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【発明の名称】 発光装置
【発明者】 【氏名】中西 栄二
【住所又は居所】徳島県阿南市上中町岡４９１番地１００ 日亜化学工業株式会社内

【氏名】田村 祐記
【住所又は居所】徳島県阿南市上中町岡４９１番地１００ 日亜化学工業株式会社内

【氏名】若木 亮輔
【住所又は居所】徳島県阿南市上中町岡４９１番地１００ 日亜化学工業株式会社内

【氏名】富永 弘
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内
【要約】 【課題】発光面からの均一な発光が可能でかつ振動や衝撃による損傷を受けにくい発光装置を提供する。

【解決手段】互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する導光板と、少なくとも該導光板の端面に設けられ、端面から入力される光を前記第１の主面から出射させる光源と、前記第１の主面と対向配置する透光板を介して前記光源からの光を放出させる発光装置であって、透光板の前記導光板と対向する第１の主面側は、頂部が面状である凸部を有していることを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する導光板と、少なくとも該導光板の端面に設けられ、端面から入力される光を前記第１の主面から出射させる光源を有する発光装置であって、前記導光板の第１の主面と対向配置される透光板を有し、該透光板は前記導光板からの光を入光する第２の主面と外部へ放出する第１の主面からなり、前記第２の主面は、頂部が面状である凸部を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】 前記透光板の凸部は、ストライプ状であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】 前記透光板の凸部は、前記導光板の端面と略平行方向に延長されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】 前記透光板は、第１の主面に微小なドット形状からなる凸部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】 前記導光板は、少なくとも第１の主面は、凸部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】 前記導光板の凸部は、ストライプ状であることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】 前記導光板の凸部は、前記透光板の凸部と略直交する方向へ延長されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】 互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する導光板と、少なくとも該導光板の端面に設けられ、端面から入力される光を前記第１の主面から出射させる光源を有する発光装置であって、前記導光板の第１の主面と対向配置される透光板を有し、該透光板は前記導光板からの光を入光する第２の主面と外部へ放出する第１の主面からなり、透光板の端部は段差を有することを特徴とする発光装置。
【請求項９】 前記透光板は、第２の主面に凸部を有することを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】 前記導光板は、少なくとも光源と同等の大きさからなる前記端面と、該端面と略直交する方向へ延長された前記第１の主面および前記第２の主面とを有し、前記透光板の第２の主面は、少なくとも前記導光板の第１の主面の発光部と略等しい領域を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９の発光装置。
【請求項１１】 前記導光板は、指針形状を有することを特徴とする請求項１乃至１０の発光装置。
【請求項１２】 前記光源は、ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子からの発光波長を吸収して異なる波長に変換する蛍光物質とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１１記載の発光装置。
【請求項１３】 前記導光板の端面は一部が突出した段差部を有しており、前記突出面に第１のＬＥＤ素子が設けられ、段差部の凹面に第２のＬＥＤ素子が設けられることを特徴とする請求項１乃至１２に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を導光板を介して放出される発光装置に関し、特に、携帯用小型機器や車載用、およびファクシミリ装置や電子複写機などの情報処理装置の画像読取装置などに利用される発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶バックライトなどの光源として、点光源であるＬＥＤチップからの光を面状に発光させる面発光装置が用いられている。この面発光装置は、対向する主面を有する導光板の一端面から１又は２以上の発光ダイオードからの光を入射してその導光板の一方の主面全体から光を出射させるように構成される。
【０００３】すなわち、図５に示すように、第１の主面と第２の主面とを有し透過性樹脂からなる導光板２１と、その導光板２１の端面に対向するように設けられた発光ダイオード２２と、導光板の第２の主面側に設けられた反射シート２４とを有してなり、発光ダイオード２２からの光を導光板２１の一方の主面全体から光を出射させる。出射面には発光を均一にするためのプリズムシート（拡散シート）２３を設けている。
【０００４】以上のように構成された面発光装置では、導光板２１の出射面である第１の主面に設けられる拡散シート２３は、表面をプリズム形状などに加工することで導光板２１からの光を拡散することで輝度の均一化を図っている。拡散シート２３と導光板２１は、その間に空気層が介在すると光が吸収されて輝度が低下しやすくなるので、できるだけ接近して配されるのが好ましい。そのため、拡散シートの導光板と対向する側の面は加工のされていない単一な平面とし、出射方向の面にプリズム加工を施すことで、光の損失を抑制しつつ、輝度の高い均一な発光を得ることができる。このような面発光装置は、軽量で薄型である点を活かして、小型で携帯可能な各種機器や、各種メーターの指針などにも利用されるようになり更なる用途が期待されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０９１３４（第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、携帯機器に搭載されると、静置した状態で使用される場合とは使用条件が異なり、あらたな問題が生じるようになった。携帯されたり、また、各種メーターの指針などのように発光装置が動くように利用されている場合は、拡散シートの加工面が出射側に形成されていると、その凸部と凸部の間の凹部にゴミが付着しやすくなって、それにより初期輝度が維持できなくなり輝度ムラが生じるなどの問題が生じるようになった。そのような問題を解決するため、図５のように、表面が加工された面を出射側ではなく導光板側に向けると、作動時の振動や衝撃で、拡散シートのプリズムが導光板と接触して導光板表面に傷が付き、輝度にムラが生じ易くなる。導光板と拡散シートとの距離を大きくすると、傷は付きにくくなるが、面発光装置が厚くなってしまう上に、導光板と拡散シートとの間に介在する空気層によって光が吸収されて輝度が低下するという問題が生じる。
【０００７】そこで、本発明は、振動や衝撃を受けやすい条件下で使用される場合においても、均一でかつ発光輝度の高い面発光が可能な発光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するために、本発明は、互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する導光板と、少なくとも該導光板の端面に設けられ、端面から入力される光を前記第１の主面から出射させる光源を有する発光装置であって、前記導光板の第１の主面と対向配置される透光板を有し、該透光板は前記導光板からの光を入光する第２の主面と外部へ放出する第１の主面からなり、前記第２の主面は、頂部が面状である凸部を有することを特徴とする。これにより、導光板と透光板とが接触することがあっても、接触部にかかる圧力を点ではなく面にすることができるので、導光板の第１の主面に傷が付きにくくなる。
【０００９】また、本発明の請求項２に記載の発光装置は、透光性部材の凸部は、ストライプ状であることを特徴とする。これにより、特に光源近傍の輝度ムラを低減することができる。また、導光板からの光を視認方向へ制御することができる。
【００１０】また、本発明の請求項３に記載の発光装置は、透光板の凸部は、導光板の端面と略平行方向に延長されていることを特徴とする。これにより、輝度を高めることができるとともに、均一な面発光を実現することもできる。
【００１１】また、本発明の請求項４に記載の発光装置は、透光板の第１の主面に、微小なドット形状からなる凸部が形成されていることを特徴とする。これにより、透光板からの発光を、均一に放出させることができるため、導光板および透光板に設けられている凸部形状が視認されることを防ぎ、見栄えを良くすることことができる。
【００１２】また、本発明の請求項５に記載の発光装置は、導光板の少なくとも第１の主面は、凸部を有することを特徴とする。これにより、透光板に入射される光が、導光板の凸部によってより拡散された光とすることができ、両方の光拡散機能でより均一な輝度を有する発光装置とすることができる。
【００１３】また、本発明の請求項６に記載の発光装置は、導光板の凸部は、ストライプ状であることを特徴とする。これにより、見栄えを良くすることができる。
【００１４】また、本発明の請求項７に記載の発光装置は、導光板の凸部は、前記透光板の凸部と略直交する方向へ延長されていることを特徴とする。これにより、導光板の第２の主面である反射面からの垂直方向の光を導光板の幅方向に視認角を拡げることができる。
【００１５】また、本発明の請求項８に記載の発光装置は、互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する導光板と、少なくとも該導光板の端面に設けられ、端面から入力される光を前記第１の主面から出射させる光源を有する発光装置であって、前記導光板の第１の主面と対向配置される透光板を有し、該透光板は前記導光板からの光を入光する第２の主面と外部へ放出する第１の主面からなり、透光板の端部は段差を有することを特徴とする。これにより、透光板の第２の主面と導光板の第１の主面との距離が調節可能な位置決めをすることが可能となり、透光板の有効発光部と導光板の第１の主面との接触を制御できるため、導光板の傷による異常発光を防ぐことができる。
【００１６】また、本発明の請求項９に記載の発光装置は、透光板の第２の主面に凸部を有することを特徴とする。これにより、高輝度で均一性に富んだ発光面を得ることができる。
【００１７】また、本発明の請求項１０に記載の発光装置は、導光板は、少なくとも光源と同等の大きさからなる前記端面と、該端面と略直交する方向へ延長された第１の主面および第２の主面とを有し、透光板の第２の主面は、少なくとも導光板の第１の主面の発光部と略等しい領域を有することを特徴とする。
【００１８】また、本発明の請求項１１に記載の発光装置は、導光板は、指針形状を有することを特徴とする。
【００１９】また、本発明の請求項１２に記載の発光装置は、光源は、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光波長を吸収して異なる波長に変換する蛍光物質とを備えることことを特徴とする。これにより混色性に優れた発光を得ることができる。
【００２０】また、本発明の請求項１３に記載の発光装置は、導光板の端面を一部が突出した段差部とし、その突出面に第１のＬＥＤ素子が設けられ、段差部の凹面に第２のＬＥＤ素子が設けられることを特徴とする。これにより、各請求項に記載の作用効果を発揮しながら、さらに良好な混色性と高輝度な発光装置とすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の発光装置について説明する。
【００２２】本実施の形態の発光装置は、導光板の第１の主面に対向するように配置される透光板の表面を特定な形状に加工することで、導光板の損傷を抑制し、かつ、輝度を下げることなく均一な発光を得るものである。
【００２３】図１は本発明の一実施形態である発光装置を示し、図１（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）は内部構成の分解斜視図、図１（ｃ）は長手方向に沿った垂直断面図である。ここでは、各種メーターの指針などに用いられる針状の発光装置について例示するが、発光装置の形状はこのような針状のものに限らず、例えば携帯電話の液晶のバックライトなど、携帯可能な大きさであれば、面状であってもよいし、画像読取装置の光源として線状の発光装置とすることも可能である。
【００２４】光源１２からの光は、導光板１１の端面から入射されてその内部を導波する。導波された光は導光板の主面から出射される。ここでは、第１の主面を出射面とし、第２の主面を反射面としているが、両方の主面から出射されるような形態で用いることもできる。光源からの光は、出射面から外部に放出される。反射面側に出射された光は、反射部材１４によって反射されて、再び導光板１１内に入射され、出射面から外部に放出される。
【００２５】本実施形態において、透光板１３の主面のうち、導光板１１と対向する側の主面に凸部が形成されており、この凸部の頂部が面状であることが特徴の一つである。
【００２６】（透光板１３）本実施形態の透光板は、導光板１１の光出射側主面と対向するように設けられるものであり、その表面に凸部を有するように加工することで光を拡散させる機能を有する。導光板１１の光出射面が複数ある場合は、その出射面の全てに対向するように設けるのが好ましい。透光板１３の具体的な材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂等が例示できる。また、厚さは特に問うものではないが、振動などの外力によって変形しにくいものが好ましい。
【００２７】本発明においては、透光板１３の凸部の頂部は、面積が大きくなるようにするのが好ましく、図１（ｂ）の中央部分拡大図で示すように、頂部を面状とするのが好ましい。加工方法などによっては均一な平面からなる面状の頂部が得にくい場合もあるが、少なくともプリズムの頂角のように頂点を有するような形状にならないようにすればよい。頂部が点であると、導光板を傷つけやすくなるので好ましくない。このように透光板１３の凸部１３ａの頂部を点ではなく面状にすることで、仮に導光板１１と接触しても導光板１１にかかる力を分散させることができるので、傷を付けにくくすることができる。また、頂部を面状にすることで、透光板１１の基準面から凸部１３ａの頂部までの高さを、プリズム形状にする場合に比べて低くすることができるので、空気層を薄くすることができる。空気層は光を吸収し、また、散乱してしまうので薄くすることで光の拡散を制御しやすくなり、輝度の低下も抑制することができる。
【００２８】また、導光板ではなく、導光板の出射面に対向配置される透光板１３に凸部１３ａを形成することで、透光板１３に傷が付くのを防ぐことができる。凸部１３ａの頂部が面状になっているような加工を導光板に施した場合は、接触した場合に傷が付くのは透光板１３の方である。この場合は、その傷がそのまま輝度のムラとして視認されやすくなる。しかし、傷が付くのが導光板側である場合は、透過板を介して外部に放出されるので、輝度ムラが生じてもカバーしやすくなる。導光板と透光板が接触しても、傷が付かないのが理想ではあるが、発光装置に受ける衝撃が大きければそれも回避しづらくなり、その場合はその傷を最小限に抑制することが重要である。上記のように、頂部が面状である凸部１３ａを設けると傷を付けにくくすることができ、そのような凸部１３ａを、導光板ではなく透光板１３側に設けることで、仮に傷が付いても、輝度ムラが視認しにくくすることができる。
【００２９】透光板１３に形成する凸部１３ａの頂部を面状にするには、金型を用いて射出成形することで、容易に得ることができる。特に、射出成形によってある程度の厚さを有するもので透光板１３を形成することで、シート状のものに比べて振動によって導光板との距離が変化しにくくすることができるので、接触による導光板の破損を起こしにくくなる。しかも、そのような厚みのある透光板１３を設けることで、発光装置の強度も保つことができる。
【００３０】また、透光板１３及び導光板１１の有効発光部以外の部分に、導光板１１との間隔を一定に保つために、例えば図１（ｂ）の右側部分拡大図および図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、透光板１３の側端部において導光板１１に対向する段差や突出部などを設けるような加工を施しておくと、一定の距離を保つことができる。導光板１１の表面と透光板１３の凸部１３ａの頂部との距離は、０より大きく０．３ｍｍ以下が好ましい。０．３ｍｍより大きくなると空気層が厚くなるので、導光板１１の出射面から出射された光が吸収されたり散乱されたりして輝度の低下を招くので好ましくない。このような加工は、射出成形で容易に行うことができるので、透光板１３に設けてもよく、また、導光板１１のほうに設けることもできる。ただし、導光板１１に段差を設けると不要な部分にまで光が導波するため異常発光の原因となることもあるため、好ましくは透光板１３の方に段差を設ける方がよい。また、透光板１３として薄いシートを用いても、プレス加工などの加工を施すことでも、距離を保つことができる。このように、有効発光部以外で導光板と接するように加工することで、簡易的に密封された状態とすることができるので、シール工程など余計な工程を経なくても、外部から不純物が混入しにくい構造とすることができる。
【００３１】また、図２（ａ）に示すように、透光板１３の側端部に突出部を形成し、導光板１１と対向する第２の主面に凸部１３ａ及び段差を設けることで、導光板１１との位置決めが可能となる。こうした位置決め用の段差を設けた場合は、導光板１１との隙間を確保することができるため、凸部１３ａの頂部が平面でなくとも、導光板１１の損傷を防ぐことができる。さらに、突出部の第２の主面に光散乱用の凸部を設けない場合、第２の主面に凸部１３ａが設けられている有効発光部と比較して、突出部における第１の主面からの光の放出量は少ない。そのため図１のように外枠１５を用いる際、突出部が外枠１５で覆われても、視認されない部分からの無駄な光を低減することができる。
【００３２】また、図１（ｂ）の右側部分拡大図に示すように、透光板１３の第１の主面に突出部と有効発光部との段差１３ｂを設けることで、突出部と外枠１５とを接触させ、有効発光部を外枠１５の開口部１５ａから突出させることができる。このようにすると、開口部１５ａから発光部を露出させると共に、発光部以外を保護して透光板１３を外枠１５に固定することができる。このような突出部は透光板１３の端部全域に設けることでより安定性は良好となるが、部分的に設けることも可能である。
【００３３】一方、図２（ｅ）〜図２（ｈ）に示すように、透光板１３の側端部において突出部を形成せずに第２の主面全体に凸部を設けた場合、図３（ｂ）に示すように、凸部１３ａが形成された有効発光部以外の部分などに貫通孔を設け、この貫通孔と外枠１５の内面に設けた突起部との嵌め合いなどによっても、透光板１３を外枠１５に固定することができる。
【００３４】また、このような透光板１３の凸部１３ａは、頂部が面状になるような凸部であればよく、ドット状にすることもできるし、また、ストライプ状とすることができる。好ましくはストライプ状とすることで、これにより、光源近傍の均一な面状の発光が得られ易くなる。図１（ｂ）の中央部分拡大図のように、断面が台形形状からなり、導光板１１の端面と略平行な方向（導光板１１の長手方向に対して略垂直方向）に延長するストライプ状の凸部１３ａが、光源部付近から先端部に渡って繰り返し形成されていると、光の向きを効果的に視認方向へ制御することができる。また、凸部１３ａの台形形状の下底が２０〜１００μｍ、上底が下底の５〜３０％程度の長さを有するものであって、各凸部１３ａのなす角度が６０〜７０°の範囲であると特に好ましい。しかも、後述する導光板１１の表面加工と組み合わせて、より均一な発光を得ることができる。
【００３５】透光板１３の第１の主面は、第２の主面から入射された光を外部へ放出する面であり、前記第１の主面に、複数の微小なドット形状からなる凹凸部を形成することによって、第２の主面によって任意の方向に制御された光が、ドット形状によって拡散されて外部へ放出することからより均一な面発光とすることができる。このようなドット形状は、個々の平均径や深さ大きさによって、作用が異なってくるため、用途により所望の指向性を有する光を取り出すことができる形状を適宜決定することができる。また、面内において光量が少なく輝度の低い部分に、凹凸部を密に配することでより拡散効果が得られるため、透光板１３の端部に多く形成したり、光源から遠い先端付近に向けて徐々に密度を高くしていくなど、導光板１３からの光に応じて凹凸部を形成するとより好ましい。また上述した図２（ｂ）や図２（ｆ）に示すように突出部に有効発光部との段差を設けることも可能であり、第１の主面の形状は限定されない。例えば、段差を設ける以外についても、図２（ｃ）や図２（ｇ）に示すように、第１の主面からテーパー形状に形成することで導光板１３の幅方向へ向かう光を正面方向へ制御することも可能である。また、図２（ｄ）や図２（ｈ）に示すように、第１の主面において上に凸の曲面を形成すると、レンズ作用により放出光を集光させることもできる。
【００３６】（導光板１１）本発明の発光装置に用いられる導光板１１は、互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有するものであり、その一方を出射面としてもよいし、両方を出射面とすることもできる。また、端面に光源１２が配置されている。光源１２からの光は導光板１１の端面から入射されてこの出射面から出射される。導光板１１は、用途に応じて大きさや形状、厚さ等を選択することができるが、光透過性、成形性に優れたものを用いるのが好ましく、具体的にはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂等が例示できる。用途によっては樹脂などの有機材料だけでなく、無機材料であるガラスなど種々の材料を利用することができる。
【００３７】導光板１１の端面は、光を導入する導入部を１つまたは２つ以上設けることができる。例えば、光源１２からの光が導光板１１内を導波する光路長が短くなる第１の光導入部と、第１の光導入部よりも導光板内を導波する光路長が長い第２の光導入部を備えるような形状とすることができる。これにより、光源１２から出射される光の混色光を得られ易くすることができる。さらに、対向する両端面にそれぞれ光源１２を設けて導入部とすることも可能で、片側の端面からの入射のみでは、導光板１１の先端にまで光が届かない形状や長さを有する場合や、光量が充分でない場合などにおいて、このような形態とすることでより輝度を高めることができる。また、そのような光源１２と対向する光導入部は、平坦な面としても良いし、光源１２からの光をより拡散させやすくするために、凹部や溝、切り欠き部などを設けてもよい。具体的には、図１（ｃ）に示すように、導光板１１の端面の一部が突出した段差部とし、その突出面に第１のＬＥＤ素子１２ａを配置し、段差部の凹面に第２のＬＥＤ素子１２ｂを配置することが好ましい。この場合、第１および第２のＬＥＤ素子１２ａ、１２ｂは白色発光するものである。
【００３８】また、導光板１１の第１及び第２の主面（出射面及び反射面）に、加工を施すこともできる。例えば、図１（ｂ）の左側部分拡大図に示すように、出射面として用いる第１の主面に、又は第１主面及び第２主面の両方に、例えば凸部からなる光拡散パターン１１ａを設けることで外部に出射される光を均一に拡散させるものである。こうした光拡散パターン１１ａは、シボ形状やプリズム形状など、任意の形状に設けることも、それらを組み合わせて設けることもできる。本実施形態では、特に、透光板１３の凸部１３ａの形状との組み合わせを考慮して、図１（ｂ）に示すように、導光板１１の出射面は、端面と略直交する方向（導光板１１の長手方向に対して略平行方向）に延長するストライプ状の凹部が複数配列されてなる光拡散パターン１１ａが、一方の側面から他方の側面に向かってほぼ全面に渡って繰り返し形成されてなるように形成するのが好ましい。この光拡散パターン１１ａは、端面と平行な方向の断面形状が異なる複数のストライプ状の凹部からなるようにすることで、導光板１１の出射面から出射される光を拡散しやすく、特に、光源１２からの光が入射される端面に対して端面と平行な方向への光の拡散を良好なものとすることができる。
【００３９】第２の主面においても、シボ形状やプリズム形状など、任意の形状に設けることも、それらを組み合わすこともできる。第２の主面がプリズム形状を有すると、出射面側に光源１２からの光を同一方向へ向きを整えることができるため輝度を向上させることができる。このように第２の主面にプリズム形状を形成する場合は、光入射側端面付近から先端部に向かって、徐々にプリズムの形状を相似形状として大きくなる形態からなると、光を先端部まで効率よく導くことができるため光源１２付近と光源１２から離れた部分（先端部）との出射面に向かう光の量を均一にさせることができる。さらにプリズムは、連続して形成される必要はなく、各プリズムの間に平坦部を設けてもよい。この場合、それぞれのプリズム間隔を光源１２付近と先端部とでそれぞれ変化させ、光源１２から遠ざかるにしたがって間隔を狭くしていくと、面内における発光の均一性を上げることが可能である。同様に、シボ形状についても光源から離れていくにしたがって、ドットの密度や面積を順次増加させることで出射光を面内においてより均一にすることができる。
【００４０】透光板１３の表面がプリズム形状に加工されていると、導光板１１からの光はプリズム面に入射するようになるので、導光板１１の主面に対して垂直な方向に屈折しやすくなる。しかし、本実施形態のように頂部が面状であると、その面の部分に入射した光は導光板１１の主面に対して垂直な方向に屈折しにくく、正面（図１の上方から見て）から観察される光の輝度は、やや低下しやすくなる。ここで、導光板１１の方に上記のような表面加工を施すことで、正面方向へ出射される光の輝度の低下を抑制して、より輝度の高い面状の発光装置とすることができる。
【００４１】（光源１２）本発明において光源１２としては、ＬＥＤ光源など小型の点光源が好ましい。ＬＥＤ光源に用いられるＬＥＤ素子は、同一面側に正負一対の電極を有し且つ側方端面から発光の一部を発光することが可能であれば特に限定されない。また、蛍光物質を用いる場合は、用いる蛍光物質を励起可能な波長を発光できる発光層を有する半導体発光素子を用いることが好ましい。このような半導体発光素子としてＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を挙げることができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長を発光することが可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００４２】窒化物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上にＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ等のバッファ層を形成しその上にｐｎ接合を有する窒化物半導体を形成させる。
【００４３】窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する発光素子例として、バッファ層上に、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成などが挙げられる。窒化物半導体は、不純物をドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、炉による加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。電極形成後、半導体ウエハーからチップ状にカットさせることで窒化物半導体からなる発光素子を形成させることができる。
【００４４】本発明の発光装置において、光源１２として混色光、特に白色系を発光させるＬＥＤ光源を用いる場合は、蛍光物質からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮してＬＥＤ素子の発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。ＬＥＤ素子と蛍光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。また、パッケージ上面より下になる封止部として、比較的紫外線により劣化しにくい樹脂や無機物であるガラス等を用いた場合、４００ｎｍより短い紫外線領域或いは可視光の短波長領域を主発光波長とするＬＥＤ素子を用いることもできる。紫外領域の波長を有するＬＥＤ素子を利用する場合は、蛍光物質により変換された発光色のみにより色度が決定されるため、可視光を発光する半導体発光素子を用いた場合に比較して半導体発光素子の波長などのバラツキを吸収することができ量産性を向上させることができる。
【００４５】ＬＥＤ素子として、４００ｎｍ付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能なＬＥＤ素子を用いてもよい。この場合は、ＬＥＤ素子に近接する封止部は、比較的紫外線に強い樹脂やガラス等と紫外線を吸収して可視光を発光することが可能な蛍光物質にて構成することが好ましい。このような短波長の光により赤、青、及び緑に蛍光可能な蛍光物質、例えば赤色蛍光体としてＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、及び緑色蛍光体として（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３を耐紫外線樹脂などに含有させることにより、白色光を得ることができる。このように短波長発光の発光素子を用いる場合、発光素子の基板側は不透光性とするのが好ましい。上記蛍光物質の他、赤色蛍光体として３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ、Ｇｄ２Ｏ２：Ｅｕ、ＬａＯ２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＲｅ１０（ＰＯ４）６Ｑ２：Ｅｕ、Ｒｅ１０（ＰＯ４）６Ｑ２：Ｅｕ，Ｍｎ（ただしＲｅはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選択される少なくとも一種、Ｑはハロゲン元素のＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選択される少なくとも１種）、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ等を好適に用いることができる。これらの蛍光物質を用いることにより高輝度に発光可能な白色発光ＬＥＤ光源を得ることができる。特に、２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体や他の蛍光体を混合させて用いるのが好ましい。ＹからＧｄへの置換量が異なる２種類のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を混合することにより、容易に所望とする色調の光を容易に実現することができる。
【００４６】また、光源１２は、１個または複数の発光素子で構成することができる。例えば、図１（ｃ）に示すように、導光板１１の光入射側に形成された複数の端面において、白色発光するＬＥＤ素子１２ａ、１２ｂをそれぞれ配置することによって、高輝度および良好な混色性の発光を達成できる。
【００４７】（反射部材１４）導光板１１からの光を効率よく出射面から放出させるためには、出射面及び光導入部を除いて反射部材１４などで囲むことが望ましい。反射部材１４は、導光板１１に銀などの金属を直接蒸着しても良いし、薄膜シートとして接着してもよい。反射部材１４を導光板１１に接着させる場合は、透光性の高いアクリル系又はシリコン系の接着剤を用いると、光源１２からの光をより多く反射部材１４まで到達させ、また、反射された光もより多く出射面へと透過させることができるので好ましい。反射部材１４としては、他に、光源１２からの光を反射しやすい酸化チタン、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化アルミニウム等の拡散反射剤を添加した樹脂シートや、フィルムに銀、アルミニウム等の金属を蒸着させた鏡面反射シートを用いることができる。
【００４８】また、導光板１１を反射部材となる固定枠等にはめ込んで利用する場合、その固定枠（外枠１５及び底枠１７）自体を、ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＢＴ等の樹脂に、酸化チタン、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化アルミニウム等の拡散反射剤を添加して成形した樹脂によって形成することで、外枠１５や底枠１７と反射部材１４とを兼用できる。この場合、反射剤との効果も加わって、光源１２からの光の反射率を格段に向上させることができ、発光装置の外部へと効率よく光を取り出すことができる。同様に、外枠１５や底枠１７の内部に銀などの金属を蒸着やメッキなどで形成させたものを用いることもできる。メーターの指針など、線状の発光装置とする場合は、このような固定枠によって強度を持たせることで、導光板１１や透光板１３などの損傷を抑制し、かつ、振動や衝撃から保護することができる。
【００４９】尚、外枠１５、底枠１７等の形状は限定されず、用途に応じて所望の形状とすることができる。また、有効発光部として透光板１３が露出される開口部１５ａ以外の両先端部などでは、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、必ずしも透光板１３と同様の形状とする必要はなく、例えば図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すような形状を有する透光板１３と、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すような形状を有する外枠１５とを適宜自由に組み合わせることもできる。
【００５０】以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されるものではない。
【００５１】
【実施例】（導光板１１の金型）本実施例において、導光板１１を成形するための金型を作成する。金型部材（厚さ３０ｍｍ）を、加工機に載置する。図１（ｂ）の左側部分拡大図に示すようなストライプ状の凸部が得られるような加工を行うために、研削機で、直径２００ｍｍ、幅１０ｍｍの、レジンタイプの砥石（ＣＢＮ砥粒（＃２０００）使用）を用いる。これを回転数１２０００ｒｐｍで回転させて、上記金型部材形状に加工して導光板の金型を得る。
【００５２】（導光板１１）上記のようにして得られた金型を用いて導光板１１の成形を行う。導光板１１の材料としてアクリルを用い、反射面には反射加工が施されるように作製される。導光板１１の成形は、まず、成形温度を２４０℃に設定してアクリルを溶融させながら射出圧力７００ｋｇｆ／ｃｍ２、金型温度は７０℃で射出成形する。そして、４５秒間冷却した後、金型から取り出しすと導光板１１が得られる。導光板１１は、第１の主面の幅１０ｍｍの光拡散パターン１１ａの中に、ストライプ状の凸部が、図１に示すような断面図になるよう形成されたものである。ストライプ状の凸部は、導光板の端面と略直交する方向へ延長されたストライプ形状の凸部が複数形成されている。これにより光の回折が起こり、光を導光板１１の幅方向（左右方向）へ拡げることができる。さらに第１の主面には、光源付近にシボ加工がされている。これはＬＥＤ光源が点光源であるため端面付近の明暗差をできるだけなくすことができる。
【００５３】第２の主面には、導光板端面と平行な方向に延長されるプリズム形状の凸部が、光源１２から離れていくにしたがい、プリズムの間隔が狭くなるように形成されている。光源１２からの光は、先端部へいくほど少なくなるため、プリズムが設けられる間隔を狭くしていくことで、さらに多くの光を放出方向へ屈折させることができる。このような第１の主面と第２の主面とを有する導光板１１は、第２の主面側が、光源１２から遠ざかるにしたがい傾斜していき、導光板１１の板厚が薄くなるくさび形の形状を有する。このような形状を有することで、光源１２からの光をより効率よく放射方向へ制御することができる。
【００５４】（透光板１３の金型）本実施例においては、透光板１３を射出成形によって成形する。そのための金型を作成する。金型部材（厚さ３０ｍｍ）を、ダイヤモンドバイトによる切削加工により、上記金型部材の表面を切削する。切削後の金型部材をエタノールにて洗浄し、外枠から取り出して金型を得る。導光板１１及び透光板１３の金型の加工は、このような方法以外に、レーザ光の照射による加工や、研削加工、切削加工など、所望の形状が得られ易い方法を任意に選択することができる。
【００５５】（透光板１３）上記のようにして得られた金型を用いて透光板１３の成形を行う。透光板１３の材料としてアクリルを用いる。透光板１３の成形は、まず、成形温度を２４０℃に設定してアクリルを溶融させながら射出圧力７００ｋｇｆ／ｃｍ２、金型温度は７０℃で射出成形する。そして、４５秒間冷却した後、金型から取り出して、本発明の透光板１３を得る。得られた透光板１３は、幅が約２ｍｍで有効発光部の長さが６０ｍｍであり、導光板１１と対向する側の主面には、図１（ｂ）の中央部分拡大図で示すような凸部１３ａが形成されており、導光板１１と接する凸部１３ａの頂部は平面となっている。凸部１３ａの頂部が平面となる形状を有することで、導光板１１の表面を傷つけにくい構造となっている。このような凸部１３ａは、光源１２からの発光が入射される導光板端面と略直交する方向に延長されたプリズムからなり、面全体に均等に形成されている。各プリズムの頂部間の距離は、５０μｍであり、隣りあうプリズムの面のなす角度は、６３°である。このようなプリズムを全面に設けることで、光を放射方向へ制御し、輝度を高めることができる。また透光板１３の第１の主面には、微小なドット形状の凹部が形成されている。このようなブラスト加工が表面にされていることで、光を拡散させることができるため、均一な面発光とすることができ、さらに透光板１３に設けられるシボのパターンやプリズムの稜線が視認されることを防ぐことができるため、見栄えのよい発光面を得ることが可能となる。透光板１３の側端部には、導光板１１に対向する段差が形成されるように加工されている。この段差は、凸部の高さと同じかそれ以上高さになるように設定されている。こうすることで、導光板１１と透光板１３との距離を任意に設定することができる。
【００５６】（ＬＥＤ光源）ＬＥＤ光源として表面実装型のＬＥＤ素子を形成する。ＬＥＤ素子は、発光層として単色性発光ピークが可視光である４７５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体的には、ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【００５７】ＬＥＤ素子の構造としては、サファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、次に発光層を構成するバリア層となるＧａＮ層、井戸層を構成するＩｎＧａＮ層、バリア層となるＧａＮ層を１セットとしＧａＮ層に挟まれたＩｎＧａＮ層を５層積層させた多重量子井戸構造としてある。発光層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。（なお、サファイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
【００５８】次に、エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出させる。各コンタクト層上に、スパッタリング法を用いて正負各台座電極をそれぞれ形成させた。なお、ｐ型窒化物半導体上の全面には金属薄膜を透光性電極として形成させた後に、透光性電極の一部に台座電極を形成させてある。出来上がった半導体ウエハーをスクライブラインを引いた後、外力により分割し、半導体積層面側に正負一対の電極を有し且つ側方端面から発光の一部を発光することが可能なＬＥＤ素子を形成する。
【００５９】次に、正及び負からなる一対のリード電極がインサートされて閉じられた金型内に、パッケージ成形体の下面側にあるゲートから溶融された成形樹脂を流し込み硬化してパッケージを形成する。パッケージは、発光素子を収納可能な凹部を有し、凹部底面から正及び負のリード電極が一方の主面が露出されるように一体成形されている。尚、このパッケージにおいて、正及び負のリード電極のアウタリード部は、パッケージの接合面の両端部でその接合面に沿って内側に折り曲げられてなり、その内側に折り曲げられた部分ではんだ付けされるように構成されている。
【００６０】次に、中心粒径３μｍの球状プラスチック粒子上にＮｉ薄膜を無電解メッキ法にて形成した後、最外層にＡｕ薄膜を置換メッキ法により形成した導電粒子をシリコーン樹脂に対して導電粒子を５ｖｏｌ％添加し、パッケージの凹部底面を覆うように膜厚が１０μｍ以上２０μｍ以下の範囲となるよう塗布する。次に、パッケージ凹部底面から露出された各リード電極上に、ＬＥＤチップの各電極を対向させ上記の塗布液中に前記ＬＥＤチップの電極形成面及び側方端面の一部が埋没するように載置し、加熱及び加圧を施し導電層を固化すると共に各電極を電気的に接続させる。
【００６１】次に、蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅのそれぞれの酸化物を化学量論比により混合し混合原料を得る。これにフラックスを混合して坩堝に詰め、ボールミル混合機にて２時間混合する。ボールを取り除いた後、弱還元雰囲気中１４００℃〜１６００℃にて６時間焼成し、更に還元雰囲気中１４００℃〜１６００℃にて６時間焼成する。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質を形成する。
【００６２】エポキシ樹脂１００重量部に対して、蛍光物質を１５０重量部添加したものを、導電層上面及び前記ＬＥＤチップの側方端面に接して、ＬＥＤ素子の最上面とほぼ同一ラインまでほぼ均一な膜厚にて充填させ、５０℃×２時間、及び１５０℃×４時間熱処理を施し下部封止部を形成する。
【００６３】次に、シリコーン樹脂１００重量部に対して中心粒径３μｍ、凝集度９３％、吸油量７０ｍｌ／１００ｇである軽質炭酸カルシウムを３重量部含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。こうして得られた混合液を前記パッケージ凹部内に充填させる。最後に、５０℃×２時間、及び１５０℃×４時間熱処理を施す。これによりＬＥＤ光源を得ることができる。
【００６４】上記のようにして形成されるＬＥＤ光源は、ＬＥＤ素子上面から発光される青色光は前方に向かって出力高く放射され、ＬＥＤ素子の側方端面から発光される光の一部は隣接する下部封止部中に直接入射し、側方端面から発光される光の残りの部分は隣接する導電膜中へと導かれ含有される導電粒子にて反射散乱した後、上方に積層された色変換層へ入射する。これにより、全ての蛍光物質に効率よく励起光を照射することが可能となり、上部封止部からは蛍光物質から発光される黄色光が前方に向かって放射される。これら青色光と黄色光は、前方の光拡散層にて良好に混色され、前方には白色光が現れる。
【００６５】以上のように本例のＬＥＤ光源では、ＬＥＤ素子の四方八方から発光される光をそれぞれ効率よく利用しているため、光の透過率が高く高出力の光を得ることができる。このようにして得られたＬＥＤ光源は、光度５００ｍｃｄ、光出力４ｍＷである。また、高温保管試験（１００℃）、高温高湿保管試験（８０℃、８５％ＲＨ）、低温保管試験（−４０℃）において、出力の低下はほとんどみられず、高い信頼性を有するといえる。またＣＩＥ色度座標におけるｘ軸方向の色度の３σは０．００６であり、色バラツキが非常に少ないＬＥＤ光源が得られる。
【００６６】（実装）上記のようにして得られる透光板１３及び導光板１１を外枠１５に載置する。外枠１５は、図１（ａ）（ｃ）に示すような形状を有し、例えばＰＰ（ポリプロピレン）製である。この外枠１５は、開口部１５ａを有するように形成されている。まず、この外枠１５を、内面が上になるように設置する。外枠１５の開口部１５ａに透光板１３の出射面側が下になるように透光板１３を載置し、その上に、導光板１１を出射面側が下になるように重ねて載置する。透光板１３の側端部は、図１（ｂ）の右側部分拡大図に示すように立体的に加工されて、導光板１１と当接する段差が設けられているので、有効発光部では導光板１１と透光板１３との間に隙間が形成される。この隙間は、凸部１３ａの頂部と導光板１１との距離が、例えば０．１ｍｍになるように配置されている。次に、導光板１１の端面に対向させるようにＬＥＤ素子１２ａ、１２ｂをそれぞれ配置し、導光板１１の反射面側に反射シート等の反射部材１４を配置し、最後に底枠１７を溶着することで、指針として使用可能な発光装置が得られる。
【００６７】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に係る発光装置は、導光板の出射面に対向配置させる透光板の表面を、頂部が面状である凸部を有するような加工を施すことで、携帯時などに受ける振動や衝撃による導光板の損傷を抑制し、かつ均一で輝度の高い発光を得ることができる。
【出願人】 【識別番号】０００２２６０５７
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
【住所又は居所】徳島県阿南市上中町岡４９１番地１００
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地
【出願日】 平成１５年２月１４日（２００３．２．１４）
【代理人】 【識別番号】１０００７４３５４
【弁理士】
【氏名又は名称】豊栖 康弘 （外１名）
【公開番号】 特開２００３−３３１６２１（Ｐ２００３−３３１６２１Ａ）
【公開日】 平成１５年１１月２１日（２００３．１１．２１）
【出願番号】 特願２００３−３６５５８（Ｐ２００３−３６５５８）