JP2014011197A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の直上の光取り出し効率及び放射強度を向上させ得る発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１０Ａは、基板１の上面に１つ又は複数の発光素子３を有し、発光素子３を封止樹脂４にて封止してなる。封止樹脂４の光取り出し面４ａは、基板１の上面に平行に形成されている。封止樹脂４の光取り出し面４ａには、複数の錐状の凹凸構造６が設けられている。各凹凸構造６を上面から見たときの該各凹凸構造６の頂点位置は、封止樹脂４の平面中心点と各凹凸構造６における突起底面の中心点とを通る線に直交する線にて、各突起底面を２分割したときにできる２領域のうち、封止樹脂４の平面中心点に対し外側に位置する平面領域上に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の上面に１つ又は複数の発光素子を有し、上記発光素子を封止樹脂にて封止してなる発光装置に関するものであり、詳細には、発光素子における直上の光取り出し効率及び放射強度の向上に関する。

近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、液晶ディスプレイの光源として広く使用されており、特に白熱電球、さらには蛍光灯に取って代わる照明用光源への期待が非常に大きく、さらなる高効率化に向けた開発が盛んに行われている。

一般的な発光ダイオード１００Ａは、図７に示すように、一対の電極１０１・１０２が形成された基板１０３と、この基板１０３上にボンディングワイヤ１０４・１０４を介して電極１０１・１０２と接続される発光素子１０５と、この発光素子１０５の上方を封止する透光性樹脂体１０６とで構成されている。また、特に白色ダイオードでは、青色発光素子を黄色蛍光体又は赤色蛍光体と緑色蛍光体とが含まれた樹脂体にて封止された構成となっており、発光素子１０５から放出される青色光と、蛍光体にて波長変換された光とをミキシングすることにより白色光を得る方法が一般的に知られている。また、蛍光体の種類や濃度を変更することにより、発光ダイオード１００Ａから発せられる光の色度特性〔（ｘ、ｙ）値及び色温度等〕を変更することが可能であり、照明用や液晶ディスプレイ等、それぞれの用途に応じて様々な色度特性を持つ発光ダイオードが製造されている。

ところで、上記の白色ダイオードにおいて、基板１０３上に実装された発光素子１０５上方の蛍光体樹脂部を覆う透光性樹脂体１０６の上面は平坦であるのが一般的に知られている。発光素子１０５から出射する光線は、蛍光体樹脂体及び透光性樹脂体１０６中を屈折することにより大気中に放射されるが、臨界角以上の角度β（入射角β）に到達すると透光性樹脂体１０６の表面で全反射して光源側に戻ってくる。このため、光の取り出し効率は低下する。例えば、透光性樹脂体１０６が一般的に使用されるシリコーン樹脂である場合、その屈折率は１．４程度であるため、スネルの法則より臨界角は約４５度となる。この結果、４５度以下の角度の青色光（発光素子からの出射光）は、透光性樹脂体１０６の内部へ反射することになる。

そこで、透光性樹脂体１０６と空気との界面での全反射ロスを低減させる方法として、図８に示すように、透光性樹脂体１０６の上面に凹凸構造１１０を形成した発光ダイオード１００Ｂとする試みがなされている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、光の取り出し効率向上における透光性樹脂体上部での凹凸形成技術について開示されている。

特開平１１−２０４８４０号公報（１９９９年７月３０日公開） 特開２００６−２４６１５公報（２００６年１月２６日公開） 特開２０１１−１２９７９０公報（２０１１年６月３０日公開）

しかしながら、上記従来の発光装置では、透光性樹脂体１０６の上面に凹凸構造１１０を形成させることによって、光の取り出し効率を高くすることは可能であるが、図９（ａ）（ｂ）に示すように、従来の平坦封止に比べて出射光の配光性が変化するという問題点を有している。

ここで、発明者らは、図７に示す発光ダイオード１００Ａと図８に示す発光ダイオード１００Ｂとの配光特性及び光の取り出し効率を解析した。

試験体としての発光ダイオード１００Ａは発光素子１０５を透光性樹脂体１０６にて平坦封止したものであり、透光性樹脂体１０６の屈折率を１．４１とした。

一方、発光ダイオード１００Ｂは、発光素子１０５を透光性樹脂体１０６にて平坦封止した上に、凹凸構造１１０を搭載したものとなっている。発光ダイオード１００Ｂにおいては、凹凸構造１１０を、ベース厚さ１ｍｍ、底面１ｍｍ角、アスペクト比（横幅／高さ）４の四角錐形状の透光性樹脂体突起とし、先端にＲが形成されていない（理想的な尖り形状）とし、透光性樹脂体１０６の屈折率を１．４１とした。

このような試験体条件で、発光ダイオード１００Ａと発光ダイオード１００Ｂとを解析した結果を、表１及び図１０並びに図１１に示す。表１は、凹凸構造１１０の有無による光の取り出し向上率を示している。図１０の縦軸は放射強度を示し、横軸は角度を示している。また、図８の縦軸は輝度を示し、横軸は角度を示している。すなわち、図１０及び図１１は、凹凸構造１１０がない構成に比べて配光特性がどの程度変化するかを示している。

表１に示すように、凹凸構造１１０がなく透光性樹脂体１０６の表面が平坦な発光ダイオード１００Ａの光の取り出し効率を１００％とした場合、凹凸構造１１０を具備した発光ダイオード１００Ｂの光取り出し効率は１６０．２％となる。したがって、透光性樹脂体１０６の封止界面表面における全反射ロスの低減によりも６０％程の効率向上が期待できる。

しかしながら、図１０に示すように、凹凸構造１１０を具備した発光ダイオード１００Ｂにおける発光素子１０５の直上の放射強度（Ｗ／Ｓｒ）は、凹凸構造１１０がなく透光性樹脂体１０６の表面が平坦な発光ダイオード１００Ａにおける発光素子１０５の直上の放射強度（Ｗ／Ｓｒ）に比べて２０％程低下している。また、図１１に示すように、凹凸構造１１０を具備した発光ダイオード１００Ｂにおける発光素子１０５の直上の輝度（ｃｄ／ｍ^２ ）は、凹凸構造１１０がなく透光性樹脂体１０６の表面が平坦な発光ダイオード１００Ａにおける発光素子１０５の直上の（ｃｄ／ｍ^２ ）に比べて６／５％程低下している。

この結果、凹凸構造１１０の形成により配向特性が変化することを確認した。

したがって、照明器具であるスポットライト等の灯具への用途を考えると、灯具の直上輝度をできる限り高くする必要が不可欠あり、その手段としてリフレクターによって直上輝度を向上させることも可能であるが、光源そのものの直上輝度を上げる工夫が必要不可欠である。

ここで、例えば、特許文献３に開示されたＬＥＤ発光装置２００の製造方法では、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、封止樹脂２０６をドーム状に形成したものに凹凸構造２１０を形成している。しかしながら、この凹凸構造２１０では、ＬＥＤチップ２０５の直上は略水平であり、前記発光ダイオード１００Ｂに設けられた凹凸構造１１０と実質的に同じ構造であり、上記問題点の解決は図れていない。すなわち、封止樹脂２０６をドーム状に形成したものに凹凸構造２１０を形成した場合には、明らかに広配光性になると考えられるので、発光素子における直上の放射強度の向上は望めない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光素子の直上の光取り出し効率及び放射強度を向上させ得る発光装置を提供することにある。

本発明の発光装置は、上記課題を解決するために、基板の上面に１つ又は複数の発光素子を有し、上記発光素子を封止樹脂にて封止してなる発光装置において、上記封止樹脂の光取り出し面は、基板の上面に平行に形成されていると共に、上記封止樹脂の光取り出し面には、複数の錐状の突起部が設けられており、上記各突起部を上面から見たときの該各突起部の頂点位置は、上記封止樹脂の平面中心点と各突起部における突起底面の中心点とを通る線に直交する線にて、各突起底面を２分割したときにできる２領域のうち、該封止樹脂の平面中心点に対し外側に位置する平面領域上に位置することを特徴としている。

上記の発明によれば、封止樹脂の光取り出し面は、基板の上面に平行に形成されていると共に、封止樹脂の光取り出し面には、複数の錐状の突起部が設けられているので、封止樹脂の光取り出し面における平坦面の占める割合が低くなる。これにより、平坦面での全反射による光の損失が低減され、光取り出し効率が向上する。

また、本発明では、上記各突起部を上面から見たときの該各突起部の頂点位置は、上記封止樹脂の平面中心点と各突起部における突起底面の中心点とを通る線に直交する線にて、各突起底面を２分割したときにできる２領域のうち、該封止樹脂の平面中心点に対し外側に位置する平面領域上に位置する。

これにより、各突起部の頂点位置が各突起底面の中心点に位置する場合に比較して、発光素子の直上の放射強度を向上させることができる。

したがって、発光素子の直上の光取り出し効率及び放射強度を向上させ得る発光装置を提供することができる。

本発明の発光装置では、前記各突起部は、前記封止樹脂の平面中心点と各突起頂点とを通り、かつ前記封止樹脂の光取り出し面に垂直な面にて切断したときにできる縦断面形状が三角形であり、各三角形における２つの底角のうち該封止樹脂の平面中心点に対して外側に位置する底角の角度が９０度であることが好ましい。

これにより、発光素子の直上の放射強度を大幅に増加することが可能になる。

本発明の発光装置では、前記各突起部を上面から見たときの該各突起部の頂点位置は、前記封止樹脂の平面中心点と各突起部における突起底面の中心点とを通る線と、各突起底面の辺とが交差する点上に位置するとすることが可能である。

これにより、各突起部の頂点位置が封止樹脂の平面中心点に対して点対称となるため、均一な配光特性を維持しつつ発光装置の直上の輝度を向上させることが可能である。

本発明の発光装置では、前記突起部の形状は、前記突起底面が正方形からなる四角錐であることが好ましい。

これにより、円錐等の形状に比べて、封止樹脂の光取り出し面に対する突起部の占有面積を大きくすることができるため、高い光取り出し効率を得ることができる。

本発明の発光装置は、以上のように、封止樹脂の光取り出し面は、基板の上面に平行に形成されていると共に、上記封止樹脂の光取り出し面には、複数の錐状の突起部が設けられており、上記各突起部を上面から見たときの該各突起部の頂点位置は、上記封止樹脂の平面中心点と各突起部における突起底面の中心点とを通る線に直交する線にて、各突起底面を２分割したときにできる２領域のうち、該封止樹脂の平面中心点に対し外側に位置する平面領域上に位置するものである。

それゆえ、発光素子の直上の光取り出し効率及び放射強度を向上させ得る発光装置を提供するという効果を奏する。

（ａ）（ｂ）は、本発明における発光装置の実施の一形態を示すものであって、発光装置の構成を示す縦断面図である。 （ａ）（ｂ）は、上記発光装置の凹凸構造を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、従来例、比較例１、実施例１・２の各発光装置の構成を示す図である。 比較例１の発光装置の構成を示す縦断面図である。 （ａ）（ｂ）は、実施例３及び比較例２の各発光装置の構成を示す図である。 上記発光装置における凹凸構造の突起角度の傾斜によって、配光特性がどの程度変化するかを示すグラフである。 従来の発光装置の構成を示す縦断面図である。 凹凸構造を設けた従来の他の発光装置の構成を示す縦断面図である。 （ａ）は上記従来の発光装置の光路を示す縦断面図であり、（ｂ）は上記従来の他の発光装置の光路を示す縦断面図である。 上記従来の発光装置における凹凸構造がある場合と無い場合との放射強度と光源角度との関係を示すグラフである。 上記従来の発光装置における凹凸構造がある場合と無い場合との輝度と光源角度との関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｄ）は、凹凸構造を設けた従来のさらに他の発光装置の製造方法を示す縦断面図である。

本発明の一実施形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

本実施の形態の発光装置の構成について、図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１（ａ）は発光装置１０Ａの構成を示す縦断面図であり、図１（ｂ）は変形例である発光装置１０Ｂの構成を示す縦断面図である。図２（ａ）（ｂ）は、発光装置１０Ａ・１０Ｂの凹凸構造を示す斜視図である。

上記発光装置１０Ａ・１０Ｂは、図１（ａ）に示すように、基板１と、基板１上に形成された１対の電極２ａ・２ｂと、基板１上に搭載された発光素子３と、発光素子３を封止する封止樹脂４と、封止樹脂４を包囲する枠体５と、封止樹脂４の表面に形成された突起部としての凹凸構造６とから主に構成されている。

基板１には配線７・７が形成されており、この配線７・７を介して、電極２ａ・２ｂと発光素子３とがワイヤ８・８によって電気的に接続されている。電極２ａ・２ｂは、基板１上の発光素子３の搭載面に形成されている。

発光素子３は、発光装置１０Ａ・１０Ｂにおける光源である。発光素子３は、例えば発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）からなっている。ただし、必ずしもこれに限らず、例えば、蛍光体、エレクトロルミネッセンス素子、又は半導体光源であってもよい。また、基板１の上に設けられる発光素子３の数は、特に限定されず、１個であってもよいし複数であってもよい。すなわち、基板１の上には、少なくとも１個の発光素子３が設けられていればよい。

上記封止樹脂４は、発光素子３の出射光の波長を変換する蛍光体を含み、発光素子３を封止している。

上記蛍光体としては特に限定されず、適宜、周知の蛍光体を用いることが可能である。また、封止樹脂４に含まれる蛍光体の種類は、１種類であってもよいし、複数種類であってもよい。封止樹脂４中に含まれる蛍光体の濃度は特に限定されないが、例えば、発光装置１０の目標色度となる濃度よりも高濃度側に調節され得る。この場合、封止樹脂４からの出射光は、目標色度よりも高くなる。しかしながら、後述する突起部の長さを調節することによって、色度を、シフトさせて小さくすることができる。それゆえ、突起部を有していれば、発光装置１０Ａ・１０Ｂの色度を容易に所望の色度へ調節することができる。

封止樹脂４を形成する樹脂の種類としては、例えば、熱硬化性樹脂を用いることが可能である。ただし、樹脂の種類は、特に限定されず、適宜、所望の樹脂を用いることが可能である。

上記熱硬化性樹脂は、具体的には、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂からなる群から選択される１つ以上の樹脂を用いることが可能である。これらの中では、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂を用いることが好ましいといえる。

本実施の形態の発光装置１０Ａ・１０Ｂでは、封止樹脂４の光取り出し面４ａの上に突起部としての凹凸構造６が形成されている。凹凸構造６は、封止樹脂４の出射面に形成された複数の突起からなっており、透光性樹脂から構成されている。この凹凸構造６は、封止樹脂４と同一材料又は同一屈折率の材料から形成されていることが好ましい。

ここで、本実施の形態の発光装置１０Ａでは、凹凸構造６は、図１（ａ）に示すように、断面形状が高さの等しい三角形にてなり、かつ各三角形における外側の辺Ｅの傾斜角αが、発光素子３の平面中心に対して外側に配設された三角形になるほど鋭角から直角に徐々に増加するように形成されている。詳細には、図１（ａ）に示すように、一番外側の三角形においては、傾斜角αは９０度であり、例えば、外側から４番目の三角形においては、傾斜角αは７０度となっている。すなわち、凹凸構造６における各突起の先端角度が外向きに傾斜している。

尚、凹凸構造６における各突起の先端角度が外向きに傾斜しているものとして、図１（ａ）に示す発光装置１０Ａに限らず、図１（ｂ）に示すように、全ての凹凸構造６の縦断面形状、つまり発光素子３の光軸に平行な面の縦断面形状が直角三角形にてなっているとすることができる。すなわち、凹凸構造６の側面の少なくとも一面が基板１の表面に対して垂直に立ち上がっている。

そして、各凹凸構造６の垂直立ち上がり面６ａが傾斜面６ｂに対して、発光素子３の平面中心よりもそれぞれ外側を向くように配設されている。すなわち、この発光装置１０Ｂにおいても、各凹凸構造６の突起角度が、発光素子３の中心部から外向きに傾いている。

この凹凸構造６の形状は、本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、突起底面が正方形からなる四角錐となっている。ただし、必ずしもこれに限らず、例えば、図２（ｂ）に示すように、突起底面が正六角形からなる六角錐とすることも可能である。また、条件が適していれば、突起底面が他の形状の角錐であってもよい。

このような凹凸構造６を形成するためには、例えば、別途用意した凹凸構造６の逆形状を有する金型を用いて、透光性樹脂体を注型し硬化させることによって、凹凸構造６を有するフィルム状の部材を作製する。そして、このフィルム状部材を、封止樹脂４上に載置して接着することことによって、封止樹脂４上に凹凸構造６を形成することが可能である。ただし、必ずしもこれに限らず、封止樹脂４と凹凸構造６とを同一工程で形成することも可能である。すなわち、基板１上に発光素子３を載置して、ワイヤボンディングした後、封止樹脂４及び凹凸構造６を形成するための金型に透光性樹脂を充填する。そして、該金型上に、ワイヤボンディングした基板１を載置し、加熱等の方法により封止樹脂４を硬化させる。これにより、封止樹脂４及び凹凸構造６が一括形成される。この場合、枠体５を有さない発光装置が形成される。

このように、本実施の形態の発光装置１０Ａは、基板１の上面に１つ又は複数の発光素子３を有し、発光素子３を封止樹脂４にて封止してなっている。そして、封止樹脂４の光取り出し面４ａは、基板１の上面に平行に形成されている。また、封止樹脂４の光取り出し面４ａには、複数の錐状の凹凸構造６が設けられており、各凹凸構造６を上面から見たときの該各凹凸構造６の頂点位置は、封止樹脂４の平面中心点と各凹凸構造６における突起底面の中心点とを通る線に直交する線にて、各突起底面を２分割したときにできる２領域のうち、該封止樹脂４の平面中心点に対し外側に位置する平面領域上に位置する。

上記の構成によれば、封止樹脂４の光取り出し面４ａは、基板１の上面に平行に形成されていると共に、封止樹脂４の光取り出し面４ａには、複数の錐状の凹凸構造６が設けられているので、封止樹脂４の光取り出し面４ａにおける平坦面の占める割合が低くなる。これにより、平坦面での全反射による光の損失が低減され、光取り出し効率が向上する。

また、本実施の形態では、各凹凸構造６を上面から見たときの該各凹凸構造６の頂点位置は、封止樹脂４の平面中心点と各凹凸構造６における突起底面の中心点とを通る線に直交する線にて、各突起底面を２分割したときにできる２領域のうち、該封止樹脂４の平面中心点に対し外側に位置する平面領域上に位置する。

これにより、各凹凸構造６の頂点位置が各突起底面の中心点に位置する場合に比較して、発光素子３の直上の放射強度を向上させることができる。

したがって、発光素子３の直上の光取り出し効率及び放射強度を向上させ得る発光装置１０Ａを提供することができる。

また、本実施の形態の発光装置１０Ｂでは、各凹凸構造６は、封止樹脂４の平面中心点と各突起頂点とを通り、かつ封止樹脂４の光取り出し面４ａに垂直な面にて切断したときにできる縦断面形状が三角形であり、各三角形における２つの底角のうち該封止樹脂４の平面中心点に対して外側に位置する底角の角度が９０度である。

これにより、発光素子３の直上の放射強度を大幅に増加することが可能になる。

また、本実施の形態の発光装置１０Ｂでは、後述する図４（ｄ）に示すように、各凹凸構造６を上面から見たときの該各凹凸構造６の頂点位置は、封止樹脂４の平面中心点と各凹凸構造６における突起底面の中心点とを通る線と、各突起底面の辺とが交差する点上に位置するとすることが可能である。

これにより、各凹凸構造６の頂点位置が封止樹脂の平面中心点に対して点対称となるため、均一な配光特性を維持しつつ発光装置１０Ｂの直上の輝度を向上させることが可能である。

また、本実施の形態の発光装置１０Ａ・１０Ｂでは、凹凸構造６の形状は、突起底面が正方形からなる四角錐である。これにより、円錐等の形状に比べて、封止樹脂４の光取り出し面４ａに対する凹凸構造６の占有面積を大きくすることができるため、高い光取り出し効率を得ることができる。

尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、各凹凸構造６の縦断面形状が三角形である場合に、各底角が一定である。

しかしながら、必ずしもこれに限らず、例えば、本実施の形態の発光装置１０Ａは、封止樹脂４の光取り出し面４ａには、複数の錐状の凹凸構造６が設けられており、各凹凸構造６は、断面形状が高さの等しい三角形にてなり、かつ各三角形における外側の辺Ｅの傾斜角αが、発光素子３の平面中心に対して外側に配設された三角形になるほど鋭角から直角に徐々に増加するように形成されているとすることが可能である。

この構成においても、発光素子３の直上の光取り出し効率及び放射強度を向上させ得る発光装置１０Ａを提供することができる。

尚、本発明は、上述した本実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本実施の形態の発光装置１０Ａ・１０Ｂを用いて、青色光の光取り出し効率及び配光特性の評価をシミュレーションにて検証した結果について、図３（ａ）〜（ｄ）〜図６に基づいて、以下に説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、従来例、比較例１、実施例１・２の各発光装置の構成を示す図である。図４は、比較例１の発光装置２０の構成を示す縦断面図である。図５（ａ）（ｂ）は、実施例３及び比較例２の各発光装置の構成を示す図である。図６は、発光装置における凹凸構造６の種類を変化させたときの放射強度と光源角度との関係を示すグラフである。

最初に、シミュレーションにて検証する試験体について説明する。

まず、試験体の２つは、実施例１・２として示す本実施の形態の発光装置１０Ａ・１０Ｂである。すなわち、実施例１の本実施の形態の発光装置１０Ａは、図３（ｃ）に示すように、各凹凸構造６を上面から見たときの該各凹凸構造６の頂点位置が、封止樹脂４の平面中心点と各凹凸構造６における突起底面の中心点とを通る線に直交する線にて、各突起底面を２分割したときにできる２領域のうち、該封止樹脂の平面中心点に対し外側に位置する平面領域上に位置するように形成されている。

また、実施例２の本実施の形態の発光装置１０Ｂは、図３（ｄ）に示すように、各凹凸構造６は、封止樹脂４の平面中心点と各突起頂点とを通り、かつ封止樹脂４の光取り出し面４ａに垂直な面にて切断したときにできる縦断面形状が三角形であり、各三角形における２つの底角のうち該封止樹脂４の平面中心点に対して外側に位置する底角の角度が９０度となっている。

さらに、比較例１の試験体は、図３（ｂ）及び図４に示すように、各凹凸構造６を上面から見たときの該各凹凸構造６の頂点位置が、封止樹脂４の平面中心点と各凹凸構造６における突起底面の中心点とを通る線に直交する線にて、各突起底面を２分割したときにできる２領域のうち、該封止樹脂の平面中心点に対し内側に位置する平面領域上に位置するように形成されている。

また、従来例１の試験体は、図３（ａ）及び図８に示すように、凹凸構造１１０が従来の二等辺三角形の突起にてなる発光ダイオード１００Ｂを用いた。

これらをまとめて示すと、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すようになる。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の各平面図において、白丸は発光面の中心点を表し、黒丸は突起頂点の位置を表している。尚、各凹凸構造６の底面は正方形となっている。また、発光面の中心点とは、封止樹脂４の平面中心をいう。

シミュレーションは、周知の解析ソフトウェア（ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（サイバーネット社製））を用いて行った。また、具体的な解析方法は、当該解析ソフトウェアに添付の説明書に従った。

シミュレーション条件として、各発光装置１０Ａ・１０Ｂ・２０及び発光ダイオード１００Ｂにおいて、発光素子３を封止する封止樹脂４及び透光性樹脂体１０６の側面を吸収体として設定を行い、また、凹凸構造６・２６・１１０の光学特性はフレネル損失を考慮したスムーズ光学を設定した。各発光装置１０Ａ・１０Ｂ・２０及び発光ダイオード１００Ｂにおける封止樹脂４及び透光性樹脂体１０６の厚さを１ｍｍとし、凹凸構造６・２６・１１０のベース厚さを１ｍｍ、突起の底面は１ｍｍ角、アスペクト比４の四角錐突起形状として、透光性樹脂体にて形成成した。尚、アスペクト比とは、四角錐の凹凸構造６における突起の高さ／突起の幅をいう。

上記条件にて行ったシミュレーションによって得られた各発光装置１０Ａ・２０及び発光ダイオード１００Ｂにおける光取り出し効率の解析結果について、表２に基づいて説明する。

表２に示すように、突起の頂点を発光素子３の中心部から遠ざけるように外向きに傾けた実施例１に示す本実施の形態の発光装置１０Ａを、従来例１の二等辺三角形の突起にてなる発光ダイオード１００Ｂと比較したところ、直上輝度が約３％向上することが確認された。このとき、発光装置１０Ｂでは、直上輝度が約６％向上しており、最も効果があることが判った。

逆に、実施例１の場合、必ずしも実施例２のように突起頂点の位置が最も外寄りでなくても直上輝度の向上効果を有するが判明した。

これに対して、突起の頂点を発光素子３の中心部から近づけるように内向きに傾けた比較例である発光装置２０では、光取り出し効率が３％低下することを確認した。

次に、前記実施例２における、縦断面形状が三角形であり、各三角形における２つの底角のうち該封止樹脂４の平面中心点に対して外側に位置する底角の角度が９０度となっている本実施の形態の発光装置１０Ｂを基準として、底面の形状を変化させた場合の発光素子３の直上輝度がどのようになるかについてシミュレーションにて検証した。

このときに使用した試験体について説明する。

まず、実施例３として、図５（ａ）に示すように、底面が正六角形からなる角錐の凹凸構造６を用いた。また、比較例２として、図５（ｂ）に示すように、底面が円形からなる円錐の凹凸構造６を用いた。さらに、比較例２として、底面が正三角形からなる角錐の凹凸構造６を用いた。

これらの試験体を用いて行ったシミュレーションによって得られた各発光装置１０Ｂにおける発光素子３の直上輝度の結果について、表３に基づいて説明する。尚、表３においては、実施例２における発光素子３の直上輝度を１００％として、実施例３、比較例２，３との比較を行っている。

表３に示すように、実施例３の底面正六角形からなる角錐では発光素子３の直上輝度が１００.８％であり、実施例２の底面正方形からなる角錐よりも若干の向上が確認できた。これに対して、比較例２の底面円形からなる円錐では発光素子３の直上輝度が９０．２％であり、比較例３の底面正三角形からなる角錐では発光素子３の直上輝度が９９．８％であり、実施例２の底面正方形からなる角錐よりも発光素子３の直上輝度は低下した。

この結果、凹凸構造６の底面形状が円である場合に対して、底面形状が正方形及び正六角形である場合は、直上輝度が同程度向上しており、底面がｎ角形（Ｎは３よりも大きい整数）であれば直上輝度が向上することが判った。

次に、シミュレーションによって得られた各発光装置１０Ａ・２０及び発光ダイオード１００Ｂにおける凹凸構造６・２６・１１０の突起角度の傾斜によって、配光特性がどの程度変化するかについて、図６に基づいて説明する。図６は縦軸が放射強度を示すと共に、横軸が角度を示しており、凹凸構造の突起角度の傾斜によって、配光特性がどの程度変化するかを示すグラフである。

図６に示すように、本実施の形態の発光装置１０Ａにおける凹凸構造６の突起角度を発光素子３の中心から外向き方向へ変化するに伴って、発光素子３の直上の放射強度（Ｗ／Ｓｒ）が向上している。その結果、突起角度を外向きにした発光装置１０Ａにおける発光素子３の直上の放射強度（Ｗ／Ｓｒ）は従来例である二等辺三角形の突起を有する凹凸構造１１０を備えた発光ダイオード１００Ｂに比べて８％向上することを確認した。尚、突起角度を内向きにした発光装置２０における発光素子３の直上の放射強度（Ｗ／Ｓｒ）は従来例である二等辺三角形の突起を有する凹凸構造１１０を備えた発光ダイオード１００Ｂに比べて低下することが確認された。また、発光装置１０Ｂにおいても、発光装置１０Ａと同様の傾向を有した。

以上のように、本実施の形態の発光装置１０Ａ・１０Ｂによれば、封止樹脂４の上に錘状の凹凸構造６を形成することにより、光取り出し効率を向上させることができ、また、その凹凸構造６の突起角度を発光素子３の中心から外向き方向に傾けることよって発光素子３の放射強度を向上することができることが確認された。

本発明の発光装置は、照明用光源、及び液晶ディスプレイのバックライト光源等に好適に適用することができる。

１ 基板
３ 発光素子
４ 封止樹脂
４ａ 光取り出し面
６ 凹凸構造（突起部）
６ａ 垂直立ち上がり面
６ｂ 傾斜面
１０Ａ 発光装置
１０Ｂ 発光装置
２０ 発光装置
Ｅ 辺
α 傾斜角

Claims (4)

1. 基板の上面に１つ又は複数の発光素子を有し、上記発光素子を封止樹脂にて封止してなる発光装置において、
   上記封止樹脂の光取り出し面は、基板の上面に平行に形成されていると共に、
   上記封止樹脂の光取り出し面には、複数の錐状の突起部が設けられており、
   上記各突起部を上面から見たときの該各突起部の頂点位置は、上記封止樹脂の平面中心点と各突起部における突起底面の中心点とを通る線に直交する線にて、各突起底面を２分割したときにできる２領域のうち、該封止樹脂の平面中心点に対し外側に位置する平面領域上に位置することを特徴とする発光装置。
2. 前記各突起部は、前記封止樹脂の平面中心点と各突起頂点とを通り、かつ前記封止樹脂の光取り出し面に垂直な面にて切断したときにできる縦断面形状が三角形であり、各三角形における２つの底角のうち該封止樹脂の平面中心点に対して外側に位置する底角の角度が９０度であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記各突起部を上面から見たときの該各突起部の頂点位置は、前記封止樹脂の平面中心点と各突起部における突起底面の中心点とを通る線と、各突起底面の辺とが交差する点上に位置することを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
4. 前記突起部の形状は、前記突起底面が正方形からなる四角錐であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の発光装置。

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