JP7164315B2

JP7164315B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP7164315B2
Application number: JP2018071516A
Authority: JP
Inventors: 俊之水野; 一哉石原; 喜久平山
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2038-04-03
Also published as: JP2019186274A

Description

本発明は、発光装置に関する。

発光ダイオード（Light-Emitting Diode、ＬＥＤ）素子等の発光素子を利用した発光装置を利用した照明及び表示装置のバックライト等が知られている。

例えば、特許文献１には、ＬＥＤチップと、表面中心部のＬＥＤチップと対応する領域に凹部が形成される光学レンズと、ＬＥＤチップよりも基板に近い位置に配置される反射部材とを有する発光装置が記載される。特許文献１に記載される光学レンズの凹部は、円形の平面形状を有し、ＬＥＤチップから放射された光を、水平成分が均一になるように反射部材に向けて反射する。特許文献１に記載される発光装置は、ＬＥＤチップから放射し光学レンズの凹部で反射した光を反射部材で再度反射して出射することで、出射する光の光指向角を１３５度以上にして、光学レンズの側面から光を水平方向成分が均一になるように出射できる。

特開２０１３－１０６０４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載される発光装置では、ＬＥＤチップから放射された光は、光学レンズの側面から水平方向成分が均一になるように出射されるため、バックライトとして格子状に配置されたときに、明暗ムラが発生するおそれがある。

本発明の目的は、バックライトとして格子状に配置されたときに、明暗ムラが発生するおそれが低い発光装置を提供することである。

本発明に係る発光装置は、正方形状の表面を有する基板と、基板の表面に搭載された発光素子と、発光素子の上方に配置された光学部材と、を有し、光学部材は、発光素子から放射された光の一部を基板の表面に平行であり且つ基板の一辺に直交する第１方向に反射する第１反射面と、発光素子から放射された光の一部を第１方向と反対の第２方向に反射する第２反射面と、発光素子から放射された光の一部を基板の表面に平行であり且つ第１方向に直交する第３方向に反射する第３反射面と、発光素子から放射された光の一部を第３方向と反対の第４方向に反射する第４反射面とを有する。

本発明に係る発光装置では、光学部材の表面の形状は、基板の表面の形状と同一であることが好ましい。

本発明に係る発光装置は、蛍光体を含有し、発光素子を覆うように配置される封止部材と、封止部材に含有される蛍光体よりも耐湿性が高い光透過性の材料で形成され、封止部材を囲うように配置される枠部材とを更に有することが好ましい。

本発明に係る発光装置では、光学部材は、封止部材に含有される蛍光体よりも耐湿性が高い光透過性の材料で形成されることが好ましい。

本発明に係る発光装置によれば、バックライトとして格子状に配置されたときに、明暗ムラが発生するおそれを低くすることができる。

第１実施形態に係る発光装置の斜視図である。（ａ）は図１のＡ－Ａ´線断面図であり、（ｂ）は図１のＢ－Ｂ´線断面図である。（ａ）は図１に示す光学部材の斜視図であり、（ｂ）は図１に示す光学部材の平面図である。図１に示す発光装置の製造工程を示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第１工程の次の第２工程を示し、（ｃ）は第２工程の次の第３工程を示し、（ｄ）は第３工程の次の第４工程を示す。（ａ）は格子状に配置された第１実施形態に係る発光装置を有するバックライトの斜視図であり、（ｂ）は格子状に配置された比較例に係る発光装置を有するバックライトの斜視図である。（ａ）は図５（ａ）に示すバックライトを平面視したときの輝度分布を示す図であり、（ｂ）は図５（ａ）に示すバックライトの輝度の広がりを示す図であり、（ｃ）は図５（ｂ）に示すバックライトを平面視したときの輝度分布を示す図であり、（ｄ）は図５（ｂ）に示すバックライトの輝度の広がりを示す図である。第２実施形態に係る発光装置の斜視図である。（ａ）は図７のＡ－Ａ´線断面図であり、（ｂ）は図７のＢ－Ｂ´線断面図である。図７に示す発光装置の製造工程を示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第１工程の次の第２工程を示し、（ｃ）は第２工程の次の第３工程を示し、（ｄ）は第３工程の次の第４工程を示し、（ｅ）は第４工程の次の第５工程を示し、図９（ｆ）は第５工程の次の第６工程を示す。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る発光装置について詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

（実施形態に係る発光装置の概要）
実施形態に係る発光装置は、ＬＥＤ素子から放射された光の一部を光学部材が四方に反射するので、バックライトとして格子状に配置されたときに、隣接する発光装置から出射された光が均等に干渉するので、明暗ムラが発生するおそれが低くなる。

（第１実施形態に係る発光装置）
図１は第１実施形態に係る発光装置の斜視図であり、図２（ａ）は図１のＡ－Ａ´線断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ－Ｂ´線断面図である。図２（ａ）及び２（ｂ）において、ＬＥＤ素子から放射される光は一点鎖線で示される。

発光装置１は、基板１０と、ＬＥＤ素子１１と、封止部材１２と、光学部材１３とを有する。

基板１０は、アルミニウム等の熱伝導率が高い金属で形成される基板である。基板１０は、第１辺１０１、第１辺に対向する第２辺１０２、第１辺１０１及び第２辺１０２に直交する第３辺１０３及び第３辺に対向する第４辺１０４とに囲まれた表面１０５と、表面１０５の反対の裏面１０６とを有する。

基板１０は、ＬＥＤ素子１１を搭載する表面１０５に不図示の配線パターンが形成されると共に、表面１０５の反対側の裏面１０６にアノード及びカソードとも称される不図示の一対の電極が配置される。基板１０の表面１０５に形成される配線パターンと、基板１０の裏面１０６に形成されるアノード及びカソードのそれぞれとは、不図示のビアを介して電気的に接続される。発光装置１は、基板１０の裏面１０６に配置されるアノードとカソードとの間に所定の直流電圧が印加されることに応じて発光する。基板１０は、金属で形成される実装基板と、ガラスエポキシ基板等の回路基板とにより形成されてもよい。

ＬＥＤ素子１１は、発光素子の一例であり、例えば発光波長帯域が４５０～４６０ｎｍ程度の青色光を発光する略正方形の青色ＬＥＤである。ＬＥＤ素子１１の下面は、透明な絶縁性の接着剤等により、基板１０の表面１０５に固定されて、基板１０に搭載される。また、ＬＥＤ素子１１は上面に一対の素子電極を有し、基板１０の表面１０５に形成される配線パターンに不図示のワイヤにより電気的に接続される。基板１０の裏面１０６に配置されるアノードとカソードとの間に所定の直流電圧が印加されることに応じて、順方向電流が流れて光を放射する。

封止部材１２は、シリコーン樹脂等の無色且つ透明な合成樹脂によって形成され、ＬＥＤ素子１１を保護し且つ封止する。また、封止部材１２には、黄色蛍光体等の蛍光体が分散混入される。黄色蛍光体は、ＬＥＤ素子１１が出射した青色光を吸収して黄色光に波長変換する、例えばＹＡＧ（yttrium aluminum garnet）等の粒子状の蛍光体材料である。発光装置１は、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子１１からの青色光と、それによって黄色蛍光体を励起させて得られる黄色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。

また、封止部材１２は、例えば緑色蛍光体と赤色蛍光体等の複数種類の蛍光体を含有してもよい。緑色蛍光体は、ＬＥＤ素子１１が出射した青色光を吸収して緑色光に波長変換する(BaSr)₂SiO₄：Eu²⁺等の粒子状の蛍光体材料である。赤色蛍光体は、ＬＥＤ素子１１が出射した青色光を吸収して赤色光に波長変換するフッ化物蛍光体（K₂SiF₆:Mn⁴⁺（KSF））等の粒子状の蛍光体材料である。この場合、発光装置１は、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子１１からの青色光と、青色光によって緑色蛍光体及び赤色蛍光体を励起させて得られる緑色光及び赤色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。

光学部材１３は、シリコーン樹脂等の無色且つ透明な合成樹脂によって形成され、第１反射面１３１と、第２反射面１３２と、第３反射面１３３と、第４反射面１３４とを有する。第１反射面１３１、第２反射面１３２、第３反射面１３３及び第４反射面１３４のそれぞれは、中央部が放物線状の断面形状を有し且つ中央部から側面方向に離隔するに従って中央部の放物線形状が徐々に扁平するように形成される。

第１反射面１３１は、ＬＥＤ素子１１から放射された光の一部を基板１０の表面１０５に平行であり且つ基板１０の第１辺１０１に直交する第１方向に反射する。第２反射面１３２は、ＬＥＤ素子１１から放射された光の一部を基板１０の表面１０５に平行であり且つ基板１０の第２辺１０２に直交する第２方向に反射する。第２反射面１３２が光を反射する第２方向は、第１反射面１３１が光を反射する第１方向の反対の方向である。

第３反射面１３３は、ＬＥＤ素子１１から放射された光の一部を基板１０の表面１０５に平行であり且つ基板１０の第３辺１０３に直交する第３方向に反射する。第３反射面１３３が光を反射する第３方向は、第１反射面１３１及び第２反射面１３２が光を反射する第１方向及び第２方向に直交する方向である。第４反射面１３４は、ＬＥＤ素子１１から放射された光の一部を基板１０の表面１０５に平行であり且つ基板１０の第４辺１０４に直交する第４方向に反射する。第４反射面１３４が光を反射する第４方向は、第３反射面１３３が光を反射する第３方向の反対の方向である。

図３は、光学部材１３の指向特性を示す図である。図３（ａ）は第１反射面１３１の指向特性を示すであり、図３（ｂ）は第２反射面１３２の指向特性を示す図であり、図３（ｃ）は第３反射面１３３の指向特性を示す図であり、図３（ｄ）は第４反射面１３４の指向特性を示す図である。図３（ａ）～３（ｄ）のそれぞれにおいて、０°は第１反射面１３１～第４反射面１３４のそれぞれを平面視したときの中央部に対応し、４５°及び－４５°は第１反射面１３１～第４反射面１３４のそれぞれを平面視したときの端部に対応する。

第１反射面１３１～第４反射面１３４のそれぞれは、中央部から±５０°の範囲に亘って略均一な指向特性を有する。

（第１実施形態に係る発光装置の製造工程）
図４は発光装置１の製造工程を示す図であり、図４（ａ）は第１工程を示し、図４（ｂ）は第１工程の次の第２工程を示し、図４（ｃ）は第２工程の次の第３工程を示し、図４（ｄ）は第３工程の次の第４工程を示す。

まず、第１工程において、複数のＬＥＤ素子１１は、切断することで基板１０が形成可能な基板材１１０の表面に所定の間隔で格子状に配置される。複数のＬＥＤ素子１１のそれぞれは、透明な絶縁性の接着剤等により、基板１０の表面１０５に固定される。次いで、複数のＬＥＤ素子１１のそれぞれの素子電極は、基板材１１０に形成される配線パターンにワイヤボンディングされる。

次いで、第２工程において、封止材１１２は、複数のＬＥＤ素子１１のそれぞれを覆うように、蛍光体を含むシリコーン樹脂等の樹脂材が充填されて、形成される。封止材１１２は、例えば、基板材１１０の周囲に不図示の枠体を配置して、粘性のある液体状の樹脂材を充填して固化することで形成される。

次いで、第３工程において、切断することで光学部材１３が形成可能な反射材１１３は、封止材１１２の表面に配置される。反射材１１３は、不図示の成形装置により金型成形させることで形成される。

そして、第４工程において、複数の発光装置１は、互いに分離されることで、形成される。複数の発光装置１は、例えば、ダイシングソーにより切断されることで、互いに分離される。

（第１実施形態に係る発光装置の作用効果）
図５（ａ）は格子状に配置された第１実施形態に係る発光装置を有するバックライトの斜視図であり、図５（ｂ）は格子状に配置された比較例に係る発光装置を有するバックライトの斜視図である。

バックライト１００は格子状に配置された４つの発光装置１を有し、バックライト９００は格子状に配置された４つの発光装置９０１を有する。発光装置９０１は、特許文献１に記載される発光装置等であり、水平成分が均一になるように光を出射する。

図６（ａ）は図５（ａ）に示すバックライトを平面視したときの輝度分布を示す図であり、図６（ｂ）は図５（ａ）に示すバックライトの輝度の広がりを示す図である。図６（ｃ）は図５（ｂ）に示すバックライトを平面視したときの輝度分布を示す図であり、図６（ｄ）は図５（ｂ）に示すバックライトの輝度の広がりを示す図である。図６（ａ）及び６（ｃ）において、横軸及び縦軸はバックライトの一辺の長さを示す。また、図６（ｂ）及び６（ｄ）において、横軸はそれぞれの輝度を示す画素数を示し、縦軸は輝度を示す。

発光装置１が格子状に配置されたバックライト１００を平面視したときの輝度分布は、発光装置９０１が格子状に配置されたバックライト９００を平面視したときの輝度分布よりも均一性が高く、明暗ムラが抑制される。

また、発光装置１では、光学部材１３の表面の形状は、基板１０の表面の形状と同一であるので、基板１０にＬＥＤ素子１１、封止材１１２及び反射材１１３を順次搭載した部材をダイシングすることで容易に製造することができる。

（第２実施形態に係る発光装置）
図７は第２実施形態に係る発光装置の斜視図であり、図８（ａ）は図７のＡ－Ａ´線断面図であり、図８（ｂ）は図７のＢ－Ｂ´線断面図である。図８（ａ）及び８（ｂ）において、ＬＥＤ素子から放射される光は一点鎖線で示される。

発光装置２は、封止部材１４を封止部材１２の代わりに有することが発光装置１と相違する。また、発光装置２は、枠部材１５を有することが発光装置１と相違する。封止部材１４及び枠部材１５以外の発光装置２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された発光装置１の構成要素の構成及び機能と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

封止部材１４は、シリコーン樹脂等の無色且つ透明な合成樹脂によって形成され、ＬＥＤ素子１１を保護し且つ封止する。また、封止部材１４は、緑色蛍光体と赤色蛍光体とを含有する。緑色蛍光体は、ＬＥＤ素子１１が出射した青色光を吸収して緑色光に波長変換する、例えば(BaSr)₂SiO₄：Eu²⁺等の粒子状の蛍光体材料である。赤色蛍光体は、ＬＥＤ素子１１が出射した青色光を吸収して赤色光に波長変換するＫＳＦである。ＫＳＦは耐湿性が比較的低い蛍光体である。

枠部材１５は、ＫＳＦよりも耐湿性が高いシリコーン樹脂等の無色且つ透明な合成樹脂、すなわち光透過性の材料によって形成され、封止部材を囲うように配置される。

（第２実施形態に係る発光装置の製造工程）
図９は、発光装置２の製造工程を示す図である。図９（ａ）は第１工程を示し、図９（ｂ）は第１工程の次の第２工程を示し、図９（ｃ）は第２工程の次の第３工程を示し、図９（ｄ）は第３工程の次の第４工程を示す。図９（ｅ）は第４工程の次の第５工程を示し、図９（ｆ）は第５工程の次の第６工程を示す。

まず、第１工程において、図４を参照して説明された発光装置１の第１工程と同様に、複数のＬＥＤ素子１１は、切断することで基板１０が形成可能な基板材１１０の表面に格子状に配置される。

次いで、第２工程において、封止材１１４は、複数のＬＥＤ素子１１のそれぞれを覆うように、緑色蛍光体及び赤色蛍光体であるＫＳＦを含むシリコーン樹脂等の樹脂材が充填されて、形成される。封止材１１４は、例えば、基板材１１０の周囲に不図示の枠体を配置して、粘性のある液体状の樹脂材を充填して固化することで形成される。

次いで、第３工程において、封止材１１４をハーフダイシングして、枠部材１５を形成するための樹脂材を充填するための溝部を格子状に形成する。

次いで、第４工程において、切断することで枠部材１５が形成可能な枠材１１５を第４工程で形成された溝部に配置する。枠材１１５は、例えば、ＫＳＦよりも耐湿性が高く且つ粘性のある液体状の樹脂材を充填して固化することで形成される。

第５工程及び第６工程は、図４を参照して説明された発光装置１の製造工程の第３工程及び第４工程と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

（第２実施形態に係る発光装置の作用効果）
発光装置２は、封止部材１４に含有される蛍光体よりも耐湿性が高い材料で形成される枠部材１５が封止部材１４を囲うように配置されるので、封止部材１４に含有される蛍光体が湿度によって劣化することを防止できる。

（実施形態に係る発光装置の変形例）
発光装置２では、封止部材１４を囲うように配置される枠部材１５は、封止部材１４に含有される蛍光体よりも耐湿性が高い材料で形成される。しかしながら、実施形態に係る発光装置では、封止部材の上面を覆う光学部材も封止部材に含有される蛍光体よりも耐湿性が高い材料で形成されてもよい。封止部材の上面を覆う光学部材を封止部材に含有される蛍光体よりも耐湿性が高い材料で形成することで、実施形態に係る発光装置は、封止部材１４に含有される蛍光体が湿度による劣化を更に効率良く防止できる。

１、２発光装置
１０基板
１１ＬＥＤ素子（発光素子）
１２、１４封止部材
１３光学部材
１５枠部材

Claims

第１辺、第２辺、第３辺及び第４辺により形成される正方形状の表面を有する基板と、
前記基板の表面に搭載された発光素子と、
前記発光素子の周囲を覆うように配置され、蛍光体を含有する透明な封止部材と、
前記発光素子及び前記封止部材の上方に配置され、蛍光体を含有しない光学部材と、を有し、
前記光学部材は、
前記発光素子から放射され且つ前記封止部材及び前記光学部材を透過した光の一部を前記基板の表面に平行であり且つ前記第１辺に直交する第１方向に反射する第１反射面と、
前記発光素子から放射され且つ前記封止部材及び前記光学部材を透過した光の一部を前記第１方向と反対であり且つ前記第２辺に直交する第２方向に反射する第２反射面と、
前記発光素子から放射され且つ前記封止部材及び前記光学部材を透過した光の一部を前記基板の表面に平行であり且つ前記第１方向及び前記第３辺に直交する第３方向に反射する第３反射面と、
前記発光素子から放射され且つ前記封止部材及び前記光学部材を透過した光の一部を前記第３方向と反対であり且つ前記第４辺に直交する第４方向に反射する第４反射面と、を有し、
前記第１反射面、前記第２反射面、前記第３反射面及び前記第４反射面のそれぞれは、中央部が放物線状の断面形状を有し且つ中央部から側面方向に離隔するに従って中央部の放物線形状が徐々に扁平する同一の形状を有し、
前記第１反射面の先端の前記第１辺からの高さ、前記第２反射面の先端の前記第２辺からの高さ、前記第３反射面の先端の前記第３辺からの高さ及び前記第４反射面の先端の前記第４辺からの高さは、均一であり且つ互いに等しい、ことを特徴とする発光装置。
光学部材の表面の形状は、前記基板の表面の形状と同一である、請求項１に記載の発光装置。
前記封止部材を囲うように配置される枠部材を更に有し、
前記封止部材は、切断面を有すると共に、蛍光体を含有し、
前記枠部材は、前記封止部材に含有される前記蛍光体よりも耐湿性が高い光透過性の材料で形成され、前記切断面を覆うように配置される、請求項１又は２に記載の発光装置。
前記光学部材は、前記封止部材に含有される前記蛍光体よりも耐湿性が高い光透過性の材料で形成される、請求項３に記載の発光装置。