KR20130099912A - 파장 변환 소자, 광원 및 액정용 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

광원 사용 중에 파장 변환 소자가 파손되거나, 파장 변환 소자를 구비하는 광원으로부터 출사되는 광의 강도가 저하되는 것을 억제할 수 있는 파장 변환 소자를 제공한다. 파장 변환 소자 (20) 는 파장 변환 기판 (21) 과 반사층 (24) 을 구비하고 있다. 파장 변환 기판 (21) 은 여기광 (L0) 이 입사했을 때에, 여기광 (L0) 의 일부를 흡수하고, 여기광 (L0) 과는 파장이 상이한 광을 발한다. 반사층 (24) 은 파장 변환 기판 (21) 의 일방의 표면 (21b) 상에 배치되어 있다. 반사층 (24) 은 금속 또는 합금으로 이루어진다.

Description

파장 변환 소자, 광원 및 액정용 백라이트 유닛{WAVELENGTH CONVERSION ELEMENT, LIGHT SOURCE, AND BACKLIGHT UNIT FOR LIQUID CRYSTALS}

본 발명은 파장 변환 소자, 그것을 구비하는 광원 및 액정용 백라이트 유닛에 관한 것이다.

최근, 예를 들어 액정 디스플레이의 백라이트 등의 용도에 사용되는 백색 광원의 개발이 활발히 실시되고 있다. 그러한 백색 광원의 일례로서, 예를 들어 하기의 특허문헌 1 에는 청색광을 출사하는 LED (Light Emitting Diode) 의 광 출사측에 LED 로부터의 광의 일부를 흡수하고, 황색의 광을 출사하는 파장 변환 부재를 배치한 광원이 개시되어 있다. 이 광원으로부터는, LED 로부터 출사되어 파장 변환 부재를 투과한 청색광과, 파장 변환 부재로부터 출사된 황색광의 합성광인 백색광이 출사된다.

일본 공개특허공보 2005-209852호

그러나, 본 발명자들이 예의 연구한 결과, LED 를 복수 배치한 광원 등의 경우, 광원 사용 중에 있어서, 파장 변환 소자가 파손되거나 시간 경과적으로 출사되는 광의 강도가 저하된다는 문제가 있다는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 실시된 것으로, 그 목적은 광원 사용 중에 파장 변환 소자가 파손되거나, 파장 변환 소자를 구비하는 광원으로부터 출사되는 광의 강도가 저하되는 것을 억제할 수 있는 파장 변환 소자를 제공하는 데에 있다.

본 발명에 관련된 파장 변환 소자는 파장 변환 기판과 반사층을 구비하고 있다. 파장 변환 기판은 여기광이 입사됐을 때에, 여기광의 일부를 흡수하고 상기 여기광과는 파장이 상이한 광을 발한다. 반사층은 파장 변환 기판의 일방의 표면 상에 배치되어 있다. 반사층은 금속 또는 합금으로 이루어진다.

또한, 본 발명에 있어서, 「기판」에는 시트상 또는 필름상의 부재가 포함되는 것으로 한다.

본 발명에 관련된 파장 변환 소자는, 파장 변환 기판의 타방의 표면 상에 형성되어 있고, 파장 변환 기판의 타방의 표면으로부터 입사하려고 하는 광의 반사를 억제하는 반사 억제층을 추가로 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 파장 변환 소자에서는, 반사 억제층은 굴절률이 상대적으로 낮은 저굴절률층과 굴절률이 상대적으로 높은 고굴절률층이 교대로 적층된 적층체로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 파장 변환 소자에서는, 반사층은 Ag, Al, Au, Pd 및 Ti 로 이루어지는 군에서 선택된 금속 또는 Ag, Al, Au, Pd 및 Ti 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 금속을 함유하는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 파장 변환 소자는, 반사층과 파장 변환 기판 사이에 형성되어 있고, 반사층과 파장 변환 기판의 밀착 강도를 높이는 밀착층을 추가로 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 파장 변환 소자에서는, 밀착층은 산화알루미늄, 산화크롬, 산화구리, 티탄, 크롬 또는 크롬을 함유하는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 파장 변환 소자는, 반사층 상에 형성되어 있는 땜납 고정층을 추가로 구비하고 있는 것이 바람직하다.

땜납 고정층은 Au 또는 Au 를 함유하는 합금, Sn 또는 Sn 을 함유하는 합금, In 또는 In 을 함유하는 합금, Pb 또는 Pb 를 함유하는 합금, Al 또는 Al 을 함유하는 합금, 혹은, Ag 또는 Ag 를 함유하는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 파장 변환 소자는, 땜납 고정층과 반사층 사이에 형성되어 있고, Ni, NiCr 합금, Pt 또는 Pd 로 이루어지는 배리어층을 추가로 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 파장 변환 소자에서는, 파장 변환 기판은 무기 형광체 분말이 분산되어 있는 유리 또는 세라믹스로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 광원은 상기 본 발명에 관련된 파장 변환 소자와, 파장 변환 기판의 타방의 표면에 대하여 여기광을 출사하는 발광 소자를 구비하고 있다.

본 발명에 관련된 광원에서는, 발광 소자는 반도체 발광 소자로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 광원에서는, 파장 변환 소자는, 반사층 상에 형성되어 있고, Au 또는 Au 를 함유하는 합금, 혹은 Sn 또는 Sn 을 함유하는 합금으로 이루어지는 땜납 고정층을 추가로 갖는 것이 바람직하다. 그 경우에 있어서, 본 발명에 관련된 광원은 케이스와, 케이스와 파장 변환 기판의 땜납 고정층을 접합시키고 있는 땜납층을 추가로 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련된 액정용 백라이트 유닛은 상기 본 발명에 관련된 광원과 도광체를 갖는다. 도광체는 주면과 측면을 갖는다. 도광체는 파장 변환 소자로부터의 광을 측면에서 수광하고, 주면으로부터 면상광으로서 출사된다.

본 발명에 의하면, 광원 사용 중에 있어서 파장 변환 소자의 파손이나 파장 변환 소자를 구비하는 광원으로부터 출사되는 광의 강도 저하를 억제할 수 있는 파장 변환 소자를 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명을 실시한 일 실시형태에 관련된 광원의 모식도이다.
도 2 는, 본 발명을 실시한 일 실시형태에서의 파장 변환 소자의 약도적 단면도이다.
도 3 은, 반사 억제층의 약도적 단면도이다.
도 4 는, 변형예에 관련된 광원의 모식도이다.
도 5 는, 제 2 실시형태에 관련된 액정용 백라이트 유닛의 모식도이다.
도 6 은, 제 3 실시형태에 관련된 액정용 백라이트 유닛의 모식도이다.
도 7 은, 제 4 실시형태에 관련된 액정용 백라이트 유닛의 모식도이다.

이하에서는 본 발명을 실시한 바람직한 형태에 대하여 도 1 에 나타내는 광원 (1) 을 예로 들어 설명한다. 단, 광원 (1) 및 광원 (1) 에 포함되는 파장 변환 소자 (20) 는 간단한 예시이다. 본 발명에 관련된 광원 및 파장 변환 소자는 광원 (1) 및 파장 변환 소자 (20) 에 조금도 한정되지 않는다.

도 1 은 본 실시형태에 관련된 광원의 모식도이다. 도 2 는 본 실시형태에서의 파장 변환 소자의 약도적 단면도이다. 도 3 은 본 실시형태에서의 반사 억제층의 약도적 단면도이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 광원 (1) 은 발광 소자 (10) 와, 파장 변환 소자 (20) 와, 다이크로익 미러 (11) 와, 케이스 (12) 를 구비하고 있다. 발광 소자 (10), 다이크로익 미러 (11) 및 파장 변환 소자 (20) 는 케이스 (12) 의 내부에 수납되어 고정되어 있다. 케이스 (12) 는 발광 소자 (10), 다이크로익 미러 (11) 및 파장 변환 소자 (20) 를 유지할 수 있는 것인 한에서 특별히 한정되지 않는다. 케이스 (12) 는, 예를 들어 수지나 금속, 합금으로 형성될 수 있다. 그 중에서도, 케이스 (12) 는 금속이나 합금 등의 열전도율이 높은 재료로 이루어지는 것인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 케이스 (12) 는, 예를 들어 철, 알루미늄, 구리 등의 금속이나, 스테인리스 등의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

발광 소자 (10) 는 파장 변환 소자 (20) 를 향하여 파장 변환 소자 (20) 의 여기광을 출사한다. 발광 소자 (10) 는 여기광을 출사할 수 있는 것인 한에서 특별히 한정되지 않는다. 발광 소자 (10) 는, 예를 들어 LED (Light Emitting Diode), 레이저 발광 소자, EL (Electro Luminescent) 발광 소자, 플라즈마 발광 소자 등으로 구성될 수 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 파장 변환 소자 (20) 는 파장 변환 기판 (21)을 구비하고 있다. 파장 변환 기판 (21) 은 제 1 및 제 2 주면 (21a, 21b) 을 갖는다. 파장 변환 기판 (21) 은 제 1 주면 (21a) 이 발광 소자 (10) (도 1 참조) 측을 향하고, 발광 소자 (10) 로부터 출사된 여기광 (L0) 이 제 1 주면 (21a) 에 입사되도록 배치되어 있다.

파장 변환 기판 (21) 은, 여기광 (L0) 을 흡수하고, 흡수한 여기광과는 파장이 상이한 광을 출사하는 형광체를 포함한다. 구체적으로는, 본 실시형태에서는, 파장 변환 기판 (21) 은 무기 형광체 분말이 분산되어 있는 유리로 이루어진다. 이 때문에, 파장 변환 기판 (21) 은 여기광 (L0) 의 일부를 흡수하고, 흡수한 여기광과는 파장이 상이한 광을 출사한다. 무기 형광체 분말 및 유리는 높은 내열성을 갖기 때문에, 무기 형광체 분말이 분산되어 있는 유리에 의해 파장 변환 기판 (21) 을 형성함으로써, 파장 변환 기판 (21) 의 높은 내열성을 실현할 수 있다.

파장 변환 기판 (21) 의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5 ㎜ ∼ 3.0 ㎜ 정도로 할 수 있다. 파장 변환 기판 (21) 이 지나치게 두꺼우면, 여기광 (L0) 중 파장 변환 기판 (21) 에 의해 흡수되는 광의 비율이 높아지고, 반사광 (L2) 의 강도가 지나치게 낮아지는 경우가 있다. 한편, 파장 변환 기판 (21) 이 지나치게 얇으면, 형광 (L1) 의 강도가 지나치게 낮아지는 경우가 있다.

또한, 무기 형광체 분말은 광원 (1) 으로부터 출사시키려고 하는 광 (L3) 의 파장이나, 발광 소자 (10) 로부터 출사되는 여기광 (L0) 의 파장 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 무기 형광체 분말은, 예를 들어 산화물 무기 형광체, 질화물 무기 형광체, 산질화물 무기 형광체, 황화물 무기 형광체, 산황화물 무기 형광체, 희토류 황화물 무기 형광체, 알루민산 염화물 무기 형광체 및 할로인산 염화물 무기 형광체에서 선택된 1 종 이상으로 이루어지는 것으로 할 수 있다.

파장 300 ∼ 440 ㎚ 인 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면 청색의 가시광 (파장이 440 ㎚ ∼ 480 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체 분말로는, Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺, (Sr,Ba)MgAl₁₀O₁₇:Eu^{2 +}, (Sr,Ba)₃MgSi₂O₈:Eu^{2 +} 등을 들 수 있다.

파장 300 ∼ 440 ㎚ 인 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면 녹색의 가시광 (파장이 500 ㎚ ∼ 540 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체 분말로는, SrAl₂O₄:Eu²⁺, SrGa₂S₄:Eu^{2 +}, SrBaSiO₄:Eu^{2 +}, CdS:In, CaS:Ce^{3 +}, Y₃(Al,Gd)₅O₁₂:Ce^{2 +}, Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce³⁺, SrSiOn:Eu^{2 +}, ZnS:Al^{3 +},Cu⁺, CaS:Sn^{2 +}, CaS:Sn^{2 +},F, CaSO₄:Ce³⁺,Mn²⁺, LiAlO₂:Mn^{2 +}, BaMgAl₁₀O₁₇:Eu^{2 +},Mn^{2 +}, ZnS:Cu⁺,Cl^-, Ca₃WO₆:U, Ca₃SiO₄Cl₂:Eu²⁺, Sr_{0 .2}Ba_{0 .7}Cl_{1 .1}Al₂O_{3 .45}:Ce^{3 +},Mn^{2 +}, Ba₂MgSi₂O₇:Eu^{2 +}, Ba₂SiO₄:Eu^{2 +}, Ba₂Li₂Si₂O₇:Eu²⁺, ZnO:S, ZnO:Zn, Ca₂Ba₃(PO₄)₃Cl:Eu^{2 +}, BaAl₂O₄:Eu^{2 +} 등을 들 수 있다.

파장 440 ∼ 480 ㎚ 인 청색의 여기광을 조사하면 녹색의 가시광 (파장이 500 ㎚ ∼ 540 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체 분말로는, SrAl₂O₄:Eu^{2 +}, SrGa₂S₄:Eu²⁺, SrBaSiO₄:Eu^{2 +}, CdS:In, CaS:Ce^{3 +}, Y₃(Al,Gd)₅O₁₂:Ce^{2 +}, Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce³⁺, SrSiOn:Eu^{2 +} 등을 들 수 있다.

파장 300 ∼ 440 ㎚ 인 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면 황색의 가시광 (파장이 540 ㎚ ∼ 595 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체 분말로는, ZnS:Eu²⁺, Ba₅(PO₄)₃Cl:U, Sr₃WO₆:U, CaGa₂S₄:Eu^{2 +}, SrSO₄:Eu^{2 +},Mn^{2 +}, ZnS:P, ZnS:P^{3 -},Cl^-, ZnS:Mn^{2 +} 등을 들 수 있다.

파장 440 ∼ 480 ㎚ 인 청색의 여기광을 조사하면 황색의 가시광 (파장이 540 ㎚ ∼ 595 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체 분말로는, Y₃(Al,Gd)₅O₁₂:Ce²⁺, Ba₅(PO₄)₃Cl:U, CaGa₂S₄:Eu^{2 +}, Sr₂SiO₄:Eu^{2 +} 를 들 수 있다.

파장 300 ∼ 440 ㎚ 인 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면 적색의 가시광 (파장이 600 ㎚ ∼ 700 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체 분말로는, CaS:Yb^{2 +},Cl, Gd₃Ga₄O₁₂:Cr³⁺, CaGa₂S₄:Mn^{2 +}, Na(Mg,Mn)₂LiSi₄O₁₀F₂:Mn, ZnS:Sn^{2 +}, Y₃Al₅O₁₂:Cr^{3 +}, SrB₈O₁₃:Sm²⁺, MgSr₃Si₂O₈:Eu^{2 +},Mn^{2 +}, α-SrO·3B₂O₃:Sm^{2 +}, ZnS-CdS, ZnSe:Cu⁺,Cl, ZnGa₂S₄:Mn^{2 +}, ZnO:Bi^{3 +}, BaS:Au,K, ZnS:Pb^{2 +}, ZnS:Sn^{2 +},Li⁺, ZnS:Pb,Cu, CaTiO₃:Pr^{3 +}, CaTiO₃:Eu^{3 +}, Y₂O₃:Eu^{3 +}, (Y, Gd)₂O₃:Eu^{3 +}, CaS:Pb^{2 +},Mn^{2 +}, YPO₄:Eu^{3 +}, Ca₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Mn²⁺, Y(P, V)O₄:Eu^{3 +}, Y₂O₂S:Eu^{3 +}, SrAl₄O₇:Eu^{3 +}, CaYAlO₄:Eu^{3 +}, LaO₂S:Eu^{3 +}, LiW₂O₈:Eu^{3 +},Sm^{3 +}, (Sr,Ca,Ba,Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu^{2 +},Mn^{2 +}, Ba₃MgSi₂O₈:Eu²⁺,Mn²⁺ 등을 들 수 있다.

파장 440 ∼ 480 ㎚ 인 청색의 여기광을 조사하면 적색의 가시광 (파장이 600 ㎚ ∼ 700 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체 분말로는, ZnS:Mn²⁺,Te²⁺, Mg₂TiO₄:Mn^{4 +}, K₂SiF₆:Mn^{4 +}, SrS:Eu^{2 +}, CaS:Eu^{2 +}, Na_1.23K_0.42Eu_0.12TiSi₄O₁₁, Na_{1 .23}K_{0 .42}Eu_{0 .12}TiSi₅O₁₃:Eu^{3 +}, CdS:In,Te, CaAlSiN₃:Eu^{2 +}, CaSiN₃:Eu^{2 +}, (Ca,Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺, Eu₂W₂O₇ 등을 들 수 있다.

여기광이나 발광의 파장역에 맞추어, 복수의 무기 형광체 분말을 혼합하여 사용해도 된다. 예를 들어, 자외역의 여기광을 조사하여 백색광을 얻는 경우에는 청색, 녹색, 적색의 형광을 발하는 무기 형광체 분말을 혼합하여 사용하면 된다.

무기 형광체 분말의 분산매는 특별히 한정되지 않는다. 분산매로는, 예를 들어 유리, 세라믹스, 수지 등을 들 수 있다.

분산매로서의 유리는 무기 형광체 분말을 안정적으로 유지할 수 있는 것인 한에서 특별히 한정되지 않는다. 분산매로서 사용할 수 있는 유리의 구체예로는, 예를 들어 규산염계 유리, 붕산염계 유리, SiO₂-B₂O₃-RO 계 유리 (R 은 Mg, Ca, Sr 및 Ba 중 적어도 1 종) 등의 붕규산염계 유리, SnO-P₂O₅ 계 유리 등의 인산염계 유리, 붕인산염계 유리 등을 들 수 있다. 그 중에서도, SiO₂-B₂O₃-RO 계 유리나 SnO-P₂O₅ 계 유리가 바람직하게 사용된다.

분산매로서의 세라믹스의 구체예로는, 예를 들어 알루미나, 지르코니아, 티탄산바륨, 질화규소, 질화티탄 등의 금속 질화물 등을 들 수 있다.

파장 변환 기판 (21) 에서의 무기 형광체 분말의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.01 질량％ ∼ 95 질량％ 인 것이 바람직하고, 10 질량％ ∼ 90 질량％ 인 것이 보다 바람직하며, 50 질량％ ∼ 90 질량％ 인 것이 특히 바람직하다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 파장 변환 기판의, 발광 소자 (10) 와는 반대측인 제 2 주면 (21b) 상에는 금속 또는 합금으로 이루어지는 반사층 (24) 이 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 여기광 (L0) 중 파장 변환 기판 (21) 에 의해 흡수되지 않았던 광이나, 파장 변환 기판 (21) 에 있어서 발생된 형광 중 반사층 (24) 측에 출사된 광은, 반사층 (24) 에 의해 발광 소자 (10) 측으로 반사된다. 따라서, 여기광 (L0) 이 파장 변환 기판 (21) 에 입사되면, 여기광 (L0) 을 흡수한 무기 형광체 분말이 발하는 형광 (L1) 과 여기광 (L0) 의 반사광 (L2) 이 파장 변환 기판 (21) 의 제 1 주면 (21a) 으로부터 발광 소자 (10) 측을 향하여 출사된다. 따라서, 도 1 에 나타내는 파장 변환 기판 (21) 으로부터 발광 소자 (10) 측에 출사되는 광 (L3) 은 형광 (L1) 과 반사광 (L2) 의 합성광이 된다. 따라서, 발광 소자 (10) 로서 청색광을 출사하는 LED 를 사용하여, 청색광을 흡수하고, 황색광을 발광하는 파장 변환 소자 (20) 를 사용함으로써, 예를 들어 액정 디스플레이의 광원으로서 유용한 백색광 광원 (1) 을 실현할 수 있다. 또한, 합성광 (L3) 은 다이크로익 미러 (11) 에 의해 반사됨으로써, 발광 소자 (10) 와는 상이한 방향으로 취출된다.

반사층 (24) 의 재질은 여기광 (L0) 을 반사할 수 있는 금속 또는 합금이면 특별히 한정되지 않는다. 반사층 (24) 의 형성에 바람직하게 사용되는 금속 및 합금으로는, 예를 들어 Ag, Al, Au, Pd 및 Ti 로 이루어지는 군에서 선택된 금속이나, Ag-Pd 합금 등의, 이들 금속 중 적어도 1 종의 금속을 함유하는 합금을 들 수 있다. 그 중에서도, 반사층 (24) 은 Ag 나 Al 등의 금속 또는 Ag 및 Al 중 적어도 1 종을 함유하는 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 그 경우, 반사층 (24) 의 광 반사율이 높아져 광원 (1) 으로부터 출사되는 합성광 (L3) 의 강도를 높일 수 있다. 이하, 본 실시형태에서는 반사층 (24) 이 Ag 에 의해 형성되어 있는 예에 대하여 설명한다.

또한, 반사층 (24) 의 두께는 여기광 (L0) 을 바람직하게 반사할 수 있는 두께인 한에서 특별히 한정되지 않는다. 반사층 (24) 의 두께는, 예를 들어 100 ㎚ ∼ 300 ㎚ 정도로 할 수 있다. 반사층 (24) 의 두께가 지나치게 얇으면, 여기광 (L0) 의 반사율이 지나치게 낮아지는 경우가 있다. 한편, 반사층 (24) 의 두께가 지나치게 두꺼우면, 막응력의 증가나 표면 산란의 영향이 발생되는 경우가 있다.

한편, 파장 변환 기판 (21) 의 제 1 주면 (21a) 상에는 반사 억제층 (22) 이 형성되어 있다. 이 반사 억제층 (22) 의 막두께를 조정함으로써, 제 1 주면 (21a) 으로부터 입사하려고 하는 여기광 (L0) 의 제 1 주면 (21a) 에서의 반사가 억제된다. 또, 형광 (L1) 이나 반사광 (L2) 의 제 1 주면 (21a) 에서의 반사도 억제된다. 그 결과, 여기광 (L0) 의 이용 효율을 높일 수 있고, 합성광 (L3) 의 강도를 높일 수 있다.

반사 억제층 (22) 은 제 1 주면 (21a) 에서의 여기광 (L0) 의 반사를 억제할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 반사 억제층 (22) 은, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같이, 저굴절률층 (22L) 과 고굴절률층 (22H) 이 교대로 적층된 적층체로 구성할 수 있다. 여기서, 저굴절률층 (22L) 은 상대적으로 굴절률이 낮은 층이다. 저굴절률층 (22L) 은, 예를 들어 산화규소, 불화마그네슘 등에 의해 형성할 수 있다. 고굴절률층 (22H) 은 상대적으로 굴절률이 높은 층이다. 고굴절률층 (22H) 은, 예를 들어 산화탄탈, 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 산화니오브, 산화티탄, 산화하프늄 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 고굴절률층 (22H) 의 굴절률과 저굴절률층 (22L) 의 굴절률은 0.1 이상 상이한 것이 바람직하다. 저굴절률층 (22L) 과 고굴절률층 (22H) 의 총수는 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 2 ∼ 50 정도인 것이 바람직하고, 4 ∼ 20 정도인 것이 보다 바람직하며, 4 ∼ 10 정도인 것이 더욱 바람직하다. 저굴절률층 (22L) 과 고굴절률층 (22H) 의 총수가 지나치게 적으면, 반사 억제 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 저굴절률층 (22L) 과 고굴절률층 (22H) 의 총수가 지나치게 많으면, 막응력이 커져, 쉽게 벗겨지는 경우가 있다. 또, 저굴절률층 (22L) 과 고굴절률층 (22H) 의 형성에 필요로 하는 시간이 지나치게 길어지는 경우가 있다.

저굴절률층 (22L) 과 고굴절률층 (22H) 각각의 두께는 반사를 억제하고자 하는 파장에 따라 적절히 설정할 수 있다. 저굴절률층 (22L) 과 고굴절률층 (22H) 각각의 두께는, 예를 들어 10 ㎚ ∼ 200 ㎚ 정도로 할 수 있다.

반사층 (24) 과 파장 변환 기판 (21) 사이에는 밀착층 (23) 이 형성되어 있다. 밀착층 (23) 은, 반사층 (24) 과의 밀착 강도가 반사층 (24) 과 파장 변환 기판 (21) 의 밀착 강도보다 높고, 또한 파장 변환 기판 (21) 과의 밀착 강도가 반사층 (24) 과 파장 변환 기판 (21) 의 밀착 강도보다 높은 층이다. 따라서, 이 밀착층 (23) 에 의해, 반사층 (24) 과 파장 변환 기판 (21) 의 밀착 강도가 높아져 있다. 밀착층 (23) 은 반사층 (24) 과 파장 변환 기판 (21) 의 밀착 강도를 향상 가능한 것인 한에서 특별히 한정되지 않는다. 밀착층 (23) 은, 예를 들어 산화알루미늄, 산화크롬, 산화구리, 티탄, 크롬, 크롬을 함유하는 합금 등으로 형성할 수 있다. 크롬을 함유하는 합금의 구체예로는 NiCr 합금을 들 수 있다.

또한, 밀착층 (23) 이 산화알루미늄, 산화크롬, 산화구리 등의 산화물로 이루어지는 경우에는, 밀착층 (23) 의 두께는, 예를 들어 5 ㎚ ∼ 500 ㎚ 정도로 할 수 있다. 밀착층 (23) 이 지나치게 얇으면 밀착 강도의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 밀착층 (23) 이 지나치게 두꺼우면 막응력의 증가에 의해 벗겨짐이 발생되는 경우가 있다. 특히, 산화크롬, 산화구리의 경우에는 밀착층 (23) 이 지나치게 두꺼우면 밀착층 (23) 에 의한 광 흡수가 지나치게 커져 반사광의 강도가 저하되는 경우가 있다.

밀착층 (23) 이 티탄, 크롬, 크롬을 함유하는 합금 등의 금속이나 합금으로 이루어지는 경우에는 밀착층 (23) 의 두께는, 예를 들어 10 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 밀착층 (23) 이 지나치게 두꺼우면 밀착층 (23) 에 의한 광 흡수가 지나치게 커져 반사광의 강도가 저하되는 경우가 있다. 한편, 밀착층 (23) 이 지나치게 얇으면 밀착 강도의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 밀착층 (23) 이 티탄, 크롬, 크롬을 함유하는 합금 등의 금속이나 합금으로 이루어지는 경우에는 밀착층 (23) 의 두께는, 예를 들어 0.1 ㎚ 이상인 것이 바람직하다.

또, 밀착 강도가 높은 Al 을 반사층 (24) 으로서 사용하는 경우에는 반사층 (Al) 과 파장 변환 기판 (21) 사이에는 밀착층 (23) 을 형성하지 않아도 된다.

반사층 (24) 상에는, 배리어층 (25) 을 개재하여, Au 또는 Au 를 함유하는 합금, 혹은 Sn 또는 Sn 을 함유하는 합금으로 이루어지고, 땜납 젖음성이 높은 땜납 고정층 (26) 이 적층되어 있다. 그리고, 땜납 고정층 (26) 이 Sn 합금 등의 각종 땜납에 의해 형성되어 있는 땜납층 (13) 에 의해 케이스 (12) 에 접합되어 있다. 여기서 땜납 고정층 (26) 은 땜납층 (13) 에 의한 접합 강도를 높이기 위한 층이다. 땜납 고정층 (26) 의 두께는, 예를 들어 100 ㎚ ∼ 500 ㎚ 정도로 할 수 있다. 땜납 고정층 (26) 의 두께가 지나치게 얇으면 젖음성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 땜납 고정층 (26) 의 두께가 지나치게 두꺼우면 생산성이 저하되는 경우가 있다.

배리어층 (25) 은 Ni, NiCr 합금으로 이루어지는 NiCr 합금층, Pt 로 이루어지는 Pt 층, 또는 Pd 로 이루어지는 Pd 층으로 구성되어 있다. 이 배리어층 (25) 에 의해, 땜납에 의해 접합시에 땜납에 의해 반사층 (24) 이 손상되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 배리어층 (25) 의 두께는, 예를 들어 100 ㎚ ∼ 2000 ㎚ 정도로 할 수 있다. 배리어층 (25) 의 두께가 지나치게 얇으면 배리어 효과가 충분히 얻어지지 않고, 반사층 (24) 이 손상되는 경우가 있다. 한편, 배리어층 (25) 의 두께가 지나치게 두꺼우면, 막응력에 의해 땜납 고정층 (26) 에 균열이 생기는 경우가 있다.

또한, 배리어층 (25) 을 NiCr 합금으로 형성하는 경우, Ni 과 Cr 의 몰비 (Ni/Cr) 는 50 이상 100 미만으로 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는 금속 또는 합금으로 이루어지는 반사층 (24) 이 형성되어 있다. 이 때문에, 이하의 실시예 및 비교예에 의해서도 뒷받침되는 바와 같이, 광원 (1) 의 사용 중에서의 합성광 (L3) 의 강도 저하를 효과적으로 억제할 수 있다. 이 효과가 얻어지는 이유는 금속 또는 합금으로 이루어지고, 열전도율이 높은 반사층 (24) 을 제 2 주면 상에 형성함으로써, 파장 변환 기판 (21) 의 온도 상승에 수반하는 열소광이 억제되었기 때문이라고 생각된다. 특히, 본 실시형태에서는, 반사층 (24) 상에 금속 또는 합금으로 이루어지고, 열전도율이 높은 배리어층 (25) 이나 땜납 고정층 (26) 및 땜납층 (13) 이 형성되어 있다. 이 때문에, 방열성이 더욱 높아져 파장 변환 기판 (21) 의 온도 상승에 수반하는 열소광이 더욱 효과적으로 억제된 것이라고 생각된다.

또, 열소광의 더욱 효과적인 억제를 도모하는 관점에서는, 케이스 (12) 는 금속이나 합금 등의 열전도율이 높은 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 땜납층 (13) 을 대신하여, 예를 들어 무기 접착제의 경화물로 이루어지는 무기 접착층을 형성해도 된다. 이 경우에는 배리어층 (25) 및 땜납 고정층 (26) 을 반드시 형성할 필요는 없다.

이 본 실시형태의 효과는 발광 소자 (10) 의 종류에 관계없이 얻어지는 것이라고 생각되는데, 고출력의 LED 나 레이저 소자 등의 발열되기 쉬운 반도체 발광 소자 (10) 가 사용되고 있어, 파장 변환 기판 (21) 의 온도가 상승하기 쉬운 경우에 더욱 현저하게 나타나는 것이라고 생각된다.

또한, 이 파장 변환 기판 (21) 의 제 2 주면 (21b) 상에 금속 또는 합금으로 이루어지고, 광 투과율이 낮은 반사층 (24) 을 형성하는 것은, 파장 변환 소자 (20) 를 투과형이 아닌 반사형으로 함으로써 처음으로 실현되는 것이다.

상기 실시형태에서는 파장 변환 기판 (21) 이 유리 및 무기 형광체 분말이라는 무기 재료로 이루어지는 경우에 대하여 설명하였다. 단, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 유기 재료로 이루어지는 형광체 분말을 사용해도 되고, 형광체 분말의 분산매를 세라믹스나 유기 수지로 해도 된다.

상기 실시형태에서는 다이크로익 미러 (11) 를 사용하여 합성광 (L3) 을 취출하는 예에 대하여 설명하였다. 단, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 발광 소자 (10) 를 파장 변환 기판 (21) 에 대하여 여기광 (L0) 이 비스듬히 입사되도록 배치하고, 다이크로익 미러 (11) 를 사용하지 않고 광원을 구성해도 된다.

이하에서는, 본 발명을 실시한 바람직한 형태의 다른 예나 변형예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 상기 실시형태와 실질적으로 공통의 기능을 갖는 부재를 공통의 부호로 참조하고, 설명을 생략한다.

(변형예)

도 4 는 본 변형예에 관련된 광원의 모식도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 변형예에서는 케이스 (12) 의 표면 (12a) 에 오목부 (12b) 가 형성되어 있다. 파장 변환 소자 (20) 는 그 오목부 (12b) 내에 배치되어 있다. 파장 변환 소자 (20) 의 표면 (20a) 은 케이스 (12) 의 표면 (12a) 과 면일 (面一) 하다. 따라서, 본 변형예에서는 파장 변환 소자 (20) 의 측면이 케이스 (12) 에 의해 덮여 있다. 이 때문에, 파장 변환 소자 (20) 의 측면으로부터의 광의 출사가 억제되어 있다. 이에, 파장 변환 소자 (20) 의 표면 (20a) 으로부터 출사되는 광의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 출사광 (L3) 의 강도를 높일 수 있다.

(제 2 실시형태)

도 5 는 제 2 실시형태에 관련된 액정용 백라이트 유닛의 모식도이다. 본 실시형태의 액정용 백라이트 유닛 (2) 은 액정 표시 장치의 백라이트 유닛으로서 사용되는 것이다.

액정용 백라이트 유닛 (2) 은 광원 (1a) 과 도광체 (30) 를 구비하고 있다. 광원 (1a) 은 발광 소자 (10) 와, 다이크로익 미러 (11) 와, 땜납층 (13) 에 의해 케이스 (12) 에 장착된 파장 변환 소자 (20) 를 갖는다. 광원 (10) 으로부터 출사된 여기광 (L0) 은 다이크로익 미러 (11) 에 의해 파장 변환 소자 (20) 로 유도된다. 한편, 형광과 반사광의 합성광인 광 (L3) 은 다이크로익 미러 (11) 를 투과한다. 다이크로익 미러 (11) 를 투과한 광 (L3) 은 도광체 (30) 의 측면 (30a) 으로부터 입사된다. 도광체 (30) 에 입사된 광은 도광체 (30) 내를 도광하고, 주면 (30b) 으로부터 면상광 (L4) 으로서 출사된다.

본 실시형태에 있어서도, 금속 또는 합금으로 이루어지는 반사층이 형성되어 있다. 이 때문에, 액정용 백라이트 유닛 (2) 의 사용 중에서의 합성광 (L3) 의 강도 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.

(제 3 및 제 4 실시형태)

도 6 은 제 3 실시형태에 관련된 액정용 백라이트 유닛의 모식도이다. 도 7 은 제 4 실시형태에 관련된 액정용 백라이트 유닛의 모식도이다.

제 3 및 제 4 실시형태의 액정용 백라이트 유닛 (2a, 2b) 은 상기 제 2 실시형태의 액정용 백라이트 유닛 (2) 과 광원의 구성에 있어서만 상이하다. 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 3 및 제 4 실시형태에 있어서 사용되고 있는 광원 (1b, 1c) 은 다이크로익 미러 (11) 를 갖지 않는다. 제 3 및 제 4 실시형태에 있어서는 발광 소자 (10) 로부터의 출사광 (L0) 이 직접 파장 변환 소자 (20) 에 입사되고, 파장 변환 소자 (20) 로부터 출사된 광 (L3) 이 도광체 (30) 의 측면 (30a) 에 직접 입사되도록 발광 소자 (10) 및 파장 변환 소자 (20) 가 배치되어 있다.

이하에서는, 본 발명에 대하여 구체적인 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

(실시예)

먼저, 붕규산계 유리로 이루어지는 유리 분말 85 질량％ 에 대하여, CaS:Ce³⁺ 의 형광체 분말 15 질량％ 를 첨가하고 혼합한 후, 소성하여 두께 0.2 ㎜ 인 파장 변환 기판을 제작하였다.

다음으로, 제작한 파장 변환 기판의 일방의 표면에 저굴절률층이 산화규소 로 이루어지고, 고굴절률층이 산화탄탈로 이루어지는 두께 250 ㎚ 인 반사 억제층을 형성하였다.

또한, 반사 억제층을 형성한 반대측의 표면에 두께가 134 ㎚ 가 되도록 산화알루미늄의 밀착층을 형성한 후, 밀착층 상에, 두께 200 ㎚ 가 되도록 Ag 로 이루어지는 반사층을 형성하였다. 계속해서 반사층 상에 두께 500 ㎚ 가 되도록 NiCr 합금으로 이루어지는 배리어층을 형성한 후, 배리어층 상에 두께 300 ㎚ 가 되도록 Au 로 이루어지는 땜납 고정층을 형성하여 파장 변환 소자 (반사형) 를 제작하였다.

제작한 파장 변환 소자와 금속으로 이루어지는 케이스를 땜납을 사용하여 접합한 후, 반사 억제층을 형성한 측의 표면에 광이 조사되도록 파장 변환 소자를 배치한 것을, 전류 30 ㎃ 로 조작한 레이저광 (파장 440 ㎚ ∼ 450 ㎚) 을 30 분간 연속 조사하고, 조사 개시 직후 및 조사 개시부터 30 분 후의 파장 변환 기판에서 변환되어 나오는 광의 강도를 측정하고, 시간 경과에 수반하는 발광의 강도 저하량을 평가하였다. 또, 육안으로 파손이 없는지를 확인하였다. 그 결과, 본 실시예에서의 파장 변환 소자의 발광의 강도 저하량은 15 ％ 로 작은 것이었다. 또, 파장 변환 소자 및 그 주변에 파손은 확인되지 않았다.

(비교예)

실시예와 동일한 방법으로 제작한 파장 변환 소자를 반사 억제층을 형성한 측의 표면에 광이 조사되도록 에폭시 수지를 사용하여 케이스와 접착한 후, 실시예와 동일한 평가를 실시하였다. 그 결과, 조사 개시부터 약 20 분 후에 파장 변환 소자에 파손이 발생되었다.

1, 1a ∼ 1c … 광원
2, 2a, 2b … 액정용 백라이트 유닛
10 … 발광 소자
11 … 다이크로익 미러
12 … 케이스
12a … 케이스의 표면
12b … 오목부
13 … 땜납층
20 … 파장 변환 소자
20a … 파장 변환 소자의 표면
21 … 파장 변환 기판
21a … 제 1 주면
21b … 제 2 주면
22 … 반사 억제층
22H … 고굴절률층
22L … 저굴절률층
23 … 밀착층
24 … 반사층
25 … 배리어층
26 … 땜납 고정층
30 … 도광체
30a … 도광체의 측면
30b … 도광체의 주면

Claims (14)

1. 여기광이 입사되었을 때에, 상기 여기광의 일부를 흡수하고 상기 여기광과는 파장이 상이한 광을 발하는 파장 변환 기판과,
   상기 파장 변환 기판의 일방의 표면 상에 배치되어 있고, 금속 또는 합금으로 이루어지는 반사층을 구비하는, 파장 변환 소자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 파장 변환 기판의 타방의 표면 상에 형성되어 있고, 상기 파장 변환 기판의 타방의 표면으로부터 입사하려고 하는 광의 반사를 억제하는 반사 억제층을 추가로 구비하는, 파장 변환 소자.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 반사 억제층은 굴절률이 상대적으로 낮은 저굴절률층과 굴절률이 상대적으로 높은 고굴절률층이 교대로 적층된 적층체로 형성되어 있는, 파장 변환 소자.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사층은 Ag, Al, Au, Pd 및 Ti 로 이루어지는 군에서 선택된 금속 또는 Ag, Al, Au, Pd 및 Ti 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 금속을 함유하는 합금으로 이루어지는, 파장 변환 소자.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사층과 상기 파장 변환 기판 사이에 형성되어 있고, 상기 반사층과 상기 파장 변환 기판의 밀착 강도를 높이는 밀착층을 추가로 구비하는, 파장 변환 소자.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 밀착층은 산화알루미늄, 산화크롬, 산화구리, 티탄, 크롬 또는 크롬을 함유하는 합금으로 이루어지는, 파장 변환 소자.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사층 상에 형성되어 있는 땜납 고정층을 추가로 구비하는, 파장 변환 소자.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 땜납 고정층은 Au 또는 Au 를 함유하는 합금, Sn 또는 Sn 을 함유하는 합금, In 또는 In 을 함유하는 합금, Pb 또는 Pb 를 함유하는 합금, Al 또는 Al 을 함유하는 합금, 혹은 Ag 또는 Ag 를 함유하는 합금으로 이루어지는, 파장 변환 소자.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 땜납 고정층과 상기 반사층 사이에 형성되어 있고 Ni, NiCr 합금, Pt 또는 Pd 로 이루어지는 배리어층을 추가로 구비하는, 파장 변환 소자.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장 변환 기판은 무기 형광체 분말이 분산되어 있는 유리 또는 세라믹스로 이루어지는, 파장 변환 소자.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 파장 변환 소자와,
    상기 파장 변환 기판의 타방의 표면에 대하여 상기 여기광을 출사하는 발광 소자를 구비하는, 광원.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 반도체 발광 소자로 구성되어 있는, 광원.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 파장 변환 소자는, 상기 반사층 상에 형성되어 있고, Au 또는 Au 를 함유하는 합금, 혹은 Sn 또는 Sn 을 함유하는 합금으로 이루어지는 땜납 고정층을 추가로 갖고,
    케이스와,
    상기 케이스와 상기 파장 변환 기판의 땜납 고정층을 접합시키고 있는 땜납층을 추가로 구비하는, 광원.
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 광원과,
    주면과 측면을 갖고, 상기 파장 변환 소자로부터의 광을 상기 측면에서 수광하고, 상기 주면으로부터 면상광을 출사하는 도광체를 구비하는, 액정용 백라이트 유닛.

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