JP2020107584A - 発光モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光モジュールを例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
図1は、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ装置1000の各構成を示す構成図である。図1で示す液晶ディスプレイ装置1000は、上側から順に、液晶パネル120と、2枚のレンズシート110a、110bと、拡散シート110cと、発光モジュール100とを備える。本実施形態にかかる液晶ディスプレイ装置1000は、液晶パネル120の下方に発光モジュール100を配置するいわゆる直下型の液晶ディスプレイ装置である。液晶ディスプレイ装置1000は、発光モジュール100から照射される光を、液晶パネル120に照射する。なお、上述の構成部材のそれぞれは複数枚重ねてもよく、さらに偏光フィルムやカラーフィルタ、DBEF等の部材を備えてもよい。
(発光モジュール100)
本実施形態の発光モジュールの構成を図2A〜図2Dに示す。
図2Aは、本実施形態にかかる発光モジュールの模式平面図である。図2Bは、本実施形態にかかる発光モジュール100を示す一部拡大模式断面図である。図2Cは、実施形態にかかる導光板の光学機能部と凹部の一例を示す平面図、縦断面図、横断面図、底面図である。
導光板1は、発光素子11からの光が入射され、面状の発光を行う透光性の部材である。本実施形態の導光板1は、発光面となる第1主面1cと、第1主面1cと反対側の第2主面1dとを備える。この導光板1の第2主面1dに複数の発光素子11を配置している。発光素子11は、導光板1のセル領域6の中央部に配置される。発光素子11を導光板1の第2主面1dの凹部1bに配置する構造は、導光板1と発光素子11との距離を縮めることができ、発光モジュール100の薄型化が可能になる。導光板1の大きさは、例えば、一辺が1cm〜200cm程度とすることができ、3cm〜30cm程度が好ましい。厚みは0.1mm〜5mm程度とすることができ、0.5mm〜3mmが好ましい。導光板1の平面形状は、例えば、略矩形や略円形等とすることができる。
導光板1は、例えば、射出成形やトランスファーモールド、熱転写等で成形することができる。導光板1が後述する光学機能部2や凹部1bを備えている場合には、これらも一括して金型で形成することが好ましい。これにより、光学機能部2と凹部1bの成形位置ずれを低減することができる。
また、導光板1の第1主面1c上に透光性の層と、導光板1の第1主面1cと透光性の層の間に屈折率の異なる層、例えば空気の層等を設けてもよい。これにより、光をより拡散させやすくなり、輝度ムラを低減した液晶ディスプレイ装置とすることができる。このような構成は、例えば、任意の導光板1と透光性の層の間にスペーサを設けて離間させ、空気の層を設けることで実現することができる。
導光板1は、第1主面1c側に光学機能部2を備えている。
光学機能部2は、例えば、導光板1に入射される光を光学機能部2で面内に広げる機能を有することができる。光学機能部2は、例えば、導光板1の材料と屈折率の異なる材料で設けられる。光学機能部2は、具体的には、図2Bに示すように、導光板1に設けた凹部1aで構成することができる。この図の光学機能部2は、凹部1aの内周面に傾斜面1xを設けている。傾斜面1xは、凹部1aの中央に向かって発光素子11に接近するように、図において上り勾配に傾斜する。図2Bの断面図に示す光学機能部2は、第1主面1cと傾斜面1xとがなす傾斜角をγとしたとき、傾斜面1xを、中央部に向かって次第に傾斜角(γ)が大きくなる形状としている。このような形状の光学機能部2を設けることにより、発光素子11の発光面11aから導光板1に入射される光をより効果的に導光板1の面方向に広げることができる。さらに、光学機能部2は、底部に平面部1yを設けている。光学機能部2は、平面部1yを凹部1aの中央部に配置している。凹部1aの中央部に平面部1yを設けた光学機能部2は、凹部1aを設けて導光板1の強度が低下する弊害を少なくできる。中央部に設けた平面部1yが、導光板1の最小厚さを厚くできるからである。光学機能部2は、発光素子11の光軸上に配置することが好ましく、より好ましくは、光学機能部2に設けた平面部1yを発光素子11の光軸上に配置することが好ましい。平面部1yのある光学機能部2は、平面部のない光学機能部に比較して、発光素子11と光学機能部2との相対的な位置ずれによる輝度ムラを少なくできる。平面部1yが光入射面である発光素子11の発光面11aと平行に配置されて、平面部1yと光入射面との相対的な位置ずれによる輝度ムラが少なくなるからである。また、光学機能部は、図示しないが、第1主面側に設けられた逆円錐、逆四角錐、逆六角錐等の逆多角錐形等の凹みとして、底部に平面部を設け、あるいは平面部を設けない形状とすることもできる。
発光モジュール100の導光板1は、セル領域6の境界部7に凹反射部1gを設けている。図2A〜図2Cに示す導光板1の凹反射部1gは、発光素子11からの光を反射させる光反射面1hを備える。光反射面1hは曲面であり、セル領域6の境界部7における中央部において最も深くなっている。この発光モジュール100は、境界部7に1列の凹反射部1gを設けて、凹反射部1gの両面に光反射面1hを設けている。光反射面1hは第2主面1dの略全域に渡って曲面としている。この構造の発光モジュール100は、発光素子11からの光を光反射面1hで効率よく反射させることができる。ただし、導光板は、凹反射部をこの形状に特定することなく、平坦な面を有していても構わない。
図2A〜図2Cに示す導光板1は、第1主面1cにおいて、セル領域6の中央部より境界部7に近い位置に反射溝1jを設けている。反射溝1jは、セル領域6の境界部7に沿って伸びる線状としている。また、セル領域6の外周の四角形の輪郭に沿う形状に配置されている。このように配置されていることで、セル領域6の内の光をセル内で有効に利用でき、1セルでの輝度を高くできる。さらに、四角形のセル領域6の境界部7に沿って配置されて、セル領域6の外周に沿う形状に配置されて、セル領域外6の境界部近傍における輝度低下を抑制している。反射溝1jは、第1主面1cに対して傾斜する傾斜面1kを有する形状の溝である。さらに、図に示す反射溝1jは、第1主面1cと傾斜面1kとがなす傾斜角(α)を、導光板1の第1主面1cに向かって次第に大きくなる形状としている。この形状の反射溝1jは、導光板1の第1主面1c側に光をより多く外部に取り出すことができ、セル領域6の境界部7における輝度ムラ、とくに反射溝1j両側の輝度ムラをより少なくできる。図の反射溝1jは、両面を傾斜面1kとするV溝で、さらに両面の傾斜面1kを対称とするV溝としているが、反射溝1jは必ずしも両面を対称とすることなく、またV溝に特定するものでない。
また、セル内の光をセル内で有効に利用できる為、凹反射部1gの隣のセル側の光反射面1h上が暗くなることを抑制できる。このような効果は、ローカルディミングモードにて動作する場合や、ハイダイナミックレンジ(HDR)映像等を表示することに有効である。
導光板1は、第2主面1d側に、位置決め部を備えていてもよい。位置決め部は、発光素子11の実装位置の目標とすることができればどのような形態でもよい。具体的には、例えば、図2B、図2C、及び図4Aに示すような凹部1bや、凸部、溝等とすることができる。凹部1bの平面視における大きさは、例えば、0.05mm〜10mmとすることができ、0.1mm〜1mmが好ましい。深さは0.05mm〜4mmとすることができ、0.1mm〜1mmが好ましい。光学機能部2と凹部1bの間の距離は光学機能部2と凹部1bが離間している範囲で適宜設定できる。
以上の凹部1bは、内周面を傾斜面1mとしているが、凹部は、内周面を垂直面とすることもできる。
発光素子ユニット10は、発光素子11と、発光素子11の主発光面11cを覆う波長変換部12と、発光素子11の側面を覆う光反射性部材16とを備えている。
図3の発光素子ユニット10は、波長変換部12の表面に発光素子11を接合して、発光素子11の主発光面11cを波長変換部12で被覆している。発光素子11は、透光性接着部材17を介して、波長変換部12の表面に接合している。図3の発光素子ユニット10は、平面視において、波長変換部12の外形を発光素子11の外形よりも大きくしている。この発光素子ユニット10は、発光素子11の主発光面11cから照射されるより多くの光を波長変換部12に透過させて導光板1に入射して色ムラや輝度ムラを少なくできる。さらに、発光素子ユニット10は、発光素子11の側面を光反射性部材16で被覆している。図に示す発光素子ユニット10は、光反射性部材16の外側面と波長変換部12の外側面を略同一平面としている。
本実施形態の発光モジュール100は、発光素子11からの光を拡散して、発光素子11からの光の波長を変換する波長変換部12を備えていてもよい。
波長変換部12は、図2Bに示すように、発光素子11と導光板1との間に設けられ、導光板1の第2主面1d側に配置されている。波長変換部12は、それに照射された発光素子11からの光を内部で拡散、均等化する。図の発光モジュール100は、発光素子ユニット10として、発光素子11と波長変換部12とを一体的に形成することにより、発光素子11の主発光面11cを波長変換部12で被覆している。波長変換部12は、発光モジュールの薄型化等の目的から、図2Bに示すように、前述の導光板1の凹部1b内に配置されていることが好ましい。
波長変換部12内において、波長変換部材はどのように配置されていてもよい。例えば、略均一に分布していてもよく、一部に偏在してもよい。また、波長変換部材をそれぞれ含有する複数の層が積層されて設けられていてもよい。
発光素子11は、発光モジュール100の光源である。導光板1は、複数の発光素子11を配置している。
また、発光素子を発光素子ユニットとして凹部に配置することなく、導光板に設けた凹部に波長変換材料を充填して波長変換部を設けて、この波長変換部に発光素子を接合する構造としてもよい。位置決め部として形成された凹部の内部に導光板1の部材とは異なる部材であって、製造装置の位置認識に利用可能な波長変換部を形成することで、発光素子と光学機能部との位置決めをより容易に行うことができる。
一方、平面視において正方形の発光素子を用いる場合は、小さい発光素子を量産性良く製造することができる。
発光素子11の密度(配列ピッチ)は、発光素子11間の距離は、例えば、0.05mm〜20mm程度とすることができ、1mm〜10mm程度が好ましい。
透光性接着部材17は、波長変換部12の表面と発光素子11の主発光面11cとを接合している。さらに、透光性接着部材17は、図3に示すように、発光素子11の側面の一部および波長変換部12の一部も被覆している。なお、透光性接着部材17の外側面は、発光素子11の側面から波長変換部12に向かって広がる傾斜面であることが好ましく、発光素子11側に凸状の曲面であることがより好ましい。
さらに、透光性接着部材17は、導光板1の第1主面1c側から見た平面視において、波長変換部12の外縁より内側の範囲に限定して配置されることが好ましい。これにより、発光素子11の側面から出る光を波長変換部12により効率的に入光させることができるため、光取り出し効率を高めることができる。
また、発光素子11の主発光面11cと波長変換部12の間には、透光性接着部材17を有してもよい。これにより、例えば、透光性接着部材17に拡散剤等を含有することで発光素子11の主発光面11cから出る光が、透光性接着部材17で拡散され、波長変換部12に入ることで輝度ムラを少なくできる。
透光性接着部材17は、後述する透光性接合部材14と同じ部材を使用することができる。
さらに、発光素子ユニット10は、発光素子11に波長変換部12を設けた状態で、発光素子11の側面を光反射性部材16で被覆している。詳細には、透光性接着部材17で覆われていない発光素子11の側面および透光性接着部材17の外側面を光反射性部材16で被覆している。
光反射性部材16は、光反射性に優れた材質で、好ましくは、光を反射する添加物である白色粉末等を透明樹脂に添加している白色樹脂である。発光素子ユニット10は、発光素子11の主発光面11cを除く他の面をこの光反射性部材16で被覆することにより、主発光面11c以外の方向への光の漏れを抑制している。すなわち、光反射性部材16は、発光素子11の側面や電極形成面11dから出射される光を反射して、発光素子11の発光を有効に導光板1の第1主面1cから外部に放射させて、発光モジュール100の光取り出し効率を高めることができる。
発光素子ユニット10は、透光性接合部材14によって導光板1に接合することができる。本実施形態においては、透光性接合部材14は、凹部1bの内側面および発光素子ユニット10の外側面と接している。また、透光性接合部材14は、凹部1bの外側に位置する光反射性部材16の一部と接するように、言い換えると、波長変換部12の外側面から光反射性部材16の外側面に跨がる領域を被覆するように配置されている。これにより、発光素子ユニット10の側面方向に出射された光を透光性接合部材14内に効率的に取り出し、発光モジュール100の発光効率を高めることができる。透光性接合部材14が発光素子ユニット10の側面を被覆する場合には、図2Bに示すように、導光板1の方向に向かって断面視において広がる形状に形成することが好ましい。図の透光性接合部材14の上面は、なだらかな傾斜面としている。これにより、発光素子11の側面方向に出射された光を効率的に導光板1の方向に取り出すことができる。
また透光性接合部材14は、波長変換部12と凹部1bの底面の間に配置されてもよい。
封止部材13は、複数の発光素子ユニット10の側面と導光板1の第2主面1dと透光性接合部材14の表面とを封止している。これにより、発光素子ユニット10と導光板1を補強することができる。また、この封止部材13を光反射性部材とすることで、発光素子ユニット10からの発光を導光板1に効率よく取り入れることができる。また、封止部材13が、発光素子11を保護する部材と導光板1の出射面と反対側の面に設けられる反射部材とを兼ねることにより、発光モジュール100の薄型化を図ることができる。
発光モジュール100には、複数の発光素子11の電極11bと電気的に接続される配線15が設けられていてもよい。配線15は、封止部材13等の表面であって、導光板1の第1主面1cと反対側の面に形成することができる。配線15を設けることにより、例えば複数の発光素子11同士を電気的に接続することができ、液晶ディスプレイ装置1000のローカルディミング等に必要な回路を容易に形成することができる。
配線15は、例えば、図4G〜図4Hに示すように、発光素子11の正負の電極11bを封止部材13の表面に露出させ、発光素子11の電極11b及び封止部材13の表面に金属膜15aを形成し、該金属膜15aをレーザ等で一部除去して、配線15を形成することができる。
本開示の発光モジュール100は、図4Hに示すように、配線基板20を有していてもよい。これにより、ローカルディミング等に必要な複雑な配線を容易に形成することができる。この配線基板20は、発光素子11を導光板1に実装し、任意に封止部材13及び配線15を形成した後に、別途配線層20bを備える配線基板20を発光素子の電極11bないし配線15と接合することで形成することができる。また、発光素子11と接続する配線15を設ける際、該配線15を発光素子11の電極11bの平面形状よりも大きい形状とすることで、この配線基板20と発光素子11等との電気的な接合を容易に行うことができる。
以下、本実施形態の発光モジュールの製造方法の一例を示す。
まず、発光素子ユニット10を準備する。図3は、発光素子ユニット10の製造工程の一例を示している。
図3(a)に示す工程で、発光素子11の主発光面11cを覆う波長変換部12を形成する。この工程では、ベースシート41の表面に均一な厚さで波長変換部12を形成し、このベースシート41をプレート42に剥離できるように配置する。
発光素子11は、透光性接着部材17を介して波長変換部12に接合する。透光性接着部材17は、波長変換部12上および/または発光素子11の主発光面11c上に塗布されて、発光素子11と波長変換部12を接合する。この時、図3(b)に示すように、塗布された透光性接着部材17が発光素子11の側面に這い上がり、発光素子11の側面の一部を透光性接着部材17が被覆する。また、波長変換部12と発光素子11の主発光面11cの間にも透光性接着部材17を配置してもよい。
発光素子11の間隔は、図3(e)で示すように、発光素子11の間を切断して、波長変換部12の外形が所定の大きさとなる寸法に設定される。
以上、発光素子ユニットの準備について、上述の全ての工程を行ってもよいし、一部の工程を行ってもよい。あるいは、発光素子ユニットを購入によって準備してもよい。
発光素子ユニット10は、平面視において、波長変換部12の中心と凹部1bの中心が一致するように配置し、透光性接合部材14を硬化させて導光板1に接合される。
このようにして、本実施形態の発光モジュール100を得ることができる。
この例では、2つの発光モジュール100が接合された、コネクタ20eを備える配線基板20が4つ備えられ、フレーム30に載置されている。つまり、8つの発光モジュール100が2行×4列に並べられている。このようにすることで、大面積の液晶ディスプレイ装置のバックライトを安価に製造することができる。
図8Aは、実施形態1の変形例1に係る発光モジュール300の拡大断面図である。図8Bは、発光モジュール300に用いられる導光板301の平面図、縦断面図、横断面図底面図を、また、図8Cは、図8Aに示す導光板1の凹反射部1gの周辺領域を拡大した図をそれぞれ示す。
変形例1に係る発光モジュール300の導光板301は、第2主面301dに凹反射部301gを備える。図8A〜図8Cに示す導光板301は、1つのセル領域6に複数の凹反射部1gを設けている。複数の凹反射部1gを、凹凸反射部1fとする。凹反射部1gは、発光セル5の境界部7に向かって下り勾配に傾斜する凹凸傾斜面を両側に有する谷形である。この傾斜面を、発光素子11からの光を反射させる光反射面1hとしている。図においては、各々のセル領域6に第1凹反射部1ga、第2凹反射部1gb、第3凹反射部1gc、第4凹反射部1gdから形成される凹凸反射部1fを備える導光板1を例示する。凹反射部1gは、それぞれ、発光素子11側に向いた光反射面1ha、1hb、1hc、1hcと光反射補助面1ib、1ic、1idを備える。凹反射部1gの数は、これに限らず2以上の複数個備えることができる。各凹反射部1g内には、反射性の材料である封止部材13を充填している。
図9Aは、実施形態2に係る発光モジュール400の拡大断面図である。図9Bは、発光モジュール400に用いられる導光板401の平面図、縦断面図、横断面図、底面図をそれぞれ示す。図9Aに示す発光モジュール400は、導光板1と、導光板1に配置された複数の発光素子11と、導光板1の表面に積層している遮光散乱層3とを備える。実施形態2に係る発光モジュール400は、図9A及び図9Bに示すように、導光板1の表面に積層する遮光散乱層3を備える点が異なる。他の部材については、実施形態1に示す発光モジュール100と同様であるため、説明を省略する。
実施形態2に係る発光モジュール400は、光学機能部2を覆う位置に遮光散乱層3を設けている。遮光散乱層は、導光板1の強度低下を防止しながら、光学機能部2を透過した発光素子11からの入射光を散乱し、遮光することで、光学機能部2の弊害を少なくして、輝度ムラを抑制する。発光モジュール400は、光学機能部2と遮光散乱層3を積層構造に配置する独特の構造で、発光素子11からの光を精度よく均一化して、輝度ムラの少ない良質なバックライト用光源とする。図9Aの発光モジュール400は、透光性シート4を介して遮光散乱層3を定位置に配置している。
100、200、300、400…発光モジュール
110a…レンズシート
110b…レンズシート
110c…拡散シート
120…液晶パネル
1、201…導光板
1a、201a…凹部
1b…凹部
1c、201c…導光板の第1主面
1d、201d…導光板の第2主面
1f…凹凸反射部
1g…凹反射部
1ga…第1凹反射部、1gb…第2凹反射部、1gc…第3凹反射部、1gd…第4凹反射部
1h、1ha、1hb、1hc、1hd…光反射面
1ib、1ic、1id…光反射補助面
1j…反射溝
1k…傾斜面
1m…傾斜面
1x、201x…傾斜面
1y…平面部
2、202…光学機能部
3…遮光散乱層
4…透光性シート
5…発光セル
6…セル領域
7…境界部
10…発光素子ユニット
11…発光素子
11a…発光面
11b…電極
11c…主発光面
11d…電極形成面
12…波長変換部
13…封止部材
13a…封止部材の材料
14…透光性接合部材
14a…透光性接合部材の材料
15…配線
15a…金属膜
16…光反射性部材
17…透光性接着部材
20…配線基板
20a…基材
20b…配線層
20c…導電性部材
20e…コネクタ
30…フレーム
41…ベースシート
42…プレート
Claims (8)
- 外部に光を放射する発光面となる第1主面と、前記第1主面と反対側にある第2主面とを有する透光性の導光板と、
前記導光板の第2主面に所定の間隔で配置される複数の光源と、を備える発光モジュールであって、
前記導光板は、前記発光素子を中央部に配置してなる発光セルを構成する複数のセル領域からなり、
前記セル領域は、第1主面に光学機能部が配置されて、前記第2主面には前記光学機能部の対応位置に各々の発光素子が配置されており、さらに
前記第2主面は、隣接して配置してなる前記セル領域の境界部に凹反射部を有し、
前記第1主面は、前記セル領域の中央部より前記境界部に近い位置に反射溝を有することを特徴とする発光モジュール。 - 請求項1に記載する発光モジュールであって、
前記凹反射部は反射性の材料で充填されてなることを特徴とする発光モジュール。 - 請求項2に記載する発光モジュールであって、
前記光源は、発光素子と、発光素子の主発光面を覆う波長変換部と、発光素子の側面を覆う光反射性部材とを備え、
前記反射性の材料は、前記光源の側面及び前記第2主面を覆うことを特徴とする発光モジュール。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載する発光モジュールであって、
前記反射溝が、各々の前記セル領域の外周に沿う形状であることを特徴とする発光モジュール。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載する発光モジュールであって、
前記セル領域が四角形であることを特徴とする発光モジュール。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載する発光モジュールであって、
前記反射溝が第1主面に対して傾斜する傾斜面を有する溝であることを特徴とする発光モジュール。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載する発光モジュールであって、
前記第1主面と前記傾斜面とがなす傾斜角(α)が、前記導光板の第1主面に向かって次第に大きくなる形状であることを特徴とする発光モジュール。 - 請求項1ないし7に記載する発光モジュールであって、
前記第2主面に、光を反射する凹凸反射部からなる凹反射部を有し、
前記凹凸反射部が、前記発光セルの境界に向かって下り勾配に傾斜する凹凸傾斜面を両側に有する谷形としてなることを特徴とする発光モジュール。
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