WO2011016439A1 - 発光装置 - Google Patents

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WO2011016439A1
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phosphor
led element
emitting device
sealing member
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鈴木　弘一
和彦 土肥
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シーシーエス株式会社
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    • H01L33/54—Encapsulations having a particular shape

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device capable of efficiently converting the wavelength of light generated from an LED element and further extracting the light after wavelength conversion efficiently.
  • an LED element that emits ultraviolet rays or short-wavelength visible light is mounted on the bottom surface of a concave portion of a substrate on which a concave portion is formed, and the LED element is sealed with a sealing member containing a phosphor.
  • An apparatus is known (Patent Document 1). As such a light-emitting device, each phosphor excited by absorbing ultraviolet rays and short-wavelength visible light emitted from the LED elements using a red phosphor, a green phosphor and a blue phosphor as phosphors. In general, red light, green light, and blue light emitted from each other are mixed to emit white light.
  • the concentration of the phosphor in the sealing member is increased, or It is conceivable to increase the thickness of the sealing member. However, if the phosphor concentration in the sealing member is increased or the thickness of the sealing member is increased, the long-wavelength visible light emitted from the phosphor is less likely to pass through the sealing member. Efficiency is reduced. Furthermore, the resin composition for the sealing member in which the phosphor is dispersed is prepared by adjusting a plurality of light emitting devices at a time and then using a predetermined amount of the phosphor composition in the resin composition.
  • the phosphor is in the form of particles having a diameter of 10 to 50 ⁇ m.
  • the center of the phosphor particles of visible light emitted from the phosphor in most of the general phosphors. It was found that the transmittance of the part was low. For this reason, when the LED element is mounted on the bottom surface of the concave portion of the base and irradiated with ultraviolet rays or short-wavelength visible light (excitation light) from below the phosphor, it is emitted from the phosphor 51 as shown in FIG.
  • the intensity of visible light (fluorescence) having a longer wavelength is high in the downward direction or lateral direction of the phosphor 51 and the intensity of visible light in the upward direction of the phosphor 51 is low.
  • the light-emitting device in which the LED element is mounted on the bottom surface of the concave portion of the base body has been conceived that the extraction efficiency of visible light emitted from the phosphor is not sufficient.
  • the LED element when the LED element is mounted on the bottom surface of the concave portion of the substrate, it is difficult to increase the luminance of a predetermined point of the light emitting device even if a plurality of LED elements are mounted, and the light emitting source has a certain size. This is inconvenient when performing light distribution control using a lens or the like.
  • the present invention has been made in view of such problems, and provides a light-emitting device capable of efficiently wavelength-converting light generated from an LED element and further efficiently extracting light after wavelength conversion. Is the main intended issue.
  • the light-emitting device includes a base body having a recess opening at the upper end surface, an LED element mounted on a side surface of the recess, and a phosphor inside thereof, and seals the LED element. And a sealing member.
  • a side surface represents the surface currently formed in parallel or diagonally with respect to the central axis of the said recessed part here.
  • the LED element since the LED element is mounted on the side surface of the recess, the light emitted from the LED element collides with the phosphor from the side, so the intensity of the light emitted from the excited phosphor is It becomes higher in the vertical and horizontal directions. And since the recessed part is opening in the upper end surface of a base
  • the LED element is emitted by mounting the LED element on the side surface of the recess, compared to the case where it is mounted on the bottom surface.
  • the optical path of light can be lengthened, and as a result, the probability that the light emitted from the LED element collides with the phosphor can be increased. For this reason, the wavelength conversion efficiency of the light emitted from the LED element can be improved.
  • the wavelength conversion efficiency of the light emitted from the LED element is high, the light emitted from the LED element is radiated as it is outside the light emitting device, so that the LED element that emits ultraviolet rays is used.
  • the LED element that emits ultraviolet rays is used.
  • there is a low risk that ultraviolet rays harmful to the human body are radiated outside the light emitting device, and even when the LED element emits violet light, the violet light hardly affects the color rendering of the light emitting device. .
  • the light emitted from the LED element has a high probability of colliding with the phosphor, even if the concentration of the phosphor in the sealing member is suppressed to a conventional low concentration of 1/6 to 1/20, The wavelength conversion efficiency of the light emitted from the LED element can be kept high. And, by suppressing the phosphor concentration in the sealing member to be low, variations in phosphor concentration for each light emitting device can be suppressed, and the amount of expensive phosphor used can be reduced. Manufacturing cost can be reduced.
  • the thickness of the sealing member can be reduced. Then, by reducing the thickness of the sealing member, the light emitted from the phosphor is easily transmitted through the sealing member, so that the output of the light emitting device is improved.
  • a reflector is formed on at least the side surface of the recess. If it is such, the light which was not absorbed by the phosphor out of the light emitted from the LED element is reflected on the side surface facing the side surface on which the LED element is mounted, and again proceeds toward the phosphor. To do. For this reason, the probability that the light emitted from the LED element collides with the phosphor further increases, and as a result, the wavelength conversion efficiency of the light emitted from the LED element can be improved.
  • the concave portion one having a polygonal cross-sectional shape perpendicular to the central axis is preferable from the manufacturing surface. Since it is formed, a plurality of LED elements can be distributed and mounted.
  • the polygon has a vertex that is a multiple of 2 (for example, a square, a hexagon, an octagon, etc.)
  • an LED element is mounted on one of the opposing side surfaces, By not mounting the LED element on the side surface, it is preferable to reflect the light which is not absorbed by the phosphor among the light emitted from the LED element, and proceed again toward the phosphor.
  • the elements can be evenly distributed in addition to the above effects. It can be arranged, and is excellent in uniformity of luminance distribution and heat dissipation.
  • the concave portion has a side surface and a bottom surface orthogonal to each other, light that is not absorbed by the phosphor out of light emitted from the LED element is reflected by the side surface facing the side surface on which the LED element is mounted. Again, go to the phosphor and repeat this. For this reason, the probability that the light emitted from the LED element collides with the phosphor further increases, and as a result, the wavelength conversion efficiency of the light emitted from the LED element can be improved.
  • the light emitting device for white light is roughly divided into a combination of an LED element that emits blue light and a yellow phosphor, and the blue light emitted by the LED element and the yellow light emitted by the yellow phosphor excited by the blue light. And a combination of LED elements that emit ultraviolet light or short-wavelength visible light, red phosphors, green phosphors, and blue phosphors, and are excited by ultraviolet rays, etc. There is a configuration in which white light is obtained by mixing red light, green light, and blue light emitted from each phosphor.
  • the LED element Since the light emitting device according to the present invention is excellent in the wavelength conversion efficiency of the light emitted from the LED element, among the two types of white light emitting devices, the LED element emits ultraviolet light or visible light having a short wavelength.
  • the phosphor is suitable for the phosphor that emits red light, the phosphor that emits green light, and the phosphor that emits blue light.
  • the present invention having such a configuration, it is possible to obtain a light emitting device capable of efficiently converting the wavelength of light generated from the LED element and further efficiently extracting the light after wavelength conversion.
  • the light-emitting device 1 includes a base body 2 having a recess 22 that opens in an upper end surface 21, an LED element 3 mounted on a side surface 221 of the recess 22, and an LED And a sealing member 4 for sealing the element 3.
  • the base body 2 has a rectangular parallelepiped concave portion 22 that is open at the upper end surface 21 and has a square cross section perpendicular to the central axis thereof.
  • an insulating material having a high thermal conductivity such as alumina or aluminum nitride, Or it consists of material which coat
  • the base 2 mounts the LED element 3 described later on the side surface 221 of the recess 22, and a wiring conductor (not shown) for electrically connecting the LED element 3 is formed on the side surface 221. Has been.
  • This wiring conductor is led to the outer surface of the light emitting device 1 through a wiring layer (not shown) formed inside the base 2 and connected to the external electric circuit board, whereby the LED element 3 and the external electric circuit board are connected. Are electrically connected.
  • a metal thin film with high reflectivity is formed by applying metal plating such as silver, aluminum, gold or the like. It is functioning.
  • the LED element 3 emits ultraviolet rays or visible light having a short wavelength, and has a radiation peak at 200 to 430 nm, for example.
  • the LED element 3 is formed by laminating a gallium nitride-based compound semiconductor in the order of an n-type layer, a light-emitting layer, and a p-type layer on a sapphire substrate or a gallium nitride substrate.
  • the LED element 3 used in the present embodiment is preferably one that emits most of the light in a direction perpendicular to the side surface 221 on which the LED element 3 is mounted.
  • the LED element 3 is mounted on the side surface 221 with the gallium nitride compound semiconductor facing the side surface 221 side of the recess 22.
  • the mounting method include a flip chip mounting method using solder bumps, gold bumps and the like (not shown), and wire bonding mounting.
  • a method of completing the base 2 by standing the surface upright after mounting the mounting surface in a horizontal state is preferable.
  • the sealing member 4 has the phosphor 5 dispersed therein, and is filled in the recess 22 to seal the LED element 3.
  • a phosphor 5 is dispersed in a translucent resin such as a silicone resin which is excellent in translucency and heat resistance and has a small refractive index difference from the LED element 3. Is mentioned.
  • a red phosphor, a green phosphor, and a blue phosphor are used, and the red phosphor, the green phosphor, and the blue phosphor are formed by ultraviolet rays or short-wavelength visible light emitted from the LED element 3.
  • red light, green light and blue light emitted from each phosphor 5 are mixed to generate white light.
  • the LED element 3 since the LED element 3 is mounted on the side surface 221 of the recess 22, ultraviolet rays and short-wavelength visible light (excitation light) emitted from the LED element 3 enter the phosphor 5 from the side. As shown in FIG. 3, the intensity of the longer wavelength visible light (fluorescence) emitted from the excited phosphor 5 is increased in the vertical direction and the horizontal direction. And since the recessed part 22 is opening in the upper end surface 21 of the base material 2, the upward light with high light intensity among the long wavelength visible rays which the fluorescent substance 5 emitted efficiently leaves the light emitting device 1. It can be taken out. Note that visible light having a long wavelength emitted downward or laterally is also reflected by the reflector 23 and taken out of the light emitting device 1.
  • the concave portion 22 of the base body 2 is larger in the width direction than in the height direction. Therefore, when the LED element 3 is mounted on the side surface 221 of the concave portion 22, it is mounted on the bottom surface 222. As compared with the above, the optical path of the ultraviolet light and short wavelength visible light emitted from the LED element 3 can be lengthened, and as a result, the probability that the ultraviolet light and short wavelength visible light emitted from the LED element 3 collides with the phosphor 5. Can be increased.
  • the reflector 23 since the reflector 23 is formed on the side surface 221 of the recess 22, as shown in FIG. 4, it is absorbed by the phosphor 5 out of ultraviolet rays and short-wavelength visible rays emitted from the LED element 3.
  • the missing light is reflected by the side surface 221 facing the side surface 221 on which the LED element 3 is mounted, travels again toward the phosphor 5, and this is repeated.
  • the probability that ultraviolet rays or short-wavelength visible light emitted from the LED element 3 collides with the phosphor 5 increases, and as a result, longer wavelengths of ultraviolet light or short-wavelength visible light emitted from the LED element 3 are increased.
  • the conversion efficiency into visible light can be improved.
  • the conversion efficiency of the ultraviolet ray and the short wavelength visible light which the LED element 3 emitted into the longer wavelength visible light is high, and the ultraviolet ray and the short wavelength visible light which the LED element 3 emitted are intact. Since it is rarely emitted outside the light emitting device 1, even when an LED element 3 emitting ultraviolet rays is used, there is a low risk that ultraviolet rays harmful to the human body are emitted outside the light emitting device 1. Even when a device that emits violet light is used as the element 3, the violet light hardly affects the color rendering of the light emitting device 1.
  • the concentration of the phosphor 5 in the sealing member 4 is set to 1/6 to Even if the concentration is reduced to 1/20, the conversion efficiency of ultraviolet rays and short wavelength visible light emitted from the LED element 3 into visible light having a longer wavelength can be maintained high. For this reason, the concentration of the phosphor 5 in the sealing member 4 is generally about 15 to 20% by weight, which can be reduced to about 0.75 to 3.3% by weight.
  • variation for each light-emitting device 1 in the color of a luminescent color and illumination intensity can also be suppressed, and use of expensive fluorescent substance 5 is used. Since the amount can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.
  • the thickness of the sealing member 4 since the influence of the thickness of the sealing member 4 on the probability that ultraviolet rays or short-wavelength visible light emitted from the LED element 3 collides with the phosphor 5 is small, the thickness of the sealing member 4 The thickness can be reduced. Then, by reducing the thickness of the sealing member 4, the long-wavelength visible light emitted from the phosphor 5 is easily transmitted through the sealing member 4, so that the light emission efficiency of the light emitting device 1 is improved. Further, light emitted downward from the phosphor 5 is reflected by the bottom surface 222 and is taken out from the opening of the substrate 2. However, if the thickness of the sealing member 4 is small, the light emission efficiency can be improved.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the central axis of the recess 22 is not limited to a square, and may be a rectangle or a polygon other than a quadrangle, for example, a hexagon.
  • the concave portion 22 has such a shape, for example, as shown in FIG. 5, a configuration in which a total of three LED elements 3 are mounted on every other surface on six side surfaces 221 can be cited.
  • it may be a circle or an ellipse instead of a polygon, and a circle is preferable because there is no peripheral portion of the sealing member 4 that hardly contributes to light emission.
  • the heat generated from the LED elements 3 can also be dispersed and released, and the LED elements are caused by a local temperature rise. 3 and phosphor 5 can be prevented from deteriorating.
  • the LED element 3 since the LED element 3 is not mounted on the side surface 221 facing the side surface 221 on which the LED element 3 is mounted among the six side surfaces 221, the phosphor out of the light emitted from the LED element 3 The light that has not been absorbed by the light 5 is reflected well at the side surface 221.
  • the light emitting device 1 according to the present invention is not limited to the aspect in which the LED element 3 is not mounted on the side surface 221 facing the side surface 221 on which the LED element 3 is mounted, as shown in FIG.
  • the LED element 3 may also be mounted on the side surface 221 facing the side surface 221 on which the LED element 3 is mounted.
  • the light emitting device 1 may include a protruding portion 24 protruding toward the inside of the recessed portion 22 at the upper end of the base 2.
  • a protruding portion 24 protruding toward the inside of the recessed portion 22 at the upper end of the base 2.
  • the protrusion 24 may be provided also on the upper side of the recess 22 where the LED element 3 is not mounted. From the viewpoint of ease of manufacture, the protrusion 24 is shown in FIG. Thus, the annular protrusion 24 may be provided over the entire periphery of the upper side surface of the recess 22.
  • the phosphor 5 may not be uniformly dispersed in the sealing member 4, and the phosphor 5 is configured so as to be included only in the central portion of the sealing member 4, thereby functioning more as a point light source. You may do it.
  • a region including the red phosphor, the green phosphor, and the blue phosphor may be layered.
  • the red phosphor layer is formed in the thickness direction from the bottom surface 222 side of the recess 22.
  • the green phosphor layer and the blue phosphor layer may be laminated in this order, and the red phosphor layer, the green phosphor layer, and the blue phosphor layer are arranged in the width direction from the side surface 221 side on which the LED element 3 is mounted. You may laminate
  • each fluorescent substance layer is laminated
  • the phosphor layer, the green phosphor layer, and the blue phosphor layer may be laminated in a ring shape (annular ring shape).
  • the side surface 221 of the recess 22 may not be orthogonal to the bottom surface 222.
  • the recess 22 may expand from the bottom surface 222 toward the opening. In this way, if the side surface 221 is inclined upward, light is emitted obliquely upward from the LED element 3 mounted on the side surface 221, and the phosphor 5 at a higher position can be excited.
  • the light emitted from the excited phosphor 5 is not easily absorbed by the other phosphors 5, and the light is emitted particularly when the phosphor 5 having a high intensity of light emitted forward or the LED element 3 having a large side emission is employed. Efficiency can be increased.
  • the recess 22 may have a structure that narrows from the bottom surface 222 toward the opening. In this case, the backscattering of the phosphor can be used effectively, but if the opening becomes too small, the light extraction efficiency decreases.
  • the angle formed by the bottom surface 222 and the side surface 221 is suitably 45 ° to 135 °, and more preferably in the range of 80 ° to 100 °.
  • the concentration of the phosphor 5 in the sealing member 4 may be increased.
  • the reflector 23 may have a diffusivity made of a white ceramic layer, a white resin layer, a roughened metal thin film, or the like. Can be improved.
  • the LED element 3 may be mounted on the side surface 221 of the recess 22 and also on the bottom surface 222. If the LED element 3 mounted on the bottom surface 222 is one that emits light from the entire LED element 3, the central luminance of the light emitting device 1 can be further increased and the total luminous flux can be supplemented.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be configured by appropriately combining some or all of the various configurations described above without departing from the spirit of the present invention.
  • the light emitting device can efficiently convert the wavelength of the light generated from the LED element, and can efficiently extract the light after the wavelength conversion.

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Abstract

　本発明は、ＬＥＤ素子から発した光の波長を効率的に変換し、更に、波長変換後の光を効率的に取り出すことができる発光装置を提供するものであり、上端面に開口する凹部が形成された基体と、前記凹部の側面に実装されたＬＥＤ素子と、その内部に蛍光体を含有し、前記ＬＥＤ素子を封止する封止部材と、を備えているものである。

Description

発光装置
　本発明は、ＬＥＤ素子から発生した光を効率的に波長変換し、更に、波長変換後の光を効率的に取り出すことができる発光装置に関する。
　従来、凹部が形成された基体の当該凹部の底面に、紫外線や短波長の可視光線を発するＬＥＤ素子を実装するとともに、蛍光体を含有する封止部材で前記ＬＥＤ素子を封止してなる発光装置が知られている（特許文献１）。このような発光装置としては、蛍光体として、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体を用いて、前記ＬＥＤ素子が発する紫外線や短波長の可視光線を吸収して励起された各蛍光体が発する赤色光、緑色光及び青色光が混ざり合って白色光を発するものが一般的である。
　この種の発光装置では、封止部材中の蛍光体の濃度が低いと、ＬＥＤ素子から発した紫外線や短波長の可視光線が蛍光体に吸収されずに封止部材を透過してしまうことがあり、この場合、ＬＥＤ素子から発した紫外線や短波長の可視光線の、より長波長の可視光線への変換効率が低下するため、発光装置の発光効率が低下する。更に、ＬＥＤ素子として紫外線を発するものを用いた場合は、人体に有害な紫外線が漏出するという問題が生じ、ＬＥＤ素子として紫色光を発するものを用いた場合は、発光装置の演色に影響するという問題が生じる。
　ＬＥＤ素子から発した紫外線や短波長の可視光線が蛍光体に吸収されずに封止部材を透過することを抑制するためには、封止部材中の蛍光体の濃度を高くするか、又は、封止部材の厚さを大きくすることが考えられる。しかし、封止部材中の蛍光体濃度を高くしたり、封止部材の厚さを大きくすると、蛍光体が発した長波長の可視光線が封止部材を透過しにくくなるので、発光装置の発光効率が低下する。さらに、蛍光体が分散した封止部材用の樹脂組成物は、複数個の発光装置分を一時に調整してから、所定量ずつ使用するものであるが、当該樹脂組成物中の蛍光体の分散状態は経時的に変化するので、蛍光体の濃度を高くすると、同じ仕様の発光装置であっても、発光色の色目や照度における個々の発光装置ごとのバラツキが生じやすくなる。また、蛍光体は高価であるので、蛍光体の濃度を高くすると、コスト増加の要因となる。
特開２００５－１９１１９７号公報
　また、一般的に蛍光体は直径が１０～５０μｍの粒子状であるが、本発明者が鋭意検討したところ、一般的な蛍光体の殆どにおいて蛍光体が発する可視光線の、蛍光体粒子の中心部分の透過率が低いことが判明した。このため、ＬＥＤ素子が基体の凹部底面に実装され、蛍光体の下方向から紫外線や短波長の可視光線（励起光）が照射される場合、図１０に示すように、蛍光体５１から発したより長波長の可視光線（蛍光）の強度が高いのは、蛍光体５１の下方向や横方向であって、蛍光体５１の上方向における可視光線の強度は低いと考えられる。このため、基体凹部の底面にＬＥＤ素子が実装されている態様の発光装置は、蛍光体が発する可視光線の取り出し効率が充分でないことに想到した。
　更に、ＬＥＤ素子を基体の凹部底面に実装する場合、複数のＬＥＤ素子を実装しても、発光装置の所定の一点の輝度を上げることは難しく、発光源が一定の大きさを持ってしまうため、レンズ等を用いて配光制御を行う場合に不都合である。
　本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、ＬＥＤ素子から発生した光を効率的に波長変換し、更に、波長変換後の光を効率的に取り出すことができる発光装置を提供することをその主たる所期課題としたものである。
　すなわち本発明に係る発光装置は、上端面に開口する凹部が形成された基体と、前記凹部の側面に実装されたＬＥＤ素子と、その内部に蛍光体を含有し、前記ＬＥＤ素子を封止する封止部材と、を備えていることを特徴とする。なお、ここで、側面とは、前記凹部の中心軸に対して平行又は斜めに形成されている面を表すものである。
　このようなものであれば、ＬＥＤ素子が凹部の側面に実装されているので、ＬＥＤ素子が発した光は側方から蛍光体に衝突するので、励起された蛍光体が発する光の強度は、上下方向や横方向で高くなる。そして、凹部は基体の上端面に開口しているので、蛍光体が発した光のうち強度の高い上方向への光を効率的に発光装置の外に取り出すことができる。
　また、一般的に基体凹部は高さ方向より幅方向の方が大きいので、ＬＥＤ素子が凹部の側面に実装されていることにより、底面に実装されている場合に比べて、ＬＥＤ素子が発した光の光路を長くすることができ、その結果、ＬＥＤ素子が発した光が蛍光体に衝突する確率を高めることができる。このため、ＬＥＤ素子が発した光の波長変換効率を向上することができる。
　更に、ＬＥＤ素子が発した光の波長変換効率が高いと、ＬＥＤ素子が発した光のうちそのまま発光装置外に放射される光は少ないので、ＬＥＤ素子として紫外線を発するものを用いた場合であっても、人体に有害な紫外線が発光装置外に放射される危険性は低く、ＬＥＤ素子として紫色光を発するものを用いた場合であっても、当該紫色光が発光装置の演色に影響しにくい。
　また、本発明では、ＬＥＤ素子が発した光が蛍光体に衝突する確率が高いので、封止部材中の蛍光体の濃度を従来の１／６～１／２０の低い濃度に抑えても、ＬＥＤ素子が発した光の波長変換効率を高く維持することができる。そして、封止部材中の蛍光体の濃度を低く抑えることにより、個々の発光装置ごとの蛍光体濃度のバラツキを抑制することができ、また、高価な蛍光体の使用量を減らすことができるので製造コストを低減することができる。
　更に、本発明では、ＬＥＤ素子が発した光が蛍光体に衝突する確率への、封止部材の厚さの影響は少ないので、封止部材の厚さを小さくすることができる。そして、封止部材の厚さを小さくすることにより、蛍光体が発した光が封止部材を透過しやすくなるので、発光装置の出力が向上する。
　前記凹部の少なくとも側面には、リフレクタが形成されていることが好ましい。このようなものであれば、ＬＥＤ素子が発した光のうち蛍光体に吸収されなかった光は、ＬＥＤ素子が実装された側面に対向する側面で反射されて、再度、蛍光体に向かって進行する。このため、ＬＥＤ素子が発した光が蛍光体に衝突する確率が更に上昇し、結果として、ＬＥＤ素子が発した光の波長変換効率を向上することができる。
　前記凹部としては、その中心軸に直交する断面形状が多角形であるものが、製造面から好ましく、また、凹部の中心軸に直交する断面形状が多角形であれば、凹部に複数の側面が形成されるので、複数のＬＥＤ素子を分散させて実装することができる。なかでも、前記多角形が、２の倍数の頂点を有するものである場合（例えば、四角形、六角形、八角形など）において、対向する側面の一方にＬＥＤ素子を実装し、対向する反対側の側面にはＬＥＤ素子を実装しないことにより、ＬＥＤ素子が発した光のうち蛍光体に吸収されなかった光を反射して、再度蛍光体に向かって進行させるのに好適である。さらに、６の倍数の頂点を有するものである場合（例えば、六角形など）、複数の側面に１面おきにＬＥＤ素子を実装することにより、上記の効果に加えて素子を均等に分散して配置することができ、輝度分布の均一性や放熱性に優れる。
　また、前記凹部が、側面と底面とが直交するものであると、ＬＥＤ素子が発した光のうち蛍光体に吸収されなかった光は、ＬＥＤ素子を実装した側面に対向する側面で反射されて、再度、蛍光体に向かい、これを繰り返す。このため、ＬＥＤ素子が発した光が蛍光体に衝突する確率がより一層上昇し、結果として、ＬＥＤ素子が発した光の波長変換効率を向上することができる。
　白色光の発光装置には、大きく分けて、青色光を発するＬＥＤ素子と黄色蛍光体とを組み合わせて、ＬＥＤ素子の発した青色光と当該青色光により励起された黄色蛍光体の発した黄色光とを混ぜ合わせることにより白色が得られるように構成したものと、紫外線又は短波長の可視光線を発するＬＥＤ素子と、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体とを組み合わせて、紫外線等により励起された各蛍光体が発する赤色光、緑色光及び青色光を混ぜ合わせることにより白色光が得られるように構成したものとが存在する。
　本発明に係る発光装置は、ＬＥＤ素子が発する光の波長変換効率に優れるものであるので、上記の２タイプの白色光の発光装置のうち、前記ＬＥＤ素子が、紫外線又は短波長の可視光線を発するものであり、前記蛍光体が、赤色光を発する蛍光体、緑色光を発する蛍光体、及び、青色光を発する蛍光体であるものに好適である。
　このような構成の本発明によれば、ＬＥＤ素子から発生した光を効率的に波長変換し、更に、波長変換後の光を効率的に取り出すことができる発光装置を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。 同実施形態に係る発光装置の模式的横断面図である。 同実施形態における蛍光体の発光状態を示す模式図である。 同実施形態におけるＬＥＤ素子から発した光の一部の光路を示す光路説明図である。 他の実施形態に係る発光装置の模式的横断面図である。 他の実施形態に係る発光装置の模式的横断面図である。 他の実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。 他の実施形態に係る発光装置の模式的縦断面図である。 他の実施形態に係る発光装置の模式的平面図である。 従来の発光装置における蛍光体の発光状態を示す模式図である。
　以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係る発光装置１は、図１及び図２に示すように、上端面２１に開口する凹部２２を有した基体２と、凹部２２の側面２２１に実装されたＬＥＤ素子３と、ＬＥＤ素子３を封止する封止部材４と、を備えたものである。
　以下に各部を詳述する。
　基体２は、上端面２１に開口し、その中心軸に直交する断面形状が正方形である直方体状の凹部２２を有するものであり、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の熱伝導率が高い絶縁材料、またはアルミニウム、銅、ステンレスなどの金属を部分的に樹脂などからなる絶縁材料で被覆した材料からなるものである。
　基体２は、凹部２２の側面２２１に後述するＬＥＤ素子３を実装するものであるが、当該側面２２１には、ＬＥＤ素子３が電気的に接続されるための配線導体（図示しない。）が形成されている。この配線導体が基体２内部に形成された配線層（図示しない。）を介して発光装置１の外表面に導出されて外部電気回路基板に接続されることにより、ＬＥＤ素子３と外部電気回路基板とが電気的に接続される。
　基体２の凹部２２の側面２２１及び底面２２２を含む内面には、銀、アルミニウム、金等の等の金属メッキ等が施されることにより高反射率の金属薄膜が形成されており、リフレクタ２３として機能している。
　ＬＥＤ素子３は、紫外線や短波長の可視光線を発するものであり、例えば２００～４３０ｎｍに放射ピークを有するものである。このようなＬＥＤ素子３は、例えば、サファイア基板や窒化ガリウム基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体がｎ型層、発光層及びｐ型層の順に積層したものである。なかでも本実施形態で用いられるＬＥＤ素子３としては、ＬＥＤ素子３を実装する側面２２１に垂直な方向に大部分の光が放射されるものが好適である。
　ＬＥＤ素子３は、窒化ガリウム系化合物半導体を凹部２２の側面２２１側に向けて、当該側面２２１に実装されている。実装方法は、例えば、半田バンプや金バンプ等（図示しない。）を用いてフリップチップ実装する方法や、ワイヤーボンディングによる実装が挙げられる。通常、水平ではない面にＬＥＤ素子を実装するのは困難であるので、実装面が水平な状態で実装した後に、面を直立させて基体２を完成させる方法が好ましい。
　封止部材４は、内部に蛍光体５が分散しているものであり、凹部２２に充実されてＬＥＤ素子３を封止している。このような封止部材４としては、例えば、透光性及び耐熱性に優れ、ＬＥＤ素子３との屈折率差が小さいシリコーン樹脂等の透光性樹脂中に蛍光体５が分散しているものが挙げられる。
　蛍光体５としては、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体が用いられており、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体が、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線によって励起されると、各蛍光体５が発する赤色光、緑色光及び青色光が混ざり合って白色光が生じる。
　このような実施形態であれば、ＬＥＤ素子３が凹部２２の側面２２１に実装されているので、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線（励起光）は側方から蛍光体５に照射され、図３に示すように、励起された蛍光体５が発する、より長波長の可視光線（蛍光）の強度は、上下方向や横方向で高くなる。そして凹部２２は基材２の上端面２１に開口しているので、蛍光体５が発した長波長の可視光線のうち光強度の高い上方向への光を効率的に発光装置１の外に取り出すことができる。なお、下方向や横方向に発せられた長波長の可視光線もリフレクタ２３で反射され、発光装置１の外に取り出される。
　また、本実施形態では、基体２の凹部２２は高さ方向より幅方向の方が大きいので、ＬＥＤ素子３が凹部２２の側面２２１に実装されていることにより、底面２２２に実装されている場合に比べて、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線の光路を長くすることができ、その結果、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線が蛍光体５に衝突する確率を高めることができる。
　更に、本実施形態では、凹部２２の側面２２１にリフレクタ２３が形成されているので、図４に示すように、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線のうち蛍光体５に吸収されなかった光は、ＬＥＤ素子３が実装された側面２２１に対向する側面２２１で反射されて、再度、蛍光体５に向かい進行し、これを繰り返す。このため、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線が蛍光体５に衝突する確率が上昇し、結果として、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線の、より長波長の可視光線への変換効率を向上することができる。
　また、本実施形態では、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線の、より長波長の可視光線への変換効率が高く、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線がそのまま発光装置１外に放射されることが少ないので、ＬＥＤ素子３として紫外線を発するものを用いた場合であっても、人体に有害な紫外線が発光装置１外に放射される危険性は低く、ＬＥＤ素子３として紫色光を発するものを用いた場合であっても、当該紫色光が発光装置１の演色に影響を及ぼしにくい。
　更に、本実施形態では、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線が蛍光体５に衝突する確率が高いので、封止部材４中の蛍光体５の濃度を従来の１／６～１／２０の低い濃度に抑えても、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線の、より長波長の可視光線への変換効率を高く維持することができる。このため、一般的に封止部材４中の蛍光体５濃度は１５～２０重量％程度であるところ、これを０．７５～３.３重量％程度まで低減することができる。そして、封止部材４中の蛍光体５の濃度を低く抑えることにより、発光色の色目や照度における個々の発光装置１ごとのバラツキも抑制することができ、また、高価な蛍光体５の使用量を減らすことができるので製造コストを低減することができる。
　また、本実施形態では、ＬＥＤ素子３が発した紫外線や短波長の可視光線が蛍光体５に衝突する確率への、封止部材４の厚さの影響は少ないので、封止部材４の厚さを小さくすることができる。そして、封止部材４の厚さを小さくすることにより、蛍光体５が発した長波長の可視光線が封止部材４を透過しやすくなるので、発光装置１の発光効率が向上する。また、蛍光体５から下方向へ発せられた光は、底面２２２で反射され、基体２の開口部から取り出されるが、封止部材４の厚さが小さければ発光効率を向上することができる。
　なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、凹部２２の中心軸に直交する断面形状は正方形に限定されず、長方形や、または四角形以外の多角形、例えば六角形であってもよい。凹部２２がこのような形状を有する実施形態としては、例えば、図５に示すように、６つの側面２２１に１面おきに計３個のＬＥＤ素子３が実装されたものが挙げられる。また、多角形ではなく円形や楕円形であっても良く、円形の場合は、封止部材４のうち発光に寄与しにくい周辺部分が無くなるので好ましい。
　このようなものであれば、封止部材４の中心部に位置する蛍光体５に対し複数方向からＬＥＤ素子３が発した光が照射されるので、発光装置１の中心部の輝度を飛躍的に高めることができる。
　また、当該実施形態では、ＬＥＤ素子３が３つの側面２２１に分散して実装されているので、ＬＥＤ素子３から発生した熱も分散して放出することができ、局所的な温度上昇によるＬＥＤ素子３や蛍光体５の劣化を抑制することができる。
　更に、当該実施形態では、６つの側面２２１のうち、ＬＥＤ素子３を実装した側面２２１に対向する側面２２１にはＬＥＤ素子３が実装されていないので、ＬＥＤ素子３から発した光のうち蛍光体５に吸収されなかった光が当該側面２２１において良好に反射される。
　なお、本発明に係る発光装置１は、ＬＥＤ素子３を実装した側面２２１に対向する側面２２１にはＬＥＤ素子３が実装されていない態様に限定されるものではなく、図６に示すように、ＬＥＤ素子３を実装した側面２２１に対向する側面２２１にもＬＥＤ素子３が実装されていてもよい。
　また、本発明に係る発光装置１は、図７に示すように、基体２の上端に凹部２２内側に向けて突出した突出部２４を備えていてもよい。ＬＥＤ素子３から発光装置１の上端面までの距離が短いＬＥＤ素子３の真上方向では、ＬＥＤ素子３から発した紫外線等が蛍光体５に衝突しない確率が比較的高いが、このような庇状の突出部２４があれば、ＬＥＤ素子３の真上方向において、ＬＥＤ素子３から発したものの、蛍光体５に衝突しなかった（長波長の可視光線に変換されなかった）紫外線等が、そのまま装置１外に射出されるのを防ぐことができる。なお、当該突出部２４は、図８に示すように、ＬＥＤ素子３が実装されていない凹部２２の側面上部にも設けられていてもよく、製造の容易さの観点からは、図９に示すように、凹部２２の側面上部の全周縁に亘って環状の突出部２４が設けられていてもよい。
　蛍光体５は、封止部材４中に均一に分散されていなくてもよく、封止部材４の中心部だけに蛍光体５が含まれているように構成して、より点光源として機能するようにしてもよい。
　また、封止部材４において、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体が含まれる領域が層状になっていてもよく、例えば、凹部２２の底面２２２側から厚さ方向に、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層の順に積層していてもよく、ＬＥＤ素子３が実装されている側面２２１側から幅方向に、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層の順に積層していてもよい。このようなものであれば、青色蛍光体が発した青色光や緑色蛍光体が発した緑色光が他の蛍光体５に吸収されにくいので、エネルギー変換効率及び青色光や緑色光の取り出し効率を向上することができる。なお、幅方向に各蛍光体層が順に積層している場合であって、図５に示すように、複数のＬＥＤ素子３が実装されているときは、側面２２１側（外側）から順に、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層が環状（年輪状）に積層していてもよい。
　凹部２２の側面２２１は底面２２２に直交していなくともよく、例えば、凹部２２が底面２２２から開口部に向けて拡開していてもよい。このように側面２２１が上向きに傾斜していれば、側面２２１に実装されたＬＥＤ素子３からは斜め上方向に光が射出され、より高い位置にある蛍光体５を励起することができるので、励起された蛍光体５が発した光が他の蛍光体５によって吸収されにくく、特に前方に放出される光の強度が大きい蛍光体５や、側面発光が大きいＬＥＤ素子３を採用する場合に発光効率を高めることができる。しかしながら、光の射出方向が横向きから大きく逸脱して上向きに近くなれば、通常の底面実装型のＬＥＤ発光装置と同様の状態になり、本発明の効果が失われる。逆に、凹部２２が底面２２２から開口部に向けて狭まっている構造となっていてもよい。この場合、蛍光体の後方散乱を有効に利用することができるが、開口部が小さくなりすぎると光の取出効率が低下する。これらのことから、底面２２２と側面２２１のなす角度は４５°から１３５°が適しており、より好ましくは８０°から１００°の範囲である。
　蛍光体５が発した光の取り出し効率よりも、封止部材４における発光の均一性を優先させる場合は、封止部材４中の蛍光体５濃度を高くしてもよい。
　リフレクタ２３は、白色セラミック層、白色の樹脂層、粗面化した金属薄膜等からなる拡散性を有するものであってもよく、このようなものであれば、封止部材４における発光の均一性を向上することができる。
　また、ＬＥＤ素子３を凹部２２の側面２２１に実装するとともに、底面２２２にも実装してもよい。底面２２２に実装するＬＥＤ素子３として、ＬＥＤ素子３全体から光を射出するものを使用すれば、発光装置１の中心輝度をより高めることができるとともに、全光束を補うことも可能となる。
　その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。
　本発明に係る発光装置によれば、ＬＥＤ素子から発生した光を効率的に波長変換し、更に、波長変換後の光を効率的に取り出すことができる。
１・・・発光装置
２・・・基体
２１・・・上端面
２２・・・凹部
２２１・・・側面
３・・・ＬＥＤ素子
４・・・封止部材
５・・・蛍光体
 

Claims (6)

  1. 　上端面に開口する凹部が形成された基体と、
    　前記凹部の側面に実装されたＬＥＤ素子と、
    　その内部に蛍光体を含有し、前記ＬＥＤ素子を封止する封止部材と、を備えていることを特徴とする発光装置。
  2. 　前記凹部の少なくとも側面にリフレクタが形成されている請求項１記載の発光装置。
  3. 　前記凹部の中心軸に直交する断面形状が多角形である請求項１記載の発光装置。
  4. 　複数のＬＥＤ素子が実装されている請求項１記載の発光装置。
  5. 　前記凹部が、側面と底面とが直交するものである請求項１記載の発光装置。
  6. 　前記ＬＥＤ素子が、紫外線又は短波長の可視光線を発するものであり、
    　前記蛍光体が、赤色光を発する蛍光体、緑色光を発する蛍光体、及び、青色光を発する蛍光体である請求項１記載の発光装置。
     
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