JP5259627B2

JP5259627B2 - 発光装置および照明装置

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Publication number: JP5259627B2
Application number: JP2009547148A
Authority: JP
Inventors: 浩介形部; 裕樹森; 徹三宅; 真吾松浦
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JPWO2009082011A1; US8529089B2; EP2237331A1; EP2237331B1; EP2237331A4; WO2009082011A1; US20110096526A1; TW200946833A

Description

本発明は、たとえば発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置および照明装置に関するものである。

近年、たとえば照明分野などにおいて、発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置の開発が進められている。この発光装置は、発光素子によって発生された光の波長を変換する波長変換部材を有している。今後、発光装置において、発光効率のさらなる向上が求められている。

発光装置における発光効率を向上させるためには、発光素子によって発生された光の波長変換の効率を向上させる必要がある。一般的に、発光素子から下方へ放射された光は、波長変換部材の特定の部分に偏って到達する傾向がある。波長変換部材における波長変換の効率を向上させるためには、発光素子から下方へ放射された光の偏りを低減させる必要がある。

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、基体、サブマウント基板および枠体を含んでいる。発光装置は、発光素子およびシート形状の波長変換部材をさらに含んでいる。サブマウント基板は、基体の上に設けられており、セラミック焼結体からなる上面を有している。枠体は、ポーラスセラミックスからなる光反射部を有しており、基体の上に設けられているとともに、サブマウント基板を囲んでいる。発光素子は、サブマウント基板に実装されている。波長変換部材は、発光素子および枠体の光反射部を覆っている。そして、枠体は、波長変換部材に対向している光反射部からなり、波長変換部材に対して水平な第１の面と、第１の面の上方に設けられた、第１の面に対して傾斜した光反射部からなる第２の面とを有している。

本発明の他の態様によれば、発光装置は、第１次光を放射する発光素子、第１の光反射部および第２の光反射部を含んでいる。発光装置は、シート形状の波長変換部材をさらに含んでいる。第１の光反射部は、発光素子の直下に設けられており、第１次光を反射する。第２の光反射部は、第１の光反射部を囲んでおり、第１の光を散乱させる。波長変換部材は、第１次光に応じて第２次光を放射する。そして、第２の光反射部が、波長変換部材に対向している光反射部からなり、波長変換部材に対して水平な第１の面と、第１の面の上方に設けられた、第１の面に対して傾斜した光反射部からなる第２の面とを有している。

本発明の他の態様によれば、照明装置は、金属材料を含む基体、サブマウント基板および複数の枠体を含んでいる。照明装置は、複数の発光素子および複数のシート形状の波長変換部材をさらに含んでいる。サブマウント基板は、基体の上に設けられており、各々がセラミック焼結体からなる上面を有している。複数の枠体は、基体の上に設けられており、各々がサブマウント基板を囲んでいるとともに、ポーラスセラミックスからなる光反射部を有している。複数の発光素子は、複数のサブマウント基板に実装されている。複数の波長変換部材の各々は、発光素子および光反射部を覆っている。そして、複数の枠体のそれぞれが、波長変換部材に対向している光反射部からなり、波長変換部材に対して水平な第１の面と、第１の面の上方に設けられた、第１の面に対して傾斜した光反射部からなる第２の面とを有している。

本発明の他の態様によれば、照明装置は、導体パターンを有する基板、複数の基体および複数のサブマウント基板を含んでいる。照明装置は、複数の枠体、複数の発光素子および複数のシート形状の波長変換部材を含んでいる。複数の基体は、基板の上に設けられており、金属材料を含でいる。複数のサブマウント基板は、複数の基体の上に設けられており、各々セラミック焼結体からなる上面を有している。複数の枠体は、複数の基体の上に設けられており、サブマウント基板を囲んでいるとともに、ポーラスセラミックスからなる光反射部を有している。複数の発光素子は、複数のサブマウント基板に実装されており、導体パターンに電気的に接続されている。複数の波長変換部材の各々は、発光素子および光反射部を覆っている。そして、複数の枠体のそれぞれが、波長変換部材に対向している光反射部からなり、波長変換部材に対して水平な第１の面と、第１の面の上方に設けられた、第１の面に対して傾斜した光反射部からなる第２の面とを有している。

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本発明の概念を示している。図１に示された発光装置１の発光構造を示している。図２の符号ＩＩＩで示された部分の拡大図を示している。本発明の一つの実施形態における照明装置１００を示している。図４の基板２を示している。図４のＶＩ−ＶＩ’における縦断面を示している。図６に示された発光装置１の断面を示している。図７に示されたサブマウント基板１６を示している。図７に示された枠体１７を示している。本発明の他の実施形態における照明装置２００を示している。図１０のＸＩ−ＸＩ’における縦断面を示している。

以下、本発明の概念が、図１を参照して説明されている。発光装置１は、発光素子１１、第１の光反射部１２および第２の光反射部１３を有している。発光装置１は、波長変換部材１４をさらに有している。発光素子は、第１次光を放射する。第１の光反射部１２は、発光素子１１の直下に設けられており、第１次光を反射する。第２の光反射部１３は、第１の光反射部１２を囲んでおり、第１次光を反射する。第２の光反射部１３は、第１次光を散乱させる。波長変換部材１４は、第１次光に応じて第２次光を放射する。

発光装置１における発光構造が、図２を参照して説明されている。発光素子１１から放射された第１次光の強度は、発光素子１１から遠ざかるほど小さくなる。第１の光反射部１２は、比較的強い第１次光Ｌ１１を反射する。第１次光Ｌ１１は、正反射される。第２の光反射部１３は、比較的弱い第１次光Ｌ１２を反射する。第１次光Ｌ１２は、散乱される。波長変換部材１４は、第１の光反射部１２および第２の光反射部１３によって反射された光Ｌ１１およびＬ１２を含む発光素子１１から放射された第１次光に応じて第２次光Ｌ２を放射する。例示的な第２次光Ｌ２は、白色光である。

図２において符号ＩＩＩで示された部分の詳細が、図３を参照して説明されている。第２の光反射部１３は、透光性を有する複数の無機粒子３１からなる。無機粒子３１の“透光性”とは、発光素子１１から放射された光の波長の少なくとも一部が透過することをいう。第２の光反射部１３は、無機粒子３１より屈折率の小さい複数の媒質３２を有している。媒質３２の例は、空気、樹脂材料またはガラス材料である。光Ｌ１２は、無機粒子３１を透過する。光Ｌ１２は、無機粒子３１および媒質３２の界面において全反射される。このように、第２の光反射部１３は、屈折率差による全反射型の光学部である。光Ｌ１２は、全反射されることによって、損失されにくい。無機粒子３１および媒質３２の界面が、様々な方向を向いていることにより、光Ｌ１２は散乱される。発光装置１において、発光素子１１から下方へ放射された光の偏りが低減されている。従って、発光装置１の発光効率が向上されている。

本発明の一つの実施形態における照明装置１００が、図４を参照して説明されている。照明装置１００は、複数の発光装置１、基板２およびカバー３を有している。基板２の詳細が、図５を参照して説明されている。基板２は、複数の発光装置１に電気的に接続される導体パターン２１を有している。基板２は、導体パターン２１上に形成された保護層２２を有している。図５において、保護層２２は、透視して示されている。図４のＶＩ−ＶＩ’における断面構造が、図６を参照して説明されている。複数の発光装置１は、基板２に実装されている。複数の発光装置１は、ワイヤ４ａによって、導体パターン２１に電気的に接続されている。

発光装置１の詳細構造が、図７を参照して説明されている。発光装置１は、発光素子１１、波長変換部材１４および基体１５を有している。発光装置１は、サブマウント基板１６および枠体１７をさらに有している。例示的な発光素子１１は、半導体材料を含む発光ダイオードである。発光素子１１は、フリップチップ接続によって、サブマウント基板１６に実装されている。発光素子１１は、駆動電力によって第１次光を発生する光源である。例示的な第１次光は、紫外領域に含まれる波長を有している。

波長変換部材１４は、発光素子１１を覆っており、シート形状を有している。波長変換部材１４は、透光性のベース部材および複数の蛍光粒子を含んでいる。ベース部材の“透光性”とは、発光素子１１から放射された光の波長の少なくとも一部が透過することをいう。ベース部材の例は、シリコーン樹脂である。複数の蛍光粒子は、ベース部材内に分散されている。波長変換部材１４は、第１次光に応じて第２次光を放射する。例示的な第２次光は、白色光である。

例示的な基体１５は、実質的に金属材料からなる。金属材料の例は、銅（Ｃｕ）である。絶縁層１８が、基体１５の上に形成されている。例示的な絶縁層１８は、実質的にガラスエポキシからなる。導体パターン１９が、絶縁層１８の上に形成されており、発光素子１１に電気的に接続されている。レジスト層２０が、導体パターン１９の上に形成されている。

サブマウント基板１６が、基体１５の上に設けられている。サブマウント基板１６の詳細が、図８を参照して説明されている。図８において、発光素子１１は、サブマウント基板１６の上面を示すことを目的に、透視した状態で示されている。サブマウント基板１６は、導体パターン１６１を有している。導体パターン１６１は、発光素子１１に電気的に接続されている。サブマウント基板１６は、セラミック焼結体からなる上面１６２を有している。本実施形態において、“セラミック焼結体”とは、０．００１％から１％の範囲に含まれる気孔率を有するセラミックスのことをいう。気孔率の例示的な測定方法は、マイクロメリティクス（Micromeritics）社製のポアサイザー（Pore Sizer）９３１０型による水銀圧入法である。上面１６２が、図１に示された第１の光反射部１２に相当する。サブマウント基板１６は、全体的にセラミック焼結体からなる。

枠体１７は、基体１５の上に設けられており、サブマウント基板１６を囲んでいる。枠体１７の詳細構造が、図９を参照して説明されている。図９において、枠体１７の一部分は、枠体１７の内側構造を示すことを目的に、省略して図示されている。枠体１７は、ポーラスセラミックスからなる光反射部１７１を有している。本実施形態において、“ポーラスセラミックス”とは、図３に示されたように、複数のセラミック粒子３１が部分的に一体化されており、複数の気孔を有している構造のことをいう。ポーラスセラミックスは、１５％から４３％の範囲に含まれる気孔率を有する。光反射部１７１は、第１の面１７１１および第２の面１７１２を有している。第１の面１７１１は、水平である。第２の面１７１２は、第１の面１７１１の上に設けられており、傾斜している。光反射部１７１は、図２に示されたように、発光素子１１から放射された光を散乱させる。図３に示されたように、セラミック粒子３１および媒質３２の界面が、様々な方向を向いていることにより、発光素子１１から放射された光は散乱される。発光素子１１から放射された光は、セラミック粒子３１および媒質３２の界面において全反射される。光反射部１７１は、屈折率差による全反射型の光学部である。光は、全反射されることによって、損失されにくい。光反射部１７１が、図１に示された第２の光反射部１３に相当する。

発光装置１は、実質的にセラミック焼結体からなる上面１６２を有しているサブマウント基板１６と、ポーラスセラミックスからなる光反射部１７１とを含んでいる。このような構成により、発光素子１１から下方へ放射された光の偏りが低減されている。従って、発光装置１の発光効率が向上されている。

発光装置１は、実質的に金属材料からなる基体１５と、実質的にセラミック焼結体からなるサブマウント基板１６とを含んでいる。従って、発光装置１は、熱制御に関して改善されている。

以下、本発明の他の実施形態における照明装置が、図１０を参照して説明されている。照明装置２００は、基体１５、および複数の発光部４を有している。照明装置２００は、基体１５を覆っているカバー３をさらに有している。基体１５は、実質的に金属材料からなる。金属材料の例は、銅（Ｃｕ）である。絶縁層１８が、基体１５の上に形成されている。絶縁層１８は、実質的にガラスエポキシからなる。導体パターン１９が、絶縁層１８の上に形成されている。レジスト層２０が、導体パターン１９の上に形成されている。

複数の発光部４は、共通の基体１５の上に設けられている。図１１に示されたように、複数の発光部４は、複数の発光素子１１、複数の波長変換部材１４および複数のサブマウント基板１６を有している。発光素子１１、波長変換部材１４およびサブマウント基板１６は、図７に示された構成と同様である。複数の発光部４は、複数の枠体１７をさらに有している。枠体１７は、図７に示された構成と同様である。

照明装置２００は、実質的にセラミック焼結体からなる上面１６２を有しているサブマウント基板１６と、ポーラスセラミックスからなる光反射部１７１とを含んでいる。このような構成により、発光素子１１から下方へ放射された光の偏りが低減されている。従って、照明装置２００は、発光効率に関して改善されている。

照明装置２００は、実質的に金属材料からなる基体１５と、実質的にセラミック焼結体からなるサブマウント基板１６とを含んでいる。従って、発光装置１は、熱制御に関して改善されている。

複数の発光部４は、実質的に金属材料からなる共通の基体１５の上に設けられている。従って、照明装置２００は、熱制御に関して改善されている。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

Claims

基体と、
セラミック焼結体からなる上面を有しており、前記基体の上に設けられたサブマウント基板と、
ポーラスセラミックスからなる光反射部を有しており、前記基体の上に設けられているとともに、前記サブマウント基板を囲んでいる枠体と、
前記サブマウント基板に実装された発光素子と、
前記発光素子および前記枠体の前記光反射部を覆っているシート形状の波長変換部材と、
を備え、
前記枠体が、前記波長変換部材に対向している前記光反射部からなり、前記波長変換部材に対して水平な第１の面と、第１の面の上方に設けられた、第１の面に対して傾斜した前記光反射部からなる第２の面とを有していることを特徴とする発光装置。
前記光反射部は、前記発光素子から放射された光を散乱させることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記サブマウント基板は、全体的にセラミック焼結体からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
第１次光を放射する発光素子と、
前記発光素子の直下に設けられており、前記第１次光を反射する第１の光反射部と、
前記第１の光反射部を囲んでおり、前記第１次光を散乱させる第２の光反射部と、
前記第１次光に応じて第２次光を放射するシート形状の波長変換部材と、
を備え、
前記第２の光反射部が、前記波長変換部材に対向している光反射部からなり、前記波長変換部材に対して水平な第１の面と、第１の面の上方に設けられた、第１の面に対して傾斜した光反射部からなる第２の面とを有していることを特徴とする発光装置。
前記第２の光反射部が、屈折率差による全反射型の光学部材であることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
金属材料を含む基体と、
前記基体の上に設けられており、各々がセラミック焼結体からなる上面を有する複数のサブマウント基板と、
前記基体の上に設けられており、各々が前記サブマウント基板を囲んでいるとともに、ポーラスセラミックスからなる光反射部を有している複数の枠体と、
前記複数のサブマウント基板に実装された複数の発光素子と、
各々が前記発光素子および前記光反射部を覆っている複数のシート形状の波長変換部材と、
を備え、
前記複数の枠体のそれぞれが、前記波長変換部材に対向している前記光反射部からなり、前記波長変換部材に対して水平な第１の面と、第１の面の上方に設けられた、第１の面に対して傾斜した前記光反射部からなる第２の面とを有していることを特徴とする照明装置。
前記複数のサブマウント基板は、各々が全体的にセラミック焼結体からなることを特徴とする請求項６記載の照明装置。
導体パターンを有する基板と、
前記基板の上に設けられており、金属材料を含む複数の基体と、
前記複数の基体の上に設けられており、各々がセラミック焼結体からなる上面を有する複数のサブマウント基板と、
前記複数の基体の上に設けられており、各々が前記サブマウント基板を囲んでいるとともに、ポーラスセラミックスからなる光反射部を有している複数の枠体と、
前記複数のサブマウント基板に実装されており、前記導体パターンに電気的に接続された複数の発光素子と、
各々、前記発光素子および前記光反射部を覆っている複数のシート形状の波長変換部材と、
を備え、
前記複数の枠体のそれぞれが、前記波長変換部材に対向している前記光反射部からなり、前記波長変換部材に対して水平な第１の面と、第１の面の上方に設けられた、第１の面に対して傾斜した前記光反射部からなる第２の面とを有していることを特徴とする照明装置。
前記複数のサブマウント基板は、各々が全体的にセラミック焼結体からなることを特徴とする請求項８記載の照明装置。