JP2004349646A

JP2004349646A - 発光装置

Info

Publication number: JP2004349646A
Application number: JP2003148051A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishioka; 浩二西岡; Shinya Ishizaki; 真也石崎; Takuma Hashimoto; 拓磨橋本; Masaru Sugimoto; 勝杉本; Hideyoshi Kimura; 秀吉木村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】光色変換材料４を発光素子２に対向して配置した発光装置において、光学部品５による発光面での色斑、バラツキの低減を図る。
【解決手段】実装基板１の凹部に対向して、発光素子２からの光を光色変換材料４を経て外部に導く光学部材５を備え、実装基板１の凹部は、多段形状とされ、発光素子２の実装された凹部内底面１１を最下段として周側面に中段１３を有する。光色変換材料４は、光学部材５に設けられると共に実装基板１の凹部内に嵌め込まれて中段１３の面上に配置される。これにより、発光素子２からの出射光が全て確実に光色変換材料４を通過するものとなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を利用した発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化ガリウム系化合物半導体によって、青色光あるいは紫外線を放射する発光素子が開発された。これら発光素子の発光波長の一部を吸収する光吸収体、又はこれら発光素子の発光により励起されて発光素子の発光波長とは異なる波長の光を放射する蛍光体等のような光色変換材料を、上記発光素子と組み合わせることにより、白色を含め、発光素子の発光色とは異なる色合いの光を出すことができる発光装置の開発がなされている。この発光装置には、小型、軽量、省電力といった長所があり、現在、表示用光源、小型電球の代替光源、あるいは液晶パネル用光源等として広く用いられている。上記の発光装置において、蛍光体や光吸収体等の光色変換材料の固定方法としては、発光素子載置部に、光色変換材料を含有した樹脂を充填する方法が一般的である。
【０００３】
ところが、上記の従来方法では、１個１個の発光素子載置部に、光色変換材料を含む少量の樹脂を滴下充填し、硬化させているので、工程が煩雑で時間を要するという問題点に加え、上記樹脂の滴下量や光色変換材料の濃度制御が困難という理由で、発光部ごとの色ばらつきや光量ばらつきが大きいという問題点があった。そうした問題を解消するために、光色変換材料を含む樹脂部品の量産化を図り、この樹脂部品を発光素子の搭載された実装基板の凹部の外側又は内側に固定してなる発光装置を本出願人は提案した（特許文献１参照）。なお、本出願に係る発光装置は、レンズなどの発光素子からの光を導く光学部材を具備しておらず、従って、当然ながら樹脂部品と光学部材との配置関係に関しての言及はない。
【０００４】
さらに、本出願人らは、光学部材を備えた発光装置において、光学部材の発光素子に対向する面側に、光色変換材料を形成させることにより、上記の従来方法の問題が解決される上に、光色変換材料が発光素子に直接接触しない構造となって、光色変換材料を含む発光装置の寿命が向上することを提案した（特願２００２−２１８９８９号）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３１５４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した提案に係る発光装置においても、個々の発光部について見ると、実装基板に対する光色変換材料の固定位置にズレが発生し、又は、光学部材又は光色変換材料と実装基板との密着性が弱いなどの原因により、発光素子からの放射光が光色変換材料を通過することなく直接外部へ漏れてしまう現象が生じ、発光面での色斑、バラツキが発生するという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光色変換材料を発光素子に対向して配置した発光装置において、発光素子を載置する実装基板の凹部を多段形状にし、光色変換材料を凹部の段上に配置することにより、発光素子からの出射光が全て確実に光色変換材料を通過して光学部品より発光・放出するものとなり、発光面での色斑、バラツキの低減を実現できる発光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、凹部を有する実装基板と、前記実装基板の凹部内底面に実装された発光素子と、前記発光素子の発光波長の少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収体、又は発光素子の発光によって励起されると共に励起波長と異なる波長の光を放射する蛍光体を含む単一又は複数種の光色変換材料とを備えた発光装置において、前記実装基板の凹部に対向して配置され、前記発光素子からの光を前記光色変換材料を経て外部に導く光学部材を備え、前記凹部は、前記発光素子の実装された凹部内底面を最下段として周側面に少なくとももう一つの段部（中段という）を有し、かつ基板表面側ほど大きい開口を持ち、前記光色変換材料は、前記光学部材に設けられると共に、前記実装基板の凹部内に嵌め込まれて前記中段の面上に配置され、光色変換材料の径寸法が前記実装基板の最下段の開口径より大きく形成されているものである。
【０００９】
上記構成においては、発光素子から出射された光は光色変換材料を経て色変換されて光学部材により外部に放出される。ここに、発光素子が搭載されている実装基板の凹部に対する光色変換材料の位置決め、さらには、光学部材に対する光色変換材料の位置決めが確実に行えるので、発光素子からの出射光が光色変換材料を通ることなく直接外部へ漏れるといったことが無くなる。これにより、光学部材を見る方向に関わらず、発光面での色斑、バラツキが減少する。また、光色変換材料と光色変換材料が嵌め込まれる実装基板の凹部の中段の面との密着性を増すことも容易な構成であるので、発光素子からの出射光が光色変換材料を通ることなく直接外部へ漏れることをより確実に防止することができる。これによっても、発光面での色斑、バラツキが減少する。
【００１０】
また、光色変換材料が配置された中段の底面とその周側面とのなす角度が鈍角となるように構成すればよい。この構成においては、光色変換材料の側面から放射された光は、鈍角状に形成された実装基板の凹部の周側面で反射され、装置前方向へ放射される。これにより、発光装置の前方への光の取り出し効率が向上する。
【００１１】
また、光色変換材料が配置された中段の底面とその周側面とのなす角度が鋭角となるように構成してもよい。この構成においては、光色変換材料と実装基板との隙間から光が漏れ出すようなことがあっても、その光は、鋭角状に形成された実装基板の凹部の周側面で装置後方向へ反射される。これにより、光色変換材料を通らないで装置前方へ光が放出されるようなことがなくなり、光斑が生じるようなことが防止される。
【００１２】
また、光色変換材料の側面に光反射膜を形成してもよい。この構成においては、光色変換材料の側面から放射された光を装置前方向へ放射させることができるので、前方向への光の取り出し効率が向上する。
【００１３】
また、実装基板の凹部及び凹部開口周縁部の表面に光透過防止膜を形成してもよい。この構成においては、実装基板自体を透過する光が無くなるので、色斑、バラツキを減少させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る発光装置について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１（ａ）（ｂ）は実施例１に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面構成を示す。この発光装置１０は、凹部を有する実装基板１と、この実装基板１の凹部に実装された発光素子２及び単一又は複数種の光色変換材料４と、発光素子２からの出射光を光色変換材料４を経て外部に導く光学部材５とを備える。
【００１５】
実装基板１はセラミックで形成されており、そこに形成された凹部は、発光素子２の実装された凹部内底面１１を最下段として周側面に少なくとももう一つの段部（中段という）１３を有し（実施例では２段形状）、かつ基板表面側ほど大きい開口を持つ。この凹部は、内底面（最下段）１１と、中段１３と、それらの間に位置する斜面から成る周側面１２と、中段１３の周側面１４とにより区画されている。実装基板１と発光素子２とは電気的に接続され、この電気的接続は、実装基板１の電極（省略）に金等でバンプ３を設け、発光素子２をバンプ３上に配置、接合することによって行われている。なお、発光素子２を実装基板１の凹部内底面１１に搭載した状態で、発光素子２の上端面は、中段１３の高さ位置よりも低い位置になっている。
【００１６】
光色変換材料４は、発光素子２の発光波長の少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収体、又は発光素子２の発光によって励起されると共に励起波長と異なる波長の光を放射する蛍光体を含むものであり、この光色変換材料４は、光学部材５に設けられると共に、実装基板１の凹部内に嵌め込まれて中段１３の底面上に配置される。光色変換材料４の径寸法（Ｄ２）は、実装基板１の最下段の開口径（Ｄ１）より大きく形成されている。光色変換材料４としては、例えば、蛍光体を透光性のシリコーンなどの樹脂に分散・硬化させた部品を用いればよい。
【００１７】
光学部材５は、樹脂成形されたレンズ等であり、実装基板１の凹部に対向して配置される。この光学部材５は、レンズ状隆起部を主体とし、実装基板１の上面との当接面５１と、実装基板１の凹部中段１３の周側面１４に嵌め込まれる環状突部５２とを有する。環状突部５２により形成された凹所５４内に光色変換材料４が充填されることで、光色変換材料４は光学部材５に固定される。光学部材５が実装基板１に組み込み固定されたとき、光学部材５の当接面５１が実装基板１の上面に当接すると共に、光色変換材料４の下面が凹部中段１３の底面上に当接して配置された状態となる。
【００１８】
本実施例１では、発光素子２の電極と実装基板１の電極の接続にバンプを用いているが、この構成に限られるものではなく、導電性ワイヤーで接続することもできる。また、実装基板１もセラミックに限定されるものではなく、プリント基板や金属基板等も使用することができる。さらに、光色変換材料４はその全体が実装基板１の凹所５４に嵌め込まれているが、それに限定されるものではなく一部だけを嵌め込んで使用することもできる。
【００１９】
また、光色変換材料４の光学部材５への固定は、上記のような充填構成に限られるものではない。例えば、蛍光体をシリコーンなどの透明樹脂に分散させ、これを用いてトランスファー成形法等を行って、光学部材５を成形することもできる。このようにして成形した光学部材５は、その内部に光色変換材料４である蛍光体を分散して含んだ構造になっており、光色変換材料４を改めて光学部材５に固定する必要がなく、光学部材５の成形と光色変換材料４の固定とを同時に行うことができる。
【００２０】
また、光色変換材料４も断面が四角形状に限定されるものではなく、ドーム形状等を使用することができる。なお、発光素子２として青色ＬＥＤを、光色変換材料４として黄色蛍光体を用いることで、白色ＬＥＤを実現できる。
【００２１】
上記実施例による発光装置にあっては、光色変換材料４が光学部材５に形成され、この光色変換部材４が実装基板１の凹部に嵌め込まれて配置されているところに特徴がある。ここに、光学部材５と実装基板１とは、環状突部５２が凹部中段１３の周側面１４に嵌め込まれることで、精度良く位置合わせされる。これにより、光色変換材料４が実装基板１の凹部を塞ぐ位置に固定されるため、発光素子２からの出射光が光色変換材料４を通ることなく、直接外部へ漏れることを防止することができる。さらには、実装基板１の凹部内に光色変換材料４が嵌め込まれた状態で、中段１３の底面と光色変換材料４との密着性が良好なものとなり、光学部材５による発光面での色斑、バラツキが減少する。
【００２２】
（実施例２）
図２（ａ）（ｂ）は実施例２に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面構成を示す。上述と同部材には同番号を付している（以下、同様）。この発光装置２０は、基本的には上記実施例１と同様に形成されているが、光学部材５は、図示のように、光色変換材料４からの光をある方向へ制御する機能を備えた例えばレンズ５８でもよい。
【００２３】
上記実施例２の発光装置にあっては、上記実施例１と同様に、光色変換材料４が実装基板１の凹部を塞ぐ位置に固定され、上記と同様の作用が得られる他に、光色変換材料４からの光を制御することができる。
【００２４】
（実施例３）
図３（ａ）（ｂ）は、実施例３に係る発光装置を示す。この発光装置３０は、基本的には上記実施例１と同様に形成されているが、光学部材５は、図示のように、光色変換材料４からの光をある方向へ導く導光部材５９でもよい。この実施例３の発光装置にあっても、上記実施例２と同様の効果が得られる。
【００２５】
（実施例４）
図４（ａ）（ｂ）は、実施例４に係る発光装置を示す。この発光装置４０は、基本的には上記実施例１と同様に形成されているが、特に、光色変換材料４を光学部材５の表面に形成、又は光色変換材料４の一部が光学部材５から突出するように成形されたところが相違する。
【００２６】
このように光色変換材料４を形成しておくと、実装基板１の凹部の光色変換材料４が嵌め込まれる中段１３の底面と光色変換材料４とが直接に密着される。これにより、発光素子２からの出射光が光色変換材料４を通ることなく直接外部へ漏れることをより確実に防止することができるので、発光面での色斑、バラツキが減少する。
【００２７】
（実施例５）
図５（ａ）（ｂ）は、実施例５に係る発光装置を示す。この発光装置５０は、基本的には上記実施例１と同様に形成されているが、特に、実装基板１の多段凹部の内、光色変換材料４が嵌め込まれる中段１３の底面とその周側面１４のなす角度θを鈍角にしたところに特徴がある。すなわち、実装基板１の周側面１４は斜面とされ、光学部材５における実装基板１対向面５４も、周側面１４に対応して斜面とされている。
【００２８】
このように実装基板１の凹部を形成しておくと、光色変換材料４の側面から放射された光は、鈍角状に形成された実装基板１の凹部の周側面１４で前方向へ反射される。これにより、実施例１と同様の作用効果が得られと共に、前方向への光の取り出し効率が向上する。
【００２９】
（実施例６）
図６（ａ）（ｂ）は、実施例６に係る発光装置を示す。この発光装置６０は、基本的には上記実施例４と同様に形成されているが、特に、実装基板１の多段凹部の内、光色変換材料４が嵌め込まれる中段１３の底面と周側面１４との成す角度θを、鋭角にしたところに特徴がある。なお、本実施例では、実装基板１側に穴１６を、光学部材５側に突起５６を設けて、これらを互いに嵌合させることで、実装基板１に対する光学部材５の固定位置決めを施すものとしたが、何らかの方法で位置決めを行うようにすれば、このような嵌合構成を設ける必要はない。
【００３０】
このように実装基板１の凹部を形成しておくと、光色変換材料４と実装基板１の隙間から光が漏れたとしても、その光を、鋭角状に形成された実装基板１の凹部の周側面１４で後方へ反射させ、前方向へ放射させない。これにより、実施例１により得られる作用効果をさらに高めることができる。
【００３１】
（実施例７）
図７（ａ）（ｂ）は、実施例７に係る発光装置を示す。この発光装置７０は、基本的には上記実施例１と同様に形成されているが、特に、光色変換材料４の側面に銀などの金属膜で光反射膜６を形成したところに特徴がある。なお、光反射膜６の種類は金属膜に限定されるものではなく、光学多層膜など光を反射するものを使用することができる。
【００３２】
このように光色変換材料４の側面に光反射膜６を形成しておくと、光色変換材料４の側面から放射される光を前方向へ放射させることができる。これにより、実施例１と同様の作用効果が得られると共に、前方向への光の取り出し効率が向上する。
【００３３】
（実施例８）
図８（ａ）（ｂ）は、実施例８に係る発光装置を示す。この発光装置８０は、基本的には上記実施例１と同様に形成されているが、特に、実装基板１の凹部及び凹部開口端周縁部に発光素子２の光を吸収ないし反射する光透過防止膜７を形成したところに特徴がある。光透過防止膜７として、例えば、銀から成る金属膜を用いることができるが、これに限定されることなく、光学多層膜などを使用することができる。
【００３４】
このように実装基板１の凹部及び凹部開口端周縁部に光透過防止膜７を形成しておくと、発光素子２からの出射光のうち実装基板１自体を透過する光を防止することができる。これにより、発光面での色斑、バラツキが減少する。
【００３５】
（実施例９）
図９（ａ）（ｂ）は、実施例９に係る発光装置を示す。この発光装置９０は、基本的には上記実施例１と同様に形成されているが、特に、実装基板１の凹部を３段以上にして光色変換材料４を嵌め込むようにしたものである。また、光色変換材料４は、その一部だけが実装基板１の凹所５４に嵌め込まれている。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施例構成に限られることなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。特には、発光素子からの出射光が光色変換材料を通ることなく直接外部へ漏れるとことが無くなるように、発光素子が搭載されている実装基板の凹部に対する光色変換材料の位置決め、及び、光学部材に対する光色変換材料の位置決めが容易かつ正確に行える構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例１に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面図。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例２に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例３に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面図。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例４に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面図。
【図５】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例５に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面図。
【図６】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例６に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面図。
【図７】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例７に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面図。
【図８】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例８に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面図。
【図９】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例９に係る発光装置の組立て後と組立て前の断面図。
【符号の説明】
１０，２０，…，９０発光装置
１実装基板
２発光素子
４光色変換材料
５光学部材
６光反射膜
７光透過防止膜
１１凹部の内底面（最下段）
１２凹部の周側面
１３凹部の段部（中段）
１４凹部の周側面
５４光学部材の凹所

Claims

凹部を有する実装基板と、前記実装基板の凹部内底面に実装された発光素子と、前記発光素子の発光波長の少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収体、又は発光素子の発光によって励起されると共に励起波長と異なる波長の光を放射する蛍光体を含む単一又は複数種の光色変換材料とを備えた発光装置において、
前記実装基板の凹部に対向して配置され、前記発光素子からの出射光を前記光色変換材料を経て外部に導く光学部材を備え、
前記凹部は、前記発光素子の実装された凹部内底面を最下段として周側面に少なくとももう一つの段部（中段という）を有し、かつ基板表面側ほど大きい開口を持ち、
前記光色変換材料は、前記光学部材に設けられると共に、前記実装基板の凹部内に嵌め込まれて前記中段の底面上に配置され、光色変換材料の径寸法が前記実装基板の最下段の開口径より大きく形成されていることを特徴とする発光装置。
前記光色変換材料が配置された中段の底面とその周側面とのなす角度が鈍角である請求項１記載の発光装置。
前記光色変換材料が配置された中段の底面とその周側面とのなす角度が鋭角である請求項１記載の発光装置。
前記光色変換材料の側面に光反射膜を形成した請求項１記載の発光装置。
前記実装基板の凹部及び凹部開口周縁部の表面に光透過防止膜を形成した請求項１記載の発光装置。