(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記保持部材を構成する樹脂は、PC(ポリカーボネート),PPA(ポリフタルアミド),PPA/PC(ポリシクロヘキシレン・ジメチレン・テレフタレート)およびエポキシ系樹脂のうちのいずれか一つを含む
ことを特徴とする請求項3記載の発光ユニット。
前記パッケージを構成する樹脂および前記保持部材を構成する樹脂は、PC(ポリカーボネート),PPA(ポリフタルアミド),PPA/PC(ポリシクロヘキシレン・ジメチレン・テレフタレート)およびエポキシ系樹脂のうちのいずれか一つを含む
ことを特徴とする請求項5記載の発光ユニット。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
図1は、本開示の一実施の形態に係る発光ユニット1の全体構成を表し、
図2は、発光ユニット1の右端部1Aを拡大して表したものである。
図3は、発光ユニット1のIII−III線における断面構成を表している。この発光ユニット1は、エッジ型バックライトユニット等に用いられるものであり、例えば、一方向(X方向)に長い光源10を有している。この光源10には、波長変換部材20が対向配置されている。光源10および波長変換部材20は、保持部材30に保持されている。保持部材30は、放熱部材40に配設されている。
【0013】
光源10、波長変換部材20、保持部材30は、必ずしも同数でセットになっている必要はなく、例えば、1つの光源に対して、2つの波長変換部材、及び2つの保持部材など、その長さは適宜変更可能である。特に、これら3つの部材の線膨張係数差が大きい場合は、駆動時の発熱などによる変形による破損を抑制できるように、複数個を組み合わせて用いるのが好ましい。
【0014】
本明細書では、光源10の長手方向をX方向、光源10と波長変換部材20との対向方向をY方向、X方向およびY方向に直交する方向をZ方向という。
【0015】
光源10は、例えば、発光素子11を収容したパッケージ12を有している。パッケージ12は、上面121(波長変換部材20との対向面)に凹部13を有し、この凹部13に発光素子11が収容されている。発光素子11は、例えば、点光源であり、具体的にはLED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)により構成されている。パッケージ12は、リードフレーム等からなる外部電極を介して光源基板14に半田等により実装されている。光源基板14は、保持部材30に固定されている。
【0016】
図4および
図5は、光源10の平面構成および断面構成をそれぞれ表したものである。光源10は、例えば、複数(
図4では例えば二つ)の樹脂製のパッケージ12A,12B(以下、パッケージ12と総称する。)を有している。パッケージ12は、光源基板14上に、所定の間隔をあけて一方向(X方向)に配列されている。各パッケージ12A,12Bの凹部13内には、複数(
図4では例えば二つ)の発光素子11A,11B(以下、発光素子11と総称する。)が収容されている。発光素子11は、パッケージ12の配列方向(X方向)と同じ方向に配置されている。凹部13内には封止樹脂15が充填され、この封止樹脂15により発光素子11が封止されている。凹部13の側面(内壁)は、発光効率向上のため、適宜の傾斜がつけられていてもよい。また、パッケージ12の側面(外壁)にも、傾斜がつけられていてもよい。
【0017】
パッケージ12間の間隔L12は、例えば、パッケージ12の配列方向(X方向)における寸法D12の0.3〜0.5倍となっていることが好ましい。最終的なバックライトユニット(筐体)で、パッケージ12間の間隔L12がこれより大きいと発光品位が悪化し、これより小さいと放熱面で影響があるからである。このように、パッケージ12の配列方向(X方向)において、パッケージ12(すなわち実質的な発光領域)の占める割合を、その隙間(光源基板14の露出領域、すなわち実質的な非発光領域)よりも大きくすることで、点光源の連なりを、均一な発光の線状光源とすることができる。
【0018】
さらに、パッケージ12の上面121の配列方向(X方向)における寸法(D121=D12−D13)とパッケージ12間の間隔L12とを足した値(凹部13間の間隔)L13、すなわち非発光領域は、例えば、凹部13の配列方向(X方向)における寸法D13すなわち発光領域の0.4〜0.6倍とすることがより好ましく、より均一な発光の線状光源とすることができる。
【0019】
また、パッケージ12の配列方向(X方向)における寸法D12は、例えば、隣接する発光素子間距離D11の10〜11倍になっていることが好ましい。発光素子11A,11Bの光を効率よく取りだすことができるからである。
【0020】
さらに、パッケージ12の凹部13の配列方向(X方向)における寸法D13は、例えば、発光素子間距離D11の9〜10倍程度となっているのが好ましい。
【0021】
加えて、一つのパッケージ12内で隣接する発光素子間距離D11と、隣接する二つのパッケージ12A,12B間で隣り合う発光素子間距離L11とが等しくなっていることが好ましい。これにより輝度むらを抑えることができる。
【0022】
図1ないし
図3に示した波長変換部材20は、光源10が発する波長の光を吸収したのち、これとは異なる波長の光を発生させるものである。具体的には、波長変換部材20は、ガラス等からなる管状の容器(キャピラリ)21に波長変換物質22が封入されたものである。
【0023】
容器21は、大気中の水分や酸素による波長変換物質22の劣化を抑えると共に、波長変換物質22の取り扱いを容易にするためのものである。容器21(波長変換部材20)は、光源10の長手方向と同じ方向(X方向)に延在している。容器21の断面(Z−Y断面)は矩形状または略矩形状(角に丸みがついている等の微細な変形を有していても実質的に矩形といえる程度の形状も含む)である。容器21の長径D21(Z方向寸法)は例えば2mm〜5mmである。容器21の太さ(Y方向寸法)は例えば1.0mm程度である。
【0024】
波長変換物質22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10の光によって励起され、蛍光発光等の原理により、光源10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。
【0025】
光源10の光の波長(原波長)および波長変換物質22による波長変換後の光の波長は特に限定されないが、例えば表示装置用途の場合には、光源10は青色光源(例えば、波長440nm〜460nm)であり、波長変換物質22は光源10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。従って、光源10の光が波長変換物質22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する。
【0026】
波長変換物質22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22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10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。
【0027】
保持部材30は、光源10および波長変換部材20を所定の位置関係に固定・保持するためのホルダであり、
図3の断面図に示したように、互いに分離された上面部31と底面部32とにより構成され、上面部31と底面部32との間を、光源10で発生した光がY方向へ通過するようになっている。上面部31および底面部32は、光源10および波長変換部材20(容器21)と同じ方向(X方向)に延在している。保持部材30の上面部31と底面部32とは、光源10のパッケージ12の上面(発光面の上)を避けた位置に連結部33(
図3には図示せず、
図5参照。)を有し、これにより一体的に構成されている。このような連結部33によって保持部材30の上面部31と底面部32との位置関係は固定される。上面部31と底面部32との間の距離(Z方向)は、容器21の長径D21と同じ(または略同じ)であることが好ましい。
【0028】
上面部31の光源10側には上側第1掛止部31A、反対側には上側第2掛止部31Bが設けられている。底面部32の光源10側には下側第1掛止部32A、反対側には下側第2掛止部32Bがそれぞれ設けられている。上側第1掛止部31Aと上側第2掛止部31Bとの間の間隔は、容器21の太さ(Y方向寸法)と同じ(または略同じ)であることが好ましい。同様に、下側第1掛止部32Aと下側第2掛止部32Bとの間隔も、容器21の太さ(Y方向寸法)と同じ(または略同じ)であることが好ましい。
【0029】
上側第1掛止部31Aおよび下側第1掛止部32Aの外側には光源10の光源基板14が固定され、上側第1掛止部31Aと下側第1掛止部32Aとの間に光源10のパッケージ12が緩やかに嵌まり込んでいる。従って、上側第1掛止部31Aおよび下側第1掛止部32Aは、光源10(光源基板14)と波長変換部材20(容器21)との間に介在するスペーサの機能も兼ねている。換言すれば、光源10(光源基板14)と波長変換部材20(容器21)とは、上側第1係止部31Aおよび下側第1係止部32Aの厚み(Y方向寸法)分だけ離間している。
【0030】
図6は、発光ユニット1の中央部1Bを拡大して表したものである。容器21は複数本(例えば二本)設けられており、これらの複数本の容器21は、パッケージ12の配列方向(X方向)に沿って容器21の長手方向端部を突き合わせて並べられている。
【0031】
図7は、
図6に示した隣接する二本の容器21の境目を拡大して表したものである。保持部材30は、隣接する二本の容器21の境目に、壁34を有している。この壁34は、隣接する二本の容器21の仕切り壁となるものであり、
図8に拡大して示したように、二本の容器21の長手方向端部21Aが壁34の両側面に当て付けられている。なお、二本の容器21の長手方向の他端部は、ばね、クッション等の弾性部材(図示せず)により保持されている。
【0032】
また、
図7に示したように、壁34の近傍には柱50が設けられていてもよい。この柱50は、導光板(図示せず)の側面を受け止め、導光板と容器21との接触による容器21の損傷を回避するものである。
【0033】
図1ないし
図3に示した放熱部材40は、光源10で発生した熱を拡散・放散させるものであり、例えばアルミニウム(Al)板により構成されている。放熱部材40には、例えば、保持部材30の底面部32を配設するための配設部(図示せず)が設けられている。
【0034】
また、この発光ユニット1では、保持部材30およびパッケージ12が、光源10のピーク波長、具体的には450nm付近において90%以上の反射率を有している。これにより、この発光ユニット1では、発光効率を高めることができるようになっている。
【0035】
特に、
図5の断面図に示したように、光源10(パッケージ12の上面121)と波長変換部材20(容器21)とがギャップGを隔てて離れているため、波長変換部材20に至る前に光源10からの光が、他の部材によって吸収されると効率が悪くなるので、保持部材30およびパッケージ12は光源10の光に対して高反射率のものが好ましい。さらに、吸収された光が熱に変わることにより、波長変換部材20に悪影響を与える場合もあるため、保持部材30は光源10からの光を吸収しにくいもの、すなわち反射率の高いものとするのが好ましい。
【0036】
さらに、光源基板14は、剛性のある長尺の板状部材で、複数載置されたパッケージ12に通電可能なように配線パターン(回路)が設けられ、さらにコネクタなどの給電部材を備える。配線パターン以外の表面は、パッケージ12から放出された光が、保持部材30や波長変換部材20によって反射された戻り光を効率よく反射できるよう、それらの光を90%以上反射できる高反射率の部材で、その表面を構成するのが好ましい。
【0037】
保持部材30は、光源10のピーク波長である450nm付近において95%以上の反射率を有していることが好ましい。具体的には、保持部材30は、酸化チタン等の高反射率の金属材料を混合した樹脂により構成されていることが好ましい。例としては、高反射PC(ポリカーボネート),高反射PPA(ポリフタルアミド),高反射PPA/PC(ポリシクロヘキシレン・ジメチレン・テレフタレート)または高反射エポキシ系樹脂が挙げられる。保持部材30は、これらのうちのいずれか一つを含んでいてもよいし、二つ以上を含んでいてもよい。
【0038】
パッケージ12を構成する樹脂は、光源10のピーク波長である450nm付近において90%以上の反射率を有していることが好ましい。具体的には、酸化チタン、シリカ、酸化アルミニウム(アルミナ)等の反射性物質を含有した熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂により構成されていることが好ましい。例としては、高反射PC(ポリカーボネート),高反射PPA(ポリフタルアミド),高反射PPA/PC(ポリシクロヘキシレン・ジメチレン・テレフタレート)、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。パッケージ12は、これらのうちのいずれか一つを含んでいてもよいし、二つ以上を含んでいてもよい。
【0039】
この発光ユニット1では、
図9に示したように、光源10の光の一部ν11は、光源10に対向配置された波長変換部材20に入射し、波長変換物質22により波長変換されて別波長の光ν12になる。また、光源10の光の他の一部ν21は、波長変換部材20に入射しても波長変換物質22に衝突せず、波長変換を受けずに原波長を維持したまま波長変換部材20を通過する。
【0040】
また、光源10の光は全方位に向かって放射されるので、
図10に示したように、光源10の光の更に他の一部ν31は、入射角度によっては波長変換部材20に入射せずに波長変換部材20の表面で反射される。このような戻り光ν32はパッケージ12の上面121により反射され、その戻り光ν33が再度前方へと放射される。また、光源10の光の更に他の一部であるν41は、波長変換部材20から逸れて、保持部材30に向かって進む。保持部材30で反射された戻り光ν42も、前方に放射される。
【0041】
ここでは、保持部材30およびパッケージ12が光源10のピーク波長において90%以上の反射率を有しているので、保持部材30またはパッケージ12の上面121により反射される戻り光ν33,ν42が増える。よって、保持部材30またはパッケージ12での反射による光の損失が少なくなり、発光効率が向上する。
【0042】
このように本実施の形態では、保持部材30およびパッケージ12が、光源10のピーク波長において90%以上の反射率を有するようにしたので、保持部材30またはパッケージ12で反射された戻り光ν33,ν42を有効利用し、発光効率を高めることが可能となる。
【0043】
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各構成要素の材料および寸法などは限定されるものではなく、他の材料および寸法としてもよい。
【0044】
また、例えば、上記実施の形態では、光源10がLEDである場合について説明したが、光源10は半導体レーザ等により構成されていてもよい。
【0045】
更に、例えば、上記実施の形態において発光ユニット1の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。
【0046】
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
(1)
光源と、
前記光源に対向配置された波長変換部材と、
前記光源および前記波長変換部材を保持する保持部材と
を備え、
前記光源は、発光素子が収容された凹部を備える樹脂製のパッケージを有し、
前記保持部材および前記パッケージは、前記光源のピーク波長において90%以上の反射率を有する
ことを特徴とする発光ユニット。
(2)
前記ピーク波長は、450nm付近である
ことを特徴とする前記(1)記載の発光ユニット。
(3)
前記パッケージは複数設けられているとともに所定の間隔をあけて一方向に配列され、
前記パッケージ間の間隔は、前記パッケージの前記配列方向における寸法の0.3〜0.5倍となっている
ことを特徴とする前記(1)または(2)記載の発光ユニット。
(4)
前記パッケージの上面の前記配列方向における寸法と前記パッケージ間の間隔とを足した値は、前記凹部の前記配列方向における寸法の0.4〜0.6倍となっている
ことを特徴とする前記(3)記載の発光ユニット。
(5)
前記パッケージは前記凹部に複数の前記発光素子を収容し、
前記複数の発光素子は前記配列方向と同じ方向に配置され、
前記パッケージの前記配列方向における寸法は、前記複数の発光素子の隣接する発光素子間距離の10〜11倍になっている
ことを特徴とする前記(4)記載の発光ユニット。
(6)
前記凹部の前記配列方向における寸法が、前記発光素子間距離の9〜10倍になっている
ことを特徴とする前記(5)記載の発光ユニット。
(7)
一つの前記パッケージ内で隣接する発光素子間距離と、
隣接する二つの前記パッケージ間で隣り合う発光素子間距離と
が等しくなっている
ことを特徴とする前記(6)記載の発光ユニット。
(8)
前記保持部材は、酸化チタンを混合した樹脂により構成されている
ことを特徴とする前記(1)ないし(7)のいずれか1項に記載の発光ユニット。
(9)
前記保持部材を構成する樹脂は、PC(ポリカーボネート),PPA(ポリフタルアミド),PPA/PC(ポリシクロヘキシレン・ジメチレン・テレフタレート)およびエポキシ系樹脂のうちのいずれか一つを含む
ことを特徴とする前記(8)記載の発光ユニット。
(10)
前記パッケージおよび前記保持部材は、酸化チタンを混合した樹脂により構成されている
ことを特徴とする前記(1)ないし(9)のいずれか1項に記載の発光ユニット。
(11)
前記パッケージを構成する樹脂および前記保持部材を構成する樹脂は、PC(ポリカーボネート),PPA(ポリフタルアミド),PPA/PC(ポリシクロヘキシレン・ジメチレン・テレフタレート)およびエポキシ系樹脂のうちのいずれか一つを含む
ことを特徴とする前記(10)記載の発光ユニット。
(12)
前記光源は、青色光源である
ことを特徴とする前記(1)ないし(11)のいずれか1項に記載の発光ユニット。
(13)
前記保持部材は、前記光源のピーク波長において95%以上の反射率を有する
ことを特徴とする前記(1)ないし(12)のいずれか1項に記載の発光ユニット。
(14)
前記発光素子は、LED(Light Emitting Diode)である
ことを特徴とする前記(1)ないし(13)のいずれか1項に記載の発光ユニット。
(15)
前記波長変換部材は、波長変換物質が管状の容器に封入されたものであり、
前記容器は、前記配列方向に沿って延在している
ことを特徴とする前記(1)ないし(14)のいずれか1項に記載の発光ユニット。
(16)
前記容器は、複数本設けられ、
前記複数本の容器は、前記配列方向に沿って前記容器の長手方向端部を突き合わせて並べられており、
前記保持部材は、隣接する二本の前記容器の境目に、前記容器の長手方向端部を当て付ける壁を有する
ことを特徴とする前記(15)記載の発光ユニット。
(17)
前記波長変換物質は、量子ドットを含む
ことを特徴とする前記(15)または(16)記載の発光ユニット。
(18)
前記波長変換物質は、青色光を赤色光または緑色光に波長変換する
ことを特徴とする前記(15)ないし(17)のいずれか1項に記載の発光ユニット。
(19)
前記保持部材が配設される放熱部材を更に備えた
ことを特徴とする前記(1)ないし(18)のいずれか1項に記載の発光ユニット。