JP2019125690A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の発光素子を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置を提供する。【解決手段】基板11と、基板11上に整列して配列された複数の発光素子20と、各々が、複数の発光素子20の各々上に透光性の接着層12を介して配置され、発光素子20側の底面と底面よりも小さな上面とを有し、底面から上面に向かうに従って発光素子20の配列方向に垂直な側方向の長さが小さくなる側面形状を有する複数の波長変換層30と、複数の波長変換層30の上面上に跨って配置された透光板40と、複数の発光素子20の各々の側面、複数の波長変換層30の外縁部をなす側面及び透光板40の側面を覆う反射樹脂14と、を有し、複数の波長変換層30の各々における隣接する他の波長変換層30に面する側面の各々は、基板11に垂直な方向に延びている。【選択図】図1C

Description

本発明は、例えば発光ダイオードなどの発光素子を含む発光装置に関する。
発光装置は、例えば、端子や配線などが設けられた基板と、当該基板上に実装された少なくとも1つの発光素子とを含む。また、例えば、照明用途に用いる場合、当該発光装置は、例えば、発光素子上に配された蛍光体層などの波長変換体を有する。例えば、特許文献1には、複数の発光素子と、当該複数の発光素子の上に設けられた蛍光体含有膜と、当該蛍光体含有膜上に設けられた透明板材と、を含む発光装置が開示されている。
特開2015-138838号公報
発光装置は、種々の環境下でも安定して発光動作することが好ましい。特に、車両用灯具に用いられる場合などを考慮すると、発光装置は、大電流で駆動された場合でも長時間に亘って安定して発光し続けることが好ましい。また、複数の発光素子を有する発光装置においては、その発光素子の各々の動作が安定していることが求められる。また、発光装置は、高い光取り出し効率を有することが好ましい。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、複数の発光素子を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置を提供することを目的としている。
本発明による発光装置は、基板と、基板上に整列して配列された複数の発光素子と、各々が、複数の発光素子の各々上に透光性の接着剤を介して配置され、発光素子側の底面と底面よりも小さな上面とを有し、底面から上面に向かうに従って発光素子の配列方向に垂直な側方向の長さが小さくなる側面形状を有する複数の波長変換層と、複数の波長変換層の上面上に跨って配置された透光板と、複数の発光素子の各々の側面、複数の波長変換層の外縁部をなす側面及び透光板の側面を覆う反射樹脂と、を有し、複数の波長変換層の各々における隣接する他の波長変換層に面する側面の各々は、基板に垂直な方向に延びていることを特徴としている。
また、本発明による発光装置は、基板と、基板上に整列して配列された複数の発光素子と、各々が複数の発光素子の各々上に透光性の接着剤を介して配置された複数の波長変換層と、各々が、複数の波長変換層の各々上に配置され、波長変換層側の底面と底面よりも小さな上面とを有し、底面から上面に向かうに従って波長変換層の配列方向に垂直な側方向の長さが小さくなる側面形状を有する複数の個別透光板と、複数の個別透光板の上面上に跨って配置された共通透光板と、複数の発光素子の各々の側面、複数の波長変換層の各々の側面、複数の個別透光板の外縁部をなす側面及び共通透光板の側面を覆う反射樹脂と、を有し、複数の個別透光板の各々における隣接する他の個別透光板に面する側面の各々は、基板に垂直な方向に延びていることを特徴としている。
実施例1に係る発光装置の上面図である。 実施例1に係る発光装置の断面図である。 実施例1に係る発光装置の断面図である。 実施例1に係る発光装置における波長変換層の製造方法を示す図である。 実施例1に係る発光装置における波長変換層の製造方法を示す図である。 実施例1の変形例1に係る発光装置の上面図である。 実施例1の変形例1に係る発光装置の断面図である。 実施例1の変形例2に係る発光装置の上面図である。 実施例1の変形例2に係る発光装置の断面図である。 実施例1の変形例2に係る発光装置の断面図である。 実施例1の変形例3に係る発光装置の断面図である。 実施例1の変形例3に係る発光装置の断面図である。 実施例1の変形例4に係る発光装置の断面図である。 実施例1の変形例5に係る発光装置の断面図である。 実施例2に係る発光装置の上面図である。 実施例2に係る発光装置の断面図である。 実施例2に係る発光装置の断面図である。 実施例2の変形例1に係る発光装置の断面図である。 実施例2の変形例2に係る発光装置の断面図である。 実施例2の変形例3に係る発光装置の断面図である。 実施例2の変形例4に係る発光装置の断面図である。 実施例2の変形例5に係る発光装置の断面図である。 実施例2の変形例6に係る発光装置の断面図である。 実施例2の変形例6に係る発光装置の断面図である。 実施例2の変形例7に係る発光装置の断面図である。
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
図1Aは、実施例1に係る発光装置10の上面図である。また、図1B及び図1Cは、発光装置10の断面図である。なお、図1Bは、図1AのV1−V1線に沿った断面図である。また、図1Cは、図1AのV2−V2線に沿った断面図である。図1A〜図1Cを用いて、発光装置10の構成について説明する。まず、発光装置10は、実装基板(第1の基板、以下、単に基板と称する)11及び基板11上に整列して配列された複数の発光素子20を有する。
基板11は、例えば、発光素子20の各々への給電用の金属配線(図示せず)を有し、発光素子20の各々を実装する実装面を有する。本実施例においては、基板11は、平板形状を有し、その主面の一方を当該実装面として有する。基板11は、高い熱伝導性を有する材料、例えばAlNからなる。基板11の当該実装面は、発光素子20の各々を搭載する搭載面として機能し、発光素子20の各々は、基板11の当該実装面上に固定されている。
発光素子20の各々は、例えば、発光ダイオードなどの半導体発光素子である。発光素子20の各々は、例えば、支持基板(第2の基板)及び当該支持基板に支持された窒化物系半導体からなる光半導体層を含む。本実施例においては、発光素子20の各々は、基板11上にフリップチップ実装によって実装されている。
また、本実施例においては、発光素子20の各々は、矩形の上面形状を有する。また、発光素子20の各々は、基板11上に1列に整列して配列されている。本実施例においては、発光装置10は、2つの発光素子20を有する場合について説明する。発光素子20の各々は、発光装置10における発光素子アレイARを構成する。また、発光素子20の各々は、その全体で発光素子アレイARの発光面を形成する。
以下においては、基板11の実装面に平行な方向における発光素子20が配列された方向D1を発光素子20又は発光素子アレイARの配列方向と称する。また、当該発光素子20が配列された方向D1に垂直な方向D2を発光素子20又は発光素子アレイARの側方向と称する。
また、本実施例においては、発光素子アレイARは、発光素子20の配列方向D1に沿ってライン状に延びる配光を形成する。従って、発光素子20の配列方向D1は発光素子アレイARの長手方向に対応し、発光素子20の側方向D2は発光素子アレイARの短手方向に対応する。
なお、発光素子20の各々は、例えば複数列で配列されていてもよく、その場合でも、発光素子20が配列された方向は配列方向D1であり、これに垂直な方向は側方向D2である。また、発光素子20の各々は、直線状に配列される場合に限定されず、例えば部分的に屈曲していてもよい。
発光装置10は、各々が接着層12を介して複数の発光素子20の各々上に配置された複数の波長変換層30を有する。波長変換層30の各々は、例えば、蛍光材料を焼結したセラミックプレートであるか、蛍光体粒子を含有する樹脂層である。波長変換層30としては、例えば、アルミナとYAG蛍光体を高温焼成して作製されたセラミックプレートを用いることができる。
波長変換層30の各々は、接着層12を介して、発光素子20の各々の上面上に接着されている。また、波長変換層30の各々は、発光素子20の配列方向D1に沿って配列されている。すなわち、発光素子20の配列方向D1及び側方向D2は、それぞれ波長変換層30の配列方向及び側方向に対応する。
また、図1Cに示すように、波長変換層30の各々は、波長変換層30の各々の発光素子20の側方向D2における長さが発光素子20から離れるに従って小さくなるような側面形状を有する。
本実施例においては、波長変換層30の各々は、発光素子20側の主面である底面BSと、底面BSの反対側の主面でありかつ底面BSよりも小さな上面USと、を有する。また、波長変換層30の各々の上面USにおける側方向D2の幅L2は、波長変換層30の各々の底面BSにおける側方向D2の幅L1よりも短い。
具体的には、まず、図1Bに示すように、本実施例においては、波長変換層30の各々における隣接する他の波長変換層30に面する側面S1は、基板11に垂直な方向に延びた形状を有する。
一方、図1Cに示すように、波長変換層30の各々の配列方向D1に沿って延びる側面S2は、基板11に垂直な方向から波長変換層30の内側に向かって傾斜した傾斜部(テーパ部)S22を有する。
本実施例においては、波長変換層30の当該側面S2は、波長変換層30の底面BSから基板11に垂直な方向に延びた垂直部(第1の垂直部)S21と、垂直部S21上の傾斜部S22と、傾斜部S22上において基板11に垂直な方向に延びて上面USに至る垂直部(第2の垂直部)S23と、からなる。
従って、本実施例においては、波長変換層30の各々は、発光素子20側から、角柱形部31と、錐台形部32と、角柱形部31よりも小さな底面の角柱形部33と、が一体的に形成された構造を有すると言える。
なお、波長変換層30の各々の上面USは、上面視、すなわち基板11に垂直な方向から見たときに発光素子20の外縁よりも内側に配置されている。また、複数の波長変換層30の全体においても、その上面USの各々は、発光素子アレイARの発光面の外縁よりも内側に配置されている。
波長変換層30は、例えば、図2A及び図2Bに示すような製造方法によって製造されることができる。まず、図2Aは、ダイシングシート19、ダイシングシート19上に配置された蛍光体セラミックプレート30P、及びセラミックプレート30Pを加工する際に用いられる第1のブレードB1を模式的に示す断面図である。なお、図2Aには、蛍光体セラミックシート30Pに挿入された第1のブレードB1を示しており、また、第1のブレードB1における蛍光体セラミックプレート30P側の部分のみを示している。
まず、図2Aに示すように、ダイシングシート19上に蛍光体セラミックプレート30Pを配置する。続いて、先端が等脚台形の断面形状の部分(テーパ部)を有し、かつ当該等脚台形の下底側の部分から、当該等脚台形の上底に垂直な方向に連続して延びる垂直面を有する第1のブレードB1を準備する。
そして、第1のブレードB1を用いて、蛍光体セラミックプレート30Pの上面に溝を形成する。ここで、第1のブレードB1の当該垂直面が蛍光体セラミックプレート30Pの内部に入るように、第1のブレードB1を挿入する。これによって、第1のブレードB1の当該垂直面によって加工された蛍光体セラミックプレート30Pの溝の上部には、波長変換層30の垂直部S23となる部分が形成される。また、第1のブレードB1の当該テーパ部によって加工された蛍光体セラミックプレート30Pの溝の下部には、波長変換層30の傾斜部S22となる部分が形成される。
次に、図2Bは、蛍光体セラミックシート30Pを加工する際に用いられる第2のブレードB2を示す断面図である。本実施例においては、第2のブレードB2として、互いに平行な側面を有するブレードを準備する。
そして、図2Bに示すように、第1のブレードB1によって形成された蛍光体セラミックプレート30Pの当該溝の底面に第2のブレードB2を挿入し、蛍光体セラミックプレート30Pを切断(個片化)する。これによって、個片化された蛍光体セラミックプレート30Pのプレート片は波長変換層30となる。また、蛍光体セラミックプレート30Pの切断時においては、第2のブレードB2の当該側面を蛍光体セラミックプレート30Pに垂直な方向に挿入する。これによって、第2のブレードB2による蛍光体セラミックプレート30Pの被加工面は、波長変換層30の垂直部S21となる。
波長変換層30は、例えばこのように第1及び第2のブレードB1及びB2を用いた蛍光体セラミックプレート30Pの加工によって形成することができる。これによって、波長変換層30における側面S2には、高い形状精度で垂直部S21、傾斜部S22及び垂直部S23が形成される。
再度図1A〜図1Cを参照すると、発光装置10は、接着剤13を介して複数の波長変換層30の各々の上面US上に跨って配置された透光板40を有する。透光板40は、発光素子20の各々から放出された光に対して透光性を有する。
透光板40は、波長変換層30の各々の上面USの全体を覆うように波長変換層30上配置され、一体的に形成された板状部材である。すなわち、透光板40は、波長変換層40の上面USの全てを接着剤13を介して一体的に覆う。また、本実施例においては、透光板40は、波長変換層30の各々の上面USにおける側方向D2の幅L2に対応する幅を有する。また、透光板40は、波長変換層30の各々の上面USにおける配列方向D1の長さと、配列方向D1における波長変換層30の隣接する他の波長変換層30との間の距離と、を合わせた長さを有する。
なお、透光板40と波長変換層30の各々とを接着する接着剤13は、波長変換層30の各々における隣接する他の波長変換層30との間の領域(空間)を充填している。従って、接着剤13は、透光板40の底面全体に設けられている。なお、接着層12及び接着剤13は、発光素子20及び波長変換層30からの出力光に対して透光性を有する。
また、発光装置10は、発光素子20の各々の側面、波長変換層30の外縁部をなす側面、及び透光板40の側面を取り囲むように被覆する反射樹脂14を有する。透光板40の上面は、反射樹脂14から露出している。反射樹脂14は、発光素子20の各々からの放出光、波長変換層30からの出力光の各々に対して反射性を有する樹脂材料からなる。
発光素子20の各々から放出された光は、波長変換層30の各々に入射し、その少なくとも一部の光の波長が変換された後、透光板40の上面から外部に取り出される。発光素子20の各々、波長変換層30の各々及び透光板40から、そのそれぞれの側面に向かって進んだ光は、反射樹脂14によって反射される。従って、ほとんどの光は透光板40の上面のみから外部に取り出される。
本実施例においては、発光素子20の各々上に波長変換層30が1つずつ配置されており、その波長変換層30の全体を覆うように1つの透光板40が配置されている。従って、複数の発光素子20及び波長変換層30の各々から出力された光が1つの透光板40に集まり、そして外部に取り出される。すなわち、発光素子20の各々からの放出光は、一体的な光となって外部に取り出される。従って、発光装置10から取り出される光の強度均一性が向上する。また、透光性の接着剤13が隣接する波長変換層30間の領域を充填していることで、光の強度均一性はさらに向上する。
また、透光板40の底面全体に透光性の接着剤13が設けられていることで、取り出し光の強度均一性はより高いものとなる。また、波長変換層30の隣接する他の波長変換層30に面する側面S1が基板11に垂直な方向に延びていることで、隣接する波長変換層30間に対応する透光板40に多くの光が入射する。従って光の強度均一性が向上する。
また、波長変換層30は、その側方向D2における側面S2が傾斜しており、その上面USには、当該上面USに対応するサイズの透光板40が配置されている。これによって、波長変換層30からの光は、波長変換層30の底面BSよりも小さな透光板40に集光される。従って、透光板40からは、高い強度の光が取り出される。また、本実施例においては、反射樹脂14が隣接する発光素子20間を充填するように形成されている。従って、発光素子20からの放出光が高い強度を保った状態で波長変換層30に入射する。従って、取り出し光の強度はより高いものとなる。
また、波長変換層30を発光素子20毎に個別に配置することで、例えば1つの波長変換層を複数の発光素子20に跨って配置する場合に比べ、放熱性が向上する。具体的には、例えば発光素子20及び波長変換層30の各々の厚みが製造誤差によってわずかに異なる場合でも、接着層12の層厚を薄く均一に形成することができる。従って、安定して放熱経路を形成することができる。
仮に、1つの波長変換層を複数の発光素子20上に跨って接着する場合、その接着層12の厚みが安定せず、波長変換層30内で発生した熱が発光素子20の全てから安定して外部に逃げにくくなる。従って、例えば大電流又は長時間の駆動を行った場合、波長変換層30内で生じた熱が波長変換層30内に留まり、波長変換層30の温度が上がることで波長変換効率の低下及び消光を引き起こす。
なお、本願の発明者らは、本実施例に係る発光装置10と、1つの波長変換層を配置した発光装置とを比較し、発光装置10が取り出し光の色ムラ及び強度ムラを抑制できること、及び高い強度持続性を有することを確認している。すなわち、発光装置10が高い動作安定性を有すること、また高い光取り出し効率を有することが確認されている。
また、本実施例においては、透光板40は、波長変換層30の全体を囲んだときの外縁形状とほぼ同一の外形(寸法)を有する。この場合、例えば波長変換層30の各々が製造誤差によってわずかに異なるサイズを有する場合、又はわずかに位置及び角度がずれて配置されていても、接着剤13を介して透光板40が波長変換層30の全体の外縁にセルフアライン的に配置される。従って、透光板40が安定して波長変換層30の全体を覆うように配置されることができる。
なお、波長変換層30は、垂直部S21及びS23を有する場合に限定されない。しかし、波長変換層30は、垂直部S21及びS23は有することが好ましい。具体的には、垂直部S21が傾斜部S22の下部に設けられていることで、光取出し効率が安定して向上する。また、垂直部S23が設けられていることで、接着剤13の波長変換層S30上への保持力が高まり、接着剤13を介して透光板40を配置する際に、接着剤13の表面張力を利用したセルフアライメントを有利に行うことができる。
上記したように、発光装置10は、基板11と、基板11上に配列された複数の発光素子20と、各々が、複数の発光素子20の各々上に透光性の接着剤12を介して配置され、発光素子20側の底面BS及び底面BSよりも小さな上面USを有し、底面BSから上面USに向かうに従って発光素子20の配列方向D1に垂直な側方向D2の長さが小さくなる側面形状を有する複数の波長変換層30と、複数の波長変換層30の上面US上に跨って配置された透光板40と、発光素子20の各々の側面、波長変換層30の各々における外縁部をなす側面及び透光板40の側面を覆う反射樹脂14と、を有する。また、波長変換層30の各々における隣接する他の波長変換層30に面する側面S1は、基板11に垂直な方向(基板11における発光素子20の搭載面に垂直な方向であり、本実施例においては発光素子20の側面に平行な方向)に延びている。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置10を提供することができる。
図3Aは、実施例1の変形例1に係る発光装置10Aの上面図である。図3Bは、発光装置10Aの断面図である。図3Bは、図3AのV3−V3線に沿った断面図である。図3A及び図3Bを用いて、発光装置10Aについて説明する。
発光装置10Aは、波長変換層30A及び透光板40Aの構成を除いては、発光装置10と同様の構成を有する。発光装置10Aにおいては、波長変換層30Aの各々の側方向D2の側面の一方が基板11に垂直な方向に延びた形状を有する。具体的には、図3Bに示すように、波長変換層30Aの配列方向D1に沿って延びる側面S2及びS2Vのうち、一方の側面S2は、波長変換層30と同様の形状を有する。一方、他の側面S2Vは、基板11に垂直な方向に沿って延びた形状を有する。また、透光板40Aは、透光板40と同様に、波長変換層30Aの上面全体を囲む外縁とほぼ同一の外形を有する。
本変形例のように、波長変換層30Aの側方向D2の側面は、その一方のみが傾斜していてもよい。この場合でも、波長変換層30Aの側方向D2の長さは発光素子20から離れるに従って小さくなる。また、側面S2が傾斜部S22を有することで、波長変換層30Aにおける光の集光性を得ることができる。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置10Aを提供することができる。
なお、本変形例のように一方の側面S2のみを傾斜させることで、側面S2側からは比較的高い輝度の光が取り出され、側面S2V側からは比較的低い輝度の光が取り出される。すなわち、波長変換層30Aの側方向D2において意図的に輝度の差を設けることができる。発光装置10Aは、車両用灯具として用いる場合など、領域毎に輝度の差を設けることが好ましい用途に好適な構成を有すると言える。
図4Aは、実施例1の変形例2に係る発光装置10Bの上面図である。図4B及び図4Cは、発光装置10Bの断面図である。図4B及び図4Cは、それぞれ、図4AにおけるV4−V4線及びV5−V5線に沿った断面図である。図4A〜図4Cを用いて、発光装置10Bについて説明する。
発光装置10Bは、波長変換層30B及び透光板40Bの構成を除いては、発光装置10と同様の構成を有する。発光装置10Bにおいては、波長変換層30Bは、波長変換層30Bの配列方向D1の端部において側方向D2に沿って延びる側面S3が、傾斜した側面形状を有する。また、透光板40Bは、波長変換層30Bの上面全体を囲む外縁とほぼ同一の外形を有する。
すなわち、本変形例においては、波長変換層30Bの各々は、底面BSから上面USに向かうに従って波長変換層30Bの配列方向D1及び側方向D2の両方の長さが小さくなる側面形状を有する。従って、波長変換層30Bの各々における波長変換層30Bの外縁部をなす側面S2及びS3の全てが、基板11に垂直な方向から波長変換層30Bの内側に向かって傾斜する形状を有する。
本変形例においては、波長変換層30Bの配列方向D1においても、波長変換層30B内の光を集光して透光板40Bに入射させることができる。従って、配列方向D1及び側方向D2の両方において高い強度の光が集中した後に、外部に取り出されることとなる。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置10Bを提供することができる。
なお、実施例1並びにその変形例1及び2に示すように、波長変換層30Bは、波長変換層30Bの全体の外縁部をなす側面のうちのいずれかが傾斜部を有していればよい。すなわち、波長変換層30Bの側面のうち、波長変換層30Bの全体の外縁部をなす側面の少なくとも1つは、基板11に垂直な方向から当該波長変換層30Bの内側に向かって傾斜する傾斜部S22を有していればよい。
また、用途に応じ、例えば波長変換層30のように、波長変換層30の配列方向D1に沿って延びる側面S2の各々が傾斜部S22を有していてもよい。
図5A及び図5Bは、実施例1の変形例3に係る発光装置10Cの断面図である。図5Aは、発光装置10Cにおける発光素子20の配列方向D1に沿った断面図である。図5Bは、発光装置10Cにおける発光素子20の側方向D2に沿った断面図である。図5A及び図5Bを用いて、発光装置10Cについて説明する。
発光装置10Cは、波長変換層30Cの構成を除いては、発光装置10Bと同様の構成を有する。発光装置10Cにおいては、波長変換層30Cの各々は、波長変換層30Cの配列方向D1及び側方向D2の各々の長さが発光素子20から離れるに従って段階的に小さくなるような側面形状を有する。すなわち、波長変換層30Cの外縁部をなす側面S2S及びS3Sの各々は、階段状に波長変換層30Cの内側に近づくように形成されている。
なお、波長変換層30Cは、例えば、図2Aに示す第1のブレードB1に代えて段付き構造の先端部分を有するブレードと、図2Bに示す第2のブレードB2と、を用いて蛍光体セラミックプレート30Pを加工することによって、製造することができる。
本変形例のように、配列方向D1及び側方向D2の長さが段階的に小さくなるような側面S2V及びS3Vを有する波長変換層30Cであっても、発光装置10Bと同様の効果を得ることができる。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置10Cを提供することができる。
図6は、実施例1の変形例4に係る発光装置10Dにおける発光素子20の側方向D2に沿った断面図である。図6を用いて、発光装置10Dについて説明する。発光装置10Dは、波長変換層30Dの構成を除いては、発光装置10と同様の構成を有する。本変形例においては、波長変換層30Dは、曲面形状の側面S2Rを有する。具体的には、本変形例においては、波長変換層30Dは、波長変換層30における傾斜部S22に代えて、基板11に向かって窪んだ曲面形状の傾斜部を有する。
波長変換層30Dは、例えば、蛍光体セラミックプレート30P(例えば図2A及び図2B)をブレードによって加工することで製造することができる。なお、波長変換層30Dの加工の際には、図2Aに示す第1のブレードB1に代えて曲面の断面形状(R形状)の先端部分を有するブレードと、図2Bに示す第2のブレードB2とを用いればよい。
波長変換層30Dのように、その側面S2Rが曲面形状の傾斜部を有する場合であっても、高い動作安定性及び光取り出し効率を得ることができる。なお、本変形例においても、波長変換層30Dの側面S2Rは、波長変換層30と同様に、当該曲面形状の傾斜部に加え、垂直部S21及びS23を有することが好ましい。
図7は、実施例1の変形例5に係る発光装置10Eにおける発光素子20の配列方向D1に沿った断面図である。図7を用いて、発光装置10Eについて説明する。発光装置10Eは、接着剤13A及び反射樹脂14Aの構成を除いては、発光装置10と同様の構成を有する。
反射樹脂14Aは、発光素子20の各々の側面20Sの全体を囲むように形成されている。これによって、発光素子20からの放出光が高い確率で波長変換層30に入射する。従って、高い光取り出し効率を得ることができる。なお、反射樹脂14Aは、透光板40を接着する際の接着剤13Aの量を調節し、接着剤13Aが発光素子20の側面20Sにまで広がらないようにし、その隙間を樹脂材料で充填することで、形成することができる。
また、本変形例においては、接着剤13Aは、波長変換層30の各々における隣接する他の波長変換層30との間の領域の上部を充填している。すなわち、反射樹脂14Aは、隣接する波長変換層30間の領域の全てを充填していない。従って、発光装置10と同様に、波長変換層30の側面S1から出射される光が隣接する他の波長変換層30との間の領域上に対応する透光板40の部分に入射する。従って、光の強度均一性を保つことができる。
このように、本変形例においては、発光装置10Dは、発光素子20の側面20Sの全体と、波長変換層30の側面及び透光板40の側面を覆う反射樹脂14Aを有する。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置10Dを提供することができる。
図8Aは、実施例2に係る発光装置15の上面図である。図8B及び図8Cは、発光装置15の断面図である。図8B及び図8Cは、それぞれ、図8AのW1−W1線及びW2−W2線に沿った断面図である。図8A〜図8Cを用いて、発光装置15について説明する。
発光装置15は、基板11と、基板11上に配列された複数の発光素子20と、各々が複数の発光素子20の各々上に透光性の接着剤12を介して配置された複数の波長変換層50と、を有する。また、本実施例においては、波長変換層50は、発光素子20の各々と同一の形状及びサイズ(面積)の底面を有し、かつ略均一の層厚を有する。また、波長変換層50の側面は、基板11に垂直な方向、本実施例においては基板11における発光素子20の搭載面に垂直にな方向に延びている。
また、発光装置15は、各々が、複数の波長変換層50の各々上に配置され、波長変換層50側の底面BS及び底面BSよりも小さな上面USを有し、底面BSから上面USに向かうに従って波長変換層50の配列方向D1に垂直な側方向D2の長さが小さくなる側面形状を有する複数の個別透光板60と、複数の個別透光板60の上面US上に跨って配置された共通透光板70と、を有する。
換言すれば、本実施例においては、波長変換層50の各々に個別に透光板60が配置され、透光板60が傾斜部S22を有する側面S2を有する場合に相当する。
具体的には、図8Cに示すように、個別透光板60の各々は、波長変換層50側の主面である底面BSと、底面BSの反対側の主面でありかつ底面BSよりも小さな上面USと、を有する。また、個別透光板60の各々の上面USにおける側方向D2の幅L2は、個別透光板60の各々の底面BSにおける側方向D2の幅L1よりも短い。
また、図8Bに示すように、本実施例においては、個別透光板60の各々における隣接する他の個別透光板60に面する側面S1は、基板11に垂直な方向に延びた形状を有する。
一方、図8Cに示すように、個別透光板60の各々の配列方向D1に沿って延びる側面S2は、基板11に垂直な方向から個別透光板60の内側に向かって傾斜した傾斜部(テーパ部)S22を有する。
本実施例においては、個別透光板60の当該側面S2は、個別透光板60の底面BSから基板11に垂直な方向に延びた垂直部(第1の垂直部)S21と、垂直部S21上の傾斜部S22と、傾斜部S22上において基板11に垂直な方向に延びて上面USに至る垂直部(第2の垂直部)S23と、からなる。
従って、本実施例においては、個別透光板60の各々は、発光素子20側から、角柱形部61と、錐台形部62と、角柱形部61よりも小さな底面の角柱形部63と、が一体的に形成された構造を有すると言える。
また、本実施例においては、個別透光板60と波長変換層50とが一体的に形成されたものを発光素子20上に配置した。例えば、蛍光体粒子を無機ガラスバインダに混合したものをガラス板上に印刷し、これを焼結し、その後個片化することで、個別透光板60上に波長変換層50が一体的に形成されたものが形成される。また、この一体成形された個別透光板60及び波長変換層50を、波長変換層50側から接着層12を介して発光素子20上に配置した。このようにして、発光素子20、波長変換層50及び個別透光板60を形成することができる。
また、共通透光板70は、接着剤16を介して複数の個別透光板60の各々の上面US上に跨って配置されている。個別透光板60及び共通透光板70は、発光素子20の各々から放出された光に対して透光性を有する。
共通透光板70は、個別透光板60の各々の上面USの全体を覆うように個別透光板60上に配置され、一体的に形成された板状部材である。また、本実施例においては、共通透光板70は、個別透光板60の各々の上面USにおける側方向D2の幅L2に対応する幅を有する。また、共通透光板70は、個別透光板60の各々の上面USにおける配列方向D1の長さと、配列方向D1における個別透光板60の隣接する他の個別透光板60との間の距離と、を合わせた長さを有する。
なお、共通透光板70と個別透光板60の各々とを接着する接着剤16は、個別透光板60の各々における隣接する他の個別透光板60との間の領域(空間)を充填している。従って、接着剤16は、共通透光板70の底面全体に設けられている。なお、接着剤16は、発光素子20及び波長変換層50からの出力光に対して透光性を有する。
また、発光装置15は、発光素子20の各々の側面、波長変換層50の各々の側面、個別透光板60の外縁をなす側面及び共通透光板70の側面を取り囲むように被覆する反射樹脂17を有する。共通透光板70の上面は、反射樹脂17から露出している。反射樹脂17は、発光素子20の各々からの放出光、波長変換層50からの出力光の各々に対して反射性を有する樹脂材料からなる。
発光素子20の各々から放出された光は、波長変換層50の各々に入射し、波長が変換された後、個別透光板60を透過し、共通透光板70の上面から外部に取り出される。発光素子20の各々、波長変換層30の各々、個別透光板60の各々及び共通透光板70から、そのそれぞれの側面に向かって進んだ光は、反射樹脂17によって反射される。従って、ほとんどの光は共通透光板70の上面のみから外部に取り出される。
本実施例においては、波長変換層50の各々上に個別透光板60が形成されている。個別透光板60を波長変換層50上に設けた上で共通透光板70を配置することで、波長変換層50での波長変換効率を均一化させつつ、個別透光板60によって光を集光し、共通透光板70に入射させることができる。すなわち、波長変換層30のように波長変換層の側面を傾斜させる場合に比べ、波長変換層50内を通る光の経路が安定する。従って、波長変換層50から出射した光の色ムラが抑制される。また、透光性の接着剤16が隣接する個別透光板60間の領域を充填していることで、光の強度均一性が向上する。従って、高い波長均一性、高い強度均一性、高い光取出し効率を確保することができる。
また、発光装置10と同様に、波長変換層50は発光素子20の各々上に薄い均一な厚みの接着層12を介して個別に配置されるため、高い放熱性及びこれによる動作安定性を確保することができる。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置15を提供することができる。また、色ムラの抑制を考慮すると、波長変換層50は、その側面が基板11に垂直な方向に延びていることが好ましい。
図9は、実施例2の変形例1に係る発光装置15Aにおける発光素子20の側方向D2に沿った断面図である。発光装置15Aは、個別透光板60A及び共通透光板70Aの構成を除いては、発光装置15Aと同様の構成を有する。発光装置15Aにおいては、個別透光板60Aの配列方向D1に沿って延びる側面S2及びS2Vのうち、一方の側面S2は、個別透光板60と同様の形状を有する。一方、他の側面S2Vは、基板11に垂直な方向に沿って延びた形状を有する。
また、共通透光板70Aは、共通透光板70と同様に、個別透光板60Aの上面全体を囲む外縁とほぼ同一の外形を有する。本変形例のように、個別透光板60Aの側方向D2の側面は、その一方のみが傾斜していてもよい。この場合でも、個別透光板60Aの側方向D2の長さは底面BSから上面USに向かうに従って徐々に小さくなる。また、側面S2が傾斜部S22を有することで、個別透光板60Aにおける光の集光性を得ることができる。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置15Aを提供することができる。
なお、本変形例のように一方の側面S2のみを傾斜させることで、側面S2側からは比較的高い輝度の光が取り出され、側面S2V側からは比較的低い輝度の光が取り出される。すなわち、個別透光板60Aの側方向D2において意図的に輝度の差を設けることができる。従って、発光装置15Aは、車両用灯具として用いる場合など、領域毎に輝度の差を設けることが好ましい用途に好適な構成を有すると言える。
図10は、実施例2の変形例2に係る発光装置15Bにおける発光素子20の配列方向D1に沿った断面図である。発光装置15Bは、個別透光板60B及び共通透光板70Bの構成を除いては、発光装置15と同様の構成を有する。発光装置15Bにおいては、個別透光板60Bは、個別透光板60Bの配列方向D1の端部において個別透光板60Bの側方向D2に沿って延びる側面S3が、傾斜した側面形状を有する。また、共通透光板70Bは、波長変換層30Bの上面全体を囲む外縁とほぼ同一の外形を有する。
すなわち、本変形例においては、個別透光板60Bの各々は、個別透光板60Bの配列方向D1及びD2の両方の長さが波長変換層50から離れるに従って小さくなる側面形状を有する。従って、個別透光板60Bの各々における個別透光板60Bの外縁部をなす側面S2及びS3の全てが、基板11に垂直な方向から個別透光板60Bの内側に向かって傾斜する形状を有する。
本変形例においては、個別透光板60Bの配列方向D1においても、個別透光板60B内の光を集光して透光板40Bに入射させることができる。従って、配列方向D1及び側方向D2の両方において高い強度の光が集中した後に、外部に取り出されることとなる。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置15Bを提供することができる。
また、個別透光板60Bにおいても、個別透光板60Bの全体の外縁部をなす側面のうちのいずれかが傾斜部S22を有していればよい。すなわち、個別透光板60Bの側面のうち、個別透光板60Bの全体の外縁部をなす側面の少なくとも1つは、基板11に垂直な方向から当該個別透光板60Bの内側に向かって傾斜する傾斜部S22を有していればよい。
また、用途に応じ、例えば個別透光板60のように、個別透光板60の配列方向D1に沿って延びる側面S2の各々が傾斜部S22を有していてもよい。
図11は、実施例2の変形例3に係る発光装置15Cにおける発光素子20の配列方向D1に沿った断面図である。発光装置15Cは、接着剤16A及び反射樹脂17Aの構成を除いては、発光装置15と同様の構成を有する。
反射樹脂17Aは、発光素子20の各々の側面20Sの全体及び波長変換層50の各々の側面50Sの全体を囲むように形成されている。これによって、発光素子20からの放出光が高い確率で個別透光板60に入射する。従って、高い光取り出し効率を得ることができる。なお、反射樹脂17Aは、共通透光板70を接着する際の接着剤16Aの量を調節し、接着剤16Aが波長変換層50の側面50Sにまで広がらないようにし、その隙間を樹脂材料で充填することで、形成することができる。
また、本変形例においては、接着剤16Aは、個別透光板60の各々における隣接する他の個別透光板60との間の領域の上部を充填している。すなわち、反射樹脂17Aは、隣接する個別透光板60間の領域の全てを充填していない。従って、発光装置15と同様に、個別透光板60の側面S1から出射される光が隣接する他の個別透光板60との間の領域上に対応する共通透光板70の部分に入射する。従って、光の強度均一性を保つことができる。
このように、本変形例においては、発光装置15Cは、発光素子20の各々の側面20Sの全体と、波長変換層50の各々の側面50Sの全体と、個別透光板60の各々及び共通透光板70の側面を覆う反射樹脂17Aを有する。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置15Cを提供することができる。
図12は、実施例2の変形例4に係る発光装置15Dにおける発光素子20の配列方向D1に沿った断面図である。発光装置15Dは、共通透光板70Cの構成を除いては、発光装置15と同様の構成を有する。発光装置15Dにおいては、共通透光板70Cは、共通透光板70Cの上面(すなわち光取り出し面)に凹凸構造UEを有する。すなわち、共通透光板70Cに入射した光は、凹凸構造UEを介して外部に取り出される。
共通透光板70Cが光取り出し面に凹凸構造UEを有することで、平坦な光取り出し面に比べて、光が共通透光板70Cから出射されやすくなる。従って、光取り出し効率が向上する。これによって、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置15Dを提供することができる。
図13は、実施例2の変形例5に係る発光装置15Eにおける発光素子20の配列方向D1に沿った断面図である。発光装置15Eは、共通透光板70Dの構成を除いては、発光装置15Dと同様の構成を有する。本変形例においては、共通透光板70Dは、上面及び底面の各々に凹凸構造UEを有する。すなわち、共通透光板70Dは、個別透光板60からの光入射面と、外部への光取り出し面の両方に凹凸構造UEを有する。従って、多くの光が共通透光板70Dを透過して外部に取り出される。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置15Eを提供することができる。
図14Aは、実施例2の変形例6に係る発光装置15Fの上面図である。図14Bは、図14AのW3−W3線に沿った断面図であり、発光装置15Fの断面図である。発光装置15Fは、接着剤16B及び共通透光板70Eの構成を除いては、発光装置15と同様の構成を有する。
発光装置15Fにおいては、共通透光板70Eは、個別透光板60の各々の配列方向D1において、複数の個別透光板60全体の端部間(図14Aにおける、左の個別透光板60の左端部と右の個別透光板60の右端部との間)の長さよりも小さな長さを有する。また、個別透光板60と共通透光板70Eとを接着する接着剤16Bは、個別透光板60の上面USから、個別透光板60の配列方向D1における共通透光板70Eの端部側面に亘って設けられている。なお、接着剤16Bは、発光素子20及び波長変換層50からの出力光に対して透光性を有する。
本変形例においては、共通透光板70Eの端部側面に設けられた接着剤16Bは、個別透光板60の各々からの光を共通透光板70Eに集光する集光部として機能する。これによって、例えば、共通透光板70Eの実際の長さや個別透光板60の加工容易さなどに応じて、接着剤16Bによって光を集光する効果を得ることができる。従って、高い自由度で光学設計を行うことができる。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置15Fを提供することができる。
図15は、実施例2の変形例7に係る発光装置15Gにおける発光素子20の配列方向D1に沿った断面図である。発光装置15Gは、発光装置15Fの個別透光板60が、発光装置15Bの個別透光板60Bに置き換わった場合に相当する構成を有する。
本変形例においては、発光素子20の配列方向D1において、個別透光板60B及び接着剤16Bの両方によって、光を共通透光板70Fに集めることができる。従って、複数の発光素子20を有し、高い動作安定性及び光取り出し効率を有する発光装置15Gを提供することができる。
なお、上記した実施例及びその変形例は、互いに組み合わせることができる。例えば、発光装置10の透光板40は、発光装置15Dの共通透光板70Cのように、上面に凹凸構造UEを有していてもよい。また、例えば、発光装置10の透光板40が波長変換層30の端部間の長さよりも小さな長さを有し、接着剤13が接着剤16Bのように透光板40の側面に設けられていてもよい。
10、10A〜10E、15、15A〜15G 発光装置
11 基板
20 発光素子
30、30A〜30D、50 波長変換層
40、40A、40B 透光板
60、60A、60B 個別透光板
70、70A〜70F 共通透光板

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板上に整列して配列された複数の発光素子と、
    各々が、前記複数の発光素子の各々上に透光性の接着剤を介して配置され、前記発光素子側の底面と前記底面よりも小さい上面とを有し、前記底面から前記上面に向かうに従って前記発光素子の配列方向に垂直な方向の幅が小さくなる側面形状を有する複数の波長変換層と、
    前記複数の波長変換層の前記上面上に跨って配置された透光板と、
    前記複数の発光素子の各々の側面、前記複数の波長変換層の外縁部をなす側面及び前記透光板の側面を覆う反射樹脂と、を有し、
    前記複数の波長変換層の各々における隣接する他の前記波長変換層に面する側面の各々は、前記基板に垂直な方向に延びていることを特徴とする発光装置。
  2. 前記複数の波長変換層の外縁部をなす前記側面の少なくとも1つは、前記基板に垂直な方向から前記複数の波長変換層の内側に向かって傾斜する傾斜部を有することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記複数の波長変換層の前記外縁部をなす前記側面のうち、前記配列方向に沿って延びる側面の各々は、前記傾斜部を有することを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記透光板は、透光性の接着剤を介して前記複数の波長変換層上に配置され、
    前記接着剤は、前記複数の波長変換層の各々における隣接する他の前記波長変換層との間の領域を充填していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の発光装置。
  5. 基板と、
    前記基板上に整列して配列された複数の発光素子と、
    各々が前記複数の発光素子の各々上に透光性の接着剤を介して配置された複数の波長変換層と、
    各々が、前記複数の波長変換層の各々上に配置され、前記波長変換層側の底面と前記底面よりも小さな上面とを有し、前記底面から前記上面に向かうに従って前記波長変換層の配列方向に垂直な方向の幅が小さくなる側面形状を有する複数の個別透光板と、
    前記複数の個別透光板の前記上面上に跨って配置された共通透光板と、
    前記複数の発光素子の各々の側面、前記複数の波長変換層の各々の側面、前記複数の個別透光板の外縁部をなす側面及び前記共通透光板の側面を覆う反射樹脂と、を有し、
    前記複数の個別透光板の各々における隣接する他の前記個別透光板に面する側面の各々は、前記基板に垂直な方向に延びていることを特徴とする発光装置。
  6. 前記複数の個別透光板の外縁部をなす前記側面の少なくとも1つは、前記基板に垂直な方向から前記複数の個別透光板の内側に向かって傾斜する傾斜部を有することを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記複数の個別透光板の前記外縁部をなす前記側面のうち、前記配列方向に沿って延びる側面の各々は、前記傾斜部を有することを特徴とする請求項6に記載の発光装置。
  8. 前記共通透光板は、透光性の接着剤を介して前記複数の個別透光板上に配置され、
    前記接着剤は、前記複数の個別透光板の各々における隣接する他の前記個別透光板との間の領域を充填していることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1つに記載の発光装置。
  9. 前記複数の波長変換層の各々は、均一な層厚を有し、
    前記複数の波長変換層の各々の側面は、前記基板に垂直な方向に延びていることを特徴とする請求項5乃至8のいずれか1つに記載の発光装置。
  10. 前記共通透光板は、透光性の接着剤を介して前記複数の個別透光板上に配置され、かつ前記配列方向において前記複数の個別透光板全体の端部間の距離よりも小さな長さを有し、
    前記共通透光板と前記複数の個別透光板とを接着する前記接着剤は、前記複数の個別透光板の前記上面上から、前記配列方向における前記共通透光板の端部側面上に亘って設けられていることを特徴とする請求項5乃至19のいずれか1つに記載の発光装置。
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