(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長方形状の実装基板と、
該実装基板上の長手方向に配された青色系発光の複数の発光素子と、
少なくとも前記複数の発光素子を線状に覆う蛍光体層と、
該蛍光体層を覆う封止樹脂と、を有する線状発光装置であって、
前記実装基板が長手方向に長方形状の凹部を有し、該凹部内に前記複数の発光素子と、前記蛍光体層と、を有し、
前記凹部は、該凹部を形成する壁を長手方向に有し、該線状発光装置の短手方向の端面には該凹部を形成する壁を有さない線状発光装置。
【請求項２】
前記封止樹脂が半円柱状である請求項１に記載の線状発光装置。
【請求項３】
前記封止樹脂が前記実装基板の長手方向に延在する凸部と、該凸部の側方に延在する平坦部と、を有する請求項１に記載の線状発光装置。
【請求項４】
前記凸部が半円柱状である請求項３に記載の線状発光装置。
【請求項５】
入光部を有する導光板と、
該導光板に光学的に接続された請求項１乃至４のいずれか１項に記載の線状発光装置と、
を備えることを特徴とする面状発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線状発光装置およびそれを用いた面状発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードの発光効率が向上し、ＣＣＦＬ（冷陰極管）に置き換わっている。ＣＣＦＬが線状発光装置であるのに対して、発光ダイオードは点光源であるため、面状発光装置を構成した場合、構造的に輝度ムラが発生する問題があった。この問題を緩和する方法として、長方形状の実装基板に列状に複数の発光素子を高密度に実装し、封止樹脂で封止する技術が特許文献１に開示されている。  
【特許文献１】特開２００２−２９９６９７号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、発光素子を高密度に実装するには特許文献１に開示してあるように、放熱性に優れたパッケージを使用しなければならない。このようなパッケージは、そのもの自体が高価であり、発光素子を高密度に実装するため、その分の費用も高価なものになり、全体として極めて高価になる。さらに高密度に実装した発光素子に電力供給をする必要があるため、電気代も高価になる。よってイニシャルコストもランニングコストもどちらの面においても高価になってしまう。
【０００４】
本発明は、少ない数の発光素子であっても輝度ムラの少ない線状発光装置とそれを用いて面状発光装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の目的を達成するため、本発明にかかる線状発光装置は、
長方形状の実装基板と、該実装基板上の長手方向に配された複数の発光素子と、少なくとも前記複数の発光素子を線状に覆う蛍光体層と、該蛍光体層を覆う封止樹脂と、を有する。
【０００６】
このように複数の発光素子に対して、それらを覆うように線状に蛍光体層を形成することにより、発光素子だけでなく、発光素子間の蛍光体層も発光する。そのため少ない発光素子でも線状に発光する線状発光装置の実現が可能となる。またこれらを封止樹脂で覆うことにより機械的保護が可能となる。
【０００７】
ここで本願明細書において蛍光体層とは、少なくとも蛍光体と透光性樹脂からなるものをいい、拡散物質を含有するものも含むものとする。
【０００８】
また本発明にかかる線状発光装置は、封止樹脂が半円柱状である。これにより光を線状に集光する効果を有する。
【０００９】
また本発明にかかる線状発光装置は、前記封止樹脂が実装基板の長手方向に延在する凸部と、該凸部の側方に延在する平坦部と、を有する。凸部を有することで配光特性の最適化が可能となる。
【００１０】
また平坦部を有することで実装基板との接着面積が増加することにより密着性が向上する。ここで平坦部とは、凹凸を有しているものや曲面状のものも含む。
【００１１】
また本発明にかかる線状発光装置は、前記凸部が半円柱状である。これにより光を線状に集光する効果を有する。
【００１２】
ここで半円柱とは、円柱を長さ方向に切断した形状を言い、その曲面は円だけでなく、楕円や放物線の一部も含むものとする。
【００１３】
また本発明にかかる線状発光装置は、前記蛍光体層が前記凸部の下方に配置される。これにより、蛍光体層での発光が効率よく、封止樹脂の半円柱状部を通過させることが可能となる。
【００１４】
また本発明にかかる線状発光装置は、前記封止樹脂が半円柱状である。これにより光を線状に集光する効果を有する。
【００１５】
また本発明にかかる線状発光装置は、前記凸部が前記蛍光体層より幅が広い。これにより、蛍光体層での発光が効率よく、封止樹脂の半円柱状部を通過させることが可能となる。
【００１６】
また本発明にかかる線状発光装置は、前記蛍光体層が半円柱状である。これによって、蛍光体層と封止樹脂との界面にも光を線状に集光する効果を発現させることが可能となる。
【００１７】
また本発明にかかる線状発光装置は、前記封止樹脂の半円柱状の曲率半径が、蛍光体層の半円柱状の曲率半径より大きい。これにより蛍光体層の半円柱状部と封止樹脂との界面での屈折を最適化することが可能となる。
【００１８】
また本発明にかかる線状発光装置は、前記実装基板が長手方向に長方形状の凹部を有し、該凹部内に前記複数の発光素子と、前記蛍光体層と、を有する。これにより凹部がリフレクターの作用を有し、配光特性を制御することにより、導光板と光学的に接続された場合に光学的損失を軽減させ、発光効率を向上させることが可能となる。さらに凹部内に蛍光体層を形成することにより、蛍光体層の厚みを一定にすることが可能であり、線状発光装置ごとの色度ばらつきが低減させることが可能である。
【００１９】
また本発明にかかる線状発光装置は、前記凹部は、該凹部を形成する壁を長手方向に有し、線状発光装置の短手方向の端面には凹部を形成する壁を有さない。これにより線状発光装置の短手方向は狭配光で、長手方向は広配光の特性を得ることが可能となる。
【００２０】
さらにまた本発明にかかる面状発光装置は、入光部を有する導光板と、該導光板に光学的に接続された請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の線状発光装置と、を備えることを特徴とする。請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の線状発光装置を使用することにより、線状光源の実現が可能となるため、面状発光装置に利用した場合、輝度ムラ問題が発生しにくい。
【００２１】
さらにまた本発明にかかる面状発光装置は、前記導光板の入光部が凹部を有し、該凹部と前記封止樹脂とが勘合する。これにより、線状発光装置と導光板の位置あわせが容易になる。
【００２２】
さらにまた本発明にかかる面状発光装置は、前記凹部が半円柱状である。これにより光学的損失を減少させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、点状光源である発光素子を使用して安価で発熱の少ない線状発光装置およびそれを用いた面状発光装置の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための導光板および面発光装置を例示するものであって、本発明は導光板および面発光装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。
【００２５】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における線状発光装置１０００を示す。内部構造を明確に示すために透光性を有する部分を透けた状態で示した。図３は、第１の実施の形態における線状発光装置の製造工程を示している。
【００２６】
１０１は発光素子を示す。発光素子形状は長方形状のものを図示しているが、それに限定されず正方形状等でも使用可能である。長方形状の発光素子は実装基板に対して図１,３,４,１１，１２に示すように長手方向を直交する方向に実装することも可能である。
【００２７】
この場合のメリットは発光素子と実装基板間に発生する応力を少なくできるところにある。
【００２８】
図２に示すように実装基板に対して長手方向を揃える方向に実装することも可能である。
【００２９】
この場合のメリットは発光素子をより細く配列させることが可能となり、蛍光体層の幅を細く形成することが可能となる。これにより、封止樹脂に円周方向に拡散していく光を線状に集光する効果を持たせる場合、光学設計が容易になる。
【００３０】
さらに図１３に示すように実装基板に対して斜め方向に実装することも可能である。
【００３１】
この場合のメリットは隣接する発光素子同士の蛍光体層の膜厚を変化させることになり色度調整が可能になる。
【００３２】
またさらに図１４に示すように実装基板に対して長手方向を揃える方向に実装する発光素子と長手方向を直交する方向に実装する発光素子を交互に実装することも可能である。
【００３３】
この場合のメリットは長手方向を揃える方向に実装する発光素子と長手方向を直交する方向に実装する発光素子とを一対として交互に実装することにより、互いの発光素子に対する蛍光体層の膜厚を変化させることになり、輝度ムラや色度ムラをより低減可能となる。
【００３４】
図３で製造工程を説明する。斜視図と側面図を対応して併記している。図３(ａ)は実装基板３０３を図示したものである。
【００３５】
図３（ｂ）は実装基板に発光素子３０１を実装した状態を示した図である。発光素子に対して放熱性を十分確保するには、発光素子を電極上に実装することが好ましい。この場合は、発光素子側に共晶金属を形成して電極との間で共晶結合を用いて実装するのが好ましい。一般的に電極は金属からなるため放熱性が高く、ヒートシンクとしての役割が可能であり、さらに電極という金属上への実装は樹脂で接着するよりも共晶金属で接合した方が接着強度が高いためである。
【００３６】
その後、電極に電気的に接続するために、ワイヤーボンディングされる。
【００３７】
また図１１のように発光素子１１０１を電極上で無く、実装基板上に実装することも可能である。この場合は、ボンディング剤として樹脂を使用することが可能となるため、簡易かつ安価に実装することが可能となる。
【００３８】
図３（ｃ）は蛍光体層を形成した状態を図示したものである。蛍光体層をディスペンサーにより形成すると蛍光体層が半円柱状になる。蛍光体層の半円柱状部の曲率は透光性樹脂の粘性や表面張力、ワイヤーの高さ等によって設計可能である。蛍光体層の半円柱状部の曲率を小さくしようとすれば、粘度が高い樹脂を使用したり、表面張力が大きい樹脂を使用したり、ワイヤーの高さを高くすることで実現可能となる。この蛍光体層が通電時に線状発光することになる。線状発光の線の幅は蛍光体層の幅に起因することになる。
【００３９】
ラインポッティングではなく、ライン印刷で蛍光体層を形成した場合は、図６に示すように蛍光体層が矩形状に形成される。これにより、発光素子を均一な厚みで蛍光体層により覆うことが可能となるため、色度ムラがさらに軽減できる。蛍光体層は印刷に使用するマスク形状や厚みで制御することが可能である。
【００４０】
蛍光体層の配置位置としては、図１等のように全ての発光素子を覆うように形成するのが最も好ましい。全ての発光素子からの光を蛍光体層で波長変換して、使用することが可能であるためである。また図１２のように発光素子１２０１を複数の発光素子の一部を蛍光体層で覆わない構成も採用することが可能である。この構成にすることによって、面状発光装置を構成する場合、線状発光装置を導光板に勘合する場合、蛍光体層に覆われていない発光素子が位置合わせに使用可能となる。
【００４１】
図３（ｄ）は蛍光体層上に蛍光体層を覆う封止樹脂を形成した状態を示した図である。封止樹脂の形状は発光素子や蛍光体層を包み込む形状をしている。
【００４２】
封止樹脂は、トランスファーモールド成形、圧縮成形、キャスティングモールド成形等で成形可能である。封止樹脂が半円柱状である場合や凸部が半円柱状である場合は光を線状に集光する効果を発現する。半円柱状の曲率は、蛍光体層の曲率よりも小さくすることが好ましい。光を線状に集光すると面状発光装置に応用した場合に導光板に効率良く、入光することが可能となる。封止樹脂の形状は図３(e)のように凸部が半円柱状であり、凸部の側方に平坦部を有していることが好ましい。平坦部を備えることで、実装基板との密着性が向上し、また、発光素子の側方から出射される色ズレした光を面状発光装置にした場合、使用しない構成が可能となる。さらには凸部を図９や図１０のような側面視が長方形状や台形状を採用することも可能である。配光特性を目的に応じて最適化可能である。さらに図７や図８のように封止樹脂全体が半円柱状である構成も可能である。この場合、発光素子の側方から出射した光も有効に導光板内に入光可能である。図８のように実装基板を半円柱状部と対応させるだけの幅を持たせることにより、線状発光装置として細型化が可能であり、面状発光装置に使用した場合、薄型化が可能となる。
【００４３】
図３（ｅ）は、図３（ｄ）の透光性を有する部分を透けた状態で示した状態図である。
【００４４】
以下に、各構成部材について述べる。
（発光素子）
発光素子とは、基板上にＧａＡｌＮ，ＺｎＯ，ＺｎＳｅ，ＳｉＣ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＡｌＮ，ＩｎＮ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成されたものをいう。
【００４５】
（実装基板）
実装基板の構成としては、実装面が長方形状であり、かつ、実装される発光素子に対して電気を供給できる電極があれば良い。基板の種類としては、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、アルミベース基板、銅ベース基板、プリント基板、フレキシブル基板等がある。
【００４６】
（蛍光体層）
蛍光体層は透光性樹脂に蛍光体を混ぜたものを使用する。さらに好適には拡散材を含有する。蛍光体としては、発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光体を含有するものを言う。特に発光素子からの光を、それより長波長に変換させるものの方が効率が良い。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、アルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるＹＡＧ：Ｃｅが好適に用いられる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は、その含有量によって発光素子からの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するために、白色系の混色光を発する高出力の線状発光装置を比較的簡単に形成することができる。
【００４７】
透光性樹脂としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が用いられる。好適にはゲル状シリコーンが用いられる。劣化が少なく、ワイヤーを機械的衝撃から保護できるためである。
【００４８】
拡散材としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、及び、これらを少なくとも一種類以上含む混合物等が挙げられる。
【００４９】
（封止樹脂）
封止樹脂としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が用いられる。好適にはエポキシ樹脂が使用される。最適な条件は蛍光体層がシリコーン樹脂であり、封止樹脂がエポキシ樹脂である。屈折率の関係は、エポキシ樹脂の屈折率が、シリコーン樹脂の屈折率よりも大きいため、エポキシ樹脂の曲率を小さくすることにより光の配光特性を絞ることが可能となる。
【００５０】
（電極）
電極の材料は、金属が一般的に用いられる。銅が好適に使用され、銅の表面に銀を形成したものも好適に使用される。金属以外ではITO等も使用される。
【００５１】
電極の形成方法としては、電解メッキ、無電解メッキ、蒸着、スパッタ等で形成可能である。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
図４と図５は、第２の実施の形態における面状発光装置４０００を示す。線状発光装置は３０００で示している。導光板を４０９で表している。線状発光装置３０００と導光板４０９は光学的に接続される状態に配置される。導光板の入光部形状は平面形状でも良いが、好ましくは線状発光装置の封止樹脂部分と勘合する形状が好ましい。すなわち導光板の入光部形状が半円柱状の凹部を有することが好ましい。線状発光装置と導光板の間に空気層を介在させてしまうと光の入光効率が低下してしまうためである。入光部における半円柱状の凹部の曲率は、線状発光装置の封止樹脂の半円柱状を構成する曲率と同じか、それよりも大きいことが好ましい。線状発光装置の封止樹脂が固い材質の樹脂を使用した場合であり、且つ、導光板の材質が固い場合は、略完全に互いの曲率を揃えることが好ましい。
【００５３】
一方、封止樹脂が柔らかい材質の樹脂を使用した場合、若しくは、導光板の材質が柔らかい場合は、導光板の曲率が大きくした方が好ましい。互いを接合するときに、機械的に押し当てていく過程で空気層を押し出していくことが可能になるためである。
【００５４】
（導光板）
導光板の材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等が挙げられる。
【００５５】
＜第３の実施の形態＞
図１５と図１６は、第３の実施形態における線状発光装置１５０００と１６０００を示す。第３の実施の形態では、実装基板が長手方向に長方形状の凹部を有し、該凹部内に前記複数の発光素子と、前記蛍光体層と、を有している。凹部は底部１５１３ａ、１６１３ａと、壁部１５１３ｂ、１５１３ｃ、１５１３ｄ、１６１３ｂ、１５１３ｃとから構成される。凹部の形成方法は適宜選択しうるが、セラミックの積層構造を採用することにより、容易に実施可能である。例えば図１５においては１５０３ａ，１５０３ｂ，１５０３ｃ，１５０３ｄ，１５０３ｅの５枚のセラミックシートを積層させ実装基板１５０３を実現している。それぞれのセラミックシートを所定の形状に打ち抜き加工を施し、所定の電極パターンを電解・無電解メッキ等で施し、互いに重ね合わせ、積層させた状態で焼結させる。これにより凹部を有する実装基板が得られる。
【００５６】
凹部の深さや壁部１５１３ｂ，１５１３ｃの角度は目的とする配光特性と蛍光体層の厚さに応じて適宜選択する。
【００５７】
また短手方向の凹部の壁を設けないことにより、線状光源として長手方向の配光特性を広配光にすることが可能である。長手方向に広配光特性を持たせることにより、導光板と光学的に接続して面状発光光源とした場合、輝度ムラの低減が可能となる。
【００５８】
保護素子を実装する場合は、図１６のように発光素子と同一面に実装しても良いし、図１５のように発光素子よりも一段高く、蛍光体層と略同一面状に形成しても良い。
【００５９】
保護素子は一般的に光を吸収する性質を有するため、蛍光体層内部に封止した場合と、蛍光体層から露出させた場合とでは、配光特性が異なる。図１５のように凹部を中央の壁で分断し、その中央の壁の上部に保護素子を実装した場合は中央部の輝度を下げることが可能となり、そのような配光特性が求められる場合に有用である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明により、従来よりも点状光源である発光素子を使用して安価に線状発光装置およびそれを用いた面状発光装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る線状発光装置の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る線状発光装置の一実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係る線状発光装置の製造方法を示す図である。
【図４】本発明に係る面状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る面状発光装置の導光板の入光部のバリエーションを表す図である。
【図６】本発明に係る線状発光装置の一実施形態を示す図である。
【図７】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図８】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図９】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図１０】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図１１】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図１２】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図１３】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図１４】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図１５】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【図１６】本発明に係る線状発光光源の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
101,201,301,1101,1201,1301,1401,1501,1601 ・・・発光素子
103,203,303,803,1503,1603・・・実装基板
1503a,1503b,1503c,1503d,1503e, 1603a,1603b,1603c,1603d,1603e・・・実装基板を構成する各層
105,205,305,605,1105,1205,1305,1405,1505,1605・・・蛍光体層
107,207,307,707,907,1007,1107,1207,1307,1407,1507,1607・・・封止樹脂
307a,907a,1007a,1507a,1607a・・・凸部
307b,907b,1007b,1507b,1607b・・・平坦部
409・・・導光板
111a,111b,211a,211b,311a,311b,1111a,1111b,1211a,1211b,1311a,1311b,1411a,1411b,1511a,1511b,1611a,1611b・・・電極
1513,1613・・・凹部
1513a,1513b,1513c,1513d,1613a,1613b,1613c・・・凹部を形成する壁
1515,1615・・・保護素子
1000,2000,3000,6000,7000,8000,9000,10000,11000,12000,13000,14000,15000,16000・・・線状発光装置
4000・・・面状発光装置
【図１】
0005555971.tif 000002
【図２】
0005555971.tif 000003
【図３】
0005555971.tif 000004
【図４】
0005555971.tif 000005
【図５】
0005555971.tif 000006
【図６】
0005555971.tif 000007
【図７】
0005555971.tif 000008
【図８】
0005555971.tif 000009
【図９】
0005555971.tif 000010
【図１０】
0005555971.tif 000011
【図１１】
0005555971.tif 000012
【図１２】
0005555971.tif 000013
【図１３】
0005555971.tif 000014
【図１４】
0005555971.tif 000015
【図１５】
0005555971.tif 000016
【図１６】
0005555971.tif 000017