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JP2019212739A - 発光装置および面発光光源 - Google Patents

発光装置および面発光光源 Download PDF

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Abstract

【課題】薄型化が可能な発光装置および面発光光源を提供する。【解決手段】発光装置は、発光面となる第１主面と、第１主面の反対側の第２主面と、側面と、第２主面に設けられた凹部とを有する導光板と、凹部に設けられた蛍光体層と、蛍光体層に結合され、結合された面と反対側の面に電極を有する発光素子と、少なくとも導光板の側面の一部を含むモジュール側面と、第２主面に沿って設けられ、発光素子の電極と接続された第１配線と、モジュール側面に設けられ、第１配線と接続された第２配線と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置および面発光光源に関する。
発光ダイオード等の発光素子を用いた発光装置は、例えば液晶ディスプレイのバックライト等の面発光光源に広く利用されている。例えば、液晶パネルの裏面に面発光光源を配置する直下型の液晶ディスプレイにおいては、面発光光源の薄型化に対する要求が高い。
特開２００７−００５３０２号公報 特開２０１０−０５６３５８号公報
本発明は、薄型化が可能な発光装置および面発光光源を提供する。
本発明の一態様によれば、発光面となる第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、側面と、前記第２主面に設けられた凹部と、を有する導光板と、前記凹部に設けられた蛍光体層と、前記蛍光体層に結合され、結合された面と反対側の面に電極を有する発光素子と、少なくとも前記導光板の前記側面の一部を含むモジュール側面と、前記第２主面に沿って設けられ、前記発光素子の前記電極と接続された第１配線と、前記モジュール側面に設けられ、前記第１配線と接続された第２配線と、を備えた発光装置が提供される。
本発明によれば、薄型化が可能な発光装置および面発光光源を提供することができる。
実施形態の発光装置の模式断面図である。 図１におけるＡ部の拡大断面図である。 図１におけるＡ部の模式平面図である。 実施形態の面発光光源の模式断面図である。 図４における発光装置間の接続部の拡大断面図である。 実施形態の面発光光源の模式平面図である。 実施形態の面発光光源の模式平面図である。 実施形態の面発光光源の模式平面図である。 実施形態の発光装置の製造方法を示す模式断面図である。 実施形態の発光装置の製造方法を示す模式断面図である。 実施形態の発光装置の製造方法を示す模式断面図である。 実施形態の発光装置の製造方法を示す模式断面図である。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
図１は、実施形態の発光装置１の模式断面図である。
発光装置１は、導光板１０と、発光素子３０と、蛍光体層２０と、光反射性樹脂部材６０と、第１配線７１と、第２配線７２とを有する。導光板１０と光反射性樹脂部材６０は、発光装置１の外装となるモジュール本体８０を構成している。
図１に示す例では、発光装置１は、複数の発光素子３０を有する。または、発光装置１に含まれる発光素子３０は１つでもよい。
図２は、図１に示す発光装置１における１つの発光素子３０を含む部分（Ａ部）の拡大断面図である。
図３は、図１におけるＡ部の模式平面図である。
導光板１０は、発光素子３０が発する光、および蛍光体層２０に含まれる蛍光体が発する光に対する透過性を有し、それら光の入射を受け、第１主面１１から面状に発光する部材である。
導光板１０の材料としては、例えば、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、ガラスなどを用いることができる。なかでも、透明性が高く、安価なポリカーボネートが好ましい。
導光板１０は、発光面となる第１主面１１と、第１主面１１の反対側の第２主面１２と、第２主面１２に設けられた凹部１５とを有する。
凹部１５には、蛍光体層２０が設けられている。発光素子３０は、導光板１０の第２主面１２側で蛍光体層２０に結合されている。凹部１５は、導光板１０に対する発光素子３０の位置決め部として機能することができる。
発光素子３０は、主に光が取り出される主発光面３１と、主発光面３１の反対側に設けられた正負の一対の電極３２を有する。発光素子３０は、例えば、サファイア等の透光性基板と、透光性基板に積層された半導体積層構造とを有する。半導体積層構造は、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含み、青色光を発光することができる。
発光素子３０の主発光面３１が、例えば透光性接着剤によって、蛍光体層２０に結合されている。発光素子３０の側面および電極３２は、凹部１５の外に位置している。
蛍光体層２０は、母材と、母材に分散された蛍光体とを有する。蛍光体層２０の母材の材料として、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ガラスなどを用いることができる。耐光性および成形容易性の観点からは、母材としてシリコーン樹脂が好ましい。
蛍光体は、発光素子３０が発する光によって励起され、発光素子３０が発する光の波長とは異なる波長の光を発する。例えば、蛍光体として、ＹＡＧ蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体などを用いることができる。
例えば、青色系の発光をする発光素子３０に対して、黄色系の発光をするＹＡＧ蛍光体を含む蛍光体層２０を用いることができる。蛍光体層２０は、複数種類の蛍光体を含んでいてもよい。例えば、青色系の発光をする発光素子３０に対して、緑色系の発光をするβサイアロン蛍光体と、赤色系の発光をするＫＳＦ系蛍光体とを含む蛍光体層２０を用いることにより、発光装置１の色再現範囲を広げることができる。
導光板１０の第１主面１１には、凹部１６が設けられている。凹部１６には、光学機能部４０が設けられている。光学機能部４０は、第２主面１２に形成された凹部１５に向き合う位置に設けられている。すなわち、光学機能部４０は、凹部１５に設けられた蛍光体層２０、および蛍光体層２０に結合された発光素子３０に向き合う位置に設けられている。発光素子３０の光軸と、光学機能部４０の光軸とが略一致することが好ましい。凹部１６の形状は、例えば、逆円錐や逆四角錐、逆六角錐等の逆多角錐形、あるいは、逆円錐台や逆多角錐台等である。
光学機能部４０は、導光板１０の屈折率よりも低い屈折率をもつ透光性樹脂、ガラスまたは空気等であり、導光板１０と光学機能部４０との界面で光を屈折させ、導光板１０の面方向に光を広げるレンズとして機能することができる。
蛍光体層２０の上面に、光散乱剤を含む光散乱層５０が設けられている。光散乱層５０は、発光素子３０の真上方向へ出射された光の一部を散乱させ下方に戻す。これにより、発光装置１の発光面である導光板１０の第１主面１１において、発光素子３０の真上付近が他の領域に比べて明るくなりすぎるのを抑えることができる。
導光板１０は、第１主面１１との間に略直角を形成して第１主面１１に続く側面１３を有する。さらに、導光板１０は、第２主面１２との間に鈍角を形成して第２主面１２に続く傾斜面１４を有する。傾斜面１４および第２主面１２は、光反射性樹脂部材６０で覆われている。そのため、導光板１０内を傾斜面１４および第２主面１２に向けて進む光を、光反射性樹脂部材６０で反射させて、第１主面１１に向かわせることができる。
光反射性樹脂部材６０は、発光素子３０の側面を覆っている。そのため、発光素子３０の側面から出射された光を、光反射性樹脂部材６０で反射させて発光素子３０の主発光面３１に向かわせ、その主発光面３１から蛍光体層２０へと取り入れることができる。また、光反射性樹脂部材６０は、絶縁性であり、発光素子３０の電極３２を封止している。
光反射性樹脂部材６０は、発光素子３０が発する光、および蛍光体層２０が発する光に対する反射性を有し、例えば、白色の顔料等を含有した樹脂である。特に、光反射性樹脂部材６０は、酸化チタンを含有したシリコーン樹脂が好ましい。
光反射性樹脂部材６０は、導光板１０の傾斜面１４に設けられた第１光反射部６１と、導光板１０の第２主面１２に設けられた第２光反射部６２とを有する。
第１配線７１が、第２主面１２に沿うように、第２光反射部６２の下面に設けられている。第１配線７１は、発光素子３０の電極３２と接続されている。発光装置１が複数の発光素子３０を含む場合、図１に示すように、第１配線７１は隣り合う発光素子３０の電極３２同士を接続している。
導光板１０と光反射性樹脂部材６０を含むモジュール本体８０のモジュール側面８１は、透光部１７と、光反射性樹脂部材６０の第１光反射部６１とを含む。
透光部１７は、導光板１０の第１主面１１側に設けられた側面１３を含む。第１光反射部６１は、透光部１７よりも第２主面１２側に設けられている。
モジュール側面８１における第１光反射部６１に第２配線７２が設けられ、透光部１７は第２配線７２から露出している。第２配線７２は、光反射性樹脂部材６０の下面側で、第１配線７１と接続されている。
第１配線７１および第２配線７２は、例えばスパッタ法で一体に形成される金属膜である。第１配線７１および第２配線７２は、例えば、銅、金、銀、アルミニウムなどを含む。
発光装置１が、複数の発光素子３０を含む場合、それぞれの発光素子１に対応して、複数の蛍光体層２０、複数の光散乱層５０、および複数の光学機能部４０が設けられる。
図１に示す発光装置１を複数組み合わせて、より広い発光面積をもつ面発光光源を構成することができる。
図４は、実施形態の面発光光源１００の模式断面図である。
図５は、図４における発光装置１間の接続部の拡大断面図である。
複数の発光装置１が、互いのモジュール側面８１同士を隣接させて配列される。隣接する発光装置１のモジュール側面８１に形成された第２配線７２同士が、直接または導電材料を介して接続している。例えば、熱と機械的圧力を加えて、第２配線７２同士を直接接合することができる。または、導電性ペーストなどの導電材料を介して、第２配線７２同士を接合することができる。
モジュール側面８１における透光部１７同士が接合されている。面発光光源１００の発光面側において隣接する発光装置１の境界に透光部１７を設け、且つ透光部１７には第２配線７２を設けないことで、発光装置１間の境界が暗くならず、面方向に均一な明るさおよび色を得ることができる。
発光装置１の側面において透光部１７が第２配線７２よりも突出していると、隣接する第２配線７２間に隙間が形成され得る。その場合、第２配線７２間の隙間に導電材料を設けて、第２配線７２同士を電気的に接続することができる。
または、第２配線７２同士が接合された状態で、隣接する透光部１７の間に隙間が形成され、その隙間に異物が入り込むと、発光装置１間の境界における輝度を低下させる原因になり得る。そこで、隣接する透光部１７の間に隙間が形成される場合には、その隙間に光透過性材料（樹脂またはガラス）を設けることが望ましい。
図６および図７は、面発光光源１００の模式平面図である。
１つの発光装置１は、平面視において四角形または４つの辺をもつ形状に形成されている。４つの辺は、発光装置１の側面に対応する。図６に示す例では、発光装置１の４つの辺のうちの対向する２辺に第２配線７２を設けている。第２配線７２は、１つの辺の全体にわたって延在せず、部分的に設けられている。
図６に示す例では、例えば２つの発光装置１ａ、１ｂが第２配線７２を通じて互いに電気的に接続されている。一方の発光装置１ａの一方の第２配線７２はアノード端子Ａに接続されている。一方の発光装置１ａの他方の第２配線７２は、他方の発光装置１ｂの一方の第２配線７２と接続されている。他方の発光装置１ｂの他方の第２配線７２はカソード端子Ｃに接続されている。すなわち、複数の発光装置１ａ、１ｂが、側面に設けられた第２配線７２を通じて、アノード端子Ａとカソード端子Ｃとの間に直接接続されている。
図７に示す例では、面発光光源１００は、例えばマトリクス状に配列された４つの発光装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを含む。発光装置１ａと発光装置１ｂが互いに直接接続されている。発光装置１ｃと発光装置１ｄが互いに直列接続されている。発光装置１ａおよび発光装置１ｂを含む発光装置群と、発光装置１ｃおよび発光装置１ｄを含む発光装置群とが、アノード端子Ａとカソード端子Ｃとの間に並列接続されている。
１つの発光装置１は、互いに対角の位置にある２つの角部に沿って設けられた２つの第２配線７２を有する。２つの第２配線７２のうち一方の第２配線７２は、マトリクス配列における横方向および縦方向で他の発光装置１の第２配線７２と接続されている。他方の第２配線７２は、外部端子（アノード端子Ａまたはカソード端子Ｃ）に接続される。
実施形態の発光装置１では、導光板１０に発光素子３０を実装するため、導光板１０と発光素子３０との距離を小さくすることができ、発光装置１の薄型化が可能となる。
さらに、モジュール側面８１に設けた第２配線７２を通じて、隣接する発光装置１間が接続されるとともに外部とも接続されるため、導光板１０の第２主面１２側に配線基板が不要となり、このことも薄型化に有利となる。
蛍光体層２０は、導光板１０における発光面となる第１主面１１ではなく、その反対側の第２主面１２側に設けられているため、蛍光体層２０で波長変換された光を、導光板１０および光学機能部４０で面方向に拡散させることができ、導光板１０の面内における色ムラを抑制できる。
実施形態の発光装置１および面発光光源１００は、例えば、液晶ディスプレイのバックライトに用いることができる。例えば、バックライトが液晶パネルの裏面に配置された直下型の液晶ディスプレイでは、液晶パネルと発光装置との距離が近いため、発光装置の色ムラが液晶ディスプレイの色ムラに影響を及ぼしやすい。そのため、実施形態のような色ムラの少ない発光装置１および面発光光源１００を直下型液晶ディスプレイのバックライトとして用いることで、液晶ディスプレイの色ムラを少なくできる。
図８は、面発光光源１００の他の例の模式平面図である。
面発光光源１００は、例えばマトリクス状に配列された４つの発光装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを含む。
発光装置１ａは、同じ一辺の両端に位置する２つの角に沿って設けられた２つの第２配線７２を有し、それら２つの第２配線７２のうちの一方は端子９１に接続され、他方は端子９２に接続されている。
発光装置１ｂは、同じ一辺の両端に位置する２つの角に沿って設けられた２つの第２配線７２を有し、それら２つの第２配線７２のうちの一方は端子９２に接続され、他方は端子９３に接続されている。
発光装置１ｃは、同じ一辺の両端に位置する２つの角に沿って設けられた２つの第２配線７２を有し、それら２つの第２配線７２のうちの一方は端子９１に接続され、他方は端子９４に接続されている。
発光装置１ｄは、同じ一辺の両端に位置する２つの角に沿って設けられた２つの第２配線７２を有し、それら２つの第２配線７２のうちの一方は端子９４に接続され、他方は端子９３に接続されている。
発光装置１ａにおける端子９２に接続された第２配線７２と、発光装置１ｂにおける端子９２に接続された第２配線７２とは、発光装置１ａの側面と発光装置１ｂの側面との間で接合されている。
発光装置１ｃにおける端子９４に接続された第２配線７２と、発光装置１ｄにおける端子９４に接続された第２配線７２とは、発光装置１ｃの側面と発光装置１ｄの側面との間で接合されている。
端子９１と端子９２との間に電流を流すと、発光装置１ａのみを点灯させることができる。
端子９２と端子９３との間に電流を流すと、発光装置１ｂのみを点灯させることができる。
端子９１と端子９４との間に電流を流すと、発光装置１ｃのみを点灯させることができる。
端子９４と端子９３との間に電流を流すと、発光装置１ｄのみを点灯させることができる。
端子９１と端子９３との間に電流を流すと、すべての発光装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを点灯させることができる。
図９Ａ〜図９Ｄは、実施形態の発光装置１の製造方法を示す模式断面図である。
まず、図９Ａに示すように、導光板１０を準備する。
導光板１０は、例えば、射出成形、トランスファーモールド、熱転写等で成形することができる。光学機能部４０が設けられる凹部１６と、蛍光体層２０が設けられ、発光素子３０の位置決め部ともなる凹部１５とを一括して金型で成形することで、光学機能部４０と発光素子３０との位置合わせ精度を高くできる。
図９Ｂに示すように、凹部１５の底面には、光散乱層５０が設けられる。光散乱層５０は、例えば、ポッティング、印刷、スプレー等の方法で形成することができる。
凹部１５内における光散乱層５０の上には、図９Ｃに示すように、蛍光体層２０が設けられる。蛍光体層２０は、例えば、ポッティング、印刷、スプレー等の方法で形成することができる。
蛍光体層２０上には、図９Ｄに示すように、発光素子３０が配置される。発光素子３０の主発光面３１が蛍光体層２０に接合される。
その後、導光板１０の第１主面１１側の凹部１６に前述した光学機能部４０を設けてもよい。さらに、導光板１０の傾斜面１４および第２主面１２を覆うように、光反射性樹脂部材６０が設けられる。
ここまでのプロセスは、ウェーハまたはパネル状態で進められ、この後、必要に応じて適切な箇所でダイシングされる。
そして、このダイシングによって露出した光反射性樹脂部材６０の側面、およびその側面に続く下面に、例えばスパッタ法で金属膜が形成され、第１配線７１および第２配線７２が一体的に形成される。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。本発明の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
１…発光装置、１０…導光板、１１…第１主面、１２…第２主面、１３…側面、１５…凹部、１７…透光部、２０…蛍光体層、３０…発光素子、４０…光学機能部、５０…光散乱層、６０…光反射性樹脂部材、６１…第１光反射部、６２…第２光反射部、７１…第１配線、７２…第２配線、８０…モジュール本体、８１…モジュール側面、１００…面発光光源

Claims (7)

  1. 発光面となる第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、側面と、前記第２主面に設けられた凹部と、を有する導光板と、
    前記凹部に設けられた蛍光体層と、
    前記蛍光体層に結合され、結合された面と反対側の面に電極を有する発光素子と、
    少なくとも前記導光板の前記側面の一部を含むモジュール側面と、
    前記第２主面に沿って設けられ、前記発光素子の前記電極と接続された第１配線と、
    前記モジュール側面に設けられ、前記第１配線と接続された第２配線と、
    を備えた発光装置。
  2. 前記モジュール側面は、
    前記導光板の前記第１主面側に設けられた前記導光板の前記側面の前記一部を含む透光部と、
    前記導光板の前記第２主面側に設けられた第１光反射部と、
    を有する請求項１記載の発光装置。
  3. 前記第２配線は、前記第１光反射部に設けられ、前記透光部は、前記第２配線から露出している請求項２記載の発光装置。
  4. 前記導光板の前記第２主面に設けられた第２光反射部をさらに備え、
    前記第１配線は、前記第２光反射部に設けられている請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
  5. 前記第２光反射部が、前記発光素子の側面を覆っている請求項４記載の発光装置。
  6. 前記導光板の前記第１主面における前記凹部に向き合う位置に設けられ、前記導光板の屈折率よりも低い屈折率をもつ光学機能部をさらに備えた請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
  7. 前記モジュール側面同士を隣接させて配列された請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置を複数備え、
    隣接する前記発光装置の前記第２配線同士が、直接または導電材料を介して、接続している面発光光源。
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