JP2014160811A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子の発した光のうち、波長変換部材で波長変換される光の量を多くすることで、発光装置の輝度を向上させることを目的とする。
【解決手段】 発光装置１であって、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に発光素子３を取り囲むように設けられた、内側の大きさが下部よりも上部で大きく、内面が段状である枠体４と、枠体４で囲まれた内側の空間の上部の一部を残して充填された封止部材５と、枠体４で囲まれた内側の空間の上部の一部に、封止部材５の上面に沿って枠体４内に収まるように形成された波長変換部材６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を含む発光装置に関するものである。

近年、発光素子を有する発光装置の開発が進められている。当該発光装置は、消費電力または製品寿命に関して注目されている。なお、発光装置として、発光素子から発せられる光を枠体で反射して波長変換部材で特定の波長帯の光に変換して、外部に取り出すものがある（下記特許文献１、２参照）。発光装置の開発において、発光素子の発する光を如何に効率よく、波長変換部材で変換して外部に取り出すかが、研究されている。

特開２００４−８８００４号公報 特開２００８−６０４１１号公報

ところで、波長変換部材は、発光素子の発した光の全てが波長変換されるわけでなく、発光素子の発した光のうち、波長変換されないものもある。つまり、発光素子の発した光が、外部に取り出される前に減衰してしまう。

本発明は、発光素子の発した光のうち、波長変換部材で波長変換される光の量を多くすることで、発光装置の輝度を向上させることを目的とする。

本発明の実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、前記基板上に前記発光素子を取り囲むように設けられた、内側の大きさが下部よりも上部で大きく、内面が段状である枠体と、前記枠体で囲まれた内側の空間に上部の一部を残して充填された封止部材と、前記枠体で囲まれた内側の空間の上部の一部に、前記封止部材の上面に沿って前記枠体内に収まるように設けられた波長変換部材とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、発光素子の発した光のうち、波長変換部材で波長変換される光の量を多くすることで、輝度を向上させることが可能な発光装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る発光装置の概観を示す断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の透過平面図であって、枠体の形状を示している。 本発明の一変形例に係る発光装置の断面図である。 本発明の一変形例に係る発光装置の断面図である。 本発明の一変形例に係る発光装置の断面図である。 本発明の一変形例に係る発光装置の断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る発光装置の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものである。

＜発光装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る発光装置の概観斜視図であって、その一部を断面視している。図２は、図１に示す発光装置の断面図である。図３は、発光装置の平面図であって、波長変換部材、接着部材および封止部材を取り除いた状態を示している。なお、発光装置は、明るさが必要な箇所を照らし出したり、それ自体で目印になったりする。

発光装置１は、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に発光素子３を取り囲むように設けられた、内側の大きさが下部よりも上部で大きく、内面が段状である枠体４と、枠体４で囲まれた内側の空間に上部の一部を残して充填された封止部材５と、枠体４で囲まれた内側の空間の上部の一部に、封止部材５の上面に沿って枠体４内に収まるように設けられた波長変換部材６と、を備えている。なお、発光素子３は、例えば、発光ダイオードであって、半導体を用いたｐｎ接合中の電子と正孔が再結合することによって、外部に向かって光を放出する。

基板２は、絶縁性の基板であって、例えば、アルミナまたはムライト等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料等からなる。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。また、基板２は、基板２の熱膨張を調整することが可能な金属酸化物微粒子を分散させた高分子樹脂を用いることができる。

基板２は、基板２の内外を電気的に導通する配線導体が形成されている。配線導体は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。基板２がセラミック材料から成る場合は、例えば、タングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを、基板２となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層して、焼成することにより得られる。なお、配線導体の表面には、酸化防止のために、例えば、ニッケルまたは金等の鍍金層が形成されている。また、基板２の上面には、基板２上方に効率良く光を反射させるために、配線導体および鍍金層と間を空けて、例えば、アルミニウム、銀、金、銅またはプラチナ等の金属反射層を形成する。

発光素子３は、基板２上に実装される。発光素子３は、基板２上に形成される配線導体の表面に被着する鍍金層上に、例えば、ろう材または半田を介して電気的に接続される。発光素子３は、透光性基体と、透光性基体上に形成される光半導体層とを有している。透光性基体は、有機金属気相成長法または分子線エピタキシャル成長法等の化学気相成長法を用いて、光半導体層を成長させることが可能なものであればよい。透光性基体に用いられる材料としては、例えば、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコンまたは二ホウ化ジルコニウム等を用いることができる。なお、透光性基体の厚みは、例えば５０μｍ以上１０００μｍ以下である。

光半導体層は、透光性基体上に形成される第１半導体層と、第１半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成される第２半導体層とから構成されている。第１半導体層、発光層および第２半導体層は、例えば、III族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウム
ヒ素等のIII−Ｖ族半導体、あるいは、窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化イン
ジウム等のIII族窒化物半導体などを用いることができる。なお、第１半導体層の厚みは
、例えば１μｍ以上５μｍ以下であって、発光層の厚みは、例えば２５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であって、第２半導体層の厚みは、例えば５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。また、このように構成された発光素子３は、例えば３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長範囲の励起光を発することができる。

枠体４は、セラミック材料から成り、基板２上面に積層されて、例えば樹脂等を介して接続されている。枠体４は、基板２上の発光素子３を取り囲むように設けられている。なお、平面視して、枠体４の内壁面の形状を円形とすると、発光素子３が発光する光を反射面にて全方向に反射させることができる。

また、枠体４は、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料からなる。枠体４は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合は、まず、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウム等の原料粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。そして、泥漿状となったセラミック材料をシート形状に引き伸ばして、セラミックグリーンシートを作製する。さらに、セラミックグリーンシートに、例えば印刷法を用いて、モリブデンやマンガンを含有した有機溶剤を塗布して、金属ペーストからなるメタライズパターンを、基板２との接合部や段４ａの平坦部に形成する。また、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成する。次に、複数のセラミックグリーンシートを積層して、複数のセラミックグリーンシートを積層した積層体を準備する。このとき、積層体は、未焼成の枠体４であって、複数のセラミックグリーンシートを積層した状態で、未焼成の枠体４の内面には、それぞれの貫通孔の中心が重なるとともに段状となるように、各セラミックグリーンシートの貫通孔の大きさが調整されている。未焼成の枠体４は、下方に位置するセラミックグリーンシートの貫通孔の径が小さく、上方に位置するセラミックグリーンシートの貫通孔の径が大きくなるように調整されている。そして、未焼成の枠体４を焼成することにより、焼結体となった枠体４を作製することができる。なお、焼成後のメタライズパターンは、例えば、枠体４を基板２にろう材や半田を介して接続するのに用いることができる。

また、枠体４は、基板２上に発光素子３を取り囲むように設けられている。枠体４は、取り囲まれる内側の空間が下部よりも上部が大きく、内面が段状に形成されている。また、枠体４の外縁は円形状に形成されている。また、枠体４で囲まれる領域は円形状に形成されている。これにより、平面視して発光素子３と重なる波長変換部材６上の点を中心点とし、枠体４の内面で反射される発光素子３からの光を放射状に波長変換部材６に入射することができる。即ち、発光素子３から波長変換部材６に入射する光の強度は、上記の波長変換部材６の中心点で最大となり、波長変換部材６の外周部に向かうに従って徐々に小さくなる。よって、発光素子３からの光は、波長変換部材６の中心点から外周部に向かってムラなく入射され、波長変換部材６の全体を利用して波長変換されることから、発光装置の出力および輝度は向上する。即ち、発光素子３からの一定量の光を波長変換部材６によって効率よく波長変換する為には、波長変換部材６の全体をムラなく利用して発光素子３からの光を波長変換する必要がある。例えば、発光素子３からの光が波長変換部材６の一部に集中する場合には、発光素子３からの光が集中する波長変換部材６の温度が上昇し、波長変換部材６の波長変換効率が著しく低下する。従って、平面視して枠体４で囲まれる領域が円形状に形成されない場合には、例えば、発光素子３から放射状に発せられる光は、発光素子３と上記の中心点とを結ぶ軸に対して回転対称に入射されず、波長変換部材６の一部に入射される光の強度が大きくなったり、小さくなったりし、発光素子３からの一定量の光を波長変換部材６の全体にムラなく入射させることができない。よって、上記の構成にすることにより、発光素子３からの光は、波長変換部材６の下面からムラなく入射されるとともに、波長変換部材６の全体を利用して波長変換されることから、発光装置の出力および輝度を向上させることができる。また、枠体４の内面は、複数の段が設けられ、基板２の上面に対して段の傾斜角度が略９０度に設定されている。なお、ここで略９０度とは、８５度から９５度の範囲を含んでいる。

枠体４の内面に形成された複数の段は、枠体４の内周面を一周するように連続して設け
られている。そして、枠体４の上端内側の段４ａ上には、波長変換部材６の端部が位置している。そして、波長変換部材６の端部が段４ａの上面にて接続されている。なお、枠体４の内面に形成された段は、図２に示すように、平面方向の長さが例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であって、上下方向の長さ（段差）が例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。

枠体４は、複数の段の各上面は、図３に示すように、平面視して枠体４で囲まれる領域の中心点から放射方向の幅が同じとなるように形成されている。このようにすることで、発光素子３から発せられ、波長変換部材６の下面で反射される光は、複数の段の各上面で波長変換部材６の方向にムラなく反射されて波長変換部材６に入射される。よって、発光素子３からの光は、波長変換部材６の一部に集中することなく、波長変換部材６の全体を利用して波長変換されることから、発光装置の出力および輝度を向上させることができる。即ち、発光素子３からの一定量の光を波長変換部材６によって効率よく波長変換する為には、上記のように波長変換部材６の全体をムラなく利用して発光素子３からの光を波長変換する必要がある。従って、平面視して複数の段の各上面が枠体４で囲まれる領域の中心点から放射方向の幅が同じとなるように形成されない場合には、例えば、発光素子３から発せられ、波長変換部材６の下面で反射される光において、他の段の上面に比べて幅の狭い段の上面で反射される光の量が少なくなり、他の段の上面に比べて幅の広い上面で反射される光の量は多くなる。その結果、幅の狭い段の上面に対向する波長変換部材６の下面から波長変換部材６に入射する光は減少し、幅の広い段の上面に対向する波長変換部材の下面から波長変換部材６に入射される光の量は増加する。よって、発光素子３から発せられ、波長変換部材６の下面で反射されるとともに、複数の段の各上面で反射されて波長変換部材６に入射される光は、複数の段の各上面の幅に応じて波長変換部材６の一部に集中したり、少なくなったりし、発光素子３からの一定量の光を波長変換部材６の全体にムラなく入射させることができず、波長変換部材６によって効率よく波長変換できない。その結果、上記の構成にすることにより、発光素子３からの光は、波長変換部材６の一部に集中することなく、波長変換部材６の全体を利用して波長変換されることから、発光装置の出力および輝度を向上させることができる。なお、幅が同じとは、完全一致ではなく、設計誤差の範囲は含まれる。具体的には、各段の上面の幅の誤差が１００μｍ以下のものも含まれる。

また、枠体４は、複数の段の各段差が、同じとなるように形成されている。このようにすることで、発光素子３から発せられた光は、複数の段の各内周面で波長変換部材６の方向にムラなく反射されて波長変換部材６に入射される。よって、発光素子３からの光は、波長変換部材６の一部に集中することなく、波長変換部材６の全体を利用して波長変換されることから、発光装置の出力および輝度を向上させることができる。即ち、発光素子３からの一定量の光を波長変換部材６によって効率よく波長変換する為には、上記のように波長変換部材６の全体をムラなく利用して発光素子３からの光を波長変換する必要がある。従って、複数の段の各段差が同じとなるように形成されない場合には、例えば、発光素子３から複数の段の各段差の方向に発せられる光において、他の段の段差に比べて高さが低い段の段差で反射される光の量が少なくなり、他の段の段差に比べて高さが高い段差で反射される光の量は多くなる。その結果、高さが低い段の段差を反射して波長変換部材６に入射する発光素子３からの光は減少し、高さが高い段の段差を反射して波長変換部材６に入射される光の量は増加する。よって、発光素子３から発せられ、複数の段の各段差で反射されて波長変換部材６に入射される光は、高さが異なる複数の段の各段差が設けられる位置に応じて波長変換部材６の一部に集中したり、少なくなったりし、発光素子３からの一定量の光を波長変換部材６の全体にムラなく入射させることができず、波長変換部材６によって効率よく波長変換できない。その結果、上記の構成にすることにより、発光素子３からの光は、波長変換部材６の一部に集中することなく、波長変換部材６の全体を利用して波長変換されることから、発光装置の出力および輝度を向上させることができる。
なお、段差が同じとは、完全一致ではなく、設計誤差の範囲は含まれる。具体的には、各段差の誤差が１００μｍ以下のものも含まれる。

枠体４で囲まれる内側の空間に、光透過性の封止部材５が充填されている。封止部材５は、発光素子３を封止するとともに、発光素子３から発せられる光が透過する機能を備えている。封止部材５は、枠体５で囲まれる内側の空間内に、枠体４で囲まれる空間の一部を残して充填されている。封止部材５は、枠体４の内方に発光素子３を収容した状態で、枠体４で囲まれる内側であって、発光素子３の上方が最も厚くなるように、枠体４の上端内側の段４ａの高さ位置よりも低い位置まで充填される。なお、封止部材５は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂が用いられる。なお、封止部材５の熱伝導率は、例えば、０．１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。封止部材５の屈折率は、例えば１．４以上１．６以下に設定されている。

封止部材５の上面は、上に凸になるように湾曲している。封止部材５は、例えばシリコーン樹脂からなる場合は、例えば粘度が高い硬化前の液状シリコーン樹脂を例えばポッティング法を用いて、発光素子３の上方から発光素子３に対して液状シリコーン樹脂を垂らし、液状シリコーン樹脂を熱等によって硬化させることで形成することができる。このとき、段４ａの角部における、枠体４の内面と液状シリコーン樹脂との表面張力等を利用しながら液状シリコーン樹脂が枠体４内に漏れ広がって、封止部材５の上面が平坦になる前に、液状シリコーン樹脂に熱を加えて硬化させる。または、封止部材５は、封止部材５と接する基板２や枠体４を加熱しながら、液状シリコーン樹脂を発光素子３の上方から発光素子３に対して垂らし、段４ａに対する液状シリコーン樹脂の濡れ広がりを制御しながら、液状シリコーン樹脂の表面を上に凸になるように形成するとともに加熱することによって硬化させる。このようにして、封止部材５の上面が上に凸になるように湾曲させることができる。また、封止部材５は、液状シリコーン樹脂が、枠体４の内面と当接する前に完全に硬化せず、枠体４の内面と当接するが、枠体４の上端内側の段４ａに到達する前に完全に硬化させる。封止部材５の上面が、上に凸になるように湾曲していることで、封止部材５と波長変換部材６との接着界面における、発光素子３からの光の入射角が小さくなることから、封止部材５と波長変換部材６との接着界面において発光素子３からの光が反射することや屈折することが抑制される。その結果、発光装置１は、発光素子３からの光を所望の方向に効率よく波長変換部材６に入射されることができる。

封止部材５の上面の高さ位置は、発光素子３と重なる箇所が最も高く、端部にいくにしたがって低くなる。発光素子３は、封止部材５の最も上方に位置している部分と重なっている。そして、封止部材５の側面は、枠体４の内面の複数の段と接続している。また、封止部材５の端部は、枠体４の内面の少なくとも上端内側の段４ａには接続されていない。枠体４の上端内側の段４ａには、波長変換部材６の端部が設けられる。封止部材５の上面の高さ位置が、発光素子３と重なる箇所を最も高くなるように封止部材５の厚みを大きくし、発光素子３から離れるに従って、封止部材５の上面の高さ位置が低くなるように封止部材５の厚みを小さくすることで、発光素子３から波長変換部材６に到達するまでの直進する光の行路差が少なくなるようにすることができる。発光素子３の発した光は、特定の方向に進行せずに、全方位に進行する。そして、発光素子３よりも上方に進行した光は、封止部材５から波長変換部材６に到達する。しかしながら、封止部材５内を進行する距離が長くなるにつれて、光が減衰して光の強度が弱くなるため、発光素子３から波長変換部材６までの距離が長い箇所と、発光素子３と波長変換部材６までの距離が短い箇所とでは、波長変換部材６内で波長変換される光の量が異なり、波長変換部材６を介して外部に取り出される、発光装置１の照射面における光のむらが大きくなる虞がある。そこで、発光素子３から波長変換部材６までの距離が大きく異ならないように、封止部材５の上面の高さ位置が、発光素子３と重なる箇所を最も高くし、発光素子３から離れるにしたがって低
くなるように設定されている。その結果、外部に取り出される光のむらを抑制することができる。なお、封止部材５の上面の高さ位置が、基板２の上面に対して、最も高くなる箇所が例えば０．０１ｍｍ以上３ｍｍ以下離れていて、最も低くなる箇所が例えば０．０５ｍｍ以上３．１ｍｍ以下離れるように設定されている。

波長変換部材６は、枠体４で囲まれた内側の空間の上部に、封止部材５の上面に沿って設けられている。波長変換部材６は、枠体４内に収まるように形成されている。波長変換部材６は、発光素子３の発する光の波長を変換する機能を有している。波長変換部材６は、発光素子３から発せられる光が内部に入射して、内部に含有される蛍光体７が励起されて、光を発するものである。

波長変換部材６は、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、透光性のガラスからなり、その絶縁樹脂、ガラス中に、例えば４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の蛍光を発する青色蛍光体、例えば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の蛍光を発する緑色蛍光体、例えば５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の蛍光を発する黄色蛍光体、例えば５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の蛍光を発する赤色蛍光体が含有されている。波長変換部材６として透光性ガラスが用いられる場合には、発光装置１の気密性を向上させることができる。

また、蛍光体７は、波長変換部材６中に均一に分散するようにしている。なお、波長変換部材６の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。波長変換部材６の熱膨張率は、例えば０．８×１０^−５／Ｋ以上８×１０^−５／Ｋ以下に設定されている。波長変換部材６の屈折率は、例えば、１．３以上１．６以下に設定されている。例えば、波長変換部材６の材料の組成比を調整することで、波長変換部材６の屈折率を調整することができる。

波長変換部材６の上面は、上に凸に湾曲している。波長変換部材６は、例えば蛍光体を含有するシリコーン樹脂からなる場合は、例えば粘度が高い硬化前の液状シリコーン樹脂を例えばポッティング法を用いて、平面透視して発光素子３と重なる箇所に封止部材５の上面に対して液状シリコーン樹脂を垂らし、液状シリコーン樹脂を熱等によって硬化させることで形成することができる。波長変換部材６は、封止部材５の上面が上に凸に湾曲しているため、その封止部材５の上面に沿って形成される。このようにして、波長変換部材６の上面が上に凸になるように湾曲させることができる。また、波長変換部材６は、液状シリコーン樹脂が、封止部材５の上面から枠体４の内面にまで漏れ広がるが、段４ａの角部における、枠体４の内面と液状シリコーン樹脂との表面張力等を利用しながら枠体４の内面から上方に盛り上がって枠体４外に漏れ広がる前に、液状シリコーン樹脂に熱を加えて完全に硬化させる。または、波長変換部材６は、波長変換部材６と接する枠体４や封止部材５を加熱することによって液状シリコーン樹脂の濡れ広がりが制御され、上面が上に凸になるように湾曲するように形成され、加熱されることによって硬化される。このようにして、波長変換部材６全体を湾曲させることができる。そして、発光素子３は、波長変換部材６の最も上方に位置している部分と重なる。なお、波長変換部材６の上面の高さ位置が、基板２の上面に対して、最も高くなる箇所が上方向に向かって例えば０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であって、最も低くなる箇所が基板２の方向に向かって例えば０．０１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。

また、波長変換部材６の全体の厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されており、且つ厚みが一定に設定されている。ここで、厚みが一定とは、厚みの誤差が０．５μｍ以下のものを含む。波長変換部材６の厚みを一定にすることにより、波長変換部材６内で励起される光の量を一様になるように調整することができ、波長変換部材６における輝度ムラを抑制することができる。また、波長変換部材６の厚みは、上視して発光素子
３と重なる部分を薄くし、発光素子３から離れるに従って厚くなってもよい。その結果、発光素子３から放射される光の量が多くなる発光素子３の直上で、波長変換部材６によって波長変換される光の量を少なくし、発光素子３から放射される光の量が少なくなる方向に配置される波長変換部材６の外周部で波長変換される光の量を多くすることができる。よって、発光装置１は、照射面における光のむらを抑制できる。

また、封止部材５内には蛍光体７を含有させないことにより、発光素子３から最も近い場所に存在する封止部材５内では波長変換することがない。また、発光素子３を直接被覆する封止部材５内に蛍光体７を含有させた場合は、発光素子３のすぐそばで光が波長変換されてしまい、波長変換された光が発光素子３で吸収されたり、発光素子３からの光が周囲に近接して配置された複数の蛍光体７で反射され、発光素子３の周囲で閉じ込められるとともに発光素子３で吸収されたり、発光素子３から波長変換部材に入射される光の量が減少するという点で不具合が発生する虞がある。そこで、封止部材５内に蛍光体７を含有させず、波長変換部材６内に蛍光体７を含有させることで、発光素子３の周囲で波長変換された光が発光素子３で吸収されることが抑制されるとともに、発光素子３から波長変換部材６に入射される光が増加し、発光装置１の光出力が向上するという作用効果を奏する。

波長変換部材６は、枠体４の上端内側の段４ａに被着している。波長変換部材６の端部は、段４ａの内面に沿って連続して形成されている。また、波長変換部材６の下面は、枠体４の上端内側の段４ａを除いて、枠体４の内面の複数の段と間を空けて設けられている。発光素子３の発した光のうち、波長変換部材６の下面まで到達した光や、波長変換部材６の内部まで進行した光や、蛍光体７で波長変換された光は、波長変換部材６の上面および下面などで基板２の方向に反射して、基板２に向かって進行する。そのため、反射された光が、進路長が長くなるにつれて、減衰して光量が少なくなる。即ち、封止部材５や波長変換部材６の光吸収損失が増加する。そのため、仮に、波長変換部材６の上面および下面と基板２との間に、基板２側に向かって進行する光を反射することが可能な部材が存在しなければ、波長変換部材６の上面および下面にて反射した光は基板２にまで進行することになる。その結果、基板２の上面にて再度光が反射して波長変換部材６にまで到達することが可能な光や、波長変換部材６から発光装置１の外部に放射される光は、光の進路長が長くなることでより少なくなる。そこで、基板２の上面と波長変換部材６の上面および下面との間に、上面が平らな段４ａを複数設けることで、波長変換部材６の上面および下面で反射した光が、基板２にまで進行する前に、段４ａにて再度上方向に反射させることができ、光が減衰しすぎる前に波長変換部材６に光を再度進行させることができたり、発光装置１の外部に放射したりすることができる。その結果、波長変換部材６で波長変換される光量を増加させることができるとともに、発光装置１の外部に放射される光量を増加させることができ、発光輝度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る発光装置によれば、枠体４の内面を段状に形成するとともに、波長変換部材６の下面と枠体４の各段との間の距離において、波長変換部材６の中央部に比べて波長変換部材６の端部に向かうにつれて短くすることができる。そして、波長変換部材６の上面および下面の端部側にて下方に向かって反射された、発光素子３や蛍光体７で波長変換された光を基板２の上面に到達する前に枠体４のそれぞれの段４ａにて再度上方に向かって反射することができ、波長変換部材６の端部における波長変換効率を向上させることができるとともに、基体２の上面や封止部材５における光吸収損失を抑制することができる。その結果、発光素子３の発した光のうち、波長変換部材６で波長変換される光の量を多くすることができるとともに、波長変換部材６で波長変換された光のうち、発光装置１の外部に放射される光の量を多くすることができ、発光輝度を向上させることができる。

また、本発明の一実施形態に係る発光装置によれば、封止部材５の上面が、上に凸に湾曲している。そのため、波長変換部材６全体を湾曲させた構造にすることができ、波長変換部材６で波長変換される光量を波長変換部材６の中央部および波長変換部材６の端部で差がでにくくすることができ、光のむらの発生を抑制することができる。さらに、封止部材５と波長変換部材６との接着界面における、発光素子３からの光の入射角が小さくなることから、封止部材５と波長変換部材６との接着界面において発光素子３からの光が反射することや屈折することが抑制され、発光素子３からの光を所望の方向に効率よく波長変換部材６に入射されることができるとともに、発光素子３からの光は波長変換部材６の上面から発光装置１の外部に効率よく所望の方向に放射できる。

さらに、本発明の一実施形態に係る発光装置によれば、平面透視して、発光素子３が封止部材５および波長変換部材６の最も上方に位置している部分と重なるように配置されている。そのため、発光素子３から波長変換部材６までの距離において波長変換部材６の中央部および波長変換部材６の端部までの差を小さくすることができ、より効果的に波長変換部材６の光のむらを抑制することができる。

なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。以下、本発明の変形例について説明する。なお、本発明の一変形例に係る発光装置のうち、本実施形態に係る発光装置と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。図４から図７は、本発明の一変形例に係る発光装置の断面図であって、図２に対応する。図４は、枠体４の内面の最上部が露出している発光装置の断面図である。図５は、枠体４の内面の段が基板２の上面に対して傾斜している発光装置の断面図である。図６は、波長変換部材６の端部が枠体４の内面の複数段にかけて設けられた発光装置の断面図である。図７は、基板２と枠体４が一体になった発光装置の断面図である。

波長変換部材６は、図４に示すように、枠体４の内面の最上部を露出するように設けられても良い。枠体４の内面の最上部を露出することで、枠体４で囲まれる空間の一部である、枠体４の内面の最上部周囲に空間Ｓを設けることができ、波長変換部材６の端部が上方に向かって熱膨張を起こしても、枠体４の内面の最上部よりも上方にずれにくくすることができる。仮に、波長変換部材６の端部が枠体４の内面の最上部よりも上方にずれた場合は、ずれた箇所が起点となって波長変換部材６が枠体４から剥離する虞が高まる。そこで、枠体４の内面の最上部を露出するように波長変換部材６を設けることで、枠体４の内面の最上部周囲に空間Ｓを設けることができ、波長変換部材６が枠体４から剥離する虞を低減することができ、ひいては発光装置１の長期信頼性を向上させることができる。また、波長変換部材６が熱膨張を起こしても、波長変換部材６の変形が空間Ｓで強制されることにより、波長変換部材６の変形によって生じる発光装置１の配光分布の変動を抑制することができる。

枠体４の内面の各段４ａは、図５に示すように、基板２の上面に対して傾斜する傾斜面Ｆを設けられても良い。段４ａの内面の基板２の上面に対する傾斜角度は、例えば４５度以上８０度以下に設定されている。枠体４の内面の段４ａが、基板２の上面に対して傾斜するように設けることで、発光素子３の発した光を段４ａの傾斜面Ｆにて反射して、波長変換部材６の下面に向かって進行する光の進入角度を付けやすくすることができ、即ち、波長変換部材６への入射角を小さくすることができ、波長変換部材６内に進行する光を増やすことができる。そして、波長変換部材６内で波長変換される光量を増加して、発光輝度を向上させることができる。

波長変換部材６の厚みは、図６に示すように、波長変換部材６の端部が枠体４の内面の複数段にまたがる大きさであっても良い。波長変換部材６の端部の厚みを大きくすること
で、枠体４の内面と接触する箇所を大きくすることができ、波長変換部材６と枠体４との接続強度を向上させることができる。その結果、波長変換部材６が枠体４から剥離しにくくすることができ、発光装置の長期信頼性を向上させることができる。さらに、波長変換部材６の端部に設けられる蛍光体７で波長変換されて下方向に放射される光や、波長変換部材６の表面で下方向に反射される光は、波長変換部材６の端部の内側に設けられた段４ａで上方向に反射される。その結果、基板２や枠体４、封止部材５による光吸収損失が抑制され、発光装置１の光出力が向上するとともに、発光装置１の発光面や照射面に生じる光特性のムラが抑制される。

基板２と枠体４は、図７に示すように、一体の焼結体ＳＣであっても良い。基板２および枠体４をセラミック材料から構成することで、基板２および枠体４に相当するセラミックグリーンシートを準備して、それらを積層した積層体を一体焼成することで焼結体ＳＣを作製することができる。基板２および枠体４をセラミックスの一体焼成法で作製することができ、焼成体においては基板２と枠体４が剥離する虞がなく、発光装置の長期信頼性を向上させることができる。

＜発光装置の製造方法＞
ここで、図１に示す発光装置１の製造方法を説明する。まず、基板２を準備する。基板２が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、混合物から複数のグリーンシートを作製する。

また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、基板２となるセラミックグリーンシートに配線導体となるメタライズパターンおよび必要に応じて枠体４を接合するためのメタライズパターンをそれぞれ所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層した状態で焼成することで、基板２を準備することができる。

枠体４を準備する。枠体４は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料を準備する。そして、枠体４の型枠内に、原料粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等が添加混合された混合物を充填して乾燥させた後に、焼成することで段４ａを有する枠体４を準備することができる。この枠体４にも、基板２を接合する面に必要に応じてメタライズパターンを形成しておく。

次に、基板２の上面であって枠体４で囲まれる内側の空間に発光素子３を実装する。そして、枠体４を基板２上であって発光素子３を取り囲むように設ける。枠体４は、基板２に対してろう材等の接合材を介して接続することができる。さらに、枠体４で囲まれる内側の空間に封止部材５となる未硬化のシリコーン樹脂を、例えばポッティング法を用いて発光素子３を被覆するように垂らす。そして、未硬化のシリコーン樹脂を硬化させて、封止部材５を設けることができる。その次に、蛍光体７を含有した未硬化の波長変換部材６を、例えばポッティング法を用いて、封止部材５上に垂らしてから波長変換部材６を硬化させる。このようにして、発光装置１を製造することができる。

１ 発光装置
２ 基板
３ 発光素子
４ 枠体
４ａ 段
５ 封止部材
６ 波長変換部材
７ 蛍光体

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた発光素子と、
   前記基板上に前記発光素子を取り囲むように設けられた、内側の大きさが下部よりも上部で大きく、内面が段状である枠体と、
   前記枠体で囲まれた内側の空間に上部の一部を残して充填された封止部材と、
   前記枠体で囲まれた内側の空間の上部の一部に、前記封止部材の上面に沿って前記枠体内に収まるように設けられた波長変換部材とを備えたことを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、
   前記封止部材の上面は、上に凸に湾曲していることを特徴とする発光装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の発光装置であって、
   前記波長変換部材の上面は、上に凸に湾曲していることを特徴とする発光装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の発光装置であって、
   平面透視して、前記発光素子は、前記封止部材および前記波長変換部材の最も上方に位置している部分と重なっていることを特徴とする発光装置。
5. 請求項１に記載の発光装置であって、
   前記枠体の内面には複数の段が設けられており、前記枠体で囲まれる領域は円形状であり、
   前記複数の段の各上面は、平面視して前記枠体で囲まれる領域の中心点から放射方向の幅が同じとなるように形成されていることを特徴とする発光装置。
6. 請求項５に記載の発光装置であって、
   前記複数の段の各段差は、同じとなるように形成されていることを特徴とする発光装置。

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