JP6939133B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関する。
従来の発光装置として、直線状に配置された、発光面積が異なる複数の発光素子を備え、発光面積が小さい発光素子を中央に配置した発光装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１、２の発光装置によれば、発光素子の発光面積が小さいほど電流密度を高くすることができるため、配向パターンの中央にホットゾーン（最も明るい領域）を形成することができる。
また、従来の発光装置として、マトリックス上に配置された、光度が異なる複数の発光素子を備え、光度の高い大型の発光素子を中央に配置し、周辺に低コストの小型の発光素子を配置した発光装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の発光装置によれば、配向パターンの中央にホットゾーンを形成しつつ、コストを低減することができる。
特開２０１７−０１１２５９号公報 特開２００９−２６６４３４号公報 特開２０１２−１６９１８９号公報
特許文献１〜３に開示されているような発光装置においては、発光素子の配光パターンがほぼそのまま発光装置の配光パターンに反映される。このため、例えば、発光素子の個数が奇数の場合は、最も光度の高い発光素子を中央に配置することによりホットゾーンを発光装置の配光パターンの中央に形成することができるが、発光素子の個数が偶数の場合は、中央に複数の発光素子が配置されるため、これらの発光素子の光度のばらつきによってホットゾーンが発光装置の配光パターンの中心からずれてしまう。
本発明の目的の１つは、発光素子の配光パターンのみに依存せずに、配光パターンを制御することのできる発光装置を提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［１０］の発光装置を提供する。
［１］複数の発光素子と、前記複数の発光素子の上に互いに間隔を空けて配置された、板状の複数の波長変換部材と、を備え、前記複数の波長変換部材のうちの少なくとも一部が、前記複数の発光素子のうちの２つ以上の発光素子の上に跨がり、前記複数の発光素子の発光強度及び前記複数の波長変換部材の変換効率の少なくとも一方が不均一である、発光装置。
［２］前記複数の発光素子が、一列に並んで配置され、前記複数の発光素子のうちの任意の隣接する２つの発光素子の間を、前記複数の波長変換部材のうちの１つが跨がり、前記複数の波長変換部材の各々が、前記複数の発光素子のうちの２つ以下の発光素子の上に配置された、上記［１］に記載の発光装置。
［３］前記複数の発光素子の個数が偶数であり、前記複数の発光素子のうち、中央に配置された２つの発光素子の発光強度が他の発光素子の発光強度よりも高い、上記［２］に記載の発光装置。
［４］前記複数の発光素子の個数が偶数であり、前記複数の波長変換部材のうち、中央に配置された波長変換部材の変換効率が他の波長変換部材の変換効率よりも高い、上記［２］又は［３］に記載の発光装置。
［５］前記複数の発光素子が、四角格子の格子点上に並んで配置され、前記複数の発光素子のうちの任意の前記四角格子の単位格子上に配置された４つの発光素子の間を、前記複数の波長変換部材のうちの１つが跨がり、前記複数の波長変換部材の各々が、前記複数の発光素子のうちの４つ以下の発光素子の上に配置された、上記［１］に記載の発光装置。
［６］前記複数の発光素子の個数が偶数であり、前記複数の発光素子のうち、中央に配置された４つの発光素子の発光強度が他の発光素子の発光強度よりも高い、上記［５］に記載の発光装置。
［７］前記複数の発光素子の個数が偶数であり、前記複数の波長変換部材のうち、中央に配置された波長変換部材の変換効率が他の波長変換部材の変換効率よりも高い、上記［５］又は［６］に記載の発光装置。
［８］前記複数の発光素子が、前記複数の波長変換部材の隙間の真下に溝を有する、上記［１］〜［７］のいずれか１項に記載の発光装置。
本発明によれば、発光素子の配光パターンのみに依存せずに、配光パターンを制御することのできる発光装置を提供することができる。
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図である。 図２は、図１の線分Ａ−Ａで示される位置で切断された発光装置の垂直断面図である。 図３（ａ）は、発光素子の配光パターンを模式的に示す図である。図３（ｂ）は、発光素子上に波長変換部材が配置された発光装置の配光パターンを模式的に示す図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、比較例としての発光装置の垂直断面図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。 図６は、第２の実施の形態に係る発光装置における発光素子及び波長変換部材の配置を示す上面図である。 図７は、第３の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態に係る発光装置の製造工程を示す垂直断面図である。
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置１の上面図である。また、図２は、図１の線分Ａ−Ａで示される位置で切断された発光装置１の垂直断面図である。なお、図１では、後述する反射材３２の図示が省略されている。
発光装置１は、配線１２が基板１１の表面に設けられた配線基板１０と、配線基板１０上にフェイスダウン実装された複数の発光素子２０と、複数の発光素子２０上に互いに間隔を空けて配置された、板状の複数の波長変換部材３０と、波長変換部材３０及び発光素子２０の側面を覆う反射材３２を有する。
発光装置１は、配光パターンにホットゾーンを形成するため、複数の発光素子２０の発光強度及び複数の波長変換部材３０の変換効率の少なくとも一方が不均一である。
発光素子２０は、例えば、素子基板２１と、発光層及びそれを挟むクラッド層を含む発光機能層２２と、発光機能層２２に接続された素子電極２３を有するフリップチップ型のＬＥＤチップである。また、発光素子２０は、レーザーダイオード等のＬＥＤチップ以外の発光素子であってもよい。発光装置１に含まれる発光素子２０の数は特に限定されない。
発光素子２０は、フェイスダウン実装されるため、素子基板２１が上方（配線基板１０の反対側）を向いている。発光素子２０の素子電極２３は、配線基板１０の配線１２に接続される。
基板１１は、例えば、Ａｌ2Ｏ3基板、ＡｌＮ基板等のセラミック基板、表面が絶縁膜で覆われたＡｌ基板やＣｕ基板等の金属基板、又はガラスエポキシ基板であり、配線１２は、Ｃｕ等の導電材料からなる。
波長変換部材３０は、蛍光体を含む板状の部材であり、例えば、樹脂やセラミックス中に蛍光体粒子が分散した部材である。波長変換部材３０に含まれる蛍光体の種類や蛍光色は特に限定されない。発光素子２０は、波長変換部材３０に含まれる蛍光体の励起光源として機能し、発光素子２０の発光色と波長変換部材３０の発光色の混色が発光装置１の発光色になる。例えば、発光素子２０の発光色が青色であり、波長変換部材３０の発光色が黄色である場合、発光装置１の発光色は白色になる。
波長変換部材３０は、互いに間隔を空けて配置されているため、波長変換部材３０の側面から出ようとする光は、波長変換部材３０同士の隙間に反射材３２が埋め込まれている場合は反射材により反射され、隙間に反射材３２が埋め込まれていない場合は波長変換部材３０の側面と空気との界面において反射される。このため、波長変換部材３０の各々の中から出た光が他の波長変換部材３０の中へ進入することはほとんどない。
波長変換部材３０は、接着剤３１により発光素子２０に固定される。図２に示されるように、最も外側の波長変換部材３０が発光素子２０の上から外側に張り出す場合は、その張り出した部分の下の接着剤３１がフィレット形状となる。この接着剤３１のフィレット形状部分３１ａに水平方向から進入した光は、フィレット形状部分３１ａの斜面によって上方に反射されるため、光取出効率が向上する。
反射材３２は、例えば、反射フィラーを含むシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。樹脂からなる反射材３２をポッティングにより形成する場合は、発光素子２０を囲むダム３３を形成し、そのダム３３の内側に反射材３２を充填することが好ましい。
また、反射材３２は、反射フィラーを含まない透明な樹脂からなる、屈折率差により界面で光を反射するタイプの反射材であってもよい。この場合、接着剤３１の屈折率を反射材３２の屈折率よりも高くすることにより、隣接する発光素子２０の間の反射材３２に進入した光を上方に取り出しやすくなり、輝度の向上や色むらの低減を図ることができる。
本実施の形態においては、複数の発光素子２０が一列に並んで配置されている。そして、複数の発光素子２０のうちの任意の隣接する２つの発光素子２０の間を、１つの波長変換部材３０が跨がっている。また、複数の波長変換部材３０の各々は、２つ以下の発光素子２０の上に配置されている。すなわち、３つ以上の発光素子２０に跨る波長変換部材３０は存在しない。
図３（ａ）は、発光素子２０の配光パターンを模式的に示す図である。図３（ｂ）は、発光素子２０上に波長変換部材３０が配置された発光装置１の配光パターンを模式的に示す図である。
図３（ａ）、（ｂ）に示される例では、一列に並んだ４つの発光素子２０（２０ａ〜２０ｄ）のうち、中央の２つの発光素子２０ｂ、２０ｃの発光強度が両側の発光素子２０ａ、２０ｄの発光強度よりも高いものとする。また、発光素子２０ｂ、２０ｃの発光強度には若干のばらつきがあるものとする。また、５つの波長変換部材３０（３０ａ〜３０ｅ）の変換効率は均一であるとする。
図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、発光装置１の配光パターンは、発光素子２０の配光パターンと異なる。複数の波長変換部材３０のうちの少なくとも一部が、複数の発光素子２０のうちの２つ以上の発光素子２０の上に跨がる場合、跨がられた２つ以上の発光素子から発せられる光が跨がった波長変換部材３０の中で混ざり、平均化された上で取り出されるからである。
このため、発光装置１によれば、発光素子２０の配光パターンのみに依存せずに、波長変換部材３０の大きさ、個数、配置等により配光パターンを制御することができる。
例えば、図３（ａ）に示される例では、発光素子２０の個数が偶数であるために、２つの発光素子２０ｂ、２０ｃが中央に位置する。このため、この発光素子２０ｂ、２０ｃの発光強度が等しければ、発光素子２０ｂ、２０ｃの中間点、すなわち配光パターンの中心にホットゾーンが形成されるが、図３（ａ）に示される例では、発光素子２０ｂ、２０ｃの発光強度にはばらつきがあるため、ホットゾーンは配光パターンの中心から発光強度の強い発光素子２０ｂ側にずれてしまう。
しかしながら、発光素子２０上に波長変換部材３０を設置すると、図３（ｂ）に示されるように、発光素子２０ｂ、２０ｃから発せられた光は発光素子２０ｂ、２０ｃを跨ぐ波長変換部材３０ｃの中で平均化されるため、ホットゾーンが波長変換部材３０ｃの中心、すなわち配光パターンの中心に形成される。
なお、発光素子２０ａ〜２０ｄの発光強度が均一であり、波長変換部材３０の変換効率が不均一である場合、具体的には中央の波長変換部材３０ｃの変換効率が最も高い場合にも、図３（ｂ）に示されるような配光パターンを得ることができる。
また、発光素子２０ａ〜２０ｄの発光強度と波長変換部材３０の変換効率の両方が不均一である場合、具体的には発光素子２０ｂ、２０ｃの発光強度が発光素子２０ａ、２０ｄの発光強度よりも高く、波長変換部材３０ｃの変換効率が最も高い場合にも、図３（ｂ）に示されるような配光パターンを得ることができる。
また、発光素子２０上の波長変換部材３０の位置を水平方向にシフトさせることにより、発光素子２０の位置を変えずに発光装置１の配光パターンをシフトさせることができる。
図４（ａ）、（ｂ）は、比較例としての発光装置４、５の垂直断面図である。図４（ａ）に示される発光装置４は、各々の発光素子２０の上に、１つずつ波長変換部材３０が設置されている。この場合、各々の発光素子２０から発せられた光は、その上に設置された波長変換部材３０のみを通って取り出されるため、発光素子２０の配光パターンがほぼそのまま発光装置４の配光パターンになる。
図４（ｂ）に示される発光装置５は、全ての発光素子２０の上を覆うように１つの波長変換部材３０が設置されている。この場合、発光素子２０から発せられた光の一部は波長変換部材３０の中を面内方向に伝播するため、発光装置５の配光パターンは発光素子２０の配光パターンよりもなだらかになるものの、ピーク位置はほぼ変わらない。
このため、発光装置４、５のような構成を有する発光装置においては、例えば、発光素子２０の個数が偶数である場合、発光素子２０の発光強度のばらつきによりホットゾーンを配光パターンの中心に形成することができない。
図５（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の変形例である発光装置１ａ〜１ｄの垂直断面図である。
図５（ａ）に示される発光装置１ａは、波長変換部材３０の個数と発光素子２０の個数の関係が特に限定されるものではないことを示すための変形例である。発光装置１ａにおいては、波長変換部材３０の個数が発光素子２０の個数よりも少ない。
発光装置１ａにおいては、互いに間隔を空けて配置された波長変換部材３０の各々が２つの発光素子２０を跨いでおり、各々の波長変換部材３０の中で２つの発光素子２０から発せられた光が混ざるため、発光装置１ａの配光パターンは発光素子２０の配光パターンと異なる。
図５（ｂ）に示される発光装置１ｂは、一部の波長変換部材３０のみが２つ以上の発光素子２０を跨ぐ構成を有する。発光装置１ｂにおいては、３つの波長変換部材３０のうち、中央の波長変換部材３０が２つの発光素子２０を跨いでおり、両端の波長変換部材３０は複数の発光素子２０を跨いでいない。
発光装置１ｂにおいては、中央の波長変換部材３０の中で２つの発光素子２０から発せられた光が混ざるため、発光装置１ｂの配光パターンは発光素子２０の配光パターンと異なる。
図５（ｃ）に示される発光装置１ｃは、最も外側の波長変換部材３０が発光素子２０の上から外側に張り出さない構造を有する。最も外側の波長変換部材３０は、中央の２つの波長変換部材３０よりも、発光素子２０が並ぶ方向（図５（ｃ）における左右方向）に沿った幅が小さい。
発光装置１ｃの中央付近の配光パターンは、発光装置１の中央付近の配光パターンとほぼ同じであり、発光装置１ｃの配光パターンは発光素子２０の配光パターンと異なる。
図５（ｄ）に示される発光装置１ｄは、発光素子２０及び波長変換部材３０の配置は発光装置１と同じであり、発光装置１とほぼ同じ配光パターンを有するが、波長変換部材３０の底面の外周端にアンダーカット部３０ｕが形成されている。アンダーカット部３０ｕの形状は特に限定されないが、例えば円弧状の断面形状を有する。
波長変換部材３０がアンダーカット部３０ｕを有する場合、発光素子２０と波長変換部材３０の間から溢れた接着剤３１がアンダーカット部３０ｕ内に収まるため、接着剤３１が溢れたとしても、接着剤３１が発光素子２０の側面の上面近傍まで覆うことを防止できる。接着剤３１が発光素子２０の側面の上面近傍まで覆ってしまうと、この部分を介して発光素子２０の一次光（波長変換部材３０を通らない光）が外部へ直接出てしまうため、色むらが生じる。
また、アンダーカット部３０ｕ内に接着剤３１が流入することにより、アンダーカット部３０ｕがない場合と比較して、より強固に波長変換部材３０が発光素子２０に接着される。
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、発光素子及び波長変換部材の配置において第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
図６は、第２の実施の形態に係る発光装置２における発光素子２０及び波長変換部材３０の配置を示す上面図である。図６においては、発光素子２０及び波長変換部材３０以外の部材の図示が省略されている。
発光装置２においては、複数の発光素子２０が、四角格子の格子点上に（マトリクス状に）並んで配置されている。そして、複数の発光素子２０のうちの任意の四角格子の単位格子上に配置された４つの発光素子２０の間を、１つの波長変換部材３０が跨がっている。また、複数の波長変換部材３０の各々が、４つ以下の発光素子２０の上に配置されている。すなわち、５つ以上の発光素子２０に跨る波長変換部材３０は存在しない。
発光装置２においても、複数の波長変換部材３０は互いに間隔を空けて配置されており、また、複数の波長変換部材３０のうちの少なくとも一部が、複数の発光素子２０のうちの２つ以上の発光素子２０の上に跨がっている。そして、複数の発光素子２０の発光強度及び複数の波長変換部材３０の変換効率の少なくとも一方が不均一である。
このため、発光装置２は、第１の実施の形態に係る発光装置１と同様に、発光素子２０の配光パターンとは異なる配光パターンを有する。
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、発光素子２０が上面に溝を有する点において第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
図７は、第３の実施の形態に係る発光装置３の垂直断面図である。発光装置３においては、複数の発光素子２０が、複数の波長変換部材３０の隙間の真下に溝２１ａを有する。溝２１ａは発光素子２０の素子基板２１に形成される溝であり、発光機能層２２の発光機能に影響を与えない。
溝２１ａが形成されることにより、２つの波長変換部材３０が載せられた発光素子２０において、一方の波長変換部材３０に侵入させる光と他方の波長変換部材３０に侵入させる光をより効果的に分けることができる。これによって、配光パターンにおける強度分布をより明確にすることができるため、ホットゾーンを形成する場合等に有効である。
また、発光素子２０内においてより効果的に光を分けるため、図７に示されるように、溝２１ａ内に反射材３２が充填されることが好ましい。以下に、発光装置３の製造方法の一例について述べる。
図８（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態に係る発光装置３の製造工程を示す垂直断面図である。
まず、図８（ａ）に示されるように、１枚の大型の波長変換部材３０の上に、素子基板２１が下側（波長変換部材３０側）を向くようにして複数の発光素子２０を接着剤３１により接着する。
次に、図８（ｂ）に示されるように、１枚の大型の波長変換部材３０が載せられた複数の発光素子２０を配線基板１０上に実装する。これによって、発光素子２０の素子電極２３と配線基板１０の配線１２が電気的に接続される。
次に、図８（ｃ）に示されるように、ダイシングブレード等により、上方から波長変換部材３０を切断し、そのまま切り下げて発光素子２０に溝２１ａを形成する。
その後、波長変換部材３０及び発光素子２０の側面を覆うように反射材３２を形成する。
（実施の形態の効果）
上記第１〜３の実施の形態によれば、発光素子の配光パターンのみに依存せずに、波長変換部材の大きさ、個数、配置等により配光パターンを制御することのできる発光装置を提供することができる。
また、そのため、発光素子の個数や配置に依らず、配光パターンの所望の位置（例えば中心）にホットゾーンを形成することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、２、３ 発光装置
１０ 配線基板
１１ 基板
１２ 配線
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 発光素子
２１ 素子基板
２１ａ 溝
２２ 発光機能層
２３ 素子電極
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ 波長変換部材
３０ｕ アンダーカット部
３１ 接着剤
３１ａ フィレット形状部分
３２ 反射材
３３ ダム

Claims (4)

  1. 一列に並んで配置された複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子の上に互いに間隔を空けて配置された、板状の複数の波長変換部材と、
    を備え、
    前記複数の発光素子のうちの任意の隣接する２つの発光素子の間を、前記複数の波長変換部材のうちの１つが跨り、
    前記複数の波長変換部材の各々が、前記複数の発光素子のうちの２つ以下の発光素子の上に配置され、
    前記複数の発光素子の発光強度及び前記複数の波長変換部材の変換効率の少なくとも一方が不均一である、発光装置。
  2. 前記複数の発光素子の個数が偶数であり、
    前記複数の発光素子のうち、中央に配置された２つの発光素子の発光強度が他の発光素子の発光強度よりも高い、
    請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記複数の発光素子の個数が偶数であり、
    前記複数の波長変換部材のうち、中央に配置された波長変換部材の変換効率が他の波長変換部材の変換効率よりも高い、
    請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記複数の発光素子が、前記複数の波長変換部材の隙間の真下に溝を有する、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
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