JP2021005569A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
。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(Inx
AlyGa1-x-yN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を含むことが好ましい。
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。
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。
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。
ルディミングによる駆動が可能となる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
01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。
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。
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 (13)
- 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、
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み、
前記散乱反射部は、前記ハーフミラーの上面に位置している、発光装置。 - 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。
- 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2に記載の発光装置。
- 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2または3に記載の発光装置。
- 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2から4のいずれかに記載の発光装置。
- 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5のいずれかに記載の発光装置。
- 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6のいずれかに記載の発光装置。
- 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7のいずれかに記載の発光装置。
- 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8のいずれかに記載の発光装置。
- 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9のいずれかに記載の発光装置。
- 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10のいずれかに記載の発光装置。
- 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11のいずれかに記載の発光装置。
- 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12に記載の発光装置。
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