JP6172455B2 - 発光装置 - Google Patents
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そのため、発光素子を囲繞するように反射部材を配置し、発光素子の光を反射部材により反射して一方向に照射させるようにした発光装置が広く使用されており、特許文献1〜3の技術はその具体例である。
そのため、発光素子の側面側から放射された光が、波長変換層を介して反射部材に入射され、反射部材によって吸収されることから、発光装置の光取り出し効率が低下するという問題がある。
そのため、発光素子の側面側から放射された光が、被覆部材によって吸収されることから、発光装置の光取り出し効率が低下するという問題がある。
第1の局面は、
基板の表面上に配設された半導体発光素子と、
基板の表面上にて半導体発光素子を囲繞するように配設された光反射性の枠体と、
半導体発光素子の上面および側面を被覆し、蛍光体を含有する透明な蛍光体層と、
枠体の内部に注入充填され、蛍光体層の少なくとも側面を被覆する光散乱性の透明な光散乱層とを備えた発光装置である。
そのため、第1の局面の発光装置は、特に、自動車の前方側の照度を高める必要があるヘッドライト用として好適である。
また、第1の局面では、蛍光体層が波長変換部材として機能し、半導体発光素子の放射光(例えば、青色光)を、蛍光体層の蛍光体によって別の色の光(例えば、白色光)に波長変換した後に、発光装置から外部へ照射することができる。
そのため、半導体発光素子の側面側から放射される光の輝度が高くなり、半導体発光素子の上面側から放射される光の輝度との差が少なくなるため、発光装置の光放射面における輝度の面内分布を均一にすることができる。
第2の局面は、第1の局面において、枠体の開口部に嵌合された透明な封着板を備える。
第2の局面によれば、枠体の内部の部材(半導体発光素子、蛍光体層、光散乱層)が封着板によって封止されるため、耐熱性・耐候性・耐光性を向上させることが可能になり、枠体の内部の部材の劣化を防止できる。
第3の局面は、第2の局面において、封着板の表面にて、半導体発光素子の直上に位置する部分には微細な凹凸が形成されている。
第2の局面では、封着板の表面の凹凸により、封着板の表面から放射される光が散乱されるため、半導体発光素子の上面側から放射される光の輝度が低くなり、半導体発光素子の側面側から放射される光の輝度との差が更に少なくなることから、発光装置の光放射面における輝度の面内分布をより均一化することが可能になり、輝度ムラの抑制効果を高めることができる。
第4の局面は、第2の局面または第3の局面において、封着板の屈折率は、蛍光体層および光散乱層の屈折率よりも低いことである。
第4の局面によれば、空気と封着板の界面反射を抑制することにより、発光装置の光取り出し効率を更に向上させることができる。
第4の局面は、第1〜第4の局面において、光散乱層は蛍光体層の側面に加えて上面を被覆し、封着板は光散乱層に接着されている。
第5の局面によれば、封着板を光散乱層に隙間無く密着させた状態で容易に取付固定することが可能になるため、第1〜第4の局面の前記作用・効果を確実に得ることができる。
第6の局面は、第1の局面において、光散乱層は蛍光体層の側面に加えて上面を被覆し、光散乱層の表面にて、半導体発光素子の直上に位置する部分には微細な凹凸が形成されている。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは必ずしも一致しないことがある。
図1に示すように、第1実施形態の発光装置10は、絶縁基板11、LED(Light Emitting Diode)チップ12、蛍光体層13、枠体14(内周壁面14a)、光散乱層15、封着板16(凹凸16a)、光放射面10aを備える。
絶縁基板11は、矩形板状を成しており、例えば、絶縁材料(例えば、窒化アルミニウムなどのセラミックス材料、合成樹脂材料など)のバルク材から成る基板や、金属材料(例えば、アルミニウム合金、純銅、銅系合金など)の表面に絶縁層が形成された基板などによって形成されている。
各LEDチップ12の下面側は、絶縁基板11の表面上に形成されている配線層(図示略)に対して、各種接合方法(例えば、ハンダ付け、スタッドバンプ接合、金属微粒子接合、表面活性化接合など)を用い、電気的に接続されると共に取付固定されている。
尚、蛍光体層13の基材は、合成樹脂材料(例えば、シリコーン樹脂など)や、ゾルゲルガラスなどによって形成されている。
そして、発光装置10の光取り出し効率を高めるには、蛍光体層13の屈折率を1.5以上にすることが望ましい。
また、蛍光体層13の膜厚は、含有する蛍光体粒子が蛍光体層13の厚み方向(上下方向)に重なり合わないような膜厚にすることが望ましく、例えば、蛍光体粒子の粒径が20〜30μmの場合には、蛍光体層13の膜厚は40μm以下に設定すればよい。
尚、枠体14は、光反射性の高い材料(例えば、酸化チタン、酸化アルミニウムなど)の微粒子を含有する白色の合成樹脂材料(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)、光反射性のセラミックス材料(例えば、酸化アルミニウムなど)、光反射性の金属材料(例えば、アルミニウム合金など)などによって形成されている。
尚、光散乱層15の基材には、蛍光体層13と光散乱層15の剥離を防止するため、蛍光体層13の基材と熱膨張率が等しい材料を用いることが望ましく、例えば、蛍光体層13の基材と同一材料を用いればよい。
そして、発光装置10の光取り出し効率を高めるには、光散乱層15の屈折率を1.5以上にすることが望ましく、光散乱性の微粒子の屈折率を、光散乱層15の基材の屈折率よりも低くすることが望ましい。
尚、封着板16は、透明な合成樹脂材料(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)やガラスによって形成されている。
また、封着板16の表面が発光装置10の光放射面(光放射領域、発光領域、発光部)10aになる。
そして、発光装置10の光取り出し効率を高めるには、封着板16の屈折率を、蛍光体層13および光散乱層15の屈折率よりも低くすることが望ましい。
すなわち、前記のように、各層13,15の屈折率を1.5以上にした場合には、封着板16の屈折率を1.5以下にすればよい。
第1工程(図2(A)参照):絶縁基板11の表面上に形成されている配線層(図示略)に対して各LEDチップ12を接合する。
このとき、蛍光体層13の基材が合成樹脂材料の場合には、静電塗布法を用い、液状の合成樹脂材料を各LEDチップ12に塗布した後に、その合成樹脂材料を硬化させればよい。
また、蛍光体層13の基材がゾルゲルガラスの場合には、静電塗布法を用い、ゾルゲルガラスの液状の形成材料(例えば、テトラエトキシシランなどの金属アルコキシドなど)を各LEDチップ12に塗布し、次に、その形成材料を加水分解させた後に縮重合させてゾルとし、続いて、そのゾルから水分を除去して生じたゲルを焼結させてガラス化させることにより、ゾルゲルガラスを形成すればよい。
このとき、枠体14が合成樹脂材料の場合には、スクリーン印刷法などを用いて形成すればよい。
また、枠体14がセラミックス材料や金属材料の場合には、別個に成形した枠体14を絶縁基板11に取付固定すればよい。
次に、枠体14の内部に光散乱層15を注入充填する。
このとき、封着板16の表面には、各種粗面加工法(例えば、プレス加工、サンドブラスト加工、エッチング加工など)を用い、予め凹凸16aを形成しておく。
第1実施形態の発光装置10によれば、以下の作用・効果を得ることができる。
そのため、発光装置10は、特に、自動車の前方側の照度を高める必要があるヘッドライト用として好適である。
また、蛍光体層13は波長変換部材として機能し、各LEDチップ12から放射された一次光(青色光)と、その一次光の一部が蛍光体層13に含有される蛍光体で励起されることにより波長変換された二次光(黄色光)とを混色させて白色光を生成し、その白色光を発光装置10の光放射面10aから外部へ放射する。
そのため、各LEDチップ12の側面側から放射される光の輝度が高くなり、各LEDチップ12の上面側から放射される光の輝度との差が少なくなるため、発光装置10の光放射面10aにおける輝度の面内分布を均一にすることができる。
そのため、封着板16の表面の凹凸16aにより、封着板16の表面から放射される光が散乱されるため、各LEDチップ12の上面側から放射される光の輝度が低くなり、各LEDチップ12の側面側から放射される光の輝度との差が更に少なくなることから、発光装置10の光放射面10aにおける輝度の面内分布をより均一化することが可能になり、輝度ムラの抑制効果を高めることができる。
そのため、封着板16を光散乱層15に隙間無く密着させた状態で容易に取付固定することが可能になるため、前記[1−1]〜[1−4]の作用・効果を確実に得ることができる。
図3に示すように、第2実施形態の発光装置20は、絶縁基板11、LEDチップ12、蛍光体層13、枠体14(内周壁面14a)、光散乱層15(凹凸15a)、光放射面20aを備える。
第2実施形態の発光装置20において、第1実施形態の発光装置10と異なるのは以下の点だけである。
[2−2]光散乱層15は、光散乱性の微粒子を含有する透明なガラスによって形成されている。
[2−3]光散乱層15の表面が露出しており、その光散乱層15の表面が発光装置20の光放射面20aになる。
[2−4]光散乱層15の表面において、各LEDチップ12の直上に位置する部分には、粗面加工が施されて微細な凹凸15aが形成されている。
第2実施形態の発光装置20の製造方法において、第1工程(図4(A)参照)および第2工程(図4(B)参照)はそれぞれ、第1実施形態の第1工程(図2(A)参照)および第2工程(図2(B)参照)と同じである。
次に、光散乱性の微粒子を含有する透明なガラス板21を、枠体14の開口部に嵌合させる。
このとき、プレス加工の金型の内面に微細な凹凸加工を施しておき、その金型内の凹凸をガラス板21の表面に転写させることにより、光散乱層15の表面に凹凸15aを形成する。
ここで、蛍光体層13の基材には、加熱軟化させたガラス板21の高温に耐えられる材料を用いる必要があり、そのような材料として、例えば、ゾルゲルガラスや、高粘度の溶剤とガラス粉末との混合物などがある。
尚、蛍光体層13の基材として、高粘度の溶剤とガラス粉末との混合物を用いた場合には、加熱軟化させたガラス板21を蛍光体層13に押し当てた際に、溶剤が蒸発してガラス粉末が焼結し、焼結ガラスから成る蛍光体層13が形成される。
そして、第2実施形態では、光散乱層15の表面の凹凸15aにより、光散乱層15の表面から放射される光が散乱されるため、各LEDチップ12の上面側から放射される光の輝度が低くなり、各LEDチップ12の側面側から放射される光の輝度との差が更に少なくなることから、発光装置20の光放射面20aにおける輝度の面内分布をより均一化することが可能になり、輝度ムラの抑制効果を高めることができる。
尚、光散乱層15の表面の凹凸15aを形成しないで、光散乱層15の表面を略平坦にしてもよい。
図5に示すように、第3実施形態の発光装置30は、絶縁基板11、LEDチップ12、蛍光体層13、枠体14(内周壁面14a)、光散乱層15、光放射面30aを備える。
第3実施形態の発光装置30において、第2実施形態の発光装置20と異なるのは以下の点だけである。
[3−2]光散乱層15の表面が露出しており、その光散乱層15の表面が発光装置30の光放射面30aになる。
[3−3]光散乱層15の表面には凹凸が形成されていない。
第3実施形態の発光装置30の製造方法において、第1工程(図6(A)参照)および第2工程(図6(B)参照)はそれぞれ、第1実施形態の第1工程(図2(A)参照)および第2工程(図2(B)参照)と同じである。
そして、光散乱性の微粒子を含有するゾルゲルガラスの形成材料を枠体14の内部に注入充填し、次に、その形成材料を加水分解させた後に縮重合させてゾルとし、続いて、そのゾルから水分を除去して生じたゲルを焼結させてガラス化させることにより、ゾルゲルガラスから成る光散乱層15を形成する。
加えて、第3実施形態によれば、第1実施形態に比べて、製造工程が簡略化されるため製造コストが低減され、ゾルゲルガラスから成る光散乱層15によって蛍光体層13および各LEDチップ12をガラス封止するため、耐熱性・耐候性・耐光性を更に向上させることができる。
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
その場合、枠体14の形状は、LEDチップ12の配置に合わせて適宜変更すればよい。
10a,20a,30a…光放射面
11…絶縁基板
12…LEDチップ(半導体発光素子)
13…蛍光体層
14…枠体
14a…枠体14の内周壁面
15…光散乱層
16…封着板
15a,16a…凹凸
Claims (2)
- 基板の表面上に配設された半導体発光素子と、
前記基板の表面上にて前記半導体発光素子を囲繞するように配設された光反射性の枠体と、
前記半導体発光素子の上面および側面を被覆し、蛍光体を含有する透明な蛍光体層と、
前記枠体の内部に注入充填され、前記蛍光体層の少なくとも側面を被覆する光散乱性の透明なガラス製の光散乱層と、
を備えた発光装置の製造方法であって、
前記基板の表面上に前記半導体発光素子を配設する第1工程と、
前記基板に配設された前記半導体発光素子の上面及び側面を蛍光体を含有する透明な蛍光体層で被覆する第2工程と、
前記半導体発光素子を囲繞するように光反射性の枠体を配設する第3工程と、
光散乱性の微粒子を含有する透明なガラス板を前記枠体の開口部に嵌合させ、該ガラス板を加熱しながらプレス加工することにより、軟化させた前記ガラス板によって前記蛍光体層の上面及び側面を被覆して前記光散乱層を形成する第4工程と、を含み、
前記第4工程において、プレス加工の金型の内面に施された微細な凹凸加工を前記ガラス板に転写させて、前記光散乱層の表面において、前記半導体発光素子の前記上面側から放射された光が通過する部分には凹凸を形成し、前記光散乱層の表面の前記凹凸を形成した部分の周囲であって前記半導体発光素子の前記側面側から放射され前記光散乱層で散乱された光が通過する部分には凹凸を形成しない、発光装置の製造方法。 - 前記蛍光体層の基材は溶剤とガラス粉末を含み、
前記第4工程において、加熱軟化された前記ガラス板を前記蛍光体層に押し当てた際に、前記溶剤が蒸発して前記ガラス粉末が焼結し、焼結ガラスからなる前記蛍光体層が形成される、
請求項1に記載の発光装置の製造方法。
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