JP2009099664A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子を備えた発光装置に関し、特に光源からの光を効率よく外部へ取り出すことのできる発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light-emitting device including a light-emitting element, and more particularly to a light-emitting device that can efficiently extract light from a light source to the outside.
従来から、発光装置においては、光出力の更なる向上が求められている。
今日では、その光源として、発光ダイオード(以下「LED」ともいう。)、レーザダイオード(以下「LD」ともいう。)等の発光素子を用いることが提案されている。また、発光素子と蛍光体とを組み合わせた白色発光装置が提案されている。
Conventionally, in a light emitting device, further improvement in light output has been demanded.
Today, it has been proposed to use a light emitting element such as a light emitting diode (hereinafter also referred to as “LED”) or a laser diode (hereinafter also referred to as “LD”) as the light source. Further, a white light emitting device combining a light emitting element and a phosphor has been proposed.
従来の発光装置の模式断面図を図14に示す。従来の発光装置20は、例えば、台座の底部2110の上面に連結された台座の柱部2120の側面に、発光素子2300が固定されてなる(例えば、特許文献1の図2参照)。この発光素子2300は、台座の底部2110の下面より延伸されたリード2130と電気的に接続されている。これにより発光素子2300はリード2130を介して外部電極と接続可能となる。さらに、台座の底部2110の周縁から上方に向かって、筒状のキャップ2500が備えられており、キャップ2500内に、台座の柱部2120及び発光素子2300が在する構造となる。キャップ2500の上方には開口部を有しており、その開口部を塞ぐように光透過体2600がキャップ2500の上端に固定されている。また、光透過体2600の底面側の表面は、蛍光体組成物2420で被覆されている。
この構成により、発光素子2300からの出射光の一部は、蛍光体組成物2420により波長変換される。
A schematic cross-sectional view of a conventional light emitting device is shown in FIG. In the conventional
With this configuration, part of the light emitted from the
しかしながら、上記の発光装置では、蛍光体組成物2420で反射された光や発生した光が、発光素子2300側への戻り光となる問題があった。これにより光取り出し効率が低減され、さらには戻り光が発光素子2300の特性を悪化させてしまう虞があった。
However, the above light-emitting device has a problem that light reflected or generated by the
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、長寿命かつ高出力の発光装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a long-life and high-power light-emitting device.
本発明に係る発光装置は、台座と、発光素子と、発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を含有する透光性部材と、を備える発光装置であって、台座は、発光素子が固定される台座柱部を有し、台座柱部は、発光素子の光出射側に平板体が設けられており、平板体は、発光素子からの光が通過する貫通孔を有し、透光性部材は、平板体の上に、貫通孔を塞ぐように配置される。 A light-emitting device according to the present invention comprises a pedestal, a light-emitting element, and a light-transmitting member that includes a wavelength conversion member that absorbs at least part of light from the light-emitting element and converts it into light of a different wavelength. The pedestal has a pedestal column portion to which the light emitting element is fixed. The pedestal column portion is provided with a flat plate on the light emitting side of the light emitting device, and the flat plate is configured to receive light from the light emitting device. The translucent member is disposed on the flat plate so as to close the through hole.
かかる構成によれば、波長変換部材を含有する透光性部材で反射、または発生した光が発光素子側へ戻ることにより生じる光の損失を低減できるため、光出力を向上させることができる。また、戻り光による発光素子の特性の悪化を低減することができる。 According to such a configuration, it is possible to reduce the loss of light that occurs when light reflected or generated by the translucent member containing the wavelength conversion member returns to the light emitting element side, so that the light output can be improved. In addition, deterioration of characteristics of the light-emitting element due to return light can be reduced.
また、透光性部材は、平板体に固定されることが好ましい。かかる構成によれば、透光性部材の熱による劣化、変質等を軽減することができる。 Moreover, it is preferable that a translucent member is fixed to a flat plate. According to such a configuration, it is possible to reduce deterioration, alteration, and the like due to heat of the translucent member.
また、台座と、台座の上に固定される発光素子と、台座の上に固定され発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を含有する透光性部材と、を備える発光装置であって、台座は、発光素子と透光性部材との間に、発光素子及び透光性部材が配置される面に対して略垂直に固定される平板体を有し、平板体は、発光素子からの光が通過する貫通孔を有する。かかる構成によれば、波長変換部材を含有する透光性部材で反射や発生した光が発光素子側へ戻ることにより生じる光の損失や発光素子の特性の悪化を低減できる。 Further, a light transmitting element including a pedestal, a light emitting element fixed on the pedestal, and a wavelength conversion member that is fixed on the pedestal and absorbs at least part of light from the light emitting element and converts it into light of different wavelengths. A flat plate body that is fixed between the light emitting element and the translucent member substantially perpendicularly to a surface on which the light emitting element and the translucent member are disposed. The flat plate has a through hole through which light from the light emitting element passes. According to this configuration, it is possible to reduce the loss of light and the deterioration of the characteristics of the light emitting element caused by the light reflected or generated by the translucent member containing the wavelength conversion member returning to the light emitting element side.
また、透光性部材からの光を透過する光透過体と、発光素子及び透光性部材を覆うように台座に固定され、光透過体を支持するキャップと、を有し、キャップの内面と平板体の側面とが接していてもよい。かかる構成によれば、波長変換部材を含有する透光性部材で反射や発生した光が発光素子側へ戻ることにより生じる光の損失や発光素子の特性の悪化を低減できる。また、発光素子の気密性が高まるため、発光素子の寿命特性を向上させることができる。 A light transmissive member that transmits light from the light transmissive member; and a cap that is fixed to the pedestal so as to cover the light emitting element and the light transmissive member, and that supports the light transmissive member. The side surface of the flat plate may be in contact. According to this configuration, it is possible to reduce the loss of light and the deterioration of the characteristics of the light emitting element caused by the light reflected or generated by the translucent member containing the wavelength conversion member returning to the light emitting element side. In addition, since the airtightness of the light-emitting element is increased, the life characteristics of the light-emitting element can be improved.
また、貫通孔は、発光素子からの光の入射側から出射側に向かって広口となるように傾斜あるいは湾曲した側面を有していてもよい。かかる構成によれば、波長変換部材を含有する透光性部材で反射や発生した光が発光素子側へ戻ることにより生じる光の損失や発光素子の特性の悪化を低減できる。 In addition, the through hole may have a side surface that is inclined or curved so as to become a wide opening from the light incident side to the light emitting side from the light emitting element. According to this configuration, it is possible to reduce the loss of light and the deterioration of the characteristics of the light emitting element caused by the light reflected or generated by the translucent member containing the wavelength conversion member returning to the light emitting element side.
また、貫通孔の側面は、金属薄膜または誘電体多層膜を有していてもよい。かかる構成によれば、発光素子側への戻り光を低減できる。また、光取り出し効率が一層向上する。 Further, the side surface of the through hole may have a metal thin film or a dielectric multilayer film. According to this configuration, return light to the light emitting element side can be reduced. Moreover, the light extraction efficiency is further improved.
本発明によれば、長寿命かつ高出力の発光装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a long-life and high-output light emitting device.
以下、本発明の発光装置を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに特定しない。また、特定的な記載がない限りは、構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を一の部材で構成することもできるし、逆に、一の要素を複数の部材で構成することもできる。 Hereinafter, a light-emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the light-emitting device described below is for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. Unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent members are not merely intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, each element which comprises this invention can also comprise a some element by one member, and conversely, one element can also be comprised by a plurality of members.
<実施の形態1>
図1は本発明の実施の形態1に係る発光装置を示す概略斜視図である。図2は、図1におけるII−II’線における概略断面図である。図3は、図1におけるIII−III’線における概略断面図である。
<
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a light emitting apparatus according to
本実施の形態に係る発光装置は、台座100と、発光素子300と、平板体200と、波長変換部材410を含有する透光性部材400とから主として構成されている。
台座100は、略円盤形状の台座底部110と、台座底部110の上面に直立して配設される柱状の台座柱部120と、を有している。台座底部110の底面には、外部電極と接続されるリード130が突出している。台座柱部120の側面には、発光素子300が固定される。
さらに、本実施の形態に係る発光装置は、発光素子300の上に、台座柱部120に対して略垂直に固定される平板体200を有する。この平板体200は、中心部が発光素子300の上に位置するように配置されることが好ましい。
さらに、平板体200は、発光素子300からの光が通過する貫通孔250を有する。そして、この貫通孔250を塞ぐように、透光性部材400が平板体200の上に配置される。なお、本発明において、貫通孔250を透光性部材400で塞ぐ形態としては、平板体200の上面から貫通孔250を透光性部材400で覆う形態や、貫通孔250に透光性部材400を嵌め込む形態にすることができる。この透光性部材400内には、波長変換部材410を含有させることができる。好ましい透光性部材50としては、透光性の無機部材に、波長変換材料の一種である蛍光体粒子を分散させたものが挙げられる。
平板体200表面には、金属薄膜または誘電体多層膜からなる反射部材を有していてもよい。
The light emitting device according to the present embodiment is mainly composed of a
The
Furthermore, the light-emitting device according to the present embodiment includes a
Further, the
On the surface of the
台座底部110の上面には、発光素子300、台座柱部120、平板体200及び透光性部材400を包含するようにキャップ500が装着される。キャップ500は、円筒形状のキャップ側部520の上端を、環状のキャップ上部510が覆うようにして構成されている。キャップ上部510の中央部には、キャップ上部510の厚さ方向において、キャップ500の内外と貫通した開口部550が形成されている。このキャップの開口部550を塞ぐように光透過体600が備えられている。
A
発光素子300は、キャップ500内の幅方向(図2、3における左右方向)におけるほぼ中央部に位置される。従って、必然的に、発光素子300が載置される台座柱部120は、台座底部110の中央部より円周方向へ偏心した位置に載置されることになる。さらに、発光素子300は、光出射面310を上面(図2、3における上側)に備えており、光出射面310が平板体200と対向するよう離間して載置される。
また、発光素子300の出射光軸は、平板体200の貫通孔250の中心軸、及びキャップ上部510の中心軸とほぼ重なる。つまり、発光素子300から出射される光の中心軸は発光装置10の中央軸とほぼ一致する。
尚、本発明における光出射面とは、その面全てから光が出射されるものだけを意味するのではなく、面の一部から光が出射されるものも含む。
The
Further, the output optical axis of the
In addition, the light emission surface in the present invention does not mean only a surface from which light is emitted from all the surfaces, but also includes a surface from which light is emitted from a part of the surface.
本実施の形態に係る発光装置において、発光素子300から出射された光は、貫通孔250内を通過して透光性部材400内に進行する。透光性部材400内を通過した光は、キャップ500の開口部550に設けられた光透過体600を介して外部へ出射される。このとき、透光性部材400側から発光素子300側への戻り光を平板体200によって反射させることができるため、光取り出し効率が向上する。
In the light emitting device according to the present embodiment, the light emitted from the
以下、本発明の発光装置を構成する個々の部材について説明する。 Hereinafter, each member which comprises the light-emitting device of this invention is demonstrated.
(台座)
台座100は、円盤形状の台座底部110の底面(図中では下側)から鉛直方向にリード端子130が延伸されている。このリード端子130は外部電極と電気的に接続可能である。台座底部110の上面から柱状の台座柱部120が直立して配設されており、台座柱部120の側面には発光素子300がAu−Sn等の共晶接合材又は接着材を介して装着される。そして、発光素子300がワイヤー等(図示せず)を介してリード端子130と電気的に接続されており、これにより外部電極と接続可能になる。台座底部110の周縁近傍には、台座上面から垂直方向に円筒形状のキャップ500が固定されている。
(pedestal)
The
また、発光素子300の使用中に発生した熱が素子内に蓄熱されると、その特性が悪化し、ライフ寿命が低減する。これを防止するため、発光素子300から生じた熱は、機械的および電気的に接続される台座柱部120および台座底部110に伝導され、さらに外気へと放出される構造をとる。つまり、台座底部110および台座柱部120はヒートシンクの役割を担っており、放熱効果を奏す。
したがって、台座底部110および台座柱部120からなる台座100は、熱媒体となり得るよう、その材質は熱伝導率の良いものが好ましい。具体的には、銅、鉄、コバルト、ニッケル、金、アルミニウム、真鍮、タングステン、コバール、ステンレス等の金属、または、Al2O3、SiC、AlN、ダイヤモンド等のセラミック系のもの等が挙げられる。
Moreover, when the heat generated during use of the
Therefore, the material of the
また、台座底部110および台座柱部120は、異部材とは限らず、両者は同一部材とすることも可能であり、これにより製品の部品点数を削減することができる。また、台座100とキャップ500の形状は、上記例では、キャップ500が発光素子300の周囲を囲んで発光素子300を封止するように配設されているが、これに限らず、例えば、台座100を構成する台座底部110を、内部に空洞を有する略筒状とし、その上部を閉塞するように略円盤状のキャップを形成することもできる。また、キャップ500の内面で少なくとも光透過体600の近傍には、反射膜(図示せず)を形成してもよい。
Further, the pedestal
(平板体)
平板体200は、台座柱部120の上に固定される部材であって、台座柱部120に固定された発光素子300の上に位置する。平板体200は、略円盤形状を呈し、底面が発光素子300の光出射面310と対向している。また、発光素子300は、平板体200の幅方向におけるほぼ中央部に位置される。従って、平板体200は、底面の中央部より円周方向へ編心した位置において、台座柱部120の上面に固定されることになる。
(Flat plate)
The
また、平板体200は、略中央に底面側から上面側へ通じる貫通孔250が形成されている。貫通孔250の開口幅における中心軸は、発光素子300からの光出射軸とほぼ同一である。また、貫通孔250の両端口の内、発光素子300からの出射光が入光する側を入光部260とし、他端側を出光部270とする。発光素子300からの出射光は、入光部260より貫通孔250内に進行する。貫通孔250内に進行した光は、直進または、貫通孔250の内面に1回或いは複数回反射されながら導波され、出光部270から出射される。
さらに、透光性部材400が、この平板体200の貫通孔250を塞ぐように配置されており、平板体200の貫通孔250内を進行した光は、出光部270より透光性部材400へ入射する。ここで、「塞ぐように配置」とは、貫通孔250内に配置すること、貫通孔250を覆うように平板体200の上面側に配置すること等を含む。
Further, the
Furthermore, the
このような平板体200を備えることで、透光性部材400側から発光素子300側への戻り光を低減することができる。つまり、光取り出し効率を向上させることができるとともに、発光素子300の劣化を抑制することができる。
また、発光素子300の光出射軸上に貫通孔250が設けられているので、発光素子300と透光性部材400との間が平板体200によって塞がれることによる光出力の低下を防止することができる。
By providing such a
In addition, since the through
平板体200は、その上に配置される透光性部材400から生じる熱を、台座柱部120及び台座底部110に伝導させる機能も有することができる。このためには、平板体200の材質は、台座と同様に、熱伝導率の良いものが好ましい。具体的には、Cu、Fe、Co、Ni、Au、Al、真鍮、コバール、ステンレス等の金属、または、Al2O3、SiC、AlN、ダイヤモンド等のセラミック系のもの等が挙げられる。平板体200の材質として、このような材料を用いることにより、透光性部材400の熱負荷を軽減させることができる。
また、平板体200及び台座柱部120は、熱膨張係数の近い材質の組み合わせが好ましい。これにより両者の接合性を高めることができる。
The
Moreover, the
平板体200の形状は、上面及び下面が円形である必要はなく、多角形又はこれらの形状に近似する形状とすることができる。平板体200の平面形状と、キャップ500内部の断面形状は、合同又は相似であることが好ましい。
平板体200の大きさは、用いる発光素子の大きさ、台座やキャップの大きさ等によって適宜調整することができる。例えば、少なくとも台座柱部120に固定可能であり、かつ、発光素子300の上を覆う程度の大きさであればよい。発光素子300からの光出射方向における平板体200の断面積が、透光性部材400の断面積よりも大きいことが好ましい。また、平板体200の直径又は幅は、キャップ側部520の内径以下の値とする。
平板体200は、キャップ側部520の内面と平板体200の側面が接する、又は近接するように大きさ、形状を調節することが好ましい。これにより、透光性部材400から発光素子300側への戻り光をさらに低減することができる。
The shape of the
The size of the
The size and shape of the
(平板体の貫通孔)
平板体200に設けられる貫通孔250は、発光素子300から出射された光が通過する穴である。貫通孔250の開口形状は、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、多角形又はこれらの形状に近似する形状とすることができる。また、貫通孔250の開口形状は、発光素子300の出射光のパターン形状に合致させたものが好ましい。
(Through hole in flat plate)
The through
貫通孔250の断面積の最小値は、透光性部材400の断面積の最大値より小さいことが好ましい。これにより、透光性部材400側から発光素子300の方向へと戻る光を低減することができる。尚、貫通孔250の断面積は、発光素子300から貫通孔250までの距離、発光素子300からの出射光の広がり角等を考慮して設計できる。具体的には以下の範囲を満たすのが好ましい。
The minimum value of the cross-sectional area of the through
図4は、平板体の貫通孔の一例を示す概略断面図である。平板体200の貫通孔250は、発光素子からの光の入射側から出射側に向かって広口となるように傾斜あるいは湾曲した側面を有していてもよい。この貫通孔250の傾斜部の領域は略逆円錐台形状をなしており、つまり、入光部260側から出光部270側に向かって内径が大きくなる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the through hole of the flat plate. The through
このような形状の傾斜部を備えることで、一旦貫通孔250に進入した光が、再び入光部260から逆戻りすることを防げる。なぜなら、貫通孔250に進入した光が、仮に逆戻りしようと入光部260へ導波されたとしても、入光部260の開口径が狭いため、ここを通過することが難しいからである。
By providing the inclined portion having such a shape, it is possible to prevent light once entering the through
また、上記以外の貫通孔250の形状としては、入光部260近傍では開口径の拡大率が大きく、出光部270近傍ではその拡大率が小さいものでもよい。例えば、傾斜部がドーム形状のような、曲面を帯びたものが挙げられる。曲面状の傾斜部は、傾斜部で反射された光を、出光部270の中心方向へと屈折させることが可能になる。したがって、貫通孔250内での光の反射回数を低減でき、光の損失を低減することができる。この他、出射光の集光を考慮したレンズ状の傾斜部が挙げられる。
Further, the shape of the through
また、貫通孔の数については、本実施形態では1つの貫通孔を形成したものを例示しているが、これに限らず、2以上の複数個設けてもよい。例えば、複数の光源を用いる場合などは、貫通孔を複数形成してそれぞれの光を独立して放出させるようにすることもできる。 Moreover, about the number of through-holes, although the thing which formed one through-hole is illustrated in this embodiment, it is not restricted to this, You may provide two or more. For example, when using a plurality of light sources, a plurality of through holes can be formed so that each light can be emitted independently.
(反射部材)
平板体200の表面には、金属薄膜または誘電体多層膜からなる反射部材を有していてもよい。反射部材は、透光性部材400からの光を効率良く反射し、光の取り出し効率を向上させるものである。このため、反射部材は、少なくとも透光性部材400と平板体200との間に設けられる。具体的には、少なくとも平板体200の上面や平板体200の貫通孔250の内壁に設けられる。反射部材を設ける位置は、特に限定するものではないが、平板体200の表面が反射部材で被覆されていることが好ましい。
平板体200の表面に反射部材を設けることにより、透光性部材400からの戻り光が、平板体200で吸収されることにより生じる光の損失を低減できるため、光出力を向上させることができる。
(Reflective member)
The surface of the
By providing a reflecting member on the surface of the
金属薄膜は、発光素子300から出射される光の波長と等しい波長を有する光、および波長変換部材から発する光の波長と等しい波長を有する光を反射する部材(たとえば、350nm〜800nmの範囲に波長が有る光を反射する部材)が好ましい。また、これら各波長の光の反射量が略一定となるような部材が好ましい。具体的には、Ag、Au、Al、Ni、In、Pd等の金属、In−Ag、Au−Ag等の合金等が好ましい。
誘電体多層膜としては、例えば、AlN、SiO2、TiO2、Ta2O5、SiO、Al2O3、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Nb2O5、CeO5、ZnS、MgF2等から構成される多層膜が挙げられる。
なお、反射部材の厚さは特に限定するものではないが、20μm以下とすることが望ましい。
The metal thin film reflects light having a wavelength equal to the wavelength of light emitted from the
Examples of the dielectric multilayer film include AlN, SiO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , SiO, Al 2 O 3 , Ti 3 O 5 , Ti 2 O 3 , TiO, Nb 2 O 5 , CeO 5 , ZnS. And a multilayer film composed of MgF 2 or the like.
The thickness of the reflecting member is not particularly limited, but is preferably 20 μm or less.
反射部材は、スパッタ、真空蒸着、PVD、イオンプレーティング、CVDなど
の成膜方法や、電解鍍金、無電解鍍金、カップリング剤処理、電着塗装、上記金属元素の
微粒子を含む樹脂ペーストを付着させるなどの方法により形成することができる。
Reflective member is deposited by sputtering, vacuum deposition, PVD, ion plating, CVD and other film deposition methods, electrolytic plating, electroless plating, coupling agent treatment, electrodeposition coating, and resin paste containing fine particles of the above metal elements It can form by the method of making it.
(透光性部材)
発光素子300からの出射光の少なくとも一部を透過できるものとする。本実施の形態の透光性部材400は略円盤形状をなし、その径は平板体200の貫通孔250の入光部260における開口径よりも大きい。透光性部材400は、平板体200の貫通孔250を塞ぐように、ガラスや接着材等でもって平板体200に固着される。
(Translucent member)
It is assumed that at least part of the light emitted from the
透光性部材400の形状としては、円盤形状の他に、半球形状、ボール形状、レンズ形状、円錐形状など任意の形状とできる。例えば、その両端間において、一貫した大きさの径を有する環状、あるいは光進行方向につれて径が大きくなる逆テーパ形状、あるいは光進行方向につれて径の拡大率が小さくなる半円球形状や平凸形状としてもよい。特に、半球形状やボール形状等の曲面を有している構造が光取り出し効率が高く好ましい。また、透光性部材400において、光出射側での空気との界面にて生じる屈折率差を考慮し、透光性部材400の光出射側の形状を適宜選択・加工することにより、集光・拡散等の波面制御が可能となる。さらに、透光性部材400は、例えば、球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、楕円レンズ等のレンズを備えることでも、出射光の波面制御を実現できる。
The shape of the
また、透光性部材400は少なくとも光の一部を透過する機能を有するものであって、透明色に限定しない。透光性部材400は、発光素子300から出射された光の吸収率が低い材料が好ましい。
また、透光性部材400内には、波長変換部材を含有させることができる。この場合、波長変換部材で波長変換された光の吸収率が低い透光性部材400が好ましい。具体的には、ガラスやセラミック(ZrO2、Al2O3、AlN、GaN等)、樹脂(シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等)等が挙げられる。
The
Further, the
(波長変換部材)
波長変換部材は発光素子300から出射された光が照射されることで、波長変換した光を発する。つまり、発光素子300の光と、波長変換部材で波長変換された光との混色光を外部に取り出すことができる。換言すれば、必要に応じた波長変換部材を選択することで、所望の波長を得ることができる。また、複数種類の波長変換部材が存在してもよい。
(Wavelength conversion member)
The wavelength conversion member emits light having undergone wavelength conversion when irradiated with light emitted from the
例えば、波長変換部材の一例として蛍光体を用いることで、白色光は次のようにして得られる。第1の方法は、発光素子から発光される、可視光の短波長側領域の青色光で、黄色発光の蛍光体を励起させる。これにより一部波長変換された黄色光と、変換されない青色光が混色し、補色の関係にある2色により白色光として放出される。第2の方法は、発光素子から放出される、紫外から可視光の短波長側領域の光により、R・G・B蛍光体を励起させる。波長変換された3色光が混色し、白色光として放出される。 For example, by using a phosphor as an example of the wavelength conversion member, white light can be obtained as follows. In the first method, yellow light-emitting phosphors are excited by blue light emitted from a light-emitting element in a short-wavelength region of visible light. As a result, the yellow light partially converted in wavelength and the blue light that is not converted are mixed, and are emitted as white light by two colors having a complementary color relationship. In the second method, R, G, and B phosphors are excited by light in the short wavelength region from ultraviolet to visible light emitted from the light emitting element. The wavelength-converted three-color light is mixed and emitted as white light.
上記の機能を実現できる代表的な蛍光体としては、銅で付括された硫化カドミウム亜鉛やセリウムで付括されたYAG系蛍光体及びLAG系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては(Re1−xSmx)3(Al1−yGay)5O12:Ce(0≦x<1、0≦y≦1、但し、Reは、Y、Gd、La、Luからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。)等が好ましい。またYAG、LAG、BAM、BAM:Mn、CCA、SCA、SCESN、SESN、CESN、CASBN及びCaAlSiN3:Euからなる群から選択される少なくとも1種を含む蛍光体が使用できる。光源からの励起光と、この励起光における波長変換効率の良好な蛍光物質と、を組み合わせることによって、発光出力の高い発光装置を得ることができるとともに、種々の色味の光を得て、演色性の高い出射光を得ることができる。 Representative phosphors capable of realizing the above functions include cadmium zinc sulfide attached with copper and YAG phosphors and LAG phosphors attached with cerium. In particular, (Re 1-x Sm x ) 3 (Al 1-y Ga y ) 5 O 12 : Ce (0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1, in the case of high brightness and long time use, provided that Re Is at least one element selected from the group consisting of Y, Gd, La, and Lu. Moreover, the fluorescent substance containing at least 1 sort (s) selected from the group which consists of YAG, LAG, BAM, BAM: Mn, CCA, SCA, SCESN, SESN, CESN, CASBN, and CaAlSiN 3 : Eu can be used. By combining the excitation light from the light source and the fluorescent material with good wavelength conversion efficiency in this excitation light, it is possible to obtain a light emitting device with high light emission output, and obtain light of various colors, and color rendering High output light can be obtained.
(拡散剤等)
本発明における透光性部材400には、波長変換部材の他、粘度増量剤、光拡散物質、顔料、蛍光物質等、使用用途に応じて適切な部材を添加することができる。光拡散物質として例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、銀、および、これらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。これによって良好な指向特性を有する発光装置が得られる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たせたフィルター材として各種着色剤を添加させることもできる。
(Diffusion agent, etc.)
In addition to the wavelength conversion member, an appropriate member such as a viscosity extender, a light diffusing substance, a pigment, a fluorescent substance, or the like can be added to the
光拡散物質と、蛍光体等の波長変換部材を併用することで、発光素子300及び蛍光体からの光を良好に乱反射させ、大きな粒径の蛍光体を用いることによって生じやすい色ムラを抑制することができるので、好適に使用できる。また、発光スペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い発光装置が得られる。一方、1nm以上1μm未満の光拡散物質は、発光素子300からの光波長に対する干渉効果が低い反面、透明度が高く、光度を低下させることなく透光性部材の粘度を高めることができる。
By using a light diffusing substance and a wavelength conversion member such as a phosphor together, light from the
以下に、本発明に係る透光性部材の変形例について説明する。 Below, the modification of the translucent member which concerns on this invention is demonstrated.
(透光性部材の第一変形例)
図5は、透光性部材の第一変形例を示す概略断面図である。
透光性部材は、平板体200の貫通孔250内に嵌め込まれていてもよい。この例において、透光性部材400bは、側面が平板体200によって保持された状態である。このとき、透光性部材400bは、平板体200の貫通孔250の開口形状に対応した形状であることが好ましい。
この変形例のように、透光性部材400bは、貫通孔250内の一部のみを閉塞することも可能である。この変形例の透光性部材400bは略逆円錐台形状をなし、側面の傾斜角度は、貫通孔250の壁面の傾斜角度と同一である。光進行方向において、透光性部材400bの長さは、貫通孔250の長さより短い。透光性部材400bの底面(発光素子300との対面)は、貫通孔250内に位置する。さらに透光性部材400bの上面は貫通孔250の出光部270と略同一面に位置する。
透光性部材400bの貫通孔250内での載置位置は、その底面を貫通孔250内にするのみならず、透光性部材400bの底面が入光部260と略同一面となるようにしてもよい。このように、平板体200の貫通孔250内に透光性部材400bを装着することで、放射角度を制御することができる。
(First modification of translucent member)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a first modification of the translucent member.
The translucent member may be fitted into the through
As in this modification, the
The mounting position of the
(透光性部材の第二変形例)
図6は、透光性部材の第二変形例を示す概略断面図である。
第二変形例の透光性部材400cは、その形状が球体をなす。この透光性部材400cにおける径は、貫通孔250の入光部260における径よりも大きいものとする。球形状の透光性部材400cは、テーパ状である貫通孔250の壁面に狭着され、載置される。
図6に示す透光性部材400cでは、その最低面が入光部260と同一平面上になるよう位置しているが、透光性部材400cの載置位置はこれに限らない。透光性部材400cが発光素子300に接触しなければ、その一部が貫通孔250の外部へ突出していても構わない。
(Second modification of translucent member)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a second modification of the translucent member.
The
In the
特に、透光性部材400cを球体とすることで、製品毎に貫通孔250の開口径に差がある場合や、蓄熱により平板体200が変形し貫通孔250の開口幅が変化した場合でも、透光性部材400cのサイズを変更することなく平板体200の貫通孔250を閉塞できる。なぜなら、表面が球面である透光性部材400cは、貫通孔250の開口径に応じて、浮沈することにより貫通孔250の壁面との当接位置を調整できるからである。この他、透光性部材400cを球形にすることにより放射角による色バラツキを低減することができる。
In particular, by making the
(発光素子)
発光素子300としては発光ダイオード、半導体レーザ素子など種々のものが利用できる。半導体レーザ光は指向性が高いため、光を一方向へ導波しやすい。したがって、半導体レーザ素子からの出射光を高効率で発光装置10の外部へ取り出すことが可能となる。半導体レーザ素子としては特に限定せずn型半導体層とp型半導体層との間に活性層を形成し、この活性層が多重量子井戸構造、又は単一量子井戸構造をなすものである。また、青色系半導体レーザ素子であれば、III−V族窒化物半導体より形成されるのが好ましい。
特に、半導体レーザは発光ダイオードに比較して光密度が高いので、半導体レーザを用いると発光装置としての輝度は容易に向上するものの、光密度が高いゆえに透光性部材400が局所的に発熱し、劣化、変色しやすい。本願発明は、熱による透光性部材400や周辺部材への悪影響を大幅に軽減することができるので、発光素子300として半導体レーザを用いる場合に特に効果的である。
(Light emitting element)
As the
In particular, since the semiconductor laser has a higher light density than the light emitting diode, the luminance of the light emitting device can be easily improved by using the semiconductor laser, but the
この他、発光素子300に発光ダイオードを使用する場合、端面発光型のものが好適である。端面発光型ダイオードとは、発光ダイオードを構造面から分類した場合の一種で、半導体レーザと同じように活性層の端面から光を取り出すものをいう。これは、活性層の屈折率を高くして光導波作用を起こさせることで、端面から光を出力させることを可能にしている。このように出力面積を絞ることで、発光素子300からの出力光を、平板体の貫通孔250内へ導波させやすくすることができる。ひいては、発光素子300からの光取り出し効率を高められる。
In addition, when a light emitting diode is used for the
(キャップ)
キャップは、台座に設けられ、少なくとも発光素子及び透光性部材の周囲を囲むものである。これにより、発光素子及び透光性部材を外部から保護することができる。台座およびキャップの形状は、発光素子及び透光性部材を保護できる形状であれば特に限定されない。
(cap)
The cap is provided on the base and surrounds at least the light emitting element and the translucent member. Thereby, a light emitting element and a translucent member can be protected from the outside. The shape of the base and the cap is not particularly limited as long as the shape can protect the light emitting element and the translucent member.
本実施形態に係る発光装置では、発光素子の光出射方向側からみて、キャップ上部510のほぼ中央に、キャップの内外と開通した開口部550が形成されている。開口部550の開口幅における中心軸は、発光素子からの光出射軸及び平板体200の貫通孔250の中心軸とほぼ同一である。これにより、発光素子から出射して平板体200の貫通孔250及び透光性部材400を通過した光は、キャップ500に設けられた開口部550内を進行する。
さらに、キャップ500には、キャップ500に形成された開口部550を塞ぐように光透過体600を有しており、開口部550内を進行した光が光透過体600を介して外部に放出される。
In the light emitting device according to the present embodiment, an
Further, the
キャップに形成された開口部550は、透光性部材400からの光が透過可能であればその大きさや形状については特に限定されるものではない。
また、開口部の数については、本実施形態では1つの貫通孔を形成したものを例示しているが、これに限らず、2以上の複数個設けてもよい。例えば、複数の発光素子を用いる場合などは、貫通孔を複数形成してそれぞれの光を独立して放出させるようにすることもできる。
The size and shape of the
Moreover, about the number of opening parts, although what formed one through-hole is illustrated in this embodiment, it may not be limited to this and you may provide two or more. For example, when a plurality of light emitting elements are used, a plurality of through holes can be formed to emit each light independently.
キャップの材料としては、特に限定されるものではないが、連結される台座底部110及び光透過体600との接着性に優れた材質であって、さらには発光素子300等の熱源からの伝導熱を放熱可能な材質であることが好ましい。一例としてニッケル、コバルト、鉄、真鍮、ステンレス、ニッケルと鉄との合金、鉄−ニッケル−コバルト合金(コバール)等が挙げられる。台座底部110及びキャップ500は、例えば抵抗溶接によって接合されることより、抵抗溶接の溶接性を良好にする材料が好ましい。
The material of the cap is not particularly limited, but is a material excellent in adhesiveness with the
キャップ500の開口部550に設けられる光透過体600は、少なくとも光の一部を透過する機能を有するものであって、透明色に限定しない。光透過体600の材質としては硼珪酸ガラス等のガラスや樹脂、石英、サファイヤ等が一例として挙げられる。さらに、光透過体600は単層に限らず、層別に機能を有する複層とできる。光透過体600の形状は、キャップ500の開口部550を塞ぐことができるものであればよく、特に限定されない。また、光透過体600は、透光性部材400と同様に、波長変換部材、粘度増量剤、光拡散物質、顔料、蛍光物質等を添加してもよい。
The
光透過体600の表面には、ARコート(antireflection coating)層が形成されていてもよい。ARコートとは誘電体の多層膜等で構成できる。具体的には屈折率の高い誘電体膜と低い誘電体膜を交互に積層することにより、各層の境界面からの反射波面が相可的に重なる高効率のリフレクターである。ARコート層を含有することにより、選択的に波長を透過させることができる。好適には発光素子300からの出射光は透過不可であるが、波長変換部材により変換された波長の光は透過可能とすることで、波長変換された光のみを取り出すことが可能となる。
An AR coating (antireflection coating) layer may be formed on the surface of the
<実施の形態2>
図7は、本発明の実施の形態2に係る発光装置を示す概略断面図である。
本発明の実施の形態2に係る発光装置は、前述した実施の形態1の発光装置と比べて、キャップと光透過体の構成が異なる。
<
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a light-emitting device according to
The light emitting device according to the second embodiment of the present invention differs from the light emitting device according to the first embodiment described above in the configuration of the cap and the light transmitting body.
本実施の形態のキャップ500は円筒形状をなしており、実施の形態1のような略円盤状のキャップ上部は有していない。また、円筒形状のキャップ500の上端を光透過体600が覆っている。本実施の形態の光透過体600は、円筒形状の光透過体の側部620と、その上端を覆う環状の光透過体の上部610と、を備えて構成されている。円筒形状のキャップ500の上端と光透過体の側部620の下端は連結されている。
The
また、キャップ500の上端は、平板体200の底面よりも上に位置しており、平板体200の側面は、キャップ500の内面に接している。これにより、台座底部110、キャップ500及び平板体200によって構成される空間が形成され、この空間内に配置される発光素子300からの出射光のうち、平板体200の貫通孔250を通過する光のみ外部に取り出されることになる。したがって、この貫通孔250を塞ぐように配置された透光性部材400を通過した光のみ外部に取り出すことができる。
The upper end of the
また、キャップ500の上端は、平板体200の上面よりも下に位置している。つまり、平板体200の上面側は、平板体200と光透過体600とで囲まれた空間を形成している。そのため、平板体200の上面側へ出射された光がキャップ500に照射されることはない。従って、透光性部材400からの光がキャップ500で吸収されることにより生じる光の損失を低減することができる。
Further, the upper end of the
<実施の形態3>
図8は、本発明の実施の形態3に係る発光装置を示す概略断面図である。
本実施の形態に係る発光装置は、前述した実施の形態1の発光装置と比べて、台座の形状と、平板体200、発光素子300、透光性部材400の配置が異なる。
<Embodiment 3>
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a light-emitting device according to Embodiment 3 of the present invention.
The light emitting device according to the present embodiment is different from the light emitting device according to the first embodiment described above in the shape of the pedestal and the arrangement of the
本実施の形態に係る発光装置は、台座100の上に、発光素子300及び透光性部材400が配置される。発光素子300から出力される光は台座の表面に対して平行である。つまり、発光素子300は台座の表面に沿って光を照射する。透光性部材400は、発光素子300の光出射面310と対向するように配置される。発光素子300と透光性部材400との間に、平板体200が固定される。平板体は、台座100に対して略垂直である。さらに、平板体200は、発光素子300側から透光性部材400側へ通じる貫通孔250を有する。発光素子300から横方向へ出射した光は、平板体200の貫通孔250内に進行する。貫通孔250を進行した光は透光性部材400を介して外部へ放出される。
In the light emitting device according to the present embodiment, the
本実施の形態においては、発光素子300と透光性部材400との間に、平板体200が配置されているため、透光性部材400側から発光素子300側へ戻る光を低減することができる。また、透光性部材400が台座と直接接しているため、透光性部材で生じる熱を効率よく放熱させることができる。また、透光性部材400を台座100及び平板体200に接するように配置すれば、放熱性をさらに向上させることができる。
In the present embodiment, since the
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに
限定されないことは言うまでもない。
Examples according to the present invention will be described in detail below. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
図9は、実施例1に係る発光装置を示す概略断面図である。
この発光装置は、リード130と台座底部110と台座柱部120により構成される台座と、発光素子300と、平板体200と、透光性部材400と、を備えて構成される。
台座底部110、台座柱部120は、それぞれSPC、銅(Cu)を用いる。リード130は、低融点ガラスによって台座底部110に固定される。
発光素子300としては、445nm近傍に発光ピーク波長を有するGaN系の半導体からなる発光素子であるレーザダイオードを用いる。
平板体200としては、円盤形状のCuを用いる。この平板体200は、略中央に貫通孔250を備える。貫通孔250は平板体200を上下に貫通しており、開口径は一定である。平板体200の表面には、Agからなる反射部材を形成する。
透光性部材400としては、ガラス材料に蛍光体を分散させたものを用いる。蛍光体としては、YAGとLAGを使用する。透光性部材400は、円盤形状に成型し、シリコーン樹脂を用いて平板体200に接着させる。
以上のようにして作成された発光装置は、発光素子300が出射する光と、透光性部材の波長変換部材によって変換される光との混色により白色が得られる。
Example 1
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating the light emitting device according to the first embodiment.
The light emitting device includes a pedestal constituted by a
The pedestal
As the
As the
As the
In the light-emitting device created as described above, white color is obtained by mixing the light emitted from the light-emitting
(比較例1)
図10は、比較例1に係る発光装置を示す概略断面図である。
比較例1の発光装置は、実施例1の発光装置と比べて、平板体を有していない点と、透光性部材2400が台座底部2110に固定されるキャップ2500に接着される点が異なる。
本比較例において、キャップ2500は、円筒形状のキャップ側部2520と、その上端を覆う環状のキャップ上部2510とから構成されている。このキャップ2500は、発光素子2300及び発光素子2300が固定された台座柱部2120を覆うように、台座底部2110の上面に固定される。キャップ2500の材料としては、ニッケルを用いる。このキャップ2500は、抵抗溶接によって台座底部2110に固定する。キャップ上部2510のほぼ中央に、キャップの内外と開通した開口部2550を有し、この開口部550を塞ぐように透光性部材2400をシリコーン樹脂によって固定する。
図12は、実施例1及び比較例1に係る発光装置の測定結果を示す図である。図12の横軸は発光素子から出射される光出力を示し、縦軸は光束を示す。
実施例1に係る発光装置は、比較例1に係る発光装置よりも、400mW時において光束が約130%向上している。このように、従来の発光装置よりも本発明に係る発光装置の方が、光出力の向上を図ることができる。
(Comparative Example 1)
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to Comparative Example 1.
The light-emitting device of Comparative Example 1 is different from the light-emitting device of Example 1 in that it does not have a flat plate and that the
In this comparative example, the
FIG. 12 is a diagram illustrating measurement results of the light emitting devices according to Example 1 and Comparative Example 1. The horizontal axis in FIG. 12 indicates the light output emitted from the light emitting element, and the vertical axis indicates the luminous flux.
In the light emitting device according to Example 1, the luminous flux is improved by about 130% at 400 mW compared to the light emitting device according to Comparative Example 1. Thus, the light output of the light emitting device according to the present invention can be improved in light output than the conventional light emitting device.
(比較例2)
図11は、比較例2に係る発光装置を示す概略断面図である。
比較例2の発光装置は、実施例1の発光装置と比べて、平板体を有していない点と、透光性部材2400が台座柱部2120に固定される点が異なる。
本比較例において、透光性部材2400は、中心部が発光素子2300の上に位置し、周縁部における底面が台座柱部2120の上面にシリコーン樹脂によって固定される。
図13は、実施例1及び比較例1に係る発光装置の測定結果を示す図である。図13の横軸は発光素子から出射される光出力を示し、縦軸は光束を示す。
実施例1に係る発光装置は、比較例2に係る発光装置よりも、400mW時において光束が約140%向上している。
(Comparative Example 2)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to Comparative Example 2.
The light emitting device of Comparative Example 2 is different from the light emitting device of Example 1 in that it does not have a flat plate and in that the
In this comparative example, the
FIG. 13 is a diagram illustrating measurement results of the light emitting devices according to Example 1 and Comparative Example 1. The horizontal axis in FIG. 13 indicates the light output emitted from the light emitting element, and the vertical axis indicates the light flux.
In the light emitting device according to Example 1, the luminous flux is improved by about 140% at 400 mW as compared with the light emitting device according to Comparative Example 2.
本発明の発光装置は、車両搭載用照明等の各種照明、ディスプレイ、インジケータ等に
利用することができる。また、生体内部を撮像する内視鏡装置、狭い隙間及び暗い空間を
照明することができるファイバースコープ等にも利用することができる。
The light emitting device of the present invention can be used for various types of lighting such as on-vehicle lighting, displays, indicators, and the like. Further, the present invention can also be used for an endoscope apparatus that images the inside of a living body, a fiberscope that can illuminate a narrow gap and a dark space, and the like.
10、20 発光装置
100、2100 台座
110、2110 台座底部
120、2120 台座柱部
130、2130 リード
200 平板体
250 貫通孔
260 入光部
270 出光部
300、2300 発光素子
310、2310 光出射面
400、2400 透光性部材
410、2410 波長変換部材
2420 蛍光体組成物
500、2500 キャップ
510、2510 キャップ上部
520、2520 キャップ側部
550、2550 開口部
600、2600 光透過体
610 光透過体の上部
620 光透過体の側部
10, 20
Claims (6)
前記台座は、前記発光素子が固定される台座柱部を有し、
前記台座柱部は、前記発光素子の光出射側に平板体が設けられており、
前記平板体は、前記発光素子からの光が通過する貫通孔を有し、
前記透光性部材は、前記平板体の上に、前記貫通孔を塞ぐように配置されることを特徴とする発光装置。 A light-emitting device comprising: a base; a light-emitting element; and a translucent member containing a wavelength conversion member that absorbs at least part of light from the light-emitting element and converts it into light of different wavelengths,
The pedestal has a pedestal column portion to which the light emitting element is fixed,
The base column part is provided with a flat plate on the light emitting side of the light emitting element,
The flat plate has a through hole through which light from the light emitting element passes,
The translucent member is disposed on the flat plate so as to close the through hole.
前記台座は、前記発光素子と前記透光性部材との間に、前記発光素子及び前記透光性部材が配置される面に対して略垂直に固定される平板体を有し、
前記平板体は、前記発光素子からの光が通過する貫通孔を有することを特徴とする発光装置。 A transparent base including a pedestal, a light emitting element fixed on the pedestal, and a wavelength conversion member that is fixed on the pedestal and absorbs at least a part of light from the light emitting element and converts it into light of a different wavelength. A light emitting device comprising:
The pedestal has a flat body fixed between the light emitting element and the translucent member substantially perpendicular to a surface on which the light emitting element and the translucent member are disposed,
The flat plate has a through hole through which light from the light emitting element passes.
前記発光素子及び前記透光性部材を覆うように前記台座に固定され、前記光透過体を支持するキャップと、を有し、
前記キャップの内面と前記平板体の側面とが接していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光装置。 A light transmissive body that transmits light from the translucent member;
A cap fixed to the pedestal so as to cover the light emitting element and the translucent member, and supporting the light transmissive body,
The light emitting device according to claim 1, wherein an inner surface of the cap is in contact with a side surface of the flat plate.
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