JP4950995B2 - 発光グループに配置された半導体光源を有するバックライト装置および発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光グループに配置された半導体光源を有するバックライト装置に関する。さらに本発明はこのようなバックライト装置を有する発光装置に関する。

本特許出願はドイツ特許出願第１０２００５０４２０６６．４−５４号の優先権を主張するものであり、これにより該出願の開示内容は参照として含まれている。

これまでは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の面を後方照明するために、主に冷陰極蛍光管が使用されてきた。この冷陰極蛍光管は主に白色光を放出するが、非常に大きな場所と電流を必要とする。

近年、ＬＣＤモニターまたはＴＦＴモニターを製造する際に半導体光源の使用はますます重要になってきている。このためには、面を半導体光源によって均一に後方照明する必要がある。

照明されるべきモニター上での均一な色再現のために、殊に、異なる色の半導体光源の放射光の色が均一に混合されることが必要である。異なる色の半導体光源の使用にははじめに、半導体光源の個々の放射の色を均一に混合することが必要とされる。この均一な色混合は、後方照明されるべき面から個々の光源までの長い間隔によって実現される。付加的に、拡散性散乱材料を、後方照明されるべき面と光源との間に加えることができる。

しかしこの間隔を大きくすると、構造は不所望に高いものになってしまう。光源と、後方照明されるべき面との間の拡散体によって典型的に、照明出力はかなり損失されてしまう。これによって、このような後方照明の全体的な効果およびその使用範囲が損なわれる。ここで後方照明の全体的な効果とは、使用されたエネルギーに対する照明出力のことである。

ＷＯ２００４／０３１８４４Ａ１号には、半導体光源による後方照明の例が示されている。ここでは複数の異なる半導体光源がユニットにまとめられ、この発光グループが同じ向きで、直角のラスタで配置されている。この種の光源配置を使用する場合には、均一な混合色を生成するのは困難である。複数のユニットを同様の向きにすることによって、後方照明される面内の領域が、殊に縁部で強い色偏差を有するという傾向が生じる。

半導体光源から成るユニットの色混合は、殊に次のことによって影響される。すなわち、個々の半導体光源が、放射において異なる優先方向を有していることによって影響される。異なる色の半導体光源を有するユニットの代わりに、マルチチップパッケージが使用される場合に類似の特性が生じる。ここでマルチチップパッケージとは異なる色の複数の半導体チップを含むＬＥＤユニットである。

図５はバックライト装置１の詳細な図面を示している。破線はバックライト装置１の縁部３をあらわしている。ここでは図示された縁部側面の１つで４つの発光グループが配置されている。個々の発光グループは、同様に構成されている。これらの発光グループは殊に、異なる放射スペクトルの３つの半導体チップを含んでいる。各発光グループの半導体チップは同じ様式で配置されている。この例ではこれは、Osram社から、Multitopledの名称で販売されているマルチチップパッケージである。しかし本発明の発光グループは、このようなマルチチップパッケージにのみ限定されるのではなく、むしろ全ての種類のビーム放射半導体構成素子装置を含む。

このようなバックライト装置では主に同じないし同じ様式の発光グループが、ストリップ状のプレート上に、同じ向きで配置されている。これらのストリップ状プレートから、面状の後方照明部が構成される。

直角の格子配置に、それぞれ同じ様式の発光グループが同じ向きで配置されている。このような場合には発光グループは、それぞれ、ビームを放射する３つの半導体チップを有する、ビームを放射する半導体構成素子を含む。これらの半導体チップはこの実施例ではそれぞれ、青色発光半導体チップ（Ｂ）、緑色発光半導体チップ（Ｇ）ないしは赤色発光半導体チップ（Ｒ）３２ａ、３２ｂないし３２ｃである。隣接する発光グループ３１ａ、３１ｂはそれぞれ同じ向きを有しており、１つの発光グループの個々の半導体光源は放射において優先方向を有しているので、ここでは制限されてのみ、半導体光源の個々のスペクトル成分の均一な色混合が生じる。

この図では、隣接する発光グループ３１ａ、３１ｂは同じ向きを有している。この実施例では、縁部側で、垂直な破線に沿って、赤色発光半導体構成素子のみが隣接している２ｃ、２ｄ、２ｅ。これによって、このような後方照明部の縁部では、不均一な色効果が生じてしまう恐れがある。

本発明の課題は、バックライト装置ないし発光装置において低コストに、色混合を改善することである。

上述の課題は、請求項１ないし請求項１８に記載されたバックライト装置ないし発光装置によって解決される。

本発明のバックライト装置、例えばバックライトモジュールは複数の同じ様式の発光グループを含む。ここで各発光グループは、異なる向きを有する少なくとも１つの隣接発光グループを有する。

本発明では、異なる半導体光源が同じ様式の発光グループにまとめられる。例えばこれらはＲＧＢ光源であってよい。しかし発光グループは、異なる他の色を含んでいてもよい。このような同じ様式の発光グループは、面が均一に後方照明されるように配置されている。有利には、発光グループはそれぞれ同じ様式に構成されている。換言すれば、各発光グループは同じ配置で同じ半導体光源を含んでいる。殊に、不均一な色混合の縁部作用が回避されるように、同じ配置の各発光グループは、異なった向きで、少なくとも１つの隣接発光グループを有する。

２つの発光グループの中央間の想定された区間が、バックライト装置の任意の第３の発光グループの包絡部に接触しておらず、交差もしていない場合には、バックライト装置の２つの発光グループは隣接している。

別の発光グループに関する発光グループの異なる向きは例えば次のような場合に生じる。すなわち、同じ様式の隣接する発光グループの各相応に同じ半導体光源の中央間の間隔が、隣接する発光グループの中央間の間隔とは異なっている場合に生じる。例えば、異なる向きは次のことによって実現される。すなわち、隣接する発光グループが自身の主放射方向に関して反対に回転されている場合に実現される。

本発明によるバックライト装置の各発光グループは、同じ配置の複数の半導体光源を有している。これによって、このバックライト装置は同じ様式の発光グループの配置から構成される。半導体光源は例えば半導体チップ、有機発光ポリマー、個々のＬＥＤまたはＯＬＥＤであってよい。

本発明の発光グループは、複数のＬＥＤを１つの共通の発光グループにまとめることによっても構成される。

有利な実施形態では、少なくとも２つの半導体光源が異なる色または色成分を供給する。

別の有利な実施形態では、各発光グループは少なくとも１つの赤色発光半導体光源、少なくとも１つの緑色発光半導体光源および少なくとも１つの青色発光半導体光源を有している。

半導体光源として用いられる半導体チップの場合には、発光グループは個々のビームを放射する半導体構成素子であってよい。ここで各半導体構成素子は複数の半導体チップを有している。殊に発光グループはいわゆる「マルチチップＬＥＤパッケージ」であってよい。これは、複数の半導体チップを含むＬＥＤ構成素子である。これらの半導体チップは、異なる放射スペクトル、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を有している。このようなマルチチップパッケージは、例えばOSRAM社から、商標名6-lead Multitopledsとして販売されている。各マルチプルパッケージは例えば、それぞれ赤、緑および青の放射スペクトルを有する３つの半導体チップおよび６つの電気的コンタクトを有している。

本発明の別の実施形態では、発光グループは規則的な格子配置で配置されている。規則的な格子配置によってここで、面全体が均一に照明される。

均一に後方照明するために、本発明の別の有利な実施形態では、規則的な格子配置は、グループの平らな格子構造タイプを含んでいる。これは同じように、六角形、菱形、矩形または平行四辺形を含む。このような場合には個々の発光グループは、それぞれ、相応する格子構造タイプの頂点上にある。

特に有利な形態では、発光グループは少なくとも１つの担体上に配置されている。さらに、バックライト装置全体は共通の担体上に配置される。しかし、各個々のまたは複数の発光グループを、別個の担体上に配置することも可能である。

別の有利な実施形態では、担体はストリップ状に構成されている。これによって、個々のまたは複数の発光グループはストリップ状の担体上に配置される。この場合にバックライト装置は、複数のこのようなストリップ状の担体を隣り合って配置することによって構成される。ここで例えば、同じ構造の隣接するそれぞれ２つのストリップを、その照明グループの主放射方向に関して１８０°相対して回転させることができる。これによって隣接するストリップは相互に逆平行に配向される。

本発明の別の有利な実施形態では、それぞれ２つの隣接する発光グループは、想定された軸に対して所定の角度、殊に９０°だけ、自身の主放射方向に沿って相互に回転される。このような実施形態が付加的に直角格子で配置されている場合には、バックライト装置の各発光グループが自身の行および列内で、それぞれ２つの、異なって配向された隣接発光グループを有する。これによって不均一な色混合の縁部作用は低減される。

本発明の別の有利な実施形態では、隣接する２つの発光グループは想定された軸に関してそれぞれ１８０°、その主放射方向に沿って相対して回転される。このような実施形態によって、バックライト装置を容易に装着することが可能であるとともに、同時に色混合も改善される。

バックライト装置の別の有利な実施形態では、発光グループは列状に同じ向きで、ストリップ状担体上に取り付けられ、バックライト装置の構成時には複数の発光グループストリップが隣り合って配置される。ここで同じ様式の２つの隣接する発光グループストリップはそれぞれ相互に逆平行に位置する。

本発明の別の有利な実施形態では、プレートによって構成された担体上に発光グループが配置される。プレートとしてはここでは全ての流通しているプレートが考えられる。しかし殊に、良好な熱伝導率を有しているメタルコアプレートも含まれる。

バックライト装置の別の有利な実施形態では、同じ放射スペクトルを有しているバックライト装置の半導体光源はそれぞれ別個に駆動制御可能である。これによって表示時に色調効果が得られる。殊にフラットディスプレイと結び付けてバックライト装置を使用する時に色調効果が得られる。

バックライト装置の別の有利な実施形態では、各発光グループの半導体光源は個々に駆動制御可能である。これによって、個々の半導体光源の故障時に、適切な電気的追従制御によって不所望な不均一の色作用が低減または回避される。

本発明の発光装置は上述したようなバックライト装置および光学素子を有している。有利には本発明の発光装置では最適な色均一性が得られる。

有利にはこの光学素子はバックライト装置に相対して次のように配置されている。すなわちバックライト装置から放射された光が光学素子を通過するように配置されておる。

有利な形態では発光装置は表示装置である。この場合に光学素子は特に有利には情報提供特性（informationsgebende Eigenschaften)を有している。殊に、光学素子はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）である。

択一的な形態では発光装置は照明装置である。この場合には光学素子は光を混合する特性または光を調整する（lichtrichtende）特性を有している。

光混合特性を有する光学素子としては、例えば拡散体が特に適している。主に拡散体は、これが少なくとも１つの拡散性散乱光通過面を有しているという特徴を有している。これは例えば粗面化されている。または、例えば散乱粒子が備えられた拡散性散乱体積領域を有している。

さらに、光を調整する特徴を有する光学素子としてＢＥ（Brightness Enhancement:輝度増強）薄膜、殊にプリズム薄膜が使用される。ＢＥ薄膜は例えば線状に配置されたプリズム構造体を有している。これによって、下面から薄膜内に入力された光が部分的に透過され、部分的に反射される。透過された部分は、比較的小さい開放角度に制限されている。ＢＥ薄膜は実質的にはフィルターである。ここでこのフィルターは光を、主放射方向を中心にした狭い角度で通過させ、ビームの残りの部分を反射する。

本発明の別の利点、有利な実施形態および発展形態を以下で、図１〜５に示された実施例と関連して記載する。

図１は、本発明に相応する第１のバックライト装置の概略図であり、
図２は、本発明に相応する第２のバックライト装置の実施形態であり、
図３は、本発明に相応する第３のバックライト装置の別の実施形態であり、
図４は、本発明に相応する第４のバックライト装置の別の実施形態であり、
図５は、面を後方照明する上述したバックライト装置の概略図であり、
図６は、本発明に相応する発光装置の第１の実施例の概略的な断面図であり、
図７は、本発明に相応する発光装置の第２の実施例の概略的な断面図である。

実施例および図面では、同一のまたは同じ作用を有する素子には同じ参照番号が付与されている。

図面のバックライト装置の図は、概略的なものである。従って図の素子は実際の状況に相応するのではなく、装置の作用がより分かりやすくなるように記号的に示されている。

図１に示されたバックライト装置１では、ノイズとなる色縁は生じないか、または僅かにしか生じない。縁部２３の垂直の破線にはここではそれぞれ交互に、赤色発光半導体構成素子２２ｃ、緑色発光半導体構成素子２２ｂおよび青色発光半導体構成素子２２ａが向けられている。従ってこのような交互の色順番が実現され、同じ様式に構成された２つの隣接発光グループ２１ａ、２１ｂが相互に１８０度、自身の主放射方向に関して回転して配置されている。ここでこれらの各発光グループは赤色発光半導体構成素子２２ｃ、緑色発光半導体構成素子２２ｂおよび青色発光半導体構成素子２２ａを有している。

図２は、本発明の第２の有利な実施形態の概略図を示している。この特別な実施形態では、１つの発光グループはそれぞれ、３つのビーム放射半導体光源を有するビーム放射半導体構成素子を含む。これらはこの実施例では、それぞれ青色発光半導体チップ４２ａ、緑色発光半導体チップ４２ｂおよび赤色発光半導体チップ４２ｃである。これらの発光グループは、次のように配置されている。すなわち、矩形格子状配置の一列の発光グループがそれぞれ同じ向きを有しているように配置されている。しかし隣接する列の発光グループ４１ａ、４１ｂはそれぞれ、想定された軸に関して、主放射方向に対して平行に、隣接列の発光グループに相対して１８０度回転して配置されている。すなわち、２つ目の発光グループ列は、自身の隣接する列に対して逆平行に配置されている。これによって、面全体にわたって色の均一性が改善される。しかし本発明の発光グループはこのような、マルチチップパッケージのみに制限されるものではなく、むしろビーム放射半導体構成素子のあらゆる種類の配置を含む。

バックライト装置１の、切り込みが入れられ、破線で示された縁部４３は、次のことを示唆している。すなわち、本発明の実施形態が１６個の発光グループに制限されるものではなく、用途に応じて、任意の方向に、さらなる発光グループぶんだけ拡張可能であるということを示唆している。バックライト装置１の水平な縁部では、図１と同じように、半導体光源の交互の色順番が生じている。

図３は第３のバックライト装置１を示している。この特別な実施形態では、発光グループはそれぞれ、３つのビーム放射半導体チップを有するビーム放射半導体構成素子を含む。これらはこの実施例では、それぞれ青色発光半導体チップ５２ａ、緑色発光半導体チップ５２ｂおよび赤色発光半導体チップ５２ｃである。隣接する発光グループはそれぞれ９０度回転して配置されている。隣接する発光グループはそれぞれ９０°だけ相互に回転される。すなわち、１つの列および／または行の４つの順次連続する発光グループ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは同じ向きを有していない。これによって、バックライト装置１の縁部５３での色不均一性も、バックライト装置１の全体面にわたった色不均一性も最小化される。しかし本発明の実施形態は、上述した１８０°ないし９０°の角度のみに低減されるのではない。装置における変形は、場合によっては、発光グループの放射方向に関したその時々の回転角度を受け入れる。しかし、順次連続する発光グループの回転角度の均一な変化が有利である。図３に示された装置では、各発光グループは最大で２つの、同じ向きを有する隣接発光グループを有する。

バックライト装置１の切り込みが入れられ、かつ破線で示された縁部５３は次のことを示唆している。すなわち、実施形態は１６個の発光グループに制限されているのではなく、用途に応じて任意の方向でさらなる発光グループぶんだけを拡張することが可能であることを示唆している。バックライト装置１の水平の縁部および垂直の縁部５３では、図１と同じように、半導体光源の交互の色順序が生じる。全ての他の本発明による実施形態に当てはまるように、使用されている発光グループは、マルチチップパッケージに制限されない。殊に発光グループは、例えばＬＥＤのように、複数の個々の半導体光源をまとめたものから構成可能である。さらに、発光グループは、グループ化された３つの半導体光源の配置構成だけに制限されるのではなく、任意の数の半導体光源を含んでいてよい。本発明の発光グループの放射スペクトルも赤色、緑色および青色のみに制限されるのではなく、全ての色を含むことができる。

別の有利な実施形態が図４に示されている。ここでは発光グループの向きは実質的に、図３に示されたそれと同じである。各青色発光半導体チップ６２ａ、緑色発光半導体チップ６２ｂおよび赤色発光半導体チップ６２ｃはマルチチップパッケージにおいて、１つの発光グループ６１ａ、６１ｂ、６１ｃにまとめられている。図３のバックライト装置および図４のバックライト装置１は、主に以下の点において異なっている。すなわち、バックライト装置１の隣接する２つの列がそれぞれ相互に垂直方向においてずらされているという点において異なっている。これによって、六角形の格子の形状の発光グループの配置を有するバックライト装置１が得られる。これによって、より高い発光密度が得られる。しかも同時に、類似のバックライト装置に比べて色均一性が改善される。

図４のバックライト装置１の、切り込みが入れられ、かつ破線で示された縁部６３には、図３等に関する相応の説明が当てはまる。

しかし本発明のバックライト装置は、六角形または矩形の格子のみに制限されず、菱形または平行四辺形の格子構造も含む。格子構造状に配置された発光グループとは、主に、発光グループが規則的な格子の格子点上に位置している配置構成のことである。

本発明の別の実施形態では、半導体光源および／または個々の発光グループ装置は、制御部によって別個に駆動制御される。このような制御部によって、例えば発光強度を調整することによって、特定の表示領域でのコントラストを増大させることができる。さらに、個々の半導体光源の発光強度を変えることによって、同じ放射スペクトルで、バックライト装置の放射の色調を変えることができる。個々の光源または発光グループが故障した場合に、この故障によって生じた放射変化の修正を行うことができる。

図６に示された発光装置１１は例えば、図２に関連して説明したバックライト装置１および光学素子１０を有する。

バックライト装置１は、担体１２上に配置されている多数の半導体光源４２ａ、４２ｂを含む。担体１２は例えばプレートである。青色半導体光源４２ａおよび緑色半導体光源４２ｂはそれぞれ発光グループ４１ｂの構成部分である。

発光グループ４１ｂは、担体１２上に次のように配置されている。すなわち、放射された光が光学素子１０を通過するように配置されている。

図示の場合には、発光グループ１１は表示装置であり、ここでＬＣＤである光学素子１０は情報提供特性を有している。

第１の基板１３ａと第２の基板１３ｂとの間に、液晶１４が配置されている。ここで情報を表示するために、電界が液晶１４に印加される。

図７は、バックライト装置１および光学素子１０を有する発光装置１１を示している。ここでこの発光装置は照明装置として用いられる。この光学素子１０は光を混合する、または光を調整する特性を有している。有利には、光学素子１０は、適切な構造、例えばプリズムアレイまたは反転複合放物面集光器（Compound Parabolic Concentrators）から成るアレイを有するＢＥ（Brightness Enhancement:輝度増強）薄膜である。

本発明は、実施例に限定されるものではない。それどころか、本発明はあらゆる新しい特徴ならびにこれらの特徴のあらゆる組合せをも包含する。このことは特に、それらの特徴またはそれらの組み合わせが実際に特許請求の範囲または実施例に明示されているか否かにかかわらず、特許請求の範囲に記載の特徴のあらゆる組合せを含んでいる。

本発明に相応する第１のバックライト装置の概略図 本発明に相応する第２のバックライト装置の実施形態 本発明に相応する第３のバックライト装置の別の実施形態 本発明に相応する第４のバックライト装置の別の実施形態 面を後方照明する上述したバックライト装置の概略図 本発明に相応する発光装置の第１の実施例の概略的な断面図 本発明に相応する発光装置の第２の実施例の概略的な断面図

Claims (17)

1. 同じ種類の複数の発光グループを有するバックライト装置（１）であって、
   ・各発光グループは、異なる向きを有している少なくとも１つの隣接発光グループを有しており、
   ・各発光グループは、複数の半導体チップを有するビーム放射半導体構成素子であり、
   ・前記半導体チップの少なくとも２つは、異なる色または色成分を供給し、
   ・各発光グループは少なくとも１つの赤色光を発光する半導体チップ、少なくとも１つの緑色光を発光する半導体チップおよび少なくとも１つの青色光を発光する半導体チップを有しており、
   ・少なくとも２つの隣接する発光グループはそれぞれ９０°または１８０°だけ、想定される軸に関して、自身の主放射方向に沿って相互に回転されており、
   ・複数の発光グループが第１のストリップ状担体上に取り付けられており、別の発光グループが、前記第１の担体に隣接する第２のストリップ状担体上に取り付けられており、
   ・前記第１の担体と前記第２の担体は相互に逆平行に配置されており、
   ・前記発光グループは規則的な格子配置に配置されており、当該格子配置は六角形の格子構造を有している、
   ことを特徴とするバックライト装置（１）。
2. 各発光グループは、同じ配置形式の複数の半導体チップを有している、請求項１記載のバックライト装置（１）。
3. 前記半導体チップは発光ダイオードである、請求項２記載のバックライト装置（１）。
4. 異なる色または色成分の前記半導体チップは別個に駆動制御される、請求項１記載のバックライト装置。
5. 前記半導体チップは個々に駆動制御される、請求項１記載のバックライト装置。
6. 前記担体はプレートである、請求項１記載のバックライト装置。
7. 請求項１記載のバックライト装置および光学素子を有している、
   ことを特徴とする発光装置。
8. 前記バックライト装置から放射された光は前記光学素子を通過する、請求項７記載の発光装置。
9. 前記発光装置は表示装置である、請求項７記載の発光装置。
10. 前記光学素子は情報提供特性を有している、請求項９記載の発光装置。
11. 前記光学素子はＬＣＤである、請求項９記載の発光装置。
12. 前記発光装置は照明装置である、請求項７記載の発光装置。
13. 前記光学素子は光を混合する特性を有している、請求項１２記載の発光装置。
14. 前記光学素子は拡散体である、請求項１３記載の発光装置。
15. 前記光学素子は光を調整する特性を有している、請求項１２記載の発光装置。
16. 前記光学素子はＢＥ（Brightness Enhancement:輝度増強）薄膜である、請求項１５記載の発光装置。
17. 前記ＢＥ（Brightness Enhancement:輝度増強）薄膜はプリズム薄膜である、請求項１６記載の発光装置。

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