JP7082273B2 - 発光装置、集積型発光装置および発光モジュール - Google Patents

発光装置、集積型発光装置および発光モジュール Download PDF

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Description

本開示は、発光装置、集積型発光装置および発光モジュールに関する。
近年、液晶表示装置などの表示装置に用いられるバックライトとして、半導体発光素子を用いた直下型の面発光装置が提案されている。機能性、デザイン性等の観点から、表示装置は薄型であることが求められる場合があり、バックライトもより薄型であることが求められている。また、一般照明用の発光装置においても、機能性、デザイン性等の観点から薄型が求められる場合がある。
このような用途の発光装置を薄型化すると、一般に、発光面における輝度ムラが生じやすくなる。特に複数の発光素子を１次元あるいは２次元に配列した場合、発光素子の直上における輝度がその周囲に比べて高くなってしまう。このため、例えば、特許文献１は、発光素子を封止し、レンズとして機能する樹脂体の表面であって、発光素子の直上領域近傍において、部分的に拡散部材を配置し、光源から出射する光の均一性を高める技術を開示している。
国際公開第２０１２／０９９１４５号
本開示は輝度ムラが抑制された発光装置を提供する。
本開示の発光装置は、導体配線を有する基体と、前記導体配線に電気的に接続するように前記基体に配置された発光素子と、前記発光素子の上面に設けられた誘電体多層膜とを備え、前記発光素子の発光ピーク波長領域における分光反射率に対して、前記発光素子の発光ピーク波長領域よりも５０ｎｍ長波長側の領域における分光反射率は、１０％以上大きい。
本開示によれば、発光素子の上方の領域とその周囲の領域との輝度ムラが抑制された広配光な発光装置が提供される。
図１は、第1の実施形態の発光装置の一例を示す断面図である。 図２は、図１に示す発光装置の誘電体多層膜の分光反射特性の一例を示す図である。 図３は、発光素子の上面に一般的な誘電体多層膜を設け、拡散板を介してみた発光の様子を示す図である。 図４は、誘電体多層膜の分光反射特性の入射角依存性を示す図である。 図５は、図１に示す発光装置において発光素子から出射する光の様子を示す模式図である。 図６Ａは、第２の実施形態の発光モジュールの一例を示す断面図である。 図６Ｂは、図６Ａに示す発光モジュールにおける集積型発光装置の上面図である。 図７Ａは、第３の実施形態のバックライトの一例を示す断面図である。 図７Ｂは、第３の実施形態のバックライトの他の例を示す断面図である。
以下、図面を参照しながら本開示の発光装置、集積型発光装置および発光モジュールの実施形態を説明する。以下に説明する発光装置、集積型発光装置および発光モジュールは、実施形態の一例であって、実施形態で説明する形態において、種々の改変が可能である。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。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分かり易く示す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、実際の製品等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。また、図面が示す構成要素の大きさおよび位置関係等は、分かり易さのため、誇張されている場合があり、実際の発光装置における大きさ、あるいは、実際の発光装置における構成要素間の大小関係を厳密に反映していない場合がある。なお、図面が過度に複雑となることを避けるため、模式的な断面図等において一部の要素の図示を省略することがある。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の発光装置１０１の断面構造を示す模式図である。発光装置１０１は、基体１０と、発光素子２１と、誘電体多層膜２２とを備える。以下、各構成要素を詳細に説明する。
［基体１０］
基体１０は、上面を有し、発光素子２１を支持する。また、基体１０は、発光素子２１に電力を供給する。基体１０は、例えば、基材１１と、導体配線１２とを含む。基体１０は、さらに絶縁層１３を備えていてもよい。
基材１１は、例えば、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）等の樹脂、セラミックス等によって構成される。なかでも、低コストと、成型容易性の点から、絶縁性を有する樹脂を選択することが好ましい。あるいは、耐熱性及び耐光性に優れた発光装置を実現するため、セラミックスを基材１１の材料として選択してもよい。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）等が挙げられる。なかでも、アルミナからなる又はアルミナを主成分とするセラミックスが好ましい。
また、基材１１を構成する材料に樹脂を用いる場合、ガラス繊維、ＳｉＯ２ 、ＴｉＯ
２ 、Ａｌ２ Ｏ３ 等の無機フィラーを樹脂に混合し、機械的強度の向上、熱膨張率の低
減、光反射率の向上等を図ることもできる。また、基材１１は、金属板に絶縁層が形成された複合板であってもよい。
導体配線１２は、所定の配線パターンを有する。導体配線１２は、発光素子２１の電極と電気的に接続され、外部からの電力を発光素子２１へ供給する。配線パターンは、発光素子２１の正極と接続される正極配線と発光素子２１の負極と接続される負極配線とを含む。導体配線１２は、発光素子２１の載置面となる、基体１０の少なくとも上面に形成される。導体配線１２の材料は、導電性材料の中から基材１１の材料、基材１１の製造方法等によって適宜選択することができる。例えば、基材１１の材料としてセラミックスを用いる場合、導体配線１２の材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する材料であることが好ましく、例えば、タングステン、モリブデンのような高融点の金属を用いるのが好ましい。前述の高融点金属からなる配線パターン上にメッキ、スパッ
タリング、蒸着などにより、ニッケル、金、銀など他の金属材料の層をさらに備えていてもよい。
基材１１の材料として樹脂を用いる場合、導体配線１２の材料は、加工し易い材料が好ましい。また、射出成形された樹脂を用いる場合には、導体配線１２の材料は、打ち抜き加工、エッチング加工、屈曲加工等の加工が容易であり、かつ、比較的大きい機械的強度を有する材料であることが好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属、または、鉄－ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅、モリブデン等の金属層やリードフレーム等によって導体配線１２が形成されていることが好ましい。また、導体配線１２は、これらの金属による配線パターンの表面上に他の金属材料の層をさらに備えていてもよい。この材料は特に限定されないが、例えば、銀のみ、あるいは、銀と、銅、金、アルミニウム、ロジウム等との合金からなる層、または、これら、銀や各合金を用いた多層を用いることができる。他の金属材料による層は、メッキ、スパッタリング、蒸着などにより形成することができる。
［絶縁層１３］
基体１０は、絶縁層１３を備えていてもよい。絶縁層１３は、基体１０において、導体配線１２のうち、発光素子２１等が接続される部分を覆って基材１１上に設けられている。つまり、絶縁層１３は電気絶縁性を有し、導体配線１２の少なくとも一部を覆う。好ましくは、絶縁層１３は光反射性を有している。絶縁層１３が光反射性を有することによって、発光素子２１から基体１０側へ出射する光を反射し、光の取り出し効率を向上させることができる。また、絶縁層１３が光反射性を有することによって、光源から出射して、例えば拡散板や波長変換部材等を含む透光積層体に当たる光のうち、反射した光も反射し、光の取り出し効率を向上させることができる。これらの基体で反射した光も透光積層体を透過することで、より輝度ムラを抑制することができる。
絶縁層１３の材料は、発光素子２１から出射する光の吸収が少なく、絶縁性を有する材料であれば、特に制限はない。例えば、エポキシ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネイト、ポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。絶縁層１３に光反射性を付与する場合には、絶縁層１３は、上述した樹脂材料に、後述するアンダーフィル材料に添加する白色系のフィラーを含有させることができる。白色系のフィラーは以下において詳述する。
［発光素子２１］
基体１０に配置される発光素子２１には、種々の形態の発光素子を用いることができる。発光素子２１は、本実施形態では、発光ダイオードである。発光素子２１が出射する光の波長は、任意に選択できる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＺｎＳｅおよびＧａＰ等の半導体を用いた発光素子を用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等の半導体を用いた発光素子を用いることができる。また、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。
発光素子２１が、波長変換部材とを含む場合には、発光素子２１は、波長変換部材に含まれる波長変換材料を効率良く励起できる短波長の光を出射する窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることが好ましい。半導体層の材料および混晶度によって発光波長を種々選択することができる。発光素子２１は、同一面側に正極および負極を有していてもよいし、異なる面に正極および負極を有していてもよい。
発光素子２１は、例えば、成長用基板と、成長用基板の上に積層された半導体層を有する。半導体層はｎ型半導体層とｐ型半導体層とこれらに挟まれた活性層を含む。ｎ型半導体層およびｐ型半導体層にそれぞれ負極および正極が電気的に接続されている。成長用基板には、例えば、透光性のサファイア基板等を用いることができる。
発光素子２１のｎ側電極およびｐ側電極は、接続部材２３を介して基体１０にフリップチップ実装されている。具体的には、発光素子２１の正極および負極は接続部材２３によって基体１０の導体配線１２に含まれる正極配線および負極配線と接続されている。発光素子２１のｎ側電極およびｐ側電極が形成された面と反対側の面、すなわち透光性のサファイア基板の主面である上面２１ａが光取り出し面となる。本実施形態では、発光素子２１の直上輝度を低減するため、上面２１ａには誘電体多層膜２２が配置される。このため、発光素子２１の側面２１ｃも実質的な光取り出し面となる。
［接続部材２３］
接続部材２３は、導電性の材料によって形成されている。具体的には接続部材２３の材料は、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。
接続部材２３としては、液状、ペースト状、固体状（シート状、ブロック状、粉末状、ワイヤー状）のものを用いることができ、組成や支持体の形状等に応じて、適宜選択することができる。また、これらの接続部材２３は、単一部材で形成してもよく、あるいは、数種のものを組み合わせて用いてもよい。
［アンダーフィル部材２４］
発光素子２１と基体１０との間にアンダーフィル部材２４を配置してもよい。アンダーフィル部材２４は、発光素子２１からの光を効率よく反射できるようにすること、熱膨張率を発光素子２１に近づけること等を目的として、フィラーを含有している。アンダーフィル部材２４は、図１に示すように、本実施形態では、発光素子２１の側面２１ｃも光取り出し面であるため、側面２１ｃを覆っていないことが好ましい。
アンダーフィル部材２４は、母材として発光素子からの光の吸収が少ない材料を含む。例えば、エポキシ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネイト、ポリイミド等を用いることができる。
アンダーフィル部材２４のフィラーとしては、白色系のフィラーであれば、光がより反射され易くなり、光の取り出し効率の向上を図ることができる。また、フィラーとしては、無機化合物を用いることが好ましい。ここでの白色とは、フィラー自体が透明であった場合でもフィラーの周りの材料と屈折率差がある場合に散乱で白色に見えるものも含む。
フィラーの反射率は、発光素子２１の発光波長の光に対して５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。これにより、発光装置１０１の光の取り出し効率を向上させることができる。また、フィラーの粒径は、１ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましい。フィラーの粒径をこの範囲にすることで、アンダーフィル材料としての樹脂流動性が良くなり、狭い隙間でも良好にアンダーフィル部材２４となる材料を充填することができる。なお、フィラーの粒径は、好ましくは、１００ｎｍ以上５μｍ以下、さらに好ましくは２００ｎｍ以上２μｍ以下である。また、フィラーの形状は、球形でも鱗片形状でもよい。
フィラー材料としては、具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３、ＭｇＣＯ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＳｒＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＴａＯ２、ＨｆＯ、ＳｅＯ、Ｙ２Ｏ３などの酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯＮなどの窒化物、ＭｇＦ２のようなフッ化物などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。
［誘電体多層膜２２］
誘電体多層膜２２は、入射する光の一部を反射し、一部を透過させるもの（例えばハーフミラー）であり、発光素子２１の上面２１ａに設けられている。この構成によって、発光素子２１の上面２１ａから出射した光の一部が誘電体多層膜２２で反射し、発光素子２１へ戻り、発光素子２１の側面２１ｃから出射する。その結果、発光素子２１の上面２１ａから出射する光の量を低減させ、発光素子２１の上方での輝度を低下させ、発光装置１０１を用いてバックライトなどを構成した場合における輝度ムラを抑制する。ただし、後述するように、一般的な分光反射特性を有する誘電体多層膜を発光素子２１の上面２１ａに設けると、発光装置１０１から出射する光を、拡散板を介して観察した場合に、拡散板と発光素子との距離が短くなると、発光素子の直上の領域よりもその周囲の領域の輝度が高くなってしまう。つまり、輝度ムラが生じやすくなる。
このような輝度ムラを抑制するため、誘電体多層膜２２は、反射波長帯域において分光反射率が異なる少なくとも２つの領域を含む分光反射率特性を有する。図２に、誘電体多層膜２２の分光反射率特性の模式的な一例を実線で示す。また、発光素子２１から出射する光の発光スペクトルの模式的な一例を合わせて示す。
誘電体多層膜２２は、発光素子２１の発光ピーク波長領域ＲＥにおける分光反射率に対して、発光素子２１の発光ピーク波長領域よりも５０ｎｍ長波長側の領域ＲＬにおける前記分光反射率が１０％以上大きい分光反射率特性を有する。ここで、分光反射率は、垂直入射光に対する値である。また、発光ピーク波長領域ＲＥとは、発光素子２１のピーク波長λｐを中心とする所定の幅の波長領域である。例えば、λＥ１以上λＥ２以下（λＥ１＜λＥ２）の波長領域である。発光ピーク波長領域ＲＥの帯域は、発光素子２１が出射する光の特性に応じて決定される。例えば、発光素子２１が青色光を出射するＬＥＤである場合、発光ピーク波長領域ＲＥの帯域は、λｐ±２０ｎｍであってもよい。
また、領域ＲＬは、発光ピーク波長領域ＲＥの上限および下限よりもそれぞれ５０ｎｍ長波長側の波長を上限および下限とする領域を含む領域である。具体的には、領域ＲＬは、（λＥ１＋５０）ｎｍ以上（λＥ２＋５０）ｎｍ以下の波長領域である。また、発光ピーク波長領域ＲＥにおける分光反射率に対して、領域ＲＬにおける前記分光反射率が１０％以上大きいとは、発光ピーク波長領域ＲＥにおける最大分光反射率に対して、領域ＲＬ内の任意の波長における分光反射率が１０％以上大きいことをいう。また、発光ピーク波長領域ＲＥにおける分光反射率は、７０％以上９５％以下であり、領域ＲＬにおける分光反射率は、８０％以上１００％未満である。発光ピーク波長領域ＲＥと領域ＲＬとは、互いに重ならない。
垂直入射時の反射波長帯域Ｂは、上述した発光ピーク波長領域ＲＥおよび領域ＲＬを含み、分光反射率が５０％以上の領域と定義する。誘電体多層膜２２の反射波長帯域Ｂは、発光素子の発光ピーク波長を含み、発光ピーク波長よりも長波長側ＢＬが短波長側ＢＳより広くなっている。
誘電体多層膜２２は、透光性を有し、屈折率の異なる複数の誘電体層が積層された誘電体多層膜構造を備える。誘電体層の具体的な材料としては、金属酸化膜、金属窒化膜、金属フッ化膜や有機材料など、発光素子２１から放射される波長域において光吸収が少ない
材料であることが好ましい。また、誘電体層として、シリコーン樹脂やフッ素樹脂等の有機層を用いてもよい。
誘電体多層膜２２の分光反射率特性、具体的には、発光ピーク波長領域ＲＥおよび領域ＲＬの位置、分光反射率等は、誘電体層の厚さ、屈折率、積層数等を調整することによって、任意に設定することが可能である。また、発光ピーク波長領域ＲＥおよび領域ＲＬの分光反射率等は別々に設計することが可能である。
［封止部材３０］
発光装置１０１は、封止部材３０を備えていてもよい。封止部材３０は、発光素子２１を外部環境から保護するとともに、発光素子２１から出力される光の配光特性を光学的に制御する。つまり、主として封止部材３０の外面における光の屈折によって光の出射方向を調節する。封止部材３０は、発光素子２１を被覆して基体１０上に配置される。
封止部材３０の表面は凸状の曲面を有する。上面視において、封止部材３０は、円または楕円の外形を有していることが好ましい。封止部材３０において、光軸Ｌ方向の高さＨおよび上面視における幅Ｗの比Ｈ／Ｗは０．５より小さいことが好ましい。より好ましくは、Ｈ／Ｗは０．３以下である。封止部材３０の高さＨは、基体１０の実装面から封止部材３０の最も高い部分までの、光軸Ｌ方向の間隔で規定される。幅Ｗは、封止部材３０の底面の形状に基づく。底面が円形の場合は円の直径であり、その他の形状である場合は、底面の最も短い幅で規定される。例えば、上面視における外形が楕円形である場合、底面の幅は、長径および短径が存在するが、短径が幅Ｗである。
封止部材３０がこの形状を有することにより、発光素子２１から出射した光は、封止部材３０と空気の界面で屈折し、より広配光化させることが可能となる。
封止部材３０の材料としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂あるいはそれらを混合させた樹脂などの透光性樹脂や、ガラスなどを用いることができる。これらのうち、耐光性および成形のしやすさの観点では、シリコーン樹脂を選択することが好ましい。
封止部材３０は、波長変換材料、発光素子２１からの光を拡散させるための拡散剤を含んでいてもよい。また、発光素子の発光色に対応させて、着色剤を含んでいてもよい。これら波長変換材料、拡散材料、着色剤等は、封止部材３０の外形によって、配光が制御できる程度の量で封止部材３０に含まれていることが好ましい。また、配光特性に与える影響を抑制するため、含有させる材料の粒径は０．２μｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書中において粒径とは平均粒径（メジアン径）のことを意味し、平均粒径の値は、レーザー回折法により測定することができる。
［発光装置１０１の発光および効果］
発光装置１０１において、誘電体多層膜２２が、発光素子２１の上面２１ａに設けられている。この構成によって、発光素子２１の上面２１ａから出射した光の一部が誘電体多層膜２２で反射し、発光素子２１へ戻り、発光素子２１の側面２１ｃから出射する。その結果、発光素子２１の上面から出射する光の量が低減し、発光素子２１の上方での輝度を低下させ、発光装置１０１を用いてバックライトなどを構成した場合における輝度ムラを抑制する。
しかし、本願発明者の検討によれば、発光素子の上面に誘電体多層膜を設け、発光装置の出射側に拡散板等を配置し、バックライトを形成した場合、拡散板と発光素子との間隔が短くなると、発光素子の上方近傍において、周囲よりも輝度が低下することが分かった。図３は、発光素子の上面に一般的な、つまり、誘電体多層膜２２が有する分光特性を備えていない誘電体多層膜を設け、拡散板を介してみた発光の様子を示している。これは、拡散板と発光素子との間隔ＯＤ（図５に示す）が短くなることにより、発光素子の上方には、発光素子の上面から垂直に出射した光が主として入射し、誘電体多層膜で反射し、発光素子の側面から出射する光が入射しにくくなるからと考えられる。言い換えると、発光素子２１の上面２１ａに誘電体多層膜を設けると、発光素子の上方の領域よりもその周囲の領域の輝度が高くなり、輝度ムラが生じる。誘電体多層膜の反射率を低下させると、発光素子の上方の領域の輝度は上昇するが、その周囲の領域の輝度も上昇するため、輝度ムラはあまり低減しない。
本開示の発光装置１０１では、上述した輝度ムラを抑制するために、誘電体多層膜の分光反射特性の入射角度依存性を利用する。一般に、誘電体多層膜の分光反射特性は、光が誘電体多層膜に垂直に入射する場合と、斜めに入射する場合とで異なる。光が垂直に入射する場合に比べ、斜め入射する場合に光路長が長くなることにより、反射波長帯域は短波長側へシフトする。この特徴はブルーシフトとも呼ばれる。図４は、誘電体多層膜の分光反射特性の一例を模式的に示す図であり、実線は垂直入射光に対する分光反射特性を示し、破線は、垂直方向から４５°傾斜した方向から入射する光に対する分光反射特性を示す。垂直入射光に対する反射波長帯域は、約４３０ｎｍ～５５０ｎｍであるが、４５°傾斜した入射光に対する反射波長帯域は、３５０ｎｍ～５００ｎｍである。分光反射特性の短波長側へのシフト量は、４００ｎｍ程度で約４０ｎｍであり、７００ｎｍ程度で約８０ｎｍである。
図４に示すように、一般的な誘電体多層膜では、反射波長帯域における分光反射率はほぼ一定である。しかし、本開示の発光装置１０１に用いられる誘電体多層膜２２は、図２に示すように、反射波長帯域における分光反射率が互いに異なる発光ピーク波長領域ＲＥおよび領域ＲＬを含む分光反射率特性を有する。これによって、同じピーク波長を有する光であっても、入射角度によって異なる分光反射率で反射させることができる。
図２は、本実施形態の発光装置１０１における誘電体多層膜２２の反射率特性の一例を模式的に示す。実線は、垂直入射光の分光反射特性を示し、破線は、垂直方向から４５°傾斜した方向から入射する光に対する反射特性を示す。図２に示す例では、発光素子２１の発光ピーク波長は約４５０ｎｍであり、発光ピーク波長領域ＲＥは４３０ｎｍ～４７０ｎｍである。また、領域ＲＬは、４８０ｎｍ～５２０ｎｍである。また、発光ピーク波長領域ＲＥにおける分光反射率は、約７５％であり、領域ＲＬにおける分光反射率は、約９２％である。つまり、誘電体多層膜２２に垂直に入射する光は、約７５％の分光反射率で反射されるが、誘電体多層膜２２に斜めに入射する光は、最大で約９２％の分光反射率で反射される。
詳細な検討の結果、例えば、青色を発光する発光素子２１の場合、シフト量を５０ｎｍに設定すれば、発光素子２１の上方の領域の輝度を高め、かつその周辺の領域の輝度を低下させることによって輝度ムラを効率的に低減することができることが分かった。
図５は、発光装置１０１から出射する光を拡散板５１に入射させた場合の光の進行を模式的に示している。発光素子２１と拡散板５１との距離ＯＤが短い場合、図５に示すように、拡散板５１において、発光素子２１の上方の領域５１ａには、主として、発光素子２１の上面２１ａから垂直に誘電体多層膜２２に入射し、透過した光２３ａが入射する。これに対して、領域５１ａの周囲の領域５１ｂには、誘電体多層膜２２に斜めに入射し、透過した光２３ｂおよび、側面２１ｃから出射した光２３ｅが入射する。上述したように、誘電体多層膜２２を通過する際、光２３ａについては、分光反射率が７５％であるのに対し、光２３ｂについては、分光反射率が９２％である。よって、拡散板５１に到達する光２３ｂの割合が光２３ａよりも多いため、拡散板５１における領域５１ｂの輝度を相対的に高め、領域５１ａの輝度を低下させることができる。これにより、誘電体多層膜２２が設けられた発光素子２１から出射する光は、光軸Ｌを含む平面において、中心部と外周部との輝度の差が小さいバットウイング型の配光特性を有することができる。バットウイング型の配光特性とは、広義には、光軸Ｌ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強い発光強度分布で定義される。特に、狭義では、４５°～９０°付近において、発光強度が最も強くなる発光強度分布で定義される。
発光装置１０１は、上述した誘電体多層膜２２を備えることによって、発光素子２１の上方の領域の輝度を低下させ、かつ、輝度ムラを低減する。これは、発光装置１０１から出射する光が広配光化される、つまり、低角でも多くの光が出射することを意味する。例えば、本開示の発光装置１０１が出射する光の全光量の２５％以上が、基体１０の上面に対して２０゜未満の仰角で出射され得る。
また、封止部材３０の外形を凸型の曲面で構成し、幅に対する高さの比Ｈ／Ｗを０．５より小さくすることによって、発光素子２１から出射する光を広配光化させることができる。例えば、封止部材３０の幅Ｗに対する高さＨの比Ｈ／Ｗを０．３以下に設定すれば、発光装置１０１が出射する光の全光量の４０％以上を、基体１０の上面に対して２０゜未満の仰角で出射させることが可能である。このように、これら２つの構成によって、二次レンズを用いることなく所望の配光特性を得ることが可能である。つまり、誘電体多層膜２２を備えることによって、発光素子２１の上方における輝度を低減させることができるため、封止部材３０には、主として発光素子２１からの光を広配光化する機能を持たせればよい。このため、レンズ機能を有する封止部材３０の大幅な小型化を実現することができる。これにより、発光装置１０１を用いて、輝度ムラが改善された薄型のバックライトモジュール（発光モジュール）を実現することが可能となる。
従来の発光装置では、封止部材に発光素子の上方の輝度を低減させる機能および広配光化の機能を持たせていた。このため、例えば、比較的大きな外形を有し、二次レンズとしても機能する封止部材が必要である。
（第２の実施形態）
図６Ａは、本実施形態の発光モジュール１０２の断面構造を示す模式図である。発光モジュール１０２は、透光積層体５０と、集積型発光装置１０３とを含む。図６Ｂは、集積型発光装置１０３の上面図である。
集積型発光装置１０３は、基体１０と基体１０に配置された複数の発光素子２１と、各発光素子２１の上面に設けられた誘電体多層膜２２とを含む。基体１０、発光素子２１および誘電体多層膜２２の構造およびこれら構成要素の関係は第１の実施形態で説明した通りである。
複数の発光素子２１は、基体１０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、複数の発光素子２１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、基体１０の中央から周辺に向かって間隔が広くなるように発光素子２１が配列されていてもよい。
集積型発光装置１０３は、発光素子２１間に位置する複数の光反射部材１５を備えていてもよい。光反射部材１５は、壁部１５ａｘ、１５ａｙおよび底部１５ｂを含む。図６Ｂに示すように、ｘ方向に隣接する２つの発光素子２１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つの発光素子２１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、各発光素子２１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、発光素子２１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、発光素子２１が位置するように、底部１５ｂが絶縁層１３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、発光素子２１が内部に位置し得る形状および大きさであればよい。発光素子２１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、発光素子２１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と発光素子２１との間に生じる間隙は狭いほうが好ましい。
図１に示すように、ｙｚ断面では、壁部１５ａｘは、ｘ方向に延びる一対の傾斜面１５ｓを含む。一対の傾斜面１５ｓのそれぞれは、ｘ方向に延びる２つの辺の一方で互いに接続しており、頂部１５ｃを構成している。他方は、隣接する２つの領域１５ｒに位置する底部１５ｂとそれぞれ接続されている。同様に、ｙ方向に延びる壁部１５ａｙはｙ方向に延びる一対の傾斜面１５ｔを含む。一対の傾斜面１５ｔのそれぞれは、ｙ方向に延びる２つの辺の一方で互いに接続しており、頂部１５ｃを構成している。他方は、隣接する２つの領域１５ｒに位置する底部１５ｂとそれぞれ接続されている。
底部１５ｂ、２つの壁部１５ａｘおよび２つの壁部１５ａｙによって開口を有する発光空間１７が形成される。図６Ｂでは、３行３列に配列された発光空間１７が示されている。一対の傾斜面１５ｓおよび一対の傾斜面１５ｔは、発光空間１７の開口に面している。
光反射部材１５は光反射性を有しており、発光素子２１から出射する光を壁部１５ａｘ、１５ａｙの傾斜面１５ｓ、１５ｔによって、発光空間１７の開口に向けて反射させる。また、底部１５ｂに入射する光も発光空間１７の開口側へ反射させる。これにより、発光素子２１から出射される光を効率よく透光積層体５０へ入射させることができる。
光反射部材１５によって区画される発光空間１７は、複数の発光素子２１をそれぞれ独立して駆動させた場合における、発光空間の最小単位となる。また、面発光源として発光装置１０１を透光積層体５０の上面を見た場合における、ローカルディミングの最小単位領域となる。複数の発光素子２１を独立して駆動する場合、最も小さな発光空間単位でローカルディミングで駆動が可能な発光装置が実現する。隣接する複数の発光素子２１を同時に駆動し、ＯＮ／ＯＦＦのタイミングを同期させるように駆動すれば、より大きな単位でローカルディミングによる駆動が可能となる。
光反射部材１５は、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の金属酸化物粒子からなる反射材を含有する樹脂を用いて成形してもよいし、反射材を含有しない樹脂を用いて成形した後、表面に反射材を設けてもよい。光反射部材１５の発光素子２１からの出射光に対する反射率は、例えば、７０％以上であることが好ましい。
光反射部材１５は、金型を用いた成形や光造形によって形成することができる。金型を用いた成形方法としては、射出成形、押出成形、圧縮成形、真空成形、圧空成形、プレス成形等の成形方法を用いることができる。例えば、ＰＥＴ等で形成された反射シートを用いて真空成形することで、底部１５ｂと壁部１５ａｘ、１５ａｙが一体的に形成された光反射部材１５を得ることができる。反射シートの厚さは、例えば１００μｍ～５００μｍである。
光反射部材１５の底部１５ｂの下面と絶縁層１３の上面とは、接着部材等で固定される
。貫通孔１５ｅから露出される絶縁層１３は、光反射性を有していることが好ましい。発光素子２１からの出射光が、絶縁層１３と光反射部材１５との間に入射しないように、貫通孔１５ｅの周囲に接着部材を配置することが好ましい。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ことが好ましい。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、熱硬化樹脂や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が好ましい。また、接着部材ではなく、ネジ、ピン等他の結合部材で固定されていてもよい。
複数の光反射部材１５で囲まれた各領域Ｒｕは発光素子２１を有する１つの発光装置１０１とみることができる。つまり、集積型発光装置１０３は、ｘ方向およびｙ方向において、ピッチＰｘおよびピッチＰｙで配列された複数の発光装置１０１を備えている。
光反射部材１５の高さＨＲは、発光装置１０１の配列ピッチの０．３倍以下であることが好ましく、０．２倍以下であることがより好ましい。発光装置１０１が２次元に配列されている場合には、２つの方向におけるピッチのうち、短いほうのピッチである。本実施形態では、ｘ方向の配列ピッチｐｘとｙ方向の配列ピッチｐｙは等しいため、高さＨＲは、ＰｘおよびＰｙの０．３倍以下、つまりＨＲ≦０．３ＰｘまたはＨＲ≦０．３Ｐｙである。光反射部材１５の高さＨＲがこの条件を満たすことにより、透光積層体５０と集積型発光装置１０３との距離を短くし、薄型の発光モジュールを実現することができる。
透光積層体５０は、集積型発光装置１０３の各発光装置１０１における光取り出し面側、つまり、基体１０の発光素子２１の上面側に配置されている。透光積層体５０は、光反射部材１５と接していてもよいし、離間していてもよい。透光積層体５０は、拡散板５１と波長変換部材５２とを含む。
拡散板５１は、入射する光を拡散させて透過する。拡散板５１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、拡散板５１の表面に凹凸を設けたり、拡散板５１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、拡散板５１に設けられている。拡散板５１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。
波長変換部材５２は、拡散板５１の２つの主面のうち、発光装置１０１と対向している面と反対側の面に位置している。波長変換部材５２は、発光装置１０１から出射する光の一部を吸収し、発光装置１０１からの出射光の波長とは異なる波長の光を発する。
波長変換部材５２は、発光装置１０１の発光素子２１から離れているため、発光素子２１の近傍では使用するのが困難な、熱や光強度に耐性の劣る光変換物質も使用することが可能である。これにより、発光装置１０１のバックライトとしての性能を向上させることが可能となる。波長変換部材５２はシート形状あるいは層形状を有しており、波長変換物質を含む。
波長変換物質は、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／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（ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２）系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４）系蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系又はＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ ＳｉＦ６ ：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体などを含む。これらの蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。
また、波長変換部材５２は、例えば、いわゆるナノクリスタル、量子ドットと称される発光物質を含んでいてもよい。これらの材料としては、半導体材料を用いることができ、例えばＩＩ－ＶＩ族、ＩＩＩ－Ｖ族、ＩＶ－ＶＩ族半導体、具体的には、ＣｄＳｅ、コアシェル型のＣｄＳｘＳｅ１－ｘ／ＺｎＳ、ＧａＰ等のナノサイズの高分散粒子が挙げられる。
発光モジュール１０２によれば、薄型の構造でも輝度ムラを抑制することが可能である。
（第３の実施形態）
図７Ａは、本実施形態のバックライト１０４の断面構造を示す模式図である。バックライト１０４は、筐体６０と、発光モジュール１０２とを備える。
筐体６０は、底部６０Ａと、側部６０Ｂとを含む。底部６０Ａは、発光モジュール１０２の集積型発光装置１０３を支持する主面６０ｍを有しており、例えば、主面６０ｍに基体１０の基材１１が接している。側部６０Ｂは主面６０ｍに支持された集積型発光装置１０３を囲むように、底部６０Ａに配置されており、第１の平面６０ａと、第２の平面６０ｂと、側面６０ｃとを有する。本実施形態では、集積型発光装置１０３および透光積層体５０は平面視において矩形形状を有するため、側部６０Ｂは矩形の４つの辺に対応して４か所に配置されている。つまり、筐体は、矩形の４つの辺に対応した４つの側部６０Ｂを有し、各側部６０Ｂが、第１の平面６０ａと、第２の平面６０ｂと、側面６０ｃとを有している。
側部６０Ｂは、第１の平面６０ａで、透光積層体５０の端部を支持しており、これにより、透光積層体５０が、集積型発光装置１０３の各発光装置１０１における光取り出し面側、つまり、基体１０の発光素子２１の上面側に配置される。前述したように、透光積層体５０は、光反射部材１５と接していてもよいし、離間していてもよい。
第２の平面６０ｂは、z軸方向において、第１の平面６０ａよりも底部６０Ａの主面６０ｍから離れている。第２の平面６０ｂは、バックライト１０４が取り付けられる液晶表示パネルなどの表示パネルの端部と接触し、これによって、バックライト１０４が表示パネルに取り付けられる。
側面６０ｃは、ｚ軸方向において、第１の平面６０ａと第２の平面６０ｂとの間に位置し、透光積層体５０の側面（端面）５０ｔと対向している。前述したように、積層体５０が矩形形状を有している場合には、筐体６０の側面６０ｃは積層体５０の４つの側面５０ｔとそれぞれ対向し、積層体５０を４つの側面５０ｔで囲んでいる。
バックライト１０４は、筐体６０に支持された反射膜６２を備えていることが好ましい。具体的には、筐体６０の側面６０ｃに反射部材として反射膜６２が設けられており、反射膜６２が側面５０ｔと対向していることが好ましい。反射膜６２は、入射光を乱反射させる反射特性を備えていることが好ましい。反射膜６２は、例えば、絶縁層１３の材料と同様の材料によって形成することができる。具体的には、エポキシ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネイト、ポリイミド等の樹脂に白色系のフィラーを含有させた材料を反射膜６２として用いることができる。反射膜６２と積層体５０の側面５０ｔとの間に間隙があってもよいし、間隙がなく、反射膜６２が側面５０ｔと接していてもよい。
バックライト１０４において、反射膜６２は、透光積層体５０の側面５０ｔから出射した光を反射し、側面５０ｔから透光積層体５０へ戻す。これによって、透光体５０の側面５０ｔ、あるいは、透光体５０の上面５０ａのうち外周近傍から、波長変換されない光が、上面５０ａの中央近傍に比べて高い割合で出射し、上面５０ａの中央部分に比べて、青く見える等の発光色の均一性が低下するのを抑制し、バックライト１０４出射する光の均一性を高めることが可能である。よって、薄型で、出射する光の均一性が高いバックライトを実現することができる。
バックライト１０４は、透光積層体５０内に、拡散板５１および波長変換層５２以外に、プリズムシート、反射層などの他の層を含んでいてもよい。例えば、表示パネルに対して垂直に入射する光の成分を増大させる、プリズムシート、あるいは、反射型偏光シートなどの他の透光層５３を備えていてもよい。透光積層体５０が、このような光学的特性を有する透光層５３を含む場合、透光層５３内を伝搬し、透光積層体５０の側面５０ｔから出射する光が増大することによって、上述した上面５０ａの外周近傍における光の均一性が低下する可能性がある。バックライト１０４によれば、このような場合でも、反射膜６２の上述した作用によって、バックライト１０４出射する光の均一性を高めることが可能である。
また、図７Ｂに示すように、反射膜６２を筐体６０の側面６０ｃに設ける代わりに、バックライト１０４は、側面６０ｃと透光積層体５０の側面５０ｔとの間に、反射部材として、第１の平面６０ａに支持される反射板６３を備えていてもよい。反射板６３は全体が反射性の材料によって構成されていてもよいし、反射性を有しない基板の表面に反射膜が形成された構造をそなえていてもよい。反射板６３は、透光積層体５０の側面５０ｔと対向している。バックライト１０４が反射板６３を備える場合も前述したように、出射する光の均一性を高めることが可能である。
以上説明したように、本実施形態のバックライトは、発光モジュールと、前記波長変換部材および前記誘電体多層膜を含む透光積層体と、前記発光モジュールの集積型発光装置と、前記透光積層体とを所定の間隔で支持する筐体と、前記筐体に支持され、前記透光積層体の側面と対向して配置された反射部材とを備える。
本実施形態の他のバックライトは、発光モジュールと、前記波長変換部材および前記誘電体多層膜を含む透光積層体と、前記透光積層体の側面と対向して配置された反射部材とを備える。
本開示の発光装置、集積型発光装置および発光モジュールは、液晶ディスプレイのバックライト、照明器具等、種々の光源に利用することができる。
１０ 基体
１１ 基材
１１ａ 上面
１２ 導体配線
１３ 絶縁層
１４ 絶縁部材
１５ 光反射部材
１７ 発光空間
２１ 発光素子
２１ａ 上面
２１ｃ 側面
２２ 誘電体多層膜
２３ 接続部材
２４ アンダーフィル部材
３０ 封止部材
５０ 透光積層体
５１ 拡散板
５２ 波長変換部材
６０ 筐体
６０Ａ 底部
６０Ｂ 側部
６０ａ 第１の平面
６０ｂ 第２の平面
６０ｃ 側面
６２ 反射膜
６３ 反射板
１０１ 発光装置
１０２ 発光モジュール
１０３ 集積型発光装置
１０４ バックライト

Claims (11)

  1. 導体配線を有する基体と、
    前記導体配線に電気的に接続するように前記基体に配置された発光素子と、
    前記発光素子の上面に設けられた誘電体多層膜と、
    を備え、
    前記誘電体多層膜の垂直入射時の反射波長帯域は、前記発光素子の発光ピーク波長を含み、前記発光ピーク波長よりも長波長側が短波長側より広く、
    前記発光素子の発光ピーク波長領域における前記分光反射率は７０％以上９５％以下であり、
    前記誘電体多層膜は、前記発光素子の発光ピーク波長領域における分光反射率に対して、前記発光素子の発光ピーク波長領域よりも５０ｎｍ長波長側の領域における分光反射率が、１０％以上大きい、
    発光装置。
  2. 前記発光装置が出射する光の全光量の２５％以上が、前記基体の上面に対して２０゜未満の仰角で出射される請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記発光素子および前記誘電体多層膜を被覆する封止部材をさらに備え、
    前記封止部材の幅Ｗに対する高さＨの比Ｈ／Ｗが０．５より小さい請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記発光装置が出射する光の全光量の４０％以上が、前記基体の上面に対して２０゜未満の仰角で出射される請求項３に記載の発光装置。
  5. 前記封止部材の幅Ｗに対する高さＨの比Ｈ／Ｗが０．３以下である請求項４に記載の発光装置。
  6. 前記発光素子は前記基体にフリップチップ実装されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
  7. 複数の、請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置と、
    前記複数の発光装置間にそれぞれ配置された複数の光反射部材と、
    を備えた集積型発光装置。
  8. 前記光反射部材の高さが、前記発光装置間の距離の０．３倍以下である請求項７に記載の集積型発光装置。
  9. 前記光反射部材の高さが、前記発光装置間の距離の０．２倍以下である請求項７に記載の集積型発光装置。
  10. 請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置と、
    前記発光装置の光取り出し面側に位置し、前記発光素子の光の一部を吸収し、前記発光素子の発光波長と異なる波長の光を出射する波長変換部材と、
    を備えた発光モジュール。
  11. 請求項７または８に記載の集積型発光装置と、
    前記発光装置の光取り出し面側に位置し、前記発光素子の光の一部を吸収し、前記発光素子の発光波長と異なる波長の光を出射する波長変換部材と、
    を備えた発光モジュール。
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