JP2007080859A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹部の内部空間に存在する気体が膨張あるいは収縮することにより特性が変化してしまうことのない発光装置を提供する。
【解決手段】発光素子２は、パッケージ３の一表面に凹設された凹部４内に収納される。光色変換部材５は、発光素子２から出射された光の光色を変換するものであって、板状に形成されており、凹部４の開口を閉塞する形でパッケージ３に固定される。光色変換部材５には、凹部４の内部空間と外部空間とを連結する通気孔７が、光色変換部材５の厚み方向に貫通する形で形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子と、発光素子から出射された光の光色を変換する光色変換部材とを備え、発光素子から出射された光とは異なる光色に発光する発光装置に関するものである。

この種の発光装置１としては、図３に示すように、青色に発光する発光素子（ＬＥＤチップ）２が、パッケージ３（実装基板）の一表面（図３の上面）に凹設された凹部４の底面に実装された構成を有するものが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

特許文献１に記載された発明では、発光素子２からの光の一部を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を透光性の合成樹脂製に分散させた光色変換部材５を用いている。この光色変換部材５は、板状に形成されており、凹部４の開口を閉塞する形でパッケージ３の表面に接着剤等で固定されている。
特開２００３−４６１３３号公報（第４頁、図１）

ところで、上述したように凹部４の開口が光色変換部材５により閉塞された発光装置１では、当該凹部４の内部空間に空気（窒素等を含む）などの気体が封入されている。一方、発光装置１の温度は、周囲温度の変化や発光素子２の発熱等により変化する。発光装置１の温度が変化すると凹部４内に封入されている気体が膨張あるいは収縮し、これにより、光色変換部材５や発光素子２やパッケージ３が変形して発光装置１の特性が変化してしまう可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、凹部の内部空間に存在する気体が膨張あるいは収縮することにより特性が変化してしまうことのない発光装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、一表面に凹部が凹設されたパッケージと、パッケージの凹部内に収納された発光素子と、発光素子から出射された光の光色を変換する光色変換部材とを備え、発光素子から出射された光とは異なる光色に発光する発光装置であって、光色変換部材は、板状に形成され前記凹部の開口を閉塞する形で配置され、凹部の内部空間と外部空間とを連結する通気孔が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、パッケージの凹部の開口を閉塞する形で配置された光色変換部材には、凹部の内部空間と外部空間とを連結する通気孔が形成されているから、通気孔を通して凹部の内外の気体が流通する。したがって、発光装置の温度が変化し凹部の内部空間において気体が膨張あるいは収縮しても、光色変換部材や発光素子やパッケージが変形することはなく、発光装置の特性変化を防止できるという効果を奏する。なお、発光素子にはＬＥＤチップのほか有機ＥＬなども含む。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、透光性を有し前記発光素子を封止するとともに前記光色変換部材に対して隙間を介して対向する形で前記凹部内に充填された透光性部材が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、発光素子は透光性部材によって封止されるから、通気孔を通して凹部の内外の気体が流通できるようにしながらも、発光素子が当該気体に晒されることはなく、発光素子を保護することができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記通気孔が、前記発光素子から出射された光が通気孔を通して前記凹部の外部に漏光することのない形状に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、発光素子から出射された光は、通気孔を通して漏光することはなく、全て光色変換部材に入射することになるので、発光装置から出射される光に色むらが生じることを防止できるという利点がある。

本発明は、発光装置の温度が変化し凹部の内部空間において気体が膨張あるいは収縮しても、これにより光色変換部材や発光素子やパッケージが変形することはなく、発光装置の特性が変化してしまうことはないという利点がある。

（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、従来構成において説明したものと同様に、青色に発光するＬＥＤ（発光ダイオード）チップを発光素子として用いるとともに、青色光の一部を光色変換部材で黄色光に変換し、発光素子からの光と光色変換部材からの光とを混色することによって白色光を得られるようにしたものである。

発光素子２は、図１に示すように、パッケージ３の一表面（図１の上面）に凹設された凹部４内に収納される。図１では詳しく図示しないが、発光素子２は、窒化ガリウム系化合物半導体材料からなる発光部が、当該発光部からの光（青色光）に対して透明なサファイア基板の一表面側に形成されたものであり、発光部が凹部４の底面に対向する形でパッケージ３に設けた電極（図示せず）にフリップチップ実装される。これにより、発光部からの光はサファイア基板を通して出射されることになる。なお、フリップチップ実装に限らず、発光素子２と電極とをボンディングワイヤによって接続する構成としてもよいが、フリップチップ実装を採用したほうがボンディングワイヤの影が生じない分だけ発光素子２からの光の取り出し効率がよくなる。

発光素子２が実装されたパッケージ３は、凹部４が開口側（図１の上側）ほど開口面積を大きくするテーパ状に形成されており、凹部４の内周面に、発光素子２から出射された光を反射する反射性を有している。凹部４の内周面は、発光素子２から出射された光と同じ光色の光を全て反射するものであればよく、ここでは少なくとも青色光を全て反射する。

一方、光色変換部材５は、板状に形成され、パッケージ３の凹部４の開口を閉塞する形でパッケージ３に固定されている。図１に示す発光装置１では、凹部４は、開口側の開口面積を広げる段差６を内周面における開口面（図１の上面）付近に有しており、光色変換部材５は、周部をこの段差６上に載置する形でパッケージ３に取り付けられ接着剤等を用いてパッケージ３に固定されている。ここでは、光色変換部材５の一部がパッケージ３の表面（図１の上面）から突出しているが、光色変換部材５が凹部４内に完全に収まるようにし光色変換部材５とパッケージ３との表面を面一にしたり、あるいは、図３に示した従来構成と同様に光色変換部材５をパッケージ３の表面上に載置する形で設けたりしてもよい。また、図１の光色変換部材５は平板状に形成されているが、表面が曲面状（たとえば球面の一部となる形状）に形成された光色変換部材５を用いてもよい。

上述した構成により、発光素子２から出射された光は、直接あるいは凹部４の内周面で反射された後に光色変換部材５に入射することになる。光色変換部材５は、青色光が透過する透光性樹脂（たとえばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂など）の中に、青色光を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を分散させたものであって、この光色変換部材５に入射した光（青色光）のうち、一部の光は蛍光体で黄色光に変換されて出射され、その他の光は蛍光体に吸収されることなく光色変換部材５を透過して青色光として出射されるので、凹部４の開口から出射される光としては、青色光と黄色光との混色である白色光が得られることになる。

また、本実施形態の構成に対して、凹部４内に光色変換部材を充填し光色変換部材で発光素子２を封止する構成も考えられるが、この構成では蛍光体を分散させた透光性樹脂を凹部４内に滴下充填して硬化させることにより光色変換部材を形成することになり、透光性樹脂の粘度を小さくしなければならないから、透光性樹脂が硬化するまでの間に蛍光体が沈下することがあり、個々の発光装置１において光色変換部材における蛍光体の分量や濃度を均一化することが困難である。結果的に、凹部４内に光色変換部材を充填する構成では発光装置１から出射される光に色むらが生じやすいという問題がある。一方、本実施形態の構成では、蛍光体を分散させた透光性樹脂を硬化させて板状の光色変換部材５を形成した後に、当該光色変換部材５をパッケージ３に固定することができるので、蛍光体が沈下し難く、個々の発光装置１において光色変換部材５における蛍光体の分量や濃度を均一化することができ、したがって、発光装置１から出射される光に色むらが生じ難いという利点がある。

ところで、本実施形態の発光装置１では、凹部４の内部空間と外部空間とを連結する通気孔７を光色変換部材５に形成してある。通気孔７は、凹部４の内外で空気（窒素等を含む）などの気体を流通可能とするためのものであって、凹部４の開口に比べて十分に小さい開口を有するとともに、光色変換部材５の厚み方向（図１の上下方向）に沿った直線状に延長されることにより光色変換部材５を厚み方向に貫通している。さらに、発光素子２からの直接光が通気孔７を通して漏光してしまうことがないように、通気孔７は、光色変換部材５における発光素子２との対向部位を避けて光色変換部材５の周部に複数箇所（ここでは２箇所）形成されている。

このように通気孔７を設けたことにより、発光装置１の周囲温度の変化や発光素子２を発光させた際の発光素子２の発熱等に起因して発光装置１の温度が変化したときに、凹部４内の気体が膨張あるいは収縮したとしても、気体は凹部４の内外で通気孔７を通して流通可能であるから、凹部４内の気体の膨張あるいは収縮によって光色変換部材５や発光素子２やパッケージ３が変形し発光装置１の特性が変化することを防止できるという利点がある。しかも、通気孔７の配置によって発光素子２からの直接光が通気孔７を通して漏光することを阻止してあるので、発光素子２からの直接光が光色変換部材５を通らずに出射されてしまうことによる色むらの発生を防止することができる。

さらにまた、凹部４内においては、発光素子２から出射された光（青色光）に対して透明であって発光素子２を封止する透光性部材８が設けられている。ここにおいて、透光性部材８の表面（図１の上面）と光色変換部材５の裏面（図１の下面）との間に隙間９が形成されるように、透光性部材８は凹部４の底部にのみ充填されている。したがって、凹部４の全体に透光性部材８を充填する場合に比べて透光性部材８の分量を少なくすることができる。このように透光性部材８で発光素子２を封止したことによって、通気孔７を通して凹部４の外部空間から凹部４内に気体が流入しても、この気体に発光素子２が晒されることはなく、発光素子２が保護されることになる。

また、発光装置１の製造時に、全ての発光装置１について透光性部材８の分量を正確に管理することは難しく、透光性部材８の分量が発光装置１毎に異なることがあり、たとえば、透光性部材８の分量が正規の分量よりも多い場合に、透光性部材８を凹部４の全体に充填する構成では透光性部材８が凹部４からはみ出す形になるので、光色変換部材５で凹部４の開口を閉塞しようとしても、光色変換部材５が透光性部材８に接触して光色変換部材５を正規の位置に配置できないことがある。これに対して、本実施形態の構成では、透光性部材８の分量が正規の分量より多い場合でも、隙間９が狭くなるだけであって、光色変換部材５が透光性部材８に接触することはないから、光色変換部材５を正規の位置に配置することができる。

ところで、発光素子２においては、上述したように発光部からの光はサファイア基板を通して出射されるが、サファイア基板の屈折率は空気の屈折率に比べて大きいので、仮に、上記透光性部材８によって発光素子２が封止されていないものとすれば、発光部からの光の一部は、サファイア基板と空気との境界面で全反射されることによりサファイア基板から取り出されない可能性がある。これに対して、本実施形態では透光性部材８によって発光素子２を封止しているので、透光性部材８の屈折率を空気の屈折率とサファイア基板の屈折率との間の大きさに設定しておけば、サファイア基板と透光性部材８との境界面で全反射は生じ難く、結果的に、発光素子２からの光の取り出し効率が向上することになる。

なお、本実施形態では、白色光を得るために、青色に発光する発光素子２と、青色光の一部を黄色光に変換するとともに残りを透過させる光色変換部材５とを組み合わせた発光装置１を例示したが、この構成に限定するものではなく、たとえば、紫外線を発生する発光素子２と、紫外線を吸収することにより白色に発光する光色変換部材５とを組み合わせた発光装置１などに本発明を適用してもよい。また、パッケージ３に設ける凹部４の個数は複数個でもよく、さらに１個の凹部４に対して発光素子２を複数個設けてもよい。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置１は、光色変換部材５に形成された通気孔７の形状が実施形態１の発光装置１とは相違する。

本実施形態では、図２（ａ）に示すように、通気孔７は光色変換部材５の厚み方向（図２（ａ）の上下方向）に対して斜めに延長されている。一方で、発光装置１から出射された光は、直接あるいは凹部４の内周面で反射されて光色変換部材５に入射することになり、このとき、多くの光は光色変換部材５の厚み方向に沿って入射する。すなわち、図２（ａ）のように光色変換部材５の厚み方向に対して斜めに延長された通気孔７を採用した場合には、発光素子２からの光が通気孔７を通して凹部４から漏光することはない。

このように、発光素子２からの光が通気孔７を通して漏光しないように通気孔７の形状を設定した場合には、発光素子２から出射された直接光だけでなく、凹部４の内周面で反射された反射光であっても、通気孔７を通して凹部４の外部に漏光することを防止できる。結果的に、発光素子２から出射された光は全て光色変換部材５に入射することになり、発光装置１から出射される光に色むらが発生し難くなるという利点がある。

また、図２（ｂ）に示すように、通気孔７を長手方向の中間部で屈曲された形状とすることにより、発光素子２からの光が通気孔７を通して漏光しないようにしてもよい。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

本発明の実施形態１を示す断面図である。 本発明の実施形態２を示す断面図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ 発光装置
２ 発光素子
３ パッケージ
４ 凹部
５ 光色変換部材
７ 通気孔
８ 透光性部材

Claims (3)

1. 一表面に凹部が凹設されたパッケージと、パッケージの凹部内に収納された発光素子と、発光素子から出射された光の光色を変換する光色変換部材とを備え、発光素子から出射された光とは異なる光色に発光する発光装置であって、光色変換部材は、板状に形成され前記凹部の開口を閉塞する形で配置され、凹部の内部空間と外部空間とを連結する通気孔が形成されていることを特徴とする発光装置。
2. 透光性を有し前記発光素子を封止するとともに前記光色変換部材に対して隙間を介して対向する形で前記凹部内に充填された透光性部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記通気孔は、前記発光素子から出射された光が通気孔を通して前記凹部の外部に漏光することのない形状に形成されてい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。
   

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