(57)【要約】【課題】発光素子から出射される光を効率良く導光板に入射すると共に、導光板内での光の分布を均一にできるようにする。【解決手段】発光装置１は、導波路を有する半導体からなる発光素子１０と、発光素子１０からの出射光５０の伝搬方向に設けられ、出射光５０を受ける回折格子３０ａを有する光学素子３０と、光学素子３０における回折格子３０ａと反対側の面上に形成された蛍光体層３５とを備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路を有する半導体からなる発光素子と、
前記発光素子からの出射光の伝搬方向に設けられ、前記出射光を受ける回折格子を有する光学素子と、
前記光学素子における前記回折格子と反対側の面上に形成された蛍光体層とを備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記導波路の光出射端面における断面形状は、長辺が前記回折格子における格子パターンの延伸方向と平行な長方形状であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記回折格子は、格子の間隔が不規則な格子パターンを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光素子からの出射光を反射し、反射した前記出射光を前記回折格子に入射する反射膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光素子は、両端面出射型の発光素子であり、
前記反射膜は、前記発光素子における一方の光出射端面側と他方の光出射端面側とにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
導波路を有する半導体からなる発光素子と、
前記発光素子からの出射光の伝搬方向に設けられ、前記出射光を受ける半円筒状の凹部を有する光学素子と、
前記光学素子における前記凹部と反対側の面上に形成された蛍光体層とを備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
前記導波路の光出射端面における断面形状は、長辺が前記凹部の中心軸方向と平行な長方形状であることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記光学素子は、前記凹部が形成された面と反対側の面が前記凹部に沿った凸面状に形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記光学素子における前記凹部には、回折格子が設けられていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記発光素子は、半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置からの出射光を側面に受ける導光板とを備えていることを特徴とするバックライトモジュール。
【請求項１２】
前記発光素子の導波路の光出射端面における断面形状は、短辺が前記導光板の主面の面内方向と平行な長方形状であることを特徴とする請求項１１に記載のバックライトモジュール。
【請求項１３】
前記発光素子は、半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のバックライトモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及びそれを用いたバックライトモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄型テレビ等の表示装置として、液晶パネルを用いた液晶表示装置の市場が急速に伸びてきている。液晶表示装置は、透過型の光変調素子として液晶パネルを用い、その裏面に配された光源装置から液晶パネルに光を照射する。光を照射された液晶パネルは、光の透過率を制御することにより画像を形成する。
【０００３】
光源装置の光源には、従来、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）が用いられてきたが、近年の省エネルギー化及び水銀レス化の流れのなかで、半導体レーザ素子又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子を光源とする光源装置の開発が進んでいる。光源に半導体レーザ素子を用いた光源装置の例としては、例えば下記の非特許文献１に示されており、半導体レーザ素子の高い指向性を利用して、光ファイバと組み合わせた構造が提案されている。一方、光源にＬＥＤを用いた光源装置であるＬＥＤ光源装置には主に２種類があり、表示画面の裏面の全面に複数のＬＥＤを２次元配列として配置する直下型と、液晶パネルの側端部にＬＥＤを配置して導光板により液晶パネルの背面から光を照射するエッジ型とが提案されている。
【０００４】
現在、光源に半導体レーザ素子を用いた光源装置については、レーザ光源の高い干渉性により発生するスペックルノイズ対策のための振動子が必要であることや、レーザ光源からの光を光源装置の内部に均一に拡げることが難しい等の理由により市販はまだされていない。一方、ＬＥＤ光源装置については、急速に普及が進みつつある。ＬＥＤ光源装置は、現在、直下型が主流であるが、今後の液晶表示装置の薄型化の要望に伴い、エッジ型の普及が進むと考えられている。しかしながら、エッジ型の液晶表示装置に使用されるＬＥＤ光源装置は、ＬＥＤチップが発光する光の導光板への入射効率が悪く、ＬＥＤチップが発光する光の利用効率が低いという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、例えば下記の特許文献１には、ＬＥＤチップの表面をシリンドリカルレンズである散乱レンズで覆う構造が提案されている。
【０００６】
以下、図１６を用いて、特許文献１に記載された従来技術について説明する。図１６において、光源装置２２４は、基板２２３、ＬＥＤチップ２２４ａ及び散乱レンズ２２４ｃから構成される。基板２２３の部品実装面２２３ａには、複数のＬＥＤチップ２２４ａが直線状に配置される。シリンドリカルレンズである散乱レンズ２２４ｃは、ＬＥＤチップ２２４ａを覆っている。このとき、散乱レンズ２２４ｃは、部品実装面２２３ａに対して凸面になる湾曲面２２４ｃ２と、湾曲面の端部から部品実装面２２３ａに向かって先細りとなるテーパ面２２４ｃ１とを含むように形成される。この構成において、ＬＥＤチップ２２４ａから出射される光は、ＬＥＤチップ２２４ａの表面から部品実装面２２３ａの前面方向に全方位に出射され、光の一部は散乱レンズ２２４ｃの湾曲面２２４ｃ２で屈折され、光の残部はテーパ面２２４ｃ１で反射され、さらに湾曲面２２４ｃ２で屈折されて、導光板２２１に導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１５８２７４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】JOURNAL OF DISPLAY TECHNOLOGY, VOL. 5, NO. 11, (2009), pp 414-417
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来のＬＥＤ光源装置を用いた液晶表示装置は、導光板を薄くすることができないという問題がある。現状、ＬＥＤチップの大きさは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度である。また、ＬＥＤチップから出射される光の放射角度は、いわゆるランバーシアンであり、半値幅で１２０°の拡がりを有する光が出射される。このような放射特性を有する出射光をレンズによって効率良く集光させる場合は、レンズの大きさとしてＬＥＤチップの大きさの５倍から１０倍程度が必要となる。すなわち、レンズの大きさが２．５ｍｍ〜５ｍｍ程度が必要となるため、導光板に効率良く光を導くには、導光板の厚さをレンズと同程度にまで厚くする必要がある。その結果、液晶パネルを薄くする際の制限となってしまう。
【００１０】
さらに、上述したように、導光板の厚さ方向と同様に光の放射角度がランバーシアン、すなわち１２０°であり、通常、複数のＬＥＤチップが所定の間隔をおいて配置される。このため、導光板に平行な方向の光の入射は、導光板の光源装置との接続部分であるＬＥＤチップ同士の間の領域において光の強度が低くなる。その結果、導光板の内部の光分布の均一性が不十分になるという問題がある。
【００１１】
本発明は、前記の問題を解決し、発光素子から出射される光を効率良く導光板に入射すると共に、導光板内での光の分布を均一にできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明は、発光装置を、発光素子から出射される出射光を、回折格子又は凹部を有する光学素子と蛍光体層とに透過させる構成とする。
【００１３】
具体的に、本発明に係る第１の発光装置は、導波路を有する半導体からなる発光素子と、発光素子からの出射光の伝搬方向に設けられ、出射光を受ける回折格子を有する光学素子と、光学素子における回折格子と反対側の面上に形成された蛍光体層とを備えている。
【００１４】
第１の発光装置によると、出射光を受ける回折格子を有する光学素子を備えているため、出射光の一部が回折格子によって回折されるので、出射光のアスペクト比（ｘ軸方向の光の拡がり角とｙ軸方向の光の拡がり角との比）の値が大きい発光装置を実現することができる。このため、発光素子から出射される光を効率良く導光板に入射できると共に、導光板内での光の分布を均一にすることができる。その結果、バックライトモジュールの薄型の導光板においても、発光装置と導光板との光学結合率を高めることができる。
【００１５】
第１の発光装置において、導波路の光出射端面における断面形状は、長辺が回折格子における格子パターンの延伸方向と平行な長方形状であってもよい。
【００１６】
このようにすると、発光素子の出射光におけるアスペクト比が大きい方向の光の拡がり角をさらに拡大させることができる。
【００１７】
第１の発光装置において、回折格子は、格子の間隔が不規則な格子パターンを有していてもよい。
【００１８】
このようにすると、アスペクト比の値が極めて大きい放射角特性を有する光源を実現することができる。
【００１９】
第１の発光装置は、発光素子からの出射光を反射し、反射した出射光を回折格子に入射する反射膜をさらに備えていてもよい。
【００２０】
このようにすると、発光素子の出射光の出射方向を反射膜によって変えることができるため、光学素子の発光素子に対する配置位置の自由度が向上する。
【００２１】
この場合に、発光素子は両端面出射型の発光素子であり、反射膜は、発光素子における一方の光出射端面側と他方の光出射端面側とにそれぞれ設けられていてもよい。
【００２２】
このようにすると、出射光のアスペクト比がより大きい光源を実現することができる。
【００２３】
本発明に係る第２の発光装置は、導波路を有する半導体からなる発光素子と、発光素子からの出射光の伝搬方向に設けられ、出射光を受ける半円筒状の凹部を有する光学素子と、光学素子における凹部と反対側の面上に形成された蛍光体層とを備えている。
【００２４】
第２の発光装置によると、出射光を受ける半円筒状の凹部を有する光学素子を備えているため、出射光が光学素子の半円筒状の凹部によって屈折されるので、出射光のアスペクト比の値が大きい発光装置を実現することができる。このため、発光素子から出射される光を効率良く導光板に入射できると共に、導光板内での光の分布を均一にすることができる。その結果、バックライトモジュールの薄型の導光板においても、発光装置と導光板との光学結合率を高めることができる。
【００２５】
第２の発光装置において、導波路の光出射端面における断面形状は、長辺が凹部の中心軸方向と平行な長方形状であってもよい。
【００２６】
このようにすると、発光素子の出射光におけるアスペクト比が大きい方向の光の拡がり角をさらに拡大させることができる。
【００２７】
第２の発光装置において、光学素子は、凹部が形成された面と反対側の面が凹部に沿った凸面状に形成されていてもよい。
【００２８】
このようにすると、光学素子の凸面の上に形成された蛍光体層に屈折光が均一に透過するため、出射光の演色性を向上することができる。
【００２９】
第２の発光装置において、光学素子における凹部には、回折格子が設けられていてもよい。
【００３０】
このようにすると、光学素子の凹部で変換される出射光パターンに合わせて、より高い自由度で凹部の形状（凹面形状）を形成することができる。
【００３１】
第１又は第２の発光装置において、発光素子には、半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオードを用いることができる。
【００３２】
このようにすると、出射光のアスペクト比が大きい光源を確実に得ることができる。また、スーパールミネッセントダイオードを用いる場合には、スペックルノイズを低減させることができるので、画像表示装置の画質を向上させることができる。
【００３３】
本発明に係る第１のバックライトモジュールは、本発明の第１の発光装置と、該第１の発光装置からの出射光を側面に受ける導光板とを備えている。
【００３４】
また、本発明に係る第２のバックライトモジュールは、本発明の第２の発光装置と、該第２の発光装置からの出射光を側面に受ける導光板とを備えている。
【００３５】
第１又は第２のバックライトモジュールによると、出射光のアスペクト比の値が大きい光源を実現することができる。このため、発光素子から出射される光を効率良く導光板に入射できると共に、導光板内での光の分布を均一にすることができるので、バックライトモジュールの薄型の導光板においても、発光装置と導光板との光学結合率を高めることができる。
【００３６】
第１又は第２のバックライトモジュールにおいて、光学素子の導波路の光出射端面における断面形状は、短辺が導光板の主面の面内方向と平行な長方形状であってもよい。
【００３７】
このようにすると、発光素子の出射光におけるアスペクト比が大きい方向の光の拡がり角をさらに拡大させることができるため、導光板の面内の光分布をより均一にすることができる。
【００３８】
第１又は第２のバックライトモジュールにおいて、発光素子には、半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオードを用いることができる。
【００３９】
このようにすると、出射光のアスペクト比が大きい光源を確実に得ることができる。また、スーパールミネッセントダイオードを用いる場合には、スペックルノイズを低減させることができるので、画質を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係る発光装置及びそれを用いたバックライトモジュールによると、発光素子から出射される光を効率良く導光板に入射できると共に、導光板内での光の分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る発光装置及びそれを用いたバックライトモジュールを示し、図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る発光装置及びそれを用いたバックライトモジュールを示し、図２（ａ）は発光装置の斜視図であり、図２（ｂ）はバックライトモジュールの分解斜視図であり、図２（ｃ）はバックライトモジュールにおける発光装置からの光が伝搬する様子を模式的に示した斜視図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る発光装置を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る発光装置の動作を模式的に示し、図４（ａ）は発光装置の断面図であり、図４（ｂ）は発光素子からの出射光を示す斜視図であり、図４（ｃ）は回折格子を透過した出射光を示す斜視図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る発光装置における回折格子を示し、図５（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る発光素子における計算による光強度の角度依存性を示すグラフであり、図５（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る発光装置における計算による光強度の角度依存性を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｄ）は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る発光装置を示し、図６（ａ）は回折格子を示し、図６（ｂ）は回折格子の部分的な拡大斜視図であり、図６（ｃ）は発光素子における計算による光強度の角度依存性を示すグラフであり、図６（ｄ）は発光装置における計算による光強度の角度依存性を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る発光装置を示し、図７（ａ）は断面図であり、図７（ｂ）は分解斜視図（一部の部材を省略）である。
【図８】図８は本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る発光装置を示す断面図である。
【図９】図９は本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る発光装置を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る発光装置及びそれを用いたバックライトモジュールを示し、図１０（ａ）は発光装置の斜視図であり、図１０（ｂ）はバックライトモジュールの分解斜視図であり、図１０（ｃ）はバックライトモジュールにおける発光装置からの光が伝搬する様子を模式的に示した斜視図である。
【図１１】図１１は本発明の第３の実施形態に係る発光装置を示す断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る発光装置の動作を模式的に示し、図１２（ａ）は発光装置の断面図であり、図１２（ｂ）は発光装置からの出射光を示す斜視図である。
【図１３】図１３は本発明の第３の実施形態の一変形例に係る発光装置を示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は本発明の第３の実施形態の一変形例に係る発光装置の動作を模式的に示し、図１４（ａ）は発光装置の断面図であり、図１４（ｂ）は発光素子からの出射光を示す斜視図であり、図１４（ｃ）は発光装置からの出射光を示す斜視図である。
【図１５】図１５は本発明の第４の実施形態に係る発光装置の動作を模式的に示す断面図である。
【図１６】図１６は従来の発光装置を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る発光装置及びそれを用いたバックライトモジュールについて図１〜図５を参照しながら説明する。
【００４３】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、バックライトモジュール１００は、例えば、導光板９０と、該導光板９０の下側の端面（エッジ）に互いに間隔をおいて設けられた複数の発光装置１と、導光板９０における図示しない液晶パネル９５と反対側の面（裏面）上に設けられた反射板９１と、導光板９０と液晶パネル９５との間に設けられた拡散板９２とから構成される。
【００４４】
各発光装置１は、複数に分割された各保持部８５の上にそれぞれ実装されており、保持部８５には配線８６が接続されている。
【００４５】
次に、図２を用いて発光装置１と導光板９０との構成及びその動作について説明する。
【００４６】
図２（ａ）に示すように、発光装置１は、パッケージ２０、図示しない発光素子、透明光学素子３０及び蛍光体層３５により構成される。後述する発光素子から出射される出射光は、発光装置１から、短軸方向（ｘ軸方向）６２ａの拡がり角と長軸方向（ｙ軸方向）６２ｂの拡がり角との拡がり角を持ち、アスペクト比の値が大きい白色光６２として出射される。
【００４７】
図２（ｂ）に示すように、バックライトモジュール１００において、導光板９０の厚さ方向をｘ軸方向、下端面の長手方向をｙ軸方向とすると、各発光装置１は、保持部８５を介在させて、ｙ方向に拡がり角が大きく且つｘ方向に拡がり角が小さい方向となるように組み込まれる。これにより、図２（ｃ）に示すように、各発光装置１から出射された白色光６２は、導光板９０のｘ軸方向には拡がり角が小さいため効率良く入射されて、該導光板９０の中を伝搬する。これに対し、導光板９０のｙ軸方向には、各発光装置１から出射された光の拡がり角が大きいため、導光板９０のｙｚ面方向に効率良く拡がるので、導光板９０の内部での光のむらの発生を大きく低減することができる。
【００４８】
次に、図３を用いて発光装置１の構成について説明する。
【００４９】
図３に示すように、第１の実施形態に係る発光装置１は、発光素子１０と、該発光素子１０を固着して保持するサブマウント１１と、該サブマウント１１を固着して保持するパッケージ２０と、該パッケージ２０に固着され、発光素子１０からの出射光を透過して光路を変換する透明光学素子３０と、該透明光学素子３０の上面に形成された蛍光体層３５とから構成される。
【００５０】
パッケージ２０は、例えば銅（Ｃｕ）又はコバール（Ｆｅ／Ｎｉ／Ｃｏ合金）等の金属からなり、平面円形の板状であるベース材２０ａと、ベース材２０ａの実装面２０ｃの上に該実装面２０ｃに対して垂直に保持された台座２０ｂと、少なくとも２本のリード２０ｄ１、２０ｄ２と、べース材２０ａの上に台座２０ｂを覆うように固着されるキャップ材２０ｆとから構成される。第１のリード２０ｄ１は、ベース材２０ａとはガラス等の絶縁材料からなる絶縁部２０ｅによって絶縁され、第２のリード２０ｄ２は、ベース材２０ａと電気的に接続されている。
【００５１】
発光素子１０は、台座２０ｂの実装面２０ｃの上にサブマウント１１を介して固着される。さらに、発光素子１０は、第１のリード２０ｄ１とはワイヤ９を介して電気的に接続され、第２のリード２０ｄ２とはサブマウント１１、ワイヤ９及び台座２０ｂを介して電気的に接続されている。発光素子１０は、例えば波長が４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの光を出射する半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ：ＳＬＤ）であり、出射光が発光素子１０の一端面から出射する端面出射型の発光素子である。なお、発光素子１０は、出射光の干渉性が低いことから、ＳＬＤがより好ましい。
【００５２】
透明基板からなる透明光学素子３０の一の面には、回折格子３０ａが形成されており、他の面には、例えばシリコーン樹脂等の透明材料にＣｅ：ＹＡＧ（セリウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等の蛍光体材料が混合された材料からなる蛍光体層３５が形成されている。透明光学素子３０の回折格子３０ａは、発光素子１０と対向する側に形成されており、キャップ材２０ｆを介在させて発光素子１０と所定の間隔、例えば１．５ｍｍをおいて配置される。
【００５３】
次に、図４を用いて発光装置１の動作について説明する。
【００５４】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、発光素子１０から出射した出射光５０は、短軸方向５０ａの拡がり角と、長軸方向５０ｂの拡がりとを有する楕円形状の拡がり角をもって放射される。このとき、発光素子１０自体が複数の半導体層を積層してなる場合に、半導体層の積層方向をｙ軸とし、出射方向をｚ軸とすると、短軸方向５０ａはｘ軸方向と一致し、長軸方向５０ｂはｙ軸方向と一致する。
【００５５】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、発光素子１０からの出射光５０は、透明光学素子３０の回折格子３０ａに入射される。入射された光は、回折格子３０ａによって一部が回折されて、その拡がり角が入射光よりも大きい出射光６０となって蛍光体層３５に入射される。このとき、図４（ｃ）に示すように、回折格子３０ａを透過した光は、短軸方向（ｘ軸方向）６０ａの拡がり角と、長軸方向（ｙ軸方向）６０ｂの拡がり角とを有するアスペクト比の値が大きい出射光６０となる。
【００５６】
さらに、本実施形態においては、発光素子１０の導波路の光出射端面における断面形状が、長辺が回折格子３０ａにおける格子パターンの延伸方向と平行な長方形状を有している。すなわち、発光素子１０と回折格子３０ａとは、導波路の光出射端面における断面の長方形状が、その長辺が回折格子３０ａにおける格子パターンの延伸方向と平行となるように配置されているため、アスペクト比が大きい方向の光の拡がり角をさらに拡大させることができる。
【００５７】
次に、図４（ａ）に示すように、蛍光体層３５に入射した入射光の一部は蛍光体層３５の蛍光体により、例えば波長５８０ｎｍを中心とした黄色光である蛍光光６１となって放射される。このとき、発光装置１から出射される光は、出射光６０と蛍光光６１とが混色した光である。従って、出射光６０を青色光とし、蛍光光６１を黄色光とすることにより、擬似的に白色光６２を放射することができる。
【００５８】
次に、図５を用いて回折格子３０ａの設計方法について説明する。
【００５９】
透明光学素子３０に設けられた回折格子３０ａは、出射光５０のアスペクト比の値を大きくするために、例えば図５（ａ）に示すようなｘ軸方向に延びた格子がｙ軸方向に並ぶ周期的な格子パターンである。
【００６０】
ここで、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示す計算結果を用いて、回折格子３０ａによる出射光５０の放射角の変化を説明する。
【００６１】
まず、発光素子１０から出射する出射光５０の波長を４５０ｎｍとし、空気中での放射角を図５（ｂ）に示すように、半値幅で、短軸方向（ｘ軸方向）５０ａの拡がり角をθｘ＝１０°とし、長軸方向（ｙ軸方向）５０ｂの拡がり角をθｙ＝３０°とする。透明光学素子３０の回折格子３０ａのピッチが０．６４μｍであるとすると、回折格子３０ａを透過する光の１次回折光の放射角度は入射光の入射角度に対して、±５０°となる。また１次回折光の光量比率は、回折格子３０ａの深さによって調整できるため、０次回折光と１次回折光との比率を１：１とすると、図５（ｃ）に示すような、空気中での放射角分布を持つ光が得られる。すなわち、ｘ方向はθｘ＝１０°と狭く、ｙ方向はθｙ＝１２０°と非常に広くすることができる。これにより、アスペクト比の値が極めて大きい放射角特性を有する光源を得ることができる。
【００６２】
以上説明したように、第１の実施形態によると、図５（ｃ）に示したような放射パターンを有する出射光６０を出射する発光装置１を導光板９０と接続することにより、光の結合効率が高く、且つ導光板９０の内部での光分布が均一なバックライトモジュール１００を作製することができる。
【００６３】
なお、本実施形態において、発光素子１０を台座２０ｂ上にサブマウント１１を介して配置する構成としたが、台座２０ｂ上の実装面２０ｃに半田メッキ等を施すことにより、発光素子１０を台座２０ｂの上に直接に配置する構成としてもよい。この場合、サブマウント１１が不要となり、その結果、発光装置１の構成部品数の低減が可能となる。
【００６４】
（第１の実施形態の一変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の一変形例に係る発光装置について図６を参照しながら説明する。
【００６５】
本変形例は、透明光学素子３０に設ける回折格子３０ｂの格子パターンを不規則（ランダム）に形成している。ここで、格子パターンが不規則とは、格子の間隔が不規則、すなわち周期が不規則の場合と、一格子の大きさが不規則の場合等を含む。
【００６６】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、回折格子３０ｂは、第１の実施形態と同様に、例えばｘ軸方向に延びた格子がｙ軸方向に並ぶ格子パターンであり、そのパターン周期はランダムである。
【００６７】
ここで、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示す計算結果を用いて、回折格子３０ｂによる出射光５０の放射角の変化を説明する。
【００６８】
まず、発光素子１０から出射する出射光５０の波長を４５０ｎｍとし、空気中での放射角を図６（ｃ）に示すように、半値幅で、短軸方向（ｘ軸方向）５０ａの拡がり角をθｘ＝１０°とし、長軸方向（ｙ軸方向）５０ｂの拡がり角をθｙ＝３０°とする。透明光学素子３０の回折格子３０ｂのピッチがランダムであるとすると、回折格子３０を透過する光は、図６（ｄ）に示すような、ランバート分布で表される、空気中での放射角分布を持つ光となる。すなわち、ｘ方向はθｘ＝１０°と狭く、ｙ方向はθｙ＝１２０°と非常に広くすることができる。これにより、アスペクト比の値が極めて大きい放射角特性を有する光源を得ることができる。
【００６９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る発光装置について図７を参照しながら説明する。図７において、図３に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００７０】
図７（ａ）に示すように、第２の実施形態に係る発光装置１Ａは、透明光学素子３０における発光素子１０側の面に設けられる回折格子に代えて、半円筒状の凹部３０ｃを設けている。また、透明光学素子３０は、凹部３０ｃの内側の面である凹面がパッケージ２０を構成するキャップ材２０ｆを介在させて発光素子１０と所定の間隔、例えば１．５ｍｍをおくように配置される。さらに、図７（ｂ）に示すように、透明光学素子３０の凹部３０ｃは、その凹面の中心軸がｘ軸方向に一致するように形成される。
【００７１】
また、発光素子１０は、その導波路がｘｚ平面に平行となるように、台座２０ｂにサブマウント１１を介して配置される。さらに、本実施形態においても、発光素子１０の導波路の光出射端面における断面形状が、長辺が凹部３０ｃの中心軸方向（ｘ軸方向）と平行な長方形状を有している。
【００７２】
以上説明したように、第２の実施形態によると、発光素子１０から出射される出射光は、第１の実施形態と同様に、ｙ軸方向が長軸となり、且つｘ軸方向が短軸となる楕円形状の出射光が出射される。その上、凹部３０ｃにより形成される凹面によって、拡がり角のアスペクト比の値がさらに大きい発光装置１Ａを実現できる。
【００７３】
（第２の実施形態の第１変形例）
以下、本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る発光装置について図８を参照しながら説明する。
【００７４】
本変形例に係る発光装置１Ｂにおける光学素子３０Ａは、凹部３０ｃが形成された面と反対側の面（上面）が凹部３０ｃの形状に沿った凸面状に形成されている。
【００７５】
この構成により、第２の実施形態と同様の効果を得られる上に、凹部３０ｃにより形成される凹面で屈折した出射光が蛍光体層３５を均一に透過するため、出射光の演色性を向上することができる。
【００７６】
（第２の実施形態の第２変形例）
以下、本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る発光装置について図９を参照しながら説明する。
【００７７】
本変形例に係る発光装置１Ｃにおける光学素子３０Ａには、凹部３０ｃにより形成される凹面に回折格子３０ａが形成されている。ここで、回折格子３０ａの格子パターンは、その縞状パターンが凹部３０ｃの中心軸と平行となるように形成される。
【００７８】
この構成により、第２の実施形態の第１変形例と同様の効果を得られる上に、回折格子３０ａを有する凹部３０ｃで変換される出射光パターンに合わせて、より高い自由度で凹面を形成することができる。
【００７９】
なお、図７に示した透明光学素子３０の凹部３０ｃの表面にも回折格子３０ａを形成してもよい。
【００８０】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る発光装置及びそれを用いたバックライトモジュールについて図１０〜図１２を参照しながら説明する。
【００８１】
図１０（ａ）に示すように、第３の実施形態に係る発光装置１Ｄは、光出射端面から、短軸方向６２ａの拡がり角と長軸方向６２ｂの拡がり角とのアスペクト比の値が大きい拡がり角を有する白色光６２を出力する。
【００８２】
図１０（ｂ）に示すように、第３の実施形態に係るバックライトモジュール１００Ａは、複数の発光装置１Ｄと、それぞれが複数の発光装置１Ｄ保持すると共に電気的に接続された複数の配線基板１８５と、複数の発光装置１Ｄと光学的に接続される導光板９０とから構成される。
【００８３】
配線基板１８５には、電極パッド１８６、取り出し電極パッド１８８、及びこれらを電気的に接続する内部配線１８７とが形成されている。各発光装置１Ｄは、電極パッド１８６とそれぞれ下面で接続され、且つその上面である光出射面が導光板９０の側端面と対向するようにそれぞれ配置される。さらに、各発光装置１Ｄの出射光の拡がり角が小さい方（短軸方向６２ａ）を導光板９０の厚さ方向（ｘ軸方向）と平行に配置し、出射光の拡がり角が大きい方（長軸方向６２ｂ）を導光板９０の長手方向（ｙ軸方向）と平行になるように設置している。
【００８４】
このようにすると、図１０（ｃ）に示すように、各発光装置１Ｄから出射された白色光６２が、拡がり角が小さいｘ軸方向には効率良く導光板９０に入射されて導光板９０の中を伝搬する。一方、導光板９０のｙ軸方向には、各発光装置１Ｄから出射された白色光６２が、導光板９０の中に入射された後、該導光板９０のｙｚ面方向に効率良く拡がるため、導光板９０の内部での光のむらの発生を大きく低減することができる。
【００８５】
図１１を用いて発光装置１Ｄの構成を説明する。
【００８６】
図１１に示すように、第３の実施形態に係る発光装置１Ｄは、発光素子１０Ａと、該発光素子１０Ａを固着して保持するパッケージ１２０と、該パッケージ１２０に固着され、発光素子１０Ａからの出射光を透過して光路を変換する透明基板からなる透明光学素子３０Ｂと、該透明光学素子３０Ｂの上面に形成された蛍光体層３５とから構成される。
【００８７】
パッケージ１２０は、例えば、Ｃ１９４（銅合金）等の導電性、プレス性及び高熱伝度率を有する金属の表面に銀（Ａｇ）等をめっきした金属材料からなり、第１の電極１２０ａと第２の電極１２０ｂとを構成するフレームと、例えば、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）又はＰＰＳ（ポリフェニレン・サルファイド）等のプラスチック材からなる絶縁部１２０ｃ及び反射膜１２０ｅの形成領域を有する縁部１２０ｄとから構成される。
【００８８】
絶縁部１２０ｃは、第１の電極１２０ａと第２の導電板１２０ｂとを電気的に絶縁する。縁部１２０ｄにおける発光素子と対向する一方の面には、発光素子の光軸に対して４５°の角度をなす反射膜１２０ｅが形成されている。反射膜１２０ｅは、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等の金属膜、誘電体多層膜、又は金属膜と誘電体多層膜とを組み合わせて構成される。なお、絶縁部１２０ｃ及び縁部１２０ｄに例えば、波長が４２０ｎｍ〜５００ｎｍにおける反射率が高いＰＰＡ材料を用いることにより、反射膜１２０ｅを、絶縁部１２０ｃ及び縁部１２０ｄと同一の材料で構成することができる。
【００８９】
発光素子１０Ａは、第１の電極１２０ａの上に、サブマウント１１Ａを介在させ、且つ光出射端面を反射膜１２０ｅと対向させて固着されている。また、発光素子１０Ａは第２の電極１２０ｂとワイヤ９によって電気的に接続されている。ここでも、発光素子１０Ａは、例えば波長が４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの光を出射する半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）であり、出射光が発光素子１０Ａの一端面から出射する端面出射型の発光素子である。また、発光素子１０Ａの導波路の光出射端面における断面形状が、長辺が回折格子３０ａにおける格子パターンの延伸方向と平行な長方形状を有している。
【００９０】
なお、ＳＬＤを発光素子１０Ａに用いると、該ＳＬＤは出射光の干渉性が低いためより好ましい。
【００９１】
透明光学素子３０Ｂにおける発光素子１０Ａの光出射端面側の上方及び反射膜１２０ｅの上方と対向する下面には、回折格子３０ａが形成されている。ここで、回折格子３０ａの格子パターンは、その縞状パターンが出射光の光軸と直交する方向に形成されている。回折格子３０ａが形成された透明光学素子３０Ｂは、パッケージ１２０の縁部１２０ｄの上に、発光素子１０Ａと所定の間隔、例えば５００μｍをおいて発光素子１０Ａを覆うように固着される。
【００９２】
また、透明光学素子３０Ｂにおける回折格子３０ａと反対側の面（上面）には、例えばシリコーン樹脂等の透明材料にＣｅ：ＹＡＧ等の蛍光体材料が混合された材料からなる蛍光体層３５が形成されている。
【００９３】
次に、図１２を用いて発光装置１Ｄの動作について説明する。
【００９４】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、発光素子１０Ａから出射された出射光５０は、パッケージ１２０に設けられた反射膜１２０ｅにより該パッケージ１２０の上方に反射されて、透明光学素子３０Ｂに入射する。透明光学素子３０Ｂに入射した入射光は、透明光学素子３０Ｂに設けられた回折格子３０ａによってその一部が回折され、拡がり角が入射光よりも大きい出射光６０となる。透明光学素子３０Ｂを透過した入射光は、透明光学素子３０Ｂの上の蛍光体層３５に入射し、該蛍光体層３５に入射した光の一部は蛍光体により、例えば波長が５８０ｎｍを中心とした黄色光である蛍光光６１となって放射される。このとき、発光装置１Ｄから出射される光は、出射光６０と蛍光光６１とが混色した光である。従って、発光装置１Ｄは、出射光６０を青色光とし、蛍光光６１を黄色光とすることにより、白色光６２を放射することができる。
【００９５】
ここで、上記の構成において、回折格子３０ａによる発光素子１０Ａからの出射光５０の放射角の変化は、第１の実施形態と同様である。
【００９６】
（第３の実施形態の一変形例）
以下、本発明の第３の実施形態の一変形例に係る発光装置について図１３及び図１４を参照しながら説明する。
【００９７】
本変形例に係る発光装置１Ｅには、波長が４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの光を出射する発光素子１０Ｂとして、両端面出射型の半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用いている。このため、該発光素子１０Ｂを保持するパッケージ１２０Ａには、発光素子１０Ｂの２つの光出射端面とそれぞれ対向する両縁部１２０ｄに、第１の反射膜１２０ｅ１及び第２の反射膜１２０ｅ２が形成されている。なお、各反射膜１２０ｅ１、１２０ｅ２の構成材料は、第３の実施形態の反射膜１２０ｅと同等である。
【００９８】
また、本変形例においては、透明光学素子３０Ｂの回折格子３０ａは、第１の反射膜１２０ｅ１、第２の反射膜１２０ｅ２及び発光素子１０Ｂの上方のほぼ全面にわたって形成されている。
【００９９】
次に、図１４を用いて発光装置１Ｅの動作について説明する。
【０１００】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、本変形例に係る発光素子１０Ｂからは、導波路（ストライプ）１０ａの前端面及び後端面の両端面からそれぞれ出射される出射光５０、７０が、パッケージ１２０Ａに設けられた第１の反射膜１２０ｅ１及び第２の反射膜１２０ｅ２により該パッケージ１２０Ａの上方にそれぞれ反射されて、透明光学素子３０Ｂに入射する。透明光学素子３０Ｂに入射した各入射光は、透明光学素子３０Ｂに設けられた回折格子３０ａによってその一部が回折されて、拡がり角が入射光よりも大きい出射光６０、８０となる。透明光学素子３０Ｂを透過した各入射光は、透明光学素子３０Ｂの上の蛍光体層３５に入射し、該蛍光体層３５に入射した光の一部は蛍光体により、例えば波長が５８０ｎｍを中心とした黄色光である蛍光光６１、８１となってそれぞれ放射される。このとき、図１４（ｃ）に示すように、発光装置１Ｅから出射される光は、出射光６０、８０と蛍光光６１、８１とがそれぞれ混色した光であり、それぞれ、出射光６０、８０を青色光とし、蛍光光６１、８１を黄色光とすることにより、白色光６２、８２を放射することができる。
【０１０１】
次に、本変形例に係る発光装置１Ｅが出射する出射光のアスペクト比について、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）を用いて説明する。
【０１０２】
発光素子１０ＢにＳＬＤを用いたとすると、該発光素子１０Ｂに形成されたストライプ１０ａによってその長手方向に増幅された光は、前端面及び光端面からそれぞれ出射光５０、７０として放射される。このとき、図１４（ｂ）に示すように、出射光５０、７０は発光素子１０Ｂの上面に平行な方向の拡がり角が短軸方向となり、該上面に垂直な方向の拡がり角が長軸方向の拡がり角となる楕円形状の拡がり角を有する出射光として出射される。
【０１０３】
発光素子１０Ｂから出射された出射光５０、７０は、前述したように、パッケージ１２０Ａ内の２つの反射膜１２０ｅ１、１２０ｅ２によって、該パッケージ１２０Ａの上方に反射され、透明光学素子３０Ｂの回折格子３０ａ及び蛍光体層３５を透過して発光装置１Ｅから出射される。このとき、出射される白色光６２、８２は、回折格子３０ａによって長軸方向の拡がり角がより大きくなり、すなわちアスペクト比の値が大きくなって出射される。
【０１０４】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る発光装置及びそれを用いたバックライトモジュールについて図１５を参照しながら説明する。
【０１０５】
本実施例に係る発光装置１Ｆには、波長が４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの光を出射する発光素子１０Ｂとして、両端面出射型の半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用いている。また、該発光素子１０Ｂを保持するパッケージ１２０Ａには、発光素子１０Ｂの２つの光出射端面とそれぞれ対向する両縁部１２０ｄに、第１の反射型回折格子１２０ｆ１及び第２の反射型回折格子１２０ｆ２が形成されている。各反射型回折格子は、例えば、パッケージ１２０Ａの両縁部１２０ｄを成型により形成する際に、あらかじめ金型側に凹凸形状を形成することにより転写することができ、さらにその後、凹凸形状の上に反射膜を成膜することにより得ることができる。このとき、各反射型回折格子１２０ｆ１、１２０ｆ２を構成する反射膜の構成材料は、第３の実施形態の反射膜１２０ｅと同等である。さらに、本実施形態においては、透明光学素子３０Ｂは平坦な透明基板であり、透明光学素子３０Ｂの上に蛍光体層３５が形成される。
【０１０６】
次に、本実施形態に係る発光装置１Ｆの動作について説明する。
【０１０７】
本実施形態に係る発光素子１０Ｂからは、導波路（ストライプ）１０ａの前端面及び後端面の両端面からそれぞれ出射される出射光５０、７０が、パッケージ１２０Ａに設けられた第１の反射型回折格子１２０ｆ１及び第２の反射型回折格子１２０ｆ２により該パッケージ１２０Ａの上方にそれぞれ反射されて、透明光学素子３０Ｂに入射する。このとき出射光５０及び７０は、後述するように反射型回折格子にて反射される際に、拡がり角が入射光よりも大きい出射光６０、８０となる。透明光学素子３０Ｂを透過した各入射光は、透明光学素子３０Ｂの上の蛍光体層３５に入射し、該蛍光体層３５に入射した光の一部は蛍光体により、例えば波長が５８０ｎｍを中心とした黄色光である蛍光光６１、８１となってそれぞれ放射される。このとき、発光装置１Ｆから出射される光は、出射光６０、８０と蛍光光６１、８１とがそれぞれ混色した光であり、それぞれ、出射光６０、８０を青色光とし、蛍光光６１、８１を黄色光とすることにより、白色光６２、８２を放射することができる。
【０１０８】
次に、本実施例に係る発光装置１Ｆが出射する出射光のアスペクト比について説明する。
【０１０９】
発光素子１０ＢにＳＬＤを用いたとすると、該発光素子１０Ｂに形成されたストライプによってその長手方向に増幅された光は、前端面及び光端面からそれぞれ出射光５０、７０として放射される。このとき、出射光５０、７０は発光素子１０Ｂの上面に平行な方向の拡がり角が短軸方向となり、該上面に垂直な方向の拡がり角が長軸方向の拡がり角となる楕円形状の拡がり角を有する出射光として出射される。
【０１１０】
発光素子１０Ｂから出射された出射光５０、７０は、前述したように、パッケージ１２０Ａ内の２つの反射型回折格子１２０ｆ１、１２０ｆ２によって、該パッケージ１２０Ａの上方に反射され、透明光学素子３０Ｂ及び蛍光体層３５を透過して発光装置１Ｆから出射される。このとき、出射される白色光６２、８２は、反射型回折格子１２０ｆ１、１２０ｆ２によって長軸方向の拡がり角がより大きくなり、すなわちアスペクト比の値が大きくなって出射される。
【０１１１】
このような構成において、各反射型回折格子１２０ｆ１、１２０ｆ２は、パッケージ１２０を成型する際に、同時に形成することができるため、より簡易な構成で発光装置１Ｆを構成することが可能となる。
【０１１２】
なお、本実施形態においても、第３の実施形態のように、発光素子１０Ｂの一方の端面のみから光が出射し、この出射端面と対向する反射面にのみ反射型回折格子１２０ｆ１を形成する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明に係る発光装置及びそれを用いたバックライトモジュールは、発光素子から出射される出射光を効率良く導光板に入射できると共に、導光板内での光の分布を均一にすることができ、例えば、液晶表示装置におけるバックライト光源装置又はパネル状の照明具に適用可能な発光装置及びそれを用いたバックライトモジュール等に有用である。
【符号の説明】
【０１１４】
１        発光装置
１Ａ      発光装置
１Ｂ      発光装置
１Ｃ      発光装置
１Ｄ      発光装置
１Ｅ      発光装置
１Ｆ      発光装置
９        ワイヤ
１０      発光素子
１０Ａ    発光素子
１０Ｂ    発光素子
１０ａ    導波路（ストライプ）
１１      サブマウント
１１Ａ    サブマウント
２０      パッケージ
２０ａ    ベース材
２０ｂ    台座
２０ｃ    実装面
２０ｄ１  第１のリード
２０ｄ２  第２のリード
２０ｅ    絶縁部
２０ｆ    キャップ材
３０      透明光学素子
３０Ａ    透明光学素子
３０Ｂ    透明光学素子
３０ａ    回折格子
３０ｂ    回折格子
３０ｃ    凹部
３５      蛍光体層
５０      出射光（回折前）
５０ａ    短軸方向
５０ｂ    長軸方向
６０      出射光（回折後）
６０ａ    短軸方向
６０ｂ    長軸方向
６１      蛍光光
６２      白色光
７０      出射光（回折前）
８０      出射光（回折後）
８１      蛍光光
８２      白色光
８５      保持部
８６      配線
９０      導光板
９１      反射板
９２      拡散板
９５      液晶パネル
１００    バックライトモジュール
１００Ａ  バックライトモジュール
１２０    パッケージ
１２０Ａ  パッケージ
１２０ａ  第１の電極
１２０ｂ  第２の電極
１２０ｃ  絶縁部
１２０ｄ  縁部
１２０ｅ  反射膜
１２０ｅ１  第１の反射膜
１２０ｅ２  第２の反射膜
１２０ｆ１  第１の反射型回折格子
１２０ｆ２  第２の反射型回折格子
１８５    配線基板
１８６    電極パッド
１８７    内部配線
１８８    取り出し電極パッド
【図１】
2011204888.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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