光導波路に挿入成形されている取付構造体を有する光システム

【課題】可能な限り小型かつ費用効率のよいバックライトシステムを提供する。
【解決手段】本発明のバックライトシステムは、第１及び第２主表面と端部表面を有する光導波路（100；160）と、光導波路の端部表面において光導波路に挿入成形されている取付構造体（120；150）と、取付構造体に取り付けられている光学能動素子（126；166）とからなることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光システムに関し、より詳細には、光導波路に挿入成形されている取付構造体を有する光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（LCD）には、可視画像を生成するためにバックライトシステムが必要である。LCD用の例示的なバックライトシステムは、一連の発光ダイオード（LED）を利用して端部が照明される平面的な光導波路である。LEDに加えて、時に、バックライトシステムから発せられる光に対するフィードバック（例えば色彩と輝度）をもたらす光学センサがバックライトシステムに設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
LED及び光学センサは、しばしばバックライトシステムの平面的な光導波路に取り付けられて単一のバックライトコンポーネントを形成する。平面的な光導波路にLED及び/又は光学センサを取り付けて使用する技術は、バックライトシステムの寸法及びコストに直接効果を及ぼす。LCDは、一般に、携帯電話及び携帯情報端末（PDA）のような小型の民生用電子機器において使用されているので、可能な限り小型かつ費用効率のよいバックライトシステムを製造することは重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
LED用のバックライトシステムのようなライトシステムは、光導波路及び、光導波路の端部表面においてともに挿入成形されている取付構造体及び、取付構造体に取り付けられている光学的能動素子（例えばLED及び/又は光学センサ）を含む。光導波路の端部表面において取付構造体及び光導波路をともに挿入成形することによって、バックライトシステムの厚み及び設置面積への影響を最小限にして、光学能動素子を光導波路に効果的に取り付けることができる。
【０００５】
本発明の他の局面及び利点は、本発明の一例を図解する添付の図面と関連する以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、LCD用のバックライトシステムのような光システムに関し、光導波路（100；160）及びこの光導波路の端部表面においてともに挿入成形されている取付構造体（120；150）と、取付構造体に取り付けられている光学能動素子（126；166）（例えばLED及び/又は光学センサ）とを含む。光導波路の端部表面において取付構造体と光導波路をともに挿入成形することによって、バックライトシステムの厚み及び設置面積への影響を最小限にして、光学能動素子を光導波路の端部に効果的に取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
説明全体を通して、同様の参照番号は同様の構成要素を識別する。
【０００８】
図１は光導波路100の斜視図である。光導波路は、第１主表面102及び第２主表面104と、少なくともひとつの端部表面を有する。図１の構造では、端部表面は、上端部106、底端部108、側端部110及び112を含む。概して、この光導波路は、主表面102及び104が端部表面106、108、110、112よりもはるかに大きいので、「平面的な」光導波路と称される。光導波路は、透明な樹脂又はプラスチックのような透明材料から製造されている。例えば光導波路を、射出成形、トランスファー成形、鋳造により形成することができる。
【０００９】
図１に示すように、通常、光114は端部において光導波路100に導入される。本開示の範囲を超える種々の技術が、LCDを背面から照明するのに使用される光導波路の少なくともひとつの主表面から、導入された光を放射させるのに利用できる。
【００１０】
本発明の一実施形態において、取付構造体及び光導波路が、光導波路の端部表面においてともに挿入成形され、光学能動素子が取付構造体に取り付けられている。光導波路の端部表面において取付構造体と光導波路をともに挿入成形することにより、バックライトシステムの厚み及び設置面積への影響を最小限にして、光学能動素子を光導波路の端部に効果的に取り付けることが可能となる。本発明で使用する「光学能動素子」は、光を生成し及び/又は光を検出する素子である。光学能動素子という用語は、LED及び光学センサを明白に含むが、また他の素子も含み得る。
【００１１】
平面的な光導波路に光学センサを取り付ける例示的な技術を、図２Ａ〜４を参照して詳細に説明し、平面的な光導波路にLEDを取り付ける例示的な技術を、図５Ａ〜10を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図２Ａ〜２Ｃは、光導波路の底端部108においてともに挿入成形されている取付構造体120及び光導波路100の種々の図面を示す。図２Ａ〜２Ｃの実施形態において、取付構造体は、光導波路内に挿入成形されている４つの取付位置を含む。この実施形態では、取付位置はハンダ付けに適合する金属製の構造体であるが、他の取付構造体も可能である。図２Ａは、光導波路の正面図であり、取付構造体の４つの取付位置の２つを示す。図２Ａに示すように、取付位置は、挿入成形の結果として、光導波路内に延伸している。図２Ｂは、４つの取付位置の２つを示す光導波路の側端部の図である。再度、取付位置は、挿入成形の結果として、光導波路内に延伸している。図２Ｃは、光導波路の底端部及び取付位置の４つ全てを示す図である。４つの取付位置は光導波路内に挿入成形されているが、４つの取付位置は、光学センサを取り付けるのに利用される露出部分を有する。一実施形態では、取付構造体はまた取付位置に接続されている金属トレースを含み、この金属トレースは、取付位置及び関連する電気的システムの間を電気的に接続する。
【００１３】
図２Ａ〜２Ｃに示すように、取付構造体120が光導波路100に挿入成形されると、光学センサを取付構造体の取付位置122に取り付けることが可能となる。一実施形態では、光学カラーセンサがフリップチップ形式のパッケージに封入される。図３Ａ〜３Ｃは、取付構造体の取付位置に取り付けられているフリップチップパッケージ光学センサ124を示す。フリップチップパッケージ光学センサは、光学センサ126、パッケージ本体128、取付ピン130（例えばハンダバンプ、ハンダパッド）を含む。図３Ａ〜３Ｃの例示では、フリップチップパッケージ光学センサの取付ピンが、取付構造体の取付位置122にハンダ付けされ、フリップチップパッケージ光学センサ124を光導波路に接続している。取付位置はまた、より大きな電気的システムへの電気的な接続を形成するのに利用される。光学的センサは、端部において、この場合には底端部100において光導波路を出る光を検出するように光導波路に関連して配置されている。図３Ａは、取付構造体とフリップチップパッケージ光学センサの間の４つの接続の２つを示す光システムの正面図である。図３Ｂは、取付構造体とフリップチップパッケージ光学センサの間の４つの接続の２つを示す光システムの側面図である。図３Ｃは、取付構造体とフリップチップパッケージ光学センサの間の接続の４つ全てを示す光システムの底面図である。
【００１４】
一実施形態において、複合的な取付構造体は、ストリップ又はリール、マトリックス上のリードフレームとして形成されている。さらにストリップ又はリール、マトリックスの製造技術は、効率的な仕方で、光導波路に同一の取付構造体を挿入成形するのに利用される。挿入成形された光導波路/取付構造体の組み合わせは、さらに個々のアセンブリ及び利用に応じて、互いに分離される。
【００１５】
図４は、ストリップ100上に含まれ、異なる３つの光導波路100A〜100Cに挿入成形されている異なる３つの取付構造体120A〜120Cの例を示す。挿入成形は、取付構造体がストリップに接続される際に実施される。図４の例では、取付構造体は、挿入成形の後に取り除くことが必要となる部分（例えばリードフレーム支持ガイド136）を含むリードフレーム構造体である。図４に示すように、取付構造体が光導波路に挿入成形された後、光導波路/取付構造体の組み合わせは垂直な点線において互いに分離される。図４の実施形態では、分離の後、４つの取付位置を除くリードフレーム構造体の全ての露出箇所及びストリップは取り除かれ、図２Ａ〜２Ｃに示す配列が残される。
【００１６】
取付構造体120の特定の形態を図２Ａ〜４を参照して説明したが、取付構造体の他の形態も可能である。一実施形態では、取付位置122が、通常フリップチップパッケージの入力/出力ピンに適合するように設計され、４つよりも多い、又は少ない取付位置を利用可能であることが理解されなければならない。さらに上記の光学能動素子はカラーセンサであるが、異なる光学能動素子を、同様の技術を利用して、光導波路に取り付けることもできる。
【００１７】
LEDを平面的な光導波路に取り付けるための例示的な技術を、図５Ａ〜10を参照してさらに説明する。図５は、光導波路の端部表面において光導波路に挿入成形される取付構造体150の上面図である。この実施形態では、取付構造体は金属製のシートから形成されている。この形式の構造は、LEDの導電性リードに接続可能な電気的な接続位置を含むので、一般にリードフレームと称される。取付構造体は、反射カップ152を含み、またリードフレーム支持ガイド（図示せず）を含み得る。一実施形態では、反射カップはリードフレーム内にスタンピングにより形成され、リードフレーム支持ガイドはリードフレームの翼部を折り曲げることによって形成される。以下により詳細に開示するように、リードフレーム支持ガイドは、組立の間、ストリップ又はリール、マトリックス構造体にリードフレームを固定する。図５Ｂは、図５Ａからのリードフレーム150の正面図である。正面図は反射カップ152を示している。図５Ｃは、取付構造体の５Ｃ-５Ｃ線に沿った側面の断面を示す図である。図５Ａ〜５Ｃの例示では、反射カップ152は、わずかに伸長する端面158を備えている四半円形である。例示的な反射カップの形態を図５Ａ〜５Ｃを参照して開示するが、他の形態も可能である。さらに取付構造体は反射カップを含まなくともよい。反射カップに加えて、又は反射カップに独立して、他の機能を有する構成要素を取付構造体に含ませることもできる。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、取付構造体150及び光導波路160は、光導波路の端部表面においてともに挿入成形されている。図６Ａは、取付構造体及び光導波路が光導波路160の端部表面162においてともに挿入成形された後の、図５Ａ〜５Ｃからの取付構造体150及び光導波路160の正面図である。図６Ｂは、主表面161及び163を有する平面的な光導波路160に挿入成形された取付構造体150の側面図である。図６Ａ及び６Ｂの実施形態では、光導波路の部分が、取付構造体の周囲に成形され、取付構造体及び光導波路をしっかりと接続する。光導波路と取付構造体を挿入成形する的確な形態は、取付構造体及び光導波路がしっかりと接続される限りにおいて重要ではない。
【００１９】
LEDからの光が端部表面において光導波路に導入されるように、LEDは取付構造体に取り付けられている。好適な実施形態では、LEDは、挿入成形の後、取付構造体に取り付けられるが、挿入成形の前にLEDを取付構造体に取り付けることもできる。取付構造体にLEDを取り付けるのに利用される技術は、ダイ接着パッドにLEDダイを接着し、ワイヤボンディングすることを含む。LEDと取付構造体の間の取付は、物理的及び電気的の両者を含む。取付構造体にLEDを取り付けるのに利用される特定の技術は、LEDが物理的に固定され、電気的に接続される限りにおいて重要ではない。一実施形態では、銀エポキシが取付構造体の反射カップ内に分散され、この銀エポキシ上にLEDが位置決めされている。反射カップが放射された光の幾らかを光導波路の端部表面において光導波路内に方向を変えるように、LEDは反射カップに対して位置決めされている。
【００２０】
図７Ａは、図６Ａからの取付構造体150及び挿入成形された光導波路160の正面図であり、LED 166が反射カップ152において取付構造体に接続されている。図７Ｂは、取付構造体に接続されているLED 166を有する光導波路160の７Ｂ-７Ｂ線に沿った側面の断面を示す図である。図７Ｂに示すように、LEDは導電性エポキシ168により取付構造体に取り付けられている。LEDはまた、ワイヤボンディング170により取付構造体に電気的に接続されている。
【００２１】
LED 166が取付構造体150に取り付けられた後、封止材料が反射カップ内に適用され、LEDが封止される。LEDを封止することにより、LED及び電気的接続が損傷を受けることから保護される。封止材料を、固体内に粘着性材料として施されて硬化する透明エポキシ樹脂のような透明な材料とすることができる。図８Ａは、封止材料172が反射カップ152内に及びLED 166上に適用された後の、図７Ａからのシステムの正面図である。図８Ｂは、システムの８Ｂ-８Ｂ線に沿った側面の断面図であり、反射カップ内及びLED上に適用されている封止材料を示す。図８Ａ及び８Ｂに示すように、LEDは、光導波路、取付構造体、封止材料の間で完全に封止されている。
【００２２】
一実施形態では、発光体封止構造体を、封止材料及び反射カップ領域の上方に位置決めし、光導波路内により多くの光を反射し、光の漏れを防ぐことができる。発光体封止構造体174の例を図９に示す。図９の実施形態では、発光体封止構造体に、光導波路及び不透明な層178に向けて反射されるように反射層176が含まれ、光の漏れが防止される。
【００２３】
図４を参照して上述したように、LED取付用として利用可能な複合的な取付構造体は、ストリップ又はリール、マトリックス上に形成可能である。ストリップ又はリール、マトリックス上に形成された複合的な取付構造体では、ストリップ又はリール、マトリックスの製造技術が、効率的な仕方で、複合的な光導波路/取付構造体の組み合わせを挿入成形するのに利用可能である。
【００２４】
図10は、ストリップ134上に含まれ、異なる３つの光導波路160A〜160Cに挿入成形されている異なる３つの独立した取付構造体150A〜150Cの例を示す。図10の例示において、取付構造体は、図５Ａ〜９を参照して上述したようなスタンピングされた反射カップ152を含むリードフレーム構造体である。取付構造体が光導波路に挿入整形された後に、LED 166が取付構造体に取り付けられる。LEDが取付構造体に取り付けられると、光導波路/取付構造体/LEDの組み合わせは、垂直な点線において、互いに分離される。図10の実施形態では、分離の後、ストリップの余分な部分（例えばリードフレーム支持ガイド136）が取り除かれ、図６Ａ及び６Ｂに示す配列が残される。
【００２５】
図５Ａ〜10を参照して、取付構造体150及び光導波路160の特定の形態を開示したが、取付構造体及び光導波路の他の形態も可能である。加えて上述の光学能動素子はカラーセンサであるが、種々の光学能動素子を同様の技術を利用して光導波路に取り付けることが可能である。
【００２６】
図１１は、本発明による光導波路及び光学能動素子を含む光システムを製造する方法の工程流れ図を示す。ブロック200において、取付構造体及び光導波路が、光導波路の端部表面においてともに挿入成形される。ブロック202において、光学能動素子が、端部表面において光導波路に挿入成形されている取付構造体に取り付けられる。
【００２７】
挿入成形技術は、金型内に注入される樹脂又は他の成形材料を含む。一般的に挿入成形は、金型内に成形材料を押し込むための高い圧力を必要とする。本発明で使用する場合、２つの構成要素をともに挿入成形するということは、他方の完成部品の周囲で成形材料を硬化させて単一の接続された構成要素を生み出す何らかの形を意味する。
【００２８】
本発明の特別な実施形態を説明し図解してきたが、本発明は、説明し図解したような部品の特別な形又は配列に制限されない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の記載及びその等価物によって画定される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】光導波路の斜視図である。
【図２Ａ】光導波路の底部においてともに挿入成形されている取付構造体及び光導波路の正面図である。
【図２Ｂ】光導波路の底部においてともに挿入成形されている取付構造体及び光導波路の側面図である。
【図２Ｃ】光導波路の底部においてともに挿入成形されている取付構造体及び光導波路の底面図である。
【図３Ａ】図２Ａに示す取付構造体の取付位置に取り付けられているパッケージ化されたフリップチップ光学センサを示す図である。
【図３Ｂ】図２Ｂに示す取付構造体の取付位置に取り付けられているパッケージ化されたフリップチップ光学センサを示す図である。
【図３Ｃ】図２Ｃに示す取付構造体の取付位置に取り付けられているパッケージ化されたフリップチップ光学センサを示す図である。
【図４】ストリップに設けられ、異なる３つの光導波路に挿入成形されている異なる３つの取付構造体の一例を示す図である。
【図５Ａ】光導波路の端部表面において光導波路に挿入成形される反射カップを有する取付構造体の平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す取付構造体のリードフレームの正面図である。
【図５Ｃ】図５Ａ及び５Ｂに示す取付構造体のリードフレームの、図５Ｂの５Ｃ-５Ｃ線に沿った側面の断面を示す図であり、
【図６Ａ】端部表面において光導波路に挿入成形された時点における図５Ａ〜５Ｃに示す取付構造体の正面図である。
【図６Ｂ】光導波路に挿入成形されている取付構造体の、図６Ａの６Ｂ-６Ｂ線に沿った側面の断面を示す図である。
【図７Ａ】反射カップにおいて取付構造体に接続されているLEDを有する図６Ａに示す挿入成形された取付構造体及び光導波路の正面図である。
【図７Ｂ】取付構造体に接続されているLEDを有する挿入成形された取付構造体及び光導波路の、図７Ａの７Ｂ-７Ｂ線に沿った側面の断面図を示す図である。
【図８Ａ】封止材料が反射カップ内に及びLED上に適用された後の、図７Ａに示すシステムの正面図である。
【図８Ｂ】反射カップ内に及びLED上に適用された封止材料を示す図８Ａの８Ｂ-８Ｂ線に沿った側面の断面を示す図である。
【図９】反射カップ上に形成されている発光体封止構造体を示す図８Ａの８Ｂ-８Ｂ線に沿った側面の断面を示す図である。
【図１０】ストリップに設けられ、異なる３つの光導波路に挿入成形されている異なる３つの取付構造体の一例を示す図である。
【図１１】光導波路、取付構造体、光学能動素子を含む本発明による光学システムを形成する方法の工程流れ図を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
100、160 光導波路
122 取付位置
120、150 取付構造体
126、166 光学能動素子
156 反射カップ
166 LED
172 封入材料
174 封入構造体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２主表面と端部表面を有する光導波路（100；160）と、
前記光導波路の端部表面において前記光導波路に挿入成形されている取付構造体（120；150）と、
前記取付構造体に取り付けられている光学能動素子（126；166）と
からなる光システム。
【請求項２】
前記取付構造体（100）が金属製の取付位置（122）よりなる請求項１に記載の光システム。
【請求項３】
前記光学能動素子（126）が、フリップチップパッケージ内にパッケージされているとともに前記取付構造体の金属製の取付位置にハンダ付けされているカラーセンサである請求項２に記載の光システム。
【請求項４】
前記取付構造体（120）が、前記光学能動素子に取り付けるように構成されている露出した取付位置（122）を含む請求項１に記載の光システム。
【請求項５】
前記光学能動素子が発光ダイオード（LED）（166）である請求項１に記載の光システム。
【請求項６】
前記取付構造体（150）が、前記LEDからの光を前記端部表面において前記光導波路内に反射するように構成されている反射カップ（152）を含む請求項５に記載の光システム。
【請求項７】
前記反射カップ（152）内に及び前記LED（166）上に形成され、少なくとも部分的に前記LEDを封入する透明な封入材料（172）をさらに含む請求項６に記載の光システム。
【請求項８】
前記透明な封入材料（172）及び前記反射カップ（152）上に形成されている封入構造体（174）をさらに含む請求項７に記載の光システム。
【請求項９】
前記取付構造体（150）がリードフレームからなり、このリードフレームに前記LED（166）が電気的に接続されている請求項５に記載の光システム。
【請求項１０】
光導波路及び光学能動素子からなる光システムを製造する方法であって、前記光導波路が第１及び第２主表面と端部表面を有するものにおいて、
前記光導波路の端部表面において取付構造体と前記光導波路をともに挿入成形し（200）、
前記端部表面において前記光導波路に挿入成形されている前記取付構造体に光学能動素子を取り付ける（202）
ことからなる方法。

【図１】