(57)【要約】  本発明は、蛍光体を含有する波長変換部材の熱を効率的に放出することができるＬＥＤ発光装置を提供するものであり、上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性部材と、蛍光体を含有し、前記透光性部材の上に載置された波長変換部材と、前記波長変換部材の上に載置されて前記凹部の開口部を覆う透光性放熱部材と、を備えているようにした。
2010123052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端面に開口する凹部を有した基体と、
前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を封止する透光性部材と、
蛍光体を含有し、前記透光性部材の上に載置された波長変換部材と、
前記波長変換部材の上に載置されて前記凹部の開口部を覆う透光性放熱部材と、を備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記波長変換部材は、異なる色の光を発する蛍光領域が並設されてなるものである請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ素子は、近紫外光を発するものであり、
前記蛍光体は、赤色光を発する蛍光体、緑色光を発する蛍光体、及び、青色光を発する蛍光体である請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
上端面に開口する凹部を有した基体と、
前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を封止する透光性部材と、
前記透光性部材の上に載置された透光性放熱部材と、
前記透光性放熱部材の上に載置されて前記凹部の開口部を覆う、蛍光体を含有する波長変換部材と、を備えていることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ素子から発された光を、蛍光体層によって波長変換して射出するＬＥＤ発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて青色光又は紫外光を放射するＬＥＤ素子と種々の蛍光体とを組み合わせることにより、白色をはじめとするＬＥＤ素子の発光色とは異なる色の光を発する発光装置が開発されている（特許文献１）。このような、ＬＥＤ素子を用いた発光装置は、小型、省電力、長寿命等の長所があり、表示用光源や照明用光源として広く用いられている。特に近時では高出力、高輝度のＬＥＤ素子が開発されてきており、その用途は益々増大の一途にある。【０００３】
ところで、ＬＥＤ素子が高出力化することによって、ＬＥＤ素子の発熱量が大きく増大し、その熱によってＬＥＤ素子そのものが劣化するという問題が生じている。また、蛍光体も熱に脆弱であることから、ＬＥＤ素子からの伝熱によって蛍光体が熱劣化すると一般には言われている。【０００４】
そこで、従来は、ＬＥＤ素子の下に放熱板を敷き、ここから熱を発散させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９９３４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際には、蛍光体が熱を発し自身の劣化を促進しているという事実を本発明者は鋭意検討により初めて発見した。ＬＥＤ素子を放熱基板上に搭載し、その上を透明樹脂層で覆い、更にその上を蛍光体層で覆い、印加電圧３．５Ｖ、電流３００ｍＡの条件で実験したところ、ＬＥＤ素子の上面発光層部分が８５℃、透明樹脂層の上面で５５℃と言うように温度が下がっているにも拘わらず、蛍光体層の上面温度は６５℃となっており、従来、軽視されていた蛍光体での発熱が顕著であることが確認された。【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、従来、軽視されていた蛍光体での発熱という点に初めて着目してなされたものであって、蛍光体を含有する波長変換部材の熱を効率的に放出することができるＬＥＤ発光装置を提供することをその主たる所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る発光装置は、上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性部材と、蛍光体を含有し、前記透光性部材の上に載置された波長変換部材と、前記波長変換部材の上に載置されて前記凹部の開口部を覆う透光性放熱部材と、を備えていることを特徴とする。【０００９】
このようなものであれば、前記透光性放熱部材が前記波長変換部材の上に載置されて互いに密接していることにより、効率的に前記波長変換部材の熱を放出することができるので、前記波長変換部材に含まれる蛍光体の発光効率や輝度の低下や、熱劣化を、効果的に防ぐことができる。【００１０】
本発明に係る発光装置の発光色の経時的な変化を抑制するためには、前記波長変換部材は、異なる色の光を発する蛍光領域が並設されてなるものであることが好ましい。【００１１】
本発明に係る発光装置が白色光を発するものである場合、その色調むらを抑制するためには、前記ＬＥＤ素子は、近紫外光を発するものであり、前記蛍光体は、赤色光を発する蛍光体（以下、赤色蛍光体という。）、緑色光を発する蛍光体（以下、緑色蛍光体という。）、及び、青色光を発する蛍光体（以下、青色蛍光体という。）であることが好ましい。【００１２】
本発明に係る発光装置では、前記透光性放熱部材と前記波長変換部材とは上下方向の位置が逆であってもよく、このような態様の発光装置もまた、本発明の１つである。すなわち、このような態様の本発明に係る発光装置は、上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性部材と、前記透光性部材の上に載置された透光性放熱部材と、前記透光性放熱部材の上に載置されて前記凹部の開口部を覆う、蛍光体を含有する波長変換部材と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような構成の本発明によれば、熱による蛍光体の変化を良好に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。
【図２】他の実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。
【図３】同実施形態に係る発光装置の模式的分解斜視図である。
【図４】他の実施形態における波長変換部材の模式的平面図である。
【図５】他の実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。
【図６】他の実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。
【図７】他の実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。
【図８】他の実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。
【図９】他の実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。
【図１０】他の実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態に係る発光装置１は、図１に示すように、上端面２１に開口する凹部２２を有した基体２と、凹部２２の底面２２１に実装されたＬＥＤ素子３と、ＬＥＤ素子３を封止する透光性部材４と、透光性部材４の上に載置された波長変換部材５と、波長変換部材５の上に載置されて凹部２２の開口部を覆う透光性放熱部材６と、を備えたものである。
【００１７】
各部を詳述する。
基体２は、上端面２１に開口する凹部２２を有するものであり、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の熱伝導率が高い絶縁材料を成型してなるものが挙げられる。
【００１８】
基体２は、その凹部２２の底面２２１に後述するＬＥＤ素子３を実装するものであるが、当該底面２２１には、ＬＥＤ素子３が電気的に接続されるための配線導体（図示しない。）が形成されている。この配線導体が基体２内部に形成された配線層（図示しない。）を介して発光装置１の外表面に導出されて外部電気回路基板に接続されることにより、ＬＥＤ素子３と外部電気回路基板とが電気的に接続される。
【００１９】
基体２の凹部２２の側壁には段部２３が形成されており、その上端面には後述する透光性放熱部材６の縁部が載置されるように構成されている。
【００２０】
ＬＥＤ素子３は、例えば、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体がｎ型層、発光層及びｐ型層の順に積層されたものであり、このようなＬＥＤ素子３は青色光や紫外光を発する。
【００２１】
ＬＥＤ素子３は、窒化ガリウム系化合物半導体を下（凹部２２の底面２２１側）にして凹部２２の底面２２１に半田バンプや金バンプ等を用いてフリップチップ実装されている。
【００２２】
透光性部材４は、凹部２２に充実されてＬＥＤ素子３を封止しており、例えば、透光性及び耐熱性に優れ、ＬＥＤ素子３との屈折率差が小さいシリコーン樹脂等からなるものである。
【００２３】
波長変換部材５は、内部に蛍光体５１を含有しており、透光性部材４の上に載置されている。このような波長変換部材５としては、例えば、透光性及び耐熱性に優れ、透光性部材４との屈折率差が小さいシリコーン樹脂中に蛍光体５１が分散しているものが挙げられるが、蛍光体５１が分散された未硬化のシリコーン樹脂を凹部２２に充填してなるものであってもよく、シート状に加工されたものを所定の寸法にカットして用いるものであってもよい。
【００２４】
波長変換部材５が含有する蛍光体５１としては特に限定されず、例えば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体、黄色蛍光体等が挙げられる。
【００２５】
透光性放熱部材６は、波長変換部材５の熱を放出するためのものであり、波長変換部材５の上に載置されて凹部２２の開口部を覆っている。このような透光性放熱部材６としては、例えば、水晶、サファイア、ダイアモンド、窒化アルミニウム等の熱伝導率が高く透光性に優れた材料からなるものが挙げられる。
【００２６】
透光性放熱部材６が水晶からなるものである場合、水晶はサファイア等とは異なり劈開性を有しないので、図２及び図３に示すように、切頭円錐状にカットすることが可能であり、このため、基体２の凹部２２を切頭円錐状にすることができる。凹部２２が切頭円錐状であると、光性放熱部材６や波長変換部材５と基体２とが接する面積を増大させることができるので、これらの熱をより効率的に基体２へ伝導し放出することができる。また、凹部２２が切頭円錐状であると、透光性放熱部材６や波長変換部材５の寸法精度が低くても、凹部２２の内側周面に密に接触させることができるので、高い加工精度を必要とせずに、透光性放熱部材６や波長変換部材５と基体２との密着性を向上することができる。従って、より効果的に放熱性を高めることが可能となる。
【００２７】
本実施形態に係る発光装置１のうち、ＬＥＤ素子３として近紫外光を発するものを用い、蛍光体５１として、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体を用いたものでは、ＬＥＤ素子３が発した近紫外光によって励起された赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体が発する赤色光、緑色光及び青色光が混ざり合って白色光が発せられる。そして、ＬＥＤ素子３が発する近紫外光は発光装置１の発光色である白色に実質的に影響しない。このため、例えば、ＬＥＤ素子３が青色光を発するものであって、当該青色光が波長変換部材５に含まれる蛍光体５１から発した光と混ざり合うように構成してある場合は、発光装置１の発光面において光路長の差に由来する色調むらが生じやすいが、ＬＥＤ素子３が近紫外光を発するものであって、蛍光体５１が、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体である発光装置１は、このような色調むらを生じにくい。
【００２８】
そして、このような、ＬＥＤ素子３として近紫外光を発するものを用い、蛍光体５１として、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体を用いた発光装置１が発する混合光は、プランク軌跡上を移動するものであって、極めて太陽光に近い自然な白色となる。
【００２９】
このような実施形態に係る発光装置１であれば、透光性放熱部材６が波長変換部材５の上に載置されていることにより、効率的に波長変換部材５の熱を放出することができるので、波長変換部材５に含まれる蛍光体５１の発光効率や輝度の低下や、熱劣化を、効果的に防ぐことができる。
【００３０】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３１】
例えば、波長変換部材５は、互いに異なる色の光を発する蛍光体５１が均一に分散されているものでなくともよく、互いに異なる色の光を発する蛍光領域が並設されているものであってもよい。すなわち、例えば、図４に示すように、赤色蛍光体を含有する赤色蛍光領域Ｒ、緑色蛍光体を含有する緑色蛍光領域Ｇ、及び、青色蛍光体を含有する青色蛍光領域Ｂが横方向に並設されていれば、青色蛍光体が発した青色光や緑色蛍光体が発した緑色光が他の蛍光体５１に吸収されることがないのでエネルギー変換効率を高くすることができ、また、波長変換部材５において、赤色蛍光領域Ｒ、緑色蛍光領域Ｇ及び青色蛍光領域Ｂが下面からこの順で厚さ方向に積層されている場合は、ＬＥＤ素子３に近い赤色蛍光体ほど速く劣化するので、発光装置１の発光色が変化しやすいが、各蛍光領域が横方向に並設されている場合は、各蛍光体５１の劣化速度に差が付きにくいので、発光装置１の発光色が変化しにくい。
【００３２】
また、図４に示すように、波長変換部材５の周縁には、熱伝導率の高い、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミニウム、銅、銀、金、カーボン、サファイア、ダイアモンド等の粒子が分散されてなる放熱領域Ｈが形成されていてもよい。このように波長変換部材５の周縁に放熱領域Ｈが形成されていれば、より一層効率的に波長変換部材５の熱を放出することができる。
【００３３】
更に、ＬＥＤ素子３から発した紫外光のうち、蛍光体５１に吸収されずに外部に射出される紫外光を遮断するために、波長変換部材５又は透光性放熱部材６の上にＵＶカットフィルター等が設けられていてもよい。
【００３４】
また、基体２の凹部２２の内側壁面に高反射率の金属薄膜を設けることにより、凹部２２の内側壁面がリフレクタとして機能するものであってもよい。
【００３５】
更に、透光性放熱部材６は、図５に示すように、凸レンズとして機能するものであってもよい。
【００３６】
また、ＬＥＤ素子３は基体２に設けられた配線導体にワイヤボンディングを用いて接続されていてもよい。
【００３７】
更に、透光性放熱部材６と波長変換部材５とは、図６に示すように、上下方向の位置が前記実施形態と逆であってもよく、波長変換部材５が透光性放熱部材６の上に載置されていてもよい。
【００３８】
このように波長変換部材５が透光性放熱部材６の上に載置されている実施形態としては、図７に示すように、基体２の凹部２２の側壁に段部２３が形成されていて、その上端面に透光性放熱部材６の縁部が載置されるように構成されていてもよく、また、図８に示すように、基体２の上端面２１に透光性放熱部材６が載置されていてもよい。
【００３９】
なお、図８に示す態様においては、横方向において、波長変換部材５より透光性放熱部材６の方が大きく、更に、透光性放熱部材６より基体２の方が大きく設定されており、このため、発光装置１の側周面は階段状をなしている。各部材の大きさをこのように設定することにより、波長変換部材５から発した熱を、透光性放熱部材６を経て基体２へ、より効率的に伝導し放出することができる。
【００４０】
また、前記実施形態では基体２に実装されているＬＥＤ素子３は１個であるが、図９及び図１０に示すように、複数のＬＥＤ素子３が基体２に実装されていてもよい。なお、図９及び図１０に示す実施形態では、基体２は、基板２ａとその上に設置される枠体２ｂとからなり、基板２ａの上面が凹部２２の底面２２１を構成している。また、図９及び図１０に示す実施形態では、放熱効率及び波長変換効率の点から、横方向において、透光性部材４より波長変換部材５の方が大きく、更に、波長変換部材５より透光性放熱部材６の方が大きく設定されている。
【００４１】
その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
このように本発明によれば、熱による蛍光体の変化を抑制したＬＥＤ発光装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・発光装置
２・・・基体
３・・・ＬＥＤ素子
４・・・透光性部材
５・・・波長変換部材
６・・・透光性放熱部材
【図１】
2010123052.tif 000003
【図２】
2010123052.tif 000004
【図３】
2010123052.tif 000005
【図４】
2010123052.tif 000006
【図５】
2010123052.tif 000007
【図６】
2010123052.tif 000008
【図７】
2010123052.tif 000009
【図８】
2010123052.tif 000010
【図９】
2010123052.tif 000011
【図１０】
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【国際調査報告】
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2010123052.tif 000014
2010123052.tif 000015
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