JP2018198284A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成で、輝度ムラが抑制された発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置は、上面を有する基体と、基体の上面に配置された複数の光源と、複数の光源を挟んで基体と対向するように配置された第１レンチキュラーレンズシートと、第１レンチキュラーレンズシートの上面側に位置しているハーフミラーと、ハーフミラーの上面側に位置しており、第１レンチキュラーレンズシートの複数の溝の伸びる方向と交差する方向に伸びる複数の溝を有する第２レンチキュラーレンズシートとを備える。
【選択図】図１

Description

本願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面発光装置が提案されている。機能性、デザイン性等の観点から表示装置は薄型であることが求められる場合があり、バックライトもより薄型であることが求められている。また、一般照明用の発光装置においても、機能性、デザイン性等の観点から薄型が求められる場合がある。
このような用途の発光装置を薄型化すると、一般に、発光面における輝度ムラが生じやすくなる。特許文献１は、面発光装置の輝度ムラを抑制するために、光源を封止する樹脂体の表面に部分的に拡散部材を配置し、光源から出射する光の均一性を高める技術を開示している。
国際公開第２０１２／０９９１４５号
特許文献１によれば、個々の光源に拡散部材を配置する必要がある。かかる事情に鑑み、本開示は簡単な構成で、輝度ムラが抑制された発光装置を提供する。
本開示の発光装置は、上面を有する基体と、前記基体の上面に配置された複数の光源と、前記複数の光源を挟んで前記基体と対向するように配置された第１レンチキュラーレンズシートと、前記第１レンチキュラーレンズシートの上面側に位置しているハーフミラーと、前記ハーフミラーの上面側に位置しており、前記第１レンチキュラーレンズシートの複数の溝の伸びる方向と交差する方向に伸びる複数の溝を有する第２レンチキュラーレンズシートとを備える。
本開示の発光装置によれば、２つのレンチキュラーレンズシートとの間にハーフミラーを配置することによって、輝度ムラを抑制することができる。
図１は、本開示の一実施形態の発光装置を示す断面図である。 図２Ａは、図１に示す発光装置の光源近傍を拡大して示す平面図である。 図２Ｂは、図１に示す発光装置の光源近傍を拡大して示す断面図である。 図３Ａは、本開示の他の形態の発光装置の光源近傍を拡大して示す平面図である。 図３Ｂは、本開示の他の形態の発光装置の光源近傍を拡大して示す断面図である。 実施形態の被覆部材の配光特性の一例を示す図である。 実施形態のハーフミラーの波長帯域と発光素子の発光波長との関係の一例を示す図である。 図６Ａは、実施例の発光装置の発光面を示す。 図６Ｂは、実施例の発光装置の発光面のｙ方向の輝度プロファイルを示す。 図６Ｃは、実施例の発光装置の発光面のｘ方向の輝度プロファイルを示す。 図７Ａは、比較例１の発光装置の発光面を示す。 図７Ｂは、比較例１の発光装置の発光面のｙ方向の輝度プロファイルを示す。 図７Ｃは、比較例１の発光装置の発光面のｘ方向の輝度プロファイルを示す。 図８Ａは、比較例２の発光装置の発光面を示す。 図８Ｂは、比較例２の発光装置の発光面のｙ方向の輝度プロファイルを示す。 図８Ｃは、比較例２の発光装置の発光面のｘ方向の輝度プロファイルを示す。
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説明する。以下に説明する発光装置は、実施形態の一例であって、以下に説明する発光装置において種々の改変が可能である。以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、各構成要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
本開示の発光装置は２つのレンチキュラーレンズシートとの間にハーフミラーを配置した透光積層体を備え、光源から出射した光がこの透光積層体を透過することにより、光源から透光積層体までの距離が小さくても（間隔が短くても）輝度ムラを抑制することができる。
図１は、本開示の発光装置の一例による断面を示す模式図である。発光装置１００は、基体１０と、複数の光源２０と、第１レンチキュラーレンズシート５１と、第２レンチキュラーレンズシート５２と、ハーフミラー５３とを備える。以下、各構成要素を詳細に説明する。
（基体１０）
基体１０は、上面を有し、複数の光源２０を支持する。また、複数の光源２０に電力を供給する。基体１０は、例えば、基板１１と、導電層１２とを含む。さらに絶縁層１３を備えていてもよい。
基板１１は、例えば、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）等の樹脂、セラミックス等によって構成される。なかでも、低コストと、成型容易性の点から、絶縁性を有する樹脂を選択することが好ましい。あるいは、耐熱性及び耐光性に優れた発光装置を実現するため、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、ムライト、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）等が挙げられる。なかでも、アルミナからなる又はアルミナを主成分とするセラミックスが好ましい。
また、基板１１を構成する材料に樹脂を用いる場合、ガラス繊維、ＳｉＯ２ 、ＴｉＯ２ 、Ａｌ２ Ｏ３ 等の無機フィラーを樹脂に混合し、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もできる。また、基板１１は、金属板に絶縁層が形成された複合板であってもよい。
導電層１２は、所定の配線パターンを有する。導電層１２は、光源２０の電極と電気的に接続され、外部からの電力を光源２０へ供給する。配線パターンは、光源２０の正極と接続される正極配線と光源２０の負極と接続される負極配線とを含む。導電層１２は、光源２０の載置面となる、基板１１の少なくとも上面に形成される。導電層１２の材料は、導電性材料の中から基板１１の材料、基板１１の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、導電層１２の材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する材料であることが好ましく、例えば、タングステン、モリブデンのような高融点の金属を用いるのが好ましい。前述の高融点金属からなる配線パターン上にメッキ、スパッタリング、蒸着などにより、ニッケル、金、銀など他の金属材料の層をさらに備えていてもよい。
基板１１の材料として樹脂を用いる場合、導電層１２の材料は、加工し易い材料が好ましい。また、射出成形された樹脂を用いる場合には、導電層１２の材料は、打ち抜き加工、エッチング加工、屈曲加工等の加工が容易であり、かつ、比較的大きい機械的強度を有する材料であることが好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属、または、鉄−ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅、モリブデン等の金属層やリードフレーム等によって導電層１２が形成されていることが好ましい。また、導電層１２は、これらの金属による配線パターンの表面上に他の金属材料の層をさらに備えていてもよい。この材料は特に限定されないが、例えば、銀のみ、あるいは、銀と、銅、金、アルミニウム、ロジウム等との合金からなる層、または、これら、銀や各合金を用いた多層を用いることができる。他の金属材料による層は、メッキ、スパッタリング、蒸着などにより形成することができる。
（絶縁層１３）
基体１０は、絶縁層１３を備えていてもよい。絶縁層１３は、基体１０において、導体層１２のうち、光源２０等が接続される部分を覆って基板１１上に設けられている。つまり、絶縁層１３は電気絶縁性を有し、導体層１２の少なくとも一部を覆う。好ましくは、絶縁層１３は光反射性を有している。絶縁層１３が光反射性を有することによって、光源２０から基体１０側へ出射する光を反射し、光の取り出し効率を向上させることができる。また、絶縁層１３が光反射性を有することによって、光源から出射して透光積層体に当たる光のうち、反射した光も反射し、光の取り出し効率を向上させることができる。これらの基体で反射した光も透光積層体を透過することで、より輝度ムラを抑制することができる。
絶縁層１３の材料は、光源２０から出射する光の吸収が少なく、絶縁性を有する材料であれば、特に制限はない。例えば、エポキシ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネイト、ポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。絶縁層１３に光反射性を付与する場合には、絶縁層１３は、上述した樹脂材料に、後述するアンダーフィル材料に添加する白色系のフィラーを含有させることができる。白色系のフィラーは以下において詳述する。
（光源２０）
本開示において、「光源」とは光を発する部分のことをいう。発光素子、発光素子と波長変換部材とを組み合わせた構造、発光素子を内蔵するパッケージ品、例えばＳＭＤの発光装置、パッケージ型白色ＬＥＤと呼ばれる素子等が挙げられ、形状や構造に特に制限はない。
図２Ａおよび図２Ｂは、本実施形態の発光装置１００における光源２０近傍の構造を拡大して示す平面図および断面図である。光源２０は発光素子２１を含む。本実施形態では、光源２０は、波長変換部材２２をさらに含む。複数の光源２０は、基体１０上において１次元または２次元に配置されている。
発光素子２１は、本実施形態では、発光ダイオードである。発光素子２１が出射する光の波長は、任意に選択できる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＺｎＳｅおよびＧａＰ等の半導体を用いた発光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等の半導体を用いた発光素子を用いることができる。また、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。
光源２０が、発光素子２１と波長変換部材２２とを含む場合には、発光素子２１は、波長変換部材２２に含まれる波長変換材料を効率良く励起できる短波長の光を出射する窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることが好ましい。半導体層の材料および混晶度によって発光波長を種々選択することができる。発光素子２１は、同一面側に正極および負極を有していてもよいし、異なる面に正極および負極を有していてもよい。
発光素子２１は、例えば、成長用基板と、成長用基板の上に積層された半導体層を有する。半導体層はｎ型半導体層とｐ型半導体層とこれらに挟まれた活性層を含む。ｎ型半導体層およびｐ型半導体層にそれぞれ負極および正極が電気的に接続されている。成長用基板には、例えば、透光性のサファイア基板等を用いることができる。
発光素子２１のｎ側電極およびｐ側電極は、図２Ｂに示すように、接続部材２３を介して基体１０にフリップチップ実装されている。発光素子２１のｎ側電極およびｐ側電極が形成された面と反対側の面、すなわち透光性のサファイア基板の主面である上面２１ａから発光素子２１は主として光を出射する。具体的には、発光素子２１の正極および負極は接続部材２３によって基体１０の導体層１２に含まれる正極配線および負極配線と接続されている。
（接続部材２３）
接続部材２３は、導電性の材料によって形成されている。具体的には接続部材２３の材料は、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。
接続部材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、ワイヤー状）のものを用いることができ、組成や支持体の形状等に応じて、適宜選択することができる。また、これらの接続部材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。
（アンダーフィル部材２４）
図２Ｂに示すように、発光素子２１と基体１０との間にアンダーフィル部材２４が配置されていることが好ましい。アンダーフィル部材２４は、発光素子２１からの光を効率よく反射できるようにすること、熱膨張率を発光素子２１に近づけること等を目的として、アンダーフィル部材２４はフィラーを含有している。アンダーフィル部材２４は、図２Ｂに示すように、発光素子２１の側面も覆っていてもよいし、側面は覆っていなくてもよい。
アンダーフィル部材２４は、マトリックスとして発光素子からの光の吸収が少ない材料を含む。例えば、エポキシ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネイト、ポリイミド等を用いることができる。
アンダーフィル部材２４のフィラーとしては、白色系のフィラーであれば、光がより反射され易くなり、光の取り出し効率の向上を図ることができる。また、フィラーとしては、無機化合物を用いることが好ましい。ここでの白色とは、フィラー自体が透明であった場合でもフィラーの周りの材料と屈折率差がある場合に散乱で白色に見えるものも含む。
フィラーの反射率は、発光素子２１の発光波長の光に対して５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。これにより、発光装置１００の光の取り出し効率を向上させることができる。また、フィラーの粒径は、１ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましい。フィラーの粒径をこの範囲にすることで、アンダーフィル材料としての樹脂流動性が良くなり、狭い隙間でも良好にアンダーフィル部材２４となる材料を充填することができる。なお、フィラーの粒径は、好ましくは、１００ｎｍ以上５μｍ以下、さらに好ましくは２００ｎｍ以上２μｍ以下である。また、フィラーの形状は、球形でも鱗片形状でもよい。
フィラー材料としては、具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３、ＭｇＣＯ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＳｒＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＴａＯ２、ＨｆＯ、ＳｅＯ、Ｙ２Ｏ３などの酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯＮなどの窒化物、ＭｇＦ２のようなフッ化物などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。
（波長変換部材２２）
波長変換部材２２は、発光素子２１から出射する光の少なくとも一部を吸収し、異なる波長の光に変換して放射する。波長変換部材２２は、発光素子２１の上面２１ａを少なくとも覆う。本実施形態では、波長変換部材２２は、発光素子２１の側面に設けられたアンダーフィル部材２４も覆っている。波長変換部材２２は、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４）系蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系又はＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ ＳｉＦ６ ：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体などを含む。これらの蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。
また、波長変換部材２２は、例えば、いわゆるナノクリスタル、量子ドットと称される発光物質を含んでいてもよい。これらの材料としては、半導体材料を用いることができ、例えばＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族半導体、具体的には、ＣｄＳｅ、コアシェル型のＣｄＳｘＳｅ１−ｘ／ＺｎＳ、ＧａＰ等のナノサイズの高分散粒子が挙げられる。
波長変換部材２２の光軸Ｌ方向の高さは、後述する被覆部材３０の最大幅の４／５以下であることが好ましい。これにより被覆部材３０のレンズ効果を有効に発揮させることができる。
（被覆部材３０）
被覆部材３０は、光源２０を外部環境から保護するとともに、光源２０から出力される光の配光特性を光学的に制御する。つまり、主として被覆部材３０の外面における光の屈折によって光の出射方向を調節する。被覆部材３０は、光源２０を覆って基体１０上に配置される。
被覆部材３０の材料としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂あるいはそれらを混合させた樹脂などの透光性樹脂や、ガラスなどを用いることができる。これらのうち、耐光性および成形のしやすさの観点では、シリコーン樹脂を選択することが好ましい。
被覆部材３０は、波長変換材料、光源２０からの光を拡散させるための拡散剤を含んでいてもよい。また、発光素子の発光色に対応させて、着色剤を含んでいてもよい。これら波長変換材料、拡散材料、着色剤等は、被覆部材３０の外形によって、配光が制御できる程度の量で被覆部材３０に含まれていることが好ましい。
図２Ｂに示すように、被覆部材３０は、光源２０の直上に凹部３０ｄを有する形状を備えている。直上とは、発光素子２１の光源が出射する上面２１ａの上方であることを意味し、凹部３０ｄの少なくとも一部が上面２１ａの上方に位置している。本実施形態では、被覆部材３０はドーム形状を有し、ドーム形状における光源２０の直上に凹部３０ｄが位置している。
あるいは、被覆部材３０は、光源２０の直上に貫通孔を有する形状を備えていてもよい。図３Ａおよび図３Ｂは、貫通孔３１ｄを有する被覆部材３１の一例を示している。被覆部材３０は貫通孔３１ｄを有する環形状を有している。
被覆部材３０において、底面の幅ＷＢは、被覆部材３０の最大幅ＷＭよりも小さい。また、被覆部材３０の光軸高さＨＬがその最大幅ＷＭよりも小さい。被覆部材３０から出射する光の、光軸Ｌに垂直な平面における均一性を高めるためには、被覆部材３０は光軸Ｌに対して回転対称である外形を有していることが好ましい。
このような外形を被覆部材３０が有していることによって、被覆部材３０から出射する光は、光軸Ｌを含む平面において、バットウイング型の配光特性を有することができる。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２０の配光を広げることで、輝度ムラを改善することができる。
本開示においてバットウイング型の配光特性とは、広義には、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。図４にバットウイング型の配光特性の一例を示す。
被覆部材３０は、例えば、特開２０１６−１７１２２７号公報に開示されているように、光源２０を被覆するように圧縮成型や射出成型によって形成することができる。また、被覆部材３０の材料の粘度を最適化して、光源２０の上に滴下もしくは描画して、材料自体の表面張力を利用することによって、所定の形状を有する被覆部材３０を得ることができる。
（透光積層体５０）
光源２０を覆う被覆部材３０から出射する光は透光積層体５０を透過する。透光積層体５０は、第１レンチキュラーレンズシート５１と、第２レンチキュラーレンズシート５２と、第１レンチキュラーレンズシート５１および第２レンチキュラーレンズシート５２の間に位置するハーフミラー５３とを含む。透光積層体５０を透過することによって、被覆部材３０から出射する光の輝度ムラが低減される。
第１レンチキュラーレンズシート５１は、複数の光源２０を挟んで基体１０と対向するように配置され、ハーフミラー５３は、第１レンチキュラーレンズシートの上面側に位置している。また、第２レンチキュラーレンズシートは、ハーフミラー５３の上面側に位置している。
第１レンチキュラーレンズシート５１と基体１０との間隔ＯＤは複数の光源２０のうち隣接する光源２０におけるピッチ（間隔）Ｐの０．２５倍以下であることが好ましい。つまり、ＯＤ≦０．２５Ｐを満たしていることが好ましい。好ましくは、ＯＤはＰの０．１８倍以上、０．２５倍以下である。なお、ピッチは４０ｍｍ以下が好ましい。上述したように、第１レンチキュラーレンズシート５１、第２レンチキュラーレンズシート５２およびハーフミラー５３を配置することによって、第１レンチキュラーレンズシート５１と基体１０との間隔ＯＤを小さくしても輝度ムラ抑制の効果が得られる。この範囲に間隔ＯＤを設定することにより、輝度ムラを抑制しつつ、発光装置の薄型化を図ることができる。
（第１レンチキュラーレンズシート５１と、第２レンチキュラーレンズシート５２）
第１レンチキュラーレンズシート５１および第２レンチキュラーレンズシート５２はそれぞれ、シリンドリカルレンズが複数配列された透光性シートである。シリンドリカルレンズ間に形成された溝の間隔、つまり、各シリンドリカルレンズの幅は、例えば、１５０μｍ〜５５０μｍであり、２００μｍ〜４５０μｍが好ましく、２５０μｍ〜３５０μｍがより好ましい。第１レンチキュラーレンズシート５１および第２レンチキュラーレンズシート５２として、バックライト、照明等の光学部品用の市販されているレンチキュラーレンズシートを用いることができる。第１レンチキュラーレンズシートの複数の溝の伸びる方向と第２レンチキュラーレンズシート５２の複数の溝の伸びる方向とが互いに交差するように第１レンチキュラーレンズシート５１および第２レンチキュラーレンズシート５２は配置されている。好ましくは、第１レンチキュラーレンズシート５１の複数の溝の伸びる方向と第２レンチキュラーレンズシート５２の複数の溝の伸びる方向とは、８５°以上９５°以下の角度をなしている。
第１レンチキュラーレンズシート５１および第２レンチキュラーレンズシート５２は、それぞれ、複数の溝が設けられていない面、つまり、平坦な面が基体１０と対向するように配置されていることが好ましい。
（ハーフミラー５３）
ハーフミラー５３は一方の主面から入射する光の一部を反射し、残りの光を透過させる。垂直入射時におけるハーフミラー５３の反射率は、光源２０の発光波長帯域に対して３０〜７５％であることが好ましい。反射率が３０％よりも低いと第１レンチキュラーレンズシート５１側へ反射する光の量が少なくなり、輝度ムラ抑制の効果が低減する。また、反射率が７５％より高いと光の取り出し効率が低下する。
ハーフミラー５３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は、短波長側の帯域よりも広いことが好ましい。図５に、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５３の反射率特性との一例を示す。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５３の主面に垂直な方向における値を示す。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５３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５３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、上述した配光角の絶対値が約４０°以下の範囲において、ハーフミラー５３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、輝度ムラが強調されるのを抑制することができる。
ハーフミラー５３は、透光性の基材に屈折率の異なる絶縁膜を積層した誘電体多層膜構造であることが好ましい。絶縁膜の具体的な材料としては、金属酸化膜、金属窒化膜、金属フッ化膜や有機材料など、光源２０から放射される波長域において光吸収が少ない材料であることが好ましい。
誘電体多層膜を用いることで、光吸収の少ない反射膜を得ることができる。加えて、膜の設計により反射率を任意に調整することができ、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、光取り出し面に垂直方向（光軸）の反射率を上げ、光軸に対して角度が大きくなるところで反射率を下げることができる。
（光拡散板５４）
透光積層体５０は、さらに、光拡散板５４を有していてもよい。この場合、光拡散板５４は第２レンチキュラーレンズシート５２の上面に配置される。光拡散板５４は、入射する光を拡散させて透過する。光拡散板５４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５４の表面に凹凸を設けたり、光拡散板５４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５４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。
（発光装置１００の効果）
発光装置１００によれば、光源２０から出射した光は、第１レンチキュラーレンズシート５１と第２レンチキュラーレンズシート５２との間にハーフミラー５３が配置された透光積層体５０を透過することによって、輝度ムラが抑制される。特に、バットウイング型の配光特性を有するレンズである被覆部材３０と透光積層体５０とを組み合わせることによって、例えば、第１レンチキュラーレンズシート５１と基体１０との間隔ＯＤが光源２０のピッチ（間隔）Ｐの０．２５倍以下であっても、輝度ムラがほとんど目立たない発光装置を実現することができる。したがって、本開示の発光装置１００によれば、薄型で輝度ムラが低減された面発光装置を実現することができる。
以下の実施例で説明するように、輝度ムラの抑制には、第１レンチキュラーレンズシート５１および第２レンチキュラーレンズシート５２に対するハーフミラー５３の位置が特に重要である。ハーフミラー５３を第１レンチキュラーレンズシート５１の下面、あるいは、第２レンチキュラーレンズシート５２の上面に配置した場合、輝度ムラ低減の効果は十分には得られない。
バックライト等において、レンチキュラーレンズシートが出射方向への集光効果を得るために用いられることは知られている。しかし、この場合、集光効果を均一に得るため、２枚のレンチキュラーレンズシートはできるだけ同じ光学的条件で配置される。したがって、本開示の発光装置のように、２枚のレンチキュラーレンズシートの間に、レンチキュラーレンズシートとはまったく機能が異なるハーフミラーを配置することは一般的に行われていないし、このような配置によれば、むしろ輝度ムラが生じやすくなるとも考えられる。この点で、本開示の発光装置における２枚のレンチキュラーレンズシートおよびハーフミラーの配置は、単なる配置の選択ではなく、本願発明者の知見に基づく新規な構造である。
また、発光装置１００によれば、光源２０および光源２０を載置した基体１０側の構造には大きな変更を加える必要はなく、透光積層体５０に用いるシート状の光学部材の適切な選択および配置によって、輝度ムラの改善効果を高めることができる。したがって、比較的簡単な構造、つまり、低コストで発光装置における輝度ムラの改善効果を得ることが可能である。
（実施例）
１．試料の作製
本開示の発光装置における輝度ムラ改善の効果を確認するため、図１に示す構造の発光装置を作製し、輝度ムラを測定した結果を説明する。
図２Ａおよび図２Ｂに示す構造の光源２０および被覆部材３０を用意し、３２ｍｍピッチで、２次元配列でｘ方向に６個、ｙ方向に４個の合計２４個を、基体１０上に配置した。
溝のピッチが０．５ｍｍである２枚のレンチキュラーレンズシート、および、反射率が７０％のハーフミラーを用意し、ＯＤを１０ｍｍに設定し、実施例の発光装置を作製した。第１レンチキュラーレンズシート５１の溝はｘ方向と平行であり、第２レンチキュラーレンズシート５２の溝はｙ方向と平行である。
比較のため、ハーフミラー５３が第２レンチキュラーレンズシート５２の上面に配置されていることを除いて実施例１と同じ構造を備えた比較例１の発光装置、および、ハーフミラー５３が第１レンチキュラーレンズシート５１の下面に配置されていることを除いて実施例１と同じ構造を備えた比較例２の発光装置を作製した。
２．測定
実施例、比較例１および比較例２の発光装置の発光面を同じ条件で撮影した。結果をそれぞれ図６Ａ、図７Ａおよび図８Ａに示す。
また、発光面上の所定の１点におけるｘ方向の輝度プロファイルおよびｙ方向の輝度プロファイルを測定した。また、この点における輝度を測定した。輝度を表１に示す。実施例、比較例１および比較例２の発光装置のｙ方向の輝度プロファイルを図６Ｂ、図７Ｂおよび図８Ｂに示す。横軸は、発光面におけるｙ方向の位置を示し、縦軸は相対輝度を示す。また、実施例、比較例１および比較例２の発光装置のｘ方向の輝度プロファイルを図６Ｃ、図７Ｃおよび図８Ｃに示す。横軸は、発光面におけるｘ方向の位置を示し、縦軸は相対輝度を示す。
３．結果および考察
Figure 2018198284
表１に示すように、実施例の輝度が一番高く、比較例１、２の輝度は、実施例よりも低い。特に、比較例１の輝度が大きく低下している。これは、比較例１の発光装置では、最も出射面側にハーフミラー５３が配置されているため、最終的な光取り出し効率が、ハーフミラーの反射率によって制限されるからであると考えられる。
図６Ａ、図７Ａおよび図８Ａを比較すると、実施例では、輝度ムラがほとんど目立たないのに対し、比較例１および比較例２では、光源２０での位置の輝度が周囲よりも高く、ドット状の輝度ムラがみられる。これは、図６Ｂ、図６Ｃ、図７Ｂ、図７Ｃおよび図８Ｂ、図８Ｃに示される、ｙ方向の輝度プロファイルおよびｘ方向の輝度プロファイルに現れている。図６Ｂおよび図６Ｃに示されるように、実施例のｘ方向およびｙ方向の輝度プロファイルはなめらかな曲線であり、光源の位置における曲線の凹凸はほとんど見られない。これに対し、図７Ｂおよび図７Ｃ並びに図８Ｂおよび図８Ｃに示されるように、比較例１および比較例２のｘ方向およびｙ方向の輝度プロファイルには、矢印で示す位置に凸部が生じており、光源の位置での輝度が周囲に比べて高いことが示されている。
このように、ハーフミラーの位置によって有意に輝度ムラが変化すること、および、実施例の発光装置によれば輝度ムラが抑制されることが分かる。
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好適に利用することができる。
１０ 基体
１１ 基板
１２ 導電層
１３ 絶縁層
２０ 光源
２１ 発光素子
２１ａ 上面
２２ 波長変換部材
２３ 接続部材
２４ アンダーフィル部材
３０、３１ 被覆部材
３０ｄ、３１ｄ 凹部
５０ 透光積層体
５１ 第１レンチキュラーレンズシート
５２ 第２レンチキュラーレンズシート
５３ ハーフミラー
５４ 光拡散板
１００ 発光装置

Claims (10)

  1. 上面を有する基体と、
    前記基体の上面に配置された複数の光源と、
    前記複数の光源を挟んで前記基体と対向するように配置された第１レンチキュラーレンズシートと、
    前記第１レンチキュラーレンズシートの上面側に位置しているハーフミラーと、
    前記ハーフミラーの上面側に位置しており、前記第１レンチキュラーレンズシートの複数の溝の伸びる方向と交差する方向に伸びる複数の溝を有する第２レンチキュラーレンズシートと、
    を備えた、発光装置。
  2. 前記第１レンチキュラーレンズシートの前記複数の溝の伸びる方向と前記第２レンチキュラーレンズシートの前記複数の溝の伸びる方向とは、８５°以上９５°以下の角度をなしている、請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記基体の前記上面は光反射性を有する、請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記第２レンチキュラーレンズシートの上面側に位置する光拡散板をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
  5. 前記ハーフミラーは誘電体多層膜を含む、請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
  6. 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５のいずれかに記載の発光装置。
  7. 前記複数の光源のそれぞれを被覆する複数の被覆部材を更に備え、
    前記被覆部材は前記光源の直上に凹部または貫通孔を有しており、
    前記被覆部材の底面の幅が、前記被覆部材の最大幅よりも小さい、請求項１から６のいずれかに記載の発光装置。
  8. 前記被覆部材は、光軸高さが前記最大幅よりも小さい請求項７に記載の発光装置。
  9. 前記複数の光源のそれぞれは、
    少なくとも１つの発光素子と、
    前記発光素子を被覆する波長変換部材と、
    を有する請求項１から８のいずれかに記載の発光装置。
  10. 前記第１レンチキュラーレンズシートと前記基体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ピッチの０．２５倍以下である請求項１から９のいずれかに記載の発光装置。

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