JP2014082404A

JP2014082404A - 発光装置

Info

Publication number: JP2014082404A
Application number: JP2012230572A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Katsumata; 敏伸勝俣; Yuji Omori; 祐治大森; Takae Iwai; 貴愛岩井
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: JP6054701B2

Abstract

【課題】発光素子の正面方向への発光を主として、この正面方向から周囲にバランスよく広がるように拡散させることによって、発光領域の拡大及び全体的な発光効率の向上効果が得られる発光装置を提供することである。
【解決手段】発光素子１３と、発光素子１３の発光面側に設けられる光拡散面２１とを備える発光装置１１において、前記光拡散面２１には複数の微小突起２２が設けられ、この複数の微小突起２２は、それぞれが前記光拡散面２１から傾斜して立ち上がる傾斜面と、この傾斜面の頂部を平坦化してなる頂上面とを有した錐台形に形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、光拡散面を備えた発光装置に関するものである。

近年、電球や蛍光灯に代わる照明用の光源として、複数の発光素子（ＬＥＤ）を用いた発光装置が採用されるようになってきている。ＬＥＤは電球等に比べて低消費電力であるが、指向性が狭いため、発光側に光拡散面や光反射面を設けるなどして指向性を広く、また、発光量を高めるような工夫がなされている。

特許文献１には、ＬＥＤにおける光の取り出し効率を向上させた発光装置が示されている。この発光装置では、基板上にエッチングによって凹凸形成した光散乱体からなる透明な膜を設けることで発光効率の改善を図っている。また、特許文献２では、複数のＬＥＤと対向する配光レンズシートを設け、この配光レンズシートに形成されている凸状のレンズ部を介してＬＥＤから発せられる光の拡散や集光作用を得るようになっている。引用文献３には、ＬＥＤの色度のバラツキを低減させるためのＬＥＤの製造方法が開示されている。ここでは、発光素子を封止する封止体の表面をトリミング加工することによって、発光素子から発せられる光の色度が調整できるようになっている。

特開２０１０−２４５０５６号公報特開２０１１−１１９０８６号公報特開２００９−１５８５４１号公報

特許文献１に記載の発光装置にあっては、光散乱体に形成される凹凸の配列や大きさを不規則にすることによって、光の散乱範囲を広くすることができるが、製品によって発光のバラツキが生じるといった問題があった。また、特許文献２に開示されている配光レンズシートは、主に集光を目的とするものであって、指向性に関しては限定される場合がある。特許文献３は封止体をトリミング加工しながら色度を調整するものであり、特定の方向に対して指向性や光量を定めたりするものではない。このように、散乱効果を高めると発光のバラツキが生じやすく、集光効果を高めると発光の範囲が狭まりやすいといった問題があり、両者の作用をバランスよく兼ね備えた発光装置が望まれていた。

そこで、本発明の目的は、発光素子の正面方向への発光を主として、この正面方向から周囲にバランスよく広がるように拡散させることによって、発光領域の拡大及び全体的な発光効率の向上効果が得られる発光装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、発光素子と、発光素子の発光面側に設けられる光拡散面とを備える発光装置において、前記光拡散面には複数の微小突起が設けられ、複数の微小突起の各々が錐台形であることを特徴とする。

本発明に係る発光装置によれば、発光素子の発光面側に錐台形の微小突起を複数配列した光拡散面を設けているので、発光素子から発せられる光の指向性を広範囲に広げることができる。

前記微小突起は、光拡散面から傾斜して立ち上がる傾斜面と、この傾斜面の頂部を平坦化した頂上面とを有しているので、立体感のある発光効果が得られる。

前記微小突起の形状や高さ、あるいは、配列間隔を変えることで、各種の光拡散パターンが得られる。

また、前記微小突起を薄い樹脂シート面に複数配置した光拡散シートを形成することによって、透光性樹脂層等を直接加工することなく、発光素子の発光面側に適宜貼着するだけで容易に光拡散面を形成することができる。

本発明の発光装置の断面図である。上記発光装置のＡ部の拡大断面図である。第１の光拡散面のパターン形状を示す斜視図である。第２の光拡散面のパターン形状を示す斜視図である。上記光拡散面の他の実施例における拡大断面図である。高さの異なる微小突起の配列例を示す断面図である。光拡散シートの装着例を示す断面図である。上記発光装置の第１の応用例を示す断面図である。上記発光装置の第２の応用例を示す断面図である。

図１は本発明の発光装置１１の断面構造を示したものである。この発光装置１１は、電極パターン（図示せず）が形成された基板１２と、該基板１２上に実装される発光素子１３と、該発光素子１３の上面に設けられる蛍光体層１４と、該蛍光体層１４の上面を露出するようにして発光素子１３の周囲に設けられる枠樹脂１５と、前記蛍光体層１４及び枠樹脂１５の露出面を覆う透光性樹脂層１６と、該透光性樹脂層１６の表面の所定箇所に設けられる光拡散面２１とによって構成されている。

基板１２は、ガラスエポキシやＢＴレジン等によって、前記発光素子１３が複数実装可能な平面サイズを有して形成される。また、各発光素子１３が実装される箇所には素子電極が載置される外部電極やこれらの外部電極同士を連通させるための電極パターンや電極端子（図示せず）が設けられている。

発光素子１３は、一対の素子電極（図示せず）を下面に備えた微小な四角形状のシリコンチップであり、前記素子電極と基板１２上の外部電極（図示せず）とがハンダバンプを介して電気的に接続される。この発光素子１３は、青色発光，赤色発光，黄色発光等の各種の発光色を有する素子群の中から選択して使用することができる。例えば、一般照明用として白色系の発光色を出すための青色発光素子の場合には、主に窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。このような青色素子は、サファイアガラスからなるサブストレートと、このサブストレートの上にＰ型半導体、Ｎ型半導体を拡散成長させた拡散層（Ｐ層及びＮ層）とからなっている。前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体はそれぞれＰ型電極、Ｎ型電極を備えており、このＰ型電極、Ｎ型電極の露出する部分が前記各電極となっている。赤色素子の場合には、ＰＮ構造は前記青色素子と同様であるが、アルミニウムガリウムヒ素あるいはガリウムヒ素リン系の半導体を用いて形成される。

蛍光体層１４は、発光素子１３から発せられる光の波長を変化させることによって、様々な発光色を出させるものであり、透明インクに顔料と蛍光体を混合した混合インクを用いて透光性の樹脂板に印刷することにより形成されている。顔料は、発色を良好にするものであり、蛍光体励起波長に近い発色のものが混合される。

枠樹脂１５は、前記各発光素子１３を基板１２上に固定するために設けられており、前記蛍光体層１４の上面が露出するような高さに満たされている。

透光性樹脂層１６は、エポキシ等の透光性の樹脂によって形成され、発光素子１３から発せられる光を外部に向けて透過させると共に、枠樹脂１５及び蛍光体層１４の上面を保護するために設けられる。この透光性樹脂層１６の上面１６ａの一部には、前記発光素子１３から発せられる光の指向性を変化させるための光拡散面２１が設けられる。この光拡散面２１は、図２に示すように、透光性樹脂層１６の上面１６ａに突出する複数の微小突起２２と、該微小突起２２が形成されていない透光性樹脂層１６の上面１６ａが露出する平面部２３とによって構成され、発光素子１３の発光面側を中心とする一定範囲に設定される。

前記光拡散面２１を構成する微小突起２２は、図２に示したように、透光性樹脂層１６の上面１６ａと同一面となる円形又は角形の輪郭からなる底部２４と、該底部２４から上方に傾斜して延びる傾斜面２６と、該傾斜面２６の頂上部を水平方向に切り取るようにして平坦状にした頂上面２５とからなる円形又は角形の錐台形によって形成されている。図３は四角形状の底部２４ａ，傾斜面２６ａ及び頂上面２５ａからなる四角錐台形の微小突起２２ａを配列させた光拡散面２１ａの形成例であり、図４は円形状の底部２４ｂ，傾斜面２６ｂ及び頂上面２５ｂからなる円錐台形の微小突起２２ｂを配列させた光拡散面２１ｂの形成例である。なお、微小突起２２の形状としては、前記四角錐台の他に三角錐台や五角以上の多角錐台形とすることもできる。

前述した各種形状の微小突起２２は、いずれも頂上面２５が底部２４よりも狭く、互いに平行面となっている。また、傾斜面２６も前記底部２４及び頂上面２５の形状に沿った対称形の外周面となっている。なお、微小突起２２は、透光性樹脂層１６と同じ透光性の樹脂部材によって形成される。

前記微小突起２２は、図２に示したように形状及び高さを均一に設定する他、図５に示すように、高い微小突起２２ｃと低い微小突起２２ｄを交互に配列するなど、一定の規則性を有して配列させることもできる。高い方の微小突起２２ｃは、低い方の微小突起２２ｄよりも傾斜面２６ｃの傾斜が大きくなると共に面積も広くなるので、頂上面２５ｃから発せられる光よりも、傾斜面２６から発せられる光の方が多くなる。これによって、光の拡散範囲が広がると共に、頂上面２５ｃと底部２４ｃとの高低差によって立体感のある発光が得られる。一方、低い方の微小突起２２ｄにあっては、傾斜面２６ｄの面積が狭く、頂上面２５ｄと底部２４ｄとの高低差も小さくなるので、拡散効果を抑えた発光が得られる。このように、高低差のある微小突起２２ｃ，２２ｄを混在させて配列することによって、目的や用途に応じた発光の視覚効果を得ることができる。

前記複数の微小突起２２の配列からなる光拡散面２１は、図２乃至図４に示したように、各微小突起２２がレンズのような作用を有することとなるので、頂上面２５からは上方に向けて集光し、傾斜面２６からはその傾斜面に沿って四方に拡散した光を発することができる。一方、各微小突起２２の間は透光性樹脂層１６の上面１６ａが露出する平面部２３となっており、この平面部２３からの発光によって全体的な明るさやバランスを維持している。

前記微小突起２２の配列は、例えば、図３及び図４に示したように、上下左右に隣接する微小突起同志の間隔を均一にした升目状配列や、光拡散面２１の中心部に配置した微小突起２２から放射状に広がるようにした放射状配列などとすることができ、照明範囲や照明強度に応じて適宜選択することができる。また、前述したように、微小突起２２の高さ、あるいは、円錐台や角錐台による形状を選択することによって、光拡散面２１全体の散乱効果を多様に変化させることができる。例えば、図６に示すように、微小突起２２を発光素子１３の発光側の中心部から外周部に向かって次第に高くあるいは低くなるように配列することによって、発光素子１３の中心部や外周部の指向性に対応させるように規則的になだらかに変化する光拡散効果を得ることができる。

前記光拡散面２１は、透光性樹脂層１６の上面１６ａを凹設するか、凹凸部が形成された金型に樹脂材を充填することによって、微小突起２２を形成することができる。また、前記透光性樹脂層１６の他に、蛍光体層１４や発光素子１３の上面を凹設等することによって光拡散面２１とすることができる。このように、発光素子１３に直接あるいは近接した位置に光拡散面２１を設けることで光拡散効果が高まると共に、明るくムラのない発光が得られる。

上記実施形態は、透光性樹脂層１６等の上面を加工等することによって、微小突起２２を有した光拡散面２１を形成したが、図７に示すように、光拡散面２１を前記透光性樹脂層１６等とは別体で形成した光拡散シート３１を透光性樹脂層１６等に貼着することもできる。この光拡散シート３１は、平面状の薄い樹脂シート３２と、この樹脂シート３２の上面に配列されている複数の微小突起３３とによって形成されている。前記樹脂シート３２と微小突起３３とは、透光性の樹脂によって一体形成され、樹脂シート３２の裏面は粘着面３４となっている。前記微小突起３３は、上記実施形態で示したように、円形あるいは角形の底部及び頂上面を有した錐台形となっている。前記微小突起３３の形状やサイズは、目的とする光拡散効果が得られるように、何種類か用意しておくことができる。このような光拡散シート３１を予め形成することによって、発光素子の発光面側、蛍光体層、透光性樹脂層等を直接加工等することなく、用途や目的に応じた光拡散効果を得ることができる。

図８に示すように、上記光拡散面２１を有した発光装置１１は、導光板３５の光源とすることができる。ここで用いられる発光装置３６は、前記導光板３５の厚みと同じで幅方向に延びる基板１２と、この基板１２の長手方向に沿って配置される複数の発光素子１３と、この発光素子１３の上面及び下面を遮光する一対の遮光板３７と、前記発光素子１３の上方を封止する透光性樹脂層１６とを備え、前記透光性樹脂層１６の上面が上記実施形態で示したような複数の微小突起２２の配列による光拡散面２１となっている。この光拡散面２１を導光板３５の側面に向けて配置することによって、導光板３５への入光効率を一層高めることができる。

図９は光拡散面２１を有した発光装置１１をフレネルレンズ４１に対応する光源として使用した例を示したものである。このフレネルレンズ４１は、通常の球面レンズを同心円状の領域に分割し厚みを減らしたレンズであり、入光部４２となる部分が鋸状の断面形状となっている。このような複雑な形状をしたレンズ対応の発光装置にあっては、レンズの中心部から外周部に向けて微小突起の形状や高さを次第に変化させたり、配置間隔を詰め、あるいは、広げたりすることによって、レンズの種類や形状等に適した光源とすることができる。

１１発光装置
１２基板
１３発光素子
１４蛍光体層
１５枠樹脂
１６透光性樹脂層
１６ａ上面
２１光拡散面
２２微小突起
２２ａ，２２ｂ微小突起
２２ｃ，２２ｄ微小突起
２３平面部
２４底部
２４ａ，２４ｂ底部
２４ｃ，２４ｄ底部
２５頂上面
２５ａ，２５ｂ頂上面
２５ｃ，２５ｄ頂上面
２６傾斜面
２６ａ，２６ｂ傾斜面
２６ｃ，２６ｄ傾斜面
３１光拡散シート
３２樹脂シート
３３微小突起
３４粘着面
３５導光板
３６発光装置
３７遮光板
４１フレネルレンズ
４２入光部

Claims

発光素子と、発光素子の発光面側に設けられる光拡散面とを備える発光装置において、
前記光拡散面には複数の微小突起が設けられ、複数の微小突起の各々が錐台形であることを特徴とする発光装置。
前記複数の微小突起は、それぞれが前記光拡散面から傾斜して立ち上がる傾斜面と、この傾斜面の頂部を平坦化した頂上面とを備える請求項１に記載の発光装置。
前記光拡散面には、複数の微小突起が升目状に又は放射状に配列されてなる請求項１又は２に記載の発光装置。
前記光拡散面は、同一の高さを有する複数の微小突起が配列によって形成され、又は高さの異なる微小突起を含む複数の微小突起の配列によって形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の発光装置。
前記発光素子の発光面側に蛍光体層が設けられ、この蛍光体層の表面に前記微小突起を有する光拡散面が形成される請求項１に記載の発光装置。
前記発光素子の発光面側に透光性樹脂層が設けられ、この透光性樹脂層の表面に前記微小突起を有する光拡散面が形成される請求項１に記載の発光装置。
前記光拡散面は、前記発光素子の発光面側に貼着可能な樹脂シートと、この樹脂シート上に配置される複数の前記微小突起とによって形成される請求項１に記載の発光装置。