JP2020053364A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1Aは実施形態1に係る発光装置の模式的平面図であり、図1Bは光源が配置されている領域をグレースケールで示す図であり、図1Cは図1A中の1C−1C断面を模式的に示す図である。図1Aにおいては、理解を容易にするため、光学部材52、光拡散部材54、波長変換部材40、プリズムシート56、58、偏光シート60の図示を省略している。図1Aにおいては、着色部34をグレースケースで示している。また、図1Cでは理解を容易にするため、グレースケールにより、着色部34を誇張して大きく示している。図1Aから図1Cに示すように、実施形態1に係る発光装置1は、基体10と、基体10上に配置される複数の光源20と、平面視で複数の光源20の各々をそれぞれが包囲する複数の包囲部32を有し、複数の包囲部32それぞれが、光源20が配置される開口を備えた平坦状の底面部322と、上方に向かって広がるように傾斜する側面部324と、を有するリフレクタ30と、複数の光源20を挟んで基体10と対向するよう配置され、蛍光体を有する波長変換部材40と、を備えている。複数の光源20それぞれは、第1の色の光を発する。蛍光体は、光源20からの第1の色の光により励起されて第2の色の光を発する。複数の包囲部32には、少なくとも側面部324が第1の色に着色されている1つ以上の包囲部32が含まれる。
基体10は、複数の光源20を載置するための部材である。基体10は、例えば、ロール・ツー・ロール方式で製造可能なフレキシブル基板であってもよいし、リジット基板であってもよい。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。基体10の材料としては、例えば、セラミックス、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)等の樹脂が挙げられる。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)、LTCC等が挙げられる。基体10の材料に樹脂を用いる場合は、ガラス繊維や、SiO2、TiO2、Al2O3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。基体10には、金属部材の表面に絶縁層が形成された金属基板を用いてもよい。基体10の厚さは適宜選択することができる。基体10の上面は平面であることが好ましい。平面には平面であるとみなせる場合を含む。平面視における基体10の形状には、正方形状、長方形状、または円形状などが含まれる。
複数の光源20は基体10上に配置される。複数の光源20それぞれは、第1の色の光を発する。第1の色は例えば青色であるが、青色のほか、黄色、緑色、または赤色であってもよい。複数の光源20のピッチ、つまり、複数の光源20が隣接する間隔は、平面視における縦方向及び横方向において均一(均一であるとみなせる場合を含む。)であることが好ましい。複数の光源20は、互いに独立して駆動可能であることが好ましく、特に、光源20ごとの調光制御(例えば、ローカルディミングやハイダイナミックレンジ:HDR)が可能であることが好ましい。
リフレクタ30はこれに入射した光を反射する部材である。リフレクタ30には、光源20からの光が入射するほか、波長変換部材40からの光が入射する。後者の光には、上記した光L3が含まれる。リフレクタ30は、平面視で複数の光源20の各々をそれぞれが包囲する複数の包囲部32を有し、複数の包囲部32それぞれが、光源20が配置される開口を備えた平坦状の底面部322と、上方に向かって広がるように傾斜する側面部324と、を有する。リフレクタ30には、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された部材や、反射材を含有しない樹脂の表面に反射材が設けられた部材などを用いることができる。リフレクタ30の厚み(基体10の上面から包囲部32の側面部324の上端までの高さ)は、例えば100〜300μmである。リフレクタ30の厚みは均一であることが好ましい。均一には、均一であるとみなせる場合を含む。
波長変換部材40は、複数の光源20を挟んで基体10と対向するよう配置される。波長変換部材40には蛍光体を有する部材を用いる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリカーボネイト(PC)などの母材に蛍光体を含有する部材や、蛍光体を焼結させた部材などは、波長変換部材40として好ましく用いることができる。蛍光体には酸化物,窒化物,硫化物,フッ化物、または量子ドットを用いることができる。蛍光体の具体例としては例えば、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)などが挙げられる。蛍光体は光源20が発する第1の色の光により励起されて第2の色の光を発する。光源20が発する光の色(第1の色)が青色である場合、蛍光体には、当該青色の光により励起されて黄色の光を第2の色の光として出射する物質を用いることが好ましい。また、光源20が発する光の色(第1の色)が黄色である場合、蛍光体には、当該黄色の光により励起されて緑色の光及び/又は赤色の光を第2の色の光として出射する物質を用いることが好ましい。波長変換部材40の厚みは均一であることが好ましい。均一には、均一であるとみなせる場合を含む。
図2は実施形態2に係る発光装置の模式的断面図である。図2では理解を容易にするため、着色部34を誇張して大きくし、グレースケールで示している。図2では、着色部24の厚みが大きいほど、濃淡が濃いことを意味する。本明細書において、濃淡が濃いとは濃淡が密であることをいい、濃淡が薄いとは濃淡が疎であることをいう。図2に示すとおり、実施形態2に係る発光装置2では、複数の包囲部32には、側面部324の下端から側面部324の上端に向け、濃淡が疎から密へと徐々に変化するよう第1の色に着色されている1つ以上の包囲部32が含まれる。本明細書において、着色の濃淡とは着色の程度を意味し、着色をもたらす材料の面密度や厚みなどを相対的に比較することにより、疎であるか密であるかを特定することができる。徐々に変化する場合とは、側面部324の上端に近い領域であるほど、濃淡が密であることをいう。側面部324の上端により近い領域で反射される光ほど、波長変換部40に向かいやすくなり、光源20が配置されていない領域から取り出される可能性が高い。また、側面部324の上端には波長変換部材40を横切る光路長の大きい光が向かいやすくなる。このため、実施形態2では、側面部324の上端により近い領域ほど着色の濃淡を濃くし、第2の色の光が吸収される程度を高めるものとしている。なお、着色の濃淡が徐々に変化する包囲部32は、複数の包囲部32に1つ以上含まれていればよいが、最外周の包囲部32を除くすべての包囲部32において成されていることが好ましい。このようにすれば、より一層、光源20が配置されていない領域から取り出される光の色を、光源20が配置されている領域から取り出される光の色に近づけて、平面視における色ムラが抑制された発光装置2を提供することができる。
図3は実施形態3に係る発光装置の模式的断面図である。図3では理解を容易にするため、着色部34を誇張して大きくし、グレースケールで示している。図3に示すとおり、実施形態3に係る発光装置3では、複数の包囲部32には、側面部324に加え、底面部322が第1の色に着色されている1つ以上の包囲部32が含まれる。このようにすれば、光源20が配置されていない領域のうち、側面部324が配置されている領域から取り出される光だけでなく、底面部322が配置されている領域から取り出される光についても、これを光源20が配置されている領域から取り出される光の色に近づけることができる。したがって、より一層、平面視における色ムラが抑制された発光装置3を提供することができる。なお、側面部324に加え底面部322が着色されている包囲部32は、複数の包囲部32に1つ以上含まれていればよいが、最外周の包囲部32を除くすべての包囲部32において側面部324と底面部322が着色されていることが好ましい。このようにすれば、より一層、光源20が配置されていない領域から取り出される光の色を、光源20が配置されている領域から取り出される光の色に近づけて、平面視における色ムラが抑制された発光装置3を提供することができる。
図4は実施形態4に係る発光装置の模式的断面図である。図4では理解を容易にするため、着色部34を誇張して大きくし、グレースケールで示している。図4では、着色部24の厚みが大きいほど、濃淡が濃いことを意味する。図4に示すとおり、実施形態4に係る発光装置4では、複数の包囲部32には、底面部322が、底面部322から側面部324の下端に向け、濃淡が疎から密へと徐々に変化するよう第1の色に着色されている1つ以上の包囲部32が含まれる。ここでの徐々に変化する場合とは、底面部322における側面部324の下端により近い領域であるほど、濃淡が密であることをいう。底面部322においては、側面部324の下端により近い領域で反射される光ほど、波長変換部40に向かいやすくなり、光源20が配置されていない領域から取り出される可能性が高い。したがって、側面部324の下端により近い領域ほど着色の濃淡を濃くし、第2の色の光が吸収される程度を高めることにより、より一層、光源20が配置されていない領域から取り出される光の色を、光源20が配置されている領域から取り出される光の色に近づけて、平面視における色ムラが抑制された発光装置4を提供することができる。なお、前記のように底面部322の着色の濃淡が徐々に変化している包囲部32は、複数の包囲部32に1つ以上含まれていればよいが、最外周の包囲部32を除くすべての包囲部32において底面部322の着色の濃淡が徐々に変化していることが好ましい。このようにすれば、より一層、光源20が配置されていない領域から取り出される光の色を、光源20が配置されている領域から取り出される光の色に近づけて、平面視における色ムラが抑制された発光装置4を提供することができる。なお、底面部322が、底面部322の側端から側面部324の下端に向け、濃淡が疎から密へと徐々に変化するよう第1の色に着色されていることに加え、側面部324が、側面部324の下端から側面部324の上端に向け、濃淡が疎から密へと徐々に変化するよう第1の色に着色されていることが好ましい。
図5は実施形態5に係る発光装置の模式的断面図である。図5では理解を容易にするため、着色部34を誇張して大きくし、グレースケールで示している。平面視において中央側に位置する包囲部32と外周側に位置する包囲部32を比較した場合、前者の包囲部32は、他の包囲部32(他の光源20)に取り囲まれている。このため、前者の包囲部32においては、波長変換部材40に対して斜めに入射する光源からの光の割合が多くなる。逆に、後者の包囲部32は、他の包囲部32(他の光源20)に取り囲まれていない。このため、後者の包囲部32においては、波長変換部材40に対して垂直に入射する光源からの光の割合が多くなる。したがって、平面視における中央に近い包囲部ほど、着色されたリフレクタにより第2の色の光を吸収する必要性が高く、平面視における最外周に近い包囲部ほど、着色されたリフレクタにより第2の色の光を吸収する必要性が低い(逆に、過度の吸収が生じる虞がある)。そこで、実施形態5に係る発光装置5では、複数の包囲部32のうち平面視において最外周に位置する包囲部32においては、側面部324も底面部322も第1の色に着色されていないものとした。このようにすれば、最外周において過度の吸収が生じることが抑制することができる。
図6は実施形態6に係る発光装置の模式的断面図である。図6では理解を容易にするため、着色部34を誇張して大きくし、グレースケールで示している。図6に示すとおり、実施形態6に係る発光装置6では、複数の包囲部32のうち平面視において最外周に位置する包囲部32においてその他の包囲部32よりも濃淡が疎となるように第1の色に着色されている。実施形態5で述べたとおり、平面視における最外周に近い包囲部ほど、着色されたリフレクタにより第2の色の光を吸収する必要性が低い(逆に、過度の吸収が生じる虞がある)。実施形態6に係る発光装置6でも、実施形態5と同様に、最外周において過度の吸収が生じることが抑制することができる。
図7は実施形態7に係る発光装置の模式的断面図である。図7では理解を容易にするため、着色部34を誇張して大きくし、グレースケールで示している。図7では、着色部24の厚みが大きいほど、濃淡が濃いことを意味する。図7に示すとおり、実施形態7に係る発光装置7では、複数の包囲部32は、平面視において中央から外周に向けて、濃淡が密から疎へと徐々に変化するよう第1の色に着色されている。つまり、平面視において中央側の包囲部32と外周側の包囲部32とを比較した場合、前者の包囲部32の方が後者の包囲部32よりも着色の濃淡が密である。1つの包囲部32内において濃淡が変化しているかは問わない。実施形態5で述べたとおり、平面視における最外周に近い包囲部ほど、着色されたリフレクタにより第2の色の光を吸収する必要性が低い(逆に、過度の吸収が生じる虞がある)。実施形態7に係る発光装置7によれば、最外周に近づくにつれ、吸収の程度を弱めることができる。換言すると、中央に近づくほど、吸収の程度を高めることができる。したがって、より一層、光源20が配置されていない領域から取り出される光の色を、光源20が配置されている領域から取り出される光の色に近づけて、平面視における色ムラが抑制された発光装置7を提供することができる。
基体10の少なくとも上面には、光源20に電力を供給するための導体配線72を配置することができる。導体配線72は、光源20の電極と電気的に接続され、外部からの電流(電力)を供給するための部材である。導体配線72の厚さは適宜選択することができる。導体配線72の材料は、基体10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、基体10の材料としてセラミックスを用いる場合、導体配線72の材料には、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を用いるのが好ましく、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。さらに、これらの金属の表面を、鍍金やスパッタリング、蒸着などにより、ニッケル、金、銀などの他の金属材料で被覆したものを導体配線72として用いることもできる。基体10の材料としてガラスエポキシ樹脂を用いる場合、導体配線72の材料には、加工し易い材料を用いることが好ましい。導体配線72は、基体10の一面又は両面に、蒸着、スパッタ、めっき等の方法によって形成することができる。プレスにより金属箔を貼りつけてこれを導体配線72としてもよい。印刷法又はフォトリソグラフィー等を用いてマスキングし、エッチング工程によって、所定の形状に導体配線72をパターニングすることができる。導体配線72の厚さは均一であることが好ましい。均一には均一であるとみなせる場合を含む。発光装置1乃至7は、基板10の上面に加え、基体10の下面に導体配線84を有していてもよい。
反射部材70は、光を反射させ、あるいは光の漏れや吸収を防いで、発光装置1乃至7の光取り出し効率を上げる絶縁性の部材である。反射部材70は、基体10の上面と導体配線72の上面とを被覆するよう配置される。反射部材70には、例えば白色系のフィラーを含有する部材を用いることができる。反射部材70の材料は、絶縁性であれば特に限定されないが、発光素子22からの光の吸収が少ない材料であることが特に好ましい。具体的には、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、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等を反射部材70の材料として用いることができる。反射部材70の厚さは適宜選択することができる。反射部材70の厚さは均一であることが好ましい。均一には均一であるとみなせる場合を含む。さらに反射部材82は、基体10の下面側であって導体配線84の下面を被覆するよう配置されていてもよい。
発光装置1乃至7は接合部材74を有していてもよい。接合部材74は、光源20を基体10及び/又は導体配線72に固定するための部材である。接合部材74の一例としては、絶縁性の樹脂や導電性の部材が挙げられる。光源20をフリップチップ実装する場合は導電性の部材を接合部材74として用いることができる。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は接合部材74の一例である。接合部材74としては、例えば、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)の部材を単一にまたは組み合わせて用いることができ、組成や基体10の形状等に応じて、適宜選択することができる。光源20を導体配線72に電気的に接続する工程と、を基体10上に載置や固定などする工程と、を一の工程ではなく別の工程に分けて行う場合には、接合部材74とは別のワイヤをさらに用いて、これで光源20と導体配線72を電気的に接続してもよい。
光学部材52は波長変換部材40の光入射側に配置される。光学部材52は光源20からの光に光学作用を加える部材である。光学部材52には、例えばハーフミラーなどの透光性の部材を用いることができる。ハーフミラーには、例えば、入射する光の一部を反射し、一部を透過する部材を用いることができる。ハーフミラーの反射率は、垂直入射よりも斜め入射の方が低くなるように設定されていることが好ましい。すなわち、ハーフミラーは、各光源20から放射された光のうち、光軸方向に対して平行に出射した光に対しては、光反射率が高く、放射角度(光軸方向に対して平行である場合は放射角度が0度であるものとする。)が広がっていくに従い、光反射率が低下する特性(換言すると、ハーフミラーを透過する光量が増加する特性)を有していることが好ましい。このようにすれば、ハーフミラーを光出射側から観察した場合において、均質な輝度分布を容易に得ることができる。ハーフミラーには例えば誘電体多層膜を用いることができる。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。例えば、ハーフミラーに対して垂直に入射する光に対してこれよりも斜めに入射する光に対して反射率が低くなるよう誘電体多層膜の膜を設計すれば、光取り出し面に対して垂直に入射する光に対する反射率が高く、光取り出し面に対する角度が大きくなるほど反射率が低くなる特性を容易に実現することができる。光学部材52の厚みは、均一であることが好ましい。均一には均一であるとみなせる場合を含む。
発光装置1乃至7は、波長変換部材40の光入射側に光拡散部材54を備えていてもよい。光拡散部材54は、複数の光源20から放射された光を拡散させることにより輝度ムラを削減させる部材である。光拡散部材54を形成する材料には、例えば、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を用いることができる。光拡散部材54には、例えば、母材となる材料中に屈折率の異なる材料を含有させた部材や、母材となる材料の表面形状を加工して光を散乱させる部材を用いることができる。光拡散部材54の厚みは、均一であることが好ましい。均一には均一であるとみなせる場合を含む。
発光装置1乃至7は、波長変換部材40の光出射側にプリズムシート56、58を備えていてもよい。プリズムシート56、58は斜め方向に入射した光を垂直方向に向きを変えて正面輝度を向上させる部材である。プリズムシート56、58の材料にはポリエチレンテレフタレートやアクリルを用いることができる。プリズムシート56、58の厚みは、均一であることが好ましい。均一には均一であるとみなせる場合を含む。
発光装置1乃至7は、さらに偏光シート60を備えていてもよい。偏光シート60は、液晶パネルを透過できずに反射してきた偏向光の向きを変えて、再度液晶パネルに向けて跳ね返し、液晶パネルを透過する偏向光にするシートで、輝度の向上が可能である。
10 基体
20 光源
22 発光素子
26 封止部材
28 反射層
30 リフレクタ
32 包囲部
322 底面部
324 側面部
34 着色部
40 波長変換部材
52 光学部材
54 光拡散部材
56、58 プリズムシート
60 偏光シート
70、82 反射部材
72、84 導体配線
74 接合部材
L1、L2、L3 光
X1、X2 光路長
Claims (14)
- 基体と、
前記基体上に配置される複数の光源と、
平面視で前記複数の光源の各々をそれぞれが包囲する複数の包囲部を有し、前記複数の包囲部それぞれが、前記光源が配置される開口を備えた平坦状の底面部と、上方に向かって広がるように傾斜する側面部と、を有するリフレクタと、
前記複数の光源を挟んで前記基体と対向するよう配置され、蛍光体を有する波長変換部材と、を備え、
前記複数の光源それぞれは、第1の色の光を発し、
前記蛍光体は、前記光源が発する前記第1の色の光により励起されて第2の色の光を発し、
前記複数の包囲部には、少なくとも前記側面部が前記第1の色に着色されている1つ以上の包囲部が含まれる発光装置。 - 前記第1の色は青色である請求項1に記載の発光装置。
- 前記第2の色は黄色である請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記複数の包囲部には、前記側面部の下端から前記側面部の上端に向け、濃淡が疎から密へと徐々に変化するよう前記第1の色に着色されている1つ以上の包囲部が含まれる請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記複数の包囲部には、前記側面部に加え、前記底面部が前記第1の色に着色されている1つ以上の包囲部が含まれる請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記複数の包囲部には、前記底面部が、前記底面部の側端から前記側面部の下端に向け、濃淡が疎から密へと徐々に変化するよう前記第1の色に着色されている1つ以上の包囲部が含まれる請求項5に記載の発光装置。
- 前記複数の包囲部のうち平面視において最外周に位置する包囲部においては、前記側面部も前記底面部も前記第1の色に着色されていない、あるいは、その他の包囲部よりも濃淡が疎となるように前記第1の色に着色されている1つ以上の包囲部が含まれる請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記複数の包囲部は、平面視において中央から外周に向けて、濃淡が密から疎へと徐々に変化するよう前記第1の色に着色されている請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記波長変換部材の光入射側に、誘電体多層膜で形成され、入射する光の一部を反射し、一部を透過するハーフミラーを備える請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記波長変換部材の光入射側に光拡散部材を備える請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記波長変換部材の光出射側にプリズムシートを備える請求項1から10のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記光源は、発光素子と、前記発光素子からの光を広配光化させるレンズと、を有する請求項1から11のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記光源は、発光素子と、前記発光素子を被覆する封止部材と、前記封止部材の上方に設けられた反射層と、を有する請求項1から12のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記光源は、発光素子と、前記発光素子の上面に設けられた反射層と、前記発光素子と前記反射層とを被覆する封止部材と、を有する請求項1から12のいずれか1項に記載の発光装置。
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