(57)【要約】【課題】発光量と波長変換部材の変換効率を低下させることなく発光領域を小型化した発光装置を提供する。【解決手段】発光装置（２Ｇ）は、実装基板（１３）と、実装基板上の矩形の実装領域に格子状に実装され、同色の光を出射する複数のＬＥＤ素子（１４）と、複数のＬＥＤ素子からの光を波長変換する蛍光体の単結晶で構成された波長変換部材であって、水平方向における端部が全周にわたって実装領域の端部よりも実装基板の中央側に位置するように複数のＬＥＤ素子の上に配置された波長変換部材（１５）とを有する。【選択図】図６
2018073951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、
前記実装基板上の矩形の実装領域に格子状に実装され、同色の光を出射する複数のＬＥＤ素子と、
前記複数のＬＥＤ素子からの光を波長変換する蛍光体の単結晶で構成された波長変換部材であって、水平方向における端部が全周にわたって前記実装領域の端部よりも前記実装基板の中央側に位置するように前記複数のＬＥＤ素子の上に配置された波長変換部材と、
を有す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、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、照明用の光源だけでなく、例えば投影装置（プロジェクタ）の光源などの幅広い用途に応用されている。例えば、特許文献１には、実装基板、実装基板上に配置されワイヤによって実装基板に接続される発光素子、発光素子の外形形状に沿った位置に配置された反射板、ならびに発光素子およびワイヤを被覆する封止部材を有する発光ダイオードと、発光ダイオードから出射された光を集光する集光部材とを有する光源装置が記載されており、この光源装置を投影型の表示装置の光源として用いた例が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、光出口面を有する光源と、光を第１の波長から第２の波長に変換する、光出口面及び光入口面を有する波長変換素子と、ヒートシンクと、波長変換素子と接触し、ヒートシンクと熱接続するよう配置された光導入素子とを含み、光導入素子は、波長変換素子の屈折率よりも低い屈折率を有するよう選択される発光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３２３５３号公報
【特許文献２】特表２０１６−５２１４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＥＤ素子からの光を波長変換する蛍光体による波長変換部材がＬＥＤ素子の上に配置された発光装置では、一般に、波長変換部材は、ＬＥＤ素子の実装領域よりも広い面積を有し、ＬＥＤ素子を覆うように配置されている。これは、波長変換部材の熱容量および放熱経路を確保し、波長変換部材の熱による特性劣化を防止し、かつＬＥＤ素子から波長変換部材への光の取込み効率を向上させるためである。しかしながら、波長変換部材を大きくすると、見かけの発光領域のサイズが大きくなるので、発光装置からの出射光をレンズなどの集光部材で集光するときに集光部材での光の取込み量が低下することになり、また、波長変換部材にかかるコストも上昇する。例えば投影装置の光源としての応用を考えると、高出力かつ小型の発光領域を有する発光装置が必要である。
【０００６】
そこで、本発明は、発光量と波長変換部材の変換効率を低下させることなく発光領域を小型化した発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実装基板と、実装基板上の矩形の実装領域に格子状に実装され、同色の光を出射する複数のＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤ素子からの光を波長変換する蛍光体の単結晶で構成された波長変換部材であって、水平方向における端部が全周にわたって実装領域の端部よりも実装基板の中央側に位置するように複数のＬＥＤ素子の上に配置された波長変換部材とを有する発光装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上記の発光装置によれば、発光量と波長変換部材の変換効率を低下させることなく発光領域を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】表示装置１の概略構成図である。
【図２】発光装置２Ｇの斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った発光装置２Ｇの断面図である。
【図４】図２の部分拡大図である。
【図５】発光装置２Ｇの上面図である。
【図６】図３の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、発光装置について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
【００１１】
図１は、表示装置１の概略構成図である。表示装置１は投影型の表示装置（プロジェクタ）であり、発光装置２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ、集光レンズ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ、ダイクロイックミラー４ａ，４ｂ、ＬＣＤ５、投影レンズ６、制御回路７、駆動回路８および同期回路９を有する。
【００１２】
発光装置２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、表示装置１のＲＧＢ（赤色、緑色および青色）光源に相当し、各発光装置内のＬＥＤ素子が発した光を蛍光体で波長変換することにより、それぞれ目的の色の光を出射する。すなわち、発光装置２Ｒは赤色光を出射し、発光装置２Ｇは緑色光を出射し、発光装置２Ｂは青色光を出射する。集光レンズ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、それぞれ発光装置２Ｒ，２Ｇ，２Ｂからの出射光を集光する。
【００１３】
ダイクロイックミラー４ａは、発光装置２Ｒからの赤色光を反射させるとともに発光装置２Ｇ，２Ｂからの緑色光および青色光を通過させる反射面を有する。ダイクロイックミラー４ｂは、発光装置２Ｂからの青色光を反射させるとともに発光装置２Ｇ，２Ｒからの緑色光および赤色光を通過させる反射面を有する。したがって、ダイクロイックミラー４ａ，４ｂに入射した赤色光、緑色光および青色光は、ＬＣＤ５に向かう。
【００１４】
ＬＣＤ５は、透過型の液晶表示ディスプレイであり、ダイクロイックミラー４ａ，４ｂから赤色光、緑色光および青色光が入射し、駆動回路８により色順次駆動方式で駆動されることでカラー画像を表示する。投影レンズ６は、ＬＣＤ５によって表示されたカラー画像を、図示しないスクリーンに拡大投影する。制御回路７は、発光装置２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ内のＬＥＤ素子の出射タイミングを制御する。駆動回路８は、発光装置２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから出射される赤色光、青色光および緑色光に対応させてＬＣＤ５を駆動する。同期回路９は、発光装置２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ内のＬＥＤ素子の出射タイミングとＬＣＤ５の駆動タイミングとの同期をとる同期信号を生成し、生成した同期信号を制御回路７および駆動回路８にそれぞれ出力する。
【００１５】
発光装置２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのうち、発光装置２Ｒと発光装置２Ｂは、基板上に実装されたＬＥＤ素子が蛍光体含有樹脂により封止された構成を有する。これらの発光装置は、ＬＥＤ素子からの出射光と、それによって蛍光体を励起させて得られる光とを混合させることで、赤色光または青色光を出射する。一方、発光装置２Ｇは、基板上に実装されたＬＥＤ素子の上に蛍光体による板状の波長変換部材が配置された構成を有し、この波長変換部材に特徴がある。そこで、以下では、特に、緑色光の光源である発光装置２Ｇの構成について説明する。
【００１６】
図２は、発光装置２Ｇの斜視図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った発光装置２Ｇの断面図である。図４は、図２の部分拡大図である。図５は、発光装置２Ｇの上面図である。図６は、図３の部分拡大図である。発光装置２Ｇは、ヒートシンク１１、放熱基板１２、サブマウント基板１３、ＬＥＤ素子１４および波長変換部材１５を有する。図４は、ヒートシンク１１の中央に配置された放熱基板１２の部分を示し、図６は、放熱基板１２上のサブマウント基板１３の中央に配置されたＬＥＤ素子１４および波長変換部材１５の部分を示す。図４では、波長変換部材１５が透明であるとして図示している。
【００１７】
ヒートシンク１１は、発光装置２Ｇで発生した熱の放出を促進させるための部材であり、例えばアルミニウムで構成される。一例として、ヒートシンク１１の上面は１００ｍｍ角の正方形の平坦面であり、ヒートシンク１１の全体の厚さは３２ｍｍである。ヒートシンク１１の下側には放熱フィンが形成されており、図２では、ヒートシンク１１の右側側面において、この放熱フィンが示されている。
【００１８】
放熱基板１２は、ヒートシンク１１の上面中央に配置された金属基板であり、例えば銅で構成される。放熱基板１２は、ＬＥＤ素子１４により発生した熱を、下側のヒートシンク１１に向けて放出させる。放熱基板１２は、その四隅をねじ２１で留めることによりヒートシンク１１の上面中央に固定されているが、放熱基板１２の固定のために、放熱基板１２の下面とヒートシンク１１の上面の間にグリースを塗布してもよい。その場合、一般にグリースは熱伝導率が低いので、放熱基板１２の中央上方に位置するＬＥＤ素子１４からの熱が放熱基板１２内で水平方向に拡散して、広い領域でヒートシンク１１に伝達するように、放熱基板１２の水平方向の面積と鉛直方向の厚さを大きくすることが好ましい。一例として、放熱基板１２の縦横の大きさは３０ｍｍ×３０ｍｍであり、厚さは３．０ｍｍである。
【００１９】
なお、ヒートシンク１１および放熱基板１２には、上記とは別の材質のものを使用してもよいが、それらの材質は耐熱性および放熱性に優れた金属であることが好ましい。また、ヒートシンク１１と放熱基板１２の材質は同じものであってもよい。
【００２０】
サブマウント基板１３は、放熱基板１２の上面中央に配置された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製の基板であり、ＬＥＤ素子１４が実装される実装基板の一例である。一例として、サブマウント基板１３の縦横の大きさは８．０ｍｍ×１１．２５ｍｍであり、厚さは０．３ｍｍである。サブマウント基板１３の下面は、放熱性に優れた焼結Ａｇペースト２２により、放熱基板１２の上面中央に固定されている。
【００２１】
サブマウント基板１３の上面には、ＬＥＤ素子１４に電力を供給するための配線パターン２３ａ，２３ｂが形成されている。配線パターン２３ａは、サブマウント基板１３の左側端部から中央に延びており、同様に、配線パターン２３ｂは、サブマウント基板１３の右側端部から中央に延びている。配線パターン２３ａ，２３ｂを外部電源に接続して、これらの間に電圧を印加することにより、発光装置２Ｇは発光する。例えば、発光装置２Ｇは、投入電力１００Ｗで２０Ｗの光出力が得られる。
【００２２】
ＬＥＤ素子１４は、例えば発光波長が４４５ｎｍの青色光を発光する青色ＬＥＤである。発光装置２Ｇは、同じ青色光を出射する９個のＬＥＤ素子１４を有し、これらの素子は、サブマウント基板１３の上面中央における矩形の実装領域において、３×３列の格子状に実装されている。一例として、各ＬＥＤ素子１４の縦横の大きさは０．８ｍｍ×０．８ｍｍであり、厚さは０．１ｍｍである。また、ＬＥＤ素子１４の実装領域は、縦２．６６ｍｍ×横２．８の矩形であり、図４および図５において縦に並ぶ素子同士の間隔は０．１３ｍｍ、横に並ぶ素子同士の間隔は０．２ｍｍである。各ＬＥＤ素子１４は、実装面積を小さくするために、Ａｕバンプ２４を介してサブマウント基板１３上の配線パターン２３ａ，２３ｂにフリップチップ実装されている。図６では、１個のＬＥＤ素子１４当たり２個のＡｕバンプ２４を図示しているが、Ａｕバンプ２４の個数は２個より多くてもよい。
【００２３】
波長変換部材１５は、ＬＥＤ素子１４からの光を波長変換する蛍光体の単結晶で構成された板状（角柱状）の部材であり、透明なシリコーン樹脂などの接着剤２５により、ＬＥＤ素子１４の上に接着されて固定されている。具体的には、波長変換部材１５は、セリウム（Ｃｅ）がドープされたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）の単結晶で構成され、緑色光を発する。ただし、波長変換部材１５の材質はＬｕＡＧには限定されず、他の蛍光体の単結晶であってもよい。
【００２４】
一例として、波長変換部材１５の縦横の大きさは２．５ｍｍ×２．５ｍｍであり、厚さは０．６ｍｍである。したがって、波長変換部材１５の水平方向の大きさ（面積）は、サブマウント基板１３上のＬＥＤ素子１４の実装領域よりも小さい。すなわち、図６に示すように、ＬＥＤ素子１４の実装領域における縦横の幅ｄ１（１つのＬＥＤ素子１４の端部から中央のＬＥＤ素子１４を挟んだ反対側のＬＥＤ素子１４の端部までの長さ）よりも、波長変換部材１５の縦横の幅ｄ２の方が小さい。図５に示すように、波長変換部材１５は、水平方向における四方の端部がその全周にわたって９個のＬＥＤ素子１４（実装領域）の外周側の端部よりもサブマウント基板１３の中央側に位置するように配置されている。このため、図５の上面図では、各ＬＥＤ素子１４の外周側の端部が波長変換部材１５からはみ出して見えている。
【００２５】
板状の波長変換部材がＬＥＤ素子の上に配置された発光装置では、ＬＥＤ素子からの光を波長変換部材の内部に十分に取り込むために、波長変換部材によりすべてのＬＥＤ素子が覆い隠される程度にまで波長変換部材を大きくするのが一般的である。一方、発光装置２Ｇでは、波長変換部材１５がＬＥＤ素子１４の実装領域よりも小さいので、放熱や熱容量に関しては、波長変換部材が実装領域よりも大きい一般的な形態と比べて不利な状況にはなる。しかしながら、蛍光体の単結晶は熱特性に優れており、耐熱性が強いので、多少サイズを小さくした程度では、波長変換部材１５の発光特性への影響はほとんどなく、波長変換の効率が低下することはない。このため、発光装置２Ｇでは、上記した一般的な形態と比べて、発光効率を落とさずに発光領域を小型化できるので、単位面積当たりの発光量が増大するとともに全光束密度が高くなり、点光源としての使用に適している。
【００２６】
また、発光装置２Ｇでは、波長変換部材１５に蛍光体の単結晶を用いるので、熱飽和による光束劣化がなく、放熱系の緩和効果が得られる。また、密集した複数のＬＥＤ素子１４により発光部が構成されているので、実装領域におけるＬＥＤ素子１４の面積を広げることができ、１つのＬＥＤ素子により発光部を構成した場合と比べて個々のＬＥＤ素子１４に流れる電流を抑えることもできる。さらに、実質的な発光領域は波長変換部材１５の矩形領域であるため、ＬＥＤ素子１４の端部を波長変換部材１５からはみ出させることにより、発光領域の面積を変えずにＬＥＤ素子１４の面積および個数を増やすことができる。したがって、この点でも個々のＬＥＤ素子１４に流れる電流を抑えることができ、結果として、個々のＬＥＤ素子１４の発光効率も向上する。また、発光装置２Ｇでは、波長変換部材１５の大きさが比較的小さいため、部材のコストが低下するという利点もある。
【００２７】
上記した発光装置２Ｇは表示装置１（プロジェクタ）の光源であるが、上記の構成を有する発光装置は、プロジェクタ用の光源に限らず、例えば車両用灯具や照明用ＬＥＤなどにも使用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１    表示装置
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ    発光装置
１１    ヒートシンク
１２    放熱基板
１３    サブマウント基板
１４    ＬＥＤ素子
１５    波長変換部材
【図１】
2018073951.tif 000003
【図２】
2018073951.tif 000004
【図３】
2018073951.tif 000005
【図４】
2018073951.tif 000006
【図５】
2018073951.tif 000007
【図６】
2018073951.tif 000008