JP2016086168A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集光用の光学素子による発光素子からの出射光の利用効率を向上させて、装置のサイズを大型化することなく装置正面での発光強度を向上させた発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】発光装置（１）は、複数の発光素子（３０）と、複数の発光素子が実装領域内に実装され、複数の発光素子に電力を供給するための１組の電極（２４Ａ，２４Ｂ）が実装領域の周囲に配置された基板（１０，２０）と、複数の発光素子からの出射光により励起される蛍光体（６１，６２）を含有し、実装領域上で複数の発光素子を封止する封止樹脂（５０）と、基板上の１組の電極と封止樹脂との間にある平坦な領域（Ｓ）に下端（７１）を接触させて封止樹脂を覆うように載置され、複数の発光素子から封止樹脂を通して出射した光を集光する光学素子（７０）とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、発光装置およびその製造方法に関する。

セラミック基板や金属基板などの汎用基板の上にＬＥＤ（発光ダイオード）素子などの発光素子が実装されたＣＯＢ（Chip On Board）の発光装置が知られている。こうした発光装置では、蛍光体を含有する樹脂により例えば青色光を発光するＬＥＤ素子を封止し、ＬＥＤ素子からの光により蛍光体を励起させて得られる光を混合させることにより、用途に応じて白色光などを得ている。

例えば、特許文献１には、回路基板、回路基板に載置された反射枠、回路基板に実装された発光素子、ならびに発光素子の発光面の上に積層された赤色を発光する蛍光体を含有する第１の発光層、緑色を発光する蛍光体を含有する第２の発光層および青色を発光する蛍光体を含有する第３の発光層を有する発光装置が記載されている。

また、特許文献２には、表面に外部と接続する導体層を有する基材に搭載された発光素子を封止した発光装置であって、発光素子の上方に配置された蛍光体層と、蛍光体層と導体層の双方に接し熱伝導性粒子が分散されている樹脂層とを有することにより、蛍光体粒子からの発熱を良好にした発光装置が記載されている。

また、こうした発光装置の製造時には、例えば色度のバラつきを抑えるために、樹脂内に分散させた蛍光体を沈降させてから樹脂を硬化させることが行われている。例えば、特許文献３には、基板に撥液剤パターンを形成する工程と、基板における撥液剤パターンの内側にＬＥＤチップを実装する工程と、撥液剤パターンの内側に蛍光体を混練した封止樹脂を塗布する工程と、無風状態にて封止樹脂内の蛍光体を沈降させる工程とを含む発光素子パッケージの製造方法が記載されている。

特開２００９−２８９８２９号公報 特開２０１４−０４１９９３号公報 特開２０１２−０４４０４８号公報

例えばスポットライト用の光源として発光装置を用いる場合には、発光装置の上にレンズなどの光学素子を搭載して、発光素子からの光を集光する。このとき、レンズを十分大きくできるならば所望の範囲内への集光が可能であるが、実際には照明器具の大きさの制約があるため、発光装置を大型化することなく光をより狭い範囲内に集光させることが求められる。そこで、複数の発光素子をより高密度に実装することで、発光装置の発光エリア（Light Emitting Surface）に相当する封止樹脂の領域をなるべく狭くして、小型の発光装置を実現することが考えられる。ただし、発光効率を確保するためには、単純に装置を小型化するだけでなく、光学素子を搭載したときの光の損失量を減少させるなどの工夫も必要となる。

また、複数の発光素子を高密度で実装した場合には、実装密度とともに発熱量も増加し、その熱によって発光強度が低下する恐れもあるため、放熱特性を改善させることも必要になる。特に、封止樹脂に含有される蛍光体も発光素子からの光が照射されることにより発熱するため、発光素子の実装密度が高くなるほど、蛍光体からの熱を放熱させる必要性も高まる。

そこで、本発明は、集光用の光学素子による発光素子からの出射光の利用効率を向上させて、装置のサイズを大型化することなく装置正面での発光強度を向上させた発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

複数の発光素子と、複数の発光素子が実装領域内に実装され、複数の発光素子に電力を供給するための１組の電極が実装領域の周囲に配置された基板と、複数の発光素子からの出射光により励起される蛍光体を含有し、実装領域上で複数の発光素子を封止する封止樹脂と、基板上の１組の電極と封止樹脂との間にある平坦な領域に下端を接触させて封止樹脂を覆うように載置され、複数の発光素子から封止樹脂を通して出射した光を集光する光学素子とを有する発光装置が提供される。

上記の発光装置では、光学素子は、底面に設けられた凹部内に封止樹脂が収容されるように、基板上の平坦な領域に底面を接触させて載置され、複数の発光素子から封止樹脂を通して側方に出射した光を上方に全反射させる傾斜した側面を有することが好ましい。
上記の発光装置では、１組の電極にはコネクタが接続され、光学素子は、コネクタと封止樹脂との間にある基板上の平坦な環状領域に載置されていることが好ましい。
上記の発光装置では、封止樹脂は、複数種類の蛍光体を含有し、蛍光体が種類ごとに層状に沈降した状態で硬化していることが好ましい。

また、発光素子と、発光素子を封止し、複数種類の蛍光体を含有し、蛍光体が種類ごとに層状に沈降した状態で硬化した封止樹脂と、発光素子が上面に実装され、封止樹脂を取り囲む平坦な領域を有する基板とを有する発光装置が提供される。

上記の発光装置では、封止樹脂は、複数種類の蛍光体として緑色蛍光体と赤色蛍光体を含有し、緑色蛍光体を主に含む第１の層、赤色蛍光体を主に含む第２の層、ならびに第１の層および第２の層より緑色蛍光体および赤色蛍光体の濃度が低い第３の層を基板に近い側から順に有することが好ましい。
上記の発光装置は、基板の平坦な領域の上に下端を接触させて封止樹脂を覆うように載置され、発光素子から出射された光を集光する光学素子をさらに有することが好ましい。
上記の発光装置では、発光素子は、複数のＬＥＤ素子であり、封止樹脂により覆われる基板の上面の領域における複数のＬＥＤ素子が占める面積の割合が３０％〜５０％であることが好ましい。

また、基板上の実装領域内に複数の発光素子を実装する工程と、複数の発光素子に電力を供給するための１組の電極を基板上の実装領域の周囲に形成する工程と、複数の発光素子からの出射光により励起される蛍光体を含有する封止樹脂により、実装領域上で複数の発光素子を封止する工程と、複数の発光素子から封止樹脂を通して出射した光を集光する光学素子の下端を基板上の１組の電極と封止樹脂との間にある平坦な領域に接触させて、封止樹脂を覆うように光学素子を載置する工程とを有する発光装置の製造方法が提供される。

上記の封止する工程では、複数種類の蛍光体を含有する封止樹脂を実装領域上に注入し、蛍光体を種類ごとに層状に沈降させた後で、封止樹脂を硬化させることが好ましい。

また、基板の上面に発光素子を実装する工程と、複数種類の蛍光体を含有する封止樹脂により、封止樹脂を取り囲む平坦な領域を基板の上面に残して発光素子を封止する工程と、蛍光体を種類ごとに層状に沈降させる工程と、封止樹脂を硬化させる工程とを有する発光装置の製造方法が提供される。

上記の発光装置およびその製造方法によれば、集光用の光学素子による発光素子からの出射光の利用効率が向上して、装置のサイズを大型化することなく装置正面での発光強度が向上する。

発光装置１の上面図および断面図である。 実装基板１０、回路基板２０、反射枠４０の上面図および断面図である。 コネクタ８０が取り付けられた発光装置１の上面図である。 別のコネクタ８０’が取り付けられた発光装置１の斜視図である。 発光装置１の環状領域Ｓ上にレンズ７０が取り付けられた発光装置１’の縦断面図である。 レンズ７０の形状を示す図である。 レンズ７０の機能を説明するための断面図である。 発光エリアの大きさが異なる発光装置１と発光装置１００とを比較した図である。 発光装置１のＬＥＤ素子３０の配置例を示す上面図である。 封止樹脂５０の模式的な断面図である。 発光エリアの大きさと発光強度との関係を示すグラフである。 発光装置１の製造工程を説明するための模式図である。

以下、図面を参照しつつ、発光装置およびその製造方法について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、発光装置１の上面図および断面図である。発光装置１は、主要な構成要素として、実装基板１０、回路基板２０、ＬＥＤ素子３０、反射枠４０および封止樹脂５０を有する。図１（Ａ）は完成品としての発光装置１の上面図を示し、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図を示す。

また、図２（Ａ）〜図２（Ｆ）は、実装基板１０、回路基板２０、反射枠４０の上面図および断面図である。このうち、図２（Ａ）は実装基板１０の上面図を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図を示す。図２（Ｃ）は回路基板２０の上面図を示し、図２（Ｄ）は図２（Ｃ）のＩＩＤ−ＩＩＤ線断面図を示す。図２（Ｅ）は反射枠４０の上面図を示し、図２（Ｆ）は図２（Ｅ）のＩＩＦ−ＩＩＦ線断面図を示す。

実装基板１０は、その上面にＬＥＤ素子３０が実装される平面領域を有する基板であり、放熱性を高めるために金属部材で構成される。実装基板１０は、例えば、耐熱性および放熱性に優れたアルミニウム製の基台で構成される金属基板である。実装基板１０は一例として正方形の形状を有し、その対角線上で向かい合う２つの頂点付近には、固定用貫通穴１１Ａ，１１Ｂが設けられる。

回路基板２０は、一例として、実装基板１０と同じ大きさの正方形の形状を有し、その中心部には円形の開口部２１が形成される。回路基板２０にも、対角線上で向かい合う２つの頂点付近には、固定用貫通穴２２Ａ，２２Ｂが設けられる。回路基板２０は、固定用貫通穴２２Ａ，２２Ｂの位置が実装基板１０の固定用貫通穴１１Ａ，１１Ｂと合うように、その下面が例えば接着シートにより実装基板１０上に貼り付けられて固定される。また、回路基板２０の上面には、開口部２１を取り囲むように配線パターン２３が形成される。なお、配線パターン２３は、図１（Ａ）では図示しておらず、図２（Ｃ）と図２（Ｄ）において模式的に示している。配線パターン２３のうち、固定用貫通穴２２Ａ，２２Ｂが設けられていない残りの２つの頂点付近には、ＬＥＤ素子３０に電力を供給するための１組の接続電極２４Ａ，２４Ｂが形成される。接続電極２４Ａ，２４Ｂは一方がアノード電極で他方がカソード電極となり、これらが外部電源に接続されて電圧が印加されることによって、発光装置１は発光する。

ＬＥＤ素子３０は、発光素子の一例であり、例えば発光波長帯域が４５０〜４６０ｎｍ程度の青色光を発光する青色ＬＥＤである。発光装置１では、複数のＬＥＤ素子３０が、回路基板２０の開口部２１において露出している実装基板１０上に実装される。開口部２１において露出している実装基板１０の上面が、ＬＥＤ素子３０の実装領域である。ＬＥＤ素子３０の下面は、例えば透明な絶縁性の接着剤などにより、実装基板１０の上面に固定される。また、ＬＥＤ素子３０は上面に一対の素子電極を有する。図１（Ｂ）に示すように、隣接するＬＥＤ素子３０の素子電極は、ボンディングワイヤ３１により相互に接続される。開口部２１の外周側に位置するＬＥＤ素子３０から出たボンディングワイヤ３１は、回路基板２０の配線パターン２３に接続される。

反射枠４０は、開口部２１の大きさに合わせて白色の樹脂で構成された円形の枠体であり、回路基板２０の上面で配線パターン２３と重なる位置に固定される。反射枠４０は、ＬＥＤ素子３０から側方に出射された光を、発光装置１の上方（ＬＥＤ素子３０から見て実装基板１０とは反対側）に向けて反射させる。

封止樹脂５０は、開口部２１に注入されて、複数のＬＥＤ素子３０を一体に被覆し保護（封止）する。例えば、封止樹脂５０としては、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な樹脂を、特に２５０℃程度の耐熱性がある樹脂を使用するとよい。封止樹脂５０は、図１（Ａ）に示した例では円板状に硬化され、例えば反射枠４０により実装基板１０上に固定される。

また、封止樹脂５０には、複数種類の蛍光体として、緑色蛍光体と赤色蛍光体が分散混入される。発光装置１は、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子３０からの青色光と、それによって緑色蛍光体および赤色蛍光体を励起させて得られる緑色光および赤色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。緑色蛍光体は、ＬＥＤ素子３０が出射した青色光を吸収して緑色光に波長変換する、例えば（ＢａＳｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋などの粒子状の蛍光体材料である。赤色蛍光体は、ＬＥＤ素子３０が出射した青色光を吸収して赤色光に波長変換する、例えばＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋などの粒子状の蛍光体材料である。なお、封止樹脂５０に混入される蛍光体の組合せは緑色蛍光体と赤色蛍光体に限らず、例えばＹＡＧ（yttrium aluminum garnet）などの黄色蛍光体をさらに混入させてもよいし、黄色蛍光体と赤色蛍光体などの上記とは異なる組合せを用いてもよい。

図３は、コネクタ８０が取り付けられた発光装置１の上面図である。上記の通り、発光装置１では、封止樹脂５０で覆われた実装領域内（開口部２１内の実装基板１０上）に複数のＬＥＤ素子３０が実装され、接続電極２４Ａ，２４Ｂが実装領域の周囲に配置されている。図３に示すように、接続電極２４Ａ，２４Ｂには、発光装置１を外部電源に接続するためのコネクタ（ホルダ）８０が接続される。符号８３は、コネクタ８０を介して発光装置１を照明器具などに取り付けるためのねじを示し、符号８４は、発光装置１と外部電源との接続用の電線８４を示す。図３に示すように、実装基板１０と回路基板２０により構成される発光装置１の基板は、コネクタ８０と封止樹脂５０との間に、封止樹脂５０を取り囲む平坦な領域を有する。この平坦な領域のうち、封止樹脂５０を取り囲む環状領域を、図３では符号Ｓで示す。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、別のコネクタ８０’が取り付けられた発光装置１の斜視図である。特に、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の分解斜視図である。

コネクタ８０’は、中央に円形の開口部８１Ａを有する上側カバー８１と、下側カバー８２とで構成される。例えば、下側カバー８２は、放熱用のヒートシンク８５の上に固定され、上側カバー８１は、開口部８１Ａ内に封止樹脂５０が配置されるように下側カバー８２との間に発光装置１を挟んで、ねじ８３によりヒートシンク８５の上に固定される。符号８４は、接続電極２４Ａ，２４Ｂに接続され、発光装置１を外部電源に接続する電線８４を示す。コネクタ８０’が取り付けられる場合でも、発光装置１は、回路基板２０上におけるコネクタ８０’と封止樹脂５０との間に、封止樹脂５０を取り囲む平坦な環状領域Ｓを有する。

図５は、発光装置１の環状領域Ｓ上にレンズ７０が取り付けられた発光装置１’の縦断面図である。なお、図５ならびに後述する図８（Ａ）および図８（Ｂ）では、説明に関係ない部分は簡略化しており、例えば開口部２１や反射枠４０は図示を省略している。レンズ７０は、発光素子から出射された光を集光する光学素子の一例であり、コネクタ８０と封止樹脂５０との間にある環状領域Ｓの上に下端を接触させて、封止樹脂５０を覆うように載置される。

図５に示すように、発光装置１では、回路基板２０の上面において、接続電極２４Ａ，２４Ｂ（コネクタ８０）と封止樹脂５０（反射枠４０）との間に平坦な環状領域Ｓが設けられることにより、基板上にレンズ７０を固定するためのスペースが確保される。仮に、封止樹脂５０の領域を拡大させて封止樹脂５０の上にレンズ７０を配置した場合には、例えばボンディングワイヤ３１（図１（Ｂ）を参照）が切れてしまう恐れがある。しかしながら、発光装置１では、平坦な環状領域Ｓの上にレンズ７０を直接固定できることにより、そのような不具合が発生しにくくなる。

図６は、レンズ７０の形状を示す図である。符号７０Ａ〜７０Ｃは、それぞれ、レンズ７０の上面図、端面図および底面図を示す。符号７０Ｂの端面図は、レンズ７０を水平方向の中心を通るように鉛直方向に切断したときの端面を示す。

レンズ７０は、その中心を通る鉛直方向の軸を対称軸とする回転対称の形状を有し、円形の底面７１と、底面７１より大きい円形の上面７２と、傾斜した側面７３とを有する。底面７１の中央には、封止樹脂５０が収容される円形の下側凹部７４が形成され、下側凹部７４の上端には、下方に突出した下側湾曲面７５が形成されている。上面７２の中央には、下側凹部７４よりも水平方向の幅がやや大きく鉛直方向の深さがやや小さい上側凹部７６が形成され、上側凹部７６の下端には、上方に突出した上側湾曲面７７が形成されている。また、上側凹部７６内の外周部には、垂直断面が３角形状の環状凸部７８が形成され、上側湾曲面７７はその内側における上側凹部７６の底面上に形成されている。

図７は、レンズ７０の機能を説明するための断面図である。レンズ７０は、下端である底面７１を環状領域Ｓに接触させて、下側凹部７４内に封止樹脂５０が収容されるように回路基板２０上に載置される。符号Ｌ１の矢印で示すように、ＬＥＤ素子３０から封止樹脂５０を通して側方または斜め上方に出射した光は、下側凹部７４からレンズ７０内に入射した後、側面７３により上方に全反射して、上面７２から鉛直上方に出射される。符号Ｌ２の矢印で示すように、ＬＥＤ素子３０から下側湾曲面７５の端部に向けて斜め上方に出射した光は、下側湾曲面７５で屈折してレンズ７０内に入射し、環状凸部７８の上面で再度屈折して、上側凹部７６から鉛直上方に出射される。符号Ｌ３の矢印で示すように、ＬＥＤ素子３０からほぼ鉛直上方に出射した光は、下側湾曲面７５で屈折してレンズ７０内に入射し、上側湾曲面７７で再度屈折して、上側凹部７６から鉛直上方に出射される。ＬＥＤ素子３０からの光は、側方にも上方にも出射されるが、こうしてレンズ７０を通過することにより、鉛直上方に集光される。

図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、発光エリアの大きさが異なる発光装置１と発光装置１００とを比較した図である。図８（Ａ）は、図３および図５と同様に、発光装置１の上面図と、発光装置１にレンズ７０が取り付けられた状態の縦断面図とを示す。一方、図８（Ｂ）は、発光装置１の封止樹脂５０よりも面積が広い封止樹脂１５０でＬＥＤ素子が封止された発光装置１００について、その上面図と、発光装置１００にレンズ７０が取り付けられた状態の縦断面図とを示す。発光装置１００は、反射枠１４０の大きさ、封止樹脂１５０の面積および封止されるＬＥＤ素子同士の間隔が発光装置１とは異なるが、その他の点では発光装置１と同一の構成を有する。

発光装置１００では、発光エリア（Light Emitting Surface）に相当する封止樹脂１５０の面積が広いため、接続電極にコネクタ８０が取り付けられた状態では基板上に直接接触させた状態でレンズ７０を配置することはできない。このため、図８（Ｂ）に示すように、発光装置１００では、レンズ７０は封止樹脂１５０の上に配置される。このことに起因して、発光装置１００では、矢印Ｌで示すように、封止樹脂１５０の側方の破線Ｇで示した部分から一部の光が外部に逃げてしまい、この分が光の損失量となる。

一方、発光装置１では、回路基板２０の上面における環状領域Ｓの上に直接レンズ７０を載置することができるため、発光装置１００の場合と比べてレンズ７０をよりＬＥＤ素子３０に近付けることができる。このため、ＬＥＤ素子３０からの光は、側方に逃げることなく、確実にレンズ７０に入射する。したがって、ＬＥＤ素子３０の個数、レンズの大きさ、駆動電圧などの条件を同じにした場合、発光装置１００より発光装置１の方が、装置の正面方向に光を集中させることができ、装置正面での発光強度を向上させることが可能になる。

図９は、発光装置１のＬＥＤ素子３０の配置例を示す上面図である。図９では、封止樹脂５０で覆われているため図１（Ａ）などでは図示していなかった複数のＬＥＤ素子３０の配置例を示し、比較のため、発光装置１の反射枠４０と発光装置１００の反射枠１４０の位置も重ねて示している。符号ｄ１，ｄ２は、それぞれ、発光装置１と発光装置１００の発光エリアの直径である。最外殻のＬＥＤ素子３０と反射枠４０との間の距離は、製造時の基板のずれなどを考慮すれば、発光装置１と発光装置１００のどちらも同程度になるが、ＬＥＤ素子同士の間隔は、発光装置１の方が、より狭い発光エリアにＬＥＤ素子３０を詰め込むことにより狭くなる。ＬＥＤ素子同士の間隔を狭くすると、あるＬＥＤ素子から出射された光が隣接するＬＥＤ素子に吸収されてしまい発光効率の点では不利になるが、発光エリアが狭くても実装するＬＥＤ素子の個数を減らさなくて済むため、発光強度（照度）は確保することができる。また、ＬＥＤ素子同士の間隔を狭くすると、ＬＥＤ素子同士を接続するボンディングワイヤ３１（図１（Ｂ）を参照）が切れにくくなるという利点もある。

発光装置１では、封止樹脂５０により覆われる基板の上面の領域（発光エリア）における複数のＬＥＤ素子３０が占める面積の割合は、概ね３０〜５０％程度である。これに対し、発光装置１００の発光エリアにおけるＬＥＤ素子３０が占める面積の割合は、素子数が発光装置１と同じであるとすると、概ね１０〜２０％程度である。装置の正面方向に光を集中させるためには、発光エリア全体の面積に対する全ＬＥＤ素子の面積の割合（充填率）が例えば３０％以上になるようにＬＥＤ素子３０を実装することが好ましい。一方、充填率が高くなり過ぎると、現実的に実装が難しくなるなどの不具合があるため、充填率は例えば５０％以下であることが好ましい。なお、切り出されていない１個の半導体結晶を使って発光エリアを構成すれば充填率をさらに高くすることはできるが、この場合には歩留まりが悪くなるため、ＬＥＤ素子３０としては個片化されたものを使用することが好ましい。

次に、封止樹脂５０内の蛍光体の層構造について説明する。発光装置１では、発光装置１００と比べてＬＥＤ素子３０の充填率を高くすることにより、発光エリアの単位面積当たりの発熱量も多くなる。特に、ＬＥＤ素子同士の間隔が狭くなって光の密度が高まると、封止樹脂５０に含有される蛍光体に当たる光の密度も高くなり、蛍光体自体も発熱する。そこで、発光装置１では、封止樹脂５０内の蛍光体を沈降させて実装基板１０に近付けることにより、蛍光体自体の放熱性も向上させて、熱を発散させやすくする。

図１０は、封止樹脂５０の模式的な断面図である。上記の通り、封止樹脂５０は、複数種類の蛍光体として緑色蛍光体６１と赤色蛍光体６２を含有する。このうち、緑色蛍光体６１は、赤色蛍光体６２と比べて粒径と重量が大きい。そこで、発光装置１の製造時に、封止樹脂５０が硬化していない状態で緑色蛍光体６１と赤色蛍光体６２を沈降させることにより、両者の比重が異なることに起因して、封止樹脂５０内には、緑色蛍光体６１を多く含む層と、赤色蛍光体６２を多く含む層と、どちらの蛍光体もほとんど含まない樹脂層が形成される。すなわち、封止樹脂５０は、緑色蛍光体６１を主に含む第１の層５１、赤色蛍光体６２を主に含む第２の層５２、ならびに第１の層５１および第２の層５２より緑色蛍光体６１および赤色蛍光体６２の濃度が低い第３の層５３を実装基板１０に近い側からこの順に有する。

例えば、シリコーン樹脂の熱伝導率は０．１〜０．４Ｗ／ｍＫ程度であるのに対し、蛍光体の熱伝導率は、それよりも大幅に高い９〜１４Ｗ／ｍＫ程度である。また、同じ蛍光体でも、赤色蛍光体より緑色蛍光体の方が熱伝導率は高い。したがって、第１の層５１、第２の層５２および第３の層５３が実装基板１０に近い側からこの順に形成されることにより、封止樹脂５０内では、実装基板１０に近付くほど熱伝導率が高くなる。このため、このような多層構造を有しない場合と比べて、発光装置１では、封止樹脂５０の領域全体から、より効率よく実装基板１０に熱を伝えることができる。そして、実装基板１０の材質は放熱性に優れたアルミニウムであるため、発光装置１では、ＬＥＤ素子３０の充填率を高くしても十分な放熱が可能になる。

図１１は、発光エリアの大きさと発光強度との関係を示すグラフである。グラフの横軸は円形の発光エリアの直径ｄ（ｍｍ）を示し、縦軸は発光エリアからの発光強度Ｉ（ｃｄ）を示す。例えば、発光エリアの直径が８．５ｍｍ，１４．５ｍｍである発光装置は、それぞれ上記の発光装置１，１００に対応する。発光エリア内の素子数は同じであると仮定すると、グラフ内に矢印で示すように、発光エリアが小さくなるほど発光強度は高くなる。なお、発光エリアを小さくしてＬＥＤ素子同士の間隔を狭くするだけでなく、図１０を用いて説明したように封止樹脂５０内で蛍光体を沈降させることによっても、発光強度は数％向上する。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、発光装置１の製造工程を説明するための模式図である。発光装置１の製造時には、まず図２（Ａ）〜図２（Ｆ）に示した実装基板１０、回路基板２０および反射枠４０を用意し、それらを接着させて、回路基板２０の開口部２１内における実装基板１０の上面に、図１２（Ａ）に示すようにＬＥＤ素子３０を実装する。また、ＬＥＤ素子３０に電力を供給するための１組の接続電極２４Ａ，２４Ｂを、回路基板２０の開口部２１の周囲に予め形成しておく。

続いて、図１２（Ｂ）に示すように、緑色蛍光体６１と赤色蛍光体６２を含有する封止樹脂５０を開口部２１に注入して、ＬＥＤ素子３０を封止する。このときは、封止樹脂５０はまだ硬化しておらず、緑色蛍光体６１と赤色蛍光体６２は封止樹脂５０の層内に分散した状態である。なお、回路基板２０の上面には、レンズを固定できるように、封止樹脂５０を取り囲む平坦な環状領域Ｓ（図３を参照）が残される。

そして、図１２（Ｂ）に示す状態で、実装基板１０を水平に保ち、また環境温度を封止樹脂５０が硬化しない温度に保って、例えば１２時間など、緑色蛍光体６１と赤色蛍光体６２が自重により沈降するのに十分な時間だけ待つ。これにより、図１２（Ｃ）に示すように、緑色蛍光体６１を多く含む第１の層５１と、赤色蛍光体６２を多く含む第２の層５２と、どちらの蛍光体もほとんど含まない第３の層５３が実装基板１０に近い側から順に積層される。すなわち、蛍光体が種類ごとに層状に沈降した状態になる。そして、この後で、例えば加熱により封止樹脂５０を硬化させることで、完成品の発光装置１が得られる。

さらに、発光装置１の接続電極２４Ａ，２４Ｂにコネクタ８０を接続し、ＬＥＤ素子３０から封止樹脂５０を通して出射した光を集光するレンズ７０を回路基板２０の上に載置する。その際、図５に示したように、レンズ７０は、その下端（底面７１）を回路基板２０上の接続電極２４Ａ，２４Ｂ（コネクタ８０）と封止樹脂５０との間にある平坦な環状領域Ｓに接触させて、封止樹脂５０を覆うように載置される。これにより、レンズ７０付きの発光装置１’が得られる。

以上説明したように、発光装置１では、回路基板２０の上面にレンズ７０を載置するための平坦な環状領域Ｓを確保し、その分発光エリアを狭くすることで、装置の正面方向に光を集中させるとともに、レンズを使用したときの光の利用効率を向上させることが可能になる。また、発光装置１では、封止樹脂５０内で緑色蛍光体６１と赤色蛍光体６２を種類ごとに層状に沈降した状態で硬化させることにより、発光により生じる熱を効率的に放出させて発光強度を向上させることが可能になる。

１，１’ 発光装置
１０ 実装基板
２０ 回路基板
３０ ＬＥＤ素子
４０ 反射枠
５０ 封止樹脂
５１ 第１の層
５２ 第２の層
５３ 第３の層
６１ 緑色蛍光体
６２ 赤色蛍光体
７０ レンズ

Claims (8)

1. 複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子が実装領域内に実装され、前記複数の発光素子に電力を供給するための１組の電極が前記実装領域の周囲に配置された基板と、
   前記複数の発光素子からの出射光により励起される蛍光体を含有し、前記実装領域上で前記複数の発光素子を封止する封止樹脂と、
   前記基板上の前記１組の電極と前記封止樹脂との間にある平坦な領域に下端を接触させて前記封止樹脂を覆うように載置され、前記複数の発光素子から前記封止樹脂を通して出射した光を集光する光学素子と、
   を有することを特徴とする発光装置。
2. 前記光学素子は、底面に設けられた凹部内に前記封止樹脂が収容されるように、前記基板上の前記平坦な領域に前記底面を接触させて載置され、前記複数の発光素子から前記封止樹脂を通して側方に出射した光を上方に全反射させる傾斜した側面を有する、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記１組の電極にはコネクタが接続され、
   前記光学素子は、前記コネクタと前記封止樹脂との間にある前記基板上の平坦な環状領域に載置されている、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記封止樹脂は、複数種類の蛍光体を含有し、前記蛍光体が種類ごとに層状に沈降した状態で硬化している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記封止樹脂は、
   前記複数種類の蛍光体として緑色蛍光体と赤色蛍光体を含有し、
   前記緑色蛍光体を主に含む第１の層、前記赤色蛍光体を主に含む第２の層、ならびに前記第１の層および前記第２の層より前記緑色蛍光体および前記赤色蛍光体の濃度が低い第３の層を前記基板に近い側から順に有する、請求項４に記載の発光装置。
6. 前記複数の発光素子は、複数のＬＥＤ素子であり、
   前記封止樹脂により覆われる前記実装領域における前記複数のＬＥＤ素子が占める面積の割合が３０％〜５０％である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 基板上の実装領域内に複数の発光素子を実装する工程と、
   前記複数の発光素子に電力を供給するための１組の電極を前記基板上の前記実装領域の周囲に形成する工程と、
   前記複数の発光素子からの出射光により励起される蛍光体を含有する封止樹脂により、前記実装領域上で前記複数の発光素子を封止する工程と、
   前記複数の発光素子から前記封止樹脂を通して出射した光を集光する光学素子の下端を前記基板上の前記１組の電極と前記封止樹脂との間にある平坦な領域に接触させて、前記封止樹脂を覆うように前記光学素子を載置する工程と、
   を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
8. 前記封止する工程では、複数種類の蛍光体を含有する封止樹脂を前記実装領域上に注入し、前記蛍光体を種類ごとに層状に沈降させた後で、前記封止樹脂を硬化させる、請求項７に記載の製造方法。

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