JP2021101474A - 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、光源ユニット10と、光源ユニット10に対向する透光積層体30とを備える。図1に例示する構成において、発光装置101は、光源ユニット10および透光積層体30の間に配置された区分部材15を有する。発光装置101は、例えば、液晶表示パネル等の表示パネルのバックライトとして利用される。
図2は、図1においてy方向に沿って隣接する2つの領域15rのうちの1つとその周辺とを拡大して示す。基板11は、上面11aおよび下面11bを有する。光源20は、上面11a側に配置され、基板11に支持される。図1に示す例では、基板11の上面11aおよび下面11bに、それぞれ、導体配線層13および金属層12が設けられている。導体配線層13および金属層12の詳細は、後述する。
図2に例示する構成において、光源ユニット10は、基板11の上面11aに設けられた導体配線層13を含む。導体配線層13は、各光源20に外部から電力を供給する配線パターンを有し、ここでは、後述する接合部材23によって光源20が導体配線層13に電気的に接続され、かつ、固定されている。
この例では、導体配線層13上に絶縁部材14が設けられている。絶縁部材14には、貫通孔14eが設けられており、絶縁部材14は、導体配線層13のうち、光源20および他の素子等に電気的に接続される領域以外の領域を覆っている。絶縁部材14は、導体配線層13のうち、光源20、他の素子等が配置されない領域に絶縁性を付与するレジストとして機能する。
能である。
この例では、光源ユニット10は、基板11の下面11bに金属層12をさらに有する。金属層12は、放熱のために下面11bの全体に設けられてもよいし、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得る。駆動回路を構成する部品が金属層12の回路パターン上に実装されていてもよい。
図3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側に配置される。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次元に配列される。図3では、複数の光源20のx方向の配列ピッチpxは、y方向の配列ピッチpyに一致している。しかしながら、複数の光源20の配置は、図示する例に限定されず、x方向およびy方向の間でピッチが異なっていてもよいし、配列の2方向が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。光源20間のピッチは、光源20の光軸L間の距離である(図1参照)。
する光の演色性を向上させることが可能である。
できる。また、赤色の光を出射する素子としては、GaAlAs、AlInGaPなどの半導体を含む発光素子を用いることができる。さらに、これら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。半導体層の材料および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。用いる発光素子の組成、発光色、大きさ、個数などは、目的に応じて適宜選択すればよい。ここでは、発光素子21として青色の光を出射する素子を用い、光源20として、青色光を出射する光源を例示する。
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に支持される。被覆部材22は、出射面21aが外部環境に露出することによる発光素子21の損傷を抑制する。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、または、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と有益である。
0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を含んでいると有益である。
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することにより、発光素子21の上に滴下または描画して、材料自体の表面張力を利用して被覆部材22の形状を制御することも可能である。後者の形成方法によれば、金型を必要とすることなく、より簡便な方法で被覆部材22を形成することができる。このような形成方法を適用する場合、被覆部材22の材料の粘度を調整する方法として、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、着色剤の添加によって所望の粘度を得てもよい。
接合部材23は、発光素子21を導体配線層13に固定する。ここでは、接合部材23は、発光素子21を導体配線層13に電気的に接続する機能も有する。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、または、金属およびフラックスの混合物等である。なお、p側電極およびn側電極と、導体配線層13とをワイヤ等によって電気的に接続する場合には、接合部材23は、発光素子21の、p側電極およびn側電極以外の領域を基板11の上面11aに固定できればよく、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。
図3を参照する。区分部材15は、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と、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と、底部15bとを含む。底部15bは、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に位置する。図示するように、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。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ので、底部15
bの外形は正方形である。
と区分部材15との間に光源20からの出射光が入射することを抑制し得る。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と有益である。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、熱硬化樹脂または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有益である。接着部材ではなく、ネジ、ピン等他の結合部材によって区分部材15を絶縁部材14に固定してもよい。
光拡散板33は、上面33aおよび下面33bを有し、下面33bが光源ユニット10に対向するように配置される。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、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から構成される。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に設けられる。光拡散板33としては、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部材を利用することができる。
散乱反射部32は、光拡散板33によって支持される。図2に例示する構成では、光拡散板33の下面33b上に散乱反射部32が設けられている。散乱反射部32は、入射する光を散乱反射させる。図1を参照すればわかるように、散乱反射部32は、複数の光源20に対応して、光拡散板33上の複数の箇所に配置される。
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性は小さい。そのため、区分部材15の頂部15cの上方に散乱反射部32が設けられていなくてもよい。本実施形態では、散乱反射部32は、光拡散板33において、区分部材15のうち光拡散板33に向けて突出している部分の上方には設けられていない。換言すれば、上面視において区分部材15の壁部15a(特に頂部15c)に重なる領域には、散乱反射部32は配置されていない。例えば、頂部15cと光拡散板33とが離れている場合、光拡散板33と、壁部15axまたは壁部15ayとの間の距離が大きくなり、光拡散板33で反射されて壁部15axおよび15ayを照射する光量が減少して、頂部15c近傍の領域が暗くなることがある。このような場合、区分部材15の頂部15cに重なる領域に散乱反射部32を設けると、光拡散板33からの光が散乱反射部32によって散乱され、壁部15axおよび15ayに照射される光量が減少し、頂部15c近傍の領域がより暗くなる可能性がある。したがって、このような場合には、壁部15axおよび15ayの上方に散乱反射部32を配置しないことにより、頂部15c近傍の領域の輝度の低下を抑制して、頂部15c近傍の領域における輝度の低下に起因する輝度むらを抑制し得る。
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。
再び図2を参照する。図2に例示するように、光拡散板33上に光吸収層31をさらに設けてもよい。光吸収層31は、少なくとも光源20の出射面の上方に位置し、光源20から出射される光の少なくとも一部を吸収する。光吸収層31は、散乱反射部32が光吸収層31よりも光源20に近接するような配置を有する。
に色むらを抑制することが可能である。
発光装置101は、透光積層体30において、波長変換層34をさらに有し得る。波長変換層34は、光拡散板33の、基板11が位置する側と反対側、つまり、上面33a側に位置している。図2からわかるように、波長変換層34を用いる場合、光吸収層31は、波長変換層34と散乱反射部32との間に位置する。
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をさらに有していてもよい。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2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(ここではzの正方向)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。
ずに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観点から、互いに隣接する2つの層が空間を設けずに接するように積層されていると有益である。
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。
射光とは異なる波長帯域の光を発する波長変換層34が配置されることがある。この場合、光吸収層31が、波長変換層34が発する光を反射する反射特性を有すると、光吸収層31は、0°に近い配光角で光源20から出射された光のうち特定の波長域の光を吸収し、かつ、波長変換層34から光吸収層31に向けて進行する光を光源20とは反対側に向けて反射させることができる。すなわち、透光積層体30の上面30aから出射される光の均一性をより向上させることができる。
図8は、光吸収層31の配置の他の例を示す。図8に示す透光積層体30’のように、光拡散板33の下面33b上に光吸収層31を設けてもよい。この場合も、散乱反射部32が光吸収層31よりも光源20に近接するように散乱反射部32および光吸収層31を配置する。換言すれば、散乱反射部32の少なくとも一部は、光吸収層31よりも光源20のより近くに位置する。この点は、図2を参照しながら説明した構成についても共通である。このような配置により、例えば青色光を出射する半導体発光素子と、波長変換部材を含む被覆部材との組み合わせによって白色光を得る場合であっても、半導体発光素子から出射される光を光源20に近い側で散乱反射させながら、光軸Lに沿って進行する青色光を光吸収層31に吸収させることができ、光取り出し効率の低下を抑制しながら、色むらを低減することができる。
第1部分32aおよび第2部分32bが光拡散板33の同じ面上に配置されることは必須ではない。第1部分32aが光拡散板33の上面33aおよび下面33bの一方に位置し、第2部分32bが上面33aおよび下面33bの他方に位置していてもよい。例えば、図9に示すように、透光積層体30’’において、第1部分32aを光拡散板33の上面33a上に配置し、第2部分32bを光拡散板33の下面33b上に配置してもよい。特に、光拡散板33の、光源20と反対側に第1部分32aを配置すると、光源ユニット10上の光源20と、対応する散乱反射部32’との間の位置合わせが容易になる。したがって、反射材の粒子の密度が相対的に高い第1部分32aをより確実に光源20の直上に配置させやすい。また、光拡散板33によって光の均一性を向上させてから第1部分32aによって散乱反射を起こさせることができるので、光源20に対向する側に第1部分32aを配置する場合と比較して、第1部分32aにおける反射材の粒子の密度を低下させ得る。つまり、光の利用効率を向上させることが可能である。図9に示すように、光吸収層31が省略されてもよい。この例のように、第1部分32aの一部と第2部分32bの一部とが上面視において重なっていてもよい。
3の、光源20とは反対側に散乱反射部32がされるので、光源20と、対応する散乱反射部32との間の位置合わせが容易である。また、光拡散板33によって均一性が向上された光を散乱反射させることができ、光の利用効率向上の効果が得られる。光拡散板33の下面33b側に散乱反射部32を配置し、光吸収層31を省略してもよい。
11 基板
11a 上面
11b 下面
12 金属層
13 導体配線層
14 絶縁部材
14e 貫通孔
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、20’ 光源
21 発光素子
21a 出射面
22 被覆部材
22a 表面
23 接合部材
24 光反射層
30、30’、30’’、30’’’ 透光積層体
30a、33a 上面
30b、33b 下面
31 光吸収層
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 (9)
- 基板と、
前記基板上に位置する複数の光源と、
前記複数の光源の上方に位置する光拡散板と、
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、
前記光拡散板に支持され、少なくとも前記複数の光源の出射面の上方に位置する光吸収層であって、前記光源から出射する光の少なくとも一部を吸収する光吸収層と、を備え、
前記散乱反射部は、前記光吸収層よりも前記光源に近接している、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る、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。
- 前記散乱反射部は、上面視において、各光源の出射面の直上の部分を含む第1領域、および前記第1領域よりも外側に位置する部分を含む第2領域に位置しており、
前記第1領域は前記光拡散板の上面および下面の一方に位置し、前記第2領域は前記上面および前記下面の他方に位置する請求項1から3のいずれかに記載の発光装置。 - 前記光拡散板の、前記基板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、
前記光吸収層は、前記波長変換層が発する光を反射する反射特性を有する、請求項1から4のいずれかに記載の発光装置。 - 前記光吸収層は、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、請求項1から5のいずれかに記載の発光装置。
- 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6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7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8に記載の発光装置。
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