JP2019032563A - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子からの光を波長変換するときに波長変換部材で発生する熱の放熱効率を向上させることができる発光装置などを提供する。【解決手段】本発明に係る発光装置（３０）は、複数の発光素子（２）と、基板（１）と、枠部材（３）と、蛍光体分散ガラス板（４）、放熱部材（５）とを備え、基板と蛍光体分散ガラス板との間には、空気または不活性ガスが充填されており、発光素子の上面と蛍光体分散ガラス板とが当接した状態であり、蛍光体分散ガラス板は、透明なシリコーン樹脂または透明な無機系接着剤により、発光素子および枠部材と接着されている。【選択図】図６

Description

本発明は、発光素子が発した光の波長を変換する波長変換部材を含む発光装置、および該発光装置を備えた照明装置に関する。

近年、発光装置の光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられることが多くなっている。このようなＬＥＤを用いた発光装置として、基板に対してＬＥＤのベアチップを配置し、各ＬＥＤチップをボンディングワイヤで電気的に接続して基板に実装したものがある。

このような従来の発光装置に関連して、特許文献１および２に開示された発光装置が挙げられる。

特許文献１に記載されている発光装置は、発光ダイオード、蛍光体層、および熱伝導性が高い透明なプレートを備えている。発光ダイオードは、透明シリコーンで封止されている。上記プレートは、サファイアプレート、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）プレート、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法によるダイヤモンドプレート、ガラスプレート上のＣＶＤ ＳｉＣ、ガラスプレート上のＣＶＤダイヤモンド、ガラスプレート、酸化亜鉛（ＺｎＯ）プレート、または水晶プレートのいずれかである。上記プレートは、蛍光体層の、発光ダイオードと対向する面とは逆側の面に取り付けられている。

また、特許文献２には、硫化物系蛍光体粒子の表面を酸化物により被覆した酸化物被覆蛍光体粒子と、鉛を実質的に含有しないガラス粉末とを混合し、焼結して得られた酸化物被覆蛍光体含有ガラスシートが記載されている。

特表２０１２−５３１０４０号公報（２０１２年１２月６日公表） 特開２００８−１１５２２３号公報（２００８年５月２２日公表）

しかしながら、特許文献１に記載されている発明においては、蛍光体層を構成する材料について開示されていない。このような蛍光体層は、一般には蛍光体およびシリコーン樹脂などの保持材から構成される。この場合、シリコーン樹脂の熱伝導率および耐熱性は低いため、蛍光体層からプレートへ熱を逃がしにくい。このため、蛍光体層が高温になりやすく、発光装置の明るさおよび信頼性が低下しやすいという問題がある。

また、特許文献２には、酸化物被覆蛍光体含有ガラスシートで発生する熱については何ら記載されていない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、波長変換部材を用いて発光素子からの光を波長変換するときに波長変換部材で発生する熱の放熱効率を向上させることができる発光装置などを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置は、複数の発光素子と、複数の上記発光素子が実装されている基板と、複数の上記発光素子が発する光の波長を変換する波長変換部材とを備え、上記基板と上記波長変換部材との間には、空気または不活性ガスが充填され、上記波長変換部材は、上記光の波長を変換する蛍光体と、上記蛍光体を保持する保持材とを含み、上記保持材は、高熱伝導材料を含み、少なくとも１つの上記発光素子と上記波長変換部材とは、互いに接触している。

本発明の一態様に係る発光装置によれば、波長変換部材で発生する熱の放熱効率を向上させることができるという効果を奏する。

（ａ）は本発明の実施形態１に係る発光装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は蛍光体分散ガラス板の断面図である。 本発明の比較例である発光装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態１に係る発光装置および比較例１の発光装置における、投入電力と、蛍光体分散ガラス板の中央部の温度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は本発明の実施形態１に係る発光装置および比較例１の発光装置における、投入電力と全光束比との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る発光装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態２および実施形態１に係る発光装置、並びに比較例１の発光装置における、投入電力と、蛍光体分散ガラス板の中央部の温度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は本発明の実施形態２および実施形態１に係る発光装置、並びに比較例１の発光装置における、投入電力と全光束比との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態３に係る発光装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態３および実施形態１に係る発光装置、並びに比較例１の発光装置における、投入電力と、蛍光体分散ガラス板の中央部の温度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は本発明の実施形態３および実施形態１に係る発光装置、並びに比較例１の発光装置における、投入電力と全光束比との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態４に係る発光装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態４および実施形態１に係る発光装置、並びに比較例１の発光装置における、投入電力と、蛍光体分散ガラス板の中央部の温度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は本発明の実施形態４および実施形態１に係る発光装置、並びに比較例１の発光装置における、投入電力と全光束比との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態５に係る発光装置および比較例２の発光装置における、投入電力と全光束比との関係を示すグラフである。 （ａ）は、本発明の実施形態１〜５に係る発光装置が備える蛍光体分散ガラス板を、照明光出力側から見た断面図であり、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、本発明の実施形態６に係る発光装置が備える蛍光体分散ガラス板を、照明光出力側から見た断面図である。 本発明の実施形態７に係る照明装置の構成を示す断面図である。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について、図１〜図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態では、発光装置１０について説明する。発光装置１０において、発光素子２から出射された励起光の波長を変換する蛍光体分散ガラス板４（波長変換部材）は、高熱伝導部材である無機ガラスを含んでいる。また、発光装置１０は、基板１と蛍光体分散ガラス板４との間に、封止材６を備えている。蛍光体分散ガラス板４は、蛍光体が無機ガラスに保持されている構成であるため、蛍光体がシリコーン樹脂に保持されている構成と比較して、蛍光体で発生した熱を他の部材へ伝えやすく、また耐熱性が高い。

図１の（ａ）は、本実施形態に係る発光装置１０の構成を示す断面図である。図１の（ａ）に示すように、発光装置１０は、基板１、発光素子２、枠部材３（支持部材）、蛍光体分散ガラス板４、放熱部材５、および封止材６を備える。発光装置１０は、上側方向に照明光を出力する。ここで、上側方向とは、発光素子２から蛍光体分散ガラス板４へ向かう方向である。

（基板１）
基板１は、平板状の矩形形状のＣＯＢ（Chip On Board）基板である。基板１の形状は、このような矩形形状に限定されず、必要に応じて任意の形状を採用することができる。基板１の構成材料は、アルミニウムなどの金属材料、またはセラミックスなどの無機材料とすることが望ましい。

本実施形態では、基板１の構成材料をアルミニウムとし、このアルミニウムの表面上に絶縁層を形成している。アルミニウムの熱伝導率は、２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるため、絶縁層を除く基板１の熱伝導率は、２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）となる。

基板１上には、複数の発光素子２が実装されている。また、基板１は、電極（不図示）を備えており、この電極を介して発光素子２に電力が供給される。基板１は、ネジなどにより、取付孔（不図示）を介して放熱部材５に接続される。

（発光素子２）
発光素子２は、蛍光体分散ガラス板４に向けて励起光を発する励起光源である。発光素子２は、例えば、ＬＥＤのベアチップ（以下、単に「ＬＥＤチップ」という）等で構成される。本実施形態では、複数のＬＥＤチップが基板１上に実装されている。複数のＬＥＤチップの基板１への実装は、フェイスアップ（ワイヤーボンド）およびフェイスダウン（フリップチップ）のいずれであっても良い。

（枠部材３）
枠部材３は、蛍光体分散ガラス板４を支持する環状の支持部材である。枠部材３は、蛍光体分散ガラス板４の、発光素子２と対向する面の外周部と接している。発光素子２が鉛直上方に励起光を発するように発光装置１０を配置した場合、枠部材３上に蛍光体分散ガラス板４が載置される位置関係となる。また、枠部材３は、基板１上に配されている。枠部材３の材質は、樹脂である。

（蛍光体分散ガラス板４）
図１の（ｂ）は、発光装置１０が備える蛍光体分散ガラス板４の断面図である。図１の（ｂ）に示すように、蛍光体分散ガラス板４は、保持材４ａと、蛍光体４ｂとを含む。

蛍光体分散ガラス板４は、発光素子２が発した励起光の波長を変換する蛍光体４ｂを、保持材４ａで保持（封止）したものである。本実施形態の蛍光体分散ガラス板４は、直径１０ｍｍ、高さ０．４ｍｍの円柱形状に形成されているが、これに限らず、任意の大きさおよび形状に形成することができる。

保持材４ａは、高熱伝導材料を含んで構成される。高熱伝導材料の熱伝導率は、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。高熱伝導材料の例としては、無機ガラスまたはセラミックス、あるいはそれらの混合物が挙げられる。無機ガラスの例としては、シリカガラス（室温での熱伝導率１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ホウケイ酸ガラス（室温での熱伝導率１．１Ｗ／（ｍ・Ｋ））、またはソーダガラス（室温での熱伝導率１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ））などが挙げられる。また、セラミックスの例としては、サファイア（室温での熱伝導率４２Ｗ／（ｍ・Ｋ））またはアルミナ（室温での熱伝導率３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））などが挙げられる。

なお、シリカガラス、ソーダガラス、およびアルミナの熱伝導率の値は、（株）センスビーのホームページ（URL:http://www.sensbey.co.jp/pdffile/materialpropety.pdf）に記載されている技術情報の、各種物質の熱的性質に基づく値である。ホウケイ酸ガラスの熱伝導率の値は、英興（株）のホームページ（URL:http://www.duran-glass.com/feature/heat.html）に記載されている製品情報の、ホウケイ酸ガラスの熱特性に基づく値である。サファイアの熱伝導率の値は、日本セラミック協会の協会誌「セラミックス」４２（２００７）Ｎｏ．６に記載されている値である。

本実施形態において、蛍光体分散ガラス板４の保持材４ａは、シリカガラスである。このため、シリコーン樹脂などの樹脂材料を主材料とする従来の構成と比較して、高温耐性が高く、割れや変性が生じにくく、特性や信頼性の低下を抑制することができる。

蛍光体分散ガラス板４に含める蛍光体４ｂとしては、特に限定されないが、例えば、無機蛍光体粒子を用いることが望ましい。本実施形態では、蛍光体４ｂとして、イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋；通常、ＹＡＧ蛍光体と称される）を使用している。

本実施形態における蛍光体分散ガラス板４の熱伝導率は、上述した通り、保持材４ａをシリカガラスとしているので、１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。

（放熱部材５）
放熱部材５は、熱伝導性の高い金属材料で構成されるヒートシンクである。放熱部材５は、基板１から熱を受け取る機能、および熱を外気に放熱させる機能を有する。図１に示すように、放熱部材５は、紙面に対して下側に鋸刃状の放熱フィンを備えることで、より放熱効果を向上させている。

本実施形態における放熱部材５の構成材料は、アルミニウムであるが、これに限定されない。アルミニウムの熱伝導率は、２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。このため、本実施形態における放熱部材５の熱伝導率は、約２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）となる。

（封止材６）
封止材６は、基板１と蛍光体分散ガラス板４との間に充填されている部材である。封止材６は、発光素子２を封止している。本実施形態では、封止材６は、熱硬化性および透明性を有する樹脂、具体的には透明なシリコーン樹脂で構成されている。シリコーン樹脂の熱伝導率は、０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

また、封止材６を構成するシリコーン樹脂の一部は、枠部材３と蛍光体分散ガラス板４との間の領域に入り込んでいる。このとき、封止材６を構成するシリコーン樹脂の一部は、枠部材３と蛍光体分散ガラス板４とを接着する接着剤としても機能する。

シリコーン樹脂により、封止材６を形成するとともに、枠部材３と蛍光体分散ガラス板４とを接着する手順を説明する。まず、基板１を、発光素子２が実装されている面が鉛直上方を向くように配置する。次に、枠部材３を、発光素子２を囲むように、基板１上に載置する。

次に、枠部材３に囲まれた領域の内側に、熱硬化前のシリコーン樹脂を、枠部材３の高さよりわずかに高くなるように流し込む。このとき、シリコーン樹脂は、表面張力により、枠部材３の内側にとどまった状態となる。さらに、蛍光体分散ガラス板４を、枠部材３の上に載置する。その状態で、シリコーン樹脂を熱硬化させることで、封止材６が形成され、同時に枠部材３と蛍光体分散ガラス板４とが接着される。

（発光装置１０の効果）
上述した通り、蛍光体分散ガラス板４は、保持材４ａに蛍光体４ｂが分散されている構成である。上述した通り、保持材４ａは、熱伝導率が１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるシリカガラスで構成されている。このため、蛍光体４ｂの粒子で発生した熱は、効率よく保持材４ａへ放熱される。また、保持材４ａは、シリカガラスで構成されているため、耐熱性が高い。

また、上述した通り、発光装置１０では、基板１と蛍光体分散ガラス板４との間の領域が封止材６により封止されている。本実施形態において封止材６は、上述した通り、透明なシリコーン樹脂である。

空気の熱伝導率は、２０℃においては０．０２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、２００℃においては０．０３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。これに対し、シリコーン樹脂の熱伝導率は、２０℃において、０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。すなわち、２０℃において、シリコーン樹脂の熱伝導率は、空気の熱伝導率の約６倍である。

したがって、複数の発光素子２からの光の波長を、蛍光体分散ガラス板４により変換する過程において、蛍光体分散ガラス板４の蛍光体４ｂで生じた熱は、保持材４ａおよび封止材６を介して基板１へ放熱される。このため、蛍光体分散ガラス板４の温度上昇、および当該温度上昇に起因する蛍光体の発光効率の低下を抑制することができる。発光装置１０が有する温度上昇の抑制効果は、特に温度が最も上昇しやすい蛍光体分散ガラス板４の中央部において顕著である。

また、無機ガラスの熱伝導率は、シリコーン樹脂より高く、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度のオーダーである。したがって、発光装置１０において、封止材６としてシリコーン樹脂の代わりに無機ガラスを用いれば、蛍光体分散ガラス板４の温度上昇をさらに抑制することができる。

また、上述した通り、発光装置１０においては、シリコーン樹脂は、封止材６としてだけでなく、枠部材３と蛍光体分散ガラス板４とを接着する接着剤としても機能する。シリコーン樹脂は、枠部材３と蛍光体分散ガラス板４とを接着するのに十分な接着力を有するため、別の接着剤を用いる必要がない。

（実験結果）
本願発明者は、実施例１として、発光装置１０を試作し、発光素子２を発光させた場合の、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度を測定した。また、本願発明者は、比較例１として、基板１と蛍光体分散ガラス板４との間に、封止材６の代わりに空気が充填されている発光装置１０Ｒを試作し、蛍光体分散ガラス板の中央部の温度を測定した。

図２は、比較例１としての発光装置１０Ｒの構成を示す断面図である。発光装置１０Ｒにおいて、蛍光体分散ガラス板４と枠部材３とは、接着剤（不図示）により固定されている。

図３の（ａ）は、発光装置１０および発光装置１０Ｒにおける、投入電力と、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度との関係を示すグラフである。図３の（ａ）に示すように、投入電力が同じであれば、発光装置１０が備える蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度は、発光装置１０Ｒが備える蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度より低かった。ここで、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度とは、蛍光体分散ガラス板４の、発光素子２と対向する面とは逆側の面の中央部の温度を指す。つまり、発光装置１０においては、蛍光体分散ガラス板４の温度上昇が、発光装置１０Ｒより抑制されている。

また、発光装置１０および発光装置１０Ｒについて、投入電力と、それぞれの発光装置が発する全光束との関係を測定した。

図３の（ｂ）は、発光装置１０および発光装置１０Ｒにおける、投入電力と全光束比との関係を示すグラフである。ここで、全光束比とは、発光装置１０Ｒにおいて、投入電力を１１Ｗとした場合における全光束を１としたときの、全光束の比率である。

図３の（ｂ）に示すように、投入電力が同じであれば、発光装置１０の全光束比は、発光装置１０Ｒの全光束比より大きい。また、発光装置１０においては、発光装置１０Ｒより、投入電力の増大に伴う全光束比の向上の効率が高い。

つまり、発光装置１０は、封止材６を備えることで、蛍光体分散ガラス板４に含まれる蛍光体４ｂの発光効率の、熱による低下を抑制された、輝度が高い発光装置である。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図４および図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態に係る発光装置は、発光素子２と蛍光体分散ガラス板４とが接触している点で発光装置１０と異なる。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図４は、本実施形態に係る発光装置２０の構成を示す断面図である。図４に示すように、本実施形態に係る発光装置２０は、発光装置１０と同様に、基板１、発光素子２、枠部材３、蛍光体分散ガラス板４、放熱部材５、および封止材６を備える。

本実施形態では、基板１に対する枠部材３の高さは、基板１に対する発光素子２の高さとほぼ等しい。このため、発光装置２０においては、発光素子２と蛍光体分散ガラス板４とは、互いに接触している。

また、本実施形態では、発光素子２は、フリップチップ方式で基板上に実装されている。フリップチップ方式では、Ａｕワイヤーなどによるワイヤーボンディングの必要がない。このため、発光素子２の実装用のワイヤーに邪魔されることなく、蛍光体分散ガラス板４を発光素子２の上面に接触させることができる。したがって、（ｉ）発光素子２の、蛍光体分散ガラス板４と対向する面と、（ｉｉ）蛍光体分散ガラス板４の、発光素子２と対向する面と、がほぼ接している。

発光装置２０において、封止材６は、発光素子２と蛍光体分散ガラス板４との間、および枠部材３と蛍光体分散ガラス板４との間に入り込んでいる（不図示）。発光素子２と蛍光体分散ガラス板４との間、および枠部材３と蛍光体分散ガラス板４との間に入り込んでいるシリコーン樹脂の厚さは約数十ミクロンであり、発光素子２と蛍光体分散ガラス板４と、および枠部材３と蛍光体分散ガラス板４とを接着する接着剤として機能する。

（発光装置２０の効果）
上述した通り、発光装置２０では、発光素子２と蛍光体分散ガラス板４とが、互いに接触している。例えば、発光素子２がサファイア基板を有するフリップチップである場合、発光素子２の熱伝導率は、４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。この値は、封止材６を構成するシリコーン樹脂の熱伝導率（０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ））より、はるかに高い値である。

したがって、蛍光体分散ガラス板４で生じた熱は、熱伝導率が高い発光素子２を経由して基板１へ放熱される。よって、発光装置２０は、発光装置１０よりさらに、蛍光体分散ガラス板４の温度上昇、および当該温度上昇による蛍光体４ｂの発光効率の低下を抑制できるという効果を奏する。

また、基板１と蛍光体分散ガラス板４との距離が小さくなることも、蛍光体分散ガラス板４から基板１への放熱効率の向上に寄与する。

なお、発光装置２０においては、全ての発光素子２と蛍光体分散ガラス板４とが、互いに接触している。しかし、少なくとも１つの発光素子２と蛍光体分散ガラス板４とが互いに接触していれば、全ての発光素子２が蛍光体分散ガラス板４から離隔している構成と比較して、放熱効率を向上させることができる。

（実験結果）
本願発明者は、実施例２として、発光装置２０を試作し、発光素子２を発光させた場合の、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度、および全光束比を測定した。

図５の（ａ）は、発光装置２０、発光装置１０および発光装置１０Ｒ（図２参照）における、投入電力と、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度との関係を示すグラフである。また、図５の（ｂ）は、発光装置２０、発光装置１０および発光装置１０Ｒにおける、投入電力と、それぞれの発光装置が発する全光束比との関係を示すグラフである。

図５の（ａ）に示すように、投入電力が同じであれば、発光装置２０では、発光装置１０よりさらに、蛍光体分散ガラス板４の、発光素子２と対向する面とは逆側の面の中央部の温度が低かった。つまり、発光装置２０においては、発光装置１０よりさらに蛍光体分散ガラス板４の温度上昇が抑制されている。

また、図５の（ｂ）に示すように、投入電力が同じであれば、発光装置２０の全光束比は、発光装置１０の全光束比よりさらに大きい。また、発光装置２０においては、投入電力の増大に伴う全光束比の向上の効率が、発光装置１０よりさらに高い。

つまり、発光装置２０は、発光装置１０よりもさらに、蛍光体分散ガラス板４に含まれる蛍光体４ｂの発光効率の、熱による低下を抑制された、輝度が高い発光装置である。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図６および図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態に係る発光装置は、封止材６を有しない点で発光装置２０と異なる。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図６は、本実施形態に係る発光装置３０の構成を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態に係る発光装置３０は、基板１、発光素子２、枠部材３、蛍光体分散ガラス板４、および放熱部材５を備える。

発光装置３０においては、発光装置２０とは異なり、基板１と蛍光体分散ガラス板４との間には、空気または不活性ガスが充填されている。一方で、発光装置３０においては、発光装置２０と同様、発光素子２の上面と蛍光体分散ガラス板４とが当接した状態である。蛍光体分散ガラス板４は、透明なシリコーン樹脂または透明な無機系接着剤により、発光素子２および枠部材３と接着されている。

実施形態２で説明した通り、発光素子２の熱伝導率は、空気またはシリコーン樹脂と比較して、極めて高い。したがって、蛍光体分散ガラス板４で生じた熱は、基板１と蛍光体分散ガラス板４との間が封止材で封止されていなくとも、発光素子２を経由して基板１へ効率よく放熱される。

例えば、仮に発光装置３０が備える発光素子２の数が１つである場合、蛍光体分散ガラス板４の面積が概ね同じであれば、蛍光体分散ガラス板４に入射する励起光のエネルギーの総和は、発光素子２が複数存在する場合と比較して小さい。そのような場合においては、波長変換により蛍光体分散ガラス板４において生じる熱が小さくなるため、蛍光体分散ガラス板４の温度と発光素子２の温度との差が小さい。したがって、発光素子２と蛍光体分散ガラス板４とが接触することによる放熱効果も小さい。

しかし、発光装置３０は、複数の発光素子２を備える。このため、蛍光体分散ガラス板４に入射する励起光のエネルギーの総和は、発光素子２が１つだけ存在する場合と比較して大きい。このため、蛍光体分散ガラス板４の温度は発光素子２の温度より高く、また温度差は大きくなる。

したがって、発光装置３０においては、発光素子２と蛍光体分散ガラス板４とが接触することによって、放熱効率が向上するという効果が得られる。この効果は、発光素子２の数が多くなるにつれて、顕著なものとなる。

本願発明者は、実施例３として発光装置３０を試作し、発光素子２を発光させた場合の、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度、および全光束比を測定した。

図７の（ａ）は、発光装置３０、発光装置１０および発光装置１０Ｒ（図２参照）における、投入電力と、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度との関係を示すグラフである。また、図７の（ｂ）は、発光装置３０、発光装置１０および発光装置１０Ｒにおける、投入電力と、それぞれの発光装置が発する全光束比との関係を示すグラフである。

図７の（ａ）に示すように、投入電力が同じであれば、発光装置３０では、発光装置２０と同様、発光装置１０よりさらに、蛍光体分散ガラス板４の、発光素子２と対向する面とは逆側の面の中央部の温度が低かった。つまり、発光装置３０においては、発光装置１０より蛍光体分散ガラス板４の温度上昇が抑制されている。

また、図７の（ｂ）に示すように、投入電力が同じであれば、発光装置３０の全光束比は、発光装置１０の全光束比より大きい。また、発光装置３０においては、投入電力の増大に伴う全光束比の向上の効率が、発光装置１０より高い。

発光装置３０と発光装置２０とで、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度および全光束比は、ほぼ同じである。ただし、発光装置２０は、基板１と蛍光体分散ガラス板４との間が、空気および不活性ガス（例えば、アルゴンの熱伝導率は０．０１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）（２７℃）である）より高い熱伝導率を有する封止材６で封止されている。このため、発光装置２０における蛍光体分散ガラス板４からの放熱効率は、発光装置３０における蛍光体分散ガラス板４からの放熱効率よりわずかに高い。このため、発光装置２０の方が、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度がわずかに低く、全光束比がわずかに大きい。

つまり、発光装置３０は、発光装置１０よりも、蛍光体分散ガラス板４に含まれる蛍光体４ｂの発光効率の、熱による低下を抑制された、輝度が高い発光装置である。

なお、本実施形態の発光装置３０の構成は、以下のようにも表現できる。

すなわち、本発明の一態様に係る光源装置は、複数の発光素子と、複数の上記発光素子が実装されている基板と、複数の上記発光素子が発する光の波長を変換する蛍光体分散ガラス板とを備え、上記基板と上記蛍光体分散ガラス板との間には、空気または不活性ガスが充填され、上記蛍光体分散ガラス板は、上記光の波長を変換する蛍光体と、上記蛍光体を保持する保持材とを含み、上記保持材は、高熱伝導材料を含み、少なくとも１つの上記発光素子と上記蛍光体分散ガラス板とは、互いに接触している。

当該構成によれば、波長変換部材において、蛍光体で発生した熱は、高熱伝導材料を含む保持材へ放熱される。また、発光素子と波長変換部材とが互いに接触しているため、蛍光体から保持材へ放熱された熱は、さらに発光素子を経由して基板へと放熱される。したがって、波長変換部材で発生する熱の放熱効率を向上させることができる。

〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、図８および図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態に係る発光装置は、封止材６にフィラー７（熱伝導性フィラー）が分散されている点で発光装置１０と異なる。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図８は、本実施形態に係る発光装置４０の構成を示す断面図である。図８に示すように、本実施形態に係る発光装置４０は、基板１、発光素子２、枠部材３、蛍光体分散ガラス板４、放熱部材５、封止材６およびフィラー７を備える。

フィラー７は、封止材６の内部に分散されている、高熱伝導材料の粒子である。本実施形態では、フィラー７は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉末である。アルミナの熱伝導率は、３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

フィラー７を封止材６の内部に分散させることで、封止材６の熱伝導率が向上する。このため、波長変換により生じた蛍光体分散ガラス板４の熱が、封止材６を介して基板１へ伝わりやすくなる。

本願発明者は、実施例４として発光装置４０を試作し、発光素子２を発光させた場合の、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度、および全光束比を測定した。

図９の（ａ）は、発光装置４０、発光装置１０および発光装置１０Ｒ（図２参照）における、投入電力と、蛍光体分散ガラス板４の中央部の温度との関係を示すグラフである。また、図９の（ｂ）は、発光装置４０、発光装置１０および発光装置１０Ｒにおける、投入電力と、それぞれの発光装置が発する全光束比との関係を示すグラフである。

図９の（ａ）に示すように、投入電力が同じであれば、発光装置４０では、発光装置１０よりさらに、蛍光体分散ガラス板４の、発光素子２と対向する面とは逆側の面の中央部の温度が低かった。つまり、発光装置４０においては、発光装置１０よりさらに、蛍光体分散ガラス板４の温度上昇が抑制されている。

また、図９の（ｂ）に示すように、投入電力が同じであれば、発光装置４０の全光束比は、発光装置１０の全光束比よりさらに大きい。また、発光装置４０においては、投入電力の増大に伴う全光束比の向上の効率が、発光装置１０よりさらに高い。

つまり、発光装置４０は、発光装置１０よりもさらに、蛍光体分散ガラス板４に含まれる蛍光体４ｂの発光効率の、熱による低下を抑制された、輝度が高い発光装置である。

〔実施形態５〕
本発明の実施形態５について、図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態に係る発光装置は、蛍光体分散ガラス板４に含まれる蛍光体の種類が、発光装置１０〜４０とは異なる。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態に係る発光装置は、蛍光体分散ガラス板に含まれる蛍光体として、ＹＡＧ蛍光体の代わりにＢＯＳＥ（Barium Ortho-Silicate Europium）蛍光体を用いている。本実施形態に係る発光装置の構成は、蛍光体以外については、実施形態１に係る発光装置の構成と同様である。

ＢＯＳＥ蛍光体をはじめとするシリケート蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体と比較して、温度特性が悪い。具体的には、ＢＯＳＥ蛍光体の発光効率は、高温状態において、ＹＡＧ蛍光体より大きく低下する。

本願発明者は、実施例５として本実施形態に係る発光装置を試作し、発光素子を発光させた場合の、蛍光体分散ガラス板の中央部の温度、および全光束比を測定した。

図１０は、本実施形態に係る発光装置および比較例２の発光装置における、投入電力と全光束比との関係を示すグラフである。比較例２の発光装置とは、発光装置１０Ｒ（図２参照）において、蛍光体分散ガラス板４に含まれる蛍光体をＢＯＳＥ蛍光体に変更したものである。

図１０に示すように、本実施形態に係る発光装置の全光束比は、投入電力が同じ場合における比較例２の発光装置の全光束比より大幅に向上した。本実施形態に係る発光装置は、蛍光体分散ガラス板からの放熱効率が高いため、ＢＯＳＥ蛍光体のように、温度特性が非常に悪い蛍光体であっても、蛍光体分散ガラス板に含まれる蛍光体として好適に用いることができる。

〔実施形態６〕
本発明の実施形態６について、図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態に係る発光装置は、蛍光体分散ガラス板４の形状が上述した実施形態の発光装置と異なる。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１１の（ａ）は、実施形態１〜５に係る発光装置が備える蛍光体分散ガラス板４を、照明光出力側から見た平面図である。図１１の（ｂ）および（ｃ）は、本実施形態に係る発光装置の蛍光体分散ガラス板を、照明光出力側から見た平面図である。

実施形態１〜５に示した発光装置において、蛍光体分散ガラス板４の形状は、図１１の（ａ）に示すような円柱状であった。しかし、蛍光体分散ガラス板の形状は、例えば図１１の（ｂ）に示すような正方形の蛍光体分散ガラス板４Ａであってもよい。または、図１１の（ｃ）に示すような正六角形の蛍光体分散ガラス板４Ｂであってもよい。またはさらに別の形状であってもよく、必要に応じて任意の形状を採用することができる。

また、本実施形態においては、蛍光体分散ガラス板を支持する枠部材の形状も、蛍光体分散ガラス板の外周に沿うような形状に変更すればよい。

このように、発光装置が備える蛍光体分散ガラス板の形状を変更しても、当該発光装置は、実施形態１の発光装置１０と同様に、高い放熱効率を有する。

〔実施形態７〕
本発明の実施形態７について、図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態では、照明装置１００について説明する。この照明装置１００は、発光装置として実施形態１に記載した発光装置１０を用いている。

図１２に示すように、本実施形態の照明装置１００は、高天井照明などに用いられる照明装置であり、例えば、スポットライトやダウンライトなどである。図１２に示すように、本実施形態の照明装置１００は、発光装置１０と、筐体１１０と、透光板１２０とを備え、天井１３０に取り付けられている。

筐体１１０は、その内部に発光装置１０を格納している。筐体１１０は、発光装置１０から出力される照明光を遮光する遮光部材で構成すればよい。本実施形態では、筐体１１０の材料は、不燃材料であり、かつ熱伝導率が高いアルミニウムを用いている。また、筐体１１０の内部には、例えば、ドライエア（乾燥空気）が封入されている。ドライエアの露点温度は、例えば−３５℃であり、発光素子２および蛍光体分散ガラス板４など（図１の（ａ）参照）の温度上昇を抑制している。

透光板１２０は、筐体１１０の開口部を覆う透明なガラス板である。なお、透光板１２０の材料は、無機ガラスでなくてもよいが、熱に弱い樹脂材料などは用いないことが好ましい。

このような照明装置１００は、実施形態１で記載した通り、発光素子２および蛍光体分散ガラス板４の温度上昇が抑制されているため、従来と同じ投入電力で、より高い輝度の光を得ることができる。

照明装置１００は、上記した高天井照明のほか、道路照明などにも応用できる。また、照明装置１００に用いる発光装置は、発光装置１０の代わりに、例えば実施形態２〜６のいずれかの発光装置であってもよい。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る発光装置（１０）は、複数の発光素子（２）と、複数の上記発光素子が実装されている基板（１）と、複数の上記発光素子が発する光の波長を変換する波長変換部材（蛍光体分散ガラス板４）とを備え、上記基板と上記波長変換部材との間は、透明性を有する封止材（６）で封止され、上記波長変換部材は、上記光の波長を変換する蛍光体（４ｂ）と、上記蛍光体を保持する保持材（４ａ）とを含み、上記保持材は、高熱伝導材料を含む。

上記の構成によれば、波長変換部材において、蛍光体で発生した熱は、高熱伝導材料を含む保持材へ放熱される。また、基板と波長変換部材との間が封止材で封止されているため、蛍光体から保持材へ放熱された熱は、さらに封止材を経由して基板へと放熱される。したがって、波長変換部材で発生する熱の放熱効率を向上させることができる。

本発明の態様２に係る発光装置は、上記態様１において、上記高熱伝導材料は、熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。

上記の構成によれば、蛍光体で生じた熱は、効率よく高熱伝導材料を含む保持材へ放熱される。

本発明の態様３に係る発光装置は、上記態様２において、上記高熱伝導材料は、シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス、サファイア、またはアルミナのいずれかであることが好ましい。

上記の構成によれば、保持材に含まれる高熱伝導材料の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となる。

本発明の態様４に係る発光装置は、上記態様１から３のいずれかにおいて、上記波長変換部材を支持する支持部材（枠部材３）をさらに備え、上記封止材の一部は、上記支持部材と上記波長変換部材との間に入り込んでいることが好ましい。

上記の構成によれば、波長変換部材は、枠部材によって支持される。封止材は、枠部材と波長変換部材との間に入り込み、波長変換部材と枠部材とを接着する接着剤として機能する。したがって、波長変換部材と枠部材とを、別途接着剤を用いることなく接着することができる。

本発明の態様５に係る発光装置は、上記態様１から４のいずれかにおいて、少なくとも１つの上記発光素子と上記波長変換部材とは、互いに接触していることが好ましい。

上述の構成によれば、少なくとも１つの発光素子と波長変換部材とが互いに接触している。発光素子の熱伝導率は封止材の熱伝導率よりはるかに高いため、波長変換部材で発生した熱は、波長変換部材に接触している発光素子を経由して、効率よく基板へ放熱される。

本発明の態様６に係る発光装置は、上記態様５において、全ての上記発光素子と上記波長変換部材とは、互いに接触していることが好ましい。

上述の構成によれば、全ての発光素子と波長変換部材とが互いに接触している。したがって、波長変換部材で発生した熱は、全ての発光素子を経由して、より効率よく基板へ放熱される。

本発明の態様７に係る発光装置は、上記態様１から６のいずれかにおいて、上記封止材に、熱伝導性フィラー（フィラー７）が分散されていることが好ましい。

上述の構成によれば、封止材に熱伝導性フィラーが分散されることで、封止材の熱伝導率が向上する。したがって、波長変換部材の熱が、封止材を介して、基板へ放熱されやすくなる。

本発明の態様８に係る発光装置は、上記態様１から７のいずれかにおいて、上記蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体またはＢＯＳＥ蛍光体を含んでもよい。

上述の構成によれば、蛍光体がＹＡＧ蛍光体またはＢＯＳＥ蛍光体を含むため、発光素子が発する光をＹＡＧ蛍光体またはＢＯＳＥ蛍光体により波長変換することができる。

本発明の態様９に係る照明装置（１００）は、上記態様１から８のいずれかの発光装置を備えている。

上述の構成によれば、波長変換部材の、熱による波長変換効率の低下を抑制できるため、輝度の高い照明装置を実現できる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

なお、本発明は、以下のようにも表現され得る。

本発明の一態様に係る発光装置は、複数の発光素子と、上記発光素子が実装されている基板と、上記発光素子が発する光の波長を変換する波長変換部材とを備え、上記基板と上記波長変換部材との間は、透明性を有する封止材で封止され、上記波長変換部材は、上記光の波長を変換する蛍光体と、上記蛍光体を保持する保持材とを含み、上記保持材は、高熱伝導材料を含む。

１ 基板
２ 発光素子
３ 枠部材（支持部材）
４ 蛍光体分散ガラス板（波長変換部材）
４ａ 保持材
４ｂ 蛍光体
５ 放熱部材
６ 封止材
７ フィラー（熱伝導性フィラー）
１０、２０、３０、４０ 発光装置
１００ 照明装置

Claims (7)

1. 複数の発光素子と、
   複数の上記発光素子が実装されている基板と、
   複数の上記発光素子が発する光の波長を変換する波長変換部材とを備え、
   上記基板と上記波長変換部材との間には、空気または不活性ガスが充填され、
   上記波長変換部材は、上記光の波長を変換する蛍光体と、上記蛍光体を保持する保持材とを含み、
   上記保持材は、高熱伝導材料を含み、
   少なくとも１つの上記発光素子と上記波長変換部材とは、互いに接触していることを特徴とする発光装置。
2. 上記高熱伝導材料は、熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 上記高熱伝導材料は、シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス、サファイア、またはアルミナのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 複数の上記発光素子と上記波長変換部材とは、互いに接触していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 全ての上記発光素子と上記波長変換部材とは、互いに接触していることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 上記蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体またはＢＯＳＥ蛍光体を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする照明装置。

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