JP7206504B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
実施形態は、発光装置に関する。
表示装置等の光源として、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を用いた面状の発光装置が用いられている。表示装置等の薄型化に伴い、発光装置にも薄型化が要求されている。しかしながら、発光装置を薄型化すると、輝度ムラの低減を実現することが困難になる。
本発明の実施形態は、輝度ムラが低減され、薄型化が可能な発光装置を提供することを目的とする。
実施形態に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子の周囲に設けられた導光部材と、前記発光素子上及び前記導光部材上に設けられ、前記発光素子に接し、前記発光素子から出射した光を拡散させる拡散板と、前記拡散板の上面に設けられた金属パターンと、を備える。前記拡散板の上面における前記金属パターンが設けられていない領域の割合は、前記発光素子から遠いほど増加する。
実施形態によれば、輝度ムラが低減され、薄型化が可能な発光装置を実現できる。
＜第１の実施形態＞
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態に係る発光装置１は、配線基板１０と、反射層２０と、発光素子３０と、導光部材４０と、拡散板５０と、金属パターン６０と、を備える。導光部材４０は、発光素子３０の周囲に設けられている。拡散板５０は、発光素子３０上及び導光部材４０上に設けられ、発光素子３０に接し、発光素子３０から出射した光を拡散させる。金属パターン６０は拡散板５０の上面５０ａに設けられている。なお、配線基板１０及び反射層２０は設けられていなくてもよい。本実施形態においては、配線基板１０及び反射層２０が設けられている例を説明する。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態に係る発光装置１は、配線基板１０と、反射層２０と、発光素子３０と、導光部材４０と、拡散板５０と、金属パターン６０と、を備える。導光部材４０は、発光素子３０の周囲に設けられている。拡散板５０は、発光素子３０上及び導光部材４０上に設けられ、発光素子３０に接し、発光素子３０から出射した光を拡散させる。金属パターン６０は拡散板５０の上面５０ａに設けられている。なお、配線基板１０及び反射層２０は設けられていなくてもよい。本実施形態においては、配線基板１０及び反射層２０が設けられている例を説明する。
本明細書においては、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を採用する。拡散板５０の上面５０ａに平行であって、相互に直交する方向を「Ｘ方向」及び「Ｙ方向」とし、拡散板５０の上面５０ａに垂直な方向を「Ｚ方向」とする。Ｚ方向のうち、配線基板１０から拡散板５０に向かう方向を「上」ともいい、その逆方向を「下」ともいうが、この表現も便宜的なものであり、重力の方向とは無関係である。また、本明細書において、「光を反射させる」との表現は、入射した光の反射率が透過率よりも高いことを意味し、「光を透過させる」との表現は、入射した光の透過率が反射率よりも高いことを意味する。更に、後述する各図は模式的なものであり、図を見やすくするために、適宜省略及び誇張している。
配線基板１０の形状は、例えば、矩形の板状である。配線基板１０の厚さ方向はＺ方向であり、配線基板１０の端縁はＸ方向及びＹ方向に延びている。配線基板１０においては、絶縁層１１が設けられており、絶縁層１１内に配線１２及びビア１３が設けられている。
反射層２０は、配線基板１０上に設けられている。反射層２０は、例えば、白色の樹脂材料又は反射フィルムにより形成されている。反射層２０は、発光素子３０から出射した光を反射させる。なお、白色の樹脂材料とは、光反射性を有する白色物質を含有させた樹脂である。
発光素子３０は反射層２０に搭載されている。発光素子３０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子３０においては、半導体部分３１と、一対の電極３２が設けられている。一対の電極３２は半導体部分３１の下面に設けられている。半導体部分３１の下部は反射層２０内に配置されている。半導体部分３１の下部を除く部分は、反射層２０の上面から突出している。一対の電極３２は、反射層２０を厚さ方向に貫通し、配線基板１０の相互に異なる配線１２に接続されている。
導光部材４０の形状は、全体として板状である。本実施形態においては、導光部材４０には、反射部４１及び透光部４２が設けられている。反射部４１は、例えば、白色の樹脂材料からなり、発光素子３０から出射した光を反射させる。反射部４１は、例えば、発光素子３０から離れた位置に配置されている。反射部４１の上面４１ａは、発光素子３０から遠ざかるにつれて拡散板５０に近づくように傾斜している。上面４１ａは、ＸＹ平面に対して傾斜した４つの平坦面であってもよい。例えば、反射部４１の上面４１ａは、逆四角錐台形の側面を構成していてもよい。又は、上面４１ａは、凹状若しくは凸状に湾曲していてもよい。透光部４２は、例えば、透光性の樹脂材料からなり、発光素子３０から出射した光を透過させる。透光部４２は、反射部４１上に設けられており、発光素子３０の側面に接していてもよい。
導光部材４０の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂若しくはポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂若しくはシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、又はガラス等を用いることができる。なお、反射層２０や反射部４１に用いる白色の樹脂材料は、光反射性を有する白色物質を含有させた樹脂である。樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とする樹脂材料が挙げられる。また、光反射性を有する白色物質としては、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素、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、ムライト等が挙げられる。
上述の如く、拡散板５０は発光素子３０上及び導光部材４０上に設けられており、発光素子３０に接している。例えば、発光素子３０の上面は拡散板５０の下面に接している。拡散板５０は、発光素子３０から出射した光を拡散させつつ透過させる。
拡散板５０には、透光性材料からなる母材５１が設けられていてもよい。母材５１内には、蛍光体５２が含まれていてもよい。蛍光体５２は、発光素子３０から出射した光の一部を吸収し、吸収した光とは波長が異なる光を放射する。但し、拡散板５０の構成は、これには限定されない。例えば、拡散板５０には、蛍光体５２が含まれた部分と、蛍光体５２が実質的に含まれていない部分があってもよい。拡散板５０には、蛍光体５２が含まれていなくてもよい。拡散板５０には、発光素子３０及び導光部材４０を拡散板５０に接着するための接着剤層が含まれていてもよい。拡散板５０には、光を拡散させる光拡散材が含まれていてもよい。光拡散材の材料としては、例えば、酸化チタンが挙げられる。蛍光体５２の材料例は後述する。
金属パターン６０は、拡散板５０の上面５０ａに設けられている。金属パターン６０は金属からなる。ここで、金属パターンとは、拡散板５０の上面５０ａに設けられている金属を一体として称するものであり、ある面において、金属が存在する領域と存在しない領域とによって模様を成している。また、金属パターンは、複数の金属であって、複数の金属が相互に離隔して存在するものであったり、１つの金属であって、金属の内側において、金属が存在しない複数の領域が相互に離隔して存在するものであったり、これらが混在したものであったりする。
金属パターン６０には、少なくとも、拡散板５０内を伝播してきた光を反射して、拡散板５０内に光を輝度ムラが小さくなるように行き渡らせる機能と、拡散板５０から熱を排出する機能がある。金属パターン６０の材料としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、又は、銀合金等が挙げられる。金属パターン６０に到達した光を効率よく反射させるためには、光の反射率が高い金属を用いることが好ましく、このような金属としては、アルミニウム、銀または銀合金等が挙げられる。また、拡散板５０の上面５０ａで金属パターン６０を介して効率よく熱拡散させるためには、熱伝導率が高い金属を用いることが好ましく、このような金属としては、銅、銀または銀合金等が挙げられる。さらに、金属パターン６０に到達した光を効率よく反射させるとともに拡散板５０の上面５０ａで効率よく熱拡散させるために、金属パターン６０を、アルミニウム／銅の積層体やアルミニウム／銅／アルミニウムの積層体とすることもできる。金属パターン６０は、例えば、多数の第１金属部分６１と、１つの第２金属部分６２を含む。金属パターン６０の厚さ、すなわち、Ｚ方向の長さは、０．５μｍ～５０μｍ、好ましくは、１μｍ～１５μｍとすることができる。
図２Ａに示すように、第１金属部分６１の形状は、例えば、円板状である。図２Ｂに示すように、第２金属部分６２の形状は、例えば、矩形の板状である。第１金属部分６１の直径は、例えば、第２金属部分６２の一辺の長さよりも短い。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第２金属部分６２は、例えば、拡散板５０の上面５０ａにおける発光素子３０の直上域に配置されている。なお、第２金属部分６２は、発光素子３０の直上域の一部に配置されていてもよく、発光素子３０の直上域を含む領域に配置されていてもよい。複数の第１金属部分６１は、拡散板５０の上面５０ａにおける第２金属部分６２が設けられていない領域に配置されている。
第１金属部分６１の配置密度は、発光素子３０に近いほど密である。このため、拡散板５０の上面５０ａにおける金属パターン６０が設けられていない領域５５の割合は、発光素子３０から遠いほど増加する。拡散板５０の内部から上面５０ａに到達した光のうち、金属パターン６０に到達した光は、金属パターン６０によって拡散板５０の内部に向けて反射される。領域５５に到達した光は、少なくとも一部が拡散板５０の外部に出射する。
拡散板５０の上面５０ａは、複数の領域に分かれている。以下、上面５０ａが５つの領域に分かれている例を説明するが、これには限定されない。例えば、上面５０ａは、第１領域５６ａ、第２領域５６ｂ、第３領域５６ｃ、第４領域５６ｄ、第５領域５６ｅを有している。
第１領域５６ａは、上面５０ａにおける発光素子３０の直上域である。第２領域５６ｂは、第１領域５６ａの周囲に配置されている。第３領域５６ｃは、第２領域５６ｂの周囲に配置されている。第４領域５６ｄは、第３領域５６ｃの周囲に配置されている。第５領域５６ｅは、第４領域５６ｄの周囲に配置されている。
上方から見て、第１領域５６ａの形状は発光素子３０の形状と同じであり、例えば矩形である。上方から見て、第２領域５６ｂ、第３領域５６ｃ、第４領域５６ｄ、及び、第５領域５６ｅの形状は、例えば、矩形の枠状である。上方から見て、導光部材４０の反射部４１の内縁は、第２領域５６ｂ内に位置する。また、第５領域５６ｅの外縁は、上面５０ａの外縁である。すなわち、第５領域５６ｅは、拡散板５０の端縁を含む。
第１領域５６ａにおいては、第１領域５６ａの全体に第２金属部分６２が配置されている。第２領域５６ｂにおいては、複数の第１金属部分６１が相互に接して配置されている。第２領域５６ｂの最内周部に配置された第１金属部分６１は、第１領域５６ａに配置された第２金属部分６２に接している。なお、図２Ｂにおいて、第２金属部分６２に接する第１金属部分６１は、図示が省略されている。第３領域５６ｃ、第４領域５６ｄ、及び、第５領域５６ｅにおいては、それぞれ複数の第１金属部分６１が相互に離れて配置されている。但し、第４領域５６ｄにおける第１金属部分６１の配列密度は、第３領域５６ｃにおける第１金属部分６１の配列密度よりも低く、第５領域５６ｅにおける第１金属部分６１の配列密度は、第４領域５６ｄにおける第１金属部分６１の配列密度よりも低い。
このため、第１領域５６ａにおける金属パターン６０が設けられていない領域５５の割合ｒ１は、第２領域５６ｂにおける領域５５の割合ｒ２よりも低い。第２領域５６ｂにおける領域５５の割合ｒ２は、第３領域５６ｃにおける領域５５の割合ｒ３よりも低い。第３領域５６ｃにおける領域５５の割合ｒ３は、第４領域５６ｄにおける領域５５の割合ｒ４よりも低い。第４領域５６ｄにおける領域５５の割合ｒ４は、第５領域５６ｅにおける領域５５の割合ｒ５よりも低い。すなわちｒ１～ｒ５の関係は、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３＜ｒ４＜ｒ５である。
第１領域５６ａは、全体に第２金属部分６２が配置されているため、第１領域５６ａにおける領域５５の割合ｒ１は、例えば、０％である。第５領域５６ｅにおける領域５５の割合ｒ５は、例えば９０％以上であり、１００％、すなわち、金属パターン６０が設けられていなくてもよい。
金属パターン６０の形成方法は、例えば、金属微粒子を含むペーストを用いたスクリーン印刷若しくはインクジェット印刷等の印刷法と、パンチング法（打ち抜き法）、ダイシング法、ブラスト除去法若しくはレーザ加工法等の物理的加工法と、又は、エッチング法、ダマシン法若しくはリフトオフ法等のいずれかを選択することができる。コストの観点からは印刷法が優れるが、加工精度の観点からは半導体プロセスが好ましい。例えば、透明樹脂板の上面に凹部を形成し、その後、この透明樹脂板の上面全体に金属膜を形成し、上面を研削することにより金属膜を選択的に除去し、凹部内のみに残留させる。そして、凹部内に残留した金属膜を拡散板５０の上面５０ａに転写することにより、上面５０ａに金属パターン６０を形成してもよい。
各部の厚さ、すなわち、Ｚ方向の長さの一例を挙げると、配線基板１０の厚さは１００μｍ程度であり、反射層２０の厚さは６５μｍ程度であり、導光部材４０の厚さは１００μｍ程度であり、拡散板５０の厚さは１００μｍ程度である。
以下、各部の構成及び材料の例を示す。
上述の如く、発光素子３０は、半導体部分３１と、一対の電極３２を含む。発光素子３０は、さらにサファイア等からなる透光性基板を備えていてもよい。半導体部分３１が紫外光又は青色光から緑色光の可視光を発光可能である場合、半導体部分３１は、例えば、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体、具体的には、ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系の半導体を含むことができる。半導体部分３１が赤色光の可視光を発光可能である場合、半導体部分３１は、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体を含むことができる。半導体部分３１の厚さは、例えば、３μｍ～５００μｍとすることができる。
上述の如く、発光素子３０は、半導体部分３１と、一対の電極３２を含む。発光素子３０は、さらにサファイア等からなる透光性基板を備えていてもよい。半導体部分３１が紫外光又は青色光から緑色光の可視光を発光可能である場合、半導体部分３１は、例えば、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体、具体的には、ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系の半導体を含むことができる。半導体部分３１が赤色光の可視光を発光可能である場合、半導体部分３１は、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体を含むことができる。半導体部分３１の厚さは、例えば、３μｍ～５００μｍとすることができる。
半導体部分３１は、上述のような紫外光、青色光、緑色光、赤色光などの発光色を発光可能な発光層を、少なくとも１つ備えることができる。例えば、半導体部分は、第１導電型半導体層（例えば、ｎ型半導体層）と、第２導電型半導体層（例えば、ｐ型半導体層）との間に１つの発光色を発光可能な発光層を含む半導体積層体とすることができる。なお、前記発光層は、ダブルヘテロ接合や単一量子井戸構造(ＳＱＷ)などの単一の活性層を持つ構造でもよいし、多重量子井戸構造(ＭＱＷ)のようにひとまとまりの活性層群を持つ構造でもよい。
また、半導体部分３１は、複数の発光層を含むこともできる。例えば、半導体部分は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に複数の発光層を含む構造であってもよいし、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順に含む構造が複数回繰り返された構造であってもよい。複数の発光層には、発光色が異なる活性層を含んでいてもよいし、発光色が同じ活性層を含んでいてもよい。なお、同じ発光色とは、使用上同じ発光色とみなせる範囲、例えば、主波長で数nm程度のばらつきがあってもよい。発光色の組み合わせとしては適宜選択することができる。例えば、半導体部分に２つの活性層を含む場合、発光色の組み合わせとしては、青色光と青色光、緑色光と緑色光、赤色光と赤色光、紫外光と紫外光、青色光と緑色光、青色光と赤色光、又は緑色光と赤色光などが挙げられる。
また、発光素子３０は、一対の電極３２と反対側の面や、その面とつながる側面などに蛍光体を含有する層や、光拡散剤を含有する層をさらに有していてもよい。
一対の電極３２は、当該分野で公知の材料及び構成で、任意の厚みで形成することができる。電極３２は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、及び、銀（Ａｇ）からなる群から選択された１種以上の金属若しくはその合金からなる単層膜、又は。これらの単層膜を積層させた積層膜によって形成することができる。具体的には、電極３２は、半導体部分３１側から、（Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕ）、（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）、（Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ）、（Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ）、（Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ）、（Ａｌ-Ｃｕ合金／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）、（Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ合金／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）、（Ｔｉ／Ｒｈ）などの積層膜によって形成することができる。
蛍光体５２は、当該分野で公知の蛍光体のいずれを用いてもよい。例えば、青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）；セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ：Ｃｅ）；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系蛍光体（ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２）；ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４）；βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体、ＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体；ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）；硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な色の発光装置（例えば、白色系の発光装置）を製造することができる。これらの蛍光体は、１種類又は複数用いることができる。複数用いる場合は、混合して単一層としてもよいし、各蛍光体を含有する層を積層してもよい。また、波長変換部材には、粘度を調整する等の目的で、各種のフィラー等を含有させてもよい。
量子ドット蛍光体としては、ＩＩ－ＶＩ族化合物、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、ＩＶ－ＶＩ族化合物、及びＩＶ族化合物からなる群より選択される少なくとも１種を含むものが挙げられる。発光効率の観点からは、量子ドット蛍光体は、Ｃｄ及びＩｎの少なくとも一方を含む化合物を含むことが好ましい。
ＩＩ－ＶＩ族化合物の具体例としては、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ等が挙げられる。ＩＩＩ－Ｖ族化合物の具体例としては、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等が挙げられる。ＩＶ－ＶＩ族化合物の具体例としては、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｎＴｅ等が挙げられる。ＩＶ族化合物の具体例としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ等が挙げられる。
また、量子ドット蛍光体としては、コアシェル構造を有するものが好ましい。コアを構成する化合物のバンドギャップよりもシェルを構成する化合物のバンドギャップを広くすることで、量子ドット蛍光体の量子収率をより向上させることが可能となる。コア及びシェルの組み合わせ（コア／シェル）としては、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＺｎＳ等が挙げられる。
次に、本実施形態に係る発光装置１の動作について説明する。
配線基板１０を介して発光素子３０に電力が供給されると、発光素子３０の半導体部分３１が発光する。発光素子３０は、例えば、青色の光を出射する。発光素子３０から出射した光の一部は、導光部材４０の透光部４２内を通過して、拡散板５０に入射する。発光素子３０から出射した光は、拡散板５０に入射するまでに、反射層２０の上面により反射されてもよく、反射部４１の上面４１ａにより反射されてもよい。発光素子３０から出射した光の他の一部は、透光部４２を通過せずに拡散板５０に入射する。拡散板５０内において、母材５１は光を透過させる。蛍光体５２は光を吸収して、異なる波長の光を放射する。例えば、蛍光体５２は黄色の光を放射する。これにより、拡散板５０からは、例えば白色の光が出射する。
配線基板１０を介して発光素子３０に電力が供給されると、発光素子３０の半導体部分３１が発光する。発光素子３０は、例えば、青色の光を出射する。発光素子３０から出射した光の一部は、導光部材４０の透光部４２内を通過して、拡散板５０に入射する。発光素子３０から出射した光は、拡散板５０に入射するまでに、反射層２０の上面により反射されてもよく、反射部４１の上面４１ａにより反射されてもよい。発光素子３０から出射した光の他の一部は、透光部４２を通過せずに拡散板５０に入射する。拡散板５０内において、母材５１は光を透過させる。蛍光体５２は光を吸収して、異なる波長の光を放射する。例えば、蛍光体５２は黄色の光を放射する。これにより、拡散板５０からは、例えば白色の光が出射する。
拡散板５０の内部から上面５０ａに到達した光のうち、金属パターン６０に到達した光は、金属パターン６０により反射されて、拡散板５０内に戻され、拡散板５０と透光部４２との界面４９、反射部４１の上面４１ａ、又は、反射層２０の上面によって反射される。拡散板５０の上面５０ａに到達した光のうち、金属パターン６０が設けられていない領域５５に到達した光の少なくとも一部は、拡散板５０の外部に出射する。つまり金属パターン６０が形成された拡散板５０の上面５０ａが、発光装置１から光が出射される面となる。このようにして、発光素子３０から出射した光は、界面４９又は上面４１ａ等と、金属パターン６０との間で反射を繰り返しつつ、水平方向（ＸＹ方向）に伝播され、拡散される。
また、発光素子３０において発生した熱の一部は、拡散板５０内を伝達して上面５０ａに到達する。上面５０ａに到達した熱の一部は、金属パターン６０を介して外部に放出される。
次に、本実施形態における効果について説明する。
発光装置１においては、発光素子３０が拡散板５０に接している。これにより、発光装置１のＺ方向における長さを低減できる。この結果、発光装置１を薄型化できる。
発光装置１においては、発光素子３０が拡散板５０に接している。これにより、発光装置１のＺ方向における長さを低減できる。この結果、発光装置１を薄型化できる。
また、発光装置１においては、拡散板５０の上面５０ａにおける金属パターン６０が設けられていない領域５５の割合が、発光素子３０から遠いほど増加しているため、発光素子３０から遠いほど、拡散板５０から光が出射しやすい。これにより、拡散板５０の上面５０ａにおいて発光素子３０に近い領域に光が集中することを抑制し、上面５０ａから出射する光の輝度ムラを低減できる。この結果、輝度ムラが低減され、薄型化が可能な発光装置１を実現できる。
特に、拡散板５０の上面５０ａの第１領域５６ａには、第２金属部分６２が設けられており、金属パターン６０が設けられていない領域５５の割合ｒ１が０％である。このため、発光素子３０の直上に強い光が出射することを回避でき、輝度ムラをより低減させることができる。
更に、発光装置１においては、拡散板５０の上面５０ａに金属パターン６０が設けられているため、放熱性が良好である。特に、上面５０ａのうち、発光素子３０に近い領域ほど、金属パターン６０が設けられていない領域が小さく、金属パターン６０の配置密度が高いため、発光素子３０から放出される熱を効率的に排出することができる。これは、発光素子３０が発光ダイオード（ＬＥＤ）のような発光に伴って微小領域に多量の熱を放出する素子の場合に、特に有効である。
また、拡散板５０に含まれる蛍光体５２が量子ドット（Quantum Dot：ＱＤ）蛍光体である場合は、量子ドット蛍光体は熱に弱いため、金属パターン６０を介して放熱することによる効果が特に大きい。
更に、金属パターン６０は金属により形成されているため、樹脂材料により形成されている場合と比較して、所定の遮光率を実現しつつ、より薄く形成することができる。金属パターン６０を金属により形成すると、例えば、フィラーを含有させた透明樹脂により形成した場合と比較して、厚さを１００分の１以下とすることができ、さらには１０００分の１程度とすることができる。
＜第２の実施形態＞
以下の実施形態においては、主として第１の実施形態との相違点を説明し、第１の実施形態と同様な部分には、同じ符号を付して、説明を簡略化又は省略する。
以下の実施形態においては、主として第１の実施形態との相違点を説明し、第１の実施形態と同様な部分には、同じ符号を付して、説明を簡略化又は省略する。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本実施形態に係る発光装置２においては、複数のユニット１００が設けられており、Ｘ方向及びＹ方向に沿って周期的に配列されている。各ユニット１００の構成は、第１の実施形態に係る発光装置１の構成と同様である。発光素子３０は、ユニット１００毎に設けられている。配線基板１０、反射層２０、導光部材４０、拡散板５０は、隣り合うユニット１００間で連続していてもよい。各ユニット１００のＸ方向及びＹ方向の長さは、例えば、２ｍｍ程度である。発光素子３０のＸ方向及びＹ方向の長さは、例えば、１４０μｍ程度である。
本実施形態によれば、複数のユニット１００を配列することにより、容易に発光装置２の大型化を図ることができる。
＜第３の実施形態＞
図４に示すように、本実施形態に係る発光装置３は、第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、拡散板５０に第１層５８及び第２層５９が設けられている点が異なっている。第１層５８は発光素子３０に接している。第１層５８は、透光性の樹脂材料からなり、蛍光体を実質的に含まない。第２層５９は第１層５８上に設けられている。第２層５９においては、透光性材料からなる母材５１が設けられており、母材５１内には、蛍光体５２が含まれている。なお、第１層５８及び第２層５９の少なくとも一方には、光拡散材が含まれていてもよい。
図４に示すように、本実施形態に係る発光装置３は、第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、拡散板５０に第１層５８及び第２層５９が設けられている点が異なっている。第１層５８は発光素子３０に接している。第１層５８は、透光性の樹脂材料からなり、蛍光体を実質的に含まない。第２層５９は第１層５８上に設けられている。第２層５９においては、透光性材料からなる母材５１が設けられており、母材５１内には、蛍光体５２が含まれている。なお、第１層５８及び第２層５９の少なくとも一方には、光拡散材が含まれていてもよい。
本実施形態によれば、拡散板５０に蛍光体を実質的に含まない第１層５８を設けることにより、発光素子３０から出射した光が第１層５８内をＸＹ平面に沿って伝播しやすくなる。この結果、拡散板５０の上面５０ａを広くしても、輝度ムラを低減しやすくなる。また、第１層５８上に蛍光体５２を含む第２層５９を設けることにより、混色により所望の色の光を得ると共に、光をより拡散させることができる。なお、拡散板５０においては、３以上の層が積層されていてもよい。
拡散板５０に蛍光体を実質的に含まない第１層５８を設けると、発光素子３０から放出された熱が上方に抜けにくくなる。しかしながら、本実施形態においては、拡散板５０の上面５０ａに金属パターン６０を設けているため、上方への放熱性を補うことができる。このため、蛍光体５２として量子ドット蛍光体等の熱に弱い蛍光体を用いることも可能となる。
＜第４の実施形態＞
図５に示すように、本実施形態に係る発光装置４は、第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、発光素子３０の上部に遮光層３３が設けられている点と、導光部材４０に反射部４１が設けられていない点と、導光部材４０に光反射層４３が設けられている点が異なっている。
図５に示すように、本実施形態に係る発光装置４は、第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、発光素子３０の上部に遮光層３３が設けられている点と、導光部材４０に反射部４１が設けられていない点と、導光部材４０に光反射層４３が設けられている点が異なっている。
発光素子３０の遮光層３３は、例えば、金属材料、光反射性物質を含有する樹脂材料、誘電体多層膜を用いた無機材料等によって形成することができ、例えば金属からなり、半導体部分３１から上方に出射する光を遮断する。このうち、金属材料は、光反射率の高い金属材料を用いることが好ましく、例えば、銀、アルミニウム、ロジウム、金、銅等及びそれらの合金の１以上が挙げられる。また光反射性物質及び樹脂材料としては、反射層２０や反射部４１に用いる白色の樹脂材料で例示したもののなかから選択することができる。また、誘電体多層膜は、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウ等を用いたものが挙げられる。なかでも、金属材料を用いることにより、発光素子３０の周辺に集中した熱を、金属パターン６０が形成された領域に拡散させることで、放熱性を改善することができるので好ましい。
導光部材４０の光反射層４３は発光素子３０の下方に配置されており、例えば、反射層２０と透光部４２の間に配置されている。光反射層４３は、発光素子３０から出射した光を上方に向けて反射するか、又は乱反射する。光反射層４３は、例えば金属からなり、例えば、アルミニウム又は銀合金等の光の反射率が高い材料により形成されていてもよい。又は、光反射層４３として、多数の気泡を含む樹脂シート（例えば発泡樹脂シート）や、光拡散材を含む樹脂シート等を用いることができる。光反射層４３を形成する樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂若しくはポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、又は、エポキシ樹脂若しくはシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。光拡散材としては、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛又はガラス等の公知の材料を用いることができる。又は、光反射層４３として、鏡面反射フィルム等を用いてもよい。
本実施形態に係る発光装置４においては、発光素子３０に遮光層３３が設けられていることにより、発光素子３０から直上に出射する光を抑制し、輝度ムラをより低減させることができる。また、導光部材４０に光反射層４３が設けられていることにより、光の取出効率を向上させることができる。
なお、遮光層３３及び光反射層４３は、いずれか一方のみを設けてもよい。また、上述の第２の実施形態及び第３の実施形態は、組み合わせて実施してもよい。例えば、第３の実施形態のように、拡散板５０に第１層５８及び第２層５９を設けると共に、第４の実施形態のように、発光素子３０に遮光層３３を設け、導光部材４０に光反射層４３を設けてもよく、遮光層３３及び光反射層４３のうち一方を設けてもよい。更に、第３の実施形態及び第４の実施形態についても、第２の実施形態のように、複数のユニットを配列させてもよい。
＜第５の実施形態＞
図６に示すように、本実施形態に係る発光装置５は、第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、発光素子３０の半導体部分３１の上部が拡散板５０内に配置されている。すなわち、半導体部分３１の上部は拡散板５０内に埋め込まれている。これにより、第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、発光装置５をより薄型化することができる。
図６に示すように、本実施形態に係る発光装置５は、第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、発光素子３０の半導体部分３１の上部が拡散板５０内に配置されている。すなわち、半導体部分３１の上部は拡散板５０内に埋め込まれている。これにより、第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、発光装置５をより薄型化することができる。
＜第６の実施形態＞
図７に示すように、本実施形態に係る発光装置６においては、金属パターン６０が一体的に形成されている。金属パターン６０には、複数の開口６０ａが形成されている。開口６０ａは金属パターン６０を厚さ方向に貫いている。複数の開口６０ａは、Ｘ方向及びＹ方向に沿って配列されている。発光素子３０から遠いほど、開口６０ａは大きい。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、複数の発光装置がＸ方向及びＹ方向に沿って周期的に配列されている場合、ある発光装置５の金属パターン６０は、隣の発光装置５の金属パターン６０と一体的に形成されていてもよい。このため、金属パターン６０に流入した熱は、複数の発光装置６にわたって伝達される。これにより、例えば、点灯している発光装置６において発生した熱が、消灯している発光装置６の金属パターン６０に伝わり、そこから外部に排出される。この結果、発光装置６は放熱性が良好となる。
図７に示すように、本実施形態に係る発光装置６においては、金属パターン６０が一体的に形成されている。金属パターン６０には、複数の開口６０ａが形成されている。開口６０ａは金属パターン６０を厚さ方向に貫いている。複数の開口６０ａは、Ｘ方向及びＹ方向に沿って配列されている。発光素子３０から遠いほど、開口６０ａは大きい。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、複数の発光装置がＸ方向及びＹ方向に沿って周期的に配列されている場合、ある発光装置５の金属パターン６０は、隣の発光装置５の金属パターン６０と一体的に形成されていてもよい。このため、金属パターン６０に流入した熱は、複数の発光装置６にわたって伝達される。これにより、例えば、点灯している発光装置６において発生した熱が、消灯している発光装置６の金属パターン６０に伝わり、そこから外部に排出される。この結果、発光装置６は放熱性が良好となる。
なお、金属パターン６０は発光装置６の上面全体を覆う必要はなく、発光素子３０よりも大きければよい。このような場合でも発光素子３０の周辺に集中した熱を、金属パターン６０が形成された領域に拡散させることで、放熱性を改善することができる。
＜第７の実施形態＞
図８に示すように、本実施形態に係る発光装置は、第６の実施形態に係る発光装置６と比較して、金属パターン６０の周辺部の形状が櫛状であり、周辺部に配置された開口６０ａが発光装置の端縁に向かって延びている延伸部を有している。延伸する方向における延伸部の長さは、他の開口６０ａのいずれの開口の最大径よりも大きく、好ましくは２倍以上である。これにより、本実施形態に係る発光装置においては、周辺部の輝度を増加させることができる。また、金属パターン６０の周辺における櫛状の先端まで熱を拡散でき、放熱性が良好となる。
図８に示すように、本実施形態に係る発光装置は、第６の実施形態に係る発光装置６と比較して、金属パターン６０の周辺部の形状が櫛状であり、周辺部に配置された開口６０ａが発光装置の端縁に向かって延びている延伸部を有している。延伸する方向における延伸部の長さは、他の開口６０ａのいずれの開口の最大径よりも大きく、好ましくは２倍以上である。これにより、本実施形態に係る発光装置においては、周辺部の輝度を増加させることができる。また、金属パターン６０の周辺における櫛状の先端まで熱を拡散でき、放熱性が良好となる。
＜第８の実施形態＞
図９は、本実施形態における金属パターンを模式的に示す平面図である。
図９に示すように、本実施形態に係る発光装置においては、金属パターン６０の開口６０ａが、相互に例えば６０°の角度をなす３方向に沿って配列されている。これにより、輝度ムラがより低減する。なお、図９は、金属パターンの設計思想を示す図であり、平面視において、金属パターンを除いた発光装置の大きさに対して、金属パターン６０が大きくてもよいし、小さくてもよい。図９では、発光装置に対して、金属パターン６０が大きい場合を示している。この場合、発光装置よりも外側にある金属パターンは存在しなくてもよい。
図９は、本実施形態における金属パターンを模式的に示す平面図である。
図９に示すように、本実施形態に係る発光装置においては、金属パターン６０の開口６０ａが、相互に例えば６０°の角度をなす３方向に沿って配列されている。これにより、輝度ムラがより低減する。なお、図９は、金属パターンの設計思想を示す図であり、平面視において、金属パターンを除いた発光装置の大きさに対して、金属パターン６０が大きくてもよいし、小さくてもよい。図９では、発光装置に対して、金属パターン６０が大きい場合を示している。この場合、発光装置よりも外側にある金属パターンは存在しなくてもよい。
＜第９の実施形態＞
図１０は、本実施形態における金属パターンを模式的に示す平面図である。
図１０に示すように、本実施形態に係る発光装置においては、金属パターン６０の開口６０ａが同心円状に配列されている。これにより、輝度ムラがより低減する。なお、図１０は、金属パターンの設計思想を示す図であり、平面視において、金属パターンを除いた発光装置の大きさに対して、金属パターン６０が大きくてもよいし、小さくてもよい。図１０では、発光装置に対して、金属パターン６０が小さい場合を示している。この場合、平面視で、発光装置よりも内側にのみ金属パターンが存在することとなる。
図１０は、本実施形態における金属パターンを模式的に示す平面図である。
図１０に示すように、本実施形態に係る発光装置においては、金属パターン６０の開口６０ａが同心円状に配列されている。これにより、輝度ムラがより低減する。なお、図１０は、金属パターンの設計思想を示す図であり、平面視において、金属パターンを除いた発光装置の大きさに対して、金属パターン６０が大きくてもよいし、小さくてもよい。図１０では、発光装置に対して、金属パターン６０が小さい場合を示している。この場合、平面視で、発光装置よりも内側にのみ金属パターンが存在することとなる。
＜第１０の実施形態＞
図１１に示すように、本実施形態に係る発光装置においては、金属パターン６０が、１つの第２金属部分６２と、相互に離隔した複数の第１金属部分６１と、を有している。第２金属部分６２には複数の開口６２ａが形成されている。Ｚ方向から見て、第２金属部分６２は発光装置の中央部に配置されており、複数の第１金属部分６１は発光装置の周辺部に配置されている。第２金属部分６２の開口６２ａは、例えば、Ｘ方向及びＹ方向に沿って配列されており、発光素子３０から遠いほど大きい。第１金属部分６１は、発光素子３０から遠いほど小さい。これによっても、輝度ムラをより低減できる。なお、図１１は、金属パターンの設計思想を示す図であり、平面視において、金属パターンを除いた発光装置の大きさに対して、金属パターン６０が、同じでもよいし、大きくてもよいし、小さくてもよい。図１１では、発光装置に対して、金属パターン６０が同じ大きさの場合を示している。
図１１に示すように、本実施形態に係る発光装置においては、金属パターン６０が、１つの第２金属部分６２と、相互に離隔した複数の第１金属部分６１と、を有している。第２金属部分６２には複数の開口６２ａが形成されている。Ｚ方向から見て、第２金属部分６２は発光装置の中央部に配置されており、複数の第１金属部分６１は発光装置の周辺部に配置されている。第２金属部分６２の開口６２ａは、例えば、Ｘ方向及びＹ方向に沿って配列されており、発光素子３０から遠いほど大きい。第１金属部分６１は、発光素子３０から遠いほど小さい。これによっても、輝度ムラをより低減できる。なお、図１１は、金属パターンの設計思想を示す図であり、平面視において、金属パターンを除いた発光装置の大きさに対して、金属パターン６０が、同じでもよいし、大きくてもよいし、小さくてもよい。図１１では、発光装置に対して、金属パターン６０が同じ大きさの場合を示している。
＜第１１の実施形態＞
図１２は、本実施形態における金属パターンを模式的に示す平面図である。
図１２に示すように、本実施形態に係る発光装置においては、金属パターン６０の第２金属部分６２の複数の開口６２ａ及び複数の第１金属部分６１が、３方向に沿って配列されている。なお、図１２は、金属パターンの設計思想を示す図であり、平面視において、金属パターンを除いた発光装置の大きさに対して、金属パターン６０が大きくてもよいし、小さくてもよい。図１２では、発光装置に対して、金属パターン６０が小さい場合を示している。この場合、平面視で、発光装置よりも内側にのみ金属パターンが存在することとなる。
図１２は、本実施形態における金属パターンを模式的に示す平面図である。
図１２に示すように、本実施形態に係る発光装置においては、金属パターン６０の第２金属部分６２の複数の開口６２ａ及び複数の第１金属部分６１が、３方向に沿って配列されている。なお、図１２は、金属パターンの設計思想を示す図であり、平面視において、金属パターンを除いた発光装置の大きさに対して、金属パターン６０が大きくてもよいし、小さくてもよい。図１２では、発光装置に対して、金属パターン６０が小さい場合を示している。この場合、平面視で、発光装置よりも内側にのみ金属パターンが存在することとなる。
前述の各実施形態は、本発明を具現化した例であり、本発明はこれらの実施形態には限定されない。例えば、前述の各実施形態において、いくつかの構成要素又は工程を追加、削除又は変更したものも本発明に含まれる。例えば、各実施形態において、拡散板の上面に金属パターンが配置される領域は、発光装置よりも小さくてもよく、同じでもよい。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。例えば、各実施形態において示した金属パターンは、他の実施形態に係る発光装置に適用することができる。
本発明は、例えば、照明装置及び表示装置の光源等に利用することができる。
１、１ａ、２、３、４、５、６：発光装置
１０：配線基板
１１：絶縁層
１２：配線
１３：ビア
２０：反射層
３０：発光素子
３１：半導体部分
３２：電極
３３：遮光層
４０：導光部材
４１：反射部
４１ａ：反射部の上面
４２：透光部
４３：光反射層
４９：界面
５０：拡散板
５０ａ：拡散板の上面
５１：母材
５２：蛍光体
５５：拡散板の上面における金属パターンが設けられていない領域
５６ａ：第１領域
５６ｂ：第２領域
５６ｃ：第３領域
５６ｄ：第４領域
５６ｅ：第５領域
５８：第１層
５９：第２層
６０：金属パターン
６０ａ：開口
６１：第１金属部分
６２：第２金属部分
６２ａ：開口
１００：ユニット
ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５：領域５５の割合
１０：配線基板
１１：絶縁層
１２：配線
１３：ビア
２０：反射層
３０：発光素子
３１：半導体部分
３２：電極
３３：遮光層
４０：導光部材
４１：反射部
４１ａ：反射部の上面
４２：透光部
４３：光反射層
４９：界面
５０：拡散板
５０ａ：拡散板の上面
５１：母材
５２：蛍光体
５５：拡散板の上面における金属パターンが設けられていない領域
５６ａ：第１領域
５６ｂ：第２領域
５６ｃ：第３領域
５６ｄ：第４領域
５６ｅ：第５領域
５８：第１層
５９：第２層
６０：金属パターン
６０ａ：開口
６１：第１金属部分
６２：第２金属部分
６２ａ：開口
１００：ユニット
ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５：領域５５の割合
Claims (15)
- 発光素子と、
前記発光素子の周囲に設けられた導光部材と、
前記発光素子上及び前記導光部材上に設けられ、前記発光素子に接し、前記発光素子から出射した光を拡散させる拡散板と、
前記拡散板の上面に設けられた金属パターンと、
を備え、
前記金属パターンは、平面視において前記発光素子から離れる方向に延びる複数の延伸部を有し、
前記拡散板の上面における前記金属パターンが設けられていない領域の割合は、前記発光素子から遠いほど増加する発光装置。 - 前記拡散板の上面において、前記発光素子の直上域に相当する第１領域における前記割合は、前記第１領域の周囲に配置された第２領域における前記割合よりも低い請求項１に記載の発光装置。
- 前記第１領域における前記割合は０％である請求項２に記載の発光装置。
- 前記金属パターンは、相互に離隔した複数の第１金属部分を含む請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。
- 平面視において、前記延伸部の先端は前記拡散板の外縁に到達している請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記金属パターンは一体的に形成されており、複数の開口が形成された請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記金属パターンは、
相互に離隔した複数の第１金属部分と、
複数の開口が形成された１つの第２金属部分と、
を有する請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。 - 前記金属パターンは、アルミニウム、銅、銀、及び、銀合金からなる群より選択された１種以上の材料を含む請求項１～７のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記拡散板は蛍光体を含む請求項１～８のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記拡散板は、
前記発光素子に接し、蛍光体を含まない第１層と、
前記第１層上に設けられ、蛍光体を含む第２層と、
を有する請求項１～８のいずれか１つに記載の発光装置。 - 前記拡散板は、前記第２層上に設けられた第３層をさらに有し、
前記第３層は蛍光体を含まないか、又は、前記第３層の蛍光体濃度は前記第２層の蛍光体濃度よりも低い請求項１０に記載の発光装置。 - 前記発光素子の一部は、前記拡散板内に配置された請求項１～１１のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記発光素子は、前記拡散板に接した遮光層を有する請求項１～１２のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記導光部材は、
前記発光素子から遠ざかるにつれて前記拡散板に近づくように上面が傾斜した反射部と、
前記反射部上に設けられ、前記発光素子の側面に接した透光部と、
を有する請求項１～１３のいずれか１つに記載の発光装置。 - 前記導光部材は、前記発光素子の下方に配置された光反射層を有する請求項１～１４のいずれか１つに記載の発光装置。
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