JP2013093495A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）等の発光素子から出射された光を波長変換して外部に取り出す発光装置に関して、波長変換層の温度上昇を抑制し、発光効率を向上できる半導体装置を提供する。
【解決手段】基板と、基板に配置された凹部と、凹部内に配置された反射層と、反射層上に形成された波長変換層と、凹部内でかつ波長変換層よりも上方に配置された発光素子とを備えた発光装置において、波長変換層と発光素子とは直接接しないようにすることにより、発光素子から波長変換層への熱伝導を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）等の発光素子から出射された光を波長変換して外部に取り出す発光装置に関するものであり、特に、電子ディスプレイ用のバックライト電源や、蛍光ランプに好適に用いられる発光装置に関する。

近年、上述のような発光装置に用いられる蛍光体として、従来用いられてきた希土類賦活蛍光体に代わり、半導体微粒子蛍光体が注目を集めている。半導体微粒子蛍光体には、従来蛍光体にはなかった、発光波長を任意に制御できるという特徴がある。そのため、このような半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置は、様々な発光スペクトルを有することができる。この技術は、演色性が高く効率のよい発光装置の作製を可能にする技術として期待されている。

上述のような半導体発光素子と半導体微粒子蛍光体から構成される発光装置の作製は、現在検討が進められており、たとえば特開２００７−１０３５１２公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１には、青色および緑色蛍光体に希土類賦活蛍光体を、黄色および赤色蛍光体に半導体微粒子蛍光体を用いて作製された発光装置が開示されている。

特開２００７−１０３５１２号公報

しかしながら、例えば半導体微粒子蛍光体のような蛍光体を含む波長変換層は熱に弱く、上記従来技術においては、図１４に示すように発光素子１０３と波長変換層１０４とが直接接しているため、発光素子の発熱が波長変換層に直接伝達し、この熱によって波長変換層の発光効率が低下してしまうという課題があった。

上記の課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、基板と、基板に配置された凹部と、凹部内に配置された反射層と、反射層上に形成された波長変換層と、凹部内でかつ波長変換層よりも上方に配置された発光素子とを備え、波長変換層と発光素子とは直接接していないことを特徴とする。

本発明の発光装置では、発光素子から出射され、凹部の開口方向とは反対方向に向かう光は、波長変換層で異なる波長の光に変換され、発光素子から出射された光と波長変換された光とが反射層で反射されて、発光装置の凹部の開口方向に取り出される。この構成では、発光素子は凹部の一部によって保持され、波長変換層と発光素子とは直接接していない。このため、発光素子からの発熱が、直接波長変換層には伝わらず、波長変換層の劣化が生じにくい。

特に、波長変換層が半導体微粒子蛍光体を含むことが好ましい。半導体微粒子蛍光体は、希土類賦活蛍光体よりも熱による劣化をしやすいため、本発明の発光装置の構成により、劣化が生じにくくなる。

また、波長変換層上に、発光素子を覆うようにバリア層が形成されていてもよい。

また、波長変換層と、発光素子との間に透光部材が配置されていてもよい。

また、発光素子は凹部の一部によって保持されていてもよい。

また、凹部は、凹部の開口方向に突出した凸部を有し、発光素子は凸部上に搭載されていてもよい。

また、基板凸部に上下に貫通する貫通穴を形成してもよい。

また、凹部は斜辺部を有し、発光素子の角部が斜辺部によって保持されていてもよい。

また、透光部材上に発光素子が搭載されていてもよい。

また、基板の凹部に波長変換層を注入する注入口を備えていてもよい。

また、基板底面に注入口を封止するシールドを備えていてもよい。

また、発光素子を搭載する基板凹部の底部に、波形のうねりを形成してもよい。

本発明に係る発光装置によれば、発光素子から波長変換層への熱の伝導を低減することができ、波長変換層の劣化が生じにくい発光装置を実現できる。

実施例１を示す概略図 実施例２を示す概略図 実施例３を示す概略図 実施例４を示す概略図 実施例５を示す概略図 実施例６を示す概略図 実施例７を示す概略図 実施例８を示す概略図 実施例９を示す概略図 実施例１０を示す概略図 実施例１１を示す概略図 実施例１２を示す概略図 実施例１３を示す概略図 従来技術を示す概略図

以下、本発明の発光装置について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態では、発光素子と波長変換層との直接の接触を避けるため、発光素子は第１の基板凹部の一部によって保持されている。

（実施例１）
本実施形態の実施例１である発光装置の構成について、図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）は図１（ｂ）のＡＡ’線における断面図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施例における発光装置は、基板２と、基板２に設けられた第１の基板凹部８とを備える。第１の基板凹部８は、側面８ａ及び底面８ｂから構成される。第１の基板凹部８内には、反射層６が配置されている。反射層６上には波長変換層７が形成されている。そして第１の基板凹部８内に発光素子１が配置されている。ここで、発光素子１は、波長変換層７と直接接しないように、第１の基板凹部の底面８ｂの一部によって保持されている。具体的には、図１に示すように、発光素子１は第１の基板凹部８の底面８ｂにおいて一部突出して形成された基板凸部１１によって保持されている。このような構成を有することによって、発光素子１が発熱したとしても、発光素子１と波長変換層７とは直接接していないので、波長変換層７に直接熱が伝達することを防ぐことができる。

発光素子１としては、例えば、ＧａＮ系の青色ＬＥＤを用いることができるが、これに限られず、他の材料からなる青色ＬＥＤや他の色の発光をするＬＥＤや有機ＥＬ等のＬＥＤ以外の発光素子を用いてもよい。

なお本実施例では、基板凸部１１は図１（ｂ）に示すように円錐状の形態となっている。

なお、ここで基板２の材料については金属性のものが好ましい。発光素子１からの発熱をより効率的に逃がすためである。また基板２の材料としてはセラミック材料でも構わない。

なお、発光素子１と第１の基板凹部８とは接合部材１０によって接着されることが好ましい。このような構成とすることで、発光素子１は第１の基板凹部８により確実に搭載される。また、接合部材１０は、熱伝導効率が高いものが好ましい。

なお、本発明においては、発光素子１はその構成上、波長変換層７よりも上方に配置される。よって、発光素子１の上面や側面から出る光は、一部は波長変換層７を介さずに第１の基板凹部８開口面から取り出され、一部はバリア層１６と外気との境界面で発光装置内方向へ反射され、波長変換層７に到達する。発光素子１の底面から出る光に関しては、そのまま波長変換層７まで到達する。そして、波長変換層７を通した光をさらに反射層６によって上方まで運び、第１の基板凹部８の開口から射出する。ここで、反射層６としては、第１の基板凹部上に設けられた金属めっきでもよい。

以上より、発光素子１からの発光光は波長変換層７の存在により、効率的に発光光とは異なる波長の光に変換される。

一方、発光素子１下面からの発熱に対しては、発光素子１下面と波長変換層７との空間が熱伝導を遮断すると共に、基板凸部１１側に積極的に放熱することにより、波長変換層７の温度上昇を抑制できる。

その他、基板２の下面には電極３を露出するように配置することが好ましい。

また、基板２上面には電極３と接続したボンドエリア４を設けることが好ましい。

また、発光素子１とボンドエリア４をワイヤー５により接続することが好ましい。

また、発光素子１側面を包囲する第１の基板凹部８の側面まで反射層６で覆うことが好ましい。なお、反射層６を配置する位置は、ボンドエリア４より内側であることが更に好ましい。このような構成とすることにより、波長変換層７から発する励起光に対し、光路長を短くして反射できるので、光路中での光の減衰が少なくなり、所望の方向（例えば発光素子上面方向）に効率的に発光することができる。

またここで、波長変換層７の材料としては、バンド端光吸収・発光を直接利用することで高い量子効率を実現する半導体蛍光微粒子を含むことが好ましい。特に、直径が数ｎｍから数十ｎｍの微粒子からなるいわゆる量子ドット蛍光体を含むことが好ましい。量子ドット蛍光体は、量子サイズ効果によって同一材料の微粒子でも粒子径を制御することで可視光線領域において所望の波長帯の蛍光スペクトルを得ることが出来る。また、バンド端による光吸収・蛍光であるため、９０％程度の高い外部量子効率を示すことから、高効率・高演色性を有する発光装置を提供することができる。

量子ドット蛍光体の材料としては、例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅのようなＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ結晶、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ結晶、およびこれらの混合物よりなる群から選択されることが好ましい。また、前記混合物は、例えばＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅおよびＨｇＺｎＳＴｅよりなる群から選択されるか、またはＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＰＡｓ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓおよびＩｎＡｌＰＡｓよりなる群から選択されることが好ましい。

ここで、量子ドット蛍光体は粒子径が小さいため、微粒子の表面を占める原子の割合が多くなることから、化学的安定性の低いものが多く、特に高温環境下での励起蛍光においては、量子ドット蛍光体表面の酸化反応が進行し、急激な発光効率の低下を引き起こすという課題を有する。

そこで、量子ドット蛍光体のような化学的安定性の低い波長変換層を用いる場合は、波長変換層７の上面に透光部材９を形成することが好ましい。このような構成を有することによって、波長変換層７が、量子ドット蛍光体に代表されるような、粒子径によって異なる励起蛍光スペクトルを有する半導体微粒子を含み、水溶性または水分散性を有する材料で構成されている場合であっても、波長変換層７が第１の基板凹部８と透光部材９によって密閉されているため、酸化を抑制することができる。透光部材９の材料としては、ガラス、透明樹脂などでもよい。具体的には、例えば、ガラスは樹脂ガラス、モールドガラス、アクリルガラス、クリスタルガラスなど主に光学系に用いられるものでも良い。透明樹脂の場合は、アクリル樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、ポリアセタール樹脂などの透過性を有する樹脂などでもよい。

なお、図１（ａ）に示すように、基板凸部１１により、発光素子１下面と透光部材９との間に空間を有する構成とすることが好ましい。このような構成とすると、発光素子１と透光部材９とが直接接していないので、発光素子１からの発熱が波長変換層７に伝わることをより効率的に防ぐことができる。

また、基板凸部１１の上面と透光部材９の上面とが面一になるように形成しても良い。このような構成とすると、発光素子１をより確実に安定した状態で搭載することができる。

また、第１の基板凹部８に波長変換層７を注入する注入口１２を設けることが好ましい。第１の基板凹部８に形成した注入口１２は透光部材９及び波長変換層７を注入する為のものである。注入口１２を設ける位置は、第１の基板凹部８の底面でも側面でもよい。また注入口１２は基板凸部１１を囲うように複数個設けても良い。図１（ｂ）では注入口を４つ設けている。

なお、さらに基板底面に注入口１２を封止するシールド１３を形成することが好ましい。

製造工程において、注入口１２下側から透光部材９を充填後、波長変換層７を充填し、シールド１３で封止することにより、耐酸化性の弱い波長変換層７が酸素に接触する時間を極めて短くすることができる。よって、耐酸化性の低い波長変換物質であっても、波長変換の特性劣化を抑制しつつ容易に本実施例の発光装置を製造することができる。シールド１３としては、封止樹脂等を用いてもよい。具体的には、気密性をもたせる有機樹脂などが好ましく、例えばエポキシ系、アクリル系の樹脂を用いてもよい。

また、基板凸部１１を上下に貫通する基板貫通穴１４を形成することが好ましい。基板貫通穴１４には熱伝導率の高い材料が封入されている。たとえば、基板２よりも熱伝導率の高い材料を封入することが好ましい。発光素子１下面からの発熱を、接合部材１０を介し、基板貫通穴１４を通じて大気中に放熱する。大気中への放熱を積極的に行うことで、波長変換層７の温度上昇を抑制できる。

また、第１の基板凹部８を取り囲むように、第２の基板凹部１５を形成することが好ましい。さらに、第２の基板凹部１５内に、バリア層１６を充填することが好ましい。この場合、発光素子１が大気に露出することが無いため、発光素子１の劣化が抑制される。

なお、第１の基板凹部８と第２の基板凹部１５を一体化させた形態の基板凹部としても良い。

バリア層１６としては、蛍光体１６ｂと有機樹脂１６ａを含む材料などを用いることが更に好ましい。この場合、発光素子１の上面や側面からの発光光を蛍光体１６ｂで異なる波長の光に変換することができ、発光光と波長変換層７で変換された光と合わせて、第２の基板凹部１５の開口部から光を取り出すことができ、波長変換層７の材料や蛍光体１６ｂの材料を適宜選択することにより、優れた演色性を有する発光装置や高輝度な発光装置を実現することができる。具体的には、例えばＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）系蛍光体、希土類（セリウム、ランタノイド）蛍光体を混合した蛍光体含有樹脂を用いても良い。

例として、発光素子１としてＧａＮ系の青色ＬＥＤを、波長変換層７に含まれる半導体蛍光微粒子としてＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅのようなＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ結晶、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ結晶を、バリア層１６に含まれる蛍光体１６ｂとしてＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）系蛍光体や、希土類（セリウム、ランタノイド）蛍光体を用いた場合には、高輝度な白色光を得られる発光装置を実現できる。

（実施例２）
本実施形態の実施例２における発光装置の構成について、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）は図２（ｂ）のＡＡ’線における断面図である。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、発光素子１が第１の基板凹部８の傾斜した側面８ａによって保持されていることを特徴とする。図２（ｂ）に示すように、発光素子１の端面が第１の基板凹部８の傾斜した側面８ａ上に配置されている。この際、図２（ａ）に示すように、発光素子１の保持安定性を高めるために、発光素子１と第１の基板凹部８の傾斜した側面８ａとを接合部材１０で接着することが好ましい。

（実施例３）
本実施形態の実施例３における発光装置の構成について、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）を用いて説明する。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、発光素子１を保持する基板凸部１１の構造が異なることを特徴とする。

図３（ａ）は、図３（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における断面図である。

図３（ｂ）に示すように、本実施例では、基板２の各辺に平行な２本の基板凸部１１ａと基板凸部１１ｂが基板２中心部で交差して形成された十字形状の基板凸部１１となっている。結果として、基板凸部１１ａ及び１１ｂによって、４つの基板凹部８１、８２、８３及び８４が形成されている。基板凸凹部の実線は山形、破線は谷形を示す。発光素子１は十字形状の基板凸部１１上に搭載されている。ここで、発光素子１の重心点と、基板凸部１１の交差点が一致するように配置すると、より安定度が高まる。なお、注入口１２は、上記４つの凹部に各１個ずつ配置することが好ましい。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における基板上面の高さ関係を示し、ｈ０は基板凹部８１の底面のＺ軸方向の位置であり、ｈ１は基板凸部１１ｂ上面のＺ軸方向の位置である。ｈ１は発光素子１下面のＺ軸方向の位置とほぼ同一となる。図３（ｃ）に示すように、発光素子１下面と基板凸部１１上面とは接合されているものの、それ以外の部位は、発光素子１下面と波長変換層７との間に空間を有する。発光素子１下面からの発熱に対し、発光素子１下面と波長変換層７との空間が熱伝導を遮断すると共に、発光素子１下面と基板凸部１１上面の接点は実施例１や実施例２と比較して２次元的に広範囲であり、発光素子１の支持を安定的に保つことができる。

（実施例４）
本実施形態の実施例４における発光装置の構成について、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）を用いて説明する。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、発光素子１を保持する基板凸部１１の構造が異なることを特徴とする。

図４（ａ）は、図４（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における断面図である。

図４（ｂ）に示すように、本実施例では、基板２の対向角を結ぶ２本の基板凸部１１ａと基板凸部１１ｂが基板２中心部で交差した十字形状の基板凸部１１となっている。結果として、基板凸部によって、４つの基板凹部８１、８２、８３及び８４が形成されている。基板凸凹部の実線は山形、破線は谷形を示す。発光素子１は十字形状の基板凸部１１上に搭載されている。ここで、発光素子１の重心点と、基板凸部１１の交差点が一致するように配置すると、より安定度が高まる。なお、注入口１２は、上記４つの凹部に各１個ずつ配置することが好ましい。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における基板上面の高さ関係を示し、ｈ０は第１の基板凹部８１の底面のＺ軸方向の位置であり、ｈ１は基板凸部１１ｂの上面のＺ軸方向の位置である。ｈ１は発光素子１下面のＺ軸方向の位置とほぼ同一となる。図４（ｃ）に示すように、発光素子１下面と基板凸部１１上面とは接合されているものの、それ以外の部位は、発光素子１下面と波長変換層７との間に空間を有する。発光素子１下面からの発熱に対し、発光素子１下面と波長変換層７との空間が熱伝導を遮断すると共に、発光素子１下面と基板凸部１１上面の接点は実施例１や実施例２と比較して２次元的に広範囲であり、発光素子１の支持を安定的に保つことができる。

（実施例５）
本実施形態の実施例５における発光装置の構成について、図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）を用いて説明する。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、発光素子１を保持する基板凸部１１の構造が異なることを特徴とする。

図５（ａ）は、図５（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における断面図である。

図５（ｂ）に示すように、本実施例では、基板２の各辺に平行な２本の基板凸部１１ａと基板凸部１１ｂが基板２中心部で交差して形成された十字形状の基板凸部１１となっている。結果として、第１の基板凹部８は基板凸部によって、さらに４つの凹部８１、８２、８３、８４が形成されている。各凹部は、基板２の対向角を結ぶ２本の交線に対して傾斜しており、かつ基板外周方向に対し傾斜する構成である。基板凸凹部の実線は山形、破線は谷形を示す。発光素子１は十字形状の基板凸部１１の稜線（実線）上に搭載されている。ここで、発光素子１の重心点と、基板凸部１１ａ及び基板凸部１１ｂの交差点が一致するように配置すると、より安定度が高まる。なお、注入口１２は、上記４つの凹部に各１個ずつ配置することが好ましい。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における基板上面の高さ関係を示し、ｈ０は第１の基板凹部８１の底面のＺ軸方向の位置であり、ｈ１は基板凸部１１ｂの上面のＺ軸方向の位置である。ｈ１は発光素子１下面のＺ軸方向の位置とほぼ同一となる。図５（ｃ）に示すように、発光素子１下面と基板凸部１１上面とは接合されているものの、それ以外の部位は、発光素子１下面と波長変換層７との間に空間を有する。発光素子１下面からの発熱に対し、発光素子１下面と波長変換層７との空間が熱伝導を遮断すると共に、発光素子１下面と基板凸部１１上面の接点は２次元的に広範囲であり、発光素子１の支持を安定的に保つことができる。このような構成を有することにより、発光素子１下面からの発光に対し、波長変換層７が効率的に吸収し、波長変換物質から発する励起光の方向性を高めることができ、安定した光量の発光を実現できる。

（実施例６）
本実施形態の実施例６における発光装置の構成について、図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）を用いて説明する。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、発光素子１を保持する基板凸部１１の構造が異なることを特徴とする。

図６（ａ）は、図６（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における断面図である。

図６（ｂ）に示すように、本実施例では、基板２の対向角を結ぶ２本の基板凸部１１ａと基板凹部１１ｂが基板２中心部で交差した十字形状の基板凸部１１となっている。結果として、第１の基板凹部８は基板凸部によって、さらに４つの凹部８１、８２、８３及び８４が形成されている。各凹部は、基板２の各辺に平行な２本の交線に対して傾斜しており、かつ基板外周方向に対し傾斜する構成である。基板凸凹部の実線は山形、破線は谷形を示す。発光素子１は十字形状の基板凸部１１上に搭載されている。ここで、発光素子１の重心点と、基板凸部１１の交差点が一致するように配置すると、より安定度が高まる。なお、注入口１２は、上記４つの凹部に各１個ずつ配置することが好ましい。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における基板上面の高さ関係を示し、ｈ０は第１の基板凹部８１の底面のＺ軸方向の位置であり、ｈ１は基板凸部１１ａの上面のＺ軸方向の位置である。ｈ１は発光素子１下面のＺ軸方向の位置とほぼ同一となる。図６（ｃ）に示すように、発光素子１下面と基板凸部１１上面とは接合されているものの、それ以外の部位は、発光素子１下面と波長変換層７との間に空間を有する。発光素子１下面からの発熱に対し、発光素子１下面と波長変換層７との空間が熱伝導を遮断すると共に、発光素子１下面と基板凸部１１上面の接点は２次元的に広範囲であり、発光素子１の支持を安定的に保つことができる。このような構成を有することにより、発光素子１下面からの発光に対し、波長変換層７が効率的に吸収し、波長変換物質から発する励起光の方向性を高めることができ、安定した光量の発光を実現できる。

（実施例７）
本実施形態の実施例７における発光装置の構成について、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）を用いて説明する。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、発光素子１を保持する構造が異なることを特徴とする。

図７（ａ）は、図７（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における断面図である。

図７（ｂ）に示すように、本実施例における基板凹部８は、上面から見た際、４つの円を組み合わせたような形状となっており、さらに各円形の凹部の上面は、基板２の中心点に向かって傾斜している。基板凸凹部の実線は山形、破線は谷形を示す。発光素子１は４つの円状凹部の傾斜面によって保持されている。ここで、発光素子１の重心点と、第１の基板凹部８の中心点が一致するように配置すると、より安定度が高まる。なお、注入口１２は、第１の基板凹部８の中心点に１個配置することが好ましい。

図７（ｃ）は、図７（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における基板上面の高さ関係を示し、ｈ０は第１の基板凹部８の底面のＺ軸方向の位置であり、ｈ１は発光素子１下面のＺ軸方向の位置とほぼ同一となる。図７（ｃ）に示すように、発光素子１下面と第１の基板凹部８の底面とは接合されているものの、それ以外の部位は、発光素子１下面と波長変換層７との間に空間を有する。発光素子１下面からの発熱に対し、発光素子１下面と波長変換層７との空間が熱伝導を遮断すると共に、発光素子１下面と基板凹部８の底面の接点は２次元的に広範囲であり、発光素子１の支持を安定的に保つことができる。

（実施例８）
本実施形態の実施例８における発光装置の構成について、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）を用いて説明する。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、発光素子１を保持する構造が異なることを特徴とする。

図８（ａ）は、図８（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における断面図である。

図８（ｂ）に示すように、本実施例における基板凹部８は、上面から見た際、円形状となっており、さらに円形の凹部の上面は、基板２の中心点に向かって傾斜している。発光素子１は円状凹部の傾斜面によって保持されている。ここで、発光素子１の重心点と、第１の基板凹部８の中心点が一致するように配置すると、より安定度が高まる。なお、注入口１２は、第１の基板凹部８の中心点に１個配置することが好ましい。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＡ−０−Ｂ断面における基板上面の高さ関係を示し、ｈ０は第１の基板凹部８底面のＺ軸方向の位置であり、ｈ１は発光素子１下面のＺ軸方向の位置とほぼ同一となる。図８（ｃ）に示すように、発光素子１下面と第１の基板凹部８底面とは接合されているものの、それ以外の部位は、発光素子１下面と波長変換層７との間に空間を有する。発光素子１下面からの発熱に対し、発光素子１下面と波長変換層７との空間が熱伝導を遮断すると共に、発光素子１下面と基板凸部１１上面の接点は２次元的に広範囲であり、発光素子１の支持を安定的に保つことができる。

図８（ｃ）に示すように、発光素子１下面の一部は第１の基板凹部８の斜面の一部とのみ接合されているため、発光素子１下面からの発熱に対し、発光素子１下面と波長変換層７との空間が熱伝導を遮断すると共に、斜面を通じて基板外に積極的に放熱し、波長変換層７の温度上昇を抑制できる。また、発光素子１下面の一部と斜面との接合がピンポイントであるため、接合部で阻害される発光をさらに低減することができる。

（実施例９）
本実施形態の実施例９における発光装置の構成について、図９を用いて説明する。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、発光素子１を搭載する第１の基板凹部８の底部に波形のうねりを形成した構造が特徴である。第１の基板凹部８底部のうねりは表面積を（例えば実施例１より）広げると共に、励起光の散乱を促進する。発光素子１下面からの発光を波長変換層７が広範囲に吸収し、波長変換物質から発する励起光の散乱効果を高める。反射層６の受ける励起光が増加し、発光素子１の上方に対し、安定した光量の発光を実現できる。

（実施例１０）
本実施形態の実施例１０における発光装置の構成について、図１０を用いて説明する。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、透光部材９を波長変換層７の直上に形成するものではなく、基板２外枠上面に形成した構成である。この場合も実施例１と同様の効果が得られるが、波長変換層７の酸化を防ぐために、第１の基板凹部８への波長変換層７の形成および基板２外枠上面への透光部材９などをはじめとする本発明の製造過程は、酸素以外の気体で充填された環境下で実施されることが好ましい。また、本発光装置としても、第１の基板凹部８と波長変換層７とで密閉される空間には、酸素以外の気体が充填されていることが好ましい。

また、図１０に示すように第１の基板凹部８の底面に注入口１２を設けることが好ましい。この際、透光部材９で覆われた第１の基板凹部８に、酸素以外の気体を充満させた状態で、注入口１２から波長変換層７を充填しても良い。

（第２の実施形態）
本実施形態では、発光素子と波長変換層との直接の接触を避けるため、発光素子は、発光素子と波長変換層の間に形成された透光部材によって保持されている。

（実施例１１）
本実施形態の実施例１１における発光装置の構成について、図１１を用いて説明する。

図１１は、本発明の実施例１１を示す断面図である。

図１１に示すように、本発明の実施例１１における発光装置は、基板２と、基板２に設けられた第１の基板凹部８とを備える。第１の基板凹部８は、側面８ａ及び底面８ｂから構成される。第１の基板凹部８内には、波長変換層７が形成されている。波長変換層７上には、波長変換層７を覆うように透光部材９が配置されている。そして、発光素子１は、波長変換層７と直接接しないように、透光部材９上に配置されている。ここで、透光部材９は、図１１に示すように第１の基板凹部の側面８ａに設けられた段差部によって保持されていることが好ましい。また、側面８ａを斜面とし、その斜面によって透光部材９を保持しても良い。このような構成を有することによって、発光素子１が発熱したとしても、発光素子１と波長変換層７とは直接接していないので、波長変換層７に直接熱が伝達することを防ぐことができる。

なお、透光部材９の材料としては、ガラス、透明樹脂などを用いればよい。具体的には、例えば、ガラスは樹脂ガラス、モールドガラス、アクリルガラス、クリスタルガラスなど主に光学系に用いられるものでも良い。透明樹脂の場合は、アクリル樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、ポリアセタール樹脂などの透過性を有する樹脂などでもよい。

なお、ここで基板２の材料については金属性のものでもよい。発光素子１からの発熱をより効率的に逃がすことができる。具体的には、基板２の材料としては、Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ、ＡＬなどが好ましい。凹部を有する形状を金属で形成するためには、プレス金型などで打ち抜く方法が好ましい。またその他基板２の材料としてはセラミック材料でもよい。また、後述の通り、基板２は枠部２ａとベース部２ｂの二つのパーツから形成されていることが好ましい。

なお、発光素子１と透光部材９とは接合部材１０によって接着されていることが好ましい。このような構成とすることで、発光素子１は透光部材９により確実に搭載される。また、接合部材１０は、熱伝導効率が高いものがより好ましい。

なお、本発明においては、発光素子１はその構成上、波長変換層７よりも上方に配置される。よって、発光素子１の上面や側面から出る光は、一部は波長変換層７を介さずに第１の基板凹部８開口面から出て行き、一部はバリア層１６と外気との境界面で発光装置内方向へ反射され、波長変換層７に到達する。発光素子１の底面から出る光に関しては、そのまま波長変換層７まで到達する。そして、波長変換層７を通した光をさらに反射層６によって上方まで運び、第１の基板凹部８の開口から射出する。ここで、反射層６としては、第１の基板凹部上に設けられた金属めっきでもよい。

以上より、発光素子１からの発光は波長変換層７の存在により、効率的に励起光に変換される。一方、発光素子１下面からの発熱に対しては、発光素子１下面と波長変換層７との間にある透光部材９が熱伝導を遮断することにより、波長変換層７の温度上昇を抑制できる。

その他、基板２の下面には電極３を露出するように配置することが好ましい。なお、電極３としてＣｕ合金の上にＮｉ−Ａｕめっき、Ａｇめっき、はんだめっきなどを適宜選択して適用してもよい。

また、基板２上面には電極３と接続したボンドエリア４を設けることが好ましい。

また、発光素子１とボンドエリア４をワイヤー５により接続することが好ましい。なお、発光素子１とボンドエリア４を電気的に接続する接続部材は、突起電極でもワイヤーでもよく、突起電極であればＡｕバンプ（めっきバンプ、スタッドバンプ）、はんだめっき（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）バンプなどが適用される。ワイヤーであれば、Ａｕワイヤー、ＡＬワイヤー、Ａｇワイヤー、Ｃｕワイヤーなどから選択すればよい。ただしＡｇワイヤー、Ｃｕワイヤーなどは酸化に強くないのでワイヤーに被覆加工する、あるいは酸化に強い合金ワイヤーの方が好ましい。ワイヤー径は様々にあるが小型化が必要な電子部品はφ１０〜２０μｍのワイヤー径を適用することが好ましい。

また、第１の基板凹部８の壁面を、底面から上面にかけて広くする形状とすることが好ましい。

このような構成にすることで、波長変換層７から発光面に対しより確実に反射することができる。

また、第１の基板凹部８を取り囲むように第２の基板凹部１５を形成することが好ましい。第２の基板凹部１５は枠部２ａの内壁及び透光部材９の上面によって構成されている。枠部２ａは樹脂によって形成してもよい。第２の基板凹部１５の深さは発光素子１の厚みと電気的に接続する接続部材によって決まってくる。第２の基板凹部１５の深さとしては、発光素子１の厚み５０〜２００μｍプラス突起電極の厚み１０〜２０μｍを確保できればよい。一方、ワイヤーの場合は、発光素子１の厚５０〜２００μｍプラスワイヤー高さ１００μｍを確保できればよい。つまり第２の基板凹部の深さは１００〜４００μｍ以上が好ましい。

さらに、第２の基板凹部１５内に、バリア層１６を充填することが好ましい。バリア層１６としては、蛍光体１６ｂと有機樹脂１６ａを含む材料などを用いても良い。具体的には、例えばＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）系蛍光体、希土類（セリウム、ランタノイド）蛍光体を混合した蛍光体含有樹脂を用いても良い。

また、発光素子１側面を包囲する第１の基板凹部８の側面８ａまで反射層６で覆うことが好ましい。なお、反射層６を配置する位置は、ボンドエリア４より内側であることが好ましい。このような構成とすることにより、波長変換層７から発する励起光に対し、光路長を短くして反射できるので、光路中での光の減衰が少なくなり、所望の方向（例えば発光素子上面方向）に効率的に発光することができる。

またここで、波長変換層７は、有機樹脂と、バンド端光吸収・発光を直接利用することで高い量子効率を実現する半導体蛍光微粒子を含むことが好ましい。特に、直径が数ｎｍから数十ｎｍの微粒子からなるいわゆる量子ドット蛍光体を含むことが好ましい。量子ドット蛍光体は、量子サイズ効果によって同一材料の微粒子でも粒子径を制御することで可視光線領域において所望の波長帯の蛍光スペクトルを得ることが出来る。また、バンド端による光吸収・蛍光であるため、９０％程度の高い外部量子効率を示すことから、高効率・高演色性を有する発光装置を提供することができる。

しかし、量子ドット蛍光体は粒子径が小さいため、微粒子の表面を占める原子の割合が多くなることから、化学的安定性の低いものが多く、特に高温環境下での励起蛍光においては、量子ドット蛍光体表面の酸化反応が進行し、急激な発光効率の低下を引き起こすという課題を有する。

そこで、量子ドット蛍光体のような化学的安定性の低い波長変換層を用いる場合は、波長変換層７の上面に透光部材９を配置することが好ましい。このような構成を有することによって、波長変換層７が、量子ドット蛍光体に代表されるような、粒子径によって異なる励起蛍光スペクトルを有する半導体微粒子を含み、水溶性または水分散性を有する材料で構成されている場合であっても、波長変換層７が第１の基板凹部８と透光部材９によって密閉されているため、酸化を抑制することができる。

また、第１の基板凹部８に波長変換層７を注入する注入口１２を設けることが好ましい。第１の基板凹部８に形成した注入口１２は透光部材９及び波長変換層７を注入する為のものである。注入口１２を設ける位置は、第１の基板凹部８の底面でも側面でもよい。

なお、さらに基板底面に注入口１２を封止するシールド１３を設けることが好ましい。

製造工程は、注入口１２下側から透光部材９を充填後、波長変換層７を充填し、シールド１３で封止することにより、耐酸化性の弱い波長変換層７は酸素に接触することがなく形成することができる。よって、耐酸化性の低い波長変換物質であっても、波長変換の特性劣化なく容易に製造することができる。シールド１３としては、封止樹脂等を用いてもよい。具体的には、気密性をもたせる有機樹脂などが好ましく、例えばエポキシ系、アクリル系の樹脂を用いてもよい。

（実施例１２）
図１２は本発明の第２の実施形態における製造ステップを示す断面図である。

まずは図１２（ａ）に示すように、基板２に対しプレス金型によって、第１の基板凹部８及び第２の基板凹部１５を形成する。なお、ここで基板２の材料については金属性のものが好ましい。発光素子１からの発熱をより効率的に逃がすためである。具体的には、基板２の材料としては、Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ、ＡＬなどが好ましい。凹部を有する形状を金属で形成するためには、プレス金型などで打ち抜く方法が好ましい。また、第２の基板凹部１５は枠部２ａの側壁によって形成することが好ましい。枠部２ａは樹脂封止金型を用いて樹脂によって形成してもよい。

次に図１２（ｂ）に示すように、基板２の金属が露出した部分に対しＮｉ−Ａｕめっき、Ａｇめっき、はんだめっきなどを形成する。

次に図１２（ｃ）に示すように、透光部材９を第１の基板凹部８上に固定する。固定には接着剤を用いてもよい。接着剤は、気密性をもたせる有機樹脂、例えばエポキシ系、アクリル系の樹脂を用いる。

次に図１２（ｄ）に示すように、波長変換層７を第１の基板凹部８に充填する。ここで、波長変換層７は、基板２の底面に設けられ、第１の基板凹部８と接続された注入口１２から充填することが好ましい。このようにすれば、波長変換層７として量子ドット蛍光体のような耐酸化性の弱い材料を用いた場合であっても、波長変換層７が酸素に接触する時間を極めて短くしながら、第１の基板凹部８内に充填することができる。

次に図１２（ｅ）に示すように、シールド１３を用いて、注入口１２を塞ぐ。シールド１３として、封止樹脂を塗布し硬化させてもよい。もしくは、波長変換層７として耐酸化や耐湿性に弱い蛍光体（例えば量子ドット蛍光体）を混合した蛍光体含有樹脂と混ざらず、かつ硬化のゲル化時間が長い封止樹脂を用いることで蛍光体含有樹脂を注入後、封止樹脂を塗布し同時に硬化させることもできる。このとき、真空環境を用いてキャビティ内部の未充填、ボイドなどを防止する。また耐酸化や耐湿性に弱い蛍光体であるため窒素雰囲気など耐酸素、耐湿度を考慮した環境が必要となる。

最後に、図１２（ｆ）に示すように、透光部材９上に発光素子１を実装し、発光素子１とボンドエリア４をワイヤー５で接続する。ここで、発光素子１の実装温度は、蛍光体含有樹脂、封止樹脂と同等もしくは低い温度で硬化させてもよい。その後、バリア層１６を第２の基板凹部１５に充填し硬化させる。バリア層１６として蛍光体含有樹脂を用いてもよい。硬化温度としては、バリア層１６として用いられる蛍光体含有樹脂、封止樹脂と同等もしくは低い温度で硬化させる。

（実施例１３）
本実施形態の実施例１３における発光装置の構成について、図１３を用いて説明する。

図１３は、本発明の実施例１３を示す断面図である。符号は、実施例１１との差異を説明するために主要な構成のみに付している。

本実施例は実施例１と基本的な構造は同様であるが、ワイヤーを接続するボンドエリア４と発光素子を搭載するエリアに段差を備えることを特徴とする。具体的には、ボンドエリア４の高さが、透光部材９の表面よりも低い位置に形成されている。このような構成にすることで発光素子搭載時の接着剤のはみ出し、ブリードが、段差による表面張力によって抑えられるという効果を発揮する。

また、波長変換層７を注入する注入口１２を囲うように第１の基板凹部８の底面８ｂに凸部を形成しても良い。凸部の形状は、底面から上面にかけて細くする形状にすることが好ましい。このような構成にすることで注入口１２と注入ノズルの噛み合わせがより安定する。

また、第１の基板凹部８の底面にうねり形状を設けても良い。このような構成にすることで波長変換層７からの光反射面積を広くすることができる。うねり形状は実施例１１に適用してもよい。

また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施形態における各構成要素を任意に組み合わせても良い。

本発明によれば、電子ディスプレイ用のバックライト電源や、蛍光ランプに好適に用いられる、波長変換層の劣化が少ない発光装置が実現できる。

１ 発光素子
２ 基板
３ 電極
４ ボンドエリア
５ ワイヤー
６ 反射層
７ 波長変換層
８ 第１の基板凹部
９ 透光部材
１０ 接合部材
１１ 基板凸部
１２ 注入口
１３ シールド
１４ 基板貫通穴
１５ 第２の基板凹部
１６ バリア層

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板に形成された凹部と、
   前記凹部内に配置された反射層と、
   前記反射層上に配置された波長変換層と、
   前記凹部内でかつ前記波長変換層よりも上方に配置された発光素子とを備え、
   前記波長変換層と前記発光素子とは直接接していないことを特徴とする発光装置。
2. 前記波長変換層は、半導体微粒子蛍光体を含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記波長変換層上に、前記発光素子を覆うようにバリア層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
4. 前記波長変換層と、前記発光素子との間に透光部材が配置されていることを特徴とする請求項１から３記載のいずれかの発光装置。
5. 前記発光素子は前記凹部の一部によって保持されたことを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの発光装置。
6. 前記凹部は、前記凹部の開口方向に突出した凸部を有し、
   前記発光素子は前記凸部上に搭載されていることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 前記基板凸部に上下に貫通する貫通穴を形成することを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記凹部は斜辺部を有し、
   前記発光素子の角部が前記斜辺部によって保持されていることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
9. 前記透光部材上に前記発光素子が搭載されていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
10. 前記基板の凹部に波長変換層を注入する注入口を備えることを特徴とする請求項１から９に記載のいずれかの発光装置。
11. 前記基板底面に前記注入口を封止するシールドを備えることを特徴とする請求項１から１０に記載のいずれかの発光装置。
12. 前記発光素子を搭載する前記基板凹部の底部に、波形のうねりが形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の発光装置。

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