(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子が行と列で配列された発光素子マトリクスを有する基板を複数含む面光源装置であって、
前記発光素子マトリクスは、複数の発光素子が行と列で配列された第１マトリクスと、
前記第１マトリクス内の相互に隣接した４つの発光素子が成す四角形の内部に各発光素子が前記４つの発光素子と成すそれぞれの角度θが行方向の軸を基準として４５°≦θ≦５５°の条件を満たして位置するよう複数の発光素子が行と列で配列された第２マトリクスと、を含み、
前記発光素子マトリクス内の発光素子から隣接した他の発光素子までの距離中、前記角度の条件を満たす対角方向に位置した他の発光素子までの距離Ｐ１は２５ｍｍ≦Ｐ１≦２９ｍｍの条件を満たし、行方向に位置した他の発光素子までの距離Ｐ２は３４ｍｍ≦Ｐ２≦３８ｍｍの条件を満たし、
前記行の方向及び前記列の方向のそれぞれの方向において、複数の前記基板が隣接して配置され、
前記基板上に配列された前記発光素子マトリクスは１８０度回転させたときに異なる配列をとる非対称の構造で配列され、
前記複数の基板のうち行方向に隣接して配置される基板は同一の発光素子マトリクスの配列構造を有し、列方向に隣接して配置される基板は基板の発光素子マトリクスの配列構造が列方向において交互に１８０度回転された状態の配列構造を有することを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記第２マトリクス内の発光素子は、前記四角形の内部の中央に位置することを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記発光素子は、白色光を発光することを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記発光素子の光放出の経路上に配置された拡散シートをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記発光素子は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項６】
ＬＣＤパネルの後面に付着されたＬＣＤバックライトユニットであって、
請求項１に記載の面光源装置と、
前記面光源装置のＬＣＤパネル側に備えられ、前記面光源装置から入射した光を均一に拡散させる拡散シートと、
前記拡散シートのＬＣＤパネル側に備えられ、前記拡散シートから拡散した光を前記ＬＣＤパネルの平面に垂直な方向に集光する少なくとも一つの集光シートと、
を含むことを特徴とするＬＣＤバックライトユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置及びこれを備えるＬＣＤバックライトユニットに関するもので、さらに詳しくは、複数の発光素子の配置構造及び間隔を最適化して発光素子の数を減らしながら高効率の面光源装置及びこれを備えるＬＣＤバックライトユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は電流が加わるとｐ、ｎ型半導体の接合部分で電子と正孔の再結合により、様々な色の光を発生させることの出来る半導体装置である。このようなＬＥＤは、フィラメントに基づいた発光素子に比べて長い寿命、低い電源、優れた初期駆動特性、高い振動抵抗及び反復的な電源断続に対する高い公差などの種々の長所を有するため、その需要が増加し続けており、特に最近は、青色系列の短波長領域で発光が可能なＩＩＩ族窒化物半導体が脚光を浴びている。
【０００３】
従来のＬＣＤのバックライトの光源として使われた冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ: ＣＣＦＬ）は、水銀ガスを使用するために環境汚染を誘発することがあり、応答速度が遅くて色再現性が低いというだけでなく、ＬＣＤパネルの軽薄短小化に適していないという短所がある。
【０００４】
これに比べてＬＥＤは環境に優しく、応答速度が数ナノ秒と高速な応答が可能であり、ビデオ信号ストリームに効果的で、インパルシブ（Ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ）駆動が可能である。さらに、ＬＥＤは色再現性が１００％以上で、赤色、緑色、青色ＬＥＤの光量を調整して輝度、色温度などを任意で変更することが出来るだけでなく、ＬＣＤパネルの軽薄短小化に適した長所を有するため、最近ＬＣＤパネルなどのバックライト用光源として積極的に採用されているのが実情である。
【０００５】
このようにＬＥＤを採用したＬＣＤバックライトは、光源の位置によってエッジ型バックライトと直下型バックライトとに分けることが出来る。エッジ型バックライトは、横方向に長いバー状の光源が側面に位置し、導光板を用いてＬＣＤパネルの前面に光を照射する方式を採用したものである。また、直下型バックライトは、ＬＣＤパネルの下部に位置してＬＣＤパネルとほぼ同一な面積を有する面光源から直接ＬＣＤパネルの前面に光を照射する方式を採用したものである。
【０００６】
図１は、従来の技術による面光源装置の発光素子の配列構造を説明するための図である。従来の直下型ＬＣＤパネルに使われる面光源装置１００は、図１に示された通り、基板１０１上に複数のＬＥＤ１０２が行と列で配列された構造を有する。図１では特に、複数のＬＥＤ１０２は、隣接した４つのＬＥＤ１０２が正方形を成すよう配列されている。
【０００７】
面光源装置１００においては、基板１０１が８個のブロックに分けられており、各ブロック当たり１８個のＬＥＤ１０２が配置され、基板１０１の全体としては、１４４個のＬＥＤ１０２を含んでいる。ここで、図１に示された通り、全体基板１０１のサイズは４５３ｍｍ×１２４ｍｍである。
【０００８】
但し、このような配列構造は、同一の発光面積をカバーするために使われるＬＥＤの数が必要以上に多いという問題がある。
【０００９】
さらに、ＬＥＤ１０２と隣接した領域と、遠く離れた領域、具体的には、隣接した４つのＬＥＤ１０２が成す正方形の真ん中の領域とは明るさの差が大きい。即ち、多数のＬＥＤ１０２が配列される場合には明るさの均一性に大きな問題は無いものの、上記のように効率を図るためにＬＥＤの数を減らす場合には隣接したＬＥＤ間の距離が遠くなり明るさ分布の変化をもたらすことがある。
【００１０】
そこで、ＬＣＤパネルなどに使われる面光源装置に係わり、面光源装置に使われる発光素子の数を減らして装置の効率性を高め、明るさの差が大きくない、即ち、輝度の均一度を確保することの出来る方案が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、本発明の目的の一つは、複数の発光素子の配置構造及び間隔を最適化して発光素子の数を減らすとともに高効率の面光源装置及びこれを備えるＬＣＤバックライトユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成すべく、本発明の一側面は、基板上に複数の発光素子が行と列で配列された発光素子マトリクスを有する基板を複数含む面光源装置であって、上記発光素子マトリクスは、複数の発光素子が行と列で配列された第１マトリクスと、上記第１マトリクス内の相互に隣接した４つの発光素子が成す四角形の内部に各発光素子が４つの発光素子と成すそれぞれの角度θが行方向の軸を基準として４５°≦θ≦５５°の条件を満たして位置するよう複数の発光素子が行と列で配列された第２マトリクスと、を含み、上記発光素子マトリクス内の発光素子から隣接した他の発光素子までの距離中、角度の条件を満たす対角方向に位置した他の発光素子までの距離Ｐ１は２５ｍｍ≦Ｐ１≦２９ｍｍの条件を満たし、行方向に位置した他の発光素子までの距離Ｐ２は３４ｍｍ≦Ｐ２≦３８ｍｍの条件を満たし、行の方向及び列の方向のそれぞれの方向において、複数の基板が隣接して配置され、基板上に配列された発光素子マトリクスは１８０度回転させたときに異なる配列をとる非対称の構造で配列され、複数の基板のうち行方向に隣接して配置される基板は同一の発光素子マトリクスの配列構造を有し、列方向に隣接して配置される基板は基板の発光素子マトリクスの配列構造が列方向において交互に１８０度回転された状態の配列構造を有することを特徴とする面光源装置を提供する。
【００１３】
好ましくは、上記第２マトリクスに含まれた発光素子は、上記四角形の内部の真ん中に位置する。また、上記発光素子は白色光を発光するものでもよく、これによって、上記面光源装置を照明器具などに使用することが出来る。
【００１４】
さらに、上記発光素子の光放出経路上に配置された拡散シートをさらに含んでいてもよい。また、上記発光素子はＬＥＤであることが好ましい。
【００１５】
本発明の他の側面は、ＬＣＤパネルの後面に付着されたＬＣＤバックライトユニットであって、上記面光源装置と、上記面光源装置のＬＣＤパネル側に備えられ、上記面光源装置から入射した光を均一に拡散させる拡散シート及び上記拡散シートのＬＣＤパネル側に備えられ、上記拡散シートから拡散した光を上記ＬＣＤパネルの平面に垂直な方向に集光する少なくとも一つの集光シートを含むＬＣＤバックライトユニットを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の発光素子の配置構造及び間隔を最適化して発光素子の数を減らすとともに高効率の面光源装置及びこれを備えるＬＣＤバックライトユニットを提供することが出来る。さらに、本発明によると、面光源装置の輝度が全体的に均一になるようにすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、本発明の実施形態は様々な形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態により限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、当業界で平均的な知識を有する者に対して本発明をより完全に理解してもらうよう提供される。従って、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のため誇張されることがあり、図面上の同一符号で表される要素は同一の要素である。
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態による面光源装置の発光素子配列構造を表した概略図である。本実施形態による面光源装置２００は基板２０１上に配列された複数の発光素子２０２を備えて構成される。
【００１９】
図２に示された通り、発光素子２０２の配列構造は、行と列で配列されたマトリクスであり、それぞれの行と列はジグザグ状を有する。これの構造は、複数の発光素子が一直線上に行と列で配列された第１マトリクスの内部に同一な形態の第２マトリクスが配置された構造であり、上記第１マトリクス内の隣接した４つの発光素子が成す四角形の内部に上記第２マトリクスの各発光素子が位置している。
【００２０】
本実施形態の場合、図１に図示された従来の技術による面光源装置のように、８個のブロックで構成されサイズが４５３ｍｍ×１２４ｍｍの基板２０１を使用した。
【００２１】
図２に図示された通り、上記基板２０１に配置された発光素子２０２の数はブロック当たり９個ずつ、計７２個である。これを図１の面光源装置で使われた発光素子と比較すると、本実施形態の場合、発光素子の数を減らすことができ、これによって、製造コストの低減に大きく寄与することが出来る。
【００２２】
また、図５ａおよび図５ｂを用いて後述する通り、面光源装置２００は、発光素子２０２の配列構造が最適化されることにより発光素子数が減少するが、それによる輝度の低下が大きくないようにしたことを特徴とする。
【００２３】
図３を参照して、本実施形態による発光素子の配置構造をさらに詳しく説明する。図３は、図２に示された面光源装置において一つのブロックを拡大図示したものである。
【００２４】
本実施形態の場合、上記第２マトリクス内の発光素子は、四角形を成しており、かつ、それぞれの発光素子と上記４つの発光素子との成す角度θが、４５°≦θ≦５５°の条件を満たす。これはジグザグ配列で４角形の配列構造内に配置される発光素子の相対的位置が上記４つの発光素子とバランスをとるようにするためである。これによって、後述の通り、従来の技術のように碁盤目状に発光素子が配置された場合に比べて輝度分布の均一度の向上を期待することが出来る。
【００２５】
本実施形態では、上記のような発光素子間の角度条件の他に、隣接した発光素子２０２間の距離Ｐ１，Ｐ２も、面光源装置２００の輝度均一度を確保するために最適化される。
【００２６】
具体的には、本実施形態の場合、発光素子２０２は隣接した他の発光素子中、対角方向に位置した発光素子までの距離Ｐ１が、２５ｍｍ≦Ｐ１≦２９ｍｍの条件を満たす。さらに、発光素子２０２は、隣接した他の発光素子中、行方向に位置した発光素子までの距離Ｐ２が、３４ｍｍ≦Ｐ２≦３８ｍｍの条件を満たす。
【００２７】
このような距離条件より発光素子間の距離Ｐ１，Ｐ２が近い場合には、輝度及び輝度均一度の側面では有利であるが、同一面積の基板に使われる発光素子の数も増加するため、発光素子の数を減らすとともに輝度及び輝度均一度の減少を最少化しようとする本発明の目的には合わない。
【００２８】
上記のような距離条件より発光素子間の距離Ｐ１，Ｐ２が遠い場合は、これと逆となる。即ち、上記Ｐ１，Ｐ２がそれぞれ２９ｍｍ、３８ｍｍより大きい場合には、使われる発光素子数の減少という点では有利であるが、輝度及び輝度均一度の低下が目立つ可能性がある。
【００２９】
本実施形態で、発光素子間の距離Ｐ１，Ｐ２が特に重要な理由は、従来の場合に比べて面光源装置に使われる発光素子の数を減らす過程で発光素子間の距離が遠くなることが避けられないためである。例えば、図１のように一般に使われる発光素子の配列構造の場合、隣接した発光素子間の距離は、横方向に２３.００ｍｍ〜２７.００ｍｍ程度で、縦方向に２０．００ｍｍ〜２７．００ｍｍ程度となるが、これは上述の本実施形態の発光素子間の距離に比べて短い距離に該当する。
【００３０】
このように、本実施形態による面光源装置の場合、発光素子間の距離が大きくなるほど輝度が低くなり、さらに、発光素子の中間地点の付近では輝度が非常に低い暗部が生じることがあって輝度均一も低くなる。
【００３１】
本実施形態で提示された上記Ｐ１，Ｐ２に対する数値範囲は、なるべく発光素子を少なくしながらも発光素子の減少による輝度の減少を最少にするための条件を考えたものである。
【００３２】
一方、本実施形態の場合、いずれか一つの発光素子Ｌを基準として上記角度θが４５°で、行軸方向にある他の発光素子も上記角度θ条件を満たすと仮定すると、上記Ｐ１とＰ２は三角関数を利用して容易に決定することが出来る。例えば、Ｐ１が２５ｍｍの場合、Ｐ２の半分に該当する長さはＰ１を斜辺とする直角二等辺三角形で直角を挟んでいる辺の長さに該当し、本例では、Ｐ２は約３５ｍｍとなる。
【００３３】
このように、発光素子で構成された行と列を一直線上に配置せず、ジグザグに配置することにより、同一の発光面積に対して約１５％〜２５％程度発光素子の数を減らすことが出来る。
【００３４】
一方、発光素子２０２は特に制限して選択されるものではないが、一般としてＬＥＤを使用することができ、さらに、光源装置として広く使われるため白色光が発光できる素子が採用されることが好ましい。
【００３５】
具体的には、発光素子２０２はＬＥＤを構成する活性層から青色光を発光し、そのＬＥＤの光放出経路上に黄色の蛍光物質が塗布された構造とすることが出来る。
【００３６】
上記のような本発明の面光源装置はＬＣＤパネルの後面光を照射するＬＣＤバックライトユニット３００に採用されることが出来る。
【００３７】
図４は、本発明の一実施形態によるＬＣＤバックライトユニット３００を図示した分解側面図である。図４に図示された通り、ＬＣＤパネルの後面に付着された本発明によるＬＣＤバックライトユニット３００は、前述の面光源装置１を備え、面光源装置１のＬＣＤパネル３１０側に備えられ、面光源装置１から入射した光を均一に拡散させる拡散シート３１６を含む。
【００３８】
そして、拡散シート３１６のＬＣＤパネル３１０側に備えられ、拡散シート３１６から拡散した光をＬＣＤパネル３１０の平面に垂直な方向に集光する少なくとも一つの集光シート３１４などを含んで構成される。さらに、ＬＣＤバックライトユニット３００は、集光シート３１４上に配置され、下部の光学構造物を保護するための保護シート３１２を含むことが出来る。
【００３９】
また、面光源装置１は、基板３５１と、基板３５１上に前述のマトリクス構造で配置された複数個の発光素子３５２を含む。さらに、基板３５１の上面の周りで、上記マトリクス構造で配置された発光素子３５２を囲うよう形成され、発光素子３５２が配置された方向に傾斜面を有する側壁３５４と、基板３５１の上面に形成され発光素子３５２から放出された光を上部に反射する反射層３５６をさらに備えることが出来る。
【００４０】
そして、側方向に放出される光を上部に放出できるよう側壁３５４の傾斜面にも反射物質３５４ａが塗布されることが好ましい。
【００４１】
一方、面光源装置１の上部に位置した拡散シート３１６は、面光源装置１から入射される光を分散させることにより、光が部分的に密集することを防ぐ。また、拡散シート３１６は第１集光シート３１４ａ側に進行する光の方向を調整して第１集光シート３１４ａに対する傾斜角を減らす役割も共に果たす。この場合、上述の通り、面光源装置１に含まれた発光素子３５２から拡散シート３１６までの距離は光学長さに該当するため、発光素子３５２の配置構造によって定められることが出来る。逆に発光素子３５２から拡散シート３１６までの距離によって発光素子３５２の配置構造を定めることも出来る。
【００４２】
第１集光シート３１４ａと第２集光シート３１４ｂはそれぞれ上部面に三角柱状のプリズムが一定な配列を有して形成され、第１集光シート３１４ａのプリズム配列と第２集光シート３１４ｂのプリズム配列は、相互所定の角度（例えば、９０°）に交差するよう配置される。第１集光シート３１４ａ及び第２集光シート３１４ｂはそれぞれ拡散シート３１６から拡散した光をＬＣＤパネル３１０の平面に垂直な方向に集光する役割を果たし、これによって第１集光シート３１４ａ及び第２集光シート３１４ｂを通過した光の保護シート３１２に対する垂直入射性がほぼ完璧に得られる。これによって、第１集光シート３１４ａ及び第２集光シート３１４ｂを通過する光は殆ど垂直に進行することとなり、保護シート３１２上の輝度分布は均一に得られる。図４には２個の集光シートを使用する一例を図示したが、場合によって一つの集光シートのみ使用する場合もある。
【００４３】
第２集光シート３１４ｂの上部に形成される保護シート３１２は、第２集光シート３１４ｂの表面を保護する役割を果たすだけでなく、光の分布を均一にするため光を拡散させる役割を果たす。ＬＣＤパネル３１０は保護シート３１２上に設けられる。
【００４４】
このように、本実施形態によるＬＣＤバックライトユニット３００は、放出光の輝度分布が均一化した面光源装置１において採用され、ＬＣＤパネルの領域による明るさの変化を最少化することが出来る。
【００４５】
最後に、図５ａおよび図５ｂは従来の技術による面光源装置（図１の実施形態）と本発明の一実施形態にかかる面光源装置（図２の実施形態）の輝度分布を比較するためのグラフ図である。これらは上記面光源装置の輝度及び輝度分布の均一度を比較するためのもので、上記面光源装置を図４のようなバックライトユニットに具現してその発光特性を表したものである。
【００４６】
図５ａに示されたグラフは、従来の技術による面光源装置から放出された光の輝度分布を光放出方向に垂直な方向に対して表したものであり、図５ｂに示されたグラフは、本発明の実施形態にかかる面光源装置から放出された光の輝度分布を示したものである。ここで、図５ａおよび図５ｂに示されたグラフの横軸は面光源装置の発光素子マトリクスにおいて行方向を表す。
【００４７】
図５ａおよび図５ｂに示された２つのグラフを参照すると、従来の面光源装置の輝度が約１２０００Ｃｄ／ｍ２で、本実施形態による面光源装置の輝度は約１００００Ｃｄ／ｍ２である。従って、本実施形態の場合、従来に比べて輝度が約１７％程度減少したことがみられるが、これは上述した通り、基板に配置された全体発光素子の数が減ったことを考えると、効率性は大きく向上されたと言える。
【００４８】
また、従来の技術に比べて発光素子の数の減少により平均的な発光素子間の距離が遠くなったにも係わらず輝度分布の均一性は全く問題にならず、かえって以前より向上されたことが確認できる。
【００４９】
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で、当技術分野の通常の知識を有する者により様々な形態の置換、変形及び変更が可能で、これもまた本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来の技術による面光源装置で発光素子の配列構造を表した概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による面光源装置の発光素子の配列構造を表した概略図である。
【図３】図２に図示された面光源装置で一つのブロックを拡大図示したものである。
【図４】本発明の一実施形態によるＬＣＤバックライトユニットを図示した分解側面図である。
【図５ａ】従来の技術による面光源装置の輝度分布を示すグラフ図である。
【図５ｂ】本発明の一実施形態にかかる面光源装置の輝度分布を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  面光源装置
２０１  基板
２０２  発光素子
３１０  ＬＣＤパネル
３１２  保護シート
３１４  集光シート
３１６  拡散シート
【図１】
0005017216.tif 000002
【図２】
0005017216.tif 000003
【図３】
0005017216.tif 000004
【図４】
0005017216.tif 000005
【図５ａ】
0005017216.tif 000006
【図５ｂ】
0005017216.tif 000007