JP6187292B2

JP6187292B2 - 発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP6187292B2
Application number: JP2014023866A
Authority: JP
Inventors: 由紀子籔田; 伊藤　浩史; 浩史伊藤
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: JP2015153477A

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

従来、複数の発光素子を有する装置であって、輝度分布の均一性を向上させるための部材を有するものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に開示された照明装置は、ＬＥＤ光源に対応する位置に同心円プリズムが形成された透明基材からなる光制御板を有する。この照明装置によれば、光制御板によって各々のＬＥＤ光源からの光を所定の角度範囲に均一に照射することができ、それによって照明装置の輝度分布が良好になるとされている。

特許文献２に開示された面状照明装置は、複数の突起からなる微細構造部が形成された構造面を有する透過率分布シートと、光を拡散させつつ透過させる指向性補償シートを有する。この面状照明装置によれば、透過率分布シートによりＬＥＤから発せられる光の照度分布の不均一性を打ち消し、さらに指向性補償シートにより光の指向性分布の不均一性を補償することができ、それによって面状照明装置の輝度ムラを適正レベルに抑えることができるとされている。

特開２００６−３４４４０９号公報特開２０１２−１８８８０号公報

本発明の目的の一つは、簡易かつ低コストで発光強度分布の均一性を向上させることができる構造を有する発光装置、及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記[１]〜[３]の発光装置を提供する。

[１] 基板上に設置された複数の発光素子を準備する発光素子準備工程と、前記複数の発光素子から発せられる光を拡散する拡散板の一方の面に、有色の物質を所定の濃度で含む透明な材料を光強度分布調整層としてドット印刷する光強度分布調整層形成工程と、前記拡散板の一方の面が前記複数の発光素子に向くように前記拡散板を設置する拡散板設置工程と、を含み、前記光強度分布調整層形成工程は、前記有色の物質の前記所定の濃度が異なる複数種の透明な材料を準備する材料準備工程を含み、前記複数種の透明な材料を、中心の領域からの距離が大きくなるに伴い前記有色の物質の前記所定の濃度が小さくなるように領域ごとに前記ドット印刷することにより前記光強度分布調整層とする、発光装置の製造方法。

[２] 前記光強度分布調整層形成工程は、厚さの分布により、前記面上における前記光の強度の分布に応じた前記面上の透過性の分布を有するように形成する、厚さ分布形成工程を含む、前記[１]に記載の発光装置の製造方法。

[３] 光強度分布調整層形成工程は、前記有色の物質を所定の濃度で含む透明な材料を、中心の領域からの距離が大きくなるに伴い前記拡散板の一方の面の単位面積あたりの面積占有率が小さくなるように領域ごとに前記ドット印刷することにより前記光強度分布調整層とする面積占有率分布形成工程を含む、前記[１]に記載の発光装置の製造方法。

本発明によれば、簡易かつ低コストで発光強度分布の均一性を向上させることができる構造を有する発光装置、及びその製造方法を提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。図２（ａ）は、透過性の分布が形成された光強度分布調整層を模式的に表した平面図である。図２（ｂ）は、拡散性の分布が形成された光強度分布調整層を模式的に表した平面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の構造により発揮される効果を説明するための模式図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の構造により発揮される効果を説明するための模式図である。図５は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。

〔第１の実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置１の垂直断面図である。図１は、発光装置１に含まれる一部の発光素子１１の周辺を模式的に示す。

発光装置１は、基板１０上に設置された複数の発光素子１１と、複数の発光素子１１から発せられる光１２を拡散する拡散板１３と、拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性を向上させる光強度分布調整層１４と、を有する。

基板１０は、図示しない配線を有する基板であり、例えば、表面に配線パターンを有する配線基板や、リードフレームインサート基板である。

発光素子１１は、ＬＥＤチップやレーザーダイオード等の発光素子である。発光素子１１は、基板１０の配線部に電気的に接続される。発光素子１１は、フェイスアップ型でもよく、フェイスダウン型でもよい。

図１に示される光１２は、拡散板１３の下側の面１３ｓにおける強度が所定の大きさ、例えば最大値の８５％以上、となる範囲の光を図示したものである。ここで、拡散板１３の下側の面１３ｓの光１２の強度が最大となる領域は、例えば、各々の発光素子１１の直上の領域である。

発光装置１は、発光素子１１から発せられる光の波長を変換する蛍光体を含む蛍光体層を有してもよい。例えば、蛍光体粒子を含む透明樹脂で発光素子１１の表面を覆ってもよい。この場合、例えば、発光素子１１の発光色が青色であり、蛍光体層に含まれる蛍光体の蛍光色が黄色である場合は、発光装置１の発光色は白色になる。

拡散板１３は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等からなる板状の透明基材内に、この透明基材と異なる屈折率を有する透明物質を分散させたものであり、光１２を拡散させつつ透過させることにより、発光装置１の発光強度分布の均一性を向上させるものである。拡散板１３の面１３ｓには、拡散性を向上させるためのシボ加工が施されていてもよい。

拡散板１３は、発光素子１１の上方に、光強度分布調整層１４が形成された面１３ｓが複数の発光素子１１に向くように設置される。具体的には、例えば、拡散板１３は、基板１０と対向するように、基板１０を収納する図示しない筐体に固定される。

光強度分布調整層１４は、有色の物質を含む透明の材料からなり、拡散板１３の光１２が入射する側の面１３ｓ上にドット印刷により形成される。例えば、染料を溶剤に溶かした染料インク、顔料を溶剤に分散させた顔料インク、有色のマイクロガラスビーズを含む塗料である。光強度分布調整層１４は、白色であることが好ましく、この場合、白色の物質を含む透明の材料からなる。このように、光強度分布調整層１４は、拡散板１３と異なる材料から別体に構成される。

光強度分布調整層１４は、面１３ｓ上における光１２の強度の分布に応じた面１３ｓ上の透過性又は拡散性の分布を有する。

光強度分布調整層１４の面１３ｓ上の透過性の分布は、例えば、光強度分布調整層１４に含まれる染料等の有色の物質の濃度の分布や、光強度分布調整層１４の厚さの分布により形成される。

光強度分布調整層１４の面１３ｓ上の拡散性の分布は、例えば、光強度分布調整層１４の面１３ｓ上の単位面積あたりの面積占有率の分布により形成される。

図２（ａ）は、透過性の分布が形成された光強度分布調整層１４を模式的に表した平面図である。図２（ｂ）は、拡散性の分布が形成された光強度分布調整層１４を模式的に表した平面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、光強度分布調整層１４の１つの発光素子１１に対応する領域を表している。

図２（ａ）に描かれた四角形の微小領域１５のハッチングの濃度は、光強度分布調整層１４の厚さ又は有色の物質の濃度を表し、ハッチングが濃いほど厚さ又は有色の物質の濃度が小さいことを示している。厚さ又は有色の物質の濃度が高いほど、光強度分布調整層１４の光の透過性が低くなる。

図２（ａ）の中心の微小領域１５が形成される領域は、光１２の強度が最も高い領域であり、例えば、発光素子１１の中心の直上に位置する領域である。そして、中心の微小領域１５が形成される領域からの距離が大きくなるに伴い、光１２の強度が小さくなる。

中心の微小領域１５は、光強度分布調整層１４の中で最も厚さ又は有色の物質の濃度が高く、光の透過性が低い。そして、中心の微小領域１５からの距離が大きくなるに伴い、微小領域１５の厚さ又は有色の物質の濃度が小さくなり、光の透過性が高くなる。

すなわち、面１３ｓ上の光１２の強度が大きい領域には透過性の低い微小領域１５が設けられ、光１２の強度が小さい領域には透過性の高い微小領域１５が設けられている。例えば、光強度分布調整層１４の厚さ又は有色の物質の濃度の分布を表す波形は、面１３ｓ上の光１２の強度分布を表す波形の強度を反転させたものと一致する。このため、光強度分布調整層１４は、拡散板１３を介して外部に出射される光１２の強度分布の均一性を向上させることができる。

ここで、例えば、ドット印刷により同じ領域に複数回重ねて印刷を行うことにより、光強度分布調整層１４の厚い部分を形成することができる。このため、印刷の重ねる回数を面１３ｓ上の領域ごとに制御することにより、厚さの分布により透過性の分布が形成された光強度分布調整層１４を形成することができる。

また、有色の物質の濃度の分布により透過性の分布が形成された光強度分布調整層１４を形成する場合は、例えば、有色の物質の濃度の異なる複数種のインクを用意し、それらのインクをドット印刷により面１３ｓ上の領域ごとに塗り分けることにより、光強度分布調整層１４が得られる。

図２（ｂ）の中心の微小領域１５は、光強度分布調整層１４の中で最も単位面積１６あたりの面積占有率が高く、光の拡散性が高い（拡散されずに透過する光が少ない）。そして、中心の微小領域１５からの距離が大きくなるに伴い、微小領域１５の単位面積１６あたりの面積占有率が小さくなり、光の拡散性が低くなる（拡散されずに透過する光が多くなる）。

ここで、図２（ｂ）に示される単位面積１６の大きさは自由に設定することができる。例えば、単位面積１６を中心の微小領域１５の面積と等しい面積に設定する場合は、中心の微小領域１５の面積占有率が１００％であり、中心の微小領域１５からの距離が大きくなるに伴い、微小領域１５の面積占有率が０％に近づく。

すなわち、面１３ｓ上の光１２の強度が大きい領域には拡散性の高い微小領域１５が設けられ、光１２の強度が小さい領域には拡散性の低い微小領域１５が設けられている。例えば、光強度分布調整層１４の単位面積１６あたりの面積占有率の分布を表す波形は、面１３ｓ上の光１２の強度分布を表す波形の強度を反転させたものと一致する。このため、光強度分布調整層１４は、拡散板１３を介して外部に出射される光１２の強度分布の均一性を向上させることができる。

なお、図２（ａ）、（ｂ）には、光強度分布調整層１４の微小領域１５として正方格子状に並んだ四角形の領域が示されているが、微小領域１５の形状及び配列は、図２（ａ）、（ｂ）に示されるものに限定されない。例えば、千鳥格子状に配列した円形の領域や、中心から広がるように配列する環状の領域であってもよい。図２（ｂ）に示される単位面積１６の形状及び配置は、微小領域１５の形状及び配置に合わせて設定される。

また、微小領域１５の面積も自由に設定することができる。各々の微小領域１５の面積が小さくなって微小領域１５の数が増し、厚さ、有色の物質の濃度、面積占有率の変化が細かくなれば、拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性をより向上させることができる。

また、光強度分布調整層１４は、厚さ、有色の物質の濃度、面積占有率のうちの２つ以上を分布させたものであってもよい。

図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の構造により発揮される効果を説明するための模式図である。各図の発光装置の図の上側に描かれたグラフは、発光装置の拡散板１３から出射される光１２の水平方向の位置と強度の関係（強度分布）を模式的に表すものである。

図３（ａ）は、比較例としての従来の典型的な構造を有する発光装置５の垂直断面図である。発光装置５は、基板１０上に設置された複数の発光素子１１と、複数の発光素子１１から発せられる光１２を拡散する拡散板１３と、を有する。

発光装置５においては、複数の発光素子１１が比較的近接して配置されるため、各々の発光素子１１から発せられる光１２の重なりが大きく、拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性が高い。

図３（ｂ）は、発光装置５を薄型化した発光装置６の垂直断面図である。発光装置６は、発光装置５と比較して、複数の発光素子１１の間隔は等しいが、基板１０と拡散板１３の間隔が狭い。このため、光１２の重なりが小さく、拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性が低い。

発光装置６の発光強度分布の均一性を高くするためには、例えば、拡散板１３を厚くして拡散板１３の拡散性を向上させる方法をとることができるが、拡散板１３を厚くすることは発光装置６の薄型化の妨げになるだけでなく、重量が大きく増加するという問題を生む。また、複数の発光素子１１の間隔を狭めて光１２の重なりを大きくする場合は、用いられる発光素子１１の数が増えるため、製造コスト及び駆動電力が増加するという問題が生じる。

図３（ｃ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の垂直断面図である。上述のように、発光装置１は光強度分布調整層１４により拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性を向上させることができるため、薄型化により複数の発光素子１１の間隔及び基板１０と拡散板１３の間隔を発光装置６と等しくする場合であっても、拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性の低下を抑えることができる。そして、光強度分布調整層１４は、ドット印刷という簡易かつ低コストの方法により形成することができる。

すなわち、発光装置１は、光強度分布調整層１４により、重量、製造コスト等の増加を抑えつつ、薄型化を図ることができる。例えば、発光装置５の複数の発光素子１１の間隔が１９ｍｍ、基板１０と拡散板１３の間隔が２９ｍｍである場合、発光装置１の基板１０と拡散板１３の間隔を１８．５ｍｍとしても、同等の発光強度分布が得られる。

図４（ａ）は、上述の発光装置５の垂直断面図である。図４（ｂ）は、発光装置５の発光素子１１の数を減らした発光装置７の垂直断面図である。

発光装置７は、発光装置５と比較して、基板１０と拡散板１３の間隔は等しいが、複数の発光素子１１の間隔が広い。このため、光１２の重なりが小さく、拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性が低い。

発光装置７の発光強度分布の均一性を高くするためには、例えば、拡散板１３を厚くして拡散板１３の拡散性を向上させることが求められるが、拡散板１３を厚くすることは、発光装置６の厚さ及び重量が増加するという問題を生む。

図４（ｃ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の垂直断面図である。上述のように、発光装置１は光強度分布調整層１４により拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性を向上させることができるため、発光素子１１の数を減らすことにより複数の発光素子１１の間隔及び基板１０と拡散板１３の間隔を発光装置７と等しくする場合であっても、拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性の低下を抑えることができる。

すなわち、発光装置１は、光強度分布調整層１４により、厚さ、重量等の増加を抑えつつ、発光素子１１の数を減らして製造コスト及び駆動電力の低減を図ることができる。例えば、発光装置５の複数の発光素子１１の間隔が１９ｍｍ、基板１０と拡散板１３の間隔が２９ｍｍである場合、発光装置１の複数の発光素子１１の間隔を３８ｍｍとしても、同等の発光強度分布が得られる。

なお、発光素子１１の数の減少による発光装置１全体の発光強度の低下が問題となる場合は、拡散板１３の厚さを薄くして発光強度を増加させることができる。この場合であっても、光強度分布調整層１４が拡散板１３から出射される光１２の強度分布の均一性を十分に向上させることにより、発光装置１の発光強度分布の均一性の低下を抑えることができる。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、発光装置の拡散板の形状において第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図５は、第２の実施の形態に係る発光装置２の垂直断面図である。図５は、発光装置２に含まれる一部の発光素子１１の周辺を模式的に示す。

発光装置２は、基板１０上に設置された複数の発光素子１１と、複数の発光素子１１から発せられる光１２を拡散する拡散板２３と、拡散板２３から出射される光１２の強度分布の均一性を向上させる光強度分布調整層１４と、を有する。

拡散板２３は、第１の実施の形態に係る発光装置１の拡散板１３と同様の材料からなり、光１２を拡散させつつ透過させることにより、発光装置２の発光強度分布の均一性を向上させるものである。

拡散板２３は、面２３ｓ上における光１２の強度の分布に応じた厚さの分布を有し、面２３ｓが波状の凹凸を有する。具体的には、面２３ｓ状の光１２の強度が高い部分は拡散性を高めるために厚く形成され、光１２の強度が低い部分は拡散性を下げるために薄く形成される。拡散板２３の面２３ｓには、拡散性を向上させるためのシボ加工が施されていてもよい。

光強度分布調整層１４は、有色の物質を含む透明の材料からなり、拡散板２３の光１２が入射する側の面２３ｓ上にドット印刷により形成される。

光強度分布調整層１４は、第１の実施の形態と同様に、面２３ｓ上における光１２の強度の分布に応じた面２３ｓ上の透過性又は拡散性の分布を有する。

本実施の形態の発光装置２においては、拡散板２３の厚さの分布及び光強度分布調整層１４の面２３ｓ上の透過性又は拡散性の分布により、拡散板２３から出射される光１２の強度分布の均一性を向上させることができる。

（実施の形態の効果）
上記の第１及び第２の実施の形態によれば、光強度分布調整層を設けることにより、重量の増加等の副次的な問題の発生を抑えつつ、発光装置の薄型化やコスト低減を図ることができる。

また、光強度分布調整層は、通常の平板状の拡散板の上にドット印刷により形成することができる。このため、プリズムや複数の突起からなる微細構造が設けられた透明基材のように、製造に専用の金型を必要とせず、発光強度分布の均一性を向上させる構造を簡易かつ低コストで得ることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２発光装置
１０基板
１１発光素子
１２光
１３、２３拡散板
１３ｓ、２３ｓ面
１４光強度分布調整層
１５微小領域
１６単位面積

Claims

基板上に設置された複数の発光素子を準備する発光素子準備工程と、
前記複数の発光素子から発せられる光を拡散する拡散板の一方の面に、有色の物質を所定の濃度で含む透明な材料を光強度分布調整層としてドット印刷する光強度分布調整層形成工程と、
前記拡散板の一方の面が前記複数の発光素子に向くように前記拡散板を設置する拡散板設置工程と、
を含み、
前記光強度分布調整層形成工程は、前記有色の物質の前記所定の濃度が異なる複数種の透明な材料を準備する材料準備工程を含み、
前記複数種の透明な材料を、中心の領域からの距離が大きくなるに伴い前記有色の物質の前記所定の濃度が小さくなるように領域ごとに前記ドット印刷することにより前記光強度分布調整層とする、発光装置の製造方法。
前記光強度分布調整層形成工程は、前記有色の物質を所定の濃度で含む透明な材料を、中心の領域からの距離が大きくなるに伴い厚さが小さくなるように領域ごとに前記ドット印刷することにより前記光強度分布調整層とする厚さ分布形成工程を含む、請求項１に記載の発光装置の製造方法。
光強度分布調整層形成工程は、前記有色の物質を所定の濃度で含む透明な材料を、中心の領域からの距離が大きくなるに伴い前記拡散板の一方の面の単位面積あたりの面積占有率が小さくなるように領域ごとに前記ドット印刷することにより前記光強度分布調整層とする面積占有率分布形成工程を含む、請求項１に記載の発光装置の製造方法。