JP6428730B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本開示は発光装置に関する。
基板上に行列状に配置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）の上方に、波長変換部材が配置された発光装置が知られている（例えば、特許文献１）。この発光装置では、波長変換部材が行列状に配置された複数の蛍光部を有し、且つ、１つのＬＥＤの直上に１つの蛍光部が位置している。
このような発光装置において、発光強度を向上させ、高精細な点灯制御を可能とするために、ＬＥＤを密接配置するとともに蛍光部を密接配置することが要望されている。しかしながら、特許文献１に係る発光装置において、ＬＥＤを密接配置し且つ蛍光部を密接配置しようとすると、波長変換部材を実装する際における実装誤差が両者の位置関係に与える影響が大きくなるので、１つのＬＥＤの直上に配置される蛍光部の数が発光装置の面内で不均一になりやすい。つまり、ある領域においては１つのＬＥＤと１つの蛍光部が対応しているにも関わらず、他の領域においては１つのＬＥＤが複数の蛍光部と重なって配置されることがある。また、それぞれの蛍光部を同じ大きさで作製することは比較的難しいので、１つの波長変換部材で蛍光部の大きさがばらつく恐れもある。この場合も、ＬＥＤを密接配置し且つ蛍光部を密接配置しようとすると、１つのＬＥＤの直上に配置される蛍光部の数が発光装置の面内で不均一になりやすい。このような場合、１つのＬＥＤを点灯させた際に光る蛍光部の数及び１つのＬＥＤを消灯させた際に消える蛍光部の数が、点灯又は消灯させるＬＥＤの位置によって異なるため、発光装置の点灯／消灯パターンの制御が困難になってしまう。
基板と、基板の上方において行列状に配置された複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤの上方において行列状に配置された複数の蛍光部及び複数の蛍光部の間に設けられた格子状の遮光部を有する波長変換部材と、を備える発光装置である。
ここで、複数のＬＥＤのうち各行に配置された複数のＬＥＤを１つの行方向ＬＥＤ群、複数のＬＥＤのうち各列に配置された複数のＬＥＤを１つの列方向ＬＥＤ群、隣接する２つの行方向ＬＥＤ群の間を行方向離間領域、隣接する２つの列方向ＬＥＤ群の間を列方向離間領域という。また、複数の蛍光部のうち各行に配置された複数の蛍光部を１つの行方向蛍光部群、複数の蛍光部のうち各列に配置された複数の蛍光部を１つの列方向蛍光部群、格子状の遮光部のうち各行において延伸する領域を１つの行方向遮光領域、格子状の遮光部のうち各列において延伸する領域を１つの列方向遮光領域という。
このとき、上面視において、行方向離間領域の列方向における幅がＬＥＤの列方向の幅よりも小さくいとともに、列方向離間領域の行方向における幅がＬＥＤの行方向の幅よりも小さい。さらに、行方向遮光領域の列方向における幅が蛍光部の列方向の幅よりも小さくいとともに、列方向遮光領域の行方向における幅が蛍光部の行方向の幅よりも小さい。また、１つ以上の行方向離間領域が１つの行方向蛍光部群の直下に位置するとともに、１つ以上の列方向離間領域が１つの列方向蛍光部群の直下に位置している。さらに、１つ以上の行方向遮光領域が１つの行方向ＬＥＤ群の直上に位置するとともに、１つ以上の列方向遮光領域が１つの列方向ＬＥＤ群の直上に位置している。
これにより、高輝度であり、高精細に点灯／消灯パターンを制御可能な発光装置を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明を特定するものではない。さらに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、詳細説明を適宜省略する。
［実施形態１］
実施形態１に係る発光装置１００では、図１Ａに示すように、複数のＬＥＤ１０が基板４０の上方に行列状に配置され、その上方に波長変換部材３０が配置されている。波長変換部材３０は、行列状に配置された複数の蛍光部３１と、複数の蛍光部３１の間に設けられた格子状の遮光部３２を有している。なお、図１Ｂは、基板４０の上方に行列状に配置された複数のＬＥＤ１０を示している。また、図１Ｃ及びＤは、複数のＬＥＤ１０の上方に配置される前の波長変換部材３０を示している。
実施形態１に係る発光装置１００では、図１Ａに示すように、複数のＬＥＤ１０が基板４０の上方に行列状に配置され、その上方に波長変換部材３０が配置されている。波長変換部材３０は、行列状に配置された複数の蛍光部３１と、複数の蛍光部３１の間に設けられた格子状の遮光部３２を有している。なお、図１Ｂは、基板４０の上方に行列状に配置された複数のＬＥＤ１０を示している。また、図１Ｃ及びＤは、複数のＬＥＤ１０の上方に配置される前の波長変換部材３０を示している。
以下では、説明を簡便にするために、図１Ｂに示すように、複数のＬＥＤ１０のうち各行に配置された複数のＬＥＤ１０を１つの行方向ＬＥＤ群１０ａといい、複数のＬＥＤ１０のうち各列に配置された複数のＬＥＤ１０を１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂという。さらに、隣接する２つの行方向ＬＥＤ群１０ａの間を行方向離間領域２０ａといい、隣接する２つの列方向ＬＥＤ群１０ｂの間を列方向離間領域２０ｂという。また、図１Ｃに示すように、複数の蛍光部３１のうち各行に配置された複数の蛍光部３１を１つの行方向蛍光部群３１ａといい、複数の蛍光部３１のうち各列に配置された複数の蛍光部３１を１つの列方向蛍光部群３１ｂという。さらに、格子状の遮光部３２のうち各行において延伸する領域を１つの行方向遮光領域３２ａといい、格子状の遮光部３２のうち各列において延伸する領域を１つの列方向遮光領域３２ｂという。また、図１Ｄに示すように、上面視において、発光装置１００の最外周に配置された蛍光部３１を外側蛍光部３１ｄといい、外側蛍光部３１ｄの内側に配置された蛍光部３１を内側蛍光部３１ｃという。また、行方向ＬＥＤ群１０ａ及び列方向ＬＥＤ群１０ｂをまとめてＬＥＤ群１０ａ、１０ｂ、行方向蛍光部群３１ａ及び列方向蛍光部群３１ｂをまとめて蛍光部群３１ａ、３１ｂ、行方向遮光領域３２ａ及び列方向遮光領域３２ｂをまとめて遮光部３２、行方向離間領域２０ａ及び列方向離間領域２０ｂをまとめて離間領域２０という。
発光装置１００では、図１Ａ、Ｃ及びＤに示すように、上面視において、行方向遮光領域３２ａの列方向における幅は蛍光部３１の列方向の幅よりも小さく、列方向遮光領域３２ｂの行方向における幅は蛍光部３１の行方向の幅よりも小さい。換言すると、複数の蛍光部３１が密接に配置されている。同様に、行方向離間領域２０ａの列方向における幅はＬＥＤ１０の列方向の幅よりも小さく、列方向離間領域２０ｂの行方向における幅はＬＥＤ１０の行方向の幅よりも小さい。換言すると、複数のＬＥＤ１０が密接に配置されている。なお、本明細書において「上面視」とは、目的物を光取出し側となる上方から視ることを意味し、肉眼で直接見ることだけでなく必要に応じて手前の部材を透過させてその奥の部材を視ることも含むものとする。
発光装置１００では、図１Ａに示すように、１つの行方向遮光領域３２ａが１つの行方向ＬＥＤ群１０ａの直上に位置する。つまり、上面視において、１つの行方向遮光領域３２ａの列方向における幅がその直下に位置する１つの行方向ＬＥＤ群１０ａの列方向の幅よりも小さく、１つの行方向遮光領域３２ａが１つの行方向ＬＥＤ群１０ａと完全に重なっている。同様に、１つの列方向遮光領域３２ｂが１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂの直上に位置する。つまり、上面視において、１つの列方向遮光領域３２ｂの行方向における幅がその直下に位置する１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂの行方向の幅よりも小さく、１つの列方向遮光領域３２ｂが１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂと完全に重なっている。
また、発光装置１００では、１つの行方向離間領域２０ａが１つの行方向蛍光部群３１ａの直下に位置する。つまり、上面視において、１つの行方向離間領域２０ａの列方向における幅がその直上に位置する１つの行方向蛍光部群３１ａの列方向の幅よりも小さく、１つの行方向離間領域２０ａが１つの行方向蛍光部群３１ａと完全に重なっている。同様に、１つの列方向離間領域２０ｂが１つの列方向蛍光部群３１ｂの直下に位置する。つまり、上面視において、１つの列方向離間領域２０ｂの行方向における幅がその直上に位置する１つの列方向蛍光部群３１ｂの行方向の幅よりも小さく、１つの列方向離間領域２０ｂが１つの列方向蛍光部群３１ｂと完全に重なっている。
さらに、発光装置１００では、内側蛍光部３１ｃのそれぞれが、４つのＬＥＤ１０それぞれと部分的に重なるように配置されている。また、外側蛍光部３１ｄのうち４隅に位置する蛍光部３１それぞれは１つのＬＥＤ１０と部分的に重なっており、外側蛍光部３１ｄのうち４隅以外に位置する蛍光部３１それぞれは２つのＬＥＤ１０と部分的に重なっている。
従来技術のように、ＬＥＤ及び蛍光部が１対１で対応する場合、ＬＥＤ及び蛍光部が密接配置されると、波長変換部材の実装誤差や、蛍光部の大きさのばらつきがあると、本来であれば１つのＬＥＤの直上に１つの蛍光部が存在するはずが、場所によっては１つのＬＥＤの直上に複数の蛍光部が配置されることがある。この場合、ＬＥＤ及び蛍光部が１対１で対応する領域とそうでない領域が混在するので、発光装置の点灯／消灯パターンの制御が困難になる。そこで、発光装置１００では、ＬＥＤ１０と蛍光部３１とを１対１で対応させるのではなく、ＬＥＤ１０及び蛍光部３１を密接配置しつつ、１つのＬＥＤ１０に対して複数となる４つの蛍光部３１を対応させている。つまり、元々、遮光部３２がＬＥＤ１０と重なるように設けられているとともに、蛍光部３１が離間領域２０と重なるように設けられているので、仮に波長変換部材３０の実装誤差や蛍光部３１の大きさのばらつきがあったとしても、発光装置１００全体に亘って１つのＬＥＤ１０の直上に位置する蛍光部３１の数が変わりにくい。したがって、発光装置１００を高輝度としながら、発光装置１００の点灯／消灯パターンの制御も想定通りに行うことができる。
発光装置１００では、１つのＬＥＤ１０の直上に位置する蛍光部３１の数を面内で一定となるように、上面視において、行方向離間領域２０ａと列方向離間領域２０ｂの交差部分を蛍光部１０それぞれの外縁から内側に離間させている。これにより、波長変換部材３０を実装する前後においてＬＥＤ１０と蛍光部３１の位置関係が多少変化したとしても、１つのＬＥＤ１０を点灯させた場合における蛍光部３１の発光面積は実質的に一定である。つまり、波長変換部材３０を実装する前後においてＬＥＤ１０と蛍光部３１の位置関係が多少変化したとしても、１つのＬＥＤ１０の直上に配置される遮光部３２の位置が変化するだけで、実際に発光する４つの蛍光部３１それぞれの発光面積の合計は実質的に変わらない。
以下、発光装置１００を構成する各部材について説明する。
（基板）
基板４０は、複数のＬＥＤ１０を支持するためのものである。ＬＥＤ１０に電流を供給する配線を基板４０とは別に形成する場合は基板４０に配線を形成しなくてもよいし、そうでない場合は基板４０に配線を形成してもよい。
基板４０は、複数のＬＥＤ１０を支持するためのものである。ＬＥＤ１０に電流を供給する配線を基板４０とは別に形成する場合は基板４０に配線を形成しなくてもよいし、そうでない場合は基板４０に配線を形成してもよい。
基板４０として、シリコン、サファイア、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムや、プリント配線基板等を用いることができる。
（複数のＬＥＤ）
複数のＬＥＤ１０は、それぞれがＬＥＤとして機能していればよい。具体的には、個々に独立して存在する複数のＬＥＤ素子を「複数のＬＥＤ１０」としてもよいし、例えば、共通となる１つの成長基板に設けられた、それぞれが発光部となる複数のＬＥＤ部を「複数のＬＥＤ１０」としてもよい。
複数のＬＥＤ１０は、それぞれがＬＥＤとして機能していればよい。具体的には、個々に独立して存在する複数のＬＥＤ素子を「複数のＬＥＤ１０」としてもよいし、例えば、共通となる１つの成長基板に設けられた、それぞれが発光部となる複数のＬＥＤ部を「複数のＬＥＤ１０」としてもよい。
ＬＥＤ１０は、図２に示すように、半導体構造１１を有する。半導体構造１１は、例えば、ｎ側層１１ａと、発光層１１ｂと、ｐ側層１１ｃとを順に含む。半導体構造１１を構成する各層には、例えば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物半導体を用いることができる。ＬＥＤ１０は、半導体構造１１を成長するための成長基板を含むこともできるが、含まなくてもよい。発光装置１００では、ＬＥＤ１０が基板４０にフェイスダウン実装されており、成長基板は除去されている。成長基板には、例えば、サファイアや窒化ガリウム等を用いることができる。ＬＥＤ１０をフェイスダウン実装する場合はさらに、半導体構造１１の側方及び下方の全体を実質的に覆うように、誘電体層１２、遮光層１３及び保護層１４を、半導体構造１１側から順に形成することができる。誘電体層１２及び遮光層１３が形成されることにより、発光層１１ｂからの光が、誘電体層１２及び遮光層１３に反射されて、ＬＥＤ１０の光取出し面側から上方に出射されるため、発光装置１００の光の取出し効率を向上させることができる。誘電体層１２には、ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等を利用することができる。遮光層１３には、Ｔｉ、ＡｌやＡｇ等の金属を利用することができる。また、保護層１４が形成されることにより、ＬＥＤ１０を外部から保護することができる。
さらに、ＬＥＤ１０は、ｐ側層１１ｃに接続されるｐコンタクト層１５及びｐパッド電極１７を有し、ｎ側層１１ａに接続されるｎコンタクト層１６及びｎパッド電極１８を有する。これにより、ＬＥＤ１０に外部から電力を供給することができる。
複数のＬＥＤ１０は、個別に駆動可能であることが好ましい。これにより、複数のＬＥＤ１０を任意のパターンに点灯又は消灯させることができる。複数のＬＥＤ１０を個別に点灯制御する方法としては、パッシブマトリクス方式又はアクティブマトリクス方式を用いることができる。発光装置１００では、図３及び４に示すように、複数のＬＥＤ１０をパッシブマトリクス方式で個別に点灯制御可能となるように、配線構造が形成されている。すなわち、複数のｐ側配線４１それぞれが列方向に延伸するように形成され、１つの列において複数のＬＥＤ１０のｐパッド電極１７が１つのｐ側配線４１に接続されている。そして、各列のｐ側配線４１の端には、ｐ側接続端子４３が形成されている。また、複数のｎ側配線４２それぞれが行方向に延伸するように形成され、１つの行において複数のＬＥＤ１０のｎパッド電極１８が１つのｎ側配線４２に接続されている。図４に示すように、ｎ側配線４２は、ｎ側第１配線４２ａとｎ側第２配線４２ｂから形成してもよい。そして、各行のｎ側配線４２の端には、ｎ側接続端子４４が形成されている。この結果、例えば、各行に設けられた複数のＬＥＤ１０に時分割で電力を供給することができるので、ＬＥＤ１０を個別に点灯制御することができる。なお、図３では、ＬＥＤと配線との関係を簡単に説明するために、ＬＥＤと配線のみを概念的に示している。
ＬＥＤ１０を個別に点灯制御することで、例えば自動車のＡＤＢ（配光可変ヘッドランプ）として発光装置１００を用いることができる。発光装置１００をＡＤＢとして用いる場合、光を照射させたくないエリアに対応するＬＥＤ１０を消灯させ、それ以外のＬＥＤ１０を点灯させるようにして使用する。これにより、例えば対向車の運転手や、歩行者にのみ光を照射せず、それ以外のエリアは光を照射することができる。
複数のＬＥＤ１０は、行列状に配列されている。これにより、ＬＥＤ１０がランダムに配置されている場合と比較して、複数のＬＥＤ１０を点灯又は消灯させることで任意のパターンを形成しやすくなる。発光装置１００をＡＤＢとして用いる場合、典型的には、基板４０の水平方向に配列されるＬＥＤ群１０ａ、１０ｂの幅が、ヘッドライトが照射する左右方向の幅を規定し、基板４０の鉛直方向に配列されるＬＥＤ群１０ａ、１０ｂの幅が、ヘッドライトが照射する上下方向の幅を規定する。
（波長変換部材）
波長変換部材３０は、蛍光体が含有された複数の蛍光部３１を有している。蛍光体はＬＥＤ１０からの光により蛍光を発する。青色光又は紫外線光で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたＹＡＧ系蛍光体、セリウムで賦活されたＬＡＧ系蛍光体、ユウロピウムおよび／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系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体、ＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体、硫化物系蛍光体などが挙げられる。また、蛍光体として量子ドット蛍光体を用いることもできる。これらの蛍光体と、青色発光ＬＥＤ又は紫外線発光ＬＥＤとを組み合わせることにより、様々な色、例えば白色光を発光させることができる。
波長変換部材３０は、蛍光体が含有された複数の蛍光部３１を有している。蛍光体はＬＥＤ１０からの光により蛍光を発する。青色光又は紫外線光で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたＹＡＧ系蛍光体、セリウムで賦活されたＬＡＧ系蛍光体、ユウロピウムおよび／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系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体、ＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体、硫化物系蛍光体などが挙げられる。また、蛍光体として量子ドット蛍光体を用いることもできる。これらの蛍光体と、青色発光ＬＥＤ又は紫外線発光ＬＥＤとを組み合わせることにより、様々な色、例えば白色光を発光させることができる。
蛍光部３１は、透光性材料を含有してもよい。透光性材料としては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、ＹＡＰ（イットリウムアルミニウムペロブスカイト）等のセラミックス、ガラス、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂を使用できる。透光性材料としては、耐光性、耐熱性に優れるセラミックスが特に好ましい。
波長変換部材３０は、複数のＬＥＤ１０の間に設けられた、格子状の遮光部３２を有している。これにより、点灯されたＬＥＤ１０の直上に配置されている蛍光部３１を主として発光させることができる。つまり、点灯されたＬＥＤ１０の光の少なくとも一部は遮光部３２により遮断されるため、ＬＥＤ１０の直上に配置されていない蛍光部３１に光を当たりにくくすることができる。この結果、発光装置１００のコントラストを向上することができる。
遮光部３２は、ＬＥＤ１０からの光を６０％以上、好ましくは８０％以上遮光し得る材料によって形成することができる。遮光部３２としては、単層若しくは多層の金属膜、又は２種以上の誘電体を複数積層させた誘電体からなる多層膜（誘電体多層膜）の一方又は両方を用いることができる。遮光部３２は、誘電体多層膜を含むことが好ましい。誘電体多層膜であれば金属に比較して光の吸収も少なく、効率的に光を反射することができる。遮光部３２として金属膜と誘電体多層膜との両方を用いる場合は、蛍光部３１の側から順に、誘電体多層膜と金属膜とを配置するのがよい。これにより、誘電体多層膜で反射できなかった光を金属膜で反射することができるので、蛍光部３１からの光の取り出し効率をさらに向上させることができる。
（複数のＬＥＤと波長変換部材との関係等）
行方向遮光領域３２ａは、その直下に位置する複数のＬＥＤ１０それぞれの中心の直上を通るように設計されることが好ましい。同様に、列方向遮光領域３２ｂは、その直下に位置する複数のＬＥＤ１０それぞれの中心の直上を通るように設計されることが好ましい。これにより、設計時において、１つのＬＥＤ１０と１つの蛍光部３１が重なる領域を最大とすることができるので、実装後において、１つのＬＥＤ１０の直上に４つの蛍光部３１を配置させることが比較的容易にできる。
行方向遮光領域３２ａは、その直下に位置する複数のＬＥＤ１０それぞれの中心の直上を通るように設計されることが好ましい。同様に、列方向遮光領域３２ｂは、その直下に位置する複数のＬＥＤ１０それぞれの中心の直上を通るように設計されることが好ましい。これにより、設計時において、１つのＬＥＤ１０と１つの蛍光部３１が重なる領域を最大とすることができるので、実装後において、１つのＬＥＤ１０の直上に４つの蛍光部３１を配置させることが比較的容易にできる。
また、行方向離間領域２０ａは、その直上に位置する複数の蛍光部３１それぞれの中心の直下を通るように設計されることが好ましい。同様に、列方向離間領域２０ｂは、その直上に位置する複数の蛍光部３１それぞれの中心の直下を通るように設計されることが好ましい。これにより、設計時において、１つのＬＥＤ１０と１つの蛍光部３１が重なる領域を最大とすることができるので、実装後において１つの内側蛍光部３１ｃの直下に４つのＬＥＤ１０を配置させることが比較的容易にできる。
ＬＥＤ１０及び蛍光部３１のそれぞれは、上面視において、その外縁形状を略矩形とすることが好ましい。これにより、複数のＬＥＤ１０を密接配置しやすくすることができるため、発光装置１００の発光強度を向上させることができる。また、複数の蛍光部３１を密接配置しやすくすることができるため、光取出し側においてより均一な発光が可能となる。
発光装置１００では、ＬＥＤ１０及び蛍光部３１の大きさは、略同一である。これにより、ＬＥＤ１０及び蛍光部３１のそれぞれを密接配置させた状態において、ＬＥＤ１０と蛍光部３１とが重なる領域を大きくしつつ、１つのＬＥＤ１０の直上に４つの蛍光部３１を配置させることが比較的容易にできる。
ＬＥＤ１０の列方向における幅は、行方向遮光領域３２ａの列方向における幅の３倍〜１５０倍、好ましくは３０倍〜１００倍とすることが好ましい。同様に、ＬＥＤ１０の行方向における幅は、列方向遮光領域３２ｂの行方向における幅の３倍〜１５０倍、好ましくは３０倍〜１００倍とすることが好ましい。ＬＥＤ１０の幅と遮光部３２の幅との比を一定以上とすることにより、１つのＬＥＤ１０と１つの蛍光部３１が重なる領域を十分に確保することができるので、高輝度化が可能となるとともに１つのＬＥＤ１０の直上に位置する蛍光部３１の数が変わりにくくなる。また、その比を一定以下とすることにより、遮光部３２の幅をある程度大きくすることができるので、コントラストの高い表示が可能となる。
ＬＥＤ１０の列方向における幅は３０μｍ〜３００μｍ、好ましくは３０μｍ〜２００μｍとすることができる。同様に、ＬＥＤ１０の行方向における幅は３０μｍ〜３００μｍ、好ましくは３０μｍ〜２００μｍとすることができる。
行方向遮光領域３２ａの列方向における幅は１μｍ〜２０μｍ、好ましくは２μｍ〜１５μｍとすることができる。同様に、列方向遮光領域３２ｂの行方向における幅を１μｍ〜２０μｍ、好ましくは２μｍ〜１５μｍとすることができる。
蛍光部３１の列方向における幅は、行方向離間領域２０ａの列方向における幅の３倍〜１５０倍、好ましくは１０倍〜１００倍とすることが好ましい。同様に、蛍光部３１の行方向における幅は、列方向離間領域２０ｂの行方向における幅の３倍〜１５０倍、好ましくは１０倍〜１００倍とすることが好ましい。蛍光部３１の幅と離間領域２０の幅との比を一定値以上とすることにより、１つの蛍光部３１と１つのＬＥＤ１０が重なる領域を十分に確保することができるので、高輝度化が可能となるとともに１つのＬＥＤ１０の直上に位置する蛍光部３１の数が変わりにくくなる。また、その比を一定以下とすることにより、離間領域２０の幅をある程度大きくすることができるので、コントラストの高い表示が可能となる。
蛍光部３１の列方向における幅を３０μｍ〜３００μｍ、好ましくは３０μｍ〜２００μｍとすることができる。同様に、蛍光部３１の行方向における幅を３０μｍ〜３００μｍ、好ましくは３０μｍ〜２００μｍとすることができる。
行方向離間領域２０ａの列方向における幅を１μｍ〜２０μｍ、好ましくは２μｍ〜１５μｍとすることができる。同様に、列方向離間領域２０ｂの行方向における幅を１μｍ〜２０μｍ、好ましくは２μｍ〜１５μｍとすることができる。
［実施形態２］
図５に、実施形態２に係る発光装置２００を示す。発光装置２００は、実施形態１に係る発光装置１００とは、上面視で行方向及び列方向において１つの蛍光部３１が１つのＬＥＤ１０よりも小さく、２つの行方向遮光領域３２ａが１つの行方向ＬＥＤ群１０ａの直上に位置するとともに、２つの列方向遮光領域３２ｂが１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂの直上に位置する点が異なる。それ以外については、実施形態１に係る発光装置１００と同様である。
図５に、実施形態２に係る発光装置２００を示す。発光装置２００は、実施形態１に係る発光装置１００とは、上面視で行方向及び列方向において１つの蛍光部３１が１つのＬＥＤ１０よりも小さく、２つの行方向遮光領域３２ａが１つの行方向ＬＥＤ群１０ａの直上に位置するとともに、２つの列方向遮光領域３２ｂが１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂの直上に位置する点が異なる。それ以外については、実施形態１に係る発光装置１００と同様である。
発光装置２００では、図５に示すように、２つの行方向遮光領域３２ａが１つの行方向ＬＥＤ群１０ａの直上に位置するとともに、２つの列方向遮光領域３２ｂが１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂの直上に位置している。つまり、上面視において、１つのＬＥＤ１０が１つの蛍光部３１よりも大きく、１つのＬＥＤ群１０ａ、１０ｂがその直上において３つの蛍光部群３１ａ、３１ｂと重なるようにして配置される。換言すると、それぞれのＬＥＤ１０の直上には、中央に位置する１つの蛍光部３１と、それを囲むようにして８つの蛍光部３１の一部が配置される。
製造上の理由等によりＬＥＤ１０のサイズにも密接配置の程度にも一定の限度はあるものの、発光装置の点灯／消灯パターンの制御を高精細にするためには、発光源となるＬＥＤ１０を小さくしつつ密接配置することが必要である。そこで、実施形態１と実施形態２において、ＬＥＤ１０のサイズが略同じであって十分小さく、ＬＥＤ１０の密接程度が略同じであって十分高いと仮定する。この場合、上面視において、１つのＬＥＤ１０と、その１つのＬＥＤ１０の四隅それぞれの直上に位置する１つの蛍光部３１とが重なる領域は実施形態２のほうが小さい。このため、実施形態２のほうが、実装の前後においてＬＥＤ１０の直上に位置する蛍光部３１の数が変わりやすくなる。しかし、実施形態２では、蛍光部３１がＬＥＤ１０よりも小さいため、実施形態１と比較して、より高精細な蛍光部３１の点灯制御が可能となる。
［実施形態３］
図６に、実施形態３に係る発光装置３００を示す。発光装置３００は、実施形態１に係る発光装置１００とは、上面視で行方向において１つの蛍光部３１が１つのＬＥＤ１０よりも小さく、２つの列方向遮光領域３２ｂが１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂの直上に位置する点が異なる。それ以外については、実施形態１に係る発光装置１００と同様である。発光装置３００においても、実施形態２に係る発光装置２００と同様の効果を奏することができる。
図６に、実施形態３に係る発光装置３００を示す。発光装置３００は、実施形態１に係る発光装置１００とは、上面視で行方向において１つの蛍光部３１が１つのＬＥＤ１０よりも小さく、２つの列方向遮光領域３２ｂが１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂの直上に位置する点が異なる。それ以外については、実施形態１に係る発光装置１００と同様である。発光装置３００においても、実施形態２に係る発光装置２００と同様の効果を奏することができる。
［実施形態４］
図７に、実施形態４に係る発光装置４００を示す。発光装置４００は、実施形態１に係る発光装置１００とは、上面視で行方向及び列方向において１つの蛍光部３１が１つのＬＥＤ１０よりも大きく、２つの行方向離間領域２０ａが１つの行方向蛍光部群３１ａの直下に位置するとともに、２つの列方向離間領域２０ｂが１つの列方向蛍光部群３１ｂの直下に位置する点が異なる。それ以外については、実施形態１に係る発光装置１００と同様である。
図７に、実施形態４に係る発光装置４００を示す。発光装置４００は、実施形態１に係る発光装置１００とは、上面視で行方向及び列方向において１つの蛍光部３１が１つのＬＥＤ１０よりも大きく、２つの行方向離間領域２０ａが１つの行方向蛍光部群３１ａの直下に位置するとともに、２つの列方向離間領域２０ｂが１つの列方向蛍光部群３１ｂの直下に位置する点が異なる。それ以外については、実施形態１に係る発光装置１００と同様である。
発光装置４００では、図７に示すように、２つの行方向離間領域２０ａが１つの行方向蛍光部群３１ａの直上に位置するとともに、２つの列方向離間領域２０ｂが１つの列方向蛍光部群３１ｂの直上に位置している。つまり、上面視において、１つの蛍光部３１が１つのＬＥＤ１０よりも大きく、１つの蛍光部群３１ａ、３１ｂがその直下において３つのＬＥＤ群１０ａ、１０ｂと重なるようにして配置される。換言すると、それぞれの蛍光部３１の直下には、中央に位置する１つのＬＥＤ１０と、それを囲むようにして８つのＬＥＤ１０の一部が配置される。
製造上の理由等によりＬＥＤ１０のサイズにも密接配置の程度にも一定の限度はあるものの、発光装置の点灯／消灯パターンの制御を高精細にするためには、発光源となるＬＥＤ１０を小さくしつつ密接配置することが必要である。そこで、実施形態１と実施形態４において、ＬＥＤ１０のサイズが略同じであって十分小さく、ＬＥＤ１０の密接程度が略同じであって十分高いと仮定する。この場合、発光装置４００では、１つの蛍光部３１と、その１つの蛍光部３１の四隅それぞれの直下に位置する１つのＬＥＤ１０とが重なる領域は実施形態１と同程度である。したがって、実施形態４では、実施形態１と同様、ＬＥＤ１０の直上に位置する蛍光部３１の数が変わりにくい。
［実施形態５］
図８に、実施形態５に係る発光装置５００を示す。発光装置５００は、実施形態１に係る発光装置１００とは、上面視で行方向において１つの蛍光部３１が１つのＬＥＤ１０よりも大きく、２つの列方向離間領域２０ｂが１つの列方向蛍光部群３１ｂの直下に位置する点が異なる。それ以外については、実施形態１に係る発光装置１００と同様である。発光装置５００においても、実施形態４に係る発光装置４００と同様の効果を奏することができる。
図８に、実施形態５に係る発光装置５００を示す。発光装置５００は、実施形態１に係る発光装置１００とは、上面視で行方向において１つの蛍光部３１が１つのＬＥＤ１０よりも大きく、２つの列方向離間領域２０ｂが１つの列方向蛍光部群３１ｂの直下に位置する点が異なる。それ以外については、実施形態１に係る発光装置１００と同様である。発光装置５００においても、実施形態４に係る発光装置４００と同様の効果を奏することができる。
［実施例］
図１Ａ〜図３と図９〜図１１に基づいて、第１実施形態に対応する本実施例について説明する。
図１Ａ〜図３と図９〜図１１に基づいて、第１実施形態に対応する本実施例について説明する。
まず、サファイアからなる成長基板上に、成長基板の側からそれぞれが窒化物半導体からなるｎ側層１１ａ、発光層１１ｂ及びｐ側層１１ｃを順に有する積層体を形成した。その後、ｐ側層１１ｃの表面にＩＴＯからなるｐコンタクト電極１５を形成した。次に、最終的に図２に示すＬＥＤ１０が複数得られるように、ｐ側層１１ｃの側からｐコンタクト電極１５及び積層体をエッチングして複数の素子領域に区分した。次に、複数の素子領域それぞれにおいて、ｎ側層１１ａに、Ｔｉ／Ｒｈ（積層体の側から順に、Ｔｉ及びＲｈが順に積層されることを意味する。以下同じ。）からなるｎコンタクト電極１６を形成した。続いて、複数の素子領域に亘るように、積層体に誘電体層１２、遮光層１３及び保護層１４を順に形成した。誘電体層１２として、ＳｉＯ２からなる比較的厚い膜と、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５を１ペアとしてこれを３回繰り返した誘電体多層膜とを形成した。遮光層１３としてはＴｉを形成し、保護層１４としてはＳｉＯ２を形成した。その後、積層された誘電体層１２、遮光層１３及び保護層１４の一部をエッチングにより除去し、複数の素子領域それぞれにおいてｐコンタクト電極１５の一部及びｎコンタクト電極１６の一部を露出させた。そして、露出されたｐコンタクト電極１５及びｎコンタクト電極１６にそれぞれ、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕからなるｐパッド電極１７及びｎパッド電極１８を同時に形成した。
その後、複数のＬＥＤ１０がパッシブマトリクス方式で個別に駆動可能となるよう、各列のＬＥＤ１０のｐパッド電極１７に接続されるｐ側配線４１を形成し、各行のＬＥＤ１０のｎパッド電極１８に接続されるｎ側配線４２を形成した。以下、この点について図３及び４を参照しながら詳細に説明する。
図４に示すように、まず、ｐパッド電極１７及びｎパッド電極１８それぞれの一部領域を除く領域に、複数の素子領域に亘るようにエポキシ系樹脂からなる第１樹脂層１９ａを形成した。次に、露出されたｐパッド電極１７及びｎパッド電極１８に、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕ／Ｔｉからなるｐ側配線４１及びｎ側第１配線４２ａをそれぞれ形成した。図３及び４に示すように、ｐ側配線４１は、第１樹脂層１９ａの表面において列方向に延伸するように複数形成され、１つのｐ側配線４１が１つの列における複数のＬＥＤ１０のｐ側パッド電極１７を互いに接続している。次に、図４に示すように、ｎ側第１配線４２ａの一部領域を除く領域に、複数の素子領域に亘るようにエポキシ系樹脂からなる第２樹脂層１９ｂを形成した。次に、露出されたｎ側第１配線４２ａに、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕ／Ｔｉからなるｎ側第２配線４２ｂを形成した。ｎ側第２配線４２ｂは、第２樹脂層の表面において行方向に延伸するように複数形成され、１つのｎ側第２配線４２ｂが１つの行における複数のＬＥＤ１０のｎ側第１配線４２ａを互いに接続している。この結果、ｐ側配線４１とｎ側第２配線４２ｂは、第２樹脂層を介して、立体的に交差している。
その後、複数のＬＥＤ１０の電極面側、つまりｐパッド電極１７及びｎパッド電極１８が形成された側を、エポキシ系樹脂で、サファイアからなり複数のＬＥＤ１０を支持する基板４０に接合する。次に、成長基板をレーザリフトオフで除去し、個々のＬＥＤ１０が図２に示す構造になるよう、ＣＭＰにより研磨した。これにより、基板４０に支持された、複数のＬＥＤ１０と配線を含む構造体を得た。次に、露出された複数のＬＥＤ１０の光取出し面をエッチングにより荒らした。これにより、複数のＬＥＤ１０からの光が光取出し面で散乱されるため、光の取出し効率を向上させることができる。最後に、複数のＬＥＤ１０の光取出し面側から、複数のＬＥＤ１０の間の領域を、上面視で格子状にエッチングして一部除去した。なお、行方向に隣接して並ぶ２つのＬＥＤ１０の間の領域が、行方向離間領域２０ａとなり、列方向に隣接して並ぶ２つのＬＥＤ１０の間の領域が列方向離間領域２０ｂとなる。
これにより、図９Ａに示すように、基板４０の上方に行列状に配置された複数のＬＥＤ１０を作製した。図９Ｂは、図９Ａにおける複数のＬＥＤ１０の拡大図である。ＬＥＤ１０は、行方向に３２個、列方向に８個配列されている。ＬＥＤ１０の外縁形状は矩形であり、一辺それぞれの長さは１５０μｍである。行方向離間領域２０ａの列方向における幅及び列方向離間領域２０ｂの行方向における幅はともに８μｍである。また、複数のＬＥＤ１０は、パッシブマトリクス方式で駆動可能な配線構造が形成されているため、個別に点灯制御可能である。
次に、図１０Ａに示すように、波長変換部材３０を準備した。図１０Ｂは、図１０Ａにおける波長変換部材３０の拡大図である。波長変換部材３０は、行列状に蛍光部３１が配置されている。行列状の蛍光部３１の間には、格子状に遮光部３２が配置されている。蛍光部３１は、ＹＡＧ系蛍光体が含まれているため通常は黄色に見えるが、図９Ａ及びＢでは、光を遮光した状態で顕微鏡撮影したため、暗い緑色に見えている。波長変換部材３０の作成方法の詳細については、出願番号２０１６−０９２６３３を参照されたい。
蛍光部３１の外縁形状は矩形であり、一辺それぞれの長さは１５０μｍである。行方向遮光領域３２ａの列方向における幅及び列方向遮光領域３２ｂの行方向における幅はともに８μｍである。
その後、図１１に示すように、１つの行方向遮光領域３２ａが１つの行方向ＬＥＤ群１０ａの直上に位置し、１つの列方向遮光領域３２ｂが１つの列方向ＬＥＤ群１０ｂの直上に位置するとともに、１つの行方向離間領域２０ａが１つの行方向蛍光部群３１ａの直下に位置し、１つの列方向離間領域２０ｂが１つの列方向蛍光部群３１ｂの直下に位置するように、複数のＬＥＤ１０を波長変換部材３０に接合することで、発光装置６００を得た。
複数のＬＥＤ１０を波長変換部材３０に接合するための材料としては、シリコン樹脂を用いた。シリコン樹脂の中には、反射フィラーが添加されている。これにより、隣接するＬＥＤ１０の間及びＬＥＤ１０と波長変換部材３０の間に反射フィラーが含まれることになる。隣接するＬＥＤ１０の間には空間があるため、ＬＥＤ１０の間に含まれる反射フィラーは比較的多いが、ＬＥＤ１０と波長変換部材３０は接合されるため間に含まれる反射フィラーは比較的少ない。これにより、ＬＥＤ１０から隣接するＬＥＤ１０側に向かう光は反射フィラーに反射される一方、ＬＥＤ１０から波長変換部材３０側に向かう光はあまり反射されない。この結果、発光装置６００の光取り出し効率を向上させることができた。
図１１は、ＬＥＤ１０が点灯した状態を示している。図１１に示すように、発光装置６００では、１つのＬＥＤ１０の上方には、４つの蛍光部３１が配置された。このような設計とすることで、波長変換部材３０の実装誤差や蛍光部３１の大きさのばらつきがあったとしても、１つのＬＥＤ１０の直上に位置する蛍光部３１の数が変わりにくいため、１つのＬＥＤ１０の上方に４つの蛍光部３１を配置することができた。これにより、発光装置６００の点灯／消灯パターンの制御を想定通りに行うことができた。
また、複数のＬＥＤ１０のうち１つが点灯したことで、点灯したＬＥＤ１０の上方に配置された４つの蛍光部３１が主に発光した。これら４つの蛍光部それぞれの周囲には遮光部３２が配置されたため、ＬＥＤ１０からの光は遮光部３２により遮光され、４つの蛍光部３１以外の蛍光部３１は、４つの蛍光部３１と比較して、あまり発光しなかった。これにより、所望のＬＥＤ１０を点灯させたときに、主に発光する蛍光部３１は、点灯させたＬＥＤ１０の上方に配置された４つの蛍光部３１となるため、発光装置６００の点灯／消灯パターンの制御を容易とすることができた。
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 発光装置
１０ ＬＥＤ
１０ａ 行方向ＬＥＤ群
１０ｂ 列方向ＬＥＤ群
１１ 半導体構造
１１ａ ｎ側層
１１ｂ 発光層
１１ｃ ｐ側層
１２ 誘電体層
１３ 遮光層
１４ 保護層
１５ ｐコンタクト電極
１６ ｎコンタクト電極
１７ ｐパッド電極
１８ ｎパッド電極
１９ａ 第１樹脂層
１９ｂ 第２樹脂層
２０ 離間領域
２０ａ 行方向離間領域
２０ｂ 列方向離間領域
３０ 波長変換部材
３１ 蛍光部
３１ａ 行方向蛍光部群
３１ｂ 列方向蛍光部群
３１ｃ 内側蛍光部
３１ｄ 外側蛍光部
３２ 遮光部
３２ａ 行方向遮光領域
３２ｂ 列方向遮光領域
４０ 基板
４１ ｐ側配線
４２ ｎ側配線
４２ａ ｎ側第１配線
４２ｂ ｎ側第２配線
４３ ｐ側接続端子
４４ ｎ側接続端子
１０ ＬＥＤ
１０ａ 行方向ＬＥＤ群
１０ｂ 列方向ＬＥＤ群
１１ 半導体構造
１１ａ ｎ側層
１１ｂ 発光層
１１ｃ ｐ側層
１２ 誘電体層
１３ 遮光層
１４ 保護層
１５ ｐコンタクト電極
１６ ｎコンタクト電極
１７ ｐパッド電極
１８ ｎパッド電極
１９ａ 第１樹脂層
１９ｂ 第２樹脂層
２０ 離間領域
２０ａ 行方向離間領域
２０ｂ 列方向離間領域
３０ 波長変換部材
３１ 蛍光部
３１ａ 行方向蛍光部群
３１ｂ 列方向蛍光部群
３１ｃ 内側蛍光部
３１ｄ 外側蛍光部
３２ 遮光部
３２ａ 行方向遮光領域
３２ｂ 列方向遮光領域
４０ 基板
４１ ｐ側配線
４２ ｎ側配線
４２ａ ｎ側第１配線
４２ｂ ｎ側第２配線
４３ ｐ側接続端子
４４ ｎ側接続端子
Claims (9)
- 基板と、前記基板の上方において行列状に配置された複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤの上方において行列状に配置された複数の蛍光部及び前記複数の蛍光部の間に設けられた格子状の遮光部を有する波長変換部材と、を備える発光装置であって、
前記複数のＬＥＤのうち各行に配置された複数のＬＥＤを１つの行方向ＬＥＤ群、前記複数のＬＥＤのうち各列に配置された複数のＬＥＤを１つの列方向ＬＥＤ群、隣接する２つの前記行方向ＬＥＤ群の間を１つの行方向離間領域、隣接する２つの前記列方向ＬＥＤ群の間を１つの列方向離間領域、前記複数の蛍光部のうち各行に配置された複数の蛍光部を１つの行方向蛍光部群、前記複数の蛍光部のうち各列に配置された複数の蛍光部を１つの列方向蛍光部群、前記格子状の遮光部のうち各行において延伸する領域を１つの行方向遮光領域、前記格子状の遮光部のうち各列において延伸する領域を１つの列方向遮光領域、としたときに、
上面視において、前記行方向離間領域の列方向における幅が前記ＬＥＤの列方向の幅よりも小さいとともに、前記列方向離間領域の行方向における幅が前記ＬＥＤの行方向の幅よりも小さく、
上面視において、前記行方向遮光領域の列方向における幅が前記蛍光部の列方向の幅よりも小さいとともに、前記列方向遮光領域の行方向における幅が前記蛍光部の行方向の幅よりも小さく、
１つ以上の前記行方向離間領域が１つの前記行方向蛍光部群の直下に位置するとともに、１つ以上の前記列方向離間領域が１つの前記列方向蛍光部群の直下に位置し、
１つ以上の前記行方向遮光領域が１つの前記行方向ＬＥＤ群の直上に位置するとともに、１つ以上の前記列方向遮光領域が１つの前記列方向ＬＥＤ群の直上に位置することを特徴とする発光装置。 - １つの前記行方向離間領域が１つの前記行方向蛍光部群の直下に位置するとともに、１つの前記列方向離間領域が１つの前記列方向蛍光部群の直下に位置し、
１つの前記行方向遮光領域が１つの前記行方向ＬＥＤ群の直上に位置するとともに、１つの前記列方向遮光領域が１つの前記列方向ＬＥＤ群の直上に位置することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。 - １つの前記行方向離間領域が１つの前記行方向蛍光部群の直下に位置するとともに、１つの前記列方向離間領域が１つの前記列方向蛍光部群の直下に位置し、
２つ以上の前記行方向遮光領域が１つの前記行方向ＬＥＤ群の直上に位置するとともに、２つ以上の前記列方向遮光領域が１つの前記列方向ＬＥＤ群の直上に位置することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。 - 前記複数のＬＥＤは、個別に駆動可能である請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置。
- 上面視において、前記遮光部の一部は、前記複数のＬＥＤの周囲を囲んでいる請求項１から４のいずれか一項に記載の発光装置。
- 行方向及び列方向に隣接するＬＥＤ同士の距離はそれぞれ、５０μｍ以下である請求項１から５のいずれか一項に記載の発光装置。
- 行方向及び列方向における前記ＬＥＤの幅はそれぞれ、２００μｍ以下である請求項１から６のいずれか一項に記載の発光装置。
- 行方向及び列方向に隣接する蛍光部同士の距離はそれぞれ、５０μｍ以下である請求項１から７のいずれか一項に記載の発光装置。
- 行方向及び列方向における前記蛍光部の幅はそれぞれ、２００μｍ以下である請求項１から８のいずれか一項に記載の発光装置。
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