CN101971378A - 发光装置、面发光装置以及显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种发光装置，其包括发光元件(110)和覆盖发光元件(110)上方的透镜部(132)。透镜部(132)具有：来自发光元件(110)的光入射的入射面(S1)、从入射面(S1)入射的光出射的出射面(S2)、沿贯通入射面(S1)和出射面(S2)的方向延伸的光轴(L)。在所述出射面(S2)的包含光轴(L)的区域形成凹部(132a)，在隔着光轴(L)相对的位置分别形成两个平面部(132b)。出射面(S2)是在所述两个平面部(132b)之间形成的向上凸出的曲面，光轴(L)与发光元件(110)的基准光轴一致。

Description

发光装置、面发光装置以及显示装置
技术领域
本发明涉及一种具备从入射面向出射面导光的导光部的发光装置、面发光装置以及显示装置。
背景技术
为了对液晶显示面板等进行照明，使用沿导光板的侧面呈列状配置发光装置的背光器件。另外，在从背面向液晶电视等大型的显示面照射的情况下，在大张的配线基板上呈阵列状地配置有多个发光装置的背光器件广为人知。
作为用于大型背光器件的发光装置，组合有作为点光源的发光元件和光束控制部件(导光部件)的发光装置广为人知(例如，参照专利文献1)。导光部件例如为平面形状为带有圆弧的大致四边形，并以发光元件的发光中心为中心地形成有半球形的凹坑。另外，形成为在光出射面的中央处向下凸出的平滑的曲面形状的第一光出射面和以包围第一光出射面周围的方式连续形成为向上凸出的平滑的曲面形状的第二光出射面，形成在外表明侧，以作为光控制出射面。
对于呈矩阵状配置这种发光装置的面光源装置而言，由于各个发光装置能够使来自发光元件的光朝所期望的照射范围内平滑地扩散，所以可获得亮度均匀的照明光。
专利文献1：日本特开2007-227410号公报
发明内容
然而，以往的发光装置中存在如下的问题。以往的发光装置的光束控制部件为带有圆弧的大致四边形并且在中心形成有半球状的凹坑，所以光向全方位均等地扩散。因此，在呈等边方格状等间隔地配置各发光装置的情况下，能够获得亮度均匀的照明光。另外，在显示面横向较长的情况下，例如宽画面的液晶电视等，若其横向长度与纵向长度的比率为16比9，通过将横向的发光装置的数量和纵向的发光装置的数量比设为16比9，可将发光装置配置成等边方格状。然而，由于发光装置的个数要根据发光装置的光束量、成本来决定，所以有时难以将横向发光装置的个数和纵向发光装置的个数设为16比9。在这种情况下，将发光装置配置成横向间隔和纵向间隔不同的长方格状。在将以往的发光装置配置成长方格状的情况下，例如在短轴方向发光装置彼此的照射光重叠而导致亮度过高、或在长轴方向发光装置的照射光不足而导致亮度变低，从而可能无法在显示面获得均匀的亮度。
本发明的目的在于实现一种不论在配置成等边方格的情况下还是在配置成长方格的情况下都能对整个所期望的范围均匀地进行光照的发光装置、面发光装置以及显示装置。
为了实现上述目的，本发明将发光装置构成为具有在出射面形成的凹部和两个相对的平面部的结构。
具体而言，例示的发光装置具备发光元件和覆盖发光元件上方的透镜部，透镜部具有：来自发光元件的光入射的入射面、从入射面入射的光出射的出射面、沿贯通入射面和出射面的方向延伸的光轴、在出射面的包含光轴的区域形成的凹部、在隔着光轴相对的位置分别形成的两个平面部，出射面是在两个平面部之间形成的向上凸出的曲面，光轴与发光元件的基准光轴一致。
发明效果
根据本发明的发光装置、面发光装置以及显示装置，不仅在配置成等边方格的情况下，在配置成长方格的情况下也能对整个所期望的范围均匀地进行照光。
附图说明
图1是表示一实施方式的显示装置的剖视图。
图2是表示一实施方式的显示装置的立体图。
图3(a)～(c)表示一实施方式的发光装置，(a)是俯视图，(b)是沿IIIb-IIIb线的剖视图，(c)是沿(a)的IIIc-IIIc线的剖视图。
图4是将一实施方式的发光装置的发光元件部放大示出的剖视图。
图5(a)及(b)是表示一实施方式的发光装置的配光特性的曲线图，(a)表示第一假想面的配光特性，(b)表示第二假想面的配光特性。
图6是用于说明第一假想面以及第二假想面的图。
图7是表示一实施方式的面发光装置的布局的俯视图。
图8(a)～(c)是表示一实施方式的发光装置的在透镜部形成凹部的变形例的剖视图。
图9(a)及(b)是表示一实施方式的发光装置的在透镜部形成的平面部的变形例的剖视图。
具体实施方式
例示的发光装置具备发光元件和覆盖发光元件上方的透镜部，透镜部具有来自发光元件的光所入射的入射面、从入射面入射的光所出射的出射面、沿贯通入射面和出射面的方向延伸的光轴、在出射面的包含光轴的区域形成的凹部、在隔着光轴相对的位置分别形成的两个平面部，出射面是在两个平面部之间形成的向上凸出的曲面，光轴与发光元件的基准光轴一致。
例示的发光装置在大致半球形的半球透镜的透镜部的出射面的包含光轴的区域具有凹部，发光元件的基准光轴与透镜部的光轴一致。因此，利用从光入射面入射的发光元件的光不会仅使基准光轴上变亮，能够获得亮度均匀的照明光。另外，在出射面形成有切除隔着光轴相对的位置而形成的平面部。因此，从发光元件朝向平面部的光向光轴的方向倾斜地折射，并与朝向直接出射面的光一同出射。因此，形成有平面部侧的亮度变高，从而能够获得向以基准光轴为中心地形成有平面部侧大幅扩散的亮度分布。因此，即使在配置成长方格状的情况下，若将在长轴方向相邻的发光装置的平面部配置成相互面对，将能够对所期望的整个范围均匀地进行光照。
在这种情况下，通过光轴且连结两个平面部的第一假想面的配光曲线以及与第一假想面正交的第二假想面的配光曲线，在特定的角度方向具有极大值，并且只要将第一假想面的配光曲线的极大值设定得比第二假想面的配光曲线的极大值大即可。
在例示的发光装置中，两个平面部是相互平行且相对于光轴平行的面，两个平面部与光轴的距离可以相互相等，也可以相对于光轴倾斜，两个平面部与光轴所形成的角可以彼此相等。
在例示的发光装置中，凹部可以形成为半球状、圆锥状或者开口面的直径比底面大的圆锥台状。
在例示的面发光装置中，呈格子状地配置多个例示的发光装置，多个发光装置在第一方向上以平面部彼此对置的方式配置，并在与第一方向相交的第二方向上以比第一方向上的间隔更窄的间隔配置。
例示的显示装置具备例示的面发光装置和将来自面发光装置的光作为光源使用的影像显示部。通过将例示的面发光装置作为光源使用，能够实现可抑制亮度不均的影像显示装置。在这种情况下，影像显示部采用根据影像信号对来自面发光装置的光进行空间调制以显示影像的结构即可。利用具有接受面发光装置的光并局部地变化透射率的影像显示部，能够根据影像调整亮度并抑制亮度不均。另外，影像显示部为透射型液晶面板即可。这样，利用来自面发光装置的同样的照射光，能够欣赏到没有亮度不均的影像。
(一实施方式)
参照附图说明本发明的一实施方式。图1表示一实施方式的面发光装置的剖面结构。如图1所示，显示装置具备影像显示部D、配置在影像显示部D背面的调光部件20、与调光部件20隔开规定间隔配置的面发光装置30。影像显示部D为透射型或者半透射型的液晶显示面板等即可。
本实施方式的显示装置例如将来自面发光装置30的光根据影像信号进行空间调制并通过影像显示部D显示。另外，可将半透射型的液晶显示面板等用于影像显示部D，可将来自面发光装置30的光和外部光根据使用场所等分别利用。例如可以将面发光装置30单纯地替换为荧光灯等照明装置，以作为背光器件使用。这种情况下，可将影像显示部D作为利用透光的材料形成的看板等。
调光部件20具备扩散板21、扩散薄片(sheet)22、第一调光薄片23、第二调光薄片24。为了使面发光装置30的光扩散，扩散板21为表面形成为粗糙面的毛玻璃状的树脂制的板材。扩散板21可由聚碳酸酯(PC)树脂、聚酯(PS)树脂、环状聚烯烃(COP)树脂等形成。扩散薄片22是为使扩散板21所扩散的光进一步扩散而设置的树脂制的薄片。扩散薄片22由聚酯树脂等形成即可。第一调光薄片23由聚酯树脂构成，在其表面具有形成包含丙烯酸树脂的截面三角形状的凸条状的条纹(线状三角凸部)的棱形面。该棱形面在剖视下为锯齿形状。第一调光薄片23将由扩散板21以及扩散薄片22所扩散的光向影像显示部D方向聚光。第二调光薄片24对由第一调光薄片23未能完全聚光的光进行聚光。另外，在第二调光薄片24，通过使S波反射到面发光装置30侧，来增加透过影像显示部D的P波。由此，能够实现累积光亮增加而使亮度提高。这样，通过第一调光薄片23以及第二调光薄片24，能够抑制亮度不均。
面发光装置30具备搭载基板31和发光装置32。搭载基板31是在环氧系树脂等的大张的绝缘性基板上形成有用于向发光装置32供给电源的配线图案的印制电路基板。
以下，参照附图说明发光装置32的结构。图2表示发光装置32的示意性的形状。图3(a)～(c)分别示出发光装置32的俯视结构、沿IIIb-IIIb线的剖视结构、沿(a)的IIIc-IIIc线的剖视结构。发光装置32具备发光元件110、保持发光元件110的印制电路基板120、覆盖发光元件110上方的导光部件130。发光元件110是通过对依次地形成n型半导体层和发光层和p型半导电体层且在蚀刻发光层以及p型半导体层和n型半导体层的一部分而露出的n型半导体层上形成的n侧电极、连接在p型半导体层上的p侧电极施加电压而作为点光源发挥功能的蓝色发光二极管。
如图4所示，发光元件110与形成在印制电路基板120上的配线图案123连接。印制电路基板120在由环氧系树脂或陶瓷形成的绝缘基板121上形成有通过凸块125向发光元件110的n侧电极以及p侧电极供给电源的配线图案123。配线图案123通过通孔电极127与外部端子129导通连接。
发光元件110整体由荧光层112覆盖。荧光层112是外形形成为长方体的含有荧光体的树脂层。通过使荧光体成为由来自发光元件110的蓝色和补色形成的黄色，蓝色和黄色混色后能够作为发光为白色的发光装置32。作为荧光体，使用硅酸盐荧光体、钇铝石榴石(YAG)系荧光体即可。荧光层112通过印刷法形成即可。
导光部件130是由硅系树脂形成的将来自发光元件110的光向较广的范围配光的部件。该导光部件130在搭载有发光元件110的印制电路基板120上形成荧光层112之后，通过压缩成型法、转移成型法(transfer molding)形成即可。导光部件130具备透镜部132和形成在透镜部132的周围的具有平面正方形的外形的凸缘部134。优选对导光部件130进行镜面剖光。
透镜部132大致为半球形状的半球透镜。透镜部132覆盖在发光元件110上，并以使透镜部132的光轴与发光元件110的基准光轴一致的方式，将发光元件110配置在透镜部132的底面的中心处。基准光轴L是向发光元件110的顶面上延伸的假想直线。透镜部132的大致半球的隔着基准光轴L相对的位置分别被切除，从而具有沿着基准光轴L的两个平面部132b。平面部132b相互平行且与基准光轴L平行。
两个平面部132b之间成为由向上凸出的曲面构成的透镜部132的出射面S2。在出射面S2上的包含基准光轴L的区域形成有以基准光轴L为中心将大致半球形或球面的一部分切去后的呈凹陷形状的凹部132a。与透镜部132的荧光层112的界面成为来自发光元件110的光所入射的入射面S1。
以下，说明本实施方式的发光装置的配光特性。图5(a)以及(b)表示本实施方式的发光装置的配光曲线。图5(a)是图6所示的第一假想面151的配光曲线，图5(b)是图6所示的第二假想面152的配光曲线。第一假想面151是通过基准光轴L且向连结两个平面部132b的x方向扩展的面。第二假想面152是与第一假想面正交向y方向扩展的面。对于用于测量配光特性的发光装置的透镜部132，将直径为3.6mm的大致半球形的半球透镜的两端部以0.1mm或者0.2mm为单位地进行切除而形成平面部132b。
如图5(a)所示，第一假想面151上的配光曲线，在从基准光轴L开始的水平观察角为±60°左右时其相对亮度达到最大值(极大值)，从而在基准光轴L上形成了其强度得到抑制的曲线。这是因为，利用形成在透镜132的顶部的凹部132a，基准光轴L方向的光向周围扩散。因此，通过在大致半球形的透镜部132的顶部设置凹部132a，可在较广的范围内均匀地进行光照。
在以0.1mm或0.2mm为单位切去半球透镜的端部以形成平面部132b的情况下，与使用不形成平面部132b的半球透镜的情况相比能够使相对亮度的最大值更高，达到3.5以上。由形成平面部132b所实现的相对亮度的升高，是通过从发光元件110向平面部132b入射的光从形成为大致半球形状的射出面S2向放射光的方向(成为极大值的方向)折射以及反射而产生的。另外，提高相对亮度的效果在于可以使平面部132b彼此的间隔窄的一方增大。
另外，如图5(b)所示，第二假想面152上的配光曲线与第一假想面151上的配光曲线相同，在垂直观察角为±60°左右时相对亮度表示为极大值，从而在基准光轴L上形成了其强度被抑制的曲线。然而，与第一假想面的配光曲线不同，相对亮度的极大值在形成有平面部132b的情况下与未形成有平面部132b的情况基本相同。这是因为，在第二假想面152上，形成有平面部132b的情况与未形成平面部132b的情况都形成为基本相同的形状。
如上所述，在不具有平面部132b光各向同性扩展的发光装置配置成长方格状以形成面发光装置的情况下，例如在短轴方向发光装置彼此的照射光重叠而亮度变得过高、而在长轴方向发光装置的照射光不足而导致亮度变低，从而可能无法获得均匀的亮度。另外，对具有平面部132b的本实施方式的发光装置而言，光沿与平面部132b相交的方向(x方向)扩散的范围比光沿平行于平面部132b的方向(y方向)扩散的范围广。因此，如图7所示，在搭载基板31上搭载多个发光装置32进行配置而形成面发光装置的情况下，即使以长轴方向的间隔为W1、短轴方向的间隔为W2的长方格状配置，也可获得整体均匀的光照。这种情况下，在长轴方向上相邻的发光装置32彼此的平面部132b以相互对置的方式配置即可。即，与发光装置32的平面部132b相交的方向(x方向)与长轴一致，而与平面部132b平行的方向(y方向)与短轴一致即可。另外，虽然间隔W1比间隔W2长即可，但是间隔W1和间隔W2的比率根据发光装置32的配光特性适当地确定即可。这样，本实施方式的发光装置32能够容易地实现适用于具有横向较长的显示面的显示装置的面发光装置。
在本实施方式中，凹部132a形成为将大致半球形或者球面的一部分切去的凹陷形。然而，凹部132a只要能够使在发光元件的基准光轴上前进的光及其附近的光以向远离基准光轴的方向扩散的方式折射即可。因此，如图8(a)所示，可以形成为圆锥状。另外，如图8(b)所示，可以形成为凹部132a的外周端的直径比底面的直径大且从上部朝向底面其直径直线地减少的圆锥台状，如图8(c)所示，也可以形成为在凹部132a的外周端附近其直径变化增大且从上部朝向底面其直径沿曲线减少的形状。
通过将凹部132a形成为这样的形状，若观察凹部132a的截面，则其侧面形成为直线或者向上凸出的曲线的倾斜面。由于在倾斜面上沿基准光轴L的方向的光以远离基准光轴的方式折射，所以能够调节基准光轴L上的亮度，不会仅仅使基准光轴L变亮，从而可进行均匀的光照。另外，用于形成透镜部132的模具加工变得容易，尤其对于一次取出多个构件的模具，其各个模腔的每个形状的偏差变小。由此，能够获得配置多个发光装置的背光器件上的发光强度均匀度提高的效果。
两个平面部132b彼此平行，并且，若相对于基准光轴L平行且形成在等距离的位置，则可在两平面部进行配光特性无偏差的同样的光照。不过，两个平面部132b和基准光轴的距离没有不必一定相等。另外，如图9所示，也可以不使平面部132b与基准光轴平行而使其倾斜。例如，如图9(a)所示，可以使面对的两个平面部132b的间隔随着朝向顶部而逐渐变窄，另外如图9(b)所示，也可以使面对的两个平面部132b的间隔随着朝向顶部逐渐变大。这样，能够调整x方向的水平观察角处的相对亮度，也可调节配置发光装置的间隔、数量。
工业可行性
本发明的发光装置不论在配置成等边方格的情况下还是配置成长方格的情况下都能对整个所期望的范围均匀地进行光照，尤其是可以有效地用于成为具有横向较长的显示面的背光器件等的面发光装置以及具有横向较长的显示面的显示装置等的发光装置。
附图标记说明
20    调光部件
21    扩散板
22    扩散薄片
23    第一调光薄片
24    第二调光薄片
30    面发光装置
31    搭载基板
32    发光装置
110   发光元件
112   荧光层
120   印制电路基板
121   绝缘基板
123   配线图案
125   凸块
127   通孔电极
129   外部端子
130   导光部件
132   透镜部
132a  凹部
132b  平面部
134   凸缘部
151   第一假想面
152   第二假想面

Claims (9)

1.一种发光装置，其具备发光元件和覆盖所述发光元件上方的透镜部，
所述透镜部具有：
来自所述发光元件的光入射的入射面；
从所述入射面入射的光出射的出射面；
沿贯通所述入射面和出射面的方向延伸的光轴；
在所述出射面的包含所述光轴的区域形成的凹部；
在隔着所述光轴相对的位置分别形成的两个平面部，
所述出射面是在所述两个平面部之间形成的向上凸出的曲面，
所述光轴与所述发光元件的基准光轴一致。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中，
通过所述光轴且连结所述两个平面部的第一假想面上的配光曲线以及与所述第一假想面正交的第二假想面上的配光曲线在特定角度方向上具有极大值，
所述第一假想面上的配光曲线的极大值比所述第二假想面上的配光曲线的极大值大。
3.如权利要求1或2所述的发光装置，其中，
所述两个平面部是相互平行且相对于所述光轴平行的面，
所述两个平面部分别与所述光轴的距离彼此相等。
4.如权利要求1或2所述的发光装置，其中，
所述两个平面部相对于所述光轴倾斜，
所述两个平面部分别与所述光轴所成的角彼此相等。
5.如权利要求1～4中任一项所述的发光装置，其中，
所述凹部为半球状、圆锥状或开口面的直径比底面大的圆锥台状。
6.一种面发光装置，其将多个权利要求1～5中任一项所述的发光装置配置为长方格状，且在长轴方向上相邻的所述发光装置以所述平面部相互对置的方式配置。
7.一种显示装置，其具备权利要求6所述的面发光装置和将来自所述面发光装置的光作为光源使用的影像显示部。
8.如权利要求7所述的显示装置，其中，
所述影像显示部根据影像信号将来自所述面发光装置的光进行空间调制而显示影像。
9.如权利要求8所述的显示装置，其中，
所述影像显示部为透射型液晶面板。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110209