JP2013127996A - 発光装置及び発光装置モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】色むらを低減して広い範囲に光を出射できる発光装置及びそれを用いた発光装置モジュールを提供する。
【解決手段】一方向に対向する二面に開放面１１ａを有した充填溝１１が凹設される基体１０と、充填溝１１の底面に設置される発光素子２と、充填溝１１に充填して発光素子２を封止するとともに蛍光体の粒子を分散して含有した透明樹脂から成る封止材３と、開放面１１ａの出射光を充填溝１１の上面の出射光と同じ方向に反射する反射部２１とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、基体内に発光素子を封止した発光装置に関する。また本発明は、基体内に発光素子を封止した発光装置を一方向に並設した発光装置モジュールに関する。
従来の発光装置は特許文献１に開示されている。この発光装置は上部に有底の円錐台形状の充填孔を凹設した基体を備え、充填孔の底面にＬＥＤ等の発光素子が設置される。充填孔内には透明樹脂から成る封止材が充填され、発光素子が封止される。
発光素子の発光は封止材の内部を上方及び側方に導光し、側方に進行した光は傾斜面から成る充填孔の内周壁で反射して上方に進行する。これにより、充填孔の上面から充填孔の内周壁の傾斜角度に応じた所定の範囲に光が出射される。
特開２００４−２５３４０４号公報（第６頁−第１０頁、第５図）
図１８は液晶表示装置等に用いられるエッジライト型のバックライトを示す斜視図である。バックライト５０は複数の発光装置１を有する発光装置モジュール４０と、導光板５１とを備えている。発光装置モジュール４０は基板４１上に複数の発光装置１を実装し、発光装置１が直線状に一方向に並設される。平板状の導光板５１は表示パネル（不図示）に対向して出射面５１ａが配置される。導光板５１の一側面から成る入射面５１ｂに対向して発光装置モジュール４０が配置され、発光装置１の上面が入射面５１ｂに対向する。
発光装置１は発光素子を封止する封止材には蛍光体の粒子が分散して含有される。発光素子は青色光を発光し、蛍光体に到達した光は蛍光体によって黄色光に波長変換される。これにより、青色光と黄色光とが混合され、発光装置１から入射面５１ｂの方向（Ｘ方向）に白色光が出射される。入射面５１ｂから導光板５１に入射した光は導光板５１内を導光して出射面５１ａから出射される。これにより、表示パネルが照明される。
上記特許文献１に開示された発光装置によると、各発光装置１は充填孔の内周壁の傾斜によって発光装置１の並設方向（Ｙ方向）及び並設方向に垂直な方向（Ｚ方向）に所定の範囲で光を出射する。この時、発光装置モジュール４０のコスト削減のために発光装置１の間隔を大きくすると、発光装置１間の領域に光量不足による暗部が形成される。このため、発光装置１の並設方向に充填孔を長く形成することによって広い範囲に光を出射し、暗部を防止して発光装置１の間隔を大きくすることができる。
しかしながら、発光装置１の並設方向に充填孔が長く形成されるため、発光素子から発光装置１の並設方向に進行する光は充填孔の内壁で反射して上面から出射されるまでの距離が長くなる。このため、発光装置１の並設方向の端部から出射される光は多くの蛍光体の粒子に衝突し、発光装置１の中央部から出射される光よりも波長変換された光の成分比が大きくなる。これにより、発光装置１の中央部と並設方向の端部とで出射光の色むらが発生する問題があった。
本発明は、色むらを低減して広い範囲に光を出射できる発光装置及びそれを用いた発光装置モジュールを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の発光装置は、一方向に対向する二面に開放面を有した充填溝が凹設される基体と、前記充填溝の底面に設置される発光素子と、前記充填溝に充填して前記発光素子を封止するとともに蛍光体の粒子を分散して含有した透明樹脂から成る封止材と、前記開放面の出射光を前記充填溝の上面の出射光と同じ方向に反射する反射部とを備えたことを特徴としている。
この構成によると、基体に凹設された充填溝の底面に発光素子が配され、充填溝内に蛍光体の粒子を分散して含有した封止材を充填して発光素子が封止される。充填溝は一方向に対向する二面に開放面が形成され、発光素子の発光は封止材を導光して充填溝の上面から出射されるとともに側面に対向する開放面から出射される。開放面から出射された光は反射部で反射し、充填溝の上面の出射光と同じ方向に導かれる。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記基体がセラミックにより形成されることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記反射部が前記開放面に対向した傾斜面に形成されることを特徴としている。この構成によると、開放面から出射された光は傾斜面に形成された反射部で反射して上方に導かれる。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記反射部が前記充填溝の底面に対して平行に設けられることを特徴としている。この構成によると、開放面から出射された光は充填溝の底面に平行な反射部で反射して上方に導かれる。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記充填溝の底面に前記開放面の下端よりも低い段部を形成し、前記発光素子を前記段部内に配したことを特徴としている。この構成によると、発光素子で発光した光の一部が段部の壁面によって遮られ、開放面からの出射光の光量が抑制される。また、封止材が段部の壁面と接するため基体との接触面積が増加し、封止材の付着強度が向上する。
また本発明の発光装置モジュールは、上記構成の発光装置を複数並設し、隣接する前記発光装置の前記開放面が対向配置されることを特徴としている。
本発明によると、蛍光体の粒子を含有する封止材を充填した充填溝が一方向に対向する二面に開放面を有し、開放面の出射光を反射する反射部を設けたので、開放面が対向する方向の広い範囲に光を出射することができる。また、発光素子から反射部に向けて進行する光と蛍光体との衝突が少なく、発光装置の中央部の出射光と、開放面から出射して反射部の反射によって発光装置の端部から供給される光との色むらを低減することができる。
本発明の第１実施形態の発光装置を示す斜視図 本発明の第１実施形態の発光装置を示す上面図 図１のＡ−Ａ断面図 本発明の第１実施形態の発光装置の基体素材を示す平面図 図４のＢ−Ｂ断面図 本発明の第１実施形態の発光装置の素子設置工程を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置の封止材充填工程を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置の封止材切断工程を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置のスライス工程を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置を搭載した発光装置モジュールを示す正面図 本発明の第１実施形態の発光装置を搭載した発光装置モジュールを示す上面図 本発明の第１実施形態の発光装置の他の態様を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置の更に他の態様を示す断面図 本発明の第２実施形態の発光装置を示す斜視図 本発明の第２実施形態の発光装置を示す上面図 図１４のＣ−Ｃ断面図 本発明の第１、第２実施形態の発光装置の他の基体素材を示す平面図 エッジライト型のバックライトを示す斜視図
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１、図２は第１実施形態の発光装置を示す斜視図である。また、図３は図１のＡ−Ａ断面図を示している。発光装置１は上面に充填溝１１を凹設した基体１０を備えている。充填溝１１は一方向に延びて対向する側壁１１ｂ、１１ｃを有し、側壁１１ｂ、１１ｃの両端の対向する二面に開放された開放面１１ａを有している。側壁１１ｂ、１１ｃが延びる方向の基体１０の両端部には、開放面１１ａに対向した傾斜面から成る反射部２１が設けられる。
基体１０はセラミックシート１２を積層して形成される。基体１０には充填溝１１の底面から下方に延びて貫通する放熱ビア１８及び電極ビア１９が設けられる。放熱ビア１８及び電極ビア１９には導電性材料が充填される。放熱ビア１８の上面には伝熱部１４が形成され、下面には放熱部１６が形成される。
伝熱部１４上にはＬＥＤから成る発光素子２が接着等により固着される。これにより、発光素子２が充填溝１１の底面に設置される。発光素子２の発熱は放熱ビア１８を介して伝熱部１４から放熱部１６に伝えられて放熱する。
電極ビア１９の上面には端子１３が形成され、下面には電極１７が形成される。電極ビア１９によって端子１３と電極１７とが導通する。発光素子２はワイヤー４によって端子１３に接続される。
充填溝１１内には発光素子２を封止する封止材３が充填される。封止材３は光を波長変換する蛍光体の粒子を分散して含有した透明樹脂から成る。本実施形態では発光素子２は青色光を発光し、蛍光体は青色光を黄色光に波長変換する。
発光素子２により発光した青色光は封止材３を導光し、蛍光体に到達すると黄色光に波長変換される。そして、波長変換された黄色光と蛍光体に到達しない青色光とが混合して白色光が充填溝１１の上面から出射されるとともに側面の対向する開放面１１ａから出射される。開放面１１ａの出射光は反射部２１で反射し、充填溝１１の上面の出射光と同じ方向に導かれる。
これにより、発光装置１は側壁１１ｂ、１１ｃが対向する方向に側壁１１ｂ、１１ｃ間の距離に応じた範囲に光を出射する。また、発光装置１は開放面１１ａが対向する方向に反射部２１間の距離及び傾斜角に応じた範囲に光を出射する。
次に、発光装置１の製造方法を説明する。発光装置１の製造工程は基体素材形成工程、素子設置工程、封止材充填工程、封止材切断工程及びスライス工程を備えている。図４は基体素材形成工程で形成される基体素材３０を示す平面図である。また、図５は図４のＢ−Ｂ断面図を示している。
基体素材形成工程では厚さが約０．１ｍｍの複数のセラミックシート１２を積層して基体素材３０が形成される。下部の各セラミックシート１２には孔部１２ａが設けられる。孔部１２ａによって放熱ビア１８及び電極ビア１９（図３参照）が形成される。
上部の各セラミックシート１２には孔部１２ｂが設けられる。孔部１２ｂによって基体素材３０の上面に凹設してマトリクス状に配置される複数の凹部３１が形成される。凹部３１は環状の内周壁を有した平面視略矩形に形成され、四隅に曲面部３１ｅが設けられる。これにより、凹部３１は互いに対向して両端部が非平行な第１、第２側壁３１ａ、３１ｂを有し、第１側壁３１ａと第２側壁３１ｂとの両端が互いに対向した連結部３１ｃにより連結される。
セラミックシート１２が積層されると焼成炉により約１０００℃で焼成して一体化され、基体素材３０が得られる。この時、端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６（いずれも図３参照）をセラミックシート１２と同時に焼成して形成してもよく、焼成後に形成してもよい。その後、端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６にはメッキが施される。
次に、図６は素子設置工程を示す平面図である。素子設置工程では熱伝導性の良い樹脂または熱伝導性の良い金属等により伝熱部１４上に発光素子２が接着される。これにより、凹部３１の底面に発光素子２が配される。そして、ワイヤー４により発光素子２の端子部（不図示）と端子１３とが接続される。
次に、図７は封止材充填工程を示す平面図である。封止材充填工程では凹部３１内に封止材３が充填される。封止材３の硬化によって発光素子２が封止される。
次に、図８は封止材切断工程を示す平面図である。封止材切断工程では回転砥石を用いたダイシング加工等によって封止材３が凹部３１の第１、第２側壁３１ａ、３１ｂに交差して切断される。図中、Ｄは回転砥石の切断位置を示している。回転砥石の先端は一面に傾斜面を有したＶ字状に形成され、回転砥石の切り込み深さは凹部３１と同じ深さになっている。これにより、回転砥石によるＶ溝加工によって溝部３２（図９参照）が形成され、封止材３が切断される。
この時、凹部３１の第１、第２側壁３１ａ、３１ｂが同時に切断され、凹部３１の連結部３１ｃが除去される。これにより、第１、第２側壁３１ａ、３１ｂの両端で封止材３が側方に面して露出し、充填溝１１の開放面１１ａ（図１参照）が形成される。また、開放面１１ａに対向して傾斜した反射部２１（図１参照）が形成される。そして、第１、第２側壁３１ａ、３１ｂにより充填溝１１の側壁１１ｂ、１１ｃ（図１参照）が形成される。
次に、図９はスライス工程を示す平面図である。スライス工程では回転砥石を用いたダイシング加工等によって凹部３１の周囲の所定位置で基体素材３０がフルカットされる。図中、Ｅ、Ｆは回転砥石の切断位置を示している。これにより、基体素材３０から複数の基体１０（図１参照）が切り出され、発光装置１が得られる。尚、Ｅで示す切断位置は溝部３２の外側に配されているが、溝部３２上を切断してもよい。
図１０、図１１は上記の発光装置１を複数並設した発光装置モジュール４０を示す正面図及び上面図である。発光装置モジュール４０は前述の図１８に示すバックライト５０等に用いられる。発光装置１は一方向に延びる基板４１上に実装され、複数の発光装置１が直線状に一方向に並設される。また、隣接する発光装置１の開放面１１ａが対向配置される。
発光装置１の出射光は矢印Ｇに示すように上面及び開放面１１ａから出射される。開放面１１ａから出射された光は矢印Ｇ０に示すように反射部２１で反射して上面の出射光と同じ方向（Ｘ方向）に導かれる。この時、充填溝１１の側壁１１ｂ、１１ｃの距離を小さく形成すると、導光板５１の入射面５１ｂ（図１８参照）の外側に進行する光や入射面５１ｂで反射する光を少なくすることができる。これにより、光の利用効率を向上することができる。
また、発光装置１の両端の反射部２１間の距離を大きく形成すると、開放面１１ａが対向する方向（Ｙ方向）の広い範囲に光を供給することができる。これにより、隣接する発光装置１間の光量不足による暗部の発生を防止することができる。
この時、開放面１１ａと反射部２１との間に封止材３が設けられないため、発光素子２から反射部２１に向かう光は開放面１１ａまでの間の蛍光体の粒子に衝突して波長変換される。このため、発光素子２から反射部２１に向けて進行する光と蛍光体との衝突を従来よりも少なくできる。
これにより、発光装置１の中央部の出射光に含まれる波長変換された光の成分比と、発光装置１の並設方向の端部の出射光に含まれる波長変換された光の成分比との差を小さくすることができる。従って、発光装置１の中央部の出射光と、開放面１１ａから出射して反射部２１の反射によって発光装置１の端部から供給される光との色むらを低減することができる。
尚、封止材切断工程で凹部３１の曲面部３１ｅ上を切断してもよい。図１２はこれにより形成した発光装置１を示す平面図である。曲面部３１ｅによって第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂが両端部で非平行に形成されるため、切断位置によって開放面１１ａの開口面積を可変することができる。これにより、開放面１１ａからの出射光の光量を切断位置によって調整することができる。
また、封止材切断工程の切り込み深さを凹部３１の深さよりも浅くしてもよい。図１３はこれにより形成した発光装置１を示す断面図であり、前述の図３と同じ断面を示している。凹部３１の深さよりも封止材３を切断する切り込み深さが浅いため、充填溝１１の底部には開放面１１ａの下端よりも低い段部２０が形成される。
段部２０内に配される発光素子２で発光した光の一部は段部２０の壁面によって遮られ、開放面１１ａからの出射光の光量が抑制される。これにより、切り込み深さを可変することによって発光装置１の端部から供給される光の光量を調整することができる。また、封止材３が段部２０の壁面と接するため基体１０との接触面積が増加し、封止材３の付着強度を向上することができる。
本実施形態によると、蛍光体の粒子を含有する封止材３を充填した充填溝１１が一方向に対向する二面に開放面１１ａを有し、開放面１１ａの出射光を反射する反射部２１を設けたので、開放面１１ａが対向する方向の広い範囲に光を出射することができる。また、発光素子２から反射部２１に向けて進行する光と蛍光体との衝突を少なくできる。従って、発光装置１の中央部の出射光と開放面１１ａから出射して反射部２１の反射によって発光装置１の端部から供給される光との色むらを低減することができる。
また、基体１０がセラミックにより形成されるので、発光素子２の出射光によって樹脂のように劣化せず、反射率の高い反射部２１を基体１０と一体に形成することができる。
また、反射部２１が開放面１１ａに対向した傾斜面に形成されるので、容易に光を上方に導くことができる。
また、充填溝１１の底面に開放面１１ａの下端よりも低い段部２０を形成して発光素子２を段部２０内に配したので、封止材３と基体１０との接触面積が増加し、封止材３の付着強度を向上することができる。
次に、図１４、図１５は第２実施形態の発光装置１を示す斜視図及び上面図である。また、図１６は図１４のＣ−Ｃ断面図を示している。説明の便宜上、前述の図１〜図９に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は、傾斜面の反射部２１（図１参照）に替えて、充填溝１１の底面に平行な反射部２２が設けられている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
反射部２１は封止材切断工程（図８参照）で回転軸に平行な先端面を有する回転砥石により封止材３を切断して形成される。これにより、反射部２２は回転砥石の先端面によって充填溝１１の底面に平行な面に形成され、開放面１１ａに直交して隣接する。
発光素子２により発光した青色光は封止材３を導光し、蛍光体に到達すると黄色光に波長変換される。そして、波長変換された黄色光と蛍光体に到達しない青色光とが混合して白色光が充填溝１１の上面から出射されるとともに側面の対向する開放面１１ａから出射される。これにより、発光装置１は開放面１１ａが対向する方向に広い範囲に光を出射する。
また、開放面１１ａから斜め下方に出射される光は反射部２２で反射し、充填溝１１の上面の出射光と同じ方向に導かれる。従って、発光装置１からより広い範囲に光を出射することができる。
本実施形態によると、第１実施形態と同様に、蛍光体の粒子を含有する封止材３を充填した充填溝１１が一方向に対向する二面に開放面１１ａを有し、開放面１１ａの出射光を反射する反射部２２を設けたので、開放面１１ａが対向する方向の広い範囲に光を出射することができる。また、発光素子２から反射部２２に向けて進行する光と蛍光体との衝突が少なくできる。従って、発光装置１の中央部の出射光と開放面１１ａから出射して反射部２２の反射によって発光装置１の端部から供給される光との色むらを低減することができる。
また、反射部２２が充填溝１１の底面に平行に形成されるので、開放面１１ａから出射された光を遮ることを防止し、反射部２２の反射光によってより広い範囲に光を供給することができる。尚、本実施形態においても前述の図１３と同様に段部２０を設けてもよく、図１２と同様に曲面部３１ｅで封止材３を切断してもよい。
第１、第２実施形態において、基体素材３０に設けた凹部３１は第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂが略平面の平面視略矩形に形成されるが、対向する第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂを曲面により形成してもよい。これにより、第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂを封止材切断工程の切断位置近傍で非平行に形成することができる。この時、図１７に示すように、第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂを連結する連結部３１ｃを平面的に見て第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂと一体の楕円形や円形に形成してもよい。
また、発光素子２により青色光を発光し、封止材３の蛍光体によって青色光を黄色光に波長変換しているが、これに限られない。発光素子２により青色光以外の色の光を発光してもよく、蛍光体によって黄色光以外の色の光に波長変換してもよい。
本発明によると、発光素子を一方向に並設した発光装置モジュールを搭載するエッジライト型バックライト、スキャナ用光源、ＬＥＤ照明等に利用することができる。
１ 発光装置
２ 発光素子
３ 封止材
４ ワイヤー
１０ 基体
１１ 充填溝
１１ａ 開放面
１１ｂ、１１ｃ 側壁
１２ セラミックシート
１２ａ 孔部
１３ 端子
１４ 伝熱部
１６ 放熱部
１７ 電極
１８ 放熱ビア
１９ 電極ビア
２０ 段部
２１、２２ 反射部
３０ 基体素材
３１ 凹部
３１ａ 第１側壁
３１ｂ 第２側壁
３１ｃ 連結部
３２ 溝部
４０ 発光装置モジュール
４１ 基板

Claims (6)

  1. 一方向に対向する二面に開放面を有した充填溝が凹設される基体と、前記充填溝の底面に設置される発光素子と、前記充填溝に充填して前記発光素子を封止するとともに蛍光体の粒子を分散して含有した透明樹脂から成る封止材と、前記開放面の出射光を前記充填溝の上面の出射光と同じ方向に反射する反射部とを備えたことを特徴とする発光装置。
  2. 前記基体がセラミックにより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。
  3. 前記反射部が前記開放面に対向した傾斜面に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
  4. 前記反射部が前記充填溝の底面に対して平行に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
  5. 前記充填溝の底面に前記開放面の下端よりも低い段部を形成し、前記発光素子を前記段部内に配したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発光装置。
  6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発光装置を複数並設し、隣接する前記発光装置の前記開放面が対向配置されることを特徴とする発光装置モジュール。
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