(57)【要約】【課題】発光効率の高い発光装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る発光装置は、基板と；前記基板の一方の面に設けられた複数の発光素子と；前記基板の前記複数の発光素子が設けられた面に設けられ、前記複数の発光素子を囲む枠部と；前記枠部の内側に設けられ、蛍光体を含み、前記複数の発光素子を覆う封止部と；前記封止部の上に、前記枠部から前記発光素子の光出射方向に突出するように前記封止部と一体に設けられたドーム部と；を具備している。【選択図】図１
2017059754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板の一方の面に設けられた複数の発光素子と；
前記基板の前記複数の発光素子が設けられた面に設けられ、前記複数の発光素子を囲む枠部と；
前記枠部の内側に設けられ、蛍光体を含み、前記複数の発光素子を覆う封止部と；
前記封止部の上に、前記枠部から前記発光素子の光出射方向に突出するように前記封止部と一体に設けられたドーム部と；
を具備した発光装置。
【請求項２】
前記封止部は、透明樹脂をさらに含み、前記蛍光体の濃度が高い層を前記基板側に有し、
前記蛍光体の濃度が高い層は、前記複数の発光素子を覆っている請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記ドーム部は前記封止部の透明樹脂と同じ材料の透明樹脂を含み、前記封止部は、前記蛍光体の濃度が低い層を前記発光素子の光照射方向の側に有し、前記蛍光体の濃度が低い層と前記ドーム部と、の間には、界面がない請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記基板の前記複数の発光素子が設けられた面から、前記ドーム部の頂部までの寸法をＨ、前記ドーム部の照射面の曲率半径をＲとした場合に、以下の式を満足する請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
１／６≦（Ｈ／Ｒ）＜１/２
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の発光チップを備えた発光装置がある。この発光装置は、複数の発光チップを蛍光体を含む透明樹脂で封止したものである。この発光装置は、光束発散度、すなわち単位面積当たりの光束は高い。しかし、さらに光取り出し効率を高め、発光効率を改善することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０８２２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、発光効率の高い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】
【０００５】
実施形態に係る発光装置は、基板と；前記基板の一方の面に設けられた複数の発光素子と；前記基板の前記複数の発光素子が設けられた面に設けられ、前記複数の発光素子を囲む枠部と；前記枠部の内側に設けられ、蛍光体を含み、前記複数の発光素子を覆う封止部と；前記封止部の上に、前記枠部から前記発光素子の光出射方向に突出するように前記封止部と一体に設けられたドーム部と；を具備している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、発光効率の高い発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施の形態に係る発光装置１を例示するための模式断面図である。
【図２】曲率半径Ｒに対する寸法Ｈの比（Ｈ／Ｒ）の効果を例示するためのグラフ図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、ドーム部５０の周縁部５０ｂの位置について例示をするための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施形態に係る発明は、基板と；前記基板の一方の面に設けられた複数の発光素子と；前記基板の前記複数の発光素子が設けられた面に設けられ、前記複数の発光素子を囲む枠部と；前記枠部の内側に設けられ、蛍光体を含み、前記複数の発光素子を覆う封止部と；前記封止部の上に、前記枠部から前記発光素子の光出射方向に突出するように前記封止部と一体に設けられたドーム部と；を具備した発光装置である。  
この発光装置によれば、発光効率の高い発光装置とすることができる。
【０００９】
また、前記封止部は、透明樹脂をさらに含み、前記蛍光体の濃度が高い層を前記基板側に有し、前記蛍光体の濃度が高い層は、前記複数の発光素子を覆っているようにすることができる。  
蛍光体が励起された際には熱が発生する。そのため、蛍光体は発熱源となる。発熱源となる蛍光体の濃度が高い層を基板側に設ければ、蛍光体において発生した熱を基板に効率よく伝えることができる。またさらに、蛍光体は無機材料からなるためフィラーとしても機能する。そのため、発熱源となる発光素子を覆うように蛍光体の濃度が高い層が設けられていれば、発光素子において発生した熱を基板に効率よく伝えることができる。その結果、発光装置の放熱性を向上させることができる。
【００１０】
また、前記ドーム部は前記封止部の透明樹脂と同じ材料の透明樹脂を含み、前記封止部は、前記蛍光体の濃度が低い層を前記発光素子の光照射方向の側に有し、前記蛍光体の濃度が低い層と前記ドーム部と、の間には、界面がないものとすることができる。  
この様にすれば、封止部の上層は、ドーム部の材料とほぼ同じ材料の層になるため、封止部とドーム部の間に界面が形成されるのを抑制することができる。封止部とドーム部の間に界面がなければ、封止部とドーム部の間において発光素子から照射された光が乱反射することがない。そのため、光損失が生じるのを抑制することができる。また、界面がなければ、温度上昇と冷却にともない封止部とドーム部の間において熱応力が発生したとしても、はがれが生じるのを抑制することができる。
【００１１】
また、前記基板の前記複数の発光素子が設けられた面から、前記ドーム部の頂部までの寸法をＨ、前記ドーム部の照射面の曲率半径をＲとした場合に、以下の式を満足するようにすることができる。
１／６≦（Ｈ／Ｒ）＜１/２  
この様にすれば、発光装置から照射された光を有効活用することができるとともに、必要となる配光特性をえることができる。
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１は、本実施の形態に係る発光装置１を例示するための模式断面図である。  
図１に示すように、発光装置１には、基板１０、発光素子２０、枠部３０、封止部４０、およびドーム部５０が設けられている。
【００１３】
基板１０は、基体１１および配線パターン１２を有する。基体１１は、板状を呈している。基体１１は、熱伝導率の高い材料を用いて形成するのが好ましい。熱伝導率の高い材料は、例えば、セラミックス（例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなど）などの無機材料や、金属板の表面を絶縁性材料で被覆したものなどとすることができる。なお、金属板の表面を絶縁性材料で被覆する場合には、絶縁性材料は、有機材料からなるものであってもよいし、無機材料からなるものであってもよい。
【００１４】
配線パターン１２は、実装パッド１２ａ、配線部１２ｂ、および入力端子１２ｃを有する。実装パッド１２ａは、基体１１の一方の面に設けられている。実装パッド１２ａは、枠部３０の内側に設けられている。実装パッド１２ａは、１つの発光素子２０に対して１つ設けられている。配線部１２ｂは、基体１１の、実装パッド１２ａが設けられる面に設けられている。配線部１２ｂの一方の端部は、枠部３０の内側に設けられている。配線部１２ｂの一方の端部は、実装パッド１２ａと電気的に接続されている。配線部１２ｂの他方の端部は、枠部３０の外側に設けられている。配線部１２ｂの他方の端部は、入力端子１２ｃと電気的に接続されている。
【００１５】
入力端子１２ｃは、基体１１の、実装パッド１２ａが設けられる面に設けられている。入力端子１２ｃは、枠部３０の外側に設けられている。
【００１６】
入力端子１２ｃには、発光装置１の外部に設けられた図示しない電源や制御装置などが電気的に接続される。そのため、複数の発光素子２０と、図示しない電源や制御装置などとが入力端子１２ｃを介して電気的に接続される。
【００１７】
配線パターン１２の材料は、導電性材料であれば特に限定はない。配線パターン１２の材料は、例えば、銀、銅、金、タングステンなどの金属とすることができる。基体１１の材料をセラミックスとする場合には、基板１０は、例えば、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）法を用いて形成することができる。例えば、基板１０は、基体１１と配線パターン１２を９００℃以下の温度で同時に焼成することで形成することができる。
【００１８】
また、基板１０の、発光素子２０が設けられる側とは反対側の面に、図示しないヒートスプレッタを設けることもできる。図示しないヒートスプレッタは、熱伝導性グリースや半田などを介して基板１０と接続することができる。図示しないヒートスプレッタを設けるようにすれば、発光素子２０において発生した熱の伝導や分散を図ることができる。そのため、発光素子２０に印加する電力を増加させることができるようになるので、発光装置１から照射される光の光量を増加させることができる。また、熱伝導経路を確保することが容易となるので、封止部４０の温度、ひいては発光素子２０の温度が上昇するのを抑制することができる。
【００１９】
発光素子２０は、例えば、発光ダイオード、レーザダイオードなどとすることができる。発光素子２０は、ＣＯＢ（Chip on Board）方式を用いて、実装パッド１２ａの上に実装されている。発光素子２０は、上下電極型の発光素子や、フリップチップ型の発光素子などとすることができる。
【００２０】
ここで、上下電極型の発光素子においては、光を発生させる発光層は、発光素子の内部において基板１０側とは反対側（上側）に設けられる。これに対して、フリップチップ型の発光素子においては、光を発生させる発光層は、発光素子の内部において基板１０側（下側）に設けられる。そして、発光素子２０に設けられた発光層は、発熱源となる。そのため、発熱源となる発光層が基板１０により近いところに設けられたフリップチップ型の発光素子とすれば、放熱性を向上させることができる。なお、図１に例示をした発光素子２０は、フリップチップ型の発光素子である。
【００２１】
発光素子２０が上下電極型の発光素子である場合には、発光素子２０の基板１０側の電極（下側電極）は、鉛フリー半田（ＳＡＣ：ＳｎＡｇＣｕなど）や金錫（ＡｕＳｎ）合金ペーストなどの導電性の接合材を介して、実装パッド１２ａと電気的に接続される。発光素子２０の基板１０側とは反対側の電極（上側電極）は、図示しない配線を介して、実装パッド１２ａと電気的に接続される。図示しない配線は、例えば、ワイヤーボンディング法を用いて接続することができる。
【００２２】
発光素子２０がフリップチップ型の発光素子である場合には、発光素子２０の電極は、鉛フリー半田や金錫合金ペーストなどの導電性の接合材を介して、実装パッド１２ａと電気的に接続される。
【００２３】
発光素子２０の数、配置、間隔、大きさなどは、例示をしたものに限定されるわけではなく、発光装置１の用途などに応じて適宜変更することができる。この場合、発光面積をＡ、複数の発光素子２０の上面（発光面）の総面積をＢとした場合に、Ｂ／Ａが０．１７未満となるようにすることが好ましい。なお、発光面積Ａは、平面視における枠部３０の内側の面積、あるいは、複数の発光素子２０が設けられた領域の面積とすることができる。Ｂ／Ａが０．１７未満となるようにすれば、発光素子２０から照射された光が他の発光素子２０に入射することで生じる光損失を抑制することができる。そのため、発光装置１の発光効率を向上させることができる。
【００２４】
枠部３０は、枠状を呈している。枠部３０は、基板１０の発光素子２０が設けられる面に設けられている。枠部３０は、複数の発光素子２０を囲むように設けられている。枠部３０は、例えば、ＰＢＴ（polybutylene terephthalate）やＰＣ（polycarbonate）などの樹脂や、セラミックスなどから形成することができる。
【００２５】
また、枠部３０の材料を樹脂とする場合には、酸化チタンなどからなる粒子を混合して、発光素子２０から照射された光に対する反射率を向上させることができる。なお、酸化チタンの粒子に限定されるわけではなく、発光素子２０から照射された光に対する反射率が高い材料からなる粒子を混合させるようにすればよい。また、枠部３０は、例えば、白色の樹脂から形成することもできる。すなわち、枠部３０は、封止部４０が形成される領域を規定する機能とリフレクタの機能を併せ持つものとすることができる。なお、枠部３０の形状は、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００２６】
封止部４０は、枠部３０の内側に設けられている。封止部４０の高さは、枠部３０の高さよりも低くなっている。そのため、後述する樹脂の供給を行う際に、樹脂が枠部３０の外側に溢れ出るのを抑制することができる。封止部４０は、複数の発光素子２０を覆うように設けられている。封止部４０の高さ寸法は、例えば、発光素子２０の厚み寸法の２倍〜５倍程度とすることができる。なお、発光素子２０の厚み寸法は、０．１ｍｍ程度とすることができる。
【００２７】
封止部４０は、透光性を有する材料から形成されている。封止部４０は、例えば、シリコーン系樹脂などの透明樹脂から形成することができる。この場合、封止部４０は、メチルシリコーン樹脂から形成することが好ましい。メチルシリコーン樹脂は、耐熱性と柔軟性を有しているからである。この場合、メチルシリコーン樹脂の硬度は、ショアＡ２０〜Ａ４０程度とすることが好ましい。封止部４０と後述するドーム部５０がメチルシリコーン樹脂から形成されていれば、耐熱性の向上と発生する熱応力の緩和を図ることができる。
【００２８】
また、封止部４０は、蛍光体を含むものとすることができる。例えば、封止部４０は、黄色の蛍光を放射する蛍光体（例えば、ＹＡＧ系蛍光体）を含むものとすることができる。この場合、発光素子２０が青色発光ダイオードであるとすると、発光素子２０から照射された青色の光により蛍光体が励起され、蛍光体から黄色の蛍光が放射される。そして、青色の光と黄色の光が混ざり合うことで、白色の光が発光装置１から照射される。この場合、蛍光体の量を調整することで照射される光の色を変えることができる。例えば、黄色の蛍光を放射する蛍光体の量を多くすれば、黄色みがかった白色の光が照射されるようにすることができる。なお、蛍光体の種類や発光素子２０の種類は、例示をしたものに限定されるわけではない。蛍光体の種類や発光素子２０の種類は、発光装置１の用途などに応じて所望の発光色が得られるように適宜変更することができる。
【００２９】
また、複数の発光素子２０毎に蛍光体を含む樹脂を塗布して封止部４０を形成することもできる。この場合、蛍光体の種類を適宜選択することで、異なる色の光を照射する発光素子が設けられるようにしてもよい。例えば、赤色の光を照射する発光素子、緑色の光を照射する発光素子、青色の光を照射する発光素子などが設けられるようにしてもよい。
【００３０】
また、封止部４０は、蛍光体の濃度が高い層４０ａを基板１０側に有するものとすることができる。蛍光体の濃度が高い層４０ａは、複数の発光素子２０を覆うようにすることができる。蛍光体が励起された際には熱が発生する。そのため、蛍光体は発熱源となる。発熱源となる蛍光体の濃度が高い層４０ａを基板１０側に設ければ、蛍光体において発生した熱を基板１０に効率よく伝えることができる。またさらに、蛍光体は無機材料からなるためフィラーとしても機能する。そのため、発熱源となる発光素子２０を覆うように蛍光体の濃度が高い層４０ａが設けられていれば、発光素子２０において発生した熱を基板１０に効率よく伝えることができる。その結果、発光装置１の放熱性を向上させることができる。
【００３１】
また、封止部４０において、蛍光体の濃度が高い層４０ａの上方は、蛍光体の濃度が低い領域とすることができる。すなわち、封止部４０の上層は、ドーム部５０の材料とほぼ同じ材料の層になっているため、封止部４０とドーム部５０の間に界面が形成されるのを抑制することができる。
【００３２】
封止部４０は、例えば、枠部３０の内側に蛍光体が混合された樹脂を供給することで形成することができる。この供給は、例えば、ディスペンサなどの液体定量吐出装置を用いて行うことができる。
【００３３】
蛍光体の濃度が高い層４０ａは、蛍光体を沈降させることで形成することができる。この場合、供給する樹脂の粘度を調整すれば、蛍光体の沈降速度を制御することができる。そのため、実験やシミュレーションを行うことで、適切な蛍光体の濃度が高い層４０ａが形成される粘度を求めることが好ましい。
【００３４】
ドーム部５０は、例えば、発光素子２０から照射された光の集光、所定の配光パターンの形成、拡散、導光、反射などの少なくともいずれかを行うものとすることができる。
なお、図１に例示をしたドーム部５０は、枠部３０から発光素子２０の光出射方向に突出した形状であり、主に、発光素子２０から照射された光の集光を行う。
【００３５】
ドーム部５０は、封止部４０の上に設けられている。ドーム部５０は、封止部４０と一体に設けられている。ドーム部５０と封止部４０の間には、界面がない。図１に例示をしたものの場合には、ドーム部５０の、発光装置１の中心軸１ａと直交する方向における外形寸法Ｗ１は、枠部３０の内側の寸法Ｗ２よりも長くなっている。すなわち、ドーム部５０の周縁部５０ｂは、枠部３０の上に設けられている。
【００３６】
ドーム部５０は、透明樹脂から形成することができる。ドーム部５０の材料の屈折率が、封止部４０の材料の屈折率と異なると、発光素子２０から照射された光が反射されやすくなる。そのため、ドーム部５０の材料は、封止部４０の材料と同じとすることができる。例えば、封止部４０がシリコーン系樹脂から形成される場合には、ドーム部５０もシリコーン系樹脂から形成するようにする。
【００３７】
ここで、単に、ドーム部５０の材料と封止部４０の材料を同じにするだけでは、ドーム部５０と封止部４０の間に界面が形成される場合がある。例えば、封止部４０を形成する際に加熱処理などを行うと封止部４０の表面が変質するおそれがある。表面が変質している封止部４０の上に樹脂を供給してドーム部５０を形成すると、ドーム部５０と封止部４０の間に界面が形成されることになる。なお、封止部４０の形成と、ドーム部５０の形成に関する詳細は後述する。
【００３８】
ここで、基板１０の、発光素子２０が設けられる側の面から、ドーム部５０の頂部までの寸法Ｈを長くすると、発光装置１の側方に照射される光の量を増加させることができる。一方、寸法Ｈを長くすると、発光装置１の正面に照射される光の量は減少する。すなわち、寸法Ｈを長くすると、配光を拡げることができるが、中心光度は減少することになる。
【００３９】
ここで、発光装置１をリフレクタなどの器具に取り付けた際には、発光装置１の側方に照射される光は有効に使えないものとなる。前述したように、基板１０の、発光素子２０が設けられる側の面から、ドーム部５０の頂部までの寸法Ｈを長くすると、発光装置１の側方に照射される光の量が増加し、発光装置１の正面に照射される光の量は減少する。一方、寸法Ｈを短くしすぎると、必要な配光特性が得られなくなるおそれがある。
【００４０】
発明者らの得た知見によれば、ドーム部５０の照射面５０ａの曲率半径をＲとした場合に、「１／６≦（Ｈ／Ｒ）＜１/２」となるようにすることが好ましい。  
図２は、曲率半径Ｒに対する寸法Ｈの比（Ｈ／Ｒ）の効果を例示するためのグラフ図である。  
図２から分かるように、Ｈ／Ｒが１／６未満では、光取出しがあまり向上しないため、ドーム部５０を形成する必要性がない。また、Ｈ／Ｒが１／２以上では、図２のように、光が広がりすぎてしまい、リフレクタなどの器具との組み合わせにおいて、ロスが発生してしまう。また、光がドーム部５０内を通過する距離が大きくなるので、光束が減少する。つまり、光源としての効率低下を招いてしまう。そのため、Ｈ／Ｒを上記の様にすれば、発光装置１から照射された光を有効活用することができるとともに、必要となる配光特性をえることができる。
【００４１】
なお、寸法Ｈは、ドーム部５０を形成する際の樹脂の粘度と量を調整することで制御することができる。この場合、ドーム部５０を形成する際の樹脂の粘度と量は、予め実験やシミュレーションを行うことで決定することができる。
【００４２】
図３（ａ）、（ｂ）は、ドーム部５０の周縁部５０ｂの位置について例示をするための模式断面図である。  
図３（ａ）に示すように、ドーム部５０の周縁部５０ｂは、枠部３０の内側に位置するようにすることができる。この様にすれば、ドーム部５０の照射面５０ａの表面積を小さくすることができる。すなわち、点光源化を図ることができる。
【００４３】
ここで、ドーム部５０の周縁部５０ｂを枠部３０の上に設けると、ドーム部５０を形成する際に供給された樹脂の表面張力により、周縁部５０ｂがなだらかな形状とならなくなる。周縁部５０ｂがなだらかな形状となっていなければ、周縁部５０ｂに入射した光が反射されやすくなる。周縁部５０ｂにおいて入射した光が反射されると、意図しない方向に光が照射されるおそれがある。
【００４４】
この場合、図３（ｂ）に示すように、枠部３０の幅寸法Ｗ３を長くすれば、周縁部５０ｂの位置を枠部３０の内壁３０ａから離すことができる。周縁部５０ｂの位置を枠部３０の内壁３０ａから離すことができれば、周縁部５０ｂに入射する光を少なくすることができる。発明者らの得た知見によれば、枠部３０の幅寸法Ｗ３を２ｍｍ以上とすれば、意図しない方向に光が照射されるのを抑制することができる。
【００４５】
次に、発光装置１の製造方法について例示をする。  
まず、配線パターン１２を有する基板１０に複数の発光素子２０を実装する。なお、発光素子２０の実装には、既知の技術を適用することができるので詳細な説明は省略する。次に、複数の発光素子２０を囲むように枠部３０を設ける。この場合、基板１０に枠状の枠部３０を接着するようにしてもよいし、基板１０に樹脂を枠状に塗布しこれを硬化させるようにしてもよい。
【００４６】
次に、枠部３０の内側に蛍光体が混合された樹脂を供給して封止部４０を形成する。この際、供給した樹脂に加熱処理などを施して硬化させると、樹脂の表面が変質するおそれがある。樹脂の表面が変質すると、ドーム部５０と封止部４０の間に界面が形成されやすくなる。そのため、本実施の形態においては、供給した樹脂に加熱処理などを施さないようにしている。
【００４７】
樹脂の供給は、例えば、ディスペンサなどの液体定量吐出装置を用いて行うことができる。この際、供給する樹脂の粘度を調整して、適切な蛍光体の濃度が高い層４０ａが形成されるようにする。なお、供給する樹脂の粘度は、例えば、予め実験やシミュレーションを行うことで決定することができる。
【００４８】
次に、封止部４０が硬化する前に、封止部４０の上に樹脂を供給してドーム部５０を形成する。供給する樹脂は、封止部４０に含まれる樹脂と同じものとする。例えば、封止部４０がシリコーン系樹脂から形成される場合には、シリコーン系樹脂を供給するようにする。供給された樹脂は、表面張力によりドーム状となる。樹脂の供給は、例えば、ディスペンサなどの液体定量吐出装置を用いて行うことができる。この際、供給する樹脂の粘度と量を調整して、適切な形状、寸法Ｈ、および周縁部５０ｂの位置となるようにする。なお、供給する樹脂の粘度と量は、例えば、予め実験やシミュレーションを行うことで決定することができる。
【００４９】
次に、封止部４０とドーム部５０を硬化させる。例えば、封止部４０とドーム部５０に加熱処理を施すことで、封止部４０とドーム部５０を硬化させる。
【００５０】
次に、必要に応じて、基板１０の、発光素子２０が設けられる側とは反対側の面に、ヒートスプレッタを設ける。以上のようにして、発光装置１を製造することができる。
【００５１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  発光装置、１０  基板、１１  基体、１２  配線パターン、１２ａ  実装パッド、１２ｂ  配線部、１２ｃ  入力端子、２０  発光素子、３０  枠部、４０  封止部、４０ａ  蛍光体の濃度が高い層、５０  ドーム部、５０ａ  照射面
【図２】
2017059754.tif 000003
【図１】
2017059754.tif 000004
【図３】
2017059754.tif 000005