JP4618043B2

JP4618043B2 - 面発光装置

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Publication number: JP4618043B2
Application number: JP2005232378A
Authority: JP
Inventors: 公司中野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: US20070035968A1; JP2007048624A; US7513641B2

Description

本発明は面発光装置、例えば、液晶のバックライト用に用いられる面発光装置に関する。

近年、複数の発光ダイオードを用いて構成した面発光装置が開発され、例えば、携帯電話の液晶ディスプレイ等の比較的小型の液晶のバックライト用に広く用いられるようになってきている。また、最近では、液晶テレビ用の極めて大型の液晶ディスプレイに用いられるバックライトを発光ダイオードにより実現することが検討されている（例えば、非特許文献１）。
柿沼孝一郎、他５名、"液晶テレビ初のＬＥＤバックライト色再現範囲は１．５倍に拡大"日経エレクトロニクス、日本、2004.12.20, 123-129.

しかしながら、発光ダイオードを用いて構成した液晶テレビ用の大型バックライトは、色の再現範囲が広いという利点がある一方、輝度ムラがあり、均一な面発光を得ることが困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、大型でかつ均一な面発光が得られるバックライト用の面発光装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係る面発光装置は、マトリクス状に配列された複数の光源と、該複数の光源に対向するように配置されて前記光源からの光の一部を透過させ一部を反射させる拡散シートと、隣接する光源間に配置された反射板とを有する面発光装置において、前記光源はそれぞれ各中心軸方向の強度が最も高くなるような指向性を有し、前記反射板は、各光源にそれぞれ対応してその光源の周りに設けられた単位反射部の集合体からなり、その単位反射部はそれぞれ対応する前記光源の前記中心軸と前記拡散シートの表面との交点又はその近傍に焦点を有する曲面からなることを特徴とする。

以上のように構成された本発明に係る面発光装置は、前記反射板が各光源にそれぞれ対応して設けられた前記単位反射部の集合体からなり、その単位反射部がそれぞれ対応する光源の前記中心軸上に焦点がある曲面からなっているので、前記拡散シートによって反射される光を利用して面内の発光強度均一性を向上させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態のバックライト用の面発光装置について説明する。
図１は、本実施の形態の面発光装置の平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線についての断面図であり、図３は、本発明の原理を説明するために模式的な断面図であり、図２の一部をさらに拡大して示している。

この実施の形態の面発光装置は、例えば、液晶テレビ等の大型液晶ディスプレイのバックライトとして使用されるものであり、図１に示すように、所定の配列で配置された多数の発光ダイオード１を用いて構成されている。

詳細に説明すると、実施の形態の面発光装置において、複数の発光ダイオード１は、基板１２上に所定の配列になるように配置される。この発光ダイオード１が配列された基板１２は、筐体１００の底部に、例えば、アルミ板１１を介して取り付けられる。ここで、アルミ板１１は、放熱、熱拡散、実装基板の補強及び固定のために設けられる。

また、本実施の形態の面発光装置では、配列された発光ダイオード１に対向するように、拡散シート４、プリズムシート５、偏光フィルタ６が設けられる。具体的には、基板１２から所定の間隔を隔てて設けられた例えば、アクリル板からなる保持板３上に、拡散シート４、プリズムシート５、偏光フィルタ６が順に取り付けられる。

ここで、拡散シート４は、光源（発光ダイオード）からの光を拡散して進行方向を変えることによりモアレの発生を防止させる機能を持つものであり、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などにより構成される。
また、プリズムシート５は、出射光を法線方向に集めることにより、正面輝度を向上させる機能を持ち、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなるシートの片面の全面に微少のプリズムを所定のピッチで形成したものである。
また、偏光フィルタ６は、液晶パネルは特定方向の直線偏光しか透過させないので、それに対応させて設けられるものである。

そして、この面発光装置では、各発光ダイオード１にそれぞれ対応して各発光ダイオード１の周り単位反射部２ｕが設けられており、その単位反射部２ｕの集合体として１つの反射板２が構成され、その反射板２によって法線方向における取り出し効率を向上させるとともに、発光面における面内光量分布の均一性を向上させている。

すなわち、本発明では、各単位反射部２ｕにおける面方向及び形状は、後述するように、偏光フィルタ６を介してその表面から出射される光の面内光量分布が均一になるように設定される。

図３Ａは、本発明の原理を説明するために模式的な断面図であり、各単位反射部２ｕの焦点がそれぞれ対応する発光ダイオードの中心軸と拡散シート４の表面４ａの交点にある場合について示している。

一般的に発光ダイオードは、指向性を持っていてその中心軸方向に出射される光が最も強い。従って、本願のような反射面２が無い場合には、図３Ｂにおいて模式的に示すように出射面内で輝度の不均一が生じる。そこで、本発明では、例えば、拡散シート４等から反射されて戻ってきた光を発光ダイオードの中心軸から離れた部分に向けて反射させるようにして、輝度が低くなる中心軸から離れた部分の光量を補うことで輝度分布の均一性を向上させている。

図３Ａに示す例では、発光ダイオードに指向性があることから中心軸及びその中心軸に近接する方向に強い光が出射される。従って、この中心軸近傍の強い光が拡散シート４の表面で反射されて戻ってきた反射戻り光も比較的強い光となる。本実施の形態では、比較的強い戻り光を単位反射部により反射させて、輝度が低下する各発光ダイオードの中心軸から離れた部分の輝度を補って、出射面における均一な輝度を実現している。図３Ｃにおける斜線で示した部分が反射により補った光量を模式的に示している。
尚、図３Ｂ，図３Ｃは、１つの発光ダイオード１とそれに対応して設けられた１つの単位反射部２ｕの近傍の様子を示すものであり、原点（０）に発光ダイオードがあるとして模式的に示している。

以上説明したことからわかるように、本発明において、各単位反射部２ｕは、発光ダイオードの中心軸上であって、上方に設けられた拡散シート４、プリズムシート５及び偏光フィルタ６のうちで発光ダイオード１から出射された光を最も多く反射させる表面に焦点を結ぶ曲面（放物面）にすることが好ましい。

また、本発明の面発光装置において、反射戻り光を効果的に反射して利用するために、複数の単位反射部２ｕは隙間無く配列されて反射板２が構成されることが好ましい。
複数の単位反射部２ｕは隙間無く配列するために、例えば、保持板３の表面に投影された各単位反射部２ｕの平面形状（以下、投影平面形状という。）が、例えば、正三角形、四角形又は六角形になるように、各単位反射部２ｕの形状は設定される。

以上詳細に説明したように、本発明に係る実施の形態の面発光装置は、単位反射部２ｕの集合体として１つの反射板２を設けることで、発光面内における光量分布の均一性を向上させることができる。
また、本実施の形態の面発光装置において、単位反射部２ｕを隙間無く配列して反射板２を構成することにより、光の利用効率を向上させることができる。
ここで、光の利用効率とは、発光ダイオード１が発光する全光量に対して、発光面から取り出すことができる全光量の割合である。

以下、本実施の形態の面発光装置の製造方法について説明する。
まず、基板１２に、例えば、無鉛半田をスクリーン印刷する。その印刷された半田の上に発光ダイオードを設置してリフロー炉に投入し、リフローを行なう。リフロー条件は、例えば、予備加熱の温度が１８０℃〜２００℃で、半田付け温度は２６０℃以下で、かつ、１０秒以下で行なわれる。これにより基板１２上に発光ダイオードが実装される。

アルミ板１１の上に放熱シート（図示せず）を配置し、その上に基板１２を配置する。ここまでの工程において組み込んだそれぞれの部材には同一対応場所にネジ孔となる貫通孔を有し、アルミ板１１にはネジきり加工が施されており、この段階で基板１２側からネジを挿入し、ネジ締め（共締め）する。

次に、複数の単位反射部２ｕが一体化された反射板２を、各発光ダイオードがそれぞれ単位反射部２ｕによって囲まれるように発光ダイオードを実装した面側から基板１２上に配置する。複数の単位反射部２ｕが一体化された反射板２は、例えば、光高反射グレードの品質を有する熱可塑性樹脂を射出成形することにより作製することができる。
このようにして反射板２を配置した後、前述のネジ孔とは異なるネジ孔を用いてネジ締め（共締め）し、反射部２をも含めて一体化した光源にする。
以上のようにして、本実施の形態の面発光装置を製造することができる。

本発明に係る実施の形態の面発光装置における発光ダイオードと単位反射部の配置を示す平面図である。本発明に係る実施の形態の面発光装置の断面図（図１のＡ−Ａ’についての断面）である。本発明の原理を説明するために、図２の一部を拡大して示す模式的な断面図である。単位反射部が無い場合の発光面における発光輝度分布を模式的に示すグラフである。単位反射部が在る場合（本発明に係る構成）の発光面における発光輝度分布を模式的に示すグラフである。

符号の説明

１発光ダイオード、２反射板、２ｕ単位反射部、３保持板、４拡散シート、５プリズムシート、６偏光フィルタ、１１アルミ板、１２基板、１００筐体。

Claims

マトリクス状に配列された複数の光源と、該複数の光源に対向するように配置されて前記光源からの光の一部を透過させ一部を反射させる拡散シートと、隣接する光源間に配置された反射板とを有する面発光装置において、
前記光源はそれぞれ各中心軸方向の強度が最も高くなるような指向性を有し、
前記反射板は、各光源にそれぞれ対応してその光源の周りに設けられた単位反射部の集合体からなり、その単位反射部はそれぞれ対応する前記光源の前記中心軸と前記拡散シートの表面との交点又はその近傍に焦点を有する曲面からなることを特徴とする面発光装置。
前記複数の光源は隣接する２つの間隔が全て等しくなるように配置されており、前記単位反射部の前記拡散シートへの投影形状が、三角形、四角形及び六角形からなる群から選択された１つの形状である請求項１に記載の面発光装置。