JP5334483B2

JP5334483B2 - 発光装置、及び発光装置を用いた照明装置

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Publication number: JP5334483B2
Application number: JP2008191212A
Authority: JP
Inventors: 和弘川畑; 敬三石丸
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: JP2010028047A

Description

本発明は、発光素子を備えた発光装置、この発光装置に用いる発光装置用基板及び照明装置に関するものである。発光装置及び照明装置は、例えば、電子ディスプレイ用のバックライト電源、蛍光ランプに好適に用いることができる。

従来から、発光素子を備えた発光装置は、発光効率の向上が求められている。そこで、特許文献１に記載されているように、窒化アルミニウム基板の表面を鏡面研摩するとともに、この表面に化学蒸着法により反射用金属層を配設した発光装置が提案されている。

これにより、窒化アルミニウム基板の表面における凹凸が小さくなるので、反射用金属層の表面における凹凸を小さくすることができる。結果として、反射用金属層の表面における反射率が高められるので、反射用金属層における発光ロスが抑制され、発光装置の発光強度を高めることができる。
特開２００７−２６６６４７号公報

特許文献１に記載されているように、窒化アルミニウム基板の表面に生じた製造工程上不可避な凹凸を鏡面研摩するとともに、この表面に化学蒸着法により反射用金属層を配設することにより、反射用金属層の表面粗さを低減することができる。しかしながら、反射用金属層の表面粗さを低減するため、窒化アルミニウム基板の表面を鏡面研摩する必要があり、製造工程が増加するとともに、製造コストが増加してしまうという問題がある。

また、反射用金属層の厚みを大きくすることにより、窒化アルミニウム基板の表面の凹凸の影響を小さくすることも可能であるが、この場合、反射用金属層自体の表面の凹凸が大きくなってしまうため、反射用金属層の表面を鏡面研摩する必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、透光性基体の表面を鏡面研摩する必要なく、金属反射部材の表面における発光ロスを小さくした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、主面と該主面の反対側に位置する裏面とを有する透光性基体と、
該透光性基体の主面上に配設された発光素子と、前記透光性基体の裏面上に配設された透光性樹脂と、該透光性樹脂の裏面上に配設された金属反射部材と、を備え、前記透光性基体の裏面の端部上に位置する前記透光性樹脂の厚みが、前記透光性基体の裏面の中央部分上に位置する前記透光性樹脂の厚みよりも大きい。

本発明の発光装置によれば、主面と主面の反対側に位置する裏面とを有する透光性基体と、該透光性基体の主面上に配設された発光素子と、前記透光性基体の裏面上に配設された透光性樹脂と、該透光性樹脂の裏面上に配設された金属反射部材とを備えていることから、金属反射部材の表面における発光ロスが抑制され、発光装置の発光強度を高めることができる。

これは、発光素子から透光性基体へ向かって放射された光の一部が、透光性基体と透光性樹脂との境界で反射するので、透光性樹脂を通過して金属反射部材の表面に到達する光を減らすことができるからである。結果として、金属反射部材の表面における発光ロスの影響が小さくなり、発光装置の発光強度を高めることができる。

以下、本発明の参考例の発光装置及び発光装置用基板について図面を用いて詳細に説明する。

図１〜３に示すように、本発明の第１の参考例にかかる発光装置１は、主面３Ａと主面３Ａの反対側に位置する裏面３Ｂとを有する透光性基体３と、透光性基体３の裏面３Ｂ上に配設された透光性樹脂５と、透光性樹脂５の裏面３Ｂ上に配設された金属反射部材７と、を具備する発光装置用基板９と、透光性基体３の主面３Ａ上に配設された発光素子１１と、備えている。

このように、本参考例の発光装置１（発光装置用基板９）は、透光性樹脂５の裏面３Ｂ上に配設された金属反射部材７を備えており、図３において矢印Ｘで示すように、発光素子１１から放射されて透光性樹脂５を通る光を金属反射部材７の表面で反射させることができる。

さらに、本参考例の発光装置１（発光装置用基板９）は、主面３Ａと主面３Ａの反対側に位置する裏面３Ｂとを有する透光性基体３と、透光性基体３の裏面３Ｂ上に配設された透光性樹脂５とを備えていることから、発光素子１１から放射された光の一部を透光性基体３と透光性樹脂５との境界で反射させることができるので、透光性樹脂５を通過して金属反射部材７の表面に到達する光を減らすことができる。透光性基体３と透光性樹脂５の界面で光を反射させることができる。

具体的には、図３において矢印Ｙで示すように、発光素子１１から透光性基体３へ向かって放射された光の一部を透光性基体３と透光性樹脂５との境界で反射させることができる。そのため、金属反射部材７の表面における発光ロスが抑制され、発光装置１の発光強度が高められる。

透光性基体３としては、光透過性の高いものを用いることが好ましく、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂のような樹脂、窒化アルミ、アルミナのようなセラミックス及びガラスを用いることができる。

特に、発光素子１１で発生した熱を放熱させるために、透光性基体３として、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。具体的には、上記する窒化アルミ、アルミナのようなセラミックスを用いることが好ましい。

発光素子１１としては、駆動電力により光を発生させることのできる素子を用いればよい。例えば、半導体材料からなる発光ダイオードを用いることができる。具体的には、ＧａＡｓ、ＧａＮ或いはＡｌＮを主成分とする発光ダイオードを用いることができる。

透光性樹脂５としては、光透過性の高いものを用いることが好ましく、透光性基体３と同様に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような透明樹脂を用いることができる。なお、透光性樹脂５と透光性基体３との界面で発光素子１１からの放射光を反射させるため、透光性樹脂５は透光性基体３とは異なる成分からなる必要がある。具体的には、透光性基体３として、上記する樹脂のような第１の部材を用い、透光性樹脂５として、第１の部材とは異なる第２の部材を用いればよい。

また、ＳｉＯ_２のような無機成分を樹脂と化学結合させておく、或いはＳｉＯ_２のような無機成分を微粒子状態で樹脂中に混入させておくことにより、透光性基体３と透光性樹脂５の成分を異ならせることができる。このように、透光性基体３及び透光性樹脂５として同じ成分の樹脂を用いていても、混入される無機成分の成分や量を異ならせることで、透光性基体３と透光性樹脂５の界面で光を反射させることができる。

また、このように透光性樹脂５と透光性基体３とが同じ樹脂を主成分とする場合には、透光性樹脂５と透光性基体３との接合性を高めることができる。また、透光性樹脂５と透光性基体３とが同じ樹脂を主成分とすることにより、熱膨張差を小さくすることもできる。

また、透光性樹脂５と透光性基体３とが同じ無機成分を含有していることが好ましい。透光性樹脂５と透光性基体３の界面において、透光性樹脂５の含有する無機成分と透光性基体３の含有する無機成分とが結合するため、これらの無機成分がアンカー効果となって、透光性基体３と透光性樹脂５の接合性を高めることができるからである。

また、透光性樹脂５の屈折率が透光性基体３の屈折率よりも小さいことが好ましい。本参考例の発光装置１においては、発光素子１１が、透光性基体３の主面３Ａ上に配設され、透光性樹脂５が、透光性基体３の裏面３Ｂ上に配設されていることから、発光素子１１からの放射光は、透光性基体３から透光性樹脂５に向かって入射する。このとき、透光性樹脂５の屈折率が透光性基体３の屈折率よりも小さいことにより、透光性基体３中を通って透光性基体３と透光性樹脂５の界面に入射する光が、透光性基体３と透光性樹脂５の界面において反射しやすくなるからである。これにより、発光装置１の発光効率をさらに向上させることができる。

また、透光性樹脂５は、金属粒子を含有していることが好ましい。透光性樹脂５が金属粒子を含有していることにより、透光性樹脂５内で光を散乱させることができるので、全反射されない領域でも、反射率を高めることができる。また、発光装置１からの放射光の輝度のばらつきを小さくすることもできる。

また、本参考例の発光装置１は、透光性樹脂５の裏面３Ｂ上に配設された金属反射部材７を備えている。金属反射部材７としては、反射率の高いものを用いればよく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕなど金属を用いることができる。さらに、金属薄膜としてＡｇ，Ｃｕのように腐食しやすい部材を用いる場合には、金属薄膜の表面をＮｉのような腐食しにくい部材で被覆することが好ましい。

金属反射部材７を透光性樹脂５の裏面３Ｂ上に配設する場合に、予め形成された金属反射部材７を透光性樹脂５の裏面３Ｂ上に配設してもよいが、金属ペーストを透光性樹脂５の裏面３Ｂ上に配設することにより、金属反射部材７を配設することが好ましい。金属部材と比較して樹脂表面は製造工程において不可避な凹凸が小さいので、金属反射部材７と透光性樹脂５の接合面における金属反射部材の表面の凹凸を小さくすることができるからである。

従来の発光装置においては、金属反射部材７の表面のうち透光性樹脂５との接合面と反対側の面が反射面として用いられていたが、金属反射部材７の表面のうち透光性樹脂５との接合面が反射面として作用するので、上記のように金属ペーストを透光性樹脂５の裏面３Ｂ上に配設することにより、金属反射部材７の反射面における凹凸を小さくすることができる。

また、本参考例の発光装置１のように、発光素子１１を被覆する透光性の被覆部材１３を備えていることが好ましい。発光素子１１が外気に露出されていると、長時間の使用により発光素子１１の耐久性が低下する可能性があるが、透光性の被覆部材１３により発光
素子１１が被覆されている場合には、発光効率を大きく低下させることなく、発光素子１１の耐久性を向上させることができるからである。また、被覆部材１３は上に凸の形状になっていることが好ましい。これにより、発光素子１１から斜め上方に放出された光に対しても発光素子１１と被覆部材１３の表面との間隔を短くすることを抑制できるからである。これにより、被覆部材１３による光の吸収を抑制できるので、発光装置１の発光効率を高めることができる。

被覆部材１３としては、透光性基体３と同様に、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような透明樹脂を用いることができる。特に、被覆部材１３と透光性基体３とが同じ樹脂を主成分とすることが好ましい。これにより、被覆部材１３と透光性基体３との接合性を高めることができる。また、被覆部材１３と透光性基体３とが同じ樹脂を主成分とすることにより、熱膨張差を小さくすることができる。

また、被覆部材１３の屈折率が透光性基体３の屈折率よりも大きいことが好ましい。図３において矢印Ｚで示すように、被覆部材１３中を通って透光性基体３と被覆部材１３の界面に入射する光が、透光性基体３と被覆部材１３の界面において反射しやすくなるからである。これにより、発光装置１の発光効率をさらに向上させることができる。

次に、本発明の第２の参考例について説明をする。

図４に示すように、本参考例の発光装置１は、第１の参考例と比較して、透光性基体３及び透光性樹脂５が孔部１５を有し、孔部１５に配設された通電部材１７を備えている。そして、通電部材１７を介して発光素子１１と金属反射部材７とが電気的に接続されている。

本参考例の発光装置１においては、樹脂と金属反射部材７の接合面が反射面であるため、金属反射部材７の厚みを大きくしたとしても、金属反射部材７の反射面における反射率に影響しない。言い換えれば、金属反射部材７の反射率を低下させることなく、金属反射部材７の厚みを大きくすることができる。そのため、本参考例のように、発光素子１１と金属反射部材７とが電気的に接続され、金属反射部材７を介して発光素子１１に通電する場合において、より大きな電流を流すことができる。これにより、発光装置１の発光強度を高めることができる。

次に、本発明の第１の実施形態について説明をする。

図５、６に示すように、本実施形態の発光装置１は、第１の実施形態と比較して、透光性基体３の裏面３Ｂの端部上に位置する透光性樹脂５の厚みが、透光性基体３の裏面３Ｂの中央部分上に位置する透光性樹脂５の厚みよりも大きい。

発光素子１１は、通電することにより発光すると同時に発熱する。そのため、この発熱により透光性基体３及び透光性樹脂５が熱膨張して、透光性基体３と透光性樹脂５の界面に熱応力が加わって反りが生じる可能性がある。透光性樹脂５が平板状である場合、透光性基体３の端部に相対的に大きな熱応力が加わり、上記の反りが大きくなる可能性がある。

しかしながら、図５、６に示すように、透光性基体３の裏面３Ｂの端部上に位置する透光性樹脂５の厚みＬ１が、透光性基体３の裏面３Ｂの中央部分上に位置する透光性樹脂５の厚みＬ２よりも大きいことにより、透光性基体３の端部における上記の反りに対する耐久性を相対的に高めることができる。そのため、透光性基体３の端部に相対的に大きな熱応力が加わることを抑制して、発光装置１の形状が変化する可能性を抑制することができる。

特に、図５、６に示すように、透光性樹脂５は、透光性基体３の裏面３Ｂの中央部分上に位置する部分から透光性基体３の裏面３Ｂの端部上に位置する部分に向かって、厚みが漸次大きくなることが好ましい。これにより、透光性基体３と透光性樹脂５の界面において、一部の個所に応力が集中する可能性を低減することができるからである。

次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。

図７に示すように、本実施形態の発光装置１は、透光性基体３の主面３Ａ上に配設され、発光素子１１から発光される光を反射する反射面を有する反射部材１９を備えている。上記のような反射部材１９を備えることにより、発光素子１１から放出された光を集光して、所望の光出射方向へ放出することができる。

より具体的には、図７に示すように、透光性基体３の主面３Ａ上であって発光素子１１を取り囲むように位置し、内周面が発光素子１１から発光される光を反射する反射面である枠状の反射部材１９を用いることができる。

反射部材１９としては、発光素子１１と対抗する面における光の反射率が高いものであれば良く、例えば、Ａｌ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属を用いることができる。また、アルミナセラミックスなどのセラミックス及びエポキシ樹脂などの樹脂の表面に、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕなどの反射率の高い金属薄膜が配設されたものを反射部材１９として用いることもできる。さらに、金属薄膜としてＡｇ，Ｃｕのように腐食しやすい部材を用いる場合には、金属薄膜の表面をＮｉのような腐食しにくい部材で被覆することが好ましい。

次に、本発明の一実施形態にかかる照明装置について説明する。

図８に示すように、本実施形態の照明装置２１は、上記の実施形態に代表される発光装置１と、発光装置１が搭載される搭載板２３と、発光装置１に通電する電気配線２５と、発光装置１から出射される光を反射する光反射手段２７とを備えている。

本実施形態の照明装置２１における発光装置１は搭載板２３上に載置される。このとき、図８に示すように、本実施形態の照明装置２１は、下方を照明するように形成されているため、発光装置１は発光素子１１が透光性基体３よりも下方に位置するようにして、搭載板２３上に載置される。本実施形態の照明装置２１においては、電気配線２５を通じて発光装置１に通電することにより、発光素子１１が光を射出する。そして、光反射手段２７により、上記射出された光を反射させることで所望の方向を照らす照明装置２１として機能する。

照明装置２１は、発光装置１一つのみ備えていてもよく、また、図８に示すように、複数備えていても良い。また、発光装置１を複数備えている場合には、各発光装置１を電気配線２５により、直列配置としても、並列配置としても良い。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。

本発明の第１の参考例にかかる発光装置を示す斜視図である。図１に示す参考例の断面図である。図２における領域Ａを拡大した拡大断面図である。本発明の第２の参考例にかかる発光装置を示す断面図である。本発明の第１の実施形態にかかる発光装置を示す斜視図である。図５に示す実施形態の断面図である。本発明の第２の実施形態にかかる発光装置を示す断面図である。本発明の一実施形態にかかる照明装置を示す斜視断面図である。

符号の説明

１・・・発光装置
３・・・透光性基体
３Ａ・・・主面
３Ｂ・・・裏面
５・・・透光性樹脂
７・・・金属反射部材
９・・・発光装置用基板
１１・・・発光素子
１３・・・被覆部材
１５・・・孔部
１７・・・通電部材
１９・・・反射部材
２１・・・照明装置
２３・・・搭載板
２５・・・電気配線
２７・・・光反射手段

Claims

主面と該主面の反対側に位置する裏面とを有する透光性基体と、該透光性基体の主面上に配設された発光素子と、前記透光性基体の裏面上に配設された透光性樹脂と、該透光性樹脂の裏面上に配設された金属反射部材とを備え、
前記透光性基体の裏面の端部上に位置する前記透光性樹脂の厚みが、前記透光性基体の裏面の中央部分上に位置する前記透光性樹脂の厚みよりも大きいことを特徴とする発光装置。
前記透光性基体及び前記透光性樹脂が孔部を有し、該孔部に配設された通電部材を備え、該通電部材を介して前記発光素子と前記金属反射部材とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記透光性樹脂の屈折率が前記透光性基体の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記透光性樹脂は、前記透光性基体の裏面の中央部分上に位置する部分から前記透光性基体の裏面の端部上に位置する部分に向かって、厚みが漸次大きくなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記透光性樹脂は、金属粒子を含有していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置と、前記発光装置が搭載される搭載板と、前記発光装置に通電する電気配線と、前記発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを備えた照明装置。