(57)【要約】【課題】  光散乱材での吸収損失を抑えて高輝度化を実現することのできる発光装置を提供することにある。【解決手段】  ＬＥＤ素子２の波長より小なる粒径の光散乱粒子５０をエポキシ樹脂５に混合してＬＥＤ素子２を封止しているので、ＬＥＤ素子２から放射される青色光の光散乱粒子５０による吸収損失が小になり、そのことによって輝度を向上させることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から放射される光を散乱させる光散乱体を有した発光装置において、
前記光散乱体は、前記発光素子から放射される前記光の波長より小なるサイズで形成された光散乱粒子を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
発光素子から放射される光を受けて励起されることにより励起光を放射する蛍光体と、前記光を散乱させる光散乱体とを有した発光装置において、
前記光散乱体は、前記発光素子から放射される前記光の波長より小なるサイズで形成された光散乱粒子を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
発光素子から放射される青色光を受けて励起されることにより黄色の励起光を放射する蛍光体と、前記青色光を散乱させる光散乱体とを有し、前記青色光と前記励起光との混合に基づいて白色光を生じる発光装置において、
前記光散乱体は、前記発光素子から放射される前記青色光の波長より小なるサイズで形成された光散乱粒子を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項４】
前記光散乱体は、前記光散乱粒子を含んで前記発光素子を封止する光透過性の封止樹脂であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記光散乱体は、前記光散乱粒子および蛍光体を含んで前記発光素子の周囲に薄膜状に設けられる光透過性の封止樹脂であることを特徴とする請求項２又は３記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に関し、特に、光散乱材での吸収による光ロスを抑えて高輝度化を実現することのできる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光装置として、光源となるＬＥＤ（Light-Emitting Diode：発光ダイオード）素子をエポキシ樹脂等の光透過性を有する封止材料で砲弾形状等の光学形状を有するように封止したものがある。このような発光装置において、封止材料からの光取出し性を高めるために光散乱材を封止材料に混ぜたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載される発光装置は、エポキシ樹脂等の透明樹脂で円柱状に形成された封止部の周囲に、光散乱材としてシリカやダイヤモンドの微粒子を混入した透明樹脂で砲弾型に形成された樹脂レンズを設けており、ＬＥＤチップから発光された光は封止部の透明樹脂の中を減衰することなく伝播し、光散乱材の入った樹脂レンズに入る。
【０００４】
特許文献１に記載された発光装置によると、樹脂レンズに混入された光散乱材がＬＥＤチップから発光された光を拡散させて指向角を広げることにより、光度の低下を抑制し、高光度の光を広く視認させることができる。
【特許文献１】特開２００３−６９０８１号公報（［００１６］〜［００１７］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の発光装置によると、ＬＥＤ素子から放射された光が光散乱材に入射すると散乱されるとともに一部が吸収され、吸収分は熱エネルギーに変換されて損失分となる。この光の吸収損失は光の波長と光散乱材の粒径の差に依存し、特に、光散乱材の粒径の差が光の波長に対して大になるにつれて光の吸収損失も大になる。
【０００６】
ＬＥＤ素子の場合、発光波長はナノオーダーであるのに対し、光散乱材の粒径がミクロンオーダーであるため、光散乱材に光が当たることにより光の吸収損失が生じ、輝度の低下が生じるという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、光散乱材での吸収損失を抑えて高輝度化を実現することのできる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、発光素子から放射される光を散乱させる光散乱体を有した発光装置において、前記光散乱体は、前記発光素子から放射される前記光の波長より小なるサイズで形成された光散乱粒子を含むことを特徴とする発光装置を提供する。
【０００９】
また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、発光素子から放射される光を受けて励起されることにより励起光を放射する蛍光体と、前記光を散乱させる光散乱体とを有した発光装置において、前記光散乱体は、前記発光素子から放射される前記光の波長より小なるサイズで形成された光散乱粒子を含むことを特徴とする発光装置を提供する。
【００１０】
また、第３の発明は、上記の目的を達成するため、発光素子から放射される青色光を受けて励起されることにより黄色の励起光を放射する蛍光体と、前記青色光を散乱させる光散乱体とを有し、前記青色光と前記励起光との混合に基づいて白色光を生じる発光装置において、前記光散乱体は、前記発光素子から放射される前記青色光の波長より小なるサイズで形成された光散乱粒子を含むことを特徴とする発光装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光散乱材における吸収損失の原因となる光の波長より小なるサイズの光散乱粒子を用いて光を散乱させるので、吸収損失を小にでき、そのことによって熱エネルギーとして損失していた分の光を取り出すことが可能となって高輝度化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
（発光装置１０の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置であり、（ａ）は発光装置の正面図、（ｂ）はセグメントを構成するＬＥＤランプの縦断面図である。この発光装置１０は、図１（ａ）に示すように黒色に塗装された金属材料からなる本体部１１と、本体部１１の正面に設けられるＬＥＤランプ１Ｒ（赤色），１Ｇ（緑色），および１Ｂ（青色）によってフルカラーを出力可能に構成されるセグメント１と、セグメント１間に設けられるルーバー１２とを有し、セグメント１は複数のセグメント１を横方向および縦方向に集積して形成されている。
【００１３】
（ＬＥＤランプ１Ｂの構成）
図１（ｂ）は、ＬＥＤランプ１Ｂの縦断面図である。セグメント１を構成するＬＥＤランプ１Ｒ，１Ｇ，および１Ｂは同一の構成を有しており、以下の説明ではＬＥＤランプ１Ｂ（青色）について説明する。このＬＥＤランプ１Ｂは、ＧａＮ系半導体化合物によって形成されて青色光（発光波長約４６０ｎｍ）を放射するフェイスアップ型のＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２をカップ部３０の底部３１に固定されるとともにワイヤ４によって電気的に接続される銅合金からなるリード部３Ａと、ＬＥＤ素子２の電極（図示せず）とワイヤ４を介して電気的に接続される銅合金からなるリード部３Ｂと、ＬＥＤ素子２から放射される光を散乱させる光散乱粒子５０を含み、リード部３Ａのカップ部３０を封止するエポキシ樹脂５と、リード部３Ａ，３Ｂ、およびワイヤ４を一体的に封止するとともに半球状の光学形状面６Ａを形成されたエポキシ樹脂等の封止樹脂６とを有する。
【００１４】
ＬＥＤ素子２は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板上にＡｌＮバッファ層を設け、その上にｎ−ＧａＮ層、発光層、ｐ−ＧａＮ層を結晶成長させた後、ｐ−ＧａＮ層、発光層、およびｎ−ＧａＮ層の一部をエッチングして除去することによって表出したｎ−ＧａＮ層にｎ電極を設けている。また、ｐ−ＧａＮ層上にはＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明電極、およびパッド電極が設けられる。
【００１５】
リード部３Ａ、３Ｂは、加工性および放熱性に優れる銅合金をプレス加工することによって形成されており、リード部３Ａのカップ部３０は、プレス加工時に傾斜した底部３１および側壁部３２を有するように圧痕形成される。
【００１６】
エポキシ樹脂５は、ＬＥＤ素子２から放射される青色光の波長と同等あるいは小なる粒径の光散乱粒子５０を含有している。この光散乱粒子５０はシリカによって形成されており、カップ部３０に充填されてＬＥＤ素子２を封止している。なお、光散乱粒子５０は超微粒子材料であるが、説明を容易にするために拡大して図示している。
【００１７】
（ＬＥＤランプ１Ｂの製造方法）
まず、銅合金をプレス加工することによりリード部３Ａ、３Ｂを形成されたリードフレームを用意し、リード部３Ａのカップ部３０内にＬＥＤ素子２を搭載する。ＬＥＤ素子２はカップ部３０の底部３１に絶縁性接着剤等によって接着固定される。
【００１８】
次に、ＬＥＤ素子２のパッド電極とリード部３Ｂ、ｎ電極とリード部３Ａとをそれぞれワイヤ４で電気的に接続する。次に、別工程で予め形成しておいた光散乱粒子５０を含むエポキシ樹脂５をカップ部３０にポッティング注入して熱処理を行うことによりＬＥＤ素子２を封止する。
【００１９】
次に、ＬＥＤ素子２を封止されたリード部３Ａとリード部３Ｂを光学形状面６Ａに応じた形状を有する型に挿入し、型内にエポキシ樹脂を注入する。
【００２０】
次に、エポキシ樹脂を硬化させるための熱処理を行って封止樹脂６を熱硬化させた後、型から分離してリードフレームからリード部３Ａ，３Ｂを切断する。
【００２１】
（ＬＥＤランプ１Ｂの動作）
リード部３Ａ，３Ｂに図示しない電源部に接続して電圧を印加すると、ＬＥＤ素子２の発光層においてホール及びエレクトロンのキャリア再結合が発生して面状に発光する。発光に基づく青色光は透明電極を介してＬＥＤ素子２の外部へ放射される。
【００２２】
ＬＥＤ素子２からエポキシ樹脂５に入射した青色光の一部は光散乱粒子５０に入射し、光散乱粒子５０中を透過する際に進行方向が変化することに基づいて散乱を生じる。ここで、光散乱粒子５０が青色光の波長よりも小なる粒径で形成されていることにより、青色光はレイリー散乱に基づいて吸収の発生が抑えられた状態で散乱される。
【００２３】
エポキシ樹脂５から直接、あるいはカップ部３０の側壁部３２で反射されることにより封止樹脂６に入射した青色光は、光学形状面６Ａから所定の方向に外部放射される。
【００２４】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によると、ＬＥＤ素子２の波長より小なる粒径の光散乱粒子５０をエポキシ樹脂５に混合してＬＥＤ素子２を封止しているので、ＬＥＤ素子２から放射される青色光の光散乱粒子５０による吸収損失が小になり、そのことによって輝度を向上させることができる。本実施の形態で説明した発光装置１０に上記したＬＥＤランプ１Ｂを用いることにより、約１０％の輝度の向上を実現できる。
【００２５】
なお、上記した第１の実施の形態では、青色光を放射するＬＥＤ素子２を有したＬＥＤランプ１Ｂについて説明したが、緑色光（発光波長５２０〜５３０ｎｍ）を放射するＬＥＤ素子２を有したＬＥＤランプ１Ｇ、あるいは赤色光（発光波長６３０ｎｍ）を放射するＬＥＤ素子２を有したＬＥＤランプ１Ｒについて、同様に波長より小なる粒径の光散乱粒子５０をエポキシ樹脂５に混合してＬＥＤ素子２を封止しても同様の効果が得られる。
【００２６】
また、上記した第１の実施の形態では、光散乱粒子５０にシリカを用いた構成を説明したが、シリカ以外の他の超微粒子材料を用いることも可能である。このような材料として、例えば、板状アルミナ、繊維状アルミナ、ジルコニア、スピネル、タルク、ムライト、コージェライト、炭化ケイ素等のセラミックス材料がある。
【００２７】
また、ＬＥＤ素子２についても、上記したフェイスアップ型に限定されず、フリップチップ型のＬＥＤ素子２を用いて基板側から青色光を放射させるようにしても良い。
【００２８】
（第２の実施の形態）
（ＬＥＤランプ１Ｂの構成）
図２は、第２の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。なお、以下の説明において第１の実施の形態と同一の構成を有する部分については共通する引用数字を付している。第２の実施の形態のＬＥＤランプ１Ｂは、第１の実施の形態で説明した封止樹脂６に光散乱粒子５０を混合してリード部３Ａ，３Ｂとともに一体的に封止した構成において第１の実施の形態と相違している。
【００２９】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて、封止樹脂６の全体で青色光の吸収損失を抑えながら効率良く光を散乱させることができ、発光むらを抑えて高輝度化を図ることができる。
【００３０】
（第３の実施の形態）
（ＬＥＤランプ１Ｂの構成）
図３は、第３の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。第３の実施の形態のＬＥＤランプ１Ｂは、第１の実施の形態で説明した封止樹脂６の外側に光散乱粒子５０を混合したエポキシ樹脂からなる薄膜状のキャップ部７を設けた構成において第１の実施の形態と相違している。
【００３１】
（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態によると、封止樹脂６の表面に薄膜状に光散乱粒子５０を配置することにより、ＬＥＤランプの製造工程を複雑化することなく光散乱性の良好なＬＥＤランプ１Ｂを容易に製造することができる。キャップ部７の製造は、例えば、光散乱粒子５０を含有したエポキシ樹脂の塗布、封止樹脂６への滴下により行うことができる。
【００３２】
なお、キャップ部７に光散乱粒子５０と蛍光体とを混合して波長変換型のＬＥＤランプ１Ｂとしても良い。
【００３３】
（第４の実施の形態）
（ＬＥＤランプ１Ｂの構成）
図４は、第４の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。第４の実施の形態のＬＥＤランプ１Ｂは、第１の実施の形態で説明したカップ部３０のエポキシ樹脂５に光散乱粒子５０および蛍光体５１を混合した波長変換型の白色ＬＥＤランプである構成において第１の実施の形態と相違している。
【００３４】
蛍光体５１は、青色光によって励起されて黄色光を放射する、例えば、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)を用いることができる。
【００３５】
（第４の実施の形態の効果）
第４の実施の形態によると、カップ部３０にポッティングされるエポキシ樹脂５に光散乱粒子５０と蛍光体５１とを混合することにより、蛍光体５１が光散乱粒子５０による散乱光によって効率良く励起されて高輝度の白色光を得ることができる。光散乱粒子５０は波長変換に基づいて長波長側に変換された白色光に対しては光吸収を生じにくいことから、少ない量の蛍光体５１であっても波長変換効率の向上に基づいて高輝度が得られる。
【００３６】
また、波長変換の効率アップを図れることから、蛍光体５１の量を低減でき、高輝度のＬＥＤランプ１Ｂを実現しながら製造コストを安価にできる。
【００３７】
なお、第４の実施の形態では、カップ部３０のエポキシ樹脂５に光散乱粒子５０と蛍光体５１とを混合した構成を説明したが、例えば、カップ部３０のエポキシ樹脂５に光散乱粒子５０を混合し、封止樹脂６に蛍光体５１を混合する構成の白色ＬＥＤランプとしても良い。
【００３８】
（第５の実施の形態）
（ＬＥＤランプ１Ｂの構成）
図５は、第５の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。このＬＥＤランプ１Ｂは、ＳＭＤ（Surface Mount Device）型のＬＥＤランプであり、タングステン（Ｗ）によってパターン形成された配線部３Ｃ、３Ｄを有するセラミック基板９と、セラミック基板９と一体的に成形される無機材料の焼結体からなる本体８０と、光放射方向に拡大された形状を有する側壁部８０Ａと、本体８０の底部に露出した配線部３Ｃ、３ＤにＡｕバンプ４０を介して電気的に接続されたＬＥＤ素子２と、光散乱粒子５０およびＹＡＧからなる蛍光体５１を含み、ＬＥＤ素子２を封止するシリコーン樹脂９０とを有する。
【００３９】
本体８０は、配線部３Ｃ、３Ｄに電気的に接続されたＬＥＤ素子２を光散乱粒子５０および蛍光体５１を含んだシリコーン樹脂９０で一体的に封止して形成されており、シリコーン樹脂９０は青色光と黄色光との混合に基づいて白色光を生じる波長変換部を構成している。
【００４０】
（第５の実施の形態の効果）
第５の実施の形態によると、ＳＭＤ型のＬＥＤランプ１Ｂであっても第１の実施の形態で説明した光散乱粒子５０を蛍光体５１とともにシリコーン樹脂９０に混合することによって、蛍光体５１が光散乱粒子５０による散乱光によって効率良く励起されて高輝度の白色光を得ることができる。
【００４１】
なお、配線部３Ｃ、３Ｄに電気的に接続されるＬＥＤ素子２については、フリップチップ接合に限定されず、フェイスアップ実装でワイヤを介してＬＥＤ素子２の電極と配線部３Ｃ、３Ｄとを接合するようにしても良い。
【００４２】
（第６の実施の形態）
（ＬＥＤランプ１Ｂの構成）
図６は、第６の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。第６の実施の形態のＬＥＤランプ１Ｂは、第５の実施の形態で説明したシリコーン樹脂９０の表面部分に層状に波長変換部５３を設けた構成において第５の実施の形態と相違している。
【００４３】
波長変換部５３は、光散乱粒子５０を蛍光体５１とをエポキシ樹脂で一体化して形成されている。この波長変換部５３は、本体８０へのシリコーン樹脂９０の充填後に予め別工程で所望の厚さを有するように形成されたシート状のものを表面部分に固定している。
【００４４】
なお、波長変換部５３は、上記したシート状以外の形態として、本体８０へのシリコーン樹脂９０の充填硬化後にシリコーン樹脂９０の表面に上記した光散乱粒子５０および蛍光体５１含む液状のエポキシ樹脂を滴下し、これを硬化させることによって形成するようにしても良い。
【００４５】
（第６の実施の形態の効果）
第６の実施の形態によると、波長変換部５３をシリコーン樹脂９０の表面に層状に形成したので、第５の実施の形態の好ましい効果に加えて、波長変換部５３を容易かつ薄く形成することができ、光散乱粒子５０によって良好に散乱された青色光に基づいて蛍光体５１の励起が促進されて波長変換効率に優れるＬＥＤランプ１Ｂが得られる。
【００４６】
（第７の実施の形態）
（ＬＥＤランプ１Ｂの構成）
図７は、第７の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。第７の実施の形態のＬＥＤランプ１Ｂは、ＬＥＤ素子２の表面に薄膜状に波長変換部５３を設けた構成において第５の実施の形態と相違している。
【００４７】
波長変換部５３は、光散乱粒子５０と蛍光体５１とをエポキシ樹脂中に混合し、このエポキシ樹脂をＬＥＤ素子２の表面に薄く塗布して熱硬化させることによって形成されている。
【００４８】
（第７の実施の形態の効果）
第７の実施の形態によると、波長変換部５３をＬＥＤ素子２の表面に薄膜状に形成したので、ＬＥＤ素子２の発光時に見かけ上の光源サイズを大にすることなく、かつ、光散乱粒子５０および蛍光体５１による波長変換性に優れた高輝度のＬＥＤランプ１Ｂが得られる。また、光散乱粒子５０および蛍光体５１の使用量を最小限に抑えることができるので、コストダウンに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置であり、（ａ）は発光装置の正面図、（ｂ）はセグメントを構成するＬＥＤランプの縦断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。
【図３】第３の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。
【図４】第４の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。
【図５】第５の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。
【図６】第６の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。
【図７】第７の実施の形態に係るＬＥＤランプの縦断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、セグメント  １Ｒ，１Ｇ，１Ｂ，ＬＥＤランプ  ２、ＬＥＤ素子
３Ａ，３Ｂ、リード部  ３Ｃ，３Ｄ、配線部  ４、ワイヤ
５、エポキシ樹脂  ６、封止樹脂  ６Ａ、光学形状面
７、キャップ部  ９、セラミック基板  １０、発光装置
１１、本体部  １２、ルーバー  ３０、カップ部  ３１、底部
３２、側壁部  ４０、Ａｕバンプ  ５０、光散乱粒子  ５１、蛍光体
５３、波長変換部  ８０、本体  ８０Ａ、側壁部  ９０、シリコーン樹脂
【図１】
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【図２】
2005332951.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005332951.tif 000007
【図６】
2005332951.tif 000008
【図７】
2005332951.tif 000009