JP2011204888A - Light-emitting device and backlight module using the same - Google Patents
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Abstract
【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4Light emitted from a light emitting element is efficiently incident on a light guide plate, and the light distribution in the light guide plate can be made uniform.
A light emitting device includes a light emitting element made of a semiconductor having a waveguide, and an optical element having a diffraction grating provided in the propagation direction of the emitted light from the light emitting element and receiving the emitted light. And a phosphor layer 35 formed on the surface of the optical element 30 opposite to the diffraction grating 30a.
[Selection] Figure 4
Description
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。 The present invention relates to a light emitting device and a backlight module using the same.
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。 In recent years, the market of liquid crystal display devices using liquid crystal panels as display devices such as flat-screen televisions has been rapidly growing. The liquid crystal display device uses a liquid crystal panel as a transmissive light modulation element, and irradiates the liquid crystal panel with light from a light source device disposed on the back surface thereof. The liquid crystal panel irradiated with light forms an image by controlling the light transmittance.
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。
Conventionally, a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) has been used as a light source of the light source device. However, in recent years of energy saving and mercury-less trend, a semiconductor laser element or LED (Light Emitting Diode) is used. Development of a light source device using a semiconductor light emitting element such as As an example of a light source device using a semiconductor laser element as a light source, for example, it is shown in the following Non-Patent
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。 Currently, for light source devices that use semiconductor laser elements as the light source, there is a need for a vibrator to combat speckle noise that occurs due to the high interference of the laser light source, and the light from the laser light source It has not been marketed yet because it is difficult to spread it uniformly. On the other hand, LED light source devices are rapidly spreading. Currently, the LED light source device is mainly the direct type, but it is considered that the edge type will be widely used in accordance with the demand for a thinner liquid crystal display device in the future. However, the LED light source device used in the edge-type liquid crystal display device has a problem that the efficiency of incident light on the light guide plate of the light emitted from the LED chip is poor and the utilization efficiency of the light emitted from the LED chip is low.
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。
In order to solve this problem, for example,
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。
Hereinafter, the prior art described in
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。 However, the liquid crystal display device using the conventional LED light source device has a problem that the light guide plate cannot be thinned. At present, the size of the LED chip is about 0.5 mm × 0.5 mm. The emission angle of the light emitted from the LED chip is so-called Lambertian, and light having a full width at half maximum of 120 ° is emitted. In order to efficiently collect the emitted light having such a radiation characteristic by the lens, the size of the lens needs to be about 5 to 10 times the size of the LED chip. That is, since the size of the lens needs to be about 2.5 mm to 5 mm, it is necessary to increase the thickness of the light guide plate to the same level as the lens in order to efficiently guide light to the light guide plate. As a result, it becomes a limitation when the liquid crystal panel is thinned.
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。 Further, as described above, similarly to the thickness direction of the light guide plate, the light emission angle is Lambertian, that is, 120 °, and a plurality of LED chips are usually arranged at a predetermined interval. For this reason, the incidence of light in a direction parallel to the light guide plate decreases the light intensity in the region between the LED chips, which is the connection portion of the light guide plate to the light source device. As a result, there is a problem that the uniformity of the light distribution inside the light guide plate becomes insufficient.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems and to make light emitted from a light emitting element efficiently enter a light guide plate and make the light distribution in the light guide plate uniform.
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。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a light emitting device is configured to transmit outgoing light emitted from a light emitting element through an optical element having a diffraction grating or a concave portion and a phosphor layer.
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。 Specifically, a first light emitting device according to the present invention includes a light emitting element made of a semiconductor having a waveguide, an optical element having a diffraction grating provided in the propagation direction of the emitted light from the light emitting element, and receiving the emitted light. And a phosphor layer formed on a surface opposite to the diffraction grating in the optical element.
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。 According to the first light emitting device, since the optical element having the diffraction grating that receives the emitted light is provided, a part of the emitted light is diffracted by the diffraction grating, and thus the aspect ratio of the emitted light (the light in the x-axis direction) A light-emitting device having a large value (ratio between the divergence angle and the divergence angle of light in the y-axis direction) can be realized. For this reason, the light emitted from the light emitting element can be efficiently incident on the light guide plate, and the light distribution in the light guide plate can be made uniform. As a result, even in the thin light guide plate of the backlight module, the optical coupling rate between the light emitting device and the light guide plate can be increased.
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。 In the first light emitting device, the cross-sectional shape of the light emitting end face of the waveguide may be a rectangular shape whose long side is parallel to the extending direction of the grating pattern in the diffraction grating.
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。 In this way, it is possible to further increase the light divergence angle in the direction in which the aspect ratio of the light emitted from the light emitting element is large.
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。 In the first light-emitting device, the diffraction grating may have a grating pattern with irregular grating intervals.
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。 In this way, a light source having a radiation angle characteristic with a very large aspect ratio value can be realized.
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。 The first light-emitting device may further include a reflective film that reflects the emitted light from the light-emitting element and makes the reflected emitted light incident on the diffraction grating.
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。 In this way, since the direction of emission of the emitted light from the light emitting element can be changed by the reflective film, the degree of freedom of the arrangement position of the optical element relative to the light emitting element is improved.
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。 In this case, the light emitting element is a double-sided emission type light emitting element, and the reflection films may be provided on one light emitting end face side and the other light emitting end face side of the light emitting element, respectively.
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。 In this way, a light source with a larger aspect ratio of emitted light can be realized.
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。 A second light-emitting device according to the present invention includes a light-emitting element made of a semiconductor having a waveguide, an optical element having a semi-cylindrical recess that is provided in the propagation direction of light emitted from the light-emitting element, and that receives the emitted light; And a phosphor layer formed on a surface opposite to the concave portion of the optical element.
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。 According to the second light emitting device, since the optical element having the semicylindrical concave portion that receives the outgoing light is provided, the outgoing light is refracted by the semicylindrical concave portion of the optical element. A light emitting device having a large value can be realized. For this reason, the light emitted from the light emitting element can be efficiently incident on the light guide plate, and the light distribution in the light guide plate can be made uniform. As a result, even in the thin light guide plate of the backlight module, the optical coupling rate between the light emitting device and the light guide plate can be increased.
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。 In the second light emitting device, the cross-sectional shape of the light exit end face of the waveguide may be a rectangular shape whose long side is parallel to the central axis direction of the recess.
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。 In this way, it is possible to further increase the light divergence angle in the direction in which the aspect ratio of the light emitted from the light emitting element is large.
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。 In the second light emitting device, the optical element may be formed in a convex shape in which the surface opposite to the surface on which the concave portion is formed is along the concave portion.
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。 In this way, since the refracted light is uniformly transmitted through the phosphor layer formed on the convex surface of the optical element, the color rendering properties of the emitted light can be improved.
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。 In the second light emitting device, a diffraction grating may be provided in the concave portion of the optical element.
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。 If it does in this way, according to the emitted light pattern converted by the crevice of an optical element, the shape of a crevice (concave shape) can be formed with a higher degree of freedom.
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。 In the first or second light emitting device, a semiconductor laser element or a super luminescent diode can be used as the light emitting element.
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。 In this way, it is possible to reliably obtain a light source having a large aspect ratio of emitted light. Further, when a super luminescent diode is used, speckle noise can be reduced, so that the image quality of the image display device can be improved.
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。 A first backlight module according to the present invention includes the first light emitting device of the present invention and a light guide plate that receives light emitted from the first light emitting device on its side surface.
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。 A second backlight module according to the present invention includes the second light emitting device of the present invention and a light guide plate that receives light emitted from the second light emitting device on its side surface.
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。 According to the first or second backlight module, a light source having a large aspect ratio value of emitted light can be realized. Therefore, the light emitted from the light emitting element can be efficiently incident on the light guide plate, and the light distribution in the light guide plate can be made uniform. Therefore, even in the thin light guide plate of the backlight module, the light emitting device The optical coupling rate between the light guide plate and the light guide plate can be increased.
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。 In the first or second backlight module, the cross-sectional shape of the light emitting end face of the waveguide of the optical element may be a rectangular shape whose short side is parallel to the in-plane direction of the main surface of the light guide plate.
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。 In this way, the light divergence angle in the direction with a large aspect ratio in the light emitted from the light emitting element can be further increased, so that the light distribution in the plane of the light guide plate can be made more uniform.
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。 In the first or second backlight module, a semiconductor laser element or a super luminescent diode can be used as the light emitting element.
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。 In this way, it is possible to reliably obtain a light source having a large aspect ratio of emitted light. Further, when a super luminescent diode is used, speckle noise can be reduced, so that the image quality can be improved.
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。 According to the light emitting device and the backlight module using the same according to the present invention, the light emitted from the light emitting element can be efficiently incident on the light guide plate, and the light distribution in the light guide plate can be made uniform.
(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。
(First embodiment)
A light emitting device according to a first embodiment of the present invention and a backlight module using the light emitting device will be described with reference to FIGS.
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。
As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, the
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。
Each
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。
Next, the configuration and operation of the
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。
As shown in FIG. 2A, the
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。
As shown in FIG. 2B, in the
次に、図3を用いて発光装置1の構成について説明する。
Next, the configuration of the
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
The
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。
The
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。
A
次に、図4を用いて発光装置1の動作について説明する。
Next, the operation of the
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。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
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。
As shown in FIGS. 4A to 4C, the outgoing light 50 from the
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。
Furthermore, in the present embodiment, the cross-sectional shape of the light emitting end face of the waveguide of the
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。
Next, as shown in FIG. 4A, a part of the incident light that has entered the
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。
Next, a method for designing the
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。
For the
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。
Here, the change in the radiation angle of the emitted light 50 by the
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。
First, the wavelength of the emitted light 50 emitted from the
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。
As described above, according to the first embodiment, by coupling the
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。
In the present embodiment, the
(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。
(One modification of the first embodiment)
Hereinafter, a light-emitting device according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
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。
In this modification, the grating pattern of the
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。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
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。
Here, the change in the radiation angle of the emitted light 50 by the
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。
First, the wavelength of the
(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a light-emitting device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
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。
As shown in FIG. 7A, the
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。
The
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。
As described above, according to the second embodiment, the emitted light emitted from the
(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。
(First Modification of Second Embodiment)
Hereinafter, a light emitting device according to a first modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
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。
The
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。
With this configuration, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the emitted light refracted by the concave surface formed by the
(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。
(Second modification of the second embodiment)
Hereinafter, a light emitting device according to a second modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
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。
In the
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。
With this configuration, the same effect as the first modification of the second embodiment can be obtained, and a concave surface can be formed with a higher degree of freedom in accordance with the outgoing light pattern converted by the
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。
In addition, you may form the
(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。
(Third embodiment)
Hereinafter, a light-emitting device and a backlight module using the same according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
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。
As shown in FIG. 10A, the
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。
As shown in FIG. 10B, the
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。
On the
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。
In this way, as shown in FIG. 10C, the
図11を用いて発光装置1Dの構成を説明する。
The configuration of the
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。
As shown in FIG. 11, a
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。
The
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。
The insulating
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。
The
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。
Note that it is more preferable to use an SLD for the
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。
A
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。
Further, on the surface (upper surface) opposite to the
次に、図12を用いて発光装置1Dの動作について説明する。
Next, the operation of the
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。
As shown in FIG. 12A and FIG. 12B, the emitted light 50 emitted from the
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。
Here, in the above configuration, the change in the radiation angle of the emitted light 50 from the
(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。
(One Modification of Third Embodiment)
Hereinafter, a light-emitting device according to a modification of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
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。
In the
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。
In this modification, the
次に、図14を用いて発光装置1Eの動作について説明する。
Next, the operation of the
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。
As shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b), from the
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。
Next, the aspect ratio of the emitted light emitted from the
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。
If an SLD is used for the
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。
As described above, the
(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。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a light emitting device and a backlight module using the same according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
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。
In the
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。
Next, the operation of the
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。
From the
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。
Next, the aspect ratio of the emitted light emitted from the
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。
Assuming that an SLD is used for the
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。
As described above, the
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。
In such a configuration, each of the reflection type diffraction gratings 120f1 and 120f2 can be formed at the same time when the
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。
In the present embodiment as well, as in the third embodiment, light is emitted only from one end face of the
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。 The light-emitting device according to the present invention and the backlight module using the light-emitting device can efficiently enter the light emitted from the light-emitting element into the light guide plate, and can make the light distribution in the light guide plate uniform, For example, the present invention is useful for a backlight light source device in a liquid crystal display device or a light emitting device applicable to a panel-shaped illuminator and a backlight module using the light emitting device.
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
DESCRIPTION OF
11
50a
60a
80 Outgoing light (after diffraction)
81
Claims (13)
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。 A light-emitting element made of a semiconductor having a waveguide;
An optical element provided in the propagation direction of the outgoing light from the light emitting element, and having a diffraction grating for receiving the outgoing light;
A light emitting device comprising: a phosphor layer formed on a surface of the optical element opposite to the diffraction grating.
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。 The light emitting element is a double-sided emission type light emitting element,
The light emitting device according to claim 4, wherein the reflection film is provided on one light emitting end face side and the other light emitting end face side of the light emitting element.
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。 A light-emitting element made of a semiconductor having a waveguide;
An optical element provided in the propagation direction of the emitted light from the light emitting element and having a semi-cylindrical recess for receiving the emitted light;
A light emitting device comprising: a phosphor layer formed on a surface of the optical element opposite to the concave portion.
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。 A light emitting device according to any one of claims 1 to 10,
A backlight module comprising: a light guide plate that receives light emitted from the light emitting device on a side surface thereof.
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