JP2007123437A - 蛍光体板及びこれを備えた発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロレンズ群によって十分な集光効果を発揮することができ、所望の軸上光度を得ることができる蛍光体板及びこれを備えた発光装置を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ素子３の光取出側に配設され、ＬＥＤ素子３から発せられる青色光を受けて励起されることにより波長変換光としての黄色光を発する蛍光体４Ｂを含有する波長変換用の蛍光体板４であって、蛍光体板４の光取出側には、青色光と黄色光との混合光を光取出側に集光するためのマイクロレンズ群１００が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子から発せられる光を受けて励起されることにより波長変換光を発する蛍光体板及びこれを備えた発光装置に関する。

周知のように、単一の発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）素子から発せられる光と、この光で励起されて発する波長変換光との混合により白色光を得ることができる発光装置が実用化されている。

従来、この種の発光装置には、光取出側に開口するケースを有するパッケージと、ケース内に収容されたＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子をケース内で封止する封止部材とを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。そして、特許文献１に示す封止部材は、蛍光体が分散された第１光透過性樹脂と、この第１光透過性樹脂の光出射面を覆うようにマイクロビーズが分散された第２光透過性樹脂とによって形成されている。

このような発光装置においては、ＬＥＤ素子として青色光を発する青色ＬＥＤ素子であり、また蛍光体として青色光で励起されて黄色光を発する蛍光体であると、ＬＥＤ素子から発せられる青色の励起光と蛍光体から発せられる黄色の波長変換光との混合により白色光が得られる。そして、白色光は第１光透過性樹脂を透過して第２光透過性樹脂側に出射され、さらに第２透過性樹脂を透過してケース外に出射される。この場合、白色光が第２光透過性樹脂を透過する際に集光性部材としてのマイクロビーズに一定の角度で入射し、一定の方向に屈折して出射される。
特開２００５−６４１１１号公報

しかし、特許文献１によると、マイクロビーズを分散してなる第２光透過性樹脂（バインダ）で第１光透過性部材（波長変換部材）の光取出面が被覆されているため、マイクロビーズが波長変換部材上に不規則の状態で配列されていた。この結果、波長変換部材の光取出面が精度の高い光学形状面で形成されず、マイクロビーズによる集光効果は十分ではなく、所望の軸上光度を得ることができないという問題があった。

従って、本発明の目的は、マイクロレンズ群によって十分な集光効果を発揮することができ、もって所望の軸上光度を得ることができる蛍光体板及びこれを備えた発光装置を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、発光素子の光取出側に配設され、前記発光素子から発せられる光を受けて励起されることにより波長変換光を発する蛍光体を含有する波長変換用の板部材であって、前記板部材の光取出側には、前記光と前記波長変換光との混合光を光取出側に集光するためのマイクロレンズ群が配置されていることを特徴とする蛍光体板を提供する。

（２）本発明は、上記目的を達成するために、光取出側に開口する内部空間を有するケースと、前記ケースの光取出側に配設された蛍光体板と、前記蛍光体板の光反取出側に配設され、かつ前記ケース内に収容された発光素子とを備えた発光装置において、前記蛍光体板は、上記（１）に記載の蛍光体板であることを特徴とする発光装置を提供する。

本発明によると、マイクロレンズ群によって十分な集光効果を発揮することができ、所望の軸上光度を得ることができる。

[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置を説明するために示す図である。図１（ａ）は発光装置全体の断面図を、図１（ｂ）はＬＥＤ素子の断面図をそれぞれ示す。

〔発光装置１の全体構成〕
図１（ａ）において、発光装置１は、素子収容用のパッケージ２と、このパッケージ２内に収容されたＬＥＤ素子３と、パッケージ２内に充填されてＬＥＤ素子３を封止する封止部材８と、ＬＥＤ素子３の光取出側に封止部材８を覆うように配置された蛍光体板４とから大略構成されている。

（パッケージ２の構成）
パッケージ２は、図１（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子３を収容可能なケース５と、ケース５の一方側（図１では下側）開口部を覆う素子搭載基板６とを有している。

<ケース５の構成>
ケース５は、図１に示すように、基板側から光取出側に向かって開口する平面円形状の内部空間５Ａを有し、全体が例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミックス材料からなる箱体によって形成されている。ケース５の材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃の他にシリコン（Ｓｉ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは白色樹脂が用いられる。ケース５内には、ＬＥＤ素子３からの光を光取出側に反射するための傾斜面５Ｂが設けられている。内部空間５Ａの光取出側には、蛍光体板４を取り付けるための段状面５Ｃが設けられている。内部空間５Ａには封止部材８が充填されている。

<素子搭載基板６の構成>
素子搭載基板６はＡｌ₂Ｏ₃のセラミックス材料によって形成されている。素子搭載基板６の材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃の他に、ＳｉやＡｌＮあるいは白色樹脂が用いられる。素子搭載基板６の光取出側面（表面）には、ＬＥＤ素子３のｐ側電極３Ａ及びｎ側電極３Ｂ（図１（ｂ）に示す）にそれぞれ金（Ａｕ）からなるバンプ１２，１３を介して接続する第１配線パターン１４，１５が設けられている。素子搭載基板６の実装側面（裏面）には、ＬＥＤ素子３に対して電源電圧を供給するための第２配線パターン１６，１７が設けられている。そして、第１配線パターン１４と第２配線パターン１６と及び第１配線パターン１５と第２配線パターン１７とは、それぞれ素子搭載基板６を貫通するビアホール１９，２０内に充填されたビアパターン２２，２３により電気的に接続されている。第１配線パターン１４，１５及び第２配線パターン１６，１７は、例えばタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属によりビアパターン２２，２３と一体的に形成されている。

なお、第１配線パターン１４，１５及び第２配線パターン１６，１７の表面には、ニッケル（Ｎｉ），アルミニウム（Ａｌ），白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），Ａｕ，銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ）など単層又は積層あるいは半田材料による金属層が必要に応じて形成される。

（封止部材８の構成）
封止部材８は、シリコーン等の光透過性樹脂材料からなり、素子搭載基板６と蛍光体板９との間に配置され、前述したようにケース５内でＬＥＤ素子３を封止するように構成されている。封止部材８の材料としては、シリコーンの他に、エポキシ等の樹脂材料やＮ₂，Ａｒ等の不活性ガスが用いられる。

（ＬＥＤ素子３の構成）
ＬＥＤ素子３は、ｐ側電極３Ａ及びｎ側電極３Ｂ（共に図１（ｂ）に示す）を有するフェイスダウン型の青色ＬＥＤ素子からなり、図１（ａ）に示すようにパッケージ２内の封止部材８によって封止され、かつ第１配線パターン１４，１５にバンプ１２，１３を介してフリップ実装されている。ＬＥＤ素子３は、図１（ｂ）に示すように、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板２４上にＡｌＮからなるバッファ層（図示せず）及びｎ型半導体（ｎ−ＧａＮ）層２５・発光層２６・ｐ型半導体（ｐ−ＧａＮ）層２７を順次結晶成長させることにより形成されている。ＬＥＤ素子３の平面縦横寸法は、例えば縦寸法及び横寸法をそれぞれ約１ｍｍとする平面サイズに設定されている。

（蛍光体板４の構成）
蛍光体板４は、図１（ａ）に示すように、基部材４Ａ及び蛍光体４Ｂからなり、その一部がケース５の内部空間５Ａに収容され、かつ段状面５Ｃに取り付けられている。蛍光体板４の厚さは均一な寸法（１００μｍ〜５００μｍ）に設定されている。

基部材４Ａは、光透過性（透明）材料からなる平面円形状の薄板によって形成されている。基部材４Ａの材料としては、シリコーン，アクリル等の有機材料やガラス等の無機材料あるいは無機材料と有機材料との混合材料が用いられる。

蛍光体４Ｂは、基部材４Ａに含有されている。そして、ＬＥＤ素子３からの青色光を受けて励起されることにより、波長変換光（黄色光）を発するＹＡＧ（ＹｔｔｒｉｕｍＡｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）等の材料によって形成されている。

蛍光体板４の光出射面には、ＬＥＤ素子３からの青色光と蛍光体４Ｂによる波長変換光としての黄色光との混合光を光取出側に集光するためのマイクロレンズ群１００が配置されている。マイクロレンズ群１００は、半球状の光学形状面を有する多数のマイクロレンズ１００Ａからなり、蛍光体板４の形成時に押圧用の型板（図示せず）を用いて一体に形成されている。各マイクロレンズ１００Ａのレンズ径は１０μｍ〜１００μｍの寸法に設定されている。レンズ高さは、レンズ径（１０）の５０％〜７０％の寸法に設定されている。

〔発光装置１の動作〕
先ず、ＬＥＤ素子３に電源から第２配線パターン１６，１７及びビアパターン２２，２３・第１配線パターン１４，１５・バンプ１２，１３を介して電圧が印加されると、ＬＥＤ素子３の発光層２６において青色光を発し、この青色光がＬＥＤ素子３の光取出面から封止部材８に出射される。

次に、ＬＥＤ素子３からの出射光が封止部材８を透過して蛍光体板４に入射する。この場合、ＬＥＤ素子３からの出射光の一部が封止部材８を透過し、またケース５の傾斜面５Ｂで反射してから封止部材８を透過し、それぞれ蛍光体板４に入射する。

そして、蛍光体板４では入射した青色光を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を発する。このため、ＬＥＤ素子３から発せられる青色光と蛍光体板４から発せられる黄色光とが混合して白色光となる。

この後、白色光が蛍光体板４を透過し、その光出射面（マイクロレンズ群１００における各マイクロレンズ１００Ａの光学形状面）から外部に出射される。この際、各マイクロレンズ１００Ａの光学形状に基づいた光取出側における所定の方向（集光する方向）に白色光が出射される。

[第１の実施の形態の効果]
以上説明した第１の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

マイクロレンズ群１００が押圧用の型板を用いて蛍光体板４の光出射面に形成されているため、各マイクロレンズ１００Ａが蛍光体板４の光取出側に規則正しい状態で配列される。このため、蛍光体板４の光取出面が精度の高い光学形状面で形成され、各マイクロレンズ１００Ａによって十分な集光効果を発揮することができ、所望の軸上光度を得ることができる。

[第２の実施の形態]
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置を説明するために示す断面図である。図２において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図２に示すように、第２の実施の形態に示す発光装置３１は、蛍光体板４に加えてマイクロレンズ集合体２００を備えた点に特徴がある。

このため、マイクロレンズ集合体２００は、マイクロレンズ群１００を有し、蛍光体４の光出射面に接合されている。マイクロレンズ集合体２００の材料としては、シリコーン，アクリル等の有機材料やガラス等の無機材料あるいは無機材料と有機材料との混合材料が用いられる。

[第２の実施の形態の効果]
以上説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果と同様の効果が得られる。

[第３の実施の形態]
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置を説明するために示す断面図である。図３において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図３に示すように、第３の実施の形態に示す発光装置４１は、レンズ形成用液を用いてマイクロレンズ群１００が蛍光体板４の光出射面に形成されている点に特徴がある。

このため、マイクロレンズ群１００の各マイクロレンズ１００Ａは、蛍光体板４の光出射面４Ｃにレンズ形成用液を滴下して硬化させることにより配置されている。レンズ形成用液の材料としては、シリコーン，アクリル等の有機材料やガラス等の無機材料あるいは無機材料と有機材料との混合材料が用いられる。

[第３の実施の形態の効果]
以上説明した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果と同様の効果が得られる。

以上、本発明の発光装置を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）本実施の形態では、各マイクロレンズ１００Ａが半球状である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、マイクロレンズ１００Ａが例えば図４（ａ）に示すような円錐形状のもの、図４（ｂ）に示すような截頭円錐形状のもの、図４（ｃ）に示すような角錐形状（図４（ｃ）では六角錐形状）のものあるいは図４（ｄ）に示すような截頭角錐形状のものであってもよい。この場合、互いに隣り合う２つのマイクロレンズ１００Ａのレンズ高さは、これらマイクロレンズ１００Ａのうち一方側のマイクロレンズからの出射光が他方側のマイクロレンズに入射しないような寸法に設定されていることが好ましい。

（２）本実施の形態では、ＬＥＤ素子３から発せられる青色光を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を発する蛍光体板４である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤ素子から発せられる紫色光（波長３７０〜３９０ｎｍ）を受けて励起されることにより白色の波長変換光を発する蛍光体板であってもよい。

（３）本実施の形態では、フェイスダウン型のＬＥＤ素子３を用いて配線パターンにフリップチップ接続したが、フェイスアップ型のＬＥＤ素子を用いて配線パターンにワイヤ接続しても勿論よい。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置及びそのＬＥＤ素子をそれぞれ説明するために示す断面図。 本発明の第２の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置を説明するために示す断面図。 本発明の第３の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置を説明するために示す断面図。 （ａ）〜（ｄ）は、マイクロレンズにおけるレンズ形状の変形例を説明するために示す斜視図。

符号の説明

１，３１，４１…発光装置、２…パッケージ、３…ＬＥＤ素子、４…蛍光体板、４Ａ…基部材、４Ｂ…蛍光体、４Ｃ…光出射面、５…ケース、５Ａ…内部空間、５Ｂ…傾斜面、５Ｃ…段状面、６…素子搭載基板、８…封止部材、１２，１３…バンプ、１４，１５…第１配線パターン、１６，１７…第２配線パターン、１９，２０…ビアホール、２２，２３…ビアパターン、２４…サファイア基板、２５…ｎ型半導体層、２６…発光層、２７…ｐ型半導体層、１００…マイクロレンズ群、１００Ａ…マイクロレンズ、２００…マイクロレンズ集合体

Claims (7)

1. 発光素子の光取出側に配設され、前記発光素子から発せられる光を受けて励起されることにより波長変換光を発する蛍光体を含有する波長変換用の板部材であって、
   前記板部材の光取出側には、前記光と前記波長変換光との混合光を光取出側に集光するためのマイクロレンズ群が配置されていることを特徴とする蛍光体板。
2. 前記マイクロレンズ群は、前記板部材の光出射面に型板で形成することにより配置されている請求項１に記載の蛍光体板。
3. 前記マイクロレンズ群は、前記板部材の光出射面にマイクロレンズ集合体を接合することにより配置されている請求項１に記載の蛍光体板。
4. 前記マイクロレンズ群は、前記板部材の光出射面にレンズ形成用液を滴下して硬化させることにより配置されている請求項１に記載の蛍光体板。
5. 前記蛍光体は、前記板部材の光出射面から白色光を出射するための蛍光体である請求項１乃至４のいずれかに記載の蛍光体板。
6. 光取出側に開口する内部空間を有するケースと、
   前記ケースの光取出側に配設された蛍光体板と、
   前記蛍光体板の光反取出側に配設され、かつ前記ケース内に収容された発光素子とを備えた発光装置において、
   前記蛍光体板は、請求項１乃至５のいずれかに記載の蛍光体板であることを特徴とする発光装置。
7. 前記発光素子は発光ダイオード素子からなる請求項６に記載の発光装置。

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