JP6852726B2 - 発光装置と発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光装置とその製造方法に関する。
近年、発光ダイオード等の発光素子を用いた発光装置が広く用いられるようになってきている。その用途の1つとして表示装置用のバックライトがあり、そのバックライトに用いられる発光装置には広配光であることが求められる。例えば、特許文献1には、広配光の発光装置が提案されている。
特開2013−251393号公報
しかしながら、表示装置用のバックライトは、用途に応じて構成が異なっており、バックライトに使用される発光装置にも異なる配光特性が求められることがある。
そこで、本開示は、側面から出射される光の方向を制御することが可能な発光装置とその製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一の実施形態に係る発光装置は、
発光素子と、
前記発光素子の側面及び上面を覆う蛍光体層と、
前記発光素子の側方に前記蛍光体層を介して配置された第1光拡散層と、
前記蛍光体層及び前記第1光拡散層の上方に配置された第2光拡散層と、
前記第2光拡散層の上に配置された第1光反射層と、
を含み、
前記第2光拡散層の下面において、前記蛍光体層の上面に対向する第1下面の少なくとも一部は、前記第1光拡散層の上面に対向する第2下面より下方に位置する。
本開示の一の実施形態に係る発光装置の製造方法は、
第1支持体の上面に光拡散材を含む枠体を配置して、上面を枠体により囲まれた1又は2以上の実装領域に区分する枠体配置工程と、
前記区分された実装領域に発光素子を配置する発光素子配置工程と、
前記区分された実装領域に発光素子を覆う蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、
前記枠体及び蛍光体層を覆う光拡散層を形成する光拡散層形成工程と、
前記光拡散層の上に光反射層を形成する光反射層形成工程と、
前記光反射層の上に第2支持体を配置する第2支持体配置工程と、
前記第1支持体を除去し、前記第2支持体上で前記枠体を前記蛍光体層の周りに所定の厚さの枠体が残るように切断する切断工程と、
を含む。
本開示の一の実施形態に係る発光装置によれば、発光装置の側面方向へ出射される光の方向を制御することができる。
また、本開示の一の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、発光装置の側面方向へ出射される光の方向を制御することができる発光装置を製造することができる。
実施形態に係る発光装置を上面から視た斜視図である。 実施形態に係る発光装置を下面から視た斜視図である。 図1のA−A断面図である。 実施形態に係る発光装置の上面図である。 実施形態に係る発光装置の底面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法の工程を示す概略断面図である。 変形例に係る発光装置の断面図である。
以下、本開示の各実施形態に係る発光装置について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は例示を目的とするものであり、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。以下に説明する構成要素の寸法、材質、形状、相対的配置等は、特定的な記載がない限りは本開示の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。また、各図面が示す構成要素の大きさ、形状、位置関係等は説明を明確にするため誇張していることがある。
[実施形態]
本開示の実施形態に係る発光装置100を図1〜5に示す。図1は発光装置100を上側から見た斜視図であり、図2は発光装置100を下側から見た斜視図であり、図3は断面図であり、図4は発光装置100の上面図であり、図5は発光装置100の底面図である。
実施形態に係る発光装置100は、第2光反射層7と、第2光反射層7の上に設けられた発光素子2と、発光素子2を囲むように第2光反射層7の上に配置された第1光拡散層3と、発光素子2の面及び上面を覆うように第1光拡散層3の内側に設けられた蛍光体層5と、蛍光体層5及び第1光拡散層3の上方に配置された第2光拡散層4と、第2光拡散層4の上に配置された第1光反射層6と、を含む。
ここで、実施形態に係る発光装置100において、第2光拡散層4の下面は、蛍光体層5の上面に対向する第1下面4aと第1光拡散層3の上面に対向する第2下面4bとを含む。そして、第1下面4aの少なくとも一部は、第1光拡散層3の上面に対向する第2下面4bより下方に位置している。図3に示す実施形態に係る発光装置100では、第1下面4aは下方に湾曲した曲面になっており、第1下面4aの外周端が第1光拡散層3の上面の内周端に一致している他は第1下面4aのほぼ全体が第2下面4bより下方に位置している。
以上のように、実施形態に係る発光装置100は、上面側と底面側とに第1光反射層6と第2光反射層7とを備え、第1光反射層6と第2光反射層7の間で、蛍光体層5が第1光拡散層3及び第2光拡散層4のいずれかにより覆われている。したがって、実施形態に係る発光装置100において、発光素子2を発光させると、発光素子2が発光した光(一次光)の一部又は全部が蛍光体層5によって波長変換され、一次光及び蛍光体層5によって波長変換された光(二次光)、又は二次光のみが第1光拡散層3の側面及び第2光拡散層4の側面から出射される。
また、以上のように構成された実施形態に係る発光装置100において、第1光拡散層3の側面及び第2光拡散層4の側面から出射される光の配光特性は、第1光拡散層3の材質及び形状、第2光拡散層4の側面の材質及び形状等により決まる。言い換えれば、実施形態に係る発光装置100において、第1光拡散層3の材質及び形状、第2光拡散層4の側面の材質及び形状等は、第1光拡散層3の側面及び第2光拡散層4の側面から出射される光が所望の配光特性で出射されるように設定される。
特に、実施形態に係る発光装置100では、第2光拡散層4の下面が第1下面4aと第2下面4bとを含み、第1下面4aの少なくとも一部を第2下面4bより下方に位置するようにしているので、第1下面4aの形状を変更することにより、配光特性を調整することが可能である。この第1下面4aの形状は、発光装置100の外形を変更することなく、変更できるので、詳細後述するように製造工程の一部の条件を変更するだけで配光特性の異なる発光装置を製造することができる。したがって、それぞれ生産数の少ない多くの品種の発光装置を製造する場合(多品種少量生産の場合)であっても安価に製造することが可能である。
以下、実施形態に係る発光装置100の構成部材について詳細に説明する。
(発光素子2)
本実施形態に係る発光装置100に使用可能な発光素子2は特に限定されず、発光ダイオード(light emitting diode:LED)等の半導体発光素子であってよい。発光素子2は同一面側に一対の電極21および22を有する。電極21および22がCu等の酸化しやすい材料である場合、その表面に金属膜201および202をそれぞれ備えることが好ましい。
(蛍光体層5)
蛍光体層5は、発光素子2からの光(一次光)の一部を蛍光体層8に含まれる蛍光体によって波長変換して一次光とは異なる波長の光(二次光)を出射する。これにより、発光装置100からは、例えば、波長変換されなかった一次光と波長変換された二次光とが混合されて混色光を出射することができる。尚、蛍光体の量等により、主として波長変換された光である二次光のみを外部に出射することもできる。
蛍光体層5は、例えば、蛍光体の粒子を分散させた樹脂層である。蛍光体層5の樹脂は、透光性樹脂であれば特に限定されるものではなく、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂等であってよい。蛍光体は、例えばセリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット、セリウムで賦活されたテルビウム・アルミニウム・ガーネット、ユウロピウムおよびクロムのうちのいずれか1つまたは2つで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム、ユウロピウムで賦活されたサイアロン、ユウロピウムで賦活されたシリケート、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウムであってよい。蛍光体層5は、1種類の蛍光体を含んでよく、2種類以上の異なる蛍光体を含んでもよい。また、蛍光体層8は、単一の層でもよく、複数の層が積層された積層体であってもよい。
(第1光拡散層3)
第1光拡散層3は、蛍光体層5の側方に配置され、第1光拡散層3の外周面が発光装置1の側面の一部を構成する。蛍光体層5からの光は第1光拡散層3において拡散され、その結果、蛍光体層5からの光を効率よく側方に出射することができる。
第1光拡散層3は、発光素子2からの光を拡散する光拡散性材料を含有する。第1光拡散層3は、光拡散性材料の粒子を分散させた樹脂層であってよい。樹脂は、透光性樹脂であれば特に限定されるものではなく、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂等であってよい。光拡散性材料として、例えば、平均粒径(体積基準のメジアン径)が0.1μm〜30μm程度のシリカ、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化亜鉛、窒化硼素等を用いることができる。第1光拡散層3における光拡散性材料の含有量は、第1光拡散層3の総重量を基準として0.1〜70重量%であってよい。
(第2光拡散層4)
第2光拡散層4は、蛍光体層5及び第1光拡散層3の上方に配置され、第2光拡散層4の外周面が発光装置100の側面の一部を構成する。第2光拡散層4を設けることにより、発光装置1の側面方向における光取り出し効率を向上させることができる。図3等に示すように、第2光拡散層4は第1光拡散層3の上面に対向するように配置することができる。第2光拡散層4は、第1光拡散層3と同様の材料で構成され得る。第1光拡散層3と、第2光拡散層4とは、同一の組成を有してよく、異なる組成を有してもよい。
(第1光反射層6)
第1光反射層6は第2光拡散層4の上に配置される。第1光反射層6は光反射性材料を含有する層であってよく、例えば、光反射性材料の粒子を分散させた樹脂層であってよい。樹脂は、特に限定されるものではなく、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂等であってよい。光反射性材料として、例えば、平均粒径(体積基準のメジアン径)が0.1μm〜0.5μm程度の酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、チタン酸カリウム、窒化硼素等を用いることができる。
第1光反射層6は、上述の樹脂層のほか、光反射性の金属材料を用いることができる。例えば、Ag、Al、Pt、Ti、Ni、Fe、W、Au、Cu、Pdなどの金属またはこれらを含む合金等を用いることができる。或いは、第1光反射層6は、誘電体保護膜を用いてもよい。例えば、TiOとSiOとを交互に積層させた積層膜等を用いることができる。誘電体保護膜としては、これらの材料のほか、Nb、ZrO、Ta等を用いることができる。また、第1光反射層6の下面(第2光拡散層の上面と接する面)は、図1(d)に示すような平面とするほか、傾斜面又は曲面とすることができる。第1光反射層6の下面を傾斜面又は曲面とする場合は、発光素子2の上面の略中心において、第1光反射層6の下面との距離が最も近くなるような下面とすることが好ましい。これにより、発光素子2の上面から上方向に出射された光を、第1光反射層6の下面によって側方に反射し易くすることができる。
(第2光反射層7)
第2光反射層7は、発光素子2の電極21、22をそれぞれ露出させるようにして配置される。このような構成により、発光装置1の下面は、電極21、22と、第2光反射層7と、で構成される。発光装置1の下面に第2光反射層7を配置することにより、発光装置1の側方における光取り出し効率をより一層向上させることができる。
第2光反射層7は、第1光反射層6と同様の材料で構成することもできるが、配光特性を調整するように第1光反射層6と異なる材料または同様の材料を用いる場合でも配光比を異なるようにしてもよい。また、第2光反射層7は、発光素子2の電極21、22と接するため、絶縁性の高い部材を用いることが好ましい。
以上説明した図1等に示す実施形態の発光装置100では、第2光反射層7を含む形態について説明したが、本開示の発光装置では、第2光反射層7を含んでいなくてもよい。
第2光反射層7を含まない発光装置であっても、例えば、実装されて使用される際に実装基板により発光素子2からの光及び蛍光体層5からの光を反射させることにより、第2光反射層7を含む発光装置100と同様、側面から所望の配光特性で光を出射させることができる。
以上説明した図1等に示す実施形態の発光装置100では、第1下面4aが下方に向かって窪むように湾曲した曲面である例で説明した。
しかしながら、本開示の発光装置は、第1下面4aが下方に向かって窪むように湾曲した曲面である場合に限定されるものではなく、例えば、平坦な面の一部に凹部が形成された第1下面4aであってもよい。すなわち、本開示の発光装置において、第1下面4aは少なくともその一部が第1光拡散層3の上面に対向する第2下面4bより下方に位置し、光をその界面により拡散させることができればよい。
以上説明した図1等に示す実施形態の発光装置100では、第1下面4aの外周端部が第2下面4bの内周端部と一致している例を示したが、図7の変形例で示すように、第1下面4aの外周端部は第2下面4bの内周端部の下方に位置していてもよい。
(発光装置の製造方法)
次に、実施形態に係る発光装置の製造方法について、図6A〜図6Mを参照して以下に説明する。ただし、本実施形態に係る発光装置1の製造方法は、以下に説明する方法に限定されるものではない。
1.枠体配置工程
枠体配置工程では、第1支持体91の上面に光拡散材を含む枠体を配置して、第1支持体91の上面を枠体により囲まれた1又は2以上の実装領域に区分する。ここで、枠体は、個々の発光装置に分割されたときに、第1光拡散層3を構成する部材であり、図6A〜図6Mでは、枠体にも第1光拡散層と同じ符号3を付して示している。
具体的には、まず、枠体3を準備する(図6A)。枠体3は、例えば、所定濃度の光拡散性材料を含有する樹脂を圧縮成形する等により作製することができる。枠体3の厚み(高さ)は、研削等により調整することができる。尚、このような枠体3は、上述の工程を経て準備してもよく、あらかじめ成形されたものを購入することで準備してもよい。
次に、図6Bに示すように、枠体3に、パンチング等により孔3aを形成する。孔3aは、発光素子2を配置する領域に対応するように設ける。
また、枠体3の準備と並行して、第1支持体91を準備する。
図1等に示す発光素子2の下方に第2光反射層7を含む発光装置100を製造する場合には、支持テープ等の第1支持体91の上に第2光反射層7を形成する。第2光反射層7は、第1支持体91の上に、所定濃度の光反射性材料を含有する樹脂ペーストを塗布することにより作製することができる(図6C)。また、あらかじめ成形された第2光反射層7を第1支持体91上に配置してもよい。
図6Dに示すように、孔3aを形成した枠体3を、第1支持体91上、または第1支持体91上に第2光反射層7を介して載置する。
以上のようにして、第1支持体91の上面を枠体3の孔3aにそれぞれ対応する1又は2以上の実装領域に区分する。
尚、図6A〜図6Mには、第2光反射層7を含む発光装置100を製造する場合の例を示しているが、上述したように第2光反射層7は必要に応じて設ければよい。
2.発光素子配置工程
ここでは、第1支持体91上、または第1支持体91上に第2光反射層7を介して、区分された実装領域にそれぞれ発光素子を配置する。
具体的には、孔3aの内部に発光素子2を配置する(図6E)。発光素子2を配置は、樹脂ペーストを塗布することにより第2光反射層7を形成する場合には、樹脂ペーストを硬化させる前に、発光素子2の電極21および22が樹脂ペーストを貫通して基材91に接するように発光素子2を配置する。成形された第2光反射層7を基材91に配置する場合には、例えば、発光素子2を配置する前に、電極21および22が基材91に接するようにあらかじめ第2光反射層7に貫通孔を形成するようにする。
3.蛍光体層形成工程
ここでは、区分された実装領域に発光素子を覆う蛍光体層5を形成する。
具体的には、図6Fに示すように、所定濃度の蛍光体を含有する樹脂ペーストを、発光素子2を被覆するように孔3aの内部にポッティングすることにより、各実装領域にそれぞれ蛍光体層5を形成する。ポッティングの際は、孔3aの内部で発光素子2を被覆しかつ樹脂ペーストを硬化させたときに所望の湾曲した凹部からなる上面が形成されるように、樹脂ペーストの粘度及び注入量を調整する。また、ポッティングの際、樹脂ペーストの粘度及び注入量を調整することにより、樹脂ペーストが第1光拡散層3の内周側面の上端まで濡れ拡がるようにできるし、第1光拡散層3の内周側面の途中まで濡れ拡がるようにもできる。
4.光拡散層形成工程
枠体3及び蛍光体層5を覆う第2光拡散層4を形成する。
具体的には、第1光拡散層3の上および蛍光体層5の上に、所定濃度の光拡散性材料を含有する樹脂を例えば圧縮成形することにより第2光拡散層4を形成する(図6G)。尚、第2光拡散層4の厚みは、研削等により調整することができる(図6H)。
5.光反射層形成工程
ここでは、第2光拡散層4の上に第1光反射層6を形成する。、
具体的には、第2光拡散層4の上に、所定濃度の光反射性材料を含有する樹脂を圧縮成形することにより第1光反射層6を形成する(図6I)。第1光反射層6の厚みは、研削等により調整することができる(図6J)。
6.第2支持体配置工程
ここでは、第1光反射層6の上に第2支持体92を配置する。
具体的には、第1光反射層6を支持テープ等の第2支持体92に貼り合わせた後、第1支持体91を除去することにより転写する(図6K)。次いで、必要に応じて電極21および22上の第2光反射層7のバリを除去して発光素子2の電極21および22を露出させる(図6K)。電極21および22が、Cu等の酸化しやすい材料である場合、その表面にスパッタ等により金属膜201および202を形成することが好ましい(図6L)。
7.切断工程
第2支持体92上で枠体3を各実装領域に形成された蛍光体層5の周りに所定の厚さの枠体3が残るように切断する(図6M)。
このようにして、実施形態に係る発光装置100、又は発光装置100において、第2光反射層を含んでいない発光装置を製造することができる。
以上の実施形態の発光装置の製造方法によれば、詳細後述するように製造工程の一部の条件を変更するだけで配光特性の異なる発光装置を製造することができる。
例えば、枠体配置工程〜発光素子配置工程を同一の条件で行った後、蛍光体層形成工程において、蛍光体を含有する樹脂ペーストとして、蛍光体の含有量及び/又は樹脂ペーストの粘度及び注入量を変更した樹脂ペーストを用いて硬化させたときに湾曲度合いを変化させることにより、配光特性を異ならせることができる。
また、蛍光体層形成工程において、蛍光体を含有する樹脂ペーストとして、蛍光体の含有量及び/又は樹脂ペーストの粘度及び注入量を変更した樹脂ペーストを用いて樹脂ペーストが第1光拡散層3の内周側面の上端まで濡れ拡がるようにしたり、第1光拡散層3の内周側面の途中まで濡れ拡がるようにしたりすることにより、配光特性を異ならせることができる。
また、光拡散層形成工程において、第2光拡散層4の厚みを調整することにより、配光特性を異ならせることができる。
さらには、切断工程において、各実装領域に形成された蛍光体層5の周りに残す枠体3の厚さを調整することにより、配光特性を異ならせることができる。
このように、実施形態の発光装置の製造方法によれば、多品種少量生産の場合であっても所望の配光特性の側面発光の発光装置を安価に製造することが可能である。
本開示に係る発光装置は、ディスプレイのバックライト等の幅広い用途で用いることができる。
2 発光素子
21、22 電極
201、202 金属膜
3 第1光拡散層(枠体)
3a 孔
4 第2光拡散層
5 蛍光体層
6 第1光反射層
7 第2光反射層
91 第1支持体
92 第2支持体
100,200 発光装置

Claims (11)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子の側面及び上面を覆う蛍光体層と、
    前記発光素子の側方に前記蛍光体層を介して配置された第1光拡散層と、
    前記蛍光体層及び前記第1光拡散層の上方に配置された第2光拡散層と、
    前記第2光拡散層の上に配置された第1光反射層と、
    を含み、
    前記第2光拡散層の下面において、前記蛍光体層の上面に対向する第1下面の少なくとも一部は、前記第1光拡散層の上面に対向する第2下面より下方に位置する発光装置。
  2. 前記発光素子の下方に第2光反射層を更に含む請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記第1下面は、下方に向かって窪むように湾曲している請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 前記第1下面の外周端部は、前記第2下面の内周端部と一致する請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。
  5. 前記第1下面の外周端部は、前記第2下面の内周端部より下方に位置する請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。
  6. 第1支持体の上面に光拡散材を含む枠体を配置して、上面を枠体により囲まれた1又は2以上の実装領域に区分する枠体配置工程と、
    前記区分された実装領域に発光素子を配置する発光素子配置工程と、
    前記区分された実装領域に発光素子を覆う蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、
    前記枠体及び蛍光体層を覆う光拡散層を形成する光拡散層形成工程と、
    前記光拡散層の上に光反射層を形成する光反射層形成工程と、
    前記光反射層の上に第2支持体を配置する第2支持体配置工程と、
    前記第1支持体を除去し、前記第2支持体上で前記枠体を前記蛍光体層の周りに所定の厚さの枠体が残るように切断する切断工程と、
    を含む発光装置の製造方法。
  7. 前記枠体配置工程の前に、第1支持体の上面に第2光反射層を形成する第2光反射層形成工程を含み、
    前記枠体配置工程において、前記枠体を第1支持体の上面に第2光反射層を介して配置する請求項6記載の発光装置の製造方法。
  8. 前記蛍光体層形成工程は、蛍光体粒子を含む樹脂を塗布することを含み、塗布する樹脂の粘度及び塗布量を調整して、蛍光体層を蛍光体層の上面が下方に窪んで湾曲するように形成する請求項6又は7に記載の発光装置の製造方法。
  9. 前記蛍光体層形成工程において、塗布する樹脂の粘度及び塗布量を蛍光体層の上面が所望の湾曲形状になるように調整する請求項8に記載の発光装置の製造方法。
  10. 前記蛍光体層形成工程において、塗布する樹脂の粘度及び塗布量を蛍光体層の上面の外周端が前記枠体の内周端部に一致するまで這い上がるように調整して前記樹脂を塗布する請求項8又は9に記載の発光装置の製造方法。
  11. 前記蛍光体層形成工程において、塗布する樹脂の粘度及び塗布量を蛍光体層の上面の外周端が前記枠体の内周側面の途中まで這い上がるように調整して前記樹脂を塗布する請求項8又は9に記載の発光装置の製造方法。
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