JP2019062116A - 発光装置 - Google Patents

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JP2019062116A
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敦司 山本
Atsushi Yamamoto
敦司 山本
森川 武
Takeshi Morikawa
武 森川
梨紗 数藤
Risa Sudo
梨紗 数藤
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日亜化学工業株式会社
Nichia Chem Ind Ltd
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Abstract

【課題】大面積化が可能であり、色域が拡大した表示装置に用いることができる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、基体10と、基体10の上面に配置された複数の光源20と、複数の光源20に跨り、複数の光源の上面側に位置する少なくとも1つの波長変換層52と、波長変換層52の上面側に位置する少なくとも1つのコリメーター層53と、コリメーター層53の上面側に位置するマルチバンドパスフィルター54とを備える。【選択図】図1

Description

本願は発光装置に関する。
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、LED等の半導体発光素子が用いられる場合がある。に高精細、高画質、広色域の表示装置が求められており、バックライトもこれらの機能向上に対応することが求められている。
従来の表示装置用バックライトでは、青色の半導体発光素子と黄色の蛍光体とを組み合わせて白色を得ることが一般的であった。しかし、表示装置の色域を拡大するために、特許文献1に開示されるように、赤、緑、青を混色して白色を得たり、特許文献2に開示されるように、赤、緑、青色の色純度を高めるために半導体レーザーを用いたりすることが提案されている。
特開平06−110033号公報 特開2014−32286号公報
表示装置の大型化にともない、上述した広色域化に対応したバックライト等に用いられる大型の発光装置が求められている。本開示は、大面積化が可能であり、色域が拡大した表示装置に用いることができる発光装置を提供する。
本開示の発光装置は、基体と、前記基体の上面に配置された複数の光源と、前記複数の光源に跨り、前記複数の光源の上面側に位置する少なくとも1つの波長変換層と、前記波長変換層の上面側に位置する少なくとも1つのコリメーター層と、前記コリメーター層の上面側に位置するマルチバンドパスフィルターとを備える。
本開示の発光装置によれば、大面積化が可能であり、色域が拡大した表示装置に用いることができる発光装置を提供する。
図1は、第1の実施形態の発光装置における一部の断面を示す模式図である。 図2は、図1に示す発光装置における光源近傍の構造を拡大して示す断面図である。 図3はマルチバンドパスフィルター54の分光透過特性の一例を示す模式図である。 図4は、第2の実施形態の発光装置における一部の断面を示す模式図である。 図5Aは、第3の実施形態の発光装置における一部の断面を示す模式図である。 図5Bは、図5Aに示す発光装置から透光積層体を取り除いた構造を示す平面図である。 図6は、第1の実施形態の発光装置の他の形態における一部の断面を示す模式図である。
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。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。
(第1の実施形態)
第1の実施の形態に係る発光装置について、図面を用いて説明する。図1は、本開示の発光装置の第1の実施形態の一例である発光装置101の一部の断面を示す模式図である。図2は、図1に示す発光装置における光源近傍の構造を拡大して示す断面図である。
第1の実施形態に係る発光装置101は、基体10と、基体10の上面に配置された複数の光源20と、複数の光源20に跨り、複数の光源20の上面側に位置する少なくとも1つの波長変換層52と、波長変換層52の上面側に位置する少なくとも1つのコリメーター層53と、コリメーター層53の上面側に位置するマルチバンドパスフィルター54と、を備える。波長変換層52、コリメーター層53、マルチバンドパスフィルター54を透光積層体50と説明することがある。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、基体10は、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。さらに基体10は、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、基板11として、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を用いることが好ましい。
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、SiO、TiO、Al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。導電層12は、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、蒸着などにより形成された、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、加工し易い材料であることが好ましい。また、基板11の材料として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。他の金属材料の層として、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、導電層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、導電層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50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50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。絶縁層13の材料として、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、ポリカーボネート、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、光反射性物質を含有してもよい。光反射性物質として、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。
本実施形態では、光源20は、発光素子21および被覆部材22を含み、発光素子21は被覆部材22により被覆されている。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は、第1の波長帯域の光を出射する。第1の波長帯域は任意に選択できる。例えば、第1の波長帯域は青色波長帯域または緑色波長帯域である。青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体(InAlGa1−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、第1の波長帯域は赤色波長帯域であってもよい。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。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。
一般に波長変換によって得られる光は、吸収する光よりも長い波長を有するため、第1の波長帯域が青色以外の波長帯域である場合には、光源20は、青色発光素子を別途備えていることが好ましい。
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n側電極およびp側電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、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は、主として、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から光を出射する。発光素子21のn側電極およびp側電極は接続部材23によって基体10の導電層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、光源20と基体10の導電層12とを電気的接続する。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)
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、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、母材として発光素子からの光の吸収が少ない材料を含む。アンダーフィル部材24の母材として、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、ポリカーボネート、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、白色系のフィラーを用いることによって、発光素子21からの光がアンダーフィル部材24でより反射され易くなり、発光装置における光の取り出し効率の向上を図ることができる。フィラーとしては、無機化合物を用いることが好ましい。フィラーは、不透明で白色を呈していてもよいし、透明であり、フィラーの周りの材料との屈折率差による散乱によって白色を呈していてもよい。
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70%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。これにより、発光装置101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、SiO、Al、Al(OH)、MgCO、TiO、ZrO、ZnO、Nb、MgO、Mg(OH)、SrO、In、TaO、HfO、SeO、Yなどの酸化物、SiN、AlN、AlONなどの窒化物、MgF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。
(被覆部材22)
被覆部材22は、発光素子21を外部環境から保護するとともに、発光素子21から出射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22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22は、発光素子21を覆って基体10上に配置される。
被覆部材22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22は、波長変換材料および光源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、被覆部材22は、発光素子の発光色に対応した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22の外形によって、配光が制御できる程度の量で被覆部材22に含まれていることが好ましい。
(透光積層体50)
透光積層体50は、複数の光源20に跨り、複数の光源20の上面側に位置している。発光装置101が表示装置のバックライトとして用いられる場合には、透光積層体50は、表示装置の表示パネルと同程度の面積を有している。複数の光源20から出射する光は透光積層体50を透過し、発光装置101の外部へ出射される。透光積層体50は、少なくとも1つの波長変換層52と、少なくとも1つのコリメーター層53と、マルチバンドパスフィルター54とを含み、少なくとも1つの波長変換層52、少なくとも1つのコリメーター層53およびマルチバンドパスフィルター54は、接着剤などを介さずに積層されている。あるいは、少なくとも1つの波長変換層52、少なくとも1つのコリメーター層53およびマルチバンドパスフィルター54は、接着剤を介して積層され、透光積層体50を構成していてもよい。透光積層体50において、コリメーター層53は、波長変換層52の上面側に、マルチバンドパスフィルター54は、コリメーター層53の上面側に位置している。
透光積層体50は、波長変換層52、コリメーター層53およびマルチバンドパスフィルター54以外に、拡散層、反射層などの他の層を含んでいてもよい。例えば、図6に示すように、透光積層体50は、マルチバンドパスフィルター54の上面54a上に反射型偏光シート55を含んでいてもよい。55は、輝度上昇フィルムとも呼ばれる。反射型偏光シート55は、光源20から出射する光のうち、例えば、P波を透過し、S波を光源20側へ反射する。反射型偏光シート55で反射したS波は、波長変換層52、コリメーター層53および基体10の上面で反射し、P波に変換される。変換されたP波は、反射型偏光シート55を透過し、外部へ出射する。このようにして、発光装置101’から出射する光におけるP波の成分の割合を高めることができる。
反射型偏光シート55を備えた発光装置101’が液晶表示装置のバックライトに用いられる場合、P波が液晶表示装置を透過するように、液晶表示装置の偏光板に対して発光装置101を配置する。この配置によって、発光装置101’から出射する光が液晶表示装置の偏光板に吸収される割合を低下させ、光の利用効率を高めることができ、より高い輝度で液晶表示装置を表示されることができる。また、反射型偏光シート55を用いない場合と同じ輝度で液晶表示装置を表示させる場合には、光の利用効率が高められているため、光源20の発光強度を低下させ、発光装置101’の消費電力を低減させることができる。
光源20から出射する光は、波長変換層52、コリメーター層53およびマルチバンドパスフィルター54を透過することが好ましいので、波長変換層52、コリメーター層53およびマルチバンドパスフィルター54は、平面視において、略同一の大きさを有している。例えば、略同一とは、波長変換層52、コリメーター層53およびマルチバンドパスフィルター54のいずれかの構成要素の平面視における大きさを1とした場合、他の構成要素の平面視における大きさが0.9〜1.1倍であることをいう。
(波長変換層52)
波長変換層52は、光源20からの光が透過する際、光源20からの光の少なくとも一部を異なる波長帯域の光に変換する。具体的には、波長変換層52は、光源20の第1の波長帯域の光の一部を、第1の波長帯域とは異なる第2および第3の波長帯域の光に変換する。第3の波長帯域は、第1および第2の波長帯域と異なっている。このために、波長変換層52は、波長変換物質を含む。例えば、第1の波長変換物質と第2の波長変換物質とを含む。第1の波長変換物質は、第1の波長帯域の光を第2の波長帯域の光に変換し、第2の波長変換物質は、第1の波長帯域の光を第3の波長帯域の光に変換する。第2の波長変換物質は、さらに第1の波長変換物質から出射した第2の波長帯域の光を第3の波長帯域の光に変換してもよい。第1の波長帯域の光のピーク波長は、第2の波長帯域の光のピーク波長よりも短く、第2の波長帯域の光のピーク波長は、第3の波長帯域の光のピーク波長よりも短い。
波長変換物質は、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)系蛍光体、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−Al−SiO)系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート((Sr,Ba)SiO)系蛍光体、βサイアロン系蛍光体、CASN系又はSCASN系蛍光体等の窒化物系蛍光体、KSiF:Mnで表されるKSF系蛍光体、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、波長変換層52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。この発光物質の材料としては、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CdSSe1−x/ZnS、GaP、InP等のナノサイズの高分散粒子が挙げられる。
波長変換層52は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂をさらに含み、上述した波長変換物質は、透光性樹脂に分散している。平面視において波長変換層52の端部、つまり、矩形形状の周縁部では、光源20からの光が不足する場合がある。この場合には、波長変換層52の平面視における端部の波長変換物質の濃度が、中央部よりも高くなるように波長変換物質を分散させることが好ましい。
上述したように、第1の波長帯域が青色の帯域である場合、波長変換層52は、第2および第3の波長帯域の光として緑色および赤色の帯域の光を出射してもよい。具体的には、波長変換層52は、波長変換物質として青色の光を吸収し、緑色および赤色の光に変換する緑色蛍光体および赤色蛍光体を含んでいてもよい。
また、透光積層体50は、第1の波長帯域の光を吸収し、第2の波長帯域の光に変換する波長変換層52と、第1の波長帯域の光を吸収し、第3の波長帯域の光に変換する波長変換層52’とを含んでいてもよい。この場合、波長変換層52および波長変換層52’は、透光積層体50内において重ねて配置される。
波長変換層52は、第1の波長帯域の光の一部を、第1、第2および第3の波長帯域とは異なる第4の波長帯域の光にさらに変換してもよい。例えば、第4の波長帯域は、黄色またはシアン色の帯域である。波長変換層52が第1の波長帯域の光の一部を、第1、第2、第3および第4の波長帯域の光に変換する場合、発光装置101は、赤、青、緑、黄の4原色、または、赤、青、緑、シアンの4原色のサブピクセルを備えた液晶表示装置のバックライトとして好適に用いることができる。
(コリメーター層53)
コリメーター層53は、上面53aおよび下面53bを有し、下面53bから入射する光の出射方向を変換し、下面53bに入射する光よりも、上面53aから出射する光の垂直成分を増大させる。コリメーター層53は、例えば、透光性のプリズムシート、レンチキュラーレンズシート、マイクロレンズアレイシートからなる群から選ばれる少なくとも1つである。コリメーター層53には、バックライト、照明用等の光学部品として市販されているこれらのシートを好適に使用することができる。
透光積層体50は、2以上のコリメーター層53を有していてもよい。複数のコリメーター層53を用いることによって、コリメーター層53から出射し、マルチバンドパスフィルター54に入射する光における垂直成分をより増大させることが可能である。この場合、形状の異なる複数のコリメーター層53を用いてもよいし、例えば、同じ形状の2つのプリズムシートを、プリズムの伸びる方向が交差するように配置してもよい。
(マルチバンドパスフィルター54)
マルチバンドパスフィルター54は、複数の透過帯域を有し、透過帯域の波長の光を選択的に透過させる。マルチバンドパスフィルター54において、透過帯域の波長の光の透過率が高く、透過帯域以外の波長の光の透過率は低い。例えば、透過帯域における透過率は、90%以上であり、透過帯域以外の波長における透過率は5%以下である。マルチバンドパスフィルター54は、透過帯域以外の波長の光を実質的に反射させる。マルチバンドパスフィルター54の透過帯域は、マルチバンドパスフィルター54に対して垂直に入射する光に対して設定される。
図3はマルチバンドパスフィルター54の分光透過特性の一例を示す模式図である。図3には、光源20から出射する光および波長変換層52から出射する光の発光特性も併せて示している。マルチバンドパスフィルター54は、好ましくは、第1、第2および第3の波長帯域E1、E2、E3の光のピーク波長P1、P2、P3をそれぞれ含む第1、第2および第3の通過帯域T1、T2、T3を有する。第1、第2および第3の波長帯域E1、E2、E3の光が、青、緑および赤色の帯域である場合、第1、第2および第3の通過帯域T1、T2、T3は、青、緑および赤色の帯域である。また、上述したように、波長変換層52が第1の波長帯域の光の一部を第4の波長帯域の光にさらに変換する場合には、マルチバンドパスフィルター54は、第4の波長帯域の光のピーク波長を含む第4の通過帯域を有する。第4の通過帯域は、黄色またはシアン色の帯域である。
マルチバンドパスフィルター54は誘電体多層膜を含むことが好ましい。例えば、マルチバンドパスフィルター54は、透光性の基材と、基材上に支持されており、屈折率の異なる誘電体膜が積層された誘電体多層膜とを含む。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、マルチバンドパスフィルター54は透過波長帯域以外の波長において、光の吸収を少なくし、反射させることができる。また、誘電体膜の設計により透過帯域の波長および透過帯域幅W1、W2、W3を任意に調整することができる。したがって、光源20あるいは発光装置101が用いられる表示装置のカラーフィルタ等に応じてマルチバンドパスフィルター54の光学特性を調整することが可能である。
(光拡散板51)
透光積層体50は、さらに、光拡散板51を有していてもよい。この場合、光拡散板51は波長変換層52と基体10との間に配置される。光拡散板51は、入射する光を拡散させて透過する。光拡散板51は、たとえば、ポリカーボネート樹脂、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51の表面に凹凸を設けたり、光拡散板51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51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101の効果)
発光装置101において、光源20から出射した光の一部は、波長変換層52で変換され、光源20から出射し、波長変換されなかった光と波長変換層52で変換された光とが、マルチバンドパスフィルター54を透過して外部へ出射する。マルチバンドパスフィルター54は所望の波長帯域の光を出射させることができるため、波長帯域を狭くすることによって、色純度の高い光を出射することができる。例えば、光源20が青色の光を出射し、波長変換層52が緑色蛍光体および赤色蛍光体を含む場合、青色の光と、波長変換層52で青色の光から変換された赤色および緑色の光とがマルチバンドパスフィルター54に入射する。マルチバンドパスフィルター54の透過帯域を狭く設定しておくことにより、色純度の高い青色光、緑色光および赤色光がマルチバンドパスフィルター54から出射し、発光装置101は、これらの光の混色によって白色光を出射する。
また、マルチバンドパスフィルター54にはコリメーター層53を介して光を入射させるため、マルチバンドパスフィルター54に斜めから入射した光がマルチバンドパスフィルター54を透過することが抑制され、マルチバンドパスフィルター54を透過する光の波長帯域がずれることが抑制される。したがって、色度図において、より外側に位置する光を発光装置101から出射させることが可能となり、表示装置に発光装置101を用いた場合、色域を拡大することが可能となる。さらに、発光装置101を青、緑および赤以外の光も出射するように構成すれば、赤、青、緑、黄の4色、赤、青、緑、シアンの4色等のサブピクセルを備えた液晶表示装置のバックライトとして発光装置101を用いることにより、さらに広色域の表示が可能な液晶表示装置を実現することも可能である。
また、マルチバンドパスフィルター54の通過帯域以外の波長の光は、マルチバンドパスフィルター54で反射し波長変換層52へ戻り、再度、波長変換させることができる。よって、発光装置101の出射効率を高めることが可能である。
また、複数の光源20に跨って、波長変換層52、コリメーター層53およびマルチバンドパスフィルター54が設けられており、光源20の配列ピッチを小さくし、光源20の面密度を高めることによって、発光装置101の輝度を高めたり、透光積層体50の面積を大きくしたりすることによって、大画面の表示装置にも好適に用いることが可能である。
(第2の実施形態)
第2の実施の形態に係る発光装置について、図面を用いて説明する。図4は、本開示の発光装置の第2の実施形態の一例である発光装置102の一部の断面を示す模式図である。
第2の実施の形態に係る発光装置102は、主面および端面を有する導光体60と、導光体60の端面に配置された複数の光源20と、導光体60の主面側に配置された少なくとも1つの波長変換層52と、波長変換層52の上面側に位置する少なくとも1つのコリメーター層53と、コリメーター層53の上面側に位置するマルチバンドパスフィルター54と、を備える。発光装置102は、第1の実施形態に対して導光体60をさらに備えおり、光源20が発光装置102の端部に配置される点で第1の実施形態の発光装置101と異なる。
導光体60は、主面60aおよび裏面60bと、端面60cとを備えており、主面60a上に透光積層体50が配置されている。光源20から出射する光が端面60cに入射するように、発光素子21の上面21aが端面60cに対向している。光源20の構造、透光積層体50の構造および光学的特性は、第1の実施形態の発光装置101と同じである。発光装置102によれば、光源20を発光装置102の端部に配置できるため、より薄型で広色域化が可能な発光装置を実現することが可能である。
(第3の実施形態)
第3の実施の形態に係る発光装置について、図面を用いて説明する。図5Aは、本開示の発光装置の第3の実施形態の一例である発光装置103の一部の断面を示す模式図である。図5Bは、透光積層体50を取り除いた構造を部分的に示す平面図である。
発光装置103は、第1の実施形態に対して基体10上に設けられた複数の光反射部材15をさらに備える点で第1の実施形態の発光装置101と異なる。
複数の光源20は、基体10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、基体10の中央から周辺に向かって間隔が広くなるように発光素子21が配列されていてもよい。
発光装置103は、光源20間に位置する複数の光反射部材15を備えている。光反射部材15は、壁部15ax、15ayおよび底部15bを含む。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が絶縁層13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、発光素子21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と発光素子21との間に生じる間隙は狭いほうが好ましい。
図5A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によって開口を有する発光空間17が形成される。図5B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の開口に面している。
光反射部材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50へ入射させることができる。
光反射部材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103を透光積層体50の上面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による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。
光反射部材15は、例えば、発砲ポリエチレンテレフタレート(PET)、発泡ポリカーボネート(PC)など、気泡を含んだ発泡体によって形成することができる。また、光反射部材15は、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。光反射部材15の発光素子21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く、85%以上であることがより好ましい。
光反射部材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、マッチモールド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光反射部材15を得ることができる。反射シートの厚さは、例えば100μm〜500μmである。
光反射部材15の底部15bの下面と絶縁層13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層13は、光反射性を有していることが好ましい。発光素子21からの出射光が、絶縁層13と光反射部材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。
本実施形態の発光装置103によれば、第1の実施形態で説明した効果に加え、上述したように、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。したがって、発光装置103を表示装置のバックライトに用いた場合、色領域の拡大に加え、表示領域の分割された領域を独立して点灯させることが可能となり、画像内における明暗のコントラストをより高めることが可能となる。このため、表示装置が表示する画像の画質をよりいっそう高めることが可能となる。
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
11a 上面
12 導電層
13 絶縁層
15 光反射部材
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
20 光源
21 発光素子
21a 上面
22 被覆部材
23 接続部材
24 アンダーフィル部材
50 透光積層体
51 光拡散板
52、52’ 波長変換層
53 コリメーター層
53a 上面
53b 下面
54 マルチバンドパスフィルター
60 導光体
60a 主面
60b 裏面
60c 端面
101、102、103 発光装置

Claims (13)

  1. 基体と、
    前記基体の上面に配置された複数の光源と、
    前記複数の光源に跨り、前記複数の光源の上面側に位置する少なくとも1つの波長変換層と、
    前記波長変換層の上面側に位置する少なくとも1つのコリメーター層と、
    前記コリメーター層の上面側に位置するマルチバンドパスフィルターと、
    を備えた発光装置。
  2. 主面および端面を有する導光体と、
    前記導光体の前記端面に配置された複数の光源と、
    前記導光体の前記主面側に配置された少なくとも1つの波長変換層と、
    前記波長変換層の上面側に位置する少なくとも1つのコリメーター層と、
    前記コリメーター層の上面側に位置するマルチバンドパスフィルターと、
    を備えた発光装置。
  3. 前記光源は第1の波長帯域の光を出射し、
    前記少なくとも1つの波長変換層は前記第1の波長帯域の光の一部を、前記第1の波長帯域とは異なる第2および第3の波長帯域の光に変換し、
    前記マルチバンドパスフィルターは、前記第1、第2および第3の波長帯域の光のピーク波長をそれぞれ含む第1、第2および第3の通過帯域を有する、請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記第1、第2および第3の波長帯域は、それぞれ、青、緑および赤色の帯域である、請求項1から3のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記少なくとも1つの波長変換層は前記第1の波長帯域の光の一部を、前記第1の波長帯域とは異なる第4の波長帯域の光にさらに変換し、
    前記マルチバンドパスフィルターは、前記第4の波長帯域の光のピーク波長をそれぞれ含む第4の通過帯域をさらに有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記第1、第2、第3および第4の波長帯域は、それぞれ、青、緑、赤、および黄色の帯域である、請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記第1、第2、第3および第4の波長帯域は、それぞれ、青、緑、赤、およびシアン色の帯域である、請求項5に記載の発光装置。
  8. 前記コリメーター層は、プリズムシート、レンチキュラーレンズシート、マイクロレンズアレイシートからなる群から選ばれる少なくとも1つを含む請求項1から7のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 前記少なくとも1つの波長変換層と、前記基体との間に拡散板をさらに備える請求項1から8のいずれか一項に記載の発光装置。
  10. 前記マルチバンドパスフィルターは誘電体多層膜を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の発光装置。
  11. 平面視において、前記波長変換層、前記コリメーター層及び前記マルチバンドパスフィルターの大きさが略同一である請求項1から10のいずれか一項に記載の発光装置。
  12. 前記波長変換層は波長変換物質を含有しており、平面視において、前記波長変換層の端部が前記波長変換層の中央部よりも波長変換物質の濃度が高い請求項1から10のいずれか一項に記載の発光装置。
  13. 前記複数の発光装置間にそれぞれ配置された複数の光反射部材をさらに備えた、請求項1から12のいずれか一項に記載の発光装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021038995A1 (ja) * 2019-08-23 2021-03-04 株式会社ジャパンディスプレイ 照明装置及び表示装置

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