JP2016219637A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストーク及びダークグリッドを抑制する発光装置を提供する。
【解決手段】複数の発光素子１２と、複数の発光素子の上方に配置された、光散乱領域１５を備える透明部材１４とを有し、光散乱領域は、複数の発光素子の間の領域の上方に配置される。
【選択図】図１−３

Description

本発明は、たとえば車両用灯具、一例として自動車の配光可変型前照灯(adaptive driving beam; ADB)用の光源に適した発光装置及びその製造方法に関する。

ＬＥＤ(light emitting diode)アレイが封入層に埋め込まれた光出力デバイスの発明が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１記載の発明においては、封入層中に、たとえば空洞部が、ＬＥＤ素子配設位置までの近さに依存する数密度またはサイズで形成される。具体的には、ＬＥＤ素子の近くでは小さく、密集するように形成される。このような構造により、ホットスポット（局所的に光強度が強い領域）が低減され、デバイスの光出力が均一化される。空洞部は、ポリママトリクスが硬化する前に、ポリママトリクスより沸点の低い添加物を蒸発させることにより形成される。

特許文献１記載の発明においては、封入層にＬＥＤアレイが埋め込まれるため、ＬＥＤ素子から出射された光が横方向に伝播し、クロストークが発生する。なお、特許文献１に記載される形成方法では、空洞部の位置やサイズの制御が難しく、したがって、たとえば横方向に伝播する光に対し、空洞部による連続した光散乱構造を形成し、クロストークを抑制することは困難である。

また、特許文献１記載の発明においては、たとえば輝度むら抑制のために、ＬＥＤ素子の直上領域に空洞部を配置することから、直上輝度が低下する。

他にも、輝度むら等を抑制する発光装置の発明が公知である（たとえば特許文献２参照）。

特許文献２記載の発光装置は、光拡散点としてマイクロクラックが形成されたガラスカバーを備える。マイクロクラックは、レーザビームの照射によって形成される。光拡散点は、たとえばＬＥＤ素子の中心上方の領域をカバーするように、ＬＥＤ素子の中心で最も厚く、周辺に向かって厚みが薄くなるように形成される。他の部分に比べて輝度が高い領域（ＬＥＤ素子中心部）に光拡散点を形成することで、中心部の輝度を抑えるとともに、周辺部の輝度を高め、輝度むらを抑制する。

たとえばＬＥＤ素子の直上領域にマイクロクラックを配置することから、特許文献２記載の発明においても、直上輝度が低下する。なお、横方向への伝播光に対する連続した光散乱構造として、ガラス中に数μｍから数十μｍサイズのマイクロクラックを、量産性のあるタクトタイムで形成するのは技術的に困難である。

たとえばＬＥＤ素子間領域（非発光部）に、光吸収性の遮光壁を形成することでクロストークは抑制される。しかし、ダークグリッド（ＬＥＤ素子間領域に観察される暗部）の発生が顕著になる。このように、クロストークの抑制とダークグリッドの低減の双方を実現するのは困難であった。

特表２０１４−５２１２０８号公報 特許第５５８８３０１号公報

本発明の目的は、クロストークを抑制可能な発光装置及びその製造方法を提供することである。

また、ダークグリッドを低減可能な発光装置及びその製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、複数の発光素子と、前記複数の発光素子の上方に配置された、光散乱領域を備える透明部材とを有し、前記光散乱領域は、前記複数の発光素子の間の領域の上方に配置される発光装置が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、（ａ）透明部材にレーザ光を照射して穴を形成し、該透明部材内に光散乱領域を配置する工程と、（ｂ）前記透明部材を、複数の発光素子の上方に、前記光散乱領域が該複数の発光素子の間の領域の上方に位置するように、配置する工程とを有する発光装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、クロストークを抑制可能な発光装置及びその製造方法を提供することができる。

また、ダークグリッドを低減可能な発光装置及びその製造方法を提供することができる。

図１Ａ〜図１Ｅは、第１実施例による発光装置について説明する概略図である。 図１Ｆ及び図１Ｇは、第１実施例による発光装置について説明する概略図である。 図１Ｈ〜図１Ｊは、第１実施例による発光装置について説明する概略図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、第２実施例による発光装置について説明する概略図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、変形例による発光装置について説明する概略図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、変形例による発光装置について説明する概略図である。

まず、第１実施例による発光装置の製造方法について説明する。

図１Ａを参照する。たとえばＡｌＮセラミックスで形成される実装基板１１の上面配線上に、ＬＥＤ素子１２をマトリクス状に実装する。実装基板１１の上面配線は、Ａｕ等の導電体で形成されている。

ＬＥＤ素子１２は、たとえば平面形状（Ｚ軸方向から見た形状）が１辺１ｍｍの正方形、厚さ（Ｚ軸方向の高さ）が１００μｍのフリップチップタイプの発光素子である。

ＬＥＤ素子１２は、たとえばｎ型半導体層、活性層（発光層）、及び、ｐ型半導体層を含む半導体層を有する。ｎ型半導体層にはｎ側電極、ｐ型半導体層にはｐ側電極が電気的に接続される。ＬＥＤ素子１２は、一例として、青色光（波長４３０ｎｍ〜４７０ｎｍ程度）を発光する窒化物系半導体発光素子である。

図１Ｂを参照する。ＬＥＤ素子１２上に、ペースト状の波長変換体１３を配置する。

波長変換体１３は、透光性を有する材料、たとえばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、またはハイブリッド樹脂（エポキシ樹脂とシリコーン樹脂が混合された樹脂等）を用いて形成される。樹脂材料中には、蛍光体１３ａが分散されている。蛍光体１３ａは、一例としてＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）に付活剤としてＣｅ（セリウム）を導入したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体である。蛍光体１３ａは、ＬＥＤ素子１２から発光される、たとえばピーク波長約４６０ｎｍの青色光を吸収し、約５６０ｎｍの発光ピーク波長を有する黄色光を発する。

完成後の発光装置においては、波長変換体１３の蛍光体１３ａに吸収され、波長変換された黄色光と、蛍光体１３ａに吸収されなかった青色光が、発光装置上面から出射され、白色光として視認される。

なお、ＬＥＤ素子１２の発光色に応じ、波長変換体１３に含有される蛍光体１３ａの種類を変更してもよい。また、複数種類の蛍光体１３ａを混合して用いてもよい。更に、発光装置に要求される出射光の波長によっては、蛍光体１３ａを用いなくてもよい。この場合、ペースト状の波長変換体１３は、たとえば蛍光体１３ａを含まない接着層となる。

図１Ｃを参照する。波長変換体１３上に、たとえば厚さ１００μｍのガラスで形成される透明部材１４を配置する。図１Ｃには、透明部材１４の概略的な断面図を示した。透明部材１４には、光散乱領域（光散乱構造、遮光構造）１５が形成されている。

図１Ｄは、光散乱領域１５を示す概略的な平面図である。光散乱領域１５は、貫通孔１５ａが形成される透明部材１４内の領域である。貫通孔１５ａは、たとえば直径３μｍの円形開口部を有する。図１Ｄに示す範囲においては、貫通孔１５ａの開口部は、Ｙ軸方向に沿い、一定間隔（中心間の距離が６μｍ）で配置される。

図１Ｅは、図１Ｄの１Ｅ−１Ｅ線に沿う断面図である。貫通孔１５ａは、透明部材１４の上面から下面に貫通する直円柱状の穴である。

貫通孔１５ａは、たとえば透明部材１４にレーザ光を照射することによって形成される。実施例においては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）であるパルスレーザビーム（パルス幅１５ｐ秒）を、パワー２５０ｍＷ、周波数６６．６ｋＨｚで照射した。

レーザビームは、透明部材１４の直上方向から、直径３μｍ未満の円形状領域に集光して入射させた。同一位置に４ショットのレーザパルスを照射して貫通孔１５ａを形成した後、レーザビームの入射位置をＹ軸方向に６μｍ移動させるレーザ加工を繰り返し、透明部材１４内に光散乱領域１５を形成した。レーザビームの走査にはガルバノスキャナを用い、加工速度を４００ｍｍ／秒とした。なお、使用するレーザビームや加工条件はこれに限られない。

１ショットのレーザパルスの照射により、透明部材１４に、直径３μｍ、深さ２５μｍ程度の直円柱状の穴が形成される。同一位置に４ショットのレーザパルスを入射させることにより、厚さ１００μｍの透明部材１４を貫通する貫通孔１５ａが形成される。

光散乱領域１５は、貫通孔１５ａ、及び、隣接する貫通孔１５ａ間領域を含んで形成される。たとえば透明部材１４内を進行し光散乱領域１５に入射する光のうち、貫通孔１５ａ形成位置に入射する光は、貫通孔１５ａによって散乱される。また、隣接する貫通孔１５ａの間の領域は、レーザ加工時（貫通孔１５ａ形成時）の熱により変質されている。このため、貫通孔１５ａ間領域に入射する光も散乱される。すなわち、光散乱領域１５は入射光を散乱させる機能を有する。

レーザビームを照射して貫通孔１５ａを形成することにより、高い位置精度及び狭い加工幅で、散乱効率の高い光散乱領域１５を透明部材１４内に配置することができる。

なお、実施例においては、貫通孔１５ａを形成して透明部材１４内に光散乱領域１５を画定したが、透明部材１４の厚さ方向の途中まで形成された穴を用いてもよい。その場合、穴は、透明部材１４の上面（一方面）からだけでなく、下面（他方面）から形成してもよい。

更に、光散乱領域１５は、光散乱性の樹脂を透明部材１４内に配置する等の方法により形成してもよい。

図１Ｆは、光散乱領域１５を形成した透明部材１４の上面を示す写真である。光散乱領域１５は、写真中の上下方向に沿い、幅３μｍ程度のライン状に形成されている。

図１Ｇは、光散乱領域１５を示す断面写真である。透明部材１４の上面から下面に至る貫通孔１５ａが形成されている。

図１Ｈを参照する。透明部材１４は、たとえば光散乱領域１５が、ＬＥＤ素子１２間領域の上方に配置されるように、一例として、ＬＥＤ素子１２間領域の中心の上方に配置されるように位置合わせされ、ペースト状の波長変換体１３上に載置される。

自重により、または必要に応じて透明部材１４上面に荷重をかけることにより、透明部材１４を下方（Ｚ軸負方向）に移動し、ＬＥＤ素子１２の上面と透明部材１４の間の間隔が所望の値となるようにする。ペースト状の波長変換体１３は、表面張力により、ＬＥＤ素子１２と透明部材１４の間、及び、隣接するＬＥＤ素子１２間に濡れ広がる。

なお、ＬＥＤ素子１２上面と透明部材１４の間の間隔の制御にスペーサを用いてもよい。

たとえば１５０℃で４時間の加熱を行い、ペースト状の波長変換体１３を硬化させる。ＬＥＤ素子１２間領域に、基板１１、波長変換体１３、及び、透明部材１４に囲まれた空隙部１６が形成される。

図１Ｉを参照する。空隙部１６に、遮光性または反射性を有する材料を注入して固化し、隔壁体１７を形成する。注入する材料として、たとえば酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛等を含有するペースト状のエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂を用いることができる。

隔壁体１７は、ＬＥＤ素子１２から出射され、たとえば波長変換体１３内を横方向に進行する光を遮光する機能を有する。

こうして第１実施例による発光装置が製造される。

第１実施例による発光装置は、実装基板１１上にマトリクス状に配置されたＬＥＤ素子１２、及び、ＬＥＤ素子１２上方に配置された透明部材１４を有する。ＬＥＤ素子１２と透明部材１４との間に、波長変換体１３を配置してもよい。

透明部材１４は、光散乱領域１５を備える。光散乱領域１５は、たとえばレーザ光の照射により、貫通孔１５ａが形成された領域であり、入射光を散乱させる機能を有する。なお、光散乱領域１５以外の透明部材１４内においては、光は散乱されない。

図１Ｊは、光散乱領域１５の配設位置を示す概略的な平面図である。

第１実施例による発光装置においては、実装基板１１上にＬＥＤ素子１２が、たとえばＸ軸方向及びＹ軸方向の各方向に一定周期で、マトリクス状に配置される。基板１１の上面配線を経由して、駆動信号（電力）が駆動回路から供給されることにより、各ＬＥＤ素子１２は、独立に駆動（発光、非発光状態の制御）が可能である。ＬＥＤ素子１２上方に、光散乱領域１５を備える透明部材１４が、波長変換体１３を介して配置される。

光散乱領域１５は、ＬＥＤ素子１２間領域の上方に、一例として、ＬＥＤ素子１２間領域の中心の上方に配置される。具体的には、本図に示すように、たとえば直交する２方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）を延在方向とする格子状に形成される。光散乱領域１５の配置ピッチは、たとえばＸ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれにＬＥＤ素子１２の配置ピッチと等しい。光散乱領域１５は、ＬＥＤ素子１２の配置態様に対応した態様で形成される。第１実施例においては、光散乱領域１５は、平面視上（Ｚ軸方向から見たとき、）、各ＬＥＤ素子１２を取り囲むように形成される。なお、光散乱領域１５以外の透明部材１４（たとえば各ＬＥＤ素子１２の直上領域）には、貫通孔１５ａは形成されておらず、非散乱領域となる。

第１実施例による発光装置においては、たとえば透明部材１４内を横方向（隣接するＬＥＤ素子１２方向）に進行する光が光散乱領域１５で散乱されるため、クロストークが抑制される。また、ＬＥＤ素子１２間領域の上方に光が散乱されるため、ＬＥＤ素子１２間領域に発生するダークグリッド（暗部）が低減される。

第１実施例による発光装置は、クロストークとダークグリッドの双方を抑制することが可能な発光装置である。

図２Ａ及び図２Ｂに、第２実施例による発光装置の製造方法を示す。第１実施例においては、ペースト状の波長変換体１３を用いたが、第２実施例においては、シート状の波長変換体１３を用いる。

図２Ａを参照する。各ＬＥＤ素子１２のサイズに対応したサイズを有する、シート状の波長変換体１３を、光散乱領域１５を形成した透明部材１４上の、各ＬＥＤ素子１２対応位置に貼り合わせた後、透明部材１４をＬＥＤ素子１２上に載置する。

透明部材１４は、たとえば光散乱領域１５が、ＬＥＤ素子１２間領域の上方に配置されるように、一例として、ＬＥＤ素子１２間領域の中心の上方に配置されるように、かつ、シート状の波長変換体１３がＬＥＤ素子１２上に載置されるように位置合わせされる。基板１１、ＬＥＤ素子１２、波長変換体１３、及び、透明部材１４に囲まれた空隙部１６が形成される。

図２Ｂを参照する。空隙部１６に、遮光性または反射性を有する材料を注入して固化し、隔壁体１７を形成する。

こうして第２実施例による発光装置が製造される。

第２実施例による発光装置においても、第１実施例と同様の効果が奏される。

なお、第２実施例においては、各ＬＥＤ素子１２のサイズに対応したサイズを有する、シート状の波長変換体１３を、ＬＥＤ素子１２の配置態様に対応させて、透明部材１４上に貼り合わせたが、複数のＬＥＤ素子１２にまたがるサイズのシート状波長変換体１３を使用してもよい。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されない。

たとえば実施例においては、１列の貫通孔１５ａを備える光散乱領域１５とした（図１Ｄ参照）が、複数列の貫通孔１５ａを備える光散乱領域１５とすることもできる。図３Ａには、２列の貫通孔１５ａを備える例を示した。

また、実施例においては、光散乱領域１５を連続的に格子状に形成した（図１Ｊ参照）が、光散乱領域１５は、断続的（離散的）に形成してもよい。図３Ｂには、光散乱領域１５を断続的（離散的）に格子状に形成した場合を示す。

更に、図３Ｃに示すように、たとえば列方向の（Ｙ軸方向に沿う）複数のＬＥＤ素子１２の発光、非発光状態を一致させる場合等には、光散乱領域１５を、Ｙ軸方向に沿ってのみ配置することも可能である。

また、実施例においては、フリップチップタイプのＬＥＤ素子１２を用いたが、薄膜タイプのＬＥＤ素子１２を用いてもよい。たとえば平面形状が１辺１ｍｍの正方形、厚さが５００μｍの薄膜タイプのＬＥＤ素子１２を、一例として、Ｓｉで形成される実装基板１１の上面配線上に、マトリクス状に実装する。

図４Ａ及び図４Ｂに、薄膜タイプのＬＥＤ素子１２を用いた発光装置の例を示した。薄膜タイプのＬＥＤ素子１２は、支持基板１２ｂ、及び、支持基板１２ｂ上に配置された半導体層１２ａを備える。

半導体層１２ａは、たとえばｎ型半導体層、活性層（発光層）、及び、ｐ型半導体層を含み、ｎ型半導体層にはｎ側電極、ｐ型半導体層にはｐ側電極が電気的に接続される。半導体層１２ａは、一例として窒化物系半導体で形成され、電力の供給により青色光（波長４３０ｎｍ〜４７０ｎｍ程度）を発光する。

図４Ａ及び図４Ｂは、シート状の波長変換体１３を使用した発光装置である。図４Ａに示すように、１枚の支持基板１２ｂ上に複数の半導体層（発光領域）１２ａが配置されていてもよいし、図４Ｂに示すように、１枚の支持基板１２ｂ上に１つの半導体層（発光領域）１２ａが配置されていてもよい
図４Ｃに示す例においては、支持基板１２ｂ上に、半導体層（発光領域）１２ａが３行２列に配置されている。図示する範囲では、行方向（Ｘ軸方向）に２枚の支持基板１２ｂが配列される結果、半導体層（発光領域）１２ａが３行４列に配置される。図４Ｃに示す例においては、１枚の透明部材１４が、３行４列の半導体層（発光領域）１２ａ上方に配置されるが、たとえば３行２列の半導体層（発光領域）１２ａごとに、１枚の透明部材１４を配置してもよい。

なお、実施例においては、発光素子としてＬＥＤ素子１２を用いるが、ＬＥＤ素子に限らず、種々の発光素子、たとえばＬＤ(laser diode)素子等を使用可能である。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

様々な照明装置、たとえば車両用照明装置や一般照明装置用の光源として利用することができる。一例として、基板上に発光部が配列されたアクティブマトリクス駆動型ＡＤＢ用光源として好適に利用可能である。

１１ 実装基板
１２ ＬＥＤ素子
１２ａ 半導体層
１２ｂ 支持基板
１３ 波長変換体
１３ａ 蛍光体
１４ 透明部材
１５ 光散乱領域
１５ａ 貫通孔
１６ 空隙部
１７ 隔壁体

Claims (11)

1. 複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子の上方に配置された、光散乱領域を備える透明部材と
   を有し、
   前記光散乱領域は、前記複数の発光素子の間の領域の上方に配置される発光装置。
2. 前記光散乱領域は、平面視上、前記複数の発光素子の各々を、連続的または断続的に取り囲むように配置されている請求項１に記載の発光装置。
3. 前記光散乱領域は、連続的または断続的な格子状に配置されている請求項２に記載の発光装置。
4. 前記光散乱領域は、レーザ光の照射によって前記透明部材に複数の穴が形成された領域である請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記複数の穴は、前記透明部材の一方面から他方面に貫通する貫通孔である請求項４に記載の発光装置。
6. 更に、前記複数の発光素子と前記透明部材との間に、前記発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換体が配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. （ａ）透明部材にレーザ光を照射して穴を形成し、該透明部材内に光散乱領域を配置する工程と、
   （ｂ）前記透明部材を、複数の発光素子の上方に、前記光散乱領域が該複数の発光素子の間の領域の上方に位置するように、配置する工程と
   を有する発光装置の製造方法。
8. 前記工程（ａ）において、前記光散乱領域は、連続的または断続的な格子状に形成され、
   前記工程（ｂ）において、前記格子状の光散乱領域が、平面視上、前記複数の発光素子の各々を、連続的または断続的に取り囲むように配置される請求項７に記載の発光装置の製造方法。
9. 前記工程（ａ）において、前記透明部材にレーザ光を照射して、前記透明部材の一方面から他方面に貫通する貫通孔を形成する請求項７または８に記載の発光装置の製造方法。
10. 前記工程（ｂ）の前に、
    （ｃ）前記複数の発光素子上に、ペースト状の波長変換体を配置する工程
    を有し、
    前記工程（ｂ）において、前記透明部材を、前記ペースト状の波長変換体上に配置する請求項７〜９のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
11. 前記工程（ａ）の後に、
    （ｄ）前記透明部材に、シート状の波長変換体を配置する工程
    を有し、
    前記工程（ｂ）において、前記透明部材を、前記シート状の波長変換体が、前記複数の発光素子上に位置するように配置する請求項７〜９のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。