(57)【要約】【課題】輝度ムラが抑制された発光モジュールを提供する。【解決手段】発光モジュールは、導体配線を有する基体１０と、導体配線に電気的に接続するように基体に配置された発光素子２１と、発光素子の上面に設けられた光反射膜２２と、発光素子から離間しており、発光素子の光取り出し面側に位置するハーフミラー５１とを備え、ハーフミラー５１の垂直入射時の分光反射率は、発光素子２１が出射する光のピーク波長よりも長波長側において大きい。【選択図】図１Ａ
2019079873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体配線を有する基体と、
前記導体配線に電気的に接続するように前記基体に配置された発光素子と、
前記発光素子の上面に設けられた光反射膜と、
前記発光素子から離間しており、前記発光素子の光取り出し面側に位置するハーフミラーと、
を備え、
前記ハーフミラーの垂直入射時の分光反射率は、前記発光素子が出射する光のピーク波長よりも長波長側において大きい、発光モジュール。
【請求項２】
前記発光素子の発光ピーク波長領域における前記分光反射率に対して、前記発光素子の発光ピーク波長領域よりも５０ｎｍ長波長側の領域における前記分光反射率は、１０％以上大きい、請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記発光素子の発光ピーク波長領域 における前記分光反射率は３０％以上６５％以下である、請求項１または２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記発光素子および前記光反射膜を被覆する封止部材をさらに備え、
前記封止部材の幅Ｗに対する高さＨの比Ｈ／Ｗが０．５より小さい請求項１から３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記比Ｈ／Ｗが０．３以下である請求項４に記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記光反射膜の垂直入射時の反射波長帯域は、前記発光素子の発光ピーク波長を含み、前記発光ピーク波長より長波長側が短波長側より広い、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項７】
前記発光素子が出射する光の全光量の３０％以上が、前記基体の上面に対して２０゜未満の仰角で出射される請求項１から６のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項８】
前記発光素子が出射する光の全光量の４０％以上が、前記基体の上面に対して２０゜未満の仰角で出射される請求項１から６のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項９】
前記発光素子は前記基体にフリップチップ実装されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項１０】
前記発光素子の光取り出し面側に位置し、前記発光素子の光の一部を吸収し、前記発光素子の発光波長と異なる波長の光を出射する波長変換部材をさらに備えた請求項１から９のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項１１】
複数の、請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光モジュールと、
前記複数の発光モジュール間にそれぞれ配置された複数の光反射部材と、
を備えた集積型発光モジュール。
【請求項１２】
前記光反射部材の高さが、前記発光モジュール間の距離の０．３倍以下である請求項１１に記載の集積型発光モジュール。
【請求項１３】
前記光反射部材の高さが、前記発光モジュール間の距離の０．２倍以下である請求項１１に記載の集積型発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光モジュールおよび集積型発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置などの表示装置に用いられるバックライトとして、半導体発光素子を用いた直下型の面発光モジュールが提案されている。機能性、デザイン性等の観点から、表示装置は薄型であることが求められる場合があり、バックライトもより薄型であることが求められている。また、一般照明用の発光モジュールにおいても、機能性、デザイン性等の観点から薄型が求められる場合がある。
【０００３】
このような用途の発光モジュールを薄型化すると、一般に、発光面における輝度ムラが生じやすくなる。特に複数の発光素子を１次元あるいは２次元に配列した場合、発光素子の直上における輝度がその周囲に比べて高くなってしまう。このため、例えば、特許文献１は、発光素子を封止し、レンズとして機能する樹脂体の表面であって、発光素子の直上領域近傍において、部分的に拡散部材を配置し、光源から出射する光の均一性を高める技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０９９１４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は輝度ムラが抑制された発光モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の発光モジュールは、導体配線を有する基体と、前記導体配線に電気的に接続するように前記基体に配置された発光素子と、前記発光素子の上面に設けられた光反射膜と、前記発光素子から離間しており、前記発光素子の光取り出し面側に位置するハーフミラーとを備え、前記ハーフミラーの垂直入射時の分光反射率は、前記発光素子が出射する光のピーク波長よりも長波長側において大きい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、発光素子の上方の領域とその周囲の領域との輝度ムラが抑制された発光モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、第１の実施形態の発光モジュールの一例を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す発光モジュールの一部を拡大して示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示す発光モジュールのハーフミラーにおける垂直に入射する光に対する分光反射特性の一例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示す分光反射特性を有するハーフミラーにおける４５°斜めから入射する光に対する分光反射特性を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、発光素子の上面に、光反射膜２２を設け、上面の上方に拡散板を配置した例示的な発光モジュールにおける光の進行を示す模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示す発光モジュールの発光の様子を示す図である。
【図４】図４は、図１に示す発光モジュールにおいて発光素子から出射する光の様子を示す模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第２の実施形態の発光モジュールの一例を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示す発光モジュールにおける集積型発光装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本開示の発光モジュールおよび集積型発光モジュールの実施形態を説明する。以下に説明する発光モジュールおよび集積型発光モジュールは、実施形態の一例であって、実施形態で説明する形態において、種々の改変が可能である。以下の説明では、特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置を分かり易く示すために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。また、図面が示す構成要素の大きさおよび位置関係等は、分かり易さのため、誇張されている場合があり、実際の発光モジュールにおける大きさ、あるいは、実際の発光モジュールにおける構成要素間の大小関係を厳密に反映していない場合がある。なお、図面が過度に複雑となることを避けるため、模式的な断面図等において一部の要素の図示を省略することがある。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１Ａは、本実施形態の発光モジュール１０１の断面構造の一部を示す模式図である。図１Ｂは、発光モジュール１０１の一部の断面構造を拡大して示す模式図である。発光モジュール１０１は、基体１０と、発光素子２１と、光反射膜２２と、ハーフミラー５１とを備える。以下、各構成要素を詳細に説明する。
【００１１】
［基体１０］
基体１０は、上面を有し、発光素子２１を支持する。また、基体１０は、発光素子２１に電力を供給する。基体１０は、例えば、基材１１と、導体配線１２とを含む。基体１０は、さらに絶縁層１３を含んでいてもよい。
【００１２】
基材１１は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂、セラミックス等によって構成される。なかでも、低コストと、成型容易性の点から、絶縁性を有する樹脂を選択することが好ましい。あるいは、耐熱性及び耐光性に優れた発光モジュールを実現するため、セラミックスを基材１１の材料として選択してもよい。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ガラスセラミックス、窒化物系（例えば、ＡｌＮ）、炭化物系（例えば、ＳｉＣ）等が挙げられる。なかでも、アルミナからなる又はアルミナを主成分とするセラミックスが好ましい。
【００１３】
また、基材１１を構成する材料に樹脂を用いる場合、ガラス繊維、ＳｉＯ２ 、ＴｉＯ２ 、Ａｌ２ Ｏ３ 等の無機フィラーを樹脂に混合し、機械的強度の向上、熱膨張率の低減、光反射率の向上等を図ることもできる。また、基材１１は、金属板に絶縁層が形成された複合板であってもよい。
【００１４】
導体配線１２は、所定の配線パターンを有する。導体配線１２は、発光素子２１の電極と電気的に接続され、外部からの電力を発光素子２１へ供給する。配線パターンは、発光素子２１の正極と接続される正極配線と発光素子２１の負極と接続される負極配線とを含む。導体配線１２は、発光素子２１の載置面となる、基体１０の少なくとも上面に形成される。導体配線１２の材料は、導電性材料の中から基材１１の材料、基材１１の製造方法等によって適宜選択することができる。例えば、基材１１の材料としてセラミックスを用いる場合、導体配線１２の材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する材料であることが好ましく、例えば、タングステン、モリブデンのような高融点の金属を用いるのが好ましい。前述の高融点金属からなる配線パターン上にメッキ、スパッタリング、蒸着などにより、ニッケル、金、銀など他の金属材料の層をさらに備えていてもよい。
【００１５】
基材１１の材料として樹脂を用いる場合、導体配線１２の材料は、加工し易い材料が好ましい。また、射出成形された樹脂を用いる場合には、導体配線１２の材料は、打ち抜き加工、エッチング加工、屈曲加工等の加工が容易であり、かつ、比較的大きい機械的強度を有する材料であることが好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属、または、鉄−ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅、モリブデン等の金属層やリードフレーム等によって導体配線１２が形成されていることが好ましい。また、導体配線１２は、これらの金属による配線パターンの表面上に他の金属材料の層をさらに備えていてもよい。この材料は特に限定されないが、例えば、銀のみ、あるいは、銀と、銅、金、アルミニウム、ロジウム等との合金からなる層、または、これら、銀や各合金を用いた多層を用いることができる。他の金属材料による層は、メッキ、スパッタリング、蒸着などにより形成することができる。
【００１６】
［絶縁層１３］
基体１０は、絶縁層１３を含んでいてもよい。絶縁層１３は、基体１０において、導体配線１２のうち、発光素子２１等が接続される部分を覆って基材１１上に設けられている。つまり、絶縁層１３は電気絶縁性を有し、導体配線１２の少なくとも一部を覆う。好ましくは、絶縁層１３は光反射性を有している。絶縁層１３が光反射性を有することによって、発光素子２１から基体１０側へ出射する光を反射し、光の取り出し効率を向上させることができる。また、絶縁層１３が光反射性を有することによって、光源から出射して、例えば拡散板や波長変換部材等を含む透光積層体に当たる光のうち、反射して基体１０側に戻る光も反射し、光の取り出し効率を向上させることができる。これらの基体で反射した光も透光積層体を透過することで、より輝度ムラを抑制することができる。
【００１７】
絶縁層１３の材料は、発光素子２１から出射する光の吸収が少なく、絶縁性を有する材料であれば、特に制限はない。例えば、エポキシ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネイト、ポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。絶縁層１３に光反射性を付与する場合には、絶縁層１３は、前述した樹脂材料に、後述するアンダーフィル材料に添加する白色系のフィラーを含有させることができる。白色系のフィラーは以下において詳述する。
【００１８】
［発光素子２１］
発光モジュール１０１は、基体１０に配置された、１つまたは複数の発光素子２１を備える。発光モジュール１０１が複数の発光素子２１を備えている場合、発光素子２１は、基体１０上において、１次元または２次元に配列される。基体１０に配置される発光素子２１には、種々の形態の発光素子を用いることができる。発光素子２１は、本実施形態では、発光ダイオードである。発光素子２１が出射する光の波長は、任意に選択できる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＺｎＳｅおよびＧａＰ等の半導体を用いた発光素子を用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等の半導体を用いた発光素子を用いることができる。また、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
【００１９】
発光素子２１からの光を、波長変換部材を用いて波長変換する場合には、発光素子２１は、波長変換部材に含まれる波長変換材料を効率良く励起できる短波長の光を出射する窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることが好ましい。半導体層の材料および混晶度によって発光波長を種々選択することができる。発光素子２１は、同一面側に正極および負極を有していてもよいし、異なる面に正極および負極を有していてもよい。
【００２０】
発光素子２１は、例えば、成長用基板と、成長用基板の上に積層された半導体層を有する。半導体層はｎ型半導体層とｐ型半導体層とこれらに挟まれた活性層を含む。ｎ型半導体層およびｐ型半導体層にそれぞれ負極および正極が電気的に接続されている。成長用基板には、例えば、透光性のサファイア基板等を用いることができる。
【００２１】
発光素子２１のｎ側電極およびｐ側電極は、接続部材２３を介して基体１０にフリップチップ実装されている。具体的には、発光素子２１のｐ側電極およびｎ側電極は接続部材２３によって基体１０の導体配線１２に含まれる正極配線および負極配線と電気的に接続されている。発光素子２１のｎ側電極およびｐ側電極が形成された面と反対側の面、すなわち透光性のサファイア基板の主面である上面２１ａが光取り出し面となる。本実施形態では、発光素子２１の直上輝度を低減するため、上面２１ａには光反射膜２２が配置される。このため、発光素子２１の側面２１ｃが実質的な光取り出し面となる。
【００２２】
［接続部材２３］
前述したように、接続部材２３は、ｐ側電極およびｎ側電極と導体配線の正極配線および負極配線とを接続する。接続部材２３は、導電性の材料を含む。例えば、接続部材２３の材料は、Ａｕ含有合金、Ａｇ含有合金、Ｐｄ含有合金、Ｉｎ含有合金、Ｐｂ−Ｐｄ含有合金、Ａｕ−Ｇａ含有合金、Ａｕ−Ｓｎ含有合金、Ｓｎ含有合金、Ｓｎ−Ｃｕ含有合金、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｇ含有合金、Ａｕ−Ｇｅ含有合金、Ａｕ−Ｓｉ含有合金、Ａｌ含有合金、Ｃｕ−Ｉｎ含有合金、金属とフラックスの混合物等である。
【００２３】
接続部材２３としては、液状、ペースト状、固体状（シート状、ブロック状、粉末状、ワイヤー状）のものを用いることができ、組成や支持体の形状等に応じて、適宜選択することができる。また、これらの接続部材２３は、単一部材で形成してもよく、あるいは、数種のものを組み合わせて用いてもよい。
【００２４】
［アンダーフィル部材２４］
発光素子２１と基体１０との間にアンダーフィル部材２４を配置してもよい。アンダーフィル部材２４は、発光素子２１からの光を効率よく反射できるようにすること、熱膨張率を発光素子２１に近づけること等を目的として、フィラーを含有していることが好ましい。本実施形態では、発光素子２１の側面２１ｃも光取り出し面であるため、アンダーフィル部材２４は、図１に示すように側面２１ｃを覆っていないことが好ましい。
【００２５】
アンダーフィル部材２４は、母材として発光素子からの光の吸収が少ない材料を含む。例えば、エポキシ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネイト、ポリイミド等を用いることができる。
【００２６】
アンダーフィル部材２４のフィラーとしては、白色系のフィラーであれば、光がより反射され易くなり、光の取り出し効率の向上を図ることができる。また、フィラーとしては、無機化合物を用いることが好ましい。ここでの白色とは、フィラー自体が透明であった場合でもフィラーの周りの材料と屈折率差がある場合に散乱で白色に見えるものも含む。
【００２７】
フィラーの反射率は、発光素子２１の発光波長の光に対して５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。これにより、発光モジュール１０１の光の取り出し効率を向上させることができる。また、フィラーの粒径は、１ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましい。フィラーの粒径をこの範囲にすることで、アンダーフィル材料としての樹脂流動性が良くなり、狭い隙間でも良好にアンダーフィル部材２４となる材料を充填することができる。なお、フィラーの粒径は、好ましくは、１００ｎｍ以上５μｍ以下、さらに好ましくは２００ｎｍ以上２μｍ以下である。また、フィラーの形状は、球形でも鱗片形状でもよい。
【００２８】
フィラー材料としては、具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３、ＭｇＣＯ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＳｒＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＴａＯ２、ＨｆＯ、ＳｅＯ、Ｙ２Ｏ３などの酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯＮなどの窒化物、ＭｇＦ２のようなフッ化物などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。
【００２９】
［光反射膜２２］
光反射膜２２は、入射する光の一部を反射し、一部を透過させる。光反射膜２２は、発光素子２１の上面２１ａに設けられている。この構成によって、発光素子２１の上面２１ａから出射した光の一部が光反射膜２２で反射し、発光素子２１へ戻り、発光素子２１の側面２１ｃから出射する。その結果、発光素子２１の上面２１ａから出射する光の量を低減させ、発光素子２１の上方での輝度を低下させ、発光モジュール１０１を用いてバックライトなどを構成した場合における輝度ムラを抑制する。
【００３０】
光反射膜２２の反射率は、発光素子２１のピーク波長に対して、２０％以上８０％以下であることが好ましい。反射率が２０％未満である場合、上面２１ａから出射する光の量の低下が十分ではないため、輝度ムラの抑制が十分ではない。また、反射率が８０％より大きい場合、上面２１ａから出射する光の量の低下が大きくなりすぎ、後述するハーフミラー５１を用いても、上面２１ａ上領域の輝度がその周囲の領域よりも低くなって輝度ムラを抑制することが困難となる。
【００３１】
光反射膜２２によって、発光素子２１が出射する光の全光量の３０％以上が、基体１０の上面に対して２０゜未満の仰角で出射されることが好ましい。このような配光特性で発光素子２１から光が出射するように光反射膜２２の反射率を調整することが可能である。
【００３２】
光反射膜２２は、金属膜、誘電体多層膜などによって構成することができる。発光素子２１から出射する光を吸収しにくい材料を用いることが好ましい。
【００３３】
［封止部材３０］
発光モジュール１０１は、封止部材３０を備えていてもよい。封止部材３０は、発光素子２１を外部環境から保護するとともに、発光素子２１から出力される光の配光特性を光学的に制御する。つまり、主として封止部材３０の外面における光の屈折によって光の出射方向を調節する。封止部材３０は、発光素子２１を被覆して基体１０上に配置される。
【００３４】
封止部材３０の表面は凸状の曲面を有する。上面視において、封止部材３０は、円または楕円の外形を有していることが好ましい。封止部材３０において、光軸Ｌ方向の高さＨおよび上面視における幅Ｗの比Ｈ／Ｗは０．５より小さいことが好ましい。より好ましくは、Ｈ／Ｗは０．３以下である。封止部材３０の高さＨは、基体１０の実装面から封止部材３０の最も高い部分までの、光軸Ｌ方向の間隔で規定される。幅Ｗは、封止部材３０の底面の形状に基づく。底面が円形の場合は円の直径であり、その他の形状である場合は、底面の最も短い幅で規定される。例えば、上面視における外形が楕円形である場合、底面の幅は、長径および短径が存在するが、短径が幅Ｗである。封止部材３０がこの形状を有することにより、発光素子２１から出射した光を封止部材３０と空気の界面で屈折させ、より広配光化させることが可能となる。
【００３５】
封止部材３０の材料としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂あるいはそれらを混合させた樹脂などの透光性樹脂や、ガラスなどを用いることができる。これらのうち、耐光性および成形のしやすさの観点では、シリコーン樹脂を選択することが好ましい。
【００３６】
封止部材３０は、波長変換材料、発光素子２１からの光を拡散させるための拡散剤を含んでいてもよい。また、発光素子の発光色に対応させて、着色剤を含んでいてもよい。これら波長変換材料、拡散材料、着色剤等は、封止部材３０の外形によって、配光が制御できる程度の量で封止部材３０に含まれていることが好ましい。また、配光特性に与える影響を抑制するため、含有させる材料の粒径は０．２μｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書中において粒径とは平均粒径（メジアン径）のことを意味し、平均粒径の値は、レーザー回折法により測定することができる。
【００３７】
［ハーフミラー５１］
ハーフミラー５１は、入射する光の一部を反射し、一部を透過させる反射特性を有し、発光素子２１の上面２１ａ側に位置している。発光素子２１から小さい仰角で出射する光もハーフミラー５１に入射し得るよう、ハーフミラー５１は、発光素子２１に対して十分大きいことが好ましい。複数の発光素子２１が基体１０に配置されている場合には、複数の発光素子２１の上面２１ａ上方を覆う十分な大きさを有している。ハーフミラー５１は、例えば、発光モジュール１０１を保持する筐体などによって支持される。
【００３８】
発光モジュール１０１が、後述する波長変換部材５２、透光体層５３などをさらに備える場合には、ハーフミラー５１、波長変換部材５２、透光体層５３などは積層され、透光積層体５０を構成し、透光積層体５０が発光モジュール１０１を保持する筐体などによって支持されてもよい。この場合、透光積層体５０において、ハーフミラー５１は、最も発光素子２１側に位置していることが好ましい。
【００３９】
ハーフミラー５１は、発光素子２１の上方の領域とその周囲の領域との輝度ムラを抑制するために、反射波長帯域において分光反射率が異なる少なくとも２つの領域を含む分光反射率特性を有する。図２Ａに、垂直入射光に対するハーフミラー５１の分光反射率特性の模式的な一例を示す。発光素子２１から出射する光の発光スペクトルの模式的な一例を合わせて示す。図２Ａに示すように、ハーフミラー５１は、垂直入射時の分光反射率が、発光素子２１が出射する光のピーク波長よりも長波長側ＢＬにおいて大きい反射特性を備えている。
【００４０】
ハーフミラー５１は、好ましくは、発光素子２１の発光ピーク波長領域ＲＥにおける分光反射率に対して、発光素子２１の発光ピーク波長領域よりも５０ｎｍ長波長側の領域ＲＬにおける前記分光反射率が１０％以上大きい分光反射率特性を有する。ここで、分光反射率は、垂直入射光に対する値である。また、発光ピーク波長領域ＲＥとは、発光素子２１のピーク波長λｐを中心とする所定の幅の波長領域である。例えば、λＥ１以上λＥ２以下（λＥ１＜λＥ２）の波長領域である。発光ピーク波長領域ＲＥの帯域は、発光素子２１が出射する光の特性に応じて決定される。例えば、発光素子２１が青色光を出射するＬＥＤである場合、発光ピーク波長領域ＲＥの帯域は、λｐ±２０ｎｍであってもよい。
【００４１】
また、領域ＲＬは、発光ピーク波長領域ＲＥの上限および下限よりもそれぞれ５０ｎｍ長波長側の波長を上限および下限とする領域を含む領域である。具体的には、領域ＲＬは、（λＥ１＋５０）ｎｍ以上（λＥ２＋５０）ｎｍ以下の波長領域である。また、発光ピーク波長領域ＲＥにおける分光反射率に対して、領域ＲＬにおける前記分光反射率が１０％以上大きいとは、発光ピーク波長領域ＲＥにおける最大分光反射率に対して、領域ＲＬ内の任意の波長における分光反射率が１０％以上大きいことをいう。また、発光ピーク波長領域ＲＥにおける分光反射率は、３０％以上６５％以下である。したがって、領域ＲＬにおける分光反射率は、４０％以上７５％以下である。発光ピーク波長領域ＲＥと領域ＲＬとは、互いに重ならない。ハーフミラー５１の分光反射率は、例えば、領域ＲＬを含む長波長側の領域および発光ピーク波長領域ＲＥを含む短波長側の領域においてそれぞれ一定である。
【００４２】
垂直入射時の反射波長帯域Ｂは、上述した発光ピーク波長領域ＲＥおよび領域ＲＬを含み、波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲であって、分光反射率が４０％以上の領域と定義する。ハーフミラー５１の反射波長帯域Ｂは、発光素子の発光ピーク波長を含み、発光ピーク波長よりも長波長側ＢＬが短波長側ＢＳより広くなっている。
【００４３】
ハーフミラー５１は、透光性を有し、屈折率の異なる複数の誘電体層が積層された誘電体多層膜構造を備える。誘電体層の具体的な材料としては、金属酸化膜、金属窒化膜、金属フッ化膜や有機材料など、発光素子２１から出射される波長域において光吸収が少ない材料であることが好ましい。また、誘電体層として、シリコーン樹脂やフッ素樹脂等の有機層を用いてもよい。
【００４４】
ハーフミラー５１の分光反射率特性、具体的には、発光ピーク波長領域ＲＥおよび領域ＲＬの位置、分光反射率等は、誘電体層の厚さ、屈折率、積層数等を調整することによって、任意に設定することが可能である。また、発光ピーク波長領域ＲＥおよび領域ＲＬの分光反射率等は別々に設計することが可能である。
【００４５】
［波長変換部材５２］
封止部材３０が波長変換材料を含んでいない場合には、発光モジュール１０１はさらに波長変換部材５２を備えていてもよい。波長変換部材５２は、発光素子２１から離間しており、発光素子の光取り出し面側に位置する。波長変換部材５２は、封止部材３０からも離間していることが好ましい。波長変換部材５２は、発光モジュール１０１から出射する光の一部を吸収し、発光モジュール１０１からの出射光の波長とは異なる波長の光を発する。波長変換部材５２は、発光モジュール１０１の発光素子２１から離れているため、発光素子２１の近傍では使用するのが困難な、熱や光強度に耐性の劣る光変換物質も使用することが可能である。これにより、発光モジュール１０１のバックライトとしての性能を向上させることが可能となる。波長変換部材５２はシート形状あるいは層形状を有しており、波長変換物質を含む。
【００４６】
波長変換物質は、例えば、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（ＹＡＧ）系蛍光体、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（ＬＡＧ）、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（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４）系蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系又はＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ ＳｉＦ６ ：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体などを含む。これらの蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。
【００４７】
また、波長変換部材５２は、例えば、いわゆるナノクリスタル、量子ドットと称される発光物質を含んでいてもよい。これらの材料としては、半導体材料を用いることができ、例えばＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族半導体、具体的には、ＣｄＳｅ、コアシェル型のＣｄＳｘＳｅ１−ｘ／ＺｎＳ、ＧａＰ等のナノサイズの高分散粒子が挙げられる。
【００４８】
［透光体層５３］
発光モジュール１０１はさらに１つまたは複数の透光体層５３を備えていてもよい。透光体層５３は、拡散板、プリズムシート、反射型偏光シートなどである。拡散板は、入射する光を拡散させて透過する。拡散板は、たとえば、ポリカーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂等、可視光に対して光吸収の少ない材料によって構成されている。光を拡散させる構造は、拡散板の表面に凹凸を設けたり、拡散板中に屈折率の異なる材料を分散させたりすることによって、拡散板に設けられている。拡散板は、光拡散シート、ディフューザーフィルム等の名称で市販されているものを利用してもよい。
【００４９】
プリズムシートは、透光積層体５０から出射する光の垂直成分を増大させることによって、発光モジュール１０１の発光面を正面から見た場合における輝度を高める。
【００５０】
反射型偏光シートは、輝度上昇フィルムとも呼ばれる。反射型偏光シートは、発光素子２１から出射する光のうち、例えば、Ｐ波を透過し、Ｓ波を発光素子２１側へ反射する。反射型偏光シートで反射したＳ波は、ハーフミラー５１、波長変換部材５２および基体１０の上面で反射し、Ｐ波に変換される。変換されたＰ波は、反射型偏光シートを透過し、外部へ出射する。このようにして、発光モジュール１０１から出射する光におけるＰ波の成分の割合を高めることができる。
【００５１】
［発光モジュール１０１の発光および効果］
発光モジュール１０１において、光反射膜２２が、発光素子２１の上面２１ａに設けられている。この構成によって、発光素子２１の上面２１ａから出射した光の一部が光反射膜２２で反射し、発光素子２１へ戻り、発光素子２１の側面２１ｃから出射する。その結果、発光素子２１の上面から出射する光の量が低減し、発光素子２１の上方での輝度を低下させ、発光モジュール１０１を用いてバックライトなどを構成した場合における輝度ムラを抑制する。
【００５２】
しかし、本願発明者の検討によれば、発光素子の上面に誘電体多層膜を設け、発光モジュールの出射側に拡散板等を配置し、バックライトを形成した場合、拡散板と発光素子との間隔が短くなると、発光素子の上方近傍において、周囲よりも輝度が低下することが分かった。図３Ａは、発光素子２１の上面に、光反射膜２２を設け、上面２１ａの上方に拡散板６１を配置した例示的な発光モジュール１００の模式的な断面図を示し、図３Ｂは、発光モジュール１００を試作し、発光モジュール１００の発光を上面側から見た一例を示す。
【００５３】
拡散板６１と発光素子２１との間隔Ｄが短くなることにより、拡散板６１のうち、発光素子の上方の領域６１ａには、主として発光素子２１の上面２１ａから垂直に出射し、光反射膜２２を透過した光が入射する。一方、領域６１ａの周囲の領域６１ｂには、発光素子の上面２１ａから斜めに出射し、光反射膜２２を透過した光、および、光反射膜２２で反射し、発光素子２１内部で反射することによって、発光素子２１の上面２１ａおよび側面２１ｃから出射し、領域６１ｂへ入射する。その結果、図３Ｂに示すように、発光素子２１の上方の領域よりもその周囲の領域の輝度が高くなり、輝度ムラが生じる。
【００５４】
本開示の発光モジュール１０１では、前述した輝度ムラを抑制するために、ハーフミラー５１の分光反射特性の入射角度依存性を利用する。一般に、ハーフミラーが誘電体多層膜によって構成される場合、分光反射特性は、光がハーフミラー５１に垂1直に入射する場合と、斜めに入射する場合とで異なる。光が垂直に入射する場合に比べ、斜め入射する場合にハーフミラー中の光路長が長くなることにより、反射波長帯域は短波長側へシフトする。この特徴はブルーシフトとも呼ばれる。図２Ｂは、図２Ａに示す分光反射率特性を有するハーフミラー５１に垂直方向に対して斜め４５°の方向から入射する光に対する分光反射率特性を示す。
【００５５】
発光素子２１の発光ピーク波長は約４５０ｎｍであり、発光ピーク波長領域ＲＥは４３０ｎｍ〜４７０ｎｍである。また、領域ＲＬは、４８０ｎｍ〜５２０ｎｍである。また、発光ピーク波長領域ＲＥにおける分光反射率は、約４２％であり、領域ＲＬにおける分光反射率は、約６０％である。つまり、ハーフミラー５１に垂直に入射する光は、約４２％の分光反射率で反射されるが、ハーフミラー５１に斜めに入射する光は、最大で約６０％の分光反射率で反射される。
【００５６】
詳細な検討の結果、例えば、青色を発光する発光素子２１の場合、シフト量を５０ｎｍに設定すれば、発光素子２１の上方の領域の輝度を高め、かつその周辺の領域の輝度を低下させることによって輝度ムラを効率的に低減することができることが分かった。
【００５７】
図４は、発光モジュール１０１において、発光素子２１から出射する光の進行を模式的に示している。発光素子２１の上面２１ａからハーフミラー５１までの距離Ｄが短い場合、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明したように、ハーフミラー５１において、発光素子２１の上方の領域５１ａよりも周辺の領域５１ｂに、より多くの光が入射する。
【００５８】
ハーフミラー５１の領域５１ａに入射する光は垂直成分を多く含む。このため、約４２％の反射率で入射光を反射する。言い換えると、約５８％の割合で、入射した光がハーフミラー５１を透過する。これに対して、領域５１ｂに入射する光は、ハーフミラー５１に対して斜めの成分を多く含む。このため、最大で６０％の反射率で入射光を反射し、約４０％の割合で、入射光を透過させる。よって、ハーフミラー５１における領域５１ｂの輝度を相対的に高め、領域５１ａの輝度を低下させることができ、発光モジュール１０１の発光面における輝度ムラを低減することができる。
【００５９】
このように本開示の発光モジュール１０１によれば、発光素子２１の上面２１ａに光反射膜２２を設けることによって、発光素子２１から出射する光が広配光化される。広配光化によって、発光素子２１の直上の領域における輝度よりもその周囲の輝度が高くなり得るため、上述した特性を有するハーフミラー５１を介して、発光素子２１からの光を出射させる。これにより、発光モジュール１０１における距離（Ｄ）を短くしても輝度ムラを抑制することが可能となり、薄型のバックライトを実現することが可能となる。
【００６０】
また、封止部材３０の外形を凸型の曲面で構成し、幅に対する高さの比Ｈ／Ｗを０．５より小さくすることによって、発光素子２１から出射する光をより広配光化させることができる。例えば、封止部材３０の幅Ｗに対する高さＨの比Ｈ／Ｗを０．３以下に設定すれば、発光モジュール１０１が出射する光の全光量の４０％以上を、基体１０の上面に対して２０゜未満の仰角で出射させることが可能である。光反射膜２２および封止部材３０の外形によって、二次レンズを用いることなく所望の配光特性を得ることが可能である。つまり、光反射膜２２を備えることによって、発光素子２１の上方における輝度を低減させることができるため、封止部材３０には、主として発光素子２１からの光を広配光化する機能を持たせればよい。このため、レンズ機能を有する封止部材３０の大幅な小型化を実現することができる。これにより、発光モジュール１０１を用いて、輝度ムラが改善された薄型のバックライトモジュール（発光モジュール）を実現することが可能となる。
【００６１】
（第２の実施形態）
図５Ａは、本実施形態の集積型発光モジュール１０２の断面構造を示す模式図である。集積型発光モジュール１０２は、透光積層体５０と、集積型発光装置１０３とを含む。図５Ｂは、集積型発光装置１０３の上面図である。
【００６２】
集積型発光装置１０３は、基体１０と基体１０に配置された複数の発光素子２１と、各発光素子２１の上面に設けられた光反射膜２２とを含む。基体１０、発光素子２１および光反射膜２２の構造およびこれら構成要素の関係は第１の実施形態で説明した通りである。
【００６３】
複数の発光素子２１は、基体１０の上面において、１次元または２次元に配列されている。本実施形態では、複数の発光素子２１は直交する２方向、つまり、ｘ方向およびｙ方向に沿って２次元に配列されており、ｘ方向の配列ピッチｐｘとｙ方向の配列ピッチｐｙは等しい。しかし、配列方向はこれに限られない。ｘ方向とｙ方向のピッチは異なっていてもよいし、配列の２方向は直交していなくてもよい。また、配列ピッチも等間隔に限られず、不等間隔であってもよい。例えば、基体１０の中央から周辺に向かって間隔が広くなるように発光素子２１が配列されていてもよい。
【００６４】
集積型発光装置１０３は、発光素子２１間に位置する複数の光反射部材１５を備えている。光反射部材１５は、壁部１５ａｘ、１５ａｙおよび底部１５ｂを含む。図５Ｂに示すように、ｘ方向に隣接する２つの発光素子２１の間にｙ方向に延びる壁部１５ａｙが配置され、ｙ方向に隣接する２つの発光素子２１の間にｘ方向に延びる壁部１５ａｘが配置されている。このため、各発光素子２１は、ｘ方向に延びる２つの壁部１５ａｘと、ｙ方向に延びる２つの壁部１５ａｙとによって囲まれている。２つの壁部１５ａｘおよび２つの壁部１５ａｙによって囲まれた領域１５ｒに底部１５ｂが位置している。本実施形態では、発光素子２１のｘ方向およびｙ方向の配列ピッチが等しいため、底部１５ｂの外形は正方形である。
【００６５】
底部１５ｂの中央には貫通孔１５ｅが設けられ、貫通孔１５ｅ内に、発光素子２１が位置するように、底部１５ｂが絶縁層１３上に位置している。貫通孔１５ｅの形状及び大きさに特に制限はなく、発光素子２１が内部に位置し得る形状および大きさであればよい。発光素子２１からの光を底部１５ｂでも反射可能なように、貫通孔１５ｅの外縁が、発光素子２１の近傍に位置していること、つまり、上面視において、貫通孔１５ｅと発光素子２１との間に生じる間隙は狭いほうが好ましい。
【００６６】
図５Ａに示すように、ｙｚ断面では、壁部１５ａｘは、ｘ方向に延びる一対の傾斜面１５ｓを含む。一対の傾斜面１５ｓのそれぞれは、ｘ方向に延びる２つの辺の一方で互いに接続しており、頂部１５ｃを構成している。他方は、隣接する２つの領域１５ｒに位置する底部１５ｂとそれぞれ接続されている。同様に、ｙ方向に延びる壁部１５ａｙはｙ方向に延びる一対の傾斜面１５ｔを含む。一対の傾斜面１５ｔのそれぞれは、ｙ方向に延びる２つの辺の一方で互いに接続しており、頂部１５ｃを構成している。他方は、隣接する２つの領域１５ｒに位置する底部１５ｂとそれぞれ接続されている。
【００６７】
底部１５ｂ、２つの壁部１５ａｘおよび２つの壁部１５ａｙによって開口を有する発光空間１７が形成される。図５Ｂでは、３行３列に配列された発光空間１７が示されている。一対の傾斜面１５ｓおよび一対の傾斜面１５ｔは、発光空間１７の開口に面している。
【００６８】
光反射部材１５は光反射性を有しており、発光素子２１から出射する光を壁部１５ａｘ、１５ａｙの傾斜面１５ｓ、１５ｔによって、発光空間１７の開口に向けて反射させる。また、底部１５ｂに入射する光も発光空間１７の開口側へ反射させる。これにより、発光素子２１から出射される光を効率よく透光積層体５０へ入射させることができる。
【００６９】
光反射部材１５によって区画される発光空間１７は、複数の発光素子２１をそれぞれ独立して駆動させた場合における、発光空間の最小単位となる。また、面発光源として発光モジュール１０１を透光積層体５０の上面を見た場合における、ローカルディミングの最小単位領域となる。複数の発光素子２１を独立して駆動する場合、最も小さな発光空間単位でローカルディミングによる駆動が可能な発光モジュールが実現する。隣接する複数の発光素子２１を同時に駆動し、ＯＮ／ＯＦＦのタイミングを同期させるように駆動すれば、より大きな単位でローカルディミングによる駆動が可能となる。
【００７０】
光反射部材１５は、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の金属酸化物粒子からなる反射材を含有する樹脂を用いて成形してもよいし、反射材を含有しない樹脂を用いて成形した後、表面に反射材を設けてもよい。光反射部材１５の発光素子２１からの出射光に対する反射率は、例えば、７０％以上であることが好ましい。
【００７１】
光反射部材１５は、金型を用いた成形や光造形によって形成することができる。金型を用いた成形方法としては、射出成形、押出成形、圧縮成形、真空成形、圧空成形、プレス成形等の成形方法を用いることができる。例えば、ＰＥＴ等で形成された反射シートを用いて真空成形することで、底部１５ｂと壁部１５ａｘ、１５ａｙが一体的に形成された光反射部材１５を得ることができる。反射シートの厚さは、例えば１００μｍ〜５００μｍである。
【００７２】
光反射部材１５の底部１５ｂの下面と絶縁層１３の上面とは、接着部材等で固定される。貫通孔１５ｅから露出される絶縁層１３は、光反射性を有していることが好ましい。発光素子２１からの出射光が、絶縁層１３と光反射部材１５との間に入射しないように、貫通孔１５ｅの周囲に接着部材を配置することが好ましい。例えば、貫通孔１５ｅの外縁に沿ってリング状に接着部材を配置することが好ましい。接着部材は両面テープであってもよいし、ホットメルト型の接着シートであってもよいし、熱硬化樹脂や熱可塑樹脂の接着液であってもよい。これらの接着部材は、高い難燃性を有することが好ましい。また、接着部材ではなく、ネジ、ピン等他の結合部材で固定されていてもよい。
【００７３】
複数の光反射部材１５で囲まれた各領域Ｒｕは発光素子２１を有する１つの発光モジュール１０１とみることができる。つまり、集積型発光装置１０３は、ｘ方向およびｙ方向において、ピッチＰｘおよびピッチＰｙで配列された複数の発光モジュール１０１を備えている。
【００７４】
光反射部材１５の高さＨＲは、発光モジュール１０１の配列ピッチの０．３倍以下であることが好ましく、０．２倍以下であることがより好ましい。発光モジュール１０１が２次元に配列されている場合には、２つの方向におけるピッチのうち、短いほうのピッチである。本実施形態では、ｘ方向の配列ピッチｐｘとｙ方向の配列ピッチｐｙは等しため、高さＨＲは、ＰｘおよびＰｙの０．３倍以下、つまりＨＲ≦０．３ＰｘまたはＨＲ≦０．３Ｐｙである。光反射部材１５の高さＨＲがこの条件を満たすことにより、透光積層体５０と集積型発光装置１０３との距離を短くし、薄型の発光モジュールを実現することができる。
【００７５】
透光積層体５０は、少なくともハーフミラー５１を含む。透光積層体５０の構造は第１の実施形態で説明した通りである。
【００７６】
集積型発光モジュール１０２によれば、第１の実施形態と同様、薄型の構造でも輝度ムラを抑制することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本開示の発光モジュールおよび集積型発光モジュールは、液晶ディスプレイのバックライト、照明器具等、種々の光源に利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０      基体
１１      基材
１１ａ    上面
１２      導体配線
１３      絶縁層
１４      絶縁部材
１５      光反射部材
１７      発光空間
２１      発光素子
２１ａ    上面
２１ｃ    側面
２２      光反射膜
２３      接続部材
２４      アンダーフィル部材
３０      封止部材
５０      透光積層体５１      ハーフミラー
５２      波長変換部材
５３      透光体層
１００、１０１、    発光モジュール
１０２    集積型発光モジュール
１０３    集積型発光装置 
【図１Ａ】
2019079873.tif 000003
【図１Ｂ】
2019079873.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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