以下、図面を参照し、実施形態について説明する。各図面は、実施形態を模式的に示したものであるため、各部材のスケール、間隔若しくは位置関係などが誇張、部材の一部の図示が省略、又は、断面図として切断面のみを示す端面図を用いる場合がある。なお、各図面中、同じ構成には同じ符号を付している。
図1は、本発明の一実施形態の面状光源300の模式平面図である。図1は、面状光源300の発光面を見た平面視を表す。図1において、面状光源300の発光面に対して平行であり、且つ互いに直交する2方向をX方向およびY方向とする。面状光源300は、例えば、X方向に沿って延びる2辺と、Y方向に沿って延びる2辺とをもつ四角形の外形を有する。
面状光源300は、1又は複数の光源20を備えることができる。面状光源300が複数の光源20を備える場合、各光源20の間は区画溝14で区画されている。この区画溝14で区画された1つの領域を発光領域301とする。1つの発光領域301は、例えばローカルディミングの駆動単位とすることができる。また、区画溝14で区画された1つの発光領域301に複数の光源20を配置してもよい。
図1には、2行3列に区画された6つの発光領域301を備える面状光源300を例示している。なお、面状光源300を構成する発光領域301の数は図1に示す数に限らない。また、面状光源300が1つの光源20を備えることもでき、この場合、1つの面状光源300が1つの発光領域301を備える。また、複数の面状光源300を並べることで、より面積の大きい面状光源装置とすることもできる。
図2は、図1のII-II線における模式断面図である。面状光源300は、発光モジュール100と、配線基板200とを備える。
発光モジュール100は、導光板10と、光源20と、第1光反射性部材41と、第2光反射性部材42と、第3光反射性部材43と、第1透光性部材80と、第1光調整部材90とを備える。
光源20からの光は導光板10に導光され、導光板10は光源20が発する光に対する透光性を有する。光源20は発光素子21を有する。光源20が発する光とは、少なくとも発光素子21が発する光を含む。例えば、光源20が蛍光体を含む場合には、光源20が発する光には蛍光体が発する光も含まれる。光源20からの光に対する導光板10の透過率は、例えば、80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。
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、若しくは、ポリエステル等の熱可塑性樹脂、エポキシ、若しくは、シリコーン等の熱硬化性樹脂、又は、ガラスなどを用いることができる。
導光板10は、面状光源300の発光面となる上面11と、上面11の反対側の下面12とを有する。また、導光板10は孔部を有する。図2に示す例では、孔部は、上面11から下面12まで貫通する貫通孔13である。
導光板10の厚さは、例えば、200μm以上800μm以下が好ましい。導光板10は、その厚さ方向に、単層で構成されてもよいし、複数の層の積層体で構成されてもよい。導光板10が積層体で構成される場合、各層の間に透光性の接着部材を配置してもよい。積層体の各層は、異なる種類の主材を用いてもよい。接着部材の材料としては、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若しくはポリエステル等の熱可塑性樹脂、又は、エポキシ若しくはシリコーン等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
図1に示すように、貫通孔13は、平面視において例えば円形とすることができる。また、貫通孔13は、平面視において、例えば、楕円、又は、三角形、四角形、六角形若しくは八角形等の多角形とすることができる。
導光板10には、平面視において少なくとも1つの光源20を囲む区画溝14が形成されている。図1に示すように、導光板10は、X方向に直線状に延びる区画溝14と、Y方向に延びる区画溝14とで構成される格子状の区画溝14を備えることが好ましい。
図2には、導光板10の上面11から下面12まで貫通し、かつ第1光反射性部材41に達する区画溝14を例示している。区画溝14は、導光板10の上面11側に開口を有し、底が下面12に達しない有底溝であってもよい。この場合、区画溝14の底は、下面12に近いほど好ましい。または、区画溝14は、下面12側に開口を有し、底が上面11に達しない有底の溝であってもよい。
区画溝14内には、第3光反射性部材43を配置することができる。図2では、第3光反射性部材43は、その上面が平坦な面になるように区画溝14内に充填されているが、例えば、第3光反射性部材43の上面は、凹状又は凸状の曲面であってもよい。また、第3光反射性部材43は、層状に区画溝14の内側面の少なくとも一部を覆っており、区画溝14内の一部に空間が形成されていてもよい。このような第3光反射性部材43として、例えば、光拡散剤を含む樹脂部材を用いることができる。光拡散剤としては、例えば、TiO2の粒子が挙げられる。その他、光拡散剤として、Nb2O5、BaTiO3、Ta2O5、Zr2O3、ZnO、Y2O3、Al2O3、MgO又はBaSO4などの粒子が挙げられる。また、第3光反射性部材43として、例えば、Al又はAgなどの金属部材を用いてもよい。また、区画溝14内全体が空気であってもよい。
また、導光板10の上面11には、輝度ムラを減らすために、例えば輝度の低い領域に凸部及び/又は凹部を有していてもよい。
第3光反射性部材43は、隣接する発光領域301間の導光を抑制する。例えば、発光状態の発光領域301から、非発光状態の発光領域301への導光が制限される。これにより、それぞれの発光領域301を駆動単位としたローカルディミングが可能となる。
導光板10の下面12側には、第1光反射性部材41が配置されている。第1光反射性部材41は、例えば、接着部材71によって導光板10の下面12に接着されている。接着部材71は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂又はオレフィン樹脂などが挙げられる。
第1光反射性部材41の下面側には、第2光反射性部材42が配置されている。例えば、第2光反射性部材42は、第1光反射性部材41の下面に接着されている。
第1光反射性部材41は、接着部材71を介して、導光板10の下面12から光源20の下面にわたって対面するように配置されている。すなわち、第1光反射性部材41は、導光板10の貫通孔13の下面12側の開口を閉塞している。第2光反射性部材42は、第1光反射性部材41の下面全体と対面するように配置されている。第2光反射性部材42は、第1光反射性部材41の下面の一部と対面するように配置されていてもよい。例えば、第2光反射性部材42は、発光領域301内において光源20からの距離が相対的に遠いために輝度が低くなる傾向にある部分(例えば平面視における発光領域301の隅部に対応する部分)に配置することが好ましい。
第1光反射性部材41及び第2光反射性部材42は、配線基板200と、導光板10の下面12との間に配置されている。
第2光反射性部材42の厚さは、第1光反射性部材41の厚さよりも薄くすることができる。例えば、第1光反射性部材41の厚さは、20μm以上300μm以下であり、好ましくは40μm以上250μm以下である。また、第2光反射性部材42の厚さは10μm以上150μm以下であり、好ましくは20μm以上100μm以下である。
図3Aは、第1光反射性部材41の模式断面図である。
第1光反射性部材41は、第1樹脂部材41aと、第1樹脂部材41aよりも屈折率が低い第1反射体41bとを含む。第1樹脂部材41aは、光源20が発する光に対する透光性を有し、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂又はエポキシ樹脂などの樹脂部材である。第1反射体41bは、例えば、気泡である。その他、第1反射体41bとして、例えば、シリカ、中空シリカ、CaF2またはMgF2などを用いることができる。
図3Bは、第2光反射性部材42の模式断面図である。
第2光反射性部材42は、第2樹脂部材42aと、第2樹脂部材42aよりも屈折率が高い第2反射体42bとを含む。第2樹脂部材42aは、第1光反射性部材41の第1樹脂部材41aよりも屈折率が低い。第2樹脂部材42aは、光源20が発する光に対する透光性を有し、例えば、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、BT樹脂、ポリイミド樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂などの樹脂部材である。第2反射体42bは、例えば、TiO2の粒子である。その他、第2反射体42bとして、例えば、Nb2O5、BaTiO3、Ta2O5、Zr2O3、ZnO、Y2O3、Al2O3、MgOまたはBaSO4などの粒子を用いることができる。
また、第2光反射性部材42は、25℃から100℃の温度変化に対して、弾性率の変化が小さい部材であることが好ましい。例えば、第2光反射性部材42の弾性率の変化が、25℃のときの弾性率に対して、60℃のときに60%以下、100℃のときに80%以下であることが好ましい。特に、100℃のときの第2光反射性部材42の弾性率は、10000Pa以上50000Pa以下であることが好ましく、さらに好ましくは20000Pa以上40000Pa以下である。これにより、例えば、図12に示されるような孔401内に配置された導電性ペーストを硬化するときの加熱により、第1光反射性部材41に対して第2光反射性部材42の位置がずれるのを抑制し、硬化された導電性ペースト(第1導電部61)にクラックが生じるのを抑制することができる。
なお、本実施形態における第1樹脂部材41a、第1反射体41b、第2樹脂部材42aまたは第2反射体42bの屈折率は、例えば、アッベ型屈折率計等により測定したり、フーリエ変換赤外分光分析等によって同定された組成から推定したりすることができる。また、第1樹脂部材41aまたは第2樹脂部材42aの屈折率は、例えば、第1樹脂部材41aまたは第2樹脂部材42aを特定の屈折率を有する液体(以下、屈折液という)内に配置し、第1樹脂部材41aまたは第2樹脂部材42aと屈折液との界面の有無を光学顕微鏡で観察することによっても推定することができる。即ち、第1樹脂部材41aまたは第2樹脂部材42aの屈折率は、屈折液との界面が見えない(または見えにくい)場合、屈折液の屈折率に近いと推定することができる。また、第1樹脂部材41a、第1反射体41b、第2樹脂部材42aまたは第2反射体42bが市販品である場合には、それらの屈折率にカタログ値を用いることができる。
光源20は、導光板10の貫通孔13内における第1光反射性部材41上に、接着部材71を介して配置されている。
図4Aは、光源20の一例の模式断面図である。
光源20は、発光素子単体であってもよいし、発光素子に波長変換部材等の光学部材を組み合わせた構造を有していてもよい。本実施形態では、図4Aに示すように光源20は、発光素子21と、電極23と、被覆部材24と、第2透光性部材25と、第2光調整部材26とを含む。また、光源20は、所望の配光に応じて、第2光調整部材26を含まなくてもよい。例えば、第2透光性部材25上に第2光調整部材26を配置しない、言い換えると光源20の上面を第2透光性部材25の上面にて構成することができる。
発光素子21は、半導体積層体22を含む。半導体積層体22は、例えば、サファイアまたは窒化ガリウム等の支持基板と、支持基板上に配置されるn型半導体層およびp型半導体層と、これらに挟まれた発光層と、n型半導体層およびp型半導体層とそれぞれ電気的に接続されたn側電極およびp側電極とを含む。なお、半導体積層体22は、支持基板が除去されたものを用いてもよい。また、発光層の構造としては、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造(SQW)のように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。発光層は、可視光又は紫外光を発光可能である。発光層は、可視光として、青色から赤色までを発光可能である。このような発光層を含む半導体積層体22としては、例えばInxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)を含むことができる。半導体積層体22は、上述した発光が可能な発光層を少なくとも1つ含むことができる。例えば、半導体積層体22は、n型半導体層とp型半導体層との間に1つ以上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。半導体積層体22に複数の発光層を含む場合、発光ピーク波長が異なる発光層を含んでいてもよいし、発光ピーク波長が同じ発光層を含んでいてもよい。なお、発光ピーク波長が同じとは、数nm程度のばらつきがあってもよい。発光ピーク波長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、半導体積層体22が2つの発光層を含む場合、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の組み合わせで発光層を選択することができる。また、各発光層は、発光ピーク波長が異なる複数の活性層を含んでいてもよいし、発光ピーク波長が同じ複数の活性層を含んでいてもよい。
第2透光性部材25は、発光素子21の上面および側面を覆っている。第2透光性部材25は、発光素子20を保護するとともに第2透光性部材25に添加される粒子に応じて、波長変換および光拡散等の機能を備える。具体的には、第2透光性部材25は、透光性樹脂を含み、蛍光体を更に含んでいてもよい。透光性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等を用いることができる。また、蛍光体としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Y3(Al,Ga)5O12:Ce)、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Lu3(Al,Ga)5O12:Ce)、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Tb3(Al,Ga)5O12:Ce)、CCA系蛍光体(例えば、Ca10(PO4)6Cl2:Eu)、SAE系蛍光体(例えば、Sr4Al14O25:Eu)、クロロシリケート系蛍光体(例えば、Ca8MgSi4O16Cl2:Eu)、βサイアロン系蛍光体(例えば、(Si,Al)3(O,N)4:Eu)、αサイアロン系蛍光体(例えば、Mz(Si,Al)12(O,N)16:Eu(但し、0<z≦2であり、MはLi、Mg、Ca、Y、およびLaとCeを除くランタニド元素))、SLA系蛍光体(例えば、SrLiAl3N4:Eu)、CASN系蛍光体(例えば、CaAlSiN3:Eu)若しくはSCASN系蛍光体(例えば、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu)等の窒化物系蛍光体、KSF系蛍光体(例えば、K2SiF6:Mn)、KSAF系蛍光体(例えば、K2(Si,Al)F6:Mn)若しくはMGF系蛍光体(例えば、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn)等のフッ化物系蛍光体、ペロブスカイト構造を有する蛍光体(例えば、CsPb(F,Cl,Br,I)3)、または、量子ドット蛍光体(例えば、CdSe、InP、AgInS2又はAgInSe2)等を用いることができる。第2透光性部材25に添加する蛍光体としては、1種類の蛍光体を用いてもよく、複数種類の蛍光体を用いてもよい。
KSAF系蛍光体としては、下記式(I)で表される組成を有していてよい。
M2[SipAlqMnrFs] (I)
式(I)中、Mはアルカリ金属を示し、少なくともKを含んでよい。Mnは4価のMnイオンであってよい。p、q、r及びsは、0.9≦p+q+r≦1.1、0<q≦0.1、0<r≦0.2、5.9≦s≦6.1を満たしていてよい。好ましくは、0.95≦p+q+r≦1.05又は0.97≦p+q+r≦1.03、0<q≦0.03、0.002≦q≦0.02又は0.003≦q≦0.015、0.005≦r≦0.15、0.01≦r≦0.12又は0.015≦r≦0.1、5.92≦s≦6.05又は5.95≦s≦6.025であってよい。例えば、K2[Si0.946Al0.005Mn0.049F5.995]、K2[Si0.942Al0.008Mn0.050F5.992]、K2[Si0.939Al0.014Mn0.047F5.986]で表される組成が挙げられる。このようなKSAF系蛍光体によれば、輝度が高く、発光ピーク波長の半値幅の狭い赤色発光を得ることができる。
被覆部材24は、少なくとも発光素子21の下面に配置される。被覆部材24は、発光素子21と電気的に接続された電極23の表面(図4Aにおける下面)が被覆部材24から露出するように配置される。被覆部材24は、発光素子21の側面を覆う第2透光性部材25の下面にも配置されている。
被覆部材24は、光源20が発する光に対する反射性を有する。被覆部材24は、例えば、光拡散剤を含む樹脂部材である。具体的には、被覆部材24は、TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO又はガラス等の粒子からなる光拡散剤を含む、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂である。また、被覆部材24は、無機部材であってもよい。
第2光調整部材26は、第2透光性部材25の上面に配置されており、第2透光性部材25の上面から出射する光の量や出射方向を制御する。第2光調整部材26は、光源20が発する光に対する反射性および透光性を有する。第2透光性部材25の上面から出射した光の一部は、第2光調整部材26により反射し、他の一部は、第2光調整部材26を透過する。第2光調整部材26の透過率は、例えば、1%以上50%以が好ましく、3%以上30%以下であることがより好ましい。これにより、光源20の直上での輝度を低下させ、面状光源300の輝度の面内ばらつきを低下させる。第2光調整部材26は、透光性樹脂と、透光性樹脂中に含まれる光拡散剤等によって構成することができる。透光性樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂である。光拡散剤は、例えばTiO2、SiO2、Al2O3、ZnO又はガラス等の粒子が挙げられる。第2光調整部材26は、例えば、Al若しくはAgなどの金属部材、又は誘電体多層膜であってもよい。また、第2光調整部材26は、無機部材であってもよい。
また、上述した蛍光体を含有するシート状の波長変換部材(以下、波長変換シートという)を、面状光源300上に配置してもよい。波長変換シートは、光源20からの青色光の一部を吸収して、黄色光、緑色光及び/又は赤色光を発し、白色光を出射する面状光源とすることができる。例えば、青色の発光が可能な光源と、黄色の発光が可能な蛍光体を含有する波長変換シートと、を組み合わせて白色光を得ることができる。また他には、青色の発光が可能な光源と、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有する波長変換シートとを組み合わせてもよい。また、青色の発光が可能な光源と、複数の波長変換シートとを組み合わせてもよい。複数の波長変換シートとしては、例えば、赤色の発光が可能な蛍光体を含有する波長変換シートと、緑色の発光が可能な蛍光体を含有する波長変換シートと、を選択することができる。また、青色の発光が可能な発光素子と、赤色の発光が可能な蛍光体を含有する透光性部材とを有する光源と、緑色の発光が可能な蛍光体を含有する波長変換シートとを組み合わせてもよい。
図2に示すように、導光板10の貫通孔13内には、第1透光性部材80が配置されている。第1透光性部材80は、光源20が発する光に対する透光性を有し、例えば、導光板10の材料と同じ樹脂、又は導光板10の材料との屈折率差が小さい樹脂を用いることができる。
第1透光性部材80は、光源20の側面と、貫通孔13の側面との間に配置されている。このとき、光源20の側面と第1透光性部材80との間、及び貫通孔13の側面と第1透光性部材80との間に空気層等の空間が形成されないように、第1透光性部材80を配置することが好ましい。これにより、光源20からの光が、導光板10内に導光されやすくすることができる。
第1透光性部材80は、光源20の上面(この例では、第2光調整部材26の上面)を覆っている。第1透光性部材80の上面は、平坦な面とすることができる。また、第1透光性部材80の上面は、凹状又は凸状の曲面とすることができる。
配線基板200は、絶縁基材50と、絶縁基材50の一方の面に配置された第1配線層53と、絶縁基材50の他方の面に配置された第2配線層54と、導電部材60とを備える。
配線基板200は、第1絶縁層52と第2絶縁層51をさらに備えることができる。第1絶縁層52は、絶縁基材50における第1配線層53が配置された面の一部、及び第1配線層53の一部を被覆している。第2絶縁層51は、絶縁基材50における第2配線層54が配置された面、及び第2配線層54を被覆している。第2光反射性部材42は、第2絶縁層51上に配置されている。
導電部材60は、第1導電部61と、第2導電部62とを含む。第1導電部61は、接着部材71、第1光反射性部材41、第2光反射性部材42、第2絶縁層51及び絶縁基材50を貫通している。第1導電部61は、面状光源300の厚さ方向において光源20の電極23の下に重なる位置にあり、電極23と接続されている。
第2導電部62は、絶縁基材50における第1絶縁層52から露出した面に配置され、第1配線層53の一部を覆っている。第2導電部62は、第1導電部61及び第1配線層53と接続している。したがって、光源20の電極23は、導電部材60の第1導電部61及び第2導電部62を介して、第2配線層53と電気的に接続されている。
第1配線層53と第2配線層54は、面状光源300における図2に示す断面部分以外の部分で、互いに電気的に接続されている。例えば、絶縁基材50を貫通する配線によって、第1配線層53と第2配線層54は接続されている。
絶縁基材50、第1絶縁層52及び第2絶縁層51は、例えば、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート又はポリエチレンテレフタレート等の樹脂を含むことができる。第1配線層53及び第2配線層54は、例えば、銅又はアルミニウム等の金属を含むことができる。導電部材60は、例えば、バインダー樹脂中に導電性のフィラーが分散された導電性ペーストである。導電部材60は、フィラーとして、例えば、銅又は銀等の金属を含むことができる。フィラーは、粒子状又はフレーク状である。
第1光調整部材90は、少なくとも第1透光性部材80上に配置されている。第1光調整部材90は、光源20が発する光に対する反射性および透光性を有する。第1光調整部材90は、透光性樹脂と、透光性樹脂中に分散して含まれる光拡散剤等によって構成することができる。透光性樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂である。光拡散剤は、例えばTiO2、SiO2、Al2O3、ZnO又はガラス等の粒子が挙げられる。また、第1光調整部材90は、無機部材であってもよい。また、第1光調整部材90は、第1透光性部材80の上面の全部又は一部を覆うように配置することができる。
図1に示すように、第1光調整部材90は、平面視において光源20と重なる位置に配置される。図1に示す例では、第1光調整部材90は、平面視が四角形の光源20よりも大きい四角形である。第1光調整部材90は、平面視において、円形、三角形、六角形又は八角形等の形状とすることができる。図2に示すように、第1光調整部材90は、第1透光性部材80の上面と、その周辺の導光板10の上面11の上にまで延伸させてもよい。
また、第1光調整部材90は、平面視において光源20と重なる位置に配置以外にも、輝度ムラを減らすために導光板10の上面11のうち輝度の高い領域に点在させてもよい。例えば、第1光調整部材90は、区画溝14の近傍、より具体的には区画溝14に沿って点在させることができる。
第1光調整部材90と、光源20の第2光調整部材26との間に、第1透光性部材80の一部が配置されている。第1透光性部材80は、第2光調整部材26及び第1光調整部材90よりも光源20が発する光に対する透過率が高い。光源20が発する光に対する第1透光性部材80の透過率は、100%以下の範囲において、第2光調整部材26の透過率および第1光調整部材90の透過率の2倍以上100倍以下とすることができる。
第2光調整部材26は、光源20の真上方向へ出射された光の一部を反射させ、他の一部を透過させる。これにより、面状光源300の各発光領域301において、光源20の直上領域の輝度が他の領域の輝度に比べて極端に高くなることを抑制できる。つまり、区画溝14で区画された1つの発光領域301から出射される光の輝度ムラを低減することができる。第1光調整部材90の厚さは、0.005mm以上0.2mm以下とするのが好ましく、さらに好ましくは0.01mm以上0.075mm以下である。また、第1光調整部材90の反射率としては、光源20の第2光調整部材26の反射率よりも低く設定するのが好ましく、光源20からの光に対して、例えば20%以上90%以下が好ましく、さらに好ましくは30%以上85%以下である。
また、図2に示す例では、第2光調整部材26と第1光調整部材90との間に、これら第2光調整部材26および第1光調整部材90よりも透過率が高い第1透光性部材80の一部が介在している。第2光調整部材26と第1光調整部材90との間の第1透光性部材80には、光源20から出射した光や、光源20の周辺の第1光反射性部材41で反射した光などが導光される。これにより、光源20の直上領域が明るくなりすぎず、且つ暗くなりすぎず、結果として、発光領域301の発光面内における輝度ムラを低減することができる。
導光板10の下面12側に配置された第1光反射性部材41は、導光板10内を導光され、下面12側に向かった光を、面状光源300の発光面である上面11側に反射させ、上面11から取り出される光の輝度を向上させる。
第1光反射性部材41と上面11との間の領域においては、第1光反射性部材41と上面11での全反射が繰り返されつつ、光源20からの光が区画溝14に向かって導光板10内を導光される。上面11に向かった光の一部は上面11から導光板10の外部に取り出される。
第1光反射性部材41は、図3Aを参照して前述したように、透光性の第1樹脂部材41aと、第1樹脂部材41aよりも屈折率が低い第1反射体41bとを含む。したがって、第1樹脂部材41a中に入射した光は、第1樹脂部材41aと第1反射体41bとの界面において全反射しやすい。このような第1光反射性部材41における全反射を利用して、光源20からより遠い領域まで光を導光させやすくできる。光源20と、各発光領域301の端部(区画溝14)との間の距離が長くなっても、発光領域301の全領域に光を導光させやすくなる。これは、発光面(上面11)内における輝度ムラを少なくすることができる。また、導光板10に配置する光源20の数の低減につながる。
第1樹脂部材41aと第1反射体41bとの屈折率差は大きい方が好ましく、第1反射体41bとしては、特に、気泡(空気)が好ましい。
第1光反射性部材41を厚くするほど、第1光反射性部材41を透過して発光モジュール100の下方へと抜ける光を抑制する効果は高い。発光モジュール100の下方に抜ける光は、上面11から取り出されず、損失となる。ただし、第1光反射性部材41を厚くすることは、発光モジュール100の薄型化を妨げる。
そこで、本実施形態では、第1光反射性部材41の下面側に第2光反射性部材42を配置している。図3Bを参照して前述したように、第2光反射性部材42は、透光性の第2樹脂部材42aと、第2樹脂部材42aよりも屈折率が高い第2反射体42bとを含む。第2樹脂部材42a中に入射した光は第2反射体42bで散乱反射し、発光モジュール100の下方への光の抜けを抑制できる。すなわち、反射特性の異なる第1光反射性部材41と第2光反射性部材42とを組み合わせることで、導光板10内の導光性を確保しつつ、発光モジュール100の下方に抜ける光を抑制し、上面11からの光取り出し効率を向上することができる。
また、発光モジュール100の下方に抜ける光が抑制されることにより、配線基板200の劣化を抑制することができる。
第2樹脂部材42aと第2反射体42bとの屈折率差は大きい方が好ましく、第2反射体42bとしては、特に、酸化チタンが好ましい。
また、第2光反射性部材42の第2樹脂部材42aの屈折率は、第1光反射性部材41の第1樹脂部材41aの屈折率よりも低いことが好ましい。これにより、第1樹脂部材41aから第2樹脂部材42aに光が入射する際に、第1樹脂部材41aと第2樹脂部材42aとの界面で全反射しやすくなり、発光モジュール100の下方へ抜ける光をより抑制できる。また、第2樹脂部材42aの屈折率が低いと、これによりも屈折率が高い第2反射体42bとの屈折率差が大きくなり、より散乱反射させやすくなる。
導光板10内における光の導光は、第1光反射性部材41が主に担い、第2光反射性部材42は下方への光の抜けを抑制できればよいため、第2光反射性部材42の厚さは第1光反射性部材41の厚さよりも薄くてよい。
図16は、3つの試験サンプルについて波長ごとの反射率の測定結果を表すグラフである。
実線は、第1試験サンプルについての測定結果を表す。第1試験サンプルは、ガラス基板上に、TiO2粒子を含有するアクリル樹脂層を介して、気泡を含有するPET樹脂層を積層した構造を有する。第1試験サンプルは、ガラス基板と、TiO2粒子を含有するアクリル樹脂層と、気泡を含有するPET樹脂層とを含む3層の積層体である。気泡を含有するPET樹脂層は本実施形態の第1光反射性部材に対応し、TiO2粒子を含有するアクリル樹脂層は本実施形態の第2光反射性部材に対応する。気泡を含有するPET樹脂層の厚さは50μmであり、TiO2粒子を含有するアクリル樹脂層の厚さは40μmである。
破線は、第2試験サンプルについての測定結果を表す。第2試験サンプルは、ガラス基板上に、TiO2粒子等の光拡散剤を含有しないアクリル樹脂層を介して、気泡を含有するPET樹脂層を積層した構造を有する。第2試験サンプルは、ガラス基板と、光拡散剤を含有しないアクリル樹脂層と、気泡を含有するPET樹脂層とを含む3層の積層体である。第2試験サンプルの気泡を含有するPET樹脂層の厚さは188μmであり、第1試験サンプルの気泡を含有するPET樹脂層の厚さよりも厚い。第2試験サンプルの光拡散剤を含有しないアクリル樹脂層の厚さは25μmである。
点線は、第3試験サンプルについての測定結果を表す。第3試験サンプルは、第2試験サンプルと同じ3層の積層体であり、気泡を含有するPET樹脂層の厚さのみが第2試験サンプルと異なる。第3試験サンプルの気泡を含有するPET樹脂層の厚さは、第1試験サンプルの気泡を含有するPET樹脂層の厚さと同じ50μmである。
第1試験サンプルのガラス基板上の2層の合計厚さは、第2試験サンプルのガラス基板上の2層の合計厚さよりも薄い。さらに、第1試験サンプルのガラス基板上の2層の合計厚さは、第2試験サンプルの気泡を含有するPET樹脂層の1層の厚さよりも薄い。なお、第1、第2、及び第3試験サンプルにおいてガラス基板の厚さは同じである。また、第1、第2、及び第3試験サンプルは、村上色彩技術研究所の高速分光光度計CMS-35SPを用いて、気泡を含有するPET樹脂層側から、波長ごとの反射率を測定した。
図16の測定結果より、本実施形態の構成に対応する第1試験サンプルにおいては、気泡を含有するPET樹脂層の厚さを第2試験サンプルよりも薄くしているにもかかわらず、気泡を含有するPET樹脂層の下にTiO2粒子を含有するアクリル樹脂層を形成することで、およそ430nm以上650nm以下の波長帯において、第2試験サンプルと同等か、第2試験サンプルよりも高い反射率が得られている。
第3試験サンプルは長波長側の光になるほど反射率が低下しているのに対し、第1試験サンプルでは長波長側であっても反射率の低下が少ない。
例えば、青色に発光可能な発光素子と黄色蛍光体と赤色蛍光体との組み合わせにより、白色に発光可能な光源を得ようとする場合、第1試験サンプルは、第3試験サンプルより、反射する黄色光及び赤色光を増やすことができる。このため、第1試験サンプルでは、第3試験サンプルよりも少ない蛍光体量にて、第3試験サンプルと同じ白色光を得ることができるため、蛍光体にかかるコストを削減することができる。また、例えば、青色光を発することが可能な発光層と、これよりも長波長である、例えば緑色光を発することが可能な発光層と、を含む1つの発光素子を光源に用いる場合、第1試験サンプルは、第3試験サンプルよりも反射する緑色光を増やすことができる。このため、第1試験サンプルでは、青色光に対して緑色光の量が少なくなるのを抑制できるので、面状光源にしたときの色ムラを低減することができる。
図1においてX方向を行方向、Y方向を列方向とすると、図1に示す面状光源300は、2行3列に区画された6つの発光領域301を備える。上記第1試験サンプルの条件で試作した5行5列に区画された25個の発光領域を備える面状光源と、上記第3試験サンプルの条件で試作した、同じく5行5列に区画された25個の発光領域を備える面状光源と、で輝度を測定し、比較した。この結果、第1試験サンプルの条件で試作した面状光源の輝度が、第3試験サンプルの条件で試作した面状光源の輝度よりも約7.7%程度高い結果が得られた。図16に示す反射率の測定結果からは、第1試験サンプルと第3試験サンプルとの反射率の差は1~2%ほどであるが、この反射率の差は面状光源になると、より大きな輝度の差となって影響してくることが分かる。
本実施形態によれば、発光モジュール100の薄型化を図りつつ、導光板10の下面12側の反射率を向上させることができる。これにより、導光板10の上面11からの光取り出し効率を向上できる。
第1光反射性部材41は、導光板10の下面12から光源20の下面にわたって対面するように配置され、第2光反射性部材42は、第1光反射性部材41の下面全体と対面するように配置されている。すなわち、光源20が配置された貫通孔13の底面にも第1光反射性部材41および第2光反射性部材42が配置されている。これにより、光源20の下および近傍の領域の光吸収を低減することができる。
次に、図5~図13を参照して、面状光源300の製造方法について説明する。
実施形態の面状光源300の製造方法は、図5に示す構造体200’を準備する工程を有する。構造体200’は、前述した配線基板200において導電部材60を形成する前の構造体である。
図6に示すように、構造体200’上に積層シート40を配置し、構造体400を形成する。積層シート40は、構造体200’の第2絶縁層51上に配置された第2光反射性部材42と、第2光反射性部材42上に配置された第1光反射性部材41と、第1光反射性部材41上に配置された接着部材71とを含む。
図7に示すように、構造体400に孔401を形成する。孔401は、接着部材71、第1光反射性部材41、第2光反射性部材42、第2絶縁層51、及び絶縁基材50を貫通する。例えば、ドリルで孔401を形成する。または、パンチ加工、レーザー加工で孔401を形成してもよい。また、それぞれに孔が形成された接着部材71、第1光反射性部材41、第2光反射性部材42、第2絶縁層51、及び絶縁基材50(絶縁基材50には第1絶縁層52、第1配線層53、及び第2配線層54が貼り合わされている)を購入し、それらを貼り合わせることで、接着部材71、第1光反射性部材41、第2光反射性部材42、第2絶縁層51、及び絶縁基材50を連続して貫通する孔401を形成してもよい。または、あらかじめ孔401が形成された構造体400を購入して準備してもよい。
図8に示すように、孔401が形成された構造体400上に導光板10を配置する。導光板10の下面12が接着部材71に接着される。導光板10には貫通孔13が形成され、貫通孔13は孔401に重なるように位置する。
図9に示すように、貫通孔13内に光源20を配置する。光源20の下面である被覆部材24の下面が、貫通孔13内に露出する第1光反射性部材41の上面に接着する。光源20の電極23は、孔401に位置決めされる。電極23の下面の少なくとも一部が、孔401に露出する。
光源20を配置した後、図10に示すように、貫通孔13内に透光性部材81を形成する。透光性部材81は、光源20の側面と、貫通孔13の内側面との間に形成される。例えば、液状の透光性樹脂を貫通孔13内に供給した後、硬化させることで、透光性部材81が形成される。なお、透光性樹脂を硬化させるときに加熱する温度としては、30℃以上150℃以下が好ましく、さらに好ましくは40℃以上130℃以下である。光源20の側面は透光性部材81で覆われ、光源20の上面は貫通孔13内において透光性部材81から露出している。
貫通孔13内に透光性部材81を形成した後、図11に示すように、導光板10に区画溝14を形成する。図11に示す例では、区画溝14は、導光板10を貫通して、構造体400の一部に達する。例えば、切削加工により、区画溝14を形成する。光源20の側面と貫通孔13の内側面との間の隙間は透光性部材81で埋まっているため、その隙間に区画溝14の切削くずが入り込むことを防止できる。
区画溝14を形成した後、孔401内に第1導電部61を形成する。図12に示すように、構造体400が導光板10および光源20よりも上に位置する状態で、孔401内に例えば導電性ペーストを供給する。導電性ペーストを硬化させることで、光源20の電極23と接続された第1導電部61が形成される。さらに、絶縁基材50における第1配線層53が形成された面上に、第1配線層53と第1導電部61に接続するように、第2導電部62を形成する。例えば、導電性ペーストを絶縁基材50の面上に供給した後、硬化させることで、第2導電部62が形成される。例えば、第1導電部61と第2導電部62は同じ工程で一体に形成される。このとき、すでに光源20が接着部材71に接着されているため、導電性ペーストが光源20の下面と接着部材71との間に入り込まない。これにより、導電性ペーストを通じた電極23間の短絡を防止できる。
導電部材60を形成した後、貫通孔13内における光源20の上および透光性部材81の上に、図13に示す透光性部材82を形成する。これにより、貫通孔13は、透光性部材81と透光性部材82とからなる第1透光性部材80によって埋められる。
例えば、液状の透光性樹脂を貫通孔13内に供給した後、硬化させることで、透光性部材82が形成される。このとき、透光性樹脂中に蛍光体83を分散させ、色調補正をすることが可能である。
例えば、図12の状態で、導電部材60を通じて発光素子21に電流を供給し、発光素子21を発光させる。この発光素子21が発する光に励起され、第2透光性部材25中に含まれる蛍光体が発光する。すなわち、光源20が発する光の色は、発光素子21が発する光の色と、蛍光体が発する光の色との混色であり、この光源20の光の色度を測定する。この色度の測定結果に応じて、透光性部材82中に適切な量の蛍光体83を混入することで、目的とする色度に補正することが可能である。なお、図10に示す工程において貫通孔13内に透光性部材81を形成するときに色度補正用の蛍光体を透光性部材81中に混入してもよい。
貫通孔13内を第1透光性部材80で埋めた後、図2に示すように、区画溝14内に第3光反射性部材43を形成する。さらに、第1透光性部材80上に、第1光調整部材90を形成する。第3光反射性部材43及び第1光調整部材90は、同材料で同時に形成することができる。第3光反射性部材43及び第1光調整部材90は、例えば、印刷、インクジェットで形成することができる。
図4Bは、光源の他の例の模式断面図である。
発光素子21の半導体積層体22の側面及び下面を被覆部材24が覆っている。半導体積層体22の上面上に第2透光性部材25が配置されている。半導体積層体22の側面を覆う被覆部材24上にも第2透光性部材25が配置されている。第2透光性部材25上に第2光調整部材26が配置されている。なお、第2光調整部材26は、所望の配光に応じて、第2透光性部材25上に配置しなくてもよい。
図4Cは、光源のさらに他の例の模式断面図である。
図4Cに示す光源は、前述した第2透光性部材25と被覆部材24を含まず、発光素子21と、発光素子21の上面に配置された第2光調整部材26とを含む。なお、第2光調整部材26は、所望の配光に応じて、発光素子21の上面に配置しなくてもよい。
図14は、本発明の他の実施形態の面状光源の一部分の模式断面図である。図14は、面状光源における光源20が配置された部分及びその周辺部分の断面を表す。
導光板10は、下面12側に開口する断面凹形状の有底の孔部15を備える。孔部15は、本実施形態においては円錘台状の空間であり、例えば、四角錘台状や六角錘台状等の多角錘台状の空間とすることもできる。光源20は、このような孔部15内に配置されている。孔部15の内側面と、光源20の側面との間には、光反射性部材45が配置されている。光反射性部材45は、例えば、光拡散剤を含む樹脂部材である。
導光板10の上面11側において孔部15に対向する位置には凹部16が形成される。凹部16は、例えば、円錐状、四角錐状、六角錐状等の多角錐形等の凹部や、円錐台状、四角錘台状や六角錘台状等の多角錘台状の凹部などが挙げられる。また、その凹部16には第1光調整部材46が配置されている。第1光調整部材46は、前述した第1光調整部材90と同様に構成される。
前述した実施形態と同様、導光板10の下面12側に第1光反射性部材41が配置され、第1光反射性部材41の下面側に第2光反射性部材42が配置されている。
導光板10の下面12における光源20の周辺領域、及び光反射性部材45の下面には光反射性部材44が配置されている。光反射性部材44は、例えば、光拡散剤を含む樹脂部材である。
光源20の電極23は、配線基板210の配線層56に接続されている。配線基板210は、絶縁基材55と、絶縁基材55上に形成された配線層56とを含む。第1光反射性部材41と第2光反射性部材42は、配線基板210と、導光板10の下面12との間に配置されている。
図14に示す面状光源においても、反射特性の異なる第1光反射性部材41と第2光反射性部材42とを組み合わせることで、導光板10内の導光性を確保しつつ、導光板10の下方に抜ける光を抑制し、上面11からの光取り出し効率を向上することができる。
図15は、本発明のさらに他の実施形態の面状光源の一部分の模式断面図である。
この面状光源はエッジタイプの面状光源であり、光源20は導光板10の端面17に対向して配置されている。導光板10の端面17は光源20からの光が入射する光入射面であり、光源20の光出射面20aが導光板10の端面17に対向している。
光源20と導光板10はケース500内に配置されている。光源20と、ケース500の底壁501との間に配線基板220が配置され、光源20は配線基板220上に実装されている。
導光板10の下面12はケース500の底壁501に対向し、導光板10の下面12とケース500の底壁501との間に、前述した第1光反射性部材41と第2光反射性部材42が配置されている。導光板10の下面12側に第1光反射性部材41が配置され、第1光反射性部材41の下面側に第2光反射性部材42が配置されている。
図15に示す面状光源においても、反射特性の異なる第1光反射性部材41と第2光反射性部材42とを組み合わせることで、導光板10内の導光性を確保しつつ、導光板10の下方に抜ける光を抑制し、上面11からの光取り出し効率を向上することができる。
以上説明した各実施形態において、第1光反射性部材41よりも反射率の高い第2光反射性部材42を第1光反射性部材41の下面側に配置することができ、例えば、金属膜、誘電体多層膜などを第2光反射性部材42として用いることもできる。
また、導光板10に相当する導光部材として空気層を用いることもできる。
前述した面状光源300の製造方法において、図7に示す構造体400の孔401内に第1導電部61を形成した後、構造体400上に導光板10を配置し、さらに導光板10の貫通孔13内に光源20を配置してもよい。以降、貫通孔13内に透光性部材81を形成する工程、導光板10に区画溝14を形成する工程、第2導電部62を形成する工程などが続けられる。
また、前述した面状光源300の製造方法において、図9に示す構造体400の孔401内に第1導電部61を形成した後、光源20を覆うように貫通孔13内に第1透光性部材80を配置してもよい。この場合、導光板10に区画溝14を形成する工程は、例えば、図8に示す構造体400上に導光板を配置した後であって、図9に示す導光板10の貫通孔13内に光源20を配置する前に行うことができる。第1透光性部材80は、複数の透光性部材81、82で構成してもよく、単層の透光性部材で構成してもよい。なお、単層の透光性部材は、例えば、上述した蛍光体や光拡散剤などを含有することができる。
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である。