JP6912747B1 - 発光モジュール及び面状光源 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光領域内の輝度ムラを軽減できる発光モジュール及び面状光源を提供する。【解決手段】発光モジュール100は、導光部材20と、光源30と、を備える。導光部材20は、発光領域Rを区画する区画溝21と、発光領域R内に設けられる光源配置部2と、上面視で区画溝21と光源配置部22との間に設けられる光調整孔23と、を有する。光源30は、光源配置部22内に配置されている。光調整孔22の内部の屈折率は導光部材20の屈折率よりも低い。上面視で、光調整孔23は第1直線L1上には配置されていない。光調整孔23は、光源30側に位置する第1側面23aと、第1側面23の反対側に位置する第2側面23bと、を有する。第1方向Vにおいて、第2直線L2から最も遠い第1位置P1における光調整孔23の幅W1は、第2直線L2に最も近い第2位置P2における光調整孔23の幅W2よりも小さい。【選択図】図2

Description

実施形態は、発光モジュール及び面状光源に関する。
従来より、液晶ディスプレイのバックライトとして、光源と導光部材を用いた面状光源が使用されている。面状光源においては、発光面を複数の発光領域に区画し、発光領域毎に明るさを制御する技術が開発されている。各発光領域内においては、輝度ムラをできるだけ軽減したいという要求がある。
特開2008−59786号公報
実施形態は、発光領域内の輝度ムラを軽減できる発光モジュール及び面状光源を提供することを目的とする。
実施形態に係る発光モジュールは、導光部材と、光源と、を備える。前記導光部材は、発光領域を区画する区画溝と、前記発光領域内に設けられる光源配置部と、上面視で前記区画溝と前記光源配置部との間に設けられる光調整孔と、を有する。前記光源は、前記光源配置部内に配置されている。前記光調整孔の内部の屈折率は前記導光部材の屈折率よりも低い。上面視で、前記光調整孔は、前記区画溝における前記光源の中心から最も遠い部分と前記光源の中心とを結ぶ第1直線上には配置されていない。前記光調整孔は、前記光源側に位置する第1側面と、前記第1側面の反対側に位置する第2側面と、を有する。前記第1側面の少なくとも一部の法線、又は、前記第2側面の少なくとも一部の法線は、前記区画溝における前記光源の中心から最も近い部分と前記光源の中心を結ぶ第2直線に平行な第1方向に対して傾斜する。前記第1方向において、前記第2直線から最も遠い第1位置における前記光調整孔の幅は、前記第2直線に最も近い第2位置における前記光調整孔の幅よりも小さい。
実施形態に係る面状光源は、前記発光モジュールと、配線基板と、を備える。前記導光部材は前記配線基板上に設けられている。前記光源は前記配線基板に載置されている。
実施形態によれば、発光領域内の輝度ムラを軽減できる発光モジュール及び面状光源を実現できる。
第1の実施形態に係る面状光源を示す模式上面図である。 第1の実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す模式上面図である。 第1の実施形態に係る面状光源を示す模式断面図であり、図1に示すIII−III線による模式断面図である。 第2の実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す模式上面図である。 第3の実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す模式上面図である。 第4の実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す模式上面図である。 第5の実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す模式上面図である。 第6の実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す模式上面図である。 第1の変形例に係る面状光源を示す模式断面図である。 第2の変形例に係る面状光源を示す模式断面図である。 第3の変形例に係る面状光源を示す模式断面図である。 第4の変形例に係る面状光源を示す模式断面図である。 第5の変形例に係る発光モジュールを示す模式断面図である。 第6の変形例における光源を示す模式断面図である。 第7の変形例における光源を示す模式断面図である。 第8の変形例における光源を示す模式断面図である。 第9の変形例における光源を示す模式断面図である。 第10の変形例における光源を示す模式断面図である。 第11の変形例における光源を示す模式断面図である。
<第1の実施形態>
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る面状光源を示す上面図である。
図2は、本実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す上面図である。
図3は、本実施形態に係る面状光源を示す断面図であり、図1に示すIII−III線による断面図である。
図1〜図3に示すように、本実施形態に係る面状光源1においては、配線基板200が設けられており、配線基板200上に発光モジュール100が設けられている。発光モジュール100においては、導光部材20と、光源30が設けられている。導光部材20は配線基板200上に設けられており、光源30は配線基板200に載置されている。
配線基板200においては、絶縁性の母材201内に、配線層202及び配線層202と光源30とを電気的に接続する接続層203が設けられている。図3においては、配線層202は1層しか示されていないが、配線層202は複数層設けられていてもよい。配線基板200と導光部材20との間には、接着シート205及び光反射性シート206が設けられている。接着シート205は、配線基板200と光反射性シート206とを接着している。光反射性シート206は、光源30から出射した光の一部を反射する。
光反射性シート206には、多数の気泡を含む樹脂シート(例えば発泡樹脂シート)や、光拡散材を含む樹脂シート等を用いることができる。これら光反射性シート206に用いられる樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂若しくはポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、又は、エポキシ樹脂若しくはシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。また、光拡散材としては、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛又はガラス等の公知の材料を用いることができる。
ただし、配線基板200の上面には、光源30から出射した光に対して光反射性を有する光反射層がさらに設けられていてもよく、この場合、接着シート205は光反射層に接着される。また、光反射層は、後述する導光部材20と光反射性シート206の間、例えば光反射性シート206の上面に設けられてもよい。これにより、光源30から出射された導光部材20内を伝播する光の一部を、光反射層が散乱させることにより、導光部材20の上面から取り出されやすくすることができる。このような光反射層の形状は、膜状であってもよく、ドット状であってもよい。また、光反射層は、上面視において、後述する導光部材20の光源配置部22内まで延在することができる。好ましくは、光反射層は、上面視で光源30と重なる位置、つまり光源30と配線基板200との間まで延在する。これにより、光源30から出射する光の一部が配線基板200に吸収され、光源30の周囲で輝度が低下することを軽減できる。
光反射層としては、例えば、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛又はガラス等の公知の材料からなる光拡散材を含む樹脂を用いることができる。また、光反射層に用いられる樹脂としては、光反射性シート206に用いられる樹脂と同様に、例えば、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂等を用いることができる。また、光反射層に用いられる樹脂としては、紫外線硬化性樹脂を用いてもよい。
導光部材20は、透光性材料からなり、その形状は例えば板状である。導光部材20に用いられる材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂若しくはポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂若しくはシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、又はガラス等を用いることができる。導光部材20には、発光領域Rを区画する区画溝21と、各発光領域R内に設けられる光源配置部22と、上面視で区画溝21と光源配置部22との間に設けられる光調整孔23と、が形成されている。また、導光部材20の厚さは、例えば、200μm以上800μm以下が好ましい。
本明細書においては、説明の便宜上、XYZ直交座標系を採用する。配線基板200と導光部材20の配列方向を「Z方向」とし、発光領域Rの配列方向を「X方向」及び「Y方向」とする。また、Z方向のうち、配線基板200から導光部材20に向かう方向を「上方向」ともいい、その反対方向を「下方向」ともいうが、この表現も便宜的なものであり、重力の方向とは無関係である。また、上方向側から見ることを「上面視」という。
上面視で、区画溝21の形状は、X方向及びY方向に延びる格子状であり、各発光領域Rを囲んでいる。なお、区画溝21の形状は格子状には限定されず、複数の発光領域Rを実用上十分な程度に光学的に区画できていればよい。例えば、格子の交点部分には、区画溝が設けられていなくてもよく、この区画溝のない部分に隣接する各発光領域Rから光が集まるので、発光領域Rの角部周辺が暗くなることを回避できる。以下、1つの発光領域Rについて説明するが、他の発光領域Rについても同様である。
区画溝21の幅は、例えば、発光領域Rの幅の5%以下程度とすることができる。ただし、区画溝21内に後述する区画部材21aを配置する場合は、区画溝21の幅は、区画部材21aの配置が容易となるような幅とすることが好ましい。また、区画溝21は、導光部材20の厚み方向(Z方向)において、任意の割合を占めることができる。例えば、隣接する発光領域Rへの光漏れを抑制したい場合、区画溝21は、導光部材20の厚みの50%以上を占めることが好ましく、70%以上がさらに好ましく、90%以上が特に好ましい。
後述する変形例において説明するように、区画溝21は、導光部材20の上面20aに形成されていてもよく、下面20bに形成されていてもよく、導光部材20をZ方向に貫通していてもよく、貫通溝の一部が塞がった形状であってもよく、導光部材20の上面20a及び下面20bに到達しない中空状であってもよい。中空状の区画溝21は、例えば、上面に溝を形成した導光板と下面に溝を形成した導光板を、透光性の接着シートを用いて貼り合わせることによって形成できる。このような接着シートは、層間における界面の発生を軽減できるように、導光部材20と同じ材料を用いることが好ましい。本実施形態においては、例えば、区画溝21は導光部材20の上面20aに形成されている。
また、区画溝21の内部は空気層であってもよく、光反射性材料を含む区画部材21aが配置されていてもよい。光反射性材料は、例えば、光拡散材を含む樹脂又は金属を用いることができる。光反射性材料に用いられる樹脂としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂若しくはポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、又は、エポキシ樹脂若しくはシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。また、光拡散材としては、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛又はガラス等の公知の材料を用いることができる。また、光反射性材料に用いられる金属としては、例えば、白金(Pt)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)又はアルミニウム(Al)を用いることができる。区画部材21aは、区画溝21の内面に沿って層状に形成されていてもよく、区画溝21内の全体又は一部を埋め込んでいてもよい。区画部材21aの上部は、導光部材20の上面20aよりも上方に突出していてもよい。本実施形態においては、例えば、区画溝21の内面上に層状の区画部材21aが設けられている。
光源配置部22は、光源30を配置するための空間である。すなわち、光源30は光源配置部22内に配置されている。後述する変形例において説明するように、光源配置部22は、導光部材20をZ方向に貫通する貫通孔でもよく、導光部材20の下面20bに形成された凹部でもよい。また、本実施形態における光源配置部22は、上面視において円形であるが、例えば、楕円形としてもよく、三角形、四角形、六角形又は八角形等の多角形としてもよい。
本実施形態においては、例えば、光源配置部22は貫通孔である。そして、光源配置部22内には、光源30を覆うように、第1透光性部材25が埋め込まれている。第1透光性部材25は、例えば、透光性を有する樹脂材料を用いることができる。樹脂材料としては、導光部材20と同様に、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂等を用いることができる。
第1透光性部材25上には、第1光調整部材26が設けられている。第1光調整部材26は、光源30から出射し第1透光性部材25を透過した光の一部を反射し、他の一部を透過させる。第1光調整部材26は、例えば、光拡散材を含む樹脂材料により形成されていてもよく、金属材料により形成されていてもよい。例えば樹脂材料として、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はこれらを混合した樹脂等を用いることができる。また、光拡散材としては、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛又はガラス等の公知の材料を用いることができる。また、第1光調整部材26には、誘電体多層膜を用いることができる。本実施形態においては、例えば、第1光調整部材26は膜状に設けられているが、ドット状に設けられてもよい。また、本実施形態における第1光調整部材26は、上面視で第1透光性部材25の上面全体を覆っているが、第1透光性部材25の上面の一部が第1光調整部材26から露出されていてもよい。
一方、光源配置部22の底部、すなわち、第1透光性部材25の下方には、膜状の第1光反射性部材27が設けられている。第1光反射性部材27は、区画部材21aに含まれる光反射性材料と同様に、例えば、光拡散材を含む樹脂材料又は金属材料等の光を反射する材料により形成されている。
なお、第1光反射性部材27の代わりに、配線基板200上の光反射性シート206を、上面視において、導光部材20の光源配置部22内まで延在してもよい。この場合、好ましくは、光反射性シート206を、上面視で光源30と重なる位置、つまり光源30と配線基板200との間まで延在させる。これにより、光源30から出射する光の一部が配線基板200に吸収されることを抑制でき、光源30の周囲における輝度の低下を軽減できる。
光源30は、発光素子単体でもよく、発光素子に波長変換部材等の光学部材が組み合わされた構造体でもよい。後述する変形例において説明するように、光源30の構成は、種々の態様を取り得る。
本実施形態においては、光源30は、発光素子31と、被覆部材33と、第2透光性部材34と、第2光調整部材35とを含む。発光素子31は、半導体構造体と、正負一対の電極とを少なくとも有する。発光素子31は、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)であり、例えば、青色の光を出射する。半導体構造体として、例えばInAlGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)を含むことができる。発光素子31は、正負一対の電極が配置された第1面31aと、第1面31aと反対側の第2面31bと、を有する。
発光素子31の半導体構造体においては、例えば、p型半導体層、発光層、n型半導体層が少なくとも積層されることにより、発光ダイオード構造が実現されている。発光層の構造としては、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造(SQW)のように単一の活性層を持つ構造でもよいし、多重量子井戸構造(MQW)のようにひとまとまりの活性層群を持つ構造でもよい。発光層は、可視光又は紫外光を発光可能である。例えば、可視光としては、少なくとも青色から赤色までの光を挙げることができる。このような発光層を含む半導体構造体としては、例えば、InAlGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)を含むことができる。
また、発光素子31は、半導体構造体に2以上の発光層を含むことができる。例えば、半導体構造体は、n型半導体層とp型半導体層との間に2以上の発光層を含む構造であってもよいし、n型半導体層と発光層とp型半導体層とが順に積層された構造が2回以上繰り返された構造であってもよい。2以上の発光層は、例えば、発光色が異なる発光層を含んでいてもよいし、発光色が同じ発光層を含んでいてもよい。なお、発光色が同じとは、使用上同じ発光色とみなせる範囲であればよく、例えば、各発光色の主波長に数nm程度のばらつきがあってもよい。発光色の組み合わせとしては適宜選択することができ、例えば2つの発光層を含む場合の組み合わせとしては、青色光と青色光、緑色光と緑色光、赤色光と赤色光、紫外光と紫外光、青色光と緑色光、青色光と赤色光、又は緑色光と赤色光などが挙げられる。
被覆部材33は、例えば、光拡散材を含む樹脂材料であり、発光素子31の下部の周囲に配置されている。具体的には、被覆部材33は、光拡散材として酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛又はガラス等を含むシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂等を用いることができる。面状光源1には、例えば半田等の接合部材40が設けられている。接合部材40は、発光素子31の正負一対の電極を配線基板200の接続層203に接続しているが、接続層203を介さずに配線層202に接続してもよい。
第2透光性部材34は、発光素子31の上部の周囲、及び、発光素子31の上方に配置されている。第2透光性部材34は、透光性の樹脂材料からなり、蛍光体を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。第2透光性部材34に用いられる樹脂材料としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらを混合した樹脂等を用いることができる。第2透光性部材34が蛍光体を含む場合は、第2透光性部材34は波長変換層となる。
蛍光体としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Y(Al,Ga)12:Ce)、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Lu(Al,Ga)12:Ce)、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Tb(Al,Ga)12:Ce)、βサイアロン蛍光体(例えば、(Si,Al)(O,N):Eu)、αサイアロン蛍光体(例えば、Mz(Si,Al)12(O,N)16(但し、0<z≦2であり、MはLi、Mg、Ca、Y、及びLaとCeを除くランタニド元素))、CASN系蛍光体(例えば、CaAlSiN:Eu)若しくはSCASN系蛍光体(例えば、(Sr,Ca)AlSiN:Eu)等の窒化物系蛍光体、KSF系蛍光体(例えば、KSiF:Mn)若しくはMGF系蛍光体(例えば、3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn)等のフッ化物系蛍光体、又は、量子ドット蛍光体等を用いることができる。
また、第2透光性部材34は、複数種類の蛍光体を含んでいてもよく、例えば、青色の光を吸収して黄色の光を放射する蛍光体と、青色の光を吸収して赤色の光を放射する蛍光体を含むことにより、光源30から例えば白色の光を出射させることができる。また、第2透光性部材34は、遮光しない程度に光拡散材を含んでいてもよい。第2透光性部材34に含有される光拡散材の含有率は、発光素子31から出射した光に対する第2透光性部材34の透過率が50%以上99%以下、好ましくは70%以上90%以下となるように調整することができる。光拡散材としては、例えば、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛又はガラス等を用いることができる。
第2光調整部材35は、第2透光性部材34の上面に配置されている。第2光調整部材35は、第1光調整部材26と同様に、例えば、光拡散材を含む樹脂材料又は金属材料等の光を反射する材料により形成されている。第2光調整部材35は、第2透光性部材34から入射した光の一部を反射し、他の一部を透過させる。発光素子31から出射した光に対する第2光調整部材35の透過率が十分に低い場合、例えば1%以上50%以下、好ましくは3%以上30%以下の場合は、第2光調整部材35は遮光膜となり、光源30直上の輝度が高くなりすぎることを回避できる。
光調整孔23も、区画溝21と同様に、導光部材20の上面20aに形成されていてもよく、下面20bに形成されていてもよく、導光部材20をZ方向に貫通していてもよく、貫通溝の一部が塞がった形状であってもよく、導光部材20の上面20a及び下面20bに到達しない中空状であってもよい。本実施形態においては、例えば、光調整孔23は導光部材20の上面20aに形成されている。すなわち、光調整孔23は、導光部材20の上面20aに到達し、導光部材20の下面20bから離れている。
本明細書において、「孔」とは、凹部及び貫通孔の総称である。すなわち、「孔」は、それが形成された本体(例えば、導光部材20)を貫通していない凹部と、貫通した貫通孔の双方を含む。また、「孔」は形状も限定されない。すなわち、上面視で一方向に延びる溝のようなアスペクト比が高い形状と、上面視で円又は多角形のようなアスペクト比が低い形状と、その中間の規則的又は不規則的な形状の全てを含む。さらに、「孔」は、内部の構造も任意である。すなわち、「孔」には、内部が空気層であるものと、何らかの部材が意図的に設けられているものと、意図しない物質が侵入しているものが含まれる。
光調整孔23内に後述する透光性材料を配置する場合は、光調整孔23の幅は、透光性材料の配置が容易となるような幅とすることが好ましい。また、光調整溝光調整孔23は、導光部材20の厚み方向において、任意の割合を占めることができる。例えば、光源30から出射した光のうち、発光領域Rの角部に向かう光を増やしたい場合は、光調整孔23は、導光部材20の厚みの15%以上を占めることが好ましく、25%以上がさらに好ましく、50%以上が特に好ましい。
光調整孔23の内部は空気層であってもよく、透光性材料が配置されていてもよい。透光性材料が配置されている場合は、その屈折率は導光部材20の屈折率よりも低いことが好ましい。透光性材料に用いられる樹脂としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂若しくはポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、又は、エポキシ樹脂若しくはシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。また、透光性材料には光拡散材を含有させることができる。光拡散材としては、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛又はガラス等の公知の材料を用いることができる。透光性材料は、光調整孔23の内面に沿って層状に設けられていてもよく、光調整孔23の内部に埋め込まれていてもよい。本実施形態においては、例えば、光調整孔23の内部は空気層である。このため、光調整孔23の内部の屈折率は導光部材20の屈折率よりも低い。
次に、光調整孔23の平面配置について説明する。
以下、説明の便宜上、発光領域R内に、仮想的な第1直線L1及び第2直線L2を設定する。第1直線L1は、上面視で、光源30の中心30cと、区画溝21における光源30の中心30cから最も遠い部分21bとを結ぶ直線である。上面視で、発光領域Rの形状が多角形である場合は、第1直線L1は、光源30の中心30cと発光領域Rの角部とを結ぶ直線であってもよい。第2直線L2は、上面視で、光源30の中心30cと、区画溝21における光源30の中心30cから最も近い部分21cとを結ぶ直線である。
なお、「光源の中心」とは、上面視における光源30の幾何学的な重心であり、例えば、光源30の形状が矩形である場合は、中心30cは光源30の対角線の交点である。「区画溝における光源の中心から最も遠い部分21b」とは、その光源30を囲む区画溝21のうち、光源30の中心30cから最も遠い部分であり、他の光源30のみを囲む区画溝21は考慮しない。発光領域Rの形状が矩形である場合、最も遠い部分21bは区画溝21の角部である。上面視で、発光領域Rの形状が矩形であり、光源30の中心30cが発光領域Rの中心と一致する場合は、第1直線L1及び第2直線L2は4本ずつ存在する。
そして、光調整孔23は第1直線L1上には配置されていない。本実施形態においては、光調整孔23は第2直線L2と交差している。発光領域Rの形状は上面視で矩形であり、光調整孔23は、光源30と発光領域Rの各辺との間にそれぞれ設けられている。
上面視で、各光調整孔23の形状は三角形であり、例えば、二等辺三角形である。二等辺三角形の頂点は区画溝21に向いている。光調整孔23は、光源30側に位置する第1側面23aと、第1側面23aの反対側に位置する第2側面23bと、を有する。第2側面23bは、第1領域23cと第2領域23dとを有する。第2領域23dは第1領域23cに対して傾斜している。上面視で、第1領域23cと第2領域23dとの境界が二等辺三角形の頂点であり、例えば、第2直線L2上に位置している。
第2側面23bの第1領域23cの法線N1及び第2領域23dの法線N2は、それぞれ、第2直線L2に平行な第1方向Vに対して傾斜している。第2領域23dが第2直線L2に対して傾斜する向きは、第1領域23cが第2直線L2に対して傾斜する向きの反対側である。例えば、光調整孔23の形状は、第2直線L2を対称軸にした線対称である。
上面視で、第1方向Vに対して第1側面23cがなす第1角度θ1は、第1方向Vに対して第2側面23bの第1領域23cがなす第2角度θ2、及び、第1方向Vに対して第2側面23bの第2領域23dがなす第3角度θ3よりも大きい。すなわち、θ1>θ2、θ1>θ3である。なお、平面と方向がなす角度は、合計が180度となる2つの値を取り得るが、本明細書の「角度」は小さい方の値とする。
図2に示す例では、第1方向VはX方向又はY方向である。以下、第2直線L2に平行な第1方向Vとして、X方向を例に挙げて説明する。図2に示すように、法線N1及びN2は第1方向V(X方向)に対して傾斜している。第1方向V(X方向)において、第2直線L2から最も遠い第1位置P1における光調整孔23の幅W1は、第2直線L2に最も近い第2位置P2における光調整孔23の幅W2よりも小さい。すなわち、W1<W2である。図2に示す例では、幅W1はゼロである。第2位置P2は二等辺三角形の頂点を通過する位置であり、第2直線L2上に位置している。このため、幅W2は、光調整孔23のX方向における最大幅である。
次に、本実施形態に係る面状光源の動作について説明する。
図2においては、光の軌跡Tのいくつかの例を示している。
配線基板200を介して光源30に電力が供給されると、光源30が発光する。光源30から出射した光は、第1透光性部材25を介して導光部材20内に導入され、導光部材20の上面20aと下面20bで反射されながら、導光部材20内を伝播していく。
導光部材20内を伝播する光の一部は、光調整孔23に到達する。光調整孔23の内部の屈折率は導光部材20の屈折率よりも低いため、光調整孔23に入射した光は屈折し、第2直線L2から離れる方向に出射する。これにより、光調整孔23に入射した光の一部は、発光領域Rの角部に向かう。すなわち、仮に光調整孔23がなければ、その領域を通過するはずだった光が光調整孔23によって屈折して、発光領域Rの角部に向かう。この結果、発光領域Rの角部の明るさが増加し、発光領域R内の輝度ムラが軽減される。そして、光が区画溝21に到達すると、区画溝21によってそれ以上の伝播を阻止される。このため、隣の発光領域Rに光が漏洩することが抑制される。なお、光調整孔23に到達した光の一部は、光調整孔23に入射せず、第1側面23aにおいて全反射される場合もある。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、導光部材20に区画溝21が形成されており、発光モジュール100の発光面が複数の発光領域Rに区画されている。また、発光領域R内に光源配置部22が形成され、ここに光源30が配置されている。光源30から出射した光の大部分は、区画溝21に到達するまでの間に、導光部材20の上面20aから外部に出射する。したがって、光源30から出射した光の大部分は、その光源30が位置する発光領域Rから発光モジュール100外に出射する。これにより、発光領域R毎に発光強度を制御することができる。この結果、本実施形態に係る面状光源を例えば液晶ディスプレイの光源として使用したときに、コントラストが高い画像表示が可能となる。
また、本実施形態においては、光調整孔23によって光を屈折させることができる。発光領域Rの角部は光源30から離れているため、仮に、光調整孔23が設けられていないと、発光領域Rの角部は暗くなりやすい。そこで、本実施形態においては、第1直線L1から離れた位置、例えば、第2直線L2と交差する位置に光調整孔23を形成している。これにより、第2直線L2の近傍を伝播していた光の一部が、光調整孔23によって屈折し進行方向を変えられて、第1直線L1の近傍に向かう。これにより、発光領域Rの角部が明るくなり、発光領域R内の輝度ムラを軽減することができる。
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。
図4は、本実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す上面図である。
図4に示すように、本実施形態に係る面状光源2においては、上面視で、光調整孔23の形状が直角三角形状である。光調整孔23は第2直線L2上には配置されておらず、第1直線L1と第2直線L2と区画溝21に囲まれた領域内に配置されている。例えば、第2直線L2を挟んで隣り合う一対の光調整孔23が、第2直線L2を対称軸として線対称となる位置に配置されている。これにより、光源30から出射した光の一部を第2直線L2に沿って伝播させることにより、光調整孔23と区画溝21との間の領域が暗くなりすぎることを回避できる。また、第1直線L1を挟んで隣り合う一対の光調整孔23が、第1直線L1を対称軸とした線対称となる位置に配置されている。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態について説明する。
図5は、本実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す上面図である。
図5に示すように、本実施形態に係る面状光源3においては、上面視で、光調整孔23の形状が二等辺三角形であり、その頂点が光源30に向いている。本実施形態においては、光調整孔23の第1側面23aの法線N3が第2直線L2に平行な第1方向Vに対して傾斜している。これにより、光源30から出射し、第2直線L2に沿って伝播する光の進行方向を変更でき、第2直線L2の近傍に光が集中することをより抑制できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
<第4の実施形態>
次に、第4の実施形態について説明する。
図6は、本実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す上面図である。
図6に示すように、本実施形態に係る面状光源4においては、上面視で、光調整孔23の形状が平凸型の凸レンズ状である。より具体的には、光調整孔23の第1側面23aは平坦であり、第2側面23bは光調整孔23の外部に向けて凸状に湾曲している。このような第2側面23bの曲率は、例えば、0.3以上1.3以下が好ましく、さらに好ましくは0.35以上1.0以下である。第2側面23bの一部の法線N4が、第1方向Vに対して傾斜している。また、光調整孔23は第2直線L2と交差する位置にある。光調整孔23のうち、第2直線L2から最も遠い位置P1の第1方向Vにおける幅W1は、第2直線上にある位置P2の第1方向Vにおける幅W2よりも小さい。
本実施形態においては、光源30から出射し、光調整孔23に到達した光の少なくとも一部は、光調整孔23内を透過することによって屈折される。このとき、光調整孔23の内部の屈折率は導光部材20の屈折率よりも低く、光調整孔23の形状は凸レンズ状であるため、光調整孔23においては通常の凹レンズに類似した光学的作用が生じ、光調整孔23を通過した光は拡光する。これにより、光調整孔23を透過した光は、第2直線L2から離れる方向に拡散されて、第2直線L2の近傍に光が集中することを抑制できる。この結果、発光領域R内の輝度ムラを軽減することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第1の実施形態と同様である。
<第5の実施形態>
次に、第5の実施形態について説明する。
図7は、本実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す上面図である。
図7に示すように、本実施形態に係る面状光源5においても、上面視で、光調整孔23の形状は平凸型の凸レンズ状である。但し、第4の実施形態と比較して、各光調整孔23の向きが逆になっている。光調整孔23の第1側面23aは光調整孔23の外部に向けて凸状に湾曲しており、第2側面23bは平坦である。そして、第1側面23aの一部の法線N1が、第1方向Vに対して傾斜している。これにより、光源30から出射し、第2直線L2に沿って伝播する光の進行方向を、第2直線L2から離れる方向に拡散でき、第2直線L2の近傍に光が集中することをより抑制できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第3の実施形態と同様である。
<第6の実施形態>
次に、第6の実施形態について説明する。
図8は、本実施形態に係る面状光源の1つの発光領域を示す上面図である。
図8に示すように、本実施形態に係る面状光源6においても、上面視で、光調整孔23の形状は凸レンズ状である。但し、第4の実施形態と異なり、第1側面23aは光調整孔23の内部に向けて凹状に湾曲した凹面である。第2側面23bは光調整孔23の外部に向けて凸状に湾曲した凸面である。第1側面23aの曲率は、第2側面23bの曲率よりも小さい。このため、上面視で、光調整孔23の形状は凸メニスカス型の凸レンズ状である。これにより、光調整孔23を透過した光は、第2直線L2から離れる方向により拡散されて、第2直線L2の近傍に光が集中することをより抑制できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第4の実施形態と同様である。
以下、上述の各実施形態に共通する変形例について説明する。
後述する第1〜第4の変形例は、区画溝21、光源配置部22及び光調整孔23の上下方向の形状についての変形例である。第5の変形例は、配線基板200を設けない例である。第6〜第11の変形例は、光源30についての変形例である。以下の変形例を示す図は模式的なものであり、適宜省略又は簡略化されている。上述の各実施形態及び後述する各変形例は、任意に組み合わせて実施することができる。
<第1の変形例>
図9は、本変形例に係る面状光源を示す断面図である。
図9に示すように、本変形例に係る面状光源11においては、区画溝21及び光調整孔23が導光部材20の上面20aに形成されている。すなわち、区画溝21及び光調整孔23は、導光部材20の上面20aに到達し、下面20bから離れている。
区画溝21内には、光反射性材料を含む区画部材21aが充填され、区画溝21内全体が区画部材21aに埋め込まれている。光調整孔23内には、透光性材料、例えば、透明樹脂からなる透光性部材23eが充填され、光調整孔23内全体が透光性部材23eに埋め込まれている。透光性部材23eの屈折率は導光部材20の屈折率よりも低い。区画部材21aの上端及び透光性部材23eの上端は、導光部材20の上面20aよりも上方に位置している。光源配置部22は、導光部材20の下面20bに形成された凹部である。光源配置部22内には、第1透光性部材25が埋め込まれていてもよく、空気層であってもよい。また、本変形例においては、区画溝21及び光調整孔23のそれぞれについて、内側面の間隔が上方に向かうほど広くなる例を示したが、これには限定されない。区画溝21及び光調整孔23の内側面の間隔は、それぞれ、下方に向かうほど広くなってもよく、内側面がZ方向に略平行であってもよい。
<第2の変形例>
図10は、本変形例に係る面状光源を示す断面図である。
図10に示すように、本変形例に係る面状光源12においては、区画溝21及び光調整孔23が導光部材20の下面20bに形成されている。すなわち、区画溝21及び光調整孔23は、導光部材20の上面20aから離れており、下面20bに到達している。区画溝21内及び光調整孔23内は、空気層となっている。光源配置部22は、導光部材20の下面20bに形成された凹部である。光源配置部22内には、第1透光性部材25が埋め込まれていてもよく、空気層であってもよい。図10には、区画溝21及び光調整孔23の内側面がZ方向に略平行である例を示しているが、これには限定されない。区画溝21の内側面の間隔及び光調整孔23の内側面の間隔は、それぞれ、上方に向かうほど広くなっていてもよく、下方に向かうほど広くなっていてもよい。
<第3の変形例>
図11は、本変形例に係る面状光源を示す断面図である。
図11に示すように、本変形例に係る面状光源13においては、区画溝21及び光調整孔23が導光部材20を上下方向(Z方向)に貫通している。すなわち、区画溝21及び光調整孔23は、導光部材20の上面20a及び下面20bの双方に到達している。区画溝21内及び光調整孔23内は、空気層となっている。区画溝21及び光調整孔23は、一部が塞がっていてもよい。光源配置部22も、導光部材20を上下方向(Z方向)に貫通している。光源配置部22内には、第1透光性部材25が埋め込まれている。第1透光性部材25上には、第1光調整部材26が設けられている。なお、第1透光性部材25及び第1光調整部材26は設けられていなくてもよく、第1透光性部材25は設けられ第1光調整部材26は設けられていなくてもよい。図11には、導光部材20をZ方向に貫通した区画溝21及び光調整孔23の内側面が、それぞれZ方向に略平行である例を示しているが、これには限定されない。区画溝21の内側面の間隔及び光調整孔23の内側面の間隔は、それぞれ、上方に向かうほど広くなってもよく、下方に向かうほど広くなってもよい。
<第4の変形例>
図12は、本変形例に係る面状光源を示す断面図である。
図12に示すように、本変形例に係る面状光源14においては、区画溝21及び光調整孔23が導光部材20の内部に形成されている。すなわち、区画溝21及び光調整孔23は、導光部材20の上面20a及び下面20bの双方から離れている。区画溝21内及び光調整孔23内は、空気層となっている。光源配置部22は、導光部材20を上下方向(Z方向)に貫通している。
このような導光部材20は、上面に区画溝21の下部となる凹部、光調整孔23の下部となる凹部、及び、光源配置部22の下部となる貫通孔が形成された下部導光板と、下面に区画溝21の上部となる凹部、光調整孔23の上部となる凹部、及び、光源配置部22の上部となる貫通孔が形成された上部導光板を貼り合わせることにより、形成することができる。光源配置部22内には、第1透光性部材25が埋め込まれている。第1透光性部材25上には、第1光調整部材26が設けられている。
<第5の変形例>
図13は、本変形例に係る発光モジュールを示す断面図である。
図13に示すように、本変形例に係る発光モジュール115においては、配線基板200が設けられていない。導光部材20において、光源配置部22は、導光部材20の下面20bに形成された凹部である。光源30は光源配置部22内に配置されており、光源配置部22内における光源30と導光部材20の間の空間には、固定部材29が充填されている。固定部材29は、例えば、透光性の樹脂材料からなる。光源30は固定部材29を介して導光部材20に固定されている。
区画溝21は導光部材20の下面20bに形成されており、内部に区画部材21aが設けられている。区画部材21aは光源配置部22に到達している。区画部材21aの下面には一対の配線120が設けられている。一対の配線120は、一対の外部電極部材210を介して、光源30の発光素子31の正負一対の電極に電気的に接続されている。光調整孔23は、導光部材20の上面20aに形成されている。導光部材20の上面20aにおける光源配置部22の直上域を含む領域には、凹部121が形成されている。凹部121内には第1光調整部材26が設けられていてもよく、設けられていなくてもよい。
本変形例に係る発光モジュール115は、外部基板(図示せず)に搭載されることにより、面状光源を構成する。そして、外部基板から光源30に電力が供給される。
<第6の変形例>
図14Aは、本変形例における光源を示す断面図である。
図14Aに示すように、本変形例における光源30Aにおいては、発光素子31、被覆部材33、第2透光性部材34が設けられている。一対の外部電極部材210が、発光素子31の第1面31aに設けられた正負一対の電極に接続される。被覆部材33は、発光素子31の第1面31aの下方であって、外部電極部材210の周囲に配置されている。第2透光性部材34は、発光素子31の側面31c及び第2面31bを覆っている。第2透光性部材34は、蛍光体を含む波長変換層とすることができる。
<第7の変形例>
図14Bは、本変形例における光源を示す断面図である。
図14Bに示すように、本変形例における光源30Bは、第6の変形例に係る光源30Aと比較して、被覆部材33が発光素子31の側面31cを覆っている点、第2透光性部材34が発光素子31の第2面31b上に配置されている点、及び、第2透光性部材34上に第2光調整部材35が設けられている点が異なっている。第2光調整部材35の透過率が十分に低い場合は、第2光調整部材35は遮光膜となる。
<第8の変形例>
図14Cは、本変形例における光源を示す断面図である。
図14Cに示すように、本変形例における光源30Cは、第7の変形例に係る光源30Bと比較して、第2光調整部材35が設けられていない点が異なっている。
<第9の変形例>
図15Aは、本変形例における光源を示す断面図である。
図15Aに示すように、本変形例における光源30Dは、第6の変形例に係る光源30Aと比較して、被覆部材33及び第2透光性部材34が設けられていない点、並びに、遮光層36が設けられている点が異なっている。遮光層36は、発光素子31の第2面31b上に設けられている。遮光層36は、例えば金属層又は分布ブラッグ反射膜(Distributed Bragg Reflector:DBR)である。遮光層36は光拡散材が含まれた樹脂であってもよい。
<第10の変形例>
図15Bは、本変形例における光源を示す断面図である。
図15Bに示すように、本変形例における光源30Eは、第6の変形例に係る光源30Aと比較して、第2透光性部材34の替わりに透光層37が設けられている点、及び、遮光膜38が設けられている点が異なっている。透光層37は、例えば、透明な樹脂材料からなる。透光層37には、例えば、蛍光体が実質的に含まれていない。透光層37には、光拡散材が含まれていてもよい。遮光膜38は透光層37上に設けられている。遮光膜38は、例えば金属層又は分布ブラッグ反射膜である。遮光膜38は光拡散材が含まれた樹脂であってもよい。
<第11の変形例>
図15Cは、本変形例における光源を示す断面図である。
図15Cに示すように、本変形例における光源30Fは、第10の変形例に係る光源30Eと比較して、被覆部材33が発光素子31の側面31cを覆っている点、及び、透光層37が発光素子31の第2面31b上に配置されている点が異なっている。
なお、上述の各実施形態及び変形例においては、導光部材20が板状である例を示したが、これには限定されず、導光部材20は、光源30を被覆するように形成された層状であってもよい。また、導光部材20は複数の層が積層されたものでもよく、発光領域R毎に設けられたブロック状のものでもよい。また、光源30には複数の発光素子が含まれていてもよい。更に、発光領域Rの形状は矩形には限定されず、例えば、三角形又は六角形等の矩形以外の多角形であってもよい。
1、2、3、4、5、6、11、12、13、14:面状光源
20:導光部材
20a:上面
20b:下面
21:区画溝
21a:区画部材
21b:区画溝における光源の中心から最も遠い部分
21c:区画溝における光源の中心から最も近い部分
22:光源配置部
23:光調整孔
23a:第1側面
23b:第2側面
23c:第1領域
23d:第2領域
23e:透光性部材
25:第1透光性部材
26:第1光調整部材
27:第1光反射性部材
29:固定部材
30、30A、30B、30C、30D、30E、30F:光源
30c:光源の中心
31:発光素子
31a:第1面
31b:第2面
31c:側面
33:被覆部材
34:第2透光性部材
35:第2光調整部材
36:遮光層
37:透光層
38:遮光膜
40:接合部材
100、115:発光モジュール
120:配線
121:凹部
200:配線基板
201:母材
202:配線層
203:接続層
205:接着シート
206:光反射性シート
210:外部電極部材
L1:第1直線
L2:第2直線
N1、N2、N3、N4:法線
P1:第1位置
P2:第2位置
R:発光領域
T:光の軌跡
V:第1方向
W1、W2:幅

Claims (21)

  1. 発光領域を区画する区画溝と、前記発光領域内に設けられた光源配置部と、上面視で前記区画溝と前記光源配置部との間に設けられた光調整孔と、を有した導光部材と、
    前記光源配置部内に配置された光源と、
    を備え、
    前記光調整孔の内部の屈折率は前記導光部材の屈折率よりも低く、
    上面視で、前記光調整孔は、前記区画溝における前記光源の中心から最も遠い部分と前記光源の中心とを結ぶ第1直線上には配置されておらず、
    前記光調整孔は、前記光源側に位置する第1側面と、前記第1側面の反対側に位置する第2側面と、を有し、
    前記第1側面の少なくとも一部の法線、又は、前記第2側面の少なくとも一部の法線は、前記区画溝における前記光源の中心から最も近い部分と前記光源の中心を結ぶ第2直線に平行な第1方向に対して傾斜し、
    前記第1方向において、前記第2直線から最も遠い第1位置における前記光調整孔の幅は、前記第2直線に最も近い第2位置における前記光調整孔の幅よりも小さい発光モジュール。
  2. 前記光源から出射した光は、前記光調整孔において屈折する請求項1に記載の発光モジュール。
  3. 前記光調整孔の内部は空気層である請求項1または2に記載の発光モジュール。
  4. 上面視で、前記発光領域の形状は多角形であり、
    前記第1直線は、前記光源の中心と前記発光領域の角部とを結ぶ請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  5. 上面視で、前記発光領域の形状は矩形であり、
    前記光調整孔は、前記光源と前記発光領域の各辺との間にそれぞれ設けられている請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  6. 上面視で、前記光調整孔の形状は三角形である請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  7. 上面視で、前記第1方向に対して前記第1側面がなす第1角度は、前記第1方向に対して前記第2側面の第1領域がなす第2角度、及び、前記第1方向に対して前記第2側面の第2領域がなす第3角度よりも大きい請求項6に記載の発光モジュール。
  8. 上面視で、前記第2側面は前記光調整孔の外部に向けて凸状に湾曲している請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  9. 上面視で、前記第1側面は前記光調整孔の内部に向けて凹状に湾曲しており、
    前記第1側面の曲率は、前記第2側面の曲率よりも小さい請求項8に記載の発光モジュール。
  10. 前記第1側面は前記第2直線に直交する平面である請求項8に記載の発光モジュール。
  11. 上面視で、前記第1側面は前記光調整孔の外部に向けて凸状に湾曲している請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  12. 上面視で、前記光調整孔は凸レンズ形状を有する請求項8〜11のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  13. 前記光調整孔は、前記導光部材の上面に到達し、前記導光部材の下面から離れている請求項1〜12のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  14. 前記光調整孔は、前記導光部材を上下方向に貫通している請求項1〜12のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  15. 前記導光部材の上面における前記光源配置部の直上域に設けられ、前記光源から出射した光の一部を反射し、他の一部を透過させる光調整部材をさらに備えた請求項1〜14のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  16. 前記光源は、発光素子を有し、
    前記発光素子は、正負一対の電極を有する第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、を有する請求項1〜15のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  17. 前記発光素子は、前記第2面上に配置された遮光層をさらに有する請求項16に記載の発光モジュール。
  18. 前記光源は、
    少なくとも前記発光素子の前記第2面上に配置された透光層と、
    前記透光層上に設けられた遮光膜と、
    さらに有する請求項16に記載の発光モジュール。
  19. 前記光源は、少なくとも前記発光素子の前記第2面上に配置された波長変換層をさらに有する請求項16に記載の発光モジュール。
  20. 前記光源は、前記波長変換層上に設けられた遮光膜をさらに有する請求項19に記載の発光モジュール。
  21. 請求項1〜20のいずれか1つに記載の発光モジュールと、
    配線基板と、
    を備え、
    前記導光部材は前記配線基板上に設けられており、
    前記光源は前記配線基板に載置される面状光源。
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