CN102484189A

CN102484189A - 发光装置

Info

Publication number: CN102484189A
Application number: CN2010800387118A
Authority: CN
Inventors: 形部浩介; 森裕树; 三宅彻; 松浦真吾; 森督享
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: CN102484189B; JP5393802B2; EP2495774B1; EP2495774A1; US20120161186A1; EP2495774A4; JPWO2011052502A1; WO2011052502A1

Abstract

本发明提供一种发光装置，其具备安装有发光元件(3)的基板(2)和设于基板(2)上的框体(4)。框体(4)具有第一框体部(4a)和第二框体部(4b)，所述第一框体部(4a)在基板(2)上以包围发光元件(3)的方式设置，其内壁面的上端的高度位置被设定为比发光元件(3)的上表面的高度位置高，内壁面相对于基板(2)的上表面大致垂直，所述第二框体部(4b)在俯视下以包围第一框体部(4a)的内壁面的方式设置，且其内周面以从下端朝向上端向外侧扩展的方式形成俯。而且，发光装置(1)具备波长变换部(5)，其被支承于框体(4)上，并与基板(2)隔开间隔地相对配置。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及包含发光元件的发光装置。

背景技术

近年来，具有包含发光元件的光源的发光装置的开发正在推进。具有发光元件的发光装置被关注于耗电或产品寿命。该具有发光元件的发光装置在例如住宅用照明领域等中，被要求有选择性放射多色温度的光的功能。

需要说明的是，作为发光装置，存在使从发光元件发射的光反射，然后将其射出到外部的装置(例如，日本特开2007-294867号公报、日本特开2008-251685号公报)。对于发光装置而言，要求提高从发光装置射出的光的发光效率。

发明内容

本发明之一实施方式的光电变换装置具备安装有发光元件的基板和设于基板上的框体。框体具备第一框体部和第二框体部，所述第一框体部在基板上以包围发光元件的方式设置，其内壁面的上端的高度位置被设定为比发光元件的上表面的高度位置高，内壁面相对于基板的上表面大致垂直，所述第二框体部在俯视下以包围第一框体部的内壁面的方式设置，且其内周面以从下端朝向上端向外侧扩展的方式形成。而且，发光装置具备波长变换部，其被支承于框体上，并与基板隔开间隔地相对配置。

附图说明

图1是表示本实施方式的发光装置的概况的剖面立体图；

图2是本实施方式的发光装置的剖面图；

图3是本实施方式的发光装置的剖面图，是局部放大图；

图4是图2所示发光装置的俯视图；

图5是表示从发光元件发出的光由反射面反射的状态的发光装置的剖面图；

图6是一变形例的发光装置的剖面图；

图7是图6所示发光装置的俯视图；

图8是一变形例的发光装置的剖面图；

图9是图8所示发光装置的俯视图；

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的发光装置的实施方式。需要说明的是，本发明不限定于以下实施方式。

<光电装置的构成>

本实施方式的发光装置1包括：基板2、设于基板2上的发光元件3、设于基板2上且包围发光元件3的框体4、支承于框体4上并同时与发光元件3隔开间隔相对的波长变换部5。需要说明的是，发光元件3为例如发光二极管，通过使用了半导体的pn结中的电子和空穴再结合而向外部放出光。

基板2具有安装发光元件3的安装区域R。基板2为绝缘性基板，由例如氧化铝、氧化钛、氧化锆或氧化钇等多孔质材料形成。因为基板2由多孔质材料形成，所以基板2的表面形成多个微细的孔。从发光元件3发出的光照射到基板2的表面而进行漫反射。于是，发光元件3发出的光通过漫反射向多方向放射，从而可以抑制从发光元件3发出的光集中到特定部位。

另外，基板2可以由矾土、莫来石或玻璃陶瓷等陶瓷材料、或混合这些材料中多种材料的复合系材料构成。另外，基板2可以使用分散有金属氧化物颗粒的高分子树脂。

另外，基板2形成有电导通基板2内外的配线导体。配线导体由钨、钼、锰或铜等导电材料形成。配线导体通过在基板2的上表面以规定图案印刷例如向钨等粉末添加有机溶剂得到的金属膏而得到。需要说明的是，在露出于基板2内外的配线导体的表面，为了防止氧化而覆盖镍或金等镀金层。

发光元件3在基板2上被安装于安装区域R。具体而言，发光元件3经由例如焊锡或粘接剂而电连接于在基板2上形成的配线导体上。

发光元件3具有安装基板和形成于安装基板上的光半导体层。安装基板只要是可以使用有机金属气相成长法或分子束外延成长法等化学气相成长法使光半导体层成长的基板就可以。作为用于安装基板的材料，可以使用例如蓝宝石、氮化镓、氮化铝、氧化锌、碳化硅、硅或二硼化锆等。另外，安装基板的厚度为例如100μm以上且1000μm以下。

光半导体层由形成于安装基板上的第一半导体层、形成于第一半导体层上的发光层、形成于发光层上的第二半导体层构成。

第一半导体层、发光层及第二半导体层可以使用例如III族氮化物半导体、磷化镓或砷化镓等III-V族半导体、或氮化镓、氮化铝或氮化铟等III族氮化物半导体等。第一半导体层的厚度为例如1μm以上且5μm以下。发光层的厚度为例如25nm以上且150nm以下。第二半导体层的厚度为例如50nm以上且600nm以下。另外，在这样构成的发光元件3可以使用发出例如370nm以上且420nm以下的波长范围的激励光的元件。

图5是表示从发光元件3发出的激励光在第一框体部4a的内壁面反射的状态的发光装置3的剖面图。另外，图5表示去除了波长变换部5及密封树脂6的状态。图5中的箭头表示后述多道光的前进方向。

框体4经由例如焊锡或粘接剂连接于基板2上。框体4由第一框体部4a和设于第一框体部4a的第二框体部4b构成。另外，框体4的内壁面由第一框体部4a的内壁面和第二框体部4b的内周面构成。框体4的外壁面由第一框体部4a的外壁面和第二框体部4b的外壁面构成。

第一框体4a及第二框体4b为相同组成的陶瓷材料，由例如氧化铝、氧化钛、氧化锆或氧化钇等多孔质材料形成。框体4与基板2同样由多孔质材料形成，框体4的表面形成多个微细的孔。而且，从发光元件3发出的光在框体4的内壁面进行漫反射。从而可以抑制从发光元件3发出的光集中到特定部位。

第一框体部4a与发光元件3隔开间隔，以包围发光元件3的四周的方式形成。第一框体部4a的内壁面在俯视时形成为圆形状。而且，第一框体部4a的内壁面作为从发光元件3发出的激励光的反射面发挥作用。在框体4的第一框体部4a内配置有一个发光元件3。通过将第一框体部4a的内壁面设定为在俯视时为圆形状，并在其中心配置一个发光元件3，可以将一个发光元件3发出的多道平面方向的光均匀地在圆形状的第一框体部4a的内壁面反射。

若将多个发光元件3配置于框体4的第一框体部4a内，则在第一框体部4a内由所包围的区域发生的光增多。而且，因为在第一框体部4a内配置多个发光元件3，所以一个发光元件3和第一框体部4a的内壁面之间的距离产生了偏斜。因此，相比在第一框体部4a的内壁面反射并朝向波长变换部5行进的光，不在第一框体部4a的内壁面反射而从第一框体部4a内朝向波长变换部5行进的光多。而且，发光元件3引起的光吸收增加，来自发光元件3的光难以高效地在第一框体部4a的内壁面反射。

如图5所示，第一框体部4a在基板2上以包围发光元件3的方式设置，将内壁面的上端的高度位置设定为比发光元件3的上表面的高度位置更高。而且，通过将第一框体部4a的内壁面的上端的高度位置设定为比发光元件3的上表面的高度位置更高，可以使发光元件3朝向上方发出的激励光在第一框体部4a的内壁面漫反射，可以使激励光的行进方向扩散。其结果是，将发光元件发出的激励光朝向波长变换部5的整个下表面照射。

另外，如图3所示，将剖面观察时的从发光元件3的中心位置到第一框体部4a的内壁面的长度设为a。另外，将发光元件3的下表面的高度位置P1和第一框体部4a的内壁面的上端的高度位置P2之间的长度设为b。

而且，在将发光元件3的配光分布中的半值角设为θ，将发光元件3的配光分布中的形成光度峰值的90％的角度设为β的情况下，以atanθ≤b≤atanβ的条件成立的方式设定长度a、b。在此，半值角为连结发光元件3发出光的点和该发光元件3发出的光的配光分布中的光度峰值为一半的点形成的角度。例如，在将安装于基板2上的发光元件3的配光分布的相对强度的峰值设为1的情况下，发光元件3的配光分布的相对强度为50％的角度θ为10°，发光元件3的配光分布的相对强度为90％的角度β为50°。

在b＜atanθ的情况下，由第一框体部4a的内壁面反射的光减少，向第一框体部4a的内壁面照射光而漫反射的光减少。另外，在b＞atanβ的情况下，光容易被封闭在第一框体部4a的内部。

因此，通过以atanθ≤b≤atanβ的条件成立的方式设置发光元件和第一框体部4a的关系，使从发光元件向侧方放射的光在第一框体部4a的内壁面被进行漫反射，在抑制了不均的情况下向波长变换部5的整个下表面入射。其结果为，从发光元件向侧方放射的光一直到达波长变换部5的外周部，并通过波长变换部5整体进行波长变换，因此，发光装置的光输出和发光效率均得以提高。即，具有可以将波长变换部5整体有效地作为波长变换部加以利用的作用效果。需要说明的是，长度a设定为例如0.1mm以上且1.0mm以下。长度b设定为例如0.01mm以上且1.2mm以下。

另外，第一框体部4a的内壁面相对基板2的上表面以大致垂直立起的方式设置。在此大致垂直是指在剖面观察时，沿基板2的上表面的平行线和沿第一框体部4a的内壁面的直线所形成的角为85°以上且95°以下的状态。

发光元件3发出的光虽然有辐射，但通过将第一框体部4a的内壁面以相对基板2的上表面不倾斜的方式设置为大致垂直，可以将发光元件3发出的光聚集在由第一框体部4a包围的区域内，在从由第一框体部4a包围的区域向由第二框体部4b包围的区域行进时，以急速扩展光的方式进行调整。假设不将第一框体部4a的内壁面相对基板2的上表面形成为大致垂直，而以较大倾斜的方式形成，则难以将光聚集在由第一框体部4a包围的区域内。而且，难以调整发光元件3发出的光的行进方向，使向波长变换部5照射的光发生偏斜。

第二框体部4b设于第一框体部4a上，内周面以从下端朝向上端向外方扩展的方式形成，内周面的下端被配置成位于比第一框体部4a的内壁面靠外侧的位置。第二框体部4b的内周面在俯视时形成为圆形状。通过第二框体部4b的内周面在俯视时形成为圆形状，可以将来自配置于框体4的中心的发光元件3的光在第二框体部4b的圆形状的内周面反射，可以均匀地照射波长变换部5的整个下表面。

从第二框体部4b的内周面的下端到第一框体部4a的内周面的上端的长度c被设定为比从发光元件3的中心位置到第一框体部4a的内壁面的长度a更长。通过将从第二框体部4b的内周面的下端到第一框体部4a的内壁面的上端的长度c设定为比从发光元件3的侧面到第一框体部4a的内壁面的长度a更长，可以将由波长变换部5全反射的激励光在第一框体部4a的上表面进行再次漫反射，使其朝向波长变换部5行进。其结果是，由波长变换部5全反射的激励光在第一框体部4a的上表面进行再次漫反射，并朝向波长变换部5的整个下表面照射。

另外，第二框体部4b的倾斜的内周面也可以形成例如由钨、钼、铜或银等形成的金属层和由被覆金属层的镍或金等形成的镀金金属层。该镀金金属层具有反射分散发光元件3发出的光的功能。需要说明的是，第二框体部4b的内周面的倾斜角度相对基板2的上表面设定为例如55°以上且70°以下的角度。

另外，在第二框体部4b的上端内侧设置有台阶BU。台阶BU用于支承波长变换部5。台阶BU为将第二框体部4b的上部的局部朝向内侧切口而成，可以支承波长变换部5的端部。

在由第一框体部4a及第二框体部4b包围的区域中填充有密封树脂6。密封树脂6具备密封发光元件3、同时使从发光元件3发出的光透过的功能。密封树脂6在将发光元件3收容于第一框体部4a及第二框体部4b的内方的状态下，在由第一框体部4a及第二框体部4b包围的区域填充到比台阶BU的高度位置低的位置。密封树脂6填充到比第一框体部4a的上表面高且比台阶BU的高度位置低的位置。其结果是，从发光元件3放射的光由于密封树脂6和空气层的折射率的差引起的全反射而被封入第一框体部4a的内侧，抑制被发光元件3及第一框体部4a的内周面吸收的情况，使发光装置3的发光效率得以提高。需要说明的是，密封树脂6可以使用例如硅酮树脂、丙烯酸树脂或环氧树脂等透光性绝缘树脂。

波长变换部5支承于第二框体部4b的台阶BU上，以与发光元件3隔开间隔相对的方式设置。即，波长变换部5与密封发光元件3的密封树脂6之间隔着间隙而设于第二框体部4b上。

另外，将密封树脂6的上表面和波长变换部5的下表面平行地设定。其结果为，从发光元件3放射的光在密封树脂6和空气层的界面无偏斜地进行折射或反射并向波长变换部5入射，因此，由于通过波长变换部5同样地进行波长变换而使波长变换效率得以提高，同时，抑制从波长变换部5放射的光的色偏。

另外，将发光元件3的上表面和波长变换部5的下表面设定为平行。因为平行地设定两面，所以易于将发光元件3发出的光入射到波长变换部5，可以提高波长变换效率，提高发光亮度。

进而，将发光元件3的上表面、波长变换部5的下表面及第一框体部4a的上表面设定为平行。其结果是，发光元件3发出的光易于向波长变换部5入射，而且，对于反射的光也可以高效地在第一框体部4a的上表面进行反射，可以提高向外部发射的光的发光亮度。另外，将第一框体部4a的上表面设定为扩散面。通过将第一框体部4a的上表面设定为易于反射光的构造，可以进一步提高发光亮度。

波长变换部5经由粘接部7与第二框体部4b接合。粘接部7从波长变换部5的下表面的端部开始经由波长变换部5的侧面一直被覆到波长变换部5的上表面的端部。

粘接部7可以使用例如聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、氰酸酯树脂、硅酮树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂等热硬化性树脂。另外，粘接部7可以使用例如聚醚酮树脂、聚对苯二甲酸乙二酯树脂或聚苯醚树脂等热塑性树脂。

粘接部7的材料是热膨胀率为第二框体部4b的热膨胀率与波长变换部5的热膨胀率之间大小的材料。粘接部7的材料通过选择这样的材料，可以在第二框体部4b和波长变换部5热膨胀时抑制因为两者的热膨胀率之差而引起两者欲剥离的情况，可以将两者良好地紧固。

通过粘接部7被覆到波长变换部5的下表面的端部，可以增大粘接部7被覆的面积，将第二框体部4b和波长变换部5牢固地连接。其结果是，可以提高第二框体部4b和波长变换部5的连接强度，抑制波长变换部5的翘曲。而且，可以有效抑制发光元件3和波长变换部5之间的光学距离的变动。

另外，波长变换部5的端部位于第二框体部4b的台阶BU上，通过第二框体部4b包围波长变换部5的端部侧面。因此，从发光元件3进入波长变换部5的内部的光有时在波长变换部5的内部到达端部。通过将从该波长变换部5的端部朝向第二框体部4b行进的光由第二框体部4b反射，可以使反射的光再次返回到波长变换部5内。其结果是，通过再次返回到波长变换部5内的光来激励荧光体，可以提高发光装置1的光输出。

波长变换部5将从发光元件3发出的激励光入射到内部，激励在内部含有的荧光体产生光。在此，波长变换部5由例如硅酮树脂、丙烯酸树脂或环氧树脂等形成，该树脂中含有发射例如430nm以上且490nm以下的荧光的蓝色荧光体、发射例如500nm以上且560nm以下的荧光的绿色荧光体、发射例如540nm以上且600nm以下的荧光的黄色荧光体、发射例如590nm以上且700nm以下的荧光的红色荧光体。需要说明的是，荧光体在波长变换部5中均匀分散。波长变换部5的厚度设定为例如0.3mm以上且1mm以下。

另外，设定波长变换部5的厚度恒定。将波长变换部5的厚度设定为例如0.7mm以上且3mm以下。在此，厚度恒定包含厚度的误差为0.1mm以下。通过将波长变换部5的厚度设为恒定，可以将由波长变换部5激励的光的量以形成相同的方式进行调整，可以抑制波长变换部5的亮度不均。

根据本实施方式，通过将发光元件3发出的激励光朝向波长变换部5的整个下表面照射，可以提高波长变换部5的波长变换效率，提高发光装置1的发光效率。另外，可以使在波长变换部5全反射的激励光在第一框体部4a的上表面进行再次漫反射，使其向波长变换部5的整个下表面照射，可以提高波长变换部5的波长变换效率，提高发光装置1的发光效率。

另外，可以向波长变换部5的整个下表面照射激励光，可以将在波长变换部5内激励荧光体的量调整为俯视下在波长变换部5的整个面大致均匀。其结果是，可以提高从波长变换部5射出的光的均匀性。

需要说明的是，本发明不限于上述方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种变更、改良等。

图6是一变形例的发光装置1的剖面图。图7是图6所示发光装置1的俯视图。图6表示图7所示的一个发光元件的剖面部位。

在上述实施方式中，在基板2上配置了一个发光元件3，但也可以在基板2上设置多个发光元件3。例如图6所示，也可以在基板2上配置三个发光元件3。

如图7所示，设于基板2上的框体4设有多个安装区域R，在各安装区域R分别安装有发光元件3。而且，作为包围各发光元件3的框体4的局部的第一框体部4a的内壁面被设定为该内壁面的上端的高度位置比发光元件3的上表面的高度位置更高。进而，作为框体4的局部的第二框体部4b设于第一框体部4a上，第二框体部4b的内周面以从下端向上端朝向外方扩展的方式形成。而且，第二框体部4b以其内周面的下端比第一框体部4a的内壁面更靠外方的方式进行配置。

如图7所示，通过将多个发光元件3分别包围在有限的空间中，从发光元件3放射的激励光扩宽其强度分布并照射波长变换部5的整个下表面。而且，通过在平面透视下将发光元件3偏离波长变换部5的中心配置，可以有效照射波长变换部5的整个下表面，通过提高波长变换部5的波长变换效率，可以提高发光效率。

图8是一变形例的发光装置1的剖面图。图9是图8所示发光装置1的俯视图。在上述的实施方式中，框体4的整个外壁面以相对基板2的上表面大致垂直立起的方式设置，但不限于此。例如图8所示，框体4也可以在剖面观察时在框体4的外壁面的局部具有从上方朝向下方向内侧倾斜的倾斜面IS。

通过在框体4的外壁面的局部设置倾斜面IS，例如当框体4由发光元件3的光透过的氧化铝等具有透过性的部件构成时，透过框体2的来自发光元件3的光在倾斜面IS向波长变换部5的方向反射。这些反射了的来自发光元件的光透过框体4向波长变换部5入射并同时进行波长变换，实现发光装置1的光输出提高的作用效果。需要说明的是，倾斜面IS相对基板2的上表面设定为例如10°以上且80°以下的角度。

另外，在上述实施方式中，框体4的第一框体部4a的内壁面形成为在俯视时为圆形状，但不限于此。例如图9所示，第一框体部4a的内壁面也可以形成在俯视时为矩形状。另外，发光元件3形成为在俯视时为矩形状。而且，以在俯视时发光元件3的四角与第一框体部4a的内壁面的四角对应的方式进行配置。

发光元件3因为在俯视时为矩形状，所以与发光元件3的侧面的距离恒定的部位最多时是第一框体部4a的内壁面的形状形成为在俯视下为矩形状时。而且，通过以发光元件3的四角与第一框体部4a的内壁面的四角对应的方式进行配置，可以增多发光元件3的侧面与相对的第一框体部4a的内壁面间的距离恒定的部位，可以将发光元件3发出的光中的沿平面方向行进的光的大多数在第一框体部4a的内壁面反射。其结果是，在第一框体部4a的内壁面反射的光可以均匀照射波长变换部5的整个下表面，可以提高光的变换效率。

另外，将第一框体部4a的内壁面的形状设为俯视时为矩形状，将第二框体部4b的内周面的形状设为俯视时为圆形状，由此，从发光元件3放射且在第一框体部4a的内壁面反射的光分别以相同传送距离向波长变换部5的整个下表面均匀照射。而且，在波长变换部5的下表面反射并到达第二框体部4b的光在形成为圆形状的第二框体部4b的内周面以相对发光元件3的光轴旋转轴对称的状态以放射状反射并同样入射到波长变换部5。其结果是，来自发光元件3的光可以同样入射到波长变换部5并提高波长变换部5的变换效率，同时可以提高发光装置1的光输出。

<发光装置的制造方法>

在此，说明图1或图2所示发光装置的制造方法。

首先，准备基板2及框体4。基板2及框体4在例如由氧化铝质烧结体形成的情况下，向氧化铝原料粉末添加混合有机粘合剂、可塑剂或溶剂等得到混合物。

然后，在基板2及框体4的模框内填充混合物使其干燥后，取出烧结前的基板2及框体4。

然后，准备钨或钼等高融点金属粉末，向该粉末添加混合有机粘合剂、可塑剂或溶剂等得到金属膏。然后，以规定图案在形成基板2的陶瓷生片上印刷金属膏并进行烧制，形成配线图案。另外，将混合了陶瓷粉末和粘合剂的混合物填充到模框内进行烧结、制作框体4。

然后，在基板2上的配线图案上安装发光元件3，之后以包围发光元件3的方式将框体4经由粘接剂粘接于基板上。

然后，在由框体4包围的区域填充例如硅酮树脂，通过使硅酮树脂硬化而形成密封树脂6。

然后，准备波长变换部5。波长变换部5可以向未硬化的树脂混合荧光体，通过例如刮片法、模涂法、挤压法、旋涂法或浸渍法等板成形技术进行制作。例如，波长变换部5通过将未硬化的波长变换部5填充于模框，将其硬化后取出而可以得到。

然后，将准备的波长变换部5经由由例如树脂形成的粘接部7而粘接在框体4的台阶BU上，由此可以制作发光装置1。

Claims

1.一种发光装置，其特征在于，具备：

基板，其安装有发光元件；

框体，其设于所述基板上，且具备第一框体部和第二框体部，所述第一框体部在所述基板上以包围所述发光元件的方式设置，其内壁面的上端的高度位置被设定为比所述发光元件的上表面的高度位置高，所述内壁面相对于所述基板的上表面大致垂直，所述第二框体部在俯视下以包围所述第一框体部的内壁面的方式设置，且其内周面以从下端朝向上端向外侧扩展的方式形成；

波长变换部，其支承于所述框体上，并与所述基板隔开间隔地相对配置。

2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述第一框体部的内壁面在俯视时形成为圆形状。

3.如权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述发光元件在俯视时形成为矩形状，

且所述第一框体部的内壁面在俯视时形成为矩形状。

4.如权利要求3所述的发光装置，其特征在于，

在俯视时，所述发光元件的四角与所述第一框体部的内壁面的四角对应设置。

5.如权利要求1～4中任一项所述的发光装置，其特征在于，

所述第二框体部的内周面在俯视时形成为圆形状。

6.如权利要求1～5中任一项所述的发光装置，其特征在于，

从所述第二框体部的内周面的下端到所述第一框体部的内壁面的上端的长度比从所述发光元件的侧面到所述第一框体部的内壁面的长度长。

7.如权利要求1～6中任一项所述的发光装置，其特征在于，

所述第一框体部和第二框体部一体形成。

8.如权利要求1～7中任一项所述的发光装置，其特征在于，

所述基板及所述框体的至少一方由多孔质材料形成。

9.如权利要求1～8中任一项所述的发光装置，其特征在于，

在所述框体的所述第一框体部内配置有一个所述发光元件。

10.如权利要求1～9中任一项所述的发光装置，其特征在于，

所述框体在剖面观察时在所述框体的外壁面的局部具有从上方朝向下方向内侧倾斜的倾斜面。