JP2013074076A

JP2013074076A - 発光装置

Info

Publication number: JP2013074076A
Application number: JP2011211684A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sato; 真佐藤; Satoshi Ota; 智太田; Shoken Koseki; 正賢古関
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-22
Also published as: US20130077321A1; US8669584B2

Abstract

【課題】ケースの形成材料である樹脂組成物にフィラーとして混入したガラス繊維を利用して、光の反射性を良好にすることが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ３０と、ＬＥＤチップ３０を収容する収容凹部２０ｇを有する横長扁平箱状のケース２０とを備え、収容凹部２０ｇの開口部２０ｆから発光装置１０の側面方向に光を放出するサイドビュータイプの発光装置１０であって、ケース２０は、正反射材である酸化チタン微粒子５０と、拡散反射材であるガラス繊維６０とをフィラーとして混入した樹脂組成物の射出成形によって一体形成されており、ケース２０の短手方向に対向する側壁部２０ｂ，２０ｃの内面は、ＬＥＤチップ３０から放出された光を反射して、開口部２０ｆから出射するリフレクタとして機能し、側壁部２０ｂ，２０ｃの肉厚ｄ１，ｄ２は、ガラス繊維６０の平均長未満に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は発光装置に係り、詳しくは、ＬＥＤチップを用いた発光装置に関するものである。

従来より、樹脂組成物にフィラーとしてガラス繊維を混入することにより、樹脂組成物の強度を向上させる技術が広く利用されている（特許文献１〜４参照）。
また、液晶ディスプレイのバックライト光源などに利用される薄型の発光装置として、サイドビュータイプの発光装置（側面発光装置）がある（特許文献５参照）。

特開２０１０−１００６８２号公報特開平８−２２９９８０号公報特開平９−２３５４１９号公報特開２００１−５７８６７号公報特許第４２３９５０９号公報

ガラス繊維を混入した樹脂組成物について、光の反射性を向上させるためにガラス繊維を利用する技術は従来知られていない。
例えば、特許文献３には、ガラス繊維が光の屈折・散乱・反射・集光などの光学作用を強め、樹脂組成物であるポリオレフィンの劣化を招くことが記載されているだけである（段落［００１７］参照）。
また、特許文献４には、樹脂組成物である透明樹脂と、ガラス繊維と、無機フィラーとを含有した透明複合材料について、無機フィラーとしてガラスフレークを用いた場合に、透明樹脂とガラスフレークとの界面の濡れが不十分であると、ガラスフレークの表面で光の反射・散乱が起こり透明性が低くなることが記載されているだけである（段落［０１２４］［０１２５］参照）。

特に液晶ディスプレイのバックライト光源として利用されるサイドビュータイプの発光装置は薄型化が求められるため、発光装置のケースの側壁についても十分な強度を備えた上で薄くする必要がある。
そのため、従来より、サイドビュータイプの発光装置のケースを樹脂組成物の射出成形によって一体形成する際に、樹脂組成物にフィラーとしてガラス繊維を混入して強度を向上させた製品が販売されている。
そこで、サイドビュータイプの発光装置のリフレクターとして機能するケースの側壁について、光の反射性を向上させるためにガラス繊維を利用することが要求されている。

本発明は前記要求を満足させるためになされたものであって、その目的は、ケースの形成材料である樹脂組成物にフィラーとして混入したガラス繊維を利用して、光の反射性を良好にすることが可能な発光装置を提供することにある。

本発明者らは前記要求を満足させるために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。

＜第１の局面＞
第１の局面は、
ＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップを収容する収容凹部を有するケースとを備え、
前記収容凹部の開口部から光を放出する発光装置であって、
前記ケースは、正反射材の微粒子と、拡散反射材であるガラス繊維とをフィラーとして混入した樹脂組成物の射出成形によって一体形成されており、
前記ケースの側壁部の内面は、前記ＬＥＤチップから放出された光を反射して、前記開口部から出射するリフレクタとして機能し、
前記側壁部の肉厚は、前記ガラス繊維の平均長未満に設定されている発光装置である。

第１の局面では、正反射材による正反射光と、拡散反射材であるガラス繊維による拡散反射光とを適正なバランスにすることが可能になり、ケースの対向する側壁部の間の中心軸の方向（軸上光度）と、ケースの開口部の全周囲方向（全光束）との両方について、ＬＥＤチップの光を高効率で開口部から外部へ放出する光学的特異性を発現できる。
従って、第１の局面によれば、ケースの形成材料である樹脂組成物にフィラーとして混入したガラス繊維を利用して、光の反射性を良好にすることが可能なサイドビュータイプの発光装置を提供できる。

＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、前記側壁部の肉厚は、約８０μｍ以上１３０μｍ以下であり、前記ガラス繊維の平均長は、約１５０μｍ以上２３０μｍ以下の発光装置である。
第２の局面によれば、第１の局面の作用・効果をより確実に得られる。

＜第３の局面＞
第３の局面は、第１または第２の局面において、前記ケースは横長扁平箱状であり、前記側壁部は前記ケースの短手方向に対向し、前記収容凹部の開口部から当該発光装置の側面方向に光を放出するサイドビュータイプの発光装置である。

＜第４の局面＞
第４の局面は、第１〜第３の局面において、前記正反射材の微粒子は、前記側壁部の内面近傍の前記樹脂組成物中に分散配置されており、前記ガラス繊維は、前記側壁部の内面近傍から深部までの前記樹脂組成物中に略均一に分散配置されている発光装置である。
第４の局面によれば、正反射材の微粒子の正反射性を更に向上させると共に、拡散反射材であるガラス繊維の拡散反射性を更に向上できる。

＜第５の局面＞
第５の局面は、第１〜第４の局面において、前記ガラス繊維は、直径が約６μm以上１３μｍ以下の円柱状であり、前記樹脂組成物中の含有量が約１重量％以上４０重量％以下であり、前記ガラス繊維の屈折率は前記樹脂組成物の屈折率未満の発光装置である。
第５の局面によれば、第１〜第４の局面の作用・効果をより確実に得られる。

＜第６の局面＞
第６の局面は、第１〜第５の局面において、前記正反射材の微粒子は、直径が約０．１μm以上０．３μｍ以下の略球形状であり、前記樹脂組成物中の含有量が約１０重量％以上５０重量％以下の発光装置である。
第６の局面によれば、第１〜第５の局面の作用・効果をより確実に得られる。

本発明を具体化した一実施形態の発光装置１０の概略構成を説明するための模式図であり、図１（Ａ）は発光装置１０を光放出側から見た正面図、図１（Ｂ）は発光装置１０の上面図。図１（Ｃ）は、発光装置１０の概略縦断面図であり、図１（Ａ）（Ｂ）に示すＸ−Ｘ矢示断面図。発光装置１０におけるケース２０の側壁部２０ｂ，２０ｃがＬＥＤチップ３０の光を反射する状態を説明するための概略縦断面図。反射体サンプルの反射光角度分布に対する反射光強度を測定するための測定装置の概略構成を示す説明図。平均長が８９μｍのガラス繊維６０を混入した樹脂組成物のサンプルＡ、平均長が１８４μｍのガラス繊維６０を混入した樹脂組成物のサンプルＢ、平均長が２２３μｍのガラス繊維６０を混入した樹脂組成物のサンプルＣについて、各サンプルＡ〜Ｃの反射光角度分布に対する反射光強度を測定した特性図。平均長がサンプルＣと同じ２２３μｍのガラス繊維６０を混入した樹脂組成物を、側壁部２０ｂ，２０ｃの肉厚ｄ１，ｄ２を約８０μｍ以上１３０μｍ以下のケース２０の形状にしたサンプル（LED-Pkg）、中心部の肉厚を３ｍｍのダンベル状にしたサンプル、肉厚を１ｍｍの短冊状（TP）にしたサンプルについて、各サンプルの反射光角度分布に対する反射光強度を測定した特性図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各図面では、説明を分かり易くするために、実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは異なっている。

図１に示すように、本実施形態の発光装置１０は、ケース２０（底壁部２０ａ、側壁部２０ｂ〜２０ｅ、開口部２０ｆ、収容凹部２０ｇ）、ＬＥＤチップ３０、封止用樹脂４０、正反射材である酸化チタン微粒子５０、拡散反射材であるガラス繊維６０などから構成され、側面方向に光を放出するサイドビュータイプの発光装置（側面発光装置）である。
発光装置１０は、横長扁平状であり、長手方向を二分する中心線（基準線）Ｌおよび短手方向を二分する中心線（短手方向の中心軸）Ｍに対して、ケース（パッケージ）２０およびＬＥＤチップ３０が線対称に配置形成されている。

ケース２０は、横長扁平箱状であり、樹脂組成物（合成樹脂材料）の射出成形によって一体形成されており、底壁部２０ａと、底壁部２０ａの外周から立設された４つの側壁部２０ｂ〜２０ｅとから構成されている。
ケース２０の側面は全体が開口された光放出用の開口部２０ｆとなる。
ケース２０の短手方向に対向する側壁部２０ｂ，２０ｃの内面（内壁面）と、ケース２０の長手方向に対向する側壁部２０ｄ，２０ｅの内面と、底壁部２０ａの内面（底面）とによって囲まれた空間が収容凹部２０ｇとなる。

ＬＥＤチップ３０は、ケース２０の底壁部２０ａの内面に取付固定されて搭載され、ケース２０の収容凹部２０ｇに収容されている。
ＬＥＤチップ３０はリードフレーム（図示略）に接続され、そのリードフレームはケース２０にインサート成形され、そのリードフレームの先端部はケース２０の外方へ突出して発光装置１０の接続端子を構成している。
ケース２０の収容凹部２０ｇ内には透明な封止用樹脂４０が充填されており、封止用樹脂４０によって収容凹部２０ｇ内の収容物（ＬＥＤチップ３０、ボンディングワイヤ、リードフレーム）が封止されている。

ケース２０を樹脂組成物の射出成形により一体形成する際には、無機フィラーとして酸化チタン微粒子５０およびガラス繊維６０を樹脂組成物に混入してある。
ケース２０において、側壁部２０ｂ，２０ｃの内面は開口部２０ｆに向かって所定角度（０〜６゜）を成して傾斜しており、底壁部２０ａの内面よりも開口部２０ｆの方が面積が大きくなるように形成されている。
側壁部２０ｂ，２０ｃの肉厚は、底壁部２０ａに接する部分の肉厚ｄ１が最も厚く、開口部２０ｆに向かって徐々に薄くなるように形成されており、開口部２０ｆに接する部分の肉厚ｄ２は肉厚ｄ１より薄くなっている（ｄ１＞ｄ２）。
尚、側壁部２０ｂ，２０ｃを傾斜させず、側壁部２０ｂ，２０ｃの肉厚を均一にしてもよい（ｄ１＝ｄ２）。
そして、側壁部２０ｂ，２０ｃの内面は、ＬＥＤチップ３０から放出された光を反射して、開口部２０ｆから出射するリフレクタとして機能する。

図２に示すように、ＬＥＤチップ３０から放出された光は、酸化チタン微粒子５０で正反射されると共に（実線矢印α参照）、ガラス繊維６０で拡散反射され（実線矢印β参照）、一度以上反射された光とＬＥＤチップ３０から直接放出された光とが混合して開口部２０ｆから出射される。
そのため、正反射光と拡散反射光とを適正なバランスにすれば、ケース２０の短手方向の中心軸Ｍの方向（軸上光度）と、ケース２０の開口部２０ｆの全周囲方向（全光束）との両方について、ＬＥＤチップ３０の光を高効率で開口部２０ｆから外部へ放出する光学的特異性を発現できる。

図３に示すように、反射体サンプルの反射光角度分布に対する反射光強度を測定するための測定装置では、光照射装置により反射体サンプルに対して入射角度６０゜で光を入射させ、反射体サンプルの反射光について、正反射角を０゜とした際に、入射光の側（プラス側）へ２０゜、入射光の反対側（マイナス側）へ３０゜の範囲（−３０゜〜＋２０゜）を反射光角度分布として、その反射光強度を測定する。

図４は、平均長が８９μｍのガラス繊維６０を混入した樹脂組成物のサンプルＡ、平均長が１８４μｍのガラス繊維６０を混入した樹脂組成物のサンプルＢ、平均長が２２３μｍのガラス繊維６０を混入した樹脂組成物のサンプルＣについて、各サンプルＡ〜Ｃの反射光角度分布に対する反射光強度を測定した特性図である。
尚、各サンプルＡ〜Ｃについて、樹脂組成物はＰＡ９Ｔ（ノナン酸ジアミン＋テレフタル酸）とし、酸化チタン微粒子５０の粒径および分量は同一にし、ケース２０の形状に加工したものを用いた。

ここで、ガラス繊維６０の平均長とは、樹脂組成物に多数個混入したガラス繊維６０の長さを全て同一にすることはできないため、その長さの平均をとったものである。
ちなみに、各サンプルＡ〜Ｃの側壁部２０ｂ，２０ｃについて同一箇所を同一寸法形状だけ切り出し、その切り出した部分に混入されているガラス繊維６０の長さを測定したところ、サンプルＡでは５０〜１５０μｍの範囲であり、サンプルＢでは０〜４３０μｍの範囲であり、サンプルＣでは０〜４３０μｍの範囲であった。

サンプルＡでは、正反射角（０゜）の反射光強度は高いが、それ以外の角度範囲では正反射角から離れるにつれて反射光強度が急激に低下する傾向がある。
サンプルＢ，Ｃでは、広い反射光角度分布で同程度の高い反射光強度が得られるため、拡散反射光と正反射光の両方をバランス良く併せ持つ光学的特異性を発現していることがわかる。

そして、本発明者らは、サンプルＡ〜Ｃ以外にも平均長の異なるガラス繊維６０を混入した樹脂組成物について同様の実験を行った結果、ガラス繊維６０の平均長を約１５０μｍ以上２３０μｍ以下の範囲（最適範囲）にした場合に、拡散反射光と正反射光の両方をバランス良く併せ持つ光学的特異性を発現することを見いだした。

ここで、ガラス繊維６０の平均長が前記最適範囲よりも長くなると、拡散反射にも正反射にも活用されず、ケース２０の側壁部２０ｂ，２０ｃを透過してしまう光の透過成分が増加する傾向があり、それに加えて、樹脂組成物に対して十分に混練することが困難になり、樹脂組成物中に均一に分散配置できなくなるおそれがある。
また、ガラス繊維６０の平均長が前記最適範囲よりも短くなると、正反射光が拡散反射光より多くなり、拡散反射光と正反射光のバランスが偏るため、光学的特異性を発現し難くなる傾向がある。

図５は、平均長がサンプルＣと同じ２２３μｍのガラス繊維６０を混入した樹脂組成物を、側壁部２０ｂ，２０ｃの肉厚ｄ１，ｄ２を約８０μｍ以上１３０μｍ以下のケース２０の形状にしたサンプル（LED-Pkg）、中心部の肉厚を３ｍｍのダンベル状にしたサンプル、肉厚を１ｍｍの短冊状（TP）にしたサンプルについて、各サンプルの反射光角度分布に対する反射光強度を測定した特性図である。
尚、各サンプルについて、樹脂組成物はＰＡ９Ｔとし、酸化チタン微粒子５０の粒径および分量は同一にしたものを用いた。

サンプル（樹脂成型物）の肉厚が厚い場合には、平均長の長いガラス繊維６０を用いても、拡散反射光が得られず、ほぼ正反射光のみとなり、拡散反射光と正反射光のバランスが偏るため、光学的特異性を発現し難くなることがわかる。
その理由は、サンプルの肉厚がガラス繊維６０の平均長未満の場合には、サンプルの厚さ方向に直交する長さ方向に対して、ガラス繊維６０が平行に配置され易くなるため、拡散反射特性を容易に発現できるからである。
反対に、サンプルの肉厚がガラス繊維６０の平均長より大きくなるほど、サンプルの長さ方向に対して、ガラス繊維６０が平行に配置され難くなるため、拡散反射特性の発現が困難になる。

そして、本発明者らは、側壁部２０ｂ，２０ｃの肉厚ｄ１，ｄ２を様々に設定したサンプルについて同様の実験を行った結果、ガラス繊維６０の平均長が約１５０μｍ以上２３０μｍ以下の範囲（最適範囲）であれば、側壁部２０ｂ，２０ｃの肉厚ｄ１，ｄ２を約８０μｍ以上１３０μｍ以下の範囲（最適範囲）にした場合に、拡散反射光と正反射光の両方をバランス良く併せ持つ光学的特異性を発現することを見いだした。

さらに、本発明者らは、酸化チタン微粒子５０の粒径および樹脂組成物中の含有量を様々に設定したサンプルについて、反射光角度分布に対する反射光強度を測定した結果、酸化チタン微粒子５０は、直径が約０．１μm以上０．３μｍ以下の略球形状にし、樹脂組成物中の含有量を約１０重量％以上５０重量％以下にした場合に、拡散反射光と正反射光の両方をバランス良く併せ持つ光学的特異性を発現することを見いだした。

そして、酸化チタン微粒子５０は正反射材として機能するため、ケース２０の側壁部２０ｂ，２０ｃの内面近傍の樹脂組成物中に分散配置させれば正反射性を更に向上できる。
それに対して、ガラス繊維６０は拡散反射材として機能するため、ケース２０の側壁部２０ｂ，２０ｃの内面近傍から深部までの樹脂組成物中に略均一に分散配置させれば拡散反射性を更に向上できる。

また、本発明者らは、ガラス繊維６０の直径、樹脂組成物中の含有量、屈折率を様々に設定したサンプルについて、反射光角度分布に対する反射光強度を測定した結果、ガラス繊維６０は、直径が約６μm以上１３μｍ以下の円柱状にし、樹脂組成物中の含有量を約１重量％以上４０重量％以下（望ましくは約１０重量％以上３０重量％以下）にし、屈折率は約１．４以上１．４５以下にした場合に、ケース２０の側壁部２０ｂ，２０ｃの強度を向上させた上で、拡散反射光と正反射光の両方をバランス良く併せ持つ光学的特異性を発現することを見いだした。

また、樹脂組成物は、熱可塑性樹脂（例えば、ポリアミド樹脂やＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）樹脂など）、熱硬化性樹脂（例えば、シリコーン樹脂、変性シリコン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂など）のどちらを使用してもよいが、ガラス繊維６０の拡散反射性を確保するためには樹脂組成物の屈折率をガラス繊維６０以上にすることが望ましく、樹脂組成物の屈折率は約１．４５以上が好適である。

尚、酸化チタン微粒子５０は、正反射性の良好な材料の微粒子に置き換えてもよく、例えば、酸化亜鉛、硫酸バリウム、硫化亜鉛、窒化ホウ素など材料の微粒子に置き換えてもよいが、これらの材料の中でも特に酸化チタンは安価に流通しており化学的にも安定であるため好適である。
また、ケース２０の形状は横長扁平箱状でなくてもよく、例えば円筒箱状などのその他の形状であってもよい。

本発明は、前記各局面および前記実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

１０…発光装置
２０…ケース
２０ａ…底壁部
２０ｂ，２０ｃ…ケース２０の短手方向に対向する側壁部
２０ｆ…開口部
２０ｇ…収容凹部
３０…ＬＥＤチップ
４０…封止用樹脂
５０…正反射材である酸化チタン微粒子
６０…ガラス繊維

Claims

ＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップを収容する収容凹部を有するケースとを備え、
前記収容凹部の開口部から光を放出する発光装置であって、
前記ケースは、正反射材の微粒子と、拡散反射材であるガラス繊維とをフィラーとして混入した樹脂組成物の射出成形によって一体形成されており、
前記ケースの側壁部の内面は、前記ＬＥＤチップから放出された光を反射して、前記開口部から出射するリフレクタとして機能し、
前記側壁部の肉厚は、前記ガラス繊維の平均長未満に設定されている発光装置。
請求項１に記載の発光装置において、
前記側壁部の肉厚は、約８０μｍ以上１３０μｍ以下であり、
前記ガラス繊維の平均長は、約１５０μｍ以上２３０μｍ以下である発光装置。
請求項１または請求項２に記載の発光装置において、
前記ケースは横長扁平箱状であり、前記側壁部は前記ケースの短手方向に対向し、前記収容凹部の開口部から当該発光装置の側面方向に光を放出するサイドビュータイプの発光装置
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置において、
前記正反射材の微粒子は、前記側壁部の内面近傍の前記樹脂組成物中に分散配置されており、
前記ガラス繊維は、前記側壁部の内面近傍から深部までの前記樹脂組成物中に略均一に分散配置されている発光装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置において、
前記ガラス繊維は、直径が約６μm以上１３μｍ以下の円柱状であり、前記樹脂組成物中の含有量が約１重量％以上４０重量％以下であり、前記ガラス繊維の屈折率は前記樹脂組成物の屈折率未満である発光装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置において、
前記正反射材の微粒子は、直径が約０．１μm以上０．３μｍ以下の略球形状であり、前記樹脂組成物中の含有量が約１０重量％以上５０重量％以下である発光装置。