JP2003249112A

JP2003249112A - 面状発光装置及びそれを用いたディスプレイ装置

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Publication number: JP2003249112A
Application number: JP2003000738A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakanishi; 栄二中西; Akira Tsuchiuchi; 彰土内
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2003-09-05
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: JP4107086B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】発光素子を利用した面発光スイッチ、各種バッ
クライトや表示器などに用いられる面状発光装置などに
係わり、特に均一且つ高輝度に発光可能であって、有効
な発光面積を広くした面状発光装置などに関するもので
ある。【解決手段】透光性を有する導光板101と、導光板101の
端面に光学的に接続された少なくとも１つの発光素子10
2とを有する面状発光装置である。特に、発光素子102
は、発光観測面側から見て導光板101の角に相当する隅
部で光学的に接続されている面状発光装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光素子を利用した
面発光スイッチ、各種バックライトや表示器などに用い
られる面状発光装置などに係わり、特に均一且つ高輝度
に発光可能であって、有効な発光面積を広くした面状発
光装置などに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、携帯電話、ノート型パソコンなど
各種携帯電子機器が急速に発達してきている。これに伴
って、電子機器の動作状態や画像情報等を表示出力する
高輝度ディスプレイ装置に対する社会の要求がますます
高まりを見せている。例えば、液晶を利用したディスプ
レイ装置は夜間や室内など外光の少ない環境下でも使用
できるように液晶装置とそのバックライト用の光源によ
り画像表示させてある。このようなディスプレイ装置に
用いられる面状発光装置には、冷陰極管と称される小型
の蛍光管が用いられることが多い。冷陰極管は導光板の
端面に配され端面から導入される白色光を導光板の裏面
に設けられた拡散部で面内に均一に拡散させる。これに
より線光源を面光源に変換させて使用してある。導光板
を用いた面状発光装置は線光源の冷陰極管を光源とする
ものが主流であった。

【０００３】一方、新たな光源としてＲＧＢ（赤色系、
緑色系、青色系）が高輝度に発光可能な半導体素子であ
るＬＥＤチップがそれぞれ開発された。このようなＬＥ
Ｄチップを用いた面状発光装置は、小型で効率が良く鮮
やかな色の発光をする。また、半導体素子であるため断
線による不灯などの心配がない。駆動特性が優れ、振動
やON／OFF点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。
さらに、昇圧回路や安定化回路などを必要としない。そ
のため直流電流で駆動させることができ高長波成分が発
生することがなくノイズの心配がない。上述の理由など
から、冷陰極管を用いた面状発光装置に代わる面状発光
装置として有望視されている。

【０００４】半導体素子を用いて面状発光装置を白色発
光させるためには、ＲＧＢやＢＹ（青色系、黄色系）な
どの各ＬＥＤチップから放出された光を混色させ導光板
などにより面状発光させる。或いは、ＬＥＤチップから
放出された光と、ＬＥＤチップからの光によって励起さ
れた蛍光物質が発光した光とを混色させ補色関係を利用
することによって白色系光を導光板を用いて面状発光さ
せることもできる。

【０００５】このようなＬＥＤチップを用いた面状発光
装置は、マクロ的には上述の冷陰極管の如き線光源とは
異なり点光源として認識される。

【０００６】したがって、高輝度ＬＥＤチップを利用し
面状光源とさせるためには導光板の側端面などから光を
導入させる。また、ＬＥＤチップの発光部からより遠方
においても面状に均一光が発光可能とすべく導光板など
に切り欠き部や所望の反射パターンを形成させるために
ドットパターンを形成させる。或いはＬＥＤチップ上に
拡散レンズを設ける。導光板上に拡散部材を配置させる
などを行うことで、より均一発光させることが考えられ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、面状発
光装置の発光面積をより大きくする。また、より高輝度
に面発光させるためには、ＬＥＤチップからの発光輝度
を更に向上させざるを得ない。ＬＥＤチップを利用した
ものはマクロ的に見て点状から面状に変換させる必要が
ある。そのためドットパターンなどによってある程度均
一光とさせることができるもののパターンが複雑化す
る。特に発光強度が数千ｍｃｄまで向上した高輝度ＬＥ
Ｄチップをフルに発光させた場合、ＬＥＤチップ数を減
少させ小型化できる。しかし、光源となる発光素子近傍
の周辺では極めて強い発光の強度分布が生ずる。したが
って、ドットパターンだけでは十分面状に均一化できな
い場合がある。

【０００８】ドットパターンと同様、反射部材、切り欠
き部や拡散レンズを設けることによって輝度むらをある
程度解決することができる。しかし、いずれも非発光部
の面積が大きくなり光源の輝度向上の利点を生かしきれ
ないという問題を有する。本発明は上記課題を解決し高
輝度に発光可能な面状発光装置において、発光面の有効
面積を大きくし発光むらなどが極めて少ない面状発光装
置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は透光性を有する
導光板と、導光板の端面に光学的に接続された少なくと
も１つの発光素子とを有する面状発光装置に関する。特
に、発光素子は発光観測面側から見て導光板の角に相当
する隅部で光学的に接続されている面状発光装置であ
る。

【００１０】本発明の請求項２に記載の面状発光装置
は、透光性を有する導光板と導光板の端面に光学的に接
続された少なくとも１つの発光素子とを有する面状発光
装置に関する。特に、発光素子は少なくとも発光観測面
側から見て発光素子から放出された光の指向角よりも狭
い導光板の第２の辺及び第３の辺に挟まれる第１の辺に
光学的に接続されている面状発光装置である。

【００１１】本発明の請求項３に記載の面状発光装置
は、導光板に光学的に接続された発光素子の発光部が、
発光観測面側から見て第２の辺及び第３の辺によって挟
まれる角の中央線に沿って実質的に対称である。

【００１２】本発明の請求項４に記載の面状発光装置
は、発光素子が絶縁性基板上に設けられた窒化ガリウム
系化合物半導体を介して同一平面側に正極及び負極の両
電極を有し、両電極間の配置方向と端面における導光板
の厚み方向とが実質的に平行である。

【００１３】本発明の請求項５に記載された面状発光装
置は、導光板と発光素子が蛍光物質を含有する色変換部
を介して光学的に接続されている。

【００１４】本発明の請求項６に記載された面状発光装
置は、導光板の主面上に蛍光物質を含有させた色変換部
を有する。

【００１５】本発明の請求項７に記載された面状発光装
置は、発光素子が異なる発光波長を発光する２種類以上
である。

【００１６】本発明の請求項８に記載されたディスプレ
イ装置は、各々がドット状に開閉する多数の光シヤッタ
を有する光学部材と、発光した光が前記光シヤッタを通
過するように設けた面状発光装置とを有する。特に、面
状発光装置は、透光性を有する導光板と、導光板の端面
に光学的に接続され、発光観測面側から見て導光板の角
に相当する隅部で光学的に接続されている発光素子であ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明者は、種々の実験の結果、
発光素子から放出された光の指向角を考慮し導光板の特
定位置に発光素子を配することによって、有効な発光面
積を増大させると共に均一且つ高輝度発光可能な面状発
光装置とすることができることを見出し本発明を成すに
至った。

【００１８】本発明の構成することによって面状の均一
性が向上する理由は、発光素子の指向角に対応して導光
板の端面があるためと考えられる。

【００１９】即ち、発光素子からの光は図５や図６の如
く、ある一定の指向角を持った放射状に発光する指向特
性を持つ。そのため発光観測面から見た導光板主面の１
辺に配置させると、発光素子近傍での発光強度が強く発
光素子から離れるに従って発光強度が弱い箇所が存在す
る。特に、最も発光が強い方向に対して、発光素子近傍
の垂直方向は暗くなる傾向が強い。

【００２０】本発明においては、発光素子の持つ指向角
により発光強度が弱い側面方向に導光板の端面（第２及
び第３の辺）が配置されるために指向特性の影響が少な
く発光強度が均一に向上する。特に、導光板の側面を構
成する第２及び第３の辺に反射板を構成すると反射光を
利用することができる。また、発光強度の高い中心部を
導光板の対角線上に配置することができるため、効率よ
く遠方まで光を放出させることもできる。発光素子と対
極する位置が導光板の隅部に相当する場合は、反射光を
も均一化させることができる。

【００２１】また、半導体上に設けられた電極などが発
光面の影になるなど発光素子の構造上、発光面から非均
一に光が照射されるものは、指向特性がいびつになる場
合がある。このような場合は、導光板の接続端面の角度
を変える。或いは、長方形の導光板を利用する。さらに
は、ＬＥＤチップの配置角などを変化させることによ
り、より均一な発光を得ることができる。

【００２２】本発明の具体的な一例として、面状発光装
置の発光観測面側から見た図を図２に示す。発光観測面
から見て４角形のアクリル樹脂を用いた透光性導光板の
角に当たる隅部２箇所を面取りしてある。面取りした端
部には、透光性弾性体であるアクリル樹脂を介して図３
（Ａ）のチップタイプＬＥＤを配置させてある。チップ
タイプＬＥＤの発光面を導光板の端面と張り合わせた構
造となっている。導光板の背面には発光をより均一化さ
せる目的でチタン酸バリウム含有樹脂を直接印刷し硬化
させてある。印刷されたものは、光源から近い位置では
単位面積当たりの被覆率が小さく、次第に遠ざかるにつ
れて被覆率が高くなるパターンが選択されたグラディー
ションである。さらに、面取りした隅部及び主面以外は
反射部材を形成させてある。

【００２３】また、導光板の主面上には、白色発光を得
るために色変換部材が配置されている。色変換部材に
は、ＬＥＤチップから放出された青色系光によって励起
され黄色系発光色を発光するセリウム付活ＹＡＧ系蛍光
物質（（Ｙ_０．２Ｇｄ_０．８） _３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）
を白色散乱材と共に樹脂中に含有させたものを用いた。
色変換部材は、導光板の主面の大きさに合わせたシート
状に成形させてある。

【００２４】このような面状発光装置の発光素子に電力
を供給させると発光素子からの光が透光性弾性体を介し
て導光板内に導入され導光板の主面形状に発光すること
となる。導光板から放出された青色系光の少なくとも一
部は、導光板上に設けられた色変換部材中の蛍光物質を
励起及び発光させる。発光素子と、蛍光物質との混色光
を利用することによって均一な白色系面状発光を得るこ
とができる。以下、本発明の構成部材について詳述す
る。

【００２５】（導光板１０１、２０１）本発明に用いら
れる導光板１０１とは、発光素子１０２から放出された
光を拡散させつつ効率よく面状発光させるものであり透
過率、耐熱性に優れ均一に形成できることが求められ
る。また、導光板の形状は所望に応じて長方形、多角形
など種々の形状とすることができる。導光板の具体的な
構成材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹
脂、硝子等が挙げられる。導光板の厚みは、板厚が厚い
ほど光の利用効率が高くなるが発光素子の配置や種類等
から１０ｍｍ以下が好ましい。

【００２６】発光観測面側から見た導光板の矩形の角な
どに相当する隅部に発光素子を光学的に接続させるため
には、導光板の角を切り取り面取りする。或いは、面取
りしたものを一体成形させることによって形成させるこ
とができる。発光素子の数は、所望に応じて複数設ける
ことができる。また、発光素子の配置も多角形の全ての
隅部に配置させることもできるし、所望に応じて１箇所
以上の隅部に配置させることができる。導光板が四角形
であれば四方の隅部全てに発光素子を接続してもよいこ
とはいうまでもなく、隅部におけるＬＥＤチップの個数
も種々選択することができる。発光素子は樹脂やガラス
でモールドされたＬＥＤチップを用いても良いし、直接
導光板と接したＬＥＤチップを用いても良い。ＬＥＤチ
ップがモールドされた発光素子を光学的に接続させたも
のは、歩留まりや信頼性が高い面状発光装置とすること
ができる。

【００２７】一方、導光板に直接或いは電極を介して直
接接続させたものは小型化可能であると共に発光強度を
向上させることもできる。

【００２８】さらに、導光板面に凹凸を形成（シボ加
工）させることで発光素子からの光をより散乱させるこ
とができる。また、拡散膜と接する導光板面に凹凸を形
成させることで拡散膜が導光板に張り付いてできる干渉
縞を防ぐこともできる。

【００２９】なお、本発明において、発光素子と導光板
とが光学的に接続されているとは、発光素子が発光する
光を直接又は間接的に導光板に導入することをいう。具
体的には、発光素子を導光板に埋設することはもちろん
のこと、発光素子を光透過性樹脂などにより接着した
り、光ファイバー等を用いて導光板に発光素子の発光を
導くことである。また、発光素子からの光を蛍光物質に
よって波長変換させた光を導光板に導くことをも含むも
のである。

【００３０】本発明において導光板の角に当たる隅部と
は、発光素子からの光が放射状に広がり発光素子近傍の
暗くなる部位が少なくなるような発光観測面側から見た
導光板の部位のことである。導光板の側壁に反射部材が
設けられている場合は、反射部材により反射される光も
利用することができる。そのため導光板端面（発光観測
面側から見た第２及び第３の辺）によって挟まれる部位
（第１の辺）よりも狭い指向角の発光素子を利用するこ
ともできる。なお、好ましい隅部としては面状発光装置
の発光観測面側から見て発光素子からの光が放射状に広
がる指向角よりも狭い角度で配置される導光板端面（発
光観測面側から見た第２及び第３の辺）によって挟まれ
る部位（第１の辺）のことである。したがって、導光板
の形状が多角形の場合、発光観測面側から見て実質的に
導光板の頂点に相当する部位のことである。さらに、発
光観測面側とは、発光素子の光が導光板を介して放出さ
れる主面側をいう。このような導光板は、射出成形によ
り比較的簡単に形成させることができる。

【００３１】なお、指向角とは、発光素子からの光が放
射状に広がる光のうち発光素子の軸上光度の半分となる
角をいう。したがって、半値角の２倍に相当するもので
ある。

【００３２】（発光素子１０２、２０２）本発明に用い
られる発光素子１０２とは、導光板と光学的に接続され
て効率よく面状に発光可能なＬＥＤチップを利用したも
のであり、モールド部材になど被覆された砲弾型発光ダ
イオードや支持体にＬＥＤチップが配されたチップタイ
プＬＥＤなどの種々の発光ダイオードを利用することが
できる。同様に、ＬＥＤチップを導光板上に直接接着さ
せて用いることもできる。砲弾型発光ダイオードやチッ
プタイプＬＥＤにおいては、ＬＥＤチップが配置される
カップの形状やモールドの形状を種々変更することによ
り指向角を所望に設定することができる。

【００３３】このような発光素子としては液相成長法や
ＭＯＣＶＤ法などにより基板上にＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｓ
ｉＣ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、
ＧａＡｌＮ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎ
ＧａＰなどの半導体を発光層として形成されたものが好
適に用いられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、
ＰＩＮ接合やＰＮ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構
造あるいはダブルへテロ構成のものなどが挙げられる。
半導体の材料やその混晶度によって発光波長を紫外から
赤外まで種々選択することができる。また、半導体活性
層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構
造や多重量子井戸構造とすることでもできる。

【００３４】発光素子は、２個以上用いることができる
し２種類以上利用することもできる。２種類以上利用す
る場合、発光色の混色により種々の発光色を得ることが
できる。発光素子をＲＧＢ（赤、緑、青）或いは、ＢＹ
（青、黄）とし全て発光させ混色することにより白色発
光することができる。発光素子に供給する電力を種々調
整する或いは、発光素子ごとに電力の供給を停止させる
ことにより種々の発光色とすることができる。具体的に
は、ＲＧＢの発光素子からの光のうち、Ｂ（青）が発光
可能な発光素子の電力の供給を停止することによりＲＧ
（赤、緑）の混色光が観測される。ＢＧ（青、緑）が発
光可能な発光素子の電力の供給を停止することによりＲ
（赤）の発光色が観測される。これらの発光色を調節す
ることにより発光色で種々の情報を表示することができ
る。具体的には、面状発光装置上に設けられた液晶装置
により画像情報を表示すると共に面状発光装置や液晶装
置を駆動させるバッテリーの残量などの情報を発光の切
換などにより知らせることができる。バッテリー残量が
少なくなるにつれ発光素子の発光を停止させることで、
バッテリー寿命を延ばしつつ使用状況を知らせることが
できる。例えば、各発光素子は発光素子に接続されたト
ランジスターを駆動ドライバーとしトランジスターのベ
ースに加えられる信号により、発光素子に供給される電
力量や発光時間を変え発光量を調節することができる。
即ち、トランジスターのベース信号により種々の情報を
表示させることができる。

【００３５】また、発光素子からの少なくとも一部の光
を色変換させて白色系面状発光装置とさせることもでき
る。この場合、ＬＥＤチップには、セリウムで付活され
たイットリウム・アルミニウム・ガーネット系やペリレ
ン系誘導体などの蛍光物質を効率良く励起できる青色が
発光可能な窒化物系化合物半導体（Ｉｎ_ＸＧａ_ＹＡｌ
_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）であるこ
とが望まれる。

【００３６】本発明では一つの発光素子から出力される
発光波長の発光出力は２００μＷ以上、更に好ましくは
３００μＷ以上の出力が好ましい。発光素子の発光出力
が２００μＷよりも少ないと、導光板に光学的に接続す
る発光素子の数を増やしたとしても、充分な明るさ且つ
均一な面状発光が得られにくい傾向にある。

【００３７】このような特性を満たす具体例としては、
窒化物系化合物半導体を使用した発光素子などが挙げら
れる。窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、基
板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等
の材料を用いることができる。より結晶性の良い窒化ガ
リウム系化合物半導体を形成させるためにはサファイヤ
基板を用いることが好ましい。このサファイヤ基板上に
ＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファー層を形成しその上にｐｎ
接合などを有する窒化ガリウム系化合物半導体を形成さ
せる。

【００３８】窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物を
ドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上
させるなど所望のｎ型窒化ガリウム半導体を形成させる
場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒
化ガリウム系半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパン
ドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドー
プさせる。窒化ガリウム系化合物半導体は、ｐ型ドーパ
ントをドープしただけではｐ型化しにくい。そのためｐ
型ドーパント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射
やプラズマ照射等によりｐ型化させることが好ましい。
エッチングなどによりｐ型半導体及びｎ型半導体の露出
面を形成させた後、半導体層上にスパッタリング法や真
空蒸着法などを用いて所望の形状の各電極を形成させる
ことができる。

【００３９】次に、形成された半導体ウエハー等をダイ
ヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシン
グソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも
広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によ
って半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモ
ンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウ
エハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば
碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導
体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして
窒化ガリウム系化合物半導体であるＬＥＤチップを形成
させることができる。

【００４０】本発明において、電極の配置や形状などに
よる発光面を考慮した発光素子を利用することで、より
均一な面発光をさせることができる。具体的な１例とし
て図３、図４及び図５に示す。図３及び図４には、発光
素子であるチップタイプＬＥＤの発光面が図示されてい
る。チップタイプＬＥＤの支持体３０１としては、セラ
ミック、金属基板やポリカーボネート、ポリエチレン、
アクリル等の有機樹脂基板などが好適に挙げられる。支
持体の凹部には、窒化物系化合物半導体のサファイア基
板がエポキシ樹脂などを用いてダイボンディングされて
いる。支持体に設けられた外部電極３０２と、ＬＥＤチ
ップ３０４、３０５、３０６、３０７の電極とがそれぞ
れ金線３０３などにより電気的に接続されている。この
ような、ＬＥＤチップの発光面は等方的ではない。した
がって、ＬＥＤチップの配置方向によっては指向特性が
変わる。

【００４１】図３（Ａ）の如き、発光素子を発光させる
と図５の破線の如き発光特性を持つ場合がある。導光板
の形状が正方形などに近い場合、導光板に光学的に接続
された発光素子の発光部を第１及び第２の辺によって形
成される角の中央線に沿って実質的に対称な図３（Ｂ）
及び図４（Ｃ）、図４（Ｄ）の如く配置することで、よ
り主面上から均一な発光することができる。

【００４２】本発明において単色性のＬＥＤチップを用
いて白色系を発光させる場合は、蛍光物質との補色関係
や樹脂劣化等を考慮して発光素子の発光波長は４００ｎ
ｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９
０ｎｍ以下がより好ましい。ＬＥＤチップと蛍光物質と
の効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ
以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。

【００４３】（拡散部）拡散部とは、マクロ的には点光
源として認識される発光素子からの光を、均一な面状に
拡散させるために好適に用いられるものである。したが
って、拡散部は、発光素子の指向角を考慮して光源から
近い強発光される部位では単位面積当たりの被覆率が小
さく、発光強度が弱くなるにつれて被覆率が高くなるパ
ターンが選択される。このような、パターンは、ドット
状、ストライプ状やグラディーション状など種々のもの
を施すことによって比較的に簡単により均一光を得るこ
とができる。また、拡散部と反射部材とを兼用すること
もできる。

【００４４】具体的な拡散部は、酸化チタン、チタン酸
バリウムなどが含有された樹脂を導光板の背面に直接印
刷する方法。白色物質が印刷されたシート状部材を導光
板の背面に張り合わせる方法。或いは導光板背面にパタ
ーン化された微細な凹凸を施し、凹凸による光の散乱を
利用する方法など種々のものが挙げられる。本発明にお
いては、発光素子の指向角に合わせて導光板の側面が形
成される。或いは、導光板の側面に合わせて発光素子の
指向角が決定される。このため発光素子からの強発光パ
ターンが、隅部を中心とした扇形状と見なすことができ
る。したがって、拡散部を形成するドットパターンなど
を比較的簡単な配置とすることができ量産性及び信頼性
も向上させることができる。

【００４５】（反射部材１０３、２０３、２０４）反射
部材とは、導光板の背面側と側面等に配置し発光素子か
らの光を無駄なく主面方向に反射させるために好適に用
いられるものである。従って、発光素子からの光を導光
板内に効率よく反射させるものであればよく、形状や大
きさは種々選択することができる。導光板を保持する凹
部を持ったケース状部材であるパッケージと兼用するこ
とや導光板の面上に加工することもできる。このような
反射部材の材料としては、ポリエチレンテレフタレート
樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂等の
樹脂中にチタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化チ
タン、酸化珪素、燐酸カルシュウム等の散乱材や白色顔
料及び／又は染料などを含有させて形成させたものが好
適に挙げられる。

【００４６】また、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ等の反射率の高い
金属膜を導光板上にメッキさせたり、スパッタリング法
や真空蒸着法などにより形成させても良い。また、反射
部材の表面は更なる混色性向上のために凹凸を設けて発
光素子からの発光をより散乱させる構成としても良い。
さらに、反射性と散乱性向上のために多層構成とするこ
とも可能である。散乱性向上のためのガラス不織布上に
金属コートしたものなども挙げられる。これら反射部材
はアクリル系接着剤、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等に
よって導光板に装着させることができる。

【００４７】（色変換部７０６）本発明の面状発光装置
は、発光素子から発光された光をそのまま面状に発光さ
せるほかに、色変換部によって発光素子からの光を種々
の色に変換させたものを面状に発光させても良い。この
ような波長変換に用いられる色変換部としては、半導体
発光層から発光された光を他の色に変換する蛍光物質が
含有されたものが好適に用いられる。色変換部中の蛍光
物質は、等方的に発光するため発光素子からの光をより
均一化する働きをもする。

【００４８】したがって、色変換部材は種々の形態をと
ることができる。具体的には、色変換部材を、ＬＥＤチ
ップが積置される発光素子の支持体凹状開口部内に形成
させてもよい。また、蛍光物質を樹脂中に含有させ導光
板上に配置できるようシート状に形成させてもよい。こ
の場合、導光板の主面上に配置させることもできるし、
導光板と発光素子との間に配置させることもできる。蛍
光物質が含有された色変換部材は、蛍光物質と樹脂など
との比率や塗布、充填量を種々調整することによって、
任意の色調とすることができる。また、発光素子の発光
波長を選択することにより色温度の高い白色系を含め電
球色など任意の色を提供させることもできる。

【００４９】具体的な色変換部材としては、発光素子か
らの光に対して光透過率が７０％以上を有するシート状
ベースフィルムに蛍光物質を含有させた樹脂をロールコ
ーターなどで塗布することなどにより形成させることが
できる。このようなベースフィルムとしては、透光性、
耐熱性が高いポリカーボネートフィルムやポリエステル
フィルムが好適に挙げられる。ベースフィルムは、より
発光均一性を向上させるため屈折性の微粒子樹脂ビーズ
や透光性無機微粒子をコーティングしたもの、さらには
上記フィルムをエンボス加工したものなどが好適に用い
られる。蛍光物質と共に白色顔料を含有させてより均一
な白色表示を得ることもできる。

【００５０】ベースフィルム上に比較的硬質な無機蛍光
体を塗布する場合、塗布面を導光板と反対に配置するこ
とが好ましい。これにより、面状発光装置の形成時に導
光板表面が傷つくことを防ぐことができる。

【００５１】色変換部材に含有される具体的な蛍光物質
としては、発光素子の発光波長を効率よく吸収し所望の
発光波長を発光するものとして有機蛍光物質、無機蛍光
物質など種々のものが挙げられる。窒化ガリウム系化合
物半導体を利用した発光素子などからの高輝度青色系の
発光波長を効率よく吸収し黄色系を発光する蛍光物質と
しては、ペリレン系誘導体やセリウム付活イットリウム
・ガドリ・アルミニウムなどの（Ｒｅ_１−ｘＳｍ_Ｘ）_３
（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光物質（但し、
０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから
なる群より選択される少なくとも一種の元素）などが好
適に用いられる。特に、セリウム付活ＹＡＧ系の蛍光物
質は、ＬＥＤチップと近接して配置しても耐光性が強い
ためより好ましい。（光学部材７００）光学部材７００
は面状発光装置７０５からの光を透過させるものであ
り、その透過を制御することにより種々の情報を表示さ
せるものである。光学部材７００は、各々がドット状に
開閉する多数の光シヤッタを有している。具体的には、
面状発光装置７０５の発光面状に配置させることができ
る液晶装置が挙げられる。

【００５２】液晶装置は、液晶７０１をドットマトリッ
クス状に電力が供給できるように配向処理させたＳｎＯ
_２などの透明電極７０３を有する珪酸ガラスなどの透光
性支持体７０２に挟み込んで形成される。液晶７０１を
ドットマトリックス状に駆動できるようそれぞれにトラ
ンジスタが形成された液晶装置などが好適に用いられ
る。なお、液晶装置の一対のガラス表面上にはそれぞれ
偏光板７０４が設けられている。

【００５３】面状発光装置７０５からの光がＲＧＢ成分
を持ち且つ、光学部材７００上にＲＧＢに対応したフィ
ルターを配置させる。或いは、各画素のＲＧＢごとの液
晶をスイッチングさせることによりフルカラー表示させ
ることができる。また、面状発光装置の発光をＲＧＢご
とに時分割で表示させつつ液晶装置を駆動させることに
よってもフルカラー表示させることができる。以下、本
発明の具体的実施例について詳述するが本発明がこれの
みに限定されるものでないことは言うまでもない。

【００５４】

【実施例】（実施例１）導光板として、アクリル板を３
５×３０ｍｍの長方形に切断し、アクリル板の短辺の隅
に当たる部位を１箇所切り欠き面取りした。隅部には、
約４ｍｍの接続端面（第１の辺）を形成させてある。ア
クリル板の切断端面を全て研磨した後、アクリル板の底
面に拡散部として凹凸を形成させた。次に反射部材とし
て厚さ０．２ｍｍで酸化チタンを含有させたアクリル樹
脂板を導光板の主面及び発光素子が光学的に接続される
接続端面（第１の辺）を除いた側面（第２及び第３の辺
を含む）にそれぞれアクリル系樹脂を用いて接着させ
た。

【００５５】一方、発光素子として発光ピークが４６０
ｎｍのＩｎ_０．４Ｇａ_０．６Ｎ半導体を用いた。ＬＥＤ
チップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴＭＧ（トリ
メチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジュウ
ム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガス
と共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系化合物半導
体を成膜させることにより形成させた。ドーパントガス
としてＳｉＨ_４とＣｐ _２Ｍｇと、を切り替えることによ
って形成させてある。ｎ型導電性を有する窒化ガリウム
半導体であるコンタクト層と、ｐ型導電性を有する窒化
ガリウム半導体であるクラッド層との間にＩｎ_０．４Ｇ
ａ_０．６Ｎの活性層を形成しｐｎ接合を形成させた。
（なお、サファイヤ基板上には低温で窒化ガリウム半導
体を形成させバッファ層とさせてある。また、活性層
は、量子効果を持たせるため厚さ約３ｎｍとしてある。
さらに、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニール
させてある。）エッチングによりｐ型、ｎ型各半導体の
コンタクト層表面を露出させた後、スパッタリングによ
り各電極をそれぞれ形成させた。こうして出来上がった
半導体ウエハーをスクライブラインを引いた後、外力に
より分割させＬＥＤチップを形成させた。

【００５６】また、外部電極を内部に有する支持体をポ
リカーボネート樹脂に酸化珪素を含有させた樹脂を用い
て圧縮成形により形成させる。支持体の開口部中にＬＥ
Ｄチップをエポキシ樹脂でダイボンドさせる。ＬＥＤチ
ップの各電極と、支持体の配線とを金線によってワイヤ
ーボンディングし電気的導通をとった。その後、ＬＥＤ
チップを保護する目的で透光性エポキシ樹脂によって支
持体の凹部内を被覆し図４（Ｃ）に記載のチップタイプ
ＬＥＤを発光素子として構成させた。発光素子は、図５
の実線の如き指向特性を示した。

【００５７】チップタイプＬＥＤの発光面に透光性アク
リル系樹脂から構成された粘着テープを用いて導光板の
隅部と光学的に密着させ図１に記載の面状発光装置を形
成させた。これにより発光素子に電力を供給することで
青色系の発光色を均一に発光させることができる。

【００５８】次に、色変換部材の材料として（Ｙ_０．５
Ｇｄ_０．５）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光物質８０重量
部、アクリル樹脂９０重量部をよく混合したスリラーを
用いる。このスリラーをアクリルベースのフィルム上に
ロールコーターを用いて塗布硬化させ、ベースフィルム
上に厚さ１２０μの色変換部材を形成させた。導光板の
主面上に蛍光物質と導光板が直接接しないように色変換
部材を配置させ白色系が発光可能な面状発光装置を形成
させた。こうしてできた面状発光装置に電源を接続した
ところ主面側から均一な面状白色発光が得られた。

【００５９】こうして得られた白色系が発光可能な面状
発光装置の平均色度点、色温度、演色性指数をそれぞれ
測定した。それぞれ、色度点（ｘ＝０．３０３、ｙ＝
０．２９１、色温度８０８５Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝
８７．３と三波長型蛍光灯に近い性能を示した。さら
に、均一性を測定するため図１の円部１０５の如き９点
における輝度をそれぞれ測定した。ＴＯＰＣＯＮ社製の
ＢＭ−７を用いて測定角２０で測定した。平均輝度は１
３５ｃｄ／ｍ^２であった。

【００６０】（比較例１）図８の如く導光板の短辺に発
光素子であるチップタイプＬＥＤを接着させ、チップタ
イプＬＥＤが光学的に接続された部位及び主面以外を反
射部で被覆した以外は実施例１と同様にして面状発光装
置を形成させた。

【００６１】こうしてできた面状発光装置に実施例１と
同様に電源を接続しバックライト用光源としたところ、
発光素子近傍において約１００°の指向性を持った放射
状に明るい発光部が形成された。発光面状では、明るい
部位と暗い部位とで色むらが形成されていた。実施例１
と同様の各点における輝度を測定し、実施例１と共に表
１に示した。表の結果より、実施例１は、比較例１より
も平均輝度が高く各点における輝度むらも極めて少なく
なった。なお、表に示された番号は、各測定点における
番号を示す。

【００６２】（実施例２）導光板として、アクリル板を
３５×３０ｍｍの長方形に切断し、アクリル板の短辺の
隅に当たる部位を２箇所（第１の隅部、第２の隅部）切
り欠き面取りした。隅部には、約３ｍｍの接続端面（そ
れぞれ第１の辺に相当）を形成させてある。アクリル板
の切断端面を全て研磨した後、アクリル板の底面に拡散
部として凹凸を形成させた。次に反射部材として厚さ
０．２ｍｍで酸化チタンを含有させたアクリル樹脂板を
導光板の主面及び発光素子が光学的に接続される接続端
面（第１の辺）を除いた側面（それぞれ第２及び第３の
辺に相当を含む）にそれぞれアクリル系樹脂を用いて接
着させた。

【００６３】一方、第１の隅部には、青色が発光可能な
発光素子を用いた。発光素子は、サファイヤ基板上に活
性層としてＩｎＧａＮ半導体を形成させたＬＥＤチップ
である。第２の隅部には、黄色が発光可能な発光素子を
用いた。発光素子は、ＧａＰ基板上に活性層としてＡｌ
ＩｎＧａＰ半導体を形成させたＬＥＤチップである。

【００６４】また、外部電極を内部に有する支持体をポ
リカーボネート樹脂に酸化珪素を含有させた樹脂を用い
て圧縮成形により形成させる。支持体の開口部中にＬＥ
ＤチップをそれぞれＡｇ含有のエポキシ樹脂でダイボン
ドさせる。ＬＥＤチップの各電極と、支持体の配線とを
金線によってそれぞれワイヤーボンディングした。その
後、ＬＥＤチップを保護する目的で透光性エポキシ樹脂
によって支持体の凹部内を被覆しチップタイプＬＥＤを
発光素子として構成させた。

【００６５】青色が発光可能なチップタイプＬＥＤ及び
黄色が発光可能なＬＥＤチップの発光面に透光性アクリ
ル系樹脂から構成された粘着テープを用いて導光板の隅
部と光学的に密着させ面状発光装置を形成させた。これ
により青色が発光可能なＬＥＤチップに電力を供給する
ことで青色系の発光色を比較的均一に面発光させること
ができる。また、黄色が発光可能なＬＥＤチップに電力
を供給することにより黄色系の発光色を比較的均一に面
発光させることができる。さらに、青色が発光可能なＬ
ＥＤチップ及び黄色が発光可能なＬＥＤチップともに電
力を供給することにより主面側から均一な面状白色発光
が得られた。ＬＥＤチップに供給される電力を種々制御
することにより面状発光装置から放出される発光色を種
々変更させることができる。

【００６６】（実施例３）導光板として、アクリル板を
３５×３０ｍｍの長方形に切断し、アクリル板の短辺の
隅に当たる部位を１箇所切り欠き面取りした。隅部に
は、約５ｍｍの接続端面（第１の辺）を形成させてあ
る。アクリル板の切断端面を全て研磨した後、アクリル
板の底面に拡散部として凹凸を形成させた。次に反射部
材として酸化チタンを含有させたアクリル樹脂をインサ
ート成形させた。成形されたパッケージングには、導光
板の主面及び発光素子が光学的に接続される接続端面
（第１の辺）に開口部を持っている。アクリル板をパッ
ケージ内にはめ込むことで接続端面からの光を面状にす
ることができる。

【００６７】一方、第１の辺には、青色、赤色、緑色が
それぞれ発光可能な発光素子を用いた。青色及び緑色の
発光素子は、サファイヤ基板上に活性層としてＩｎＧａ
Ｎ半導体を形成させたＬＥＤチップである。発光色によ
り発光層に含有されるＩｎの組成を変えてある。赤色が
発光可能な発光素子は、ＧａＰ基板上に活性層としてＡ
ｌＩｎＧａＰ半導体を形成させたＬＥＤチップである。

【００６８】マウント・リードの凹部内に各ＬＥＤチッ
プを配置させた後、それぞれ金線やＡｇペーストを用い
てインナー・リードやマウント・リードと電気的に接続
させた。各ＬＥＤチップは、リードに供給する電力によ
りそれぞれが発光可能とさせた。ＬＥＤチップが配置さ
れたマウント・リードやインナー・リードをエポキシ樹
脂でモールドすることにより多色発光ダイオードを形成
させた。

【００６９】多色発光ダイオードを第１の隅部となるパ
ッケージ内にはめ込んだ。はめ込まれた発光ダイオード
は、導光板の第１の辺と光学的に接続され面状発光装置
を形成させることができる。

【００７０】面状発光装置の発光面上に光学部材として
液晶装置を配置させた。液晶装置を全て透過可能な状態
にさせつつ、面状発光装置の各ＬＥＤチップに電力を供
給することで白色光を比較的均一に面発光させることが
できる。液晶装置を駆動させ所望のフルカラー表示とす
ることもできる。また、各ＬＥＤチップに供給される電
力を種々制御することにより、液晶装置を駆動させ画像
表示しつつ液晶装置から放出される発光色を種々変更さ
せることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、点光源
である発光素子の指向角に合わせ発光強度の少ない部位
を補償するように導光板の特定部位に発光素子を配置さ
せてある。そのため局所的な発光強度が少ない部位が形
成されず発光強度の均一性をより向上させると共に有効
な発光面積を増大させることができる。また、高輝度で
均一性及び混色性の優れた小型化可能な面状発光装置と
することができる。さらに、点光源である発光素子から
の光が均一に形成され易いため、導光板などに切り欠き
部（シボ加工）や所望の反射パターンを形成させるドッ
トパターンである拡散部の配置設計を極めて容易にさせ
ることができる。

【００７２】本発明の請求項３に記載の構成とすること
によって、より均一に面状に発光できる面状発光装置と
することができる。

【００７３】本発明の請求項４に記載の構成とすること
によって、より高輝度且つ均一に面状に発光することが
できる。

【００７４】本発明の請求項５に記載の構成とすること
によって、一種類の発光ダイオードを用いて白色系など
種々の色を発光させることができる。

【００７５】本発明の請求項６に記載の構成とすること
により、色変換部材による発光観測面側における着色が
ない面状発光装置とすることができる。特に、発光素子
から指向特性自体をより均一なものとして面発光させる
ことにより色変換部材を用いた場合における色むらなど
をより少なくすることができる。

【００７６】本発明の請求項７に記載の構成とすること
により、異なる発光色が可能な面状発光装置とすること
ができる。

【００７７】本発明の請求項８に記載の構成とすること
により、より高輝度且つ均一な表示が可能なディスプレ
イ装置とすることができる。

【００７８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面状発光装置を示す模式的正面図で
ある。

【図２】本発明の別の面状発光装置を示す模式的正面
図である。

【図３】図３は、本発明の面状発光装置に用いられる
チップタイプＬＥＤの発光面を示し、図３（Ａ）は、Ｌ
ＥＤチップの端面を支持体の端面と平行にしたチップタ
イプＬＥＤであり、図３（Ｂ）は、ＬＥＤチップの対角
線を支持体の端面と平行にしたチップタイプＬＥＤを示
す。

【図４】本発明の面状発光装置に用いられる別のチッ
プタイプＬＥＤの発光面を示し、図４（Ｃ）は、ＬＥＤ
チップの対角線を支持体の端面と垂直にしたチップタイ
プＬＥＤであり、図４（Ｄ）は、別のＬＥＤチップを用
いたチップタイプＬＥＤを示す。

【図５】図３（Ａ）及び図４（Ｃ）の指向特性を示
し、実線が図４（Ｃ）の指向特性であり、破線が図３
（Ａ）の指向特性を示す。

【図６】本発明の面状発光装置の作用を説明するため
の模式的平面図である。

【符合の説明】

１０１、２０１・・・導光板１０２、２０２・・・導光板の第１の辺に光学的に接続
された発光素子１０３、２０３・・・導光板の側面に配置された反射部
材１０５・・・面状発光装置の輝度測定部２０４・・・導光板の裏面に配置された反射部材３０１・・・チップタイプＬＥＤの支持体３０２・・・支持体内に配された外部電極３０３・・・導電性ワイヤー３０４・・・ＬＥＤチップの発光部３０５・・・導光板の発光観測面と略平行に強発光する
よう配置されたＬＥＤチップの発光部３０６、３０７・・・導光板の発光観測面と略平行に均
一に強発光するよう配置されたＬＥＤチップの発光部６０１・・・導光板の第１の辺６０２・・・導光板の第２の辺６０３・・・導光板の第３の辺６０４・・・発光素子からの輝度が一定な部位を導光板
上に示した模式的ライン７００・・・光学部材７０１・・・液晶７０２・・・ガラス７０３・・・透明電極７０４・・・偏光板７０５・・・面状発光装置７０６・・・色変換部材８０１・・・導光板上に配置された色変換部材８０２・・・導光板に光学的に接続されたチップタイプ
ＬＥＤ８０３・・・導光板の側面に配置された反射部材８０５・・・面状発光装置の輝度測定部

【表１】但し、単位は全てｃｄ／ｍ^２である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性を有する導光板と、該導光板の端
面に光学的に接続された少なくとも１つの発光素子とを
有する面状発光装置であって、前記発光素子は発光観測面側から見て導光板端面である
第２の辺と第３の辺とで挟まれるの角に相当する隅部で
光学的に接続され、且つ前記発光素子の発光部を第１及
び第２の辺によって形成される角の中心線に沿って実質
的に対象に配置してなることを特徴とする面状発光装
置。
【請求項２】前記導光板は発光観測面側から見て略正
方形である請求項１に記載の面状発光装置。
【請求項３】前記発光素子は青色が発光可能な窒化物半
導体からなるＬＥＤチップと、蛍光物質が含有された色
変換部材とを有する請求項２乃至請求項３に記載の面状
発光装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３に記載の面状発光
装置上に、各々がドット状に開閉する多数の光シャッタ
を有する光学部材を有することを特徴とするディスプレ
イ装置。