(57)【要約】【課題】輝度効率を向上させる。【解決手段】基板と、基板上に配置された複数の光源と、複数の光源に対向配置された波長変換部材と、基板上において複数の光源とは異なる領域に配置された反射部材とを備え、反射部材が占める基板の最表面における面積の割合が、９２％以上、９５％以下となっている。【選択図】図１
2015035336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された複数の光源と、
前記複数の光源に対向配置された波長変換部材と、
前記基板上において前記複数の光源とは異なる領域に配置された反射部材と
を備え、
前記反射部材が占める前記基板の最表面における面積の割合が、９２％以上、９５％以下となっている
直下型光源装置。
【請求項２】
前記光源は、発光素子としてＬＥＤを含む
請求項１に記載の直下型光源装置。
【請求項３】
前記光源は、青色光を発するものであり、
前記波長変換部材は、前記光源から発せられた青色光の一部を赤色光と緑色光とに変換する
請求項１に記載の直下型光源装置。
【請求項４】
前記光源は、青色光を発するものであり、
前記波長変換部材は、前記光源から発せられた青色光の一部を黄色光に変換する
請求項１に記載の直下型光源装置。
【請求項５】
前記複数の光源は、前記基板上において２次元的に配置されている
請求項１に記載の直下型光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、面光源に好適な直下型光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などに用いられるバックライトの方式には、直下方式とエッジライト方式とがある。これらのバックライトとして、近年では、光源にＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることが多くなってきている。光源としてＬＥＤを用いる場合、例えば、青色ＬＥＤの周囲を蛍光体を含む樹脂で封止することにより、青色光と蛍光体による発光光とを混合して白色光を得る方法がある。その他の方法として、光源とは別体として蛍光体層を配置することで白色光を得る方法がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８２５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの光源装置では輝度効率を高くすることが望まれる。特に、直下型の光源装置において、ＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）等の光学シート類を光源基板に対向配置し、その光学シート類からの戻り光を光源基板で反射させてリサイクル光として利用することで輝度の向上を図ろうとする場合、そのリサイクル光の利用効率が装置全体としての輝度効率に影響する。その場合、光源基板での反射効率がリサイクル光の利用効率に影響する。
【０００５】
本開示の目的は、輝度効率を向上させることができる直下型光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示による直下型光源装置は、基板と、基板上に配置された複数の光源と、複数の光源に対向配置された波長変換部材と、基板上において複数の光源とは異なる領域に配置された反射部材とを備えているものである。そして、反射部材が占める基板の最表面における面積の割合を、９２％以上、９５％以下としたものである。
【０００７】
本開示による直下型光源装置では、基板上に反射部材を備えていることで、光源からの光が基板側に戻って来た場合に、その戻って来た光のリサイクルが可能となる。そして、反射部材が基板の最表面で占める面積の割合が最適化されていることで、そのリサイクル光の利用効率が向上する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の直下型光源装置によれば、反射部材が基板の最表面で占める面積の割合を最適化するようにしたので、リサイクル光の利用効率が向上し、装置全体としての輝度効率を向上させることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施の形態に係る光源装置の一構成例を示す断面図である。
【図２】一実施の形態に係る光源装置における光源の面内配置の一例を示す平面図である。
【図３】一実施の形態に係る光源装置における光源、およびその周囲の一構成例を示す断面図である。
【図４】一実施の形態に係る光源装置における波長変換シートの一構成例を示す断面図である。
【図５】一実施の形態に係る光源装置の内部における光の進行状態の一例を示す断面図である。
【図６】波長変換シートに入射する光源からの光の進行状態の第１の例を示す説明図である。
【図７】波長変換シートに入射する光源からの光の進行状態の第２の例を示す説明図である。
【図８】波長変換シートに垂直方向から入射する光の進行状態を示す断面図である。
【図９】波長変換シートに斜め方向から入射する光の進行状態を示す断面図である。
【図１０】一実施の形態に係る光源装置における拡散部材の作用を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．構成
２．作用
２．１  光源装置全体の作用
２．２  拡散部材の作用
２．３  光源を小型化することの作用（数値実施例）
３．効果
４．その他の実施の形態
【００１１】
［１．構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る光源装置の一構成例を示している。図２は、この光源装置における光源２の面内配置の一例を示している。図３は、光源２およびその周囲の一構成例を示している。図４は、この光源装置における波長変換シート３の一構成例を示している。この光源装置は、面光源として好適で、例えば直下方式のバックライトとして利用されるものである。
【００１２】
この光源装置は、光源基板１と、複数の光源２と、波長変換部材としての波長変換シート３と、拡散部材４と、光学シート５と、反射部材としての反射シート６と、レジスト層７と、背面筐体（バックシャーシ）１０１と、中間筐体（ミドルシャーシ）１０２とを備えている。
【００１３】
背面筐体１０１の底面には光源基板１が配置されている。背面筐体１０１は、周辺部が上側に折り曲げられた形状とされ、周辺部の端部には中間筐体１０２が取り付けられている。背面筐体１０１の周辺部は、中間筐体１０２の取り付け部よりも内側部分に平坦部が形成され、その平坦部に拡散部材４の周辺部が支持されている。拡散部材４の光出射面（表面）側には波長変換シート３と、光学シート５とが配置されている。この光源装置を表示装置に適用する場合、光学シート５の光出射面（表面）側に表示パネルが配置されていてもよい。その場合、表示パネルの周辺部が中間筐体１０２に支持されてもよい。
【００１４】
波長変換シート３は、複数の光源２に対向するように配置されている。拡散部材４は、波長変換シート３と複数の光源２との間に配置されている。拡散部材４は、入射した光の角度分布を均一化するためのものである。拡散部材４としては、１枚の拡散板または１枚の拡散シートであっても良いし、２枚以上の拡散板または２枚以上の拡散シートであっても良い。
【００１５】
光学シート５は、波長変換シート３の光出射面（表面）側に配置されている。光学シート５は例えば、輝度を向上させるためのシートやフィルムで構成されている。光学シート５は、例えばプリズムシートを含んでいてもよい。光学シート５はまた、ＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）等の反射型偏光フィルムを含んでいてもよい。
【００１６】
光源基板１には、１または２以上の光源２ごとに独立した発光制御が可能となるように、図示しない配線パターンが形成されている。これにより、複数の光源２の局所的な発光制御（ローカルディミング）が可能とされている。光源基板１としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やフッ素、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などの樹脂製フィルムに配線パターンを印刷したものを用いることができる。その他、表面にポリイミドやエポキシ系などの絶縁性樹脂層が形成された、アルミニウム（Ａｌ）などのメタルベース基板の当該絶縁性樹脂層上に光反射性を有する材質の配線パターンを印刷したものを用いてもよい。また、ＦＲ４（ガラスエポキシ樹脂）やＣＥＭ３（ガラスコンポジット樹脂）などのガラス含有樹脂からなるフィルム基材上に光反射性を有する材質の配線パターンを印刷したものとしてもよい。光反射性を有する材質としては、例えばＡｌ，銀（Ａｇ）あるいはこれらの合金等が挙げられる。
【００１７】
光源基板１上には、レジスト層７と、反射シート６とが順番に配置されている。反射シート６は、光源基板１上における複数の光源２が配置された面内領域とは異なる面内領域に配置されている。
【００１８】
レジスト層７は、光源２からの光および波長変換シート３によって波長変換された光に対して反射率が比較的高い白色のレジスト層となっている。白色のレジストとしては、例えば酸化チタン（ＴｉＯ2）微粒子や硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）微粒子などの無機材料、光散乱のための無数の孔を有する多孔質アクリル樹脂微粒子やポリカーボネイト樹脂微粒子などの有機材料が挙げられる。
【００１９】
反射シート６は、光源２からの光および波長変換シート３によって波長変換された光に対して高い反射率を有している。反射シート６は、高い反射率を有する材料として、Ａｇを含んでいてもよい。反射シート６には、図２および図３に示したように、光源２を配置するための抜き穴６１が形成されている。
【００２０】
抜き穴６１が形成された面内領域において、光源２の周囲はレジスト層７が剥き出しの状態となる。従って、光源基板１の最表面は、抜き穴６１以外の面内領域が反射シート６となり、抜き穴６１が形成された面内領域は主として光源２およびレジスト層７となる。
ここで、リサイクル光の利用効率（光源基板１の反射効率）を向上させるために、光源基板１の最表面において、光源２およびレジスト層７が占める面積の割合を小さくし、反射シート６が占める面積の割合を大きくすることが好ましい。具体的には、後述する数値実施例に示すように、反射シート６が占める面積の割合が、９２％以上、９５％以下となっていることが好ましい。
【００２１】
光源２は、図２に示したように、光源基板１上において２次元的に配置されている。光源２は、図３に示したように、発光素子２１と、パッケージ２２と、封止材２３とを有している。パッケージ２２は、凹形状の収容部を有し、その凹形状の収容部の底面に発光素子２１が配置されている。凹形状の収容部には封止材２３が充填されている。発光素子２１は、例えば点光源であり、具体的にはＬＥＤにより構成されている。パッケージ２２は、図示しないリードフレーム等からなる外部電極を介して光源基板１に半田等により実装されている。パッケージ２２における凹形状の収容部の表面は、発光素子２１からの光に対して高い反射率を有していることが好ましい。凹形状の収容部の表面は例えば、高い反射率を有する材料として、Ａｇを含んでいてもよい。封止材２３は、例えばシリコーンやアクリルなどの透明樹脂で構成されている。
【００２２】
波長変換シート３は、図４に示したように、波長変換物質３１を含んでいる。波長変換物質３１は、例えば、蛍光顔料や蛍光染料などの蛍光体（蛍光物質）、または量子ドットを含んでおり、光源２からの光によって励起され、蛍光発光等の原理により、光源２からの光を原波長とは異なる別波長の光に波長変換し、これを放出するものである。
【００２３】
光源２は例えば青色光源（例えば、波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍ）であり、波長変換物質３１は光源２の青色光を吸収して、その一部を赤色光（例えば、波長６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、または緑色光（例えば、波長４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ）に変換する。この場合、光源２の光が波長変換物質３１を通過することにより、赤色，緑色および青色の光が合成されて白色光が生成される。波長変換物質３１はまた、青色光を吸収して、その一部を黄色光に変換するものであってもよい。この場合、光源２の光が波長変換物質３１を通過することにより、黄色および青色の光が合成されて白色光が生成される。
【００２４】
波長変換物質３１は、量子ドットを含むことが好ましい。量子ドットは、長径１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の粒子であり、離散的なエネルギー準位を有している。量子ドットのエネルギー状態はその大きさに依存するので、サイズを変えることにより自由に発光波長を選択することが可能となる。また、量子ドットの発光光はスペクトル幅が狭い。このような急峻なピークの光を組み合わせることにより色域が拡大する。従って、波長変換物質３１に量子ドットを用いることにより、容易に色域を拡大することが可能となる。更に、量子ドットは応答性が高く、光源２の光を効率良く利用することが可能となる。加えて、量子ドットは安定性も高い。量子ドットは、例えば、１２族元素と１６族元素との化合物、１３族元素と１６族元素との化合物あるいは１４族元素と１６族元素との化合物であり、例えば、ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＺｎＳ，ＣｄＳ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅまたはＣｄＨｇＴｅ等である。
【００２５】
［２．作用］
（２．１  光源装置全体の作用）
図５は、この光源装置の内部における光の進行状態の一例を示している。この光源装置では、光源２から発せられた光ＬＢ（例えば青色光）の一部が、波長変換シート３内の波長変換物質３１（図４）によって波長変換（発光）された光ＬＹとなる。波長変換された光ＬＹは、例えば赤色光と緑色光、または黄色光である。波長変換された光ＬＹは、波長変換シート３から平均的に全方位に均等に反射して出射する。光源２から発せられた光ＬＢのうち、波長変換物質３１に当たり吸収されなかった光ＬＢ３も波長変換シート３から平均的に全方位に均等に出射する。光源２から発せられた光ＬＢのうち、波長変換物質３１に当たらなかった光ＬＢ２は波長変換シート３からそのままの状態で出射される。これら波長変換されなかった光ＬＢ２，ＬＢ３のうち前方に向かう光と波長変換された光ＬＹのうち前方に向かう光とが合成されて白色光が生成され、前方（光源装置の外部）に出射される。
【００２６】
また、波長変換されなかった光ＬＢ２，ＬＢ３のうち一部は波長変換シート３から後方（基板１側）に向かう光（下向きの光ＬＢ１）となる。また、波長変換されなかった光ＬＢ２，ＬＢ３のうち前方に向かう光の一部はＤＢＥＦ等の光学シート５による回帰光となって、下向きの光ＬＢ１となる。下向きの光ＬＢ１は、光源基板１の表面（主として反射シート６）で反射されて再び波長変換シート３に向かい、一部が波長変換される。同様に、波長変換された光ＬＹのうち下向きの光ＬＹ１は、光源基板１の表面で反射されて前方に向かう光となる。このように下向きの光ＬＢ１，ＬＹ１は、光源基板１の表面で反射されて白色光を生成するためのリサイクル光となる。下向きの光ＬＢ１，ＬＹ１のリサイクルは例えば４，５回に亘って行われることもある。従って、光源装置から出射される白色光の最終的な輝度は、リサイクル光も含めたもので成り立っている。
【００２７】
（２．２  拡散部材４の作用）
図６〜図１０を参照して拡散部材４の作用を説明する。図６は、波長変換シート３に入射する光源２からの光の進行状態の第１の例を示している。図７は、波長変換シート３に入射する光源２からの光の進行状態の第２の例を示している。図６および図７では拡散部材４を省略した構成を示している。図８は、波長変換シート３に垂直方向から入射する光の進行状態を示している。図９は、波長変換シート３に斜め方向から入射する光の進行状態を示している。図１０は、拡散部材４の作用を示している。
【００２８】
図６は、複数の光源２の配置間隔Ｄが適当な間隔で最適化されていると共に、複数の光源２と波長変換シート３との距離Ｈが適当な値に最適化されている場合を示している。この場合、波長変換シート３において、例えば光源２の直上の領域８１では、光源２からの光の垂直成分Ｌ１と斜め成分Ｌ２とが均等に混じり合って白色光が生成される。拡散部材４を配置しない場合において、光源２からの光の垂直成分Ｌ１と斜め成分Ｌ２とが均等に混じり合う状態にするためには、複数の光源２の配置間隔Ｄをある程度、小さくする必要がある。また、複数の光源２と波長変換シート３との距離Ｈをある程度、長くする必要がある。
【００２９】
一方、図７は、図６の状態に比べて、複数の光源２の配置間隔Ｄが大きく、また、複数の光源２と波長変換シート３との距離Ｈが短くなった場合を示している。この場合、例えば光源２の直上の領域８２では、光源２からの光の垂直成分Ｌ１の割合が多くなる。また、例えば光源２の直上から外れた領域８３では、光源２からの光の斜め成分Ｌ２の割合が多くなる。ここで、図８および図９に示したように、波長変換シート３の内部において垂直成分Ｌ１が通過する光路と、斜め成分Ｌ２が通過する光路とでは光路差が生じ、光が波長変換物質３１に当たる割合に差が生じる。このため、波長変換物質３１によって波長変換される光の割合に差が生じる。斜め成分Ｌ２が通過する光路の方が垂直成分Ｌ１が通過する光路に比べて長いため、波長変換物質３１によって波長変換される光の割合が多くなる。これにより、光源２の直上の領域８２と光源２の直上から外れた領域８３とでは、色度差がある色むらが発生してしまう。
【００３０】
波長変換シート３の入光側に拡散部材４を配置することによって、上記した色むらの発生を抑制することができる。例えば図１０に示したように、拡散部材４に斜め成分Ｌ２が入射した場合、光が拡散されて、光の角度分布がある程度均一化される。これにより、斜め成分Ｌ２の割合が減り、色むらの発生が抑制される。
【００３１】
（２．３  光源を小型化することの作用（数値実施例））
複数の光源２の配置間隔Ｄが広すぎる場合、波長変換シート３において、光源２の直上の領域と、隣り合う光源２の間の領域とでは輝度に差が生じ、輝度むらが発生する。以下、このような輝度むらを「粒むら」と称する。この粒むらを解消するためには、光源２の個数をある程度、増やす必要がある。一方で、光源２の個数を増やしすぎると、その分だけ、反射シート６に設ける抜き穴６１（図２および図３参照）の個数も増えるため、反射シート６の面積が減ることになり、リサイクル光の利用効率が低下する。このため、全体として輝度の低下が発生する。光源２の個数を増やしつつ、リサイクル光の利用効率（光源基板１の反射効率）を低下させないためには、光源２自体の大きさを小さくすることが考えられる。ただし、光源２自体の大きさを小さくすることは、発光素子２１のサイズも小さくすることにつながる。発光素子２１のサイズを小さくすると、所定の輝度を得るために発光素子２１に流す電流値が上がり、発光効率の悪い領域で発光素子２１を使用することになる。従って、発光効率を低下させない範囲で光源２を小型化することが求められる。
【００３２】
光源２の大きさを変えた場合の輝度効率の違いを具体的にシミュレートした結果を［表１］，［表２］に示す。
【００３３】
（計算条件）
【００３４】
光源２としてのＬＥＤのパッケージサイズ（ＰＫＧサイズ）は以下のものとして計算した。
通常サイズ：３．２ｍｍ×２．８５ｍｍ
小型サイズ１（小型１）：４ｍｍ×２ｍｍ
小型サイズ２（小型２）：３ｍｍ×１．４ｍｍ
【００３５】
光源装置としての全体の大きさは５５インチとし、粒むらを解消するために必要な光源２の個数は、以下のものとして計算した。
光源２（ＬＥＤ）の個数：１３６０個
【００３６】
各サイズに共通の構成として、拡散部材４のほかに、光学シート５として、クロス配置された２枚のプリズムシートと、ＤＢＥＦとを配置している。また、光源２と波長変換シート３との光学距離を１６ｍｍとしている。
【００３７】
その他の条件として、以下の数値を用いた。
反射シート６の反射率：９８％
レジスト層７の反射率：７０％
ＬＥＤパッケージの反射率：９０％
【００３８】
なお、上述したように、反射シート６には、光源２を配置するための抜き穴６１が形成されている。従って、抜き穴６１の領域において、光源２の周囲にはレジスト層７の剥き出し面が存在する。［表１］には、各サイズにつき、光源基板１の最表面において、ＬＥＤパッケージ、レジスト層７の剥き出し面、および反射シート６が占めるそれぞれの面積率を計算した結果を示している。
【００３９】
［表２］には、光源基板１上の最表面の全領域、全体としての反射率を、トータル（ＴＴＬ）反射率として示している。また、上述したように、光源基板１と、波長変換シート３および光学シート５との間では、光源基板１上で反射することで光のリサイクルがなされる。本願発明者は、実験により、４回のリサイクルによって光源装置としての輝度が成立することを確認している。すなわち、光源基板１上で４回の反射があることから、ＴＴＬ反射率の４乗を計算している。この４乗のＴＴＬ反射率の値が最終的な輝度に対応する。［表２］には、最終的な輝度の差を比べるために、各ＬＥＤパッケージのサイズごとに、４乗のＴＴＬ反射率を比較、計算した結果を示している。
【００４０】
シミュレートした結果から、小型サイズのＬＥＤパッケージを用いた場合の方が輝度が向上することが分かる。小型サイズのＬＥＤパッケージを用いた場合、［表１］に示したように、光源基板１の全体の面積に対して反射シート６が占める面積の割合は、９２％以上、９５％以下となる。この場合、通常サイズのＬＥＤパッケージを用いた場合に比べて、反射シート６の面積を増やすことができ、リサイクル光の利用効率を上げることができる。このため、光源装置全体としての輝度を向上させることができる。
【００４１】
【表１】
2015035336.tif 000003
【００４２】
【表２】
2015035336.tif 000004
【００４３】
［３．効果］
以上のように、本実施の形態によれば、反射シート６が光源基板１の最表面で占める面積の割合を最適化するようにしたので、リサイクル光の利用効率が向上し、装置全体としての輝度効率を向上させることができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【００４４】
＜４．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
【００４５】
例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
基板と、
前記基板上に配置された複数の光源と、
前記複数の光源に対向配置された波長変換部材と、
前記基板上において前記複数の光源とは異なる領域に配置された反射部材と
を備え、
前記反射部材が占める前記基板の最表面における面積の割合が、９２％以上、９５％以下となっている
直下型光源装置。
（２）
前記光源は、発光素子としてＬＥＤを含む
上記（１）に記載の直下型光源装置。
（３）
前記光源は、青色光を発するものであり、
前記波長変換部材は、前記光源から発せられた青色光の一部を赤色光と緑色光とに変換する
上記（１）または（２）に記載の直下型光源装置。
（４）
前記光源は、青色光を発するものであり、
前記波長変換部材は、前記光源から発せられた青色光の一部を黄色光に変換する
上記（１）または（２）に記載の直下型光源装置。
（５）
前記複数の光源は、前記基板上において２次元的に配置されている
上記（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の直下型光源装置。
【符号の説明】
【００４６】
１…光源基板、２…光源、３…波長変換シート、４…拡散部材、５…光学シート、６…反射シート、７…レジスト層、２１…発光素子、２２…パッケージ、２３…封止材、３１…波長変換物質、６１…抜き穴、８１…領域、８２…領域、８３…領域、１０１…背面筐体（バックシャーシ）、１０２…中間筐体（ミドルシャーシ）、Ｌ１…垂直成分、Ｌ２…斜め成分、ＬＢ…光、ＬＢ１…下向きの光、ＬＢ２…光、ＬＹ…波長変換された光、ＬＹ１…下向きの光、Ｄ…配置間隔、Ｈ…距離。
【図１】
2015035336.tif 000005
【図２】
2015035336.tif 000006
【図３】
2015035336.tif 000007
【図４】
2015035336.tif 000008
【図５】
2015035336.tif 000009
【図６】
2015035336.tif 000010
【図７】
2015035336.tif 000011
【図８】
2015035336.tif 000012
【図９】
2015035336.tif 000013
【図１０】
2015035336.tif 000014