JP6212510B2 - 発光構造体 - Google Patents

Description

本発明は、発光構造体に関する。

従来、照明器具や表示装置などの発光構造体における光源として、タングステン電球、水銀放電蛍光灯、冷陰極線放電管、Ｎａ電球等が使用されている。近年、これらに替えて発光ダイオード（ＬＥＤ）が使われるようになってきている。ＬＥＤは、従来の光源に比べて、寿命が長い、消費電力が少ない、発熱量が少ない等の理由から、長時間使用される発光構造体の光源に適している。

発光構造体には、面発光のような広い発光領域が要求されることがある。点発光であるＬＥＤを、面発光を呈する発光構造体の光源として使用するために、基板に複数のＬＥＤを２次元的に配置して、全体として面発光させることが考えられる。しかし、ＬＥＤの放射光は指向角が小さいため、単にＬＥＤを２次元的に配置しただけでは、発光面において各ＬＥＤの点発光が容易に視認できてしまい、均一な面発光を得ることができない。また、多数のＬＥＤを密に配置して個々のＬＥＤの点発光を視認しづらくして、面発光に近づけることも考えられるが、装置が大型化したり、高コスト化したりするという問題がある。また、ＬＥＤの熱の放出が十分に行われない場合には、ＬＥＤの熱が発光構造体に備えられた比較的熱に弱い部材を破損させるおそれがある。そのため、発熱量が少ないＬＥＤであっても放熱性を確保する必要があり、ＬＥＤを密に実装すれば放熱性を十分に確保するために装置の大型化が一層顕著となる。

また、自動車などのリアコンビネーションランプでは、アクリル成形品にダイアモンドカットを入れたカバーを、１つの電球などの光源の前に配置し、数倍から数十倍の数の光源に見えるように回折効果を狙ったものがある。なお、リアコンビネーションランプとは、自動車などのリアにある、光源であるランプ類（ストップランプ、テールランプ、ウィンカーランプ、車幅灯等）とカバー（レンズ）とが一体となっているものである。しかし、このようなリアコンビネーションランプでは、光源からカバーまで距離及び電球などの光源自体の形状により、装置が大型化するという問題がある。

これらの問題に鑑みて、特許文献１に開示の構成では、複数のＬＥＤを耐熱性フィルムに実装して、その光放射側に回折格子フィルムを設けている。これにより、回折光によって光源を大きく見せることができるため、多数のＬＥＤを必要とせず、装置の小型化及び低コスト化が図られる。また、ＬＥＤ及びフィルム基板を採用しているため、上述のリアコンビネーションランプの場合に比べて、小型化できる。

特開２００７−３０５６２１号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、回折格子フィルムによってＬＥＤの放射光を回折させて複数の所定方向に分光しているが、より広角で均一な発光を得るには、改善の余地がある。また、レンズを使用して広角な発光とすることも考えられるが、この場合には、発光構造体が大型化してしまい、好ましくない。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、小型であるとともに、広範囲に広がる均一な面発光を得ることができる発光構造体を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、表面に導電部が形成された耐熱性フィルムと、
上記導電部に電気的に接合された発光素子と、
上記耐熱性フィルムに当接された放熱部材と、
上記発光素子の光放射側に設けられた第１光学シート及び第２光学シートと、
を備え
上記第１光学シートは、光透過性材料と、上記発光素子の放射光で励起されて蛍光を発する蛍光材料とからなり、
上記第２光学シートは、光透過性材料からなるシート状の基材と、該基材の少なくともいずれか一方の面に、該基材と上記発光素子の光軸との交点を中心として同心円状に形成された光透過性材料からなる複数の構造体とからなり、
上記複数の構造体はそれぞれ、上記光軸を含む平面による断面の形状が矩形状となっているとともに、上記厚さ方向における高さが互いに同一となっており、
上記第２光学シートは、上記第２光学シートに入射した光を上記基材と上記発光素子の光軸との交点から径方向外側に広がるように放射することを特徴とする発光構造体にある。

上記発光構造体においては、発光素子から放射された光は、発光素子の光放射側に設けられた第１光学シートに入射される。発光素子の放射光が第１光学シートに含まれる蛍光材料を励起して、蛍光が生じる。そして、当該蛍光と上記放射光とが混合した光が、第２光学シートに入射される。第２光学シートの基材には、発光素子の光軸との交点を中心とする同心円状の構造体が複数形成されている。これによって、第２光学シートへの入射光は、回折現象により、当該光軸との交点から径方向外側に広角に広がるように第２光学シートから放射されることとなる。その結果、上記発光構造体における放射光の配光角を大きくすることができるため、広範囲に広がる均一な面発光が得られやすくなる。

さらに、第２光学シートに形成された構造体は断面形状が矩形であって、それぞれ同一高さとなっている。そのため、当該構造体を鋸歯形状にしてフレネル型にしたり、階段形状にしてフレネル型を模した形状にしたりした場合に比べて、容易にかつ高精度に成形することができる。これにより、一層均一な面状光を広角に広げることができる。

さらに、発光素子は耐熱性フィルムに設けられた導電部に接合されているとともに、耐熱性フィルムには放熱部材が当接されている。これらにより、発光素子における放熱性が十分確保されることとなる。また、発光素子が実装される基板として耐熱性フィルムを採用しているため薄型となることから、装置全体の小型化が図られる。

以上のごとく、本発明によれば、小型であるとともに、放熱性を確保しつつ、広範囲に広がる均一な面発光を得ることができる発光構造体を提供することができる。

実施例１における、発光構造体の縦断面図。 実施例１における、第２光学シートの上面図（ａ）と縦断面図（ｂ）。 実施例１における、発光素子を実装した状態の耐熱性フィルムの平面図。 実施例１における、発光素子を含む回路図。 実施例１における、発光素子を実装した耐熱性フィルムが取り付けられた状態の放熱部材の平面図。 実施例１における、発光素子の放射光の進行態様を表す模式図。 実施例１における、構造体の形状を説明するための模式図 実施例１における、発光構造体の製造方法を示すフロー図。 比較例及び実施例１における発光態様を説明する図。 変形例における、発光素子を実装した耐熱性フィルムが取り付けられた状態の放熱部材の平面図。

本発明の発光構造体は、蛍光灯などの照明装置や、広告などの表示器におけるバックライトや、自動車等のヘッドライト、リアコンビネーションランプ、ルームランプ、フットランプ、メータパネル等などに使用することができる。

上記基材には、上記交点を中心とし、下記式（１）を満たす輪帯半径ｒ_ｍを半径とする複数の仮想同心円が規定され、上記構造体は、中心側からｍ番目の上記仮想同心円とｍ−１番目の上記仮想同心円とで囲まれたｍ番目の輪帯領域に、少なくとも一つ形成されていることが好ましい。
ｍ番目の輪帯半径ｒ_ｍ（μｍ）＝（ｍ^２λ_０ ^２＋２ｍλ_０ｆ）^１／２ …（１）
（ｍは１以上の任意の整数を表し、ｆは任意の焦点距離（μｍ）を表し、λ_０は任意の光源波長（μｍ）を表す。）
この場合には、第２光学シートに入射した光を、上記交点を中心に確実に広角に広がるように放射することができる。その結果、上記発光構造体における放射光の配光角をより大きくすることができるため、一層広範囲に広がる均一な面状光を呈することができる。

上記構造体が複数形成されている上記輪帯領域において、径方向外側に位置する上記構造体ほど、径方向の幅が大きくなっていることが好ましい。この場合には、第２光学シートに入射した光を、一層径方向外側に向けて放射することができる。そのため、上記発光構造体における放射光の配光角をより一層大きくすることができ、より一層広範囲に広がる均一な面状光を呈することができる。

上記輪帯領域は複数備えられ、該複数の輪帯領域は径方向外側に位置するものほど、該輪帯領域の径方向の幅が小さくなっていることが好ましい。この場合には、第２光学シートに入射した光を、一層径方向外側に向けて放射することができる。そのため、上記発光構造体における放射光の配光角をより一層大きくすることができ、より一層広範囲に広がる均一な面状光を呈することができる。

上記耐熱性フィルムは、有機物、無機物又は金属からなることとすることができる。耐熱性フィルムの形成材料として有機物を用いる場合には、例えば、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＳＦ（ポリサルホン）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、耐熱ウレタン、液晶ポリマー等を採用することができる。また、耐熱性フィルムの形成材料として無機物を用いる場合には、ＡｌＮ、Ａｌ_２ＮＯ_３、ＳｉＯ_２等を採用することができる。また、耐熱性フィルムの形成材料として金属を用いる場合には、Ａｌ、Ｃｕ及びＳＵＳ（ステンレス鋼）等を採用することができる。そして、上記耐熱性フィルムは、ＰＩ、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＳＦ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、耐熱ウレタン、液晶ポリマー、ＡｌＮ、Ａｌ_２ＮＯ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ、Ｃｕ及びＳＵＳの少なくとも一つからなることが好ましい。この場合には、耐熱性フィルムを薄型のフィルムとすることができるため、上記発光構造体の薄型化に寄与する。中でも耐熱性フィルムの形成材料として、耐熱エンジニアリングフィルムであるＰＳＦ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫのいずれかを採用すれば、上記耐熱性フィルムに充分な耐熱性を付与することができる。

上記発光素子は、青色発光ダイオードであって、上記蛍光材料は上記青色発光ダイオードと放射光により励起されて、黄色の蛍光を発するとともに、該蛍光と上記発光素子の放射光とにより白色光を生成することが好ましい。これにより、青色発光ダイオードを用いて白色光を広角に広がる面状光として放射させることができる。

上記蛍光材料は上記第１光学シートの少なくとも一方の主面に塗布されていることが好ましい。この場合には、蛍光材料を有する層を第１光学シートに均一に形成することが
容易となり、均一な発光色を有する光を放射させることができる。

（実施例１）
実施例に係る発光構造体１につき、図１〜図９を用いて説明する。
本例の発光構造体１は、図１に示すように、耐熱性フィルム２、発光素子３、放熱部材４、第１光学シート５、第２光学シート６を備えている。
耐熱性フィルム２の表面に導電部２０が形成されている。
発光素子３は導電部２０に電気的に接合されている。
放熱部材４は、耐熱性フィルム２に当接されている。
第１光学シート５及び第２光学シート６は、発光素子３の光放射側に設けられている。
そして、第１光学シート５は、光透過性材料と、発光素子２の放射光で励起されて蛍光を発する蛍光材料とからなる。
第２光学シート６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、光透過性材料からなるシート状の基材６１と、基材６１の少なくともいずれか一方の面に、基材６１と発光素子３の光軸３ａとの交点６１１を中心として同心円状に形成された光透過性材料からなる複数の構造体６２とからなる。
図２（ｂ）に示すように、複数の構造体６２はそれぞれ、光軸３ａを含む平面による断面の形状が矩形状となっているとともに、厚さ方向Ｚにおける高さＴが互いに同一となっている。

以下、本例の発光構造体１について、詳述する。
図１に示すように、発光素子３が実装された耐熱性フィルム２は、粘着シート７を介して放熱部材４に接合されている。耐熱性フィルム２における放熱部材４と反対側の面には、導電性材料である銅箔からなる導電部２０が形成されている。耐熱性フィルム２は、本例では、ＰＩ製のフィルムである。耐熱性フィルム２として、ＰＩ、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＳＦ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、耐熱ウレタン、及び液晶ポリマー等の有機材料からなるフィルムや、ＡｌＮ（アルミナイトライド）製基板、Ａｌ_２Ｏ_３(アルミナ）基板等の無機材料基板を採用することができる。

図１に示すように、導電部２０には、発光素子３の端子３１がハンダ３５を介して接合されている。本例では、発光素子３はフリップチップ型の青色発光ダイオードである。発光素子３は、耐熱性フィルム２側（端子３１が設けられる側）と反対側の面が光を放射する発光面３２になっている。

図３に示すように、耐熱性フィルム２に形成された導電部２０は、２本の略平行な第１導電部２１と第２導電部２２とを備える。第１導電部２１と第２導電部２２との間隔は、発光素子３の一対の端子３１（図１参照）の間隔に合わせてある。第１導電部２１と第２導電部２２との互いに対向する位置にハンダ３５（図１参照）が載せられている。ハンダ３５の上に３つの発光素子３が載置されている。ハンダ３５を介して耐熱性フィルム２上の導電部２０に固定されている。

図３に示すように、第１導電部２１における一方の端部には、図示しない電源に接続されるための第１接続用導電部２３が形成されている。第２導電部２２における第１接続用導電部２３と反対側の端部には、電源に接続されるための第２接続用導電部２４が形成されている。第１接続用導電部２３は電源の正の電極に接続され、第２接続用導電部２４は電源の負の電極に接続されている。これにより、図４に示す回路図のように、３つの発光素子３が並列に電気的に接続されて、電源から電力が供給されるように構成されている。発光素子３を並列に接続することにより、一部の発光素子３が破損しても、他の発光素子３に電力が供給されるようになっている。なお、３つの発光素子３を均一に発光させるために、図示しない電気抵抗や定電圧装置を接続することもできる。

本例では、図５に示すように、複数の耐熱性フィルム２は、実装された３つの発光素子３の列が一列に並んだ状態で、図１に示すように、粘着シート７を介して放熱部材４に固定されている。放熱部材４はＡｌ製の略平板状部材であって、一方の主面は粘着シート７を介して耐熱性フィルム２に当接しており、他方の主面には放熱用のフィン４１が複数設けられている。本例では、放熱部材４は薄型となっている。

図１に示すように、発光素子３の光放射側には、第１光学シート５が設けられている。第１光学シート５は、１〜２ｍｍ角の矩形、又は直径１〜２ｍｍ円形であって、発光素子３の平面視形状よりもやや大きくなっている。そして、第１光学シート５は、発光素子３の光放射側を覆うように設けられている。第１光学シート５は、透光性材料としてのＰＥＴフィルムからなる基材５ａと、蛍光材料からなる蛍光材料層５ｂとからなる。蛍光材料層５ｂは、基材５ａにおける発光素子３の光放射側の面に印刷によって付着されて形成されている。

第１光学シート５に印刷された蛍光材料は、発光素子３が放射する青色光によって励起されて黄色の蛍光を発する。かかる蛍光材料として、イットリウムとアルミニウムの複合酸化物（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）から成るガーネット構造を有するＹＡＧ系蛍光材料を採用することができる。そして、図６に示すように、発光素子３が放射する青色光３０１が第１光学シート５を透過することにより、当該青色光３０１と当該蛍光３０２とが混合されて白色光３０３が放射されることとなる。

第２光学シート６は、図１に示すように、シート状の基材６１と、複数の構造体６２とからなる。基材６１は、光透過性材料であるＣＯＰ（脂肪族環状ポリオレフィン）をシート状に成形してなる。複数の構造体６２も、光透過性材料であるＣＯＰ（脂肪族環状ポリオレフィン）からなり、図２に示すように、基材６１と発光素子３の光軸３ａとの交点６１１を中心として同心円状に形成されている。

本例では、構造体６２は、ナノインプリント技術により、構造体６２のパターンがＮｉめっき膜に形成された金型を使用して、当該パターンを基材６１に熱転写して形成される。構造体６２のパターンは、以下のように規定されている。まず、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、フレネル型の凹型レンズ１０を設計する。フレネル型の凹型レンズ１０は、基材１４と、基材１４の一方面に複数立設された断面三角形状の凸部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…、１６ｍと有している。凸部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…、１６ｍは、高さｈが一定であって、半径方向に配列している。各凸部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…、１６ｍの三角形の一辺をなす垂直な面１３は、径方向の外側に配置される構造となっている。すなわち、三角形の斜面が外側に傾く姿勢となっている。さらに、この凹型レンズ１０では、径方向の外側に近づくに従って、凸部の径方向の幅ｄ１、ｄ２、ｄ３、…が、所定の割合で小さくなるように設定されている。

図７（ａ）に示すように、上記三角形状の凸部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…１６ｍは、下記式（１）を満たす輪帯半径ｒ_（ｍ）を半径とするｍ番目の仮想同心円Ｖｒ_（ｍ）と、輪帯半径ｒ_{（ｍ−１）}を半径とするｍ−１番目の仮想同心円Ｖｒ_{（ｍ−１）}との間に存在している。
ｍ番目の輪帯半径（μｍ）：ｒ_（ｍ）＝（ｍ^２λ₀ ^２＋２ｍλ_０ｆ）^１/２ …（１）
（ｍは１以上の任意の整数を表し、ｆは任意の数で焦点距離（μｍ）を表し、λ₀は任意の数で光源波長（μｍ）を表す。）
なお、ｍ＝１のとき、０番目の仮想同心円Ｖｒ_（０）は仮想同心円Ｖｒ_（ｍ）の中心であるものとする。

また、図７（ａ）及び（Ｂ）に示すように、凹型レンズ１０における三角形状の構造体１６ａ、１６ｂ…１６ｍの高さｈは、下記式（２）で表される高さ（μｍ）を有している。
高さ（μｍ）：ｈ＝λ₀／（ｎ−１）…（２）
（ｎは構造体を形成している物質のλ₀に対する屈折率を表す。）

そして、凹型レンズ１０における、各凸部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…をバイナリ化（二値化）する。例えば、センターに形成された凸部１６ａを、複数の領域（２，４，６）に分割する。これにより、凹型レンズ１０に基づいて図３に示したようなバイナリ型の構造体６２を有する第２光学シート６を作製する。バイナリ型の構造体６２を有する第２光学シート６を作製する条件は以下のとおりである。

すなわち、さらに、１）〜５）の条件を満たすように設定される。
１）ｍ番目の構造体６２の群６２_（ｍ）の幅（すなわち輪帯領域Ｖｍの幅）（μｍ）：
ｄ_ｍ＝ｒ_（ｍ）−ｒ_{（ｍ−１）}
２）ｍ番目の構造体６２の群６２_（ｍ）の幅を任意の数に分割した幅（μｍ）：
ｇ_ｍ＝ｄ_ｍ／ｘ_ｍ
（ｘ_ｍはｍ番目の構造体６２の群６２_（ｍ）において、１以上の任意の整数を表す。）
３）ｍ番目の構造体６２の群６２_（ｍ）におけるｉ番目の高さ（μｍ）：
Ｔ_ｍ（ｉ）＝｛Ｔ／（ｘ_m−１）｝・（ｉ−１）
（ｉは１〜ｘ_mの整数を表す。Ｔは構造体６２の高さであり、０．４μｍ≦Ｔ≦１．２μｍである。）
４）ｍ番目の構造体６２の群６２_（ｍ）に存在するｉ番目の構造体６２のデューティー比：
ｔ_ｍ（ｉ）＝１−Ｔ_ｍ（ｉ）／Ｔ
５）ｍ番目の構造体６２の群６２_（ｍ）に存在するｉ番目の構造体６２の幅：
ｔ_ｍ（ｉ）・ｇ_ｍ
（ｍは１以上の任意の整数を表し、ｆは任意の数で焦点距離（μｍ）を表し、λ₀は任意の数で光源波長（μｍ）を表す。）

上記の条件において、凸部１６ａなどを複数の領域に分割する。分割数は任意であるが、好ましくは、２，４，６…などのように偶数である。
上記の条件を当てはめて、例えば、ｍ番目の構造体６２の群６２_（ｍ）の幅ｄ_ｍを、４つに分割したときの幅ｇ_ｍは、ｇ_ｍ＝ｄ_ｍ／４である。このときの高さＴ_ｍ（ｉ）は、上記３）より、Ｔ_ｍ（ｉ）＝｛Ｔ／（ｘ_ｍ−１）｝・（ｉ−１）であるため、
Ｔ_ｍ（１）＝０
Ｔ_ｍ（２）＝Ｔ／３
Ｔ_ｍ（３）＝２Ｔ／３
Ｔ_ｍ（４）＝Ｔ
となり、中心に向かう構造体（Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ）の群の高さは、中心に向かうにつれて次第に小さくなり、構造体Ｍの高さは０である。

また、このときのデューティー比は、上記４）より、ｔ_ｍ（ｉ）＝１−Ｔ_ｍ（ｉ）／Ｔであるため、
ｔ_ｍ（１）＝１
ｔ_ｍ（２）＝２／３
ｔ_ｍ（３）＝１／３
ｔ_ｍ（４）＝０
となる。

なお、上記３）に記載したｉ番目の高さＴ_ｍ（ｉ）とは、例えば、図７（ｂ）に示したように、突起体の深さＷｉである。
これにより、図７（ｃ）に示したように、構造体６２（Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ）の各幅は、上記５）より、ｔ_ｍ（ｉ）・ｇ_ｍで示されるので、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３と中心に向かうほど狭くなり、ｔ_４は幅０である。

すなわち、構造体６２（Ｏ）の幅を１としたとき、構造体６２（Ｐ）は２／３の割合、構造体６２（Ｑ）は１／３の割合、構造体Ｒは零となる。
したがって、図２に示すように、各輪帯領域Ｖ１、Ｖ２、…、Ｖｍにおいて、構造体６２は、径方向外側に位置する構造体６２ほど、径方向の幅ｔ_ｍ（図７参照）が大きくなっている。また、各輪帯領域Ｖ１、Ｖ２、…、Ｖｍ自体は、径方向外側に位置するものほど、輪帯領域（ずなわち、構造体６２の群６２_（ｍ））の幅が小さくなっている。

以上のように、凹型レンズ１０の凸部１６ａ、１６ｂ、…１６ｍのバイナリ化により、第２光学シート６の複数の構造体６２が規定されている。
そして、構造体６２は、凹型レンズ１０の凸部１６ａ、１６ｂ、…１６ｍと同様に、図２に示すように、交点６１１を中心とし、上記式（１）を満たす輪帯半径ｒ_ｍを半径とする複数の仮想同心円Ｖｒ_（ｍ）が規定され、構造体６２は、中心側からｍ番目の仮想同心円Ｖｒ_（ｍ）とｍ−１番目の仮想同心円Ｖｒ_（ｍ）とによって囲まれたｍ番目の輪帯領域Ｖｍに少なくとも一つ形成されている。

図７（Ｂ）に示されるように、複数の構造体６２ｊの周期ｄ_ｍ（すなわち、複数の構造体６２の群６２_（ｍ）の幅）は、外方に向かうほど短くなる。

シート状の基材６１の表面を加工して、構造体６２を形成するには、例えば、紫外線硬化樹脂に金型をプレスして作製するナノインプリント技術や、ＬＳＩ製造に汎用に用いられるフォトリソグラフィとドライエッチングの技術を採用することができる。中でもナノインプリント技術を採用することが好ましい。この場合は、大量生産、大面積化が容易となる。

シート状の基材６１の表面を加工するために、フォトリソグラフィとドライエッチングの技術を採用する場合、具体的には、透光性材料からなる基材にフォトレジストをスピンコートし、フォトマスクを介してＵＶ光により露光／現像することで微細構造パターンをフォトレジストに転写する。その上で、ドライエッチングにより基材をエッチングして基材に微細構造を転写し、最後にレジストを除去する。

次に、本例の発光構造体１の製造方法について説明する。初めに、耐熱性フィルム２に導電部２０を形成する（図８に示すステップＳ１）。具体的には、まず、導電性の銅箔を耐熱性フィルム２（図１参照）に接合する。接合方法は、接着剤又は熱融着による接着、あるいはスパッタリングによる銅の薄膜の形成により行う。銅箔の厚さは、好ましくは０．１μｍ乃至２０μｍである。接着剤として、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）、ポリエステル、ウレタン等の熱可塑性接着剤が使用される。貼り合わせた複合フィルムの銅箔側にマスキング法により図３に示す配線パターンを形成する導電部２０をエッチングにより形成する。これにより、耐熱性フィルム２に導電部２０が形成される（図８に示すステップＳ１）。

次に、導電部２０に発光素子３を接合する（図８に示すステップＳ２）。具体的には、まず、導電部２０上の発光素子３を配置する位置（図３参照）に、ハンダ３５を付着させる。ハンダ３５には、好ましくは鉛を含まないものが使用される。付着させたハンダ３５の上に、発光素子３を載置する。発光素子３は、フリップチップ型のＬＥＤであることが好ましい。フリップチップ型のＬＥＤを使用することにより、砲弾型のＬＥＤやフェースアップ型のＬＥＤを使用する場合に比べて薄型にすることができる。必要に応じて、電気抵抗等の素子も同様に配置することもできる。配置する発光素子３の数や位置は、使用目的等に応じて自由に選択することができる。なお、ハンダ３５の濡れ性を高めて、ハンダの付きを良くするために、発光素子３等の素子の端子にフラックスを付けてもよい。

その後、発光素子３を載置した耐熱性フィルム２をリフロー炉に入れる。ハンダ３５が溶融することにより、導電部２０と発光素子３の端子とが電気的に接続される。ＰＩからなる耐熱性フィルム２を使用していることにより、リフロー炉の中で、耐熱性フィルム２が変形することはない。リフロー炉から発光素子３を載置した耐熱性フィルム２を取り出して、冷却する。これにより、導電部２０に発光素子３が接合される（図８に示すステップＳ２）。

次に、耐熱性フィルム２に放熱部材４を接合する（図８に示すステップＳ３）。耐熱性フィルム２と放熱部材４との間には、高い放熱性を有する粘着シート７が介在している（図１参照）。そして、図示しない電源と導電部２０とを電気的に接続する。

その後、第１光学シート５及び第２光学シート６を発光素子３の光放射側に設置する（図８に示すステップＳ４）。まず、第１光学シート５を、発光素子３の上に、封止部材３４としてディスペンサーによってポッティングされたシリコン系保護樹脂の上に載置する。そして、封止部材３４が固化することにより、封止部材３４を介して第１光学シート５を発光素子３に固定する。そして、構造体６２が外側に向くように、第２光学シート６を、第１光学シート５を覆うように、第１光学シート５とわずかな間隔をおいて取り付ける。
以上のようにして、発光構造体１が製造される。

以下に、本例の発光構造体１の作用効果について詳述する。
本例の発光構造体１によれば、発光素子３から放射された光３０１は、発光素子３の光放射側に設けられた第１光学シート５に入射される。発光素子３の放射光３０１が第１光学シート５に含まれる蛍光材料を励起して、蛍光３０２が生じる。そして、放射光３０１と蛍光３０２とが混合した光３０３が、第２光学シート６に入射される。第２光学シート６の基材６１には、フレネル型の凹型レンズ１０に基づいて、発光素子３の光軸３ａとの交点６１１を中心とする同心円状の構造体６２が複数形成されている。これによって、第２光学シート６への入射光は、回折現象により、当該中心から径方向外側に広角に広がるように第２光学シート６から放射されることとなる。その結果、本例の発光構造体１における放射光３０４の配光角を大きくすることができるため、広範囲に広がる均一な面発光が得られやすくなる。

さらに、第２光学シート６に形成された構造体６２は断面形状が矩形であって、それぞれ同一高さＴとなっている。そのため、構造体６２を、凹型レンズ１０のように鋸歯形状にしてフレネル型にしたり、階段形状にしてフレネル型を模した形状にしたりした場合に比べて、容易にかつ高精度に成形することができる。これにより、一層均一な面状光を広角に広げることができる。そして、構造体６２の成形にナノインプリント技術を使用することにより、高精度且つ大面積の第２光学シート６を大量に生産することができる

実施例１の発光構造体１の発光態様について検証した。比較例として、第１光学シート５及び第２光学シート６を備えず、他の構成は同一の発光構造体を使用した。図９に示すように、比較例の発光構造体では、上面及び側面のいずれにおいても、発光領域は小さかったが、実施例１の発光構造体１によれば、比較例の発光領域に比べて、上面及び側面のいずれにおいても、広くなっていた。また、実施例１の発光構造体１における発光領域の輝度もほぼ均一となっていることが確認できた。

次に、実施例１及び比較例における放射光の配光角を測定した。比較例における放射光（図６に示す発光素子３の放射光３０１に相当）の配光角は４５°であった。一方、実施例１では、第１光学シート５から放射された放射光３０３の配光角は１２０°であり、第２光学シート６から放射された放射光３０４の配光角は１４５°であった。これにより、発光構造体１によれば、実施例１の発光素子３の放射光３０１広角に広げることができることが確認できた。

さらに、発光素子３において、発光素子３は耐熱性フィルム２に設けられた導電部２０に接合されているとともに、耐熱性フィルム２には放熱部材４が当接されている。これらにより、発光素子３の放熱性が十分確保されることとなる。また、発光素子３が実装される基板として耐熱性フィルム２を採用しているため薄型になることから、発光構造体１の小型化が図られる。そして、本例では、発光構造体１は構成部材として耐熱性フィルム２、第１光学シート５、第２光学シート６などのフィルム状の部材を多く備えるため、従来に比べて軽量化されているとともに、放熱性に優れる。そのため、発光構造体１の内部に発光素子３の熱がこもりにくいことから、電源に接続された比較的熱に弱いコンデンサー等の熱による破損を防止でき、信頼性の向上が図られる。

本例では、基材６１には、交点６１１を中心とし、上記式（１）を満たす輪帯半径ｒ_ｍを半径とする複数の仮想同心円が規定され、構造体６２は、中心側からｍ番目の仮想同心円Ｖｒ_（ｍ）とｍ−１番目の仮想同心円Ｖｒ_{（ｍ−１）}とで囲まれたｍ番目の輪帯領域Ｖｍに、少なくとも一つ形成されている。これにより、第２光学シート６に入射した光を交点６１１を中心に確実に広角に広がるように放射することができ、一層均一な面状光を呈することができる。

また、本例では、構造体６２が複数形成されている輪帯領域Ｖｍにおいて、径方向外側に位置する構造体６２ほど、径方向の幅ｔ_ｍが大きくなっている。これにより、第２光学シート６に入射した光を、一層径方向外側に向けて放射することができる。そのため、発光構造体６２における放射光の配光角をより一層大きくすることができ、より一層広範囲に広がる均一な面状光を呈することができる。

また、本例では、輪帯領域Ｖｍは複数備えられ、複数の輪帯領域Ｖｍは径方向外側に位置するものほど、輪帯領域Ｖｍの径方向の幅ｄ_（ｍ）が小さくなっている。これにより、径方向外側ほど配光角が大きくなるため、第２光学シート６に入射した光を、一層径方向外側に向けて放射することができる。そのため、本例の発光構造体１における放射光３０４の配光角をより一層大きくすることができ、より一層広範囲に広がる均一な面状光を呈することができる。

本例では、耐熱性フィルム２は、ＰＩ（ポリイミド）からなることとした。これにより、耐熱性フィルムを薄型のフィルムとすることができるため、上記発光構造体の薄型化に寄与する。なお、耐熱性フィルム２の形成材料として有機物を用いる場合は、本例のＰＩの他に、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＳＦ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、耐熱ウレタン、液晶ポリマー等を採用することができる。また、耐熱性フィルム２の形成材料として無機物を用いる場合は、ＡｌＮ、Ａｌ_２ＮＯ_３、ＳｉＯ_２等を採用することができ、耐熱性フィルム２の形成材料として金属を用いる場合は、Ａｌ、Ｃｕ及びＳＵＳ等を採用することができる。そして、耐熱性フィルム２は、本例のＰＩの他に、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＳＦ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、耐熱ウレタン、液晶ポリマー、ＡｌＮ、Ａｌ_２ＮＯ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ、Ｃｕ及びＳＵＳの少なくとも一つからなることが好ましい。この場合も、ＰＩの場合と同等の作用効果を奏する。

また、本例では、発光素子３は、青色発光ダイオードであって、蛍光材料は青色発光ダイオードと放射光により励起されて、黄色の蛍光３０２を発するとともに、該蛍光３０２と発光素子の放射光３０１とにより白色光が生成される。これにより、青色発光ダイオードを用いて白色光３０４を広角に広がる面状光として放射させることができる。

また、本例では、上記蛍光材料は第１光学シート５の少なくとも一方の主面に塗布されている。これにより、蛍光材料を有する層（蛍光材料層５ｂ）を第１光学シート５に均一に形成することが容易となり、均一な発光色を有する光を放射させることができる。

本例では、発光素子３の光放射側に第１光学シート５を配置し、第１光学シート５の光放射側に第２光学シート６を配置したが、これに替えて、発光素子３の光放射側に第２光学シート６を配置し、第２光学シート６の光放射側に第１光学シート５を配置してもよい。この場合にも、本例の場合と同等の作用効果を奏する。

本発明の発光構造体１は、種々の装置の発光部として、使用することができる。例えば、複数の発光素子３を線状に配列することにより、発光構造体１を棒状に形成して、従来の蛍光灯の替わりに本例の発光構造体１を使用することができる。なお、本発明の発光構造体１は、当該蛍光灯の他に、自動車等のヘッドライト、リアコンビネーションランプ、ルームランプ、フットランプ、メータパネル等に利用することができる。また、広告等の表示装置に備えられるバックライトとして利用することもできる。

本例では、発光素子３は、フリップチップ型の半導体発光素子である。これにより、リードフレームを介して接合する砲弾型の半導体発光素子や、ワイヤボンディングを必要とするフェースアップ型の半導体発光素子に比べて、リードフレームやワイヤボンディングが不要となることから薄型となるため、当該発光構造体１の小型化に寄与する。

本例の発光構造体１は、発光素子３が実装される基板として耐熱性フィルム２を使用しているため、薄型となっているとともに、３次元方向に変形しやすくなっている。これにより、発光構造体１の薄型化が図られるとともに、３次元的な発光態様を呈するようにすることができる。さらに、本例では、放熱部材４も薄型となっているため、発光構造体１の薄型化が図られている。

また、発光素子３がＬＥＤであることから、低消費電力、長寿命の発光構造体１を提供することができる。また、発光素子３がＬＥＤであることから、電球等に比べて発熱量を低減できるため、電源に設けられた比較的熱に弱いコンデンサー等の破損を防止でき、信頼性の向上を図ることができる。

また、本例では、耐熱性フィルム２として比較的高価なポリイミド製のフィルムを採用しているが、発光素子３を実装するのに必要な部分にのみ耐熱性フィルム２を使用することにより、コストの低減を図っている。また、これにより、一層の軽量化も図られることとなる。

本例では、図５に示すように、複数の耐熱性フィルム２は、実装された３つの発光素子３からなる列が一列となるように配置されることとしたが、図１０に示すように、複数の耐熱性フィルム２は、実装された３つの発光素子３からなる列がそれぞれ略平行になるように並んだ状態とすることもできる。このように配列した場合であっても、各発光素子３は並列に接続されている。この場合にも本例と同等の作用効果を奏する。

発光素子３は、図３に示すように、一つの耐熱性フィルム２上に一列に配設することに替えて、図１０に示すように、一つの耐熱性フィルム２上に３つの発光素子３からなる列がそれぞれ略平行になるように複数列に配設することとしてもよい。このように配列した場合であっても、各発光素子３は並列に接続されている。この場合にも本例と同等の作用効果を奏する。

以上のごとく、本例によれば、小型であるとともに、広範囲に広がる均一な面発光を得ることができる発光構造体１を提供することができる。

１ 発光構造体
２ 耐熱性フィルム
３ 発光素子
４ 放熱部材
５ 第１光学シート
６ 第２光学シート
６１ 基材
６２ 構造体

Claims (7)

1. 表面に導電部が形成された耐熱性フィルムと、
   上記導電部に電気的に接合された発光素子と、
   上記耐熱性フィルムに当接された放熱部材と、
   上記発光素子の光放射側に設けられた第１光学シート及び第２光学シートと、
   を備え
   上記第１光学シートは、光透過性材料と、上記発光素子の放射光で励起されて蛍光を発する蛍光材料とからなり、
   上記第２光学シートは、光透過性材料からなるシート状の基材と、該基材の少なくともいずれか一方の面に、該基材と上記発光素子の光軸との交点を中心として同心円状に形成された光透過性材料からなる複数の構造体とからなり、
   上記複数の構造体はそれぞれ、上記光軸を含む平面による断面の形状が矩形状となっているとともに、上記厚さ方向における高さが互いに同一となっており、
   上記第２光学シートは、上記第２光学シートに入射した光を上記基材と上記発光素子の光軸との交点から径方向外側に広がるように放射することを特徴とする発光構造体。
2. 上記基材には、上記交点を中心とし、下記式（１）を満たす輪帯半径ｒ_ｍを半径とする複数の仮想同心円が規定され、上記構造体は、中心側からｍ番目の上記仮想同心円とｍ−１番目の上記仮想同心円とで囲まれたｍ番目の輪帯領域に、少なくとも一つ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光構造体。
   ｍ番目の輪帯半径ｒ_ｍ（μｍ）＝（ｍ^２λ_０ ^２＋２ｍλ_０ｆ）^１／２ …（１）
   （ｍは１以上の任意の整数を表し、ｆは任意の焦点距離（μｍ）を表し、λ_０は任意の光源波長（μｍ）を表す。）
3. 上記構造体が複数形成されている上記輪帯領域において、径方向外側に位置する上記構造体ほど、径方向の幅が大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載の発光構造体。
4. 上記輪帯領域は複数備えられ、該複数の輪帯領域は径方向外側に位置するものほど、該輪帯領域の径方向の幅が小さくなっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光構造体。
5. 上記耐熱性フィルムは、ＰＩ、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＳＦ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、耐熱ウレタン、液晶ポリマー、ＡｌＮ、Ａｌ_２ＮＯ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ、Ｃｕ及びＳＵＳの少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光構造体。
6. 上記発光素子は、青色発光ダイオードであって、上記蛍光材料は上記青色発光ダイオードと放射光により励起されて、黄色の蛍光を発するとともに、該蛍光と上記発光素子の放射光とにより白色光を生成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光構造体。
7. 上記蛍光材料は上記第１光学シートの少なくとも一方の主面に塗布されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光構造体。