(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置は、
発光素子と、前記発光素子の上を覆うレンズ部とを備え、
前記レンズ部は、
前記発光素子からの光が入射する入射面と、
前記入射面から入射した光が出射する出射面と、
前記入射面と出射面とを貫通する方向に延びる光軸と、
前記出射面における前記光軸を含む領域に平面視において前記光軸を中心として円形状に形成された凹部と、
前記光軸を挟んで相対する位置にそれぞれ形成された２つの平面部とを有し、
前記出射面は、前記２つの平面部の間に形成された上に凸な曲面であり、
前記光軸は、前記発光素子の基準光軸と一致し、
前記２つの平面部のそれぞれと、前記出射面との境界は、曲線である。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、
前記光軸を通り前記２つの平面部を結ぶ第１の仮想面における配光曲線及び前記第１の仮想面と直交する第２の仮想面における配光曲線は、特定の角度方向において極大値を有し、
前記第１の仮想面における配光曲線の極大値は、前記第２の仮想面における配光曲線の極大値よりも大きい。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光装置において、
前記２つの平面部は、互いに平行で且つ前記光軸に対して平行な面であり、
前記２つの平面部のそれぞれと前記光軸との距離は、互いに等しい。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の発光装置において、
前記２つの平面部は、前記光軸に対して傾斜し、
前記２つの平面部のそれぞれと前記光軸とがなす角は、互いに等しい。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置において、
前記凹部は、半球状、円錐状又は開口面において底面よりも径が大きい円錐台状である。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置において、
前記レンズ部は、半球レンズであり、
前記２つの平面部は、前記半球レンズにおける前記光軸を挟んで相対する位置がそれぞれ切除された部分である。
【請求項７】
面発光装置は、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置が長方格子状に複数配置され、
長軸方向に隣接する前記発光装置は、前記平面部を互いに対向させて配置されている。
【請求項８】
表示装置は、
請求項７に記載の面発光装置と、
前記面発光装置からの光を光源として用いる映像表示部とを備えている。
【請求項９】
請求項８に記載の表示装置において、
前記映像表示部は、前記面発光装置からの光を映像信号に応じて空間変調して映像を表示する。
【請求項１０】
請求項９に記載の表示装置において、
前記映像表示部は透過型液晶パネルである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射面から出射面へ導光する導光部を備えた発光装置、面発光装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネル等を照明するために、導光板の側面に沿って発光装置を列状に配置したバックライトが用いられている。また、液晶テレビ等の大型の表示面を背面から照射する場合には、大判の配線基板に複数の発光装置をマトリクス状に配置したバックライトが知られている。
【０００３】
大型のバックライトに用いる発光装置として、点光源である発光素子と、光束制御部材（導光部材）とを組み合わせた発光装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。導光部材は、例えば平面形状が丸みを帯びた略四角形状であり、発光素子の発光中心を中心として半球状の窪みが形成されている。また、光出射面の中央に下に凸な滑らかな曲面形状に形成された第１の光出射面と、第１の光出射面の周囲を取り囲むように連続して形成された上に凸な滑らかな曲面形状である第２の光出射面とが、外表面側に光制御出射面として形成されている。
【０００４】
このような発光装置をマトリクス状に配置した面光源装置は、それぞれの発光装置が、発光素子からの光を所望の照射範囲内に向けて滑らかに拡げることができるので、均一な輝度の照明光を得ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２７４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の発光装置には次のような問題がある。従来の発光装置は光束制御部材が丸みを帯びた略四角形状であり且つ中心に半球状の窪みを形成しているため、光が全方向に均等に拡がる。従って、各発光装置を等方格子状に等間隔に配置した場合には、均一な輝度の照明光を得ることができる。一方、横長の表示面の場合においても、例えば、ワイド画面の液晶テレビ等のように横と縦の比率が１６対９であれば、発光装置の横方向の数と縦方向の数との比を１６対９とすることにより発光装置を等方格子状に配置することが可能である。しかし、発光装置の個数は、発光装置の光束量やコストにより決定されるため、横方向の数と縦方向の数とを１６対９とすることが困難な場合もある。この場合には、横方向の間隔と縦方向の間隔とが異なる長方格子状に発光装置を配置することになる。従来の発光装置を長方格子状に配置した場合には、短軸方向において発光装置同士の照光が重畳して輝度が高くなりすぎたり、長軸方向において発光装置の照光が不足して輝度が低くなったりして、均一な輝度の表示面が得られないおそれがある。
【０００７】
本発明は、等方格子状だけでなく長方格子状に配置された場合においても、全体として所望の範囲を平均的に照光できる発光装置、面発光装置及び表示装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明は発光装置を、出射面に形成された凹部と、相対する２つの平面部とを有する構成とする。
【０００９】
具体的に、例示の発光装置は、発光素子と、発光素子の上を覆うレンズ部とを備え、レンズ部は、発光素子からの光が入射する入射面と、入射面から入射した光が出射する出射面と、入射面と出射面とを貫通する方向に延びる光軸と、出射面における光軸を含む領域に形成された凹部と、光軸を挟んで相対する位置にそれぞれ形成された２つの平面部とを有し、出射面は２つの平面部の間に形成された上に凸な曲面であり、光軸は発光素子の基準光軸と一致している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る発光装置、面発光装置及び表示装置によれば、等方格子状だけでなく長方格子状に配置された場合においても、全体として所望の範囲を平均的に照光できる発光装置、面発光装置及び表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は一実施形態に係る表示装置を示す断面図である。
【図２】図２は一実施形態に係る発光装置を示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は一実施形態に係る発光装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のIIIｃ−IIIｃ線における断面図である。
【図４】図４は一実施形態に係る発光装置の発光素子部を拡大して示す断面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る発光装置の配光特性を示すグラフであり、（ａ）は第１の仮想面における配光特性であり、（ｂ）は第２の仮想面における配光特性である。
【図６】図６は第１の仮想面及び第２の仮想面を説明するための図である。
【図７】図７は一実施形態に係る面発光装置のレイアウトを示す平面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は一実施形態に係る発光装置のレンズ部に形成する凹部の変形例を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る発光装置のレンズ部に形成する平面部の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
例示の発光装置は、発光素子と、発光素子の上を覆うレンズ部とを備え、レンズ部は、発光素子からの光が入射する入射面と、入射面から入射した光が出射する出射面と、入射面と出射面とを貫通する方向に延びる光軸と、出射面における光軸を含む領域に形成された凹部と、光軸を挟んで相対する位置にそれぞれ形成された２つの平面部とを有し、出射面は２つの平面部の間に形成された上に凸な曲面であり、光軸は発光素子の基準光軸と一致している。
【００１３】
例示の発光装置は、略半球形状の半球レンズであるレンズ部の出射面の光軸を含む領域に凹部を有し、発光素子の基準光軸とレンズ部の光軸とは一致している。このため、光入射面から入射した発光素子の光により基準光軸上のみが明るくならず、平均的な輝度の照明光を得ることができる。また、出射面に光軸を挟んで相対する位置が切除されて形成された平面部が形成されている。このため、発光素子から平面部へ向かう光は光軸の方向へ傾いて屈折し、直接出射面へ向かう光と共に出射される。このため、平面部が形成された側の輝度が高くなり、基準光軸を中心として平面部が形成されている側へ大きく拡がるような光度分布を得ることができる。従って、長方格子状に配置した場合においても、長軸方向に隣接する発光装置の平面部が互いに向かい合うように配置すれば、全体として所望とする範囲を平均的に照光することができる。
【００１４】
この場合において、光軸を通り２つの平面部を結ぶ第１の仮想面における配光曲線及び第１の仮想面と直交する第２の仮想面における配光曲線は、特定の角度方向において極大値を有し、第１の仮想面における配光曲線の極大値は、第２の仮想面における配光曲線の極大値よりも大きくなるようにすればよい。
【００１５】
例示の発光装置において、２つの平面部は、互いに平行で且つ光軸に対して平行な面であり、２つの平面部と光軸との距離は、互いに等しくなるようにしても、光軸に対して傾斜し、２つの平面部と光軸がなす角は、互いに等しくなるようにしてもよい。
【００１６】
例示の発光装置において、凹部は、半球状、円錐状又は開口面において底面よりも径が大きい円錐台状としてもよい。
【００１７】
例示の面発光装置は、例示の発光装置が格子状に複数配置され、複数の発光装置は、第１の方向において平面部を互いに対向させて配置され、第１の方向と交差する第２の方向において第１の方向における間隔よりも狭い間隔で配置されている。
【００１８】
例示の表示装置は、例示の面発光装置と、面発光装置からの光を光源として用いる映像表示部とを備えている。例示の面発光装置を光源として用いることにより、輝度むらを抑えた映像表示装置を実現できる。この場合において、映像表示部は、面発光装置からの光を映像信号に応じて空間変調して映像を表示する構成とすればよい。面発光装置の光を受けて部分的に透過率を変化させる映像表示部を有することにより、映像に応じて明るさを調整したり、輝度むらを抑えたりすることが可能となる。また、映像表示部は透過型液晶パネルとすればよい。このようにすれば、面発光装置からの一様な照光により、輝度むらのない映像を見ることができる。
【００１９】
（一実施形態）
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、一実施形態に係る面発光装置の断面構成を示している。図１に示すように、表示装置は、映像表示部Ｄと、映像表示部Ｄの背面に配置された調光部材２０と、調光部材２０と所定の間隔をおいて配置された面発光装置３０とを備えている。映像表示部Ｄは、透過型又は半透過型の液晶表示パネル等とすればよい。
【００２０】
本実施形態の表示装置は例えば、面発光装置３０からの光を映像表示部Ｄにより映像信号に応じて空間変調して映像を表示する。また、映像表示部Ｄに半透過型の液晶表示パネル等を用い、面発光装置３０からの光と外光を使用場所等に応じて使い分けてもよい。面発光装置３０を単純に蛍光灯等の照明に置き換えたり、バックライトとして用いてもよい。この場合には、映像表示部Ｄを光が透過する材料により形成された看板等としてもよい。
【００２１】
調光部材２０は、拡散板２１と、拡散シート２２と、第１調光シート２３と、第２調光シート２４とを備えている。拡散板２１は、面発光装置３０の光を拡散させるために、表面が粗面に形成されたすりガラス状の樹脂製の板材である。拡散板２１は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエステル（ＰＳ）樹脂又は環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）樹脂等により形成すればよい。拡散シート２２は、拡散板２１に拡散された光を更に拡散するために設けられた樹脂製のシートである。拡散シート２２は、ポリエステル等により形成すればよい。第１調光シート２３は、ポリエステル樹脂の表面にアクリル樹脂からなる三角条（線状三角凸部）が形成されたプリズム面を有している。このプリズム面は断面視で鋸歯形状に形成されている。第１調光シート２３は、拡散板２１及び拡散シート２２により拡散された光を、映像表示部Ｄ方向へ集光する。第２調光シート２４は、第１調光シート２３により集光しきれなかった光を集光する。また、第２調光シート２４には、Ｓ波を面発光装置３０側に反射させることにより、映像表示部Ｄを透過するＰ波を増加させる。これにより、積算光量が増加し輝度上昇を図ることができる。このように、第１調光シート２３及び第２調光シート２４により明るさのむらを抑えることができる。
【００２２】
面発光装置３０は、搭載基板３１と、発光装置３２とを備えている。搭載基板３１は、エポキシ系樹脂等の大判の絶縁性基板に発光装置３２へ電源を供給するための配線パターンが形成されたプリント配線基板である。
【００２３】
次に、発光装置３２の構成について図面を参照して説明する。図２は発光装置３２の概略の形状を示している。図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ発光装置３２の平面構成、IIIｂ−IIIｂ線における断面構成及びIIIｃ−IIIｃ線における断面構成を示している。発光装置３２は、発光素子１１０と、発光素子１１０を保持するプリント配線基板１２０と、発光素子１１０の上を覆う導光部材１３０とを備えている。発光素子１１０は、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順次形成され、発光層及びｐ型半導体層とｎ型半導体層の一部とをエッチングすることで露出したｎ型半導体層上に形成されたｎ側電極と、ｐ型半導体層上に接続されたｐ側電極とに電圧を印加することで点光源として機能する青色発光ダイオードである。
【００２４】
発光素子１１０は、図４に示すようにプリント配線基板１２０に形成された配線パターン１２３と接続されている。プリント配線基板１２０は、エポキシ系樹脂やセラミックにより形成された絶縁基板１２１に、発光素子１１０のｎ側電極及びｐ側電極にバンプ１２５を介在して電源を供給する配線パターン１２３が形成されている。配線パターン１２３は、スルーホール電極１２７を介して外部端子１２９と導通接続されている。
【００２５】
発光素子１１０は、蛍光層１１２により全体が覆われている。蛍光層１１２は、外形が直方体状に形成された蛍光体を含有する樹脂層である。蛍光体を発光素子１１０からの青色と補色となる黄色とすることにより、青色と黄色とが混色して白色を発光する発光装置３２とすることができる。蛍光体としては、珪酸塩蛍光体やイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を使用すればよい。蛍光層１１２は印刷法により形成すればよい。
【００２６】
導光部材１３０は、シリコン系樹脂で形成され、発光素子１１０からの光を広い範囲に配光するためのものである。この導光部材１３０は、発光素子１１０が搭載されたプリント配線基板１２０に蛍光層１１２を形成した後、圧縮成形法やトランスファー成形法により形成すればよい。導光部材１３０は、レンズ部１３２とレンズ部１３２の周囲に形成された平面正方形状の外形を有する鍔部１３４とを備えている。導光部材１３０は鏡面仕上げが施されていることが好ましい。
【００２７】
レンズ部１３２は略半球形状の半球レンズである。レンズ部１３２は発光素子１１０の上を覆うように形成されており、レンズ部１３２の光軸と発光素子１１０の基準光軸Ｌとが一致するように、レンズ部１３２の底面の中心に発光素子１１０が配置されている。基準光軸Ｌは、発光素子１１０の天面上に延びる仮想直線である。レンズ部１３２は、略半球における基準光軸Ｌを挟んで相対する位置がそれぞれ切除されており、基準光軸Ｌに沿った２つの平面部１３２ｂを有している。平面部１３２ｂは、互いに平行であり且つ基準光軸Ｌに平行に形成されている。
【００２８】
２つの平面部１３２ｂの間は、上に凸な曲面からなるレンズ部１３２の出射面Ｓ２となっている。出射面Ｓ２における基準光軸Ｌを含む領域には、基準光軸Ｌを中心として略半球形状又は球面の一部を切り取ったような窪んだ形状の凹部１３２ａが形成されている。レンズ部１３２の蛍光層１１２との界面は、発光素子１１０からの光が入射する入射面Ｓ１となっている。
【００２９】
次に、本実施形態に係る発光装置の配光特性について説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の発光装置の配光曲線を示している。図５（ａ）は図６に示す第１の仮想面１５１における配光曲線であり、図５（ｂ）は図６に示す第２の仮想面１５２における配光曲線である。第１の仮想面１５１は、基準光軸Ｌを通り且つ２つの平面部１３２ｂを結ぶｘ方向に拡がる面である。第２の仮想面１５２は、第１の仮想面と直交しｙ方向に拡がる面である。配光特性の測定に用いた発光装置のレンズ部１３２は、直径３．６ｍｍの略半球形状の半球レンズの両端部を０．１ｍｍずつ又は０．２ｍｍずつカットして平面部１３２ｂを形成した。
【００３０】
図５（ａ）に示すように第１の仮想面１５１における配光曲線は、基準光軸Ｌからの水平観察角が±６０°付近において相対光度が最大値（極大値）となり、基準光軸Ｌにおいて強度が抑えられた曲線となった。これは、レンズ部１３２の頂部に形成された凹部１３２ａにより基準光軸Ｌ方向の光が周囲に拡がるためである。従って、略半球形状のレンズ部１３２の頂部に凹部１３２ａを設けることにより、広い範囲に平均的に照光することが可能となる。
【００３１】
半球レンズの端部を０．１ｍｍずつ又は０．２ｍｍずつカットして平面部１３２ｂを形成した場合には、平面部１３２ｂを形成していない半球レンズを用いた場合よりも相対光度の最大値が高くなり、３．５以上となった。平面部１３２ｂを形成することによる相対光度の上昇は、発光素子１１０から平面部１３２ｂへ入射した光が、略半球形状に形成された射出面Ｓ２から放射される光の方向（極大値となる方向）へ屈折及び反射することにより生じる。また、相対光度を上昇させる効果は、平面部１３２ｂ同士の間隔が狭い方が大きくなる。
【００３２】
一方、図５（ｂ）に示すように第２の仮想面１５２における配光曲線は、第１の仮想面１５１における配光曲線と同様に、垂直観察角が±６０°付近において相対光度が極大値を示し、基準光軸Ｌにおいて強度が抑えられた曲線となった。しかし、第１の仮想面における配光曲線と異なり、相対光度の極大値は、平面部１３２ｂを形成した場合にも平面部１３２ｂを形成していない場合とほぼ同じであった。これは、第２の仮想面１５２においては、平面部１３２ｂを形成した場合にも、形成していない場合にもほぼ同じ形状となっているためである。
【００３３】
以上説明したように、平面部１３２ｂを有さず光が等方的に拡がる発光装置を長方格子状に配置して、面発光装置を形成した場合には、短軸方向において発光装置同士の照光が重畳して輝度が高くなりすぎたり、長軸方向において発光装置の照光が不足して輝度が低くなったりするため均一な照光を得ることができない。一方、平面部１３２ｂを有する本実施形態の発光装置は、平面部１３２ｂと交差する方向（ｘ方向）に光が拡がる範囲が、平面部１３２ｂと平行な方向（ｙ方向）に光が拡がる範囲よりも広い。このため、図７に示すように複数の発光装置３２を搭載基板３１の上に搭載して配置して面発光装置を形成する場合に、長軸方向の間隔がＷ１で短軸方向の間隔がＷ２である長方格子状に配置しても、全体として均一な照光を得ることが可能となる。この場合に、長軸方向に隣接する発光装置３２同士の平面部１３２ｂが互いに対向するように配置すればよい。つまり、発光装置３２の平面部１３２ｂと交差する方向（ｘ方向）が長軸と一致し、平面部１３２ｂと平行な方向（ｙ方向）が短軸と一致するようにすればよい。また、間隔Ｗ１は間隔Ｗ２よりも長くすればよいが、間隔Ｗ１と間隔Ｗ２との比率は、発光装置３２の配光特性に応じて適宜決定すればよい。このように、本実施形態の発光装置３２は横長の表示面を有する表示装置に適した面発光装置を容易に実現できる。
【００３４】
本実施形態においては、凹部１３２ａを略半球形状又は球面の一部を切り取ったような窪んだ形状とした。しかし、凹部１３２ａは、発光素子の基準光軸上を進む光及びその近傍の光を、基準光軸から遠ざかる方向に分散するように屈折させることができればよい。このため、図８（ａ）に示すように、円錐状としてもよい。また、図８（ｂ）に示すように、凹部１３２ａの外周端における径が底面における径よりも大きく、上部から底面に向かって径が直線的に減少する円錐台状としたり、図８（ｃ）に示すように、凹部１２３ａの外周端付近において径の変化が大きく、上部から底面に向かって径が曲線を描いて減少する形状としてもよい。
【００３５】
凹部１３２ａをこのような形状とすることにより、凹部１３２ａの側面は断面が直線又は上に凸な曲線となった傾斜面となる。傾斜面において基準光軸Ｌに沿った方向の光が、基準光軸Ｌから遠ざかるように屈折するため、基準光軸Ｌにおける輝度が調節でき、基準光軸Ｌのみが明るくならず、平均的に照光することが可能となる。また、レンズ部１３２を形成するための金型の加工が容易になり、特に多数個取りの金型においては各キャビティ毎の形状ばらつきが小さくなる。これにより、多数の発光装置を配置するバックライト上の照度均整度が向上するという効果も得られる。
【００３６】
２つの平面部１３２ｂは、互いに平行とすると共に、基準光軸Ｌに対して平行で且つ等距離の位置に形成すれば、２つの平面部において配光特性のズレがない一様な照光が可能となる。しかし、必ずしも２つの平面部１３２ｂと基準光軸Ｌとの距離を同一とする必要はない。また、図９に示すように、平面部１３２ｂを基準光軸Ｌに対して平行ではなく、傾斜させてもよい。例えば、図９（ａ）に示すように向かい合う２つの平面部１３２ｂの間隔が頂部に向かって徐々に狭くなるようにしたり、図９（ｂ）に示すように向かい合う２つの平面部１３２ｂの間隔が頂部に向かって徐々に広くなるようにすればよい。このようにすることにより、ｘ方向の水平観察角における相対輝度の調整ができ、発光装置を配置する間隔や数量の調節が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る発光装置は、等方格子状だけでなく長方格子状に配置された場合においても、全体として所望の範囲を平均的に照光でき、特に横長の表示面を有する表示装置のバックライト等となる面発光装置及び横長の表示面を有する表示装置等に用いる発光装置として有用である。
【符号の説明】
【００３８】
２０        調光部材
２１        拡散板
２２        拡散シート
２３        第１調光シート
２４        第２調光シート
３０        面発光装置
３１        搭載基板
３２        発光装置
１１０      発光素子
１１２      蛍光層
１２０      プリント配線基板
１２１      絶縁基板
１２３      配線パターン
１２５      バンプ
１２７      スルーホール電極
１２９      外部端子
１３０      導光部材
１３２      レンズ部
１３２ａ    凹部
１３２ｂ    平面部
１３４      鍔部
１５１      第１の仮想面
１５２      第２の仮想面
【図１】
0005427174.tif 000002
【図２】
0005427174.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005427174.tif 000008
【図８】
0005427174.tif 000009
【図９】
0005427174.tif 000010