JP2003234008A

JP2003234008A - 面発光装置

Info

Publication number: JP2003234008A
Application number: JP2002030090A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakanishi; 栄二中西
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】発光面からの均一な発光が可能でかつ輝度の
高い面発光装置を提供する。【解決手段】互いに対向する出射面と反射面を有する
導光板と、導光板の一端面又は対向する二端面に設けら
れたＬＥＤ光源とを有し、ＬＥＤ光源からの光を導光板
の端面から入射させて出射面から出射させる面発光装置
であって、ＬＥＤ光源は、凹部を有するパッケージと、
パッケージの凹部内に実装されてなるＬＥＤ素子と、Ｌ
ＥＤ素子を覆い、かつパッケージの上面より突出するよ
う設けられた封止部とを有し、封止部は、少なくともパ
ッケージの上面より突出する部分は弾性体からなり、弾
性体を介して導光板の端面と接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤ光源からの
光を発光面全体に広げて出力するための面発光装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶バックライトなどの光源とし
て、点光源であるＬＥＤチップからの光を面状に発光さ
せる面発光装置が用いられている。この面発光装置は、
対向する主面を有する導光板の一端面から１又は２以上
のＬＥＤ光源からの光を入射してその導光板の一方の主
面全体から光を出射させるように構成される。すなわ
ち、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、外枠４０
３に、第１の主面と第２の主面とを有し透過性樹脂から
なる導光板４０１と、その導光板４０１の端面に対向す
るように設けられたＬＥＤ光源４０２と、ＬＥＤ光源４
０２を固定している基板４０５と、導光板の第１の主面
側に設けられた拡散シート４０７と、導光板の第２の主
面側に設けられた反射シート４０６とを有してなり、Ｌ
ＥＤ光源４０２からの光を導光板４０１の一方の主面全
体から光を出射させる。ＬＥＤ光源は図３に示すよう
に、リード電極３０４が設けられたパッケージ３０１の
凹部内にＬＥＤ素子３０２が載置され、封止樹脂３０３
で覆われている。

【０００３】以上のように構成された面発光装置では、
ＬＥＤ光源４０２から出力された光が導光板４０１を伝
播されるにしたがって減少し、ＬＥＤ光源から離れるに
したがって光量が減少するので、反射面である第２の主
面に光拡散ドットパターンを形成し均一な面発光を得よ
うとしている。この光拡散ドットパターンはＬＥＤ光源
から離れるにしたがって、ドットの密度又は各ドットの
面積を順次増加させる等により、光拡散ドットが占める
面積を順次増加させて発光面内における輝度の均一化を
図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示す従来例のＬＥＤ光源では、導光板とのＬＥＤ光源と
の間に隙間ができ、この隙間の空気層によって光が吸収
されてしまうという問題があった。

【０００５】そこで、本発明は、光源からの光を、効率
よく導光板内に導入して、均一な面発光が可能な面発光
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係る面発光装置の導光板は、互いに対向
する出射面と反射面を有する導光板と、導光板の一端面
又は対向する２端面に設けられたＬＥＤ光源とを有し、
ＬＥＤ光源からの光を導光板の端面から入射させて出射
面から出射させる面発光装置であって、ＬＥＤ光源は、
凹部を有するパッケージと、パッケージの凹部内に実装
されてなるＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を覆い、かつパッ
ケージの上面より突出するよう設けられた封止部とを有
し、封止部は、少なくともパッケージの上面より突出す
る部分は弾性体からなり、弾性体を介して導光板の端面
と接合されていることを特徴とする。

【０００７】また、請求項２に記載の面発光装置は、封
止部の弾性体はシリコーンであることを特徴とする。

【０００８】また、請求項３に記載の面発光装置は、封
止部は、ＬＥＤ素子からの発光波長を吸収して異なる波
長に変換する蛍光物質を含むことを特徴とする。

【０００９】また、請求項４に記載の面発光装置は、導
光板は、ＬＥＤ光源と接する位置に凹凸を有しているこ
とを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明に係る実施の形態の面発光装置について説明する。本
実施の形態の面発光装置は、導光板の端面に設けられる
ＬＥＤ光源に用いられている封止部を、ＬＥＤ素子を保
護するだけではなく接合部材としても機能させて光源と
導光板との接合を密着性の高いものとすることで、優れ
た出力効率を有するものである。具体的には、図１に示
すように、一方の主面である出射面と、出射面に対向す
る他方の主面である反射面とを有する導光板１０１の端
面にＬＥＤ光源１０２が配置された面発光装置であっ
て、そのＬＥＤ光源１０２は図２に示すように、凹部を
有するパッケージ２０１と、その凹部内に実装されたＬ
ＥＤ素子２０２と、このＬＥＤ素子２０２を封止する封
止部２０３とからなるものであり、封止部２０３がパッ
ケージ上面より突出するよう設けられると共に、突出し
た部分が弾性体であることを特徴とするものである。こ
れにより、導光板の端面にＬＥＤ光源を実装させるとき
に、接合部分にかかる外力によって弾性体の形状を変化
させて導光板端面とＬＥＤ光源とを密着性よく接合する
ことができ、光を効率よく導光板内に導入することがで
きる。

【００１１】ＬＥＤ素子を用いた発光素子を面発光装置
の光源ではなく単独で用いる発光装置として用いる場合
は、封止部にレンズ機能を持たせて指向性を制御する方
法が用いられる。このような場合は弾性のある封止部で
は指向性を制御しにくくなるばかりではなく、外部から
の力で変形しやすいので取り扱いが困難である。しか
し、本発明のように、面発光装置のＬＥＤ光源として、
導光板の端面に接合させて用いる場合は、指向性につい
ては、ＬＥＤ光源ではなく導光板の端面や反射面或いは
出射面の加工で制御することができる。すなわち、ＬＥ
Ｄ光源は指向性を気にすることなく、その形状を任意の
ものとすることができる。本発明では、封止部として弾
性体を用い、その部分を単なる封止部ではなく導光板端
面との接合部として密着させることを前提として用いる
ことを特徴としている。これにより、接着剤を用いずに
密着性の高い接合部とすることができる。しかも、ＬＥ
Ｄ光源の一部である封止部を接合部として用いるので、
別に接着剤を用いる時には導光板とＬＥＤ光源とが接合
しない部分にも接着剤が付着する恐れがあり、不要な接
着剤が露出された状態となる。これにより、ゴミの付着
等の問題が生じるが、本発明においては導光板とＬＥＤ
光源とが接合される部分のみで効率よく接合されている
ので、このような問題が生じることもなく、ＬＥＤ光源
からの光は効率よく導光板に入射される。

【００１２】（封止部２０３）本発明において、ＬＥＤ
素子を覆う封止部は、パッケージの上面より突出するよ
うに設けられており、その突出する部分が弾性体からな
ることを特徴としている。封止部は、その全てが弾性体
である必要はなく、少なくともパッケージ上面よりも突
出する部分が弾性体であればよい。例えば、図２は２層
構造の封止部を示しており、上部層２０３（ａ）と下部
層２０３（ｂ）とから構成されているが、このように、
パッケージ上面より突出する部分を含む上部層２０３
（ａ）が弾性体からなり、下部層２０３（ｂ）が弾性を
有しない非弾性体、或いは弾性率の低い弾性体からなる
ようにすることで、接合時にパッケージ上面から突出す
る部分の弾性体が変形されるときに、突出部だけでなく
その内部にまで歪みが生じ、その歪み応力によって素子
電極とリード電極とを接合しているワイヤが破損した
り、素子と基体とを接合しているマウント樹脂部が破損
して位置ズレが生じるなどの問題を起こしにくくするこ
とができる。このように２層構造或いは２層以上の多層
構造とすることで、封止部の部位によって異なる機能を
もたせることができる。２層構造とする場合、その境界
の位置は特に問わないが、パッケージ上面に突出する部
分は少なくとも上部層として弾性体を用い、好ましくは
パッケージ上面よりやや下までを弾性体とすることで、
外力によって上部層である弾性体だけが剥離することの
ないようにすることができる。

【００１３】また、封止部には、ＬＥＤ素子から発光波
長を吸収して異なる波長に変換する蛍光物質を含有させ
ることもできる。封止部にこのような蛍光物質を含有さ
せない場合はＬＥＤ素子からの単色光を発光させること
ができるが、蛍光物質を用いることでＬＥＤ素子からの
光と蛍光物質からの光との混色光を有するＬＥＤ光源と
することができる。混色光とすることで、任意の発光波
長を有するＬＥＤ光源とすることができ、特に、バック
ライトなどに用いられる白色系発光が得られ易くなる。
また、蛍光物質に加えてフィラー及び拡散剤等を併用す
ることで、均一性に優れた混色光とすることができる。

【００１４】また、封止部を２層或いは２層以上の多層
構造とする場合は、蛍光物質及び拡散剤等は、その両方
に含有させることもできるし、どちらか一方にのみ含有
させることもできる。どちらか一方に蛍光物質を含有さ
せる場合は、弾性体からなる上部層よりも、弾性体又は
非弾性体からなる下部層の方に含有させるのが好まし
い。このようにすることで、ＬＥＤ素子と蛍光物質とを
近傍に配置することができるので、より効率良くＬＥＤ
素子からの光を吸収し変換することができる。また、蛍
光物質を弾性体からなる上部層にも含有させる場合は、
下部層に含有させた蛍光物質と同じ蛍光物質でもよい
し、異なる発光波長の蛍光物質、或いは異なる組成の蛍
光物質でもよい。また、異なる蛍光物質を用いる場合
は、一方の蛍光物質は、ＬＥＤ素子からの光ではなく、
他方の蛍光物質からの発光波長を吸収して異なる波長に
変換する蛍光物質を用いてもよい。これにより、ＬＥＤ
素子からの光では励起されないような蛍光物質でも用い
ることができるので、より広い範囲の発光波長の混色光
を得ることができる。

【００１５】封止部がパッケージ上面から突出する部分
の高さは、２ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｍ
ｍ以下である。２ｍｍより多く突出すると、作業時に欠
損するなどの問題があるので好ましくない。

【００１６】また、封止部を２層又は２層以上の多層構
造とする場合は、パッケージ上面より突出する部分は少
なくとも弾性体であるが、それより下部の封止部におい
ては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンなどの
耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられ
る。

【００１７】（弾性体）パッケージ上面より突出する封
止部に用いられる弾性体としては、所望の位置に設ける
前は流動性を有しているものであり、それを熱や光（紫
外線等）により硬化させた後、常温において、導光板端
面に接合時に変形が可能な堅さ（弾性率）となるものが
好ましい。

【００１８】弾性体の硬化時における体積変化が少ない
場合は、１層でＬＥＤ素子を覆うようにすることができ
る。これにより、作業工程が少なく、従って異物の混入
を防ぐことができる。また、硬化時に体積変化しやすい
ものは、２層あるいは２層以上の多層構造の上部層とし
て用いることで、体積変化に伴う各部品の損傷を防ぐこ
とができる。

【００１９】弾性体の具体的な材料としては、シリコー
ンがあげられる。シリコーンは、紫外〜可視光の長波長
域に渡る広い波長範囲の光に対して劣化しにくく、安定
である。また、それらの光を吸収しにくいので、ＬＥＤ
光源からの光の損失を極力低減して、導光板内に効率よ
く入射させることができる。

【００２０】（ＬＥＤ素子２０２）本発明においてＬＥ
Ｄ素子２０２は、同一面側に正負一対の電極を有し且つ
側方端面から発光の一部を発光することが可能であれば
特に限定されない。また、蛍光物質を用いる場合は、用
いる蛍光物質を励起可能な波長を発光できる発光層を有
する半導体発光素子を用いることが好ましい。このよう
な半導体発光素子としてＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半
導体を挙げることができるが、蛍光物質を効率良く励起
できる短波長を発光することが可能な窒化物半導体（Ｉ
ｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ
≦１）が好適に挙げられる。半導体の構造としては、Ｍ
ＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構
造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げ
られる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長
を種々選択することができる。また、半導体活性層を量
子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多
重量子井戸構造とすることもできる。

【００２１】窒化物半導体を使用した場合、半導体用基
板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等
の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体
を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用い
ることが好ましい。このサファイア基板上にＭＯＣＶＤ
法などを用いて窒化物半導体を形成させることができ
る。サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ等
のバッファ層を形成しその上にｐｎ接合を有する窒化物
半導体を形成させる。

【００２２】窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する
発光素子例として、バッファ層上に、ｎ型窒化ガリウム
で形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム
・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジ
ウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウ
ム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガ
リウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させた
ダブルへテロ構成などが挙げられる。窒化物半導体は、
不純物をドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効
率を向上させるなど所望のｎ型窒化物半導体を形成させ
る場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒
化物半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパントである
Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせ
る。窒化物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけ
ではｐ型化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、炉に
よる加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが
好ましい。電極形成後、半導体ウエハーからチップ状に
カットさせることで窒化物半導体からなる発光素子を形
成させることができる。

【００２３】本発明の面発光装置において、ＬＥＤ光源
として混色光、特に白色系を発光させる場合は、蛍光物
質からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を
考慮してＬＥＤ素子の発光波長は４００ｎｍ以上５３０
ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下が
より好ましい。ＬＥＤ素子と蛍光物質との励起、発光効
率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上
４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。また、パッケージ上
面より下になる封止部として、比較的紫外線により劣化
しにくい樹脂や無機物であるガラス等を用いた場合、４
００ｎｍより短い紫外線領域或いは可視光の短波長領域
を主発光波長とするＬＥＤ素子を用いることもできる。
紫外領域の波長を有するＬＥＤ素子を利用する場合は、
蛍光物質により変換された発光色のみにより色度が決定
されるため、可視光を発光する半導体発光素子を用いた
場合に比較して半導体発光素子の波長などのバラツキを
吸収することができ量産性を向上させることができる。

【００２４】ＬＥＤ素子として、４００ｎｍ付近の短波
長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能なＬＥＤ素
子を用いてもよい。この場合は、ＬＥＤ素子に近接する
封止部は、比較的紫外線に強い樹脂やガラス等と紫外線
を吸収して可視光を発光することが可能な蛍光物質にて
構成することが好ましい。このような短波長の光により
赤、青、及び緑に蛍光可能な蛍光物質、例えば赤色蛍光
体としてＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＳｒ
_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、及び緑色蛍光体として（Ｓ
ｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３を耐紫外線樹脂などに含有させ
ることにより、白色光を得ることができる。このように
短波長発光の発光素子を用いる場合、発光素子の基板側
は不透光性とするのが好ましい。上記蛍光物質の他、赤
色蛍光体として３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ
_２：Ｍｎ、Ｍｇ_６Ａｓ_２Ｏ_１１：Ｍｎ、Ｇｄ_２Ｏ_２：Ｅ
ｕ、ＬａＯ_２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＲｅ_１０（Ｐ
Ｏ_４） _６Ｑ_２：Ｅｕ、Ｒｅ_１０（ＰＯ_４）_６Ｑ_２：Ｅ
ｕ，Ｍｎ（ただしＲｅはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎ
から選択される少なくとも一種、Ｑはハロゲン元素の
Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選択される少なくとも１種）、
ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ等を好適に用いること
ができる。これらの蛍光物質を用いることにより高輝度
に発光可能な白色発光ＬＥＤ光源を得ることができる。

【００２５】異種の蛍光物質を混合して配置させる場
合、各種の蛍光物質の中心粒径及び形状は類似している
ことが好ましい。これによって各種蛍光物質から発光さ
れる光が良好に混色され色ムラを抑制することができ
る。また、各蛍光物質を混合して用いるのではなく、各
封止部の層を薄くした薄膜層の積層体として用いてもよ
い。各種の蛍光物質による封止部の薄膜層として配置さ
せる場合、それぞれの蛍光物質の紫外光透過率を考慮し
て、赤色蛍光物質層、緑色蛍光物質層、及び青色蛍光物
質層と順に積層させることが好ましい。また、前記薄膜
層において下部層から上部層にかけて各層中の蛍光物質
の粒径が小さくなるように、各種蛍光物質の中心粒径を
青色蛍光物質＞緑色蛍光物質＞赤色蛍光物質とすると、
最上層まで良好に紫外光を蛍光物質に透過させ可視光に
変換することができ紫外線のもれを防止することができ
る。そのほか、ストライプ状、格子状、またはトライア
ングル状となるように各色変換層を素子上に配置させる
こともできる。このように各層の間に間隔を設けて配置
させると混色性が良好となり好ましい。

【００２６】（蛍光物質）本発明で用いられる蛍光物質
の粒径は、中心粒径が６μｍ〜５０μｍの範囲が好まし
く、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍであり、このよ
うな粒径を有する蛍光物質は光の吸収率及び変換効率が
高く且つ励起波長の幅が広い。６μｍより小さい蛍光物
質は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中におい
て密になって沈降されるため、光の透過効率を減少させ
てしまう他、光の吸収率及び変換効率が悪く励起波長の
幅も狭い。

【００２７】ここで本発明において、蛍光物質の粒径と
は、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体
積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光
物質の粒度分布を測定し得られるものである。具体的に
は、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が
０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に
蛍光物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置
（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μ
ｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。本発明
において蛍光物質の中心粒径とは、体積基準粒度分布曲
線において積算値が５０％のときの粒径値である。この
中心粒径値を有する蛍光物質が頻度高く含有されている
ことが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。
このように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いるこ
とにより、色ムラが抑制され良好なコントラストを有す
るＬＥＤ光源が得られる。

【００２８】本実施の形態で用いられる蛍光物質は、窒
化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発光さ
れた光を励起させて発光できるセリウムで付活されたイ
ットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質をベースと
したものである。具体的なイットリウム・アルミニウム
酸化物系蛍光物質としては、ＹＡｌＯ_３：Ｃｅ、Ｙ_３Ａ
ｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ_４Ａｌ_２Ｏ_９：
Ｃｅ、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イット
リウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質にＢａ、Ｓｒ、
Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていても
よい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長
の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることができる。
Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系
蛍光物質は特に広義に解釈するものとし、イットリウム
の一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳ
ｍからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換
され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢ
ａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光
作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。

【００２９】更に詳しくは、一般式（Ｙ_zＧｄ_1-z）₃Ａ
ｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォト
ルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ_1-aＳｍ_a）₃Ｒｅ
‘₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅ
は、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一
種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なく
とも一種である。）で示されるフォトルミネッセンス蛍
光体である。この蛍光物質は、ガーネット構造のため、
熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを４５
０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク
も、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍまですそを引くブ
ロードな発光スペクトルを持つ。

【００３０】またフォトルミネッセンス蛍光体は、結晶
中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６
０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることが
できる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が
長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトす
る。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの
置換量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加
すると共に、青色光によるフォトルミネッセンスの発光
輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅ
に加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄ
ｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもでき
る。しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・ア
ルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの
一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側へ、組
成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波
長側へシフトすることができる。

【００３１】Ｙの一部をＧｄで置換する場合、Ｇｄへの
置換を１割未満にし、且つＣｅの含有（置換）を０．０
３から１．０にすることが好ましい。Ｇｄへの置換が２
割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、
Ｃｅの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低
下させることなく所望の色調を得ることができる。この
ような組成にすると温度特性が良好となりＬＥＤ光源の
信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多
く有するように調整されたフォトルミネッセンス蛍光体
を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能
なＬＥＤ光源を形成することができる。

【００３２】このようなフォトルミネッセンス蛍光体
は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅの原料として酸化物、又
は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを
化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇ
ｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解
液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物
と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。こ
れにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニ
ウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１
３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼
成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗
浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができ
る。

【００３３】本願発明の面発光装置のＬＥＤ光源におい
て、このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、２種類
以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウ
ム・ガーネット系蛍光体や他の蛍光体を混合させてもよ
い。ＹからＧｄへの置換量が異なる２種類のイットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を混合すること
により、容易に所望とする色調の光を容易に実現するこ
とができる。

【００３４】（拡散剤）本発明において拡散剤は、特に
限定されず、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化チ
タン、酸化アルミニウム、酸化珪素、軽質炭酸カルシウ
ム、重質炭酸カルシウム等、種々のものを用いることが
できる。拡散剤の粒径値は、中心粒径が１．０μｍ以上
５μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは１．
０μｍ以上２．５μｍ未満であり、粒径値を有する拡散
剤を用いるとＬＥＤ素子及び蛍光物質からの光を良好に
乱反射させ色ムラを抑制することができ好ましい。ま
た、拡散剤が破砕形の場合、透過型電子顕微鏡法により
測定される長辺長は１．０μｍ以上３．０μｍ未満が好
ましい。透光性部材１００重量部に対して拡散剤の含有
量は、０．５重量部以上５重量部以下が好ましい。これ
により、ＬＥＤ素子及び蛍光物質からの光の取り出し効
率を低下させることなくＬＥＤ光源の光度及び信頼性を
向上させることができる。また、発光スペクトルの半値
幅を狭めることができ、色純度の高い発光装置が得られ
る。透光性部材の屈折率は１．４以上１．６５以下が好
ましく、拡散剤の屈折率は、透光性部材よりも高いこと
が好ましい。これにより拡散剤により良好に光が反射散
乱され優れた混色性を有するＬＥＤ光源が得られる。

【００３５】（フィラー）更に、本発明において、封止
部中に蛍光物質に加えてフィラーを含有させても良い。
具体的な材料は拡散剤と同様であるが、拡散剤と中心粒
径が異なり、本明細書においてフィラーとは中心粒径が
５μｍ以上１００μｍ以下のものをいう。このような粒
径のフィラーを透光性樹脂中に含有させると、光散乱作
用により発光装置の色度バラツキが改善される他、透光
性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。また、フィ
ラーは蛍光物質と類似の粒径及び／又は形状を有するこ
とが好ましい。ここで本明細書では、類似の粒径とは、
各粒子のそれぞれの中心粒径の差が２０％未満の場合を
いい、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表
す円形度（円形度＝粒子の投影面積に等しい真円の周囲
長さ／粒子の投影の周囲長さ）の値の差が２０％未満の
場合をいう。このようなフィラーを用いることにより、
蛍光物質とフィラーが互いに作用し合い、樹脂中にて蛍
光物質を良好に分散させることができ色ムラが抑制され
る。更に、蛍光物質及びフィラーは、共に中心粒径が１
５μｍ〜５０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍ
であると好ましく、このように粒径を調整することによ
り、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることが
できる。これにより光の取り出し経路が確保され、フィ
ラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善さ
せることができる。また、このような粒径範囲の蛍光物
質及びフィラーを透光性樹脂に含有させ孔版印刷法にて
封止部材を形成すると、封止部材硬化後のダイシング工
程においてダイシングブレードの目詰まりが回復されド
レッサー効果をもたらすことができ量産性が向上され
る。

【００３６】（導光板１０１）本発明の面発光装置の導
光板は、互いに対向する出射面と反射面とを有するもの
であり、一端面又は対向する二端面にＬＥＤ光源が配置
されている。ＬＥＤ光源からの光は導光板の端面から入
射されて出射面から出射される。導光板は、用途に応じ
て大きさや形状、厚さ等を選択することができるが、光
透過性、成形性に優れたものを用いるのが好ましく、具
体的にはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロ
オレフィンポリマー、ノルボルネン系樹脂、ポリスチレ
ン樹脂等があげられる。これらは射出成形などの方法に
よって所望の形状に成形される。

【００３７】ＬＥＤ光源が配置される端面は単一な平面
でもよく、また、凹凸を有していてもよい。本発明のよ
うに、ＬＥＤ光源の封止部として弾性体を用いてそれを
接合部として用いる場合、形を変化させることを前提と
して弾性体を用いているので、接合後においてレンズ機
能を有しているものではない。そのため、導光板内に入
射させる光を均一に面状に発光させるには、導光板自体
に発光面へ均一に出光するための機能を付与することが
必要である。そのため、反射面や発光面に反射加工やシ
ボ加工を施すことで、面発光特性を向上させることがで
きる。シボは、光の強度に応じてその大きさや形状を選
択することができ、均一配列或いはランダム配列などの
配列又はそれらを組み合わせた配列で用いることができ
る。

【００３８】また、光を拡散するために、導光板の端面
でＬＥＤ光源と対向する部分、すなわちＬＥＤ光源が接
合される部分の入射端面を、単一な平面でなく凹凸を設
けてもよい。このようにすることで、入射方向をあらか
じめ設定することができので、任意の方向に光を屈折さ
せて入射することができる。しかも、端面に凹凸が設け
られている場合であっても、本発明のようにＬＥＤ光源
の封止部が弾性体であれば、その凹凸にも対応して形状
を変化させることができるので、ＬＥＤ光源と導光板端
面との間の空気層を少なくすることができ、光の入射効
率が低下しにくくなる。導光板の端面の凹凸は、凸部、
或いは凹部のみでもよく、その形状は三角錐や円錐、或
いは三角柱や円柱、若しくは粗面にするなど、任意に選
択することができる。

【００３９】以下、本発明の実施例について説明する。
なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００４０】

【実施例】［実施例１］（ＬＥＤ光源）ＬＥＤ光源として図２に示すような表面
実装型のＬＥＤ素子を形成する。ＬＥＤ素子は、発光層
として単色性発光ピークが可視光である４７５ｎｍのＩ
ｎ_０． _２Ｇａ_０．８Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子
を用いる。より具体的には、ＬＥＤチップは、洗浄させ
たサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガ
ス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及
びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶ
Ｄ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させる
ことができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ_４とＣｐ_２
Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型
窒化物半導体となる層を形成させる。

【００４１】ＬＥＤ素子の構造としては、サファイア基
板上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ
層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層
となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型
ＧａＮ層、次に発光層を構成するバリア層となるＧａＮ
層、井戸層を構成するＩｎＧａＮ層、バリア層となるＧ
ａＮ層を１セットとしＧａＮ層に挟まれたＩｎＧａＮ層
を５層積層させた多重量子井戸構造としてある。発光層
上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧ
ａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧ
ａＮ層を順次積層させた構成としてある。（なお、サフ
ァイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層
とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以
上でアニールさせてある。）

【００４２】次に、エッチングによりサファイア基板上
の窒化物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面
を露出させる。各コンタクト層上に、スパッタリング法
を用いて正負各台座電極をそれぞれ形成させた。なお、
ｐ型窒化物半導体上の全面には金属薄膜を透光性電極と
して形成させた後に、透光性電極の一部に台座電極を形
成させてある。出来上がった半導体ウエハーをスクライ
ブラインを引いた後、外力により分割し、半導体積層面
側に正負一対の電極を有し且つ側方端面から発光の一部
を発光することが可能なＬＥＤ素子を形成する。

【００４３】次に、正及び負からなる一対のリード電極
がインサートされて閉じられた金型内に、パッケージ成
形体の下面側にあるゲートから溶融された成形樹脂を流
し込み硬化してパッケージを形成する。パッケージは、
発光素子を収納可能な凹部を有し、凹部底面から正及び
負のリード電極が一方の主面が露出されるように一体成
形されている。尚、このパッケージ２０１において、正
及び負のリード電極２０３のアウタリード部は、パッケ
ージの接合面の両端部でその接合面に沿って内側に折り
曲げられてなり、その内側に折り曲げられた部分ではん
だ付けされるように構成されている。

【００４４】次に、中心粒径３μｍの球状プラスチック
粒子上にＮｉ薄膜を無電解メッキ法にて形成した後、最
外層にＡｕ薄膜を置換メッキ法により形成した導電粒子
をシリコーン樹脂に対して導電粒子を５ｖｏｌ％添加
し、パッケージの凹部底面を覆うように膜厚が１０μｍ
以上２０μｍ以下の範囲となるよう塗布する。次に、パ
ッケージ凹部底面から露出された各リード電極上に、Ｌ
ＥＤチップの各電極を対向させ上記の塗布液中に前記Ｌ
ＥＤチップの電極形成面及び側方端面の一部が埋没する
ように載置し、加熱及び加圧を施し導電層を固化すると
共に各電極を電気的に接続させる。

【００４５】次に、蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及び
Ｃｅのそれぞれの酸化物を化学量論比により混合し混合
原料を得る。これにフラックスを混合して坩堝に詰め、
ボールミル混合機にて２時間混合する。ボールを取り除
いた後、弱還元雰囲気中１４００℃〜１６００℃にて６
時間焼成し、更に還元雰囲気中１４００℃〜１６００℃
にて６時間焼成する。焼成品を水中でボールミルして、
洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍ
である（Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２）_{２．７５０}Ａｌ
_５Ｏ_１２：Ｃｅ_{０．２５０}蛍光物質を形成する。

【００４６】エポキシ樹脂１００重量部に対して、蛍光
物質を１５０重量部添加したものを、導電層上面及び前
記ＬＥＤチップの側方端面に接して、ＬＥＤ素子の最上
面とほぼ同一ラインまでほぼ均一な膜厚にて充填させ、
５０℃×２時間、及び１５０℃×４時間熱処理を施し下
部封止部を形成する。

【００４７】次に、シリコーン樹脂１００重量部に対し
て中心粒径３μｍ、凝集度９３％、吸油量７０ｍｌ／１
００ｇである軽質炭酸カルシウムを３重量部含有させ、
自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。次に攪拌処理
により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定
温に戻し安定化させる。こうして得られた混合液を前記
パッケージ凹部内に、凹部の両端部上面から約０．８ｍ
ｍ盛り上がるように充填させる。最後に、５０℃×２時
間、及び１５０℃×４時間熱処理を施す。これにより、
前記凹部の両端部上面から中央部にかけてほぼ左右対称
の放物線状に突出する上部封止部が得られる。このよう
にしてパッケージ上面から約０．５ｍｍ突出した封止部
を有するＬＥＤ光源を得ることができる。

【００４８】上記のようにして形成されるＬＥＤ光源
は、ＬＥＤ素子上面から発光される青色光は前方に向か
って出力高く放射され、ＬＥＤ素子の側方端面から発光
される光の一部は隣接する下部封止部中に直接入射し、
側方端面から発光される光の残りの部分は隣接する導電
膜中へと導かれ含有される導電粒子にて反射散乱した
後、上方に積層された色変換層へ入射する。これによ
り、全ての蛍光物質に効率よく励起光を照射することが
可能となり、上部封止部からは蛍光物質から発光される
黄色光が前方に向かって放射される。これら青色光と黄
色光は、前方の光拡散層にて良好に混色され、前方には
白色光が現れる。

【００４９】以上のように本例のＬＥＤ光源では、ＬＥ
Ｄ素子の四方八方から発光される光をそれぞれ効率よく
利用しているため、光の透過率が高く高出力の光を得る
ことができる。このようにして得られたＬＥＤ光源は、
光度５００ｍｃｄ、光出力４ｍＷである。また、高温保
管試験（１００℃）、高温高湿保管試験（８０℃、８５
％ＲＨ）、低温保管試験（−４０℃）において、出力の
低下はほとんどみられず、高い信頼性を有するといえ
る。またＣＩＥ色度座標におけるｘ軸方向の色度の３σ
は０．００６であり、色バラツキが非常に少ないＬＥＤ
光源が得られる。

【００５０】（導光板）本実施例において、導光板は材
料としてアクリルを用い、反射面にはシボ加工が施され
るように作製される。導光板の成形は、まず、成形温度
を２４０℃に設定してアクリルを溶融させながら射出圧
力７００ｋｇｆ／ｃｍ^２、金型温度は７０℃で射出成形
する。そして、２５秒間冷却した後、金型から取り出し
て、導光板を得る。

【００５１】（実装）ＬＥＤ光源を載置した外枠に、上
記で得られる導光板を載置する。このとき、ＬＥＤ光源
のパッケージの上面と導光板との間の距離は０．２ｍｍ
であり、パッケージ上面から突出する封止部は約０．５
ｍｍであり、載置時にかかる外力によって、変形された
封止部によって、ＬＥＤ光源と導光板とは密着性よく接
合される。このようにして導光板およびＬＥＤ光源が所
定の位置関係で実装することで、本発明の面発光装置を
得ることができる。

【００５２】［比較例］ＬＥＤ光源として、図３に示す
ように、封止部の上部のシリコーンをパッケージ上面と
同一平面になるようにして形成されたＬＥＤ光源を用い
る。このようにして得られたＬＥＤ光源は、光度５００
ｍｃｄ、光出力４ｍＷである。また、高温保管試験（１
００℃）、高温高湿保管試験（８０℃、８５％ＲＨ）、
低温保管試験（−４０℃）において、出力の低下はほと
んどみられず、実施例と同様に高い信頼性を有するＬＥ
Ｄ光源である。またＣＩＥ色度座標におけるｘ軸方向の
色度の３σは０．００６であり、色バラツキについても
非常に少ないＬＥＤ光源である。このようなＬＥＤ光源
を用いる以外は実施例と同様にして、図４に示すような
面発光装置を得た。

【００５３】（発光輝度）実施例および比較例で得られ
た面発光装置を比較すると、比較例１００％に対して、
実施例は１３０％であった。

【００５４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る面発光装置は、ＬＥＤ光源として用いるＬＥＤ光源
の封止部を弾性体からなるものとすることで、その封止
部を接着部材として機能させ、導光板の端面に密着性よ
く接合させることができる。これにより、ＬＥＤ光源と
導光板との間の隙間をなくすことができるので、ＬＥＤ
光源からの光を効率よく導光板内に導入させることがで
きる。

【００５５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態の面発光装置を示す
平面図である。

【図２】本発明に係る実施の形態のＬＥＤ光源を示す
断面図である。

【図３】本発明の比較例に係るＬＥＤ光源を示す断面
図である。

【図４】本発明の比較例に係る面発光装置を示す平面
図である。

【符号の説明】

１０１、４０１・・・導光板１０２、４０２・・・ＬＥＤ光源１０３、４０３・・・外枠１０４・・・接合部１０５、４０５・・・基板１０６、４０６・・・反射シート１０７、４０７・・・拡散シート２０１、３０１・・・パッケージ２０２、３０２・・・ＬＥＤ素子２０３、３０３・・・封止部２０４、３０４・・・リード電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｎ // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する出射面と反射面を有する
導光板と、該導光板の一端面又は対向する二端面に設け
られたＬＥＤ光源とを有し、該ＬＥＤ光源からの光を前
記導光板の端面から入射させて前記出射面から出射させ
る面発光装置であって、前記ＬＥＤ光源は、凹部を有するパッケージと、該パッ
ケージの凹部内に実装されてなるＬＥＤ素子と、該ＬＥ
Ｄ素子を覆い、かつ前記パッケージの上面より突出する
よう設けられた封止部とを有し、前記封止部は、少なく
とも前記パッケージの上面より突出する部分は弾性体か
らなり、該弾性体を介して前記導光板の端面と接合され
ていることを特徴とする面発光装置。
【請求項２】前記封止部の弾性体は、シリコーンであ
る請求項１記載の面発光装置。
【請求項３】前記封止部は、前記ＬＥＤ素子からの発
光波長を吸収して異なる波長に変換する蛍光物質を含む
請求項１又は請求項２記載の面発光装置。
【請求項４】前記導光板は、前記ＬＥＤ光源と接する
位置に凹凸を有している請求項１乃至請求項３記載の面
発光装置。