JP7460898B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本開示は、発光装置に関する。
発光素子と蛍光体とを組み合わせて混色光を発する発光装置が、例えば照明装置や液晶のバックライトの用途に用いられている。
このような発光装置では、例えば特許文献１に開示されるように、発光素子の光取り出し面に波長変換部材を配置する構成が採用されている。発光素子から発される光は、波長変換部材を通過して、一部の光は波長変換された光として出射される。例えば青色を発する発光素子と黄色を発する波長変換部材との組み合わせにより白色光が観察される。
しかしながら、波長変換部材の配光色度ムラが生じることがある。
本発明の一態様の目的の一は、波長変換部材を用いた発光装置の配光色度ムラを抑制した発光装置を提供することにある。
本発明の一態様に係る発光装置は、支持体と、前記支持体の上に配置される発光素子と、前記発光素子の上に配置され、前記発光素子の外形よりも大きく、蛍光体を含む第一波長変換部材と、前記第一波長変換部材の下面であって、前記発光素子の側面から前記発光素子の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材と、前記第一波長変換部材及び前記第一透光性部材の側方に配置された光反射性を有する第一光反射部材と、前記第一波長変換部材の上に配置され、前記第一波長変換部材の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄く、前記発光素子が発する光を異なる波長の光に変換する第二波長変換部材を備える。
また本発明の他の態様に係る発光装置の製造方法は、支持体の上面に、発光面を有する発光素子を配置する工程と、該発光面よりも大きい、蛍光体を含む第一波長変換部材を前記発光素子の上面に配置すると共に、前記発光素子の側面から前記第一波長変換部材の下面であって前記発光素子の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材を形成する工程と、前記第一波長変換部材の上面に、蛍光体を含む第二波長変換部材を、前記第一波長変換部材の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄くなるように形成する工程と、前記発光素子、前記第一波長変換部材及び前記第一透光性部材の側方を囲むように第一光反射部材を形成する工程とを含む。
さらに本発明の他の態様に係る発光装置の製造方法は、支持体の上面に、発光面を有する発光素子を配置する工程と、該発光面よりも大きい、蛍光体を有する第一波長変換部材を前記発光素子の上面に配置すると共に、前記発光素子の側面から前記第一波長変換部材の下面であって前記発光素子の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材を形成する工程と、前記発光素子、前記第一波長変換部材及び前記第一透光性部材の側方を囲むように第一光反射部材を形成する工程と、前記第一光反射部材の上面に、枠状の第二光反射部材を形成する工程と、前記第一波長変換部材の上面であって前記第二光反射部材の枠内に、蛍光体を含む第二波長変換部材を、前記第一波長変換部材の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄くなるように形成する工程とを含む。
本発明の一形態に係る発光装置によれば、波長変換部材を用いた発光装置の配光色度ムラを抑制した発光装置を提供することが可能となる。
本発明の一態様に係る発光装置は、支持体と、前記支持体の上に配置される発光素子と、前記発光素子の上に配置され、前記発光素子の外形よりも大きく、蛍光体を含む第一波長変換部材と、前記第一波長変換部材の下面であって、前記発光素子の側面から前記発光素子の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材と、前記第一波長変換部材及び前記第一透光性部材の側方に配置された光反射性を有する第一光反射部材と、前記第一波長変換部材の上に配置され、前記第一波長変換部材の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄く、前記発光素子が発する光を異なる波長の光に変換する第二波長変換部材を備える。
また本発明の他の態様に係る発光装置の製造方法は、支持体の上面に、発光面を有する発光素子を配置する工程と、該発光面よりも大きい、蛍光体を含む第一波長変換部材を前記発光素子の上面に配置すると共に、前記発光素子の側面から前記第一波長変換部材の下面であって前記発光素子の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材を形成する工程と、前記第一波長変換部材の上面に、蛍光体を含む第二波長変換部材を、前記第一波長変換部材の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄くなるように形成する工程と、前記発光素子、前記第一波長変換部材及び前記第一透光性部材の側方を囲むように第一光反射部材を形成する工程とを含む。
さらに本発明の他の態様に係る発光装置の製造方法は、支持体の上面に、発光面を有する発光素子を配置する工程と、該発光面よりも大きい、蛍光体を有する第一波長変換部材を前記発光素子の上面に配置すると共に、前記発光素子の側面から前記第一波長変換部材の下面であって前記発光素子の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材を形成する工程と、前記発光素子、前記第一波長変換部材及び前記第一透光性部材の側方を囲むように第一光反射部材を形成する工程と、前記第一光反射部材の上面に、枠状の第二光反射部材を形成する工程と、前記第一波長変換部材の上面であって前記第二光反射部材の枠内に、蛍光体を含む第二波長変換部材を、前記第一波長変換部材の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄くなるように形成する工程とを含む。
本発明の一形態に係る発光装置によれば、発光素子の中央部分で第一波長変換部材及び第二波長変換部材のトータルの厚さを厚くしてより多くの波長変換光を生じさせつつ、発光素子の周辺領域では第一波長変換部材及び第二波長変換部材のトータルの厚さを相対的に薄くして波長変換光を抑制して、全体として配光色度ムラの発生を抑えた高品質な発光を得ることが可能となる。
本発明の実施形態は、以下の構成によって特定されてもよい。
本発明の一実施形態に係る発光装置は、上記構成に加えて、前記第二波長変換部材が配置される面積を、平面視において前記第一波長変換部材の面積以下とすることができる。
また本発明の他の実施形態に係る発光装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記発光素子が、平面視において矩形状であり、前記第二波長変換部材が、平面視において面取りした矩形状又は円形状である。
また本発明の他の実施形態に係る発光装置は、上記いずれかの構成に加えて、さらに、前記第一光反射部材の上面に配置された枠状の第二光反射部材を備える。
前記第二波長変換部材は、前記第二光反射部材の内側に配置されている。
また本発明の他の実施形態に係る発光装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記第一光反射部材の上面における凸形状により形成された凹部の内側に、前記第二波長変換部材が配置されている。
また本発明の他の実施形態に係る発光装置は、上記いずれかの構成に加えて、さらに、前記第二波長変換部材及び第一光反射部材の上面を覆う半球状の第二透光性部材を備える。
また本発明の他の実施形態に係る発光装置の製造方法は、上記いずれかに加えて、前記第二波長変換部材を形成する工程が、ポッティングにより行われている。
また本発明の他の実施形態に係る発光装置の製造方法は、上記いずれかに加えて、さらに、前記第二波長変換部材及び第一光反射部材の上面を半球状の第二透光性部材で覆う工程を含む。
以下、本発明に係る実施形態及び実施例を、図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態及び実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに限定されるものでない。また各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。さらに、本発明に係る実施形態及び実施例を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。さらに、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」および、それらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。なお、本明細書において「備える」とは、別部材として備えるもの、一体の部材として構成するものの何れをも含む意味で使用する。
［実施形態１］
［実施形態１］
実施形態１に係る発光装置１００を、図面を用いて説明する。図１Ａは実施形態１に係る発光装置を示す模式平面図である。図１Ｂは実施形態１に係る発光装置を示す模式断面図であり、図１ＡにおけるＩＢ－ＩＢで切断した断面図である。
実施形態１に係る発光装置１００は、支持体１と、支持体１の上に配置される発光素子１０と、発光素子１０の上に配置され、発光素子１０の外形よりも大きく、蛍光体を含む第一波長変換部材２０と、第一波長変換部材２０の下面であって、発光素子１０の側面から発光素子１０の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材３０と、第一波長変換部材２０及び第一透光性部材３０の側方に配置された光反射性を有する第一光反射部材４０と、第一波長変換部材２０の上に配置され、第一波長変換部材２０の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄く、発光素子１０が発する光を異なる波長の光に変換する第二波長変換部材２６と、を備えている。
このような構成により、発光素子１０が発する光と、第一波長変換部材２０及び第二波長変換部材２６で波長変換させる光の混色光を発光させる発光装置１００において、発光素子１０の中央部分で第一波長変換部材２０及び第二波長変換部材２６のトータルの厚さを厚くして、より多くの波長変換光を生じさせつつ、発光素子１０の周辺領域では第一波長変換部材２０及び第二波長変換部材２６のトータルの厚さを相対的に薄くして波長変換光を抑制して、全体として配光色度ムラの発生を抑えた高品質な発光を得ることが可能となる。
（第一波長変換部材２０）
（第一波長変換部材２０）
第一波長変換部材２０は、発光素子１０が発する光を異なる波長の光に変換する部材である。
第一波長変換部材２０は、平面視において矩形状とすることが好ましい。第一波長変換部材２０は、一定の膜厚を有する板状に形成することができる。例えば、ＹＡＧ蛍光体を含む板材としたＹＡＧ蛍光体板が利用できる。
第一光反射部材４０は、第一波長変換部材２０及び第一透光性部材３０の周囲を囲むように支持体１上に配置されている。
発光素子１０は、一般に図２の模式平面図に示すように、発光素子１０の第二面１２である発光面の中央領域１２ａ（図においてクロスハッチングで示す領域）で輝度が強く、発光面の周辺領域１２ｂで輝度が弱い傾向にある。したがって、このような発光素子１０の発光面に波長変換部材を配置すると、中央付近は発光素子１０の色味が相対的に強く、周辺部分で相対的に波長変換部材の色味が強くなって、配光色度ムラが発生することがある。例えば、発光素子として青色ＬＥＤと、波長変換部材として青色ＬＥＤの青色光で励起されて黄色光の蛍光を発するＹＡＧ蛍光体板と、を用いて、これらを混色させた白色光を発光させる。この発光装置の場合、波長変換部材の発光面において、中央付近は青色成分が相対的に強く、周辺部分は黄色成分が相対的に強くなって、均一な白色光が得られないことがあった。
これに対して実施形態１に係る発光装置１００においては、図１Ｂや図３の断面図に示すように、第一波長変換部材２０を一定の膜厚としつつ、その上面に配置した第二波長変換部材２６の膜厚を、中央部分２６ａで厚く、周辺部分２６ｂで薄くなるように変化させている。このように、膜厚がほぼ一定の第一波長変換部材２０と、膜厚を変化させた第二波長変換部材２６を合わせて、波長変換領域を構成することで、発光素子１０が発する光が波長変換領域内を進む光路長を、部位毎に変化させることが容易となる。すなわち、図３の模式断面図に示すように、発光素子１０が発する光が、波長変換領域を進む光路長、すなわち波長変換される幅を、中央部分ほど厚く、周辺に行くほど薄くなるように変化させることが可能となる。
図３において、発光素子１０の中央部分が発する光が、波長変換領域で波長変換される幅ｄ１は長くなり、一方で、周辺領域では、波長変換領域で波長変換される幅ｄ２は短くなり、端縁に向かうほど幅ｄ３はより短くなる。このようにすることで、発光素子１０の中央部分の強い光は、厚い波長変換領域でもってより多くの波長変換を生じさせつつ、発光素子１０の光が弱くなる周辺領域では、波長変換領域を薄くすることで、光の波長変換を抑えて、発光素子１０の発する光と第一波長変換部材２０で波長変換させる光をバランスさせる方向に制御して、発光装置の出力光の配光色度ムラを抑制して、発光面の位置によらずより均一で高品質な発光を得ることが可能となる。
例えば、上述した青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体板の組み合わせにおいて、第一波長変換部材２０であるＹＡＧ蛍光体板の上面に、ＹＡＧ蛍光体の第二波長変換部材２６を設けることで、中央部分で青色が強く周辺部分で黄色が強いことで発生していた配光色度ムラを抑制し、より均一に近付けた高品質な白色光を得ることが可能となる。
［実施形態２］
［実施形態２］
実施形態２に係る発光装置について図面を用いて説明する。図４は、実施形態２に係る発光装置を示す模式平面図である。図５は、実施形態２に係る発光装置を示す模式断面図である。なお上述した実施形態１と対応する部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。
発光装置２００は、支持体１と、発光素子１０と、第一波長変換部材２０と、第一透光性部材３０と、第一光反射部材４０と、第二波長変換部材２６と、第二波長変換部材２６及び第一光反射部材４０の上面を覆う半球状の第二透光性部材５０とを備えている。
第二透光性部材５０は、平面視が円形状で断面視が半円球状であるレンズ部５１と、このレンズ部５１の外周側に延出する鍔部５２とを有する。レンズ部５１は、平面視を円形状とし、断面視を半円球状としている。またレンズ部５１の外周側には鍔部５２を延出させている。このように半球状の第二透光性部材５０は、レンズ状に形成され、その形状に応じて発光素子１０の発光を集光あるいは拡散させるように光学設計される。このような第二透光性部材５０の材料には、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂から選択された少なくとも一種を用いることができる。
以下、各部材について順次説明する。図１Ａから図７を適宜参照して説明する。
（支持体１）
（支持体１）
支持体１は、その上面に発光素子１０や第二透光性部材５０等を実装するための部材である。支持体１は絶縁性の母材と、母材の表面に発光素子１０を実装する配線パターン等の導電部材２を備えている。支持体１を構成する絶縁性の母材としては、セラミックス、樹脂（ガラスエポキシ樹脂のような強化剤を含む樹脂を含む）等が挙げられる。セラミックス基板としては、アルミナ、窒化アルミニウム等が挙げられる。樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＢＴレジン、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリフタルアミド樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。また、母材は単層構造でも積層構造でもよい。例えば、窒化アルミニウムを積層して用いることができる。一般的に窒化アルミニウムは樹脂よりも熱伝導性が高いので、母材に窒化アルミニウムを使用することで発光装置の放熱性を向上させることができる。また、これらの母材には、当該分野で公知の着色剤、充填剤、強化剤等を含有させてもよい。特に、着色剤は、反射率の良好な材料が好ましく、酸化チタン、酸化亜鉛等の白色のものが好ましい。充填剤としては、シリカ、アルミナ等が挙げられる。強化剤としては、ガラス、珪酸カルシウム、チタン酸カリウム等が挙げられる。
また支持体１の上面や下面には、必要に応じて導電部材２が形成される。導電部材２で配線パターンが形成され、発光素子１０が配線パターンに電気的に接続される。例えば、支持体１の裏面側に、一対の導電部材２が設けられる。発光素子１０に形成された電極が、フリップチップ接続等により支持体１の導電部材２とバンプ等の接続部材を介して接続される。発光素子１０を支持体１上にフリップチップ実装とする他、例えばワイヤボンディングで実装してもよい。
（発光素子１０）
（発光素子１０）
発光素子１０は、電極を形成した実装面である発光素子１０の第一面１１と、この発光素子１０の第一面１１と反対側に位置する光取り出し面である発光素子１０の第二面１２とを有する。
発光素子１０としては、可視光の短波長領域である３８０ｎｍ以上４８５ｎｍ以下の波長範囲の光を発するものを使用することができる。好ましくは４００ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長範囲、より好ましくは４１０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲に発光ピーク波長を有するものである。これにより、蛍光体を効率よく励起し、可視光を有効活用することができる。また当該波長範囲の励起光源を用いることにより、発光強度が高い発光装置を提供することができる。
発光素子１０は、例えば、組成がＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（ここで、Ｘ及びＹは、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１を満たす。）で表される窒化物系半導体を用いた半導体発光素子を用いることができる。これによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置１００を得ることができる。
なお、発光素子１０を平面視において正方形状とした例を用いて説明しているが、例えば長方形状等の矩形状、六角形や八角形等の多角形状、あるいは円形、楕円形等としてもよい。
（第一波長変換部材２０）
（第一波長変換部材２０）
第一波長変換部材２０は、発光素子１０の上面に配置されて、発光素子１０の第二面１２から発される光の波長を、異なる波長に変換する。例えば発光素子１０が青色を発光する場合、この青色を黄色に波長変換して、青色光と黄色光の混色により白色光を得る。この第一波長変換部材２０は、第一面２１と、この第一面２１と反対側の第二面２２とを有する。そして第一波長変換部材２０の第一面２１は、発光素子１０の第二面１２よりも面積を大きくしている。これにより発光素子１０の第二面１２すなわち発光素子１０の光取り出し面の全面を第一波長変換部材２０で覆うことができる。いいかえると、発光素子１０の光取り出し面の一部が第一波長変換部材２０で覆われないことで、発光素子１０の発光（例えば青色光）が混色されずに外部に放出されることによる配光色度ムラを抑制できる。
第一波長変換部材２０には、蛍光体と無機材料を含むセラミック製の板材や、蛍光体と樹脂を含む樹脂製の板材が利用できる。蛍光体は均一に分散していてもよいし、一方に偏在していてもよい。蛍光体は、発光素子１０の発する光で励起されて、発光素子１０の発する光よりも長波長の蛍光を発する。
第一波長変換部材２０において蛍光体を含む波長変換部の厚みは、２０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。第一波長変換部材２０の厚みが５００μｍより薄いことにより、放熱性を向上することができる。放熱性の観点からは、第一波長変換部材２０は薄ければ薄い程好ましい。一方、２０μｍよりも厚くすると得たい発光の色度範囲を大きくすることができる。
第一波長変換部材２０において蛍光体を含む波長変換部は単層でも多層でもよい。蛍光体等の波長変換部を多層で構成する場合には、発光素子１０の第二面１２上に赤色蛍光体を含む第一波長変換層が位置し、第一波長変換層上に黄色蛍光体を含む第二波長変換部材２６が位置することが好ましい。これにより、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。
（蛍光体）
（蛍光体）
蛍光体は、発光素子１０からの発光で励起可能なものが使用される。例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体、βサイアロン蛍光体、窒化物系蛍光体、マンガンで賦活されたフッ化物系蛍光体、硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と発光素子とを組み合わせることにより、様々な色の発光装置を製造することができる。
（第二波長変換部材２６）
（第二波長変換部材２６）
第二波長変換部材２６は、第一波長変換部材２０の上面に配置される。好ましくは、第二波長変換部材２６が配置される面積は、平面視において第一波長変換部材２０の面積以下とする。すなわち第一波長変換部材２０の周囲からはみ出さないように、第一波長変換部材２０の内側に形成する。また、第一波長変換部材２０の上面の全面に形成する必要は必ずしもなく、第一波長変換部材２０の周辺部分の一部に第二波長変換部材２６を設けない構成としてもよい。
平面視において矩形状の第一波長変換部材２０に内接するように、円形状に第二波長変換部材２６を設けることで、第一波長変換部材２０の隅部に第二波長変換部材２６を設けないように構成してもよい。また、第一波長変換部材２０の隅部に第二波長変換部材２６を設けつつも、その膜厚を薄くしてもよい。
さらに、第二波長変換部材２６は平面視において完全な円形とすることを要さず、例えば図６に示す変形例に係る発光装置２００’のように、平面視で矩形状を面取りした形状に第二波長変換部材２６’を設けてもよい。
上述の通り、発光素子１０は、平面視において矩形状とすることが好ましい。一方、第二波長変換部材２６は、平面視において面取りした矩形状又は円形状とすることが好ましい。
第二波長変換部材２６は、第二蛍光体を含む。この蛍光体は、第一波長変換部材２０に含まれる第一蛍光体と同じとしても良いし、異なる蛍光体でも良い。また、第一波長変換部材２０や第二波長変換部材２６に、二種類以上の蛍光体を用いてもよい。複数の蛍光体を含む第一波長変換部材２０や第二波長変換部材２６は、蛍光体を分散させても良いし、層状に分離して配置してもよい。このような蛍光体を含むことにより、種々の色調の発光装置を提供することができる。
これら第一波長変換部材２０や第二波長変換部材２６に用いられる蛍光体としては、希土類アルミン酸塩蛍光体が好適に利用できる。希土類アルミン酸塩蛍光体は、Ｙ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｇｄ及びＴｂからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、賦活剤であるＣｅと、Ａｌと、必要に応じてＧａ及びＳｃから選択される少なくとも一種の元素とを含む組成を有する。その組成式は、次式で表される。
（Ｙ，Ｌｕ，Ｇｄ,Ｔｂ）3（Ａｌ，Ｇａ,Ｓｃ）5Ｏ12：Ｃｅ
（Ｙ，Ｌｕ，Ｇｄ,Ｔｂ）3（Ａｌ，Ｇａ,Ｓｃ）5Ｏ12：Ｃｅ
他の蛍光体として、例えば、窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体、サイアロン系蛍光体、アルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩、ランタノイド系元素で主に付活される有機及び有機錯体等からなる群より選ばれる少なくとも１種以上とすることができる。
このような蛍光体の例としては、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）5（ＰＯ4）3（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ）：Ｅｕから選択された少なくとも一種が挙げられる。
βサイアロン蛍光体は、Ｓｉと、Ａｌと、Ｏと、Ｎと、Ｅｕと、を含む組成を有する。その組成式は、次式で表される。
Ｓｉ6-zＡｌzＯzＮ8-z：Ｅｕ（０＜ｚ≦４．２）
ハロシリケート蛍光体は、Ｃａと、Ｅｕと、Ｍｇと、Ｓｉと、Ｏと、Ｆ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択される少なくとも一種のハロゲン元素を含む組成を有する。その組成式は、次式で表される。
（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）8ＭｇＳｉ4Ｏ16（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ）2：Ｅｕ
（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）8ＭｇＳｉ4Ｏ16Ｃｌ2：Ｅｕで表される組成のクロロシリケート蛍光体が好ましい。
窒化物蛍光体は、Ｃａと、Ｅｕと、Ｓｉと、Ａｌと、Ｎと、必要に応じてＳｒを含む、組成を有する。その組成式は、次式で表される。
（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ
また蛍光体として、例えば発光波長のピークが６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲にあり、半値幅が１０ｎｍ以下であるＫＳＦ蛍光体が利用できる。その組成は、下記一般式で表される。
Ａ2［Ｍ1-aＭｎ4+
aＦ6］
（式中、Ａは、Ｋ+、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｒｂ+、Ｃｓ+及びＮＨ4+からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、Ｍは、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは０＜ａ＜０．２を満たす数を示す。）なお、このＫＳＦ蛍光体の詳細は、本願の出願人が先に特許出願した特願２０１４－１２２８８７号を参照できる。
（第一透光性部材３０）
（式中、Ａは、Ｋ+、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｒｂ+、Ｃｓ+及びＮＨ4+からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、Ｍは、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは０＜ａ＜０．２を満たす数を示す。）なお、このＫＳＦ蛍光体の詳細は、本願の出願人が先に特許出願した特願２０１４－１２２８８７号を参照できる。
（第一透光性部材３０）
発光装置１００は、発光素子１０の側面から第一波長変換部材２０の下面にかけて、第一透光性部材３０を設けている。第一透光性部材３０は、その外表面側、すなわち発光素子１０や第一波長変換部材２０と接する面の背面側を傾斜面としている。これによって、発光素子１０の側面と第一光反射部材４０との間に第一透光性部材３０を介在させて、かつ第一光反射部材４０をリフレクタ形状とし、発光素子１０の側面からの光を発光装置の正面方向に向かわせることができるため、発光装置の光の取り出し効率を向上させることができる。
図７に参考例として示す発光装置９００では、発光素子９１０の側面を第一光反射部材９４０で直接被覆している。この構成では、発光素子９１０の側面から発される光を外部に直接取り出すことができない。そこで、本実施形態に係る発光装置１００においては、発光素子１０の側面と第一光反射部材４０との間に第一透光性部材３０を介在させ、かつ発光素子１０を囲む第一光反射部材４０の壁面を、光の出射方向に向けて末広がりとした傾斜面とすることができる。このような構成としたことで、第一光反射部材４０が発光素子１０と対向する面をリフレクタ形状として、発光素子１０の側面から発される光を、出射方向に反射させ、もって光の取り出し効率を向上できる。
（第一透光性部材３０）
（第一透光性部材３０）
発光素子１０の側面から第一波長変換部材２０の側面に連なる隙間を形成すると共に、この隙間に第一透光性部材３０を配置している。この第一透光性部材３０は、発光素子１０の側面から、第一波長変換部材２０の下面であって発光素子１０の外形よりも突出した領域を連続的に覆う。また発光素子１０の外形よりも突出した領域は、第一波長変換部材２０の一部である。第一透光性部材３０は、透光性を有する樹脂材で構成できる。第一透光性部材３０は、第二透光性部材５０と同様の材料が使用でき、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂から選択された少なくとも一種が好適に利用される。
（接合部材）
（接合部材）
第一透光性部材３０は、発光素子１０と第一波長変換部材２０との間に設けられた、透光性の接合部材を含むことができる。接合部材は、発光素子１０と第一波長変換部材２０とを接合する接着材とすることができる。この接合部材は、その一部を、発光素子１０の側面と第一波長変換部材２０の発光素子１０側の主面とで形成される隅部に、延在させてもよい。また図１に示すように、延在された接合部材の断面形状は、第一波長変換部材２０の底面周縁の方向に広がる逆三角形とすることもできる。なお接合部材は、第一透光性部材３０と別個に準備してもよい。例えば、第一透光性部材３０を別途形成し、発光素子１０の側面と第一光反射部材４０の間に接着する。
接合部材には、透光性を有する樹脂が利用できる。特に接合部材は、第一光反射部材４０よりも発光素子１０からの光の透過率を高くする。また接合部材は、後述する第一波長変換部材２０の第一面２１と発光素子１０の第二面１２とを接合できる樹脂、例えば、ジメチル系樹脂、フェニル系樹脂、ジフェニル系樹脂から選択された少なくとも一種が利用できる。
（第一光反射部材４０）
（第一光反射部材４０）
第一光反射部材４０は、第一透光性部材３０及び第一波長変換部材２０を被覆するための部材である。第一光反射部材４０を構成する樹脂材料には、シリコーン樹脂、ジメチルシリコーン樹脂、フェニルシリコーン樹脂、エポキシ樹脂から選択された少なくとも一種が好適に利用できる。また第一光反射部材４０は、発光素子１０が発する光を効率良く反射させるため、反射率を高めた光反射性樹脂とすることが好ましい。例えば透光性樹脂に、光反射性物質を分散させたものが使用できる。光反射性物質としては、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどが好適である。光反射性物質は、粒状、繊維状、薄板片状などが利用できるが、特に、繊維状のものは第一光反射部材４０の熱膨張率を低下させる効果も期待できるので好ましい。第一光反射部材４０は、発光素子１０からの光に対する反射率を好ましくは７０％以上とする。これにより、第一光反射部材４０に達した光が反射されて、第一波長変換部材２０の第二面２２に向かうことにより、発光装置１００の光取出し効率を高めることができる。
この例では第一光反射部材４０は、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3から選択された少なくとも一種の光反射性物質を含むシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
この第一光反射部材４０は、第一波長変換部材２０の側面を被覆するよう、この側面と接していることが好ましい。このようにすることで、発光領域と非発光領域とのコントラストが高い発光装置１００とすることができる。また第一光反射部材４０は、発光素子１０の第一面１１と支持体１との間に位置していることが好ましい。このようにすることで、発光素子１０からの光が発光素子１０の第一面１１と支持体との間に位置する第一光反射部材４０に反射されて支持体に吸収されることを抑制することができる。
（第二透光性部材５０）
（第二透光性部材５０）
第二透光性部材５０は、第一波長変換部材２０の上面に配置される。この第二透光性部材５０は、平面視を円形状で断面視を半円球状のレンズ部５１と、レンズ部５１の外周側に延出する鍔部５２とを備えている。また第二透光性部材５０は、透光性を有する部材が利用できる。第二透光性部材５０は、ガラスや、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂から選択された少なくとも一種を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。また第二透光性部材５０には、光を拡散させたり粘度を調整したりする目的で、各種のフィラー等を含有させてもよい。
また第二透光性部材５０の側面を、第一光反射部材４０の側面とほぼ同一面とすることが好ましい。特にレンズ部５１を形成する構成においては、レンズのサイズを支持体１に対して大きくできるので、光の取り出し効率を高めることが可能となる。
なお上述した各部材は必ずしも分解可能なパーツの組み合わせとする態様に限られず、製造方法によっては、予め軟化させておいた材料を硬化させて構成する態様も包含する。すなわち、必ずしも図示されたパーツ毎に分解可能であることを要しない。
［実施形態２に係る発光装置の製造方法］
［実施形態２に係る発光装置の製造方法］
次に図４の発光装置２００の製造方法を、図８～図１２の模式断面図に基づいて説明する。まず図８に示すように支持体１を準備すると共に、この支持体１の上面に、発光面を有する発光素子１０を配置する。図８では、支持体１上には発光素子１０がフリップチップ実装されている。
次に図９に示すように、この発光素子１０の上面に、第一波長変換部材２０を配置すると共に、第一透光性部材３０を形成する。第一波長変換部材２０は、発光素子１０の発光面よりも面積が大きく、また蛍光体を含んでいる。この第一波長変換部材２０を、透光性の接合部材を介して接着する。また第一透光性部材３０は、発光素子１０の側面から第一波長変換部材２０の下面であって発光素子１０の外形よりも突出した領域を連続的に覆う。透光性の接合部材を、発光素子１０の上面と第一波長変換部材２０との界面に塗布する。そして発光素子１０の上面に第一波長変換部材２０を載せると、はみ出た接合部材が発光素子１０の側面から波長変換部材２０の周辺にかけて延在されて付着し、フィレット状をなして硬化される。この透光性の接合部材には、第二透光性部材５０と同様の材料が使用でき、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が好適に利用される。また、はみ出た接合部材で第一透光性部材３０を構成する他、別途、透光性の部材を発光素子１０の側面に付加してもよい。このように、発光素子１０上面への第一波長変換部材２０の配置と、第一透光性部材３０の形成とは、必ずしも同時に行う必要はなく、別工程で行ってもよい。例えば、発光素子１０の上面に、第一波長変換部材２０を第一透光性部材３０なしに直接接合することもできる。その後、発光素子１０の側面及び第一波長変換部材２０の下面に第一透光性部材３０を塗布することで、第一透光性部材３０を形成することもできる。
さらに図１０に示すように、第一波長変換部材２０の上面に第二波長変換部材２６を形成する。第二波長変換部材２６は、蛍光体を含む。また第二波長変換部材２６は、第一波長変換部材２０の中心部分の上方の厚みよりも、周辺部分の上方の厚みが薄くなるように形成する。この第二波長変換部材２６は、液滴を噴射したり、ポッティングで形成したりしてもよい。
さらにまた図１１に示すように、発光素子１０、第一波長変換部材２０及び第一透光性部材３０の側方を囲むように第一光反射部材４０を形成する。ここでは支持体１の上面の周囲で、波長変換部材２０及び第一透光性部材３０の側面を覆うように、白色の樹脂を形成する。これによって図１の断面図に示すような発光装置１００が得られる。
加えて、さらに上面を第二透光性部材５０で覆ってもよい。第二透光性部材５０は、図１２に示すように、第二波長変換部材２６及び第一光反射部材４０の上面を覆うように、半球状に形成される。これによって図４の断面図に示すような発光装置２００が得られる。
［実施形態３］
［実施形態３］
上述した例では、第二波長変換部材２６を第一波長変換部材２０の上面に直接形成する例を説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、第一光反射部材４０の上面に凸形状を形成し、この凸形状によって囲まれた凹部の内側領域に第二波長変換部材２６を配置してもよい。
このような例を実施形態３に係る発光装置として、図１３の模式断面図に示す。なお図１３の発光装置３００においても、上述した実施形態１および２と対応する部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。図１３に示す発光装置３００は、支持体１と、この支持体１上に配置される発光素子１０と、この発光素子１０の上面に配置される第一波長変換部材２０と、第一波長変換部材２０と発光素子１０の間に配置される第一透光性部材３０と、第一波長変換部材２０及び第一透光性部材３０の側方に配置される第一光反射部材４０と、第一光反射部材４０の上面に配置された枠状の第二光反射部材４６と、第一波長変換部材２０の上に配置される第二波長変換部材２６とを備えている。
枠状の第二光反射部材４６は、第二波長変換部材２６が配置される位置の周囲に形成される。この第二光反射部材４６で囲まれた領域内に第二波長変換部材２６を形成する。このように、第二波長変換部材２６を第二光反射部材４６の内側に配置する構成としたことで、第二波長変換部材２６の形成時に、意図しない部位まで第二波長変換部材２６を形成する樹脂材が流出することを防ぎ、所望の形状の第二波長変換部材２６を形成し易くできる。第二光反射部材４６は、第一光反射部材４０と別部材で構成してもよいし、第一光反射部材４０と一体に形成してもよい。
［実施形態４］
［実施形態４］
また実施形態３に係る発光装置３００でも、その上面にレンズ等の第二透光性部材５０を設けてもよい。このような構成を実施形態４に係る発光装置４００として、図１４の模式断面図に示す。なお図１４の発光装置４００においても、上述した各実施形態と対応する部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。図１４に示す発光装置４００は、支持体１と、この支持体１上に配置される発光素子１０と、この発光素子１０の上面に配置される第一波長変換部材２０と、第一波長変換部材２０と発光素子１０の間および発光素子１０の側方に配置される第一透光性部材３０と、第一波長変換部材２０及び第一透光性部材３０の側方に配置される第一光反射部材４０と、第一光反射部材４０の上面に配置された枠状の第二光反射部材４６と、第一波長変換部材２０の上に配置される第二波長変換部材２６と、第二波長変換部材２６及び第一光反射部材４０の上面を覆う半球状の第二透光性部材５０を備えている。半球状の第二透光性部材５０は、レンズ状に形成され、その形状に応じて発光素子１０の発光を集光あるいは拡散させるように光学設計される。
［実施形態４に係る発光装置４００の製造方法］
［実施形態４に係る発光装置４００の製造方法］
次に図１４の発光装置４００の製造方法を、図１５～図１９の模式断面図に基づいて説明する。まず支持体１を準備すると共に、この支持体１の上面に、発光面を有する発光素子１０を配置する。次に図１５に示すようにこの発光素子１０の上面に、第一波長変換部材２０を配置すると共に、第一透光性部材３０を形成する。この工程は、上述した図８や図９と同様の手順で行える。
次に図１６に示すように、発光素子１０、第一波長変換部材２０及び第一透光性部材３０の側方を囲むように第一光反射部材４０を形成する。第一光反射部材４０の形成は、上述した図１１と同様の手順が利用できる。
そして第一光反射部材４０の上面に、枠状の第二光反射部材４６を形成する。第二光反射部材４６は、好ましくは図１７に示すように、第一波長変換部材２０の周縁から離間させて、この第一波長変換部材２０の外径よりも大きい内径を有するように枠状に形成される。第二光反射部材４６は、第一光反射性部材４０との剥離を抑制するため、第一光反射性部材４０と同じ材質とすることが好ましい。
さらに、図１８に示すように、この第二光反射部材４６の枠内に、第二波長変換部材２６を形成する。第二光反射部材４６は、上述の通り蛍光体を含む。また同じく第二波長変換部材２６は、第一波長変換部材２０の中心部分の上方の厚みよりも、周辺部分の上方の厚みが薄くなるように形成する。この第二光反射部材４６も、図１０と同じくポッティングで形成できる。
加えて、同様に上面を第二透光性部材５０で覆ってもよい。第二透光性部材５０は、図１９に示すように、第二波長変換部材２６及び第一光反射部材４０の上面を覆うように、半球状に形成される。これによって図１４の断面図に示すような発光装置４００が得られる。
本発明の実施形態に係る発光装置は、例えば、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、照明用光源、ヘッドライト、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用することができる。
１００、２００、２００’、３００、４００、９００…発光装置；
１…支持体；
２…導電部材；
１０、９１０…発光素子；１１…発光素子の第一面；１２…発光素子の第二面；
１２ａ…発光面の中央領域；１２ｂ…発光面の周辺領域
２０…第一波長変換部材；
２１…第一波長変換部材の第一面；２２…第一波長変換部材の第二面；
２６、２６’…第二波長変換部材；２６ａ…中央部分；２６ｂ…周辺部分；
３０…第一透光性部材；
４０、９４０…第一光反射部材；
４６…第二光反射部材；
５０…第二透光性部材；５１…レンズ部；５２…鍔部
１…支持体；
２…導電部材；
１０、９１０…発光素子；１１…発光素子の第一面；１２…発光素子の第二面；
１２ａ…発光面の中央領域；１２ｂ…発光面の周辺領域
２０…第一波長変換部材；
２１…第一波長変換部材の第一面；２２…第一波長変換部材の第二面；
２６、２６’…第二波長変換部材；２６ａ…中央部分；２６ｂ…周辺部分；
３０…第一透光性部材；
４０、９４０…第一光反射部材；
４６…第二光反射部材；
５０…第二透光性部材；５１…レンズ部；５２…鍔部
Claims (12)
- 支持体と、
前記支持体の上に配置される発光素子と、
前記発光素子の上に配置され、前記発光素子の外形よりも大きく、蛍光体を含む第一波長変換部材と、
前記第一波長変換部材の下面であって、前記発光素子の側面から前記発光素子の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材と、
前記第一波長変換部材及び前記第一透光性部材の側方に配置された光反射性を有する第一光反射部材と、
前記第一波長変換部材の上に配置され、前記第一波長変換部材の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄く、前記発光素子が発する光を異なる波長の光に変換する第二波長変換部材と、
を備え、
前記第一光反射部材は、前記第一波長変換部材と面する側の厚さを、前記第一光反射部材の外周側の厚さよりも大きくしてなる発光装置。 - 請求項１に記載の発光装置であって、
前記第二波長変換部材が配置される面積は、平面視において前記第一波長変換部材の面積以下である発光装置。 - 請求項１または２に記載の発光装置であって、
前記発光素子が、平面視において矩形状であり、
前記第二波長変換部材が、平面視において隅部を面取りした矩形状又は円形状である発光装置。 - 請求項１～３のいずれか一項に記載の発光装置であって、さらに、
前記第一光反射部材の上面に配置された枠状の第二光反射部材を備え、
前記第二波長変換部材が、前記第二光反射部材の内側に配置されてなる発光装置。 - 請求項１～４のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記第一光反射部材の上面における凸形状により囲まれた凹部の内側に、前記第二波長変換部材が配置されている発光装置。 - 請求項１～５のいずれか一項に記載の発光装置であって、さらに、
前記第二波長変換部材及び第一光反射部材の上面を覆う半球状の第二透光性部材を備える発光装置。 - 請求項１～６のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記第一波長変換部材の下面が、平坦状である発光装置。 - 請求項１～７のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記第一波長変換部材が、前記発光素子の上面に接合されてなる発光装置。 - 支持体の上面に、発光面を有する発光素子を配置する工程と、
該発光面よりも大きい、蛍光体を含む第一波長変換部材を前記発光素子の上面に配置すると共に、前記発光素子の側面から前記第一波長変換部材の下面であって前記発光素子の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材を形成する工程と、
前記第一波長変換部材の上面に、蛍光体を含む第二波長変換部材を、前記第一波長変換部材の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄くなるように形成する工程と、
前記発光素子、前記第一波長変換部材及び前記第一透光性部材の側方を囲むように第一光反射部材を、その前記第一波長変換部材の側面との界面の厚さが、前記第一光反射部材の外周の厚さよりも大きくなるように形成する工程と、
を含む発光装置の製造方法。 - 支持体の上面に、発光面を有する発光素子を配置する工程と、
該発光面よりも大きい、蛍光体を有する第一波長変換部材を前記発光素子の上面に配置すると共に、前記発光素子の側面から前記第一波長変換部材の下面であって前記発光素子の外形よりも突出した領域を連続的に覆う第一透光性部材を形成する工程と、
前記発光素子、前記第一波長変換部材及び前記第一透光性部材の側方を囲むように第一光反射部材を、その前記第一波長変換部材の側面との界面の厚さが、前記第一光反射部材の外周の厚さよりも大きくなるように形成する工程と、
前記第一光反射部材の上面に、枠状の第二光反射部材を形成する工程と、
前記第一波長変換部材の上面であって前記第二光反射部材の枠内に、蛍光体を含む第二波長変換部材を、前記第一波長変換部材の中心部分上方の厚みよりも、周辺部分上方の厚みが薄くなるように形成する工程と、
を含む発光装置の製造方法。 - 請求項９又は１０に記載の発光装置の製造方法であって、
前記第二波長変換部材をポッティングにより形成する工程が、ポッティングにより行われてなる発光装置の製造方法。 - 請求項９～１１のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法であって、さらに、
前記第二波長変換部材及び第一光反射部材の上面を半球状の第二透光性部材で覆う工程を含む発光装置の製造方法。
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