JP2006013157A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 セラミックス基板に形成された窪み内に発光素子が載置されてなる発光装置において、該窪みの上端側開口部に対向する下端側基底面に形成された導電体層と、該下端側基底面に接しないように該窪みの側面に形成された反射層とを備え、前記発光素子が前記反射層と前記導電体層との隙間よりも上方側に位置するように前記下端側基底面よりも上方に備えられた第2基底面上に載置された構成とする。
【選択図】 図2
Description
従来の発光装置としては、例えば図15に示すように、窪み103が形成されたセラミックス基板102と、該窪み103の内部に配されたLEDチップ106と、該LEDチップ106に電力を供給するための導電体層105と、窪み103の側面に光の反射効率を高めるために形成された反射層104とを備えてなり、導電体層105の上にLEDチップ106が載置された状態で構成されたものが開示されている(特許文献1)。
そうすると、該特許文献2記載の発光装置によれば、反射層を介して光を有効に取り出すことはできるが、LEDチップの載置面において光がセラミックス基板へと透過しやすく、光の取出し効率が低下するという問題がある。
そうすると、斯かる構成の発光装置では、露出したセラミックス基板へ光が透過して、光の取出し効率が低下するという問題が生じるのみならず、反射層によって反射される光にムラが生じるという問題をも招くこととなる。
また、窪みの側面に形成された反射層が、窪みの下端側基底面には接しないように設けられているため、導電体層を下端側基底面の広い範囲にわたって形成することが可能となり、該導電体層を介しての光の反射効率を高め、しかも放熱性にも優れた発光装置とすることができる。
また、窪みの側面に形成された反射層が、窪みの下端側基底面には接しないように設けられているため、導電体層を下端側基底面の広い範囲にわたって形成することが可能となり、該導電体層を介しての光の反射効率を高め、しかも放熱性にも優れた発光装置とすることができる。
図1は、本発明の発光装置の第一実施形態を示した平面図であり、図2は、図1における2−2線断面図、図3は、図1における3−3線断面図である。
図1〜3に示すように、第一実施形態に係る発光装置1は、窪み3を有するように構成されたセラミックス基板2と、該窪み3の上端開口部に対向する下端側基底面3aに形成された導電体層5と、該窪み3の側面3bに形成された第1の反射層4aとを備え、窪み3の内部には発光素子としてのLEDチップ6が載置されている。
さらに、該窪み3の内部は、光透過性の樹脂で満たされた状態となっている。
さらに、該第一実施形態では、凸部10のY軸方向両端に於いて、前記第1の反射層4aと第2の反射層4bとが接合され、セラミックス基板2が完全に被覆された状態となっているため、LEDチップ6からY軸方向に向けて発せられる光は完全に反射されることとなる。
斯かる穴埋めスルーホール15を構成する材料としては、例えば、タングステン、銅、銀などの金属部材を使用できるほか、導電性部材が使用できない場合には、エポキシ樹脂などの絶縁性部材を使用することができる。
図5は、本発明の発光装置の第二実施形態を示した平面図であり、図6は、図5における6−6線断面図、図7は、図5における7−7線断面図である。
図5〜7に示すように、第二実施形態に係る発光装置1は、前記第一実施形態に係る発光装置とその基本構成を同じくするものであり、窪み3を有するように構成されたセラミックス基板2と、該窪み3の上端開口部に対向する下端側基底面3aに形成された導電体層5(カソード又はアノードの何れか一方)と、該窪み3の側面3bに形成された反射層4とを備え、窪み3の内部には発光素子としてのLEDチップ6が載置されている。
図8は、本発明の発光装置の第二実施形態を示した平面図であり、図9は、図8における9−9線断面図、図10は、図8における10−10線断面図である。
図8〜10に示すように、第三実施形態に係る発光装置1も、上記実施形態に係る発光装置とその基本構成を同じくするものであり、窪み3を有するように構成されたセラミックス基板2と、該窪み3の上端開口部に対向する下端側基底面3aに形成された導電体層5と、該窪み3の側面3bに形成された反射層4とを備え、窪み3の内部には発光素子としてのLEDチップ6が載置されている。
そして、発光素子であるLEDチップ6は、該凹部11の底面11aに被着された導電体層5の上に、接着剤層(図示せず)を介して着接されている。
また、該LEDチップ6から斜め上方へ向けて発せられる光は、側面3bの全周を覆うように形成された反射層4によって反射されることとなる。
よって、該第三実施形態に係る発光装置1では、側面3bに形成された反射層5と下端側基底面3aに形成された導電体層5との間には隙間があり、その部分ではセラミックス基板2が露出する構成となっているにも拘らず、LEDチップ6から発せられる光が該セラミックス基板6に透過することを有効に防止しうるものとなる。
図12は、本発明の発光装置の第四実施形態を示した平面図であり、図13は、図12における13−13線断面図、図14は、図12における14−14線断面図である。
図12〜14に示すように、第四実施形態に係る発光装置1は、窪み3を有するように構成されたセラミックス基板2と、該窪み3の上端開口部に対向する下端側基底面3aに形成された導電体層5と、該窪み3の側面3bに形成された反射層4とを備え、下端側基底面3aの中央領域には凹部11が形成されてなり、該凹部11は、LEDチップ6を載置するための底面11aと、該底面11aから凹部11の開口端側に向かって広がるように形成された側面11bとを備え、該凹部11の底面11aに被着された導電体層5の上に、発光素子であるLEDチップ6が載置されている点において、前記第三実施形態と同じ構成である。
また、該LEDチップ6から斜め上方へ向けて発せられる光は、側面3bの全周を覆うように形成された反射層4によって反射されることとなる。
よって、該第四実施形態に係る発光装置1によれば、下端側基底面3aにおいて僅かにセラミックス基板2が露出する構成となっているにも拘らず、LEDチップ6から発せられる光が該セラミックス基板6に透過することを有効に防止しうるものとなる。
また、凹部を設ける際には、該凹部の内側に載置される発光素子から該凹部の外側へと発せられる光が、側面に形成された反射層と下端側基底面に形成された導電体層との隙間に達しない程度の深さを備えたものであればよい。
即ち、前記反射層は、発光素子から発せられる光を効率良く反射しうるものであれば特に限定されず、従来公知の材料および構成を採用することができる。反射層を構成する材料としては、例えば、金や銀、ニッケル等の金属材料を好適に使用することができる。
窪み3内に蛍光体が含まれていれば、LEDチップ6から発せられた光の一部は、該蛍光体に照射・吸収され、該蛍光体からは、LEDチップから発せられた光とは異なる光が放出されることとなる。これにより、LEDチップ6から発せられた光と蛍光体12から発せられた光とが混合されることとなり、種々の色味の発光装置を提供することができる。例えば、青色に発光するLEDチップ6と、黄色に発光する蛍光体12とを用いることにより、白色系に発光する発光装置となる。
Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体としては、M5(PO4)3X:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などが挙げられる。
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体としては、M2B5O9X:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などが挙げられる。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体としては、SrAl2O4:R、Sr4Al14O25:R、CaAl2O4:R、BaMg2Al16O27:R、BaMg2Al16O12:R、BaMgAl10O17:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などが挙げられる。
希土類酸硫化物蛍光体としては、La2O2S:Eu、Y2O2S:Eu、Gd2O2S:Euなどが挙げられる。
Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体としては、Y3Al5O12:Ce、(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce、Y3(Al0.8Ga0.2)5O12:Ce、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12の組成式で表されるYAG系蛍光体などが挙げられる。
その他の蛍光体としては、ZnS:Eu、Zn2GeO4:Mn、MGa2S4:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。)などが挙げられる。また、M2Si5N8:Eu、MSi7N10:Eu、M1.8Si5O0.2N8:Eu、M0.9Si7O0.1N10:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)なども使用できる。
さらに、前記蛍光体は、所望に応じてEuに代えて、又は、Euに加えてTb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Ti等から選択される1種以上を含有させることもできる。
発光中心には、希土類元素であるユウロピウムEuを用いることが好ましい。ユウロピウムは、主に2価と3価のエネルギー準位を持つ。蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Eu2+を付活剤として用いることが好ましい。Eu2+は、酸化されやすく、3価のEu2O3の組成で市販されている。しかし、市販のEu2O3では、Oの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Eu2O3からOを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Bを添加した場合は、その限りではない。
添加物であるBは、Eu2+の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Bは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にB化合物を含有させ、原料と共に焼成する。
Rは、希土類元素である。具体的には、Rは、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luである。これら希土類元素のうち、Euが好ましい。また、Euと、希土類元素から選ばれる少なくとも1以上の元素と、を含んでいるものも使用することができる。特に、賦活剤Rは、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luからなる群から選ばれるEuを必須とする少なくとも1種以上である希土類元素であることが好ましい。Eu以外の元素は、共賦活剤として、作用するためである。Rは、Euが50重量%以上含有されていることが好ましい。
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。
これらの蛍光体は、LEDチップ6の励起光により、黄色、赤色、緑色、青色、また、これらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する。これらの蛍光体は1種のみでも良いが、数種類を組み合わせて使用することにより、種々の発光色を有する発光装置を製造することができる。
例えば、紫外線発光のLEDチップ6を用い、緑色から黄色に発光するCaSi2O2N2:Eu、又はSrSi2O2N2:Euと、青色に発光する(Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu、赤色に発光する(Ca,Sr)2Si5N8:Euと、からなる蛍光体を使用することによって、演色性の良好な白色に発光する発光装置を提供することができる。これは、色の三原色である赤・青・緑を使用しているため、蛍光体の配合比を変えることのみで、所望の白色光を実現することができる。
ここで粒径は、空気透過法で得られる平均粒径を指す。具体的には、気温25℃、湿度70%の環境下において、1cm3分の試料を計り取り、専用の管状容器にパッキングした後、一定圧力の乾燥空気を流し、差圧から比表面積を読みとり、平均粒径に換算した値である。本発明で用いられる蛍光体の平均粒径は2μm〜8μmの範囲であることが好ましい。また、この平均粒径値を有する蛍光体が、頻度高く含有されていることが好ましい。また、粒度分布も狭い範囲に分布しているものが好ましく、特に、微粒子2μm以下の少ないものが好ましい。このように粒径、及び粒度分布のバラツキが小さい蛍光体を用いることにより、より色ムラが抑制され、良好な色調を有する発光装置が得られる。
また、無機物である結着剤をコーティング部材(バインダー)として用いることもできる。結着剤とは、いわゆる低融点ガラスであり、微細な粒子であり、且つ紫外から可視領域の輻射線に対して吸収が少なく、コーティング部材(バインダー)中にて極めて安定であることが好ましい。
また、粒径の大きな蛍光体をコーティング部材(バインダー)に付着させる場合、融点が高くても粒子が超微粉体である結着剤、例えば、シリカ、アルミナ、あるいは沈殿法で得られる細かい粒度のアルカリ土類金属のピロリン酸塩、正りん酸塩などを使用することが好ましい。これらの結着剤は、単独、若しくは互いに混合して用いることができる。
ここで、上記結着剤の塗布方法について述べる。結着剤は、結着効果を十分に高めるため、ビヒクル中に湿式粉砕して、スラリー状にして、結着剤スラリーとして用いることが好ましい。前記ビヒクルとは、有機溶媒あるいは脱イオン水に少量の粘結剤を溶解して得られる高粘度溶液である。例えば、有機溶媒である酢酸ブチルに対して粘結剤であるニトロセルロースを1wt%含有させることにより、有機系ビヒクルが得られる。
このようにして得られた結着剤スラリーに、蛍光体を含有させて塗布液を作製する。塗布液中のスラリーの添加量は、塗布液中の蛍光体量に対してスラリー中の結着剤の総量が、1〜3wt%程度とすることができる。光束維持率の低下を抑制するため、結着剤の添加量が少ない方が好ましい。
2 セラミックス基板
3 窪み
3a 下端側基底面
3b 側面
3c 第2基底面
4 反射層
4a 第1の反射層
4b 第2の反射層
5 導電体層
6 発光素子(LEDチップ)
7 ボンディングワイヤ
10 凸部
11 凹部
15 穴埋めスルーホール
Claims (4)
- セラミックス基板に形成された窪み内に発光素子が載置されてなる発光装置であって、
該窪みの上端側開口部に対向する下端側基底面に形成された導電体層と、
該下端側基底面に接しないように少なくとも前記窪みの側面に形成された反射層とを備え、
前記発光素子が前記反射層と前記導電体層との隙間よりも上方側に位置するように前記下端側基底面よりも上方側に備えられた第2基底面上に載置されてなることを特徴とする発光装置。 - 前記発光素子が、導電体層と離間した第2の反射層の上に載置されてなることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- セラミックス基板に形成された窪み内に発光素子が載置されてなる発光装置であって、
該窪みの上端側開口部に対向する下端側基底面に形成された導電体層と、
該下端側基底面に接しないように該窪みの側面に形成された反射層とを備え、
前記発光素子が前記反射層と前記導電体層との隙間よりも下方側に位置するように前記下端側基底面に形成された凹部内に載置されてなることを特徴とする発光装置。 - 前記凹部の内面全体が、導電体層又は第2の反射層によって覆われていることを特徴とする請求項3記載の発光装置。
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