(57)【要約】【課題】本発明の目的は、長時間使用した場合でも、反射性部材の体積の減少が小さく、配光の色むらを抑制した発光装置を提供することである。【解決手段】本発明の発光装置は、基板と、基板の上に搭載された発光素子と、発光素子の上面に配置された波長変換部材と、発光素子の周囲に充填され、発光素子の側面の少なくとも一部を覆う透明部材と、透明部材の上に、波長変換部材の周囲を充填するように配置された反射性部材と、を有する。反射性部材は、少なくとも波長変換部材の側面全体を覆っている。【選択図】図１
2018006704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に搭載された発光素子と、
前記発光素子の上面に配置された波長変換部材と、
前記発光素子の周囲に充填され、前記発光素子の側面の少なくとも一部を覆う透明部材と、
前記透明部材の上に、前記波長変換部材の周囲を充填するように配置された反射性部材と、を有し、
前記反射性部材は、少なくとも前記波長変換部材の側面全体を覆っていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置であって、
前記発光素子の側面における前記透明部材の上端が、前記波長変換部材の側面の最下部より下に位置することを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光装置であって、
前記反射性部材は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、および酸化ニオブの少なくとも一つを樹脂に分散させたものであることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記発光素子と前記波長変換部材との間には、前記発光素子の発する光に対して透明な接着層が配置され、前記発光素子および前記接着層の側面における前記透明部材の上端は、前記接着層の上面よりも下に位置することを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記発光素子および前記波長変換部材の側面から離れた位置における前記透明部材の上面の一部は前記発光素子の上面よりも下に位置することを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記発光装置が、前記発光素子と前記基板とを電気的に接続するボンディングワイヤーを備える場合、前記発光素子および前記波長変換部材の側面における前記透明部材の上端は、少なくとも前記発光素子の側面の最上部より下に位置することを特徴とする発光装置。
【請求項７】
実装基板と、
前記実装基板に搭載された基板と、
前記基板に搭載された発光素子と、
前記発光素子の上面に、接着層を介して配置された波長変換部材と、
前記実装基板上の、前記発光素子の側面に間隔をあけて配置された衝立部材と、
前記発光素子の側面と前記衝立部材との間に充填され、前記発光素子の側面の少なくとも一部を覆う透明部材と、
前記透明部材の上に、前記波長変換部材の側面と衝立部材との間を充填するように配置された反射性部材とを有し、
前記反射性部材は、少なくとも前記波長変換部材の側面全体を覆っていることを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の発光装置を用い、前記発光装置の直上方向から８０度以上までの角度範囲の光を外部に出射することを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、特に、発光素子の周囲に発光素子が発する光を反射させる反射性部材を備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子を利用した発光装置は、ヘッドランプ、街路灯、バックライト、ディスプレイ、一般照明など各種照明装置に利用されている。このような発光装置では、白色光など所望の色の発光を得るために、発光素子と波長変換材料である蛍光体とを組み合わせたものが多用されている。
【０００３】
特許文献１は、基板に実装された発光素子と、発光素子の光を導光する導光部材を介して、発光素子の上に接着された蛍光体プレートと、発光素子の周囲に間隔をあけて基板上に配置された衝立と、を備えた発光装置を開示している。衝立の内側には白樹脂などの反射性部材が充填されている。白樹脂は蛍光体プレート側面から発光素子の側面までを覆い、側面から出射する青色光漏れを防ぎ、かつ青色光の蛍光体プレートへの入射を向上させる。
【０００４】
特許文献２は、基板上に実装された発光素子と、発光素子の光を導光する接着材を介して発光素子の上に接着された蛍光体プレートと、を備えた発光装置を開示している。発光素子の側面は第一反射性部材で覆われ、第一の反射性部材および蛍光体プレートの側面は第二の反射性部材で覆われている。第一および第二の反射性部材は白樹脂などが用いられる。反射性部材をこのような二層構造にし、第一反射性部材を形成した後で接着材を塗布することにより、特許文献２に記載の発光装置は、接着材の量が多い場合であっても発光素子の側面がはみ出した接着材により覆われることを防止できる。これにより、接着材のはみだしによる側面方向への光の伝播を阻止でき、蛍光体プレートに入射する光量を増加させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２１９３２４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９２６２９号公報
【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、発光素子および蛍光体プレートの周囲を反射性部材で覆う発光素子は、反射性部材として、二酸化チタン粒子を分散させた樹脂で構成した場合、二酸化チタン粒子の光触媒性により、反射部材を構成する樹脂が分解され、反射性部材の体積が減少するという問題が生じる。そこで、二酸化チタン粒子として光触媒性のない結晶系のものを用いることにより、反射性部材の体積減少を防ぐ手法が一般的に用いられている。しかしながら、発光装置を長時間使用すると、光触媒性のない結晶系の二酸化チタン粒子を用いても、理由はわからないが反射性部材の体積が減少する場合がある。反射性部材の体積が減少すると、蛍光体プレートの側面が一部むき出しになり、側面から蛍光成分の多い光が出射し、発光素子の直上の光の色度と異なるため、色むらのある配光になる。この色むらの問題は、広い出射角度の光を利用する発光装置に顕著に現れる。
また、発光素子と基板とを電気的に接続するためにボンディングワイヤーを用いている場合、反射性部材の体積が減少すると、ボンディングワイヤーがむき出しになり、ボンディングワイヤーを保護することができない。
【０００７】
本発明の目的は、長時間使用した場合でも、反射性部材の体積の減少が小さく、配光の色むらを抑制した発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するために、本発明の発光装置は、基板と、基板の上に搭載された発光素子と、発光素子の上面に配置された波長変換部材と、発光素子の周囲に充填され、発光素子の側面の少なくとも一部を覆う透明部材と、透明部材の上に、波長変換部材の周囲を充填するように配置された反射性部材と、を有する。反射性部材は、少なくとも波長変換部材の側面全体を覆っている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、長時間使用した場合でも、反射性部材の体積の減少が小さく、配光の色むらを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は本実施形態の一例としての発光装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面構造の概略、出射角度、および透明部材の上面の一部分を説明する図
【図２】図１（ｂ）の一部の拡大図および光路を説明する図
【図３】（ａ）反射性部材単層構造を備えた従来の発光装置の断面図、（ｂ）長時間使用により反射性部材の厚みが減少した（ａ）の発光装置の断面構造、出射角度、および光の進路を説明する図
【図４】本実施形態の発光装置のボンディングワイヤーが配置されていない部分の断面図
【図５】本実施形態の発光装置における反射性部材の厚みの他の例および透明部材の上面の一部分を説明する図
【図６】本実施形態および従来の発光装置における外観観察、色度差、灯具配光における色むらの結果を表形式で説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、全図において、同一機能を有するものは同一の符号をつけ、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
図１から図３を用いて本実施形態の発光装置１に係る構成について説明する。
【００１３】
図１および図２に示すように、本実施形態の発光装置１は、主な構成として、基板２と、基板２の上に搭載された発光素子３と、発光素子３の上面に配置された波長変換部材４と、発光素子３の周囲の空間に充填され、発光素子３の側面の少なくとも一部を覆う透明部材５と、透明部材５の上に、波長変換部材４の周囲の空間を充填するように配置された反射性部材６と、を有する。反射性部材６は、少なくとも波長変換部材４の側面全体を覆っている。
【００１４】
このように発光装置１では、波長変換部材４の側面を覆う反射性部材６の下に透明部材５を配置した二層構造になっているため、反射性部材６の厚みは、発光素子３および波長変換部材４の周囲を反射性部材のみで充填した場合（図３（ａ）参照）よりも薄くなる。よって、長時間使用により生じる反射性部材の体積の減少割合が厚みにかかわらず同一の場合、反射性部材６の減少量が、反射性部材単層構造（図３（ａ））を有する発光装置より小さくなる。また、透明部材５は長時間使用してもほとんど減少しない。そのため、反射性部材６と透明部材５の全体の減少量を小さくできるため、長時間使用しても、波長変換部材４の側面を反射性部材６で覆った状態をほぼ維持できる。よって、波長変換部材４の側面から波長変換光の割合が大きい光２４の出射を防止でき、広い出射角度の光を利用する場合でも、発光素子３の直上方向の光３１の色度と出射角度θの大きい光３２の色度に色むらが生じるのを抑制できる。
【００１５】
また、発光素子３の側面から発する光２６は透明部材５に入射するが、反射性部材６が透明部材５の上に配置されているため、反射性部材６により反射され、波長変換部材４の周囲から上方に出射されない。または、出射されたとしても反射性部材６によって多重反射して出力はかなり減少し、色むらを発生させるほどにならない。
【００１６】
このように、本実施形態の発光装置１は、長時間使用しても、色度の角度依存性を低減でき、結果として、出射光の配光における色むらを防止できる。
【００１７】
比較例として、図３（ａ）に示した反射性部材が単層構造の発光装置は、図３（ｂ）のように、長時間使用すると光触媒性のない結晶系の反射性粒子を選択して用いていても、反射性部材６の体積が減少し、波長変換部材４の側面の一部がむき出しになる。このため、むき出しとなった側面から出射する光２４の色度と、発光素子３の直上方向の光３１の色度とが異なり、色むらのある配光となる。
【００１８】
図１から図４を参照して、さらに、本実施形態の構成について詳しく説明する。
【００１９】
本実施形態の発光装置１は、上述の基板２、発光素子３、波長変換部材４、透明部材５、および反射性部材６に加えて、基板２が実装された実装基板７と、衝立部材８と、を備える。衝立部材８は、実装基板７上に、発光素子３の側面に間隔をあけて配置されている。波長変換部材４は接着層９を介して発光素子３上に接着されている。透明部材５は、発光素子３の側面と衝立部材８との間に充填され、発光素子３の側面の少なくとも一部を覆っている。なお、図１（ｂ）の例では、透明部材５は発光素子３の側面全体を覆っている。反射性部材６は、透明部材５の上に波長変換部材４の側面と衝立部材８との間を充填するように配置されている。発光素子３と基板２とはボンディングワイヤー１０により電気的に接続されている。
【００２０】
波長変換部材４の側面に未硬化の透明部材５が這い上がることを防止するために、図４に示すように、発光素子３の側面における透明部材５の上端が、波長変換部材４の側面の最下部より下に位置することが好ましい。また、接着層９を考慮すると、透明部材５の上端は、接着層９の上面よりも下に位置することが好ましい。また、発光素子３の上面にボンディングワイヤー１０が接続されている部分では、図２のように発光素子３の側面における透明部材５の上端が、少なくとも発光素子３の側面の最上部より下に位置するようにすることが好ましい。
これにより、波長変換部材４の側面全体を反射性部材６で覆うことができる。
【００２１】
また、透明部材５の上面は、発光素子３および波長変換部材４の側面から離れた位置（例えば、図１（ｂ）点線楕円Ｃで示す部分参照）で発光素子３の上面よりも下に位置することが好ましい。これにより、反射性部材６の厚みを波長変換部材の側面から離れた少なくとも一部の位置において厚くできるため、発光素子３の側面から発する光２６が反射性部材６を通り抜けることを防止できる。
なお、本実施形態では、図１（ｂ）の構成に限られるものではなく、図５のように反射性部材６の厚みが波長変換部材４から離れるにつれ単調減少する構成でもよい。
【００２２】
透明部材５の材料としては、発光装置１を長時間使用しても体積の減少量がほとんどないものを用いる。一例として、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、無機バインダーなどの透明な樹脂があげられる。
【００２３】
反射性部材６としては、反射性粒子を基材となる樹脂に分散させたものを用いる。反射性粒子の材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化ニオブの少なくとも一つを用いることができる。本実施形態では、一例として、酸化チタンが用いられる。
樹脂の材料としては、シリコン樹脂や無機バインダーなどを含む樹脂を用いることができる。樹脂は、透明部材５と同じものを使用してもよく、透明部材５と異なるものを使用してもよい。
樹脂に対する反射性粒子の含有量は、波長変換部材４の側面出射光を反射でき、しかも、発光素子３の側面光が反射性部材６を通り抜けるのを防止できるように設定する。具体的には、樹脂に対して反射性粒子の含有量は、例えば、１５重量％を越えて３５重量％以下に設定する。なお、１５重量％を下回ると反射効果が薄れ、波長変換部材４の側面出射光が漏れ出てくる。また、３５重量％以上だと、バインダーとして使用している樹脂が固くなりすぎ、クラックが入るようになる。
【００２４】
発光素子３は、ＬＥＤ素子、ＬＤ素子、およびＥＬ素子等の所望の素子を使用することができる。一例として、所定の波長の青色光を発するＬＥＤ素子が用いられる。
【００２５】
接着層９の材料として、発光素子３の発する光に対して透過性を有するものを用いる。シリコン樹脂やエポキシ樹脂、無機バインダーなどの透明な樹脂を用いることができる。
【００２６】
波長変換部材４は、蛍光体を分散した樹脂または無機物で形成されたシート状または板状の部材や、蛍光体または蛍光体と他の無機化合物の焼結体で構成された蛍光体プレート、および、蛍光ガラスで構成された板状部材のいずれかを用いることができる。蛍光体としては、発光素子３の発する光を所望の波長の蛍光に変換するものを用いる。例えば、ＹＡＧ系蛍光体、ＳｉＡｌＯＮ系蛍光体を用いる。樹脂としては、たとえば、シリコン樹脂、エポキシ樹脂を用いる。本実施形態では、一例として、ＹＡＧ系蛍光体含有蛍光体プレートが用いられる。
【００２７】
このような発光装置１では、実装基板７および基板２の配線パターンとボンディングワイヤー１０とを介して、発光素子３に給電すると、発光素子３は上面および側面から光（青色光）２５、２６を発光する。上面からの光２５の一部は接着層９を透過して波長変換部材４へ入射し、蛍光体により青色光の一部が黄色の蛍光２２に変換され、波長変換部材４上面から黄色蛍光と青色光との混合光（白色光）２３が上方に出射される。波長変換部材４の側面から出射される光２４は、反射性部材６によって反射され波長変換部材４内に戻される。
【００２８】
一方、発光素子３の側面からの光２６は、透明部材５に入射し、反射性部材６や衝立部材８で反射され、発光素子側へ戻る。このように、発光装置１は、発光素子３の側面から発する光２６が反射性部材６を通り抜けて波長変換部材４の上面の周囲から上方へ出射されるのを防止できる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、反射性部材６の減少が抑制できるため、反射性部材６の減少によってボンディングワイヤー１０の一部がむき出しなることが防止できる。これにより、ボンディングワイヤー１０の損傷が阻止され、発光装置１の信頼性が高くなる。
【００３０】
発光素子３と基板２との実装方法は上述した方法以外に、フェースダウンタイプ又はフェースアップタイプの実装方法を適用することもできる。
【００３１】
次に、本実施形態の発光装置１の製造方法を説明する。
【００３２】
（ステップ１：発光素子実装工程）
Ａｕなどで回路配線がパターンされたＡｌＮセラミックス等の基板２を準備し、基板２上の所定の位置に発光素子３の裏面電極と基板２上の回路パターンとをＡｕＳｎのような接合材１１を用いて接合する。接合材のフラックスが懸念される場合は、フラックスの洗浄を実施してもよい。次いで、発光素子３と基板２の配線パターンとを金製などのボンディングワイヤー１０でワイヤーボンディングを行い、給電が出来るようにする。
【００３３】
（ステップ２：波長変換部材配置工程）
シリコン樹脂などの透明な樹脂を接着層９として、発光素子３表面に塗布する。その後、ＹＡＧ系蛍光体を添加した蛍光体プレートを波長変換部材４として、接着層９の上に実装し加熱接着する。
次いで、シリコン樹脂などの接着材１２を用いて、波長変換部材４が配置された基板２を回路配線がパターンされた実装基板７の所定の位置に実装する。その後、基板２と実装基板７とを金製などのボンディングワイヤ（不図示）でワイヤーボンディングを行い、給電が出来るようにする。
【００３４】
（ステップ３：透明部材配置工程）
リング形状で波長変換部材４と同等の高さを有する衝立部材８を実装基板７上の所定の位置に接着剤にて接合して配置する。衝立部材８の材質はセラミックである。次に、ポッティング方法により、シリコン樹脂など未硬化の透明部材５を所定量だけ衝立部材８内に充填する。このとき、透明部材５が波長変換部材４の側面に這い上がらないようにする。波長変換部材４の側面まで濡れると、その側面まで付着した部分から透明部材５内に光が伝播するため光のロスになり波長変換部材４に取り込まれる光が減少して光束が低下する。透明部材５の量は少なくとも、発光素子３の側面の一部まで塗れていれば良い。実際に、透明部材５を接着層９の上面と同じ高さに充填した場合、衝立部材８の上部の高さまで透明部材５が塗れ広がるので透明部材５の表面は窪んだ形状になる（図１（ｂ）参照）。充填量は、最大でも透明部材５の表面の一部（図５の点線楕円Ｄで示す部分参照）が接着層９の上面と同じ高さ程度が望ましい。その後、所定の条件で加熱等することにより透明部材５を硬化させる。
【００３５】
（ステップ４：反射性部材配置工程）
次いで、反射性部材６として、所定量の酸化チタンをシリコン樹脂などの樹脂に分散させた樹脂ペーストを調製する。透明部材５と同様にポッティング方法により、反射性部材６が波長変換部材４の上面に這い上がらないように、衝立部材８内に調製した樹脂ペーストを充填する。また、透明部材５が窪んだ形状である場合、窪みも反射性部材６で充てんする。その後、所定の条件で加熱等することにより反射性部材６を硬化させる。
【００３６】
上述した透明部材配置行程では、セラミックリングを衝立部材８として使用する場合を説明したが、セラミックリングの代わりに反射性の樹脂などを用いて衝立部材８を作製してもよい。また、透明部材５および反射性部材６をポッティング方法に代えて印刷方法で形成してもよい。
【００３７】
上述の製造方法に従って作製した発光装置について、信頼性試験として高温高湿通電試験を行った。また、比較例として透明部材５を反射性部材６に変更した以外は実施例と同様にして図３（ａ）に示す従来の発光装置を作製した。
【００３８】
＜高温高湿通電試験＞
各発光装置を、８５度および湿度８５％の環境下で、２０００時間連続的に点灯させた。
【００３９】
＜外観観察＞
各発光装置の反射性部材について目視により外観観察を行った。その結果を図６に示す。
図６のように、実施例の発光装置の反射性部材６の減少はほとんどなかった。一方、比較例の発光装置では、反射性部材６の体積の減少が大きく、波長変換部材４の側面の一部が露出していた。
【００４０】
＜色度差＞
発光装置の発光素子３を発光させ、発光素子３の直上方向（法線方向）と、直上方向から８０度傾けた方向から発光色度を測定し、色度差を評価した。その結果、図６のように、実施例の直上方向と８０度斜めに傾けた方向との色度差は小さかったが、比較例の色度差は大きかった。
【００４１】
＜灯具配光における色むら＞
各発光装置を灯具にいれて、灯具配光における色むらを目視により確認した。
その結果、図６のように、実施例の発光装置は色むらが観察されなかったが、比較例の発光装置は色むらが観察された。
【００４２】
以上の結果より、本発明の発光装置１は、波長変換部材４の側面を覆う反射性部材６の下に透明部材５を備えた二層構造にすることにより、反射性部材６の体積の減少量を比較例より抑制できた。これにより、反射性部材の体積の減少によるボンディングワイヤー保護機能の低下を抑制できるとともに、波長変換部材４側面からの色度の高い光の出射を抑制することで、灯具配光の色むらを抑制できた。
【００４３】
本実施形態の発光装置１は車載用光源および一般照明用光源として利用することができる。特に、発光装置１の直上方向から８０度以上までの角度範囲の光を外部に出射する照明装置に好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・発光装置、２・・・基板、３・・・発光素子、４・・・波長変換部材、５・・・透明部材、６・・・反射性部材、７・・・実装基板、８・・・衝立部材、９・・・接着層、１０・・・ボンディングワイヤー
【図１】
2018006704.tif 000003
【図２】
2018006704.tif 000004
【図３】
2018006704.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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