JP2012049333A

JP2012049333A - 発光装置

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Publication number: JP2012049333A
Application number: JP2010190044A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Tanaka; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】発光装置において、複数の固体発光素子が基板上に実装された場合の輝度むら、及び色むらを抑制する。
【解決手段】発光装置１は、配線基板２と、配線基板２上に実装される複数の固体発光素子３と、複数の固体発光素子３を被覆する光学部材４と、光学部材４を被覆する蛍光体を含有する波長変換部材５と、を備える。光を拡散させる拡散部９が、隣合う固体発光素子３間の白色レジスト８が凹凸形状に形成されることにより構成される。拡散部９により拡散された光は、光学部材４を通って波長変換部材５に照射され、固体発光素子３の上方に位置する波長変換部材５と、拡散部９の上方に位置する波長変換部材５とにおいて略等しく光が通るようになり、従って、波長変換部材５の表面での輝度むら、及び色むらを低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体発光素子が実装された発光装置に関する。

従来より、基板上に複数の固体発光素子が実装された発光装置が知られている。一般に、複数の固体発光素子として、青色光を出射する複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）が用いられている。この種の発光装置において、基板上に実装された複数のＬＥＤは、各ＬＥＤ毎に透光性樹脂層により封止されている。透光性樹脂層により封止された複数のＬＥＤは、波長変換部材により被覆されている。波長変換部材には、複数のＬＥＤから出射された青色光を例えば黄色光に変換する蛍光体が含まれている。それにより、蛍光体に青色光が照射されると、黄色光が蛍光体から出射される。その結果、蛍光体に照射されなかった青色光と黄色光とが合成されて白色光として波長変換部材の表面から出射される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１２９６１５号公報

上記のような発光装置においては、基板上にＬＥＤが実装される位値、及びＬＥＤを封止する透光性樹脂層の量が複数のＬＥＤ間で不均一であるため、ＬＥＤと波長変換部材との距離が不均一となる。その結果、波長変換部材の表面から出射される光の輝度、及び色がその表面上の位置によって異なり、輝度むら、及び色むらが生じることがある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、複数の固体発光素子が基板上に実装された場合の輝度むら、及び色むらを抑制することができる発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子を被覆する第１の透光性樹脂層と、前記第１の透光性樹脂層の光導出面を、直接又は第２の透光性樹脂層若しくは空気層を介して被覆し、前記複数の固体発光素子の出射光の波長を変換する蛍光体を含有する光変換部と、前記複数の固体発光素子間に形成され、該複数の固体発光素子から出射された光を拡散する拡散部と、を備えたことを特徴とする。

この発光装置において、前記拡散部は、前記第１の透光性樹脂層内に形成されることが好ましい。

この発光装置において、前記拡散部は、前記第１の透光性樹脂層の光導出面上に形成されることが好ましい。

この発光装置において、前記拡散部は、前記第１の透光性樹脂層と前記光変換部との間に形成されることが好ましい。

この発光装置において、前記拡散部は、前記光変換部内に形成されることが好ましい。

この発光装置において、前記拡散部は、互いに隣合う固体発光素子の中間位置ほど拡散度合いが強くなり、該固体発光素子に近づくほど拡散度合いが弱くなっていることが好ましい。

この発光装置において、前記拡散部は、前記複数の固体発光素子が形成される基板上に形成され、その基板の一辺に沿った該拡散部の垂直断面形状が三角形であり、該三角形の固体発光素子に近い側の傾斜角度は小さく、該三角形の該固体発光素子に遠い側の傾斜角度は大きいことが好ましい。

この発光装置において、前記複数の固体発光素子は、直線状、平面状、又は立体面状に配置されることが好ましい。

本発明に係る発光装置によれば、複数の固体発光素子から出射された光が、隣り合う固体発光素子間に形成された拡散部により拡散されて、第１の透光性樹脂層を通って蛍光体を含有する光変換部に照射される。このため、固体発光素子の上方に位置する光変換部においても拡散部の上方に位置する光変換部においても略等しく光が通るようになり、従って、輝度むら、及び色むらを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る発光装置の分解斜視図。（ａ）は同装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。同装置の発光方法を示す断面図。同装置の発光方法を示す断面図。同上実施形態の第１の変形例に係る発光装置の断面図。同上実施形態の第２の変形例に係る発光装置の断面図。同上実施形態の第３の変形例に係る発光装置の断面図。同上実施形態の第４の変形例に係る発光装置の断面図。同上実施形態の第５の変形例に係る発光装置の断面図。同上実施形態の第６の変形例に係る発光装置の断面図。同変形例に係る拡散部の構成を示す拡大断面図。（ａ）は同上実施形態の第７の変形例に係る発光装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は同変形例の拡散部形状が異なる例の断面図。

以下、本発明の一実施形態に係る発光装置について図面を参照して説明する。図１、及び図２に示すように、本実施形態の発光装置１は、長尺状の配線基板２と、配線基板２上に実装される複数の固体発光素子３（以下、発光素子という）と、複数の発光素子３を被覆する光学部材４（第１の透光性樹脂層）と、光学部材４を被覆する波長変換部材５（光変換部）と、を備える。配線基板２は、配線基板基材６と、配線基板基材６上に形成されている配線パターン７と、配線パターン７上に形成されている白色レジスト８と、を含む。

複数の発光素子３は、配線基板２上にその長さ方向に沿って等間隔で一列に実装される。これら発光素子３としては、例えば窒化物半導体等で成る青色ＬＥＤ等が用いられる。

光学部材４は、例えば透明なシリコーン樹脂等の透光性を有する樹脂材料から成り、長さ方向に樋状で、長さ方向に直交する断面形状が半円である。光学部材４の断面の中心を含む内側に、複数の発光素子３を内包するように凹部が形成されている。光学部材４の両端部には、凹部を有しない蓋部が形成されている。光学部材４の断面の外形の直径は、複数の発光素子３の外接円直径の光学部材４の屈折率倍（シリコーン樹脂の場合、１．４１倍）以上になっている。光学部材４内に形成された凹部内に光学部材４と同じ屈折率を有する樹脂が充填されることにより、光学部材４は発光素子３を封止する。充填された樹脂が硬化すると、光学部材４と一体構造となり、界面は生じない。光学部材４の円周曲面で成る外表面は、発光素子３から出射される青色光を光学部材４外部へ導出する光導出面となっている。

波長変換部材５は、複数の発光素子３から出射された青色光を黄色光に変換する蛍光体（黄色蛍光体）を含む。波長変換部材５は、光学部材４の光導出面を被覆するようにシート状に形成されている。また、光導出面と波長変換部材５との間に、樹脂材料で成る層（第２の透光性樹脂層）又は空気層を介してもよい。

複数の発光素子３から出射された光を拡散させる拡散部９が、隣合う発光素子３間に形成されている。ここで、発光素子３間とは、その並び方向に直交する幅方向においては、光学部材４が配置される領域（光学部材配置部）を含み、上下方向においては、配線基板２の底面から波長変換部材５の上面までの間を含む。拡散部９は、例えば、発光素子３間の白色レジスト８に形成された凹凸形状より構成される。拡散部９で拡散された光は、拡散部９の上方へ照射される。拡散部９としては、凹凸形状を形成する他、例えば拡散粒子を配置してもよい。

配線基板基材６は、例えばアルミニウム等の金属を母材として形成されている。配線パターン７は導電性を有し、複数の発光素子３に給電し得るように所定パターンに形成されている。白色レジスト８は、高反射率を有する。

複数の発光素子３から出射される青色光の発光ピーク波長は、例えば４６０ｎｍであり、各発光素子３の大きさは、例えば０．３ｍｍサイズである。複数の発光素子３の実装方法としては、ダイボンド実装とワイヤー実装とが組み合わされている。実装方法は、上記の他に、フリップチップ実装でもよく、発光素子の種類、及び大きさは上記に限定されない。複数の発光素子３は、複数列で配置されてもよい。

また、光学部材４の材料としては、透明のシリコーン樹脂の他、エポキシ樹脂やガラス等の無機材を用いてもよい。光学部材４の外形は、半楕円形状でもよい。

また、波長変換部材５の材料としては、屈折率が１．２〜１．７の例えばシリコーン樹脂等の透明耐熱性樹脂を用いることが好ましい。波長変換部材５の厚みとしては、０．５〜１．０ｍｍとすることが好ましい。波長変換部材５に含まれる蛍光体としては、例えば赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混ぜてもよい。それにより、演色性の高い白色光が得られる。波長変換部材５は、光学部材４の表面に塗布されることにより形成されてもよい。

さらに、配線基板２の大きさは、長さ寸法２００ｍｍ×幅寸法２０ｍｍである。配線基板基材２の材料として、例えばガラスエポキシ又はセラミックを用いてもよい。なお、図２（ａ）においては、光学部材４、及び波長変換部材５は図示されていない。

次に、上記発光装置１の発光方法について説明する。図３、及び図４に示すように、複数の発光素子３から出射された青色光の一部は、光学部材４を通って波長変換部材５へ照射される。波長変換部材５へ照射された青色光の一部は、波長変換部材５に含まれる蛍光体に照射される。蛍光体に照射された青色光は蛍光体により黄色光に変換され、黄色光が蛍光体から出射される。その結果、蛍光体に照射されなかった青色光と黄色光とが合成されて白色光として、波長変換部材５の表面から出射される。

発光素子３から出射された青色光には、光導出面において全反射される青色光がある。全反射された青色光の一部は、拡散部９に照射される。拡散部９に照射された青色光は、光学部材４を通って、拡散部９の上方に位置する波長変換部材５へ照射され、波長変換部材５の表面から出射される。この場合、発光素子３からだけではなく、隣合う発光素子３間からも波長変換部材５に光が照射され、発光素子３の上方に位置する波長変換部材５と拡散部９の上方に位置する波長変換部材５とで蛍光体に照射される光の割合を略等しくすることが容易となる。なお、波長変換部材５へ青色光が導かれると、上記と同様に、青色光と黄色光とが合成されて白色光として波長変換部材５の表面から出射される。図３に示される矢印は、発光素子３から出射された光路を示す。

波長変換部材５は、発光素子３を中心とした断面半円状に形成されている。また、波長変換部材５の外周曲面で成る外表面は、各発光素子３の発光面に対して十分大きい。なお、図４では、発光素子３が他のものよりも大きく描かれている。そのため、波長変換部材５への青色光の入射点Ａ，Ｂ，Ｃへの入射角領域は小さくなり、互いに等しく揃う。その結果、波長変換部材５の表面での反射が低減され、効率的に光を取り出すことができる。また、波長変換部材８内の光路長が均一となるので、波長変換部材８内での青色光が蛍光体により黄色光に変換される割合を略均一にすることが容易となる。その結果、波長変換部材５の表面での輝度むら、及び色むらを低減することができる。

このように、本実施形態の発光装置１によれば、複数の発光素子３から出射された光が、隣り合う発光素子３間に形成された拡散部９により拡散されて、光学部材４を通って蛍光体を含有する波長変換部材５に照射される。こうして、発光素子３からだけではなく、隣合う発光素子３間からも波長変換部材５に光が照射され、発光素子３の上方に位置する波長変換部材５と拡散部９の上方に位置する波長変換部材５とにおいて蛍光体に照射される光の割合を略等しくすることが容易となる。その結果、波長変換部材５全体を略均一に光が通るようにすることが容易となり、従って、波長変換部材５の表面での輝度むら、及び色むらを低減することができる。

次に、第１の変形例に係る発光装置１について図５を参照して説明する。この変形例においては、拡散部９は、例えば拡散材が隣合う発光素子３間の光学部材４内に配合されることにより構成されている。また、光学部材４は、空気層１０を介して波長変換部材５により被覆されている。この変形例においても、上記実施形態と同様の効果が得られるとともに、光学部材４の光導出面における青色光の全反射が増えて、光学部材４内において長さ方向へ導かれる青色光が増えるので、各拡散部９により拡散される青色光が増える。それにより、青色光が波長変換部材５全体により均一に導かれるようにすることが容易となる。その結果、波長変換部材５の表面での輝度むら、及び色むらがより低減される。

次に、第２の変形例に係る発光装置１について図６を参照して説明する。この変形例においては、拡散部９は、隣合う発光素子３間の上方に位置する光学部材４の光導出面が凹凸形状に形成されることにより構成されている。また、光学部材４は、空気層１０を介して波長変換部材５により被覆されている。この変形例においても、上記と同様の効果が得られる。

次に、第３の変形例に係る発光装置１について図７を参照して説明する。この変形例においては、拡散部９は、例えば拡散粒子が、光導出面上であって隣合う発光素子３間の上方に位置する空気層１０内に配置されることにより構成されている。この変形例においても、空気層１０から垂直に波長変換部材５へ導かれる光を増やすことができ、上記と同様の効果が得られる。

次に、第４の変形例に係る発光装置１について図８を参照して説明する。この変形例においては、拡散部９は、例えば拡散粒子が隣合う発光素子３間の上方に位置する波長変換部材５内に形成されることにより構成されている。この変形例においては、波長変換部材５に導かれた光の垂直方向の成分を増やすことができ、上記と同様の効果が得られる。

次に、第５の変形例に係る発光装置１について図９を参照して説明する。この変形例においては、拡散部９は、例えば隣合う発光素子３間の白色レジスト８が凹凸形状に形成されることにより構成されている。この拡散部９の拡散度合いは、隣合う発光素子３の中間位置に近づくほど強くなり、発光素子３に近づくほど弱くなっている。一般に、光学部材４を通る青色光の中で最も弱い青色光が、隣り合う発光素子３の中間位置に斜めに照射される。この変形例においては、拡散部９に照射された光は、中間位置に近づくほど波長変換部材５に垂直に強く照射されるように拡散され、上記と同様の効果が得られる。なお、拡散部９は、隣合う発光素子３間の光学部材４が凹凸形状に形成されることにより構成されてもよい。

次に、第６の変形例に係る発光装置１について図１０を参照して説明する。この変形例においては、拡散部９は、例えば白色レジスト８から成る複数の凸部が配線基板２上の隣合う発光素子３間に連続的に形成されることにより構成されている。複数の凸部の垂直断面の形状は三角形であり、その三角形の形状は各凸部の形成される位置により異なる。三角形の発光素子３に近い側の傾斜角度は小さく、三角形の発光素子３に遠い側の傾斜角度は大きい。図１１（ａ）〜（ｃ）には、発光素子３に隣接して形成された第１の凸部、隣合う発光素子３間の中央に形成された第２の凸部、及び第１の凸部と第２の凸部との間に形成された第３の凸部が示される。

図１１（ａ）に示すように、第１の凸部の一方の傾斜面の角度をθ_１ａとし、他方の傾斜面の角度をθ_１ｂする。図１１（ｂ）に示すように、第２の凸部の一方の傾斜面の角度をθ_２ａとし、他方の傾斜面の角度をθ_２ｂとする。図１１（ｃ）に示すように、第３の凸部の一方の傾斜面の角度をθ_３ａとし、他方の傾斜面の角度をθ_３ｂとする。上記のそれぞれの傾斜面の角度の大きさの関係が、θ_１ａ＜θ_２ａ＜θ_３ａ＜θ_３ｂ＜θ_２ｂ＜θ_１ｂとなるように拡散部９が形成される。この変形例においては、隣合う発光素子３間の略中央の光導出面を照射する光を増加させることができ、上記と同様の効果が得られる。

次に、第７の変形例に係る発光装置１について図１２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図１２（ａ），（ｂ）に示すように、この変形例においては、複数（本例では、９つ）の発光素子３は、矩形の配線基板２上に平面状（３行３列）に配置されている。また、拡散部９が、上記第５の変形例と同様に、隣合う発光素子３間の白色レジスト８が凹凸形状に形成されることにより構成されている。なお、図１２（ｃ）に示すように、拡散部９は、上記第６の変形例と同様に、白色レジスト８から成る複数の凸部が配線基板２上の隣合う発光素子３間に連続的に形成されることにより構成されてもよい。複数の発光素子３は、平面状の他、直線状又は直管の表面等に立体面状に配置されてもよい。この変形例においても、上記と同様の効果が得られる。なお、白色レジスト８が凹凸形状に形成される代わりに、光学部材４又は波長変換部材５が凹凸形状に形成されてもよい。

本発明は上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記では発光素子３として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたが、これに限定されず、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）等を用いることができる。また、拡散部９は、光を拡散させることができるものであれば、上記のように白色レジスト８等の基材を凹凸形状に形成することに限定されず、拡散部９は配線基板２上に光拡散フィルムを塗布することにより構成してもよい。また、上記では配線パターン７上に白色レジスト８が形成されたものを示したが、これに限定されず、光を反射することができる種々のレジストを用いることができる。

１発光装置
３固体発光素子
４光学部材（第１の透光性樹脂層）
５波長変換部材（光変換部）
９拡散部
１０空気層

Claims

複数の固体発光素子と、
前記複数の固体発光素子を被覆する第１の透光性樹脂層と、
前記第１の透光性樹脂層の光導出面を、直接又は第２の透光性樹脂層若しくは空気層を介して被覆し、前記複数の固体発光素子の出射光の波長を変換する蛍光体を含有する光変換部と、
前記複数の固体発光素子間に形成され、該複数の固体発光素子から出射された光を拡散する拡散部と、を備えたことを特徴とする発光装置。
前記拡散部は、前記第１の透光性樹脂層内に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記拡散部は、前記第１の透光性樹脂層の光導出面上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記拡散部は、前記第１の透光性樹脂層と前記光変換部との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記拡散部は、前記光変換部内に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記拡散部は、互いに隣合う固体発光素子の中間位置ほど拡散度合いが強くなり、該固体発光素子に近づくほど拡散度合いが弱くなっていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記拡散部は、前記複数の固体発光素子が実装される基板上に形成され、その基板の一辺に沿った該拡散部の垂直断面形状が三角形であり、該三角形の固体発光素子に近い側の傾斜角度は小さく、該三角形の該固体発光素子に遠い側の傾斜角度は大きいことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記複数の固体発光素子は、直線状、平面状、又は立体面状に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光装置。