JP2015032373A - 光源装置、および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の質を向上させる。
【解決手段】基板と、前記基板上に配置された複数の光源と、前記複数の光源に対向配置された波長変換部材と、前記波長変換部材と前記複数の光源との間に配置され、入射した光の角度分布を均一化する拡散部材とを備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、面光源に好適な光源装置、および、その光源装置による照明光を用いて画像表示を行う表示装置に関する。

液晶表示装置などに用いられるバックライトの方式には、直下方式とエッジライト方式とがある。これらのバックライトとして、近年では、光源にＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることが多くなってきている。光源としてＬＥＤを用いる場合、例えば、青色ＬＥＤの周囲を蛍光体を含む樹脂で封止することにより、青色光と蛍光体による発光光とを混合して白色光を得る方法がある。その他の方法として、光源とは別体として蛍光体層を配置することで白色光を得る方法がある（特許文献１参照）。

特開２００９−１４０８２９号公報

上記したようなバックライトでは、面光源としての高いユニフォミティが求められている。例えば色むらや輝度むらの少ない均一な白色光が求められている。特許文献１では、発光素子からの光を蛍光体層の光出射面に対して垂直または略垂直方向から入射させる光線制御部を備え、蛍光体層の色度分布の視野角依存性を抑制することが提案されているが、さらに質の高い照明光が望まれている。

本開示の目的は、照明光の質を向上させることができるようにした光源装置、および表示装置を提供することにある。

本開示による光源装置は、基板と、基板上に配置された複数の光源と、複数の光源に対向配置された波長変換部材と、波長変換部材と複数の光源との間に配置され、入射した光の角度分布を均一化する拡散部材とを備えたものである。

本開示による表示装置は、照明光を発する光源装置と、光源装置からの照明光に基づいて画像を表示する表示部とを含み、光源装置を上記本開示による光源装置で構成したものである。

本開示による光源装置、および表示装置では、波長変換部材と複数の光源との間に配置された拡散部材によって、入射した光の角度分布が均一化される。

本開示の光源装置、または表示装置によれば、波長変換部材と複数の光源との間に拡散部材を備えるようにしたので、照明光の質を向上させることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本開示の第１の実施の形態に係る光源装置の一構成例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る光源装置における光源の面内配置の一例を示す平面図である。 第１の実施の形態に係る光源装置における光源、およびその周囲の一構成例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る光源装置における波長変換シートの一構成例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る光源装置の内部における光の進行状態の一例を示す断面図である。 波長変換シートに入射する光源からの光の進行状態の第１の例を示す説明図である。 波長変換シートに入射する光源からの光の進行状態の第２の例を示す説明図である。 波長変換シートに垂直方向から入射する光の進行状態を示す断面図である。 波長変換シートに斜め方向から入射する光の進行状態を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る光源装置における拡散部材の作用を示す断面図である。 第１の実施の形態の第１の変形例に係る光源装置の一構成例を示す断面図である。 賦形拡散板の第１の構成例を示す平面図である。 図１２に示した賦形拡散板によって形成される光源像の一例を示す平面図である。 賦形拡散板の第２の構成例を示す平面図である。 図１４に示した賦形拡散板によって形成される光源像の一例を示す平面図である。 比較例に係る光源装置の一構成例を示す断面図である。 第１の実施の形態の第２の変形例に係る光源装置の一構成例を示す断面図である。 第１の実施の形態の第２の変形例に係る光源装置の光源の一構成例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る光源装置の一構成例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る光源装置におけるプリズムシートの一構成例を示す断面図および平面図である。 第２の実施の形態に係る光源装置におけるプリズムシートの作用を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る光源装置の一構成例を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る光源装置におけるカットフィルタの作用を示す断面図である。 第３の実施の形態の変形例に係る光源装置の第１の構成例を示す断面図である。 第３の実施の形態の変形例に係る光源装置の第２の構成例を示す断面図である。 表示装置の一例を示す外観図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（拡散部材を配置した構成例）
１．１ 構成
１．２ 作用
１．３ 効果
１．４ 第１の実施の形態の変形例
１．４．１ 第１の変形例（拡散部材として賦形拡散板を配置した構成例）
１．４．２ 第２の変形例（ダイレクトポッティング式の光源を配置した構成例）
２．第２の実施の形態（プリズムシートを追加配置した構成例）
２．１ 構成
２．２ 作用および効果
３．第３の実施の形態（カットフィルタを追加配置した構成例）
３．１ 構成および作用
３．２ 第３の実施の変形例
４．数値実施例
５．その他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１ 構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る光源装置の一構成例を示している。図２は、この光源装置における光源２の面内配置の一例を示している。図３は、光源２およびその周囲の一構成例を示している。図４は、この光源装置における波長変換シート３の一構成例を示している。この光源装置は、面光源として好適で、例えば直下方式のバックライトとして利用されるものである。

この光源装置は、光源基板１と、複数の光源２と、波長変換部材としての波長変換シート３と、拡散部材４と、光学シート５と、反射部材としての反射シート６と、レジスト層７と、背面筐体（バックシャーシ）１０１と、中間筐体（ミドルシャーシ）１０２とを備えている。

背面筐体１０１の底面には光源基板１が配置されている。背面筐体１０１は、周辺部が上側に折り曲げられた形状とされ、周辺部の端部には中間筐体１０２が取り付けられている。背面筐体１０１の周辺部は、中間筐体１０２の取り付け部よりも内側部分に平坦部が形成され、その平坦部に拡散部材４の周辺部が支持されている。拡散部材４の光出射面（表面）側には波長変換シート３と、光学シート５とが配置されている。この光源装置を表示装置に適用する場合、光学シート５の光出射面（表面）側に表示パネルが配置されていてもよい。その場合、表示パネルの周辺部が中間筐体１０２に支持されてもよい。

波長変換シート３は、複数の光源２に対向するように配置されている。拡散部材４は、波長変換シート３と複数の光源２との間に配置されている。拡散部材４は、入射した光の角度分布を均一化するためのものである。拡散部材４としては、１枚の拡散板または１枚の拡散シートであっても良いし、２枚以上の拡散板または２枚以上の拡散シートであっても良い。

光学シート５は、波長変換シート３の光出射面（表面）側に配置されている。光学シート５は例えば、輝度を向上させるためのシートやフィルムで構成されている。光学シート５は、例えばプリズムシートを含んでいてもよい。光学シート５はまた、ＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）等の反射型偏光フィルムを含んでいてもよい。

光源基板１には、１または２以上の光源２ごとに独立した発光制御が可能となるように、図示しない配線パターンが形成されている。これにより、複数の光源２の局所的な発光制御（ローカルディミング）が可能とされている。光源基板１としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やフッ素、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などの樹脂製フィルムに配線パターンを印刷したものを用いることができる。その他、表面にポリイミドやエポキシ系などの絶縁性樹脂層が形成された、アルミニウム（Ａｌ）などのメタルベース基板の当該絶縁性樹脂層上に光反射性を有する材質の配線パターンを印刷したものを用いてもよい。また、ＦＲ４（ガラスエポキシ樹脂）やＣＥＭ３（ガラスコンポジット樹脂）などのガラス含有樹脂からなるフィルム基材上に光反射性を有する材質の配線パターンを印刷したものとしてもよい。光反射性を有する材質としては、例えばＡｌ，銀（Ａｇ）あるいはこれらの合金等が挙げられる。

光源基板１上には、レジスト層７と、反射シート６とが順番に配置されている。反射シート６は、光源基板１上における複数の光源２が配置された面内領域とは異なる面内領域に配置されている。

レジスト層７は、光源２からの光および波長変換シート３によって波長変換された光に対して反射率が比較的高い白色のレジスト層となっている。白色のレジストとしては、例えば酸化チタン（ＴｉＯ₂）微粒子や硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）微粒子などの無機材料、光散乱のための無数の孔を有する多孔質アクリル樹脂微粒子やポリカーボネイト樹脂微粒子などの有機材料が挙げられる。

反射シート６は、光源２からの光および波長変換シート３によって波長変換された光に対して高い反射率を有している。反射シート６は、高い反射率を有する材料として、Ａｇを含んでいてもよい。反射シート６には、図２および図３に示したように、光源２を配置するための抜き穴６１が形成されている。

抜き穴６１が形成された面内領域において、光源２の周囲はレジスト層７が剥き出しの状態となる。従って、光源基板１の最表面は、抜き穴６１以外の面内領域が反射シート６となり、抜き穴６１が形成された面内領域は主として光源２およびレジスト層７となる。

光源２は、図２に示したように、光源基板１上において２次元的に配置されている。光源２は、図３に示したように、発光素子２１と、パッケージ２２と、封止材２３とを有している。パッケージ２２は、凹形状の収容部を有し、その凹形状の収容部の底面に発光素子２１が配置されている。凹形状の収容部には封止材２３が充填されている。発光素子２１は、例えば点光源であり、具体的にはＬＥＤにより構成されている。パッケージ２２は、図示しないリードフレーム等からなる外部電極を介して光源基板１に半田等により実装されている。パッケージ２２における凹形状の収容部の表面は、発光素子２１からの光に対して高い反射率を有していることが好ましい。凹形状の収容部の表面は例えば、高い反射率を有する材料として、Ａｇを含んでいてもよい。封止材２３は、例えばシリコーンやアクリルなどの透明樹脂で構成されている。

波長変換シート３は、図４に示したように、波長変換物質３１を含んでいる。波長変換物質３１は、例えば、蛍光顔料や蛍光染料などの蛍光体（蛍光物質）、または量子ドットを含んでおり、光源２からの光によって励起され、蛍光発光等の原理により、光源２からの光を原波長とは異なる別波長の光に波長変換し、これを放出するものである。

光源２は例えば青色光源（例えば、波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍ）であり、波長変換物質３１は光源２の青色光を吸収して、その一部を赤色光（例えば、波長６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、または緑色光（例えば、波長４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ）に変換する。この場合、光源２の光が波長変換物質３１を通過することにより、赤色，緑色および青色の光が合成されて白色光が生成される。波長変換物質３１はまた、青色光を吸収して、その一部を黄色光に変換するものであってもよい。この場合、光源２の光が波長変換物質３１を通過することにより、黄色および青色の光が合成されて白色光が生成される。

波長変換物質３１は、量子ドットを含むことが好ましい。量子ドットは、長径１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の粒子であり、離散的なエネルギー準位を有している。量子ドットのエネルギー状態はその大きさに依存するので、サイズを変えることにより自由に発光波長を選択することが可能となる。また、量子ドットの発光光はスペクトル幅が狭い。このような急峻なピークの光を組み合わせることにより色域が拡大する。従って、波長変換物質３１に量子ドットを用いることにより、容易に色域を拡大することが可能となる。更に、量子ドットは応答性が高く、光源２の光を効率良く利用することが可能となる。加えて、量子ドットは安定性も高い。量子ドットは、例えば、１２族元素と１６族元素との化合物、１３族元素と１６族元素との化合物あるいは１４族元素と１６族元素との化合物であり、例えば、ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＺｎＳ，ＣｄＳ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅまたはＣｄＨｇＴｅ等である。

［１．２ 作用］
（光源装置全体の作用）
図５は、この光源装置の内部における光の進行状態の一例を示している。この光源装置では、光源２から発せられた光ＬＢ（例えば青色光）の一部が、波長変換シート３内の波長変換物質３１（図４）によって波長変換（発光）された光ＬＹとなる。波長変換された光ＬＹは、例えば赤色光と緑色光、または黄色光である。波長変換された光ＬＹは、波長変換シート３から平均的に全方位に均等に反射して出射する。光源２から発せられた光ＬＢのうち、波長変換物質３１に当たり吸収されなかった光ＬＢ３も波長変換シート３から平均的に全方位に均等に出射する。光源２から発せられた光ＬＢのうち、波長変換物質３１に当たらなかった光ＬＢ２は波長変換シート３からそのままの状態で出射される。これら波長変換されなかった光ＬＢ２，ＬＢ３のうち前方に向かう光と波長変換された光ＬＹのうち前方に向かう光とが合成されて白色光が生成され、前方（光源装置の外部）に出射される。

また、波長変換されなかった光ＬＢ２，ＬＢ３のうち一部は波長変換シート３から後方（基板１側）に向かう光（下向きの光ＬＢ１）となる。また、波長変換されなかった光ＬＢ２，ＬＢ３のうち前方に向かう光の一部はＤＢＥＦ等の光学シート５による回帰光となって、下向きの光ＬＢ１となる。下向きの光ＬＢ１は、光源基板１の表面（主として反射シート６）で反射されて再び波長変換シート３に向かい、一部が波長変換される。同様に、波長変換された光ＬＹのうち下向きの光ＬＹ１は、光源基板１の表面で反射されて前方に向かう光となる。このように下向きの光ＬＢ１，ＬＹ１は、光源基板１の表面で反射されて白色光を生成するためのリサイクル光となる。下向きの光ＬＢ１，ＬＹ１のリサイクルは例えば４，５回に亘って行われることもある。従って、光源装置から出射される白色光の最終的な輝度は、リサイクル光も含めたもので成り立っている。

（拡散部材４の作用）
図６〜図１０を参照して拡散部材４の作用を説明する。図６は、波長変換シート３に入射する光源２からの光の進行状態の第１の例を示している。図７は、波長変換シート３に入射する光源２からの光の進行状態の第２の例を示している。図６および図７では拡散部材４を省略した構成を示している。図８は、波長変換シート３に垂直方向から入射する光の進行状態を示している。図９は、波長変換シート３に斜め方向から入射する光の進行状態を示している。図１０は、拡散部材４の作用を示している。

図６は、複数の光源２の配置間隔Ｄが適当な間隔で最適化されていると共に、複数の光源２と波長変換シート３との距離Ｈが適当な値に最適化されている場合を示している。この場合、波長変換シート３において、例えば光源２の直上の領域８１では、光源２からの光の垂直成分Ｌ１と斜め成分Ｌ２とが均等に混じり合って白色光が生成される。拡散部材４を配置しない場合において、光源２からの光の垂直成分Ｌ１と斜め成分Ｌ２とが均等に混じり合う状態にするためには、複数の光源２の配置間隔Ｄをある程度、小さくする必要がある。また、複数の光源２と波長変換シート３との距離Ｈをある程度、長くする必要がある。

一方、図７は、図６の状態に比べて、複数の光源２の配置間隔Ｄが大きく、また、複数の光源２と波長変換シート３との距離Ｈが短くなった場合を示している。この場合、例えば光源２の直上の領域８２では、光源２からの光の垂直成分Ｌ１の割合が多くなる。また、例えば光源２の直上から外れた領域８３では、光源２からの光の斜め成分Ｌ２の割合が多くなる。ここで、図８および図９に示したように、波長変換シート３の内部において垂直成分Ｌ１が通過する光路と、斜め成分Ｌ２が通過する光路とでは光路差が生じ、光が波長変換物質３１に当たる割合に差が生じる。このため、波長変換物質３１によって波長変換される光の割合に差が生じる。斜め成分Ｌ２が通過する光路の方が垂直成分Ｌ１が通過する光路に比べて長いため、波長変換物質３１によって波長変換される光の割合が多くなる。これにより、光源２の直上の領域８２と光源２の直上から外れた領域８３とでは、色度差がある色むらが発生してしまう。

波長変換シート３の入光側に拡散部材４を配置することによって、上記した色むらの発生を抑制することができる。例えば図１０に示したように、拡散部材４に斜め成分Ｌ２が入射した場合、光が拡散されて、光の角度分布がある程度均一化される。これにより、斜め成分Ｌ２の割合が減り、色むらの発生が抑制される。

［１．３ 効果］
以上のように、本実施の形態によれば、波長変換シート３と複数の光源２との間に拡散部材４を備えるようにしたので、色むらの発生を抑制し、照明光の質を向上させることができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

［１．４ 第１の実施の形態の変形例］
（１．４．１ 第１の変形例）
（構成）
図１１は、第１の実施の形態の第１の変形例に係る光源装置の一構成例を示している。この第１の変形例は、拡散部材４として賦形拡散板４０を備えたこと以外、図１の構成と略同様である。賦形拡散板４０は、表面に所定の形状の光学要素が２次元的に形成（賦形）されたものである。所定の形状の光学要素が形成された側が、波長変換シート３に対向するように賦形拡散板４０を配置する。

図１２は、賦形拡散板４０の第１の構成例を示している。図１３は、図１２に示した賦形拡散板４０Ａによって形成される光源像の一例を示している。この賦形拡散板４０Ａの構成例では、所定の形状の光学要素として、微細な四角錐形状の凸パターンが２次元的に形成されている。このような賦形拡散板４０Ａでは、複数の四角錐形状の凸パターンによる屈折作用によって、１つの光源２からの光源像が４つに分岐して集光する。これにより、図１３に示したように、賦形拡散板４０Ａ上には１つの光源２について、光源２の直上に光源像９１が現れると共に、その光源像９１の周囲に４つの集光像９２が現れ、光源２の個数が、あたかも５倍になったように見える。

図１４は、賦形拡散板４０の第２の構成例を示している。図１５は、図１４に示した賦形拡散板４０Ｂによって形成される光源像の一例を示している。この賦形拡散板４０Ｂの構成例では、所定の形状の光学要素として、微細な三角錐形状の凸パターンが２次元的に形成されている。このような賦形拡散板４０Ｂでは、複数の三角錐形状の凸パターンによる屈折作用によって、図１５に示したように、賦形拡散板４０Ｂ上には１つの光源２について、光源２の直上に光源像９１が現れると共に、その光源像９１の周囲に６つの集光像９２が現れ、光源２の個数が、あたかも７倍になったように見える。

（作用および効果）
以下、賦形拡散板４０を用いることの作用および効果を説明する。
賦形拡散板４０を構成から省いた場合、波長変換シート３において、光源２の直上の領域と、隣り合う光源２の間の領域とでは輝度に差が生じ、輝度むらが発生する。以下、このような輝度むらを「粒むら」と称する。この粒むらを解消するために、図１６に示した比較例に係る光源装置のように、光源２に後付けレンズ２４を設ける方法がある。ここで、この比較例に係る光源装置においても、図５を用いて前述した場合と同様に、波長変換シート３や光学シート５からの下向きの光ＬＢ１，ＬＹ１が、光源基板１上の反射シート６で反射されて白色光を生成するためのリサイクル光として利用される。しかしながら、光源２に後付けレンズ２４を設けた場合、その分だけ、反射シート６に設ける抜き穴６１（図２および図３参照）の大きさを大きくする必要がある。従って、光源２に後付けレンズ２４を設けなかった場合に比べて、反射シート６の面積が減ることになり、リサイクル光の利用効率が低下する。このため、全体として輝度の低下が発生する。

一方、賦形拡散板４０を用いた場合には、上述したように、光源２の見掛け上の個数を増やすことができるので、図１６に示したような後付けレンズ２４を用いることなく、粒むらを解消することができる。この場合、後付けレンズ２４を用いないので、上述したような反射シート６の面積の減少はない。従って、後付けレンズ２４を用いた場合に比べて、全体としての輝度を低下させることなく、粒むらを解消することができる。

（１．４．２ 第２の変形例）
（構成）
図１７は、第１の実施の形態の第２の変形例に係る光源装置の一構成例を示している。この第２の変形例は、ダイレクトポッティング式の光源２Ａを配置したこと以外、図１の構成例と略同様である。図１８は、ダイレクトポッティング式の光源２Ａの一構成例を示している。ダイレクトポッティング式の光源２Ａは、光源基板１上に発光素子チップ１３（例えばＬＥＤダイス）を封止材でポッティングしただけの構成とし、図３に示したようなパッケージ化された光源２に比べて小面積化を図ったものである。光源２Ａは、発光素子チップ１３と、発光素子チップ１３を光源基板１上に封止する封止材によって形成された封止レンズ１２とを有している。

図１８に示した構成例では、光源基板１の表面に光反射性の配線パターン１４が設けられている。この配線パターン１４には、例えば、発光素子チップ１３へ駆動電流を供給するための配線層１４Ａおよび配線層１４Ｂと共に、発光素子チップ１３を搭載するためのチップ搭載層１４Ｃが含まれている。これら配線層１４Ａ，１４Ｂおよびチップ搭載層１４Ｃは、導電性を有し、かつ光反射性を有する材料により同一工程で形成されたものであり、互いに電気的に独立している。なお、チップ搭載層１４Ｃは発光素子チップ１３の台座としての機能のみを有し、配線としての機能を有していなくてもよい。ここに、「光反射性」とは、例えば、発光素子チップ１３の発光光（裏面発光光）に対する反射率が９０％以上の高い反射率を有する場合をいい。このような光反射性を有する材質として、具体的には、例えばＡｌ，Ａｇあるいはこれらの合金等が挙げられる。

発光素子チップ１３はＡｌ，Ａｇなどの配線（ボンディングワイヤ）１５Ａ，１５Ｂを通じて配線層１４Ａ，１４Ｂと電気的に接続されている。発光素子チップ１３は配線層１４Ａ，１４Ｂおよび配線１５Ａ，１５Ｂを通じて流れる電流により駆動され、発光するようになっている。

発光素子チップ１３は、チップ搭載層１４Ｃ上に、直接に搭載されている。ここに、「直接に」とは、発光素子チップ１３をパッケージ化したり、チップ搭載層１４Ｃと発光素子チップ１３との間に錫や金のめっき層などの反射層を間に設けるようなことなく、発光素子チップ１３の裏面そのものをチップ搭載層１４Ｃにダイボンディングなどにより固着させることを意味する。ただし、ダイボンディング用の透明ペースト１６などの接着層はチップ搭載層１４Ｃと発光素子チップ１３との間に介在していてもよい。なお、ここでは透明ペースト１６は導電性を有するものではないが、両面に電極を有するＬＥＤチップを用いる場合には、チップ搭載層１４Ｃが電流路としての機能を有するため、透明ペースト１６が導電性を有していてもよい。

レジスト層７は、例えば、発光素子チップ１３の搭載領域および発光素子チップ１３と配線層１４Ａ，１４Ｂとを接続する領域を除く光源基板１の上の全面にベタ膜として形成されている。レジスト層７の上には反射シート６が配置されている。図２および図３の構成例と同様に、反射シート６には、光源２Ａを配置するための抜き穴６１が形成されている。抜き穴６１が形成された面内領域において、光源２Ａの周囲はレジスト層７が剥き出しの状態となる。従って、光源基板１の最表面は、抜き穴６１以外の面内領域が反射シート６となり、抜き穴６１が形成された面内領域は主として光源２Ａおよびレジスト層７となる。

封止レンズ１２は、発光素子チップ１３を保護すると共に、発光素子チップ１３から発せられた光Ｌの取り出し効率を向上させるためのものである。この封止レンズ１２は、封止材（例えばシリコーンやアクリルなどの透明樹脂）により構成されたものであり、発光素子チップ１３の全体を覆うよう構成されている。

封止レンズ１２は封止材によってドーム型のレンズ形状とされている。後述する理由により、封止レンズ１２は、ドーム型のレンズ形状の高さｈと半径ｒとに関し、
０．６５≦ｈ／ｒ≦１
の条件を満足することが好ましい。

この光源２Ａでは、発光素子チップ１３からの発光光は封止レンズ１２を介して前方に取り出されるが、一部は発光素子チップ１３の裏面側から光源基板１側へ向かう（裏面発光光）。この裏面発光光Ｌは、発光素子チップ１３が搭載された、高い光反射機能を有するチップ搭載層１４Ｃの表面で反射され、図１８に示したように前方に取り出される。

（作用および効果）
以下、ダイレクトポッティング式の光源２Ａを用いることの作用および効果を説明する。
通常の面光源装置では例えば、青色ＬＥＤチップに黄色、または緑色と赤色とに波長変換する蛍光体を混ぜた封止材を載せた白色のＬＥＤパッケージが光源として用いられている。この場合、蛍光体から発光（波長変換）された光は全方位に出射される。また、蛍光体に吸収されずに蛍光体表面で反射した青色光も全方位に反射する。すなわち封止材自体が発光体のようになっており、ＬＥＤパッケージからの光の取り出し効率は、封止材＝レンズ形状によって大きくは変わらない。しかし、本実施の形態において、図１および図３の構成例のように、光源２とは別に波長変換シート３を対向配置し、光源２には透明な封止材２３を用いる場合、封止材２３の外形形状は、発光素子２１から発光される光を取り出すためのレンズとしての機能の意味合いが大きくなる。ここで、現在の一般的な白色のＬＥＤパッケージのレンズ形状は、ほぼフラットである。このような白色のＬＥＤパッケージの形状はそのままで、単純に封止材から蛍光体のみを削除した青色のＬＥＤパッケージを光源２として、波長変換シート３と組み合わせた場合、青色光の取り出し効率が悪くなり、輝度が上がらない。

波長変換シート３と組み合わせる光源２として、上記したような青色のＬＥＤパッケージを用いることを考える場合、通常のＬＥＤパッケージ上にあるレンズ（封止材）は平坦な形状が主流である。またドーム型のレンズも少数だがラインアップされているが、そのアスペクト比は、０．５〜０．６程度が一般的である。ここで、アスペクト比とは、ドーム型のレンズ形状の高さｈと半径ｒとの比、ｈ／ｒである。アスペクト比が１の場合は半球形状となる。

上記したような青色のＬＥＤパッケージの場合、青色光はレンズ径に対して小さなＬＥＤチップから出射されるので、疑似的にレンズに対して点光源としてみた場合、平坦なレンズ形状では、例えば、レンズ材料のシリコーンの屈折率をｎ＝１．４５とすると、ＬＥＤチップから出射されるθ＝４３．６度以上の角度の光は全反射をして下側に返され、パッケージ内の側壁や底面で反射を繰りかえしてパッケージ外に出射される。このように一部の光がパッケージ内で反射を繰り返すために、輝度効率が低下する。これに対して、半球状のドーム形状のレンズにしたＬＥＤパッケージは、レンズ中心にあるＬＥＤチップからのほとんどの出射光がレンズ外形に対して法線方向であるため、ほとんど反射が起こらず、そのまま出射する。このため、輝度効率が高くなる。

本変形例に係る光源２Ａでは、ダイレクトポッティング式の構成とされているため、封止レンズ１２の形状を、アスペクト比０．６５以上１以下のドーム形状にすることが容易であり、輝度効率を上げることができる。また、封止材（例えばシリコーン）の屈折率を上げ、発光素子チップ１３の基材（例えばサファイア）の屈折率に近づけることで、発光素子チップ１３と封止材間の反射を抑え、さらに輝度効率を上げることができる。さらに、ダイレクトポッティング式ではない通常のＬＥＤパッケージよりも安価でドーム形状のＬＥＤパッケージを実現できる。

［表１］に、ダイレクトポッティング式の光源２Ａを用いた場合と、ダイレクトポッティング式ではない通常のＬＥＤパッケージを用いた場合（通常ＰＫＧ）とにおける青色光の取り出し効率を比較した結果を示す。ＰＫＧはパッケージを意味する。発光素子チップ１３としては青色のＬＥＤチップ、封止材としてはシリコーンを用いている。［表１］から分かるように、レンズ形状をドーム型にした方が、取り出し効率は向上する。また、アスペクト比が１に近い方が取り出し効率が向上する。結果として、本変形例に係るダイレクトポッティング式の光源２Ａを用いた場合には、青色光の取り出し効率が向上し、輝度効率が高くなる。

この第２の変形例に係る光源装置においても、図５を用いて前述した場合と同様に、波長変換シート３や光学シート５からの下向きの光ＬＢ１，ＬＹ１が、光源基板１上の反射シート６で反射されて白色光を生成するためのリサイクル光として利用される。ここで、ダイレクトポッティング式の光源２Ａを用いた場合、通常のＬＥＤパッケージに比べてパッケージ面積を小さくすることができるので、その分だけ、反射シート６に設ける抜き穴６１の大きさを小さくすることができる。従って、通常のＬＥＤパッケージを用いた場合に比べて、反射シート６の面積を増やすことができ、リサイクル光の利用効率を上げることができる。このため、光源装置全体としての輝度を向上させることができる。

＜２．第２の実施の形態＞
［２．１ 構成］
図１９は、第２の実施の形態に係る光源装置の一構成例を示している。本実施の形態に係る光源装置は、波長変換シート３と拡散部材４との間に、プリズムシート８を追加配置したこと以外、図１の構成と略同様である。

図２０は、この光源装置におけるプリズムシート８の一構成例を示している。プリズムシート８としては例えば、図２０に示した第１のプリズムシート８Ａと第２のプリズムシート８Ｂとを組み合わせたクロスプリズムシートを用いることができる。または、第１のプリズムシート８Ａと第２のプリズムシート８Ｂとのいずれか一方のみを用いてもよい。第１のプリズムシート８Ａには、表面に第１の方向Ｙ１に延在する複数の第１のプリズム５１が形成されている。第２のプリズムシート８Ｂには、表面に第１の方向Ｙ１に直交する第２の方向Ｘ１に延在する複数の第２のプリズム５２が形成されている。

［２．２ 作用および効果］
図２１は、プリズムシート８の作用を示している。プリズムシート８は、例えば図２１に示したように、斜め成分Ｌ２が入射した場合、その光の角度を垂直方向または略垂直方向に立ち上げて出射させる。これにより、以下で説明するような、局所的な発光制御（ローカルディミング）を行う場合の色むらの発生を抑制する。

複数の光源２が全点灯している場合、図６を用いて前述したように、複数の光源２の配置間隔Ｄを小さくしたり、複数の光源２と波長変換シート３との距離Ｈを長くすることで、波長変換シート３において光源２からの光の垂直成分Ｌ１と斜め成分Ｌ２とを均等に混じり合う状態にして、色むらを解消できる。また、上記第１の実施の形態で説明したように、波長変換シート３の下側に拡散部材４を配置することによって、色むらを解消できる。

一方、ローカルディミングを行う場合、複数の光源２において不点灯や微点灯の部分が生じ、複数の光源２のそれぞれの発光分布に差が生じる。この場合、波長変換シート３に入射する複数の光源２からのそれぞれの光（例えば青色光）の光路ごとに、強度差ができ、不点灯部や微点灯部が通常の点灯部に比べて例えば黄色に色づく色むらが生じてしまう。また、ローカルディミングを行っている状態で通常の強度で発光している光源２の上方からは、波長変換シート３や光学シート５から後方（基板１側）に返ってくる光が反射シート６で拡散しながら反射して不点灯部分や微点灯部分の前方まで広がって再び波長変換シート３側に帰って来る。その帰って来た光は、再び波長変換シート３を通過して、例えば青色光の一部を使って（青光が減少して）緑色光や赤色光に変換される。このため、帰って来た光で作り出される波長変換シート３通過後の光は黄色味をおび、不点灯部や微点灯部の黄色い色づきをさらに強めてしまう。結果として、表示装置に適用した場合、ローカルディミングによる微点灯の輝度表示部分の画が黄色味を帯びて品位を損なってしまう。なお、液晶表示装置のバックライトとして使用する場合、黒表示の部分は液晶による画素開口が閉じているので面光源による黄色の色づきは見えない。本実施の形態によれば、プリズムシート８の作用により、上記したようなローカルディミング時の色むらの発生を抑制できる。

＜３．第３の実施の形態＞
［３．１ 構成および作用］
図２２は、第３の実施の形態に係る光源装置の一構成例を示している。本実施の形態に係る光源装置は、光源基板１上にカットフィルタ９を追加配置したこと以外、図１の構成と略同様である。カットフィルタ９は、反射シート６の表面を覆うように配置されている。カットフィルタ９は、光源２が発する光（例えば青色光）を透過させると共に、波長変換シート３によって波長変換された光（例えば赤色光および緑色光、または黄色光）をカットする光フィルタである。カットフィルタ９は、波長変換シート３によって波長変換された光を完全にカットするものである必要はなく、そのフィルタ特性が、光源２が発する光に対する透過率に比べて、波長変換シート３によって波長変換された光に対する透過率の方が低くなる特性であればよい。

図２３は、カットフィルタ９の作用を示している。図５の構成の場合、光源２から発せられた光ＬＢのうち光源基板１側に帰ってくる下向きの光ＬＢ１が反射シート６で反射されて再び波長変換シート３に向かう。波長変換された光ＬＹのうち下向きの光ＬＹ１も同様に、反射シート６で反射されて再び波長変換シート３に向かう。一方、本実施の形態の構成では、図２３に示したように、カットフィルタ９が配置されていることにより、波長変換された下向きの光ＬＹ１の反射が抑制される。波長変換されなかった下向きの光ＬＢ１は、カットフィルタ９を通過して反射シート６で反射されて再び波長変換シート３に向かう。

上記第２の実施の形態で説明したように、ローカルディミングを行う場合、複数の光源２において不点灯や微点灯の部分が生じることにより、不点灯部や微点灯部が通常の点灯部に比べて例えば黄色に色づく色むらが生じてしまう。本実施の形態によれば、カットフィルタ９を配置することで、波長変換された下向きの光ＬＹ１（例えば黄色光）の反射が抑制されるので、リサイクル光として再利用される黄色光が減少する。これにより、黄色に色づく色むらの発生を抑制する。

［３．２ 第３の実施の形態の変形例］
図２４および図２５は、第３の実施の形態の変形例に係る光源装置の構成例を示している。図２４に示したように、上記第２の実施の形態の構成（図１９）と組み合わせた構成も可能である。すなわち、プリズムシート８とカットフィルタ９とを備えた構成も可能である。また、図２５に示したように、例えば着色によって、反射シート６にカットフィルタ９の機能を持たせたようなフィルタ機能付き反射シート６Ａを配置してもよい。フィルタ機能付き反射シート６Ａは、波長変換シート３によって波長変換された光を完全にカットするものである必要はなく、そのフィルタ特性が、光源２が発する光に対する反射率に比べて、波長変換シート３によって波長変換された光に対する反射率の方が低くなる特性であればよい。例えば、光源２が発する青色光の反射率に対して、波長変換された緑色光と赤色光の反射率を２１％以上低くするようなフィルタ特性であってもよい。例えば、青色光の反射率が９５％である場合、緑色光と赤色光の反射率が７５％以下であることが好ましい。この場合、青色光に対して緑色光と赤色光の反射率が、１−（７５／９５）＝２１％以上低くなる。

＜４．数値実施例＞
上記第１の実施の形態の第１の変形例（拡散部材４として賦形拡散板４０を配置した構成例）による粒むら解消（粒むら消し）による輝度向上の効果を具体的にシミュレートした。シミュレートした結果を［表２］，［表３］に示す。

［表２］，［表３］では、粒むら消しの手法を大別して、以下の３つに分けた結果を示している。
手法１：光源２に後付けレンズ２４（図１６参照）を設けた構成（通常の拡散部材４あり）
手法２：賦形拡散板４０を配置した構成（後付けレンズ２４なし）
手法３：通常の拡散部材４のみを配置した構成（後付けレンズ２４を設けずに、光源２，２ＡとしてのＬＥＤの個数を増やして粒むら消しを行う手法）

各手法の共通の構成として、通常の拡散部材４または賦形拡散板４０のほかに、光学シート５として、クロス配置された２枚のプリズムシートと、ＤＢＥＦとを配置している。また、光源２，２Ａと波長変換シート３との光学距離を１６ｍｍとしている。光源装置としての全体の大きさは５５インチとしている。

粒むらを解消するために必要な光源２，２ＡとしてのＬＥＤの個数は以下のものとして計算した。
手法１：６８０個
手法２：８３２個
手法３：１３６０個

また、上記した各手法につき、光源２としてのＬＥＤのパッケージサイズ（ＰＫＧサイズ）は以下のものとして計算した。なお、手法１ではダイレクトポッティング式の構成はない。
通常サイズ：３．２ｍｍ×２．８５ｍｍ
小型サイズ１（小型１）：４ｍｍ×２ｍｍ
小型サイズ２（小型２）：３ｍｍ×１．４ｍｍ
ダイレクトポッティング式（Ｄｉｒ Ｐ）：φ３ｍｍ

その他の条件として、以下の数値を用いた。
後付けレンズ２４（アクリル）の透過率：９３％
反射シート６の反射率：９８％
レジスト層７の反射率：７０％
ＬＥＤパッケージ（通常および小型サイズ）の反射率：８８％
ダイレクトポッティング式のＬＥＤパッケージの反射率：８１％
後付けレンズ２４の下のＬＥＤパッケージの反射率：７９．４％
後付けレンズ２４の下のレジスト層７の反射率：８６．４％

なお、上述したように、反射シート６には、光源２，２Ａを配置するための抜き穴６１が形成されている。従って、抜き穴６１の領域において、光源２，２Ａの周囲にはレジスト層７の剥き出し面が存在する。［表２］には、各手法につき、光源基板１の最表面において、ＬＥＤパッケージ、レジスト層７の剥き出し面、および反射シート６等が占めるそれぞれの面積率を計算した結果を示している。

［表３］には、光源基板１上の最表面の全領域、全体としての反射率を、トータル（ＴＴＬ）反射率として示している。また、上述したように、光源基板１と、波長変換シート３および光学シート５との間では、光源基板１上で反射することで光のリサイクルがなされる。本願発明者は、実験により、４回のリサイクルによって光源装置としての輝度が成立することを確認している。すなわち、光源基板１上で４回の反射があることから、ＴＴＬ反射率の４乗を計算している。この４乗のＴＴＬ反射率の値が最終的な輝度に対応する。［表３］には、最終的な輝度の差を比べるために、各手法、および各ＬＥＤパッケージのサイズごとに、４乗のＴＴＬ反射率を比較、計算した結果を示している。

シミュレートした結果から、ＬＥＤパッケージのサイズや形態にかかわらず、賦形拡散板４０を使った方が輝度の向上に有利になることが分かる。また、各手法の中で見れば、ＬＥＤパッケージの対角の距離、またはダイレクトポッティング式の光源のサイズφが、通常のＬＥＤパッケージのサイズの７７％以下であれば、反射シート６が占める面積の割合が増えて、輝度が向上することが分かった。ここで、通常のＬＥＤパッケージの対角サイズは４．３ｍｍ、上記した小型サイズ２のＬＥＤパッケージの対角サイズは３．３ｍｍであり、その比は０．７７である。

＜５．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

上記各実施の形態に係る光源装置は、例えば、図２６に示したような表示装置２０１のバックライトとして適用可能である。表示装置２０１は、表示部２０２と、スタンド２０３とを備えている。表示部２０２は、例えば透過型の液晶表示パネルを有し、表示部２０２の背面側に配置されたバックライトからの照明光に基づいて画像を表示する。このようなバックライトとして上記各実施の形態に係る光源装置を適用可能である。

例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
基板と、
前記基板上に配置された複数の光源と、
前記複数の光源に対向配置された波長変換部材と、
前記波長変換部材と前記複数の光源との間に配置され、入射した光の角度分布を均一化する拡散部材と
を備えた光源装置。
（２）
前記拡散部材は、賦形拡散板である
上記（１）に記載の光源装置。
（３）
前記賦形拡散板は、表面に所定の形状の光学要素が２次元的に形成されたものである
上記（２）に記載の光源装置。
（４）
前記光源は、発光素子チップと、前記発光素子チップを前記基板上に封止する封止材とを有する
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の光源装置。
（５）
前記封止材によってドーム型のレンズが形成され、前記ドーム型のレンズの高さｈと半径ｒとに関し、
０．６５≦ｈ／ｒ≦１
の条件を満足する
上記（４）に記載の光源装置。
（６）
前記波長変換部材と前記拡散部材との間に配置され、表面に第１の方向に延在する複数の第１のプリズムが形成された第１のプリズムシートをさらに備える
上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載の光源装置。
（７）
前記波長変換部材と前記拡散部材との間に配置され、表面に前記第１の方向に直交する第２の方向に延在する複数の第２のプリズムが形成された第２のプリズムシートをさらに備える
上記（６）に記載の光源装置。
（８）
前記基板上における前記複数の光源が配置された領域とは異なる領域に配置された反射部材と、
前記反射部材を覆うように配置され、前記光源が発する光に対する透過率に比べて、前記波長変換部材によって波長変換された光に対する透過率の方が低くなるフィルタ特性を有するカットフィルタと
をさらに備える
上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の光源装置。
（９）
前記基板上における前記複数の光源が配置された領域とは異なる領域に配置された反射部材をさらに備え、
前記反射部材は、前記光源が発する光に対する反射率に比べて、前記波長変換部材によって波長変換された光に対する反射率の方が低くなるフィルタ特性を有する
上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の光源装置。
（１０）
前記複数の光源は、前記基板上において２次元的に配置されている
上記（１）ないし（９）のいずれか１つに記載の光源装置。
（１１）
前記複数の光源は、１または２以上の前記光源ごとに独立した発光制御がなされる
上記（１０）に記載の光源装置。
（１２）
前記光源は、発光素子としてＬＥＤを含む
上記（１）ないし（１１）のいずれか１つに記載の光源装置。
（１３）
前記光源は、青色光を発するものであり、
前記波長変換部材は、前記光源から発せられた青色光の一部を赤色光と緑色光とに変換する
上記（１）ないし（１２）のいずれか１つに記載の光源装置。
（１４）
前記光源は、青色光を発するものであり、
前記波長変換部材は、前記光源から発せられた青色光の一部を黄色光に変換する
上記（１）ないし（１２）のいずれか１つに記載の光源装置。
（１５）
照明光を発する光源装置と、前記光源装置からの照明光に基づいて画像を表示する表示部とを含み、
前記光源装置は、
基板と、
前記基板上に配置された複数の光源と、
前記複数の光源に対向配置された波長変換部材と、
前記波長変換部材と前記複数の光源との間に配置され、入射した光の角度分布を均一化する拡散部材と
を備える表示装置。

１…光源基板、２…光源、２Ａ…光源、３…波長変換シート、４…拡散部材、５…光学シート、６…反射シート、６Ａ…フィルタ機能付き反射シート、７…レジスト層、８…プリズムシート、８Ａ…第１のプリズムシート、８Ｂ…第２のプリズムシート、９…カットフィルタ、１２…封止レンズ、１３…発光素子チップ、１４Ａ，１４Ｂ…配線層、１４Ｃ…チップ搭載層、１５Ａ，１５Ｂ…ボンディングワイヤ、１６…透明ペースト、２１…発光素子、２２…パッケージ、２３…封止材、２４…後付けレンズ、３１…波長変換物質、４０…賦形拡散板、４０Ａ…賦形拡散板、４０Ｂ…賦形拡散板、４１…光学要素、４２…光学要素、６１…抜き穴、８１…領域、８２…領域、８３…領域、９１…光源像、９２…集光像、１０１…背面筐体（バックシャーシ）、１０２…中間筐体（ミドルシャーシ）、Ｌ…裏面発光光、Ｌ１…垂直成分、Ｌ２…斜め成分、ＬＢ…光、ＬＢ１…下向きの光、ＬＢ２…光、ＬＢ３…光、ＬＹ…波長変換された光、ＬＹ１…下向きの光、Ｄ…配置間隔、Ｈ…距離、Ｙ１…第１の方向、Ｘ１…第２の方向。

Claims (15)

1. 基板と、
   前記基板上に配置された複数の光源と、
   前記複数の光源に対向配置された波長変換部材と、
   前記波長変換部材と前記複数の光源との間に配置され、入射した光の角度分布を均一化する拡散部材と
   を備えた光源装置。
2. 前記拡散部材は、賦形拡散板である
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記賦形拡散板は、表面に所定の形状の光学要素が２次元的に形成されたものである
   請求項２に記載の光源装置。
4. 前記光源は、発光素子チップと、前記発光素子チップを前記基板上に封止する封止材とを有する
   請求項１に記載の光源装置。
5. 前記封止材によってドーム型のレンズが形成され、前記ドーム型のレンズの高さｈと半径ｒとに関し、
   ０．６５≦ｈ／ｒ≦１
   の条件を満足する
   請求項４に記載の光源装置。
6. 前記波長変換部材と前記拡散部材との間に配置され、表面に第１の方向に延在する複数の第１のプリズムが形成された第１のプリズムシートをさらに備える
   請求項１に記載の光源装置。
7. 前記波長変換部材と前記拡散部材との間に配置され、表面に前記第１の方向に直交する第２の方向に延在する複数の第２のプリズムが形成された第２のプリズムシートをさらに備える
   請求項６に記載の光源装置。
8. 前記基板上における前記複数の光源が配置された領域とは異なる領域に配置された反射部材と、
   前記反射部材を覆うように配置され、前記光源が発する光に対する透過率に比べて、前記波長変換部材によって波長変換された光に対する透過率の方が低くなるフィルタ特性を有するカットフィルタと
   をさらに備える
   請求項１に記載の光源装置。
9. 前記基板上における前記複数の光源が配置された領域とは異なる領域に配置された反射部材をさらに備え、
   前記反射部材は、前記光源が発する光に対する反射率に比べて、前記波長変換部材によって波長変換された光に対する反射率の方が低くなるフィルタ特性を有する
   請求項１に記載の光源装置。
10. 前記複数の光源は、前記基板上において２次元的に配置されている
    請求項１に記載の光源装置。
11. 前記複数の光源は、１または２以上の前記光源ごとに独立した発光制御がなされる
    請求項１０に記載の光源装置。
12. 前記光源は、発光素子としてＬＥＤを含む
    請求項１に記載の光源装置。
13. 前記光源は、青色光を発するものであり、
    前記波長変換部材は、前記光源から発せられた青色光の一部を赤色光と緑色光とに変換する
    請求項１に記載の光源装置。
14. 前記光源は、青色光を発するものであり、
    前記波長変換部材は、前記光源から発せられた青色光の一部を黄色光に変換する
    請求項１に記載の光源装置。
15. 照明光を発する光源装置と、前記光源装置からの照明光に基づいて画像を表示する表示部とを含み、
    前記光源装置は、
    基板と、
    前記基板上に配置された複数の光源と、
    前記複数の光源に対向配置された波長変換部材と、
    前記波長変換部材と前記複数の光源との間に配置され、入射した光の角度分布を均一化する拡散部材と
    を備える表示装置。

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