される。

【００５８】図６を参照して、この発明のその他の実施
形態について説明する。

【００５９】この実施の形態の光源装置３０は、図１に
示した光源装置１０と同様の技術的効果を得ることがで
き、かつ、製造が容易なものである。

【００６０】図６（ａ）の模式断面図を参照して、この
実施の形態の光源装置３０は、透光性基板１２と、透光
性基板１２に透明樹脂（図示せず）で接着された複数の
ＬＥＤ素子１４と、透明樹脂１６と、金属薄膜３２と、
成形樹脂３４と、成形樹脂３４の一主面に形成された放
熱板３６とを備える。透光性基板１２には、ＬＥＤ素子
１４を駆動するための電気回路２４ａおよび２４ｂ（図
１（ｂ）参照）が形成されており、ＬＥＤ素子１４と電
気回路はワイヤ２０によって電気的に接続されている。

【００６１】成形樹脂３４は、ＬＥＤ素子１４のそれぞ
れに対応する位置に凹部３８を備える。

【００６２】金属薄膜３２は、アルミニウムや銀等の光
反射率の高い金属からなり、凹部３８上の金属薄膜３２
は凹面鏡４０として機能する。そして、凹面鏡４０の形
状は光源装置１０の凹面鏡２２と同様である。また、透
明樹脂１６は、透光性基板１２と凹面鏡４０とによって
形成される空間を充填するように形成され、ＬＥＤ素子
１４を覆っている。

【００６３】放熱板３６は、熱伝導性の良い金属やセラ
ミクスであればよく、特にアルミニウムや銅等の金属が
好ましい。

【００６４】図６（ｂ）および（ｃ）を参照して、光源
装置３０の製造方法の一例を説明する。

【００６５】まず、図６（ｂ）に示すように、一方主面
に凹部３８を備え、他方主面に放熱板３６が形成された
成形樹脂３４上に、金属薄膜３２を形成する。ここで、
凹部３８は、成形樹脂３４が硬化する際に凸部を有する
型を押圧すること等によって容易に形成することができ
る。また、金属薄膜３２は、蒸着法やメッキ法によっ
て、容易に形成することができる。

【００６６】次に、図６（ｃ）に示すように、凹面鏡４
０を満たすように透明樹脂材料１６ａを金属薄膜３２上
に滴下し、その上方からＬＥＤ素子１４を接着した透光
性基板１２を、透明樹脂材料１６ａが硬化するまで固定
することによって、光源装置３０を形成することができ
る。ここで、ＬＥＤ１４を接着した透光性基板１２は、
図２で説明したものと同様のものであるので、重複する
説明は省略する。

【００６７】光源装置３０では、図１に示した光源装置
１０と同様の技術的効果を得ることができ、かつ、容易
に製造をすることができる。

【００６８】すなわち、光源装置１０では、金属板１８
のうち、凹面鏡２２の部分は金属を加工して形成しなけ
ればならないのに対し、光源装置３０では、凹面鏡４０
は凹部３８を形成した成形樹脂３４上に金属薄膜３２を
蒸着あるいはメッキ等することによって容易に形成でき
る。従って、生産性を向上させ、製造コストを低下させ
ることができる。

【００６９】なお、光源装置３０では、ＬＥＤ素子１４
で発生した熱は、透明樹脂１６および成形樹脂３４を介
して放熱板３６に伝導され、放熱される。従って、成形
樹脂３４の熱伝導性はより高いことが好ましく、成形樹
脂３４に、熱伝導性向上のための金属フィラーやセラミ
クスフィラーを混入することがより好ましい。

【００７０】図７を参照して、この発明のその他の実施
形態について説明する。

【００７１】この実施の形態の光源装置５０は、図１に
示した光源装置１０と同様の技術的効果を得ることがで
き、かつ、製造が容易なものである。

【００７２】図７（ａ）の模式断面図を参照して、光源
装置５０は、透光性基板１２と、透光性基板１２に透明
樹脂（図示せず）で接着された複数のＬＥＤ素子１４
と、透明樹脂１６と、金属薄膜５２と、成形樹脂５４
と、放熱板５６とを備える。

【００７３】透光性基板１２には、ＬＥＤ素子１４を駆
動するための電気回路２４ａおよび２４ｂ（図１（ｂ）
参照）が形成されており、ＬＥＤ素子１４と電気回路２
４ａおよび２４ｂとはワイヤ２０によって電気的に接続
されている。

【００７４】金属薄膜５２は、アルミニウムや銀等の光
反射率の高い金属からなり、透明樹脂１６に面している
部分は凹面鏡５８として機能する。そして、凹面鏡５８
の形状は光源装置１０の凹面鏡２２と同様である。ま
た、透明樹脂１６は、透光性基板１２と凹面鏡５８とに
よって形成される空間を充填するように形成され、ＬＥ
Ｄ素子１４を覆っている。

【００７５】放熱板５６は、凹部５９を有し、熱伝導性
の良い、銅やアルミニウム等の金属やセラミクス等が用
いられる。

【００７６】図７（ｂ）および（ｃ）を参照して、光源
装置５０の製造方法の一例を説明する。

【００７７】まず、図７（ｂ）に示すように、透光性基
板１２に接着されたＬＥＤ素子１４を包むように平凸レ
ンズ状の透明樹脂１６を形成し、さらに透光性基板１２
上および透明樹脂１６上に金属薄膜５２を形成する。こ
こで、ＬＥＤ素子１４を包むように平凸レンズ状の透明
樹脂１６を形成する方法としては、たとえば図２（ｃ）
に示した光源装置１０の製造過程において、透明樹脂１
６が硬化した後に、金属板１８を透光性基板１２および
透明樹脂１６から剥離すればよい。また、金属薄膜５２
は、蒸着法やメッキ法によって容易に形成することがで
きる。

【００７８】その後、図７（ｃ）に示すように、放熱板
５６の凹部５９を満たすように成形樹脂材料５４ａを滴
下し、放熱板５６の上方から図７（ｂ）に示した透光性
基板１２を成形樹脂材料５４ａが硬化するまで固定す
る。

【００７９】このようにして、光源装置５０が得られ
る。

【００８０】図６に示した光源装置３０と同様に、図７
に示した光源装置５０では、図１に示した光源装置１０
と同様の技術的効果を得ることができ、かつ、容易に製
造をすることができる。すなわち、光源装置５０では、
凹面鏡５８を容易に形成することが可能である。

【００８１】なお、光源装置５０においても、光源装置
３０と同様に、成形樹脂５４に熱伝導性向上のための金
属フィラーやセラミクスフィラーを混入することがより
好ましい。

【００８２】図８を参照して、この発明のさらにその他
の実施形態について説明する。

【００８３】この実施形態の光源装置６０は、特に高い
輝度が得られるものである。

【００８４】図８（ａ）の模式断面図を参照して、光源
装置６０は、図１に示した光源装置１０の透光性基板１
２上に、さらに、複数のＬＥＤ素子６２と、ＬＥＤ素子
６２近傍を除く部分に形成されたマスキングパターン６
４と、ＬＥＤ素子６２を覆うように略半球状に形成され
た透明樹脂６６とを備えるものである。ここで、透光性
基板１２のＬＥＤ素子６２が形成された一方主面には、
電気回路（図示せず）が他方主面と同様に形成され（図
１（ｂ）参照）、ＬＥＤ素子６２と電気回路とはワイヤ
６８によって電気的に接続されている。また、ＬＥＤ素
子６２は、透光性基板１２を挟んでＬＥＤ素子１４と対
向する位置に配置されている。

【００８５】光源装置６０を形成する方法としては、た
とえば、まず、図１の光源装置１０を形成した後、透光
性基板１２上に電気回路パターンを形成し（図示せ
ず）、その後、透明樹脂６６を形成する部分を除いて、
透光性基板１２上にマスキングパターン６４を形成す
る。ここで、マスキングパターン６４には、透明樹脂６
６と親和性のない素材を用い、たとえば透明樹脂６６に
エポキシ樹脂を用いた場合は、エポキシ樹脂と親和性の
ないシリコーン系の材料等を用いる。

【００８６】次に、ＬＥＤ素子６２を透光性基板１２を
挟んでＬＥＤ素子１４と対向する位置に透明樹脂（図示
せず）で接着し、ＬＥＤ素子６２と透光性基板１２上の
電気回路とをワイヤ６８によって電気的に接続する。

【００８７】その後、各ＬＥＤ素子６２上に透明樹脂６
６の材料を個別に滴下して硬化させることによって、Ｌ
ＥＤ素子６２を覆うように透明樹脂６６を形成する。こ
こで、マスキングパターン６４には透明樹脂材料と親和
性がない材料が用いられるため、マスキングパターン６
４が透明樹脂材料の流れ出しを防止し、図８（ａ）に示
すような略半球状の透明樹脂６６が形成される。

【００８８】このようにして、光源装置６０が形成され
る。

【００８９】光源装置６０においては、図８（ｂ）に示
すように、ＬＥＤ素子１４の表面側から出射された光は
凹面鏡２２によって略平行光化され、ＬＥＤ素子１４の
裏面側から出射された光は透明樹脂６６によって略平行
光化される。また、ＬＥＤ素子６８の表面側から出射さ
れた光は透明樹脂６６によって略平行光化され、ＬＥＤ
素子６８の裏面側から出射された光は凹面鏡２２によっ
て略平行光化される。

【００９０】この実施の形態の光源装置６０によれば、
透光性基板１２の両面にそれぞれＬＥＤ素子１４および
６２が形成されるため、単位面積あたりのＬＥＤ素子の
実装密度を略２倍とすることが可能であり、高輝度の光
源装置を得ることができる。さらに、ＬＥＤ素子１４お
よび６２によって発生した熱は、透光性基板１２および
透明樹脂１６を介して速やかに金属板１８に伝導され、
放熱されるため、ＬＥＤ素子１４および６２の温度が高
温となるのを避けることができ、高輝度で信頼性の高い
光源装置を得ることができる。

【００９１】なお、上記実施形態では、ＬＥＤ素子６２
を、透光性基板１２を挟んでＬＥＤ素子１４と対向する
位置に形成する場合を示したが、ＬＥＤ素子６２は透光
性基板１２上の任意の位置に形成することができる。

【００９２】また、上記図８（ａ）の実施形態におい
て、ＬＥＤ素子６２を接着せずに、マスキングパターン
６４および透明樹脂６６のみを形成した場合は、ＬＥＤ
素子１４の表面側から出射された光は凹面鏡２２によっ
て略平行光化され、ＬＥＤ素子１４の裏面側から出射さ
れた光は透明樹脂６６によって略平行光化される。従っ
て、光源装置１０と同様の輝度で、かつ、光源装置１０
よりも出射光を平行光化することが可能となる。

【００９３】図９を参照して、この発明の他の実施形態
について説明する。

【００９４】この実施形態の光源装置７０は、出射光の
より高い平行光化を可能とするものである。

【００９５】図９の模式断面図を参照して、光源装置７
０は、図１に示した光源装置１０と、光源装置１０の光
出射側に配置したフレネルレンズアレイ７２とを備え、
フレネルレンズアレイ７２には、ＬＥＤ素子１４の鉛直
線上にその中心位置を有するフレネルレンズ７４が、各
ＬＥＤ素子１４に対応して形成されている。

【００９６】図１に示した光源装置１０では、高輝度で
信頼性の高い光源装置が得られるが、ＬＥＤ素子１４
が、面発光素子であることから、凹面鏡２２のみによっ
てＬＥＤ素子１４から出射される光をすべて平行化する
ことは困難である。また、ＬＥＤ素子１４の裏面から出
射される光は、平行化されずに出射される。一方、図９
に示した光源装置７０では、凹面鏡２２とフレネルレン
ズ７４とを組み合わせることによって、出射光をより平
行光化することができる。

【００９７】従って、光源装置７０によれば、光源装置
１０と同様に高輝度で信頼性が高く、さらに、出射光を
より平行光化できる光源装置が得られる。

【００９８】図１０を参照して、この発明のその他の実
施形態について説明する。

【００９９】この実施形態の光源装置８０は、出射光の
より高い平行光化を可能とするものである。

【０１００】図１０（ａ）の模式断面図を参照して、光
源装置８０は、図１に示した光源装置１０と光源装置１
０の光出射側に配置されたボールレンズアレイ８２とを
備え、ボールレンズアレイ８２はボールレンズ８４を支
持枠８６によって固定したものである。ここで、光源装
置８０においては、金属板１８の凹面鏡２２は、略半球
状に形成されている。また、ボールレンズ８４は、その
焦点がＬＥＤ素子１４の近傍に位置するように、支持枠
８６でＬＥＤ素子１４の鉛直線上に固定されている。

【０１０１】この光源装置８０の機能を、図１０（ｂ）
に模式的に示す。

【０１０２】図１０（ｂ）に示すように、光源装置８０
では、ＬＥＤ素子１４の表面側から出射された光は、凹
面鏡２２によって反射され、ＬＥＤ素子１４近傍を通過
してボールレンズ８４に入射するため、略平行光化され
る。また、ＬＥＤ素子１４の裏面側から出射された光も
ボールレンズ８４によって略平行光化されて出射され
る。

【０１０３】従って、光源装置８０によれば、高輝度で
信頼性が高く、さらに、出射光の平行度が高い光源装置
が得られる。

【０１０４】なお、上記実施の形態では、ボールレンズ
を用いる場合を示したが、ボールレンズの代わりにその
他のレンズ、たとえば平凸レンズ等を用いてもよい。

【０１０５】図１１を参照して、この発明のさらにその
他の実施形態について説明する。

【０１０６】この実施形態の光源装置９０は、特に投影
型の液晶表示装置用光源として有用なものである。

【０１０７】図１１（ａ）の模式断面図を参照して、光
源装置９０は、図１に示した光源装置１０と光源装置１
０の光出射側に配置されたマイクロレンズアレイ９２と
を備え、マイクロレンズアレイ９２は、透光性基板９４
と透光性基板９４の一主面に形成された複数のマイクロ
レンズ９６とを備える。

【０１０８】図１１（ｂ）を参照して、この光源装置９
０の機能を説明する。

【０１０９】液晶表示パネルは平面型の画像表示装置と
して有用であるが、図１１（ｂ）に示すように、液晶表
示パネル９８は、画素１００の部分とブラックマトリク
ス１０２の部分とからなり、ブラックマトリクス１０２
の部分は画像表示に寄与しない。従って、ブラックマト
リクス１０２に入射した光は無駄な光となってしまうと
いう問題があった。

【０１１０】一方、この光源装置９０では、光源装置１
０から出射された略平行光は、マイクロレンズ９６によ
って焦点Ａに収束する。従って、光源装置９０を液晶表
示装置の光源として用いる場合、図１１（ｂ）に示すよ
うに、液晶表示パネル９８を焦点Ａの位置に配置するこ
とによって、光源装置１０から出射された略平行光が、
マイクロレンズ９６によって画素１００の部分に収束す
るため、ブラックマトリクス１０２による出射光の損失
を防止することができる。

【０１１１】従って、光源装置９０によれば、投影型の
液晶表示装置用光源として有用な光源装置を得ることが
できる。

【０１１２】なお、上記実施形態によれば、マイクロレ
ンズ９６を透光性基板９４上に形成した場合を示した
が、マイクロレンズ９６を光源装置１０の透光性基板１
２上に形成してもよく、また、液晶表示パネル９８の光
源装置９０側の主面上に形成してもよい。

【０１１３】以上、この発明の実施形態について例を挙
げて説明したが、上記実施形態はこの発明を用いた場合
の一例にすぎず、この発明は上記実施形態に限定される
ものではない。

【０１１４】たとえば、光源装置６０、７０、８０、お
よび９０の実施形態の説明では、それぞれが光源装置１
０を備える場合について説明したが、光源装置１０の代
わりに光源装置３０または５０を用いてもよいことはい
うまでもない。

【０１１５】また、上記実施形態では、透明基板と凹面
鏡によって形成される空間が透明樹脂で充填されている
場合を示したが、この透明樹脂がない場合であってもよ
い。この場合、ＬＥＤ素子１４で発生した熱は、透明基
板と凹面鏡とによって形成される空間に存在する気体お
よび透明基板を介して金属板または放熱板に伝導され
る。

【０１１６】さらに、上記実施形態では、ＬＥＤ素子と
して、ｐ側電極およびｎ側電極がともに素子表面側に形
成されているＬＥＤ素子を用いる場合を示したが、いず
れか一方が素子表面側に形成されており、他方がＬＥＤ
素子の裏面側に形成されているＬＥＤ素子を用いてもよ
い。この場合、裏面側電極は透光性基板上に形成された
電気回路に金属ペーストで電気的かつ物理的に接続され
るため、ＬＥＤ素子裏面側からは光が出射しない。従っ
て、この場合には、凹面鏡やフレネルレンズ等の平行光
化手段は、素子表面側からの光のみが最適に平行光化で
きるように形成される。

【０１１７】また、上記実施形態では、発光素子として
ＬＥＤ素子を用いる場合を示したが、その他の発光素子
を用いることも可能である。

【０１１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、発光素子を高密度で実装すること、発光素子から出
射された光を略平行光化すること、および発光素子の温
度上昇を防止することができる。従って、略平行光を出
射する、高輝度で信頼性の高い光源装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す図解図である。

【図２】図１に示した光源装置の製造工程を示す図解図
である。

【図３】凹面鏡の機能を示す図解図である。

【図４】この発明の一実施形態における金属板の形状を
示す図解図である。

【図５】凹面鏡の配置状態の一例を示す図解図である。

【図６】この発明の他の実施形態を示す図解図である。

【図７】この発明のその他の実施形態を示す図解図であ
る。

【図８】この発明のさらにその他の実施形態を示す図解
図である。

【図９】この発明の他の実施形態を示す図解図である。

【図１０】この発明のその他の実施形態を示す図解図で
ある。

【図１１】この発明のさらにその他の実施形態を示す図
解図である。

【図１２】従来の平行光光源装置の構造を示す図解図で
ある。

【符号の説明】

１０、３０、５０、６０、７０、８０、９０光源
装置１２透光性基板１４、６２ＬＥＤ素子１６、６６透明樹脂１８金属板２０、６８ワイヤ２２、４０、５８凹面鏡２６溝３２、５２金属薄膜３４、５４成形樹脂３６、５６放熱板３８、５９凹部６４マスキングパターン７２フレネルレンズアレイ７４フレネルレンズ８２ボールレンズアレイ８４ボールレンズ９２マイクロレンズアレイ９６マイクロレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子を用いた光源装置であって、透光性基板と、前記透光性基板の一主面に配置された複数の前記発光素
子と、前記透光性基板の前記一主面側に配置され、前記発光素
子から出射される光を略平行光化する第１平行光化手段
と、前記透光性基板の前記一主面側に配置され、前記発光素
子から発生する熱を放熱する放熱手段とを備えることを
特徴とする光源装置。
【請求項２】前記放熱手段が、前記発光素子のそれぞ
れに対応する位置に形成される凹面鏡を有する金属板を
含み、前記第１平行光化手段が前記凹面鏡であることを特徴と
する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】前記放熱手段が、成形樹脂と成形樹脂の
一部に形成された放熱板とを備え、前記成形樹脂は前記発光素子のそれぞれに対応する位置
に凹部を備え、前記第１平行光化手段が、前記凹部上に形成された凹面
鏡であることを特徴とする、請求項１に記載の光源装
置。
【請求項４】前記透光性基板と前記凹面鏡とによって
形成される空間が、透明樹脂によって充填されているこ
とを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の
光源装置。
【請求項５】前記透光性基板と前記凹面鏡とによって
形成される空間が、透明樹脂によって充填されており、前記金属板が、すべての前記凹面鏡を一括して包囲する
ように形成された溝を備えることを特徴とする、請求項
２に記載の光源装置。
【請求項６】前記透光性基板と前記凹面鏡とによって
形成される空間が、透明樹脂によって充填されており、前記成形樹脂が、すべての前記凹面鏡を一括して包囲す
るように形成された溝を備えることを特徴とする、請求
項３に記載の光源装置。
【請求項７】前記透光性基板の他主面に複数の発光素
子をさらに備え、前記複数の発光素子がそれぞれ略半球状の透明樹脂でモ
ールドされていることを特徴とする、請求項１ないし６
のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】前記透光性基板の他主面側に、出射光を
集光するためのマイクロレンズアレイをさらに含むこと
を特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の光
源装置。
【請求項９】前記透光性基板の他主面側に、出射光を
略平行光化するための第２平行光化手段をさらに含むこ
とを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の
光源装置。
【請求項１０】前記第２平行光化手段は、前記発光素
子のそれぞれに対応するように配置された複数のフレネ
ルレンズを含むことを特徴とする、請求項９に記載の光
源装置。
【請求項１１】前記第２平行光化手段は、前記発光素
子のそれぞれに対応するように配置された複数のボール
レンズを含むことを特徴とする、請求項９に記載の光源
装置。