CN105090814A - 发光装置、面光源装置以及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光装置、面光源装置及显示装置。发光装置具有：基板，在其一方的面配置有将已到达的光正反射的正反射区域；发光元件，其配置在基板上，至少从侧面射出；以及光束控制部件，其配置在发光元件上，控制从发光元件射出的光的配光。光束控制部件包括：背面，其配置在基板侧；入射面，其是在背面开口而成的凹部的内表面，使从发光元件射出的光入射；以及射出面，使由入射面入射的光的至少一部分向外部射出，正反射区域的外缘部位于比凹部的开口缘部更靠外侧的位置。

Description

发光装置、面光源装置以及显示装置
技术领域
本发明涉及具有发光元件和光束控制部件的发光装置、具有该发光装置的面光源装置及显示装置。
背景技术
液晶显示装置等透射型图像显示装置中，有时使用直下式面光源装置。近年来，逐渐开始使用具有多个发光元件作为光源的面光源装置。
例如，面光源装置具有基板、多个发光元件、多个光束控制部件及漫射板。多个发光元件在基板上配置为矩阵状。在各发光元件上配置有将从各发光元件射出的光向基板的面方向扩展的光束控制部件。从发光元件射出的光通过光束控制部件漫射，并以面状照射被照射部件(例如液晶面板)(例如，参照专利文献1)。
图1是表示专利文献1中记载的面光源装置(背光源装置)的结构的图。如图1所示，专利文献1中记载的背光源装置(面光源装置)10具有：按照顺序层叠绝缘层21、配线层22及抗蚀剂层23而成的安装基板20；配置在安装基板20上，并包括从上表面射出光的发光芯片(发光元件)32的、通过焊锡层31与安装基板20电连接的封装30；以覆盖封装30的方式配置在安装基板20上，并对从发光芯片32射出的光的配光进行控制的漫射透镜(光束控制部件)40；以及使从漫射透镜40射出的光漫射的同时使其透射的漫射板50。另外，漫射透镜40具有使从封装30射出的光扩展的透镜部41、以及用于利用粘接剂46将透镜部41固定于安装基板20的固定部42。而且，透镜部41具有安装基板20侧的底面43、在底面43开口而成的凹状的光入射面44、以及配置在光入射面44相反侧的光射出面45。
从发光芯片32射出的光从光入射面44向漫射透镜40入射。入射到漫射透镜40的光从光射出面45向漫射透镜40的外部射出。而且，射出到外部的光通过在漫射板50漫射的同时并透射来以面状照射被照射部件。
另外，专利文献2中记载了从侧面发光的倒装芯片型的LED。专利文献2中记载的LED中，通过在发光的荧光体层的上表面配置反射性的膜来从侧面射出光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-218940号公报
专利文献2:日本特表2010-537400号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1中记载的背光源装置10中，通过将漫射透镜40配置在比封装30的上表面更靠近上侧，来使从发光芯片32射出的光向漫射透镜40的入射効率最优化。另一方面，由于各种理由，有可能在专利文献1中记载的背光源装置10中，搭载如专利文献2中记载的那样的从侧面射出光的LED。
但是，当在专利文献1中记载的背光源装置10中搭载了专利文献2中记载的LED的情况下，由于专利文献2中记载的LED从侧面射出光，所以从LED的侧面射出的光的一部分到达安装基板20。而且，已到达安装基板20的光的一部分有可能在抗蚀剂层23散射，并从漫射透镜40的底面43向漫射透镜40入射而成为不能够控制的光。这样，当专利文献1中记载的面光源装置(背光源装置)中使用从侧面射出光的发光元件的情况下，存在不能够将从发光元件射出的光控制为所希望的配光的问题。
因此，本发明的目的在于提供具有至少从侧面射出光的发光元件，且能够将从发光元件射出的光控制为所希望的配光的发光装置。
另外，本发明的另一目的在于提供具有该发光装置的面光源装置及显示装置。
解决问题的方案
本发明的发光装置，具有：基板，在其一方的面配置有使已到达的光正反射的正反射区域；发光元件，其配置在所述基板上，至少从侧面射出光；以及光束控制部件，其配置在所述发光元件之上，对从所述发光元件射出的光的配光进行控制，所述光束控制部件包括：背面，其配置在所述基板侧；入射面，其是在所述背面开口而成的凹部的内表面，使从所述发光元件射出的光入射；以及射出面，其使从所述入射面入射的光的至少一部分向外部射出，所述正反射区域的外缘部位于比所述凹部的开口缘部更靠外侧的位置。
本发明的面光源装置具有：本发明的发光装置；以及使来自所述发光装置的光漫射的同时使其透射的光漫射部件。
本发明的显示装置具有：本发明的面光源装置；以及被照射从所述面光源装置射出的光的显示部件。
发明效果
根据本发明，能够在具有从侧面射出光的发光元件的同时，对从发光元件射出的光的配光适当地进行控制。从而，本发明的面光源装置及显示装置的辉度不均较小。
附图说明
图1是表示专利文献1中记载的背光源装置的结构的图，
图2A、图2B是表示实施方式1的面光源装置的结构的图，
图3A、图3B是实施方式1的面光源装置的剖面图，
图4是实施方式1的面光源装置的局部放大剖面图，
图5A是实施方式1的发光装置的局部放大剖面图，图5B是基板及发光元件的局部扩大俯视图，
图6A是比较用的发光装置中的发光元件附近的光路图，图6B是实施方式1的发光装置中的发光元件附近的光路图，
图7是实施方式1的发光装置的光路图，
图8A是实施方式2的面光源装置的局部放大剖面图，图8B是实施方式2的发光装置的局部放大剖面图。
符号说明
10背光源装置
20安装基板
21绝缘层
22配线层
23抗蚀剂层
30封装
31焊锡层
32发光芯片
40漫射透镜
41透镜部
42固定部
43底面
44光入射面
45光射出面
46粘接剂
50漫射板
100面光源装置
120壳体
140光漫射部件
160、260发光装置
170基板
171基板主体
172铜箔层
173抗蚀剂层
174镀层
175正反射区域
176焊锡层
180发光元件
190、290光束控制部件
191背面
192、292入射面
193、293射出面
193a第一射出面
193b第二射出面
193c第三射出面
194、294凹部
195凸缘部
198、298侧面
296反射面
297顶面
CA中心轴
LA光轴
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。以下的说明中，作为本发明的面光源装置的代表例，对适于液晶显示装置的背光源等的面光源装置进行说明。这些面光源装置能够通过与被来自面光源装置的光照射的被照射部件(例如液晶面板)组合来作为显示装置使用。
[实施方式1]
(面光源装置的结构)
图2及图3是表示本发明的实施方式1的面光源装置100的结构的图。图2A是本实施方式的面光源装置100的俯视图，图2B是主视图。图3A是图2B所示的A-A线的剖面图，图3B是图2A所示的B-B线的剖面图。
如图2及图3所示，本实施方式的面光源装置100具有壳体120、光漫射部件140及多个发光装置160。多个发光装置160在壳体120的底板122上配置为矩阵状。底板122的内表面作为漫射反射面而发挥功能。另外，在壳体120的顶板设有开口部。虽然不特别地限定开口部的大小，例如是约400mm×约700mm(32英寸)。
以堵住壳体120的开口部的方式配置光漫射部件140。光漫射部件140是具有光漫射性的板状的部件，其使来自发光装置160的出射光漫射的同时使其透射。通常，光漫射部件140几乎与液晶面板等被照射部件大小相同。例如，光漫射部件140由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚树脂(MS)等透光性树脂形成。为了赋予光漫射性，在光漫射部件140的表面形成了细微的凹凸，或在光漫射部件140的内部分散有珠粒等光漫射物质。
(发光装置的结构)
图4是面光源装置100的局部放大剖面图(图3B的局部放大剖面图)。图5A是发光装置160的局部放大剖面图(图4的局部放大剖面图)，图5B是基板170及发光元件180的部分扩大俯视图。
如图4及图5所示，多个发光装置160分别具有基板170、发光元件180及光束控制部件190。
基板170是平板状的部件，支撑发光元件180及光束控制部件190。基板170具有基板主体171、两个铜箔层172、抗蚀剂层173及两个镀层174。
基板主体171是平板状的绝缘体。不特别地限定基板主体171的俯视形状。基板主体171的俯视形状既可以是圆形，也可以是多边形。本实施方式中，基板主体171的俯视形状是长方形。另外，对于基板主体171的厚度，不特别地进行限定，能够适当设定。并且，对于构成基板主体171的材料，只要是绝缘体，不特别地进行限定。本实施方式中，基板主体171是环氧玻璃基板。
两个铜箔层172在基板主体171上分别离开而配置。抗蚀剂层173配置在两个铜箔层172之间，并彼此绝缘。两个铜箔层172通过镀层174及焊锡层176分别与发光元件180的两个端子连接，而作为配线发挥功能。对于基板主体171上的两个铜箔层172的配置，只要能够作为发光元件180的配线发挥功能，不特别地进行限定而能够适当设定。另外，对于铜箔层172的厚度，不特别地进行限定而能够适当设定る。
抗蚀剂层173配置在两个铜箔层172上，位于两个铜箔层172之间，主要对两个铜箔层172进行保护。对于构成抗蚀剂层173的材料，只要具有绝缘性且能够保护铜箔层172，不特别地进行限定，能够从公知的材料中适当选择。
镀层174分别配置在两个铜箔层172上。镀层174将固定发光元件180的焊锡层176和铜箔层172进行电连接。对于镀层174的种类，只要具有导电性，不特别地进行限定。作为镀层174的例，包括焊锡镀层等。另外，发光元件180侧的镀层174的表面作为使从发光元件180射出的光正反射的正反射区域175而发挥功能。即，正反射区域175配置成在基板170的一方的面除了发光元件180周围的一部分进行环绕。本实施方式中，由于镀层174的表面被进行镜面加工，所以镀层174的表面作为正反射区域175而发挥功能。不特别地限定正反射区域175的俯视形状。本实施方式中，正反射区域175的俯视形状是大致半圆形状。此外，作为一个特征，本实施方式的面光源装置100在光束控制部件190正下的特定区域具有正反射区域175。因此，正反射区域175的位置在后面叙述。
发光元件180是面光源装置100的光源，配置在基板170的正反射区域175上。对于发光元件180，只要是至少从侧面射出光的光源，不特别地进行限定。本实施方式中，发光元件180是从顶面及侧面射出光的倒装类型发光二极管(LED)。发光元件180通过将底面的两个端子分别固定在镀层174，来与铜箔层172电连接。
光束控制部件190是控制从发光元件180射出的光的配光的漫射透镜，被固定在基板170上。光束控制部件190以其中心轴CA与发光元件180的光轴LA一致的方式，配置在发光元件180之上。在安装了发光元件180的基板170的表面与光束控制部件190的背面191之间，形成有用于将从发光元件180发出的热量向外部释放的间隙。对于中心轴CA方向上的背面与基板170之间的距离，虽然不特别地进行限定但优选较短。此外，“发光元件的光轴LA”是指来自发光元件180的立体出射光束的中心的光线。
通过一体成型来形成光束控制部件190。对于光束控制部件190的材料，只要是能够使所希望的波长的光通过的材料，不特别地进行限定。例如，光束控制部件190的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)、环氧树脂(EP)等透光性树脂、或者玻璃。
本实施方式的发光装置160中，利用各光束控制部件190以照射光漫射部件140的宽范围的方式将从各发光元件180射出的光扩展。进一步通过光漫射部件140使从各发光装置160射出的光漫射。其结果，本实施方式的面光源装置100能够均匀地照射面状的被照射部件(例如液晶面板)。
(光束控制部件的结构)
如图4所示，光束控制部件190具有背面191、入射面192及射出面193。另外，在光束控制部件190中，也可以在背面191和射出面193之间配置凸缘部195。并且，也可以在背面191配置有用于在发光元件180与光束控制部件190之间形成间隙的支脚部。
背面191是配置在基板170侧的、在与中心轴CA(发光元件180的光轴LA)垂直的方向延伸的平面。在背面191的中央部分开口了凹部194，该凹部194的内表面成为入射面192。不特别地限定背面191的俯视形状。本实施方式中，背面191的俯视形状是圆形。
入射面192使从光源射出的光入射。入射面192是在背面191开口而成的凹部194的内表面。入射面192是旋转对称面，入射面192的中心轴与光束控制部件190的中心轴CA一致。
射出面193配置在背面191相反侧。射出面193使由入射面192入射的光的至少一部分射出。射出面193具有：位于中心轴CA周边的第一射出面193a；与第一射出面193a的周围连续而形成的第二射出面193b；以及将第二射出面193b和凸缘部195连接的第三射出面193c。第一射出面193a是向下侧(发光元件180侧)凸的光滑曲面。第二射出面193b是位于第一射出面193a周围的、向上侧(光漫射部件140侧)凸的光滑曲面。第三射出面193c是位于第二射出面193b周围的光滑曲面。在图4所示的剖面中，第三射出面193c的剖面既可以是直线状，也可以是曲线状。
凸缘部195位于射出面193的外周部和背面191的外周部之间，向与中心轴CA(发光元件180的光轴LA)垂直的方向突出。凸缘部195虽然不是一定需要，但是通过设置凸缘部195，使光束控制部件190的操作及位置对准变得容易。对于凸缘部195的厚度，不特别地进行限定，考虑射出面193的需要面积或凸缘部195的成型性等而决定。在通过射出成型来制造光束控制部件190的情况下，有时在凸缘部195形成有浇口残痕(省略图示)。另外，也可以在凸缘部195形成有用于使面光源装置100的制造装置识别光束控制部件190的朝向的多个突出部(图示省略)。
另外，光束控制部件190也可以具有多个支脚部。支脚部是在凹部194的周围从背面191向下侧(发光元件180侧)突出的圆柱状的部件。多个支脚部承担将光束控制部件190相对于发光元件180定位于合适的位置的功能。
本实施方式的光束控制部件190中，从发光元件180射出的光由入射面192向光束控制部件190内入射。而且，已入射的光的一部分从射出面193向光束控制部件190的外部射出。另外，已入射的光的一部分通过菲涅尔反射向背面191反射。本实施方式的发光装置160中，也考虑经过该菲涅尔反射后的光来设计正反射区域175。
接着，参照图6A及图6B对光束控制部件190和正反射区域175之间的位置关系进行说明。图6A是比较用的发光装置中的发光元件附近的光路图，图6B是本实施方式的发光装置中的发光元件附近的光路图。图6A所示的发光装置与图6B所示的发光装置中，正反射区域175的大小不同，作为其结果，正反射区域175的外缘部的位置不同。
如图6A所示，在正反射区域175的外缘部位于比凹部194的开口缘部靠内侧(中心轴CA侧)的位置的情况下，从发光元件180的侧面射出的光的一部分直接到达抗蚀剂层173。这样已到达抗蚀剂层173的光由抗蚀剂层173散射，成为无法控制的光。
另一方面，如图6B所示，即使在正反射区域175的外缘部位于比凹部194的开口缘部靠外侧的位置的情况下，从发光元件180的侧面射出的光的一部分到达基板170。但是，到达基板170的光全部由正反射区域175正反射并从入射面192向光束控制部件190内入射。这样由正反射区域175正反射后的光与从发光元件180直接入射到光束控制部件190内的光同样地，能够通过射出面193适当地控制。即，在正反射区域175的外缘部位于比凹部194的开口缘部靠外侧的位置的情况下，使用从侧面射出光的发光元件180，也能够适当地控制从发光元件180射出的光的配光。
图7是从发光元件180的顶面射出的光的一部分的光路图。如图7所示，从发光元件180的顶面射出的光由入射面192向光束控制部件190内入射。入射到光束控制部件190内的光到达射出面193，并从射出面193向外部射出(实线的箭头)。这时，由于利用射出面193的形状使光折射，因此对光的行进方向进行控制。另一方面，已到达射出面193的光的一部分由射出面193反射(菲涅尔反射)，到达与安装有发光元件180的基板170相对的背面191(虚线的箭头)。已到达背面191的光在此后到达基板170。这样，在由射出面193进行了菲涅尔反射的光到达至基板170的情况下，与在朝向射出面193的方向由正反射区域175进行反射相比，由抗蚀剂层173漫射反射更能抑制在发光装置160的上部中的光漫射部件140上产生亮部。从而，优选正反射区域175的外缘部比由射出面193进行了菲涅尔反射的光较多地到达背面191(抗蚀剂层173)的位置(已到达的光的光量表示峰值的位置)更靠内侧(中心轴CA侧)。对于由光束控制部件190的射出面193进行了菲涅尔反射的光较多地到达的背面191上的位置，如日本特开2012―004078号公报所示，能够通过仿真或实验等求出。此外，即使正反射区域175的外缘部比进行菲涅尔反射后的光到达抗蚀剂层173的位置更靠外侧，来自发光元件180的侧面的光也几乎不到达该位置，所以效果饱和。
(效果)
如上所述，实施方式1的发光装置160中，由于将比凹部194的开口部大的正反射区域175配置在发光元件180的周围，所以即使在使用光从侧面射出的发光元件180的情况下，也能够对从发光元件180射出的光适当地进行控制。由此，本发明的面光源装置100的辉度不均较小。
[实施方式2]
实施方式2的面光源装置200，仅发光装置中的光束控制部件的形状与实施方式1的面光源装置100不同。因此，仅对实施方式2的发光装置260进行说明。
(发光装置及光束控制部件的结构)
图8A是实施方式2的面光源装置200的局部放大剖面图，图8B是实施方式2的发光装置260的局部放大剖面图。如这些图所示，实施方式2的发光装置260具有基板170、发光元件180及光束控制部件290。此外，基板170及发光元件180与实施方式1相同，所以省略其说明。
实施方式2的光束控制部件290具有背面191、入射面292、反射面296及射出面293。实施方式2的光束控制部件290在将从发光元件180的顶面射出并由入射面292的顶面297入射的光由反射面296向侧方反射之后，从射出面293向侧方射出到光束控制部件290的外部。另外，在从发光元件180的侧面射出并由入射面292的侧面298入射之后，从射出面293向侧方射出到光束控制部件290的外部。
背面191是配置在光束控制部件290的里侧的平面。本实施方式中，背面191配置在与中心轴CA垂直的方向。在背面191的中央部分开口有凹部294。
入射面292是在背面191的中央部分开口而成的凹部294的内表面，使从发光元件180射出的光向光束控制部件290的内部入射。入射面292是以中心轴CA为中心的旋转对称(圆对称)面。入射面292具有顶面297及侧面298。
顶面297以与中心轴CA相交的方式而配置，与凹部294的顶部相当。不特别地限定顶面297的形状。顶面297的形状也可以是平面。另外，顶面297也可以在平面部的中央具有大致圆锥形状部分。本实施方式中，顶面297在其中央部分具有大致圆锥形状部分。另外，虽然不特别地限定顶面297的俯视形状，但是，本实施方式中是圆形。
侧面298将顶面297的外周缘部和凹部294的开口缘部连接。不特别地限定与中心轴CA垂直的方向上的侧面298的剖面形状。本实施方式中，与中心轴CA垂直的方向上的侧面298的形状是圆形。
反射面296将由入射面292入射的光向侧方反射。反射面296是以光束控制部件290的中心轴CA为中心的旋转对称(圆对称)面。另外，该旋转对称面的从中心部分到外周部分的母线是相对于发光元件180为凹的曲线，反射面296是以中心轴CA为旋转轴，将该母线360°旋转的状态下的曲面(参照图8A)。即，反射面296具有随着从中心部分靠近外周部分距发光元件180的高度逐渐变高的非球面形状的曲面。另外，与反射面296的中心相比，反射面296的外周部分形成于在发光元件180的光轴LA方向上距发光元件180的距离(高度)较远的位置。例如，反射面296是随着从中心部分靠近外周部分距发光元件180的高度逐渐变高的非球面形状的曲面，或从中心部分到规定的地点为止随着从中心部分靠近外周部分距发光元件180(基板170)的高度逐渐变高，从所述规定的地点到外周部分为止随着从中心部分靠近外周部分距发光元件180的高度逐渐变低的非球面形状的曲面。在是前者的情况下，反射面296相对于基板170的面方向的倾斜角度随着从中心部分靠近外周部分逐渐变小。另一方面，在是后者的情况下，反射面296中，在中心部分与外周部分之间且是靠近外周部分的位置，存在相对于基板170的面方向的倾斜角度为零(与基板170平行)的点。此外，所谓“母线”，虽然一般是指描绘直纹曲面的直线，但是，本说明书中作为包括用于描绘旋转对称面的反射面296的曲线的词语来使用。
射出面293使由顶面297入射并由反射面296反射的光及由侧面298入射的光向光束控制部件190的外部射出。以围绕中心轴CA的方式配置射出面293。本实施方式中，射出面293是沿着中心轴CA的曲面。在包含中心轴CA的剖面中，射出面293的上端与反射面296连接。另一方面，在包含中心轴CA的剖面中，射出面293的下端与背面191连接。
即使在本实施方式中，在正反射区域175的外缘部位于比凹部294的开口缘部靠中心轴CA侧的位置的情况下，从发光元件180射出的光也直接到达抗蚀剂层173。由此，到达抗蚀剂层173的光发生散射而成为不能控制的光。
另一方面，在正反射区域175的外缘部位于比凹部294的开口缘部靠外侧的位置的情况下，从发光元件180的侧面射出的光全部由正反射区域175正反射并从入射面292入射到光束控制部件290内。由此，使用从侧面射出光的发光元件180也能够适当地控制从发光元件180射出的光的配光。
(效果)
如上所述，实施方式2的面光源装置200具有与实施方式1的面光源装置100同样的效果。
此外，上述各实施方式中，虽然通过对镀层174的表面进行鏡面加工来形成正反射区域175，但是正反射区域175的形成方法不限于此。例如，也可以通过将具有正反射功能的其他部件配置在基板170上来形成正反射区域175。
工业实用性
本发明的发光装置及面光源装置例如能够适用于液晶显示装置的背光源或一般照明等。

Claims (4)

1.一种发光装置，具有：
基板，在其一方的面配置有使已到达的光正反射的正反射区域；
发光元件，其配置在所述基板上，至少从侧面射出光；以及
光束控制部件，其配置在所述发光元件之上，控制从所述发光元件射出的光的配光，
所述光束控制部件包括：
背面，其配置在所述基板侧；
入射面，其是在所述背面开口而成的凹部的内表面，使从所述发光元件射出的光入射；以及
射出面，其使从所述入射面入射的光的至少一部分向外部射出，
所述正反射区域的外缘部位于比所述凹部的开口缘部更靠外侧的位置。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，
所述射出面配置在所述背面的相反侧，
所述正反射区域的外缘部配置在如下位置，即：比从所述发光元件射出并由所述入射面入射的光中的、由所述射出面进行菲涅尔反射并到达所述背面的光的光量呈出峰值的位置更靠内侧的位置。
3.一种面光源装置，具有：
权利要求1或2所述的发光装置；以及
使来自所述发光装置的光漫射的同时使其透射的光漫射部件。
4.一种显示装置，具有：
权利要求3所述的面光源装置；以及
被照射从所述面光源装置射出的光的显示部件。
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