JP6848582B2 - 波長変換部材及び発光デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換部材並びに上記波長変換部材及びＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の励起光源を用いた発光デバイスに関するものである。
近年、蛍光ランプや白熱灯に代わる次世代の光源として、ＬＥＤやＬＤを用いた発光デバイス等に対する注目が高まってきている。そのような次世代光源の一例として、青色光を出射するＬＥＤと、ＬＥＤからの光の一部を吸収して黄色光に変換する波長変換部材とを組み合わせた発光デバイスが開示されている。この発光デバイスは、ＬＥＤから出射され、波長変換部を透過した青色光と、波長変換部から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。特許文献１には、波長変換部の一例として、パッケージ内に、蛍光体を分散させた樹脂が配置された波長変換部が開示されている。
本発明者らは、蛍光体を含む樹脂からなる波長変換部を用いた場合、長時間使用すると熱により樹脂が劣化し黒色化して、発光強度が低下するという課題があることを見出した。
本発明の目的は、蛍光体を含む樹脂が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができる波長変換部材及び発光デバイスを提供することにある。
本発明の波長変換部材は、パッケージと、パッケージ内に設けられている波長変換層と、を備え、波長変換層が、樹脂マトリクスと、樹脂マトリクス中に分散されており、励起光を波長変換する蛍光体とを有し、波長変換層内において放熱構造が構成されていることを特徴としている。
本発明においては、放熱構造が、対向し合う２つの主面を有する透明放熱層を有し、透明放熱層の２つの主面が樹脂マトリクスに接していてもよい。この場合、放熱構造が透明放熱層を複数有し、複数の透明放熱層が、透明放熱層の厚み方向において互いに間隔を隔てて設けられていることが好ましい。透明放熱層と、樹脂マトリクスを構成する樹脂との屈折率の差が、０．４以下であることが好ましい。なお、本明細書において、屈折率は波長５８７ｎｍにおける値を指す。
本発明においては、放熱構造が、多孔質の透明放熱部を有し、透明放熱部の孔内に、樹脂マトリクス及び蛍光体が設けられていてもよい。
本発明においては、放熱構造が仕切り部を有し、仕切り部により波長変換層が複数の区画に分割されていてもよい。
本発明においては、放熱構造が熱伝導粒子の集合体を有していてもよい。
本発明の発光デバイスは、上記本発明の波長変換部材と、励起光を波長変換部材側に出射する発光部とを備えることを特徴としている。
本発明においては、発光部が、開口部を有するケース部材と、ケース部材内における底部に配置される、励起光を出射する光源と、ケース部材内に設けられており、光源を封止する樹脂層とを有し、パッケージが、励起光の入射側に位置する底部を有し、ケース部材の開口部が、パッケージの底部により封止されていることが好ましい。
本発明に係る波長変換部材及び発光デバイスによれば、蛍光体を含む樹脂が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができる。
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
（波長変換部材）
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図１に示すように、本実施形態の波長変換部材２１は、パッケージ３と、パッケージ３内に設けられる波長変換層１１とを備えている。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図１に示すように、本実施形態の波長変換部材２１は、パッケージ３と、パッケージ３内に設けられる波長変換層１１とを備えている。
パッケージ３は、底部に位置する底板６と、底板６の上に設けられている側壁４とを有する。底板６は透明放熱部材からなる。なお、底板６は、放熱部材には限定されず、励起光Ｌ１を透過する透明材料からなっていればよい。
パッケージ３は、底板６とは反対側において開口している。側壁４の上には蓋材５が設けられている。パッケージ３の開口部３ａは、蓋材５により封止されている。
波長変換層１１は、複数の蛍光体層１６及び複数の透明放熱層７を有する。蛍光体層１６と透明放熱層７とは交互に積層されている。
図２は、本発明の第１の実施形態における複数の蛍光体層の模式的拡大断面図である。図２に示すように、蛍光体層１６は、樹脂マトリクス１と、樹脂マトリクス１中に分散されている蛍光体２とを含む。蛍光体２は、粒子の形態で樹脂マトリクス１中に含まれている。
図１に示すように、波長変換部材２１は、底板６側から入射する励起光Ｌ１を波長変換する。より具体的には、励起光Ｌ１は、底板６を通り、波長変換層１１に出射される。波長変換層１１内の蛍光体は、励起光Ｌ１を波長変換し、蛍光を出射する。なお、励起光Ｌ１及び蛍光は透明放熱層７を透過する。蛍光体から出射された蛍光と、波長変換層１１を透過した励起光Ｌ１との合成光Ｌ２が、蓋材５を通り波長変換部材２１から出射される。励起光Ｌ１が青色光である場合、例えば、黄色光が蛍光体から蛍光として出射され、励起光Ｌ１と蛍光の合成光Ｌ２として白色光が出射される。あるいは、励起光Ｌ１が青色光である場合に、蛍光体として緑色光を出射するものと赤色光を出射するものを混合して使用することにより、励起光Ｌ１と蛍光の合成光Ｌ２として白色光が出射される。
励起光Ｌ１は、蛍光体を励起して蛍光を出射させるとともに、その一部は熱エネルギーに変換される。このため、波長変換層１１における樹脂マトリクス１は、励起光Ｌ１の照射により加熱される。本発明者らは、この熱により樹脂マトリクス１が劣化し波長変換層１１が黒色化して発光強度が低下するという問題があることを見出した。また、この熱により、波長変換層１１に含まれる蛍光体の発光特性も低下する。
本実施形態では、波長変換層１１内において、複数の透明放熱層７からなる放熱構造が構成されている。各透明放熱層７は、対向し合う第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂをそれぞれ有する。第１の主面７ａはパッケージ３の開口部３ａ側に位置しており、第２の主面７ｂはパッケージ３の底板６側に位置している。複数の透明放熱層７は、透明放熱層７の厚み方向において間隔を隔てて設けられている。複数の透明放熱層７の第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂは、樹脂マトリクス１に接している。それによって、蛍光体層１６内で生じた熱を効果的に拡散することができ、波長変換層１１内で局所的に加熱されるのを抑制することができる。特に、励起光Ｌ１のエネルギー分布は通常中心部において高くなっているので、励起光Ｌ１の中心部において発生する熱エネルギーも大きくなる傾向がある。そのため、波長変換層１１内に透明放熱層７を配置することにより、励起光Ｌ１の中心部において生じた熱を周辺部に拡散することができる。従って、波長変換層１１が熱により劣化し黒色化するのを効果的に抑制することができ、その結果、発光強度が低下するのを効果的に抑制することができる。
なお、本実施形態のような放熱構造においては、第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂが樹脂マトリクス１に接する透明放熱層７が、少なくとも１層設けられていればよい。
本実施形態のように、パッケージ３の底板６は、透明放熱部材からなることが好ましい。これにより、上記放熱構造によってだけではなく、底板６によっても、波長変換層１１内で生じた熱を拡散することができる。また、底板６により、パッケージ３の外部へ放熱することができる。また、底板６の表面に窒化アルミニウム、酸化マグネシウム等の熱伝導性膜からなる放熱層が設けられていてもよい。
透明放熱層７の材料には、励起光Ｌ１及び蛍光体から出射する蛍光を透過し、かつ波長変換層１１の樹脂マトリクス１を構成する樹脂より高い熱伝導率を有するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。透明放熱層７の熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫ以上、０．９Ｗ／ｍＫ以上、１Ｗ／ｍＫ以上、１．２Ｗ／ｍＫ以上、１．５Ｗ／ｍＫ以上、３Ｗ／ｍＫ以上、５Ｗ／ｍＫ以上、特に１０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。それによって、波長変換層１１において生じた熱をより一層効率的に拡散することができる。なお、底板６における熱伝導率も上記範囲内であることが好ましい。後述する第２の実施形態の波長変換部材２２においては、放熱構造における透明放熱部８の熱伝導率が上記範囲内であることが好ましい。また、後述する第３の実施形態の波長変換部材２３においては、放熱構造における仕切り部９の熱伝導率が上記範囲内であることが好ましい。
このような材料として、ガラス及びセラミックが挙げられる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫ）系ガラスまたはＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ−Ｒ’２Ｏ系ガラス等が挙げられる。ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスとしては、例えば日本電気硝子株式会社製の「ＯＡ−１０Ｇ」（熱伝導率１Ｗ／ｍＫ）が好適である。セラミックとしては、高熱伝導性セラミックを用いることができる。高熱伝導性セラミックとしては、例えば、酸化アルミニウム系セラミック、窒化アルミニウム系セラミック、炭化ケイ素系セラミック、窒化ホウ素系セラミック、酸化マグネシウム系セラミック、酸化チタン系セラミック、酸化ニオビウム系セラミック、酸化亜鉛系セラミック、酸化イットリウム系セラミック等が挙げられる。
透明放熱層７の厚みは、励起光Ｌ１の透過性及び熱伝導性等を考慮して適宜決定することができる。透明放熱層７の厚みは、例えば、５μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、特に５０μｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、特に０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
透明放熱層７の波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける平均透過率は、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。平均透過率が小さくなると、光取り出し効率が低下しやすくなる。
波長変換層１１の樹脂マトリクス１としては、例えば、透光性を有する紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の硬化性樹脂が用いられる。具体的には、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂等を用いることができる。
透明放熱層７と、樹脂マトリクス１を構成する樹脂との屈折率（ｎｄ）の差は、０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることがさらに好ましい。これにより、透明放熱層７と樹脂マトリクス１との界面における励起光Ｌ１及び蛍光の反射を低減することができ、発光効率及び光の取り出し効率を高めることができる。
波長変換層１１に含まれる、図２に示す蛍光体２としては、例えば、量子ドットを用いることができる。量子ドットとしては、ＩＩ−ＶＩ族化合物、及びＩＩＩ−Ｖ族化合物等が挙げられる。ＩＩ−ＶＩ族化合物としては、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ等が挙げられる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物としては、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＡｓまたはＩｎＳｂ等が挙げられる。これらの化合物から選択される少なくとも１種、またはこれらのうちの２種以上の複合体を量子ドットとして用いることができる。複合体としては、コアシェル構造のものが挙げられ、例えばＣｄＳｅ粒子表面がＺｎＳによりコーティングされたコアシェル構造のものが挙げられる。
蛍光体２は、量子ドットに限定されるものではなく、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体またはガーネット系化合物蛍光体等の無機蛍光体粒子等を用いてもよい。
図１に示す底板６は、例えば、ガラスやセラミック等の透明材料から構成することができる。底板６は、透明放熱層７と同様の材料により構成することが好ましい。
底板６の波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける平均透過率は、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。平均透過率が小さくなると、光取り出し効率が低下しやすくなる。
底板６の厚みは、励起光Ｌ１の透過性及び熱伝導性等を考慮して適宜決定することができる。底板６の厚みは、例えば、０．００１ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることが好ましく、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であることがより好ましく、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲であることがさらに好ましい。
底板６と、樹脂マトリクス１を構成する樹脂との屈折率の差は、０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることがさらに好ましい。屈折率の差を小さくすることにより、底板６と波長変換層１１との界面における励起光Ｌ１の反射を低減することができ、発光効率及び光の取り出し効率を高めることができる。
パッケージ３の側壁４は、例えば、セラミックやガラス等から構成することができる。セラミックとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ジルコニア、ムライト等が挙げられる。また、セラミックは、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）等のガラスセラミックであってもよい。ＬＴＣＣの具体例としては、酸化チタンや酸化ニオブ等の無機粉末とガラス粉末との焼結体等が挙げられる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫ）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ−Ｒ’２Ｏ系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、ＴｅＯ２系ガラスまたはＢｉ２Ｏ３系ガラス等が挙げられる。
蓋材５は、例えば、ガラスやセラミック等の透明材料から構成することができる。ガラスやセラミックとしては、パッケージ３の底板６を構成する上記ガラスと同様の材料を用いることができる。
本実施形態においては、波長変換層１１内において複数の透明放熱層７が設けられている。それによって、励起光Ｌ１の照射により波長変換層１１に生じた熱を透明放熱層７で拡散することができ、波長変換層１１が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができる。
透明放熱層７は、少なくとも１層設けられていればよい。もっとも、透明放熱層７は複数設けられていることが好ましい。具体的には、透明放熱層７の厚みにもよるが、２〜５層設けられていることが好ましく、６〜１０層設けられていることがより好ましい。それによって、波長変換層１１に生じた熱をより一層拡散することができる。
本実施形態では、透明放熱層７は、パッケージ３の側壁４に接するように設けられている。それによって、波長変換層１１内において生じた熱を、波長変換層１１の外側に効率的に放熱することができる。
本実施形態では、波長変換層１１が底板６と接するように設けられているが、これに限定されるものではなく、波長変換層１１と底板６との間に隙間が形成されていてもよい。
図３は、本発明の第１の実施形態の変形例を示す模式的断面図である。本変形例においては、透明放熱層７は、パッケージ３の側壁４に接していない点で、第１の実施形態とは異なる。
透明放熱層７は、励起光Ｌ１の照射領域を覆うように設けられていることが好ましい。透明放熱層７の面積は、励起光Ｌ１の照射領域の面積の１．１倍以上であることが好ましく、１．３倍以上であることがより好ましく、１．５倍以上であることがさらに好ましく、２倍以上であることがなお好ましく、３倍以上であることが特に好ましく、４倍以上であることが最も好ましい。これにより、波長変換層１２内で生じた熱を、透明放熱層７によって効果的に拡散することができる。
透明放熱層７は、少なくとも周縁部の一部がパッケージ３の側壁４に接していることが好ましい。このようにすれば、発生した熱を外部に効率的に放出することができる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図４に示すように、本実施形態においては、波長変換層１３内における放熱構造が、多孔質の透明放熱部８を有する。透明放熱部８は、パッケージ３の底板６及び側壁４に接するように設けられている。透明放熱部８の複数の孔８ａ内に、樹脂マトリクス及び蛍光体を含む蛍光体層１８が設けられている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
図４は、本発明の第２の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図４に示すように、本実施形態においては、波長変換層１３内における放熱構造が、多孔質の透明放熱部８を有する。透明放熱部８は、パッケージ３の底板６及び側壁４に接するように設けられている。透明放熱部８の複数の孔８ａ内に、樹脂マトリクス及び蛍光体を含む蛍光体層１８が設けられている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
透明放熱部８には、ゾルゲル法等により形成された多孔質のガラス等を用いることができる。
波長変換部材２２においては、励起光Ｌ１の照射により波長変換層１３内に生じた熱を、透明放熱部８により拡散することができるため、波長変換層１３が熱により劣化し黒色化するのを効果的に抑制することができる。
透明放熱部８の波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける平均透過率は、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。平均透過率が小さくなると、光取り出し効率が低下しやすくなる。
透明放熱部８と、樹脂マトリクスを構成する樹脂との屈折率の差は、０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることがさらに好ましい。屈折率の差を小さくすることにより、透明放熱部８と樹脂マトリクスとの界面における励起光Ｌ１及び蛍光の反射を低減することができ、発光効率及び光の取り出し効率を高めることができる。
透明放熱部８は、少なくとも周縁部の一部がパッケージ３の側壁４に接していることが好ましい。このようにすれば、発生した熱を外部に効率的に放出することができる。
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図６は、本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的平面図である。図５及び図６に示すように、本実施形態においては、波長変換層１４内における放熱構造が、仕切り部９を有する。仕切り部９により、波長変換層１４は複数の区画に分割されている。各区画における蛍光体層１９により、励起光Ｌ１が波長変換される。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
図５は、本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図６は、本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的平面図である。図５及び図６に示すように、本実施形態においては、波長変換層１４内における放熱構造が、仕切り部９を有する。仕切り部９により、波長変換層１４は複数の区画に分割されている。各区画における蛍光体層１９により、励起光Ｌ１が波長変換される。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
仕切り部９には、第１の実施形態における透明放熱層７と同様の材料を用いることができる。あるいは、仕切り部９には、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける平均透過率が低い放熱部材（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属またはこれらの少なくとも１種を含む合金）を用いてもよい。
波長変換部材２３においては、励起光Ｌ１の照射により波長変換層１４内に生じた熱を、仕切り部９により拡散することができるため、波長変換層１４が熱により劣化し黒色化するのを効果的に抑制することができる。
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態の波長変換部材２４を示す模式的断面図である。図７に示すように、本実施形態においては、波長変換層１５内における放熱構造が、熱伝導粒子１０の集合体を有する。熱伝導粒子１０の集合体は、パッケージ３の底板６及び側壁４に接するように設けられている。複数の熱伝導粒子１０の隙間に、樹脂マトリクス１及び蛍光体を含む蛍光体層１７が設けられている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
図７は、本発明の第４の実施形態の波長変換部材２４を示す模式的断面図である。図７に示すように、本実施形態においては、波長変換層１５内における放熱構造が、熱伝導粒子１０の集合体を有する。熱伝導粒子１０の集合体は、パッケージ３の底板６及び側壁４に接するように設けられている。複数の熱伝導粒子１０の隙間に、樹脂マトリクス１及び蛍光体を含む蛍光体層１７が設けられている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
波長変換部材２４においては、励起光Ｌ１の照射により波長変換層１５内に生じた熱を、熱伝導粒子１０により拡散することができるため、波長変換層１５が熱により劣化し黒色化するのを効果的に抑制することができる。
波長変換部材２４においては、熱伝導粒子１０が最密充填された状態において、底板６に接するように設けられている。熱伝導粒子１０のうち、底板６に直接的に接していない熱伝導粒子１０は、他の熱伝導粒子１０を介して間接的に底板６に接している。これにより、励起光Ｌ１の照射により波長変換層１５に生じた熱は速やかに熱伝導粒子１０から底板６に伝導し、底板６により拡散される。なお、熱伝導粒子１０自体により熱を拡散させることもできる。従って、波長変換層１５が熱により劣化し黒色化するのを効果的に抑制することができる。熱伝導粒子１０の集合体の厚みは、例えば、２００μｍ以上、２５０μｍ以上、３００μｍ以上、３５０μｍ以上、４００μｍ以上であることが好ましい。このようにすれば、波長変換層１５に生じた熱を拡散しやすくなる。
熱伝導粒子１０の集合体は、少なくとも周縁部の一部がパッケージ３の側壁４に接していることが好ましい。このようにすれば、発生した熱を外部に効率的に放出することができる。
なお、熱伝導粒子１０は最密充填されていなくともよく、熱伝導粒子１０が互いに接することにより、底板６に直接的または間接的に接するように設けられていればよい。
熱伝導粒子１０の熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫ以上、０．９Ｗ／ｍＫ以上、１Ｗ／ｍＫ以上、１．２Ｗ／ｍＫ以上、１．５Ｗ／ｍＫ以上、３Ｗ／ｍＫ以上、５Ｗ／ｍＫ以上、特に１０Ｗ／ｍＫ以上が好ましい。それによって、波長変換層１５内に生じた熱をより一層効果的に拡散することができる。
熱伝導粒子１０には、例えば、素材としてガラス、二酸化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化亜鉛、アルミニウム、銀等を用いることができ、その形状は粉末、ファイバー、球状のものであってもよい。
熱伝導粒子１０の粒径（Ｄ５０）は０．０１ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましく、０．０２ｍｍ〜０．８ｍｍであることがより好ましく、０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍであることがさらに好ましい。熱伝導粒子１０の粒径が小さすぎると、光散乱が大きくなり、光取り出し効率が低下しやすくなる。一方、熱伝導粒子１０の粒径が大きすぎると、熱伝導粒子１０間の熱伝導パスが少なくなり、波長変換層１５に生じた熱を拡散する効果が小さくなる傾向がある。
熱伝導粒子１０の波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける平均透過率は、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。平均透過率が小さくなると、光取り出し効率が低下しやすくなる。
熱伝導粒子１０と、樹脂マトリクス１を構成する樹脂との屈折率の差は、０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることがさらに好ましい。屈折率の差を小さくすることにより、熱伝導粒子１０と樹脂マトリクス１との界面における励起光Ｌ１及び蛍光の反射を低減することができ、発光効率及び光の取り出し効率を高めることができる。
（発光デバイス）
図８は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材を用いた発光デバイスを示す模式的断面図である。図８に示すように、発光デバイス３０は、第１の実施形態の波長変換部材２１と、励起光Ｌ１を波長変換部材２１側に出射するように設けられている発光部３１とを備える。なお、発光部３１は、波長変換部材２１の底板６側に設けられている。
図８は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材を用いた発光デバイスを示す模式的断面図である。図８に示すように、発光デバイス３０は、第１の実施形態の波長変換部材２１と、励起光Ｌ１を波長変換部材２１側に出射するように設けられている発光部３１とを備える。なお、発光部３１は、波長変換部材２１の底板６側に設けられている。
より具体的には、発光部３１はケース部材３５を有する。ケース部材３５は開口部３５ａを有する。ケース部材３５内における底部３５ｂには、励起光Ｌ１を出射する光源３４が配置されている。光源３４は、ケース部材３５内において、樹脂層３２によって封止されている。図８に示すように、ケース部材３５の開口部３５ａは、パッケージ３の底部に位置する底板６により封止されている。
発光デバイス３０においては、樹脂層３２によって封止された光源３４から励起光Ｌ１が出射される。励起光Ｌ１は底板６を通り、波長変換層１１に出射される。波長変換層１１内の蛍光体は、励起光Ｌ１を波長変換し、蛍光を出射する。蛍光体から出射された蛍光と、波長変換層１１を透過した励起光Ｌ１との合成光Ｌ２が、蓋材５を通り発光デバイス３０から出射される。
光源３４としては、例えば、青色光を励起光Ｌ１として出射するＬＥＤ光源やＬＤ光源等が用いられる。ケース部材３５には、パッケージ３の側壁４と同様の材料を用いることができる。樹脂層３２を構成する樹脂には、樹脂マトリクス１の樹脂と同様のものを用いることができる。
発光デバイス３０における底板６の材料としては、励起光Ｌ１を透過し、かつ波長変換層１１の樹脂マトリクス１を構成する樹脂及び樹脂層３２を構成する樹脂より高い熱伝導率を有するものであることが好ましい。
本実施形態においては、波長変換層１１と樹脂層３２との間に底板６が位置しており、かつ波長変換層１１内において、複数の透明放熱層７を有する放熱構造が構成されている。よって、励起光Ｌ１の照射により波長変換層１１に生じた熱を透明放熱層７で拡散することができ、波長変換層１１が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができる。
加えて、本実施形態のように、底板６が透明放熱部材からなる場合には、波長変換層１１に生じた熱を、底板６を通じて発光デバイス３０の外部に効率的に放熱することができる。なお、底板６は、励起光Ｌ１の照射で生じた樹脂層３２内の熱も拡散することができる。
底板６と、樹脂層３２を構成する樹脂との屈折率の差は、０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることがさらに好ましい。屈折率の差を小さくすることにより、底板６と樹脂層３２との界面における励起光Ｌ１の反射を低減することができ、発光効率及び光の取り出し効率を高めることができる。
本実施形態では、底板６が樹脂層３２と接するように設けられているが、これに限定されるものではなく、樹脂層３２との間に隙間が形成されていてもよい。
発光デバイス３０の波長変換部材には、第２の実施形態または第３の実施形態の波長変換部材を用いてもよい。なお、光源３４は複数配置されていてもよい。例えば、図５及び図６に示す第３の実施形態の波長変換部材２３を用いる場合、波長変換層１４の各区画と平面視において重なる位置に、それぞれ光源を配置してもよい。
（波長変換部材の製造方法）
図１を参照して、波長変換部材２１の製造方法を説明する。蛍光体が分散して含まれた樹脂マトリクス１用の樹脂を硬化させて蛍光体層１６を形成する。次に、複数の蛍光体層１６と複数の透明放熱層７とを交互に積層し、波長変換層１１を形成する。
図１を参照して、波長変換部材２１の製造方法を説明する。蛍光体が分散して含まれた樹脂マトリクス１用の樹脂を硬化させて蛍光体層１６を形成する。次に、複数の蛍光体層１６と複数の透明放熱層７とを交互に積層し、波長変換層１１を形成する。
なお、波長変換層１１の形成の方法は上記に限定されない。例えば、以下の方法により波長変換層１１を形成してもよい。型枠を用意し、型枠内に、複数の透明放熱層７を、厚み方向に間隔を隔てて配置する。次に、蛍光体が分散して含まれた樹脂マトリクス１用の樹脂を、複数の透明放熱層７間の間隔を満たすように、型枠内に導入する。次に、上記樹脂を硬化する。
一方で、底板６を用意し、底板６の上に側壁４を設ける。これにより、パッケージ３を形成する。次に、波長変換層１１をパッケージ３内に配置する。次に、蓋材５によりパッケージ３を封止する。
以上のようにして、第１の実施形態の波長変換部材２１を製造することができる。
図４に示す第２の実施形態の波長変換部材２２を製造する場合においては、ゾルゲル法により、多孔質の透明放熱部８を形成する。次に、透明放熱部８の複数の孔８ａ内に、蛍光体が分散して含まれた樹脂マトリクス１用の樹脂を注入する。次に、上記樹脂を硬化する。その後の工程は、第１の実施形態の波長変換部材２１の製造方法における工程と同様である。
図５に示す第３の実施形態の波長変換部材２３を製造する場合においては、第１の実施形態の波長変換部材２１の製造方法と同様に、パッケージ３を形成する。次に、パッケージ３の底板６の上に仕切り部９を配置する。次に、蛍光体が分散して含まれた樹脂マトリクス１用の樹脂をパッケージ３内に導入する。このとき、上記樹脂を、仕切り部９により分割された各区画に導入する。次に、上記樹脂を硬化させる。次に、蓋材５によりパッケージ３を封止する。
（発光デバイスの製造方法）
図８を参照して、発光デバイス３０の製造方法を説明する。開口部３５ａを有するケース部材３５を用意し、ケース部材３５内における底部３５ｂの上に光源３４を配置する。次に、硬化前の樹脂層３２用の樹脂をケース部材３５内に導入し、光源３４を樹脂層３２用の樹脂で覆う。次に、樹脂層３２用の樹脂を硬化させて発光部３１を形成する。
図８を参照して、発光デバイス３０の製造方法を説明する。開口部３５ａを有するケース部材３５を用意し、ケース部材３５内における底部３５ｂの上に光源３４を配置する。次に、硬化前の樹脂層３２用の樹脂をケース部材３５内に導入し、光源３４を樹脂層３２用の樹脂で覆う。次に、樹脂層３２用の樹脂を硬化させて発光部３１を形成する。
一方で、上述した方法により、波長変換部材２１を形成する。次に、波長変換部材２１の底部に位置する底板６によりケース部材３５の開口部３５ａを封止するように、底板６とケース部材３５とを接合する。
以上のようにして、発光デバイス３０を製造することができる。
１…樹脂マトリクス
２…蛍光体
３…パッケージ
３ａ…開口部
４…側壁
５…蓋材
６…底板
７…透明放熱層
７ａ，７ｂ…第１，第２の主面
８…透明放熱部
８ａ…孔
９…仕切り部
１０…熱伝導粒子
１１，１２，１３，１４，１５…波長変換層
１６，１７，１８，１９…蛍光体層
２１，２２，２３，２４…波長変換部材
３０…発光デバイス
３１…発光部
３２…樹脂層
３４…光源
３５…ケース部材
３５ａ…開口部
３５ｂ…底部
Ｌ１…励起光
Ｌ２…合成光
２…蛍光体
３…パッケージ
３ａ…開口部
４…側壁
５…蓋材
６…底板
７…透明放熱層
７ａ，７ｂ…第１，第２の主面
８…透明放熱部
８ａ…孔
９…仕切り部
１０…熱伝導粒子
１１，１２，１３，１４，１５…波長変換層
１６，１７，１８，１９…蛍光体層
２１，２２，２３，２４…波長変換部材
３０…発光デバイス
３１…発光部
３２…樹脂層
３４…光源
３５…ケース部材
３５ａ…開口部
３５ｂ…底部
Ｌ１…励起光
Ｌ２…合成光
Claims (3)
- パッケージと、
前記パッケージ内に設けられている波長変換層と、
を備え、
前記波長変換層が、樹脂マトリクスと、前記樹脂マトリクス中に分散されており、励起光を波長変換する蛍光体とを有し、
前記波長変換層内において放熱構造が構成されており、
前記放熱構造が、多孔質の透明放熱部を有し、
前記透明放熱部の孔内に、前記樹脂マトリクス及び前記蛍光体が設けられている、波長変換部材。 - 請求項１に記載の波長変換部材と、
前記励起光を前記波長変換部材側に出射する発光部と、
を備える、発光デバイス。 - 前記発光部が、開口部を有するケース部材と、前記ケース部材内における底部に配置される、前記励起光を出射する光源と、前記ケース部材内に設けられており、前記光源を封止する樹脂層とを有し、
前記パッケージが、前記励起光の入射側に位置する底部を有し、
前記ケース部材の前記開口部が、前記パッケージの前記底部により封止されている、請求項２に記載の発光デバイス。
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