JP2021097049A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
面発光装置が知られている。
特許文献1に開示される発光装置は、複数の光源の周囲に周壁を有し、マトリックス状
に配置された枠体を有している。これにより、発光エリアを分割してエリア外への光の漏
れを防止しつつ、光源ごとに発光量を制御して複数のエリア内でのコントラスト比を高め
るローカルディミング(部分駆動ともいう)を可能としている。
アの光源から出射されて拡散板等で散乱及び導光した光が、点灯エリアに隣接する不点灯
エリアに入射して、不点灯エリアと点灯エリアのコントラスト比が低下する。
灯エリア間でのコントラスト比を向上可能な面発光装置を提供する。
ぞれを取り囲み、頂部を有する壁部で形成される領域を複数備えた区分部材と、前記区分
部材の上に設けられ、直接又は間接に前記頂部と接する拡散板と、前記拡散板の上面また
は下面であって、前記光源の直上に設けられた複数の第1反射部と、前記拡散板の上面ま
たは下面であって、前記頂部の直上に設けられた第2反射部と、を有する。
スト比を向上可能な面発光装置を提供する。
本発明の実施形態に係る発光装置について、図1Aを参照しながら説明する。
図1Aは発光装置の全体構成を示す概略断面図である。本発明の実施形態に係る発光装
置は、複数の光源103が配置された基板120と、光源103のそれぞれを取り囲み、
頂部110Bを有する壁部110Aで形成される領域を複数備えた区分部材110と、区
分部材110の上に設けられ、直接又は間接に前記頂部と接する拡散板130と、拡散板
130の上面または下面であって、光源103の直上に設けられた複数の第1反射部10
2と、拡散板130の上面または下面であって、頂部110Bの直上に設けられた第2反
射部104と、を有する。
を発する発光素子そのもののみならず、発光素子を透光性樹脂等で封止したものや、パッ
ケージングされた表面実装型の発光装置(LEDともいう)を指すものとする。例えば本
実施形態では、発光素子108を、封止部材124で被覆したものを光源103としてい
る。
光源103がX方向に5つ、Y方向に5つ、マトリクス状に合計25個配置されている。
基板120の上に配置された区分部材110によって上面視が略正方形の複数の領域に区
分されており、区分されたそれぞれの領域の略中央に、光源103が配置されている。
によって効率よく反射させることができる。本実施形態においては、区分部材110は底
面110Cと頂部110Bを有する壁部110Aとを有している。区分部材110は、底
面110Cと壁部110Aとで形成される凹部を有しており、底面110Cの略中央部に
貫通孔110Dを有している。図1Aに示すように、底面110Cの貫通孔を下側から貫
通するように光源103を配置することで、光源103の上面が底面110Cよりも上側
に配置される。これにより、光源103から出射される光を壁部110Aによって効率よ
く反射させることができる。
い。さらに、光源からの光を底面110Cでも反射可能なように、貫通孔の外縁が、光源
103の近傍のみに位置するように形成されることが好ましい。
らなる反射材を含有する樹脂を用いて成形してもよいし、反射材を含有しない樹脂を用い
て成形した後、表面に反射材を設けてもよい。光源103からの出射光に対する反射率が
70%以上となるように設定されることが好ましい。
られる。金型を用いた成形方法としては、射出成形、押出成形、圧縮成形、真空成形、圧
空成形、プレス成形等の成形方法を適用することができる。例えば、PET等で形成され
た反射シートを用いて真空成形することで、底面110Cと壁部110Aが一体的に形成
された区分部材110を得ることができる。反射シートの厚みは、例えば100〜300
μmである。
の上面に対して下部から上部に向かって広がるように傾斜した面を有することが好ましい
。
。光源103からの出射光が、基板120と区分部材110との間に入射しないように、
貫通孔の周囲を接着部材で固定することが好ましい。例えば、貫通孔の外縁に沿ってリン
グ状に接着部材を配置することが好ましい。接着部材は両面テープであってもよいし、ホ
ットメルト型の接着シートであってもよいし、熱硬化樹脂や熱可塑樹脂の接着液であって
もよい。これらの接着部材は、高い難燃性を有することが好ましい。また、接着剤ではな
く、ネジ止めで固定されていてもよい。
分部材の上方に配置された拡散板130に入射される。拡散板130の表面には、図4に
示すように、第1反射部102及び第2反射部104を含む反射パターンが形成されてい
る。図4の例では、光源103の直上の第1反射部102と、それ以外の領域の全てに第
2反射部104が形成されている。本明細書において、反射パターンの反射率は図面にお
いて濃淡で表されており、濃い色のほうが薄い色よりも反射率が高いことを示しているも
のとする。
0と光源103の距離ODが最も短くなるため、この領域での輝度が高くなる。特に、拡
散板130と光源103の距離が短いほど、光源103が配置されていない領域との輝度
ムラが顕著になる。第1反射部102を拡散板130の表面に設けることで、光源103
の指向性の高い光の一部を反射して、光源103方向に戻すことで輝度ムラを抑制するこ
とができる。
域であって、区分部材110の頂部110Bが配置される領域の直上に第2反射部104
が配置されている。頂部110Bは、光源103をローカルディミングする場合、不点灯
領域と点灯領域の境界となる領域である。
これにより点灯領域と不点灯領域のコントラスト比が低下する。図9は点灯エリアに隣接
する不点灯エリアに光が入射した場合の面輝度のイメージ図である。いったん不点灯エリ
アに光が入射すると、壁部110Aや底面110Cによる反射により、不点灯エリア全体
に光が導光され、不点灯エリア全体が同じように光ってしまい、コントラスト比が低下す
る。
いるため、拡散板130による反射光又は散乱光を、不点灯箇所上の第1反射部102及
び第2反射部104で光源103の直上方向に反射できる。図10は不点灯エリアに光が
入射せず、第2反射部104により上方向に光が反射される場合の面輝度のイメージ図で
ある。本実施形態によれば、点灯エリアに隣接する不点灯エリアへ入射する光量を低減し
、コントラスト比を向上させることができる。第2反射部104によって、上方向に散乱
及び反射した光は、光源103からの距離によって光減衰していくため、特定の不点灯エ
リア内の光量が多くなることを抑制できる。
ンは図4の例に限られず、光源103の直上及び頂部110Bの直上に反射部を有してい
ればコントラスト比を向上させることが可能である。なお、図5に示すように、第1反射
部102の反射率が、第1反射部102の外側に行くほど低くなるように設定されていて
もよい。
酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の金属酸化物粒子からなる反射材を含有する樹脂を拡散
板130に塗布して形成することができる。また、樹脂中には反射材の他、顔料、光吸収
材、蛍光体を含有することもできる。樹脂には、アクリレートやエポキシ等を主成分とし
た光硬化性樹脂を用いることで、拡散板130上に樹脂を塗布後、例えば紫外線で照射す
ることで固着できる。また、光源103からの出射光で光硬化させても良い。樹脂の塗布
には、例えば版を使った印刷法や、インクジェット方式を用いることができる。
また、第1反射部102、第2反射部104及び後述する第3反射部106は、反射率
を調整するための開口が複数設けられた白PET等を拡散板130に貼り合わせて形成する
こともできる。
っていても良い。反射率を異ならせる場合は、第2反射部104は、第1反射部102よ
りも反射率が小さくなるように設定することが好ましい。ローカルディミング時に、点灯
箇所と不点灯箇所との境界になる部分は、光源103からもっとも遠くなるため、光源1
03からの照射が少なくなるため暗くなる。よって、他の部分よりも反射率を低くして頂
部110B直上の輝度を向上させることで、隣接する2つの領域を点灯させた際に2つの
領域の境界を、より目立たなくさせることができる。
接して配置されていることが好ましい。言い換えると、拡散板130は、区分部材110
の1つ以上の頂部110Bによって、直接又は間接に支持される。これにより、光源10
3の出射光が拡散板130と頂部110Bの間を通って、点灯エリアに隣接する不点灯エ
リアへ入射することを抑制するため、コントラスト比を向上させることができる。ここで
、直接接するとは、図1Eに示したように、拡散板130が頂部110Bに接触すること
を指し、間接に接するとは、図1Dに示したように、第2反射部104が拡散板130の
下面に形成されている場合において、拡散板130が第2反射部104を介して頂部11
0Bに接触することを指す。
しい。第1反射部102及び区分部材110により反射や散乱を繰り返す光源103から
の出射光が、頂部110Bと第1反射部102の間では光が抜けやすくなり、点灯エリア
の輝度が低下し難いためである。
1つ1つの領域を輝度ムラ少なく光らせるために、広配光であることが好ましい。特に、
光源103のそれぞれがバットウイング型の配光特性を有していることが好ましい。これ
により光源103の真上方向に出射される光量を抑制して、各々の光源の配光を広げ、広
げた光を壁部110A及び底面110Cに照射することで、壁部110Aで囲まれた1つ
1つの領域における輝度ムラを抑制することができる。
対値が大きい角度において0°よりも発光強度が強い発光強度分布で定義される。なお、
光軸Lとは、図3に示すように、光源103の中心を通り、基板120の平面上の線と垂
直に交わる線で定義されるものとする。
上面に光反射膜122を有する発光素子108を、封止部材124で被覆した光源を用い
ることができる。発光素子108の上面に形成される光反射膜122は、金属膜であって
もよく、誘電体多層膜(DBR膜)であってもよい。これにより、発光素子108の上方
向への光は光反射膜122で反射され、発光素子108の直上の光量が抑制され、バット
ウイング型の配光特性とすることができる。光反射膜122を発光素子108に直接形成
することができるため、バットウイングレンズが不要となり、光源103の厚みを薄くす
ることが可能である。
り、光反射膜122の厚みは0.1〜3.0μmである。後述する封止部材124を含め
ても、光源103の厚みは0.5〜2.0mm程度とすることができる。このような光源
103と組み合わせる区分部材110の高さは、8.0mm以下、より薄型の発光装置と
する場合は1.0〜4.0mm程度であることが好ましく、拡散板130までの距離を8
.0mm程度以下、より薄型の発光装置とする場合は2.0〜4.0mm程度とすること
が好ましい。これにより、拡散板130等の光学部材を含めたバックライトユニットを極
めて薄型にすることができる。
存性を有していることが好ましい。具体的には、光反射膜122の反射率は、垂直入射よ
りも斜め入射の方が低くなるように設定されている。これにより、発光素子直上における
輝度の変化が緩やかになり、発光素子直上が暗点になる等、極端に暗くなることを抑制す
ることができる。
配線126A、126Bに跨るように、接合部材128を介してフリップチップ実装され
ている。発光素子108の下面と基板120の上面との間には、アンダーフィルが配置さ
れていてもよい。導体配線126A、126Bのうち、電気的な接続を行わない領域には
白色レジスト等の光反射層127が形成されていてもよい。基板120に配置されたそれ
ぞれの光源103は、互いに独立して駆動可能であり、光源ごとの調光制御(例えば、ロ
ーカルディミングやHDR)が可能である。
ように設けられている。封止部材124は、基板120と直接接触していてもよい。封止
部材124は、印刷やディスペンサ塗布が可能である粘度に調整され、加熱処理や光を照
射することで硬化することができる。封止部材124の形状としては、例えば、略半球形
状や、断面視において縦長(断面視において、X方向の長さよりもZ方向の長さが長い形
状)の凸形状、断面視において偏平(断面視において、Z方向の長さよりもX方向の長さ
が長い形状)な凸形状、上面視において円形状や楕円形状となるように形成されていても
よい。
て光源103としたものを例に挙げたが、複数個の発光素子108を用いて1つの光源1
03としてもよい。
より、面発光装置の発光面の面積に応じて発光エリアを壁部110Aで任意の数に区分す
ることが容易になる。その形状は、例えば図2に示すような正方形や、長方形、六角形な
どが挙げられる。
サイズに応じて光源の位置と壁部110Aの形状を変更することができる。
る構成について述べたが、本発明は拡散板130の上側に配置されるプリズムシートや偏
光シート等の光学部材や波長変換シートで散乱されて不点灯領域に入る光についても同様
に、第2反射部104で反射させてコントラスト比を向上させることが可能である。
る例について説明したが、第1反射部102と第2反射部104は、拡散板130の上面
に配置されていても、下面に配置されていてもどちらでもよい。
、第2反射部104は拡散板130の下面に配置されることが好ましい。また、拡散板1
30より上側の部材で散乱された光を第2反射部104により上方向に反射させる場合は
、拡散板130の上面に配置されていてもよい。
てもよい。上面に配置されている場合、光の拡散距離を拡散板130の厚み分増やすこと
ができる。また、拡散板130で散乱された後の方が第1反射部102の反射率が小さく
ても良いため、輝度低下率を抑制することができる。図1B及び1Eに、拡散板130の
上面に第1反射部102及び第2反射部104が形成される例を示す。
図1Dに示すように、第1反射部102は拡散板130の上面に設け、第2反射部10
4は拡散板130の下面に設けるというように、上面と下面の両方に設けてもよい。この
場合は、輝度低下率を抑制しつつ、コントラスト比をより高めることができる。
ズムシート(第1プリズムシート150及び第2プリズムシート160)、偏光シート1
70等の光学部材を配置し、さらにその上に液晶パネルを配置し、直下型バックライト用
光源として用いる面発光装置とすることができる。
第2実施形態では、拡散板130に形成する反射パターンを、図6及び図7に示すよう
に、第3反射部106を有する反射パターンとする。第3反射部106は、頂部110B
が交差した領域の直上に配置されることになる。頂部110Bが交差した領域とは、図2
においてAで示す領域であり、格子状に配置された頂部の交点にあたる部分の近傍のこと
をいうものとする。第3反射部106は、第2反射部104よりも反射率が小さいことが
好ましい。拡散板130を頂部110Bに接して配置している場合には、光源103から
の照射が少ない頂部110Bのうち、頂部110Bが交差する箇所は、交差していない箇
所よりも暗くなる。そこで第3反射部106の反射率を第2反射部よりも小さくすること
で、ローカルディミング時における点灯エリア内の輝度ムラを低減できるため、コントラ
スト比が向上する。しかし、拡散板130が支柱ピンなどによって、頂部110Bより上
側に配置している場合には、頂部110Bが交差する箇所は、交差する箇所を囲む4方向
の光源103より照射されることで、交差していない箇所よりも明るくなる場合には、第
3反射部106の反射率を第2反射部よりも大きくすることで、ローカルディミング時に
おける点灯エリア内の輝度ムラを低減できるため、コントラスト比が向上する。
第3実施形態では、図8に示すように、第2反射部104が格子状に形成される。格子
状に形成された第2反射部104は、頂部110Bに沿って配置されることになる。これ
により、第1反射部102、第2反射部104及び区分部材110により反射や散乱を繰
り返す光源103からの出射光が、第2反射部104と第1反射部102の間では光が抜
けやすくなり、点灯エリアの輝度が低下し難い。これにより、反射部による光散乱の増加
で輝度が低下することを抑制でき、かつ、第2反射部104によってコントラスト比を向
上させることができる。
第4実施形態では拡散板130の上方に、図1Cに示すように、光源103からの光を
異なる波長の光に変換する波長変換シート140を有している。この場合に、第1反射部
102が、光源103からの光の波長の少なくとも一部を吸収する光吸収材を有する。光
源103と波長変換シートの距離が近くなる部分、すなわち第1反射部102の配置され
る箇所においては、波長変換シートに対して垂直方向に光が入射するのに対し、光源から
離れた部分では波長変換シートに対して斜め方向に光が入射する。垂直に対して斜めのほ
うが波長変換シート内を光が通る距離が長くなり、より波長変換が行われるのに対し、垂
直方向では波長変換しきれずにそのまま波長変換シートを透過する光が多くなる。そこで
、第1反射部102に光吸収材を含有させることで、面光源の色ムラを低減させることが
できる。
第5実施形態では、第4実施形態と同様に色ムラを低減するために、第2反射部104
に光吸収材を含有させる。この場合の吸収材は、波長変換シートが発する光の波長域の少
なくとも一部を吸収するものとする。これにより、面光源の色ムラを低減させることがで
きる。
(基板)
基板120は、光源103を載置するための部材であり、図3に示されるように、発光
素子108等の光源に電力を供給するための導体配線126A、126Bを有する。
ものであればよい。例えば、セラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド
樹脂、BTレジン、ポリフタルアミド(PPA)、ポリエチレンテレフタレート(PET
)等の樹脂が挙げられる。金属部材に絶縁層を形成している、いわゆる金属基板を用いて
もよい。
シブル基板、あるいはリジット基板のいずれであってもよい。リジット基板は湾曲可能な
薄型リジット基板であってもよい。
接合部材は、発光素子108を基板または導体配線に固定するための部材である。絶縁
性の樹脂や導電性の部材が挙げられ、図3に示すようなフリップチップ実装の場合は導電
性の部材が用いられる。具体的にはAu含有合金、Ag含有合金、Pd含有合金、In含
有合金、Pb−Pd含有合金、Au−Ga含有合金、Au−Sn含有合金、Sn含有合金
、Sn−Cu含有合金、Sn−Cu−Ag含有合金、Au−Ge含有合金、Au−Si含
有合金、Al含有合金、Cu−In含有合金、金属とフラックスの混合物等を挙げること
ができる。
導体配線は、発光素子108や他材料と電気的に接続する部分以外は光反射層127で
被覆されている事が好ましい。すなわち、図3に示されるように、基板120上には、導
体配線を絶縁被覆するためのレジストが配置されていても良く、光反射層127はレジス
トとして機能させることができる。後述する樹脂材料に白色系のフィラーを含有させるこ
とにより、光の漏れや吸収を防いで、発光装置の光取り出し効率を向上させることもでき
る。
発光素子108は、公知のものを利用することができる。例えば、発光素子108とし
て発光ダイオードを用いるのが好ましい。
発光素子108は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の
発光素子としては、窒化物系半導体を用いたものを用いることができる。また、赤色の発
光素子としては、GaAlAs、AlInGaPなどを用いることができる。さらに、こ
れ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発
光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
発光素子を外部環境から保護するとともに、発光素子から出力される光を光学的に制御
する等の目的で、発光素子を被覆するように封止部材124を配置してもよい。封止部材
の材料としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂あるいはそれらを混合させた樹脂などの
透光性樹脂や、ガラスなどを用いることができる。これらのうち、耐光性および成形のし
やすさを考慮して、シリコーン樹脂を選択することが好ましい。
波長の光を発する蛍光体等の波長変換材料や、発光素子からの光を拡散させるための拡散
剤を含有させることができる。また、発光素子の発光色に対応させて、着色剤を含有させ
ることもできる。
光源など、各種発光装置に利用することができる。
103 光源
108 発光素子
122 反射膜
124 封止部材
104 第2反射部
106 第3反射部
110 区分部材
110A 壁部
110B 頂部
110C 底面
110D 貫通孔
120 基板
126A、126B 導体配線
127 光反射層
128 接合部材
130 拡散板
140 波長変換シート
150 第1プリズムシート
160 第2プリズムシート
170 偏光シート
Claims (14)
- 複数の光源が配置された基板と、
前記光源のそれぞれを取り囲み、頂部を有し、かつ下部から上部に向かって広がるよう
に傾斜した壁部で形成される領域を複数備えた区分部材と、
前記区分部材の上に設けられ、直接又は間接に前記頂部と接する拡散板と、
前記拡散板の上面または下面であって、前記光源の直上に設けられた複数の第1反射部
と、
前記拡散板の上面または下面であって、前記頂部の直上に設けられた第2反射部と、を
有し、
前記光源は、発光素子と、前記発光素子を被覆する封止部材とを有する、発光装置。 - 前記光源は、前記発光素子と前記発光素子の上面に形成された光反射膜を有する請求項
1に記載の発光装置。 - 前記拡散板の上に設けられた光学部材を有する、請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記第2反射部が前記拡散板の下面に配置され、
前記拡散板は、前記第2反射部を介して、前記区分部材の1つ以上の前記頂部に接して
配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第2反射部は、前記第1反射部よりも反射率が小さい、請求項1〜4のいずれか1
項に記載の発光装置。 - 前記第1反射部は、前記区分部材の前記領域の内側に配置される、請求項1〜5のいず
れか1項に記載の発光装置。 - 前記拡散板の上方に、前記光源からの光を異なる波長の光に変換する波長変換シートを
有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第2反射部は、前記波長変換シートが発する光の波長域の少なくとも一部を吸収す
る光吸収材を有する、請求項7に記載の発光装置。 - 前記第1反射部は、前記光源からの光の波長の少なくとも一部を吸収する光吸収材を有
する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記基板の上面に平行にX方向、該X方向に直交しかつ前記基板の上面に平行にY方向
、前記X方向及び前記Y方向に対して直交する方向をZ方向とした場合、前記封止部材は
、前記X方向と前記Z方向とに平行な断面視において、前記X方向の長さよりも前記Z方
向の長さが長い形状である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記基板の上面に平行にX方向、該X方向に直交しかつ前記基板の上面に平行にY方向
、前記X方向及び前記Y方向に対して直交する方向をZ方向とした場合、前記封止部材は
、前記X方向と前記Z方向とに平行な断面視において、前記Z方向の長さよりも前記X方
向の長さが長い形状である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記封止部材は、上面視において、円形状又は楕円形状である、請求項1〜11のいず
れか1項に記載の発光装置。 - 前記第1反射部は前記拡散板の上面に設けられており、
前記第2反射部は前記拡散板の下面に設けられている、請求項1〜12のいずれか1項
に記載の発光装置。 - 前記頂部が交差した領域の直上に設けられた第3反射部を有し、
前記拡散板は前記第3反射部上に配置されており、
前記第3反射部は、前記第2反射部よりも反射率が小さい、請求項1〜13のいずれか
1項に記載の発光装置。
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