JPWO2015146115A1 - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

発光装置は、光透過性を有する基体と、一方の面にのみ電極が形成され、基体に形成される導体層に、電極が接続される第1発光素子と、一方の面にのみ電極が形成され、基体に形成される導体層に、電極が接続され、第1発光素子からの光の色と異なる色の光を射出する第2発光素子と、基体に対して、発光素子を保持する樹脂層と、を備える。

Description

本発明の実施形態は、発光装置に関する。
発光ダイオード(LED)を用いた発光装置は、屋内用、屋外用、定置用、移動用等の表示装置、表示用ランプ、各種スイッチ類、信号装置、一般照明等の光学装置に幅広く利用されている。
LEDを用いて文字列、幾何学的な図形、模様等を表示する表示装置が知られている。この種の表示装置には、例えばRGB三原色の光の混色により、種々の色に発光するフルカラーLEDユニットが用いられている。
一般的なフルカラーLEDユニットは、1つのパッケージの中に赤(R)、緑(G)、青(B)に発光するチップが内蔵されている。フルカラーLEDユニットは、各チップから射出される光の強度の割合によって,白色や中間色などの種々の色に発光しているように見える。
フルカラーLEDユニットをRGB以外の所望の色に発光させるには、チップそれぞれの発光強度のバランスを調整する必要がある。このため、フルカラーLEDユニットでは、所望の色に発光させるのが比較的難しく、優れた演色性の実現が困難であった。
特開2012−084855号公報
本発明は、発光装置の演色性を向上させることを課題とする。
発光装置は、光透過性を有する基体と、一方の面にのみ電極が形成され、基体に形成される導体層に、電極が接続される第1発光素子と、一方の面にのみ電極が形成され、基体に形成される導体層に、電極が接続され、第1発光素子からの光の色と異なる色の光を射出する第2発光素子と、基体に対して、発光素子を保持する樹脂層と、を備える。
第1の実施形態に係る発光装置の概略構成を示す模式断面図である。 第1の実施形態に係る発光装置の平面図である。 第1の発光ユニットの平面図である。 第2の発光ユニットの平面図である。 第3の発光ユニットの平面図である。 発光ユニットの構成を示す断面図である。 発光ユニットの一部を拡大して示す断面図である。 発光素子の配置を示す図である。 制御装置の一制御例を示す図である。 制御装置の一制御例を示す図である。 第2の実施形態に係る発光装置の概略構成を示す模式断面図である。
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る発光装置について、図面を参照して説明する。
図1は第1の実施形態に係る発光装置1の概略構成を示す断面図である。図1に示されるように、発光装置1は、中間樹脂40を介して積層された発光ユニット10,20,30を備えている。図1には示されていないが、発光ユニット10は、赤色に発光する発光素子22Rを有している。発光ユニット20は、緑色に発光する発光素子22Gを有している。発光ユニット30は、青色に発光する発光素子22Gを有している(図2,図3A〜図3C参照)。
図4は、発光ユニット10の構成を示す断面図である。また、図5は、図4に示す発光ユニット10の一部を拡大して示す断面図である。
図4に示されるように、発光ユニット10は、2つの支持基体4,6と、発光素子22Rと、絶縁樹脂13を有している。
支持基体4は、例えば絶縁性、透光性、及び屈曲性を有するシート状の樹脂材料からなる。樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンサクシネート(PES)、環状オレフィン樹脂(例えばJSR社製のアートン(商品名))、アクリル樹脂等が挙げられる。支持基体4の全光透過率は90%以上であることが好ましく、さらに95%以上であることがより好ましい。なお、全光透過率は、例えば、JIS K7105で規定されている。支持基体4,6の厚さは、例えば50〜300μmの範囲であることが好ましい。支持基体4,6が厚すぎると、屈曲性、透光性が低下するおそれがあるからである。
導電回路層5は、支持基体4の下面に導体層として形成されている。導電回路層5は、例えば、メッシュ状に整形されることによって透過率が高められた導体パターンや、酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛(IZO)等の透明導電材料から構成される。導電回路層5の透過率は、90%以上であることが好ましい。導電回路層5は、図3Aに示されるように、相互に絶縁された8つのパターン5a〜5hを少なくとも有している。
導電回路層5は、例えば、スパッタ法や電子ビーム蒸着法等を適用して薄膜を形成し、レーザ加工やエッチング処理により薄膜をパターニングすることにより形成することができる。導電回路層5は、発光装置1全体としての全光透過率が90%以上となるような透光性を有していることが好ましい。
また、導電回路層5は、例えば平均粒子径が10〜100nmの範囲の透明導電材料の微粒子と透明樹脂バインダとの混合物をスクリーン印刷等で回路形状に塗布したものや、上記混合物の塗布膜にレーザ加工やフォトリソグラフィによるパターニング処理を施して回路を形成したものであってもよい。
図4に示されるように、支持基体6は、支持基体4と導電回路層5に対向するように配置されている。支持基体6は、支持基体4と同等の構成であるが、支持基体6には、導電回路層が形成されていない。
発光素子22Rは、表裏面が赤色に発光する発光素子である。発光素子22Rは、支持基体4と支持基体6の間に配置されている。発光素子22Rは、図5に示されるように、発光素子本体27と、電極28,29とを備えている。発光ユニット10は、図3Aに示されるように14個の発光素子22Rを有している。また、発光素子22Rは、図4に示されるように、隣接する発光素子22R同士の間隔dが1500μm以下になるように、配置されている。なお、発光ユニット10の発光素子22Rの数は、発光装置1の仕様(例えば、外形寸法、発光面積など)に応じて、適宜、決定することができる。
発光素子本体27は、図5に示されるように、例えば透明なサファイア基板からなる絶縁基板23と、絶縁基板23の上面に順番に形成されたN型半導体層(例えばn−GaN層)24、活性層(例えばInGaN層)25、およびP型半導体層(例えばp−GaN層)26を備えている。なお、N型半導体層とP型半導体層の配置位置は、逆であってもよい。
電極28,29は、Au(金)を含んだ合金を材料とするパッド電極である。N型半導体層24は、電極29を介して導電回路層5に接続され、P型半導体層26は、電極28を介して導電回路層5に接続される。図6は、一例として、パターン5aとパターン5bの間に配置された発光素子22Rを示す図である。図6に示されるように、発光素子22Rは、隣接するパターン5aとパターン5bの間に位置決めされ、電極29がパターン5aに接続され、電極28がパターン5bに接続されている。
図3Aに示されるように、上述した要領で、パターン5aとパターン5bの間には1組(2つ)の発光素子22Rが配置されている。同様に、パターン5bとパターン5cの間、パターン5cとパターン5dの間、パターン5dとパターン5eの間、パターン5eとパターン5fの間、パターン5fとパターン5gの間にもそれぞれ1組の発光素子22Rが配置されている。このため、発光ユニット10では、パターン5a〜5hと7組の発光素子22Rが直列に接続された状態になっている。また、1組の発光素子22Rは並列に接続された状態になっている。
図3Aに示されるように、発光ユニット10には、端子101,102が設けられている。端子101は、導電回路層5を構成するパターン5aに接続されている。また、端子102は、パターン5hに接続されている。このため、端子101と端子102に直流電圧が印加されることにより、直列に接続された7組の発光素子22Rが点灯する。発光ユニット10では、7組の発光素子22Rが直列に接続されているため、1組の発光素子22Rに流れる電流がほぼ等しくなる。これにより、14の発光素子22Rそれぞれの発光強度がほぼ等しくなる。
図4に示されるように、絶縁樹脂13は、支持基体4と支持基体6の間の空間に充填されている。絶縁樹脂13は、エラストマーを主成分とする材料からなることが好ましい。また必要に応じて他の樹脂成分等を含んでいてもよい。エラストマーとしては、アクリル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、エステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー等が知られている。これらのうち、上述した特性を満足するアクリル系エラストマーは、透光性、電気絶縁性、屈曲性等に加えて、軟化時の流動性、硬化後の接着性、耐候性等に優れることから、絶縁樹脂13の構成材料として好適である。
絶縁樹脂13は、所定のビカット軟化温度、引張貯蔵弾性率、融解温度等の特性を満足する透光性絶縁樹脂、特にエラストマーで構成されていることが好ましい。
絶縁樹脂13は、電極28、29の周囲、具体的には、導電回路層5とN型半導体層24の間の空間と、導電回路層5とP型半導体層26との間の空間にも充填された状態になっている。
図5に示されるように、絶縁樹脂13の厚さは、発光素子本体27と電極28,29を合わせた高さT1と同等かそれ以下となっている。絶縁樹脂13と支持基体4は、発光素子22Rの間が下方に向かって窪んだ形状になっている。このため、支持基体4は、導電回路層5を発光素子22Rの電極28、29に押し付けた状態になっている。これによって、導電回路層5と発光素子22Rの電極28、29との電気的な接続性や、信頼性が高められている。
図3Bは発光ユニット20の平面図である。図3Bに示されるように、発光ユニット20も発光ユニット10と同様に、パターン5a〜5hから構成される導電回路層5と、表裏面が緑色に発光する14の発光素子22Gと、導電回路層5のパターン5a,5hにそれぞれ接続される端子201,202を有している。
図3Cは発光ユニット30の平面図である。図3Cに示されるように、発光ユニット30も発光ユニット10,20と同様に、パターン5a〜5hから構成される導電回路層5と、表裏面が青色に発光する14の発光素子22Bと、導電回路層5のパターン5a,5hにそれぞれ接続される端子301,302を有している。
例えば、発光ユニット10の発光素子22Rは、20℃環境下化での直流点灯順電流20mAでの相対光強度のピーク波長が600nmから700nmの間にあり、赤色に発光する。発光ユニット20の発光素子22Gは、20℃環境下化での直流点灯順電流20mAでの相対光強度のピーク波長が500nmから550nmの間にあり、緑色に発光する。発光ユニット30の発光素子22Bは、20℃環境下化での直流点灯順電流20mAでの相対光強度のピーク波長が450nmから500nmの間にあり、青色に発光する。
図1に示されるように、発光装置1は、発光ユニット10、発光ユニット20及び発光ユニット30が中間樹脂40を介して、積層されることにより形成される。発光ユニット10〜30が積層されたときには、図2に示されるように、発光ユニット10の発光素子22R、発光ユニット20の発光素子22G、発光ユニット30の発光素子22Bが重なった状態となる。一方、発光ユニット10〜30の各端子101,102,201,202,301,302は、重なることなく、相互にオフセットした状態となる。
中間樹脂40は、熱可塑性の透光性絶縁体であり、発光ユニット10と発光ユニット20との間、発光ユニット20と発光ユニット30との間に充填されている。
中間樹脂40には、発光ユニット10〜30を湾曲可能とするために、例えば絶縁性、透光性、及び屈曲性とを有するシート状の樹脂材料が用いられる。樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンサクシネート(PES)、環状オレフィン樹脂(例えばJSR社製のアートン(商品名))、アクリル樹脂等が挙げられる。中間樹脂40の全光透過率は90%以上であることが好ましく、さらに95%以上であることがより好ましい。
中間樹脂40の厚さは、例えば50〜300μmの範囲であることが好ましい。中間樹脂40が厚すぎると、発光ユニット10〜30の屈曲性、透光性が低下するおそれがあるからである。
発光ユニット10〜30の端子101,102,201,202,301,302には、制御装置50が接続される。
制御装置50は、各発光ユニット10,20,30の光度調整、すなわち発光を制御する。図7A及び図7Bは、制御装置50の一制御例を示す図である。制御装置50は、例えば発光ユニット10、発光ユニット20及び発光ユニット30に対応したトリマコンデンサ51,52,53を備える。トリマコンデンサ51,52,53で発光ユニット10、発光ユニット20及び発光ユニット30に付加される電圧を調整することにより、各発光ユニット10〜30の光度が変化する。例えば、図7Aに示す制御では、発光装置は、次第に明るくなるように制御される。一方、図7Bに示す制御では、発光装置は、次第に明るくなるように制御される。
以上説明したように、図1に示されるように本実施形態に係る発光装置1は、相互に重なる3つの発光ユニット10,20,30から構成されている。そして、図2に示されるように、発光ユニット10の発光素子22R、発光ユニット20の発光素子22G、発光ユニット30の発光素子22Bが重なった状態になっている。これにより、発光素子22R,22G,22Bから射出された光を効率よく混色させることができる。したがって、発光装置1を、例えば白色や中間色など、赤(R)、緑(G)、青(B)以外の色に演色性よく発光させることが可能となる。
本実施形態に係る発光素子22R,22G,22Bは、一方の面にのみ電極28,29が形成されている。このため、導電回路層5を、発光素子22R,22G,22Bの一方の面側に設ければよい。したがって、発光素子22R,22G,22Bの双方の面側に導電回路層5を設ける場合に比較して、発光ユニット20〜30の透明度、ひいては発光装置1の透明度を高くすることができる。
本実施形態に係る発光装置1では、各発光ユニット10,20,30に対して、独立して光度調整が可能となっている。したがって、発光装置1を所望の色に発光させることができる。
なお、上述した支持基体4,6の表面は、平坦であることが好ましい。これにより、発光ユニット10〜30、ひいては、発光装置1の屈曲性を向上させることができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る発光装置100について説明する。図8は、第2の実施形態に係る発光装置100の要部を示す断面図である。
第1の実施形態に係る発光装置1は、構成部材が全て透明のものとなっている。それぞれの発光ユニット10,20,30から射出されるが適切に拡散しない場合や、拡散にバラツキがある場合には、光が横方向に導波するためRGB各色の混色がうまくいかないことになる。そこで、図8に示されるように、第2の実施形態に係る発光装置は、第1の実施形態に係る発光装置1の構成における中間樹脂40に代えて、拡散体60を備える。
拡散体60は、発光ユニット10の上面側と、発光ユニット10と発光ユニット20の間と、発光ユニット20と発光ユニット30の間と、発光ユニット30の下面側に配置されている。
拡散体60としては、例えば半透明のテープや紙を用いることができる。拡散体60は、接着材などによって発光ユニットに貼り付けられる。
第2の実施形態によれば、各発光ユニット10,20,30からの光が拡散するので、RGB各色の光の混色が促進される。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、発光ユニット10,20,30それぞれの発光素子22R,22G,22Bが完全に重なっている場合について説明した。これに限らず、発光素子22R,22G,22Bは、相互に近接配置されていれば、重なっていなくてもよいし、少なくとも一部が重なっていればよい。
要するに、発光装置1に用いられる発光素子22R,22G,22Bの大きさが、人間の目の最小分離閾より小さい場合には、発光素子22R,22G,22Bが、近接配置されるか、或いは少なくとも一部が重なっており、同一発光源として認識される状態になっていればよい。
上記実施形態では、発光装置1が、1組の支持基体4,6を備える発光ユニット10,20,30から形成されている場合について説明した。これに限らず、発光装置1は、例えば1つの支持基体4と、支持基体4に形成される導電回路層5に接続される発光素子22R,22G,22Bと、発光素子22R,22G,22Bを支持基体4に対して保持する絶縁樹脂13から構成されていてもよい。
また、発光装置1は、2つの支持基体4,6と、支持基体4に形成される導電回路層5に接続される発光素子22R,22G,22Bと、2つの支持基体4,6との間に充填され、発光素子22R,22G,22Bを支持基体4,6に対して保持する絶縁樹脂13から構成されていてもよい。
上記実施形態では、発光装置1が、赤(R)、緑(G)、青(B)に発光する発光素子を備えている場合について説明した。これに限らず、発光装置は、少なくとも異なる色に発光する2種類の発光素子を備えていればよい。
上記実施形態では、図1に示されるように、3つの発光ユニット10,20,30は、発光ユニット10の支持基体6と発光ユニット20の支持基体4が接着され、発光ユニット20の支持基体6と発光ユニット30の支持基体4が接着されることにより一体化されている。これに限らず、発光ユニット10の支持基体6と発光ユニット20の支持基体4を、1つの支持基体から構成してもよい。同様に、発光ユニット20の支持基体6と発光ユニット30の支持基体4を、1つの支持基体から構成してもよい。
上記実施形態に係る発光装置1では、図1に示されるように、一番上に発光ユニット10が配置され、その下に発光ユニット20が配置され、その下に発光ユニット30が配置されている。これに限らず、発光ユニット10〜30の配置順序は適宜変更することができる。また、発光装置1は、3つの発光ユニット10〜30のうちのいずれか2つの発光ユニットから構成されていてもよい。また、4つ以上の発光ユニットから構成されていてもよい。
上記第2の実施形態では、発光ユニットの表面に、拡散体60を設けた。拡散手段としては、種々の形態のものを用いることができる。例えば、発光ユニット10,20,30の絶縁樹脂13に、微粒子フィラーを混ぜて白濁樹脂とし、これを拡散体としてもよい。
また、中間樹脂40に、微粒子フィラーを混ぜて白濁樹脂とするとともに、発光ユニット10の上面と、発光ユニット30の下面にも同じ白濁樹脂を塗布して、これらの白濁樹脂を拡散体としてもよい。
また、透過率が10〜90%、ヘイズ値が10〜90%の塩化ビニルなどを、拡散体60として用いることとしてもよい。
また、発光ユニット10,20,30の支持基体4,6を拡散体60として用いてもよい。具体的には、透過率が10〜90%、ヘイズ値が10〜90%となるように支持基体4,6の表面に凹凸をつけたり、透過率が10〜90%、ヘイズ値が10〜90%の塩化ビニル等から支持基体4,6を構成してもよい。また、単に支持基体4,6の表面に直線又は格子状の傷をつけるようにしても良い。
その他、発光装置1の両面に、別途、拡散素材を貼り付けてもよい。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1,100 発光装置
4,6 支持基体
5 導電回路層
5a〜5h パターン
10〜30 発光ユニット
13 絶縁樹脂
22B 発光素子
22G 発光素子
22R 発光素子
23 絶縁基板
24 N型半導体層
25 活性層
26 P型半導体層
27 発光素子本体
28,29 電極
40 中間樹脂
50 制御装置
60 拡散体
101,102,201,202,301,302 端子

Claims (13)

  1. 光透過性を有する基体と、
    一方の面にのみ電極が形成され、前記基体に形成される導体層に、前記電極が接続される第1発光素子と、
    一方の面にのみ電極が形成され、前記基体に形成される導体層に、前記電極が接続され、前記第1発光素子からの光の色と異なる色の光を射出する第2発光素子と、
    前記基体に対して、前記発光素子を保持する樹脂層と、
    を備える発光装置。
  2. 一方の面にのみ電極が形成され、前記第1発光素子と前記第2発光素子のうちのいずれかと重なった状態で、前記基体に形成される導体層に接続され、前記第1発光素子の光の色と前記第2発光素子の光の色の双方と異なる色の光を射出する第3発光素子を備える請求項1に記載の発光装置。
  3. 第1基体と、前記第1基体に対向するように配置される第2基体を備え、
    前記第1発光素子の前記電極は、前記第1基体の導体層に接続され、
    前記第2発光素子の前記電極は、前記第2基体の導体層に接続される請求項1に記載の発光装置。
  4. 前記第1基体に対して、前記第1発光素子を保持する第1樹脂と、
    前記第2基体に対して、前記第2発光素子を保持する第2樹脂と、
    を有する請求項3に記載の発光装置。
  5. 相互に重なるように配置される第1基体、第2基体、及び第3基体を備え、
    前記第1発光素子の前記電極は、前記第1基体の導体層に接続され、
    前記第2発光素子の前記電極は、前記第2基体の導体層に接続され、
    前記第3発光素子の前記電極は、前記第3基体の導体層に接続される請求項2に記載の発光装置。
  6. 前記第1基体に対して、前記第1発光素子を保持する第1樹脂と、
    前記第2基体に対して、前記第2発光素子を保持する第2樹脂と、
    前記第3基体に対して、前記第3発光素子を保持する第3樹脂と
    を有する請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記基体は、一方の面に導体層が形成され、他方の面が平坦である請求項1乃至6に記載の発光装置。
  8. 前記発光素子同士は、少なくとも一部が相互に重なっている請求項1乃至7のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 前記第1発光素子は、ピーク波長が600nmから700nmの間にあり、
    前記第2発光素子は、ピーク波長が500nmから550nmの間にあり、
    前記第3発光素子は、ピーク波長が450nmから500nmの間にある請求項6に記載の発光装置。
  10. 前記発光素子それぞれは、独立して光度調整が可能である請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発光装置。
  11. 前記基体それぞれには、複数の前記発光素子が接続され、隣接する前記発光素子の間の距離は1500μm以下である請求項1乃至10のいずれか一項に記載の発光装置。
  12. 前記発光素子からの光を拡散させる拡散手段を備える請求項1乃至11のいずれか一項に記載の発光装置。
  13. 電力を供給するための第1電極を一つの面に有し、第1発光色で発光する第1発光素子と、
    光透過性を有し、前記第1電極に電気的に接続する第1導体層が設けられ、前記第1発光素子に沿って湾曲的な形状である第1上部基体と、
    前記第1上部基体に対して、前記第1発光素子本体を保持する第1絶縁樹脂層と、
    略平坦で、前記第1絶縁樹脂層と前記第1発光素子とを支持し、光透過性を有する第1下部基体と、
    電力を供給するための第2電極を一つの面に有し、第2発光色で発光し、前記第1発光素子と重なった状態で配置された第2発光素子と、
    光透過性を有し、前記第2電極に電気的に接続する第2導体層が設けられ、前記第2発光素子に沿って湾曲的な形状である第2上部基体と、
    前記第2上部基体に対して、前記第2発光素子本体を保持する第2絶縁樹脂層と、
    前記第2絶縁樹脂層と前記第2発光素子本体を支持する、略平坦で、光透過性を有する第2下部基体と、
    湾曲性を有する前記第2下部基体と略平坦な前記第2上部基体との間にある中間樹脂層と、
    を備える発光装置。
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