JP2015103561A - 発光装置 - Google Patents

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直紀 田上
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Abstract

【課題】耐熱性の向上及び光取り出し効率の向上を図ることが可能な発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１ａは、実装基板２と、実装基板２の第１面２ａ側に実装された発光素子３と、実装基板２の第１面２ａ側で発光素子３を覆っているカバー４と、を備える。カバー４は、実装基板２の第１面２ａ側で発光素子３を覆う第１カバー層４１と、第１カバー層４１を覆う第２カバー層４２と、を備える。第１カバー層４１は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されている。第２カバー層４２は、シリコーン樹脂と、発光素子３から放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する蛍光体粒子と、の混合体で形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（light emitting diode chip）、ＬＤチップ（laser diode chip）等の発光素子を備えた発光装置に関するものである。
従来、この種の発光装置としては、例えば、図６に示す構成のＬＥＤ装置１５１が提案されている（特許文献１）。
ＬＥＤ装置１５１は、支持体１２３と、ＬＥＤチップ１１４と、ＬＥＤ封止樹脂体１１７と、を備える。
ＬＥＤチップ１１４は、支持体１２３上において、出射面１１４ａが上になるように、半田１２７等によって支持体１２３に固定されている。また、ＬＥＤチップ１１４は、ボンディングワイヤ１２１によって、支持体１２３に設けられた電極１２２に電気的に接続されている。
ＬＥＤ封止樹脂体１１７は、シリコーン樹脂１１２と、蛍光体１１３と、耐熱性材料１１５と、を含む。
耐熱性材料１１５は、シリコーン樹脂１１２がＬＥＤチップ１１４から放射される熱や紫外線によって劣化するのを抑制する。特許文献１には、耐熱性材料１１５として、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄が挙げられている。
ＬＥＤ封止樹脂体１１７は、耐熱性材料１１５を担持した蛍光体１１３がシリコーン樹脂１１２中に分散している。つまり、ＬＥＤ封止樹脂体１１７は、蛍光体１１３の表面に耐熱性材料１１５が担持された複合蛍光体１１６を含んでいる。
特許第４９８０４９２号公報
発光装置の分野においては、ＬＥＤ装置１５１に限らず、光取り出し効率の更なる向上が望まれている。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、耐熱性の向上及び光取り出し効率の向上を図ることが可能な発光装置を提供することにある。
本発明の発光装置は、実装基板と、前記実装基板の第１面側に実装された発光素子と、前記実装基板の前記第１面側で前記発光素子を覆っているカバーと、を備える。前記カバーは、前記実装基板の前記第１面側で前記発光素子を覆う第１カバー層と、前記第１カバー層を覆う第２カバー層と、を備える。前記第１カバー層は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されている。前記第２カバー層は、シリコーン樹脂と、前記発光素子から放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する蛍光体粒子と、の混合体で形成されている。
この発光装置において、前記第１カバー層は、半球状の形状に形成されているのが好ましい。
この発光装置において、前記実装基板は、支持体と、前記支持体の第１面側に所定のパターンで形成され前記発光素子が電気的に接続される第１導体部及び第２導体部と、を備え、前記支持体は、セラミック基板もしくは金属基板により構成されているのが好ましい。
この発光装置において、前記発光素子は、前記実装基板に接合部を介して接合され、前記接合部は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されているのが好ましい。
この発光装置において、前記カバーは、前記第２カバー層と前記実装基板の前記第１面との間に介在する耐熱層を備え、前記耐熱層は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されているのが好ましい。
この発光装置において、前記粒子の平均粒径は、１０μｍ以下であるのが好ましい。
本発明の発光装置は、前記第１カバー層が、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される少なくとも１種の材料からなる粒子と、の混合体で形成され、前記第２カバー層が、シリコーン樹脂と、前記発光素子から放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する蛍光体粒子と、の混合体で形成されている。これにより、本発明の発光装置においては、耐熱性の向上及び光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。
図１は、実施形態の発光装置を示す概略断面図である。 図２は、実施形態の発光装置を示す概略平面図である。 図３は、実施形態の発光装置の第１変形例を示す概略断面図である。 図４は、実施形態の発光装置の第２変形例を示す概略断面図である。 図５は、実施形態の発光装置の第３変形例を示す概略断面図である。 図６は、従来例のＬＥＤ装置を示す模式的な断面図である。
以下では、本実施形態の発光装置１ａについて、図１及び２に基づいて説明する。
発光装置１ａは、実装基板２と、実装基板２の第１面２ａ側に実装された発光素子３と、実装基板２の第１面２ａ側で発光素子３を覆っているカバー４と、を備える。カバー４は、実装基板２の第１面２ａ側で発光素子３を覆う第１カバー層４１と、第１カバー層４１を覆う第２カバー層４２と、を備える。第１カバー層４１は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されている。第２カバー層４２は、シリコーン樹脂と、発光素子３から放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する蛍光体粒子と、の混合体で形成されている。よって、発光装置１ａは、耐熱性の向上及び光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。
発光装置１ａの各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。
発光素子３は、ＬＥＤチップ３０により構成されている。ＬＥＤチップ３０は、基板３１を備え、基板３１の第１面３１ａ側に、半導体材料により形成された多層膜３２を備えている。多層膜３２は、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、を備える。多層膜３２は、第１導電型半導体層が、第２導電型半導体層よりも基板３１の第１面３１ａに近い位置に形成されている。言い換えれば、第２導電型半導体層は、第１導電型半導体層における基板３１側とは反対側に形成されている。ＬＥＤチップ３０は、第１導電型半導体層がｎ型半導体層により構成され、第２導電型半導体層がｐ型半導体層により構成されている。ＬＥＤチップ３０は、第１導電型半導体層がｐ型半導体層により構成され、第２導電型半導体層がｎ型半導体層により構成されていてもよい。
基板３１は、多層膜３２を支持する機能を備える。多層膜３２は、エピタキシャル成長法等により形成することができる。エピタキシャル成長法は、結晶成長法を採用することができる。結晶成長法としては、例えば、有機金属気相成長（metal organic vapor phase epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法、ハイドライド気相成長（hydride vapor phase epitaxy：ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法等を採用できる。なお、多層膜３２は、この多層膜３２を形成する際に不可避的に混入される水素、炭素、酸素、シリコン、鉄等の不純物が存在してもよい。基板３１は、例えば、多層膜３２を形成する際の結晶成長用基板により構成することができる。
ＬＥＤチップ３０は、青色光を放射する青色ＬＥＤチップにより構成してある。ＬＥＤチップ３０は、ＧａＮ系青色ＬＥＤチップにより構成する場合、基板３１として、例えば、ＧａＮ基板を採用することができる。ＧａＮ系青色ＬＥＤチップとは、多層膜３２の半導体材料としてＧａＮ系材料を採用したＬＥＤチップである。ＧａＮ系材料としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等が挙げられる。基板３１は、多層膜３２から放射される光を効率良く透過できる材料により形成されていればよく、ＧａＮ基板に限らず、例えば、サファイア基板等を採用することもできる。要するに、基板３１は、多層膜３２から放射される光に対して透明な基板が好ましい。ＬＥＤチップ３０は、多層膜３２が、基板３１と第１導電型半導体層との間に介在するバッファ層（buffer layer）を備えた構成でもよい。ＬＥＤチップ３０は、多層膜３２の半導体材料を特に限定するものではない。また、ＬＥＤチップ３０は、発光波長を特に限定するものではない。ＬＥＤチップ３０は、青色ＬＥＤチップに限らず、例えば、紫色光を放射する紫色ＬＥＤチップ等でもよい。
ＬＥＤチップ３０は、多層膜３２が、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に、発光層を備えているのが好ましい。この場合、多層膜３２から放射される光は、発光層から放射される光であり、発光層の材料により発光波長が規定される。発光層は、単一量子井戸構造や多重量子井戸構造を有することが好ましいが、これに限らない。例えば、ＬＥＤチップ３０は、第１導電型半導体層と発光層と第２導電型半導体層とで、ダブルヘテロ構造（double heterostructure）を構成するようにしてもよい。
第１導電型半導体層は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。また、第２導電型半導体層は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。
ＬＥＤチップ３０は、多層膜３２の一部を、多層膜３２の表面側から第１導電型半導体層の途中までエッチングすることで除去してある。要するに、ＬＥＤチップ３０は、多層膜３２の一部をエッチングすることで形成された、図示しないメサ構造（mesa structure）を有している。これにより、ＬＥＤチップ３０は、第２導電型半導体層の表面と第１導電型半導体層の表面との間に段差が形成されている。ＬＥＤチップ３０は、第１導電型半導体層の露出した表面上に第１電極が形成され、第２導電型半導体層の表面上に第２電極が形成されている。ＬＥＤチップ３０は、第１導電型半導体層の導電型（第１導電型）がｎ型であり、第２導電型半導体層の導電型（第２導電型）がｐ型である場合、第１電極、第２電極が、負電極、正電極を、それぞれ構成する。また、ＬＥＤチップ３０は、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型である場合、第１電極、第２電極が、正電極、負電極を、それぞれ構成する。いずれにしても、ＬＥＤチップ３０は、このＬＥＤチップ３０の厚み方向の一面側に、第１電極と、第２電極と、が設けられている。
ＬＥＤチップ３０のチップサイズ（chip size）は、特に限定するものではない。ＬＥＤチップ３０は、平面形状が長方形状の場合、例えば、チップサイズが０．５２ｍｍ×０．３９ｍｍのものを用いることができる。また、ＬＥＤチップ３０は、平面形状が正方形状の場合、例えば、チップサイズが０．３ｍｍ□（０．３ｍｍ×０．３ｍｍ）、０．４５ｍｍ□（０．４５ｍｍ×０．４５ｍｍ）、１ｍｍ□（１ｍｍ×１ｍｍ）等のものを用いることができる。ＬＥＤチップ３０については、平面形状やチップサイズを限定するものではない。
実装基板２は、発光素子３を実装する基板である。「実装する」とは、発光素子３を配置して機械的に接続すること及び電気的に接続することを含む概念である。
実装基板２は、支持体２０と、支持体２０の第１面２０ａ側に所定のパターンで形成され発光素子３が電気的に接続される第１導体部２３及び第２導体部２４と、を備える。実装基板２は、第１導体部２３と第２導体部２４とが空間的に分離されるように形成されている。支持体２０は、セラミック基板２１により構成されているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、支持体２０が樹脂基板により構成されている場合に比べて、放熱性を向上させることが可能となり、発光装置１ａの光出力の高出力化を図ることが可能となる。
第１導体部２３及び第２導体部２４は、例えば、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。第１導体部２３及び第２導体部２４は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜に限らず、例えば、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＰｄ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＰｔ膜とＡｕ膜との積層膜等を採用することができる。第１導体部２３及び第２導体部２４は、積層膜により構成する場合、支持体２０から最も離れた最上層の膜がＡｕにより形成され、支持体２０に最も近い最下層の膜が支持体２０との密着性の高い材料により形成されているのが好ましい。第１導体部２３及び第２導体部２４は、積層膜に限らず、単層膜により構成してもよい。
発光装置１ａにおいて、発光素子３は、実装基板２に接合部５を介して接合されている。これにより、発光装置１ａは、発光素子３が実装基板２に機械的に接続されている。接合部５の材料は、発光素子３から放射される光に対する透過率が高い材料が好ましく、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂とのハイブリッド材料等を採用することができる。これにより、接合部５は、発光素子３から放射される光を通すことができる。
発光装置１ａは、支持体２０における発光素子３の搭載用領域に、発光素子３が接合部５を介して接合されている。
支持体２０を構成するセラミック基板２１は、平板状の形状に形成されている。セラミック基板２１は、光の拡散透過性を有しおり、発光素子３から放射される光を透過したり、拡散したりする。セラミック基板２１の材質としては、例えば、透光性セラミックスを採用することができる。透光性セラミックスとしては、例えば、アルミナセラミックス等を採用することができる。透光性セラミックスは、バインダ、添加物等の種類や濃度によって、透過率、反射率、屈折率及び熱伝導率を調整することも可能である。
セラミック基板２１は、光拡散性を有することが好ましい。これにより、発光装置１ａは、発光素子３からセラミック基板２１側へ放射された光が、セラミック基板２１内で拡散される。これにより、発光装置１ａは、発光素子３からセラミック基板２１側へ出射した光が発光素子３へ戻るのを、より抑制することが可能となる。また、発光装置１ａは、支持体２０の第１面２０ａにおける発光素子３の投影領域２０１の周辺領域２０２から光を取り出しやすくなる。よって、発光装置１ａは、光取り出し効率の向上を図ることが可能となり、全光束量を向上させることが可能となる。支持体２０の第１面２０ａにおける発光素子３の投影領域とは、発光素子３を発光素子３の厚み方向に沿って支持体２０の第１面２０ａに投影した領域を意味する。また、支持体２０の第１面２０ａにおける周辺領域２０２のうち光が出射されるのは、第１導体部２３及び第２導体部２４が形成されてない部位である。発光装置１ａは、実装基板２が、セラミック基板２１により構成される支持体２０の第２面２０ｂに、発光素子３からの光を反射する反射層を備えた構成としてもよい。また、発光装置１ａは、実装基板２の第２面２ｂに、発光素子３からの光を反射する反射部材を配置した構成としてもよい。反射層や反射部材は、セラミック基板２１により構成される支持体２０の第２面２０ｂにおける、カバー４の垂直投影領域よりも広い領域に形成されているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、発光素子３から放射され反射層又は反射部材で反射された光が、カバー４を通らずに出射されるのを抑制することが可能となり、色むらを抑制することが可能となる。「色むら」とは、光の照射方向によって色度が変化している状態である。発光装置１ａは、放熱性の観点から、反射層や反射部材が、金属により形成されているのが好ましい。また、発光装置１ａは、放熱性の観点から、反射層や反射部材が、より広い領域に形成されているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、発光素子３で発生して反射層や反射部材へ伝導された熱を、より広い範囲に伝導させることが可能となり、放熱性を、より向上させることが可能となる。
セラミック基板２１は、例えば、アルミナ基板により構成することができる。アルミナ基板は、アルミナ粒子の粒径を０．６μｍ程度に設定してある。アルミナ基板は、アルミナ粒子の粒径が、０．５μｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。アルミナ基板は、アルミナ粒子の粒径が大きくなるにつれて反射率が低くなり、アルミナ粒子の粒径が小さくなるにつれて光の散乱効果が大きくなる傾向にある。要するに、反射率を低くすることと、散乱効果を大きくすることとは、トレードオフの関係にある。
上述の粒径とは、個数基準粒度分布曲線により得られる値である。ここで、個数基準粒度分布曲線は、画像イメージング法により粒度分布を測定し得られるもので、具体的には、走査型電子顕微鏡（scanning electron microscope：ＳＥＭ）によって観察してＳＥＭ画像を取得し、そのＳＥＭ画像を画像処理して求めた粒子の大きさ（二軸平均径）と個数とから得られるものである。この個数基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値をメディアン径（ｄ50）といい、上述の粒径は、メディアン径を意味している。
なお、理論上、アルミナ基板における球形のアルミナ粒子の粒径と反射率との関係は、粒径が小さくなるほど反射率が高くなる傾向にある。
実装基板２は、例えば、１５５０℃〜１６００℃程度の焼成温度で焼成されたアルミナ基板により構成されるセラミック基板２１に対して、第１導体部２３及び第２導体部２４を薄膜形成技術やめっき技術等により形成した構成とすることができる。
実装基板２の平面形状は、長方形状としてある。実装基板２の平面形状は、長方形状に限らず、例えば、長方形状以外の多角形状や、円形状などでもよい。
発光装置１ａは、実装基板２の第１面２ａ側に複数の発光素子３を備えているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、発光装置１ａの光出力の高出力化を図ることが可能となる。発光素子３がＬＥＤチップの場合、発光装置１ａは、ＬＥＤモジュール（ＬＥＤ module）を構成する。ＬＥＤモジュールは、例えば、ＪＩＳ Ｚ９１１２：２０１２等において定義されている。
発光装置１ａは、複数の発光素子３がアレイ状に配列された構成とすることができる。図２は、複数の発光素子３が２次元アレイ状に配列された構成の発光装置１ａの概略平面図である。なお、図１は、図２のＢ−Ｂ断面に対応する概略断面図である。
発光装置１ａは、複数の発光素子３のうち直列接続する発光素子３の一群が、第１導体部２３と第２導体部２４とを結ぶ仮想線Ｍ１上に配置してある。発光装置１ａは、仮想線Ｍ１上において第１導体部２３に最も近い発光素子３の第１電極が、第１ワイヤ６ａにより第１導体部２３と電気的に接続されている。また、発光装置１ａは、仮想線Ｍ１上において第２導体部２４に最も近い発光素子３の第２電極が、第２ワイヤ６ｂにより第２導体部２４と電気的に接続されている。また、発光装置１ａは、仮想線Ｍ１上において隣り合う発光素子３のうち第１導体部２３側の発光素子３の第２電極と第２導体部２４側の発光素子３の第１電極とが、第３ワイヤ６ｃにより電気的に接続されている。よって、発光装置１ａは、各発光素子３の近傍に第１導体部２３及び第２導体部２４が存在する場合に比べて、第１導体部２３や第２導体部２４での光の損失を抑制することが可能となり、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。第１導体部２３や第２導体部２４での光の損失としては、例えば、発光素子３から放射され第１導体部２３や第２導体部２４に直接的に入射する光の、第１導体部２３や第２導体部２４での吸収損失がある。また、第１導体部２３や第２導体部２４での光の損失としては、例えば、発光素子３からセラミック基板２１へ入射して、セラミック基板２１内を通って第１導体部２３や第２導体部２４に入射する光の、第１導体部２３や第２導体部２４での吸収損失がある。第１ワイヤ６ａ、第２ワイヤ６ｂ及び第３ワイヤ６ｃとしては、例えば、金ワイヤ、銀ワイヤ、銅ワイヤ、アルミニウムワイヤ等を採用することができる。
発光装置１ａは、複数の仮想線Ｍ１を想定しており、各仮想線Ｍ１の各々に、一群の発光素子３として４個の発光素子３を配置してある。図２に示した例では、仮想線Ｍ１の本数を４本としてある。発光装置１ａは、複数の発光素子３を接続した接続形態として、複数の発光素子３が直並列接続された接続形態を採用している。発光装置１ａは、複数の発光素子３の接続形態を限定するものではなく、例えば、複数の発光素子３が直列接続された接続形態を採用してもよいし、複数の発光素子３が並列接続された接続形態を採用してもよい。実装基板２は、予め決定された複数の発光素子３の接続形態に基づいて所定のパターンに形成された第１導体部２３及び第２導体部２４を備えていればよい。発光装置１ａは、仮想線Ｍ１の数や仮想線Ｍ１上の発光素子３の数を限定するものではない。発光装置１ａは、発光素子３が２次元アレイ状に配列されているが、これに限らず、例えば、１次元アレイ状に配列されたものでもよい。発光装置１ａは、発光素子３の数が１つの場合、発光素子３の第１電極と第１導体部２３とを第１ワイヤ６ａを介して電気的に接続し、第２電極と第２導体部２４とを第２ワイヤ６ｂを介して電気的に接続した構成とすることができる。
発光装置１ａは、カバー４が、仮想線Ｍ１上に配置された一群の発光素子３と第１ワイヤ６ａと第２ワイヤ６ｂと各第３ワイヤ６ｃとを覆うようにライン状に形成されているのが好ましい。発光装置１ａは、カバー４が、仮想線Ｍ１上に配置された複数の発光素子３と第１ワイヤ６ａと第２ワイヤ６ｂと第３ワイヤ６ｃとを覆うライン状の封止部を兼ねている。これにより、発光装置１ａは、第１ワイヤ６ａ、第２ワイヤ６ｂ及び第３ワイヤ６ｃそれぞれの断線が発生するのを抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。
カバー４は、ライン状の形状として、例えば、半円柱状の形状とすることができる。発光装置１ａは、カバー４が、半円柱状の形状に形成されていることにより、光取り出し効率の向上を図れ、且つ、色むらを抑制することが可能となる。カバー４は、複数の第１カバー層４１と、１つの第２カバー層４２と、を備えており、第１カバー層４１が半球状の形状に形成され、第２カバー層４２が半円柱状の形状に形成されているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、複数の発光素子３を覆う１つのカバー４が、１つの第１カバー層４１と１つの第２カバー層４２とで構成されている場合に比べて、光取り出し効率の向上を図れ、且つ、色むらを抑制することが可能となる。
発光装置１ａは、発光素子３の数が１つの場合も第１カバー層４１が半球状の形状に形成されているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、図３に示すように第１カバー層４１が直方体状に形成されている第１変形例の発光装置１ｂに比べて、色むらを抑制することが可能となる。カバー４の表面の形状は、カバー４の表面において発光素子３からの光線が交わる点の法線と上記光線とのなす角が臨界角よりも小さくなるように設計するのが好ましい。ここで、発光装置１ａは、カバー４の表面の略全面で、発光素子３からの上記光線の入射角（光入射角度）が臨界角よりも小さくなるように、カバー４の表面の形状を設計することが好ましい。このため、カバー４は、例えば、半球状に形成されているのが好ましい。発光装置１ａは、発光素子３の光軸とカバー４の光軸とが一致するようにカバー４が設計されているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、カバー４の表面（カバー４と空気との境界面）での全反射を抑制することが可能となるだけでなく、色むらを抑制することが可能となる。発光装置１ａは、色むらを人が視認できない程度に抑制することが可能となる。また、発光装置１ａは、発光素子３からカバー４の表面までの光路長を発光素子３からの光の放射方向によらず略均一化することが可能となり、色むらをより抑制することが可能となる。カバー４の形状は、半球状に限らず、例えば、半楕円球状の形状でもよい。
発光装置１ａは、第１導体部２３及び第２導体部２４それぞれを櫛形状の形状として互いに対向配置してあるが、第１導体部２３及び第２導体部２４それぞれの形状は特に限定するものではない。また、仮想線Ｍ１は、直線としてあるが、直線に限らず、曲線や、直線と曲線とを組み合わせた線などでもよい。
第１カバー層４１は、上述のように、シリコーン樹脂と、酸化セリウムの粒子と、の混合体で形成されている。第１カバー層４１は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されていればよい。第１カバー層４１は、シリコーン樹脂により形成される透明層に、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子が分散されている。炭素としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛等を採用することができる。第１カバー層４１において、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子の含有量は、１ｗｔ％以下であるのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、第１カバー層４１の光の透過率が低下しすぎるのを抑制することが可能となる。第１カバー層４１は、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子を１種類だけ含むものに限らず、複数種を含んだものでもよい。例えば、第１カバー層４１は、シリコーン樹脂と、酸化セリウムの粒子と、酸化チタンの粒子と、の混合体で形成されていてもよい。
第２カバー層４２は、上述のように、シリコーン樹脂と、発光素子３から放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する蛍光体粒子と、の混合体で形成されている。蛍光体粒子は、発光素子３から放射される光によって励起されて発光素子３の光とは異なる色の光を放射するものである。これにより、発光装置１ａは、発光素子３から放射される光と蛍光体粒子から放射される光との混色光を得ることが可能となる。発光装置１ａは、例えば、発光素子３として青色ＬＥＤチップを採用し、蛍光体粒子として黄色蛍光体粒子を採用すれば、白色光を得ることが可能となる。すなわち、発光装置１ａは、発光素子３から放射された青色の光と黄色蛍光体粒子から放射された黄色の光とがカバー４から出射可能となり、白色光を得ることが可能となる。
蛍光体粒子としては、黄色蛍光体粒子だけに限らず、例えば、黄色蛍光体粒子と赤色蛍光体粒子とを採用してもよい。黄色蛍光体粒子としては、例えば、Ｃｅ3+付活ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）蛍光体の粒子、Ｅｕ2+付活酸窒化物蛍光体の粒子等を採用することができる。Ｃｅ3+付活ＹＡＧ蛍光体としては、例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+等が挙げられる。Ｅｕ2+付活酸窒化物蛍光体としては、例えば、ＳｒＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+等が挙げられる。赤色蛍光体粒子としては、例えば、Ｅｕ2+付活窒化物蛍光体の粒子等を採用することができる。Ｅｕ2+付活窒化物蛍光体としては、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+や、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+等が挙げられる。
また、蛍光体粒子としては、１種類の黄色蛍光体粒子に限らず、発光ピーク波長の異なる２種類の黄色蛍光体粒子を採用してもよい。発光装置１ａは、波長変換材料として複数種の蛍光体粒子を採用することにより、演色性を高めることが可能となる。また、蛍光体粒子としては、赤色蛍光体粒子と緑色蛍光体粒子とを採用してもよい。緑色蛍光体粒子としては、例えば、組成がＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋等の蛍光体の粒子を採用することができる。
蛍光体粒子は、平均粒径が、例えば、１μｍ〜１０μｍの範囲にあることが好ましい。蛍光体粒子は、平均粒径が大きい方が、欠陥密度が小さく、エネルギ損失が少なくなって発光効率が高くなる傾向にある。このため、蛍光体粒子は、発光効率の観点から、平均粒径が５μｍ以上のものを採用することが好ましい。
第２カバー層４２は、蛍光体粒子の含有量が、例えば、３ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲にあるのが好ましい。
第１カバー層４１及び第２カバー層４２のシリコーン樹脂としては、例えば、熱硬化型のシリコーン樹脂、２液硬化型のシリコーン樹脂、光硬化型のシリコーン樹脂等を採用することができる。
発光装置１ａから出射される混色光は、例えば、ＪＩＳ Ｚ９１１２：２０１２で定義されているＬＥＤの光源色の相関色温度に基づいて設定することができる。ＪＩＳ Ｚ９１１２：２０１２では、ＬＥＤの光源色が、ＸＹＺ表色系における色度によって、昼光色、昼白色、白色、温白色及び電球色の５種類に区分される。
発光装置１ａの製造にあたっては、まず、実装基板２を準備し、その後、以下の第１工程、第２工程及び第３工程を順次行う。第１工程では、ダイボンド装置等により、ダイ（die）である発光素子３を実装基板２の第１面２ａに接合部５を介して接合する。第２工程では、ワイヤボンディング装置等により、第１ワイヤ６ａ、第２ワイヤ６ｂ及び第３ワイヤ６ｃを形成するワイヤボンディングを行う。第３工程では、ディスペンサシステム（dispenser system）等を利用してカバー４を形成する。この第３工程では、まず、第１カバー層４１を形成し、その後、第２カバー層４２を形成する。
ディスペンサシステムにより第１カバー層４１を形成する際には、例えば、ディスペンサヘッドを発光素子３の配列方向に沿って移動させ、発光素子３の鉛直上方に位置させた後、ノズルから第１カバー層４１の材料を吐出させて塗布する。第１カバー層４１の材料は、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子を混練したシリコーン樹脂である。
ところで、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子の平均粒径は、１０μｍ以下であるのが好ましい。発光装置１ａは、粒子の平均粒径が１０μｍよりも大きいと、ディスペンサシステムにより第１カバー層４１の材料を、発光素子３を覆うように塗布したときに、粒子が沈降しやすくなり、１０μｍ以下であれば、分散性を向上させることが可能となる。また、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子の平均粒径は、１μｍ以上であるのが好ましい。粒子の平均粒径は、動的光散乱法により測定される体積基準での平均粒子径である。
ディスペンサシステムにより第２カバー層４２を形成する際には、例えば、ディスペンサヘッドを発光素子３の配列方向に沿って移動させつつ、ノズルから第２カバー層４２の材料を吐出させて塗布する。第２カバー層４２の材料は、蛍光体粒子を混練したシリコーン樹脂である。
ここで、第２カバー層４２の材料を第２カバー層４２の表面形状に基づく塗布形状となるようにディスペンサシステムにより塗布する場合には、例えば、ディスペンサヘッドを移動させながら、材料を吐出させて塗布すればよい。
ディスペンサシステムは、ディスペンサヘッドを移動させる移動機構と、実装基板２の第１面２ａ及びノズルそれぞれのテーブルからの高さを測定するセンサ部と、移動機構とノズルからの材料の吐出量とを制御するコントローラと、を備えているのが好ましい。移動機構は、例えば、ロボットにより構成することができる。コントローラは、例えば、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現することができる。また、ディスペンサシステムは、コントローラに搭載されたプログラムを適宜変更することにより、発光素子３の配列や、発光素子３の数、第２カバー層４２のライン幅等の異なる複数種の品種に対応することが可能となる。
ディスペンサシステムを利用して形成する第２カバー層４２の表面形状は、例えば、材料の粘度等を調整することで制御することも可能である。第２カバー層４２の表面（凸曲面）の曲率は、第２カバー層４２の材料の粘度や表面張力や、第１ワイヤ６ａ、第２ワイヤ６ｂ及び第３ワイヤ６ｃの高さ等によって設計可能である。曲率を大きくすることは、例えば、材料の粘度を高くしたり、表面張力を大きくしたり、第１ワイヤ６ａ、第２ワイヤ６ｂ及び第３ワイヤ６ｃの高さを高くすることで実現可能となる。また、ライン状の第２カバー層４２の幅（ライン幅）を狭くするには、材料の粘度を高くしたり、表面張力を大きくしたりすることで実現可能となる。第２カバー層４２の材料の粘度は、１００〜２０００ｍＰa・s程度の範囲に設定するのが好ましい。なお、粘度の値は、例えば、円錐平板型回転粘度計を用いて常温下で測定した値を採用することができる。
また、ディスペンサシステムは、未硬化の材料が所望の粘度になるように加熱するヒータを備えていてもよい。これにより、ディスペンサシステムは、材料の塗布形状の再現性を向上させることが可能となり、第１カバー層４１及び第２カバー層４２それぞれの表面形状の再現性を向上させることが可能となる。
発光装置１ａは、カバー４を第１カバー層４１と第２カバー層４２とで構成してあり、発光素子３を直接覆う第１カバー層４１が、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されている。これにより、発光装置１ａは、発光素子３の発熱に起因してカバー４にクラックが発生するのを抑制することが可能となり、耐熱性を向上させることが可能となる。耐熱性が向上する推定メカニズムとしては、酸化セリウム等の粒子がシリコーン樹脂の耐熱性を向上させるメカニズムが考えられる。推定メカニズムでは、発光素子３で発生した熱によって、シリコーン樹脂に、シリコーン樹脂の酸化反応の要因となるラジカルが発生しても、粒子に含まれているイオンが、ラジカルと反応して還元することで、シリコーン樹脂の酸化による硬化劣化を抑制する。例えば、粒子が酸化セリウムの場合、粒子に含まれているイオンは、セリウムイオンである。なお、本実施形態の発光装置１ａは、仮に推定メカニズムが別であっても、本発明の範囲内である。
また、発光装置１ａは、第２カバー層４２が、シリコーン樹脂と、発光素子３から放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する蛍光体粒子と、の混合体で形成されている。これにより、発光装置１ａは、カバー４全体にシリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子が分散された構成に比べて、カバー４の光の透過率を高くすることが可能となる。よって、発光装置１ａは、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。
また、発光装置１ａは、実装基板２が、支持体２０と、支持体２０の第１面２０ａ側に所定のパターンで形成され発光素子３が電気的に接続される第１導体部２３及び第２導体部２４と、を備え、支持体２０が、セラミック基板２１により構成されている。これにより、発光装置１ａは、支持体２０が樹脂基板である場合に比べて、放熱性を向上させることが可能となり、信頼性の向上を図れ、且つ、発光装置１ａの光出力の高出力化を図ることが可能となる。
発光装置１ａは、接合部５が、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体により形成されていてもよい。これにより、発光装置１ａは、接合部５の耐熱性を向上させることが可能となり、接合部５にクラックが発生するのを抑制することが可能となり、発光装置１ａの信頼性を更に向上させることが可能となる。酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子の平均粒径は、１０μｍ以下であるのが好ましい。また、粒子の平均粒径は、１μｍ以上であるのが好ましい。接合部５において、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子の含有量は、１ｗｔ％以下であるのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、接合部５の光の透過率が低下しすぎるのを抑制することが可能となる。
図４は、発光装置１ａの第２変形例の発光装置１ｃを示す概略断面図である。発光装置１ｃは、発光装置１ａと基本構成が略同じである。発光装置１ｃは、実装基板２における支持体２０が、金属基板２５により構成されている点が発光装置１ａと相違する。なお、発光装置１ｃにおいて、発光装置１ａと同様の構成要素については、発光装置１ａと同一の符号を付して説明を省略する。
金属基板２５は、例えば、アルミニウム基板、銅基板等を採用することができる。支持体２０は、金属基板２５の表面に電気絶縁層２６が形成されている。よって、実装基板２は、電気絶縁層２６上に第１導体部２３及び第２導体部２４が形成されている。実装基板２は、例えば、金属ベースプリント配線板により形成することができる。
発光装置１ｃは、実装基板２が、支持体２０と、支持体２０の第１面２０ａ側に所定のパターンで形成され発光素子３が電気的に接続される第１導体部２３及び第２導体部２４と、を備え、支持体２０が、金属基板２５により構成されている。これにより、発光装置１ｃは、支持体２０が樹脂基板である場合に比べて、放熱性を向上させることが可能となり、信頼性の向上を図れ、且つ、発光装置１ｃの光出力の高出力化を図ることが可能となる。
実装基板２は、白色系のレジスト層２７を備えた構成とすることができる。レジスト層２７は、電気絶縁層２６において、第１カバー層４１、第１導体部２３及び第２導体部２４のいずれも形成されていない部位を覆っているのが好ましい。レジスト層２７の材料としては、例えば、白色レジストを採用することができる。白色レジストとしては、例えば、白色顔料を含有した樹脂を挙げることができる。白色顔料としては、例えば、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）等が挙げられる。樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂等が挙げられる。白色レジストとしては、例えば、株式会社朝日ラバーのシリコーン製の白色レジスト材である“ASA COLOR（登録商標） RESIST INK”等を採用することができる。レジスト層２７は、例えば、塗布法により形成することができる。
発光装置１ｃは、白色系のレジスト層２７を備えていることにより、発光素子３から実装基板２に入射する光を、レジスト層２７の表面で反射させやすくなる。これにより、発光装置１ｃは、発光素子３から放射された光が実装基板２に吸収されるのを抑制することが可能となる。よって、発光装置１ｃは、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図ることが可能となる。
発光装置１ｃは、発光素子３が、金属基板２５に、接合部５を介して接合された構成としてもよい。これにより、発光装置１ｃは、発光素子３で発生した熱の伝熱経路として、発光素子３で発生した熱を、電気絶縁層２６を介さずに金属基板２５に伝熱させる伝熱経路が形成される。よって、発光装置１ｃは、放熱性を向上させることが可能となる。
発光装置１ｃは、発光素子３が、板状のサブマウント部材（図示せず）を介して金属基板２５に搭載された構成としてもよい。サブマウント部材の材料は、電気絶縁層２６よりも熱伝導率の高く、金属基板２５よりも発光素子３との線膨張率差が小さな材料が好ましい。これにより、発光装置１ｃは、発光素子３で発生した熱の伝熱経路として、発光素子３で発生した熱を、電気絶縁層２６を介さずにサブマウント部材及び金属基板２５に伝熱させる伝熱経路が形成される。よって、発光装置１ｃは、放熱性を向上させることが可能となる。サブマウント部材の材料としては、例えば、ＡｌＮを採用することができる。サブマウント部材と金属基板２５とは、接合部を介して接合すればよい。サブマウント部材と金属基板２５とを接合する接合部の材料としては、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ等の鉛フリー半田が好ましい。発光装置１ｃは、サブマウント部材と金属基板２５とを接合する接合部の材料としてＡｕＳｎを採用する場合、製造時において、金属基板２５の表面における接合表面に予めＡｕ又はＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。
図５は、発光装置１ａの第３変形例の発光装置１ｄを示す概略断面図である。発光装置１ｄは、発光装置１ａと基本構成が略同じであり、カバー４の構成が相違する。なお、発光装置１ｄにおいて、発光装置１ａと同様の構成要素については、発光装置１ａと同一の符号を付して説明を省略する。
発光装置１ｄは、カバー４が、第２カバー層４２と実装基板２の第１面２ａとの間に介在する耐熱層４３を備えている。耐熱層４３は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されている。よって、発光装置１ｄは、第２カバー層４２のうち実装基板２に近い領域に、クラックが発生するのを抑制することが可能となる。これは、発光装置１ｄでは、発光素子３で発生した熱が実装基板２を通して伝熱される熱が第２カバー層４２へ直接的に伝熱されずに耐熱層４３へ伝熱されるためである、と推考される。
耐熱層４３において、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子の平均粒径は、１０μｍ以下であるのが好ましい。また、粒子の平均粒径は、１μｍ以上であるのが好ましい。耐熱層４３において、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子の含有量は、１ｗｔ％以下であるのが好ましい。これにより、発光装置１ｄは、耐熱層４３の光の透過率が低下しすぎるのを抑制することが可能となる。
ところで、発光装置１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄは、種々の照明装置の光源として用いることが可能である。照明装置としては、例えば、発光装置１ａ〜１ｄのいずれかを光源として器具本体に配置した照明器具や、ランプ（例えば、直管形ＬＥＤランプ、電球形ランプ等）等を好適に挙げることができるが、これら以外の照明装置でもよい。
発光装置１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄは、発光素子３として、厚み方向の一面側に第１電極と第２電極とが設けられたものを用いているが、これに限らない。発光素子３としては、発光素子３の厚み方向の一方の面側に第１電極が形成され、他方の面側に第２電極が形成された構成のものを用いてもよい。
また、発光装置１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄは、発光素子３としてＬＥＤチップ３０を採用しているが、これに限らず、例えば、ＬＤチップを採用してもよい。
上述の実施形態等において説明した各図は、模式的なものであり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際のものの寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態等に記載した材料、数値等は、好ましいものを例示しているだけであり、それに限定するものではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 発光装置
２ 実装基板
２ａ 第１面
３ 発光素子
４ カバー
５ 接合部
２０ 支持体
２０ａ 第１面
２１ セラミック基板
２３ 第１導体部
２４ 第２導体部
４１ 第１カバー層
４２ 第２カバー層
４３ 耐熱層

Claims (6)

  1. 実装基板と、前記実装基板の第１面側に実装された発光素子と、前記実装基板の前記第１面側で前記発光素子を覆っているカバーと、を備え、
    前記カバーは、前記実装基板の前記第１面側で前記発光素子を覆う第１カバー層と、前記第１カバー層を覆う第２カバー層と、を備え、
    前記第１カバー層は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成され、
    前記第２カバー層は、シリコーン樹脂と、前記発光素子から放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する蛍光体粒子と、の混合体で形成されている、
    ことを特徴とする発光装置。
  2. 前記第１カバー層は、半球状の形状に形成されている、
    ことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  3. 前記実装基板は、支持体と、前記支持体の第１面側に所定のパターンで形成され前記発光素子が電気的に接続される第１導体部及び第２導体部と、を備え、前記支持体は、セラミック基板もしくは金属基板により構成されている、
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
  4. 前記発光素子は、前記実装基板に接合部を介して接合され、
    前記接合部は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記カバーは、前記第２カバー層と前記実装基板の前記第１面との間に介在する耐熱層を備え、
    前記耐熱層は、シリコーン樹脂と、酸化セリウム、酸化チタン、酸化鉄、炭素の群から選択される材料からなる粒子と、の混合体で形成されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記粒子の平均粒径は、１０μｍ以下である、
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
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