JP2017112321A - 発光ユニットおよび表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】パッケージの高背化を抑えつつ、正面方向への出射光束を向上させることが可能な発光ユニットおよび表示装置を提供する。【解決手段】本開示の発光ユニットは、発光部と、発光部から出射された光を取り出す光取り出し面と、発光部を間に、光取り出し面とは反対側に設けられた集光部とを備える。【選択図】図1

Description

本開示は、例えばLED等の発光素子を備えた発光ユニットおよびこれを備えた表示装置に関する。
近年、発光ダイオード(LED)を複数個集めて構成した照明装置や表示装置が普及してきている。その中でも、LEDを表示画素に用いたLEDディスプレイは軽量で薄型のディスプレイとして注目を集めており、正面輝度の向上等の様々な改良がなされてきている。
一般的なLEDでは、リフレクタやレンズを搭載することによって、正面方向への出射光束を高めている。しかし、十分な効果を得るためには、リフレクタやレンズを大きくする必要があり、パッケージ(LEDを備えた発光ユニット)の高背化の原因となっている。特に、ミクロンオーダの微細なLEDでは、リフレクタやレンズを大きくした場合、サイズメリットが小さくなるため大きな問題となっている。
これに対して、例えば特許文献1,2では、光取り出し方向にフレネルレンズ(特許文献1)やマイクロレンズアレイ(特許文献2)を配置することで正面方向への出射光束を高めた照明装置が開示されている。
特開2013−229145号公報 特開2008−305802号公報
しかしながら、特許文献1に記載の照明装置では、レンズの低背化はできるものの、正面方向への十分な出射光束を得るためには、LEDチップをレンズの焦点位置に配置する必要がある。このため、パッケージの低背化には限界があった。また、特許文献2に記載の照明装置(LED灯具)では、パッケージは低背化できるものの、正面方向への出射光束を十分に増やすことはできなかった。
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、パッケージの高背化を抑えつつ、例えば正面方向の出射光束を向上させることが可能な発光ユニットおよび表示装置を提供することにある。
本開示の発光ユニットは、発光部と、発光部から出射された光を取り出す光取り出し面と、発光部を間に、光取り出し面とは反対側に設けられた集光部とを備えたものである。
本開示の表示装置は、複数の発光ユニットを有する表示パネルと、映像信号に基づいて発光ユニットを駆動する駆動回路とを備えたものである。本開示の表示装置において、各発光ユニットは、上記発光ユニットと同一の構成要素を有している。
本開示の発光ユニットおよび表示装置では、発光部を間に、光取り出し面とは反対側に集光部を設けるようにしたので、光取り出し方向以外に射出された光を光取り出し方向へ反射させることが可能となる。
本開示の発光ユニットおよび表示装置によれば、発光部を間に、光取り出し面とは反対側に集光部を設けることにより、光取り出し方向以外に射出された光が光取り出し方向へ反射される。よって、高背化を抑えつつ、例えば正面方向の出射光束を向上させることが可能となる。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の効果であってもよい。
本開示の第1の実施形態に係る発光ユニットの構成の一例を表す断面図である。 図1に示した発光ユニットの構成の一例を表す平面図である。 図1に示した発光ユニットに搭載される発光素子の構成を表わす断面図である。 図1に示した発光ユニットの構成の他の例を表す平面図である。 図1に示した発光ユニットの構成の他の例を表す平面図である。 図1に示した発光ユニットの構成の他の例を表す平面図である。 図1に示した発光ユニットの構成の他の例を表す断面図である。 図1に示した発光ユニットにおける発光領域のシミュレーション図である。 本開示の第2の実施形態に係る発光ユニットの構成を表す断面図である。 本開示の第3の実施形態に係る発光ユニットの構成を表す断面図である。 本開示の第4の実施形態に係る発光ユニットの構成を表す断面図である。 本開示の変形例1に係る発光ユニットの構成を表す斜視図である。 図12Aに示した発光ユニットの構成の表す平面図である。 図12Aに示した発光ユニットの構成の表す断面図である。 本開示の変形例2に係る発光ユニットの構成を表す平面図である。 図13Aに示した発光ユニットの構成の表す断面図である。 適用例1としての表示装置の構成の一例を表す斜視図である。 図14に示した表示装置の配線レイアウトの一例を表した模式図である。 適用例2としての照明装置の構成の一例を表す平面図である。 図16Aに示した照明装置の構成を表す斜視図である。 適用例3としての照明装置の構成の一例を表す平面図である。 図17Aに示した照明装置の構成を表す斜視図である。 検証1における実施例1および比較例1の配光特性を表したものである。 実施例1における作用を説明する断面模式図である。 検証2における実施例1および比較例2の配光特性を表したものである。 比較例2における作用を説明する断面模式図である。 各屈折率材料におけるプリズム底角および封止樹脂の厚みによる正面輝度を表す特性図である。 図22に示した特性図のプリズム底角40°〜50°部分を拡大した特性図である。 検証4における実施例1,4および比較例3における正面輝度比を表す特性図である。 検証5における実施例1,5における正面輝度比を表す特性図である。
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.第1の実施の形態(発光素子の背面に集光部を配置した例)
1−1.発光ユニットの構成
1−2.作用・効果
2.第2の実施の形態(集光部の背面に反射部材を配置した例)
3.第3の実施の形態(集光部に反射防止膜を形成した例)
4.第4の実施の形態(発光素子を支持部材上に載置した例)
5.変形例1(発光素子を複数備えた発光ユニットの例)
6.変形例2(発光素子間に遮光部を設けた例)
7.適用例
8.実施例
<1.第1の実施の形態>
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る発光ユニット(発光ユニット1)の断面構成を表したものであり、図2は、図1に示した発光ユニット1の平面構成を表したものである。なお、図1は、図2に示した発光ユニット1のI−I矢視方向における断面を表したものである。発光ユニット1は、例えば、いわゆるLEDディスプレイと呼ばれる表示装置の表示画素や照明装置として好適に適用可能なものであり、発光素子(発光素子10)を薄い肉厚の樹脂(例えば、保持部20)で被った微小パッケージである。本実施の形態の発光ユニット1は、発光素子10(発光部)を保持する保持部20の光取り出し面S1とは反対側の面S2に集光部22を有するものである
(1−1.発光ユニットの構成)
発光ユニット1は、発光素子10と、発光素子10を保持する保持部20とから構成されている。発光素子10は、所定の波長帯の光を上面から発する固体発光素子であり、具体的には、LEDチップである。保持部20は、発光素子10を封止する封止部21および封止部21の光取り出し面S1とは反対側の面S2に設けられた集光部22を有する。集光部22は、面S2側に突出する複数の凸部23によって構成されている。
発光素子10は、上記のように、例えばLEDチップである。ここで、LEDチップとは、結晶成長に用いたウェハから切り出した状態のものを指しており、成形した樹脂等で被われたパッケージタイプのものではないことを指している。LEDチップは、例えば5μm以上100mm以下のサイズとなっており、いわゆるマイクロLEDと呼ばれるものである。LEDチップの平面形状は、例えば、ほぼ正方形となっている。LEDチップは、薄片状となっており、LEDチップのアスペクト比(高さ/幅)は、例えば、0.1以上、1未満となっている。
発光素子10は、発光ユニット1内に配置されており、例えば、図1に示したように、封止部21によって封止されている。発光素子10は、例えば、図3に示したように、第1導電型層11、活性層12および第2導電型層13を順に積層してなる半導体層を有している。第1導電型層11、活性層12および第2導電型層13は、例えばAlGaInP系の半導体材料やInGaN系の半導体材料によって構成されている。発光素子10は、AlGaInP系の半導体材料を用いて構成することによって赤色光が得られ、InGaN系の半導体材料を用いて構成することによって緑色から青色の光が得られる。
第2導電型層13の上面(光取り出し面S1側)には第2電極15が設けられている。第2電極15は、例えばチタン(Ti)/白金(Pt)/金(Au)あるいは、金とゲルマニウムの合金(AuGe)/ニッケル(Ni)/Au等の積層膜によって構成されている。第2電極15は、第2導電型層13に接するとともに第2導電型層13に電気的に接続されている。つまり、第2電極15は、第2導電型層13とオーミック接触している。第1導電型層11の下面(面S2側)には第1電極14が設けられている。第1電極14は、金属電極であり、例えばTi/Pt/Auあるいは、AuGe/Ni/Au等の積層膜によって構成されている。第1電極14は、第1導電型層11に接するとともに第1導電型層11に電気的に接続されている。つまり、第1電極14は、第1導電型層11とオーミック接触している。第1電極14および第2電極15はともに、単一の電極によって構成されていてもよいし、複数の電極によって構成されていてもよい。なお、第1電極14および第2電極15は、例えば、銀(Ag)やアルミニウム(Al)等の高反射性の金属材料を含んで構成されていてもよい。
発光素子10(具体的には半導体層)の側面S3は、例えば、図3に示したように、積層方向と交差する傾斜面となっており、具体的には、当該発光素子10の断面が逆台形状となるような傾斜面となっている。このように、側面S3がテーパ状となっていることにより、正面方向の光取り出し効率を高くすることができる。なお、側面S3は、例えば積層方向と直交する垂直面となっていてもよい。発光素子10は半導体層の側面S3から下面S2に亘って絶縁層16によって覆われている。絶縁層16は薄い層であり、例えばCVD、蒸着、スパッタ等の薄膜形成プロセスによって形成されたものである。絶縁層16は、活性層12から発せられる光に対して透明な材料、例えば、SiO2,SiN,Al23,TiO2,TiN等によって形成されている。絶縁層16は、例えば、0.1μm〜1μm程度の厚さであり、ほぼ均一な厚さとなっている。
パッド電極17は、第1電極14から引き出された電極(つまり引出電極)である。パッド電極17は、第1電極14の露出面14Aから、絶縁層16の表面に亘って形成されている。パッド電極17は、第1電極14と電気的に接続されている。パッド電極17は、活性層12から発せられる光を高反射率で反射する材料、例えばTi,Al,Cu,Au,Ni,またはそれらの合金によって形成されている。また、パッド電極17は、上で上げた材料のうち複数の材料からなる多層膜として形成されていてもよい。
なお、発光素子10は、場合によっては、絶縁層16およびパッド電極17を省略され、第1電極14が露出する構成となっていてもよい。
保持部20は、上記のように、発光素子10を封止する封止部21と、封止部21の光取り出し面S1とは反対側の面S2に、複数の凸部23から構成される集光部22と、発光ユニット1を支持する支持部24とから構成されている。
封止部21は、例えば発光素子10の全体を囲むとともに保持するものである。封止部21は、例えばシリコーン,アクリル,エポキシおよびポリカーボネート等の樹脂材料によって構成されている。封止部21は、一部にポリイミド等の別材料を含んでいてもよい。封止部21の高さは、発光素子10の高さよりも高くなっており、封止部21の横幅は、発光素子10の幅よりも広くなっている。封止部21自体のサイズは、例えば1mm以下となっている。封止部21は、薄片状となっている。封止部21のアスペクト比(最大高さ/最大横幅)は、発光ユニット1を転写する際に発光ユニット1が横にならない程度に小さくなっており、例えば、1/5以下となっている。
集光部22は、封止部21によって形成される光取り出し面S1とは反対側の面S2側に配置されており、発光素子10から面S2方向に出射された光(光L0)を光取り出し方向S1に反射する(光L1)ためのものである。集光部22の材料としては、透明且つ屈折率の小さな材料であることが好ましく、例えばシリコーン,アクリル,エポキシおよびポリカーボネート等の樹脂材料が挙げられる。
集光部22は、面S2側に突出した複数の凸部23によって構成されており、凸部23は、少なくとも発光素子10を臨む面を有する。具体的には、凸部23は、例えば、図1に示したように、発光素子10を臨む傾斜面(面S4)と、Y軸方向に立ち上がる急峻な面(面S5)とから構成された形状(プリズム形状)とするが好ましい。傾斜面(面S4)の傾斜角(角度θ)は、例えば40°以上50°以下であることが好ましい。このような凸部23を複数、例えば、図2に示したように、発光素子10を中心に同心円状に配設された、いわゆるプリズムアレイとすることが好ましい。これにより、図1に示した光L1のように、発光素子10の活性層12から面S2方向(俯角方向)に出射された光L0を効率よく光取り出し方向S1に反射(光L1)させることが可能となる。
なお、凸部23は、必ずしも同心円状に配置される必要はない。例えば図4に示した発光ユニット1Aのように矩形状、あるいは、図5に示した発光ユニット1Bのように六角形状に形成するようにしてもよい。また、凸部22Aは必ずしも発光素子10の周囲に連続して形成される必要はなく、発光素子10の周辺の一部の領域に配設するようにしてもよい。例えば図6に示した発光ユニット1Cの集光部22Cのように、発光素子10の周囲4方向に凸部23を配設するようにしてもよい。
また、凸部23は必ずしもプリズム形状である必要はなく、少なくとも発光素子10を臨む面を有していれば、必ずしも平面である必要はない。例えば、発光素子10を臨む面は、図1に示した発光ユニット1よりも効果は劣るものの曲面であってもよい。例えば図7に示した発光ユニット1Dのように、レンズ形状の凸部23Dからなる集光部22Dを配設するようにしてもよい。
図8は、図1および図2に示した発光ユニット1の発光分布をシミュレーションした結果を表わしたものである。図8から、発光ユニット1における発光領域は、発光素子10の発光領域rと、その周囲に設けられた集光部22の形成領域(プリズム形成領域R)となることがわかる。よって、集光部22を適切に配置することで、所望の発光領域を実現することが可能となる。
集光部22は、封止部21と一体的に形成しておよいし、また、封止部21とは別に形成してのち、封止部21の面S2側に接着するようにしてもよい。本実施の形態の集光部22は、例えばフォトリソグラフィを用いることによって形成することができる。
支持部24は、発光ユニット1を、例えば後述する照明装置8(例えば、図16参照)の実装基板に搭載する際に安定して載置するためのものである。支持部24は、例えば上記封止部21および集光部22と同じ材料によって形成してもよいし、絶縁性の高い樹脂材料、を用いて形成するようにしてもよい。
(1−2.作用・効果)
次に、本実施の形態の発光ユニット1の作用・効果について説明する。
前述したように、LEDのような全方位に光を出射する発光素子では、正面方向への出射光束を高めるために、リフレクタやレンズが用いられている。しかし、十分な効果を得るためには、大きなリフレクタやレンズを用いる必要があり、パッケージの高背化の原因となっている。
これに対して、近年、LEDに対して光取り出し方向にフレネルレンズやマイクロレンズアレイを設置することで高背化を抑えつつ正面方向への出射光束を高めた照明装置が開発されている。しかしながら、フレネルレンズを用いた照明装置では、斜め方向に出射された光を光取り出し方向(正面方向)に反射させて出射光束を増やすことはできるものの、十分な効果を得るためには、LEDをフレネルレンズの焦点位置に配置する必要がある。このため、パッケージの低背化には限界があった。また、マイクロレンズアレイを用いた場合には、LEDとマイクロレンズアレイとの間の距離は縮めることはできるものの、正面方向への出射光束の増加効果としては十分とは言えなかった。
これ対して、本実施の形態の発光ユニット1では、発光素子10を保持する保持部20光取り出し面S1とは反対側の面S2、即ち、発光素子10の背面に、集光部22を形成するようにした。この集光部22は、光取り出し面S1とは反対側の方向に突出する複数の凸部23からなり、この凸部23は、発光素子10を望む傾斜面S4を有する。このため、発光素子10から光取り出し方向(活性層12の面内方向を基準とした場合の仰角方向)以外の方向(活性層12の面内方向を基準とした場合の俯角方向)に出射された光は傾斜面S4によって光取り出し方向に反射される。このとき、俯角方向に出射された光は、その入射角によらず傾斜面S4によってほぼ正面方向に立ち上がる。このため、発光素子10と集光部22との距離によらず、正面方向への出射光束を向上させることが可能となる。即ち、本実施の形態の発光ユニット1では、発光ユニット1の高背化を抑えつつ、正面方向への出射光束を向上させることが可能となる。
また、本実施の形態の発光ユニット1では、発光素子10と集光部22を構成する凸部23との精密な位置合わせが不要であるため、正面方向にフレネルレンズ等を配置する一般的な照明装置と比較して、安価且つ容易に作製することが可能となる。
次に、第2〜第4の実施の形態および変形例1,2について説明する。なお、上記第1の実施の形態の発光ユニット1に対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
<2.第2の実施の形態>
図9は、本開示の第2の実施の形態に係る発光ユニット(発光ユニット2)の断面構成を表したものである。発光ユニット2は、上記第1の実施の形態と同様に、例えば、いわゆるLEDディスプレイと呼ばれる表示装置の表示画素として好適に適用可能なものである。本実施の形態の発光ユニット2は、発光素子10を保持する保持部20の背面(面S2)側に反射部材31が配置された構成を有する。
反射部材31は、集光部22を構成する凸部23の傾斜面S4において反射されずに透過した光を正面方向に反射させるためのものである。反射部材31は、光を反射可能な、例えば板状部材であることが好ましく、特にその表面が、例えばアルミニウム(Al),銀(Ag)あるいはこれらの多層膜によってコーティングされた鏡面加工された部材であることが好ましい。反射部材31は、保持部20の背面に空気層を介して配置されている。なお、反射部材31と保持部20との間の空間には、例えば樹脂が充填されていてもかまわない。その場合には、集光部22を形成する樹脂よりも屈折率の小さな材料を用いることが好ましい。
上記第1の実施の形態の発光ユニット1では、集光部22を構成する凸部23の傾斜面S4に対して臨界角よりも小さい角度で入射した光(光L0)は傾斜面S4を透過してしまい、損失成分となる。これに対して、本実施の形態では、保持部20の背面に反射部材31を配置するようにした。これにより、図9に示したように、傾斜面S4を透過した光(光L0)の少なくとも一部成分(光L2)を正面方向に反射させることが可能となる。よって、上記第1の実施の形態よりも正面輝度をさらに高めることが可能となる。
<3.第3の実施の形態>
図10は、本開示の第3の実施の形態に係る発光ユニット(発光ユニット3)の断面構成を表したものである。発光ユニット3は、上記第1,2の実施の形態と同様に、例えば、いわゆるLEDディスプレイと呼ばれる表示装置の表示画素として好適に適用可能なものである。本実施の形態の発光ユニット3は、発光素子10を保持する保持部20の背面(面S2)側に設けられた集光部22の表面に反射防止膜41が設けられた構成を有する。なお、ここでは図1等で保持部20の周縁に示した支持部24は省略して表している。
反射防止膜41の材料としては、例えばフッ化マグネシウム(MgF2)のような低屈折率材料が挙げられる。この他、反射防止膜41は、例えばSiO2とTiO2のような低屈折材料と高屈折材料とを2層以上積層した積層膜として形成するようにしてもよい。反射防止膜41の膜厚は、波長オーダーの厚みがあればよい。反射防止膜41は、例えばスピンコート法、スプレー法等の湿式法のほか、真空蒸着法等の乾式法を用いて形成することができる。
上記第1の実施の形態の発光ユニット1では、集光部22を構成する凸部23の傾斜面S4での屈折時に一部の光がフレネル反射によって正面方向に反射されずに損失成分となる。これに対して、本実施の形態では、集光部22の表面に反射防止膜41を形成するようにした。これにより、傾斜面S4におけるフレネル反射を低減することが可能となる。よって、上記第1の実施の形態よりも正面輝度をさらに高めることが可能となる。
<3.第4の実施の形態>
図11は、本開示の第4の実施の形態に係る発光ユニット(発光ユニット4)の断面構成を表したものである。発光ユニット4は、上記第1〜3の実施の形態と同様に、例えば、いわゆるLEDディスプレイと呼ばれる表示装置の表示画素として好適に適用可能なものである。本実施の形態の発光ユニット4は、発光素子10が複数の凸部53からなる集光部52を備えた保持部50に外付けされたものである。なお、図11では、保持部50と発光素子10との間に空間があるが、発光素子10は、保持部50に直接載置されていてもよいし、他の部材を介して載置されていてもよい。なお、ここでは図1等で保持部20の周縁に示した支持部24は省略して表している。
保持部50は、封止部51および封止部51の面S2側に設けられた集光部52有し、封止部51の面S2とは反対側の面S5には、発光素子10を収容する開口51Aが設けられている。即ち、発光素子10は、封止部51に設けられた開口51A内に載置された構成を有する。
本実施の形態の発光ユニット4のように、発光素子10が保持部50に外付けされた場合でも、発光素子10の背面、即ち、発光ユニット4の光取り出し面とは反対側の面に集光部52を配置することによって上記第1の実施の形態と同様に正面方向への出射光束を向上させることが可能となる。
<5.変形例1>
図12Aは、本開示の変形例1に係る発光ユニット(発光ユニット5)の概略構成の一例を斜視的に表したものである。図12Bは、図12Aに示した発光ユニット5の平面構成を表したものであり、図12Cは、図12Aに示した発光ユニット5のII−II矢視方向の断面構成の一例を表したものである。発光ユニット5は、例えば、いわゆるLEDディスプレイと呼ばれる表示装置の表示画素や、プリンタヘッドとして好適に適用可能なものである。本変形例の発光ユニット5は、複数の発光素子10を封止部71内に配置された微小パッケージである。なお、ここでは図1等で保持部20の周縁に示した支持部24は省略して表している。
発光ユニット5は、図12A等に示したように、例えば3つの発光素子10を備えている。各発光素子10は、所定の波長帯の光を上面から発する固体発光素子であり、具体的には、LEDチップである。各発光素子10は、上記第1の実施の形態と同様の構成を有する。各発光素子10は、封止部71内に配置されており、例えば、図12Aに示したように、他の発光素子10と所定の間隙を介して一列に配置されている。このとき、発光ユニット5の保持部70には、図12B,12Cに示したように、各発光素子10を中心にそれぞれ集光部72が形成されている。また、発光ユニット1は、例えば、発光素子10の配列方向に延在する細長い形状となっている。互いに隣り合う2つの発光素子10の隙間は、例えば、各発光素子10のサイズと同等か、それよりも大きくなっている。なお、上記の隙間は、場合によっては、各発光素子10のサイズよりも狭くなっていてもよい。
発光ユニット5は、図12Aに示したように、各発光素子10を覆うチップ状の保持部70と、各発光素子10に電気的に接続された端子電極61,62とを備えている。端子電極61,62は、封止部71の底面側に配置されている。
封止部71は、各発光素子10を、少なくとも各発光素子10の側面側から囲むと共に保持するものである。封止部71は、上記封止部21と同様に、例えば、シリコーン,アクリル,エポキシおよびポリカーボネート等の樹脂材料によって構成されている。封止部71は、一部にポリイミド等の別材料を含んでいてもよい。封止部71は、各発光素子10の側面と、各発光素子10の上面のうち第2電極15の未形成領域に接して形成されている。封止部71は、各発光素子10の配列方向に延在する細長い形状(例えば直方体形状)となっている。封止部71の高さは、各発光素子10の高さよりも高くなっており、封止部71の横幅(短辺方向の幅)は、各発光素子10の幅よりも広くなっている。封止部71自体のサイズは、例えば1mm以下となっている。封止部71は、薄片状となっている。封止部71のアスペクト比(最大高さ/最大横幅)は、発光ユニット1を転写する際に発光ユニット1が横にならない程度に小さくなっており、例えば、1/5以下となっている。
封止部71は、例えば、図12Aに示したように、各発光素子10の直上に対応する箇所に開口71Aを有している。各開口71Aの底面には、少なくとも第2電極15が露出している。また、封止部71は、例えば、各発光素子10の直下に対応する箇所にも開口を有し、その底面には、例えばパッド電極17(場合によっては第1電極14)が露出している。
パッド電極17(または第1電極14)は、所定の導電性部材(例えば、半田、めっき金属)を介して端子電極61に接続されている。一方、第2電極15は、図12Aに示したバンプ63および接続部64を介して端子電極62に接続されている。バンプ63は封止部71に埋め込まれた柱状の導電性部材であり、接続部64は封止部71の上面に形成された帯状の導電性部材である。なお、第2電極15は、バンプ63および接続部64以外の導電性部材を介して端子電極62と接続されていてもよい。端子電極61,62は、例えば、主にCu(銅)を含んで構成されている。端子電極61,62の表面の一部が、例えば、Au(金)等の酸化されにくい材料で被覆されていてもよい。
本変形例では、封止部71に複数の発光素子10を搭載するようにした。これにより、上記第1の実施の形態の効果に加えて、発光ユニット5を低コストで作製することができると共に、例えば表示装置の表示画素として発光ユニット5を用いる際の位置精度を担保しやすくなるという効果を奏する。
<6.変形例2>
図13Aは、本開示の変形例2に係る発光ユニット(発光ユニット6)の平面構成を表したものであり、図13Bは、図13Aに示した発光ユニット6のIII−III矢視方向の断面構成の一例を表したものである。発光ユニット6は、上記変形例1と同様に、例えば、いわゆるLEDディスプレイと呼ばれる表示装置の表示画素や、プリンタヘッドとして好適に適用可能なものである。本変形例の発光ユニット6は、封止部71に搭載された複数の発光素子10の間に、それぞれ遮光部75を設けた点が上記変形例1とは異なる。なお、ここでは図1等で保持部20の周縁に示した支持部24は省略して表している。
遮光部75は、封止部71に搭載された複数の発光素子10を個別点灯させる場合に、各発光素子10ごとに設けられた集光部72によって隣接する発光素子10の領域が発光することを防ぐためのものである。遮光部75は、隣接する発光素子10領域への光の入射を防ぐことでできればよい。遮光部75の材料としては、例えば光反射性を有する材料を用いて形成することが好ましいが、光を吸収する材料を用いて形成するようにしてもよい。具体的な材料としては、例えば一般にブラックマトリクスとして用いられる樹脂材料や、タングステン(W)等の金属材料が挙げられる。
本変形例では、封止部71に搭載された複数の発光素子10の間に、それぞれ遮光部75を設けるようにした。これにより、発光ユニット6に搭載された発光素子10を個別に点灯する際に、意図しない隣接する発光領域の点灯を防ぐことが可能となる。
なお、上記変形例1,2では、発光ユニット5,6に搭載されている複数の発光素子10は、互いに同じ波長帯の光を発する発光素子でもよいし、あるいは、互いに異なる波長帯の光(例えば赤色帯、緑色帯および青色帯の光)を発する発光素子(R,G,B)を組み合わせてもよい。
<7.適用例>
以下に、上記第1〜4の実施の形態および変形例1,2において説明した発光ユニット1〜6の適用例について説明する。上記実施の形態および変形例の発光ユニット1〜6は、それぞれ表示画素として備えた表示装置あるいは照明装置に適用することができる。以下にその一例を示す。
(適用例1)
図14は、表示装置7の概略構成の一例を斜視的に表したものである。表示装置7は、いわゆるLEDディスプレイと呼ばれるものであり、表示画素としてLEDが用いられたものである。表示装置7は、例えば、図14に示したように、表示パネル310と、表示パネル310を駆動する駆動回路(図示せず)とを備えている。
表示パネル310は、実装基板320と、透明基板330とを互いに重ね合わせたものである。透明基板330の表面が映像表示面となっており、中央部分に表示領域7Aを有し、その周囲に、非表示領域であるフレーム領域7Bを有している。
図15は、実装基板320の透明基板330側の表面のうち表示領域7Aに対応する領域のレイアウトの一例を表したものである。実装基板320の表面のうち表示領域7Aに対応する領域には、例えば、図15に示したように、複数のデータ配線321が所定の方向に延在して形成されており、かつ所定のピッチで並列配置されている。実装基板320の表面のうち表示領域7Aに対応する領域には、さらに、例えば、複数のスキャン配線322がデータ配線321と交差(例えば、直交)する方向に延在して形成されており、かつ所定のピッチで並列配置されている。データ配線321およびスキャン配線322は、例えば、Cu(銅)等の導電性材料からなる。
スキャン配線322は、例えば、最表層に形成されており、例えば、基材表面に形成された絶縁層(図示せず)上に形成されている。なお、実装基板320の基材は、例えば、ガラス基板、または樹脂基板等からなり、基材上の絶縁層は、例えば、SiN、SiO2、またはAl23からなる。一方、データ配線321は、スキャン配線322を含む最表層とは異なる層(例えば、最表層よりも下の層)内に形成されており、例えば、基材上の絶縁層内に形成されている。絶縁層の表面上には、スキャン配線322の他に、例えば、必要に応じて、ブラックが設けられている。ブラックは、コントラストを高めるためのものであり、光吸収性の材料によって構成されている。ブラックは、例えば、絶縁層の表面のうち少なくとも後述のパッド電極321B,322Bの非形成領域に形成されている。なお、ブラックは、必要に応じて省略することも可能である。
データ配線321とスキャン配線322との交差部分の近傍が表示画素323となっており、複数の表示画素323が表示領域7A内においてマトリクス状に配置されている。各表示画素323には、例えば、複数の発光素子10を含む発光ユニット5が実装されている。なお、図15には、3つの発光素子10(10R,10G,10B)で一つの表示画素323が構成されており、発光素子10Rから赤色の光を、発光素子10Gから緑色の光を、発光素子10Bから青色の光をそれぞれ出力することができるようになっている場合が例示されている。
発光ユニット1〜6には、発光素子10(10R,10G,10B)ごとに一対の端子電極61,62が設けられている。そして、一方の端子電極61がデータ配線321に電気的に接続されており、他方の端子電極62がスキャン配線322に電気的に接続されている。例えば、端子電極61は、データ配線321に設けられた分枝321Aの先端のパッド電極321Bに電気的に接続されている。また、例えば、端子電極62は、スキャン配線322に設けられた分枝322Aの先端のパッド電極322Bに電気的に接続されている。
各パッド電極321B,322Bは、例えば、最表層に形成されており、例えば、図15に示したように、各発光ユニット1〜6が実装される部位に設けられている。ここで、パッド電極321B,322Bは、例えば、Au(金)等の導電性材料からなる。
実装基板320には、さらに、例えば、実装基板320と透明基板330との間の間隔を規制する複数の支柱(図示せず)が設けられている。支柱は、表示領域7Aとの対向領域内に設けられていてもよいし、フレーム領域7Bとの対向領域内に設けられていてもよい。
透明基板330は、例えば、ガラス基板、または樹脂基板等からなる。透明基板330において、発光ユニット1〜6側の表面は平坦となっていてもよいが、粗面となっていることが好ましい。粗面は、表示領域7Aとの対向領域全体に亘って設けられていてもよいし、表示画素323との対向領域にだけ設けられていてもよい。粗面は、発光素子10(10R,10G,10B)から発せられた光が当該粗面に入射したときに入射光を散乱させる程度に細かな凹凸を有している。粗面の凹凸は、例えば、サンドブラストや、ドライエッチング等によって作製可能である。
駆動回路は、映像信号に基づいて各表示画素323(各発光ユニット1〜6)を駆動するものである。駆動回路は、例えば、表示画素323に接続されたデータ配線321を駆動するデータドライバと、表示画素323に接続されたスキャン配線322を駆動するスキャンドライバとにより構成されている。駆動回路は、例えば、実装基板320上に実装されていてもよいし、表示パネル310とは別体で設けられ、かつ配線(図示せず)を介して実装基板320と接続されていてもよい。
(適用例2)
図16Aおよび図16Bは、発光素子10を用いた照明装置の他の例である照明装置8の平面構成(図16A)および斜視方向(図16B)の構成を表したものである。図16Aおよび図16Bに示したように、発光素子10は、円環状の実装用ステージ(実装基板)上に、例えば8つの発光素子10が配置されている。
(適用例3)
図17Aおよび図17Bは、発光素子10を用いた照明装置の他の例である照明装置9の平面構成(図17A)および斜視方向(図17B)の構成を表したものである。図17Aおよび図17Bに示したように、例えば、長方形状の実装用ステージに9個の発光素子10が配置されている。この照明装置9は、シーリングライト用カバーを備えていてもよい。
<8.実施例>
次に、本開示の実施例について説明する。
(検証1)
まず、実施例1として上記第1の実施の形態における発光ユニット1に対応する発光ユニットを作製した。実施例1では、封止部21のY軸方向の厚みを6mm、封止部21および集光部22を屈折率1.49の樹脂材料を用いて形成した。集光部22を形成する凸部23の傾斜面の角度θは45°とした。また、比較例1として、集光部22を持たない一般的な発光ユニットを作製し、実施例1および比較例における配光特性を計算した(図18)。
図18から、発光素子10の背面に集光部22を設けた実施例1では、比較例1よりも正面輝度が矢印に示したように、約100倍に高められることがわかった。これは、図19に示したように、発光素子10から射出された光が集光部22の傾斜面S4において正面方向に屈折あるいは反射されたことよると考えられる。
(検証2)
また、比較例2として、集光部22の表面をミラーコート(反射率95%)した発光ユニットを作製して配光特性を計算し、その結果を実施例1と比較した(図20)。
図20から、集光部22の表面をミラーコートした比較例2では、実施例1のような正面方向における輝度の向上は確認されなかった。これは、図21に示したように集光部22の表面をミラーコートしたことによって、傾斜面S4において正面方向に反射される光が、傾斜面S4に入射した光のうちの一部の成分のみに限定されたためと考えられる。このことから、集光部22の表面(特に傾斜面S4)は、平坦且つ透明であることが望ましいことがわかった。
(検証3)
次に、傾斜面S4の最適な角度(プリズム底角)を調べるために、保持部20を、屈折率1.49(実施例2),1.59(実施例3)の樹脂材料をそれぞれ用いて実施例2,3を作製した。実施例2,3は、それぞれ凸部23のピッチを2mm、発光素子10側の側面を90°とし、封止部21の厚みおよび集光部22のプリズム底角に対する正面輝度の変化のシミュレーションを行った。図22(A),(B)はそれぞれ比較例1に対する実施例2および実施例3の表面輝度比の関係を表したものである。図22(A),(B)から、保持部20を構成する樹脂材料の屈折率に関係なく、集光部22のプリズム底角が45°付近の時に正面輝度が最大になることがわかった。また、図23(A),(B)は、それぞれ図22(A),(B)のプリズム底角40°〜50°の範囲を拡大して示したものである。保持部を構成する樹脂材料によって最適値は異なるものの、50°近傍では、正面輝度が大きく低下することがわかった、よって、集光部22のプリズム底角は、40°以上50°以下であることが好ましく、45°付近でその効果は最大になることがわかった。なお、ここでは、発光素子を保持部20の中心位置に配置した場合の計算結果であるため、必ずしも、集光部22のプリズム底角の範囲は上記値に限定されるものではない。
(検証4)
続いて、上記第2の実施の形態における発光ユニット2に対応する実施例4として、封止部21の背面に鏡面反射する反射部材を設けた発光ユニットを作製した。実施例4では、封止部21のY軸方向の厚みを6mm、封止部21および集光部22を屈折率1.49の樹脂材料を用いて形成した。集光部22を形成する凸部23の傾斜面の角度θは45°とした。また、比較例3として、封止部21の背面に散乱反射する反射部材を設けた発光ユニットを作製した。これら実施例4および比較例3における正面輝度を計算した。図24は、実施例1を基準(1)とした場合の実施例4および比較例3の正面輝度比の計算結果を表したものである。
図24から、保持部20の背面に反射部材31を配置することによって実施例1よりも正面輝度比が向上することがわかった。更に、反射部材31は、その表面が白色塗装のように散乱加工された部材よりも、例えばAl等によって鏡面加工された部材を用いることで、正面輝度を大きく向上させることができることがわかった。
(検証5)
次に、上記第3の実施の形態における発光ユニット3に対応する実施例5として、集光部22の表面に反射防止膜41を設けた発光ユニットを作製した。実施例5では、封止部21のY軸方向の厚みを6mm、封止部21および集光部22を屈折率1.49の樹脂材料を用いて形成した。集光部22を形成する凸部23の傾斜面の角度θは45°とした。この実施例5における正面輝度を計算し、図25において実施例1を基準(1)とした場合の正面輝度を比較した。
図25から、集光部22の表面に反射防止膜41を形成することによって、実施例1よりも正面輝度を1割程度向上させることが可能であることがわかった。
以上、第1〜第4の実施の形態および変形例1,2を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、発光素子10としてLEDを用いて説明したがこれに限らず、例えば、有機EL発光素子や、蛍光灯等を用いた場合も同様の効果が得られる。
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで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。
なお、本開示は以下のような構成をとることも可能である。
(1)
発光部と、
前記発光部から出射された光を取り出す光取り出し面と、
前記発光部を間に、前記光取り出し面とは反対側に設けられた集光部と
を備えた発光ユニット。
(2)
2前記集光部は、少なくとも1つの凸部を有すると共に、前記発光部の周辺の少なくとも一部に設けられている、前記(1)に記載の発光ユニット。
(3)
前記凸部は、前記発光部を臨む傾斜面あるいは曲面を有する、前記(2)に記載の発光ユニット。
(4)
前記集光部は、前記発光部を中心とした同心円状に設けられた複数の前記凸部によって構成されている、前記(2)または(3)に記載の発光ユニット。
(5)
前記集光部は、前記凸部の表面に反射防止膜を有する、前記(2)乃至(4)のうちのいずれかに記載の発光ユニット。
(6)
前記光取り出し面とは反対側に設けられた前記集光部の外側に反射部材を有する、前記(1)乃至(5)のうちのいずれかに記載の発光ユニット。
(7)
前記発光部は保持部上に載置され、前記集光部は前記保持部に形成されている、前記(1)乃至(6)のうちのいずれかに記載の発光ユニット。
(8)
前記保持部は、前記発光部の載置面とは反対側の面に集光部が形成されている、前記(7)に記載の発光ユニット。
(9)
前記保持部は封止樹脂によって形成され、前記発光部は前記封止樹脂によって封止されている、前記(7)または(8)に記載の発光ユニット。
(10)
前記保持部には、複数の前記発光部が載置され、各発光素子ごとに前記集光部が設けられている、前記(7)乃至(9)のうちのいずれか7に記載の発光ユニット。
(11)
複数の発光ユニットを有する表示パネルと、
映像信号に基づいて発光ユニットを駆動する駆動回路とを備え、
前記発光ユニットは、
発光部と、
前記発光部から出射された光を取り出す光取り出し面と、
前記発光部を間に、前記光取り出し面とは反対側に設けられた集光部と
を有する表示装置。
1〜6…発光ユニット、7…表示装置、7A…表示領域、10…発光素子、11…第1半導体層、12…活性層、13…第2半導体層、14…第1電極、15…第2電極、16…絶縁層、17…パッド電極、20…保持部、21…封止部、22…集光部、23…凸部、24…保持部、S1…光取り出し面、S2…背面、S3…側面。

Claims (11)

  1. 発光部と、
    前記発光部から出射された光を取り出す光取り出し面と、
    前記発光部を間に、前記光取り出し面とは反対側に設けられた集光部と
    を備えた発光ユニット。
  2. 前記集光部は、少なくとも1つの凸部を有すると共に、前記発光部の周辺の少なくとも一部に設けられている、請求項1に記載の発光ユニット。
  3. 前記凸部は、前記発光部を臨む傾斜面あるいは曲面を有する、請求項2に記載の発光ユニット。
  4. 前記集光部は、前記発光部を中心とした同心円状に設けられた複数の前記凸部によって構成されている、請求項2に記載の発光ユニット。
  5. 前記集光部は、前記凸部の表面に反射防止膜を有する、請求項2に記載の発光ユニット。
  6. 前記光取り出し面とは反対側に設けられた前記集光部の外側に反射部材を有する、請求項1に記載の発光ユニット。
  7. 前記発光部は保持部上に載置され、前記集光部は前記保持部に形成されている、請求項1に記載の発光ユニット。
  8. 前記保持部は、前記発光部の載置面とは反対側の面に集光部が形成されている、請求項7に記載の発光ユニット。
  9. 前記保持部は封止樹脂によって形成され、前記発光部は前記封止樹脂によって封止されている、請求項7に記載の発光ユニット。
  10. 前記保持部には、複数の前記発光部が載置され、各発光素子ごとに前記集光部が設けられている、請求項7に記載の発光ユニット。
  11. 複数の発光ユニットを有する表示パネルと、
    映像信号に基づいて発光ユニットを駆動する駆動回路とを備え、
    前記発光ユニットは、
    発光部と、
    前記発光部から出射された光を取り出す光取り出し面と、
    前記発光部を間に、前記光取り出し面とは反対側に設けられた集光部と
    を有する表示装置。
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