JP7121284B2 - 集積型発光装置 - Google Patents

Description

本開示は、複数の発光素子を含む集積型発光装置に関する。

液晶表示装置等に用いられるバックライトとして、直下型の発光装置が知られている（例えば下記の特許文献１、２および３を参照）。直下型の発光装置は、複数の光源が二次元に配列された構造を有し、導光板の側面から光を入射させるエッジ型の発光装置と比較して高コントラスト比を得やすい。この特長を活かして、発光面を複数の発光領域に分割し、これらの発光領域における点灯および消灯を個別に制御するローカルディミング動作によってさらに高いコントラスト比を得ることも提案されている。

特開２０１２－２１６７６２号公報 特開２００７－２０７７５９号公報 特開２０１４－２０３６７５号公報

表示装置の分野においては、コントラスト比の向上の要求がある。

本開示の集積型発光装置は、上面を有する基板と、第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記基板の前記上面側に二次元に配列された複数の発光素子と、前記基板の前記上面側に位置し、複数の傾斜面を有する透光性の区分部材であって、前記複数の傾斜面は、それぞれが前記第１方向に延びる複数の第１傾斜面、および、それぞれが前記第２方向に延びる複数の第２傾斜面を含む区分部材と、前記基板の前記上面と前記区分部材との間に位置し、前記複数の発光素子に電気的に接続された配線層とを備え、それぞれが、前記複数の発光素子のうちの１つと、前記１つの発光素子を上面視において矩形状に取り囲む前記第１傾斜面の組および前記第２傾斜面の組とを含む複数の発光部を有し、各発光部に含まれる各第１傾斜面および各第２傾斜面は、１以上の第１領域と、前記発光素子からの光に対して前記１以上の第１領域よりも低い透過率を示す第２領域とを有し、各発光部に含まれる各第１傾斜面の前記第２領域は、前記基板の前記上面側から見て前記第１方向における中央部に位置し、各発光部に含まれる各第２傾斜面の前記第２領域は、前記基板の前記上面側から見て前記第２方向における中央部に位置する。

本開示の実施形態によれば、特にローカルディミング動作に適した集積型発光装置が提供される。

本開示の実施形態による集積型発光装置をその一部に含む液晶表示装置を模式的に示す分解斜視図である． 図１に示す発光部ＣＰの１つを基板１１０の上面１１０ａに垂直に切断したときの断面を拡大して示す模式的な断面図である。 複数の発光部ＣＰのうちの１つを取り出して拡大して示す模式的な斜視図である。 配線層１４０の配線パターンの一例を示す図である。 集積型発光装置１００の複数の発光部ＣＰを基板１１０の法線方向から見たときの外観の一例を示す模式的な上面図である。 グリッド状の反射部材によって区画された複数の発光領域を有する比較例のバックライトユニットにおいて、発光領域のうちの１つを点灯させたときに生じるブロック状の発光パターンを模式的に示す図である。 ブロック状のノイズが生じるメカニズムを説明するための模式的な断面図である。 区分部材の構成の一例を説明するための模式的な断面図である。 第１傾斜面１３１における第１領域１３１ａおよび第２傾斜面１３２における第１領域１３２ａの配置の他の例を示す模式的な斜視図である。 本開示の実施形態による集積型発光装置の変形例を示す模式的な断面図である。 本開示の実施形態による集積型発光装置の他の変形例を示す模式的な断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示による集積型発光装置は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。

図面が示す構成要素の寸法、形状等は、わかり易さのために誇張されている場合があり、実際の集積型発光装置における寸法、形状および構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。

以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。以下の説明では、特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。本開示において「平行」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面等が０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。また、本開示において「垂直」または「直交」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面等が９０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。

（第１の実施形態）
図１は、本開示の実施形態による集積型発光装置をその一部に含む液晶表示装置を模式的に示す。参考のために、図１には、互いに直交するｘ方向、ｙ方向およびｚ方向を示す矢印が描かれている。本開示の他の図面においてもこれらの矢印を示すことがある。

図１に例示する液晶表示装置３００は、概略的には、集積型発光装置１００と、集積型発光装置１００の上方に配置された液晶パネル２００とを含む。集積型発光装置１００は、上面１１０ａを有する基板１１０と、基板１１０の上面１１０ａ側に配置された複数の発光素子１２０と、複数の傾斜面１３０ｓを有する区分部材１３０とを含む。この例では、集積型発光装置１００は、さらに、区分部材１３０と液晶パネル２００との間に位置する光拡散シート１５０を有している。

複数の発光素子１２０は、ある第１方向および第１方向に直交する第２方向に沿って、基板１１０の上面１１０ａ側に二次元に配列される。図１では、図面が過度に複雑になることを避けるために、合計１６個の発光素子１２０が４つの行および４つの列に配置された例を示している。なお、図１では図示が省略されているが、集積型発光装置１００は、複数の発光素子１２０の各々に所定の電流を供給する配線層も有する。

この例では、発光素子１２０の中心は、正方格子の格子点上に位置している。言うまでもないが、発光素子１２０の数およびそれらの配置は、図１に示す例に限定されない。例えば、発光素子１２０の中心が三角格子の格子点上に位置するように複数の発光素子１２０を配列してもよい。第２方向として、第１方向に対して６０°傾斜した方向を選択してもよい。すなわち、基板１１０の上面１１０ａ上の複数の発光素子１２０の配置は、発光素子１２０の中心が六方格子の格子点上に位置するような配置であってもよい。

区分部材１３０は、概ね透光性の構造であり、複数の発光素子１２０と同様に基板１１０の上面１１０ａ側に位置する。区分部材１３０は、複数の傾斜面１３０ｓを有し、基板１１０の上面１１０ａ上の領域を、それぞれが複数の発光素子１２０のうちの少なくとも１つを含む複数の発光部ＣＰに区画する。なお、本明細書における「透光性」および「透光」の用語は、入射した光の少なくとも一部を透過させることを意味し、入射した光に対して拡散性を示すことをも包含するように広く解釈される。すなわち、「透明」であることに限定されない。

集積型発光装置１００は、例えば、液晶表示装置３００のバックシャーシ内に収容される。光拡散シート１５０は、発光素子１２０の上方に位置し、バックシャーシによって支持され得る。光拡散シート１５０は、区分部材１３０と接していてもよいし、区分部材１３０から離されていてもよい。

本開示の実施形態によれば、各発光部ＣＰを規定する区分部材１３０が透光性を有する部分を含むので、ｘｙ面内において第１方向および第２方向とは異なる方向への、発光部ＣＰからの適度な光の漏れを許容することができる。また、後述するように、区分部材１３０の各傾斜面１３０ｓは、基板１１０の上面１１０ａ側から見て第１方向における中央部および第２方向における中央部に、相対的に透過率が低くされた領域を有する。透過率が相対的に低い領域を各傾斜面１３０ｓに設けることにより、最近接の発光部ＣＰへの光の漏れが低減される。その結果、発光部ＣＰの間の光の漏れに起因するブロック状の発光パターンが緩和され、発光面において明るい領域の形状を円に近づけることが可能になる。

以下、集積型発光装置１００の各構成要素を詳細に説明する。図２は、図１に示す発光部ＣＰの１つを基板１１０の上面１１０ａに垂直に切断したときの断面を示す。図３は、複数の発光部ＣＰのうちの１つを取り出して拡大して示す。

［基板１１０］
基板１１０は、上面１１０ａ側に配置された複数の発光素子１２０を支持する。基板１１０は、リジット基板であってもよいし、フレキシブル基板であってもよい。基板１１０の厚さは、適宜選択することができる。

基板１１０の材料としては、例えば、樹脂およびセラミックスを用いることができる。樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等を例示することができる。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ガラスセラミックス、窒化物系（例えば、ＡｌＮ）、炭化物系（例えば、ＳｉＣ）、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）等を例示することができる。低コストおよび成形容易性の観点からは、基板１１０の材料として樹脂を選択することが有利であり、他方、セラミックスは、耐熱性および耐光性に優れるという特長を有する。

基板１１０は、複合材料から形成されていてもよく、例えば、上述した樹脂に、ガラス繊維、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の無機フィラーを混合してもよい。フィラーの混合により、基板１１０の機械的強度の向上、熱膨張率の低減、光反射率の向上等の効果が得られる。例えば、ガラス繊維強化樹脂（ガラスエポキシ樹脂）等を基板１１０の材料として用いてもよい。

［発光素子１２０］
発光素子１２０としては、半導体レーザ、ＬＥＤ等の公知の半導体発光素子を利用することができる。本実施形態においては、発光素子１２０としてＬＥＤを例示する。

発光素子１２０は、上面１２０ａを有する。発光素子１２０は、例えば、透光性基板と、透光性基板上の半導体積層構造と、ｎ側電極と、ｐ側電極とを含む。半導体積層構造は、活性層と、活性層を挟むｎ型半導体層およびｐ型半導体層とを含む。半導体積層構造は、紫外～可視域の発光が可能な窒化物半導体（Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含んでいてもよい。ｎ側電極は、ｎ型半導体層に電気的に接続され、ｐ側電極は、ｐ型半導体層に電気的に接続される。この例では、ｎ側電極およびｐ側電極は、上面１２０ａとは反対側に位置している。

図２に模式的に示すように、各発光部ＣＰの発光素子１２０は、基板１１０上に設けられた配線層１４０に接合部材１６０によって電気的に接続され、固定される。つまり、ここでは、各発光部ＣＰの発光素子１２０は、フリップチップボンディングにより基板１１０に実装されている。接合部材１６０の材料の典型例は、Ａｕ含有合金、Ａｇ含有合金、Ｐｄ含有合金、Ｉｎ含有合金、Ｐｂ－Ｐｄ含有合金、Ａｕ－Ｇａ含有合金、Ａｕ－Ｓｎ含有合金、Ｓｎ含有合金、Ｓｎ－Ｃｕ含有合金、Ｓｎ－Ｃｕ－Ａｇ含有合金、Ａｕ－Ｇｅ含有合金、Ａｕ－Ｓｉ含有合金、Ａｌ含有合金、Ｃｕ－Ｉｎ含有合金、または、金属およびフラックスの混合物である。

各発光素子１２０は、樹脂によって封止された形であってもよいし、あるいは、ベアチップの形であってもよい。発光素子１２０は、その上面１２０ａに、誘電体多層膜または金属膜等の反射層を有していてもよい。また、発光素子１２０は、上面１２０ａから出射する光の出射角度の範囲を拡大させるレンズ等を有していてもよい。発光素子１２０がバットウイング型の配光特性を有していると有益である。ここで、バットウィング型の配光特性とは、光軸を０°として、０°よりも配光角の絶対値が大きい角度において発光強度が高い発光強度分布で定義される配光特性を指す。

発光素子１２０から出射される光の波長としては、任意の波長を選択することができる。複数の発光素子１２０の間で、出射される光の波長が共通とされている必要はない。出射光の色が異なる複数種のＬＥＤが混在されて基板１１０に実装されていてもかまわない。

［区分部材１３０］
区分部材１３０は、典型的には、複数の貫通孔ＡＰが設けられた基部１３０ｔを有する。図２および図３に示すように、各発光部ＣＰの発光素子１２０は、区分部材１３０の基部１３０ｔに設けられた貫通孔ＡＰの位置で配線層１４０に電気的に接続される。

上述の複数の傾斜面１３０ｓは、基板１１０の上方に向けて基部１３０ｔから延び、ここでは、複数の傾斜面１３０ｓは、それぞれが第１方向（例えば図のｘ方向）に延びる複数の第１傾斜面１３１と、それぞれが第２方向（例えば図のｙ方向）に延びる複数の第２傾斜面１３２とを含む。

図３に示すように、各発光部ＣＰは、発光素子１２０を挟んで対向する第１傾斜面１３１の組、および、発光素子１２０を挟んで対向する第２傾斜面１３２の組を含む。すなわち、ここでは、各発光部ＣＰの第１傾斜面１３１の組および第２傾斜面１３２の組は、発光素子１２０を上面視において矩形状に取り囲んでいる。発光素子１２０を取り囲むように第１傾斜面１３１の組および第２傾斜面１３２の組を配置することにより、発光部ＣＰの内側に位置する発光素子１２０から出射された光を第１傾斜面１３１または第２傾斜面１３２の位置で基板１１０の上方に向けて反射させることができる。すなわち、光の利用効率を向上させることができる。

区分部材１３０は、典型的には、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＥＴ、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）等の透光性の樹脂から形成される。区分部材１３０は、樹脂等の母材に、母材とは異なる屈折率を有する材料が分散させられることによって光拡散機能が付与されていてもよい。区分部材１３０の形成には、射出成形、押出成形、圧縮成形、真空成形、圧空成形、プレス成形等の、金型を用いた成形、あるいは、光造形等を適用できる。例えば、ＰＥＴ等から形成された透光シートに真空成形を適用することによって、基部１３０ｔと、複数の傾斜面１３０ｓとが一体的に形成された形状を得ることができる。透光シートの厚さは、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲である。

図２から理解されるように、この例では、第１方向に沿って互いに隣接する２つの発光部ＣＰの間に、２つの第２傾斜面１３２が位置している。これら２つの第２傾斜面１３２は、第２方向すなわち図のｙ方向に延びる三角柱状の反射構造を形成する。同様に、第２方向に沿って互いに隣接する２つの発光部ＣＰの間には、２つの第１傾斜面１３１が位置し、これらの第１傾斜面１３１も、第１方向すなわち図のｘ方向に延びる三角柱状の反射構造を形成している。なお、図２に示す例では、図のｙ方向に延びるこれら２つの第２傾斜面１３２の組と、基板１１０の上面１１０ａとの間に形成される空間は、中空である。しかしながら、この例に限定されず、２つの傾斜面（第１傾斜面１３１の組または第２傾斜面１３２の組）から形成される三角柱状は、中実の反射構造であってもよい。

本実施形態において、発光素子１２０を取り囲む第１傾斜面１３１および第２傾斜面１３２の各々は、１以上の第１領域と、発光素子１２０からの光に対して第１領域よりも低い透過率を示す第２領域とを含む。図２および図３に例示する構成において、例えば第１傾斜面１３１は、２つの第１領域１３１ａと、第１方向においてこれらの第１領域１３１ａの間に位置する第２領域１３１ｂとを有する。同様に、第２傾斜面１３２は、２つの第１領域１３２ａと、第２方向においてこれらの第１領域１３２ａの間に位置する第２領域１３２ｂとを有する。発光素子１２０からの光に対して相対的に低い透過率を有する第２領域を第１傾斜面１３１の第１方向における中央部および第２傾斜面１３２の第２方向における中央部に配置することの効果は、後述する。

第１傾斜面１３１の第２領域１３１ｂおよび第２傾斜面１３２の第２領域１３２ｂは、例えば樹脂等の母材に光反射性の粒子等の反射材が含有されることにより、あるいは、樹脂等の母材に反射材が含有された組成物が表面に塗布されることにより、区分部材１３０において、発光素子１２０からの光に対して相対的に透過率が低くされた領域である。第２領域１３１ｂおよび第２領域１３２ｂは、第１領域１３１ａおよび第１領域１３２ａと一体に形成されていてもよいし、傾斜面１３０ｓに部分的に光反射性の膜等を配置することにより、区分部材１３０に設けられてもよい。

［配線層１４０］
配線層１４０は、基板１１０の上面１１０ａと、区分部材１３０との間に位置し、外部の駆動回路等に接続されることにより、基板１１０上の発光素子１２０に所定の電流を供給する機能を有する。配線層１４０の材料は、基板１１０の材料および製造方法等に応じて適宜選択することができる。基板１１０の材料として例えばセラミックスを用いる場合には、配線層１４０の材料として、基板１１０のセラミックスと同時焼成が可能な、タングステン、モリブデン等の高融点金属を用い得る。基板１１０の材料として例えばガラスエポキシ樹脂を用いる場合であれば、配線層１４０の材料として、加工し易い材料を選択すると有益である。例えば、メッキ、スパッタリング、蒸着、プレスによる貼り付け等によって形成された、銅、ニッケル等の金属層を配線層１４０として用いることができる。配線層１４０の形成方法として、印刷、フォトリソグラフィー等を適用すれば、所定の配線パターンを有する金属層を比較的容易に形成可能である。

配線層１４０は、多層構造を有していてもよい。例えば配線層１４０は、上述した方法で形成された高融点金属のパターンと、このパターン上にメッキ、スパッタリング、蒸着等によって形成された、ニッケル、金、銀等の他の金属を含む層とを有していてもよい。

図４は、配線層１４０の配線パターンの一例を示す。図４は、図１に示す数の４倍の数の発光素子１２０をドライバ２１０に接続する配線パターンの例を示している。なお、ドライバ２１０は、基板１１０上に配置されていてもよいし、基板１１０とは別個の基板上に配置されていてもよい。

図４に示す例では、配線層１４０は、それぞれが１６個の発光素子１２０を含む４つの群を独立してドライバ２１０に接続している。１６個の発光素子１２０を含む４つの群のぞれぞれに注目すると、４個の発光素子１２０の直列接続４つが並列に接続されている。このような接続によれば、ドライバ２１０は、１６個の発光素子１２０を含む領域ＤＭを単位として集積型発光装置１００を駆動できる。すなわち、このような回路構成のもとでは、１６個の発光素子１２０を含む領域ＤＭを単位とするローカルディミング動作が可能である。もちろん、配線層１４０による複数の発光素子１２０の接続は、図４に示す例に限定されない。例えば、配線層１４０は、集積型発光装置１００中の各発光素子１２０が独立して駆動するようにこれらの発光素子１２０を接続していてもよい。

［光拡散シート１５０］
図１を参照する。光拡散シート１５０は、基板１１０の上面１１０ａおよび発光素子１２０の上面１２０ａに対向して区分部材１３０の上方に配置される光学シートである。なお、図１に示す例では、基板１１０の上面１１０ａと、光拡散シート１５０との間に、区分部材１３０が介在している。本明細書では、この例のように２つの部材の間に他の部材が介在するような配置まで含めて「対向する」と表現することがある。

光拡散シート１５０は、典型的には、ＰＣ、ＰＳ、ＰＭＭＡ、ポリエチレン等、可視光に対して吸収の少ない樹脂材料から形成される。光を拡散させる構造は、光拡散シート１５０の表面に凹凸を設けたり、光拡散シート１５０中に、母材とは屈折率の異なる材料を分散させたりすることによって付与される。光拡散シート１５０としては、入射する光を拡散させて透過する機能を有する光学シートであれば特に制限なく用いることができる。例えば、ディフューザーフィルム等の名称で市販されている部材を光拡散シート１５０に適用することが可能である。

光拡散シート１５０とともに、バックライト用に市販されている他の光学部材を集積型発光装置１００に用いてもよい。例えば、光拡散シート１５０と液晶パネル２００との間に、波長変換層、プリズムアレイ層、反射型偏光層等がさらに介在されてもよい。波長変換層は、発光素子１２０からの光により励起する蛍光体または量子ドット等の波長変換部材を含む。発光素子１２０から出射される光の波長と、波長変換部材との組み合わせ方により、所望の色度の面光源を得ることができる。プリズムアレイ層は、例えば波長変換層よりも光拡散シート１５０から離れた位置に配置され、所定の方向に延びる複数のプリズムが配列された形状を有し、種々の方向から入射する光を、液晶パネル２００へ向かう方向（ここではｚの正方向）に屈折させる。反射型偏光層は、例えばプリズムアレイ層よりも光拡散シート１５０から離れた位置に配置され、一般に液晶パネル２００のバックライト側に取り付けられる偏光板の透過軸に電場ベクトルの方向が一致する偏光を選択的に透過させ、電場ベクトルの方向がこれとは垂直な偏光を基板１１０側に向けて反射させる。反射型偏光層からの戻り光の一部は、プリズムアレイ層、光拡散シート１５０または区分部材１３０等によって再度反射される。このとき、偏光面が変化し、電場ベクトルの方向が液晶パネル２００の偏光板の透過軸に平行な成分が反射型偏光層を通過して液晶パネル２００に入射する。すなわち、反射型偏光層を設けることにより、発光素子１２０から出射する光の偏光を揃え、輝度向上の効果が得られる。

（ブロック状発光パターンの抑制）
次に、透過率の異なる領域を区分部材１３０に設けることの効果を説明する。図５は、基板１１０の法線方向から見たときの集積型発光装置１００の複数の発光部ＣＰを示す。

図２および図３を参照しながら説明したように、本開示の実施形態において、各発光部ＣＰの第１傾斜面１３１および第２傾斜面１３２の各々は、１以上の第１領域と、発光素子１２０からの光に対して第１領域と比較して低い透過率を示す第２領域とを含む。ある１つの発光部ＣＰに注目したとき、各第１傾斜面１３１の第２領域１３１ｂは、図５に示すように、基板１１０の上面１１０ａ側から見て第１方向すなわち図のｘ方向における中央部に位置する。また、各第２傾斜面１３２の第２領域１３２ｂは、基板１１０の上面１１０ａ側から見て第２方向すなわち図のｙ方向における中央部に位置する。

各発光部ＣＰにおいて、発光素子１２０から出射された光の一部は、直接に、あるいは、光拡散シート１５０を介して液晶パネル２００に入射する。発光素子１２０から出射された光の他の一部も、例えば区分部材１３０の基部１３０ｔと光拡散シート１５０との間で反射を繰り返し、最終的には液晶パネル２００に入射する。このとき、発光素子１２０から出射された光のうち、第１傾斜面１３１または第２傾斜面１３２に入射した光は、発光素子１２０を取り囲む第１傾斜面１３１および第２傾斜面１３２が反射面として機能することにより、基板１１０の上方に向けて反射される。したがって、例えば、複数の発光部ＣＰのうちの１つの発光部ＣＰ中の発光素子１２０を選択的に点灯させ、他の発光部ＣＰの発光素子１２０を消灯させることにより、発光面である、例えば光拡散シート１５０の上面の一部を選択的に明るく光らせることができる。

ここで、本発明者の検討によると、特許文献１に記載のバックライトユニットのように、ＬＥＤチップを取り囲むように反射部材を配置するだけでは、例えば拡散板の上面における明るい領域の形状が矩形に近くなり過ぎることがある。例えばローカルディミング動作の適用においては、プリント基板上のある発光領域を点灯状態とし、その周囲に位置する複数の発光領域を消灯状態とすることも起こり得る。このような動作の下では、発光面における、あまりに矩形に近い発光パターンは、液晶パネルとの組み合わせにおいて画像の表示に不利に働くことがあり得る。

例えば、所望の高コントラスト比の画像の表示に、複雑な駆動回路および／または画像処理回路が必要になることがあり得る。特に、独立して点灯および消灯を制御可能な領域の数が比較的に少ない場合、画像処理によっても領域間の輝度の非連続的な変化を補正しきれず、画像を自然な明度およびコントラストで表示できない可能性がある。ある発光領域を孤立して点灯状態とさせたときに、発光面における明るい領域が矩形に近づくという傾向は、反射部材から液晶パネルまでの距離が小さくなるほど、また、反射部材のうちプリント基板の上面に対して傾斜した部分（特許文献１における第２反射部分）の反射率が高いほど顕著になり得る。

さらに、液晶パネルが反射部材からある程度離れた位置に配置されている場合であっても、ＬＥＤチップから出射された光が反射部材と例えば拡散板との間で反射を繰り返す結果、不要なブロック状の発光パターンのノイズが発光面に観察されることがある。

図６は、特許文献１に記載のバックライトユニットのように、反射部材によって区画された複数の発光領域を有する比較例のバックライトユニットの発光面に生じるブロック状の発光パターンを模式的に示す。図６は、反射部材によって区画された複数の発光領域のうちの１つである発光部を点灯させたときのバックライトユニットの発光面の外観を模式的に示している。

図６に示す例では、バックライトユニットの発光面（例えば拡散板の上面）のうちＬＥＤチップを点灯させた中央の発光領域ＣＰ１に対応する部分だけでなく、ＬＥＤチップが消灯状態とされた、発光領域ＣＰ１を取り囲む複数の発光領域に対応する部分までもが明るくなっている。このとき発光面において本来は暗い領域であるべき部分に現れる明るい部分は、各発光領域の反射部材が矩形状にＬＥＤチップを取り囲むことに起因して概ね矩形状を有することになり、バックライトユニットの観察者にはブロック状のノイズとして知覚される。

図７は、光透過性を有しない反射部材を有する比較例のバックライトユニットのＬＥＤチップから出射された光の反射の様子と、発光面上の模式的な輝度分布とをあわせて示す。図７に示す比較例のバックライトユニット４００は、プリント基板４１０上に配置された複数のＬＥＤチップ４２０を有する。また、三角形の断面を有する反射部材４３０が、ＬＥＤチップ４２０を取り囲むようにしてプリント基板４１０上に配置されている。

図７中、「Ｈ」および「Ｌ」は、発光面における輝度の分布を模式的に示す。具体的には、「Ｈ」は、発光面において相対的に輝度が高くなる傾向にある領域を表し、「Ｌ」は、発光面において相対的に輝度が低くなる傾向にある領域を表している。この例では、図７中に点線の矢印ＱＬで示すように、ある発光領域のＬＥＤチップ４２０から出射されて拡散板４５０の下面４５０ｂで反射された光が、その発光領域に隣接する他の発光領域の反射部材４３０の傾斜面でさらに反射されて拡散板４５０を通過している。そのため、拡散板４５０の上面４５０ａのうち、図７の中央に描かれたＬＥＤチップ４２０を含む発光領域を中心とした部分だけでなく、その発光領域に隣接する発光領域の反射部材４３０の直上付近における輝度も高くなる。その結果、図６に示すようなブロック状のノイズが発光面に生じる。

拡散板４５０の下面４５０ｂが反射部材４３０の頂部に接するように拡散板４５０をプリント基板４１０の上方に配置すれば、ＬＥＤチップ４２０を点灯させた発光領域から他の発光領域に漏れる光を低減することができる。しかしながら、ノイズ部分の輝度は若干低下するものの、この場合も、発光面に生じるノイズがブロック状になることは回避できない。意図しない部分が明るく光るノイズが存在する場合において、そのノイズが特にブロック状であると、画像処理によってノイズの影響を解消することは一般に困難である。

ブロック状のノイズが発光面に生じる状況は、特許文献２または３に記載の技術のように、三角柱状の隔壁部材または光量補正部材の上部に、部分的に光を透過させる領域（特許文献２の第２隔壁部または特許文献３の第１反射領域）をこれらの部材が延びる方向に沿ってこれらの部材の全体にわたって設けた場合であっても同じである。さらに、隔壁部材または光量補正部材の頂部に接するように拡散板４５０をプリント基板４１０の上方に配置したとしても、ＬＥＤチップ４２０を点灯させた発光領域の最近接の発光領域に、光透過性の領域を介して入射する光が増加する。そのため、特に、最近接の発光領域の隔壁部材または光量補正部材の直上の位置の輝度が大きくなってしまう。つまり、ブロック状のノイズがよりはっきりと発光面に表れてしまう結果を招く。

これに対し、本開示の実施形態では、各発光部ＣＰの第１傾斜面１３１は、第１領域１３１ａと比較して透過率が低くされた第２領域１３１ｂを有し、かつ、第２領域１３１ｂは、基板１１０の上面１１０ａ側から見て第１傾斜面１３１の第１方向における中央部に位置している。また、各発光部ＣＰの第２傾斜面１３２は、第１領域１３２ａと比較して透過率が低くされた第２領域１３２ｂを有し、かつ、第２領域１３２ｂは、基板１１０の上面１１０ａ側から見て第２傾斜面１３２の第２方向における中央部に位置している。換言すれば、発光部ＣＰを区画する複数の傾斜面１３０ｓのうち発光素子１２０からの距離が相対的に小さい領域に、低透過率の第２領域１３１ｂ、１３２ｂが位置している。したがって、発光部ＣＰの最近接の発光部ＣＰへの光の漏れを低減して、第２領域１３１ｂおよび１３２ｂの位置でより多くの光を基板１１０の上方に向けて反射させ得る。

また、本開示の実施形態では、上面視において例えば矩形状の各発光部ＣＰの４つの角部には、例えば図５に示すように、第１傾斜面１３１の第１領域１３１ａまたは第２傾斜面１３２の第１領域１３２ａが位置する。第１領域１３１ａおよび１３２ａは、第２領域１３１ｂまたは１３２ｂと比較して、入射した光のより多くの部分を透過させることができる。すなわち、区分部材１３０は、図５に太い点線の矢印ＬＲで模式的に示すように、集積型発光装置１００の面内において、第１方向および第２方向とは異なる方向（図５の例では対角方向）への適度な光の漏れを許容することができる。その結果、発光部ＣＰの間の光の漏れに起因するブロック状のノイズの発生が緩和され、明るい部分の形状を円状に近づけ得る。したがって、本開示の実施形態によれば、有利にローカルディミング動作を適用して、駆動回路の複雑化を回避しながら、自然かつ高コントラスト比の画像を表示することが可能になる。

第１傾斜面１３１の第２領域１３１ｂおよび第２傾斜面１３２の第２領域１３２ｂの具体的な構成は、特定の構成に限定されない。例えば、区分部材１３０が、母材と、母材とは異なる屈折率を有する反射材の粒子とを含有する場合、第１傾斜面１３１の第１方向における中央部および第２傾斜面１３２の第２方向における中央部において粒子の数密度を選択的に高くすることにより、第２領域１３１ｂおよび第２領域１３２ｂを形成してもよい。反射材の粒子としては、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の酸化物粒子を用い得る。

例えば透光シートから区分部材１３０の形状を成形する場合、シボ加工（surface texturing）等によって第１傾斜面１３１および第２傾斜面１３２に部分的に凹凸を設けたり、区分部材１３０の形状を得た後にサンドブラスト等を実施したりしてもよい。これにより、第１傾斜面１３１および第２傾斜面１３２の一部のヘイズ値を他の部分と比較して例えば高くすることができる。バルクからの削り出しによって区分部材１３０の形状を得る際に第１傾斜面１３１および第２傾斜面１３２の一部のヘイズ値を高くしたりすることによって、第２領域１３１ｂおよび第２領域１３２ｂを形成してもよい。

あるいは、図８に例示する区分部材１３０Ａのように、区分部材１３０Ａの表面のうち、第１傾斜面１３１の第１方向における中央部および第２傾斜面１３２の第２方向における中央部に光反射部材１３４を配置することにより、第２領域１３１ｂおよび第２領域１３２ｂを形成してもよい。傾斜面１３０ｓ上に光反射部材１３４を配置することにより、光反射面としての第１傾斜面１３１および第２傾斜面１３２における反射率を部分的に向上させて第２領域１３１ｂおよび第２領域１３２ｂおける透過率を相対的に低下させることができる。

光反射部材１３４としては、銀、金もしくはアルミニウム、または、これらの１種以上を含有する合金の膜を用いることができる。光反射部材１３４として誘電体多層膜等を用いてもよい。光反射部材１３４の形成には、蒸着、メッキ、塗布等を特に限定なく適用し得る。第２領域１３１ｂおよび第２領域１３２ｂは、正反射性の表面を有していてもよいし、拡散反射性の表面を有していてもよい。光反射部材１３４として、東レ株式会社から「ＰＩＣＡＳＵＳ（登録商標）」の名称で市販されている、金属様の光沢を呈する半透過ダイクロイックフィルム、または、光拡散シートを所定の形状に切り出した光拡散シート片等を用いてもよい。

再び図５を参照しながら、第１傾斜面１３１における第２領域１３１ｂおよび第２傾斜面１３２における第２領域１３２ｂの配置の典型例を説明する。図５中、発光部ＣＰの第２領域１３１ｂまたは第２領域１３２ｂから発光素子１２０までの距離を細い実線の矢印Ｄｓで示す。このとき、第２領域１３１ｂまたは第２領域１３２ｂから発光素子１２０までの距離Ｄｓの最小値をＤとすると、各発光部ＣＰの第１傾斜面１３１の第２領域１３１ｂは、第１傾斜面１３１のうち距離Ｄｓが例えば最小値Ｄの１００％以上１２０％以下となる領域に設けられる。同様に、各発光部ＣＰの第２傾斜面１３２の第２領域１３２ｂは、第２傾斜面１３２のうち距離Ｄｓが例えば最小値Ｄの１００％以上１２０％以下となる領域に設けられる。

ただし、第１傾斜面１３１のうち第２領域１３１ｂが配置される範囲および第２傾斜面１３２のうち第２領域１３１ｂが配置される範囲は、発光素子１２０の仕様、複数の発光部ＣＰの配置等に応じて適宜決定され得る。なお、発光素子１２０の配置ピッチ、すなわち、互いに隣接する発光素子１２０の中心間距離は、例えば０．１ｍｍ以上５ｍｍ未満程度の範囲であり得る。発光素子１２０の第１方向における配置ピッチおよび第２方向における配置ピッチは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。

図９は、第１傾斜面１３１における第１領域１３１ａおよび第２傾斜面１３２における第１領域１３２ａの配置の他の例を示す。これまでに説明した例では、各発光部ＣＰを規定する２つの第１傾斜面１３１のそれぞれは、２つの第１領域１３１ａと、第１方向においてこれらの第１領域１３１ａの間に位置する１つの第２領域１３１ｂを有する。また、各発光部ＣＰを規定する２つの第２傾斜面１３２のそれぞれも、２つの第１領域１３２ａと、第２方向においてこれらの第１領域１３２ａの間に位置する１つの第２領域１３２ｂを有している。

これまでに説明した例と同様に、図９に例示する構成においても、区分部材１３０Ｂは、発光部ＣＰを規定する第１傾斜面１３１の組および第２傾斜面１３２の組を含んでいる。ただし、この例では、各第１傾斜面１３１は、１つの第１領域１３１ａと、１つの第２領域１３１ｂとを含み、各第２傾斜面１３２は、１つの第１領域１３２ａと、１つの第２領域１３２ｂとを含む。

図９に示す例においても、第２領域１３１ｂおよび第２領域１３２ｂが、第１傾斜面１３１の第１方向における中央部および第２傾斜面１３２の第２方向における中央部にそれぞれ位置する点は、これまでに説明した例と同様である。図示するように、ここでは、第１傾斜面１３１の第１領域１３１ａのうち第２領域１３１ｂの左右に位置する部分は、区分部材１３０Ｂの基部１３０ｔの近くにおいて互いに連結されている。同様に、第２傾斜面１３２の第１領域１３２ａのうち第２領域１３２ｂの左右に位置する部分は、区分部材１３０Ｂの基部１３０ｔの近くにおいて互いに連結されている。本開示の実施形態において、第１傾斜面１３１のそれぞれおよび第２傾斜面１３２のそれぞれに２つの第１領域を設けることは、必須ではない。

図１０は、本開示の実施形態による集積型発光装置の変形例を示す。図１０に示す集積型発光装置１００Ａは、区分部材１３０の基部１３０ｔおよび配線層１４０の間に位置する反射層１７１をさらに有する。図１０に例示するように、区分部材１３０と配線層１４０との間に反射層１７１を配置することにより、基板１１０の上面１１０ａに向かう光を基板１１０とは反対の方向すなわち基板１１０の上方に向けて反射させることができるので、光の利用効率を向上させることができる。

例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、オキセタン樹脂、シリコーン樹脂、変成シリコーン樹脂等の母材に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の酸化物粒子を分散させた樹脂層を反射層１７１に適用することができる。反射層１７１は、発光素子１２０からの光に対して例えば７０％以上の反射率を有し得る。配線層１４０上に形成されたレジストの層を反射層１７１として利用してもよい。

図１１は、本開示の実施形態による集積型発光装置の他の変形例を示す。図１１に示す集積型発光装置１００Ｂは、区分部材１３０Ｃを有しており、区分部材１３０Ｃは、基部１３０ｔ上に位置する反射層１７２をさらに有する。基部１３０ｔ上に反射層１７２を配置することにより、区分部材１３０と配線層１４０との間に反射層１７１を配置した場合と同様に、光の利用効率向上の効果が期待できる。反射層１７２としては、例えば上述の反射層１７１と同様の樹脂層を適用し得る。反射層１７２として、金属もしくは合金の膜、または、誘電体多層膜等を適用してもよい。

本開示の実施形態による集積型発光装置は、面発光装置として利用することが可能であり、例えば、液晶表示装置のバックライト、各種照明用光源、車載用光源等に用いることができる。本開示の実施形態は、ローカルディミング動作の適用に特に有利である。

１００、１００Ａ、１００Ｂ 集積型発光装置
１１０ 基板
１２０ 発光素子
１３０、１３０Ａ～１３０Ｃ 区分部材
１３０ｓ 区分部材の傾斜面
１３０ｔ 区分部材の基部
１３１ 区分部材の第１傾斜面
１３１ａ 第１傾斜面の第１領域
１３１ｂ 第１傾斜面の第２領域
１３２ 区分部材の第２傾斜面
１３２ａ 第２傾斜面の第１領域
１３２ｂ 第２傾斜面の第２領域
１３４ 光反射部材
１４０ 配線層
１５０ 光拡散シート
１７１、１７２ 反射層
２００ 液晶パネル
３００ 液晶表示装置
ＣＰ 発光部

Claims (8)

1. 上面を有する基板と、
   第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記基板の前記上面側に二次元に配列された複数の発光素子と、
   前記基板の前記上面側に位置し、複数の傾斜面を有する透光性の区分部材であって、前記複数の傾斜面は、それぞれが前記第１方向に延びる複数の第１傾斜面、および、それぞれが前記第２方向に延びる複数の第２傾斜面を含む区分部材と、
   前記基板の前記上面と前記区分部材との間に位置し、前記複数の発光素子に電気的に接続された配線層と
   を備え、
   それぞれが、前記複数の発光素子のうちの１つと、前記１つの発光素子を上面視において矩形状に取り囲む前記第１傾斜面の組および前記第２傾斜面の組とを含む複数の発光部を有し、
   各発光部に含まれる各第１傾斜面および各第２傾斜面は、１以上の第１領域と、前記発光素子からの光に対して前記１以上の第１領域よりも低い透過率を示す第２領域とを有し、
   各発光部に含まれる各第１傾斜面の前記第２領域は、前記基板の前記上面側から見て前記第１方向における中央部に位置し、
   各発光部に含まれる各第２傾斜面の前記第２領域は、前記基板の前記上面側から見て前記第２方向における中央部に位置する、集積型発光装置。
2. 前記１以上の第１領域は、２つの第１領域を含み、
   各発光部に含まれる各第１傾斜面の前記第２領域は、前記第１方向において２つの前記第１領域の間に位置し、
   各発光部に含まれる各第２傾斜面の前記第２領域は、前記第２方向において２つの前記第１領域の間に位置する、請求項１に記載の集積型発光装置。
3. 前記複数の傾斜面は、各第２領域に配置された光反射部材を有する、請求項１または２に記載の集積型発光装置。
4. 前記区分部材は、複数の貫通孔が設けられた基部を有し、
   前記複数の発光素子は、上面視において前記複数の貫通孔の位置で前記配線層に電気的に接続されている、請求項１から３のいずれかに記載の集積型発光装置。
5. 前記区分部材の前記基部と前記配線層との間に配置された反射層をさらに備える、請求項４に記載の集積型発光装置。
6. 前記区分部材は、前記基部上に第２の光反射部材を有する、請求項４に記載の集積型発光装置。
7. 前記区分部材の上方に位置し、前記基板の前記上面に対向する光拡散シートをさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載の集積型発光装置。
8. 各発光部において前記１つの発光素子から前記第１傾斜面または前記第２傾斜面までの距離の最小値をＤとしたとき、
   各発光部の各第２領域は、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面のうち、前記発光素子からの距離が前記Ｄの１００％以上１２０％以下の範囲にある領域に配置されている、請求項１から７のいずれかに記載の集積型発光装置。

Images