JP6951653B2 - 発光モジュールおよび面光源 - Google Patents
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Description
本開示は、発光モジュールおよび面光源に関する。
発光ダイオード等の発光素子を用いた発光モジュールは、例えば液晶ディスプレイのバックライト等の面光源に広く利用されている。例えば、液晶パネルの裏面に面光源を配置する直下型の液晶ディスプレイにおいては、面光源の薄型化に対する要求が高い。面光源の薄型化にともない光源と導光板の発光面との間の距離が短くなると、光が十分に拡散されずに発光面に輝度ムラが生じやすくなる。
本開示は、発光面内における輝度ムラを少なくすることができる発光モジュールおよび面光源を提供することを目的とする。
本開示の一態様によれば、発光モジュールは、上面と、前記上面と反対側に下面を有する導光体であって、前記上面は、平面と、前記平面を囲み、頂部が前記平面よりも高い壁部と、を含む導光体と、前記壁部に囲まれた領域における前記平面の上に設けられ、前記導光体よりも屈折率が低い光透過部と、前記導光体の前記下面側に設けられた光源と、前記光源の上面に配置される第1光反射性部材と、前記導光体の前記下面と前記壁部の外側面とに連続し、前記導光体の前記下面および前記壁部の前記外側面に対して傾斜した傾斜部と、を備える。前記傾斜部の上方に前記壁部の前記頂部及び内側面が配置されている。
本開示によれば、発光面内における輝度ムラを少なくすることができる発光モジュールおよび面光源を提供することができる。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
図1は、本発明の一実施形態の発光モジュール100の模式断面図である。
図2は、発光モジュール100の模式上面図である。
図2は、発光モジュール100の模式上面図である。
発光モジュール100は、導光体10と、光源30と、光透過部61(第1光透過部61)と、第1光反射性部材42と、第2光反射性部材41とを有する。
導光体10は、光源30が発する光に対する透過性を有する。導光体10の材料としては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル等の熱可塑性樹脂、エポキシ、シリコーン等の熱硬化性樹脂、ガラスなどを用いることができる。なかでも、光透過性が高く、安価なポリカーボネートが好ましい。
導光体10は、発光面となる上面11と、上面11と反対側の下面12とを有する。上面11は、平面14を有する凸部13と、凸部13を囲む壁部16とを有する。壁部16は、凸部13を囲む内側面23と、凸部13の平面14よりも高い頂部17を有する。内側面23は、凸部13の平面14に対して傾斜し、平面14と内側面23とは鈍角を形成している。導光体10の下面12は、凹部21を含む。凹部21は、導光体10の下面12側から開口され、下面12よりも、凸部13の平面14に近い側に底面29を有する。
光源30は、発光素子31と蛍光体層32を有する。光源30の少なくとも蛍光体層32が、導光体10の凹部21に配置されている。図1に示す例では、発光素子31も凹部21に配置されている。または、発光素子31は、凹部21の外側にあってもよい。蛍光体層32は、発光素子31と、凹部21の底面29との間に配置されている。
発光素子31の主発光面が、蛍光体層32に接合している。発光素子31の主発光面の反対側に正負の一対の電極33が設けられている。発光素子31は、半導体積層構造を有する。半導体積層構造は、例えば、InxAlyGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)を含み、青色光を発光することができる。発光素子31の側面は、被覆部材34で覆われている。被覆部材34は、好ましくは白色樹脂により形成され、発光素子31からの光を主発光面側に集中させ、蛍光体層32に効率的に光を導入させることが可能になる。被覆部材34は、発光素子31の下にも設けられている。
蛍光体層32は、母材と、母材に分散された蛍光体とを有する。蛍光体層32の母材の材料として、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ガラスなどを用いることができる。耐光性および成形容易性の観点からは、母材としてシリコーン樹脂が好ましい。
蛍光体は、発光素子31が発する光によって励起され、発光素子31が発する光の波長とは異なる波長の光を発する。例えば、蛍光体として、YAG蛍光体、βサイアロン蛍光体、KSF系蛍光体などを用いることができる。蛍光体層32は、複数種類の蛍光体を含んでいてもよい。
凹部21内における光源30の周囲には、光源30が発する光に対して透過性を有する第2光透過部62が設けられている。第2光透過部62の屈折率は、導光体10の屈折率よりも低い。第2光透過部62は例えば樹脂であり、光源30はその樹脂により凹部21内で固定されている。第2光透過部62は、ガラスまたは空気層であってもよい。
導光体10の壁部16に囲まれた領域における凸部13の上に、光透過部61が設けられている。光透過部61は、光源30が発する光に対する透過性を有する。光透過部61の屈折率は、導光体10の屈折率よりも低い。光透過部61は、例えば空気層である。または、光透過部61は、導光体10の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂であってもよい。
導光体10の凸部13は、平面14の周囲に設けられた傾斜面15を有する。傾斜面15は、平面14に対して傾斜し、平面14と、壁部16の内側面23との間に設けられている。平面14と傾斜面15とは鈍角を形成している。傾斜面15は、平面14から、壁部16の内側面23の下端に向かって下り傾斜している。
凸部13の平面14を見た図2に示す平面視において、凸部13の傾斜面15は、少なくとも一部が凹部21の側面22よりも外側に位置している。これにより、凹部21の側面22から導光体10内に進む光を傾斜面15に入射させることができる。凹部21の側面22は、凸部13の平面14に対して傾斜している。
凹部21内における、凸部13の平面14と光源30との間に、第1光反射性部材42が設けられている。第1光反射性部材42は、例えば、光散乱剤を含む白樹脂である。第1光反射性部材42は、例えば、酸化チタンを含むシリコーン樹脂である。第1光反射性部材42は、光源30の真上方向へ出射された光の一部を下方に反射させる。これにより、発光モジュール100の発光面において、光源30の真上付近が他の領域に比べて明るくなりすぎるのを抑えることができる。
図4に破線で示すように、壁部16の頂部17に接着され、壁部16および光透過部61を覆う光拡散シート150を設けてもよい。光拡散シート150は、複数設けてもよい。壁部16は、光拡散シート150と、導光体10の上面11との間に光透過部61を確保するためのスペーサーとして機能する。
導光体10の下面12に、第2光反射性部材41が設けられている。第2光反射性部材41は、例えば、光散乱剤を含む白樹脂である。第2光反射性部材41は、例えば、酸化チタンを含むシリコーン樹脂である。
第2光反射性部材41は、凹部21の開口の一部を覆っている。発光素子31の電極33は、配線52と接合されている。被覆部材34は、絶縁性であり、発光素子31の電極33の側面を覆っている。
導光体10は、下面12と、壁部16の外側面18とに連続し、下面12および外側面18に対して傾斜した傾斜部19を有する。第2光反射性部材41は、傾斜部19にも設けられ、傾斜部19を覆っている。
第2光反射性部材41は、配線基板50と貼り合わされている。配線基板50は、絶縁性の基材51と、その基材51の裏面に設けられた配線54と、基材51を貫通するビア53とを有する。ビア53は、配線52と配線54とを接続し、発光素子31の電極33は、配線52およびビア53を通じて、配線54と電気的に接続されている。
配線基板50の基材51としては、例えば、樹脂、セラミックスを用いることができる。配線52、54、およびビア53としては、例えば、銅を用いることができる。
実施形態の発光モジュール100によれば、配線基板50にではなく、導光体10に光源30を実装するため、導光体10と光源30との距離を短くすることができ、発光モジュール100の薄型化が可能となる。このような発光モジュール100は、例えば、液晶ディスプレイのバックライトに用いることができる。
例えば、バックライトが液晶パネルの裏面に配置された直下型の液晶ディスプレイでは、液晶パネルと発光モジュール100との距離が近いため、発光モジュール100の輝度ムラが液晶ディスプレイの輝度ムラに影響を及ぼしやすい。本実施形態の発光モジュール100は、以下に説明するように、発光面内において光源30が配置された中央部の輝度集中を抑制して、発光面内の輝度ムラを少なくすることができるため、本実施形態の発光モジュール100を液晶ディスプレイのバックライトとして用いることで、液晶ディスプレイの輝度ムラを少なくできる。
図3および図4は、発光モジュール100における光の拡散を示す模式断面図である。図3および図4において、光線を模式的に太線矢印で表す。
光源30の上面は第1光反射性部材42に対向しているため、光源30からは主に横方向に光が出射される。光源30から横方向に出射した光は、図3に示すように、凹部21の側面22で屈折する。凹部21内の第2光透過部62の屈折率は導光体10の屈折率よりも低いため、側面22における屈折角は入射角よりも小さい。
側面22で屈折して導光体10内を進んだ光は、傾斜面15で屈折する。導光体10の屈折率は光透過部61の屈折率よりも高いため、傾斜面15における屈折角は入射角よりも大きい。傾斜面15において光は壁部16の内側面23に向かって屈折する。
傾斜面15で屈折して光透過部61内を進んだ光は、壁部16の内側面23で屈折する。光透過部61の屈折率は壁部16の屈折率よりも低いため、内側面23における屈折角は入射角よりも小さい。内側面23において光は壁部16の外側面18に向かって屈折する。
このように、本実施形態によれば、光源30から横方向に出射した光が外側に向かって拡散される。導光体10の凸部13は、光を拡散させるレンズとして機能する。
また、図4に示すように、光源30から横方向に進んできた光や、導光体10の上に設ける光拡散シート150で反射した光を傾斜部19で反射させ、導光体10の外周側の領域の上方に向かわせることができる。すなわち、傾斜部19がなく、平面14に垂直な外側面18で反射させる構成に比べて、傾斜部19を設けることで、中央部に向かおうとする反射光を外周側の領域に向かわせることができる。
図3および図4を参照して説明したように、本実施形態によれば、発光面内における中央部に輝度が集中するのを抑制し、結果として、発光面内における輝度ムラを少なくすることができる。
図5は、発光モジュール100の他の例の模式上面図である。図6は、図5に示す発光モジュールの模式断面図である。
導光体10は、凹部21の底面29から突出して、第1光反射性部材42を貫通する少なくとも1つの貫通部24を有する。凸部13の平面14を見た図5に示す平面視において、平面14は例えば円形である。導光体10は、複数の貫通部24を有していてもよい。複数の貫通部24は、円形状の平面14の外周に沿って例えば等間隔で配置されている。
また、図6に示すように、導光体10における凸部13の平面14と傾斜面15との間に、第2凸部25および第2凹部26が設けられている。図6に示す例では、平面14と第2凹部26との間に第2凸部25が設けられ、第2凸部25と傾斜面15との間に第2凹部26が設けられている。第2凸部25と第2凹部26はどちらか一方だけでもよい。
貫通部24は、光源30の真上の領域よりも外側の領域に配置されている。そのため、光源30の真上領域の輝度集中を抑制しつつも、光源30から斜め上方に出射された光を貫通部24を通じて導光体10の上面(発光面)側に導くことができる。
第2凸部25と第2凹部26は、貫通部24の真上の領域、または貫通部24の真上の領域よりも外側の領域に配置されている。そのため、貫通部24から導光体10の内部に入射した光を拡散させることができる。
図7に示すように、発光モジュール100は、各々が少なくとも1つの光源30を含む複数の単位の繰り返し構造を有していてもよい。前述した発光モジュール100を複数組み合わせて、より広い発光面積をもつ面光源を構成することができる。図8は、その面光源300の模式上面図である。
複数の発光モジュール100が、互いの導光体10の外側面18同士を隣接させて、例えばマトリクス状に配置されている。これら複数の発光モジュール100の壁部16および光透過部61を覆うように、図4に示す光拡散シート150が設けられる。
隣接する発光モジュール100の境界において、発光面側では導光体10の壁部16の外側面18同士が接合されるため、隣接する発光モジュール100間の境界が暗くなるのを抑制できる。
以上、具体例を参照しつつ、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示は、これらの具体例に限定されるものではない。本開示の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本開示の要旨を包含する限り、本開示の範囲に属する。その他、本開示の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本開示の範囲に属するものと了解される。
10…導光体、11…上面、12…下面、13…凸部、14…平面、15…傾斜面、16…壁部、17…頂部、18…外側面、19…傾斜部、21…凹部、22…凹部の側面、24…貫通部、25…第2凸部、26…第2凹部、30…光源、31…発光素子、32…蛍光体層、41…第2光反射性部材、42…第1光反射性部材、61…光透過部、100…発光モジュール、150…光拡散シート、300…面光源
Claims (10)
- 上面と、前記上面と反対側に下面を有する導光体であって、前記上面は、平面と、前記平面を囲み、頂部が前記平面よりも高い壁部と、を含む導光体と、
前記壁部に囲まれた領域における前記平面の上に設けられ、前記導光体よりも屈折率が低い光透過部と、
前記導光体の前記下面側に設けられた光源と、
前記光源の上面に配置される第1光反射性部材と、
前記導光体の前記下面と前記壁部の外側面とに連続し、前記導光体の前記下面および前記壁部の前記外側面に対して傾斜した傾斜部と、
を備え、
前記傾斜部の上方に前記壁部の前記頂部及び内側面が配置されている発光モジュール。 - 前記傾斜部を覆う第2光反射性部材をさらに備えた請求項1に記載の発光モジュール。
- 前記導光体が、前記下面から突出して前記第1光反射性部材を貫通する貫通部をさらに備えた請求項1又は2に記載の発光モジュール。
- 前記平面の周囲に凸部または凹部が設けられた請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光モジュール。
- 前記光透過部は、空気層である請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光モジュール。
- 前記光透過部は、前記導光体の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂である請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光モジュール。
- 前記光源は、発光素子と、前記発光素子の主発光面が接合される蛍光体層と、を有する請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光モジュール。
- 前記導光体の下方に配線基板を有し、前記第2光反射性部材は、前記配線基板と貼り合わされている請求項2に記載の発光モジュール。
- 請求項1〜8のいずれか1つに記載の複数の発光モジュールと、
前記発光モジュールの前記壁部および前記光透過部を覆う光拡散シートと、
を備えた面光源。 - 前記導光体の外側面同士を隣接させて配置された請求項1〜8のいずれか1つに記載の複数の発光モジュールと、
前記複数の発光モジュールの前記壁部および前記光透過部を覆う光拡散シートと、
を備えた面光源。
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