JP6860044B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本開示は発光装置に関する。

近年、複数の発光素子が２次元に配列された薄型の発光装置が開発されている。薄型の発光装置は、液晶表示装置等の表示装置に用いられる直下型のバックライトとして利用される。特許文献１および２は、貫通孔を有する導光板と、実装基板上にフリップチップ接続によって実装された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子と、を備える発光装置を開示している。複数の発光ダイオード素子のそれぞれは、封止材で覆われ、かつ、対応する貫通孔内に配置されている。

特開２０１１−２０４５６６号公報 特開２０１１−２１０６７４号公報

発光装置の薄型化・小型化が一層求められている。本開示の例示的な実施形態は、光源から出射する光の輝度ムラを抑制し、かつ、薄型化・小型化することが可能な発光装置を提供する。

本開示の発光装置は、非限定的で例示的な実施形態において、配線基板と、前記配線基板上に配置され、かつ、前記配線基板の配線層に電気的に接続された複数の発光素子と、前記配線基板上に配置された、複数の貫通孔を有し、光拡散材を含有する第１光拡散部材であって、前記複数の発光素子のそれぞれは、前記複数の貫通孔のうちの対応する貫通孔内に配置されている第１光拡散部材と、前記複数の発光素子を覆い、前記複数の貫通孔内に配置された複数の第２光拡散部材であって、それぞれが光拡散材を含有し、前記それぞれが含有する前記光拡散材の含有率は、前記第１光拡散部材が含有する前記光拡散材の含有率よりも高い、複数の第２光拡散部材と、前記第１光拡散部材および前記複数の第２光拡散部材の上に配置された波長変換部材とを備える。

本開示の例示的な実施形態によれば、光源から出射する光の輝度ムラを抑制し、かつ、薄型化・小型化することが可能な新規な発光装置が提供される。

実施形態に係る発光装置１００の構造の一例を示す模式的な断面図である。 実施形態に係る発光装置１００から波長変換部材を取り除いた構造の一例を示す模式的な上面図である。 実施形態に係る発光装置１００から波長変換部材を取り除いた構造の他の一例を示す模式的な上面図である。 本実施形態に係る発光装置１００のバリエーションによる構造の一例を示す模式的な断面図である。 本実施形態に係る発光装置１００のバリエーションによる構造の他の一例を示す模式的な断面図である。 本実施形態に係る発光装置１００のバリエーションによる構造の他の一例を示す模式的な断面図である。 本実施形態に係る発光装置１００のバリエーションによる構造の他の一例を示す模式的な断面図である。 発光装置１００の製造方法に含まれる各製造工程を説明するための工程断面図である。 発光装置１００の製造方法に含まれる各製造工程を説明するための工程断面図である。 発光装置１００の製造方法に含まれる各製造工程を説明するための工程断面図である。 発光装置１００の製造方法に含まれる各製造工程を説明するための工程断面図である。 発光装置１００の製造方法に含まれる各製造工程を説明するための工程断面図である。 発光装置１００の製造方法に含まれる各製造工程を説明するための工程断面図である。

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等は、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。以下に説明する各実施形態は、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。

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。

［１．発光装置１００の構造］
図１は、本実施形態に係る発光装置１００の構造の一例を示す断面図である。図には、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の３軸によって張られる三次元座標系が記載されている。他の添付図面でも、同様の三次元座標系が記載され、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、それぞれ、全ての図面で共通の方位を指す。

発光装置１００は、配線基板１０、複数の発光素子２０、第１光拡散部材３０、第１光反射層４０、第２光拡散部材５０、第３光反射層５１および波長変換部材６１を備える。発光装置１００の形状の典型例は、平面視において概ね矩形である。例えば、発光装置１００の厚さ（ｚ方向の高さ）は、０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり得る。以下、各構成要素を詳細に説明する。

（配線基板１０）
配線基板１０は上面１０ａおよび下面１０ｂを有する。配線基板１０の上面１０ａ側に複数の発光素子２０が配置され、支持される。配線基板１０は、第１導体配線層１２ａ、第２導体配線層１２ｂおよび絶縁層１１を有しており、複数の発光素子２０は第１導体配線層１２ａに電気的に接続されている。第１導体配線層１２ａおよび第２導体配線層１２ｂは、絶縁層１１によって絶縁されており、ビア１３を介して電気的に接続されている。配線基板１０の上面１０ａのうちの、発光素子２０を実装する領域以外の部分は、絶縁層１１で覆われている。

配線基板１０の例は、ロール・ツー・ロール方式で製造可能なフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。ＦＰＣは、フィルム状の絶縁体（樹脂）および例えば銅から形成された導体配線層を有する。樹脂材料として、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）等を挙げることができる。配線基板１０の厚さは適宜選択することができる。その厚さｈ１（図中のｚ方向の高さ）は、例えば０．１９５ｍｍ程度である。ＦＰＣを採用することにより、配線基板１０を軽量化・薄型化することができる。

耐熱性および耐光性に優れるという観点から、配線基板１０の材料として、セラミックスを選択してもよい。その場合において、配線基板１０はリジット基板である。リジット基板は湾曲可能な薄型リジット基板であることが好ましい。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。

また、配線基板１０は複合材料によって形成されていてもよい。具体的には、上述した樹脂に、ガラス繊維、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の無機フィラーを混合してもよい。例えば、ガラス繊維強化樹脂（ガラスエポキシ樹脂）等が挙げられる。これにより、配線基板１０の機械的強度を向上させることができ、かつ、熱膨張率を低減させ、光反射率を向上させることができる。さらに、配線基板１０は、少なくとも上面１０ａが電気的絶縁性を有していればよく、積層構造を有していてもよい。

導体配線層１１は、配線基板１０の上面１０ａ側に設けられている。導体配線層１１は、外部の制御回路（不図示）から複数の発光素子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１１の材料は、導体配線層１１として用いられる材料、製造方法等によって適宜選択され得る。例えば、配線基板１０の材料としてエポキシ樹脂を用いる場合は、導体配線層１１の材料には、加工し易い材料を選択することが好ましい。例えば、メッキ、スパッタリング、蒸着、プレスによる貼り付けによって形成された銅、ニッケル等の金属層を用いることができる。金属層は、印刷、フォトリソグラフィー等によってマスキングし、エッチングすることによって、所定の配線パターンに加工することができる。配線パターン上にソルダレジストをコーティングすることにより、基板表面の酸化が抑制される。

配線基板１０の材料としてセラミックスを用いる場合は、導体配線層１１の材料は、例えば、配線基板１０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る。例えば、導体配線層１１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る。導体配線層１１は多層構造を有していてもよい。例えば導体配線層１１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、蒸着等により形成されたニッケル、金、銀等の他の金属を含む金属層と、を備えていてもよい。

（発光素子２０）
複数の発光素子２０は、配線基板１０の上面１０ａ側に配置され、導体配線層１１に電気的に接続されている。図２Ａは、発光装置１００から後述する波長変換部材６１を取り除いた構造を示す上面図である。図２Ａにおいて、３×３個の発光素子２０に着目し、それらを拡大して図示している。

複数の発光素子２０は配線基板１０の上面１０ａにおいて、１次元または２次元に配列され得る。本実施形態では、複数の発光素子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。ここで、発光素子の配列ピッチは、隣接する２つの発光素子の光軸間の距離を意味する。

配列ピッチのサイズが大き過ぎると輝度効率が大幅に低下する可能性がある。本発明者の検討によれば、例えば、配列ピッチｐｘ、ｐｙのそれぞれは、０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下にすることが好ましい。輝度効率の向上の観点から、配列ピッチｐｘ、ｐｙのそれぞれは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。しかし、配列方向はこれに限られない。ｘ方向とｙ方向の配列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、配線基板１０の中央から周辺に向かって間隔が広くなるように複数の発光素子２０が配列されていてもよい。

発光素子２０は、半導体発光素子であり、半導体レーザ、発光ダイオード等、公知の発光素子を利用することができる。本実施形態においては、発光素子２０として発光ダイオードを例示する。発光素子２０に、任意の波長の光を出射する素子を選択することができる。例えば、青色、緑色の波長を有する光を発する発光素子としては、ＺｎＳｅ、窒化物系半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いた素子を用いることができる。また、赤色の波長を有する光を発する発光素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等の半導体を含む半導体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形成され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、発光色、大きさ、個数等は目的、設計仕様に応じて適宜選択することができる。

発光素子２０は、短波長の光を出射することが可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を含むことが好ましい。これにより、後述する透光積層体６０が有する波長変換部材６１を効率良く励起することができる。半導体層の材料および／または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。同一面側に正負の電極を有するものであってもよいし、異なる面に正負の電極を有するものであってもよい。

発光素子２０は、例えば、透光性の基板と、基板の上に積層された半導体積層構造を有する。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型半導体層とを含み、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層にｎ側電極およびｐ側電極がそれぞれ電気的に接続されている。発光素子２０は、光を出射する上面（または出射面）２０ａおよび上面２０ａとは反対側に位置する下面２０ｂを有する。本実施形態では、ｎ側電極およびｐ側電極は下面２０ｂに位置している。

発光素子２０のｎ側電極およびｐ側電極は、配線基板１０の上面１０ａに設けられた導体配線層１１に電気的に接続され、かつ、固定されている。本実施形態では、配線基板１０はＦＰＣであり、発光素子２０は、配線基板１０に直接実装されている。

発光素子２０は、上面２０ａから出射する光の出射角度を広くするためのレンズ等を備えていてもよい。配線基板１０の上面１０ａから発光素子２０の上面２０ａまでのｚ方向の高さは、例えば０．１５５ｍｍ程度であり得る。または、配線基板１０の第１導体配線層１２ａの上面から発光素子２０の上面２０ａまでのｚ方向の高さｈ７は、例えば０．２０５ｍｍ程度であり得る。

（第１光拡散部材３０）
第１光拡散部材３０は、配線基板１０上に配置されている。第１光拡散部材３０は、複数の貫通孔３０ｈを有し、光拡散材を含有する。複数の発光素子２０のそれぞれは、複数の貫通孔３０ｈのうちの対応する貫通孔内に配置されている。第１光拡散部材３０の厚さｈ３は、例えば０．３０ｍｍ程度であり得る。

第１光拡散部材３０は、入射する光を拡散させて透過する部材である。第１光拡散部材３０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によって形成されている。第１光拡散部材３０の表面に凹凸を設けたり、第１光拡散部材３０の中に屈折率の異なる光拡散材を分散させたり、光拡散材の粒子径を変えることによって、光の拡散の程度を制御することが可能となる。光拡散材として、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン等、高屈折率材料を用いることができる。光拡散部材として、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。

図２Ａに示されるように、平面視において、貫通孔３０ｈの形状の例は円形である。ただし、貫通孔３０ｈの形状はこれに限定されず、図２Ｂに示される矩形、または楕円形、長円形を含むオーバル形状であってもよい。例えば、貫通孔３０ｈの形状が円形である場合には、その径の長さｒは、０．５０ｍｍ程度であり得る。図２Ｂに、貫通孔３０ｈの形状が正方形である第１光拡散部材３０の構造例を示している。例えば、ｘ方向の配列ピッチｐｘとｙ方向の配列ピッチｐｙは等しく、それぞれの配列ピッチは、０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であり得る。また、貫通孔３０ｈの一辺の長さｒは、１．０ｍｍ程度であり得る。しかし、配列方向はこれに限られない。複数の貫通孔３０ｈは、複数の発光素子２０の配置に合わせて第１光拡散部材３０に適宜設けられる。上述したように、配列の２方向は直交していなくてもよい。また、隣接する２つの貫通孔３０ｈの中心間の距離を示す配列ピッチも等間隔に限られず、不等間隔であり得る。

（第１光反射層４０）
第１光反射層４０は、配線基板１０と第１光拡散部材３０との間に位置する。光反射層として、例えばポリエステル系樹脂から形成された多層膜構造を有する高反射フィルムが用いられる。光反射層として高反射フィルムを用いる場合は、第１光拡散部材３０の貫通孔３０ｈに対応する貫通孔を有することが好ましい。高反射フィルムは、可視光領域に属する波長範囲（例えば４００ｎｍから８００ｎｍ）において高い反射率を有する。高反射フィルムは、その波長範囲において、例えば９８％以上の高い反射率を有していることが好ましい。高反射フィルムに、例えば３Ｍ社製の反射フィルム（ＥＳＲ ８０ｖ２）を好適に利用することができる。ただし、第１光反射層４０は、高反射フィルムに限られず、金属膜であってもよく、誘電体多層膜であってもよい。第１光反射層４０の厚さｈ２は、例えば０．０６５ｍｍ程度であり得る。

第１光反射層４０は、入射した光を第１光拡散部材３０に向けて反射する。配線基板１０の上面１０ａと第１光拡散部材３０の下面３０ｂとの間に第１光反射層４０を設けることにより、第１光拡散部材３０の下面３０ｂに向かう光を第１光反射層４０よって反射させることができる。その結果、発光素子２０から発せられる光の利用効率を向上させることができる。特に、光反射層として高反射フィルムを用いて、反射時における光エネルギーの損失を最小限に抑えることにより、発光装置１００の輝度を向上させることが可能となる。

（第２光拡散部材５０）
複数の第２光拡散部材５０は、複数の発光素子２０を覆い、第１光拡散部材３０が有する複数の貫通孔３０ｈ内に配置されている。それぞれの第２光拡散部材５０は、貫通孔３０ｈ内において、貫通孔３０ｈの内面３０ｓ、第１光反射層４０の側面４０ｃ、配線基板１０の上面１０ａの一部、発光素子２０の、上面２０ａ、下面２０ｂおよび側面２０ｃに接している。換言すると、第２光拡散部材５０は、複数の発光素子２０を覆い、かつ、貫通孔３０ｈの内面３０ｓ、第１光反射層４０の側面４０ｃ、および配線基板１０の上面１０ａの一部の接するよう、貫通孔３０ｈを充填している。ただし、貫通孔３０ｈの内面３０ｓおよび／または第１光反射層４０の側面４０ｃと、第２光拡散部材５０との境界に沿って部分的または局所的な空隙が形成されていてもよい。このような空隙は、例えば製造に起因して生じ得る。後で詳しく説明するように、配線基板１０の上面１０ａと複数の第２光拡散部材５０との間に、第１光反射層４０とは異なる他の光反射層が位置し得る。

第２光拡散部材５０は、第１光拡散部材３０と同様に、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によって形成されている。第２光拡散部材５０は光拡散材を含有する。光拡散材として、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン等、高屈折率材料（または高屈折率微粒子）を用いることができる。例えばアクリル樹脂の材料に高屈折率材料を配合することにより、第２光拡散部材５０に用いる材料が得られる。ここで、第２光拡散部材５０が含有する光拡散材の含有率ａは、第１光拡散部材３０が含有する光拡散材の含有率ｂよりも高い。含有率ａは、含有率ｂの１．５倍以上３．０倍以下であることが好ましい。この含有率の大小関係により、発光素子２０から発せられる光を第２光拡散部材５０において乱反射させ、第１光拡散部材３０に反射光を導光することができる。

（第２光反射層５５）
図７Ｆに示すように、発光装置１００は、配線基板１０と複数の第２光拡散部材５０との間に位置する第２光反射層５５をさらに備え得る。第２光反射層５５は、第３光反射層５１と同じ材料から形成され得る。このように、発光素子２０の裏面側に光反射層を設けることで、配線基板１０の上面１０ａに向かう光を光反射層で反射して第２光拡散部材５０に導光することができる。その結果、発光素子２０から発せられる光の利用効率をさらに向上させることができる。

（第３光反射層５１）
第３光反射層５１は、複数の第２光拡散部材５０と後述する波長変換部材６１との間に位置する。第３光反射層５１は、第１光拡散部材３０が有する複数の貫通孔３０ｈ内に配置された複数の複数の第２光拡散部材５０を覆い、複数の貫通孔３０ｈのそれぞれの開口３０ｆを埋める。発光素子２０の上面２０ａから貫通孔３０ｈの開口３０ｆまでのｚ方向の高さｈ８は、例えば０．２１０ｍｍ程度であり得る。

第３光反射層５１は、樹脂と、樹脂に分散した反射材の粒子である、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の酸化物の粒子とを含む材料から形成される。酸化物の粒子の平均粒子径は、例えば３０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下程度である。第３光反射層５１は、顔料、光吸収材、蛍光体等をさらに含んでいてもよい。樹脂材料に、アクリレート、エポキシ、シリコーン等を主成分とした光硬化性樹脂を用いることができる。第３光反射層５１における光を散乱させる反射材の粒子は、均一に分布していてもよいし、発光素子２０の配光角の絶対値が小さい領域において、配光角の絶対値が大きい領域よりも高密度で分布していてもよい。

第３光反射層５１を発光素子２０の直上の位置に設けることにより、発光素子２０の直上に向かう光を第３光反射層５１によって第２光拡散部材５０の面内に効果的に拡散して、発光素子２０の直上以外の領域における輝度を向上させることができる。換言すれば、発光装置１００の上面における輝度ムラを効果的に抑制して、より均一な光を得ることができる。

発光装置１００は、波長変換部材６１を有する透光積層体６０を備える。透光積層体６０は、平面視において概ね板状の形状を有する。

（波長変換部材６１）
波長変換部材６１は、第１光拡散部材３０および複数の第２光拡散部材５０の上に配置されている。波長変換部材６１は、発光素子２０が発する光を異なる波長の光に変換する波長変換物質を含有する。波長変換部材６１は、典型的には、樹脂等の透光性の母材に蛍光体の粒子が分散された部材である。また、波長変換部材６１は、蛍光体の焼結体等を用いることもできる。波長変換部材６１は、発光素子２０から出射された光の少なくとも一部を吸収し、発光素子２０から発せられる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６１は、発光素子２０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６１を通過した青色光と、波長変換部材６１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。波長変換部材６１の厚さｈ４は、例えば０．１ｍｍ程度であり得る。

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。第１光拡散部材３０から光を効率的に導入する観点から、波長変換部材６１の母材が第１光拡散部材３０の材料よりも高い屈折率を有すると有益である。波長変換部材６１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６１に光拡散の機能を付与してもよい。例えば、波長変換部材６１の母材に、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、ＫＳＦ系蛍光体等のフッ化物系蛍光体、ＣＡＳＮ等の窒化物系蛍光体、ＹＡＧ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６１は、例えば青色光を、赤色光および緑色光にそれぞれ変換する波長変換物質を含有し得る。その場合において、発光装置１００は、発光素子２０から発せられる青色光を波長変換部材６１に透過させることにより、赤、青、緑の光を混合して白色光を出射してもよい。または、複数の発光素子２０は、２種類以上の発光素子２０を含んでいてもよい。複数の発光素子２０は、例えば、青色の波長を有する光を発する発光素子、緑色の波長を有する光を発する発光素子および赤色の波長を有する光を発する発光素子を含み得る。その場合において、発光装置１００は、赤、青、緑の光を混合して波長変換部材６１を透過させることにより白色光を出射してもよい。さらに、発光装置１００から出射される光の演色性を高める観点から、発光装置１００に用いる発光素子の種類を決定してもよい。

（プリズムアレイ層６２、６３）
透光積層体６０は、プリズムアレイ層６２、６３をさらに有し得る。プリズムアレイ層６２、６３のそれぞれは所定の方向に延びる複数のプリズムが配列された構造を有する。例えば、プリズムアレイ層６２は、図３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６３はｘ方向に延びる複数のプリズムを有する。本明細書では、プリズムアレイ層６２、６３を積層した構造を「プリズムシート」と呼ぶこととする。プリズムアレイ層６２、６３は、種々の方向から入射する光を発光装置１００に対向する表示パネル（不図示）に向かう方向（ｚ方向）に屈折させる。これにより、発光装置１００の発光面である透光積層体６０の上面６０ａから出射する光は主として上面６０ａに垂直（ｚ軸に平行）な成分が多くなり、発光装置１００を正面（ｚ方向）から見た場合の輝度を高めることができる。プリズムアレイ層６２、６３として、市販されているバックライト用の光学部材を広く利用できる。プリズムアレイ層６２、６３の厚さｈ５、ｈ６はそれぞれ、例えば０．０７ｍｍ、０，０９ｍｍ程度であり得る。

発光装置１００は、プリズムアレイ層６３の上方に位置する反射型偏光層（不図示）をさらに備え得る。反射型偏光層は、表示パネル、例えば液晶表示パネルのバックライト側に配置された偏光板の偏光方向に一致する偏光方向の光を選択的に透過し、その偏光方向に垂直な方向の偏光をプリズムアレイ層６２、６３側へ反射させる。反射型偏光層から戻ってきた偏光の一部はプリズムアレイ層６２、６３および波長変換部材６１、第１光拡散部材３０で再度反射する際に偏光方向が変化し、液晶表示パネルの偏光板の偏光方向を有する偏光に変換され、再び反射型偏光層に入射し、表示パネルへ出射する。これにより、発光装置１００から出射する光の偏光方向を揃え、表示パネルの輝度向上に有効な偏光方向の光を高効率で得られる。

図４に示されるように、透光積層体６０は、２枚のプリズムアレイ層を積層した構造を有するシート状のプリズムシート６４を有し得る。プリズムシート６４の厚さｈ９は、０．０８ｍｍ程度である得る。このように、プリズムシート６４の厚さｈ９は、プリズムアレイ層６２、６３を単純に積層したプリズムシートの厚さ（ｈ５＋ｈ６）の半分程度に抑えることが可能となる。プリズムシート６４として、例えば３Ｍ社の高度構造光学複合体（ＡＳＯＣ）を用いることができる。

プリズムシート６４を採用することにより、発光装置１００を一層薄型化することが可能となる。そのような薄型の発光装置１００はスマートフォン等の用途に特に有用である。

本実施形態に係る発光装置１００によれば、第１光拡散部材３０が、導光板および光拡散部材の両方の機能を備えるために、第１光拡散部材３０の上方に位置していた従来の光拡散部材は不要となる。上述したように、発光装置１００の厚さを０．８ｍｍ以下とすることが可能となり、発光装置をより薄型化することが可能となる。

近年、スマートフォン等の市場において要求される高さのスペックは、１．５ｍｍ未満であり、例えば０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下という非常に厳しいスペックが要求されることがある。本実施形態による発光装置１００は、その要求を十分に満足する。さらに、発光素子２０から発せられた光を、発光素子２０を覆う第２光拡散部材５０によって周囲の第１光拡散部材３０へと導光することで、発光装置１００から出射される光の輝度ムラを適切に抑制することが可能となる。

図５および図６は、本実施形態に係る発光装置１００のバリエーションによる構造の一例を示す断面図である。

図５に示されるように、発光装置１００は、第１光拡散部材３０と波長変換部材６１との間に位置する光拡散層５２をさらに備え得る。例えば、第１光拡散部材３０の上面３０ａを、シボ加工またはビーズコート等の表面処理によって表面に微細な凹凸構造を施すことにより、光拡散層５２を第１光拡散部材３０の上面３０ａに形成することができる。光拡散層５２を設けることにより、発光素子２０から発せられる光の拡散効果をより向上させることができる。

図６に示されるように、複数の貫通孔３０ｈのそれぞれの内面３０ｓは、複数の発光素子２０のうちの対応する発光素子の上面２０ａよりも高い位置において、上方に向かって広がる傾斜面（または傾斜部）３０ｃを含む。傾斜面３０ｃは、発光素子２０の上面２０ａに垂直な方向に延びる光軸Ｌに対し、所定の角度αで傾斜している。第２光拡散部材５０の一部および第３光反射層５１は、傾斜面３０ｃに接しており、第３光反射層５１は、複数の貫通孔３０ｈ内に配置された複数の第２光拡散部材５０を覆う。角度αを調整することによって、第１光拡散部材３０において光が拡散する拡散度合を制御することが可能となる。角度αは、例えば５°以上４５°以下の範囲において設定され得る。傾斜部３０ｃのｚ方向の厚さは、例えば、０．２１０ｍｍ程度である。

［２．発光装置１００の製造方法］
図７Ａから図７Ｆを参照して、発光装置１００の製造方法の例を説明する。図７Ａから図７Ｆは、発光装置１００の製造方法に含まれる各製造工程を説明するための工程断面図である。

図７Ａに示されるように、ＦＰＣである配線基板１０に発光素子２０を実装する。発光素子を配線基板に直接実装することにより、ＬＥＤ実装の信頼性を確保し、配線抵抗のばらつきを低減できる。その結果、これらに起因して生じ得る発光装置１００の輝度ムラを低減することが可能となる。

図７Ｂに示される、複数の貫通孔３０ｈを有する第１光拡散部材３０を製造する。厚さが０．８ｍｍ程度の薄型の発光装置は、厚さが０．３ｍｍ程度の光拡散部材を必要とする。本製造方法の例では、先ず、光拡散部材の表面に、蒸着によって例えばＡｌを付着させて光反射層を形成する。光反射層は、シート状の光反射層を貼り付けたり、反射材を分散した樹脂を塗布する方法等によっても形成することができる。その後、形成した光反射層に両面テープを貼付することにより、接着層を形成する。その後、プレス加工により、光拡散部材に複数の貫通孔を打ち抜く。最後に、所定の外形サイズに光拡散部材をカットすることにより、下面３０ｂに第１光反射層４０が形成され、かつ、複数の貫通孔３０ｈを有する第１光拡散部材３０（以降、「拡散シート」と表記する。）が得られる。このように、第１光拡散部材３０および第１光反射層４０を一体的に形成することにより、製造工程が簡素化され、その結果、製造コストを抑えることができる。

図７Ｃに示すように、真空ラミネータを用いて、配線基板１０に接着層を介して拡散シートを圧着する。複数の発光素子２０のそれぞれが、複数の貫通孔３０ｈのうちの対応する貫通孔内に位置するように拡散シートの位置合わせを行い、配線基板１０上に拡散シートを配置する。このとき、拡散シートの配置に位置ずれが生じても、その位置ずれは複数の貫通孔３０ｈによって吸収される。光学的な影響は、拡散シートの拡散率（光散乱）を調整することによって低減することが可能である。

図７Ｃに示されるように、配線基板１０の上面１０ａと発光素子２０の下面２０ｂの間の空隙を埋めるように第２光反射層５５を形成してもよい。第２光反射層５５は、樹脂と、樹脂に分散した反射材の粒子である、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の酸化物の粒子とを含む材料から形成される。例えば、複数の貫通孔３０ｈ内において、発光素子２０の裏面側に位置する配線基板１０の上面１０ａを覆うように上記材料を塗布することにより、第２光反射層５５が形成される。第１光反射層４０および第２光反射層５５は、共通の層として同じ材料を用いて形成され得る。

図７Ｃに示される発光装置の中間体を製造する方法は、上述した方法に限定されない。先に、配線基板１０に拡散シートを圧着してもよい。その後、配線基板１０の導体配線層１１に半田ペーストを印刷し、複数の貫通孔３０ｈ内に複数の発光素子２０を配置して、複数の発光素子２０のそれぞれのｎ側電極およびｐ側電極を導体配線層１１にマウントする。その後、リフロー処理によって複数の発光素子２０を半田を介して導体配線層１１に電気的に接合することで、発光装置の中間体を製造してもよい。

図７Ｄに示されるように、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、シリコーン樹脂等、可視光に対して光吸収の少ない材料に、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の高屈折率材料を配合した拡散樹脂を複数の貫通孔３０ｈに充填し、第２光反射層５５および発光素子２０を覆う。その後、拡散樹脂を紫外線照射または加熱することにより硬化させる。

図７Ｅに示されるように、複数の第２光拡散部材５０の上面５０ａに、樹脂と、樹脂に分散した反射材の粒子である、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の酸化物の粒子とを含む材料を塗布して第３光反射層５１を形成し、これにより、複数の貫通孔３０ｈを完全に埋める。

図７Ｆに示されるように、透光積層体６０を、拡散樹脂を貫通孔に充填した拡散シートの上に積層する。例えばレーザ溶着によって、拡散シートの上に透光積層体６０を固定してもよい。

上記の工程を経て、発光装置１００が得られる。

本開示の発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具等に利用することができる。

１０ ：配線基板
１０ａ、２０ａ、３０ａ、５０ａ、６０ａ ：上面
１０ｂ、２０ｂ、３０ｂ ：下面
１１ ：絶縁層
１２ａ ：第１導体配線層
１２ｂ ：第２導体配線層
１３ ：ビア
２０ ：発光素子
２０ｃ、４０ｃ ：側面
３０ ：第１光拡散部材
３０ｃ ：傾斜面
３０ｆ ：開口
３０ｈ ：貫通孔
３０ｓ ：内面
４０ ：第１光反射層
５０ ：第２光拡散部材
５１ ：第３光反射層
５２ ：光拡散層
５５ ：第２光反射層
６０ ：透光積層体
６１ ：波長変換部材
６２、６３ ：プリズムアレイ層
６４ ：プリズムシート
１００ ：発光装置

Claims (7)

1. 配線基板と、
   前記配線基板上に配置され、かつ、前記配線基板の配線層に電気的に接続された複数の発光素子と、
   前記配線基板上に配置された、複数の貫通孔を有し、光拡散材を含有する第１光拡散部材であって、前記複数の発光素子のそれぞれは、前記複数の貫通孔のうちの対応する貫通孔内に配置されている第１光拡散部材と、
   前記複数の発光素子を覆い、前記複数の貫通孔内に配置された複数の第２光拡散部材であって、それぞれが光拡散材を含有し、前記それぞれが含有する前記光拡散材の含有率は、前記第１光拡散部材が含有する前記光拡散材の含有率よりも高い、複数の第２光拡散部材と、
   前記第１光拡散部材および前記複数の第２光拡散部材の上に配置された波長変換部材と、
   前記複数の第２光拡散部材と前記波長変換部材との間に位置する第３光反射層と、
   を備える発光装置。
2. 前記配線基板と前記第１光拡散部材との間に位置する第１光反射層をさらに備える、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記配線基板と前記複数の第２光拡散部材との間に位置する第２光反射層をさらに備える、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記第１光拡散部材と前記波長変換部材との間に位置する光拡散層をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記複数の貫通孔のそれぞれの内面は、前記複数の発光素子のうちの対応する発光素子の上面よりも高い位置において、上方に向かって広がる傾斜面を含む、請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記波長変換部材の上方に位置する プリズムシートをさらに備える、請求項１から５
   のいずれかに記載の発光装置。
7. 配線基板と、
   前記配線基板上に配置され、かつ、前記配線基板の配線層に電気的に接続された複数の発光素子と、
   前記配線基板上に配置された、複数の貫通孔を有し、光拡散材を含有する第１光拡散部材であって、前記複数の発光素子のそれぞれは、前記複数の貫通孔のうちの対応する貫通孔内に配置されている第１光拡散部材と、
   前記複数の発光素子を覆い、前記複数の貫通孔内に配置された複数の第２光拡散部材であって、それぞれが光拡散材を含有し、前記それぞれが含有する前記光拡散材の含有率は、前記第１光拡散部材が含有する前記光拡散材の含有率よりも高い、複数の第２光拡散部材と、
   前記第１光拡散部材および前記複数の第２光拡散部材の上に配置された波長変換部材と、
   前記第１光拡散部材と前記波長変換部材との間に位置する光拡散層と、
   を備える発光装置。

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