JP6729646B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本開示は、発光装置に関する。
LEDチップ等の複数の光源を基板上に二次元に配置した発光装置が知られている(例えば下記の特許文献1〜3)。特許文献3に記載されるように、このような発光装置は、直下型の面光源として例えば液晶表示装置のバックライトに用いられる。
下記の特許文献1〜3では、回路パターンを含む基板上に、蛍光体が分散されたガラスまたは樹脂で封止されたLED素子を接続するとともに、導光板に複数の穴部を設け、各LED素子がこれらの穴部の内部に位置するように基板上に導光板を配置している。特許文献1では、LED素子の横方向における光の強度を増大させるために、LED素子を封止する直方体状のガラス材の上面に、反射層としての金属膜を配置している。同様に、特許文献2および3では、導光板に設けられた穴部の、ガラスまたは樹脂で封止されたLED素子と対向する位置に白色反射層(酸化チタンが樹脂に分散された散乱層等)を配置している。
下記の特許文献4は、それぞれがLEDおよび導光体を含む複数の構造体を接着剤によって互いに連結した導光体ユニットを含むバックライトユニット開示している。各導光体は、出射面とは反対側の中央部に凹部を有しており、光源としてのLEDは、各導光体の凹部に配置される。各導光体の、光学シート側に位置する出射面とは反対側の中央部は、端部と比較して相対的に厚くされている。
特開2011−211085号公報 特開2011−210674号公報 特開2010−008837号公報 特開2009−152152号公報
輝度ムラを抑制しながら、LEDに代表される複数の光源を含む発光装置の厚さをより薄くできると、発光装置をバックライトとして含む機器をより小型化できるので有益である。
本開示の実施形態による発光装置は、複数の第1凹部が設けられた第1面、および、前記第1面とは反対側に位置する第2面を含む導光板と、各第1凹部の底部に位置する光反射性樹脂層と、各々が上面および側面を有する複数の発光素子であって、前記複数の第1凹部のうちの対応する1つの内部にそれぞれ配置された複数の発光素子と、複数の波長変換部材とを備え、各発光素子の前記上面は、前記光反射性樹脂層に接合されており、前記複数の波長変換部材の各々は、前記第1凹部の内部において前記発光素子の前記側面を覆っている。
本開示の実施形態によれば、より厚さが低減された発光装置、例えばバックライトが提供される。
本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な構成を概略的に示す斜視図である。 発光セルの例示的な構成を示す模式的な断面図である。 導光板の上面の法線方向から発光セルを見たときの外観の一例を示す模式的な平面図である。 図2のうち発光素子およびその周辺を拡大して示す模式的な拡大図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置のある変形例を示す模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置のある他の変形例を示す模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第1の実施形態による発光装置の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置の例示的な構成を示す模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置のある変形例を示す模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置の波長変換部材の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第2の実施形態による発光装置の波長変換部材の他の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示の第3の実施形態による発光モジュールの例を示す模式的な平面図である。 図30に示す複数の発光装置200のセットをさらに2行2列に配列した構成を模式的に示す平面図である。 発光装置200を配線基板260に接続した状態を示す模式的な断面図である。 配線層160の配線パターンの一例を示す模式的な回路図である。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示による発光装置および発光モジュールは、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。
図面が示す構成要素の寸法、形状等は、わかり易さのために誇張されている場合があり、実際の発光装置または発光モジュールにおける寸法、形状および構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。
以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。以下の説明では、特定の方向または位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語)を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。本開示において「平行」とは、特に他の言及がない限り、2つの直線、辺、面等が0°から±5°程度の範囲にある場合を含む。また、本開示において「垂直」または「直交」とは、特に他の言及がない限り、2つの直線、辺、面等が90°から±5°程度の範囲にある場合を含む。
(第1の実施形態)
図1は、本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な構成を示す。図1に示す発光装置200は、上面210aを有する導光板210と、導光板210の下方に位置する層状の光反射性部材220とを含む。なお、図1には、説明の便宜のために、互いに直交するX方向、Y方向およびZ方向を示す矢印があわせて図示されている。本開示の他の図面においてもこれらの方向を示す矢印を図示することがある。
後に詳しく説明するように、本開示の実施形態による発光装置は、各々が少なくとも1つの発光素子を含む複数の単位の繰り返し構造を有する。以下では、説明の便宜のために、発光素子を有する単位の各々を発光セルと呼ぶことがある。
図1に例示する構成において、発光装置200は、合計16個の矩形状の発光セル100Uを含む。ここでは、これら発光セル100Uは、4行4列のマトリクス状に配列されている。発光装置200に含まれる発光セル100Uの数およびそれら発光セル100Uの配置は、任意であり、図1に示す構成に限定されない。各発光セル100Uは、導光板210の一部および光反射性部材220の一部を含む。
導光板210は、上面210a側に複数の光拡散構造を有する。これら光拡散構造は、発光セル100Uに対応して設けられる。換言すれば、複数の発光セル100Uの各々は、導光板210の上面210a側に位置する光拡散構造を有する。ここでは、複数の光拡散構造は、複数の凹部12の形で各発光セル100Uに設けられている。発光セル100Uが4行4列に配列されていることに対応して、複数の凹部12も二次元の配列を有する。すなわち、ここでは、導光板210の光拡散構造としての複数の凹部12は、上面210aにおいて4行4列の二次元配列を有する。しかしながら、図1に示す光拡散構造の配置は、あくまでも例示であり、例えば、発光セル100Uが1行m列(またはn行1列)に配列されていることに対応して複数の凹部12が直線状に並ぶこともあり得る。
図2は、発光セル100Uの例示的な構成を模式的に示す。図2に示す発光セル100Aは、上述の発光セル100Uの一例である。図2は、導光板210の上面210aに垂直に発光セル100Aを切断したときの断面を模式的に示している。図示するように、発光セル100Aは、上面110aおよび上面110aとは反対側に位置する下面110bを有する導光板110と、導光板110の下面110b側に位置する光反射性部材120とを含む。導光板110および光反射性部材120は、それぞれ、図1を参照して説明した導光板210の一部および光反射性部材220の一部である。なお、図2に例示する構成において、光反射性部材120は、導光板110の下面110bを覆う層状の基部120mと、基部120mから導光板110の上面110aに向かって立ち上がる壁部120wとを含む。
図示するように、発光セル100Aは、さらに、光反射性樹脂層130と、発光素子140Aと、波長変換部材150Aと、光反射性部材120上の配線層160とを含む。以下、発光セル100Aの各構成要素をより詳細に説明する。
[導光板110]
導光板110は、アクリル、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル等の熱可塑性樹脂、エポキシ、シリコーン等の熱硬化性樹脂、または、ガラスから形成される概ね板状の部材であり、透光性を有する。これらの材料のうち、特に、ポリカーボネートは、安価でありながら、高い透明度を得ることが可能である。なお、本明細書における「透光性」および「透光」の用語は、入射した光に対して拡散性を示すことをも包含するように解釈され、「透明」であることに限定されない。導光板110は、例えば母材とは異なる屈折率を有する材料が分散させられることにより、光拡散機能を有していてもよい。
導光板110は、後述する発光素子140Aからの光を拡散させて上面110aから出射させる機能を有する。導光板110の上面110aは、上述の上面210aの一部である。すなわち、本実施形態において、上面110aの集合は、発光装置200において光が出射される発光面を構成する。
導光板110は、上面110aに光拡散構造を有する。光拡散構造は、発光素子140Aから出射されて導光板110に入射した光を例えば空気層との界面で反射させて導光板110の面内に拡散させる。導光板110の上面110aに光拡散構造を設けることにより、上面110aのうち、発光素子140Aの直上以外の領域における輝度が向上し、導光板の上面110a、換言すれば、発光セル100Aの上面における輝度ムラを効果的に抑制し得る。すなわち、光拡散構造は、導光板110の薄化に貢献する。導光板110の厚さは、典型的には、0.1mm以上5mm以下程度であり、特に、本開示の実施形態によれば、0.5mm以上3mm以下程度の範囲とすることも可能である。
図2に例示する構成において、光拡散構造は、底面12bおよび側面12cを含む逆円錐台形状の凹部12の形で導光板110の上面110aに設けられている。凹部12は、導光板110の内部を上面110aに向かって進行する光を傾斜面である側面12cと空気層との界面で反射させる。底面12bおよび側面12cの断面視における形状は、図示するような直線状に限定されず、曲線状であってもよいし、屈曲、段差を含む形状であってもよい。導光板110本体の材料とは屈折率の異なる材料で凹部12の内部が充填されていてもよい。あるいは、底面12b上および側面12c上に、金属等の反射膜、白色樹脂層等の光反射性の部材が配置されていてもよい。
光拡散構造の具体的な構成は、図2に示す凹部12のような構造に限定されない。光拡散構造の具体的な構成は、導光板110の下面110b側に配置される発光素子の形状および特性等に応じて適宜に決定され得る。また、光拡散構造を凹部の形とする場合であっても、凹部の形状は、逆円錐台形状に限定されず、所望の光学特性に応じて適宜変更され得る。凹部12の形状は、例えば、円錐、または、四角錐、六角錐等の多角錐形状、あるいは多角錐台形状等であってもよい。凹部12の深さは、例えば、0.05mm以上3mm以下の範囲である。光拡散構造として、凹部に代えて、上面110aから突出する凸部が適用されることもあり得る。
導光板110は、単層であってもよく、複数の透光性の層を含む積層構造を有していてもよい。複数の透光性の層を積層する場合には、任意の層間に空気層等の、他とは屈折率の異なる層を介在させてもよい。積層構造の任意の層間に例えば空気層を介在させることにより、発光素子140Aからの光をより拡散させやすくなり、輝度ムラをより低減し得る。
導光板110は、さらに、下面110b側に凹部11を有する。図2に例示する構成において、発光素子140Aの一部、光反射性樹脂層130および波長変換部材150Aは、凹部11の内部に位置している。図2から理解されるように、典型的には、凹部11は、上述の複数の凹部12のうちの対応する1つの直下に位置する。すなわち、ここでは、導光板210の上面210aが二次元に配列された複数の光拡散構造を有することに対応して、導光板210の上面210aとは反対側の主面(下面)は、二次元に配列された複数の凹部12を有する。もちろん、光拡散構造の配置によっては、導光板210の下面側に凹部12が例えば一列に並ぶこともあり得る。
図3は、導光板210の上面210aの法線方向から発光セル100Aを見たときの外観の一例を示す。図3に例示する構成において、発光セル100Aは、正方形状の外形を有する。したがって、発光セル100Aの導光板110の集合体としての導光板210も、全体として矩形状を有する。ここでは、上述のX方向およびY方向は、導光板210の矩形状の互いに直交する辺の一方および他方にそれぞれ一致している(図1参照)。
発光装置200の発光面を構成する、導光板210の上面210aの矩形状の一辺の長さは、例えば1cm以上200cm以下の範囲であり得る。本開示の典型的な実施形態では、導光板210の上面210aの矩形状の一辺は、20mm以上25mm以下の長さを有する。
図3に示す例において、導光板110の下面110b側に設けられる凹部11は、正方形状の外形を有する。すなわち、この例では、凹部11は、四角柱形状の穴部である。このように、凹部11は、導光板110の外形に相似な外形を有し得る。典型的には、導光板110の下面110b側に位置する第1凹部としての凹部11の中心と、上面110a側に位置する第2凹部としての凹部12の中心とは、概ね一致させられる。
図3に示す、凹部11の矩形状の底面(あるいは開口)の対角線方向に沿った長さは、例えば、0.05mm以上10mm以下とすることができ、好ましくは、0.1mm以上1mm以下である。四角柱形状の底面の対角線方向における長さを、導光板110の上面110a側に設けられた凹部12の底面12bの直径とほぼ同じとしてもよい。凹部11の形状および大きさは、求める光学特性に応じて適宜に決定し得る。
凹部11の平面視における形状が矩形状である場合、導光板110の矩形状の一辺に対して凹部11の矩形状の一辺が平行であることは必須ではない。例えば、凹部11の矩形状を導光板110の矩形状に対して45°傾けてもよい。すなわち、図3に模式的に示すように、凹部11の矩形状の外形の各辺が導光板110の矩形状の対角線と概ね平行となるように、導光板110の下面110bに凹部11を設けてもよい。図3に例示するように、凹部11の矩形状を導光板110の矩形状に対して45°傾けることにより、凹部11の矩形状の辺と導光板110の矩形状の角とが対向することになる。
凹部11の平面視における形状が矩形状であると、凹部11から、凹部11の矩形状の対角線の延びる方向に出射される光の量は、凹部11の矩形状の辺に垂直な方向に出射される光の量と比較して一般に小さくなりやすい。そのため、仮に、導光板110の矩形状の一辺と凹部11の矩形状の一辺とが互いに平行であるとすると、導光板110を上面110a側から見たとき、上面110aの4つの角部における輝度が相対的に小さくなることがある。これに対し、図3の例のように、導光板110の矩形状の一辺に対して矩形状の一辺を傾けて凹部11を形成すると、凹部11の矩形状の辺から光反射性部材120の壁部120wのうち上面110aの角部に位置する部分までの距離(図3中に両矢印dsで示す)を拡大しながら、矩形状の角から光反射性部材120の壁部120wまでの距離(図3中に両矢印dvで示す)を縮小することができる。
後に詳しく説明するように、光反射性部材120の壁部120wは、導光板110の下面110bに対して傾斜する傾斜面120dを有する。壁部120wに形成された傾斜面120dは、入射する光を導光板110の上面110aに向けて反射させる反射面として機能し得る。そのため、図3に示すように、凹部11の矩形状を導光板110の矩形状に対して例えば45°傾けることにより、導光板110の矩形状の4つの角部の輝度を向上させるとともに、辺の中央付近の輝度を相対的に低下させ得る。換言すれば、導光板110の矩形状の一辺に対して凹部11の矩形状の一辺が平行となるように凹部11を形成した場合と比較して、導光板110の矩形状の4つの角部と、導光板110の矩形状の辺の中央付近との間の輝度差を縮小し得る。したがって、導光板110の上面110aにおける輝度ムラを抑制することが可能になる。
凹部11の平面視における形状としては、図3に示すような矩形状のほか、円形状も採用し得る。凹部11が例えば円柱形状を有する場合、円柱形状の底面の直径は、導光板110の上面110a側に設けられた凹部12の円錐台形状の底面12bの直径とほぼ同じであってもよい。
[光反射性樹脂層130]
再び図2を参照する。図2に示す例は、複数の凹部11の各々の内部に光反射性樹脂層130が配置されている。図2に示すように、光反射性樹脂層130は、凹部11の底部に位置する。ここで、「凹部11の底部」とは、導光板110の下面110bを上に向けて凹部11を穴とみなしたときの底に相当する部分を意味する。ここでは、光反射性樹脂層130は、凹部11を規定する面のうち、上面110a側の凹部12の底面12bに対向する底面11b上に配置されている。このように、本明細書では、発光装置について図面に表された姿勢に拘泥することなく、「底部」および「底面」の用語を使用することがある。凹部11の底部は、発光セル100Aを図2に示す姿勢としたとき、導光板110の下面110b側に形成されるドーム状の構造の天井部分であるともいえる。
光反射性樹脂層130は、光反射性の材料から形成され、凹部11の底面11bと、発光素子140Aとの間に位置する。本明細書において、「光反射性」とは、発光素子140Aの発光ピーク波長における反射率が60%以上であることを指す。光反射性樹脂層130の、発光素子140Aの発光ピーク波長における反射率が70%以上であるとより有益であり、80%以上であるとさらに有益である。
光反射性樹脂層130の材料としては、例えば光反射性のフィラーが分散された樹脂材料を用いることができる。光反射性樹脂層130を形成するための樹脂材料の母材としては、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、BTレジン、ポリフタルアミド(PPA)等を用い得る。光反射性のフィラーとしては、金属の粒子、または、光反射性のフィラーを分散させる母材よりも高い屈折率を有する無機材料もしくは有機材料の粒子を用いることができる。光反射性のフィラーの例は、二酸化チタン、酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化ニオブ、硫酸バリウムの粒子、または、酸化イットリウムおよび酸化ガドリニウム等の各種希土類酸化物の粒子等である。光反射性樹脂層130が白色を有すると有益である。
発光素子140Aの上方に光反射性樹脂層130を配置することにより、発光素子140Aから出射されて導光板110の中央付近で導光板110の上面110aに向かって進行する光を光反射性樹脂層130で反射させることができる。したがって、発光素子140Aから出射された光を導光板110の面内で効率的に拡散させることが可能になる。また、導光板110の上面110aのうち発光素子140Aの直上の領域の輝度が局所的に極端に高くなることを抑制することができる。ただし、光反射性樹脂層130が発光素子140Aからの光を完全に遮蔽することは必須ではない。この意味で、光反射性樹脂層130は、発光素子140Aからの光の一部を透過する半透過の性質を有していてもよい。
[発光素子140A]
図4は、図2のうち発光素子140Aおよびその周辺を拡大して示す。図4に示すように、導光板110の凹部11内には発光素子140Aが位置する。すなわち、発光装置200は、導光板210に複数の凹部11が設けられることに対応して、複数の発光素子140Aを含んでいる。複数の凹部11の各々は、導光板110の上面110a側の凹部12のうち対応する1つの直下に位置する。したがって、複数の発光素子140Aの各々は、導光板210の上面210a側に設けられた複数の光拡散構造のうち対応する1つの直下に位置している。
発光素子140Aの典型例は、LEDである。図4に例示する構成おいて、発光素子140Aは、素子本体142と、発光素子140Aの上面140aとは反対側に位置する電極144とを有する。素子本体142は、例えば、サファイアまたは窒化ガリウム等の支持基板と、支持基板上の半導体積層構造とを含む。半導体積層構造は、活性層と、活性層を挟むn型半導体層およびp型半導体層とを含む。半導体積層構造は、紫外〜可視域の発光が可能な窒化物半導体(InxAlyGa1-x-yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)を含んでいてもよい。この例では、発光素子140Aの上面140aは、素子本体142の上面に一致している。電極144は、正極および負極の組を含み、半導体積層構造に所定の電流を供給する機能を有する。
発光装置200に設けられる複数の発光素子140Aの各々は、青色光を出射する素子であってもよいし、白色光を出射する素子であってもよい。複数の発光素子140Aは、互いに異なる色の光を発する素子を含んでいてもよい。例えば、複数の発光素子140Aが、赤色光を出射する素子、青色光を出射する素子および緑色光を出射する素子を含んでいてもよい。ここでは、発光素子140Aとして、青色光を出射するLEDを例示する。
複数の発光素子140Aの各々は、導光板210に設けられた各凹部11内に配置された光反射性樹脂層130のうち、対応する1つに接合される。この例では、発光素子140Aは、後述の接合部材170を介してその上面140aが光反射性樹脂層130に接合されることにより、凹部11内の所定の位置に固定されている。接合部材170の詳細は、後述する。
発光素子140Aの上面視における形状は、典型的には、矩形状である。発光素子140Aの矩形状の一辺の長さは、例えば1000μm以下である。発光素子140Aの矩形状の縦および横の寸法は、500μm以下であってもよい。縦および横の寸法が500μm以下の発光素子は、安価に調達しやすい。あるいは、発光素子140Aの矩形状の縦および横の寸法は、200μm以下であってもよい。発光素子140Aの矩形状の一辺の長さが小さいと、液晶表示装置のバックライトユニットへの適用において、高精細な映像の表現、ローカルディミング動作等に有利である。特に、縦および横の両方の寸法が250μm以下であるような発光素子は、上面の面積が小さくなるので発光素子の側面からの光の出射量が相対的に大きくなる。したがって、バットウィング型の配光特性を得やすい。ここで、バットウィング型の配光特性とは、広義には、発光素子の上面に垂直な光軸を0°として、0°よりも配光角の絶対値が大きい角度において発光強度が高い発光強度分布で定義されるような配光特性を指す。
発光素子140Aの上面視における形状が特に長方形状であると、導光板210に対して複数の発光素子140Aを二次元に配置した際に、所定の基準方向に対する面内での発光素子の回転、換言すれば、所定の基準方向と発光素子の長方形状の例えば長辺との間のずれを発見しやすくなる。また、発光素子140Aの上面140aの反対側において正極と負極とを離して形成することができ、正極に接続された配線および負極に接続された配線を含む配線層160を光反射性部材120上に形成することが容易になる。なお、所定の基準方向が凹部11の矩形状の一辺または導光板110の矩形状の一辺と平行であることは必須ではない。
発光装置200において、複数の発光素子140Aは、X方向およびY方向に沿って二次元に配列されている。発光素子140Aの配置ピッチは、例えば0.05mm以上20mm以下程度とすることができ、1mm以上10mm以下程度の範囲であってもよい。ここで、発光素子140Aの配置ピッチとは、発光素子140Aの光軸間の距離を意味する。発光素子140Aは、等間隔に配置されてもよいし、不等間隔で配置されてもよい。発光素子140Aの配置ピッチは、互いに異なる二方向の間で同じであってもよいし、異なっていてもよい。発光素子140Aの数および配置は、図1を参照して説明した例に限定されず、任意の数および配置を採用し得る。
[接合部材170]
接合部材170は、発光素子140Aの側面140cの少なくとも一部を覆う透光性の部材である。図4に模式的に示すように、典型的には、接合部材170は、発光素子140Aの上面140aと光反射性樹脂層130との間に位置する層状の部分を有する。本実施形態では、各凹部11内に配置された光反射性樹脂層130に対応させて光反射性樹脂層130上に1つの接合部材170が配置される。これにより、発光素子140Aを複数の接合部材170の1つによって光反射性樹脂層130のうち対応する1つに接合することができる。
接合部材170の材料としては、透明な樹脂材料を母材として含む樹脂組成物を用いることができる。接合部材170は、発光素子140Aの発光ピーク波長を有する光に対して、例えば60%以上の透過率を有する。光を有効に利用する観点から、発光素子140Aの発光ピーク波長における接合部材170の透過率が70%以上であると有益であり、80%以上であるとより有益である。
接合部材170の母材の典型例は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂である。接合部材170の母材として、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン樹脂もしくはポリノルボルネン樹脂、または、これらの2種以上を含む材料を用いてもよい。接合部材170は、例えば母材とは異なる屈折率を有する材料が分散させられることにより、光拡散機能を有していてもよい。
上述したように、接合部材170は、発光素子140Aの側面140cの少なくとも一部を覆う。また、接合部材170は、後述の波長変換部材150Aとの界面である外面170cを有する。発光素子140Aの側面140cから出射されて接合部材170に入射した光は、外面170cの位置で発光素子140Aの上方に向けて反射される。ただし、凹部11の底部に光反射性樹脂層130が位置していることから、発光素子140Aの上方に向かう光は、光反射性樹脂層130によってさらに反射され、結局、波長変換部材150Aに入射する。波長変換部材150Aに戻された光は、光反射性部材120の基部120mと光反射性樹脂層130との間で導光板110の面内の方向に伝搬する。
断面視における接合部材170の外面170cの形状は、図4に示すような直線状に限定されない。断面視における外面170cの形状は、折れ線状、発光素子140Aに近づく方向に凸の曲線状、発光素子140Aから離れる方向に凸の曲線状等であってもよい。
[波長変換部材150A]
図4に例示する構成において、波長変換部材150Aは、凹部11の内部のうち、上述の光反射性樹脂層130、発光素子140Aおよび接合部材170を除く部分を占める。図4に模式的に示すように、各凹部11の内部に配置された波長変換部材150Aは、凹部11の内部において、発光素子140Aの側面140cを覆う。なお、本明細書における「覆う」は、被覆される部材と、被覆する部材とが直接に接触している態様に限定されず、これらの間に他の部材が介在するような態様をも包含する。この例では、発光素子140Aの側面140cの一部と波長変換部材150Aとの間には接合部材170が介在している。ただし、波長変換部材150Aは、接合部材170の外面170cの全体をも覆っており、したがって、発光素子140Aの4つの側面140cの全体は、波長変換部材150Aに覆われているといってよい。
図示するように、凹部11の内部において波長変換部材150Aが光反射性樹脂層130に接していると有益である。光反射性樹脂層130が凹部11の内部において波長変換部材150Aに隣接して配置されていることにより、発光素子140Aの側面140cから出射して波長変換部材150Aに向かう光および接合部材170の外面170cから出射して波長変換部材150Aに向かう光を光反射性樹脂層130および波長変換部材150Aの界面の位置で反射させて波長変換部材150Aに戻すことができるからである。
波長変換部材150Aは、典型的には、樹脂中に蛍光体の粒子が分散された部材である。波長変換部材150Aは、発光素子140Aから出射された光の少なくとも一部を吸収し、発光素子140Aからの光の波長とは異なる波長の光を発する。例えば、波長変換部材150Aは、発光素子140Aからの青色光の一部を波長変換して黄色光を発する。このような構成によれば、波長変換部材150Aを通過した青色光と、波長変換部材150Aから発せられた黄色光との混色によって、白色光が得られる。特に、この例では、波長変換部材150Aは、発光素子140Aの側面140cおよび接合部材170の外面170cを覆い、かつ、光反射性部材120の基部120mおよび光反射性樹脂層130の間に位置している。そのため、波長変換された光との混色がなされた光を導光板110の面内に効果的に拡散でき、色ムラ抑制の効果が期待できる。このように、本開示の実施形態は、光を導光板110内に拡散させてから波長変換する場合と比較して光の均一化に有利である。
蛍光体等の粒子を分散させる樹脂としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂もしくはフッ素樹脂、または、これらの樹脂の2種以上を含む樹脂を用いることができる。導光板110に効率的に光を導入する観点からは、波長変換部材150Aの母材が導光板110の材料よりも低い屈折率を有すると有益である。波長変換部材150Aの材料に母材とは屈折率の異なる材料を分散させることにより、波長変換部材150Aに光拡散の機能を付与してもよい。例えば、波長変換部材150Aの母材に、二酸化チタン、酸化ケイ素等の粒子を分散させてもよい。
蛍光体には、公知の材料を適用することができる。蛍光体の例は、YAG系蛍光体、KSF系蛍光体等のフッ化物系蛍光体およびCASN等の窒化物系蛍光体、βサイアロン蛍光体等である。YAG系蛍光体は、青色光を黄色光に変換する波長変換物質の例であり、KSF系蛍光体およびCASNは、青色光を赤色光に変換する波長変換物質の例であり、βサイアロン蛍光体は、青色光を緑色光に変換する波長変換物質の例である。蛍光体は、量子ドット蛍光体であってもよい。
波長変換部材150Aに含まれる蛍光体が同一の発光セル100A内で共通であることは必須ではない。単一の発光セル100A中の異なる凹部11の間で、母材に分散させる蛍光体を異ならせることも可能である。例えば、複数の凹部11のうち、ある一部の凹部11内に、入射した青色光を黄色光に変換する波長変換部材を配置し、他のある一部の凹部11内に、入射した青色光を緑色光に変換する波長変換部材を配置してもよい。さらに、残余の凹部11内に、入射した青色光を赤色光に変換する波長変換部材を配置してもよい。
[光反射性部材120]
図4に示すように、導光板110の下面110bおよび波長変換部材150Aの下面150bは、光反射性部材120によって覆われ得る。図2を参照しながら説明したように、光反射性部材120は、導光板110の下面110b側に位置する層状の基部120mを含む。この例では、光反射性部材120の基部120mは、導光板110の下面110bおよび波長変換部材150Aの下面150bに加えて、発光素子140Aのうち電極144以外の領域をも覆う。すなわち、図4に模式的に示すように、光反射性部材120の基部120mは、電極144の側面を覆い、他方、電極144の下面144bは、光反射性部材120の下面120bから露出されている。
光反射性部材120の材料としては、光反射性樹脂層130の材料と同様の材料を適用し得る。したがって、光反射性部材120は、入射した光を導光板110に向けて反射させる光反射層として機能する。光反射性部材120の特に基部120mは、入射した光を導光板110の上面110a側に向けて反射させる。導光板110の下面110b側を光反射性部材120で覆うことにより、発光セル100Aの下面側、換言すれば、導光板110の下面110bからの光の漏れを抑制できる。したがって、光の利用効率を向上させ得る。また、導光板110の下面110b側に層状に光反射性部材120の基部120mを形成することにより、導光板110からの発光素子140Aの脱落の防止、導光板110の補強等の効果も期待できる。
図2に示すように、ここでは、光反射性部材120は、導光板110の下面110b側から上面110a側に向かって突出する壁部120wをも含む。図2に示す例において、壁部120wは、基部120mの上面、すなわち、導光板110の下面110bに対して傾斜する傾斜面120dを有している。図3を参照すれば理解されるように、この傾斜面120dは、発光素子140Aを矩形状に取り囲んでいる。
図3を参照して既に説明したように、壁部120wの傾斜面120dは、入射する光を導光板110の上面110aに向けて反射させる機能を有する。したがって、傾斜面120dを有する壁部120wを導光板110の周縁部に配置することにより、導光板110の周縁部における輝度が中心部と比較して相対的に低くなることを回避し得る。
[配線層160]
配線層160は、光反射性部材120の下面120b上に位置し、各発光素子140Aの電極144に接続された配線を含む。配線層160は、典型的には、Cu等の金属から形成された単層膜または積層膜である。配線層160は、不図示の電源等に接続されることにより各発光素子140Aに所定の電流を供給する機能を有する。
発光装置200の裏面側に配線層160を設けることにより、例えば発光装置200中の複数の発光素子140A同士を配線層160によって電気的に接続することができる。すなわち、発光素子140Aを例えば発光装置200の単位で駆動させることができ、後述するように、複数の発光装置200を組み合わせて発光モジュールを構築することにより、発光モジュールをローカルディミング動作させることができる。もちろん、発光素子140Aを1以上の発光セル100Aの単位で駆動させてもかまわない。
本開示の実施形態によれば、複数の発光素子が、発光面を構成する導光板210の上面210aとは反対側において例えば二次元に配置されて導光板210に光学的に結合されるので、より薄型の面光源を提供することが可能になる。特に、導光板210の上面210aとは反対側に複数の凹部11を設け、各凹部11内に例えば光反射性樹脂層130を配置して光反射性樹脂層130上に発光素子を配置することにより、さらなる薄化を実現し得る。すなわち、光反射性樹脂層130による光の反射によって発光素子の直上の位置での輝度の極端な上昇を抑制しながら、発光素子からの光を導光板210の面内で拡散させることができる。これにより、薄型でありながら均一な光を提供することが可能になる。
本開示の実施形態によれば、例えば、光反射性部材120を含めた構造の厚さ、換言すれば、発光素子の電極の下面から導光板210の上面210aまでの距離を例えば5mm以下、3mm以下または1mm以下に縮小し得る。発光素子の電極の下面から導光板210の上面210aまでの距離は、0.7mm以上1.1mm以下程度であり得る。
さらに、凹部11内を波長変換部材150Aで充填することによって波長変換部材150Aで電極を除いて発光素子を覆うことにより、混色後の光を導光板210の面内で拡散させてから導光板210の上面210aから出射させることができる。したがって、上面210aにおける色ムラを抑制してより均一な例えば白色光が得られる。図1等を参照して説明したように、発光素子の位置に対応させて導光板210の上面210a側に光拡散構造を設けておくことにより、発光素子の直上の領域に向かう光を光拡散構造によってより効果的に導光板210の面内に拡散できるようになる。したがって、光拡散構造によって、より効率的な光の均一化の効果が得られる。例えば凹部の形で導光板210の上面210a側に光拡散構造を設けることにより、発光素子の直上の領域に向かう光を、凹部を規定する側面における反射によって導光板210の面内に拡散し得る。
上述の例のように、導光板210の上面210aとは反対側にさらに光反射性部材120を設けることにより、発光装置の下面側に向かう光を光反射性部材120によって反射させることができ、発光装置の下面側からの光の漏れが抑制される。すなわち、光の利用効率を向上させることができる。上述の例のように、光反射性部材120に、導光板210の上面210aに向かって立ち上がる傾斜面を有する壁部120wを形成することにより、傾斜面の位置での光の反射を利用して、上面210aからより効率的に光を取り出すことが可能になる。特に、各発光セルの導光板110の上面視における形状、および、導光板110の下面110b側に設けられる複数の凹部11の各々の上面視における形状が共に矩形状である場合、凹部11の矩形状の外形の各辺を導光板110の矩形状の対角線に概ね平行としてもよい。凹部11についてこのような配置を採用することにより、導光板110の上面110a側から見たときの、導光板110の矩形状の対角線の方向と、矩形状の辺に沿った方向との間における輝度の差を低減し得る。
図2等に例示するように、発光素子に電気的に接続された配線を含む配線層160を光反射性部材120上に設けてもよい。このような構成を採用することにより、複数の発光素子ごとに配線基板との間の電気的接続を形成する必要がなくなり、配線層160に電源を接続することによって複数の発光素子に対する電気的接続を一括して得ることができる。すなわち、本開示の実施形態による発光装置は、電源、ドライバ回路等と発光素子との間の接続の形成が容易であり、配線層160に電源、ドライバ回路等を接続することによって容易に所望の動作を得ることができる。
(第1の変形例)
図5は、本開示の第1の実施形態による発光装置のある変形例を示す。図5では、図4と同様に、発光セルのうち発光素子とその周辺とを取り出して示している。
図5に示す発光セル100Bと、図2〜図4を参照して説明した発光セル100Aとの間の主な相違点は、発光セル100Bでは、発光素子140Aに代えて発光素子140Bが導光板110の凹部11の内部に配置されている点である。
図5に例示する構成において、発光素子140Bは、素子本体142の上面142a上に反射膜148を有する。したがってこの例では、上述の光反射性樹脂層130の少なくとも一部は、発光素子140Bの反射膜148と、凹部11の底部を構成する底面11bとの間に位置する。複数の発光素子140Bの各々も、上述の発光素子140Aと同様に、対応する凹部11内に接合部材170を介して固定され得る。この例では、発光素子140Bは、接合部材170を介してその上面140aが光反射性樹脂層130に接合されている。
反射膜148は、例えば誘電体多層膜である。反射膜148は、金属膜、あるいは、酸化アルミニウム等のセラミックスの半透過膜であってもよい。素子本体142の上面142a上に反射膜148を設けることにより、発光素子140Bの直上の光量を抑制して、例えばバットウィング型の配光特性を実現し得る。すなわち、素子本体142の上面142aから導光板110の上面110aに直接に到達する光を減少させることができ、導光板110の上面110aにおける輝度ムラをさらに効果的に抑制し得る。なお、素子本体142の上面142a上に反射膜148を設けた場合、光反射性樹脂層130は、省略されることがあり得る。すなわち、本実施形態において、光反射性樹脂層130は、必須の要素ではない。
(発光装置の例示的な製造方法)
ここで、本開示の第1の実施形態による発光装置の例示的な製造方法の概略を説明する。
まず、図6に示すように、一方の主面に複数の凹部11の例えば二次元配列を有する導光板210を準備する。導光板210は、例えば、ポリカーボネートを母材とする原料を用いて射出成型によって形成することができる。上述した材料のうち、熱可塑性の樹脂材料は、射出成型によって効率よく導光板210を製造可能であるので有利である。母材とは異なる屈折率を有する材料を母材中に分散させることによって導光板210に光拡散機能を付加してもよい。導光板210の形成には、射出成型のほか、トランスファー成型、熱転写等も適用し得る。
図6に例示する構成において、導光板210は、その上面210a側に、二次元に配置された光拡散構造としての複数の凹部12を有する。また、導光板210は、上面210aとは反対側の主面である下面210bに、複数の凹部11を有する。典型的には、複数の凹部11の各々は、上面210a側に位置する複数の凹部12のうちの対応する1つの直下に形成される。すなわち、ここでは、導光板210の下面210bは、複数の凹部11の二次元配列を有し、上面210a側の凹部12の底面12bと、下面210b側の凹部11の底面11bとが互いに対向している。図示する例において、導光板210は、各々が凹部11および凹部12を有する複数の単位構造である導光板110の二次元配列によって構成されているといってもよい。
さらにこの例では、導光板210は、下面210b側に複数の溝部14を有している。各溝部14は、互いに隣接する2つの単位構造の間、換言すれば、互いに隣接する2つの導光板110の間の位置に設けられる。ここでは、導光板110が二次元の配列を有することに対応して、複数の溝部14の集合は、グリッド状の溝構造を構成する。この例では、複数の溝部14の各々は、図6に模式的に示すように、V字状の断面形状を有する。
図6に例示するような、上面210a側および下面210b側のそれぞれに凹部(あるいは溝部)を有する構造は、例えば射出成型を適用する場合、キャビティの内側に向けて突出する凸部を金型の所定の位置に設けておくことによって得ることができる。このような手法によれば、上面210a側の凹部と、下面210b側の凹部とを一括して形成できるので、上面210a側の凹部と、下面210b側の凹部との間の位置ずれの発生を回避し得る。なお、光拡散構造が凹部12の形で上面210aに設けられる場合、下面210bに位置する凹部11の深さは、凹部12の底面12bに到達しない限りにおいて適宜に設定され得る。凹部11の深さは、例えば、0.05mm以上4mm以下の範囲であり、好ましくは、0.1mm以上1mm以下である。
次に、各凹部11の底部に光反射性樹脂層130を形成する。例えば、光反射性のフィラーが分散された樹脂材料をディスペンサ等を用いて各凹部11の内部に配置後、各凹部11内の樹脂材料を硬化させることにより、図7に模式的に示すように、各凹部11の内部に光反射性樹脂層130を形成することができる。あるいは、光反射性のフィラーが分散された樹脂材料から板状の樹脂シートを形成し、切断、パンチング等によって、凹部11の平面視形状に対応した形状(例えば正方形)を有する複数の樹脂片を樹脂シートから得てもよい。このような樹脂片を各凹部11の底部に配置してもよい。樹脂シートは、射出成型、圧縮成型、トランスファー成型等によって得ることができる。
次に、各凹部11内に配置された光反射性樹脂層130に発光素子140Aを接合する。ここでは、まず、図8に模式的に示すように、接合部材170の材料となる樹脂組成物170rをディスペンサ等によって光反射性樹脂層130上に付与する。さらに、付与された樹脂組成物170r上に発光素子140Aを配置する。このとき、発光素子140Aの上面140aが光反射性樹脂層130に対向するようにして発光素子140Aを樹脂組成物170r上に配置する。樹脂組成物170rを硬化させることにより、図9に模式的に示すように、樹脂組成物170rから接合部材170を形成して、接合部材170によって発光素子140Aを光反射性樹脂層130に固定することができる。発光素子140Aに代えて、反射膜148を有する発光素子140Bを光反射性樹脂層130に固定してもよい。
光反射性樹脂層130上への樹脂組成物170rの付与の工程において、樹脂組成物170rの粘度および量等を調整することにより、樹脂組成物170rが上面視において光反射性樹脂層130の外縁に達しないようにすることが有益である。接合部材が、凹部11を規定する側面11cに達するような形状を有すると、接合部材から導光板210に直接に入射する光が生じ得る。このような光は、発光面において輝度ムラおよび色ムラを生じさせる原因となり得る。上面視における接合部材170のサイズを光反射性樹脂層130のサイズよりも小さくすることにより、接合部材から導光板210に直接に入射する光の発生を回避して輝度ムラおよび/または色ムラの発生を抑制し得る。
図9に例示するように複数の光反射性樹脂層130の各々上に発光素子140Aを配置する構成によれば、光拡散構造としての凹部12の直下にある光反射性樹脂層130の位置を基準として、導光板210の下面210b側の所定の位置に発光素子を配置し得る。換言すれば、例えば光反射性樹脂層130を発光素子の位置決めに利用することができる。特に、ここでは、凹部12の直下の位置に凹部11が設けられているので、凹部12の底面12bに垂直かつ底面12bの中心を通る軸と、発光素子の光軸とが概ね一致するように発光素子を凹部11内に配置することが容易になる。上面視において光拡散構造の中心と発光素子の中心とが概ね一致するように導光板210に対して複数の発光素子を配置することにより、例えば、凹部11の内部に位置する発光素子からの光を光拡散構造としての凹部12によってより均一に導光板210の面内に拡散させることが可能になる。
次に、各凹部11内に波長変換部材150Aを配置する。例えば、ディスペンサ等を利用して、蛍光体等の粒子が分散された樹脂組成物で各凹部11の内部を充填し、樹脂組成物を硬化させる。これにより、図10に模式的に示すように、発光素子140Aの側面140cの少なくとも一部を覆う波長変換部材150Aを各凹部11内に形成することができる。このとき、波長変換部材150Aの表面が導光板210の下面210bよりも盛り上がったり、下面210bに対して窪んだ形状になったりすることがあり得る。ただし、発光素子140Aの電極144が波長変換部材150Aによって完全に覆われていなければ、波長変換部材150Aの表面が導光板210の下面210bに整合した平坦面でなくてもかまわない。
この例のように、導光板210の下面210bに複数の凹部11を設けて各凹部11内に波長変換部材150Aを形成することにより、複数の発光素子140Aに共通して単一の層の形で波長変換部材を形成するような構成と比較して、波長変換部材の材料を節約することができる。なお、波長変換部材150Aを形成した状態において、発光素子140Aの電極144は、図10に模式的に示すように、波長変換部材150Aから露出された状態にある。
次に、図11に模式的に示すように、発光素子140Aを覆うようにして導光板210の下面210b側に光反射性樹脂層120Tを形成する。例えば、発光素子140Aの電極144が埋め込まれるように光反射性樹脂層120Tの材料を導光板210の下面210bに付与した後、付与された材料を硬化させる。光反射性樹脂層120Tの形成には、例えばトランスファー成型、圧縮成型、スプレー塗布、印刷、ポッティング等の各種の方法を適用できる。このとき、複数の溝部14の内部も光反射性樹脂層120Tの材料で充填され得る。光反射性樹脂層120Tの材料としては、光反射性樹脂層130の材料と同様に、光反射性のフィラーが分散された樹脂材料を適用することができる。
その後、研削加工等により、光反射性樹脂層120Tの表面から電極144の下面を露出させる。これにより、図12に模式的に示すように、光反射性樹脂層120Tから光反射性部材120を形成することができる。発光素子140Aの下面のうち、電極144が配置された領域を除く領域を光反射性部材120によって覆うことにより、光反射性部材120の下面120b側への光の漏れを抑制して光の取出し効率を向上させ得る。
その後、必要に応じて、図13に模式的に示すように、光反射性部材120の下面120b上に配線層160を形成する。配線層160は、例えば光反射性部材120の形成後に、スパッタリング等によって光反射性部材120の下面120b上に金属膜を形成し、例えばレーザアブレーションによって金属膜をパターニングすることによって形成可能である。金属膜は、積層膜の形で光反射性部材120の下面120b上に形成されてもよい。例えば、Cu、NiおよびAuを順次に堆積することにより、光反射性部材120の下面120b上に金属膜を形成してもよい。
以上の工程により、図1に示す発光装置200が得られる。なお、図13に例示する構成において、導光板210の上面210aのうち凹部12以外の領域、ならびに、下面210bのうち凹部11および溝部14以外の領域は、概ね平坦な面である。しかしながら、導光板210の上面210aおよび下面210bの形状は、この例に限定されず、例えば、凹部12、凹部11および溝部14を除く領域に、光を拡散または反射させる構造が形成されていてもよい。例えば、凹部12、凹部11および溝部14を除く領域に微細な凹凸パターンを設けたり、凹部12、凹部11および溝部14を除く領域を粗面としたりしてもよい。
上述の例示的な製造工程から理解されるように、本実施形態では、発光素子140A(または発光素子140B)が、配線基板側ではなく発光セル100U側に予め固定されるので、発光素子140Aと、導光板110の上面110a側の光拡散構造との間の位置ずれの発生を抑制し得る。さらに、発光セル100Uの上面、すなわち、導光板110の上面110aからは波長変換部材150Aおよび/または導光板110によって拡散させられた光が出射されるので、より均一な光を実現し得る。
なお、図1を参照して説明した例では、複数の発光セル100Uは、4行4列に配列されている。したがって、光反射性部材120の壁部120w(図2参照)は、ここでは、4行4列に配列された発光素子140Aの各々を取り囲むようなグリッド状の配置を有する。ここで、発光装置200を構成する複数の発光セル100Uの構造は、典型的には、これらの発光セル100Uの間で共通である。しかしながら、共通の構造を有する複数の発光セルのみによって発光装置が構築されることは、本開示の実施形態において必須ではない。
例えば、4行4列に配列された16個の発光セル100Uのうち、発光面の中央部に位置する4個の発光セルと、これらのセルを取り囲む、外周部の12個の発光セルとの間で、壁部120wの高さを異ならせてもよい。特に、外周部の12個の発光セルにおいて、発光面を規定する矩形状の4つの辺の位置にある壁部120wの高さを相対的に大きくしてもよい。導光板210の最外周に位置する壁部120wを相対的に高くすることにより、発光面を規定する矩形状の4つの辺の位置における輝度を向上させ得る。すなわち、壁部120wの高さを複数の発光セル100Uの間で異ならせることにより、導光板210の周縁部における輝度と、中央部における輝度との間の差が縮小されることもあり得る。あるいは、発光面の中央部に位置する1以上の発光セルと、外周部に位置する複数の発光セルとの間で、光拡散構造の構成、例えば、凹部12の大きさを変えてもよい。
(第2の変形例)
図14は、本開示の第1の実施形態による発光装置のある他の変形例を示す模式的な断面図である。図14では、図5等と同様に、発光セルのうち発光素子およびその周辺を拡大して示している。
図14に示す発光セル100Cは、図5に示す例と同様に、導光板110の凹部11の内部に配置された発光素子140Bを含む。図5を参照しながら既に説明したように、発光素子140Bは、その上面140a側に位置する反射膜148を有する。発光セル100Cと、図5を参照して説明した発光セル100Bとの間の主な相違点は、図14に示す発光セル100Cでは、光反射性樹脂層130が、凹部11の底面11bのうち、発光素子140Bの上面140aに対向する領域以外の領域上に形成されている点である。
図14に示す例では、凹部11の底面11bの中央付近に配置された接合部材170によって発光素子140Bの反射膜148が凹部11の底部に接合されている。すなわち、ここでは、発光素子140Bは、光反射性樹脂層130を介さずに導光板110に固定されている。そのため、凹部11の底面11bと、発光素子140Bの上面140aとの間には光反射性樹脂層130は位置しない。換言すれば、この例では、光反射性樹脂層130は、平面視において発光素子140Bを取り囲む環状に凹部11の底面11b上に形成されている。なお、発光素子140Bの上面140aは、凹部11の底面11bに接していてもかまわない。
図5に示す発光セル100Bと比較して、発光セル100Cは、波長変換部材150Aに代えて波長変換部材150Cを有する。波長変換部材150Cが凹部11の内部において発光素子140Bの側面140cを覆っている点は、図5を参照しながら説明した例と同様である。また、凹部11の底面11bのうち、反射膜148が接合された領域以外の領域上には光反射性樹脂層130が形成されているので、発光素子140Bの側面140cから出射されて波長変換部材150Cに入射した光を導光板110の面内方向に拡散させてから導光板110に導入することができる。すなわち、これまでに説明した例と同様に、波長変換部材150Cによって波長変換された光および波長変換部材150Cをそのまま通過した光を効果的に導光板110の面内で拡散し得る。
この例では、発光素子140Bの直上に光反射性樹脂層130は配置されていない。しかしながら、発光素子140Bが反射膜148を有するので、導光板110の上面110a側から発光装置200を見たとき、発光素子140Bの直上の領域において局所的に青みが極端に強くなることを回避し得る。なお、発光素子140Bの直上の領域における青みを低減する観点からは、平面視において、反射膜148の面積に対する、接合部材170および導光板110の界面の面積との間の比が1に近いことが有益である。あるいは、接合部材170に、光を反射する添加物である白色粉末(例えば二酸化チタンの粒子)等を含有させてもよい。図14に例示する構成によれば、発光素子140Bの直上に光反射性樹脂層130が位置しない分、導光板210の下面210bから上面210aまでの距離を低減して、より薄型の発光装置を提供することが可能である。
(発光セル100Cを有する発光装置の例示的な製造方法)
ここで、図14に示す発光セル100Cを含む発光装置の例示的な製造方法を簡単に説明する。まず、導光板210を準備する。導光板210は、図6を参照して説明した上述の例と同様にして準備できる。この例では、導光板210が有する複数の凹部11は、図6に示す例と比較して小さな深さを有し得る。
次に、図15に模式的に示すように、各凹部11の底面11bに樹脂組成物170rを付与する。さらに、図16に模式的に示すように、樹脂組成物170r上に発光素子140Bを配置する。このとき、発光素子140Bの上面140a、換言すれば、反射膜148の側を凹部11の底面11bに向けて各凹部11内に発光素子140Bを配置する。その後、樹脂組成物170rを硬化させることにより、接合部材170を形成し、接合部材170によって発光素子140Bを各凹部11の底部に固定することができる。
次に、ディスペンサ等を用いて、光反射性のフィラーが分散された樹脂材料を各凹部11の底面11bに付与する。付与された樹脂材料を硬化させることにより、図17に模式的に示すように、凹部11の底面11bのうち、発光素子140Bの反射膜148が接合された領域を除いて光反射性樹脂層130を形成することができる。このとき、光反射性樹脂層130の厚さは、各凹部11の底面11bに付与する樹脂材料の量によって調節することができる。光反射性樹脂層130の厚さは、求める光学特性に応じて適宜に決定することができ、したがって、図14等に示す厚さに限定されないことは言うまでもない。
次に、各凹部11の内部を波長変換部材150Cの材料で充填し、充填された材料を硬化させる。これにより、図18に模式的に示すように、発光素子140Bの側面140cの少なくとも一部を覆う波長変換部材150Cを各凹部11の内部に形成できる。
その後の工程は、上述した製造工程と同様であり得る。すなわち、導光板210の下面210b側に光反射性樹脂層120Tを形成し、研削加工等により、光反射性樹脂層120Tの表面から電極144の下面を露出させる。これにより、光反射性樹脂層120Tから光反射性部材120を形成することができる。必要に応じて、図19に模式的に示すように、光反射性部材120の下面120b上に配線層160を形成する。以上の工程により、複数の発光セル100Cを有する発光装置が得られる。
(第2の実施形態)
図20は、本開示の第2の実施形態による発光装置の例示的な構成を示す。図20では、図5、図14等と同様に、発光セルのうち発光素子およびその周辺を拡大して示している。
図5を参照して説明した発光セル100Bと比較して、図20に示す発光セル100Dは、波長変換部材150Aに代えて波長変換部材150Dを有する。図5および図14を参照しながら説明した例と同様に、波長変換部材150Dは、凹部11の内部において発光素子140Bの側面140cを覆う。この例では、波長変換部材150Dの一部が、図20に模式的に示すように、発光素子140Bの上面140a側に配置された反射膜148と、凹部11の底面11bとの間に位置している。すなわち、この例では、波長変換部材150Dは、発光素子140Bの上面140aをも覆っている。
この例のように、発光素子140Bの反射膜148と、導光板110との間に波長変換部材150Dの一部を介在させてもよい。このような構成によっても、第1の実施形態と同様に、基本的に配線基板の不要な面光源が提供される。なお、図5に示す発光セル100Bと比較して、発光セル100Dは、光反射性樹脂層130を有しない。しかしながら、図示する例において、発光素子140Bは、上面140a側に反射膜148を有し、かつ、その上面140aを複数の凹部11のうちの対応する1つの底部に向けて凹部11の内部に配置されている。したがって、素子本体142の上面142aから発光素子140Bの直上に向かって出射される光が反射膜148によって低減される結果、導光板110を上面110a側から見たときの、発光素子140Bの直上の領域における輝度が極端に高くなることが回避される。すなわち、第1の実施形態と同様に、輝度ムラが抑制された薄型の面光源を提供し得る。
(第3の変形例)
図21は、本開示の第2の実施形態による発光装置のある変形例を模式的に示す。図20に示す発光セル100Dと比較して、図21に示す発光セル100Eは、凹部11の底部と波長変換部材150Dとの間に位置する光反射性樹脂層130をさらに有する。この例のように、その少なくとも一部が凹部11の底面11bと波長変換部材150Dとの間に位置する光反射性樹脂層130を凹部11内にさらに配置することにより、凹部11内において導光板110の上面110aに向かって進行する光を光反射性樹脂層130の位置で反射させることができる。したがって、波長変換部材150Dによって波長変換された光を効果的に導光板110の面内に拡散させ得る。
(発光セル100Dまたは発光セル100Eを有する発光装置の例示的な製造方法)
ここで、図20に示す発光セル100Dまたは図21に示す発光セル100Eを含む発光装置の例示的な製造方法を簡単に説明する。
まず、これまでに説明した例と同様に導光板210を準備する。次に、図22に示すように、ディスペンサ等を用い、各凹部11の底面11bに波長変換部材150Dの材料である樹脂組成物150Drを付与する。このとき、各凹部11に対して凹部11の全体を充填するのではなく、凹部11内に導入される樹脂組成物150Drの体積が、凹部11の容積から発光素子140Bのうち電極144を除く部分の体積を差し引いた体積に概ね等しくなるように樹脂組成物150Drの量を調整する。
次に、凹部11内に、発光素子140Bを配置する。このとき、未硬化状態の樹脂組成物150Drに発光素子140Bを押し込むことにより、凹部11の側面11cと、発光素子140Bの側面140cとの間の空間が樹脂組成物150Drによって充填される。その状態で樹脂組成物150Drを硬化させることにより、図23に模式的に示すように、発光素子140Bの側面140cおよび上面140aを覆う波長変換部材150Dを各凹部11の内部に形成することができる。
その後の工程は、第1の実施形態と同様であり得る。例えば、導光板210の下面210b側に光反射性樹脂層120Tを形成した後、光反射性樹脂層120Tの表面から電極144の下面を露出させ、光反射性部材120を形成する。さらに、図24に模式的に示すように、必要に応じて光反射性部材120の下面120b上に配線層160を形成すればよい。以上の工程により、図20に示す発光セル100Dを単位とする発光装置が得られる。
図21に示す発光セル100Eを単位とする発光装置を得たい場合には、導光板210を準備した後、波長変換部材150Dを形成する前に、図7を参照して説明した例と同様にして、光反射性のフィラーが分散された樹脂材料を各凹部11の内部に配置後、各凹部11内の樹脂材料を硬化させることにより、光反射性樹脂層130を形成する。次に、図25に示すように、光反射性樹脂層130上に未硬化状態の樹脂組成物150Drを付与する。
その後の工程は、図23および図24を参照して説明した例と同様であり得る。すなわち、樹脂組成物150Drが付与された凹部11内に、発光素子140Bを配置する。樹脂組成物150Drに発光素子140Bを沈めることにより、図23を参照して説明した上述の例と同様に、凹部11の側面11cと、発光素子140Bの側面140cとの間の空間を樹脂組成物150Drで満たすことができる。各凹部11への樹脂組成物150Drの付与の工程において、凹部11内に配置される樹脂組成物150Drの量を調整することにより、樹脂組成物150Drに発光素子140Bを沈めた状態での樹脂組成物150Drの表面の位置を導光板210の下面210bの位置に概ね一致させ得る。
その後、樹脂組成物150Drを硬化させる。樹脂組成物150Drの硬化により、図26に示すように、樹脂組成物150Drから、発光素子140Bの側面140cおよび上面140aを覆う波長変換部材150Dを各凹部11の内部に形成することができる。
その後、例えば、導光板210の下面210b側に光反射性部材120を形成し、必要に応じて光反射性部材120の下面120b上に配線層160を形成する。以上の工程により、図27に示すように、発光セル100Eを単位とする発光装置が得られる。
(波長変換部材150Dの他の製造方法)
あるいは、以下に説明するようにして波長変換部材150Dを形成してもよい。まず、これまでに説明した例と同様に導光板210を準備する。次に、ディスペンサ等を用い、各凹部11の底面11bに未硬化状態の樹脂組成物150Drを付与する。その後、加熱等により、樹脂組成物150Drを予備硬化の状態とする。これにより、図28に模式的に示すように、凹部11の底部に第1波長変換層150Daを形成することができる。
次に、図29に示すように、予備硬化の状態にある第1波長変換層150Da上に発光素子140Bを配置する。その後、各凹部11の内部を未硬化状態の樹脂組成物150Drでさらに充填する。充填された樹脂組成物150Drとともに第1波長変換層150Daを硬化させることにより、第1波長変換層150Daと未硬化状態にあった樹脂組成物150Drとから、発光素子140Bの側面140cおよび上面140aを覆う波長変換部材150Dを各凹部11の内部に形成することができる。すなわち、図20に示す構成と同様の構造を得ることができる。なお、図25を参照しながら説明した例と同様にして、第1波長変換層150Daの形成の前に各凹部11の底面11b上に予め光反射性樹脂層130を形成しておくことにより、図21に示す発光セル100Eと同様の構造を得ることができる。
(第3の実施形態)
図30は、本開示の第3の実施形態による発光モジュールの例を示す。図30に示す発光モジュール300は、複数の発光装置200の二次元配列を含む。図30は、上述の発光装置200を8行16列に配置した例であり、発光装置200の二次元配列を導光板210の上面210a側から見た外観を模式的に示している。
行方向または列方向において隣接する2つの発光装置200の導光板210は、典型的には、互いに直接に接触する。しかしながら、隣接する2つの発光装置200の導光板210が互いに直接に接触するようにして二次元配列が形成されることは必須ではなく、互いに隣接する2つの導光板210間に、これらを互いに光学的に結合する導光構造が介在されてもよい。このような導光構造は、例えば、導光板210の側面に透光性の接着剤を付与した後、付与した接着剤を硬化させることによって形成できる。あるいは、互いに間隔をあけて複数の発光装置200を二次元に配置し、互いに隣接する2つの導光板210の間の領域を透光性の樹脂材料で充填後、樹脂材料を硬化させることによって導光構造を形成してもよい。導光板210間に位置する導光構造の材料としては、上述の接合部材170と同様の材料を用いることができる。導光構造の母材として、導光板210の材料と同等かそれ以上の屈折率を有する材料を用いることができると有益である。導光板210間に位置する導光構造に光拡散機能を付与してもよい。
図30に示す例において、各発光装置200の縦方向の長さLおよび横方向の長さWは、例えば、それぞれおよそ24.3mmおよび21.5mmである。したがって、図30に示す発光装置200の配列は、アスペクト比が16:9の、15.6インチのスクリーンサイズに適合している。例えば、図30に示す発光装置200の配列は、15.6インチのスクリーンサイズを有するラップトップパソコンのバックライトユニットに好適に用いることができる。なお、複数の発光装置200を組み合わせた構成においては、各発光装置200の導光板210上の領域と比較して発光装置200の境界の直上では若干輝度が低下する可能性がある。しかしながら、例えば液晶表示装置のバックライトユニットへの適用において、発光装置200と液晶パネルとの間には、典型的には光拡散シート等を含む複数の光学シートが介在する。そのため、発光装置200の境界が暗線として観察される可能性は低いといえる。
本開示の実施形態によれば、各発光装置200の上面である、導光板210の上面210aの集合が発光面を構成する。そのため、発光装置200の配置を変更したり、発光モジュール300に含まれる発光装置200の数を変更したりすることにより、スクリーンサイズの異なる複数種の液晶パネルに容易に発光モジュール300を適用することができる。すなわち、発光装置200中の導光板210等に関する光学計算をやり直したり、導光板210を形成するための金型を再製作したりする必要なく、スクリーンサイズの変更に対して柔軟に対応することが可能である。そのため、スクリーンサイズの変更に対して製造コストおよびリードタイムの増大を招来させずに済む。
図31は、図30に示す複数の発光装置200のセットをさらに2行2列に配列した構成を示す。この場合、合計512個の発光装置200により、アスペクト比が16:9の、31.2インチのスクリーンサイズに適合した面光源を構成することができる。例えば、図31に示す発光装置200の配列は、液晶テレビのバックライトユニット等に用いることができる。このように本実施形態によれば、大面積の発光面を得ることも比較的容易である。
複数の発光装置200の組み合わせによって発光モジュール300の発光面を構成する手法によれば、スクリーンサイズに応じて光学系の設計をやり直したり、導光板の形成のための金型を再製作したりすることなく、多様なスクリーンサイズの液晶パネルに柔軟に対応することが可能になる。すなわち、スクリーンサイズに適合したバックライトユニットを低コストかつ短納期で提供し得る。また、仮に、断線等により点灯しない発光素子が存在した場合であっても、不具合が生じた発光素子を含む発光装置を交換すれば済むという利点も得られる。
(複数の発光装置200の間の電気的接続)
図2等を参照しながら説明したように、光反射性部材120の下面120b上には、発光セル中の発光素子との電気的接続を有する配線層160が設けられ得る。このような構成においては、配線層160に対する電源等の接続によって、発光装置200中の発光素子と電源等との間に容易に電気的接続を形成することができる。すなわち、配線層160に電源を接続することによって簡単に面発光が得られる。
図32は、発光装置200を配線基板260に接続した状態を示す。ある実施形態において、本開示の発光装置は、図32に示すように、配線基板260を有し得る。図32に例示する構成において、配線基板260は、絶縁基材265と、絶縁基材265上の第1配線層261および第2配線層262と、複数のビア264とを有する。第1配線層261は、絶縁基材265の一方の主面上に設けられ、第2配線層262は、絶縁基材265の他方の主面に位置する。これら第1配線層261および第2配線層262は、絶縁基材265の内部に配置されたビア264によって互いに電気的に接続される。
配線基板260は、発光装置200の下面側、すなわち、導光板210の上面210aとは反対側に位置し、発光装置200の配線層160に対して第1配線層261が対向させられている。発光装置200は、配線層160がはんだ等によって配線基板260の第1配線層261に結合させることにより、配線基板260に実装される。本実施形態によれば、各発光素子との接続を有する配線層160を発光装置200側に設けることができるので、配線基板260側に複雑な配線パターンを形成することなく、ローカルディミング等に要求される接続を容易に形成することができる。配線層160は、各発光素子の電極144の下面よりも大きな面積を有し得るので、第1配線層261に対する電気的な接続の形成も比較的容易である。あるいは、例えば発光装置200が配線層160を有しない場合には、発光素子の電極を配線基板260の第1配線層261に接続してもよい。
図33は、配線層160の配線パターンの一例を示す。簡単のために、図33では、発光モジュール300に含まれ得る複数の発光装置200のうちの4つを取り出してそれらの電気的接続を模式的に示している。
発光モジュール300は、発光装置200ごとに配線層160を有し、各発光装置200の配線層160は、発光装置200に含まれる複数の発光素子140を互いに電気的に接続している。ここで、図33に示す発光素子140は、上述の発光素子140Aまたは発光素子140Bである。図33に示す例では、各発光装置200の配線層160は、4個の発光素子140を直列に接続し、かつ、直列に接続された発光素子140の4個の群を並列に接続している。
図33に示すように、これら配線層160の各々は、発光素子140を駆動するドライバ250に接続され得る。ドライバ250は、発光モジュールを支持する基板等(例えば配線基板260)の上に配置されて配線層160に電気的に接続されてもよいし、発光モジュールを支持する基板等とは別個の基板上に配置されて配線層160に電気的に接続されてもよい。このような回路構成のもとでは、16個の発光素子140を含む発光装置200を単位とするローカルディミング動作が可能である。もちろん、配線層160による複数の発光素子140の接続は、図33に示す例に限定されず、発光装置200中の各発光素子140が独立して駆動するように接続されていてもよい。あるいは、発光装置200に含まれる発光素子140を複数の群に分割し、複数の発光素子140を含む群の単位で発光素子140を駆動可能に複数の発光素子140を電気的に接続してもよい。
以上に説明したように、本開示の実施形態によれば、厚さをより低減しながら、多様なスクリーンサイズに柔軟に対応可能な光源装置を提供することができる。なお、上述した各実施形態において、図に示す発光素子140A、140Bおよび発光装置200の配列は、あくまでも例示であり、例えば発光モジュール中の発光装置200の数および配置は、任意に設定し得る。また、上述した各実施形態は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。
本開示の実施形態は、各種照明用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源等に有用である。特に、液晶表示装置に向けられたバックライトユニットに有利に適用できる。本開示の実施形態による発光装置は、厚さ低減の要求が厳しいモバイル機器の表示装置用のバックライト、ローカルディミング制御が可能な面発光装置等に好適に用いることができる。
11 (第1)凹部
12 (第2)凹部
14 溝部
100A〜100E、100U 発光セル
110 導光板
110a 導光板の上面
110b 導光板の下面
120 光反射性部材
120T 光反射性樹脂層
120m 光反射性部材の基部
120w 光反射性部材の壁部
130 光反射性樹脂層
140、140A、140B 発光素子
140a 発光素子の上面
140c 発光素子の側面
144 電極
148 反射膜
150A、150C、150D 波長変換部材
160 配線層
200 発光装置
210 導光板
210a 導光板の上面
210b 導光板の下面
220 光反射性部材
250 ドライバ
260 配線基板
300 発光モジュール

Claims (14)

  1. 複数の第1凹部が設けられた第1面、および、前記第1面とは反対側に位置する第2面を含む導光板と、
    各第1凹部の底部に位置する光反射性樹脂層と、
    各々が上面および側面を有する複数の発光素子であって、前記複数の第1凹部のうちの対応する1つの内部にそれぞれ配置された複数の発光素子と、
    複数の波長変換部材と
    を備え、
    前記光反射性樹脂層は、前記発光素子のピーク波長において60%以上の反射率を有しており、
    各発光素子の前記上面の全体は、前記光反射性樹脂層に接合されており、
    前記複数の波長変換部材の各々は、前記第1凹部の内部において前記発光素子の前記側面を覆っている、発光装置。
  2. 各発光素子は、前記上面側に反射膜を有し、
    前記光反射性樹脂層の一部は、前記反射膜と前記第1凹部の前記底部との間に位置する、請求項1に記載の発光装置。
  3. 複数の第1凹部が設けられた第1面、および、前記第1面とは反対側に位置する第2面を含む導光板と、
    各々が上面および側面を有する複数の発光素子であって、各々が前記複数の第1凹部のうちの対応する1つの第1凹部の底部に前記上面を向けて前記第1凹部の内部に配置された複数の発光素子と、
    複数の波長変換部材と
    を備え、
    各発光素子は、前記上面側に反射膜を有し、
    前記複数の波長変換部材の各々は、前記第1凹部の内部において前記発光素子の前記上面および前記側面を覆っている、発光装置。
  4. 各第1凹部の前記底部と前記波長変換部材との間に位置する光反射性樹脂層をさらに備える、請求項3に記載の発光装置。
  5. 複数の第1凹部が設けられた第1面、および、前記第1面とは反対側に位置する第2面を含む導光板と、
    各々が上面および側面を有する複数の発光素子であって、前記複数の第1凹部のうちの対応する1つの内部にそれぞれ配置された複数の発光素子と、
    複数の波長変換部材と
    を備え、
    各発光素子は、前記上面側に反射膜を有し、
    各発光素子の前記反射膜は、前記第1凹部の底部に接合されており、
    前記複数の波長変換部材の各々は、前記第1凹部の内部において前記発光素子の前記側面を覆っている、発光装置。
  6. 各第1凹部の前記底部のうち、前記反射膜が接合された領域以外の領域上に配置された光反射性樹脂層をさらに備える、請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記導光板の前記第2面は、複数の光拡散構造を有し、
    前記光拡散構造は、前記第1凹部の反対側に位置する、請求項1から6のいずれかに記載の発光装置。
  8. 前記光拡散構造の各々は、第2凹部である、請求項7に記載の発光装置。
  9. 前記複数の発光素子の各々は、前記上面とは反対側に設けられた電極を有し、
    前記導光板の前記第1面側に位置し、前記電極以外の領域を覆う光反射性部材をさらに備える、請求項1から8のいずれかに記載の発光装置。
  10. 前記光反射性部材上に位置し、前記電極に電気的に接続された配線層をさらに備える、請求項9に記載の発光装置。
  11. 上面視における前記導光板の外形は、矩形状である、請求項9または10に記載の発光装置。
  12. 上面視における各第1凹部の外形は、矩形状であり、
    各第1凹部の矩形状の外形の各辺は、前記導光板の矩形状の対角線に概ね平行である、請求項11に記載の発光装置。
  13. 前記光反射性部材は、前記第1面側から前記第2面側に向かって突出する壁部であって、各発光素子を取り囲む傾斜面を含む壁部を有する、請求項9から12のいずれかに記載の発光装置。
  14. 請求項1から13のいずれかに記載の発光装置を複数備え、前記発光装置の二次元配列を有する発光モジュール。
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