(57)【要約】【課題】  本発明は、放熱性に優れて指向性を有する発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】  発光素子２が載置された基板３と、前記発光素子２を囲むように前記基板３上に設けられ、内周面が反射面７ａとなる反射枠体７と、前記発光素子２を囲むように前記基板３上に設けられた枠体８と、前記発光素子２からの光を波長変換する蛍光体９を含むとともに、前記枠体８の内側において前記発光素子２を封止する蛍光体層１０とを備えることを特徴とする発光装置１。【選択図】図４
2009099823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が載置された基板と、
前記発光素子を囲むように前記基板上に設けられ、内周面が反射面となる反射枠体と、
前記発光素子を囲むように前記基板上に設けられた枠体と、
前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体を含むとともに、前記枠体の内側において前記発光素子を封止する蛍光体層とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記枠体は、金属材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記基板の上面には導体層が配置されて、前記枠体は、導電性接着剤によって前記導体層に接着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記反射枠体の上面は、前記枠体よりも上方に位置するように構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記反射枠体の内周面は、上方に向かって開口幅が広がるように傾斜していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の周囲に蛍光体層を配した発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）素子等の発光素子が搭載された発光装置が、携帯電話機やデジタルカメラのフラッシュ、医療用の照明、および、自動車のヘッドライト等の光源として利用されている。
【０００３】
このような発光装置において白色発光を得る際には、発光素子の周囲に発光素子からの光を波長変換する蛍光体を配置して、発光素子の発光色と、蛍光体の発光色を混色することで白色発光を得る。上記した発光装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示されている発光装置は、凹部を有する基体と、前記凹部内に配置された青色光を発する発光素子と、発光素子を覆うように凹部内に形成された、屈折率が１．４〜１．６５の樹脂と、前記発光素子から発せられた青色光により励起されて黄色光ないし橙色光を発する黄色系蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂剤であって、凹部状の上面を有し、かつ該上面の最も低い位置における前記凹部の底面から高さが前記凹部に深さの６０〜８５％である蛍光体含有樹脂層と、を具備している。これにより、発光素子から発せられる青色光と、蛍光体から発せられる黄色系光との光路差を低減することができるので、角度色差が低減された発光装置が得られる。
【特許文献１】特開２００７−２０１４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような発光装置では、発光素子が発する光のエネルギを受けて、蛍光体が励起されて蛍光体の発光が起こる。このとき、蛍光体が励起されるエネルギ（Ｅ）は、蛍光体が発光するために必要なエネルギ（Ｅ）と同じである。
【０００６】
しかし、発光素子が連続して発光すると、蛍光体は発光素子からの光のエネルギに曝されつづけることになる。これにより、蛍光体は、発光素子からの光のエネルギを過剰に受け取って、蛍光体が発光するために必要なエネルギ（Ｅ）よりも、さらに高エネルギ（Ｅ＋ΔＥ）で励起をはじめる。そのため、蛍光体が励起されたエネルギ（Ｅ＋ΔＥ）から、蛍光体が発光するために必要なエネルギ（Ｅ）を差し引いたエネルギ（ΔＥ）が余ることとなり、この余ったエネルギ（ΔＥ）が、蛍光体の内部で熱となって蛍光体が自己発熱を起こす。蛍光体の自己発熱は、蛍光体の温度上昇をひきおこし、蛍光体の光変換効率が低下して発光装置の寿命が縮まってしまうという問題が生じる。
【０００７】
また、従来の発光装置においては、上記した問題とは別に以下のような問題もある。
【０００８】
上述したように、蛍光体は、発光素子からの光のエネルギを受けて励起されることによって発光が起こる。従来の発光装置において、蛍光体は、透光性部材の内部に点在しているので、蛍光体から発せられる光の一部は、反射枠体で反射されずに発光装置から出射する。そのため、発光装置から出射する光に一定の方向をもたせることができず、指向性が得られないという問題も生じる。
【０００９】
本発明は、放熱性に優れるとともに、高い指向性を有する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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の発光装置は、発光素子が載置される基板と、発光素子を囲むように基板上に設けられ、内周面が反射面となる反射枠体と、発光素子を囲むように基板上に設けられた枠体と、発光素子からの光を波長変換する蛍光体を含むとともに、枠体の内側において発光素子を封止する蛍光体層とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また本発明は、上記構成の発光装置において、枠体は、金属材料から構成されていることを特徴としている。
【００１２】
また本発明は、上記構成の発光装置において、基板の上面には導体層が配置されて、枠体は、導電性接着剤によって導体層に接着されることを特徴としている。
【００１３】
また本発明は、上記構成の発光装置において、反射枠体の内周面は、上方に向かって開口幅が広がるように傾斜していることを特徴としている。
【００１４】
また本発明は、上記構成の発光装置において、反射枠体の上面は、枠体よりも上方に位置するように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、発光装置に枠体が設けられて、枠体の内部に蛍光体を含有した蛍光体層が配される。そのため、発光素子からの光のエネルギを受けて蛍光体が自己発熱を起こしても、蛍光体の熱を枠体で吸熱させることができる。これにより、蛍光体の自己発熱により発生する蛍光体の温度上昇を防ぐことで、蛍光体の光変換効率の低下や、発光装置の寿命が縮まることを防ぐことができる。
【００１６】
また、発光素子からの光を受けて蛍光体が発光しても、枠体の内部に蛍光体を封止することで枠体の外側に蛍光体の発光領域が広がることを防ぐことができる。これにより、蛍光体の光も反射枠体で反射させて出射させることができるので、一定の方向に強い光量をもたせることができ、指向性をえることができる。
【００１７】
また本発明によると、枠体は、金属材料から構成されている。そのため、より効果的に、蛍光体から発せられる熱を吸熱することができる。
【００１８】
また本発明によると、基板の上面には導体層が配置されて、枠体は、導電性接着剤によって導体層に接着される。そのため、蛍光体から発せられる熱や、発光素子から発せられる熱を枠体と、導体層とで吸熱することができる。これにより、吸熱部材が増えることで、より効果的に熱を吸熱することができる。また、枠体が導電性接着剤によって、導体層に接着される。そのため、より容易に枠体が吸熱した熱を、導体層に伝熱することができる。
【００１９】
また本発明によると、反射枠体の上面は、枠体よりも上方に位置するように構成される。そのため、枠体より出光した光をより多く反射枠体の反射面で反射させることができるので、より効果的に指向性をえることができる。
【００２０】
また本発明によると、反射枠体の内周面は、上方に向かって開口幅が広がるように傾斜している。そのため、反射面の傾斜角度をかえることによって指向性を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態における発光装置の全体斜視図を示す。図２は、本実施形態における発光装置の上面から見た平面図を示す。図３は、本実施形態における発光装置の下面から見た平面図を示す。図４は、図１で示すＡＢ間を厚さ方向に切断した際における本実施形態の発光装置の断面図を示す。図５は、本実施形態における発光装置の枠体が配置される領域を拡大した断面図を示す。
【００２３】
本実施形態における発光装置１は、図１に示すように、発光素子２と、発光素子２を載置するための基板３と、基板３の両面に設けられて所定のパターンに形成された複数の配線層４ａ、４ｂと、発光装置１内の熱を吸熱する導体層５ａ、５ｂと、発光素子２と配線層４ａ、４ｂとを電気的に接続するためのボンディングワイヤ６ａ、６ｂと、発光素子２を囲むように基板３の上面上に設置されて内周面が反射面７ａとなる反射枠体７と、発光素子２を囲むように基板３の上面上に設置されて反射枠体７の開口の内部に配置される円筒状の枠体８と、枠体８の内側を封止する蛍光体９が含有された蛍光体層１０と、反射枠体７の内側に設けられて発光素子２を封止する透光性部材１１（図４参照）とを備える。
【００２４】
基板３は、酸化アルミニウム等の焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂を用いた絶縁体からなる。
【００２５】
基板３の両面には、配線層４ａ、４ｂ、および導体層５ａ、５ｂを、接着剤等により固定する。配線層４ａ、４ｂと、導体層５ａ、５ｂとは、ともにフォトリソグラフィ技術、および、エッチング技術を用いて金属箔の所定領域を除去することにより、所定のパターンに形成する。
【００２６】
図２に示すように、基板３の上面に設けられた配線層４ａを、枠体８の外周部と離間した位置に設ける。また、導体層５ａを、配線層４ａが設けられる領域を除いた基板３の上面の領域に設ける。配線層４ａの外周部には、配線層４ａの形状に沿って溝１２を形成し、この溝１２の内部は、レジスト等の絶縁材料１３で封止する。そのため、配線層４ａと、導体層５ａとは電気的に絶縁されている。
【００２７】
また図３に示すように、基板３の下面において導体層５ｂは、基板３の中央部に設けられるとともに、左右両端部において、それぞれ２方向に分岐している。基板３の下面において、一対の配線層４ｂが基板３の端部に平行に設けられている。配線層４ｂと、導体層５ｂとの間には、レジスト等の絶縁材料１３が設けられている。それによって、配線層４ｂと、導体層５ｂとの間は電気的に絶縁されている。
【００２８】
図４に示すように、基板３の上面に位置する配線層４ａと、基板の下面に位置する配線層４ｂとは、基板３に設けられたスルホール１５ａによって電気的に接続する。スルホール１５ａは、基板３にレーザー等を用いて孔をあけた後、孔の内部にめっきを行うことで形成する。また、基板３の上面に位置する導体層５ａと、基板３の下面に位置する導体層５ｂとは基板３に設けられたスルホール１５ｂによって電気的に接続されている。
【００２９】
発光素子２と配線層４ａとは、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属細線からなるボンディングワイヤ６ａ、６ｂを介して電気的に接続する。ボンディングワイヤ６は、半田付け等により発光素子２や配線層４ａと固定する。
【００３０】
これにより、発光装置１の下部に配する外部電極（不図示）から配線層４ｂに電流が供給されることで、基板３に設けられたスルホール１５ａを伝って配線層４ａに電流が供給される。配線層４ａは、ボンディングワイヤ６を通して発光素子２と電気的に接続されているので、配線層４ａに供給された電流が発光素子２に供給されて発光素子２を発光させることができる。
【００３１】
反射枠体７は、アルミニウム（Ａｌ）や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属、酸化アルミニウム等の焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂よりなる。図２に示すように、反射枠体７は、基板３に設けられた発光素子２を囲むように基板３の上面に配する導体層５ａ上に接着剤等を介して固定する。そして、反射枠体７は内周面に反射面７ａを有し、反射面７ａは、光反射効率を高くするために、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属を用いてめっきや蒸着により金属被膜で覆う。また、図４に示すように、反射面７ａは切削加工や金型成形等によって上方に向かって開口幅が広がるように傾斜している。そのため、反射面７ａの傾斜角度をかえることによって指向性を変化させることができる。
【００３２】
また、反射枠体７の内側は、透過率の高いシリコン樹脂やエポキシ樹脂またはガラス等からなる透光性部材１１により封止する。これにより、発光素子２と配線層４ａとを電気的に接続するボンディングワイヤ６を透光性部材１１で封止することができるので、製品輸送時等の振動によるボンディングワイヤ６の接続箇所の外れやボンディングワイヤ６の断線を防ぐことができる。
【００３３】
枠体８は、銅（Ｃu）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属等を用いた熱伝導性の良い材料からなる。図４に示すように、枠体８は円形状の筒状形状を有し、導体層５ａの上面において発光素子２が中央部に配するように、銀ペースト等の導電性接着剤からなる接着層１４を用いて枠体を接着固定する。なお、枠体８は、切削加工や金型成形等により形成される。また、枠体８の内側は、発光素子２からの光を波長変換する蛍光体９が含有された蛍光体層１０により封止する。
【００３４】
ここで、反射枠体７の上面は、枠体８よりも上方に位置するように構成する。そのため、発光素子２から出光し、蛍光体層１０により波長変換されて枠体８より出光した光をより多く反射枠体７の反射面７ａで反射させることができる。これにより、より効果的に指向性を得ることができる。
【００３５】
本実施形態における発光装置１は、白色発光の発光装置である。そのため、発光素子２は、窒化ガリウム(ＧａＮ)を材料に用いた青色発光ダイオードからなる。発光素子２は、接着層１４を介して導体層５ａと接着する。そして、枠体８の内側を封止する蛍光体層１０に含まれる蛍光体９は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）からなる。これにより、発光素子２から発せられる青色発光が、発光素子２の周囲を覆う蛍光体９を励起させて黄色発光を起こして青色発光と黄色発光の混色により、白色光を得る。
【００３６】
また、本実施形態においては、枠体８の内側のみに蛍光体９を含有させる。そのため、蛍光体９の濃度の高い蛍光体層１０を発光素子２の周囲に配することができる。これにより、波長変換効率が高くなるので、より白色に近づいた発光を得ることができる。また、蛍光体層１０を枠体８の内側にのみ設けることで蛍光体９と発光素子２との距離（行路長）を均一に近づけることができるので、波長変換効率のばらつきを低減して輝度ムラを抑えることができる。
【００３７】
図５では、発光素子２、および、蛍光体９の熱が伝達されていく経路を実線の矢印で表している。なお、発光素子２も発光するエネルギによって温度上昇を起こして発光効率が低下するため、発光素子２に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる発光装置においては、発光素子２の熱も放熱する必要がある。
【００３８】
発光素子２から放熱する熱は、接着層１４を介して基板３の上面に配する導体層５ａに吸熱される。導体層５ａに吸熱された熱は、スルホール１５ｂを通って、基板３の下面に配する導体層５ｂに伝熱される。そして、基板３の下面に配する導体層５ｂから発光装置１の外部に放熱される。
【００３９】
蛍光体９から放熱される熱は、枠体８、もしくは、基板３の上面に配する導体層５ａにより吸熱される。そのため、蛍光体９から発せられる熱や、発光素子２から発せられる熱を枠体８と、導体層５ａとで吸熱することができる。これにより、導体層５ａをさらに備えて吸熱部材を増やすことで、より効果的に熱を吸熱することができる。枠体８に吸熱された熱は、接着層１４を介して基板３の上面に配する導体層５ａに伝熱される。基板３の上面に配する導体層５ａに伝熱された熱は、スルホール１５ｂを通って、基板３の下面に配する導体層５ｂに伝熱される。そして、基板３の下面に配する導体層５ｂから発光装置１の外部に放熱される。
【００４０】
ここで、枠体８と、発光素子２とを導体層５ａと接着する際の接着層１４には、導電性接着剤を用いている。そのため、より容易に枠体８が吸熱した熱を、導体層５ａに伝熱することができる。
【００４１】
また、枠体８が金属からなることで、より効果的に、蛍光体９から発せられる熱を吸熱することができる。
【００４２】
なお、図示しないが、本実施形態の発光装置１においては、導体層５ｂの下部にヒートシンク等を設けることにより、放熱をより効率よく行うこともできる。
【００４３】
以上のことから、本実施形態における発光装置１は、配線層４ａに電流が流れることによってボンディングワイヤ６ａ、６ｂを介して発光素子２に電流が供給されて、発光素子２の内部で正孔と電子の再結合が起こり、電子が励起される。励起された電子が基底状態に戻る際に、発光が起こり、発光素子２から光が発せられる。発光素子２から発せられる光は、発光素子２の周囲に配する枠体８の内側を封止する蛍光体９を励起させて、蛍光体９を発光させることにより、発光素子２の発光色と、蛍光体９の発光色とが混色して所定の発光色となる。枠体８の上部より出光した光は、反射枠体７の反射面７ａで反射されて所定の方向を向いて発光装置１から出射する。
【００４４】
本実施形態によると、発光装置１に枠体８が設けられて、枠体８の内部に蛍光体９を含有した蛍光体層１０が配される。そのため、発光素子２からの光のエネルギを受けて蛍光体９が自己発熱を起こしても、蛍光体９の熱を枠体８で吸熱させることができる。これにより、蛍光体９の自己発熱により発生する蛍光体９の温度上昇を防ぐことで、蛍光体９の光変換効率の低下や、発光装置１の寿命が縮まることを防ぐことができる。
【００４５】
また、発光素子２からの光を受けて蛍光体９が発光しても、枠体８の内部に蛍光体９を封止することで枠体８の外側に蛍光体９の発光領域が広がることを防ぐことができる。これにより、蛍光体９の光も反射枠体７で光を反射させて出射させることができるので、一定の方向に強い光量をもたせることができ、指向性をえることができる。
【００４６】
なお、本実施形態においては白色発光の発光装置を用いたが、本発明の発光装置は、白色発光に限らず、発光素子２の周囲に蛍光体９を含有する蛍光体層１０を配する発光装置であれば、好適に実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、放熱性に優れて指向性を有する発光装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態の発光装置における等角投影図である。
【図２】本実施形態の発光装置における上面から見た平面図である。
【図３】本実施形態の発光装置における下面から見た平面図である。
【図４】本実施形態の発光装置における断面図である。
【図５】本実施形態の発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    発光装置
２    発光素子
３    基板
４    配線層
５    導体層
６    ボンディングワイヤ
７    反射枠体
８    枠体
９    蛍光体
１０    蛍光体層
１１    透光性部材
１２    溝
１３    絶縁材料
１４    接着層
１４    スルホール
【図１】
2009099823.tif 000003
【図２】
2009099823.tif 000004
【図３】
2009099823.tif 000005
【図４】
2009099823.tif 000006
【図５】
2009099823.tif 000007