JP2006295054A - 光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子を封止材で被覆した光源において、封止材と外部の空気との界面で生じる光の反射による光出射効率が改善された光源を提供する。
【解決手段】 配線物（５、６）は発光素子（１）に接続され、配線物（５、６）と発光素子（１）とは封止材（２）で被覆され、封止材（２）の表面には発光素子（１）から発っせられた光が封止材の内表面で反射されるのを防ぐ反射防止層（２５）が形成され、当該反射防止層（２５）によって発光素子（１）から発せられた光は内部に戻ることなく光源から外部に照射される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種照明装置や表示装置に用いられる光源に関し、特に発光素子を用いた光出射効率の高い光源に関する。

近年、一般照明や表示器さらには光学機器の光源として発光ダイオードに代表される発光素子が実用化されている。このような発光素子は、特に、液晶ディスプレイ等の光源としても開発が進んでいる。図７に示すように、そのような光源は、発光素子５１を配線物であるリード線の先端部に接続し、配線物と発光素子５１とを封止樹脂５２にて被覆したパッケージとして構成されている。

発光素子５１の一方の電極端子は、底面にあり装着した配線物とダイボンディングにて接続されている。そして、発光素子５１のもう一方の電極端子は、上方にあり図７において左側に示される配線物にワイヤボンディングにより接続されて通電される。そして、発光素子材料が酸素や水との反応による変質劣化防止や、ワイヤ接続部などの損傷防止のために、発光素子５１と配線部の一部がエポキシ樹脂などの封止材５２で被覆されて封止された構造となっている。そして発光素子５１に通電の結果、発生した光５３は封止材５２を透過して空中に出射される。

上記発光素子パッケージを小型薄型化して線状の光を得るために進化させた形態として、図８に示すような、複数の発光素子６１を配線基材６３の上に配列して、配線基材上に形成した封止樹脂６２にて発光素子６１を被覆して構成された物がある。これも配線基材６３の表面や内部に配線物が形成されており、発光素子６１の一方の電極端子が配線基材上の一箇所に在る配線物の上に載せられた状態で、ダイボンディングによって接続されている。さらに、発光素子６１のもう一方の電極端子は、配線基材６３の上の別の配線物とワイヤボンディングによって接続される。そして封止材６２により発光素子６１と配線部の一部が被覆によって封止されて構成されている。そして、発光素子６１で発生した光は封止材６２を透過して空中に出射される。
特開２００４−２３５１３９号公報

しかしながら、上述の光源においては、発光素子６１から発した光の全量が封止材５２を透過して空気に出射できるわけではない。つまり、図７に示すように、光の一部は封止材５２と空気の界面で反射して反射光５４となってしまい、出射光５３の光量が低下するという問題がある。反射光５４は、発光素子６１の材料や配線物などに当たって吸収されたり、封止材中で吸収されたりして、有効に利用されることなく滅する。また、発光素子６１の付近で吸収された光のエネルギーは熱に変換される。結果、発光素子６１の温度が上昇し、発光素子６１の発光効率が低下するという短期的な問題と発光素子６１の変質劣化が促進されるという長期的な問題を招く。また封止材５２においては、吸収光量の増加と温度上昇により樹脂材料が変質劣化して光透過率が低下するという問題を招く。

封止材５２と空気との界面における反射は、２つの物質の屈折率の差に起因しており、封止材５２を構成するエポキシ樹脂の屈折率が１．５２であり、空気の屈折率が１．０である場合には、波長５００ｎｍの光に対して４．３％の反射率となる。発光素子６１が代表的なＧａＮ系材料で構成される場合には、発光素子６１から発した光が封止材５２を透過して空中に出射される割合を表す透過率は、各材料の光吸収率を無視した場合でも約９０％に留まっている。

さらに、線状光源の場合は、図９に示すように、封止材６２の表面に対して斜め方向から入射する光６６があり、その入射角度が大きくなるほど反射光６８は大きくなり、出射光６７は小さくなり、光源の効率が悪化するという問題がある。これらの問題を鑑みて、本発明は、発光素子から発した光の封止材と空気との界面での反射を低減して、封止材からより多くの光が射出できる光源を提供することを目的する。

本発明は上記課題を解決するための光源を提供するものである。
本発明の第１の局面は、配線物と、前記配線物と接続された発光素子と、前記配線物と前記発光素子を被覆する封止材とからなる光源であり、前記封止材の表面に反射防止層を形成した光源である。また前記光源において、細長い基材に配線物を形成した配線基材と、前記配線基材上に複数個配列して前記配線物と接続した発光素子と、前記配線基材上に形成し前記発光素子を被覆する封止材とからなることを特徴とする光源も良い。

本発明の第２の局面は、配線物と、前記配線物に接続された発光素子と、前記配線物と前記発光素子を被覆する封止材とからなり、前記封止材の表面に反射防止層を形成してある光源を、細長い支持基材上に複数個配列したことを特徴とする光源である。さらに前記光源において、支持基材上に複数個配列する光源が、細長い基材に配線物を形成した配線基材と、前記配線基材上に複数個配列して前記配線物と接続した発光素子と、前記配線基材上に形成し前記発光素子を被覆する封止材とからなる光源であることを特徴とする。

また、上記光源において、配線基材上に配列した発光素子の間に反射部材を配列し、前記反射部材の発光素子に対向する面である反射面は発光素子の出射方向に向かうに従って開口が大きくなるように傾斜した形状である反射部材を用いることを特徴とする光源が好適である。

反射防止層としては、低屈折率の単層膜、低屈折率膜と高屈折率膜との多層膜、低屈折率の単層膜あるいは低屈折率膜と高屈折率膜との多層膜をフィルム上に形成した物などの構成にすれば良い。また反射防止層の形成方法は、液状材料を塗布するウェットコート、真空中でスパッタや蒸着により成膜するドライコート、前記の反射防止フィルムを貼り付ける方法などを用いることができる。

封止材の表面に反射防止層を形成することにより、封止材と空気との界面での反射を抑制することが可能になる。界面での反射率が低減し、発光素子から空気中への透過率は向上する。また、斜入射光に対しても反射率を低減でき、光源からの出射光量が増し明るい光源が得られる。さらに封止材を通過する光量が減ることと、発光素子材料や配線物、配線基材などへの光照射量が減ることにより、光源の温度上昇が抑えられて、発光効率の低下や発光素子材料と封止材の変質劣化も抑制される。

（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の実施の形態１に係る光源について説明する。図１に断面を示すように、光源は、砲弾型と呼ばれる発光素子パッケージとして構成される。発光素子１は、第１の配線物５に装着されており、発光素子１の底面に形成された電極端子（図示せず）は、第１の配線物５と接続されている。第１の配線物５は図の下方にリード線として伸びた部分を有しており外部から通電される。

第２の配線物６は、図の下方にリード線として伸びた部分を有しており外部から通電され、内部の端部は発光素子１の上方の電極端子とワイヤボンディングによって接続されている。第１の配線物５および第２の配線物６の一部分と、発光素子１の全体が封止材２で被覆封止されて、発光素子１が水や酸素と反応して変質劣化することと、配線部５および６の損傷が防止されている。封止材２の素材としては、エポキシ樹脂が主流であり、ガラスを用いられることもある。そして、封止材２の表面に、反射防止層３が形成される。反射防止層３の形成場所は、封止材２の全体でも良いが、図１に示すように、発光素子１の発光方向だけに形成すれば十分に効果を発揮する。

本実施形態においては、アモルファスフッ素樹脂をウェットコートして反射防止層３を形成している。アモルファスフッ素樹脂の屈折率は約１．３４であり、封止材−空気界面での反射率は従来の４．３％から０．８％へと大きく低減する。その結果、光源の出射光量が増加し且つ温度上昇が小さく短期的にも長期的にも明るさが維持できる。

（実施の形態２）
図２および図３を参照して、本発明の実施の形態２に係る線状光源について説明する。図２は本実施形態の線状光源の断面を示し、図３は線状光源における発光素子の部位の拡大断面を示している。細長い基材に、配線物２４を形成した配線基材２３の上面には、複数個の発光素子２１が配列されている。発光素子２１の底面に形成された電極端子（図示せず）と配線物２４とがダイボンディングによって接続され、発光素子２１の上方に位置する一方の電極端子と隣の配線物とがワイヤボンディングによって接続される。

このように複数の発光素子２１は、直列に接続されて電力が供給される。また、配線基材２３の両端の配線物２４が外部の電源に接続されて電力供給を受ける。発光素子２１の全体と、配線物２４の一部分が封止材２２により被覆封止される。そして、封止材２２の表面に反射防止層２５が形成される。本実施形態においては、スパッタ法によって多層の反射防止層２５を形成している。

図４に、封止材２２から空気へ光が出射される界面における波長５００ｎｍの光の入射角と反射率の関係を実線でプロットしたグラフを示す。同図において、破線は反射防止層２５を設けない場合の反射率特性を参考に示している。屈折率２．３の酸化チタンと屈折率１．４６の酸化珪素を用いた４層の反射防止膜（２５）により波長５００ｎｍの垂直入射光に対する反射率は、従来の４．３％から０．５％へと大きく低減することが分かる。

さらに、反射防止層２５のない場合は、反射率が漸増する。本来、入射角３５度では、屈折率は１０％と大きくなるが、本発明においては４．３％程度に抑制される。結果、長手方向の輝度むらが小さくなり、光源からの出射光量が増加し且つ温度上昇が小さくなり、短期的にも長期的にも明るさが維持できる。

（実施の形態３）
図５を参照して、本発明の実施の形態３に係る線状光源について説明する。発光素子３１は、実施の形態１に係る光源と同様の物であり、発光素子と配線物を封止材で被覆封止し、封止材の表面に反射防止層３３を形成されている。この光源３１が、細長い支持基材３６に所定の間隔をおいて複数個配列されて構成されている。このように、複数個の光源（発光素子３１）を線上に配列して光源とすることにより、広い範囲を照明できるようになる。

発光素子３１では、封止材としてガラスを用い、封止材上に蒸着により低屈折率の単層膜を反射防止層として形成している。屈折率１．３８のフッ化マグネシウムを用いた反射防止層３３により、波長５００ｎｍの光に対する反射率は従来の４．３％から１．５％へと低減させることができた。その結果、光源の出射光量が増加し且つ温度上昇が小さく短期的にも長期的にも明るさが維持できる。

（実施の形態４）
図６を参照して、本発明の実施の形態４に係る線状光源について説明する。細長い基材に、上述の実施の形態２におけるのと同様に、配線物を形成した配線基材４３の上面に複数個の発光素子４１が配列されている。発光素子４１の電極と配線物とはダイボンディングにより接続され、配線部と発光素子４１を封止材４２により被覆封止され、封止材４２の表面に反射防止層４５が形成されて光源４６が構成されている。

さらに、光源４６は、細長い支持基材４７に所定の間隔をおいて複数個配列されている。このように、複数個の光源４６を線上に配列することにより広い範囲を照明することが可能になる。さらに、配線基材４３上に配列した発光素子４１の間に、反射部材４４を配列し、反射部材４４の発光素子４１に対向する面である反射面は、発光素子４１の出射方向に向かうに従って開口が大きくなるように傾斜した形状に構成される。

このように構成される反射部材４４を用いることにより、発光素子４１から横方向に出た光を反射面に当てて上向きに反射して出射することができる。よって発光素子４１から直接に上向きに出射するだけの線状光源に比べて横方向の発光が有効に上方に出射される。かつ、横方向に広げた出射光が得られるので、明るく輝度むらが低減した光源が実現できる。

本実施の形態では、上方に位置する封止材４２の表面に反射防止層４５として、反射防止フィルムが貼り付けられている。反射防止フィルムは、様々に構成されたものが使用できる。一例として、樹脂フィルム上に高屈折率膜と低屈折率膜を成膜した構成のもので、封止材−空気界面の垂直入射光の反射率を１％に低減することができる。また、斜入射光の反射率も実施の形態２におけるとの同様に低減される。結果、長手方向の輝度むらが小さく、光源の出射光量が増加し且つ温度上昇が小さく短期的にも長期的にも明るさが維持できる。

本発明は、従来よりも光出射効率が高い光源として、屋内、屋外の照明機器、可搬型照明器や、各種装置の表示器として、またプリンタ、スキャナなどの線状光源としても、さらには携帯機器からコンピュータやテレビの液晶ディスプレイ等に利用ができる。

本発明の第１の実施形態に係る光源の構成を表す断面図 本発明の第２の実施形態に係る光源の構成を表す図 図２に示した光源の要部拡大図 本発明の実施の形態２に係る光の入射角と反射率の関係の実線値を示す図 本発明の実施の形態３に係る線状光源を示す説明図 本発明の実施の形態４に係る線状光源を示す説明図 従来の光源の構成を示す説明図 従来の線状光源を示す説明図 図８の線状光源における受光素子部の拡大図

符号の説明

１ 発光素子
２ 封止材
３ 反射防止層
４ 電極端子
５ 第１の配線物
６ 第２の配線物
７ 出射光
２１ 発光素子
２２ 封止材
２３ 配線基材
２４ 配線物
２５ 反射防止層
２６ 光
２７ 出射光
２８ 反射光
３１ 発光素子
３３ 反射防止層
３６ 支持基材
４１ 発光素子
４２ 封止材
４３ 配線基材
４４ 反射部材
４５ 反射防止層
４６ 光源
４７ 支持基材
５１ 発光素子
５２ 封止材
５３ 出射光
５４ 反射光
６１ 発光素子
６２ 封止樹脂
６３ 配線基材
６４ 反射部材
６６ 光
６７ 光
６８ 反射光

Claims (5)

1. 配線物と、
   前記配線物に接続された発光素子と、
   前記配線物と前記発光素子とを被覆する封止材とからなる光源であり、前記封止材の表面に反射防止層が形成されていることを特徴とする光源。
2. 前記配線物が細長い基材に形成されて成る配線基材をさらに備え、
   前記発光素子は前記配線基材状に複数個配列して前記配線物と接続され、
   前記封止材は、前記配線基材上に形成された前記発光素子を被覆することを特徴とする請求項１に記載の光源。
3. 配線物と、
   前記配線物に接続された発光素子と、
   前記配線物と前記発光素子を被覆する封止材とからなり、
   前記封止材の表面に反射防止層が形成された前記発光素子が、細長い支持基材上に複数個配列されていることを特徴とする光源。
4. 前記支持基材上に複数個配列された前記発光素子は、
   前記細長い基材に配線物が形成された配線基材と、
   前記配線基材上に複数個配列された前記配線物と、
   前記配線基材上に形成されて前記発光素子を被覆する封止材とを備える、請求項３に記載の光源。
5. 前記配線基材上に配列した前記発光素子の間に反射部材が配列され、当該反射部材の当該発光素子に対向する面である反射面は当該発光素子の出射方向に向かうに従って開口が大きくなるように傾斜した形状である反射部材が用いられることを特徴とする、請求項２および請求項４の何れかに記載の光源。
   
   

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