JP2014086556A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属膜の酸化や硫化等を防ぐためのコーティング膜を設けた場合でも、コーティング膜内に取り込まれてしまう光の量を低減し、ＬＥＤチップから射出される光の取り出し効率を向上させることができる発光装置を提供する。
【解決手段】基板１と、基板１の表面上に形成された金属膜２と、前記金属膜２上に設けられるＬＥＤチップ４と、前記金属膜上に形成されたコーティング膜３とを備え、前記コーティング膜２には、その膜厚方向に貫通し、内部に前記ＬＥＤチップ４が配置される貫通孔３１が形成されており、平面視において前記貫通孔３１は、前記ＬＥＤチップ４よりも大きく形成し、前記ＬＥＤチップ４の外周面及び前記貫通孔の内周面の間に隙間を形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板と、基板の表面上に形成される金属膜と、金属膜上に設けられるＬＥＤチップとを備えた発光装置に関するものである。

従来から、発光装置として、光を反射する金属膜を基板上に形成してその金属膜上にＬＥＤチップを載置し、ＬＥＤチップから射出された光のうち、例えば基板側へと射出された光を所望の光照射側へと戻すようにしたものが知られている。

ところが、このような発光装置では、金属膜が外気に接触すると、その酸化や硫化が進行して黒変するため、この金属膜の反射率が低下して、ＬＥＤチップから射出された光が光照射側へと反射されにくくなり、光の取り出し効率が低下するという問題があった。

そこで、このような問題を解決するため、図６（ａ）に示す発光装置１００Ａが提案されており、この発光装置１００Ａでは、外気と金属膜２Ａとの接触を防止するため、ガスバリア性のあるガラス膜３Ａによって前記金属膜２Ａを覆い、このガラス膜３Ａの上にＬＥＤチップ４Ａを載置するようにしている（特許文献１参照）。尚、符号６Ａは、透光性樹脂層であり、通常、その屈折率はガラス膜３Ａよりも低い。

しかしながら、この発光装置１００Ａのようにガラス膜３Ａの上にＬＥＤチップ４Ａを載置したのでは、ＬＥＤチップ４Ａから金属膜２Ａ側へと射出された光がガラス膜３Ａに入射し、入射した光の大部分はガラス膜３Ａと透光性樹脂層６Ａとの屈折率の関係によりガラス膜３Ａ内で反射を繰り返して光射出側へと取り出せなくなる。つまり、前記発光装置１００Ａには、金属膜２Ａの経年変化を防ぐことができるものの、ガラス膜３Ａ内に取り込まれる光が存在するために光の取り出し効率が低下するという問題がある。加えて、熱伝導性が金属ほどはよくないガラス膜３Ａ上にＬＥＤチップ４Ａが載置されているため、ＬＥＤチップ４Ａで生じた熱が基板１Ａ側に放熱されず、所望の性能が得られにくい。

この他、図６（ｂ）に示す発光装置１００Ｂも提案されており、この発光装置１００Ｂでは、金属膜２Ｂ上にＬＥＤチップ４Ｂを載置し、金属膜２ＢとＬＥＤチップ４Ｂの両方をガラス膜３Ｂによって覆い、金属膜２Ｂの経年変化を防ぐようにしている（特許文献２参照）。尚、符号６Ｂは、上記と同様、透光性樹脂層であり、その屈折率はガラス膜３Ｂより低くなっている。

しかしながら、前記発光装置１００Ｂのように金属膜２Ｂ及びＬＥＤチップ４Ｂをガラス膜３Ｂで覆ったのでは、金属膜２Ｂとガラス膜３Ｂの熱膨張率が異なってその熱変形量が異なるため、ＬＥＤチップ４Ｂに熱応力がかかることとなる。そして、このような熱応力がかかることで、ＬＥＤチップ４Ｂに割れが生じ、その発光特性が変化する。

特開２０１０−３４４８７号公報 特開２００９−３３１０７号公報

本発明は上述したような問題を一挙に解決するためのものであり、コーティング膜により金属膜の酸化や硫化等を防ぎつつ、ＬＥＤチップから射出された光がこのコーティング膜内に取り込まれる量を低減して光の取り出し効率を向上させることができるとともに、コーティング膜によりＬＥＤチップの放熱が妨げられることや各構成部材の熱変形によりＬＥＤチップの特性が低下するのを防止できる発光装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の発光装置は、基板と、基板の表面上に形成された金属膜と、前記金属膜上に設けられるＬＥＤチップと、前記金属膜上に形成されたコーティング膜とを備え、前記コーティング膜には、その膜厚方向に貫通し、内部に前記ＬＥＤチップが配置される貫通孔が形成されており、平面視において前記貫通孔は、前記ＬＥＤチップよりも大きく形成され、前記ＬＥＤチップの外周面及び前記貫通孔の内周面の間に隙間が形成されていることを特徴とする。

尚、前記金属膜としては、例えば、光を反射可能なものを挙げることができ、前記コーティング膜としては、例えば、透光性とガスバリア性を有するものを挙げることができる。このようなものであれば、前記ＬＥＤチップの外周面と前記貫通孔の内周面の間に隙間が形成され、ＬＥＤチップの周囲近傍にはコーティング膜が存在しないので、ＬＥＤチップから金属膜側へと射出された光の大部分は、コーティング膜に入射することなく、金属膜で反射される。このため、コーティング膜に入射する光の割合を低減することができるうえ、当該コーティング膜内に光が閉じ込められることもない。

従って、金属膜をコーティング膜で覆って金属膜の経年変化を防止しつつ、コーティング膜内に取り込まれる光の量を減らし、光の取り出し効率を高めることができる。

また、前記ＬＥＤチップが前記金属膜上に直接配置されているので、ＬＥＤチップで生じた熱は金属膜を介して基板側に効率的に放熱される。従って、ＬＥＤチップの温度上昇により、ＬＥＤチップの性能が低下するのを防ぐことができる。

また、ＬＥＤチップと貫通孔との間の隙間によってＬＥＤチップとコーティング膜とが接触しないので、ＬＥＤチップは金属膜の熱変形の影響のみを受ける。このため、ＬＥＤチップに熱変形量の異なる部材が複数接触することがなく、ＬＥＤチップに過度な熱応力がかからないので、ＬＥＤチップにひび割れが生じ、発光特性が変化するのを防ぐことができる。

ガスバリア性が高く、前記コーティング膜により前記金属膜の酸化や硫化を好適に防ぐことができるようにするには、前記コーティング膜が、ガラス膜であればよい。

前記ＬＥＤチップを保護するには、前記コーティング膜及び前記ＬＥＤチップ上を覆う透光性樹脂層をさらに備えたものであればよい。

前記透光性樹脂層を設けた場合において、ＬＥＤチップから射出された光をコーティング膜内に取り込まれにくくし、光の取り出し効率を低下させないようにするには、例えば、前記コーティング膜の屈折率を、前記透光性樹脂層の屈折率よりも大きいものを採用すればよい。

尚、前記隙間の大きさは、コーティング膜に入射する光の低減と、金属膜の酸化や硫化の防止との観点から決定することができ、この両者をバランスよく両立させる大きさとしては、必ずしもこれに限定されるわけではないが、例えば、５μｍ以上５００μｍ以下である。隙間が５μｍ未満であると、コーティング膜に入射して取り込まれる光の割合をさほど低減できず、一方、隙間が５００μｍを越えると、金属膜の酸化や硫化の防止が不十分となる。ただし、隙間が５μｍ以上であっても、ＬＥＤチップがコーティング膜と干渉してその実装が難しい場合もあるので、隙間は５０μｍ以上であれば、更に好ましい。

このように本発明の発光装置によれば、コーティング膜の貫通孔内に配置されたＬＥＤチップの外周面と、貫通孔の内周面との間に隙間が形成されているので、ＬＥＤチップから射出された光がコーティング膜内に取り込まれにくくすることができ、コーティング膜による光の取り出し効率の低下を防ぐことができる。また、ＬＥＤチップが金属膜に直接載置されるので、当該ＬＥＤチップの放熱を効率よく行うことができ、ＬＥＤチップの温度上昇による性能低下が生じにくい。また、前記ＬＥＤチップは前記隙間によって前記金属膜の熱変形の影響しか受けず、ＬＥＤチップに接触する部材の熱変形量の違いによりＬＥＤチップにひび割れが生じる等の熱応力による問題も生じにくい。

さらに、前記金属膜は、前記ＬＥＤチップの設置場所を除いて前記コーティング膜で覆われているので、前記金属膜の酸化や硫化等による変色を防ぐことができ、変色により反射率が低下して光の取り出し効率が低下しにくい。

本発明の一実施形態に係る発光装置の模式的上面図。 同実施形態における発光装置の模式的断面図。 図６（ａ）に示した従来の発光装置におけるシミュレーション結果を示す模式図。 同実施形態の発光装置におけるシミュレーション結果を示す模式図。 ＬＥＤチップとガラス膜との間に隙間が存在しない場合におけるシミュレーション結果を示す模式図。 従来の発光装置の構成を示す模式的断面図。

本発明の一実施形態について各図を参照しながら説明する。図１は本実施形態の発光装置１００の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、図２における厚さ方向の寸法は分かりやすさのため、高さ方向の寸法を大きくし、実際の比率とは異ならせてある。

図１及び図２に示すように本実施形態の発光装置１００は、基板１と、基板１の表面上に形成した金属膜２と、前記金属膜２上に設けたＬＥＤチップ４と、前記金属膜２の略全域を覆うように形成したガラス膜（コーティング膜）３と、前記ガラス膜３及び前記ＬＥＤチップ４上を覆うように設けられた透光性樹脂層６を備えたものである。そして、本実施形態の発光装置１００は、前記ガラス膜３が前記ＬＥＤチップ４上及び当該ＬＥＤチップ４の周囲には設けられていないことを特徴とするものである。

各部について説明する。

前記基板１は、例えばセラミックで形成してあり、図１に示すように面板部が略正方形状をしている。この基板１の表面の中央部には、凹部であるキャビティ１１が形成してあり、その底部には、各ＬＥＤチップ４と配線により接続されるアノード５２とカソード５１を設けてある。

前記金属膜２は、前記キャビティ１１の表面上を覆うように形成された銀（Ａｇ）の膜であり、前記ＬＥＤチップ４から前記基板１側へと射出された光を反射し、光照射側へと戻すためのものである。図２に示すようにこの金属膜２は、前記キャビティ１１の側面及び底面のすべてを覆うように形成してある。本実施形態では、前記金属膜２を銀から構成したが、その他、銅、アルミニウム、金、タングステン、鉄、ニッケル、等の金属、又は、各種合金など、ＬＥＤチップ４から射出された光を効果的に反射する材料特性を有するものであればよい。

前記ガラス膜３は、前記透光性樹脂層６よりも屈折率が大きいガラスから構成され、透光性及びガスバリア性を有し、前記金属膜２が外気と接触して酸化したり、硫化したりするのを防止する。そして、図１に示すように前記ガラス膜３は、前記キャビティ１１の底面において、前記ＬＥＤチップ４が実装される部分には貫通孔３１を有するように形成してある。また、アノード５２、カソード５１の設置部分についても電極露出孔が形成してある。

前記貫通孔３１は、図１及び図２に示すように、平面視において前記ＬＥＤチップ４よりも大きく形成されてその略中央にＬＥＤチップ４が配置される。このため、貫通孔３１とＬＥＤチップ４とは所定距離離間して、貫通孔３１の内周面とＬＥＤチップ４の外周面との間には隙間が形成され、両者が接触しないようになっている。従って、この貫通孔３１の部分においてはＬＥＤチップ４と、その周囲の金属膜２が露出している。尚、前記隙間部分には、前記透光性樹脂層６が充填される。

前記隙間の大きさとしては、例えば、５μｍ以上５００μｍ以下を挙げることができる。隙間が小さいと、ガラス膜３に入射して取り込まれる光の割合をさほど低減できず、一方、隙間が大きいと、金属膜２の酸化や硫化の防止が不十分となる。したがって、５μｍ以上５００μｍ以下の大きさの隙間であれば、ガラス膜３に入射する光の割合を低減して光の取り出し効率を高めることもできるし、金属膜２の酸化や硫化を十分に防止することもできる。ただし、隙間が５μｍ以上であっても、ＬＥＤチップ４がガラス膜３と干渉してその実装が難しい場合があるので、隙間は５０μｍ以上であることが好ましい。

尚、この貫通孔３１と前記電極露出孔は、例えば金属膜２上の全域にわたってまずガラスコーティングを行った後、前記ＬＥＤチップ４が実装される箇所とアノード５２、カソード５１が配置される箇所についてエッチング等によりガラスを取り除くことによって形成することができる。

このように前記ガラス膜３は前記ＬＥＤチップ４の周囲を除き前記金属膜２を覆って外気との接触を防止しているので、金属膜２の酸化や硫化による変色が生じにくく、前記ＬＥＤチップ４からの光の取り出し効率が低下しにくい。すなわち、本実施形態の発光装置１００は経時変化が生じにくく、所定の性能を長期間保つことができる。

さらに、前記ガラス膜３の貫通孔３１の内周面と前記ＬＥＤチップ４の外周面との間に隙間を形成してあるので、後述するようにＬＥＤチップ４から基板１側へと射出された光がガラス膜３内に取り込まれにくい。

従って、ガラス膜３により金属膜２の経時変化を防ぎつつ、光の取り出し効率を従来よりも高めることができる。

また、従来であればガラスと金属という熱膨張率が大きく異なる素材が前記ＬＥＤチップ４の上下面に接触していたために、ＬＥＤチップ４に過大な熱応力がかかってひび割れが生じる等していたが、本実施形態であれば、ＬＥＤチップ４は前記隙間によって金属膜２の熱変形の影響しか受けず、上述したような問題が生じることもない。さらに、ＬＥＤチップ４は、金属膜２の上に直接載置されているため、この金属膜２を介して基板１側に効率よく放熱することができる。これらのことから、熱によりＬＥＤチップ４の発光特性が変化するのも防ぐことができる。

尚、本実施形態では、ＬＥＤチップ４が透光性樹脂層６により覆われ、また、前記隙間に透光性樹脂層６が充填されているが、この透光性樹脂層６は、ガラスと比べて柔らかいため、透光性樹脂層６によってＬＥＤチップ４に熱応力はかかりにくいうえ、かかったとしても、ごく僅かである。従って、透光性樹脂層６によって熱応力がＬＥＤチップ４にかかり、ガラスのときのような問題が生じることはない。

最後に前記ＬＥＤチップ４が前記貫通孔３１内に配置してあるとともに、前記ガラス膜３と前記ＬＥＤチップ４が離間していることにより、光の取り出し効率が向上することについて詳細に説明する。

図３は図６（ａ）に示した従来の発光装置１００Ａにおいて、前記ＬＥＤチップ４Ａから基板１Ａ側へと射出された光の軌跡のシミュレーション結果を示したものである。また、図４は本実施形態の発光装置１００において前記ＬＥＤチップ４から基板１側へと射出された光の軌跡のシミュレーション結果を示したものである。加えて、図５はガラス膜３Ｃの貫通孔内にＬＥＤチップ４Ｃが配置してあり、貫通孔の内周面とＬＥＤチップ４Ｃの外周面とが接している場合において、ＬＥＤチップ４Ｃから基板側へと射出された光の軌跡のシミュレーション結果を示したものである。尚、シミュレーションの条件として、ガラス膜３Ａ，３，３Ｃ、透光性樹脂層６Ａ，６，６Ｃ、ＬＥＤチップ４Ａ，４，４Ｃの屈折率は、それぞれ、１．５，１．４及び１．７に設定した。

図３に示すようにガラス膜３Ａ上に前記ＬＥＤチップ４Ａが載置されている場合、前記ＬＥＤチップ４Ａから基板１Ａ側へと射出された光は、前記ガラス膜３Ａ内に入射し、入射した光の大部分は、ガラス膜３Ａと透光性樹脂層６Ａとの屈折率の関係からこのガラス膜３Ａ内で反射を繰り返して、光照射側へと取り出すことができなくなっていることがわかる。すなわち、従来においてはこのガラス膜３Ａ内に取り込まれた分の光が損失となって、光の取り出し効率が低下している。

一方、本実施形態の発光装置１００であれば、前記ＬＥＤチップ４の周囲近傍にはガラス膜３が存在しないので、隙間を設定した分だけ、図４に示すようにＬＥＤチップ４から基板１側へと射出された光が金属膜２により光照射側へと反射されることとなり、僅かな光しかガラス膜３に入射しない。従って、ガラス膜３と透光性樹脂層６との屈折率の関係からこのガラス膜３内で反射を繰り返す光は僅かであり、ガラス膜３に取り込まれる光がほとんどないことがわかる。つまり、本実施形態の発光装置１００であれば、ガラス膜３内に入射する光自体を減少させることができるので、このガラス膜３内で反射を繰り返す光も当然に少なくなって、光の取り出し効率を向上させることができる。

さらに、本実施形態とは異なり、貫通孔の内周面とＬＥＤチップ４Ｃの外周面との間に隙間を形成せずにガラス膜３ＣとＬＥＤチップ４Ｃとを接触させている場合（発光装置１００Ｃ）、図５に示すようにＬＥＤチップ４Ｃの周囲近傍に射出された光は、前記発光装置１００Ａと同様、その一部がガラス膜３Ｃ内に入射して、入射した光の大部分が、ガラス膜３Ｃと透光性樹脂層６Ｃとの屈折率の関係からこのガラス膜３Ｃ内で反射を繰り返していることがわかる。従って、貫通孔の内周面とＬＥＤチップ４Ｃの外周面との間に隙間を設けない場合でもガラス膜３Ｃによる光の損失が生じ、光の取り出し効率が低下する。

逆に言うと、本実施形態の発光装置１００のように貫通孔３１の内周面とＬＥＤチップ４の外周面との間に隙間を形成することによって初めてガラス膜３内に取り込まれる光の量を低減し、ガラス膜３を設けた場合でも光の取り出し効率を向上させられることが分かる。

その他の実施形態について説明する。

前記実施形態では、ガラス膜をコーティング膜としたが、その他のガスバリア性を有する部材をコーティング膜としてもよい。また、ガラスの組成についてもクラック等が生じにくいものであればどのようなものであってもよい。要するに、前記金属膜に長期間にわたって外気が接触することを防ぐことができ、透光性を有する素材であればどのようなものであってもよい。

また、ＬＥＤチップの形状や、射出される光の波長等は特に限定されるものではなく、様々なＬＥＤチップにより本発明を構成することができる。さらに、前記実施形態のようにキャビティ内に１つのＬＥＤチップを配置するのではなく、複数のＬＥＤチップを配置するようにしてもよい。

また、上例では、金属膜として、光を反射する性質を有するものを、コーティング膜として、透光性とガスバリア性を有するものをそれぞれ採用したが、必ずしもこれに限られるものではなく、このような性質を有さないものを金属膜やコーティング膜に採用しても良い。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施形態の組み合わせを行ってもかまわない。

１００ ：発光装置
１ ：基板
１１ ：キャビティ
２ ：金属膜
３ ：ガラス膜（コーティング膜）
３１ ：貫通孔
４ ：ＬＥＤチップ
６ ：透光性樹脂

Claims (4)

1. 基板と、
   基板の表面上に形成された金属膜と、
   前記金属膜上に設けられるＬＥＤチップと、
   前記金属膜上に形成されたコーティング膜とを備え、
   前記コーティング膜には、その膜厚方向に貫通し、内部に前記ＬＥＤチップが配置される貫通孔が形成されており、
   平面視において前記貫通孔は、前記ＬＥＤチップよりも大きく形成され、前記ＬＥＤチップの外周面及び前記貫通孔の内周面の間に隙間が形成されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記コーティング膜が、ガラス膜である請求項１記載の発光装置。
3. 前記コーティング膜及び前記ＬＥＤチップ上を覆う透光性樹脂層をさらに備えた請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記コーティング膜の屈折率が、前記透光性樹脂層の屈折率よりも大きい請求項３記載の発光装置。