JPWO2012049853A1 - 発光装置及びこれを用いた面光源装置 - Google Patents
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Abstract
発光装置は、基板１１２の上に光出射領域を上にして固定された発光素子１１０と、発光素子１１０の上方に光出射領域と光軸Ｌを合わせて配置された調光レンズ１１４とを備えている。調光レンズ１１４は、光軸Ｌの周囲に形成された凹部１４１ａと、凹部１４１ａに設けられ、光出射領域から入射した光を光軸Ｌから遠ざかる方向へ全反射させる第１の反射面と、凹部１４１ａにおける第１の反射面よりも外側の領域に設けられ、光出射領域から入射した光を入射角よりも出射角が大きくなるように屈折させる第１の屈折面とを有している。
Description
本開示は、発光装置及び面光源装置に関し、特に光の配光を調整する調光レンズを備えた発光装置及び面光源装置に関する。
薄型の液晶テレビ等に用いられる液晶パネルには、背面側から照光するバックライト装置が一般的に使用される。バックライト装置は、表示面積が広い液晶パネルを均一に照光する必要があるため、プリント配線基板等の上に所定の間隔をおいて格子状に発光装置を配置した面光源装置が用いられる。面光源装置に用いる発光装置には、所定の範囲に効率良く光を広げることができる配光特性が求められる。
光を効率良く広げるために、発光素子から出射される光の配光を調整する調光レンズ等を有する発光装置が検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。例えば、図１５(ａ)及び（ｂ）に示すように光軸（発光素子の直上方向）Ｌの近傍を除き、出射角θ２／入射角θ１が１よりも大きく、θ１が大きくなるに従いθ２／θ１が次第に小さくなる調光レンズを用いることにより、所定の光照射範囲内において均一に且つ滑らかに光を拡散させることができると期待される。
しかしながら、前記従来の調光レンズを用いた発光装置には以下のような問題がある。従来の調光レンズは、θ１が０に近い場合、つまり発光素子の直上に向かって出射された光は、出射角θ２が小さいためそのまま直上に向かって出射される。一方、発光素子の高輝度化が進むにつれて、発光素子の光出力は大きく向上している。また、発光素子はその直上において発光強度が極大となる。このため、高輝度の発光素子においては、発光素子の直上つまり調光レンズの光軸付近において周囲に比べて輝度が大きく上昇してしまい、輝度むらを解消することが困難となる。
本開示は、これらの問題を解決し、光照射範囲が広く且つ輝度むらが抑制された発光装置を実現できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するために、本開示は発光装置を、光軸の周囲に設けられ入射した光を全反射させる反射面と、反射面の周囲に設けられ入射した光を光軸から遠ざかる方向へ屈折させる屈折面とを有する調光レンズを備えている構成とする。
具体的に、本開示の発光装置は、基板の上に光出射領域を上にして固定された発光素子と、発光素子の上方に発光素子と光軸を合わせて配置された調光レンズとを備え、調光レンズは、光軸の周囲に形成された凹部と、凹部に設けられ、光出射領域から入射した光を光軸から遠ざかる方向へ全反射させる第１の反射面と、凹部における第１の反射面よりも外側の領域に設けられ、光出射領域から入射した光を入射角よりも出射角が大きくなるように屈折させる第１の屈折面とを有している。
本開示の発光装置によれば、光照射範囲が広く且つ輝度むらが抑制された発光装置を実現できる。
例示の発光装置は、基板の上に光出射領域を上にして固定された発光素子と、発光素子の上方に発光素子と光軸を合わせて配置された調光レンズとを備え、調光レンズは、光軸の周囲に形成された凹部と、凹部に設けられ、光出射領域から入射した光を光軸から遠ざかる方向へ全反射させる第１の反射面と、凹部における第１の反射面よりも外側の領域に設けられ、光出射領域から入射した光を入射角よりも出射角が大きくなるように屈折させる第１の屈折面とを有している。
例示の発光装置は、調光レンズが凹部に設けられ、光出射領域から入射した光を光軸から遠ざかる方向へ全反射させる第１の反射面を有している。このため、高輝度の発光素子から直上方向に出射された光がそのまま光軸方向に出射されず、光軸付近の輝度を抑えることができる。また、調光レンズは凹部における第１の反射面よりも外側の領域に設けられ、光出射領域から入射した光を入射角よりも出射角が大きくなるように屈折させる第１の屈折面を有している。このため、第１の反射面において全反射させたことにより低下した光軸周辺の輝度を補正し、全体として輝度むらを低減することができる。
例示の発光装置において、第１の反射面は、光軸から遠ざかるに従い反射角を大きくすればよい。
例示の発光装置において、第１の屈折面は、光軸から遠ざかるに従い屈折角を大きくすればよい。
例示の発光素子において、調光レンズは、凹部における第１の屈折面よりも外側の領域に設けられ、光出射領域から入射した光を光軸から遠ざかる方向へ全反射させる第２の反射面と、第２の反射面よりも外側の領域に設けられ、光出射領域から入射した光を入射角よりも出射角が大きくなるように屈折させる第２の屈折面とを有していてもよい。
例示の発光装置において、調光レンズは、第２の屈折面よりも外側の領域に形成され、光出射領域から入射した光を入射角よりも出射角が小さくなるように屈折させる第３の屈折面を有していてもよい。
例示の発光装置において、発光素子は、平面長方形状であり、調光レンズは、発光素子の長辺と対向する位置に平面部を有し、平面部は、下端部から上端部に向かって光軸に近づくように傾斜し、入射角が出射角よりも小さくなるように入射光を屈折させる第４の屈折面としてもよい。このような構成とすることにより、発光素子の長辺側において輝度を抑制し、長辺側の輝度と短辺側の輝度とを合わせることが可能となる。
例示の発光装置は、基板の上に形成され、発光素子を囲み、上端部の高さが発光素子の上面よりも高く、発光素子の側方へ出射された光を反射する反射体と、反射体に囲まれた領域に形成され、発光素子を封止し、蛍光体を含む樹脂封止部と、基板の上における反射体よりも外側の領域に形成されたワイヤボンド部と、発光素子の上面に形成された電極とを接続するワイヤとをさらに備え、樹脂封止部は、発光素子の光出射領域の上に窪み部を有し、窪み部の周囲から反射体と接する部分に向かって次第に高さが低くなり、樹脂封止部の上端部は反射体の上端部よりも高く、ワイヤは、反射体に囲まれた領域において樹脂封止部の上面と接していてもよい。
このような構成とすることにより、反射体の高さを高くすることなく蛍光体を含む樹脂封止部の厚さを厚くすることが可能となる。
例示の面光源装置は、例示の発光装置を複数備え、複数の発光装置が格子状に配置されている。
（一実施形態）
図１に示すように、面光源装置１０は、表示面の横と縦の比率が１６：９であるワイド画面の液晶テレビ等に用いられる液晶パネルＤの背面側から照光するバックライト装置である。面光源装置１０は、液晶パネルＤの背面に貼り付けられた調光部材２０と、面光源部３０とを備えている。面光源部３０は、調光部材２０と所定の間隔をおいて配置されている。
図１に示すように、面光源装置１０は、表示面の横と縦の比率が１６：９であるワイド画面の液晶テレビ等に用いられる液晶パネルＤの背面側から照光するバックライト装置である。面光源装置１０は、液晶パネルＤの背面に貼り付けられた調光部材２０と、面光源部３０とを備えている。面光源部３０は、調光部材２０と所定の間隔をおいて配置されている。
調光部材２０は、拡散板２１と、拡散シート２２と、第１調光シート２３と、第２調光シート２４とを備えている。
拡散板２１は、面光源部３０の光を拡散させるために表面がすりガラス状の粗面に形成された樹脂製の板材等とすればよい。拡散板２１は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエステル（ＰＳ）樹脂又は環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）樹脂等により形成すればよい。
拡散シート２２は、拡散板２１により拡散された光をさらに拡散するために設けられており、例えばポリエステル等の樹脂製のシートとすればよい。
第１調光シート２３は、拡散板２１及び拡散シート２２により拡散された光を、液晶パネルＤ方向へ集光する。第１調光シート２３は、プルズム面を有するシートとすればよい。具体的には、アクリル樹脂からなる三角条（線状三角凸部）が形成されたポリエステル樹脂等とすればよい。三角条により形成されたプリズム面は、断面視において鋸歯形状とすればよい。第２調光シート２４は、第１調光シート２３により集光しきれなかった光を集光する。また、第２調光シート２４は、Ｓ波を面光源部３０側に反射させて、液晶パネルＤを透過するＰ波を増加させることにより、積算光量を増大させて輝度を上昇させる機能を備えている。このように、第１調光シート２３及び第２調光シート２４により明るさのむらを低減している。
図２に示すように、面光源部３０は、搭載基板３１と、発光装置３２とを備えている。発光装置３２は、搭載基板３１の上にマトリクス状に配置されている。本実施形態においては、発光装置３２がＸ方向（横方向）にＷ１の間隔で配置され、Ｙ方向（縦方向）にＷ２の間隔で配置されている。搭載基板３１は、エポキシ系樹脂等の大判の絶縁性基板に発光装置３２へ電源を供給するための配線パターンが形成されたプリント配線基板とすればよい。
次に、本実施形態の発光装置３２の構成について詳細に説明する。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように発光装置３２は、基板１１２の上に固定（ダイボンド）された発光素子１１０及び調光レンズ１１４を有している。調光レンズ１１４は発光素子１１０の光出射領域と光軸を合わせるように配置されている。具体的には、調光レンズ１１４の光軸（中心軸）Ｌの直下に発光素子１１０の光出射領域の中央部が位置するように配置されている。
本実施形態において発光素子１１０は、略直方体状であり、上面の平面形状は略長方形状である。発光素子１１０は、青色発光ダイオード等とすればよい。発光素子１１０は通常、素子基板の上に形成された半導体層と電極とを有している。半導体層は、素子基板側から順次形成されたｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含む。電極は、ｐ型半導体層と接して形成されたｐ側電極と、ｎ型半導体層と接して形成されたｎ側電極とを有している。本実施形態においてｎ側電極は、ｐ型半導体層及び発光層とｎ型半導体層の一部とをエッチングすることにより露出させたｎ型半導体層上に形成されている。本実施形態においてｐ側電極及びｎ側電極は光出射領域を挟んで長辺の互いに反対側に位置する。発光素子１１０は、ｐ側電極とｎ側電極との間に電圧を印加することにより光出射領域から光を出射する点光源として機能する。光出射領域は、実際には所定の大きさを有する面であるが、微小な領域であり発光装置３２として見た場合には点とみなすことができる。
調光レンズ１１４は、シリコン系樹脂により形成され、発光素子１１０から出射された光を広い範囲に配光する。調光レンズ１１４は、略半球状のレンズ部１４１と、レンズ部１４１の周囲に形成された外形が正方形状の鍔部１４２とを有している。
レンズ部１４１は、光軸Ｌの周囲に設けられた凹部１４１ａを有している。凹部１４１ａは、上端部の径が底部の径よりも大きく、底部から上端部に向かって壁面の傾斜が次第に緩やかになる形状を有している。
凹部１４１ａの周囲には、ほぼ水平な（光軸Ｌとほぼ直交する）面である水平面１４１ｂが設けられており、水平面１４１ｂの周囲には、緩やかな凸状曲面である円弧面１４１ｃが設けられており、円弧面１４１ｃの周囲には、ほぼ垂直な面である周側面１４１ｄが設けられている。周側面１４１ｄと鍔部１４２との間には、緩やかな凹状曲面である裾部１４１ｅが設けられている。周側面１４１ｄの一部は、垂直に切り取られており、平面部１４１ｆが形成されている。平面部１４１ｆは光軸Ｌを挟んで互いに対向する位置に設けられている。また、平面部１４１ｆと発光素子１１０の長辺とは互いに対向している。平面部１４１ｆは平面部１４１ｆは、下端部から上端部に向かって光軸Ｌに次第に近づくようにわずかに傾斜している。本実施形態においては、平面部１４１ｆの傾斜は約２°である。
基板１１２は、リードフレーム１２１と樹脂枠１２２とを有している。リードフレーム１２１は、ニッケル又は金等のめっき層を積層してパターニングした銅合金板とすればよい。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、リードフレーム１２１は略正方形状の輪郭を有している。リードフレーム１２１はアノードフレーム１２１Ａとカソードフレーム１２１Ｂとを含み、樹脂枠１２２により一体に形成されている。アノードフレーム１２１Ａ及びカソードフレーム１２１Ｂにはそれぞれ、樹脂枠１２２を一体に成型する際にずれが発生しないようにするための貫通孔１２１ａが２ヵ所ずつ設けられている。
図４（ａ）に示すように、アノードフレーム１２１Ａの一方の面（表面）には、発光素子１１０が固定されるダイボンド部１２３Ａと、発光素子１１０のｐ側電極と接続されたワイヤ１１６がボンディングされるワイヤボンド部１２３Ｂと、保護素子１１７が固定される保護素子用ダイボンド部１２３Ｃとが設けられている。カソードフレーム１２１Ｂの表面には、発光素子１１０のｎ側電極と接続されたワイヤ１１６がボンディングされるワイヤボンド部１２４Ａと、保護素子１１７と接続されたワイヤ１１８がボンディングされる保護素子用ワイヤボンド部１２４Ｂとが設けられている。
図４（ｂ）に示すように、アノードフレーム１２１Ａの裏面には、アノード電極１２３Ｄ形成されている。カソードフレーム１２１Ｂの裏面には、カソード電極１２４Ｃが形成されている。
図５に示すように、樹脂枠１２２はリードフレーム１２１と一体に形成されている。樹脂枠は光の反射効率を高めるために白色とすることが好ましい。樹脂枠１２２は、リードフレーム１２１を挟み込んだ上型と下型との間のキャビティにエポキシ系樹脂等を充填して硬化させることにより形成すればよい。
樹脂枠１２２の中央部には、リードフレーム１２１のダイボンド部１２３Ａを露出させる平面円形状の第１の開口部１２２ａが形成されている。第１の開口部１２２ａは、下端部から上端部に向かって次第に径が大きくなるように形成されており、第１の開口部１２２ａの壁面は傾斜している。第１の開口部１２２ａを囲むように平面方形状の第１の凸部１２５が形成されている。従って、第１の開口部１２２ａの壁面及び第１の凸部１２５の第１の開口部１２２ａ側の側面（内側面）は一体となり、ダイボンド部１２３Ａに固定された発光素子１１０から出射された光の一部を上方に反射させる第１の反射面１２５Ａとなる。従って、第１の開口部１２２ａ及び第１の凸部１２５は第１の反射体として機能する。第１の凸部１２５の外側面は次第に高さが低くなる斜面となっている。第１の反射体は、調光レンズ１１４に設けられた凹部１４１ａの直下に位置している。
第１の凸部１２５の外側には、発光素子１１０を囲む平面円形状の第２の凸部１２６が形成されている。第２の凸部１２６の内側面は、第２の反射面１２６Ａとなっており、第２の凸部１２６は第２の反射体として機能する。第２の反射面１２６Ａは第１の反射面１２５Ａよりも傾斜角度が大きくなっている。第２の反射体は、第１の反射体において反射されなかった光及び調光レンズ１１４において基板１１２側に反射された光等を反射する。
第１の反射面１２５Ａと第２の反射面１２６Ａとは、発光素子１１０を囲む同心円状に形成されている。また、第２の反射面１２６Ａの上端部は、第１の反射面１２５Ａの上端部よりも高い位置にある。
第２の凸部１２６の外側面は、一部が切除され、直線部分１２６Ｂが形成されてている。直線部分１２６Ｂは、発光装置３２の電極の位置を目視により判別可能とするための極性表示として機能する。
第１の凸部１２５と第２の凸部１２６との間には、ワイヤボンド部１２３Ｂ、保護素子用ダイボンド部１２３Ｃ、ワイヤボンド部１２４Ａ及び保護素子用ワイヤボンド部１２４Ｂをそれぞれ露出する第２の開口部１２２ｂ、第３の開口部１２２ｃ、第４の開口部１２２ｄ及び第５の開口部１２２ｅが形成されている。
第１の開口部１２２ａにより露出したダイボンド部１２３Ａに固定された発光素子１１０のｐ側電極と、第２の開口部１２２ｂにより露出したワイヤボンド部１２３Ｂとはワイヤ１１６を介して接続されている。ｎ側電極と第４の開口部１２２ｄにより露出したワイヤボンド部１２４Ａとはワイヤ１１６を介して接続されている。第３の開口部１２２ｃにより露出した保護素子用ダイボンド部１２３Ｃに固定された保護素子の電極と、第５の開口部１２２ｅにより露出した保護素子用ワイヤボンド部１２４Ｂとはワイヤ１１８を介して接続されている。ワイヤ１１６及びワイヤ１１８は金（Ａｕ）細線等とすればよい。
第１の凸部１２５に囲まれた領域には封止樹脂が埋め込まれており、ダイボンド部１２３Ａに固定された発光素子１１０を封止する樹脂封止部１２７が形成されている。樹脂封止部は、透明なシリコン樹脂等からなる第１の封止部１２７Ａと、蛍光体を含むシリコン樹脂等からなる第２の封止部１２７Ｂとを有している。第２の封止部１２７Ｂの上面は、発光素子１１０のｐ側電極及びｎ側電極とワイヤボンド部１２３Ｂ及びワイヤボンド部１２４Ａとを接続するワイヤ１１６と接している。このため、第２の封止部１２７Ｂは、ワイヤ１１６の形状に沿って外縁部から中央部に向かって次第に厚さが厚くなり、ワイヤ１１６の間の領域（光出射領域の直上）に窪み部を有する形状となっている。
蛍光体を含む第２の封止部１２７Ｂを設けることにより、発光素子１１０から出射される光を他の波長の光に変換することができる。例えば、発光素子１１０が青色光を出射する場合には、青色光により励起されて、補色である黄色光を放出する蛍光体を用いることにより、青色光と黄色光とが混色された白色光を得ることができる。この場合蛍光体には、珪酸塩蛍光体又はイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体等を用いればよい。
保護素子１１７は、発光素子１１０を過電圧より保護する保護回路を形成する。本実施形態においては保護素子１１７をツェナーダイオードとしているが、ダイオード、コンデンサ、抵抗又はバリスタ等としてもよい。また、発光素子１１０の耐圧が十分であれば保護素子１１７は省略してもよい。
以下に、発光装置３２の製造方法の例を説明する。まず、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属板を打ち抜いて、複数のリードフレーム１２１が縦横に並んだリードフレーム複合体１６１を形成する。
次にリードフレーム複合体１６１を金型により型締めして、トランスファー成型法にて樹脂枠１２２をモールド成型する。
次に、アノードフレーム１２１Ａのダイボンド部１２３Ａに発光素子１１０を固定（ダイボンド）する。また、保護素子用ダイボンド部１２３Ｃに保護素子１１７を固定し、保護素子１１７と保護素子用ワイヤボンド部１２４Ｂとをワイヤ１１８により配線する。
次に、図７に示すように、ダイボンドした発光素子１１０のｐ側電極にワイヤ１１６をファーストボンドし、第１の凸部１２５の上端を超える位置まで垂直方向に立ち上げる。さらに、ワイヤ１１６を第１の凸部１２５の方向へ屈曲させ、第１の凸部１２５の上端に接するようにして第１の凸部１２５を超えてワイヤボンド部１２３Ｂにセカンドボンドして配線する。同様にしてｎ側電極とワイヤボンド部１２４Ａとの間をワイヤ１１６により配線する。
ワイヤ１１６をこのように配線することにより、封止樹脂をポッティングする際に、封止樹脂を第１の凸部１２５に囲まれた領域から溢れ出させることなく盛り上がった状態とすることができる。図７においては、ワイヤ１１６が第１の凸部１２５の上端と接しているが、封止樹脂がワイヤ１１６に付着するようにできれば、ワイヤ１１６は第１の凸部１２５の上端部と接していなくてもよい。
次に、透明な液状のシリコン樹脂等からなる第１の封止樹脂を第１の凸部１２５に囲まれた領域にポッティングした後硬化させ、第１の封止部１２７Ａを形成する。ポッティングする際に、発光素子１１０の上面が第１の封止樹脂に覆われないように、第１の封止樹脂のポッティング量を調整する。
第１の封止部１２７Ａを形成した後、蛍光体を含有する液状のシリコン樹脂等からなる第２の封止樹脂を発光素子１１０の上面を覆うようにポッティングした後硬化させ、第２の封止部１２７Ｂを形成する。第２の封止樹脂を第１の凸部１２５の上端付近まで充填すると、第２の封止樹脂は第１の凸部１２５の上端と接するワイヤ１１６に付着して引き上げられるため、第１の凸部１２５の上端まで第２の封止樹脂が行きわたる。第２の封止樹脂をさらに充填すると、第２の封止樹脂が発光素子１１０の上面から垂直方向に引き出されたワイヤ１１６により上方へ吊り上げられる。このため、第２のシリコン樹脂の上面は、ワイヤ１１６に支持されて、第１の凸部１２５に囲まれた領域の外縁部から中央部に向かって次第に盛り上がった形状となる。また、発光素子１１０の光出射領域の上方においては第２の封止樹脂を支持するワイヤが存在しないため、窪んだ形状となる。この状態で第２の封止樹脂を硬化させることにより、外縁部から中央部に向かって次第に厚さが厚く且つ中央部に窪み部１２７ａを有する第２の封止部１２７Ｂが形成される。
蛍光体を含有した第２の封止部１２７Ｂは、効率良く光の波長を変換するために、発光素子１１０の上にある程度厚く形成することが好ましい。しかし、第１の凸部１２５の高さを高くしすぎると、側方への光が遮られてしまう。一方、ワイヤ１１６により封止樹脂を吊り上げるようにすれば、第１の凸部１２５の高さを抑えつつ、第２の封止部１２７Ｂの厚さを確保することが可能となる。また、第２の封止樹脂が第１の凸部１２５を超えて溢れ出すことも抑えることができる。
ワイヤ１１６は、発光素子１１０の中央部（光出射領域）を挟んで両側に形成されたｐ側電極及びｎ側電極と接続されているため、窪み部１２７ａは光出射領域の直上に形成される。従って、窪み部１２７ａは調光レンズ１１４に設けられた凹部１４１ａの直下に位置する。
ワイヤ１１６は、第２の封止樹脂をポッティングした際に、第２の封止樹脂が、表面張力とワイヤ１１６の引き上げとにより第１の凸部１２５の上端よりも盛り上がり、且つ第１の凸部１２５を超えて溢れ出さないようにできればよい。従って、図７においてはワイヤ１１６が第１の凸部１２５の上端と接している例を示したが、ワイヤ１１６が第１の凸部１２５の上端と近接していれば接していなくてもよい。
次に、調光レンズ１１４の形状にキャビティが形成された金型を用いてトランスファー成型法にて調光レンズ１１４を基板１１２の上に成型する。
次に、ダイサーを用いて、リードフレーム複合体１６１からリードフレーム１２１をそれぞれ切り離して個片化することにより発光装置３２が得られる。
調光レンズ１１４を成型する前に、第２の凸部１２６に囲まれた領域に液状の透明なシリコン樹脂等をポッティングし、ワイヤ１１６及びワイヤ１１８を封止してもよい。ワイヤ１１６及びワイヤ１１８を封止することにより、調光レンズ１１４を形成する際にワイヤ１１６及びワイヤ１１８の断線を生じにくくすることができる。
次に、調光レンズ１１４の形状について説明する。図８に示すように調光レンズ１１４のレンズ部１４１の出射面Ｓには、Ｃ１〜Ｃ８の８個の領域が存在している。領域Ｃ１〜Ｃ８の曲面形状は、横軸をθ１、縦軸をθ２／θ１とすると図９に示すように表すことができる。なお、θ１は、図１０に示すように、発光素子１１０の光出射領域からの光の入射角である。具体的には発光素子１１０の光出射領域から出射された光が出射面Ｓを通過してそのまま直進する場合の方向を示す仮想直線Ｌｖ１と光軸Ｌとのなす角である。θ２は発光素子１１０の光出射領域からの光の出射角である。具体的には発光素子１１０の光出射領域から出射された光が出射面Ｓにおいて屈折された屈折光が進行する方向を示す仮想直線Ｌｖ２と光軸Ｌとのなす角である。なお、図９は光出射面Ｓが光軸Ｌと交差する点から平面部１４１ｆを通って裾部１４１ｅに至るラインに沿った特性を示している。また、調光レンズ１１４の屈折率は１．４１である。
領域Ｃ１は、θ１が０°〜３°程度の領域であり、凹部１４１ａの底部付近に相当する。領域Ｃ１は、発光素子１１０の光出射領域の方向から入射した光が光軸Ｌから遠ざかる方向へ全反射される反射面となっている。また、光軸Ｌから遠ざかり、θ１が大きくなるに従い反射角が次第に大きくなる。従って、発光素子１１０から直上方向に出射された光は、調光レンズ１１４の出射面Ｓから直接出射されない。従って、光軸Ｌ付近において発光強度が大きく上昇することを防ぐことができる。
蛍光体を含有した第２の封止部１２７Ｂの窪み部１２７ａにおいては、蛍光体による波長変換の度合いが低下している。しかし、窪み部１２７ａは凹部１４１ａの直下に位置しているため、窪み部１２７ａを通過して領域Ｃ１に入射した光は反射され、周囲の光と十分に混色される。従って、窪み部１２７ａにより生じた色度の違いを直上から視認しにくくすることができるという効果も得られる。
領域Ｃ２はθ１が３°〜７°程度の領域であり、凹部１４１ａの底部付近から凹部１４１ａの傾斜面の下端部付近までの範囲に相当する。領域Ｃ２は、θ２／θ１が大きく、光出射領域の方向から入射した光が光軸Ｌから遠ざかる方向に屈折される屈折面である。また、θ１が大きくなるに従いθ２／θ１が大きくなり、屈折角が大きくなる。従って、領域Ｃ１の外周に連続する周面である領域Ｃ２では、光軸Ｌ付近への光の集中を避けると共に、領域Ｃ１において光を全反射させることによる発光強度の低下を補うことができる。
領域Ｃ３はθ１が７°〜２４°程度の範囲であり、凹部１４１ａの傾斜面の下端部付近から凹部１４１ａの上端部付近までの範囲に相当する。領域Ｃ２は、光出射領域の方向から入射した光が光軸Ｌから遠ざかる方向へ全反射する反射面となっている。また、領域Ｃ１と同様に、θ１が大きくなるに従い反射角が大きくなる。従って、領域Ｃ３においては、光軸Ｌの周囲の光を直上方向から外側方向へ分散させる。
領域Ｃ４はθ１が２４°〜３７°程度の範囲であり、凹部１４１ａの上端部付近から水平面１４１ｂの中間部付近までの範囲に相当する。領域Ｃ４は、θ２／θ１が１よりも大きく、光出射領域の方向から入射した光が光軸Ｌから遠ざかる方向に屈折する屈折面である。しかし、屈折角はθ２よりも小さく（θ２／θ１が１．５〜２．５程度）、領域Ｃ２とは反対にθ１が大きくなるに従い屈折角が小さくなる。従って、領域Ｃ４においては、光軸Ｌ付近への光の集中を避けると共に、領域Ｃ３において光を全反射させることによる発光強度の低下を補うことができる。
領域Ｃ５はθ１が３７°〜４３°程度の範囲であり、水平面１４１ｂの中間部付近に相当する。領域Ｃ５は、光出射領域の方向から入射した光が光軸Ｌから遠ざかる方向へ屈折する反射面であり、θ１が大きくなるに従い屈折角が若干大きくなる。
領域Ｃ６はθ１が４３°〜７０°程度の範囲であり、水平面１４１ｂの中間部付近から円弧面１４１ｃを含み周側面１４１ｄに至る範囲に相当する。領域Ｃ６は、θ１が大きくなるに従い屈折角が小さくなる屈折面であり、領域Ｃ６のと領域Ｃ７との境界付近においてθ２／θ１は１となる。
領域Ｃ７はθ１が７０°〜８２°程度の範囲であり、平面部１４１ｆに相当する。平面部１４１ｆは、その下端部から上端部に向かって光軸Ｌに次第に近づくようにわずかに傾斜している。このため、領域Ｃ７においてはθ２／θ１が１未満となり、光出射領域の方向から入射した光が光軸Ｌ側へ屈折する。平面部１４１ｆは発光素子１１０の長辺と対向する位置に設けられているため、発光素子１１０の長辺側から側方へ進行する光を光軸Ｌ側に屈折させ、発光素子１１０の直上方向における発光強度を向上させる。
領域Ｃ８はθ１が８２°〜９０°程度の範囲であり、裾部１４１ｅに相当する。領域Ｃ８においては、θ２／θ１が１を大きく下回り、光出射領域の方向から入射した光が光軸Ｌ側に屈折する。また、θ１が大きくなるに従い屈折角が大きくなる。
図１１に示すように、領域Ｃ１及びＣ３においては、光出射領域の方向から入射した光Ｌｖ３及びＬｖ４は全反射される。また、領域Ｃ２においては、光出射領域の方向から入射した光Ｌｖ５は、出射面Ｓを通過してそのまま直進した場合Ｌｖ５’よりも外側に向かって屈折する。同様にＣ４〜Ｃ６においても、光出射領域の方向から入射した光Ｌｖ５は、出射面Ｓを通過してそのまま直進した場合Ｌｖ６’よりも外側に向かって屈折する。一方、領域Ｃ８においては、光出射領域の方向から入射した光Ｌｖ７は、出射面Ｓを通過してそのまま直進した場合Ｌｖ７’よりも上向きに（光軸Ｌ側に）屈折する。従って、領域Ｃ８により、発光素子１１０の側方へ進行する光を光軸Ｌ側へ屈折させて、発光素子１１０の直上方向を照光することができる。
本実施形態の発光装置３２は、第１の凸部１２５だけでなく、第２の凸部１２６を備えているため、発光素子１１０から出射された光が裾部１４１ｅへ直接到達することはない。しかし、調光レンズ１１４の出射面Ｓにおいて反射された光の一部等は裾部１４１ｅへ到達するため、発光素子１１０の直上方向を照光することができ、発光強度の均一化に寄与することが期待できる。
調光レンズ１１４は、発光素子１１０から光軸Ｌ側へ向かう光を光軸Ｌから遠ざかる方向へ全反射する領域Ｃ１を有している。このため、発光素子１１０の直上の位置における輝度が周囲よりも突出して高くなることを防ぐことができる。また、領域Ｃ１の外周に連続して設けられた領域Ｃ２において、発光素子１１０から出射された光を光軸Ｌから遠ざかる方向へ屈折させるため、光軸Ｌ付近への光の集中を避けつつ、領域Ｃ１において光を全反射させることによる発光強度の低下を補うことができる。従って、発光素子１１０が高輝度な発光素子である場合においても、輝度むらを抑制することができ、幅広い範囲を均一に照光することが可能となる。
次に、発光装置３２の輝度特性を説明する。発光素子１１０は略直方体状であるため、短辺側よりも長辺側において輝度が高い。しかし、調光レンズ１１４は、発光素子１１０の長辺と対向する位置に平面部１４１ｆを有している。平面部１４１ｆは凸曲面ではないためレンズ効果が弱くなる。このため、図１２に示すように、平面部１４１ｆが設けられている発光素子１１０の長辺側において光の収束度合いが低下する。従って、発光素子１１０の両短辺を結ぶＸ方向の最大発光強度Ｘmaxは、両長辺を結ぶＹ方向の最大発光強度Ｙmaxとほぼ等しくなる。このように、調光レンズ１１４に平面部１４１ｆを設けることにより、略直方体状の発光素子１１０を用いた場合にも、長辺側の発光強度と短辺側の発光強度とをそろえ、全方向をほぼ均一に照光することが可能となる。
以上のように本実施形態に係る発光装置３２は、調光レンズ１１４の周囲にほぼ均一に配光することができる。このため、図２に示すような面光源部３０において、発光装置３２をＸ方向及びＹ方向に等間隔に配置することが可能となる。また、平面部１４１ｆによる効果を調整して、Ｘ方向とＹ方向との光の広がりを調整すれば、Ｗ１とＷ２との比率を調整することができる。このようにすれば横長のディスプレイ装置等への対応が容易となる。
本実施形態において、第１の凸部１２５の内側面と第１の開口部１２２ａの壁面とは傾斜角度が等しく、第１の凸部１２５の外側面と第２の開口部１２２ｂ及び第４の開口部１２２ｄの壁面とは傾斜角度が異なる構成とした。しかし、図１３に示すように、第１の凸部１２５の内側面と第１の開口部１２２ａの壁面とは傾斜角度が異なり、第１の凸部１２５の外側面と第２の開口部１２２ｂ及び第４の開口部１２２ｄの壁面とは傾斜角度が等しい構成としてもよい。図１３に示すような構成とした場合には、ワイヤ１１６が第１の凸部１２５の上端部と点接触することになる。しかし、この場合にもポッティングの際に第２の封止樹脂をワイヤ１１６により吊り上げることができ、第２の封止部１２７Ｂを外縁部よりも中央部において厚さが厚い形状とすることができる。また、第１の開口部１２２ａの壁面よりも第１の凸部１２５の内側面の傾斜が緩やかであるため、図７に示す構成の場合よりも広い範囲に光を広げることができる。なお、第１の凸部１２５の外側面と第２の開口部１２２ｂ及び第４の開口部１２２ｄの壁面とは傾斜角度が異なっていてもよい。
本実施形態においては、発光素子１１０に２本のワイヤ１１６が配線されている例を示した。しかし、ワイヤ１１６の数は２本以上であればよい。第２の封止部１２７Ｂを吊り上げる効果はワイヤ１１６の直下において大きくなるため、ワイヤ１１６の間の領域においては、第２の封止部１２７Ｂが窪んだ形状となる。このため、ワイヤ１１６の数を多くし、第２の封止部１２７Ｂを吊り上げる箇所を増やすことにより、第２の封止部１２７Ｂの厚さをより均一に厚くすることが可能となる。
例えば、図１４（ａ）に示すように、発光素子１１０のｐ側電極及びｎ側電極にそれぞれ２本のワイヤ１１６を配線してもよい。この場合、ワイヤ１１６同士は互いに９０°ずつずれて配置することが好ましい。このようにすれば、第２の封止部１２７Ｂをより全体的に盛り上がらせることができる。ｐ側電極及びｎ側電極に接続するワイヤ１１６はそれぞれ３本以上としてもよい。
また、図１４（ｂ）に示すように発光素子１１０は複数であってもよい。この場合には、それぞれの発光素子１１０のｐ側電極及びｎ側電極にそれぞれ１本ずつワイヤを配線しても全体としてワイヤ１１６の数が増加し、第２の封止部１２７Ｂを吊り上げる効果を高くすることができる。各発光素子１１０に３本以上のワイヤを接続してもよい。また、発光素子１１０は３個以上であってもよい。
発光素子１１０が複数である場合には、ｎ側電極を基板１１２側に設けリードフレームと直接接続し、ｐ側電極にワイヤ１１６を配線するようにしてもよい。図１４（ｃ）には、発光素子１１０が４個である例を示している。この場合には４本のワイヤ１１６により第２の封止部１２７Ｂが吊り上げられるため、第２の封止部１２７Ｂの厚さの均一性を向上させることができる。各ｐ側電極に２本以上のワイヤを接続してもよい。なお、ｎ側電極とｐ側電極とを逆にして、ｎ側電極にワイヤを接続してもよい。
本開示の発光装置は、光照射範囲が広く且つ輝度むらが抑制された発光装置を実現でき、特にバックライト装置等に用いる発光装置等として有用である。
１０ 面光源装置
２０ 調光部材
２１ 拡散板
２２ 拡散シート
２３ 第１調光シート
２４ 第２調光シート
３０ 面光源部
３１ 搭載基板
３２ 発光装置
１１０ 発光素子
１１２ 基板
１１４ 調光レンズ
１１６ ワイヤ
１１７ 保護素子
１１８ ワイヤ
１２１ リードフレーム
１２１Ａ アノードフレーム
１２１Ｂ カソードフレーム
１２１ａ 貫通孔
１２２ 樹脂枠
１２２ａ 第１の開口部
１２２ｂ 第２の開口部
１２２ｃ 第３の開口部
１２２ｄ 第４の開口部
１２２ｅ 第５の開口部
１２３Ａ ダイボンド部
１２３Ｂ ワイヤボンド部
１２３Ｃ 保護素子用ダイボンド部
１２３Ｄ アノード電極
１２４Ａ ワイヤボンド部
１２４Ｂ 保護素子用ワイヤボンド部
１２４Ｃ カソード電極
１２５ 第１の凸部
１２５Ａ 第１の反射面
１２６ 第２の凸部
１２６Ａ 第２の反射面
１２６Ｂ 直線部分
１２７ 樹脂封止部
１２７Ａ 第１の封止部
１２７Ｂ 第２の封止部
１２７ａ 窪み部
１４１ レンズ部
１４１ａ 凹部
１４１ｂ 水平面
１４１ｃ 円弧面
１４１ｄ 周側面
１４１ｅ 裾部
１４１ｆ 平面部
１４２ 鍔部
１６１ リードフレーム複合体
２０ 調光部材
２１ 拡散板
２２ 拡散シート
２３ 第１調光シート
２４ 第２調光シート
３０ 面光源部
３１ 搭載基板
３２ 発光装置
１１０ 発光素子
１１２ 基板
１１４ 調光レンズ
１１６ ワイヤ
１１７ 保護素子
１１８ ワイヤ
１２１ リードフレーム
１２１Ａ アノードフレーム
１２１Ｂ カソードフレーム
１２１ａ 貫通孔
１２２ 樹脂枠
１２２ａ 第１の開口部
１２２ｂ 第２の開口部
１２２ｃ 第３の開口部
１２２ｄ 第４の開口部
１２２ｅ 第５の開口部
１２３Ａ ダイボンド部
１２３Ｂ ワイヤボンド部
１２３Ｃ 保護素子用ダイボンド部
１２３Ｄ アノード電極
１２４Ａ ワイヤボンド部
１２４Ｂ 保護素子用ワイヤボンド部
１２４Ｃ カソード電極
１２５ 第１の凸部
１２５Ａ 第１の反射面
１２６ 第２の凸部
１２６Ａ 第２の反射面
１２６Ｂ 直線部分
１２７ 樹脂封止部
１２７Ａ 第１の封止部
１２７Ｂ 第２の封止部
１２７ａ 窪み部
１４１ レンズ部
１４１ａ 凹部
１４１ｂ 水平面
１４１ｃ 円弧面
１４１ｄ 周側面
１４１ｅ 裾部
１４１ｆ 平面部
１４２ 鍔部
１６１ リードフレーム複合体
Claims (8)
- 基板の上に光出射領域を上にして固定された発光素子と、
前記発光素子の上方に前記光出射領域と光軸を合わせて配置された調光レンズとを備え、
前記調光レンズは、
前記光軸の周囲に形成された凹部と、
前記凹部に設けられ、前記光出射領域から入射した光を前記光軸から遠ざかる方向へ全反射させる第１の反射面と、
前記凹部における前記第１の反射面よりも外側の領域に設けられ、前記光出射領域から入射した光を入射角よりも出射角が大きくなるように屈折させる第１の屈折面とを有している発光装置。 - 前記第１の反射面は、前記光軸から遠ざかるに従い反射角が大きくなる請求項１に記載の発光装置。
- 前記第１の屈折面は、前記光軸から遠ざかるに従い屈折角が大きくなる請求項１又は２に記載の発光装置。
- 前記調光レンズは、
前記凹部における第１の屈折面よりも外側の領域に設けられ、前記光出射領域から入射した光を前記光軸から遠ざかる方向へ全反射させる第２の反射面と、
前記第２の反射面よりも外側の領域に設けられ、前記光出射領域から入射した光を入射角よりも出射角が大きくなるように屈折させる第２の屈折面とを有している請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。 - 前記調光レンズは、前記第２の屈折面よりも外側の領域に形成され、前記光出射領域から入射した光を入射角よりも出射角が小さくなるように屈折させる第３の屈折面を有している請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、平面長方形状であり、
前記調光レンズは、前記発光素子の長辺と対向する位置に平面部を有し、
前記平面部は、下端部から上端部に向かって前記光軸に近づくように傾斜し、入射角が出射角よりも小さくなるように入射光を屈折させる第４の屈折面である請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。 - 前記基板の上に形成され、前記発光素子を囲み、上端部の高さが前記発光素子の上面よりも高く、前記発光素子の側方へ出射された光を反射する反射体と、
前記反射体に囲まれた領域に形成され、前記発光素子を封止し、蛍光体を含む樹脂封止部と、
前記基板の上における前記反射体よりも外側の領域に形成されたワイヤボンド部と、前記発光素子の上面に形成された電極とを接続するワイヤとをさらに備え、
前記樹脂封止部は、前記発光素子の光出射領域の上に窪み部を有し、前記窪み部の周囲から前記反射体と接する部分に向かって次第に高さが低くなり、前記樹脂封止部の上端部は前記反射体の上端部よりも高く、
前記ワイヤは、前記反射体に囲まれた領域において前記樹脂封止部の上面と接している請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。 - 請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置を複数備え、
複数の前記発光装置が格子状に配置されている面光源装置。
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