JP6951653B2

JP6951653B2 - 発光モジュールおよび面光源

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Publication number: JP6951653B2
Application number: JP2020189101A
Authority: JP
Inventors: 衛今田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2021-10-20
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: JP2021036536A

Description

本開示は、発光モジュールおよび面光源に関する。

発光ダイオード等の発光素子を用いた発光モジュールは、例えば液晶ディスプレイのバックライト等の面光源に広く利用されている。例えば、液晶パネルの裏面に面光源を配置する直下型の液晶ディスプレイにおいては、面光源の薄型化に対する要求が高い。面光源の薄型化にともない光源と導光板の発光面との間の距離が短くなると、光が十分に拡散されずに発光面に輝度ムラが生じやすくなる。

特開２０１８−１０６８２６号公報

本開示は、発光面内における輝度ムラを少なくすることができる発光モジュールおよび面光源を提供することを目的とする。

本開示の一態様によれば、発光モジュールは、上面と、前記上面と反対側に下面を有する導光体であって、前記上面は、平面と、前記平面を囲み、頂部が前記平面よりも高い壁部と、を含む導光体と、前記壁部に囲まれた領域における前記平面の上に設けられ、前記導光体よりも屈折率が低い光透過部と、前記導光体の前記下面側に設けられた光源と、前記光源の上面に配置される第１光反射性部材と、前記導光体の前記下面と前記壁部の外側面とに連続し、前記導光体の前記下面および前記壁部の前記外側面に対して傾斜した傾斜部と、を備える。前記傾斜部の上方に前記壁部の前記頂部及び内側面が配置されている。

本開示によれば、発光面内における輝度ムラを少なくすることができる発光モジュールおよび面光源を提供することができる。

本発明の一実施形態の発光モジュールの模式断面図である。本発明の一実施形態の発光モジュールの模式上面図である。本発明の一実施形態の発光モジュールにおける光の拡散を示す模式断面図である。本発明の一実施形態の発光モジュールにおける光の拡散を示す模式断面図である。本発明の一実施形態の発光モジュールの他の例の模式上面図である。図５に示す発光モジュールの部分的な模式断面図である。本発明の他の実施形態の発光モジュールの模式上面図である。本発明の一実施形態の面光源の模式上面図である。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１は、本発明の一実施形態の発光モジュール１００の模式断面図である。
図２は、発光モジュール１００の模式上面図である。

発光モジュール１００は、導光体１０と、光源３０と、光透過部６１（第１光透過部６１）と、第１光反射性部材４２と、第２光反射性部材４１とを有する。

導光体１０は、光源３０が発する光に対する透過性を有する。導光体１０の材料としては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル等の熱可塑性樹脂、エポキシ、シリコーン等の熱硬化性樹脂、ガラスなどを用いることができる。なかでも、光透過性が高く、安価なポリカーボネートが好ましい。

導光体１０は、発光面となる上面１１と、上面１１と反対側の下面１２とを有する。上面１１は、平面１４を有する凸部１３と、凸部１３を囲む壁部１６とを有する。壁部１６は、凸部１３を囲む内側面２３と、凸部１３の平面１４よりも高い頂部１７を有する。内側面２３は、凸部１３の平面１４に対して傾斜し、平面１４と内側面２３とは鈍角を形成している。導光体１０の下面１２は、凹部２１を含む。凹部２１は、導光体１０の下面１２側から開口され、下面１２よりも、凸部１３の平面１４に近い側に底面２９を有する。

光源３０は、発光素子３１と蛍光体層３２を有する。光源３０の少なくとも蛍光体層３２が、導光体１０の凹部２１に配置されている。図１に示す例では、発光素子３１も凹部２１に配置されている。または、発光素子３１は、凹部２１の外側にあってもよい。蛍光体層３２は、発光素子３１と、凹部２１の底面２９との間に配置されている。

発光素子３１の主発光面が、蛍光体層３２に接合している。発光素子３１の主発光面の反対側に正負の一対の電極３３が設けられている。発光素子３１は、半導体積層構造を有する。半導体積層構造は、例えば、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含み、青色光を発光することができる。発光素子３１の側面は、被覆部材３４で覆われている。被覆部材３４は、好ましくは白色樹脂により形成され、発光素子３１からの光を主発光面側に集中させ、蛍光体層３２に効率的に光を導入させることが可能になる。被覆部材３４は、発光素子３１の下にも設けられている。

蛍光体層３２は、母材と、母材に分散された蛍光体とを有する。蛍光体層３２の母材の材料として、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ガラスなどを用いることができる。耐光性および成形容易性の観点からは、母材としてシリコーン樹脂が好ましい。

蛍光体は、発光素子３１が発する光によって励起され、発光素子３１が発する光の波長とは異なる波長の光を発する。例えば、蛍光体として、ＹＡＧ蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体などを用いることができる。蛍光体層３２は、複数種類の蛍光体を含んでいてもよい。

凹部２１内における光源３０の周囲には、光源３０が発する光に対して透過性を有する第２光透過部６２が設けられている。第２光透過部６２の屈折率は、導光体１０の屈折率よりも低い。第２光透過部６２は例えば樹脂であり、光源３０はその樹脂により凹部２１内で固定されている。第２光透過部６２は、ガラスまたは空気層であってもよい。

導光体１０の壁部１６に囲まれた領域における凸部１３の上に、光透過部６１が設けられている。光透過部６１は、光源３０が発する光に対する透過性を有する。光透過部６１の屈折率は、導光体１０の屈折率よりも低い。光透過部６１は、例えば空気層である。または、光透過部６１は、導光体１０の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂であってもよい。

導光体１０の凸部１３は、平面１４の周囲に設けられた傾斜面１５を有する。傾斜面１５は、平面１４に対して傾斜し、平面１４と、壁部１６の内側面２３との間に設けられている。平面１４と傾斜面１５とは鈍角を形成している。傾斜面１５は、平面１４から、壁部１６の内側面２３の下端に向かって下り傾斜している。

凸部１３の平面１４を見た図２に示す平面視において、凸部１３の傾斜面１５は、少なくとも一部が凹部２１の側面２２よりも外側に位置している。これにより、凹部２１の側面２２から導光体１０内に進む光を傾斜面１５に入射させることができる。凹部２１の側面２２は、凸部１３の平面１４に対して傾斜している。

凹部２１内における、凸部１３の平面１４と光源３０との間に、第１光反射性部材４２が設けられている。第１光反射性部材４２は、例えば、光散乱剤を含む白樹脂である。第１光反射性部材４２は、例えば、酸化チタンを含むシリコーン樹脂である。第１光反射性部材４２は、光源３０の真上方向へ出射された光の一部を下方に反射させる。これにより、発光モジュール１００の発光面において、光源３０の真上付近が他の領域に比べて明るくなりすぎるのを抑えることができる。

図４に破線で示すように、壁部１６の頂部１７に接着され、壁部１６および光透過部６１を覆う光拡散シート１５０を設けてもよい。光拡散シート１５０は、複数設けてもよい。壁部１６は、光拡散シート１５０と、導光体１０の上面１１との間に光透過部６１を確保するためのスペーサーとして機能する。

導光体１０の下面１２に、第２光反射性部材４１が設けられている。第２光反射性部材４１は、例えば、光散乱剤を含む白樹脂である。第２光反射性部材４１は、例えば、酸化チタンを含むシリコーン樹脂である。

第２光反射性部材４１は、凹部２１の開口の一部を覆っている。発光素子３１の電極３３は、配線５２と接合されている。被覆部材３４は、絶縁性であり、発光素子３１の電極３３の側面を覆っている。

導光体１０は、下面１２と、壁部１６の外側面１８とに連続し、下面１２および外側面１８に対して傾斜した傾斜部１９を有する。第２光反射性部材４１は、傾斜部１９にも設けられ、傾斜部１９を覆っている。

第２光反射性部材４１は、配線基板５０と貼り合わされている。配線基板５０は、絶縁性の基材５１と、その基材５１の裏面に設けられた配線５４と、基材５１を貫通するビア５３とを有する。ビア５３は、配線５２と配線５４とを接続し、発光素子３１の電極３３は、配線５２およびビア５３を通じて、配線５４と電気的に接続されている。

配線基板５０の基材５１としては、例えば、樹脂、セラミックスを用いることができる。配線５２、５４、およびビア５３としては、例えば、銅を用いることができる。

実施形態の発光モジュール１００によれば、配線基板５０にではなく、導光体１０に光源３０を実装するため、導光体１０と光源３０との距離を短くすることができ、発光モジュール１００の薄型化が可能となる。このような発光モジュール１００は、例えば、液晶ディスプレイのバックライトに用いることができる。

例えば、バックライトが液晶パネルの裏面に配置された直下型の液晶ディスプレイでは、液晶パネルと発光モジュール１００との距離が近いため、発光モジュール１００の輝度ムラが液晶ディスプレイの輝度ムラに影響を及ぼしやすい。本実施形態の発光モジュール１００は、以下に説明するように、発光面内において光源３０が配置された中央部の輝度集中を抑制して、発光面内の輝度ムラを少なくすることができるため、本実施形態の発光モジュール１００を液晶ディスプレイのバックライトとして用いることで、液晶ディスプレイの輝度ムラを少なくできる。

図３および図４は、発光モジュール１００における光の拡散を示す模式断面図である。図３および図４において、光線を模式的に太線矢印で表す。

光源３０の上面は第１光反射性部材４２に対向しているため、光源３０からは主に横方向に光が出射される。光源３０から横方向に出射した光は、図３に示すように、凹部２１の側面２２で屈折する。凹部２１内の第２光透過部６２の屈折率は導光体１０の屈折率よりも低いため、側面２２における屈折角は入射角よりも小さい。

側面２２で屈折して導光体１０内を進んだ光は、傾斜面１５で屈折する。導光体１０の屈折率は光透過部６１の屈折率よりも高いため、傾斜面１５における屈折角は入射角よりも大きい。傾斜面１５において光は壁部１６の内側面２３に向かって屈折する。

傾斜面１５で屈折して光透過部６１内を進んだ光は、壁部１６の内側面２３で屈折する。光透過部６１の屈折率は壁部１６の屈折率よりも低いため、内側面２３における屈折角は入射角よりも小さい。内側面２３において光は壁部１６の外側面１８に向かって屈折する。

このように、本実施形態によれば、光源３０から横方向に出射した光が外側に向かって拡散される。導光体１０の凸部１３は、光を拡散させるレンズとして機能する。

また、図４に示すように、光源３０から横方向に進んできた光や、導光体１０の上に設ける光拡散シート１５０で反射した光を傾斜部１９で反射させ、導光体１０の外周側の領域の上方に向かわせることができる。すなわち、傾斜部１９がなく、平面１４に垂直な外側面１８で反射させる構成に比べて、傾斜部１９を設けることで、中央部に向かおうとする反射光を外周側の領域に向かわせることができる。

図３および図４を参照して説明したように、本実施形態によれば、発光面内における中央部に輝度が集中するのを抑制し、結果として、発光面内における輝度ムラを少なくすることができる。

図５は、発光モジュール１００の他の例の模式上面図である。図６は、図５に示す発光モジュールの模式断面図である。

導光体１０は、凹部２１の底面２９から突出して、第１光反射性部材４２を貫通する少なくとも１つの貫通部２４を有する。凸部１３の平面１４を見た図５に示す平面視において、平面１４は例えば円形である。導光体１０は、複数の貫通部２４を有していてもよい。複数の貫通部２４は、円形状の平面１４の外周に沿って例えば等間隔で配置されている。

また、図６に示すように、導光体１０における凸部１３の平面１４と傾斜面１５との間に、第２凸部２５および第２凹部２６が設けられている。図６に示す例では、平面１４と第２凹部２６との間に第２凸部２５が設けられ、第２凸部２５と傾斜面１５との間に第２凹部２６が設けられている。第２凸部２５と第２凹部２６はどちらか一方だけでもよい。

貫通部２４は、光源３０の真上の領域よりも外側の領域に配置されている。そのため、光源３０の真上領域の輝度集中を抑制しつつも、光源３０から斜め上方に出射された光を貫通部２４を通じて導光体１０の上面（発光面）側に導くことができる。

第２凸部２５と第２凹部２６は、貫通部２４の真上の領域、または貫通部２４の真上の領域よりも外側の領域に配置されている。そのため、貫通部２４から導光体１０の内部に入射した光を拡散させることができる。

図７に示すように、発光モジュール１００は、各々が少なくとも１つの光源３０を含む複数の単位の繰り返し構造を有していてもよい。前述した発光モジュール１００を複数組み合わせて、より広い発光面積をもつ面光源を構成することができる。図８は、その面光源３００の模式上面図である。

複数の発光モジュール１００が、互いの導光体１０の外側面１８同士を隣接させて、例えばマトリクス状に配置されている。これら複数の発光モジュール１００の壁部１６および光透過部６１を覆うように、図４に示す光拡散シート１５０が設けられる。

隣接する発光モジュール１００の境界において、発光面側では導光体１０の壁部１６の外側面１８同士が接合されるため、隣接する発光モジュール１００間の境界が暗くなるのを抑制できる。

以上、具体例を参照しつつ、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示は、これらの具体例に限定されるものではない。本開示の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本開示の要旨を包含する限り、本開示の範囲に属する。その他、本開示の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本開示の範囲に属するものと了解される。

１０…導光体、１１…上面、１２…下面、１３…凸部、１４…平面、１５…傾斜面、１６…壁部、１７…頂部、１８…外側面、１９…傾斜部、２１…凹部、２２…凹部の側面、２４…貫通部、２５…第２凸部、２６…第２凹部、３０…光源、３１…発光素子、３２…蛍光体層、４１…第２光反射性部材、４２…第１光反射性部材、６１…光透過部、１００…発光モジュール、１５０…光拡散シート、３００…面光源

Claims

上面と、前記上面と反対側に下面を有する導光体であって、前記上面は、平面と、前記平面を囲み、頂部が前記平面よりも高い壁部と、を含む導光体と、
前記壁部に囲まれた領域における前記平面の上に設けられ、前記導光体よりも屈折率が低い光透過部と、
前記導光体の前記下面側に設けられた光源と、
前記光源の上面に配置される第１光反射性部材と、
前記導光体の前記下面と前記壁部の外側面とに連続し、前記導光体の前記下面および前記壁部の前記外側面に対して傾斜した傾斜部と、
を備え、
前記傾斜部の上方に前記壁部の前記頂部及び内側面が配置されている発光モジュール。
前記傾斜部を覆う第２光反射性部材をさらに備えた請求項１に記載の発光モジュール。
前記導光体が、前記下面から突出して前記第１光反射性部材を貫通する貫通部をさらに備えた請求項１又は２に記載の発光モジュール。
前記平面の周囲に凸部または凹部が設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光モジュール。
前記光透過部は、空気層である請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光モジュール。
前記光透過部は、前記導光体の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂である請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光モジュール。
前記光源は、発光素子と、前記発光素子の主発光面が接合される蛍光体層と、を有する請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光モジュール。
前記導光体の下方に配線基板を有し、前記第２光反射性部材は、前記配線基板と貼り合わされている請求項２に記載の発光モジュール。
請求項１〜８のいずれか１つに記載の複数の発光モジュールと、
前記発光モジュールの前記壁部および前記光透過部を覆う光拡散シートと、
を備えた面光源。
前記導光体の外側面同士を隣接させて配置された請求項１〜８のいずれか１つに記載の複数の発光モジュールと、
前記複数の発光モジュールの前記壁部および前記光透過部を覆う光拡散シートと、
を備えた面光源。