JP6470606B2 - 発光装置、面光源装置および表示装置 - Google Patents

発光装置、面光源装置および表示装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6470606B2
JP6470606B2 JP2015066061A JP2015066061A JP6470606B2 JP 6470606 B2 JP6470606 B2 JP 6470606B2 JP 2015066061 A JP2015066061 A JP 2015066061A JP 2015066061 A JP2015066061 A JP 2015066061A JP 6470606 B2 JP6470606 B2 JP 6470606B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light emitting
emitting element
substrate
flux controlling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015066061A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016186977A (ja
Inventor
悠生 藤井
悠生 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Enplas Corp
Original Assignee
Enplas Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Enplas Corp filed Critical Enplas Corp
Priority to JP2015066061A priority Critical patent/JP6470606B2/ja
Priority to US15/079,950 priority patent/US10077882B2/en
Priority to CN201620234017.8U priority patent/CN205608347U/zh
Priority to CN201610176550.8A priority patent/CN106019699B/zh
Publication of JP2016186977A publication Critical patent/JP2016186977A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6470606B2 publication Critical patent/JP6470606B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/133602Direct backlight
    • G02F1/133606Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/04Refractors for light sources of lens shape
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/04Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/133602Direct backlight
    • G02F1/133603Direct backlight with LEDs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/133602Direct backlight
    • G02F1/133606Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58Optical field-shaping elements

Description

本発明は、発光素子および光束制御部材を有する発光装置、当該発光装置を有する面光源装置および表示装置に関する。
液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、直下型の面光源装置を使用することがある。近年、光源として複数の発光素子を有する、面光源装置が使用されるようになってきている。
たとえば、面光源装置は、基板、複数の発光素子、複数の光束制御部材および拡散板を有する。複数の発光素子は、基板上にマトリックス状に配置されている。各発光素子の上には、各発光素子から出射された光を基板の面方向に拡げる光束制御部材が配置されている。発光素子から出射された光は、光束制御部材により拡散され、被照射部材(例えば液晶パネル)を面状に照らす(例えば、特許文献1参照)。
図1は、特許文献1に記載のバックライト装置(面光源装置)の構成を示す図である。図1に示されるように、特許文献1に記載されているバックライト装置10は、実装基板20と、実装基板20上に配置され、上面から光が出射されるパッケージ30と、パッケージ30を覆うように実装基板20上に配置され、パッケージ30から出射された光の配光を制御する拡散レンズ(光束制御部材)40と、拡散レンズ40から出射された光を拡散させつつ透過させる拡散板50とを有する。また、拡散レンズ40は、パッケージ30から出射された光を拡げるレンズ部41と、接着剤46を介してレンズ部41を実装基板20に固定するための固定部42とを有する。そして、レンズ部41は、実装基板20側の底面43と、底面43に開口した凹状の光入射面44と、光入射面44の反対側に配置された光出射面45とを有する。
パッケージ30から出射された光は、光入射面44から拡散レンズ40に入射する。拡散レンズ40に入射した光は、光出射面45から拡散レンズ40の外部に出射される。そして、外部に出射された光は、拡散板50を拡散されつつ透過することで被照射部材を面状に照らす。
また、特許文献2には、側面から発光するフリップチップタイプのLEDが記載されている。特許文献2に記載のLEDでは、光を発する蛍光体層の上面に反射性の膜を配置することで、側面から光を出射するようにしている。
特開2013−218940号公報 特表2010−537400号公報
特許文献1に記載のバックライト装置10では、パッケージ30の上面よりも上側に拡散レンズ40を配置することで、パッケージ30から出射される光の拡散レンズ40への入射効率を最適化している。一方で、様々な理由で、特許文献1に記載のバックライト装置10に、特許文献2に記載されているような側面から光を出射するLEDを搭載する可能性がある。
しかしながら、特許文献1に記載のバックライト装置10に特許文献2に記載のLEDを搭載した場合、特許文献2に記載のLEDは側面から光を出射するため、LEDの側面から出射された光の一部は、実装基板20に到達する。そして、実装基板20に到達した光の一部は、拡散レンズ40の底面43に向かって反射する。底面43に到達した光は、上側に向かって屈折して拡散レンズ40の内部に入射する。上側に向かって拡散レンズ40の内部を進行する光は、光出射面45から上側に向かって拡散レンズ40の外部に出射される。外部に出射された光は、拡散板50に到達して明部となる。このように、特許文献1に記載のバックライト装置10に特許文献2に記載のLEDを搭載した場合、底面43から拡散レンズ40に入射した光により拡散レンズ40の直上部に明部が生じてしまう。
一般的に、拡散レンズ40の直上部に生じる明部は、光入射面44の頂部における曲率半径を小さくすることで解消される。光入射面44の曲率半径が小さい頂部近傍で入射した光は、頂部の曲率半径が大きい光入射面44の頂部近傍で入射した場合と比較して、側方に向かって広げられるように屈折する。したがって、光入射面44の頂部における曲率半径を小さく形成することで、直上部に生じる明部を解消できる。
このように凹状の光入射面44における頂部の曲率半径を小さく形成すると、光入射面44の開口部の開口径が小さくなり、LEDと開口縁部との距離が近くなる。したがって、上記のように特許文献1に記載のバックライト装置10に特許文献2に記載のLEDを搭載した状態で、光入射面44における頂部の曲率半径を小さくした場合、底面43から入射する光の光量が増加してしまい、却って拡散レンズ40の直上部に明部が生じてしまう。
ここで、底面43から入射する光の光量を低減させるためには、底面43における開口径を大きくすることが効果的である。しかしながら、開口径を必要以上に大きくすると、光入射面44における頂部の曲率半径が大きくなってしまい、拡散レンズ40本来の拡散機能が低下してしまう。
このように、光入射面44からの入射光の制御と、底面43からの入射光量の低減とを両立することが困難であった。
そこで、本発明の目的は、少なくとも天面および側面から光を出射する発光素子を有し、かつ発光素子から出射された光を所望の配光に制御できる発光装置を提供することである。また、本発明の別の目的は、この発光装置を有する面光源装置および表示装置を提供することである。
本発明に係る発光装置は、基板上に配置され、少なくとも天面および側面から光を出射する発光素子と、前記発光素子の光軸と交わるように配置され、前記発光素子から出射される光の配光を制御する光束制御部材と、を有し、前記光束制御部材は、前記基板と離間して配置された裏面と、平面視したときに前記発光素子を含むように配置された、前記裏面に開口した凹部の内面であって、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、前記入射面で入射した光の少なくとも一部を外部に出射させる出射面と、を含み、前記凹部の開口部の直径をφ、前記発光素子を平面視したときの最大長さをL、前記発光素子の厚みをtとしたとき、前記直径φは、前記発光素子の側面から出射され前記基板に到達した光の前記基板上における照度分布において、照度が最大となる地点の前記光束制御部材の中心軸からの距離の2倍以上であり、かつ「L+12t」未満である。
また、本発明に係る面光源装置は、本発明に係る発光装置と、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散部材と、を有する。
さらに、本発明に係る表示装置は、本発明に係る面光源装置と、前記面光源装置から出射された光を照射される表示部材と、を有する。
本発明によれば、少なくとも天面および側面から光を出射する発光素子を用いた場合であっても、発光素子から出射された光を所望の配光に制御できる。
図1は、特許文献1に記載のバックライト装置の構成を示す図である。 図2A、Bは、本実施の形態に係る面光源装置の構成を示す図である。 図3A、Bは、本実施の形態に係る面光源装置の断面図である。 図4は、本実施の形態に係る面光源装置の部分拡大断面図である。 図5Aは、本実施の形態に係る発光装置を模式的に示した部分拡大断面図であり、図5Bは、発光装置を模式的に示した部分拡大平面図である。 図6Aは、照度分布のシミュレーションの条件を説明するための図であり、図6Bは、照度分布のシミュレーションの結果を示すグラフである。 図7A、Bは、本実施の形態に係る発光装置における輝度を測定した結果を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る面光源装置の代表例として、液晶表示装置のバックライトなどに適する面光源装置について説明する。この面光源装置は、面光源装置からの光を照射される表示部材(例えば液晶パネル)と組み合わせることで、表示装置として使用されうる。
(面光源装置および発光装置の構成)
図2〜図4は、本発明の一実施の形態に係る面光源装置100の構成を示す図である。図2Aは、面光源装置100の平面図であり、図2Bは、側面図である。図3Aは、図2Bに示されるA−A線の断面図であり、図3Bは、図2Aに示されるB−B線の断面図である。図4は、図3Bの一部を拡大した部分拡大断面図である。
図2〜図4に示されるように、本実施の形態に係る面光源装置100は、筐体110、複数の発光装置120および光拡散部材130を有する。筐体110の天板には、開口部が設けられている。光拡散部材130は、この開口部を塞ぐように配置されており、発光面として機能する。発光面の大きさは、特に限定されないが、例えば約400mm×約700mm(32インチ)である。
光拡散部材130は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置120からの出射光を拡散させつつ透過させる。通常、光拡散部材130の大きさは、液晶パネルなどの被照射部材の大きさとほぼ同じである。たとえば、光拡散部材130は、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂(MS)などの光透過性樹脂により形成される。光拡散性を付与するため、光拡散部材130の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散部材130の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。
図4に示されるように、複数の発光装置120は、それぞれ基板121、発光素子122および光束制御部材123を有する。
基板121は、平板状の部材である。基板121は、発光素子122および光束制御部材123を支持する。基板121は、筐体110の底板上に配置されており、複数の発光装置120は、筐体110の底板上に一定の間隔で配置されている。
発光素子122は、面光源装置100の光源であり、基板121上に配置されている。発光素子122の種類は、少なくとも天面および側面から光が出射する光源であれば特に限定されない。本実施の形態では、発光素子122は、天面および側面から光が出射するフリップタイプの発光ダイオード(LED)である。また、発光素子122の形状は、少なくとも天面および側面から光を出射できれば特に限定されない。発光素子122の形状の例には、角柱形状や、円柱形状などが含まれる。本実施の形態では、発光素子122の形状は、四角柱形状である。たとえば、発光素子122の大きさは、幅w1.4mm×奥行きd1.4mm×厚みt0.4mmである。
光束制御部材123は、発光素子122から出射された光の配光を制御する拡散レンズであり、基板121上に配置されている。光束制御部材123は、その中心軸CAが発光素子122の光軸LAに一致するように、発光素子122の上に配置されている。発光素子122が実装された基板121の表面と光束制御部材123の裏面141との間には、発光素子122から発せられる熱を外部に逃がすための隙間が形成されている。なお、「発光素子の光軸LA」とは、発光素子122の天面からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。
光束制御部材123は、一体成形により形成されている。光束制御部材123の材料は、所望の波長の光を通過させ得る材料であれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材123の材料は、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)やポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂(EP)などの光透過性樹脂、またはガラスである。
発光素子122から出射された光は、光束制御部材123により径方向(中心軸CAから遠ざかる方向)に拡げられる。その効果は、発光素子122からの出射光束のうち中心軸CAに対する角度が小さな光において顕著である。発光装置120から出射された光は、光拡散部材130に到達する。光拡散部材130に到達した光は、光拡散部材130を拡散しつつ透過する。
(光束制御部材の構成)
図4に示されるように、光束制御部材123は、裏面141、入射面142、出射面143および複数の脚部144を有する。
裏面141は、光束制御部材123の下側(発光素子122側)に位置し、基板121と離間して配置された平面である。基板121と裏面141との間隔l(図5参照)は、発光素子122から発せられる熱を外部に逃がすための隙間が形成されていれば特に限定されないが、発光素子122の厚みt未満であることが好ましい。裏面141の中央部分には、凹部145が形成されている。凹部145は、中心軸CAと交わるように配置されている。また、裏面141の凹部145を除いた領域には、複数の脚部144が周方向に沿って等間隔に配置されている。
入射面142は、凹部145の内面である。入射面142は、発光素子122から出射された光を、進行方向を制御しながら光束制御部材123の内部に入射させる。光束制御部材123の入射面142は、本発明に係る発光装置120の主たる特徴部分であるため、詳細は後述する。
出射面143は、入射面142で光束制御部材123の内部に入射した光を、その進行方向を制御しながら外部に出射する。出射面143は、中心軸CAと交わるように光拡散部材130側に配置され、上側(光拡散部材130側)に向けて突出している。
出射面143は、光束制御部材123の中心軸CAを中心とする所定範囲に位置する第1出射面143aと、第1出射面143aの周囲に連続して形成される第2出射面143bとを有する。
第1出射面143aは、光束制御部材123の中心軸CA(発光素子122の光軸LA)と交わる位置に配置された、下側(発光素子122側)に向かって凸となるように形成されている。第1出射面143aは、全体として凸曲面状に形成されていてもよいし、第1出射面143aの中心軸から外縁部にかけての母線が下側(発光素子122側)に対して凹(上側(光拡散部材130側)に向かって凸)の曲線となるように形成されていてもよい。本実施の形態では、第1出射面143aは、第1出射面143aの中心軸から外縁部にかけての母線が下側(発光素子122側)に対して凹の曲線となるように形成されている。
第2出射面143bは、第1出射面143aを取り囲むように位置する、全体として上側(光拡散部材130側)に向かって凸の曲面(凸曲面)である。第2出射面143bの形状は、全体として円環面の一部を切り取ったような凸形状である。なお、特に図示しないが、第2出射面143bの周囲に第3出射面を有していてもよい。第3出射面は、中心軸CAを含む断面において、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
また、第1出射面143aおよび第2出射面143bの境界は、中心軸CAに沿う方向において、第1出射面143aの下側(発光素子122側)の端部と、第2出射面143bの上側(光拡散部材130側)の端部との間の中点などであってもよい。
複数の脚部144は、裏面141の外周部に、裏面141から下側(発光素子122側)に向かって突出している円柱状の部材である。複数の脚部144は、発光素子122に対して適切な位置に光束制御部材123を支持する。前述したように、基板121と裏面141との間には、発光素子122から発せられる熱を外部に逃がすための隙間が形成されている。すなわち、脚部144の高さ(長さ)hは、発光素子122から発せられる熱を外部に逃がすための隙間を確保できる高さを有する。また、裏面141から光束制御部材123内に入射する光の光量を低減させる観点からは、脚部144の高さhは、前述した発光素子122の厚みtより短いことが好ましい。
特に図示しないが、光束制御部材123は、鍔部を有していてもよい。鍔部は、出射面143の外周部と裏面141の外周部との間に位置し、径方向外側に突出している。鍔部の形状は、略円環状である。鍔部は、必ずしも必要ではないが、鍔部を設けることで、光束制御部材123の取り扱いおよび位置合わせが容易になる。鍔部の厚みは、特に限定されず、出射面143の必要面積や鍔部の成形性などを考慮して決定される。
発光素子122から出射した光のうち、大部分の光は、入射面142で光束制御部材123内に入射する。このとき、入射面142の形状により、入射光(特に光軸LA近傍の光)は、径方向(発光素子122の光軸LAから遠ざかる方向)に向けて拡げられる。光束制御部材123内に入射した光は、出射面143で外部に出射する。このときも、出射面143の形状により、発光素子122からの光は、径方向(発光素子122の光軸LAから遠ざかる方向)に向けてさらに拡げられる。結果として、発光装置120からは、広い角度範囲に滑らかに拡げられた光が出射される。
ここで、図5を参照して、入射面142の形状について詳細に説明する。図5Aは、発光装置120を模式的に示した部分拡大断面図であり、図5Bは、発光装置120を模式的に示した部分拡大平面図である。図5Aでは、発光素子122、基板121および光束制御部材123へのハッチングを省略している。前述したように、入射面142は、中心軸CAと交わるように発光素子122側に配置された凹部145の内面であり、発光素子122から出射された光を、進行方向を制御しながら光束制御部材123の内部に入射させる。本実施の形態では、中心軸CAを含む断面において、入射面142の形状は、略半楕円形状である。また、入射面142は、中心軸CAを回転軸とした回転対称面でもある。
本実施の形態に係る発光装置120では、入射面142で入射した光の適切な制御と、裏面141で入射する光の低減とを両立する観点から、凹部145の開口部の直径φは、所定の範囲内となるように設定されている。すなわち、凹部145の開口部の直径をφ、発光素子122を平面視したときの最大長さをL、発光素子122の厚みをtとしたとき、直径φは、発光素子122の側面から出射され基板121に到達した光の基板121(または筐体110の底板)上における照度分布において、照度が最大となる地点の光束制御部材123の中心軸CAからの距離の2倍以上であり、かつ「L+12t」未満である。ここで、「発光素子を平面視したときの最大長さL」とは、発光素子122を平面視したときに、当該発光素子122において任意の外縁部の2点を結ぶ線分のうち、最も長い線分の長さを意味する。たとえば、発光素子122の平面視形状が矩形の場合には最大長さLは対角線の長さであり、発光素子122の平面視形状が円の場合には最大長さLは直径である。
凹部145の開口部の直径φが上記所定の長さ未満の場合、発光素子122の側面から出射され、基板121で反射した光の多くが裏面141から入射してしまい、発光装置120の直上部に明部が生じてしまう。一方、凹部145の開口部の直径φが「L+12t」以上の場合、発光素子122の側面から出射された光のうちの入射面142で入射する光の割合が増加するが、凹部145(入射面142)の頂部がなだらかになってしまうため、凹部145(入射面142)の頂部で入射する光の進行方向を適切に制御できなくなってしまう。
(シミュレーション)
まず、発光素子122の側面から出射され基板121に到達した光の基板121上における照度分布についてシミュレーションした。具体的には、図6Aに示されるように、発光素子122の光軸LAを含む断面において、発光素子122の側面全体からランバート配光の光が出射されていると仮定して、基板121表面の各地点の照度を算出した。なお、基板121に到達した光は、反射されずに吸収されると仮定した。また、発光素子122の大きさは、幅w1.4mm×奥行きd1.4mm×厚みt0.4mmとした。この場合、発光素子122の最大長さLは、1.98mmである。
図6Bは、シミュレーションの結果を示すグラフである。横軸は、発光素子122の光軸LAを含む断面において、発光素子122の光軸LA(光束制御部材123の中心軸CA)からの距離(mm)を示しており、縦軸は、照度(lux)の相対値(最大値を1と設定)を示している。
図6Bに示されるように、本シミュレーションでは、発光素子122の中心から0.94mm離れた位置で基板121に照射される光の照度が最大であった。なお、本実施の形態に係る発光装置120のように、側面から光が出射する発光素子122を使用する発光装置では、発光素子122の側面から出射された光が基板121に到達する位置は、発光素子122の大きさ(最大長さL)および厚みtによって変化する。したがって、本実施の形態に係る発光装置120では、使用する発光素子122の最大長さLおよび厚みtを考慮して、光束制御部材123の凹部145(入射面142)の開口部の直径φを設定する。すなわち、シミュレーションで用いた発光素子122に対しては、凹部145の開口部の直径φを、1.88mm(=0.94mm×2)以上とし、かつ6.78mm(=1.98mm+12×0.4mm)(L+12t)未満とする。
(実験)
次いで、本実施の形態に係る発光装置120の輝度分布について実測した。本実験では、基板121上に配置された発光素子122および基板121に固定された光束制御部材(光束制御部材A〜Gのいずれか)を有する発光装置において、光束制御部材から発光素子122の光軸LAに沿う方向に出射される光の輝度を、2次元色彩輝度計を用いて測定した。発光素子122の大きさは、シミュレーションと同じである(幅w1.4mm×奥行きd1.4mm×厚みt0.4mm)。また、光束制御部材A〜Gは、凹部145の開口部の直径φのみで相違する。なお、光束制御部材Eについては、第1入射面の中央部分に円錐状の凸部が形成されている点においても相違する。各光束制御部材A〜Gの凹部の開口部の直径φは、それぞれ2.30mm、2.70mm、3.02mm、3.35mm、3.43mm、3.52mmおよび3.87mmである。また、基板121の表面と光束制御部材の裏面との距離は、0.1mmである。
図7A、Bは、各発光装置の輝度分布を示すグラフである。図7Aにおける二点鎖線は、開口部の直径φが2.30mmの光束制御部材Aを有する発光装置の結果を示しており、点線は、開口部の直径φが2.70mmの光束制御部材Bを有する発光装置の結果を示しており、一点鎖線は、開口部の直径φが3.02mmの光束制御部材Cを有する発光装置の結果を示しており、実線は、開口部の直径φが3.35mmの光束制御部材Dを有する発光装置の結果を示している。図7Bにおける実線は、開口部の直径φが3.35mmの光束制御部材Dを有する発光装置の結果を示しており(図7Aの実線と同じ)、点線は、開口部の直径φが3.43mmの光束制御部材Eを有する発光装置の結果を示しており、一点鎖線は、開口部の直径φが3.52mmの光束制御部材Fを有する発光装置の結果を示しており、二点鎖線は、開口部の直径φが3.87mmの光束制御部材Gを有する発光装置の結果を示している。図7Aおよび図7Bの横軸は、光束制御部材の中心軸CAからの距離(mm)を示しており、縦軸は、輝度(cd/m)を示している。図7A、Bに示される破線で囲まれた領域は、発光素子122の側面から出射され、光束制御部材A〜Gの裏面で入射した光に由来するピークであり、本実施の形態に係る発光装置120では、明部発生の原因となりうるこのピークを低減することを一つの目的としている。なお、図7A、Bに示される光束制御部材D、F、Gの中心軸CA近傍に見られるピークは、発光素子122から出射され、入射面142の頂部および出射面の中心軸を通って出射された光に由来する出射光である。中心軸CA近傍に見られるピークは、発光素子と光束制御部材の基板への実装時の取り付け誤差などにより違いは生じるものの、入射面142の頂部における曲率半径が大きくなることにより強度が増す傾向となる。したがって、図7Aおよび図7Bに基づいて発明の効果を確認する場合には、破線で囲まれた領域内のピークのみを確認すればよい。
図7A、Bの破線で囲まれた領域に示されるように、開口部の直径φが大きくなるにつれて、光束制御部材A〜Gの裏面で入射して、光束制御部材A〜Gの直上に向けて出射される光が少なくなることが分かる。このことから、開口部の直径φを大きくすることで、光束制御部材の裏面で入射する光に起因する、光束制御部材の直上部における明部の発生を抑制できることがわかる。なお、光束制御部材Eを有する発光装置は、第1入射面の中央部に形成された凸部によって、中心軸CA近傍から出射される光を側方に向けて制御しているため、中心軸CA近傍に見られるピークが検出されなかった。また、入射面142の頂部における入射面142の傾斜角も含めて考えると、凹部145の開口部の直径φを所定の範囲内とした光束制御部材A〜Gを用いた発光装置120では、入射面142で入射した光の適切な制御と、裏面141で入射する光の低減とを両立できることが示唆される。
(効果)
以上のように、本発明に係る発光装置120は、凹部145の開口部の直径φが発光素子122の側面から出射され基板121に到達した光の前記基板上における照度分布において、照度が最大となる地点の光束制御部材122の中心軸CAからの距離の2倍以上であり、かつ「L+12t」未満であるため、発光素子122から出射された光を所望の配光に制御できる。
本発明に係る発光装置および面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや一般照明などに適用できる。
10 バックライト装置
20 実装基板
30 パッケージ
40 拡散レンズ
41 レンズ部
42 固定部
43 底面
44 光入射面
45 光出射面
46 接着剤
50 拡散板
100 面光源装置
110 筐体
120 発光装置
121 基板
122 発光素子
123 光束制御部材
130 光拡散部材
141 裏面
142 入射面
143 出射面
143a 第1出射面
143b 第2出射面
144 脚部
145 凹部
CA 光束制御部材の中心軸
LA 発光素子の光軸

Claims (3)

  1. 基板上に配置され、少なくとも天面および側面から光を出射する発光素子と、
    前記発光素子の光軸と交わるように配置され、前記発光素子から出射される光の配光を制御する光束制御部材と、
    を有し、
    前記光束制御部材は、
    前記基板と離間して配置された裏面と、
    平面視したときに前記発光素子を含むように配置された、前記裏面に開口した凹部の内面であって、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、
    前記入射面で入射した光の少なくとも一部を外部に出射させる出射面と、
    を含み、
    前記基板と前記裏面との間の間隔は、前記発光素子の厚み未満であり、
    前記凹部の開口部の直径をφ、前記発光素子を平面視したときの最大長さをL、前記発光素子の厚みをtとしたとき、
    前記直径φは、前記発光素子の側面から出射され前記基板に到達した光の前記基板上における照度分布において、照度が最大となる地点の前記光束制御部材の中心軸からの距離の2倍以上であり、かつ「L+12t」未満である、
    発光装置。
  2. 請求項1に記載の発光装置と、
    前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散部材と、
    を有する、面光源装置。
  3. 請求項に記載の面光源装置と、
    前記面光源装置から出射された光を照射される表示部材と、
    を有する、表示装置。
JP2015066061A 2015-03-27 2015-03-27 発光装置、面光源装置および表示装置 Active JP6470606B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015066061A JP6470606B2 (ja) 2015-03-27 2015-03-27 発光装置、面光源装置および表示装置
US15/079,950 US10077882B2 (en) 2015-03-27 2016-03-24 Light emitting device, surface light source device and display apparatus
CN201620234017.8U CN205608347U (zh) 2015-03-27 2016-03-24 发光装置、面光源装置及显示装置
CN201610176550.8A CN106019699B (zh) 2015-03-27 2016-03-24 发光装置、面光源装置及显示装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015066061A JP6470606B2 (ja) 2015-03-27 2015-03-27 発光装置、面光源装置および表示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016186977A JP2016186977A (ja) 2016-10-27
JP6470606B2 true JP6470606B2 (ja) 2019-02-13

Family

ID=56964596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015066061A Active JP6470606B2 (ja) 2015-03-27 2015-03-27 発光装置、面光源装置および表示装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10077882B2 (ja)
JP (1) JP6470606B2 (ja)
CN (2) CN205608347U (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6470606B2 (ja) * 2015-03-27 2019-02-13 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置および表示装置
JP6682229B2 (ja) * 2015-09-03 2020-04-15 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
CN107518702B (zh) * 2016-06-22 2024-04-05 赛尔富电子有限公司 一种led条形灯及展览柜

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7652301B2 (en) 2007-08-16 2010-01-26 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Optical element coupled to low profile side emitting LED
US8070326B2 (en) * 2010-01-07 2011-12-06 Osram Sylvania Inc. Free-form lens design to apodize illuminance distribution
JP5493147B2 (ja) * 2010-04-07 2014-05-14 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置、及び照明装置
DE102011112710A1 (de) * 2011-09-07 2013-03-07 Osram Ag Beleuchtungsvorrichtung
US8992053B2 (en) * 2012-03-05 2015-03-31 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Illumination lens for short-throw lighting
JP2013218940A (ja) 2012-04-11 2013-10-24 Sharp Corp 発光モジュール、それを備えた照明装置および表示装置
KR20140120683A (ko) * 2013-04-04 2014-10-14 서울반도체 주식회사 면 조명용 렌즈 및 발광 모듈
RU2672643C2 (ru) * 2014-03-28 2018-11-16 Асахи Раббер Инк. Светораспределительная линза
CN203893070U (zh) * 2014-04-09 2014-10-22 创高国际企业有限公司 二次光学透镜、平板照明装置和液晶显示设备
JP6470606B2 (ja) * 2015-03-27 2019-02-13 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置および表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN205608347U (zh) 2016-09-28
US10077882B2 (en) 2018-09-18
JP2016186977A (ja) 2016-10-27
CN106019699A (zh) 2016-10-12
CN106019699B (zh) 2020-10-30
US20160281957A1 (en) 2016-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5957364B2 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
US9683719B2 (en) Luminous flux control member, light-emitting device, surface light source device, and display device
US10222651B2 (en) Light flux controlling member, light emitting device, surface light source device and display device
JP6378532B2 (ja) 発光装置、面光源装置および表示装置
JP6629601B2 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP6356997B2 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP6310285B2 (ja) 発光装置、面光源装置および表示装置
US20180245770A1 (en) Light flux control member, light-emitting device, and area light source device
WO2018194118A1 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP2017050262A (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP6470606B2 (ja) 発光装置、面光源装置および表示装置
WO2018155676A1 (ja) 発光装置、面光源装置および表示装置
WO2019044968A1 (ja) 発光装置、面光源装置および表示装置
JP6983116B2 (ja) 面光源装置および表示装置
WO2018135407A1 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP2013105076A (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP6678524B2 (ja) 照明装置
WO2017061370A1 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
WO2019039366A1 (ja) 発光装置、面光源装置および光束制御部材
JP2018036407A (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP7038603B2 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
WO2021187620A1 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP2018147679A (ja) 面光源装置および表示装置
JP2022111712A (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
WO2019097985A1 (ja) 面光源装置および表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180202

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180919

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181228

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190115

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6470606

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250