(57)【要約】  【課題】長寿命な発光装置11を提供する。  【解決手段】光透過部材29に、発光ダイオード12が発光する光で励起する蛍光体層32を焼成形成する。基材15に発光ダイオード12を実装し、発光ダイオード12を覆って基材15に光透過部材29を配置する。基材15と光透過部材29とを封着材30で封着し、基材15と光透過部材29との間に密閉空間31を形成し、密閉空間31に不活性ガスを封入する。光透過部材29に蛍光体層32を焼成したことにより、蛍光体のバインダであるエポキシ樹脂を省き、発光装置11として長寿命にする。  【選択図】図１
2005086051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と；
発光素子を実装した基材と；
発光素子に対向し発光素子が発光する光で励起される蛍光体層が形成された光透過部材と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
基材と光透過部材とを封着材で封着してこれら基材と光透過部材との間に密閉空間を形成し、この密閉空間に不活性ガスを封入したことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
基材と光透過部材とを封着材で封着してこれら基材と光透過部材との間に密閉空間を形成し、この密閉空間に透明充填材を充填したことを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
光透過部材の発光素子に対向する内面に紫外線吸収層を設けたことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の発光装置。
【請求項５】
発光素子を実装する基材の表面に反射面を兼ねる電極パターンを形成し、この基材の電極パターン上に複数の発光素子を絶縁状態に実装し、ボンディングワイヤによって複数の発光素子を直列に接続するとともに両端の発光素子を電極パターンに接続したことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を光源とする発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子として例えば固体発光素子である発光ダイオードを光源とする照明装置などの発光装置では、例えば、白色の発光ダイオードが発光する特定の波長光で蛍光体を励起させ、所望の発光色を得ている。
【０００３】
このような発光装置では、基材の表面に発光ダイオードを実装し、蛍光体を分散して含むバインダであるエポキシ樹脂などの透明樹脂で発光ダイオード全体を覆って成形している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、基材の表面に発光ダイオードを実装し、この基材の表面に離間対向して光学部材を配置し、この光学部材の発光ダイオードに対向する内面に設けた凹所に蛍光体を分散して含むバインダである透明樹脂を充填して成形している（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３４７９１号公報（第５−６頁、図３）
【特許文献２】特開２００３−１１０１４６号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、蛍光体をバインダである透明樹脂に分散して含み、この透明樹脂で発光ダイオード全体を覆って成形したり、透明樹脂を光学部材の凹所に充填して成形しており、透明樹脂には形状を維持するために主としてエポキシ樹脂などが多く用いられている。
【０００６】
しかし、エポキシ樹脂は発光ダイオードの光照射によって劣化し、このエポキシ樹脂の劣化による光透過率の低下が発光ダイオード自体の寿命より早く進み、発光ダイオードが有する長寿命特性が十分に得られない問題がある。
【０００７】
また、エポキシ樹脂に比べて劣化しにくい透明樹脂としてシリコーン樹脂などもあるが、エポキシ樹脂に比べて線膨張係数が大きいため、硬度が高いと寿命中のヒートショックによる例えば発光ダイオードの電気接続用のボンディングワイヤの断線の原因となり、また、硬度を低くゲル状にすると、特定の形状を保てなくなり、大気に触れる構成であれば塵埃が付着しやすい問題がある。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、蛍光体のバインダとしてエポキシ樹脂などを使用せず、長寿命な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】
【０００９】
請求項１記載の発光装置は、発光素子と；発光素子を実装した基材と；発光素子に対向し発光素子が発光する光で励起される蛍光体層が形成された光透過部材と；を具備しているものである。
【００１０】
そして、この構成では、発光素子に対向する光透過部材に蛍光体層を形成したため、蛍光体のバインダとしてエポキシ樹脂などを使用せず、発光装置として長寿命になる。
【００１１】
請求項２記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、基材と光透過部材とを封着材で封着してこれら基材と光透過部材との間に密閉空間を形成し、この密閉空間に不活性ガスを封入したものである。
【００１２】
そして、この構成では、基材と光透過部材とを封着材で封着してこれら基材と光透過部材との間に密閉空間を形成し、この密閉空間に不活性ガスを封入したため、発光素子や発光体層の酸化が防止される。
【００１３】
請求項３記載の発光装置は、請求項１または２記載の発光装置において、基材と光透過部材とを封着材で封着してこれら基材と光透過部材との間に密閉空間を形成し、この密閉空間に透明充填材を充填したものである。
【００１４】
そして、この構成では、基材と光透過部材とを封着材で封着してこれら基材と光透過部材との間に密閉空間を形成し、この密閉空間に透明充填材を充填したため、基材と光透過部材との間に屈折率が高い大気が介在する場合に比べて、光の取出効率が向上する。また、請求項２の不活性ガスを封入することで、密閉空間内が所定圧力に保たれるので、透明充填材にゲル状シリコーンなどを使用しても、透明充填材が特定の形状に保たれる。
【００１５】
請求項４記載の発光装置は、請求項１ないし３いずれか一記載の発光装置において、光透過部材の発光素子に対向する内面に紫外線吸収層を設けたものである。
【００１６】
そして、この構成では、光透過部材の発光素子に対向する内面に紫外線吸収層を設けたため、例えば光透過部材が樹脂製であっても紫外線による劣化が防止され、発光装置として長寿命になる。
【００１７】
請求項５記載の発光装置は、請求項１ないし４いずれか一記載の発光装置において、発光素子を実装する基材の表面に反射面を兼ねる電極パターンを形成し、この基材の電極パターン上に複数の発光素子を絶縁状態に実装し、ボンディングワイヤによって複数の発光素子を直列に接続するとともに両端の発光素子を電極パターンに接続したものである。
【００１８】
そして、この構成では、発光素子を実装する基材の表面に反射面を兼ねる電極パターンを形成し、この基材の電極パターン上に複数の発光素子を絶縁状態に実装し、ボンディングワイヤによって複数の発光素子を直列に接続するとともに両端の発光素子を電極パターンに接続したため、反射面を兼ねる電極パターンによって発光素子が発光した光の取出効率が向上し、この反射面を兼ねたうえで電極パターンとして確実に機能する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の発光装置によれば、発光素子に対向する光透過部材に蛍光体層を形成したため、蛍光体のバインダとしてエポキシ樹脂などを使用せず、発光装置として長寿命にできる。
【００２０】
請求項２記載の発光装置によれば、請求項１記載の発光装置の効果に加えて、基材と光透過部材とを封着材で封着してこれら基材と光透過部材との間に密閉空間を形成し、この密閉空間に不活性ガスを封入したため、発光素子や発光体層の酸化を防止できる。
【００２１】
請求項３記載の発光装置によれば、請求項１または２記載の発光装置の効果に加えて、基材と光透過部材とを封着材で封着してこれら基材と光透過部材との間に密閉空間を形成し、この密閉空間に透明充填材を充填したため、基材と光透過部材との間に屈折率が高い大気が介在する場合に比べて、光の取出効率を向上できる。また、請求項２の不活性ガスを封入することで、密閉空間内が所定圧力に保たれるので、透明充填材にゲル状シリコーンなどを使用しても、透明充填材を特定の形状に保つことができる。
【００２２】
請求項４記載の発光装置によれば、請求項１ないし３いずれか一記載の発光装置の効果に加えて、光透過部材の発光素子に対向する内面に紫外線吸収層を設けたため、例えば光透過部材が樹脂製であっても紫外線による劣化を防止でき、発光装置として長寿命にできる。
【００２３】
請求項５記載の発光装置によれば、請求項１ないし４いずれか一記載の発光装置の効果に加えて、発光素子を実装する基材の表面に反射面を兼ねる電極パターンを形成し、この基材の電極パターン上に複数の発光素子を絶縁状態に実装し、ボンディングワイヤによって複数の発光素子を直列に接続するとともに両端の発光素子を電極パターンに接続したため、反射面を兼ねる電極パターンによって発光素子が発光した光の取出効率を向上でき、反射面を兼ねたうえで電極パターンとして確実に機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
図１ないし図３に第１の実施の形態を示し、図１は発光装置の断面図、図２は発光装置の光透過部材を外した状態の正面図、図３は発光装置の発光ダイオードの配線回路を示す模式図である。
【００２６】
図１および図２において、11は発光装置で、この発光装置11は、発光素子として固定発光素子である複数の例えばＧａＮ系の発光ダイオード12を配列した発光モジュールとして構成されている。
【００２７】
発光装置11は、例えば樹脂、ガラス、セラミックスなどの絶縁性を有する材料で形成された四角形状の基材15を有し、この基材15の表面16には、複数の発光ダイオード12が配置される複数の凹状でかつ溝状の収容部17が平行に形成されている。各収容部17は、発光ダイオード12が取り付けられる取付面18、この取付面18から表面16側へ向けて拡開する両側の傾斜面19を有し、収容部17の溝の長手方向に沿って複数の発光ダイオード12が等間隔に配列されている。この収容部17の内面は反射面17aに構成されている。
【００２８】
基材15の表面16には、収容部17が並ぶ並設方向の両端の表面16の位置に収容部17の長手方向に沿って電極パターン20が形成され、収容部17間の表面16の位置に発光ダイオード12の位置に対応して電極パターン21が形成されている。基材15の両端には各電極パターン20に接続されたプラス電極とマイナス電極とである両極の各電極部22が突設されている。
【００２９】
基材15は周囲に密着固定される四角形枠状の枠部23を有し、この枠部23は例えば樹脂、ガラス、セラミックスなどの絶縁性を有する材料で形成され、枠部23の先端は基材15の表面16より突出されており、両側面から電極部22がそれぞれ突出されている。なお、枠部23は基材15に一体に形成していてもよい。
【００３０】
また、発光ダイオード12は、チップ状で、両端にアノードおよびカソードの電極がそれぞれ形成されているとともにこれら電極間の表面に光を発光する発光部が形成されている。発光ダイオード12の裏面が絶縁状態で基材15の収容部17に取り付けられ、基材15の収容部17の長手方向と交差する方向に並ぶ複数の発光ダイオード12の電極と電極パターン20，21とをボンディングワイヤ26によって接続し、複数の発光ダイオード12が直列に接続されている。すなわち、図３に示すように、複数の発光ダイオード12が直列に接続された直列回路が、電極部22間に並列に形成された状態となる。
【００３１】
また、基材15の表面16側を覆って光透過部材29が配設されている。この光透過部材29は、例えば透明なガラス板や透明な樹脂板で構成され、枠部23を含む基材15の外形状に対応して四角形板状に形成されており、光透過部材29の周辺部が基材15の枠部23の先端に封着材30によって封着され、光透過部材29と基材15との間に密閉空間31を形成している。
【００３２】
封着材30は、光透過部材29および基材15の枠部23がガラス系の場合、フリットガラス、低融点ガラス、セラミック、合金（Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ、コバールなど）、ロウ材（金錫合金、金ゲルマニウム合金、銀ロウなど）、はんだ（錫鉛など）のいずれか１つまたはこれらを組み合わせた無機材料にて構成されている。また、光透過部材29および基材15の枠部23が樹脂系の場合、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、およびポリエステル樹脂のいずれか１つまたはこれらを組み合わせた有機材料にて構成されている。これら基材15と光透過部材29との封着に適した封着材30を選択することにより、確実な封着機能を得ることができる。
【００３３】
光透過部材29の内面には蛍光体層32の膜が形成されている。この蛍光体層32は、Ｃｅ付活アルミン酸塩（Ｙ）、Ｓｍ−Ｅｕ付活硫酸化ランタン、Ｅｕ付活リン酸塩（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）、Ｅｕ−Ｍｎ付活アルミン酸塩（Ｂａ、Ｍｇ）などの蛍光体を光透過部材29の内面に塗布し、焼成することで焼き付けている。
【００３４】
光透過部材29の内面にはこの光透過部材29と蛍光体層32との間に紫外線吸収層33の膜が形成されている。この紫外線吸収層33は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウムなどの微粒子を光透過部材29の内面に塗布し、焼成することで焼き付けている。
【００３５】
密閉空間31には、大気圧程度に加圧した不活性ガス34が封入されている。
【００３６】
そして、両電極部22間に発光電流を流すことにより、これら両電極部22間に並列に接続された直列回路の各発光ダイオード12が発光する。各発光ダイオード12が発光した光は、光透過部材29へ直接向うか、収容部17の反射面17aで反射して光透過部材29へ向かい、光透過部材29の内面に形成された蛍光体層32を励起し、励起した発光体層32から所望の光色の光が光透過部材29を透過して光透過部材29の外面から出射する。
【００３７】
光透過部材29の内面に蛍光体層32の膜を焼成形成したため、蛍光体のバインダとしてエポキシ樹脂などを使用せず、エポキシ樹脂の劣化による光透過率の低下を防止でき、発光ダイオード12の長寿命な特長を十分に活かせて、発光装置11として長寿命にできる。
【００３８】
光透過部材29の内面に紫外線吸収層33の膜を形成したため、蛍光体層32に吸収されずに透過する紫外線を紫外線吸収層33で吸収し、光透過部材29に到達する紫外線を低減することにより、特に樹脂製の光透過部材29の場合に紫外線による劣化を防止でき、発光装置11として長寿命にできる。
【００３９】
また、基材15と光透過部材29とを封着材30で封着してこれら基材15と光透過部材29との間に密閉空間31を形成し、この密閉空間31に不活性ガス34を封入したため、発光ダイオード12、電極パターン20，21、ボンディングワイヤ26、蛍光体層32などが大気に触れないので、これらの酸化を防止できる。なお、密閉空間31を真空にしても同様の作用効果が得られる。
【００４０】
なお、密閉空間31には、不活性ガス34に代えて、例えばゲル状のシリコーン樹脂などの透明充填材を充填してもよい。この場合には、基材15と光透過部材29との間に屈折率が高い大気が介在する場合に比べて、発光ダイオード12が発光した光の取出効率を向上できる。さらに、発光ダイオード12、電極パターン20，21、ボンディングワイヤ26、蛍光体層32などが大気に触れないので、これらの酸化を防止できる。また、ゲル状のシリコーン樹脂を用いる場合でも、密閉空間31に充填することで、外部からの塵埃などの付着のおそれがない。
【００４１】
また、密閉空間31には、発光ダイオード12などを覆う特定の形状に透明充填材を形成するとともに、密閉空間31の透明充填材との隙間に不活性ガス34を封入してもよい。この場合には、不活性ガス34を封入することで、密閉空間31内が所定圧力に保たれるので、透明充填材にゲル状シリコーンなどを使用しても、透明充填材を特定の形状に保つことができる。
【００４２】
次に、図４に第２の実施の形態を示す。各発光ダイオード12の周囲を例えばゲル状のシリコーン樹脂などの透明樹脂41で覆い、密閉空間31には例えば２気圧程度の不活性ガス34を封入する。
【００４３】
発光ダイオード12の周囲を透明樹脂41で覆うことにより、発光ダイオード12の周囲を屈折率が高い大気が囲む場合に比べて、発光ダイオード12が発光した光の取出効率を向上できる。また、ゲル状のシリコーン樹脂を用いる場合でも、密閉空間31に位置することで、外部からの塵埃などの付着のおそれがない。
【００４４】
密閉空間31には例えば２気圧程度の不活性ガス34を封入することにより、酸化防止できるほかに、透明樹脂41の形状を保つことができるとともに、透明樹脂41が発光ダイオード12から脱落するのを防止できる。
【００４５】
次に、図５および図６に第３の実施の形態を示す。基材15の収容部17の取付面18で各発光ダイオード12の両側位置に、基材15の表面側と裏面側とに貫通する一対のスルーホール44を設け、これらスルーホール44を通じて発光ダイオード12の両電極に接続された各ワイヤ45を通して基材15の外部に引き出して配線し、各スルーホール44内を封止材46で封止する。基材15の枠部23は一体に形成する。
【００４６】
このように発光ダイオード12のワイヤ45を発光ダイオード12の取付面18から基材15の外部に引き出して配線することにより、発光ダイオード12の表面から発光した光に対するワイヤ45の影響を低減でき、光取出効率を向上できる。
【００４７】
次に、図７および図８に第４の実施の形態を示す。基材15の収容部17を各発光ダイオード12毎に個別に形成する。各収容部17は、正方形の取付面18の４辺から傾斜面19が表面16側に拡開して形成され、これら取付面18および４面の傾斜面19によって反射面17aが形成されている。
【００４８】
このように基材15の収容部17つまり反射面17aを発光ダイオード12毎に個別に形成することにより、発光ダイオード12が発光した光の反射効率を向上させ、光取出効率を向上できる。
【００４９】
次に、図９に第５の実施の形態を示す。基材15の表面の中央全域に１つの収容部17が形成され、この収容部17の取付面18に複数の発光ダイオード12が配列されている。
【００５０】
収容部17内を含む基材15の表面16側の全域には、例えばアルミニウムなどの反射率の高い金属が蒸着、またはその金属で被覆されて、反射面17aが構成されているとともに、プラス側の電極部22に接続された電極パターン49とマイナス側の電極部22に接続された電極パターン50とが形成されている。
【００５１】
プラス側の電極部22とマイナス側の電極部22との間であって、プラス側の電極部22に近い位置には、プラス側の電極パターン49とマイナス側の電極パターン50とを電気的に分断するスリット51が形成されている。
【００５２】
各発光ダイオード12はマイナス側の電極パターン50上に絶縁状態で実装され、複数の発光ダイオード12がボンディングワイヤ52によって直列に接続されているとともに、両端の各発光ダイオード12がボンディングワイヤ52によって各電極パターン49，50に接続されている。
【００５３】
このように、反射面17aを兼ねる電極パターン49，50によって発光ダイオード12が発光した光の取出効率を向上でき、しかも、反射面17aを兼ねたうえで、電極パターン49，50として確実に機能させることができる。
【００５４】
高圧側であるプラス側の電極パターン49を小さく、低圧側であるマイナス側の電極パターン50を大きくすることにより、発光ダイオード12などに対する電気的な影響を低減できる。
【００５５】
なお、光透過部材29は、板体に限らず、各発光ダイオード12毎に制光するレンズを形成したレンズ体でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す発光装置の断面図である。
【図２】同上発光装置の光透過部材を外した状態の正面図である。
【図３】同上発光装置の発光ダイオードの配線回路を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す発光装置の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す発光装置の断面図である。
【図６】同上発光装置の光透過部材を外した状態の正面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す発光装置の断面図である。
【図８】同上発光装置の光透過部材を外した状態の正面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態を示す発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
11    発光装置
12    発光素子としての発光ダイオード
15    基材
17a   反射面
29    光透過部材
30    封着材
31    密閉空間
32    蛍光体層
33    紫外線吸収層
34    不活性ガス
49，50    電極パターン
52    ボンディングワイヤ
【図１】
2005086051.tif 000003
【図２】
2005086051.tif 000004
【図３】
2005086051.tif 000005
【図４】
2005086051.tif 000006
【図５】
2005086051.tif 000007
【図６】
2005086051.tif 000008
【図７】
2005086051.tif 000009
【図８】
2005086051.tif 000010
【図９】
2005086051.tif 000011