JP2018045972A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度むらが抑制された発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、基板１１と、基板１１上に位置する複数の光源２０と、光拡散板３３と、光拡散板３３と基板１１の複数の光源２０との間に位置するハーフミラー３１と、基板１１と光拡散板３３との間であって、複数の光源２０の出射面の少なくとも一部の上方に位置する散乱反射部３２とを備える。散乱反射部３２は、光拡散板３３のハーフミラー３１側の面、ハーフミラー３１の上面３１ａまたは下面３１ｂに位置しており、樹脂および樹脂に分散している粒子を含む。【選択図】図１

Description

本開示は発光装置に関する。

近年、液晶表示装置などの表示装置に用いられるバックライトとして、半導体発光素子を用いた直下型の発光装置が提案されている。例えば、特許文献１および２は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を配列し、反射板と部分的に反射率を制御したハーフミラーとを組み合わせた発光装置を開示している。

特開２０１２−１７４３７１号公報 特開２０１２−２１２５０９号公報

直下型の発光装置では、光源から出射する光の輝度むらを低減させることが求められている。本願のある例示的な一実施形態は、輝度むらが抑制された発光装置を提供する。

本開示の発光装置は、基板と、前記基板上に位置する複数の光源と、光拡散板と、前記光拡散板と、前記基板の前記複数の光源との間に位置するハーフミラーと、前記基板と前記光拡散板との間であって、前記複数の光源の出射面の少なくとも一部の上方に位置する散乱反射部とを備える。

本発明に係る実施形態によれば、輝度むらを抑制した発光装置を提供することができる。

発光装置の実施形態の一例を示す断面図である。 光源ユニットの上面図である。 光源から出射する光の配光特性を示す図である。 実施形態のハーフミラーの反射率および透過率の角度依存特性の一例を示す図である。 実施形態のハーフミラーの反射波長帯域および発光素子の発光波長の関係を示す図である。 実施形態の散乱反射部の配置を示す上面図である。 実施形態の散乱反射部の他の配置を示す上面図である。 実施形態の散乱反射部の構造を示す上面図である。 実施形態の散乱反射部の他の構造を示す断面図である。 発光装置の実施形態の他の一例を示す断面図である。 発光装置の実施形態の他の一例を示す断面図である。 発光装置の実施形態の他の一例を示す断面図である。 発光装置の実施形態の他の一例を示す断面図である。 実施例および参考例の輝度分布を示す図である。

本願発明者の検討によれば、特許文献１および２に開示された発光装置に用いるハーフミラーでは、表示パネルの大きさおよび仕様などに応じて部分的に反射率を制御する必要がある。このため、使用するハーフミラーは、特殊な専用部材として用意しなければならず、その結果、特に、大画面液晶テレビ用の発光装置に用いるハーフミラーは非常に高価な部品となってしまうと考えられる。

また特許文献２に開示された発光装置では、反射材としてアルミニウムを用いてハーフミラーを構成している。しかし、アルミニウムは可視光の一部を吸収するため、ハーフミラーと反射板との間で、光源から出射する光が反射を繰り返すことによって、ハーフミラーに吸収され、外部への取り出し効率が低下してしまう。また、ハーフミラーにおける反射率が部分的に異なることにより、反射率が異なる境界で輝度むらが発生し得る。このような課題に鑑み、本願発明者は新規な構造を有する発光装置を想到した。

以下、図面を参照しながら、本開示の発光装置の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示の発光装置は、以下の実施形態に限られない。以下の説明では、特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。それらの用語は、参照した図面における相対的な方向や位置を、分かり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向や位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。また、図面が示す構成要素の大きさや位置関係等は、分かり易さのため、誇張されている場合があり、実際の面発光装置における大きさあるいは、実際の面発光装置における構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、本開示において「平行」および「垂直」または「直交」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺あるいは面等がそれぞれ０°から±５°程度および９０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。

（発光装置１０１の構造）
図１は、第１実施形態の発光装置１０１の一例を示す断面図である。発光装置１０１は、基板１１および基板１１に配置された複数の光源２０を含む光源ユニット１０と、ハーフミラー３１、光拡散板３３および散乱反射部３２を含み、光源ユニット１０の光源２０から出射する光が透過する透光積層体３０とを備える。以下、各構成要素を詳細に説明する。

［基板１１］
基板１１は上面１１ａおよび下面１１ｂを有し、上面１１ａ側に複数の光源２０が配置され、支持される。基板１１の上面１１ａおよび下面１１ｂには、以下において詳述する導体配線層１３および金属層１２が設けられる。また、上面１１ａには複数の光源２０をそれぞれ取り囲む区分部材１５が設けられる。

基板１１の材料としては、例えば、セラミックス、および、樹脂を用いることができる。低コストおよび成形容易性の点から、樹脂を基板１１の材料として選択してもよい。樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を挙げることができる。基板の厚さは適宜選択することができ、基板１１は、ロール・ツー・ロール方式で製造可能なフレキシブル基板、あるいは、リジット基板のいずれであってもよい。リジット基板は湾曲可能な薄型リジット基板であってもよい。

また、耐熱性及び耐光性に優れるという観点で、セラミックスを基板１１の材料として選択してもよい。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、むらイト、フォルステライト、ガラスセラミックス、窒化物系（例えば、ＡｌＮ）、炭化物系（例えば、ＳｉＣ）、ＬＴＣＣ等が挙げられる。

基板１１は複合材料によって形成されていてもよい。具体的には、上述した樹脂に、ガラス繊維、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の無機フィラーを混合してもよい。例えば、ガラス繊維強化樹脂（ガラスエポキシ樹脂）などが挙げられる。これにより、基板１１の機械的強度の向上、熱膨張率の低減、光反射率の向上等を図ることができる。

また、基板１１は、少なくとも上面１１ａが電気的絶縁性を有していればよく、積層構造を有していてもよい。例えば、基板１１は、表面に絶縁層が設けられた金属板を用いてもよい。

［導体配線層１３］
導体配線層１３は、基板１１の上面１１ａに設けられている。導体配線層１３は、外部から複数の光源２０に電力を供給するため配線パターンを有している。導体配線層１３の材料は、基板１１として用いられる材料や製造方法等によって適宜選択することができる。例えば、基板１１の材料としてセラミックスを用いる場合は、導体配線層１３の材料は、例えば、基板１１のセラミックスと同時焼成が可能な高融点金属によって形成されている。例えば、導体配線層１３は、タングステン、モリブデン等の高融点金属によって形成されている。導体配線層１３は多層構造を有していてもよい。例えば導体配線層１３は、上述した方法で形成される高融点金属のパターンと、このパターン上にメッキ、スパッタリング、蒸着などにより形成されたニッケル、金、銀などの他の金属を含む金属層とを備えていてもよい。

基板１１の材料としてガラスエポキシ樹脂を用いる場合は、導体配線層１３の材料には、加工し易い材料を選択することが好ましい。例えば、メッキ、スパッタリング、蒸着、プレスによる貼り付けによって形成された銅、ニッケル等の金属層を用いることができる。金属層は、印刷、フォトリソグラフィー等によってマスキングし、エッチングすることによって、所定の配線パターンに加工することができる。

［金属層１２］
光源ユニット１０は、基板１１の下面１１ｂに金属層１２をさらに備えていてもよい。金属層１２は、放熱のため下面１１ｂの全体に設けられていてもよいし、配線パターンを有していてもよい。例えば、金属層１２は、光源２０を駆動するための駆動回路の回路パターンを有していてもよい。さらに、金属層１２の回路パターン上に駆動回路を構成する部品が実装されていてもよい。

［光源２０］
複数の光源２０は、基板１１の上面１１ａ側に配置される。図２は、光源ユニット１０の上面図である。複数の光源２０は基板１１の上面１１ａにおいて、１次元または２次元に配列されている。本実施形態では、複数の光源２０は直交する２方向、つまり、ｘ方向およびｙ方向に沿って２次元に配列されており、ｘ方向の配列ピッチｐｘとｙ方向の配列ピッチｐｙは等しい。しかし、配列方向はこれに限られない。ｘ方向とｙ方向のピッチは異なっていてもよいし、配列の２方向は直交していなくてもよい。また、配列ピッチも等間隔に限られず、不等間隔であってもよい。例えば、基板１１の中央から周辺に向かって間隔が広くなるように光源２０が配列されていてもよい。

各光源２０は、出射面２１ａを有する発光素子２１を少なくとも含む。光源２０は、出射面２１ａを覆う被覆部材２２を含んでいてもよい。光源２０が被覆部材２２を含む場合には、被覆部材２２の表面２２ａが、光源２０の出射面である。光源２０が被覆部材２２を含まない場合には、発光素子２１の出射面２１ａが、光源２０の出射面でもある。各光源２０は、１つまたは１種類の発光素子２１を含んでいてもよい。この場合、発光素子２１が白色光を出射してもよいし、発光素子２１が出射する光が被覆部材２２を透過することにより、光源２０全体として白色光を出射してもよい。また、光源２０は、例えば、赤、青、緑の光を出射する３つの発光部分を含む発光素子、あるいは、赤、青、緑の光をそれぞれ出射する３つ発光素子を含んでおり、赤、青、緑の光が混合することにより白色光を出射してもよい。あるいは、光源２０から出射する光の演色性を高めるため、光源２０は、白色光を出射する発光素子と、他の色を出射する発光素子とを含んでいてもよい。

発光素子２１は、半導体発光素子であり、半導体レーザ、発光ダイオード等、公知の発光素子を利用することができる。本実施形態においては、発光素子２１として発光ダイオードを例示する。発光素子２１は、任意の波長の光を出射する素子を選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いた素子を用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどの半導体を含む素子を用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。被覆部材２２が、波長変換部材を備える場合、発光素子２１は、波長変換部材を効率良く励起できる短波長の光を出射することが可能な窒化物半導体（Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を含むことが好ましい。

半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。同一面側に正負の電極を有するものであってもよいし、異なる面に正負の電極を有するものであってもよい。

発光素子２１は、例えば、透光性の基板と、基板の上に積層された半導体積層構造を有する。半導体積層構造は、活性層と活性層を挟むｎ型半導体層およびｐ型半導体層とを含み、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層にｎ側電極およびｐ側電極がそれぞれ電気的に接続されている。本実施形態では、ｎ側電極およびｐ側電極は出射面と反対側の面に位置している。

発光素子２１のｎ側電極およびｐ側電極は後述する接合部材２３によって、基板１１の上面１１ａに設けられた導体配線層１３に電気的に接続され、かつ、固定されている。つまり、発光素子２１は、フリップチップボンディングにより基板１１に実装されている。

発光素子２１は、ベアチップであってもよいし、側面側にリフレクタを備えたパッケージを備えていてもよい。また、出射面２１ａから出射する光の出射角度を広くするためのレンズ等を備えていてもよい。

被覆部材２２は、少なくとも発光素子２１の出射面２１ａを覆い、基板１１の上面１１ａに支持されている。被覆部材２２は、出射面２１ａが外部環境に露出し、損傷するのを抑制する。被覆部材２２の材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、ガラスなどの透光性材料を用いることができる。被覆部材２２の耐光性および成形容易性の観点からは、被覆部材２２としてシリコーン樹脂を選択することが好ましい。

被覆部材２２は、拡散部材、波長変換部材、着色剤などを含んでいてもよい。例えば、光源２０は、青色光を出射する発光素子２１と青色光を黄色光に変換する波長変換部材とを含み、青色光と黄色光との組み合わせによって白色光を出射してもよい。あるいは、青色光を出射する発光素子２１と、青色光を緑色光に変換する波長変換部材と、青色光を赤色光に変換する波長変換部材とを含み、青色光と緑色光と赤色光との組み合わせによって白色光を出射してもよい。例えば、青色光を緑色光に変換する波長変換部材としてβサイアロン蛍光体が挙げられ、青色光を赤色光に変換する波長変換部材としてはＫＳＦ系蛍光体等のフッ化物系蛍光体が挙げられる。波長変換部材としてβサイアロン蛍光体とＫＳＦ系蛍光体等のフッ化物系蛍光体とを含むことで発光装置の色再現範囲を広げることができる。また、青色光を出射する半導体発光素子と、緑色光を出射する半導体発光素子と、青色光または緑色光を赤色光に変換する波長変換部材とを含む光源を用いてもよい。

被覆部材２２は、発光素子２１の出射面２１ａを被覆するように圧縮成形や射出成形によって形成することができる。その他、被覆部材２２の材料の粘度を最適化して、発光素子２１の上に滴下もしくは描画して、材料自体の表面張力によって、形状を制御することも可能である。後者の形成方法による場合には、金型を必要とすることなく、より簡便な方法で被覆部材を形成することができる。また、このような形成方法による被覆部材２２の材料の粘度を調整する手段として、その材料本来の粘度の他、上述したような光拡散材、波長変換部材、着色剤を利用して所望の粘度に調整することもできる。

図３は、光源２０から出射する光の配光特性の一例を示す図である。光源２０は、バットウイング型の配光特性を有していることが好ましい。これにより光源２０の真上方向に出射される光量を抑制して、各々の光源の配光を広げることで、より輝度むらを改善することができる。バットウイング型の配光特性とは、広義には、光源２０の光軸Ｌを０°として、０°よりも配光角の絶対値が大きい角度において発光強度が強い発光強度分布で定義される。特に、狭義では、４５°〜９０°付近において、発光強度が最も強くなる発光強度分布で定義される。つまり、バットウイング型の配光特性では、中心部が外周部よりも暗い。

バットウイング型の配光特性を実現するために光源２０は、発光素子２１の出射面２１ａに、光反射層２４を有していてもよい。光反射層２４は、金属膜であってもよく、誘電体多層膜であってもよい。これにより、発光素子２１の上方向への光は光反射層で反射され、発光素子２１の直上の光量が抑制され、バットウイング型の配光特性を実現することができる。あるいは、被覆部材２２の外形を調整することによって、バットウイング型の配光特性を有する光源としてもよい。

［接合部材２３］
接合部材２３は、発光素子２１を導体配線層１３に電気的に接続し、かつ、固定する。例えば、接合部材２３は、Ａｕ含有合金、Ａｇ含有合金、Ｐｄ含有合金、Ｉｎ含有合金、Ｐｂ−Ｐｄ含有合金、Ａｕ−Ｇａ含有合金、Ａｕ−Ｓｎ含有合金、Ｓｎ含有合金、Ｓｎ−Ｃｕ含有合金、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｇ含有合金、Ａｕ−Ｇｅ含有合金、Ａｕ−Ｓｉ含有合金、Ａｌ含有合金、Ｃｕ−Ｉｎ含有合金、金属とフラックスの混合物等である。

接合部材２３としては、液状、ペースト状、固体状（シート状、ブロック状、粉末状、ワイヤ状）のものを用いることができ、組成や基板の形状等に応じて、適宜選択することができる。また、これらの接合部材２３は、単一部材で形成してもよく、あるいは、数種のものを組み合わせて用いてもよい。

接合部材２３は、発光素子２１と導体配線層１３とを電気的に接続しなくてもよい。この場合には、接合部材２３は、発光素子２１の、ｐ側電極およびｎ側電極以外の領域と基板１１の上面１１ａとを接続し、ｐ側電極およびｎ側電極と導体配線層１３とはワイヤ等によって電気的に接続される。

［絶縁部材１４］
光源ユニット１０は、導体配線層１３の発光素子２１および他の素子等と電気的に接続される領域以外を覆う絶縁部材１４をさらに備えていてもよい。図１に示すように、基板１１の上面１１ａ側において、導体配線層１３の一部上に絶縁部材１４が設けられている。絶縁部材１４は、導体配線層１３の発光素子２１および他の素子等と電気的に接続される領域以外領域に絶縁性を付与するレジストとして機能する。絶縁部材１４は、発光素子２１からの光を反射可能とするため、例えば、樹脂、および、樹脂に分散した、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の酸化物粒子からなる反射材を含んでいてもよい。光反射性を有する絶縁部材１４は、発光素子２１から出射した光を基板１１の上面１１ａ側において反射し、基板１１側での光の漏れや吸収を防いで、発光装置の光取り出し効率を向上させる。

［区分部材１５］
区分部材１５は、壁部１５ａｘ、１５ａｙおよび底部１５ｂを含む。図２に示すように、ｘ方向に隣接する２つの光源２０の間にｙ方向に延びる壁部１５ａｙが配置され、ｙ方向に隣接する２つの光源２０の間にｘ方向に延びる壁部１５ａｘが配置されている。このため、各光源２０は、ｘ方向に延びる２つの壁部１５ａｘと、ｙ方向に延びる２つの壁部１５ａｙとによって囲まれている。２つの壁部１５ａｘおよび２つの壁部１５ａｙによって囲まれた領域１５ｒに底部１５ｂが位置している。本実施形態では、光源２０のｘ方向およびｙ方向の配列ピッチが等しいため、底部１５ｂの外形は正方形である。
底部１５ｂの中央には貫通孔１５ｅが設けられ、貫通孔１５ｅ内に、光源２０が位置するように、底部１５ｂが絶縁部材１４上に位置している。貫通孔１５ｅの形状及び大きさに特に制限はなく、光源２０が内部に位置し得る形状および大きさであればよい。光源２０からの光を底部１５ｂでも反射可能なように、貫通孔１５ｅの外縁が、光源２０の近傍に位置していること、つまり、上面視において、貫通孔１５ｅと光源２０との間に生じる間隙は狭いほうが好ましい。

図１に示すように、ｙｚ断面では、壁部１５ａｘは、ｘ方向に延びる一対の傾斜面１５ｓを含む。一対の傾斜面１５ｓのそれぞれは、ｘ方向に延びる２つの辺の一方で互いに接続しており、頂部１５ｃを構成している。他方は、隣接する２つの領域１５ｒに位置する底部１５ｂとそれぞれ接続されている。同様に、ｙ方向に延びる壁部１５ａｙはｙ方向に延びる一対の傾斜面１５ｔを含む。一対の傾斜面１５ｔのそれぞれは、ｙ方向に延びる２つの辺の一方で互いに接続しており、頂部１５ｃを構成している。他方は、隣接する２つの領域１５ｒに位置する底部１５ｂとそれぞれ接続されている。

底部１５ｂ、２つの壁部１５ａｘおよび２つの壁部１５ａｙによって開口１７ａを有する発光空間１７が形成される。図２では、３行３列に配列された発光空間１７が示されている。一対の傾斜面１５ｓおよび一対の傾斜面１５ｔは、発光空間１７の開口１７ａに面している。

区分部材１５は光反射性を有しており、光源２０から出射する光を壁部１５ａｘ、１５ａｙの傾斜面１５ｓ、１５ｔによって、発光空間１７の開口１７ａに向けて反射させる。また、底部１５ｂに入射する光も発光空間１７の開口１７ａ側へ反射させる。これにより、光源２０から出射される光を効率よく透光積層体３０へ入射させることができる。

区分部材１５によって区画される発光空間１７は、複数の光源２０をそれぞれ独立して駆動させた場合における、発光空間の最小単位となる。また、面発光源として発光装置１０１を透光積層体３０の上面３０ａを見た場合における、ローカルディミングの最小単位領域となる。複数の光源２０を独立して駆動する場合、最も小さな発光空間単位でローカルディミングで駆動が可能な発光装置が実現する。隣接する複数の光源２０を同時に駆動し、ＯＮ／ＯＦＦのタイミングを同期させるように駆動すれば、より大きな単位でローカルディミングによる駆動が可能となる。

区分部材１５は、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の金属酸化物粒子からなる反射材を含有する樹脂を用いて成形してもよいし、反射材を含有しない樹脂を用いて成形した後、表面に反射材を設けてもよい。区分部材１５の光源２０からの出射光に対する反射率は、例えば、７０％以上であることが好ましい。

区分部材１５は、金型を用いた成形や光造形によって形成することができる。金型を用いた成形方法としては、射出成形、押出成形、圧縮成形、真空成形、圧空成形、プレス成形等の成形方法を用いることができる。例えば、ＰＥＴ等で形成された反射シートを用いて真空成形することで、底部１５ｂと壁部１５ａｘ、１５ａｙが一体的に形成された区分部材１５を得ることができる。反射シートの厚さは、例えば１００〜５００μｍである。

区分部材１５の底部１５ｂの下面と絶縁部材１４の上面とは、接着部材等で固定される。貫通孔１５ｅから露出される絶縁部材１４は、光反射性を有していることが好ましい。光源２０からの出射光が、絶縁部材１４と区分部材１５との間に入射しないように、貫通孔１５ｅの周囲に接着部材を配置することが好ましい。例えば、貫通孔１５ｅの外縁に沿ってリング状に接着部材を配置することが好ましい。接着部材は両面テープであってもよいし、ホットメルト型の接着シートであってもよいし、熱硬化樹脂や熱可塑樹脂の接着液であってもよい。これらの接着部材は、高い難燃性を有することが好ましい。また、接着部材ではなく、ネジ、ピン等他の結合部材で固定されていてもよい。

［ハーフミラー３１］
透光積層体３０のハーフミラー３１は、光源ユニット１０に位置する発光空間１７の開口１７ａを覆うように、光源２０の上方に配置される。

ハーフミラー３１は、入射する光の一部を反射し、残りの光を透過させる透過特性および反射特性を有する。ハーフミラー３１は、垂直入射時において、光源の発光波長帯域に対して３０％程度以上７５％程度以下の反射率を有する。ハーフミラー３１の反射率は、ハーフミラー３１の全領域において実質的に等しい。ここで、実質的に等しいとは、例えば、主面（上面３１ａおよび下面３１ｂ）に垂直に入射する光の反射率が、任意の測定箇所において、平均値±５％以内の値であることをいう。

ハーフミラー３１は、透光性の基材に屈折率の異なる２以上の誘電体膜が積層された誘電体多層膜構造を備えていることが好ましい。誘電体膜の具体的な材料としては、金属酸化膜、金属窒化膜、金属フッ化膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂など、光源２０および後述する波長変換層３４から放射される光に対して吸収が少ない材料であることが好ましい。誘電体多層膜は、積層した誘電体膜の屈折率差によって、界面で入射光の一部を反射させる。誘電体膜の厚さによって、入射光と反射光との位相を変化させ、２つの光の干渉の程度を調整することにより、反射率を調整することができる。誘電体膜の厚さによる位相の調整は、透過する光の波長に依存するので、誘電体膜を複数積層し、誘電体膜ごとに反射させる光の波長を異ならせれば、反射率の波長依存性も調整することができる。したがって、誘電体多層膜を用いることで、光の吸収が少なく、反射率特性を任意に調整することが可能なハーフミラー３１を実現することができる。

また、誘電体多層膜構造を用いれば、均一な厚さを有する誘電体膜であっても、垂直に入射する光と、斜めに入射する光とで、光路長は異なる。このため、ハーフミラー３１に入射する光の入射角度によって反射率を制御することも可能となる。特に、垂直入射よりも斜め入射の方が、反射率が低くなるように設定することで、後述するように、光源２０の光軸Ｌ方向、つまり、ハーフミラー３１の主面に垂直な方向の反射率を上げ、光軸Ｌに対して大きな角度φで入射する光に対する反射率を下げることができる。すなわち光軸に対して角度が大きくなるところで透過率を上げることで外部から発光装置を観測したときに、面上の輝度むらをより小さくすることが可能となる。

図４は、ハーフミラー３１の反射率および透過率の角度依存特性の一例を示す。光軸Ｌを０°として、配光角（図１のφ）の絶対値が約４０°以下の範囲において、反射率が６０％であり、絶対値が４０°以上の配光角において、反射率が低下し、透過率が高くなっている。このような反射率特性を有することによって上述した輝度むらをより効果的に抑制することができる。

図５は、光源２０から出射する光の発光スペクトルと、ハーフミラー３１の反射率特性との一例を示す図である。横軸は波長を示し、縦軸は、反射率または相対発光強度を示す。反射率は、ハーフミラー３１の主面に垂直な方向における値を示す。ハーフミラー３１の垂直方向における反射率特性において、光源２０の発光ピーク波長より長波長側の帯域は、短波長側の帯域よりも広くなっていることが好ましい。図５に示す例では、光源２０の発光ピーク波長は約４５０ｎｍである。ハーフミラー３１の、例えば、４０％以上の反射率を有する帯域は、４５０ｎｍよりも短波長側では、４００〜４５０ｎｍの５０ｎｍの帯域であるのに対し、４５０ｎｍよりも長波長側では、４５０〜５７０ｎｍの１２０ｎｍの帯域である。

一般に、ハーフミラーの反射波長帯域は、光が垂直に入射する場合に比べ、斜め入射する場合に光路長が長くなることにより、短波長側へシフトする。例えば、ある波長λの光が垂直方向からハーフミラーに入射した場合に、所定の反射率で光を反射させる特性を有していても、ハーフミラーに対して斜めから入射させると、反射波長帯域が短波長側へδだけシフトする。このため、反射波長帯域のシフト量δに対応した分だけ波長λよりも短い波長の光は同じ反射率で反射するが、波長λの光に対する反射率は低下する。

このような場合に、上述したように、ハーフミラー３１の垂直方向の反射率特性において、光源２０の発光ピーク波長より長波長側の帯域が、短波長側の帯域よりも広くなるように、反射率特性を設計することにより、斜めに入射する光にして反射波長帯域が短波長側へδだけシフトしたとしても、長波長側の帯域が広いことによって、同じ反射率を維持し得る。例えば、上述した配光角（図１のφ）の絶対値が約４０°以下の範囲において、ハーフミラー３１に斜めに光が入射しても、反射率が低下し、光源２０の光軸Ｌに対して少し斜めに入射する光が多く透過することにより、輝度むらが強調されるのを抑制することができる。

［光拡散板３３］
光拡散板３３は、ハーフミラー３１の上面３１ａ側に位置している。光拡散板３３は、入射する光を拡散させて透過する。光拡散板３３は、たとえば、ポリカーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂等、可視光に対して光吸収の少ない材料によって構成されている。光を拡散させる構造は、光拡散板３３の表面に凹凸を設けたり、光拡散板３３中に屈折率の異なる材料を分散させたりすることによって、光拡散板３３に設けられている。光拡散板は、光拡散シート、ディフューザーフィルム等の名称で市販されているものを利用してもよい。

［散乱反射部３２］
散乱反射部３２はハーフミラー３１と光拡散板３３との間またはハーフミラー３１の下面３１ｂに位置している。本実施形態では、散乱反射部３２は、光拡散板３３の下面３３ｂに設けられている。後述する、光拡散板３３がポリスチレン樹脂によって構成されている場合には、散乱反射部３２はハーフミラー３１に設けられていることが好ましい。ハーフミラー３１を構成する材料はポリスチレン樹脂よりも小さい線膨張係数を有するため、熱膨張によって光源２０と散乱反射部３２との位置ずれを生じるのを抑制することができる。

図６は、発光装置１０１の上面視における、散乱反射部３２と光源２０の出射面（被覆部材２２の表面２２ａまたは出射面２１ａ）との位置関係を示している。図１および図６に示すように、散乱反射部３２は、少なくとも各光源２０の出射面の上方、つまり、光源２０の光軸上に位置している。散乱反射部３２は入射する光を散乱反射させる。光源２０から出射する光は光軸Ｌ上において発光強度が強いため、散乱反射部３２を設けることにより、各光源２０からの光における輝度むらを抑制する。各光源２０の光軸Ｌを０°として、０°よりも配光角の絶対値が大きい角度では、相対的に発光強度が弱くなる。このため、発光空間１７の境界である区分部材１５の頂部１５ｃの上方においては、光を散乱させる必要はないため、散乱反射部３２は設けられていなくてもよい。

図６では、散乱反射部３２は上面視において、各光源２０の光軸を中心とする円形を有しているが、散乱反射部３２の形状は円に限られない。光源２０の配光特性に応じて、より光が均一に散乱し得るように、楕円、矩形等散、乱反射部３２の形状を決定し得る。また、光源２０がバットウイング型の配光特性を有する等の理由により、光源２０の光軸上での発光強度が光軸の周囲よりも弱くなっている場合には、散乱反射部３２は例えば、上面視において、リング形状を有していてもよい。つまり、散乱反射部３２は各光源２０の出射面の少なくとも一部の上方に位置していればよい。

頂部１５ｃと、光拡散板３３又はハーフミラー３１とが接している場合は、光拡散板３３又はハーフミラー３１で反射された光が、壁部１５ａｘ、１５ａｙを照射する光量が増えることで、頂部１５ｃ近傍の領域が明るくなるので、壁部１５ａｘ、１５ａｙの直上方向に散乱反射部３２が設けられていることが好ましい。これにより、頂部１５ｃ近傍の領域が明るくなって輝度むらが生じることを抑制することができる。

散乱反射部３２は、樹脂と、樹脂に分散した反射材の粒子である、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の酸化物の粒子とを含む。酸化物の粒子の平均粒子径は、例えば０．０５μｍ以上３０μｍ以下程度である。散乱反射部３２は、顔料、光吸収材、蛍光体等をさらに含んでいてもよい。樹脂に、アクリレートやエポキシ等を主成分とした光硬化性樹脂を用いれば、光拡散板３３の下面３３ｂに、反射材を含む硬化前の樹脂を塗布後、例えば紫外線を照射することによって散乱反射部３２を形成することができる。光源２０からの出射光で樹脂を光硬化させてもよい。反射材が分散した未硬化の樹脂は、例えば版を使った印刷法や、インクジェット法によって配置することができる。

散乱反射部３２における光を散乱させる反射材の粒子は、均一に分布していてもよいし、光源２０の配光角の絶対値が小さい領域において、配光角の絶対値が大きい領域よりも高密度で配置されていてもよい。図７Ａに示す散乱反射部３２’は、第１部分３２ａおよび第２部分３２ｂを含む。第１部分３２ａは、出射面２１ａの直上に位置しており、第２部分３２ｂは、第１部分の周囲に位置している。

第２部分３２ｂにおける反射材の粒子の密度は、第１部分３２ａにおける反射材の粒子の密度よりも小さい。ここで粒子の密度とはたとえば、上面視における平面、つまり、ｘｙ平面における単位面積当たりの粒子の個数で示される数密度で表される。

散乱反射部３２’は、例えば、図７Ｂに示すように、印刷法や、インクジェット法によって、反射材の粒子が分散した未硬化の樹脂による微小領域３２ｃを、第１部分３２ａにおいて密に配置し、第２部分３２ｂにおいて、第１部分３２ａよりも低い密度で配置することにより形成することができる。また、図７Ｃに示すように、第１部分３２ａおよび第２部分３２ｂに、反射材の粒子が分散した未硬化の樹脂による第１の層３２ｄを形成し、第１部分３２ａにのみ第１の層３２ｄ上に第２の層３２ｅを形成してもよい。図７Ｂまたは図７Ｃに示す構造を備えた散乱反射部３２’は、ｘｙ平面における、散乱反射部３２’における反射材の粒子の密度が上述した関係を満たしている。

散乱反射部３２は図８および図９に示すように、ハーフミラー３１の上面３１ａまたは下面３１ｂに設けてもよい。また、図１０に示すように、散乱反射部３２は、光拡散板３３の上面３３ａ に設けられていてもよい。

［波長変換層３４］
発光装置１０１は、透光積層体３０において、波長変換層３４をさらに備えていてもよい。波長変換層３４は、光拡散板３３の、ハーフミラー３１が位置する側と反対側、つまり、上面３３ａ側に位置している。波長変換層３４は、光源２０から出射する光の一部を吸収し、光源２０からの出射光の波長とは異なる波長の光を発する。

波長変換層３４は、光源２０の発光素子２１から離れているため、発光素子２１の近傍では使用するのが困難な、熱や光強度に耐性の劣る光変換物質も使用することが可能である。これにより、発光装置１０１のバックライトとしての性能を向上させることが可能となる。波長変換層３４はシート形状あるいは層形状を有しており、上述した波長変換物質を含む。

波長変換層３４を用いる場合、図１１に示すように、波長変換層３４とハーフミラー３１との間に位置し、光源２０の発光波長よりも波長変換層３４が発する光の波長における反射率が高いダイクロイック層３８をさらに設けてもよい。

［プリズムアレイ層３５、３６、反射型偏光層３７］
発光装置１０１は、透光積層体３０において、プリズムアレイ層３５、３６および反射型偏光層３７をさらに備えていてもよい。プリズムアレイ層３５、３６は所定の方向に延びる複数のプリズムが配列された形状を有する。例えば、プリズムアレイ層３５は、図１において、ｙ方向に延びる複数のプリズムを有し、プリズムアレイ層３６はｘ方向に延びる複数のプリズムを有する。プリズムアレイ層３５、３６は、種々の方向から入射する光を発光装置に対向する表示パネルへ向かう方向（ｚ方向）に屈折させる。これにより、発光装置１０１の発光面である透光積層体３０の上面３０ａから出射する光は主として上面３０ａに垂直（ｚ軸に平行）な成分が多くなり、発光装置１０１を正面（ｚ軸方向）から見た場合の輝度を高めることができる。

反射型偏光層３７は、表示パネル、例えば液晶表示パネルのバックライト側に配置された偏光板の偏光方向に一致する偏光方向の光を選択的に透過し、その偏光方向に垂直な方向の偏光をプリズムアレイ層３５、３６側へ反射させる。反射型偏光層３７から戻ってきた偏光の一部はプリズムアレイ層３５、３６および波長変換層３４、光拡散板３３で再度反射する際に偏光方向が変化し、液晶表示パネルの偏光板の偏光方向を有する偏光に変換され、再び反射型偏光層３７に入射し、表示パネルへ出射する。これにより、発光装置１０１から出射する光の偏光方向を揃え、表示パネルの輝度向上に有効な偏光方向の光を高効率で出射する。

プリズムアレイ層３５、３６および反射型偏光層３７は、バックライト用の光学部材として市販されているものを用いることができる。

［透光積層体３０］
透光積層体３０は、上述したハーフミラー３１、散乱反射部３２、光拡散板３３、波長変換層３４、プリズムアレイ層３５、３６および反射型偏光層３７を互いに積層することによって構成されている。これらの層の少なくとも１つの界面は、互いに接触しておらず空間が形成されていてもよい。ただし、発光装置１０１の厚さをできるだけ小さくするためには、空間を設けずに互い隣接する２つの層が接するように積層されていることが好ましい。

透光積層体３０は、例えば、支持体によって光源ユニット１０に対して所定の間隔で支持される。透光積層体３０の下面３０ｂは、区分部材１５の頂部１５ｃと接していることが好ましい。例えば、頂部１５ｃとハーフミラー３１の下面３１ｂと接続部材によって接合されていてもよいし、ピン、ねじ等によって、ハーフミラー３１等と接合されていてもよい。頂部１５ｃが透光積層体３０の下面３０ｂと接していることによって、１つの発光空間１７内の光源２０から出射した光が隣接する発光空間１７へ入射するのを抑制することができる。

ハーフミラー３１と基板１１との間隔ＯＤは光源２０の配列ピッチＰの０．２倍以下（ＯＤ／Ｐ≦０．２）に設定することが好ましい。より好ましくは、間隔ＯＤは光源２０の配列ピッチＰの０．０５倍以上０．２倍以下（０．０５≦ＯＤ／Ｐ≦０．２）である。従来の構成によればこのように透光積層体３０と、光源２０を実装した基板との間隔を短く設定した場合、発光装置の輝度むらが大きく生じていた。しかし、本開示の発光装置１０１によれば、ハーフミラー３１および散乱反射部３２を用いることによって輝度分布を均一にすることが可能である。

発光装置１０１は、光源ユニット１０および透光積層体３０をそれぞれ作製し、上述した支持体で光源ユニット１０に対して透光積層体３０を支持することによって組み立てることができる。

（発光装置１０１の動作、効果）
発光装置１０１の動作、特に、光源２０から出射する光の輝度むらが抑制される理由を説明する。発光装置１０１をバックライトのように面発光装置として使用する場合、発光装置１０１からの出射面である透光積層体３０の上面３０ａにおける輝度むらはできるだけ小さいほうが好ましい。

しかし、光源２０は点光源であり、光源２０から出射する光が照らす面の照度は距離の２乗に反比例する。このため、透光積層体３０の下面３０ｂに入射する光の照度は、上面視における、光源２０の直上近傍の領域Ｒ１のほうが、Ｒ１の周囲に位置する領域Ｒ２よりも高い。これは、領域Ｒ１における光源２０と上面３０ａとの距離の方が領域Ｒ２における光源２０と上面３０ａとの距離よりも短いからである。

一方、発光装置１０１をバックライトとして使用する場合、表示装置の意匠、美観あるいは、機能的な観点から、表示装置の厚さが小さいことが求められ、発光装置１０１の厚さ（高さ）も小さいことが求められている。このため、光源ユニット１０と透光積層体３０との間隔ＯＤは小さいほうが好ましい。ＯＤが小さくなると、光源２０から直接透光積層体３０へ入射する光が多くなるため、光源２０間の間隔ＯＤをできるだけ短くしない限り、上述した上面３０ａにおける輝度むらは大きくなる。

本実施形態の発光装置１０１は、ハーフミラー３１および散乱反射部３２を備える。ハーフミラー３１は、散乱反射部３２よりも光源２０に近接しており、光源２０から出射する光の一部を反射する。ハーフミラー３１で反射した光は、光源２０を支持する基板１１へ入射し、基板１１側で反射することによって、再度ハーフミラー３１へ入射する。再度入射する光は、ハーフミラー３１および基板１１側での反射によって、光源２０から直接ハーフミラー３１へ入射する光よりも拡散している。このため、光源２０から出射した光の一部をハーフミラー３１と基板１１との間で１回以上反射させ、光源２０の出射面よりも広い面積で、つまり、面として光源２０からの光をハーフミラー３１から出射させることができる。

ハーフミラー３１から出射した光は、光源２０の少なくとも出射面２１ａの上方に位置する散乱反射部３２に入射し、散乱される。このため、光源２０の光軸Ｌ近傍の光束密度の高い光が選択的に拡散し、輝度むらを低減することができる。

特に、ハーフミラー３１を誘電体多層膜によって構成する場合、ハーフミラー３１における光の吸収を抑制することができ、光の利用効率を高めることができる。また、ハーフミラー３１は、垂直方向における反射率が実質的に均一である。この特性は、誘電体膜を積層することによって実現することができ、例えば、表示パネルの製造技術を用いれば、比較的容易にかつ安価で大面積のハーフミラー３１を作製することができる。よって、特性の優れたハーフミラー３１を安価で製造することが可能であり、発光装置の製造コストを低減することが可能である。

また、ハーフミラー３１において、垂直入射よりも斜め入射において、反射率が低くなるように設定することによって、特に光源２０の光軸Ｌ方向においてハーフミラーへ直接入射する光を多く反射し、光源２０から光軸Ｌに対して大きな角度でハーフミラー３１へ直接入射する光の反射を少なくすることができる。このため、光源２０の直接光による輝度むらの低減に特に効果を奏する。

また、散乱反射部３２は樹脂および樹脂に分散している粒子を含み、上面視における粒子の密度が、各光源の出射面の直上の第１部分３２ａよりもその周辺に位置する第２部分３２ｂのほうが小さくなるように、散乱反射部３２を配置してもよい。これにより、散乱の程度を散乱反射部３２内で異ならせ、より光束密度の高い領域において散乱を高めることによって輝度むらをさらに低減することができる。

散乱反射部３２は、ハーフミラー３１の上面３１ａおよび光拡散板３３の下面３３ｂのいずれに設けてもよい。ハーフミラー３１の線膨張率が光拡散板３３の線膨張率より小さく、基板１１と光拡散板３３との線膨張率差よりも、基板１１とハーフミラー３１との線膨張率差のほうが小さい場合、散乱反射部３２は、ハーフミラー３１に設けてもよい。この場合、熱による膨張収縮による、光源２０に対する散乱反射部３２の位置ずれを小さくすることができる。したがって、動作中の熱による光学特性の変化が小さい発光装置１０１を実現することができる。

また、一般に、ハーフミラーの反射波長帯域は、ハーフミラーに垂直に入射する光に比べ、斜め入射する光に対して短波長側へシフトする。このため、ハーフミラー３１の垂直方向の反射率特性において、光源２０の発光ピーク波長より長波長側の帯域が、短波長側の帯域よりも広くなるように、反射率特性を設計することにより、光軸から少し斜めに入射する光に対して、反射波長帯域が短波長側へシフトしても、反射率が低下し、輝度むらが強調されるのを抑制することができる。

さらに、光源２０がバットウイング型の配光特性を有することにより、図１の領域Ｒ１における照度を低減することができるため、発光装置１０１からの出射面である透光積層体３０の上面３０ａにおける輝度むらを抑制することができる。特に、光源２０が水平な方向に対して仰角２０°未満の光量が全体の光量の３０％以上である配光特性を有することにより、より一層輝度むらを抑制することができる。このように、本開示の発光装置１０１によれば、発光装置１０１からの出射面である透光積層体３０の上面３０ａにおける輝度むらを効果的に抑制することができる。

（実施例）
発光装置１０１を作製し、発光装置１０１の輝度分布を調べた結果を説明する。光源２０には、窒化物系青色発光素子２１と、被覆部材２２とを含み、バットウイング型の配光特性を有する光源を用いた。

ハーフミラー３１には、５０％の透過率を有する東レ製ピカサス１００ＧＨ１０を用いた。光拡散板３３には、光拡散シートを用いた。波長変換層３４には、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を含有する蛍光体シートを用いた。プリズムアレイ層３５、３６としてプリズムシートを用い、プリズムの延びる方向を直交させて配置した。反射型偏光層３７として反射型の偏光性フィルムを用いた。散乱反射部３２には、樹脂に酸化チタン粒子が分散した白色インクをインクジェットプリンタで光拡散板３３の下面３３ｂに印刷した。光源２０を１８．８ｍｍのピッチＰで５行５列に配置した。基板１１とハーフミラー３１との間隔ＯＤを１．８ｍｍに設定した。ＯＤ/Ｐ＝０．０９６であった。

比較のために、ハーフミラー３１を用いずに、基板１１とハーフミラー３１との間隔ＯＤを３．８ｍｍに設定した発光装置（以下、参考例の発光装置とよぶ）を作製した。ＯＤ/Ｐ＝０．２０であった。

実施例および参考例の発光装置を点灯させ、発光面を撮影した結果を図１２に示す。図１２から分かるように、ハーフミラー３１および散乱反射部３２を用いることによって、ハーフミラー３１を用いないでＯＤ＝３．８ｍｍに設定した参考例と同等以上に輝度むらが抑制された輝度分布特性が得られることが分かった。つまり、参考例に比べ、基板１１とハーフミラー３１との間隔ＯＤを１／２以下にしても、同等以上に輝度の分布が均一な発光装置が実現できることが分かった。

相対輝度を測定したところ、実施例の発光装置の輝度は参考例の約８５％であった。これは、ハーフミラー３１を挿入することによって光の取り出し効率が少し低下しているからと考えられる。

これらの結果から、本開示の発光装置によれば、ハーフミラーと基板との間隔が隣接する２つの光源の間隔の０．２倍以下であっても、輝度分布が均一であり、輝度むらの少ない発光装置を実現できることが分かった。

本開示の発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具などに利用することができる。

１０ 光源ユニット
１１ 基板
１１ａ 上面
１１ｂ 下面
１２ 金属層
１３ 導体配線層
１４ 絶縁部材
１５ 区分部材
１５ａｘ、１５ａｙ 壁部
１５ｂ 底部
１５ｃ 頂部
１５ｅ 貫通孔
１５ｒ 領域
１５ｓ、１５ｔ 傾斜面
１７ 発光空間
１７ａ 開口
２０ 光源
２１ 発光素子
２１ａ 出射面
２２ 被覆部材
２３ 接合部材
３０ 透光積層体
３０ａ、３１ａ、３３ａ 上面
３０ｂ、３１ｂ、３３ｂ 下面
３１ ハーフミラー
３２、３２’ 散乱反射部
３２ａ 第１部分
３２ｂ 第２部分
３２ｃ 微小領域
３２ｄ 第１の層
３２ｅ 第２の層
３３ 光拡散板
３４ 波長変換層
３５、３６ プリズムアレイ層
３７ 反射型偏光層
１０１ 発光装置

Claims (17)

1. 基板と、
   前記基板上に位置する複数の光源と、
   光拡散板と、
   前記光拡散板と、前記基板の前記複数の光源との間に位置するハーフミラーと、
   前記基板と前記光拡散板との間であって、前記複数の光源の出射面の少なくとも一部の上方に位置する散乱反射部と、
   を備えた、発光装置。
2. 前記散乱反射部は、前記ハーフミラーの上面または下面に位置している請求項１に記載の発光装置。
3. 前記散乱反射部は、前記光拡散板の上面または下面に位置している請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記散乱反射部は、樹脂および前記樹脂に分散している粒子を含む請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記散乱反射部は、上面視において、各光源の出射面を含んでおり前記出射面よりも大きい領域に位置しており、前記領域の前記上面視における前記粒子の密度は、各光源の出射面の直上の第１部分よりもその周辺に位置する第２部分における密度のほうが小さい請求項４に記載の発光装置。
6. 頂部を有する壁部で形成される複数の領域を有し、前記基板上において前記複数の光源のそれぞれを取り囲む区分部材をさらに備えた、請求項１に記載の発光装置。
7. 前記散乱反射部は、前記区分部材の前記頂部上方には位置していない、請求項６に記載の発光装置。
8. 前記ハーフミラーは、前記区分部材の１つ以上の前記頂部に接して配置されている、請求項６または７に記載の発光装置。
9. 前記ハーフミラーは、前記区分部材の１つ以上の前記頂部と接続部材によって固定されている、請求項６から８のいずれかに記載の発光装置。
10. 各光源はバットウイング型の配光特性を有する、請求項１から９のいずれかに記載の発光装置。
11. 前記ハーフミラーは誘電体多層膜を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の発光装置。
12. 前記ハーフミラーの垂直方向の反射率特性において、前記光源の発光ピーク波長より長波長側の帯域は、短波長側の帯域よりも広い、請求項１から１１のいずれかに記載の発光装置。
13. 垂直入射時における前記ハーフミラーの反射率は、前記光源の発光波長帯域に対して３０％以上７５％以下である、請求項１から１２のいずれかに記載の発光装置。
14. 前記ハーフミラーと前記基板との間隔は前記複数の光源のうち隣接する光源における間隔の０．２倍以下である請求項１から１３のいずれかに記載の発光装置。
15. 各光源は、水平な方向に対して仰角２０゜未満の光量が全体の光量の３０％以上である配光特性を有する請求項１から１４のいずれかに記載の発光装置。
16. 前記光拡散板の、前記ハーフミラーが位置する側と反対側に位置しており、前記光源からの光を吸収し、前記光源からの光とは異なる波長の光を発する波長変換層をさらに備える、請求項１から１５のいずれかに記載の発光装置。
17. 前記波長変換層と前記ハーフミラーの間に位置し、前記光源の発光波長よりも前記波長変換層が発する光の波長における反射率が高いダイクロイック層をさらに備える、請求項１６に記載の発光装置。

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