JP2008506246A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた発光装置の光束の低下を抑制できるとともに、封止部の信頼性の向上を図る。
【解決手段】発光素子４と、発光素子４を覆う透光性の封止部と、発光素子４が実装された多層基板６と、多層基板６の上に配置された反射板７とを備え、前記封止部は、発光素子４の外面を覆う第１の封止層１と、第１の封止層１を覆う第２の封止層２と、第２の封止層２を覆う第３の封止層３とを含み、反射板７は、発光素子４の周囲を囲み、第３の封止層３は、反射板７を覆い、かつ多層基板６と密着している発光装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードなどの発光素子を用いた発光装置に関する。
発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と記す。）は、白熱電球、ハロゲン電球などと比べて発光効率及び寿命などの観点から優位性を有しているので、各種の表示装置、照明装置などの発光装置として用いられつつある。このＬＥＤは、基本的に発光素子と、その発光素子を封止する封止部とから成り立っている。
図１１に、従来の砲弾型ＬＥＤの断面図を示す。従来の砲弾型ＬＥＤ２０は、リードフレーム２１に実装されている発光素子２２が、エポキシ樹脂などの単一の透光性の封止樹脂２３により封止された構造を有している。また、砲弾型ＬＥＤ２０には、発光素子２２から放たれた光を任意の方向に反射させるための反射板２４を備え、発光素子２２に電気を供給するためのワイヤー２５を備えている。また、封止樹脂２３には、発光素子２２の発光波長を他の波長に変換する蛍光体、又は特定の波長を吸収するフィルター材料、顔料などが混合されることがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、図１２に、従来の表面実装型ＬＥＤの断面図を示す。従来の表面実装型ＬＥＤ３０は、カップ３１内に実装されている発光素子３２が、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂などの単一の透光性の封止樹脂３３により封止された構造を有している。また、表面実装型ＬＥＤ３０には、発光素子３２から放たれた光を任意の方向に反射させるための反射板３４を備え、発光素子３２に電気を供給するためのワイヤー３５を備えている。また、封止樹脂３３には、発光素子３２の発光波長を他の波長に変換する蛍光体、又は特定の波長を吸収するフィルター材料、顔料などが混合されることがある。
従来、発光素子の封止材料としては、透光性の高いエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ユリア樹脂などの数々の材料が用いられてきているが、信頼性、コストなどを考慮すると、エポキシ樹脂が主として用いられている。
エポキシ樹脂は、発光素子を実装するリードフレームや基板などとの接着性が高く、また硬度が高いため外部から発光素子を保護しやすい。一方、エポキシ樹脂は、熱・光に対して特性が比較的劣化しやすい。耐熱性・耐光性のエポキシ樹脂も数々存在しているが、発光素子に直接接している限りは、光・熱の両方の影響を直接受けてしまうために、経時的にその光透過特性は劣化しやすく、特に短波長側の光を吸収するために樹脂に黄変が生じ、光の取り出し効率は低下する。このようなエポキシ樹脂の劣化は、ＬＥＤの光束低下を招来し、ＬＥＤの短寿命化につながる。
今後ＬＥＤを用いた照明装置などが使用されるようになると、単体のＬＥＤでは光束が小さいため、所望の光束を得るためには、多数のＬＥＤを実装する必要があり、各ＬＥＤの信頼性の向上が望まれる。また、蛍光体と発光素子とを組み合わせて白色光を放つＬＥＤ（以下、「白色ＬＥＤ」と記す。）に用いる発光素子として、青色〜紫外領域の光を放つ発光素子が使用されるようになると、封止材料にはより耐光・耐熱性が求められるようになり、エポキシ樹脂のみの単一樹脂による封止では、照明光源としてのＬＥＤを用いた発光装置の寿命は極端に短くなる可能性がある。
一方、エポキシ樹脂と比較して、熱・光に対して特性が比較的安定している材料として、シリコーン材料がある。シリコーン材料は、経時的にもその光透過特性は劣化しにくい
ため、黄変などの現象が生じにくい。
しかし、シリコーン材料は、エポキシ樹脂ほどの剛性を有しにくく、たとえエポキシ樹脂と同等の硬度を有していてもエポキシ樹脂と比較すると成型が困難であり、発光素子の機械的保護を行いにくい。また、エポキシ樹脂と比較すると、シリコーン材料は発光素子を実装するリードフレームや基板などとの接着性が悪いことから、熱衝撃などの各部材の膨張・収縮を伴う事象に対して、剥離などの不良現象が発生しやすくなり、長期間にわたって封止を保つことは難しく、エポキシ樹脂による封止と比較すると封止部の信頼性は劣る。
ＬＥＤは、発光素子を外部から保護するために、封止部の外殻部分においては十分な剛性を必要とし、機械的強度が大きな封止材料で封止を行わなくてはならない。一方、発光素子と接する部分においては、発光素子へ機械的な応力が加わることによる損傷の防止、又は発光素子の近傍の封止材料にクラックが生じないようにするために、ある程度の弾性を有する封止材料で封止を行わなくてはならない。
しかし、これらの要求を同時に単一の封止材料、例えばエポキシ樹脂又はシリコーン材料で実現することは前述のように難しい。そこで、従来は、発光素子の近傍を弾性を有するシリコーン材料で覆い、その外側を機械的強度の大きな樹脂などで覆う二層構造の封止部が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−５７４４７号公報 特開２０００−１５０９６８号公報（図２）
しかし、発光素子の近傍を弾性を有するシリコーン材料で覆い、その外側を機械的強度の大きなエポキシ樹脂で覆う二層構造のＬＥＤであっても、発光素子から放たれる光と熱によって、エポキシ樹脂が経時的に劣化して透光性が低下し、ＬＥＤの光束が低下する問題がある。
即ち、ＬＥＤは、長時間使用すると発熱し、発光素子の近傍では１００℃近くまたはそれ以上の温度に達することがある。このため、発光素子の近傍を弾性を有するシリコーン材料で覆い、その外側を機械的強度の大きなエポキシ樹脂で覆う二層構造を有するＬＥＤであっても、この熱と光の影響によりエポキシ樹脂が経時的に劣化し、封止部の光透過特性が低下する。また、白色ＬＥＤを用いた発光装置では、青色〜紫外領域のエネルギーの高い光を放つ発光素子を用いるため、エポキシ樹脂の劣化がより促進される。
また、上記二層構造のＬＥＤでは、発光素子の発熱により内層の樹脂が膨張・収縮した場合、内層の樹脂と外層の樹脂との界面に剥離が生じやすくなり、さらには外層の樹脂に応力が加わり、クラックなどが生じる場合があり、封止部の信頼性が損なわれるおそれがある。
特に、前述の図１２に示した表面実装型ＬＥＤ３０においては、封止部が一層構造であっても、二層構造であっても、封止樹脂３３としてシリコーン材料を使用した場合には、反射板３４との接着性が十分ではなくなり、また、シリコーン材料は熱により膨張・収縮しやすいため、封止樹脂３３と反射板３４との間に剥離が生じ、そこから水分などが侵入して発光素子３２に悪影響を与える場合がある。また、封止樹脂３３としてエポキシ樹脂を使用した場合でも、反射板３４の素材に例えばアルミニウムなどを使用すると、封止樹脂３３と反射板３４との接着性が低下し、上記と同様の問題が生じる。
本発明の第１の発光装置は、発光素子と、前記発光素子を覆う透光性の封止部とを備えた発光装置であって、前記封止部は、前記発光素子の外面を覆う第１の封止層と、前記第１の封止層を覆う第２の封止層と、前記第２の封止層を覆う第３の封止層とを含むことを特徴とする。
本発明の第２の発光装置は、基板と、前記基板の上に実装された複数の発光素子と、前記発光素子を覆う透光性の封止部と、前記発光素子の周囲を囲むように配置された反射部材とを備えた発光装置であって、前記封止部は、前記発光素子の外面を覆う第１の封止層と、前記第１の封止層を覆う第２の封止層と、前記第２の封止層を覆う第３の封止層とを含み、前記第３の封止層は、前記反射部材を覆い、かつ前記基板と密着していることを特徴とする。
以下、本発明の発光装置の実施の形態について説明する。本発明の発光装置の一例は、発光素子と、発光素子を覆う透光性の封止部とを備えた発光装置であり、封止部は、発光素子の外面を覆う第１の封止層と、第１の封止層を覆う第２の封止層と、第２の封止層を覆う第３の封止層とを含む。
上記封止部を三層構造とすることにより、各層の封止材料及び封止構造の選択の自由度が増加し、各層に最適な封止材料及び封止構造を選択することが可能となり、発光装置の光束低下の抑制と、封止部の信頼性の向上を図ることができる。
具体的には、例えば、第１の封止層に用いる封止材料として、発光素子から放出される光及び熱に対して光透過率の低下が少なく、かつ弾性を有する透光性材料を用いることができる。発光素子から放出される光及び熱に対して光透過率の低下が少ない封止材料を用いることにより、第１の封止層の封止材料の経時的劣化を防止して、光透過特性の低下を防止できる。また、弾性を有する封止材料を用いることにより、発光素子へ機械的な応力が加わることによる損傷の防止、又は発光素子の近傍の封止材料にクラックが発生することを防止できる。
上記光及び熱に対して光透過率の低下が少なく、かつ弾性を有する透光性材料としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーンゴムなどのシリコーン材料、水ガラスなどを用いることができる。
また、例えば、第２の封止層に用いる封止材料として、発光素子から放出される光及び熱に対して光透過率の低下が少ない耐熱・耐光性の透光性材料を用いることができる。これにより、第２の封止層の封止材料の経時的劣化を防止して、光透過特性の低下を防止できるとともに、第１の封止層及び第２の封止層による熱の遮蔽効果により、第３の封止層の封止材料の経時的劣化を防止して、光透過特性の低下を防止できる。
上記光及び熱に対して光透過率の低下が少ない耐熱・耐光性の透光性材料としては、例えば、シリコーン変性エポキシ樹脂、水素添加ビスフェノールＡグリシジルエーテルを主体としたエポキシ樹脂などの耐熱性・耐光性のエポキシ材料、フッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーン材料、水ガラスなどを用いることができる。
さらに、例えば、第３の封止層に用いる封止材料として、剛性を有する透光性材料を用いることができる。これにより、発光素子を外部から保護することができる。
上記剛性を有する透光性材料としては、エポキシ樹脂などのエポキシ材料、ガラス、ナ
イロン樹脂、ポリカーボネート、アクリル樹脂などを用いることができる。
また、上記第２の封止層は、ガラス転移温度が１００℃以上の透光性材料から形成されていることが好ましく、ガラス転移温度が１２０℃以上の透光性材料がより好ましく、ガラス転移温度が１４０℃以上の透光性材料が最も好ましい。これにより、第２の封止層から第３の封止層への応力を緩和でき、第３の封止層による封止部の信頼性をより向上させることができる。即ち、第２の封止層をガラス転移温度が１００℃以上の透光性材料で形成することにより、使用雰囲気温度の変化が激しい状態で発光素子を連続点灯させた場合でも、第２の封止層の膨張・収縮による変形を抑制でき、第２の封止層から第３の封止層への応力を緩和できる。なお、ガラス転移温度の上限は特に制限されないが、例えば一般的にＬＥＤの封止に用いられるエポキシ材料の場合では１９０℃以下である。
上記第２の封止層の透光性材料のガラス転移温度は、任意に調整可能である。例えば、透光性材料の組成を変化させる、透光性材料の硬化温度を上げる、硬化剤の量を調整するなどにより、ガラス転移温度を変化させることができる。
また、本実施形態の発光装置は、発光素子が実装された基板と、基板の上に配置された反射部材とをさらに含み、反射部材は、発光素子の周囲を囲み、第１の封止層は発光素子の外面を覆い、第２の封止層は第１の封止層を覆い、第３の封止層は第２の封止層及び反射部材を覆い、さらに第３の封止層は基板と密着した形態とすることができる。この形態は、第３の封止層によって、基板上の発光素子、第１の封止層、第２の封止層、反射部材などの全ての部材が覆われ、かつそれらの部材の周囲において第３の封止層と基板とを密着させたものである。これにより、水分などが発光装置の内部に侵入することをより確実に防止することができ、発光装置の封止部の信頼性をより向上することができる。
また、上記反射部材としては、発光素子からの光を反射させる機能を有するものであれば特に限定されず、例えば、反射板、反射フィルム、プリズムなどを用いることができる。
さらに、第１の封止層を形成する封止材料の線膨張係数と第２の封止層を形成する封止材料の線膨張係数とをほぼ等しくする、又は第２の封止層を形成する封止材料の線膨張係数と第３の封止層を形成する封止材料の線膨張係数とをほぼ等しくすることができる。これにより、発光素子が発光している時の高温状態と、発光素子が発光していない時の低温状態とを繰り返しても、封止部の各層にクラックなどが生じにくくなり、封止部の信頼性が向上する。
また、第１の封止層、第２の封止層及び第３の封止層から選ばれる少なくとも１つの封止層は、上記発光素子が放つ光によって励起されて発光する蛍光材料を含むことが好ましい。これにより、発光素子が放つ光を波長変換して所望の波長の光を放つことができる。さらに、発光素子が可視光を放つ場合には、発光素子が放つ発光成分と、蛍光材料が放つ発光成分とを出力光に含む発光装置を提供できる。
また、第３の封止層の屈折率、第２の封止層の屈折率及び第１の封止層の屈折率は、第３の封止層から第１の封止層に向ってこの順番に順次低くすることが好ましい。これにより、光の全反射が少なくなり、光の取り出し効率を上げることができる。
また、本実施形態の発光装置は、発光素子を複数含むことができる。これにより、本発光装置を高出力の照明モジュールとして使用することができる。この場合、第１の封止層及び第２の封止層は、各発光素子ごとに形成すればよく、複数の発光素子を連続して覆う層とする必要はない。
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の発光装置の一例である砲弾型ＬＥＤの断面図である。本発光装置は、発光素子４の外面が第１の透光性材料からなる第１の封止層１で覆われ、第１の封止層１の周囲が第２の透光性材料からなる第２の封止層２で覆われ、第２の封止層２の周囲が第３の透光性材料からなる第３の封止層３で覆われている。即ち、本発光装置の封止部は、第１の封止層１と、第２の封止層２と、第３の封止層３とからなる三層構造を有している。
第１の透光性材料としては、前述の、発光素子４から放出される光及び熱に対して光透過率の低下が少なく、かつ弾性を有する透光性材料が用いられ、最も好ましくはシリコーン樹脂、シリコーンゴムなどのシリコーン材料が用いられる。また、第２の透光性材料としては、前述の、発光素子４から放出される光及び熱に対して光透過率の低下が少ない耐熱・耐光性の透光性材料が用いられ、最も好ましくはシリコーン変性エポキシ樹脂、水素添加ビスフェノールＡグリシジルエーテルを主体としたエポキシ樹脂などの耐熱性・耐光性のエポキシ材料が用いられる。さらに、第３の透光性材料としては、前述の剛性を有する透光性材料が用いられ、最も好ましくはエポキシ樹脂などのエポキシ材料が用いられる。
さらに、第１の透光性材料、第２の透光性材料及び第３の透光性材料から選ばれる少なくとも１つには、発光素子４の放つ光の波長を変換する材料として蛍光材料などを含ませてもよいし、発光素子４の放つ特定の波長の光を吸収するフィルター材料、顔料などを含ませてもよい。
（実施形態２）
図２は、本発明の発光装置の他の一例である白色ＬＥＤの断面図である。本発光装置は、発光素子４の外面が第１の封止層１で覆われ、第１の封止層１の周囲が第２の封止層２で覆われ、第２の封止層２が第３の封止層３で覆われている。即ち、本発光装置の封止部は、第１の封止層１と、第２の封止層２と、第３の封止層３とからなる三層構造を有している。また、第２の封止層２は、光を集光するために凸レンズ状に形成されている。
第１の封止層１を形成する第１の透光性材料としては、前述の、発光素子４から放出される光及び熱に対して光透過率の低下が少なく、かつ弾性を有する透光性材料が用いられ、最も好ましくはシリコーン材料が用いられる。第１の封止層１の厚さは、発光素子４の損傷の防止のため、発光素子４の外面から４０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
また、第２の封止層２を形成する第２の透光性材料としては、前述の、発光素子４から放出される光及び熱に対して光透過率の低下が少ない耐熱・耐光性の透光性材料が用いられ、エポキシ材料、シリコーン材料、水ガラスなどを用いることができるが、最も好ましくは耐熱性・耐光性のエポキシ材料が用いられる。第２の封止層２の厚さは、発光素子４から放出される熱を遮断するため及び内部応力を増加させないため、第１の封止層１の界面から１５０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
さらに、第３の封止層３を形成する第３の透光性材料としては、前述の剛性を有する透光性材料が用いられ、最も好ましくは、後述の反射板７及び多層基板６との接着性が高いエポキシ材料が用いられる。第３の封止層３の厚さは、発光素子４を外部から保護するため、第２の封止層２との界面から１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい
。
また、第１の封止層１の中には、Ｅｕ2+イオンで付活され、５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する黄色蛍光体５として、例えば、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+、（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+などの蛍光体が含まれている。
発光素子４は、４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色発光素子である。上記黄色蛍光体５は、発光素子４が放つ青色光によって励起されて発光し、発光素子４が放つ発光成分と、黄色蛍光体５が放つ発光成分とを出力光に含み、この出力光は、青色光と黄色光との混色により白色光となる。
発光素子４は、多層基板６の上にバンプ８を介して実装されている。多層基板６は、金属板６ａと、第１の絶縁層６ｃと、第２の絶縁層６ｄとからなる。また、第１の絶縁層６ｃには、配線パターン６ｂが形成されている。さらに、多層基板６の上には、パラボラ状の反射板７が配置されており、発光素子４はその反射板７のパラボラ内部に配置されている。
本発光装置は、黄色蛍光体５を含む第１の透光性材料（第１の封止層１）を印刷工法によって発光素子４を覆うように成型を行った後に、ディスペンサ法により反射板７のパラボラ内部に第２の透光性材料（第２の封止層２）を塗布して加熱硬化を行ってから、トランスファー成型によって反射板７と多層基板６との接着性が高い第３の透光性材料（第３の封止層３）を成型することにより、形成される。第１の封止層１と第２の封止層２に加えて、第３の封止層３によって全体を覆って封止を行うことにより、発光装置の封止性の向上を図ることができる。
発光素子を単一の封止樹脂で覆い、その封止樹脂を加熱硬化して封止を行う場合は、封止樹脂の硬化時に、発光素子の周囲の封止樹脂と、外部表面近傍の封止樹脂とで温度差が生じるため、封止樹脂の内部に残留応力が生じやすい。しかし、本実施形態の発光装置のように、封止部を三層構造にすることにより、各層ごとに加熱硬化を行い、また、単層構造の場合と比べて各層の厚さを薄くできるために、残留応力が生じにくくなる。
また、第２の封止層２の凸レンズ形状の高さを変えることにより、反射板７の形状、第３の封止層３の形状を変更することなく、ＬＥＤの配光を変更することができる。即ち、凸レンズ形状を高くすることにより、ビーム角を絞ることができる。
また、第２の封止層２を形成する第２の透光性材料と第３の封止層３を形成する第３の透光性材料として、それぞれエポキシ材料を使用した場合、熱による膨張と収縮による封止材料へのクラックの発生防止及び封止性を維持するために、上記エポキシ材料のガラス転移温度はともに１００℃以上で、その線膨張係数はともに５．０×１０-5〜８．０×１０-5であることが好ましい。
また、最外殻の第３の封止層３から、中間層の第２の封止層２、発光素子を覆う第１の封止層１に向かって、順次屈折率が低くなることが好ましい。これにより、光の全反射が少なくなり、光の取り出し効率を上げることができる。
本実施形態の白色ＬＥＤを平面基板上に多数実装することによって、高出力の照明モジュールとして使用することが可能である。
（実施形態３）
図３は、本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。本実施形態の
発光装置は、発光素子４の実装方式をフリップチップタイプ（実施形態２）から、シリコンサブマウント方式に変更した以外は、実施形態２の発光装置と同様である。図３において、９は裏面電極、１０はワイヤーであり、実施形態２と共通する部材には同一の符号を付けてその説明は省略する。
（実施形態４）
図４は、本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。本実施形態の発光装置は、第２の封止層２の形状を凸レンズ形状から、凹レンズ形状に変更した以外は、実施形態２の発光装置と同様である。図４において、実施形態２と共通する部材には同一の符号を付けてその説明は省略する。
（実施形態５）
図５は、本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。本実施形態の発光装置は、第２の封止層２の形状を凸レンズ形状から、フラット形状に変更した以外は、実施形態２の発光装置と同様である。図５において、実施形態２と共通する部材には同一の符号を付けてその説明は省略する。
（実施形態６）
図６は、本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。本実施形態の発光装置は、第２の封止層２が反射板７の上面まで覆っている以外は、実施形態５の発光装置と同様である。図６において、実施形態５と共通する部材には同一の符号を付けてその説明は省略する。
但し、第３の封止層３を形成する第３の透光性材料の線膨張係数に比べて、第２の封止層２を形成する第２の透光性材料の線膨張係数がかなり大きい場合は、熱衝撃による第３の封止層３への応力を緩和するために、実施形態５のように第２の透光性材料は反射板７のパラボラ内部にのみ収まって充填されていることが好ましい。
（実施形態７）
図７は、本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。本実施形態の発光装置は、第３の封止層３の形状をフラット形状から、凸レンズ形状に変更した以外は、実施形態５と同様である。図７において、実施形態５と共通する部材には同一の符号を付けてその説明は省略する。
（実施形態８）
図８は、本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。本実施形態の発光装置では、第１の封止層１の中には赤色蛍光体１１が含まれ、第２の封止層２の中には緑色蛍光体１２が含まれ、第３の封止層３の中には青色蛍光体１３が含まれている。
また、発光素子４は、３８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する紫外発光素子である。赤、緑、青（ＲＧＢ）の色要素を構成する赤色蛍光体１１、緑色蛍光体１２及び青色蛍光体１３は、発光素子４が放つ紫外光によって励起されて発光し、それぞれの蛍光体が放つＲＧＢの光の混色により白色光となる。
赤色蛍光体１１としては、例えばＳｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+など、緑色蛍光体１２として
は、例えばＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+，Ｍｎ2+など、青色蛍光体１３としては、例えばＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+などを用いることができる。
本実施形態では、封止部の第１の封止層１、第２の封止層２、第３の封止層３に含有される各蛍光体の濃度を変更すること、又は、各層の厚さを変更することによって、任意の
色度座標を有する光を取り出すことができる。
本実施形態の反射板７としては、アモデル（ポリフタルアミド）、ベクトラ（液晶ポリエステル樹脂）などからなる白色樹脂反射板を用いると、短波長における光反射率が低く、かつ紫外線による劣化が生じてしまうために、アルミニウム反射板などの反射率が高く、紫外線に対して特性が安定しているもの、又はアモデル、ベクトラからなる白色樹脂反射板の表面に金属を蒸着させたものが好ましい。
本実施形態では、以上で説明した以外の構成は、実施形態２とほぼ同様である。図８において、実施形態２と共通する部材には同一の符号を付けてその説明は省略する。
（実施形態９）
図９は、本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤを用いた照明モジュールの断面図である。本実施形態の発光装置は、実施形態３の白色ＬＥＤを平面基板上に複数実装することにより、高出力の照明モジュールとしたものである。但し、本実施形態では、第２の封止層２は凸レンズ状に形成しなかった。図９において、実施形態３と共通する部材の説明は省略する。
本実施形態では、第３の封止層３によって、多層基板６上の発光素子４、第１の封止層１、第２の封止層２及び反射板７の全てが覆われ、かつ反射板７の最外周部１４において第３の封止層３と多層基板６とを密着させたものである。これにより、水分などが発光装置の内部に侵入することを確実に防止することができ、発光装置の封止部の信頼性をより向上させることができる。
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
三層構造の白色ＬＥＤを６４個用いた図９と同様の構造の照明モジュールを作製した。即ち、本実施例の照明モジュールは、第３の封止層３によって、多層基板６上の発光素子４、第１の封止層１、第２の封止層２及び反射板７の全てが覆われ、かつ反射板７の最外周部１４において第３の封止層３と多層基板６とを密着させた構造とした。
第１の封止層１を形成する第１の透光性材料としては、シリコーン樹脂（東レダウコーニング社製“シリコーンＡＹ４２”）を用い、第２の封止層２を形成する第２の透光性材料としては、変性エポキシ樹脂（長瀬産業社製“変性エポキシ樹脂ＸＮＲ／Ｈ５２１２”、ガラス転移温度：１１０℃）を用い、第３の封止層３を形成する第３の透光性材料としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（日東電工社製“ＮＴ３００Ｈ”）を用いた。
第１の透光性材料の中には、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体を、第１の透光性材料１００重量部に対して７０重量部含有させた。発光素子４は、４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色発光素子を用いた。
金属板６ａとしては、厚さ１．０ｍｍのアルミニウム板を用い、第１の絶縁層６ｃと第２の絶縁層６ｄとは、それぞれ厚さ０．１ｍｍのＡｌ2Ｏ3などの無機フィラーを含有するエポキシ樹脂を用いて形成した。反射板７としては、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板を用いた。また、反射板７のパラボラの内径Ｄ１（図９参照）は１．６９ｍｍ、外径Ｄ２（図９参照）は２．３４ｍｍとした。第１の封止層１の発光素子４の外面からの厚さは、０．１〜０．２ｍｍとし、反射板７上での第３の封止層３の厚さは、０．４ｍｍとした。
（実施例２）
第２の透光性材料として、ＧＥ東芝シリコーン社製のシリコーン樹脂（ガラス転移温度：６０℃）を用いた以外は、実施例１と同様にして照明モジュールを作製した。
（比較例）
実施例１で用いたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いて第２の封止層２と第３の封止層３とを区別することなく単一層として形成し、第１の封止層１と合わせて二層構造の封止部とした以外は、実施例１と同様にして照明モジュールを作製した。
次に実施例１、実施例２及び比較例の照明モジュールを用いて寿命試験を行った。試験条件は、発光素子の温度を１００℃に維持して、経過時間と全光束維持率との関係を測定した。全光束は、直径６０ｃｍの積分球によって測定した。その結果を図１０に示す。図１０において全光束維持率は、試験開始時の全光束を１（基準値）とした相対値で示した。
図１０から、実施例１及び実施例２の照明モジュールでは、５００時間経過時の全光束維持率は１（１００％）以上を維持していることが分かる。一方、比較例の照明モジュールは、５００時間経過時の全光束維持率は０．８５（８５％）まで低下した。
（実施例３）
実施例１において第２の透光性材料として用いた変性エポキシ樹脂のガラス転移温度を変化させた以外は、実施例１と同様にして照明モジュールを作製した。
次に、作製した照明モジュールを用いて日本工業規格（ＪＩＳ）Ｃ７０２１に準拠した熱衝撃試験を行った。この熱衝撃試験は、半導体デバイスに熱的歪みを繰り返し与えたときの耐性を評価するための試験であり、液層中で行われる。高温側の液層の温度は、照明モジュールを連続点灯した場合に到達しうる温度である１００℃とし、低温側の液層の温度は−４０℃とした。液層の液は、高温側及び低温側のいずれもフッ素系不活性化学液“ガルデン”を用いた。各温度における浸漬時間は５分とし、高温側から低温側への移載時間は１０秒以内とし、１００サイクルの試験を行った。さらに、ガラス転移温度が１２０℃の照明モジュールは２００サイクルまで、ガラス転移温度が１４０℃の照明モジュールは３００サイクルまで試験を行った。その結果を表１に示す。
Figure 2008506246
表１から、第２の封止層の透光性材料のガラス転移温度を１００℃以上とすることにより、発光装置の使用雰囲気温度の変化が激しい場合でも、封止部の信頼性を維持できることが分かる。但し、第２の透光性材料のガラス転移温度が１００℃未満であっても、照明モジュールを室温雰囲気中で連続点灯する限り、クラック、剥離は発生しない。
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上記以外の形態としても実施が可能である。本出願に開示された実施形態は一例であって、これらに限定はされない。本発明の範囲は、上述の明細書の記載よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれるものである。
以上のように本発明は、ＬＥＤの封止部を三層構造にすることにより、各層に最適な封止材料及び封止構造を選択することを可能にして、発光装置の光束低下の抑制と、封止部の信頼性の向上を図ることができ、各種の表示装置、照明装置などの発光装置の信頼性を向上できる。
本発明の発光装置の一例である砲弾型ＬＥＤの断面図である。 本発明の発光装置の他の一例である白色ＬＥＤの断面図である。 本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。 本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。 本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。 本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。 本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。 本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤの断面図である。 本発明の発光装置の一例である他の白色ＬＥＤを用いた照明モジュールの断面図である。 照明モジュールの経過時間と光束維持率との関係を示す図である。 従来の砲弾型ＬＥＤの断面図である。 従来の表面実装型ＬＥＤの断面図である。

Claims (20)

  1. 発光素子と、前記発光素子を覆う透光性の封止部とを備えた発光装置であって、
    前記封止部は、前記発光素子の外面を覆う第１の封止層と、前記第１の封止層を覆う第２の封止層と、前記第２の封止層を覆う第３の封止層とを含むことを特徴とする発光装置。
  2. 前記発光装置は、前記発光素子が実装された基板と、前記基板の上に配置された反射部材とをさらに含み、
    前記反射部材は、前記発光素子の周囲を囲み、
    前記第３の封止層は、前記反射部材を覆い、かつ前記基板と密着している請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記第２の封止層は、ガラス転移温度が１００℃以上の透光性材料から形成されている請求項１に記載の発光装置。
  4. 前記第１の封止層、前記第２の封止層及び前記第３の封止層から選ばれた少なくとも１つの封止層は、前記発光素子が放つ光によって励起されて発光する蛍光材料を含む請求項１に記載の発光装置。
  5. 前記第１の封止層は、シリコーン材料から形成されている請求項１に記載の発光装置。
  6. 前記第２の封止層は、シリコーン材料又はエポキシ材料から形成されている請求項１に記載の発光装置。
  7. 前記第３の封止層は、エポキシ材料から形成されている請求項１に記載の発光装置。
  8. 前記第１の封止層を形成する封止材料の線膨張係数と、前記第２の封止層を形成する封止材料の線膨張係数とは、ほぼ等しい請求項１に記載の発光装置。
  9. 前記第２の封止層を形成する封止材料の線膨張係数と、前記第３の封止層を形成する封止材料の線膨張係数とは、ほぼ等しい請求項１に記載の発光装置。
  10. 前記第３の封止層の屈折率、前記第２の封止層の屈折率及び前記第１の封止層の屈折率は、前記第３の封止層から前記第１の封止層に向ってこの順番に順次低くなる請求項１に記載の発光装置。
  11. 前記発光装置は、前記発光素子を複数含む請求項１に記載の発光装置。
  12. 基板と、前記基板の上に実装された複数の発光素子と、前記発光素子を覆う透光性の封止部と、前記発光素子の周囲を囲むように配置された反射部材とを備えた発光装置であって、
    前記封止部は、前記発光素子の外面を覆う第１の封止層と、前記第１の封止層を覆う第２の封止層と、前記第２の封止層を覆う第３の封止層とを含み、
    前記第３の封止層は、前記反射部材を覆い、かつ前記基板と密着していることを特徴とする発光装置。
  13. 前記第２の封止層は、ガラス転移温度が１００℃以上の透光性材料から形成されている請求項１２に記載の発光装置。
  14. 前記第１の封止層、前記第２の封止層及び前記第３の封止層から選ばれた少なくとも１つの封止層は、前記発光素子が放つ光によって励起されて発光する蛍光材料を含む請求項１２に記載の発光装置。
  15. 前記第１の封止層は、シリコーン材料から形成されている請求項１２に記載の発光装置。
  16. 前記第２の封止層は、シリコーン材料又はエポキシ材料から形成されている請求項１２に記載の発光装置。
  17. 前記第３の封止層は、エポキシ材料から形成されている請求項１２に記載の発光装置。
  18. 前記第１の封止層を形成する封止材料の線膨張係数と、前記第２の封止層を形成する封止材料の線膨張係数とは、ほぼ等しい請求項１２に記載の発光装置。
  19. 前記第２の封止層を形成する封止材料の線膨張係数と、前記第３の封止層を形成する封止材料の線膨張係数とは、ほぼ等しい請求項１２に記載の発光装置。
  20. 前記第３の封止層の屈折率、前記第２の封止層の屈折率及び前記第１の封止層の屈折率は、前記第３の封止層から前記第１の封止層に向ってこの順番に順次低くなる請求項１２に記載の発光装置。
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