JP6569348B2 - 面発光モジュールおよび携帯型電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、表示ライト、バックライトとして用いられる面発光モジュール、および、その面発光モジュールが用いられる薄型タブレット端末等の携帯型電子機器に関する。
近年、照明分野において、たとえば有機電界発光素子(以下、有機EL(Electro Luminescence)素子と称する)に代表される面発部を具備した面発光モジュールが注目されている。有機EL素子は、低消費電力で高い輝度を得ることができるものであり、応答性等においても優れた性能を発揮する。
また、有機EL素子を含む面発光モジュール(いわゆる有機ELパネル)は、軽量にかつ柔軟に曲げることも可能に構成できるため、様々な形態の照明装置を実現できる点においても優位である。最近では、タブレット端末や携帯電話等に代表される携帯型通信機器のバックライトとして、有機EL素子を含む面発光モジュールの利用が進められている。
特開2004−296423号公報(特許文献1)によれば、拡散反射体を基材の側面および発光面側の非発光領域に配置することで、効率よく基材内の光を取り出し、非発光領域を明るく見せる構造が開示されている。薄型タブレット端末等の携帯型電子機器の普及にともない限られた薄いスペースにてより広い領域を発光させる技術が要求されるようになってきている。
特開2004−296423号公報
たとえば、厚みが7mm以下となるような薄型の携帯型電子機器においては、表示エリア以外の領域を極力少なくする必要がある。その結果、携帯型電子機器に配置されるバックライト、照明等は端の領域にまで光ることが求められる。しかし、特許文献1の構成では基板内部の光量が少なく、発光部に対する非発光領域の光の割合が少ないため、発光部の周囲に暗い箇所が残ってしまう。
したがって、この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、面発光モジュールの厚みを薄く保ちつつ、面発光モジュールの端部の領域に至るまで光ることが可能な、面発光モジュールおよび面発光モジュールを用いた携帯型電子機器を提供することを目的とする。
この面発光モジュールにおいては、透明基板と、上記透明基板の一方の主表面側に設けられる面発光領域および上記面発光領域の周辺部に設けられる非発光領域と、上記面発光領域の上記透明基板とは反対側に設けられた光反射部と、上記透明基板の他方の主表面側に設けられ、上記面発光領域から出射された光を視認側に取り出す散乱層と、を備え、上記面発光領域から発光される光の発光波長は、上記散乱層を視認側の正面から観測した場合に50nm以上の発光波長幅を有し、各波長の上記透明基板内における放射強度の角度分布に比視感度をかけて重ね合わせた角度分布において、0度から上記透明基板の屈折率と空気とで決まる全反射角度までの範囲に配分される積分値をL1として、全反射角度から85度以下に配分される積分値のL2とした場合に、2×L1/L2≦1(条件式(1))を満たし、上記散乱層を視認側の正面から観測した場合に、正面輝度は、正面輝度>10度〜85度の最大輝度値(条件式(2))を満足する。
他の形態においては、上記非発光領域の上記透明基板を挟んで上記散乱層とは反対側には、光反射層が設けられている。
他の形態においては、上記散乱層のヘイズ値は、90%以上である。
他の形態においては、上記散乱層は、50μm以下の厚みを有する。

この携帯型電子機器においては、上述のいずれかに記載の面発光モジュールを備える。
この面発光モジュールおよび携帯型電子機器によれば、面発光モジュールの厚みを薄く保ちつつ、面発光モジュールの周辺部に構成される非発光部に多くの光を導くことにより、面発光モジュールの端部の領域に至るまで光ることが可能な、面発光モジュールおよび面発光モジュールを用いた携帯型電子機器を提供する。
実施の形態における面発光モジュールの構造を示す断面図である。 実施の形態における面発光モジュールの発光部のみの平面図である。 実施の形態における面発光モジュールの散乱層の透過率と反射率との関係を示す図である。 面発光部で発光した光の透明基板内における光強度の発光部面法線に対する角度依存性の測定方法を示す模式図である。 比較例1、比較例2、実施例1、実施例2および実施例3のそれぞれについての、配光、光源幅拡大効果、2×[L1/L2]の値、最大輝度、および、発光波長幅(nm)を示す図である。 比較例2における比視感度をかけていない場合の基材内配光を示す図である。 実施例1における比視感度をかけていない場合の基材内配光を示す図である。 実施例2における比視感度をかけていない場合の基材内配光を示す図である。 実施例3における比視感度をかけていない場合の基材内配光を示す図である。 比較例2、実施例1、実施例2および実施例3のそれぞれについての比視感度をかけて重ね合わせた場合の基板内配光を示す図である。 比較例1,2における正面発光スペクトルを示す図である。 実施例1における正面発光スペクトルを示す図である。 実施例2における正面発光スペクトルを示す図である。 実施例3における正面発光スペクトルを示す図である。 比較例1、比較例2、実施例1、実施例2および実施例3のそれぞれについての、比視感度をかけて重ね合わせた場合の散乱面上の配光を示す図である。 比較例1、比較例2、実施例1、実施例2および実施例3のそれぞれについての、中心位置からの距離と規格化輝度との関係を示す図である。 タブレット端末のおもて面側の構成を示す図である。 タブレット端末のうら面側の構成を示す図である。
本実施の形態に基づいた面発光モジュールについて、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、実施の形態の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
まず、図1および図2を参照して、本実施の形態における面発光モジュール1の構造について説明する。図1は、面発光モジュール1の構造を示す断面図、図2は、面発光部120のみの平面図である。
図1および図2を参照して、面発光モジュール1は、透明部材からなる基板110の一方の主表面(表面)に面発光領域121と、この面発光領域121の周辺部には非発光領域122とが形成されている。面発光領域121には、面発光部120が用いられる。面発光部120としては、電圧が印加されることで発光する電界発光層を用いた有機EL面発光光源が用いられている。電界発光層の基板110と反対側の面には光反射領域が形成されており、電界発光層で発光した光は基板110に向けて放射される。
基板110の面発光領域121および非発光領域122が形成された主表面(表面)とは反対側の他方の主表面(裏面)には、面発光領域121から出射され基板110を透過した光を、視認側に取り出す散乱層140が設けられている。この散乱層140は、内部に散乱部材を備えた層構造であってもよいし、基板110との接触面に散乱面を設ける構造であってもよい。
また、本実施の形態では、非発光領域122において、基板110を挟んで散乱層140とは反対側には、光反射層130が設けられている。この光反射層130は、内部に反射部材を備えた層構造であってもよいし、基板110との接触面に反射面を設ける構造であってもよい。
面発光部120から放射された光線は、面発光領域121において散乱層140から出射するとともに、一部は、基板110の内部を反射しながら導光し、光反射層130で反射された結果、散乱層140を介して非発光領域122からも外部に射出することになる。その結果、面発光領域121だけでなく非発光領域122においても、視認側から見た場合には全面から光が放射されることとなる。
本実施の形態においては、面発光領域121の幅(A1)は約10mmとしている。また、非発光領域122は面発光領域121の周辺に幅(A2)として約1mm程度存在している。この非発光領域122は通常電極等の取り出し領域として用いられている。
散乱層140と基板110とは接し、基板110と面発光部120とは接し、非発光領域122において基板110と光反射層130は接している。およそ20μmの厚みの散乱層140を基板110の視認側(面発光部120に相対する主表面(裏面)側)に設けている。基板110の厚みは0.42mmとしており、屈折率(n’)は1.49としている。光反射層130における光の反射率は、約70%としており(その他の光は吸収される)、基板110の主表面(裏面)全面を覆うように設けられている。
なお、散乱層140の厚みは、50μm以下の厚みであるとよい。50μm以下の厚みを持つ散乱層140は斜め方向の透過率が低く、垂直入射方向の透過率が高くなるため、散乱層を透過した後の光は正面方向の強い自然な光とすることができる。
さらに、散乱層140の厚みは、好ましくは面発光部120から散乱層140の視認側までの距離L(図1参照)の5分の1以下であることが好ましい。散乱層140までの距離を十分とることでより広範囲へ光を伝搬させることができ、その結果、非発光領域へより多くの光を導くことができるからである。
図3は、散乱層140の透過率と反射率との関係を示す図である。図3中において、Tは透過率、Rは反射率を示している。入射角が10°の場合、透過率(T)は81.471、反射率(R)は18.249、入射角が30°の場合、透過率(T)は72.91、反射率(R)は26.679、入射角が50°の場合、透過率(T)は58.649、反射率(R)は40.593、入射角が70°の場合、透過率(T)は53.449、反射率(R)は44.508、入射角が80°の場合、透過率(T)は53.449、反射率(R)は44.508である。垂直入射方向の透過率が高く、斜め方向の拡散度が高くなっている。散乱層140のヘイズ値(Haze)は93%である。
ここで、散乱層140のヘイズ(Haze)値は90%以上の高散乱特性であることが好ましい。高い散乱特性によってより多くの基板内の光を散乱し視認側へ取り出すことができる。
本実施の形態における面発光モジュール1は、透明基板内における放射強度の角度分布に比視感度をかけて重ね合わせた輝度分布において、0度(発光面の法線)から透明基板の屈折率と空気とで決まる全反射角度までの範囲に配分される積分値をL1として、全反射角度から85度以下に配分される積分値のL2とした場合に、2×L1/L2≦1(条件式(1))を満足している。
好ましくは2×L1/L2<0.35であり、さらに、好ましくは2×L1/L2<0.25である。
L2は、図1において、基板110の界面で全反射して基板110内を導光されて進む光の比視感度を考慮した光量に相当する。一方、L1は、基板110の界面で全反射しない光の比視感度を考慮した光量に相当する。比視感度をかけている理由は、実際に目で感じる強度で計算することで、効果的に光源幅拡大効果が得られるからである。
ここで、上記L1およびL2において、2×L1/L2≦1(条件式(1))の関係を具備すると、全反射しない光量L1に対して、全反射して非発光領域に進む光量L2がL1の2倍以上の関係にあることを示し、この条件式(1)を満足することで、非発光領域に多くの光が導かれることを意味している。
さらに、散乱層140を視認側の正面から観測した場合に、正面輝度は、正面輝度>10度〜85度の最大輝度値(条件式(2))を満足している。この条件式(2)は、散乱層140から取り出される光の正面輝度が一番高いという自然な光を表している。条件式(1)で示すように斜め方向の発光光量が多いにもかかわらず、正面輝度が大きいことは、散乱層140の特性と関係し、垂直入射方向の透過率が高く、斜め方向の拡散度が高い(透過率と反射率とが50%程度)ことを意味している。
さらに、面発光部から発光される光の発光波長は、散乱層140を視認側の正面から観測した場合に50nm以上の発光波長幅を有しているとよい。50nm以上の発光波長幅を有していると、特定の色をスペックルのない自然な光源として利用できるからである。
ここで前記L1,L2を計算するための基板内の配光特性の測定方法について説明する。具体的な測定方法を図4に示す。図4は、面発光部で発光した光の透明基板内における光強度の発光部面法線に対する角度依存性の測定方法を示す模式図である。
図4を参照して、空気中に面発光モジュール1を配置し、面発光モジュール1の面法線から角度θを成す方向にディテクタ600を配置して、波長ごとに光強度の角度依存性D(θ)を測定する。
図4に示すように、実験的には面発光部120の面積よりも充分(たとえば10倍)大きく、透明の基板110と同じ屈折率を持つ半球レンズ700を用意し、基板110と半球レンズ700との間に屈折率がマッチングするマッチングオイルを充填して、発光面法線に対する光強度の角度依存性を測定する。輝度は、ディテクタ600により測定された光強度に比視感度をかけたものである。
このように波長ごとに測定された配光分布(光強度の角度依存性)に対し、0°(発光面法線)から全反射角度までの立体角で積分し、さらに波長に応じて比視感度をかけて発光波長幅の範囲で波長に関し重ね合わせた(積分した)値がL1となる。L2は波長ごとに測定された配光分布(光強度の角度依存性)に対し、全反射角度から85°までの立体角で積分し、さらに比視感度をかけて波長に関して重ね合わせた値である。
以下、実施例と比較例とを用いて、本実施の形態における効果を比較する。ここで、本実施の形態における面発光モジュール1においては、輝度プロファイルを用いてその効果を示すこととする。輝度プロファイルは、図2中の破線部に沿ったプロファイルであり、最も明るい位置の輝度が1となるように規格化して示している。なお、以下の実施例と比較例では、光線追跡法を用いた光学シミュレーションにより輝度プロファイルを算出している。
光源幅拡大効果については輝度プロファイルの最大輝度を100%とした場合に20%輝度を示す範囲について光源幅拡大効果として示している。光源幅拡大効果は片側の増加分[mm](全幅が10mmとした場合の中心位置からの発光幅5mmに対する増加分)を算出している。
図5を参照して、比視感度をかけていない場合の基板内角度分布として、比較例1として基材内配光がランバートな場合、比較例2として放射強度の基材内配光が図6に示す場合、実施例1として放射強度の基材内配光が図7に示す場合、実施例2として放射強度の基材内配光が図8に示す場合、および、実施例3として放射強度の基材内配光が図9に示す場合について検証する。図10は、比較例2、実施例1、実施例2および実施例3のそれぞれについての比視感度をかけて重ね合わせた場合の基板内配光を示す図である。
また、図5には、比較例1、比較例2、実施例1、実施例2および実施例3のそれぞれについての、配光、光源幅拡大効果、2×[L1/L2]の値、最大輝度、および、発光波長幅(nm)を示している。
次に、図11に比較例1,2における正面発光スペクトルを示し、図12に実施例1における正面発光スペクトルを示し、図13に実施例2における正面発光スペクトルを示し、および、図14に実施例3における正面発光スペクトルを示す。各図中には、図5に示す発光波長幅Wを図示している。
さらに、図15に、比較例1、比較例2、実施例1、実施例2および実施例3のそれぞれについての、比視感度をかけて重ね合わせた場合の散乱面上の配光を示し、図16に、比較例1、比較例2、実施例1、実施例2および実施例3のそれぞれについての、中心位置からの距離と規格化輝度との関係を示す。図16中において、位置0は面発光部120の中心位置を示し、位置5mmは面発光部120の端部に相当する位置を示している。
<比較例1>
比較例1は、基板内の放射強度分布は全ての波長域でランバート配光である。図16を参照して、比較例1における輝度プロファイルの最大輝度を100%とした場合に20%輝度を示す位置は、約5.31mmである。よって、5mm位置からの増加分は、0.31mmであることから、光源幅拡大増加分は、0.31となる。
また、0度から基材の屈折率と空気とで決まる全反射角度までの範囲に配分される積分値L1は、41%、全反射角度から85度以下に配分される積分値L2は、59%であるから、2×L1/L2は、1.39となり、[2×L1/L2≦1]の関係式は具備しない。また、図11から、発光波長幅Wは、93nmである。なお、発光波長幅は、輝度が10%となる位置での発光波長幅の合計を意味する。また、図15から明らかなように、視認側から散乱面を観測した場合の正面輝度を1とすると、10度から85度の最大輝度値は1よりも小さい。
なお、0度から基材の屈折率と空気とで決まる全反射角度(θ’)は、n・sinθ=n’・sinθ’により求めることができる。空気は、n=1、θ=90度とし、基材のn’は、1.49であることから、θ’=42.15度となる。この値は、各比較例および各実施例において同じである。
<比較例2>
比較例2は、正面方向へ輝度の偏った放射強度分布の場合について示す。図6に、比較例2における、放射強度の基板内配光を示す。図16を参照して、比較例2における輝度プロファイルの最大輝度を100%とした場合に20%輝度を示す位置は、約5.24mmである。よって、5mm位置からの増加分は、0.24mmであることから、光源幅拡大増加分は、0.24となる。
また、0度から基材の屈折率と空気とで決まる全反射角度までの範囲に配分される積分値L1は、53.6%、全反射角度から85度以下に配分される積分値L2は、46.4%であるから、2×L1/L2は、2.31となり、[2×L1/L2≦1]の条件式は具備しない。また、比較例1と同様に、図11から、発光波長幅Wは、93nmである。なお、発光波長幅は、輝度が10%となる位置での発光波長幅の合計を意味する。また、図15から明らかなように、視認側から散乱面を観測した場合の正面輝度を1とすると、10度から85度の最大輝度値は1よりも小さい。
<実施例1>
実施例1は、図7に示す基板内配光を持った場合について示している。図16を参照して、実施例1における輝度プロファイルの最大輝度を100%とした場合に20%輝度を示す位置は、約5.61mmである。よって、5mm位置からの増加分は、0.61mmであることから、光源幅拡大増加分は、0.61となり、上記比較例1および比較例2よりも光源幅拡大増加の効果が得られている。
また、0度から基材の屈折率と空気とで決まる全反射角度までの範囲に配分される積分値L1は、11%、全反射角度から85度以下に配分される積分値L2は、89%であるから、2×L1/L2は、0.25となり、[2×L1/L2≦1]の関係式を具備する。また、図12から、発光波長幅Wは、119nmである。また、図15から明らかなように、視認側から散乱面を観測した場合の正面輝度を1とすると、10度から85度の最大輝度値は1よりも小さい。
<実施例2>
実施例2は、図8に示す基板内配光を持った場合について示している。図16を参照して、実施例2における輝度プロファイルの最大輝度を100%とした場合に20%輝度を示す位置は、約5.69mmである。よって、5mm位置からの増加分は、0.69mmであることから、光源幅拡大増加分は、0.69となり、上記比較例1、比較例2、および実施例1よりも光源幅拡大増加の効果が得られている。
また、0度から基材の屈折率と空気とで決まる全反射角度までの範囲に配分される積分値L1は、15%、全反射角度から85度以下に配分される積分値L2は、85%であるから、2×L1/L2は、0.35となり、[2×L1/L2≦1]の関係式を具備する。また、図13から、発光波長幅W(W1+W2)は111nmである。また、図15から明らかなように、視認側から散乱面を観測した場合の正面輝度を1とすると、10度から85度の最大輝度値は1よりも小さい。
<実施例3>
実施例3は、図9に示す基板内配光を持った場合について示している。図16を参照して、実施例3における輝度プロファイルの最大輝度を100%とした場合に20%輝度を示す位置は、約5.59mmである。よって、5mm位置からの増加分は、0.59mmであることから、光源幅拡大増加分は、0.59となり、上記比較例1、比較例2、および実施例1よりも光源幅拡大増加の効果が得られている。
また、0度から基材の屈折率と空気とで決まる全反射角度までの範囲に配分される積分値L1は、17%、全反射角度から85度以下に配分される積分値L2は、83%であるから、2×L1/L2は、0.41となり、[2×L1/L2≦1]の関係式を具備する。また、図13から、発光波長幅W(W1+W2)は111nmである。また、図15から明らかなように、視認側から散乱面を観測した場合の正面輝度を1とすると、10度から85度の最大輝度値は1よりも小さい。
以上、本実施の形態における面発光モジュールによれば、図5に示すように、実施例1から実施例3に関する、面発光部は、上記した条件式(2)を満足する正面輝度は斜め方向の輝度よりも高い自然な配光を持った光源である。つまり、面発光部からの発光波長は、散乱層を視認側正面から観測した場合に最も強い波長強度に対して10%の値を持つ最短波長と最長波長の差は111nm以上の幅を持つ。より好ましくは、220nm以上の幅を持つ事が好ましいことが分かる。このように、発光波長幅を広く持つ事で様々な色を示すことができる。
さらに、基板内の配光において条件式(1)を満足することで、発光領域の周辺部に設けられる非発光領域まで多くの光を導くことができる。
(タブレット端末50)
次に、図17および図18を参照して、上記実施の形態における面発光モジュールを搭載した携帯型電子機器の一例について説明する。図17は、タブレット端末50のおもて面側の構成を示す図、図18は、タブレット端末50のうら面側の構成を示す図である。
図17および図18に示すように、携帯型電子機器の一例としてたとえばタブレット端末50は、厚みtが薄く構成された偏平な筐体51を有しており、その外表面の所定位置に表示部が設けられている。表示部としては、各種の画像を表示する主表示部52が少なくとも筐体51のおもて面に設けられており、アイコンや特定の画像等を表示するが必要に応じて筐体51の他の部分(おもて面の主表示部52の周囲やうら面、側面等)に設けられる場合もある。なお、筐体51の厚みtは、たとえば薄いもので7[mm]以下とされる。
図17を参照して、タブレット端末50においては、主表示部52を取り囲む額縁状の部分の幅wをできるだけ狭小化したいという要請がある。そのため、タブレット端末50の内部に搭載されるバックライトは、筐体51の外周部に近い位置にまで十分な輝度が得られるものであることが必要になる。
ここで、本実施の形態の面発光モジュールを用いた場合には、光の出射面側からこれを見た場合に、発光領域と、当該発光領域の周囲を取り囲む非発光領域とを有しているが、発光領域の周辺部に設けられる非発光領域まで多くの光を導くことができることから、主表示部52、および、副表示部53〜55の全面にわたって明るく表示させることが可能となる。
以上、実施の形態および実施例について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本実施の形態の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
1 面発光モジュール、50 タブレット端末、51 筐体、53〜55 副表示部、110 基板、120 面発光部、121 発光領域、122 非発光領域、130 反射面、140 散乱層、600 ディテクタ、700 半球レンズ。

Claims (5)

  1. 透明基板と、
    前記透明基板の一方の主表面側に設けられる面発光領域および前記面発光領域の周辺部に設けられる非発光領域と、
    前記面発光領域の前記透明基板とは反対側に設けられた光反射部と、
    前記透明基板の他方の主表面側に設けられ、前記面発光領域から出射された光を視認側に取り出す散乱層と、
    を備え、
    前記面発光領域から発光される光の発光波長は、前記散乱層を視認側の正面から観測した場合に50nm以上の発光波長幅を有し、
    各波長の前記透明基板内における放射強度の角度分布に比視感度をかけて重ね合わせた角度分布において、0度から前記透明基板の屈折率と空気とで決まる全反射角度までの範囲に配分される積分値をL1として、全反射角度から85度以下に配分される積分値のL2とした場合に、2×L1/L2≦1(条件式(1))を満たし、
    前記散乱層を視認側の正面から観測した場合に、正面輝度は、正面輝度>10度〜85度の最大輝度値(条件式(2))を満足する、
    面発光モジュール。
  2. 前記非発光領域の前記透明基板を挟んで前記散乱層とは反対側には、光反射層が設けられている、請求項1に記載の面発光モジュール。
  3. 前記散乱層のヘイズ値は、90%以上である、請求項1または請求項2に記載の面発光モジュール。
  4. 前記散乱層は、50μm以下の厚みを有する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の面発光モジュール。
  5. 請求項1から請求項4のいずれかに1項に記載の面発光モジュールを備える、携帯型電子機器。
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