(57)【要約】  本発明は、発光部材の発光特性が向上された発光装置に関する。発光装置１は、発光素子１２、発光部材１３および放熱層１４を備えている。発光素子１２は、半導体材料からなる。発光部材１３は、発光素子１２上または上方に設けられており、蛍光材料を含んでいる。放熱層１４は、発光部材１３の表面に形成されており、発光部材１３より高い熱伝導性を有する材料からなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料からなる発光素子と、
蛍光材料を含んでおり、前記発光素子の上または上方に設けられた発光部材と、
前記発光部材より高い熱伝導性を有する材料からなり、前記発光部材の表面に形成された放熱層と、
を備えた発光装置。
【請求項２】
前記放熱層は、前記発光部材の前記表面に堆積された金属酸化物からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記金属酸化物が、酸化された亜鉛であることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記金属酸化物が、酸化されたインジウムおよび酸化されたスズであることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項５】
前記金属酸化物が、酸化されたチタンであることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項６】
前記蛍光材料は、マトリクス材料に埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項７】
前記放熱層は、前記マトリクス材料上に堆積された金属酸化物からなることを特徴とする請求項６記載の発光装置。
【請求項８】
前記マトリクス材料がガラスであることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
前記マトリクス材料が樹脂であることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項１０】
前記放熱層は、前記発光部材の上面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項１１】
前記放熱層は、前記発光素子の直上に最も厚い部分を有していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項１２】
前記発光素子および前記発光部材の間に設けられた断熱層をさらに有していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項１３】
第１次光を放射する光源と、
前記第１次光に応じて第２次光を放射する発光部材と、
前記発光部材の表面に形成された放熱手段と、
を備えた発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば照明分野などにおいて用いられる発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、たとえば発光ダイオードなどの発光素子を備えた発光装置の開発が進められている。特に、たとえば照明分野などにおいて、発光装置の発光特性の向上が求められている。発光装置は、発光素子上または発光素子の上方に設けられた発光部材を備えている。発光部材は、たとえば特開２０００−７７７２３号公報に開示されているように、発光素子から放射された光によって励起される蛍光材料を含んでいる。
【発明の開示】
【０００３】
発光装置の発光特性を向上させる一つの方法として、熱による発光部材の劣化を低減させることがある。発光部材の発光特性は、熱によって低下する可能性がある。本発明は、発光部材からの放熱を促進して劣化を低減させることによって、発光装置の発光特性を向上させることを目的とするものである。
本発明の一つの態様によれば、発光装置は、発光素子、発光部材および放熱層を備えている。発光素子は、半導体材料からなる。発光部材は、発光素子の上または上方に設けられており、蛍光材料を含んでいる。放熱層は、発光部材の表面に形成されており、発光部材より高い熱伝導性を有する材料からなる。
本発明の他の態様によれば、発光装置は、光源、発光部材および放熱手段を備えている。光源は、第１次光を放射する。発光部材は、第１次光に応じて第２次光を放射する。放熱手段は、発光部材の表面に形成されている。
本発明の一つの態様によれば、発光装置は、発光部材より高い熱伝導性を有する材料からなり発光素子の上または上方に設けられた放熱層を備えている。熱による発光部材の劣化が低減されていることにより、発光部材の発光特性が向上されている。従って、発光装置の発光特性が向上されている。
本発明の他の態様によれば、発光装置は、発光部材の表面に形成された放熱手段を備えている。熱による発光部材の劣化が低減されていることにより、発光部材の発光特性が向上されている。従って、発光装置の発光特性が向上されている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
図１は、本発明の一つの実施形態における照明装置１００を示している。
図２は、照明装置１００の構成を示している。
図３は、図１に示されている発光装置１を示している。
図４は、発光部材１３および放熱層１４の拡大模式図を示している。
図５は、発光装置１における放熱構造の一つの例を示している。
図６は、発光装置１における放熱構造の他の例を示している。
図７は、発光装置１における放熱構造の他の例を示している。
図８は、発光装置１の製造方法を示している。
図９は、発光部材１３および放熱層１４の複合体の製造方法を示している。
図１０Ａ〜図１０Ｄは、図９におけるステップＡを示している。
図１１は、本発明の他の実施形態における照明装置１００を示している。
図１２は、図１１に示されている発光装置１を示している。
図１３は、発光部材１３および放熱層１４の拡大模式図を示している。
図１４は、発光装置１における放熱構造の一つの例を示している。
図１５は、発光装置１における放熱構造の他の例を示している。
図１６は、発光装置１における放熱構造の他の例を示している。
図１７は、本発明の他の実施形態における発光装置１を示している。
図１８は、本発明の他の実施形態における発光装置１を示している。
図１９は、本発明の他の実施形態における発光装置１を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下図面を参考にして本発明の好適な実施例を詳細に説明する。本実施形態の照明装置１００が、図１および図２を参照して説明されている。図１に示されているように、照明装置１００は、複数の発光装置１、基板２およびカバー３を有している。複数の発光装置１は、基板２上に実装されている。図２に示されているように、照明装置１００は、基板２上に設けられた定電流回路４をさらに有している。定電流回路４は、複数の発光装置１に電気的に接続されている。
図３に示されているように、発光装置１は、基体１１、発光素子１２および発光部材１３を有している。発光装置１は、放熱層１４、封入層１５および断熱層１６をさらに有している。図３において、発光装置１の一部分の図示が省略されている。図３において、図１のＩＩＩ‐ＩＩＩ’における断面が斜線によって示されている。
基体１１は絶縁材料からなる。絶縁材料の例は、セラミックスである。基体１１は、導体パターン１１−１を有している。
発光素子１２は、基体１１上に実装されており、導体パターン１１−１に電気的に接続されている。発光素子１２は、フリップチップ接続によって実装されている。本実施形態において、発光素子１２は、半導体材料からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、複数の半導体層を有している。複数の半導体層は、活性層を含んでいる。発光素子１２は、駆動電力によって第１次光を放射する光源である。第１次光は、青色領域または紫外領域に含まれるか、または、これらの領域に部分的に重なる。
本実施形態において、発光部材１３は、発光素子１２上または上方に設けられている。図３に示された発光装置１において、発光部材１３は、発光素子１２の上方に設けられている。発光部材１３は、シート形状を有している。発光部材１３は、第１次光に応じて第２次光を放射する。第２次光の例は、第１次光が紫外光の場合、赤色光、緑色光および青色光である。発光装置１は、赤色光、緑色光および青色光の混合によって、白色光を放射する。第２次光の他の例は、第１次光が青色光の場合、黄色光である。発光装置１は、青色光および黄色光の混合によって、白色光を放射する。第２次光は、第１次光の波長スペクトルとは異なる波長スペクトルを有している。第２次光の波長は、第２次光の波長より大きい。発光部材１３は、光の波長を変換する機能を有している。
図４に示されているように、発光部材１３は、マトリクス材料１３−１および蛍光材料１３−２を有している。マトリクス材料１３−１は透光性を有している。マトリクス材料１３−１の“透光性”とは、発光素子１２から放射された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。蛍光材料１３−２から放射された光の波長の少なくとも一部はマトリクス材料を透過する。マトリクス材料の例は、ガラスまたはシリコーン樹脂である。蛍光材料１３−２は、マトリクス材料１３−１に埋め込まれている。マトリクス材料１３−１は、蛍光材料１３−２を含有するベース材料である。蛍光材料１３−２は、発光素子１２から放射された第１次光によって励起される。
図３に示されているように、放熱層１４は、発光部材１３の表面に形成されている。従って、発光装置１において、発光部材１３の内部にとどまる熱が低減されている。放熱層１４は、透光性を有している。放熱層１４の“透光性”とは、発光部材１３から放射された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。放熱層１４は、発光部材１３より高い熱伝導性を有する材料からなる。
図４に示されているように、放熱層１４は、金属酸化物１４−１からなる。金属酸化物１４−１は、発光部材１３のマトリクス材料１３−１より高い熱伝導性を有している。金属酸化物１４−１は、発光部材１３の表面に堆積されている。従って、発光装置１において、発光部材１３から金属酸化物１４−１に伝わる熱が増大されている。金属酸化物１４−１は、発光部材１３のマトリクス材料１３−１上に堆積されている。放熱層１４は、発光部材１３上に形成された薄膜である。発光装置１において、発光部材１３のマトリクス材料１３−１にとどまる熱が低減されている。本実施形態の発光装置１は、放熱層１４を有していることにより、熱による発光部材１３の劣化が低減されている。
金属酸化物１４−１は、酸化された亜鉛である。放熱層１４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる。放熱層１４は、透光性導電膜である。金属酸化物１４−１の他の例は、酸化されたインジウムおよび酸化されたスズである。放熱層１４は、酸化インジウムおよび酸化スズの合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）からなる。放熱層１４は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。金属酸化物１４−１の他の例は、酸化されたチタンである。放熱層１４は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる。
放熱層１４は、発光部材１３の上面１３−３に形成されている。上面１３−３とは、発光部材１３の表面のうち発光素子１２から遠い側の表面のことをいう。上面１３−３は、発光部材１３の外側表面である。
封入層１５は、発光素子１２の表面に付着されている。封入層１５は、透光性を有している。封入層１５の“透光性”とは、発光素子１２から放射された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。封入層１５は、シリコーン樹脂からなる。断熱層１６は、発光素子１２および発光部材１３の間に設けられている。従って、発光素子１２から放射されて発光部材１３に伝わる熱が低減されている。断熱層１６は、空気間隙である。断熱層１６は、発光部材１３および封入層１５の間に設けられている。層１６の“断熱”とは、発光素子１２から放射されて発光部材１３に伝わる熱を低減させることをいう。発光装置１は、複数の外部端子１７を有している。外部端子１７は、導体パターン１１−１に電気的に接続されている。駆動電力が、外部端子１７に与えられる。発光装置１は、基体１１上に設けられたフレーム部材１８をさらに有している。フレーム部材１８は、発光素子１２を囲んでいる。発光部材１３は、フレーム部材１８に固定されている。
発光装置１における放熱構造を、図５−図７を参照して説明する。図５に示されているように、放熱構造の第１の例は、発光装置１の上端からの放熱構造である。蛍光材料１３−２が励起されるときに、熱１３−２ｈが蛍光材料１３−２から放射される。熱１３−２ｈは、放熱層１４に伝わって、放熱層１４の上面から放散される。放熱層１４の上面から放散される熱が、符号１４ｈによって示されている。熱１３−２ｈによる発光部材１３の劣化が低減されている。
図６に示されているように、放熱構造の第２の例は、発光装置１の下端からの放熱構造である。蛍光材料１３−２から放射された熱１３−２ｈは、放熱層１４に伝わる。放熱層１４は、フレーム部材１８に接している。従って、熱１３−２ｈは、放熱層１４からフレーム部材１８へ伝わる。フレーム部材１８に伝わる熱が、符号１４ｈによって示されている。熱１４ｈは、例えば、外部端子１７を介して発光装置1の下端から放散される。熱１３−２ｈによる発光部材１３の劣化が低減されている。熱１４ｈが、フレーム部材１８から大気中へ放散される場合もある。
図７に示されているように、放熱構造の第３の例は、発光素子１２によって発生された熱に関する放熱構造である。発光素子１２によって発生された熱が、符号１２ｈによって示されている。熱１２ｈが発光部材１３に伝わる場合がある。発光部材１３のマトリクス材料１３−１に伝わった熱１３−１ｈは、放熱層１４に伝わる。放熱層１４に伝わった熱１４ｈは、放熱層１４の上面から放散される。放熱層１４の上面から放散される熱が、符号１４ｈによって示されている。熱１３−１ｈによる発光部材１３の劣化が低減されている。
図３に示されているように、放熱層１４は、発光部材１３の上面に全体的に形成されている。発光装置１は、このような構成により、発光部材１３の上面における放熱のむらが低減されている。従って、発光装置１は、発光のむらが低減されている。
発光装置１の製造方法が、図８を参照して説明されている。ステップ８１において、発光素子１２が、基体１１上に実装される。ステップ８２において、発光素子１２が、層１５によって封入される。ステップ８３において、発光素子１２が、発光部材１３によって覆われる。放熱層１４が、発光部材１３の表面に形成されている。
発光部材１３および放熱層１４の複合体の製造方法が、図９を参照して説明されている。ステップＡにおいて、図１０Ａに示されているように、蛍光材料１３−２が、溶融されたマトリクス材料１３−１に混合される。ステップＢにおいて、混合物が硬化される。図１０Ｂに示されているように、シート状の混合物１３０が得られる。
ステップＣにおいて、図１０Ｃに示されているように、放熱層１４が混合物１３０の表面に形成される。放熱層１４の形成方法の例は、物理気相成長である。物理気相成長の例は、スパッタまたは蒸着である。例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる放熱層１４が、ガラスおよび蛍光材料からなる硬化された混合物１３０の表面に、スパッタによって形成される。蒸着の方法は、真空蒸着、スパッタ蒸着、レーザ蒸着、パルスレーザ蒸着および反応性プラズマ蒸着法の群から選択される。
放熱層１４の形成方法の他の例は、ゾルゲル法である。例えば、亜鉛（Ｚｎ）の粒子が散乱したゾルが、ガラスおよび蛍光材料からなる硬化された混合物１３０の表面に塗布される。ゾルを乾燥させることによって、流動性を失ったゲルが得られる。このゲルが焼成されることによって、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる放熱層１４が得られる。
ステップＤにおいて、図１０Ｄに示されているように、混合物１３０が、たとえば機械的切断によって、分割される。ステップＤにおいて、放熱層１４付きの発光部材１３が得られる。すなわち、ステップＤにおいて、発光部材１３および放熱層１４の複合体が得られる。
以下、本発明の他の実施形態を、図面を参照して説明する。図１１に示されているように、本実施形態の照明装置１００は、複数の発光装置１、基板２およびカバー３を有している。発光装置１は、ドーム形状を有している。
図１２に示されているように、発光装置１は、基体１１、発光素子１２および発光部材１３を有している。発光装置１は、放熱層１４、封入層１５および断熱層１６をさらに有している。図１２において、発光装置１の一部分の図示が省略されている。図１２において、図１１のＸＩＩ‐ＸＩＩ’における断面が斜線によって示されている。
本実施形態において、図３に示された発光装置１と異なる点は、発光部材１３の形状である。本実施形態において、発光部材１３は、ドーム形状を有している。封入層１５は、発光部材１３の形状に対応して、ドーム形状を有している。
放熱層１４は、発光部材１３の表面に形成されている。放熱層１４は、ドーム形状を有している。図１３に示されているように、放熱層１４は、金属酸化物１４−１からなる。金属酸化物１４−１は、発光部材１３の表面に堆積されている。金属酸化物１４−１は、発光部材１３のマトリクス材料１３−１上に堆積されている。
放熱層１４は、発光部材１３の上面１３−３に形成されている。上面１３−３とは、発光部材１３の表面のうち発光素子１２から遠い側の表面のことをいう。上面１３−３は、発光部材１３の外側表面である。
発光装置１における放熱構造を、図１４−図１６を参照して説明する。図１４に示されているように、本実施形態における放熱構造の第１の例は、発光装置１の上面からの放熱構造である。蛍光材料１３−２から放射された熱１３−２ｈは、放熱層１４に伝わって、放熱層１４の上面から放散される。放熱層１４の上面から放散される熱が、符号１４ｈによって示されている。熱１３−２ｈによる発光部材１３の劣化が低減されている。
図１５に示されているように、本実施形態における放熱構造の第２の例は、発光装置１の下端からの放熱構造である。蛍光材料１３−２から放射された熱１３−２ｈは、放熱層１４に伝わる。熱１３−２ｈは、放熱層１４から基体１１へ伝わる。基体１１に伝わる熱が、符号１４ｈによって示されている。熱１４ｈは、例えば、外部端子１７を介して発光装置1の下端から放散される。熱１３−２ｈによる発光部材１２の劣化が低減されている。
図１６に示されているように、本実施形態における放熱構造の第３の例は、発光素子１２によって発生された熱に関する放熱構造である。発光素子１２によって発生された熱が、符号１２ｈによって示されている。熱１２ｈが発光部材１３に伝わる場合がある。発光部材１３のマトリクス材料１３−１に伝わった熱１３−１ｈは、放熱層１４に伝わる。放熱層１４に伝わった熱１４ｈは、放熱層１４の上面から放散される。放熱層１４の上面から放散される熱が、符号１４ｈによって示されている。熱１３−１ｈによる発光部材１３の劣化が低減されている。
本発明の他の実施形態が、図１７を参照して説明されている。本実施形態において、図３に示された発光装置１と異なる点は、放熱層１４の形状である。本実施形態において、放熱層１４は、発光素子１２の直上に最も厚い部分を有している。発光部材１３は、シート形状を有している。熱エネルギーは、発光部材１３の他の部分に比べて、発光部材１３の発光素子１２の直上の部分に発生する傾向がある。発光素子１２の直上の放熱層１４の厚み１４−２ｔは、放熱層１４の他の部分の厚み１４−３ｔより大きい。従って、本実施形態の発光装置１において、発光部材１３によって発生した熱の放散効率が向上されている。
本発明の他の実施形態が、図１８を参照して説明されている。本実施形態において、図３に示された発光装置１と異なる点は、放熱層１４の形状である。本実施形態において、放熱層１４は、発光部材１３の表面に部分的に形成されている。平面視において、発光部材１３は、放熱層１４から露出されている。平面視とは、図１８において符号Ｖによって示された視線に沿って見ることである。本実施形態の発光装置１において、発光部材１３から放射された光の損失が低減されている。放熱層１４は、フレーム部材１８に部分的に接している。
発光装置１における放熱構造の例が、符号１４ｈ−１および１４ｈ−２によって示されている。発光部材１３によって発生された熱は、符号１４ｈ−１によって示されているように、放熱層１４を伝う。熱は、符号１４ｈ−２によって示されているように、フレーム部材１８に伝わる。熱は、例えば、外部端子１７によって、発光装置１の下端から放散される。
本発明の他の実施形態が、図１９を参照して説明されている。本実施形態において、図３に示された発光装置１と異なる点は、放熱層１４の形状である。本実施形態において、放熱層１４は、発光部材１３の上面の中央領域に部分的に形成されている。平面視において、発光部材１３は、放熱層１４から露出されている。平面視とは、図１９において符号Ｖによって示された視線に沿って見ることである。放熱層１４は、フレーム部材１８に部分的に接している。
熱エネルギーは、発光部材１３の他の部分に比べて、発光部材１３の発光素子１２の直上の部分に発生する傾向がある。この発光部材１３の発光素子１２の直上の部分に発生する熱が、放熱層１４を介して、例えばフレーム部材１８などに放散される。図１９において、放熱層１４を移動する熱が、符号１４ｈ−１および１４ｈ−２によって示されている。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
2008105428.tif 000025
2008105428.tif 000026
2008105428.tif 000027
2008105428.tif 000028