JP4645240B2

JP4645240B2 - 面状発光装置

Info

Publication number: JP4645240B2
Application number: JP2005067853A
Authority: JP
Inventors: 慶真帯刀; 徳文服部
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP2006252951A

Description

本発明は面状発光装置に関する。詳しくは、発光素子の光を面状光に変換する面状発光装置に関する。

発光素子の光を導光板によって面状の光に変換する面状発光装置が、液晶モニタや携帯電話のバックライトなど様々な用途に利用されている。このような面状発光装置では導光板の端面に対向するように発光素子が配置され、発光素子の光は導光板の端面を介して導光板内へと取り込まれる。一般に、光の導入効率を高めるために発光素子は導光板の端面にできるだけ近接して配置される。しかし、いくら近接して発光素子を配置したとしても、入射面となる導光板端面が平面であるため、浅い入射角の光は入射の際に導光板端面で反射されてしまう。このような反射現象によって一部の光を有効に利用できず、十分な輝度の面状光を得られないという問題があった。
一方、特開２００２−２６０４２３号公報（特許文献１）や特表２００２−５３８５７７号公報（特許文献２）に開示される面状発光装置では、発光素子を導光板に埋入（インモールド）するによって、上記のような導光板への導入の際に生ずる光のロスをなくし、光の利用効率を高めている。尚、特許文献３にも面状光源装置が開示される。

特開２００２−２６０４２３号公報特表２００２−５３８５７７号公報特開平１０−１９９３２１号公報

導光板材料内への発光素子のインモールドは、溶融状態の導光体材料（熱可塑性樹脂材料）を用いた射出成形等によって行われる。従って、インモールドする際に発光素子や、発光素子と実装基板との接合部等が熱や圧力の影響によって損傷するおそれがあった。
そこで本発明は、高い光利用率を確保しつつ、高い歩留まりで製造可能な面状発光装置を提供することを目的とする。

本発明は以上の目的を達成するために、以下の構成を提供する。即ち、
発光面を有し、光透過性の高い熱可塑性樹脂材料を用いた射出成形によって形成された導光板と、
無機ガラスで封止された発光素子を有する発光装置であって、前記導光板の一端部に埋入されている発光装置と、
を備えてなる面状発光装置である。

本発明では、無機ガラスで封止された状態の発光素子を有する発光装置が導光板にインモールドされている。従って、導光体材料で発光装置をインモールド成形する際、発光素子や、発光素子と基板との接合部などが無機ガラスで保護される。即ち、熱や圧力に対して耐性の高い無機ガラスで予め発光素子を封止しておくことによって、インモールド成形時の熱や圧力の影響を発光素子などが受けることを防止できる。これによって、発光素子を導光板にインモールドすることで高い光利用率を確保できる面状発光装置を高い歩留まりで製造可能となる。

本発明では導光体を板状に成形した導光板が使用される。典型的には平板状の導光板が使用されるが、平板状を基本として一部に凹凸を形成した形状や、一端側から他端側に向かって厚さが連続的又は段階的に変化する形状、或は略棒状の形状であってもよい。導光板には発光面が形成される。六面体からなる平板状の導光板を用いる場合を例に採れば、面積が最大の面のいずれか片方を発光面とすることができる。

導光板の端部（以下、「光導入部」ともいう）には、発光素子を有する発光装置が埋入（インモールド）される。このように、本発明は導光板内に発光装置が直接組み込まれていることを一つの特徴とする。この特徴によって、発光装置の光は実質的なロスのない状態で導光板内へと導入され、光利用率の高い面状発光装置が構成される。発光装置内の発光素子は無機材料で封止された状態である。これによって、導光体材料でインモールド成形する際、発光素子や発光素子と基板との接合部などが無機材料で保護される。即ち、熱や圧力に対して耐性の高い無機材料で予め発光素子を封止しておくことによって、インモールド成形時の熱や圧力の影響を発光素子などが受けることを防止できる。

無機材料としてガラス材料又はセラミックスを用いることができる。好ましくは、低融点ガラスを用いる。低融点ガラスとしてはＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５系、Ｂ_２Ｏ_３−Ｆ系、Ｐ_２Ｏ_５−Ｆ系、Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３系、及びＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系から選択されるものを用いることができる。これらの低融点ガラスはいずれも３５０℃〜６００℃においてプレス成形が可能である。尚、これらの材料の自然溶着によって発光素子を封止することもできる。
低融点ガラスの具体例を以下に示す。
Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ系の低融点ガラス（熱膨張率：１１．４×１０^−６／℃、屈伏点：４１５℃、屈折率１．５９、内部透過率：９９％（４７０ｎｍ））
ＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５系の低融点ガラス（熱膨張率：１２．１×１０^−６／℃、屈伏点：５０７℃、屈折率１．６９、内部透過率：９８％（４７０ｎｍ））
Ｂ_２Ｏ_３−Ｆ系の低融点ガラス（熱膨張率：６．９×１０^−６／℃、屈伏点：５３９℃、屈折率１．７５、内部透過率：９８％（４７０ｎｍ））
ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３系の低融点ガラス（熱膨張率：８．３×１０^−６／℃、屈伏点：５５９℃、屈折率１．８１、内部透過率：９９％（４７０ｎｍ））
Ｐ_２Ｏ_５−Ｆ系の低融点ガラス（熱膨張率：１６．９×１０^−６／℃、屈伏点：３６３℃、屈折率１．５４、内部透過率：９９％（４７０ｎｍ））

後述の発光素子との組合せに関して、アッベ数が４０以下、屈折率が１．６以上の無機材料を採用し、発光波長が５４６．１ｎｍ（Ｎａのｅ線の波長）以下の発光素子をこれに組み合わせて使用することが好ましい。即ち、高屈折材料内で発光される光の外部量子効率は、発光される光の波長に対する封止部材の屈折率が高い方が有利である。光学材料の屈折率はＮａのｄ線によって定義されるが、一般に短波長ほどその屈折率は高くなり、光の波長に対する屈折率の変化の度合いがアッペ数で示される。短波長発光の発光素子との組合せにおいて、Ｎａ線のｄ線における高屈折率で、かつ、波長に対する屈折率変化の大きな無機材料を封止部材として選択することによって、樹脂を封止部材として用いた場合に問題となる黄変による光出力の低下が実質的になく、また短波長光に対して屈折率の高い材料による封止を実現でき、高い外部量子効率を得ることができる。

発光素子を、それぞれが無機材料からなる複数の封止部材で封止することもできる。この場合の各封止部材の材料として、上記と同様に、ＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５系、Ｂ_２Ｏ_３−Ｆ系、Ｐ_２Ｏ_５−Ｆ系、Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３系、及びＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系などの低融点ガラスを好適に採用することができる。
尚、無機材料で封止した発光装置の様々な例がＷＯ２００４／０８２０３６に記載されている。この公報に開示される全ての内容を参照によって引用する。

本発明の一形態では導光板の光導入部の表面が二次又は高次曲面形状となっており、光導入部と空気との界面によって光反射面が形成される。即ちこの形態では、発光装置から横方向に出射した光が導光板の光導入部と空気との界面によって反射され、導光板からの漏出が防止されるとともに、良好な導光作用に寄与できる光が生ずる。導光板の他端側へ向かう光が効率的に生成されるように、導光板の光導入部の表面形状が設計される。光導入部の具体的な表面形状としては例えば、発光装置の光軸を通り且つ導光板の発光面に垂直な断面において光導入部の外周が、部分放物線、部分楕円、若しくは部分双曲線、又はこれらの組み合わせによって規定されるものを挙げることができる。この中でも好ましいものとして部分放物線を挙げることができる。特に好ましい一形態として、本発明では上記のごとき断面における光導入部の外周が部分放物線となる光導入部（この場合には光導入部の外形が放物柱面又は放物面の一部を含むこととなる）が採用され、当該部分放物線の焦点位置に発光装置が配置される。かかる構成によれば、発光装置から横方向に出射した光を効率的に、導光板の発光面に略平行な光へと変換できる。これによって光の利用率が向上するとともに、導光板の発光面に平行な光の量が増大することによる良好な導光作用が奏される。従って、高輝度で輝度ムラの少ない面状光を発光面から出射することが可能となる。

導光板の光導入部の表面に光反射性の層（光反射層）を形成することにしてもよい。光反射を利用することによって、光導入部からの光の漏出をより確実に防止できる。光導入部表面の全体に光反射層を設け、光導入部から外部へと漏出する光の量をできるだけ少なくすることが好ましい。光反射層は光反射性材料の蒸着や塗布などによって形成することができる。光反射性材料としては例えばＡｌ、Ａｇなどの金属材料を挙げることができるが、発光装置の光に対して反射率が高い材料であれば特にその種類は問わない。少なくとも貼付面が光反射性材料からなるテープやフィルム（例えば白色材料性のテープ）を光導入部の表面に貼付することによって光反射層を形成してもよい。

光導入部以外の部分（但し発光面を除く）の表面上にも光反射層を形成することにしてもよい。例えば、発光面以外の表面を全て光反射層で被覆してもよく、このようにすれば発光面以外からの光の漏出を防止でき、光の利用効率の上昇が期待できる。尚、反射面を設ければ光の反射作用のみならず光の拡散作用も生ずる。したがって、導光板内での光の拡散が促進され、もって発光面からより均一な光の放射が可能となる。

本発明の一形態では、表面が二次又は高次曲面からなる反射部材が備えられる。そしてこの反射部材の表面を利用して、発光装置から横方向に放出した光を反射し、導光板の他端方向へ向かう光へと変換する。
反射部材は、発光装置と同様に導光板の光導入部に埋入（インモールド）された状態、又は導光板の光導入部の表面に密着した状態で使用される。前者の場合は、反射部材による反射作用が導光板内で生ずることになる。

反射部材の材質はその表面で発光素子の光を効率的に反射できる限り特に限定されない。例えば白色系の樹脂、又はＡｇ、Ａｌ等の金属を用いて反射部材を構成すればよい。また、メッキ処理等によってその表面に光反射層が形成された反射部材を用いてもよい。
光導入部の表面の一部は、そこに到達する前記発光装置の光をこの反射面によって前記導光板の他端側へと反射できる二次又は高次曲面形状となっている。このような構成によって、発光装置の光の中で導光板の他端側へと進行せずに光導入部の表面方向へと進行した光の有効利用が図られる。

ここで、光源の光量が十分でない場合や、十分な導光作用が得られない場合などでは導光板内の光の分布にムラが生ずる惧れがある。例えば、光源から離れた領域で光量が低下し、その結果導光板の発光面から放射される光において輝度ムラが発生する惧れがある。このような場合には導光板の二箇所以上の端部に光導入部を設けてもよい。

導光板の材質は発光装置の光に対して透過性であれば特に限定されない。好ましくは透明（無色透明、有色透明を含む）な材料により導光板を構成する。また、加工が容易で耐久性に優れた材料により導光板を構成することが好ましい。導光板の材料としては例えば、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート樹脂等を用いることができる。

導光板の発光面又は裏面（発光面と表裏の関係にある面）の表面に凹凸部を形成することができる。このような凹凸部は、導光板内での光の拡散を促進することや、導光板内の配光を制御して発光面からの良好な光の放出を可能にすることなどに利用される。ここでの凹凸には三角溝、角溝、丸溝などの溝形状、及びピット形状などが含まれる。異なる形状の凹凸を複数組み合わせて用いても良い。このような凹凸を連続的に形成することもでき、またドット状など不連続的に形成することもできる。また、規則的に形成されていてもランダムに形成されていてもよい。
このような凹凸部は針状あるいは鋸歯状の加工具を用いて導光板の表面の一部を削り取ることや、導光板の表面にカッティング処理や研磨処理などを施すことにより形成することができる。または所望の凹凸部が形成されるような型を用いた型成形によって導光板を作製することによっても、このような凹凸部を形成することができる。

導光板にシリカなどの光拡散剤を含有させ、導光板内での光の拡散を促進させてもよい。光拡散剤を使用する場合には、発光装置から遠い領域ほど光拡散剤の含量が多くなるようにすることが好ましい。光の到達量が減少する領域において拡散効率が上昇し、輝度ムラが軽減されるからである。

導光板の裏面に光拡散層を形成することもできる。かかる光拡散層は、導光板内の光を発光面方向の光へと変換すること、及び導光板内の光の分布を均一化することを目的として形成される。輝度ムラの少ない光を発光面から放出するために、導光板裏面の実質的な全面に光拡散層を形成することが好ましい。但し、平面視において所定のパターンが形成されるように、導光板裏面の一部に光拡散層を形成することもできる。ここでのパターンとしては不規則的なものでもよいが、光拡散層全体に亘って均一な光の反射及び拡散を行い、これによって光放射面から輝度ムラのより少ない光を照射すべく、規則的なものを採用することが好ましい。規則的なパターンとしては所望の大きさのドットがマトリックス状に形成されるもの、スリット状のパターン、格子状のパターンなどを例示できる。

導光板の裏面に、光導入部から遠ざかるにつれて発光面側にテーパーする面を形成することができる。導光板の裏面全体をこのようなテーパー面とすることもできる。例えば、導光板の上端部を光導入部とする場合において導光板の裏面を、導光板の上端部から下端部に向かってテーパーする面とする。導光板の裏面をこのようなテーパー面とした場合において、例えば発光装置をその光軸が導光板発光面に平行となるように配置すれば、導光板裏面において光導入部からの距離が遠い領域でも光が到達しやすくなる。したがって、光導入部からの距離が遠くても受光量の低下が少なくなる。このように、発光面から放出される光の輝度分布がほぼ均一化されることとなる。

発光装置内の発光素子として半導体発光素子（ＬＥＤ）が好適に用いられる。ＬＥＤは消費電力及び発熱量が小さくかつ長寿命であることから、長時間連続的に点灯させることに適した光源である。また、小型であるため光源用のスペースが少なくてすみ、本発明の面状発光装置の小型化、薄型化が可能となる。これにより面状発光装置のハンドリング性も向上する。またＬＥＤを使用した発光装置は振動、衝撃に強いことから、信頼性の高い面状発光装置を構成できるといった利点もある。
ＬＥＤの発光色は特に限定されず、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ等を採用できる。紫外領域の光を発光するＬＥＤを用いることもできる。好ましくは、最終的に白色光が得られるように一種又は発光色の異なる二種以上のＬＥＤを使用する。

本発明の一形態ではＬＥＤと蛍光体とを併用する。そしてＬＥＤの光と、ＬＥＤの光の一部を利用して蛍光体から生ずる蛍光との混合（混色）によって白色光を得る。
例えば、封止部材としての無機材料の表面を、蛍光体含有の層で被覆することにしてもよい。また、蛍光体含有層を導光板表面（例えば発光面の表面）に設けることにしてもよい。蛍光体を導光板内に含有させることにしてもよい。

蛍光体の種類は特に限定されず、有機系、無機系を問わず採用することができる。様々な蛍光色を有する蛍光体を採用することができ、例えば光の三原色である赤色、緑色、又は青色の蛍光色を有する蛍光体の他、それらの中間色を蛍光する蛍光体（例えば黄色系蛍光体）を用いることができる。複数の蛍光体を組み合わせて用いることもでき、例えば赤色系蛍光体、緑色系蛍光体、及び青色系蛍光体を混合して用いることができる。

本発明では必要に応じて複数個の発光装置を使用する。複数個の発光装置を使用する場合には、同種の発光装置を複数用いても、又は発光色などが異なる発光装置を組み合わせて用いても良い。複数個の発光装置を用いることにより、発光面積のより広い面状発光装置を構成でき、また輝度の増強を図ることができる。尚、発光装置の使用数は、各発光装置の輝度、導光板の大きさ、必要な輝度等を総合的に考慮して定めることができる。
複数個の発光装置を用いる場合には例えば、導光板の光導入部において一端側から他端側に向かって一列に発光装置が配置される。尚、複数の発光装置を用いる場合の配置態様は特に限定されるものではなく、面状発光装置に求められる発光態様を考慮して自由に設計できる。
一方、発光装置として、複数のＬＥＤを含むものを使用してもよい。この場合、同種のＬＥＤを複数用いても、又は発光色などが異なるＬＥＤを組み合わせて用いてもよい。複数個のＬＥＤを用いる応用例として、赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤ、青色系ＬＥＤの３種を用いて白色光を得る態様を挙げることができる。この態様では各ＬＥＤの発光状態、発光量を制御すれば、所望の色の光が得られる。

発光装置は、その光軸が所定の方向を向くように導光板内に配置される。例えば、導光板の発光面に光軸が略平行となるように発光装置を配置することができる。このように配置すれば良好な導光作用が得られる。

本発明の一形態では、発光装置内の発光素子を実装する基板として放熱性基板が採用される。これによって発光素子の熱が効率的に放散する。即ち、発光素子を熱から保護でき、長期に亘って安定した駆動を維持できる。
基板の材質は高い放熱性が得られる限り特に限定されない。例えばアルミ、アルミ合金、銅、又は銅合金製の基板を用いることができる。また、セラミック製の基板を用いてもよい。
基板の大きさは特に限定されない。比較的大きな基板を用いることにより、放熱性が向上するとともに導電パターンの設計及び形成が容易となる（特に、十分な大きさの電極パッドの確保が可能となり、その形成についても容易となる）。

発光素子は放熱性基板にフェイスアップ実装又はフェイスダウン実装される。フェイスダウン実装によればワイヤを使用することなく発光素子の各電極が基板の導電領域に接続される。従って、導光体材料を用いてインモールド成形する際の加熱によって発光素子の電気的接続が実質的な影響を受けることがない。これによって歩留まりよく、信頼性の高い発光装置を製造することができる。

放熱性基板を採用することによって効率的な放熱作用が奏されるが、さらなる放熱性の向上を目的としてヒートシンクを併用することが好ましい。具体的には例えば、基板の裏面に接触するヒートシンクを使用する。基板とヒートシンクとの接触面積が大きいほど高い放熱効果が得られることから、基板裏面の実質的に全体がヒートシンクに接触していることが好ましい。例えば、基板が嵌入する凹部ないし溝部（段差を含む）をヒートシンクの一部に設けることにすれば、上記のごとき基板裏面とヒートシンクとの良好な接触状態をつくることができる。この場合にはヒートシンク内に基板が埋設された状態となることになるから、薄型化も図られる。
ヒートシンクには熱伝導率の高いことが要求され、例えばその材質は銅やアルミなどである。
尚、比較的大型の基板を使用することによって十分な放熱特性が得られるようであればヒートシンクを別途設けなくてもよい。この場合には基板がヒートシンクの機能を併せ持つこととなる。

以下、実施例を用いて本発明の構成をより詳細に説明する。図１及び図２は本発明の実施例である面状発光装置１を示す図であって、図１は面状発光装置１の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。面状発光装置１は例えば液晶モニタのバックライトに利用される。
面状発光装置１は導光板１０及び発光ユニット２０を備える。導光板１０は光透過性樹脂製（例えばアクリル樹脂製）であって、略平板状の形状を有する。導光板１０の裏面１３は、光導入部１１側から他端１４側に向かって次第に発光面１２に近づくようにテーパーしている。尚、導光板１０の発光面１２及び裏面１３は共に全体に渡って平坦な面である。
導光板裏面１３の表面、及び導光板端面１４の表面には、光反射率の高い金属の蒸着による反射面１７が形成されている。一方、発光面１２の表面は鏡面状となっている。

発光ユニット２０は複数の光源装置３０と固定板２１とからなる。光源装置３０の構成を図３に示す。図３（ａ）は光源装置３０の縦断面図、図３（ｂ）は光源装置３０に使用されるＧａＮ系ＬＥＤ３１の側面図である。この光源装置３０はフリップチップ型ＧａＮ系ＬＥＤ３１と、ＬＥＤ３１を搭載するガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３２と、基板に形成されるタングステン（Ｗ）−ニッケル（Ｎｉ）−金で構成される回路パターン３３と、ＬＥＤ３１と回路パターン３３とを電気的に接続するＡｕスタッドバンプ３４と、ＬＥＤ３１を封止するとともに基板と接着されるＰ_２Ｏ_５−ＺｎＯ系ガラス封止部３５とを有する。ＬＥＤ３１は図３（ｂ）に示すようにサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる基板４０の表面に、バッファ層４１、ｎ型層４２、発光する層を含む層４３、ｐ型層４４を順次結晶成長させることによって形成されており、ｐ型層４４の表面に設けられるｐ電極４５と、ｐ型層４４からｎ型層４２の一部にかけてエッチングすることにより除去して露出したｎ型層４２に形成されるｎ電極４６とを有する。このＬＥＤ３１は７００℃以上でエピタキシャル成長され、耐熱温度は６００℃以上であり、後述する低融点ガラスを用いて封止加工を行うときの温度に安定である。
ｐ電極４５は、発光する層を含む層４３から発せられる光を基板の方向に反射する下面反射鏡として機能する。そしてサイズは０．３４ｍｍ×０．３４ｍｍ×厚さ０．０９ｍｍである。
ガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３２は熱膨張率：１２．３×１０^−６／℃であり、ビアホール３２Ａを有する。このビアホール３２Ａは、基板３２の表面及び裏面にメタライズされたＷからなる回路パターン３３を導通させている。
ガラス封止部３５は、Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ系の低融点ガラス（熱膨張率：１１．４×１０^−６／℃、屈伏点：４１５℃、屈折率１．５９、内部透過率：９９％（４７０ｎｍ））によって形成されており、金型によるホットプレス加工によってガラス含有基板３２と接着された後にダイサーでカットされることで生ずる上面３５Ａ及び側面３５Ｂを有し、矩形状である。ガラス封止部３５の表面には蛍光体含有層３６が形成されている。

低融点ガラスは、一般に樹脂において高粘度といわれるレベルより桁違いに高い粘度で加工される。また、ガラスの場合には屈伏点を数十℃越えても粘度が一般に樹脂封止レベルまで低くはならない。また、一般の樹脂成型時レベルの粘度にしようとするとＬＥＤの結晶成長温度を超える温度を要する。あるいは金型に付着するものとなり、封止・成形加工が困難になる。このため、１０^６ポアズ以上で加工することが好ましい。

光源装置３０の製造方法について以下に説明する。まず、ビアホール３２Ａを有したガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３２を用意し、ガラスＡｌ_２Ｏ_３基板３２の表面に回路パターン３３に応じてＷペーストをスクリーン印刷する。次に、Ｗペーストを印刷されたガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３２を１０００℃余で熱処理することによりＷを基板に焼き付け、さらにＷ上にＮｉめっき、Ａｕめっきを施すことで回路パターン３３を形成する。次に、ガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３２の回路パターン（表面側）３３にＧａＮ系ＬＥＤ３１をＡｕスタッドバンプ３４によって電気的に接合する。次に、ＧａＮ系ＬＥＤ３１を搭載したガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３２に対して板状のＰ_２Ｏ_５−ＺｎＯ系の低融点ガラスを平行にセットし、窒素雰囲気中で圧力を６０ｋｇｆとして４６５℃の温度でホットプレス加工を行う。この条件での低融点ガラスの粘度は１０^８〜１０^９ポアズであり、低融点ガラスはガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３２とそれらに含まれる酸化物を介して接着される。次に、低融点ガラスと一体化されたガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３２をダイサーにセットしてダイシングすることにより、矩形上の光源装置３０を分離する。
以上のようにして光源装置３０を得た後、ガラス封止部３５の表面を蛍光体含有材料でコートする。この実施例では蛍光体としてＹＡＧ系蛍光体（黄色蛍光）を含有したＳｉＯ_２系コート材を使用している。尚、複数種類の蛍光体を組み合わせて使用してもよい。

以上の構成の光源装置３０を固定板２１に固定した後、光透過性の高い熱可塑性樹脂材料（具体的にはアクリル系樹脂など）を用いた射出成形（インモールド成形、インサート成形）によって光源装置３０をインモールドする。射出成形時には光源装置３０に対して外部より熱及び圧力が加わることになるが、光源装置３０内のＬＥＤ３１やＬＥＤ３１と基板３２との接合部などは、ガラス封止部３５で封止されていることによって熱や圧力から保護される。これによって高い歩留まりで成形加工が可能となる。
尚、この実施例では合計５個の光源装置３０が等間隔かつ一列に整列した状態で固定板２１に設置されている。固定板２１はアルミ製であり、その熱伝導率が高い。従って各光源装置３０で発生した熱の一部は固定板２１を介して効率的に放散する。このように固定板２１はヒートシンクとして機能する。

以上の構成の面状発光装置１では、まずＬＥＤ３１から青色系の光が生ずる。この光はガラス封止部３５を透過し、蛍光体含有層３６に至る。一部の光は蛍光体含有層３６を通過する際に蛍光体の励起に利用される。これによって黄色系の光が発生する。この黄色系の光と、蛍光体の励起に利用されなかった青色系の光とが混合（混色）し、白色光が生ずる。このようにして各光源装置３０が放射する白色光が導光板１０に導入される。導入された光は、光導入部１１が形成される側と反対側の導光板端部１４側に向かって導光板１０内を進行する。そして一部の光は発光面１２より直接外部に放射され、他の一部の光は導光板裏面１３に至る。導光板裏面１３に至った光は反射面１７による反射作用を受け、発光面１２方向の光へ変換される。これによって得られた光の中で一定の角度以上で発光面１２に入射する光は発光面１２を介して外部に取り出される。一方、発光面１２への入射角度が十分でない光は発光面１２による反射作用を受けて再び導光板裏面１３方向の光となる。このような反射現象が繰り返された後、発光面１２に対する入射角が一定の角度以上になった光から外部に取り出される。

ここで、光源装置３０を導光板１０にインモールドすることで、光源装置３０が発光する光の実質的に全部を導光板１０内に取り込むことができる。このように光利用率が高いことから、高輝度の光を導光体発光面１２から放射することができる。
また、導入光の一部は導光板裏面１３に至るが、導光板裏面１３上に反射面１７が形成されているため、ここでの光の漏出が防止される。同時に反射面１７の反射・拡散作用によって、発光面１２側へ向かう光の生成が良好に行われるとともに導光板１０内での光密度分布が均一化され、高輝度かつ輝度ムラの少ない高品位の面状光が得られる。
また一方で導光板裏面１３をテーパー面としたことから、光導入部１１から離れた領域の導光板裏面１３における受光量の増大、及び当該領域における光の取出効率の向上が図られ、もって発光面１２から放出される面状光の輝度ムラが一層低減されることとなる。
一方、放熱性に優れた固定板２１を使用したことによって、光源装置の発熱が固定板２１を介して効率的に放散する。従って、光源装置をそれ自身の発熱から保護することでき、駆動安定性及び信頼性が向上する。

以上の実施例では蛍光体含有層３６を備えることにしたが、ガラス封止部３５内に蛍光体を含有させることにし、蛍光体含有層を省略してもよい。
また、光源装置３０のガラス封止部３５又は蛍光体含有層３６の表面に粗面加工を施してもよい。かかる構成ではガラス封止部３５又は蛍光体含有層３６の表面で良好な光拡散作用が生ずる。従って輝度ムラの少ない光を導光板１０に導入することができ、導光板発光面１２から放射する面状光の輝度の均一化につながる。この構成は、光源装置３０の光出射方向に短い導光板を使用する場合の発光輝度均一化に特に有効である。

光源装置の構成に関して他の例（光源装置３０ａ、３０ｂ）を図４及び図５に示す。図４の例ではＬＥＤ３１を直接被覆する蛍光体含有層３７が形成されている。このようにＬＥＤ３１の近傍に蛍光体含有層３７を設けることにすれば、ＬＥＤ３１の光が効率的に蛍光体に照射し、一層良好な蛍光作用が得られる。また、ガラス封止部３５内においてもＬＥＤ光と蛍光との混合（混色）が生ずることになり、混色性に優れた白色光が外部放射する。
一方、図５の例ではガラス封止部３５ａの表面が光学形状面（この例では凸レンズ面）となっている。このような構成によればガラス封止部３５ａによって放射光の配光を制御できる。尚、この例では蛍光体含有層３８をガラス封止部３５ａの表面に形成したが、図４の例と同様に、ＬＥＤ３１を直接被覆するように蛍光体含有層を形成してもよい。

以上の実施例では、独立した５個の光源装置を固定板に設置することで光源ユニットを構成している。光源ユニットとして図６に示す構成を採用することもできる。この例の光源ユニット２１では、ガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３２上に一列に実装された複数のＬＥＤ３１をまとめて低融点ガラス３５ｂで封止することにしている。かかる構成によれば、光源ユニットの製造工程を簡略化することができる。また、固定板を省略することもでき、一層簡易な構成となる。尚、この例では蛍光体含有層３９をガラス封止部３５ｂの表面に形成したが、図４の例と同様に、ＬＥＤ３１を直接被覆するように蛍光体含有層を形成してもよい。

以上の実施例と比較して、導光板の光導入部の構成が異なる面状発光装置の一例を図７及び図８に示す。尚、図７は面状発光装置２の斜視図、図８は図７のＢ−Ｂ線断面図である。この面状発光装置２に使用される導光板１０ａの光導入部１１ａは部分放物柱形状に成形されている。詳細には、図７におけるＢ−Ｂ線位置での断面（図８）においては、光導入部１１ａの外形が放物線形状となる（外周が放物線によって規定されている）。
一方、光源装置３０をインモールドする際、導光板１０ａの光導入部１１ａの外形を規定する放物線の焦点位置に、光源装置３０内のＬＥＤ３１が配置されるように光源ユニット２０ａの位置が調整されている。

以上の構成によれば、光源装置３０から横方向に放出された光は光導入部１１ａの表面方向へと進行し、光導入部１１ａと空気との界面（反射面に相当する）で反射される（図８を参照）。上述のように、光導入部１１ａの表面が放物柱面形状であって、この放物柱面形状を規定する放物線の焦点位置にＬＥＤ３１が配置されていることから、上記界面の作用によって生ずる反射光は、導光板発光面１２に対して平行ないし平行に近いものとなり、導光板１１ａ内を良好に導光する。このように光源装置３０から横方向に放出された光を有効に利用できることから、光の利用率の高い面状発光装置となる。

以上の各実施例では青色ＬＥＤと黄系蛍光体の組合せで白色光を得ることにした。白色光を得るための構成はこれに限定されるものではなく、例えば発光色の異なる二種以上のＬＥＤと蛍光体とを組み合わせた構成や、ＬＥＤに二種以上の蛍光体を組み合わせた構成など様々な構成を採用することができる。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

本発明の面状発光装置の適用対象（照明対象）としては例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）や携帯電話等の液晶モニタ、車両のライセンスプレート、屋外又は屋内で使用される指示板及び広告（板）等の情報伝達媒体、並びに書籍などを挙げることができる。尚、このような適用対象と本発明の面状発光装置とを一体的に構成することもできる。

図１は実施例の面状発光装置１を示す斜視図である。図２は面状発光装置１の断面図（図１のＡ−Ａ線位置の断面図）である。図３（ａ）は面状発光装置１に使用される光源装置３０の断面図である。図３（ｂ）は光源装置３０に使用されるＬＥＤ３１の構成を示す側面図である。図４は光源装置の他の例（光源装置３０ａ）を示す断面図である。図５は光源装置の他の例（光源装置３０ｂ）を示す断面図である。図６は光源ユニットの他の例（光源ユニット２１）を示す断面図である。図７は面状発光装置の他の例（面状発光装置２）を示す斜視図である。図８は面状発光装置２の断面図（図７のＢ−Ｂ線位置の断面図）である。

符号の説明

１２面状発光装置
１０１０ａ導光板
１１１１ａ光導入部
１２発光面
２０２１発光ユニット
３０光源装置
３１ＬＥＤ
３２ガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板
３３回路パターン
３４Ａｕバンプ
３５ガラス封止部
３６３７３８３９蛍光体含有層
４０サファイア基板
４１バッファ層
４２ｎ型層
４３発光する層を含む層
４４ｐ型層
４５ｐ電極
４６ｎ電極

Claims

発光面を有し、光透過性の高い熱可塑性樹脂材料を用いた射出成形によって形成された導光板と、
無機ガラスで封止された発光素子を有し、ヒートシンクとして機能する固定板に固定される発光装置であって、前記熱可塑性樹脂材料の射出時のインモールド成形によって該固定板が前記導光板の一端部を覆うように前記導光板の一端部に埋入されている発光装置と、
を備えてなる面状発光装置。
前記無機ガラスがＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５系、Ｂ_２Ｏ_３−Ｆ系、Ｐ_２Ｏ_５−Ｆ系、Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３系、及びＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系から選択される低融点ガラスである、請求項１に記載の面状発光装置。
前記固定板はアルミ、アルミ合金、銅、銅合金、又はセラミック製である、請求項１又は２に記載の面状発光装置。