(57)【要約】【課題】  取扱性及び組み立て性が良く、生産の効率化がはかられると共に、内部での発光損失が少ない蛍光体レンズシート及びその製造方法、並びにその蛍光体レンズシートを備えた発光装置を提供する。【解決手段】  蛍光体レンズシート１０は、透明樹脂からなるシート部１２ａ上に複数のレンズ部１２ｂを有する。このシート部１２ａは蛍光体粒子が分散配置している。また発光装置３０では、回路基板３１に複数のＬＥＤ３２が実装されており、各ＬＥＤ３２に複数のレンズ部１２ｂが対応している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明樹脂からなるシート部上に複数のレンズ部を備え、前記シート部に蛍光体粒子を分散配置したことを特徴とする蛍光体レンズシート。
【請求項２】
前記シート部と前記レンズ部は透明樹脂の一体成型によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体レンズシート。
【請求項３】
前記レンズ部はガラスビーズであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体レンズシート。
【請求項４】
前記蛍光体粒子は前記シート部の底部に偏在して分散配置していることを特徴とする請求項２又は３に記載の蛍光体レンズシート。
【請求項５】
レンズ部に対応する凹部を有する金型の内部に蛍光体粒子を混入した透明樹脂を充填する樹脂注入工程と、前記透明樹脂を充填した金型を回転させて前記蛍光体粒子を前記シート部の底部に偏在させる蛍光体粒子偏在配置工程と、前記透明樹脂を硬化させる樹脂硬化工程とを有することを特徴とする蛍光体レンズシートの製造方法。
【請求項６】
粘着シート上に複数のガラスビーズを配列するガラスビーズ配列工程と、前記配列されたガラスビーズに対し前記粘着シートとは逆の面上に蛍光体粒子を混入した透明樹脂を充填する樹脂充填工程と、前記透明樹脂を硬化させて前記透明樹脂とガラスビーズとを一体化する樹脂硬化工程と、前記粘着シートを剥離する粘着シート剥離工程とを有することを特徴とする蛍光体レンズシートの製造方法。
【請求項７】
回路基板に実装した半導体発光素子の発光面側に、透明樹脂からなるシート部上に複数のレンズ部を有し、そのシート部に蛍光体粒子を分散配置した蛍光体レンズシ−トを、空気層を介して積層したことを特徴とする発光装置。
【請求項８】
前記回路基板には複数の半導体発光素子が実装されており、各半導体発光素子には前記蛍光体レンズシ−トに含まれる複数のレンズ部が対応していることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記回路基板と接続する金属製の支持部材に蛍光体レンズシートが取り付けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に用いられる蛍光体レンズシート及びその製造方法、並びに蛍光体レンズシートを備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子であるＬＥＤ素子は、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本発明においても半導体発光素子としてＬＥＤ素子（以後ＬＥＤと略記する）を事例とし、発光装置としてＬＥＤ発光装置を事例として説明する。
【０００３】
特に近年、ＬＥＤの出射光を蛍光体層により波長変換することによって色度の調整された混色発光を行い、さらにレンズ部材と組み合わせることによって、発光効率を高めたＬＥＤ発光装置が提案されている。以下従来のＬＥＤ発光装置に付いて説明する。なお、従来例の説明において発明の趣旨を外さない範囲において、図面を一部簡略化し、また部品名称も本発明の名称に揃えている。
【０００４】
図７は特許文献１に記載されたＬＥＤ発光装置１００の断面図である。ＬＥＤ発光装置１００においてＬＥＤ１０１は、回路基板１０２の上面に設けられた配線電極１０３にダイボンディングされ、配線電極１０４にワイヤー１０９により接続されている。また、回路基板１０２の上面にはＬＥＤ１０１を取り囲むように支持部材１０５が取り付けられ、この支持部材１０５の上部には蛍光体層１０６が配置されており、さらに蛍光体層１０６の上部に単個で半球形状のレンズ１０７が設けられている。
【０００５】
上記ＬＥＤ発光装置１００は２個の配線電極１０３、１０４間に駆動電流を流すとＬＥＤ１０１が発光する。ＬＥＤ１０１の出射光は直接的に蛍光体層１０６に入射するか、または支持部材１０５や配線電極１０３，１０４の表面等により反射されることによって蛍光体層１０６に入射する。この結果ＬＥＤ１０１からの入射光の一部は、蛍光体層１０６によって波長変換され、残りの一部はレンズ１０７に入射し、レンズ１０７により集光されながら外部に出射する。波長変換された光は直接的に若しくは反射を繰り返した後にレンズ１０７に入射し、レンズ１０７によって集光されながら外部に出射する。このことにより色度調整された混色光が効率良く出射する。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２３２８８号公報（図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記引用文献１に記載されたＬＥＤ発光装置１００は、前述のようにＬＥＤ１０１の発光面側に蛍光体層１０６とレンズ１０７を積層配置し、効率良く混色と出射を行っている。しかしながら蛍光体層１０６にレンズ１０７を載置するためには透明接着剤等により接着する必要があるため、組み立て工数が多くなるという問題が生ずる。また同時に接着面での発光損失が発生するという問題もある。さらに引用文献１には半球形状のレンズに変えて、マイクロレンズアレイシートを使用しても良い旨の記載があるが、なんら図面の開示も詳細な記載もない。
【０００８】
そこで本発明の目的は、上記従来の蛍光体層とレンズを用いたＬＥＤ発光装置の問題点を解決するものであり、組み立て性が良く、発光損失の少い蛍光体レンズシート及びその製造方法、並びに蛍光体レンズシートを備えた発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の蛍光体レンズシートの構成は、透明樹脂からなるシート部上に複数のレンズ部を備え、前記シート部に蛍光体粒子を分散配置したことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば本発明の蛍光体レンズシートは、蛍光体粒子を分散配置したシート部とレンズ部とを一体的に形成しているため、取扱性及び組み立て性が良く、生産の効率化がはかられると共に、接着剤を使用していないので発光損失が少なく、光学特性及び取扱性が良い。
【００１１】
前記シート部と前記レンズ部は透明樹脂の一体成型によって構成されていると良い。
【００１２】
前記レンズ部はガラスビーズであると良い。
【００１３】
上記構成によれば、レンズ部を構成しているガラスビーズは、樹脂に比べて熱伝導性が良いため、シート部に分散配置された蛍光体粒子の励起発光動作によって発生する熱を、ガラスビーズを介して外部に効率よく放熱することができる。
【００１４】
前記蛍光体粒子は前記シート部の底部に偏在して分散配置していると良い。  
【００１５】
上記構成によれば、蛍光体粒子がシート部の底部に偏在して分散配置しているため、蛍光体粒子から出射した光が小さな入射角でレンズ表面に到達する。この結果、この界面で全反射が起きにくくなり蛍光体レンズシートの発光効率が向上する。
【００１６】
本発明における蛍光体レンズシートの製造方法は、レンズ部に対応する凹部を有する金型の内部に蛍光体粒子を混入した透明樹脂を充填する樹脂注入工程と、前記透明樹脂を充填した金型を回転させて前記蛍光体粒子を前記シート部の底部に偏在させる蛍光体粒子偏在配置工程と、前記透明樹脂を硬化させる樹脂硬化工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
上記製造方法によれば、複数のレンズ部とシート部を一体形成し、かつ蛍光体粒子をシート部の底部に偏在させた蛍光体レンズシートを容易に製造することができる。
【００１８】
本発明における蛍光体レンズシートの製造方法は、粘着シート上に複数のガラスビーズを配列するガラスビーズ配列工程と、前記配列されたガラスビーズに対し前記粘着シートとは逆の面上に蛍光体粒子を混入した透明樹脂を充填する樹脂充填工程と、前記透明樹脂を硬化させて前記透明樹脂とガラスビーズとを一体化する樹脂硬化工程と、前記粘着シートを剥離する粘着シート剥離工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
上記製造方法によれば、ガラスビーズからなるレンズ部と蛍光体粒子を混入した透明樹脂によるシート部とを一体形成した蛍光体レンズシートを容易に製造することができる。
【００２０】
本発明の発光装置の構成は、回路基板に実装した半導体発光素子の発光面側に、透明樹脂からなるシート部上に複数のレンズ部を有し、そのシート部に蛍光体粒子を分散配置した蛍光体レンズシ−トを、空気層を介して積層したことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、レンズ部とシート部が一体となった蛍光体レンズシ−トを、任意の形状及び大きさに加工して半導体発光素子の発光面側に配設することによって、発光装置を構成することができるため、製造が容易で、発光特性の優れた発光装置を提供することができる。
【００２２】
前記回路基板には複数の半導体発光素子が実装されており、各半導体発光素子には前記蛍光体レンズシ−トに含まれる複数のレンズ部が対応していると良い。
【００２３】
前記回路基板と接続する金属製の支持部材に蛍光体レンズシートが取り付けられていると良い。
【００２４】
上記構成によれば、蛍光体レンズシートに含まれる蛍光体粒子の発光にともなう熱を、金属製の支持部材によりすばやく外部に伝達させることができるため、温度上昇による特性変化を抑制した発光装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２５】
上記の如く本発明の蛍光体レンズシート及びその製造方法は、蛍光体粒子を分散配置したシート部と複数のレンズ部を一体的に形成しているため、取扱性及び組み立て性が良く、生産の効率化がはかられると共に、接着剤を使用していないため発光損失が少なく光学特性が良い。
【００２６】
また本発明の発光装置は、レンズ部とシート部が一体となった蛍光体レンズシ−トを、空気層を介して半導体発光素子の発光面側に配設することによって、製造が容易で、発光特性の優れた発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態として示す蛍光体レンズシートの部分断面図である。
【図２】図１に示す蛍光体レンズシートの光学的特性を示す部分断面図である。
【図３】図１に示す蛍光体レンズシートの製造方法を示す工程図であり、各要素の断面を示している。
【図４】本発明の第２実施形態として示す蛍光体レンズシートの部分断面図である。
【図５】図４に示す蛍光体レンズシートの製造方法を示す工程図であり、各要素の断面を示している。
【図６】本発明の第３実施形態として示す蛍光体レンズシートを備えた発光装置の断面図である。
【図７】従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１実施形態）
以下図面により本発明の実施形態を説明する。まず図１〜図３により本発明の第１実施形態として示す蛍光体レンズシート１０を説明する。図１は蛍光体レンズシート１０の部分断面図、図２は蛍光体レンズシート１０の光学特性を示す部分断面図、図３は蛍光体レンズシート１０の製造方法を示す工程図であり、各要素の断面を示している。
【００２９】
図１において蛍光体レンズシート１０は、透明樹脂１によってシート部１２ａと、そのシート部１２ａ上に複数のレンズ部１２ｂを有する。またシート部１２ａの底部には蛍光体粒子５が分散配置されている。
【００３０】
次に図２により、蛍光体レンズシート１０の光学特性について説明する。蛍光体レンズシート１０の下側に配置された１個のＬＥＤ３２に対して複数のレンズ部１２ｂが対応している（本実施形態では５個のレンズ部１２ｂが対応している）。この結果、ＬＥＤ３２からの出射光の一部はシート部１２ａの底部に偏在している蛍光体粒子５によって波長変換され、このうち上方に向かう成分の光は複数のレンズ部１２ｂの内部を損失無く進行する。その後この光はレンズ部１２ｂの表面に進むが、レンズ形状が外側に凸な曲面になっているため入射角が小さくなり全反射が軽減される。さらにレンズ部１２ｂのレンズ作用によって上方への集光効果が得られる。なお蛍光体粒子から出射し下方に向かう光及びＬＥＤ３２から出射し波長変換されない光についても同様に全反射の軽減及び集光効果が現れる。
【００３１】
次に図３により、蛍光体レンズシート１０の製造方法を説明する。図３ａは成型金型６の断面図であり、成型金型６は蛍光体レンズシート１０におけるシート部１２ａに対応する凹部を有する下金型６ａと、複数のレンズ部１２ｂに対応する凹部を有する上金型６ｂとにより構成されている。図３ｂは樹脂充填工程を示す成型金型６の断面図であり、成型金型６の凹部内に蛍光体粒子５を混入した透明樹脂１を充填する。この工程においては透明樹脂１の内部に蛍光体粒子５が略均一に分散している。
【００３２】
図３ｃは蛍光体粒子偏在配置工程と、樹脂硬化工程を示す成型金型６の断面図である。蛍光体粒子偏在配置工程では、透明樹脂１を充填した成型金型６を図示しない回転手段により高速回転させ、遠心力により蛍光体粒子５を沈殿させる。次に樹脂硬化工程では、成型金型６を加熱することにより、透明樹脂１を硬化させる。そして透明樹脂１を硬化させた後に、成型金型６を開いて成型品を取り出すことにより、図３ｄに示す蛍光体レンズシート１０が完成する。
なお蛍光体レンズシート１０の製造方法において、蛍光体粒子を偏在配置する必要が無い場合には蛍光体粒子偏在配置工程を省略することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に図４、図５により本発明の第２実施形態として示す蛍光体レンズシート２０を説明する。図４は蛍光体レンズシート２０の部分断面図、図５は蛍光体レンズシート２０の製造方法を示す工程図であり、各要素の断面を示している。
【００３４】
図４において蛍光体レンズシート２０ではガラスビーズ３からなるレンズ部２２ｂが整列配置している。さらに蛍光体レンズシート２０ではこの複数のガラスビーズ３からなるレンズ部２２ｂを、透明樹脂１に蛍光体粒子５を混入したシート部２２ａと一体形成している。
【００３５】
次に図５により、蛍光体レンズシート２０の製造方法を説明する。図５ａはガラスビーズ配列工程であり、粘着シート７の上面に複数のガラスビーズ３を密着させて配列する。図５ｂは樹脂充填工程の前半部であり、複数のガラスビーズ３を配列した粘着シート７を金属ケース８の凹部に収納する。図５ｃは樹脂充填工程の後半部であり、金属ケース８の凹部に蛍光体粒子５を混入した透明樹脂１を充填する。
【００３６】
図５ｄは樹脂硬化工程であり、透明樹脂１を加熱または紫外線照射等によって硬化させることにより、蛍光体粒子５を混入した透明樹脂１と整列したガラスビーズ３とを一体化する。図５ｅは粘着シート剥離工程であり、粘着シート７を剥離することによって図４に示す蛍光体レンズシート２０が完成する。
【００３７】
上記第２実施形態における蛍光体レンズシート２０の光学特性は、ガラスビーズ３と透明樹脂１の屈折率がほぼ等しいため、図２で説明した第１実施形態の蛍光体レンズシート１０と基本的に同じあり、重複する説明は省略する。なお蛍光体レンズシート２０が蛍光体レンズシート１０と異なるところは、レンズ部２２ｂが樹脂よりも熱伝導率が良いガラスビーズ３で構成されていることである。この結果、蛍光体レンズシート２０は放熱特性が良い。
【００３８】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態として、蛍光体レンズシートを用いた発光装置の構成を説明する。図６は本発明の蛍光体レンズシート１０を備えた発光装置３０の断面図である。回路基板３１の上面には複数の配線電極３１ａが設けられ、この配線電極３１ａには複数の半導体発光素子であるＬＥＤ３２が実装されている。各ＬＥＤ３２は配線電極３１ａによって直列接続されている。さらに両端の配線電極３１ａからはスルーホール３１ｂが回路基板３１を貫通しており、回路基板３１の裏面側にはスルーホール３１ｂに接続された電源電極３１ｃが設けられている。
さらに回路基板３１に固定された金属製の支持部材３５に蛍光体レンズシート１０が取り付けられている。この蛍光体レンズシート１０は空気層を介して複数のＬＥＤ３２の発光面側と積層している。
【００３９】
次に発光装置３０の動作を説明する。発光装置３０における回路基板３１の裏面側に設けられた電源電極３１ｃからＬＥＤ３２に駆動電流を供給するとＬＥＤ３２は発光する。そして図２で説明した如く、ＬＥＤ３２からの放射光の一部はシート部１２ａの底部に偏在している蛍光体粒子５によって波長変換されたのちレンズ部１２ｂを経て外部に出射する。残りの一部の放射光もレンズ部１２ｂを経て外部に出射する。このときレンズ部１２ｂの内部を進行する光は、レンズ部１２ｂの表面のレンズ形状によって全反射が防止されて効率良く出射するとともに、レンズ部１２ｂのレンズ作用によって上方への集光効果が得られる。
【００４０】
また発光装置３０では１個のＬＥＤ３２の幅Ｈに対して複数のレンズ部１２ｂが対応（本実施形態では５個のレンズ部１２ｂが対応）している。この結果、光線が集中しないので眩しさが軽減する。また支持部材３５を金属とすることによって、蛍光体レンズシート１０の蛍光体粒子５の発光によって生ずる熱が効率よく回路基板３１側に伝達される。さらに蛍光体レンズシートとして、第２実施形態における蛍光体レンズシート２０を用いれば、熱伝導率の良いガラスビーズ３と金属製の支持部材３５とが接触するため放熱性がさらに良好となる。
【符号の説明】
【００４１】
１                          透明樹脂    
３                          ガラスビーズ
５                          蛍光体粒子
６                          成型金型
６ａ                        下金型
６ｂ                        上金型
７                          粘着シート
８                          金属ケース
１０、２０                  蛍光体レンズシート
１２ａ，２２ａ              シート部
１２ｂ、２２ｂ              レンズ部
３０                        発光装置
３１、１０２                回路基板
３１ａ、１０３，１０４      配線電極
３１ｂ                      スルーホール
３１ｃ                      電源電極
３２、１０１                ＬＥＤ（半導体発光素子）
３５、１０５                支持部材
１００                      ＬＥＤ発光装置
１０６                      蛍光体層
１０７                      レンズ
１０９                      ワイヤー
【図１】
2014022451.tif 000003
【図２】
2014022451.tif 000004
【図３】
2014022451.tif 000005
【図４】
2014022451.tif 000006
【図５】
2014022451.tif 000007
【図６】
2014022451.tif 000008
【図７】
2014022451.tif 000009