JP2007080994A - 固体素子デバイス及びこれを用いた発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 セラミック基板11上には、LED素子12がマウントされており、このLED素子12は、封止ガラス14内に蛍光体層13が設けられた波長変換部20により封止されている。蛍光体層13は、ガラスフィラーに蛍光体を溶液で混合し、これをホットプレスを行う前に2枚の封止ガラス内の一枚の内面に塗布または印刷することにより形成される。
【選択図】 図1
Description
(1)封止温度(約600℃)程度ではガラスの粘度が高く、蛍光体がガラスに均一に分散しない。
(2)蛍光体がガラスに均一に分散するまでガラスの粘度を下げるには、900℃以上の高温が必要になる。しかし、このような高温ではLED素子の電極が封止加工に耐えられないだけでなく、蛍光体とガラスとが化学反応してしまうという問題がある。
(3)封止材として、低温でも蛍光体が均一に分散する粘度を持つガラスを使用した場合、一般的にセラミックベースとLED素子の熱膨張差が大きいため、ガラスにクラックが生じ、良好なガラス封止が行えない。
(固体素子デバイスの構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る固体素子デバイスを示す。同図中、(a)は固体素子デバイスの断面図を示し、(b)は(a)における固体素子の底面図を示す。
第1の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)蛍光体層13は、ガラス粉末をフィラー材として混ぜることにより、蛍光体がガラスに良好に混合され、ガラス封止時に分散される。その後、通常のガラス封止加工を行う。この結果、封止ガラス14と蛍光体層13の蛍光体が化学反応を生じない600℃程度の低い温度で封止が行えるので、蛍光体の特性を劣化させることがない。また、蛍光体とガラス粉体が混ぜられていることにより、ホットプレス封止加工時の密着性が向上し、蛍光体のない場合同等のものとできる。
(2)封止ガラス14の内部に蛍光体層13を挟み込むことができるため、固体素子デバイス1のみの単体による白色光化が可能になる。
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る固体素子デバイスを示す。本実施の形態は、第1の実施の形態において、蛍光体層13が封止ガラス14A、14Bの側端面に達する構成にしたものである。なお、以下の説明において、第1の実施の形態と同一の構成および機能を有する部分については同一の符号を付している。
第2の実施の形態によれば、上面全域を波長変換部20としても第1の実施の形態と同様に蛍光体とガラス粉体とが混合されることにより、ホットプレス封止加工時の密着性が向上するため、封止ガラス14A、14Bによる封止性を損なわないものにすることができる。これにより、上面端部から蛍光体変換されない光が外部放射されることを防ぐことができる。
図4は、本発明の第3の実施の形態に係る固体素子デバイスを示す。本実施の形態は、第1の実施の形態において、蛍光体層13が封止ガラス14の周囲を包囲する構成としたものであり、その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
第3の実施の形態によれば、封止ガラス14の側面から放射される光に対しても波長変換が可能になる。また、横漏れ光が生じない構成となり、漏れ光の遮光対策を不要とできる。
図5は、本発明の第4の実施の形態に係る固体素子デバイスを示す。本実施の形態は、第1の実施の形態で説明した固体素子デバイス1の封止ガラス14の側面に反射部材18を設けたものであり、その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態の好ましい効果に加えて封止ガラス14の側面から放射される光が反射部材18によって内側に反射されるため、蛍光されていない横漏れ光が、外部に漏れないように遮光することができ、封止ガラス14からの光出射効率を高めることができる。
図6は、本発明の第5の実施の形態に係る固体素子デバイスを示す。本実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態において、封止ガラス14Bに相当する部材を蛍光部材19にするとともに、LED素子12の全体を包囲するように蛍光部材19を封止したものであり、その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
第5の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)蛍光部材19は、ガラスとの混合体であるため、封止ガラス14との密着性を良好にすることができる。
(2)波長変換部20が封止ガラス14と蛍光部材19の2つで構成されるため、蛍光体の使用量を低減でき、コストダウンを図ることができる。
(3)蛍光部材19がLED素子12の全体を覆っているため、LED素子12から放射される光の殆どを効率良く波長変換することができるとともに
発光源の見かけ上のサイズが大になることを防げる。このことは集光性を要求される用途への適用性を高める。
図8は、本発明の第6の実施の形態に係る固体素子デバイスを示す。また、図9は、図8の固体素子デバイスの製造工程を示す概略図である。
第6の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)蛍光部材19とLED素子12と蛍光部材19の間に封止ガラス14が介在し、蛍光部材19がLED素子12に対して距離を有するため、LED素子12から発せられる光により蛍光部材19がダメージを受けるのを軽減することができる。
(2)LED素子12の側面部に蛍光部材19を封止することにより、蛍光されていない光の遮光対策を不要にすることができる。
図10は、本発明の第7の実施の形態に係る固体素子デバイスを示す。
本実施の形態は、図8の第6の実施の形態において、蛍光部材19を封止ガラス14の上面にのみ設けたものであり、その他の構成は、第5の実施の形態と同様である。
第7の実施の形態によれば、第6の実施の形態の好ましい効果に加えて、LED素子12の側面を封止ガラス14のみで封止した構成とすることで、波長変換性を損なうことなくホットプレス加工を簡便に行うことができる。
図11は、本発明の第8の実施の形態に係る固体素子デバイスを示す。また、図12は、図11の固体素子デバイスの製造工程を示す概略図である。
第8の実施の形態によれば、LED素子12を蛍光部材19で封止することによる封止面積の小なる白色の固体素子デバイス1を形成でき、色むらが小で封止性に優れるものとできる。なお、LED素子12から蛍光部材19の上面と側面との距離は色度むらを抑えるため、同等とすることが望ましい。
図13は、本発明の第9の実施の形態に係る発光装置を示す。本実施の形態は、図3に示した第2の実施の形態の構成において、全体のサイズを大きくし、複数のLED素子12A〜12Cを1枚のセラミック基板11上に実装し、蛍光体層13を封止ガラス14A、14Bの間に介在させた波長変換部20で封止して発光装置100を構成したものである。
第9の実施の形態によれば、発光源に複数の固体素子デバイス12A〜12Cを用いているため、第2の実施の形態の好ましい効果に加えて発光強度を高めることができる。また、LED素子の使用数の任意に設定して所望の発光強度の発光装置100とすることができる。なお、複数のLED素子を搭載する発光装置においてはLED素子の発光に伴う放熱を促すものとしてセラミック基板11の実装側に熱伝導性の良好な金属等の材料からなる放熱部を設けて熱引きを行うことが好ましい。
図14は、本発明の第10の実施の形態に係る発光装置を示す。本実施の形態は、第9の実施の形態と同様に複数の複数のLED素子12A〜12Cをセラミック基板11上に実装するとともに、これらを蛍光部材19と封止ガラス14からなる波長変換部20で封止して発光装置100を形成したものであり、複数のLED素子12A〜12Cは蛍光部材19によって包囲されている。
第10の実施の形態によれば、複数のLED素子12A〜12Cを蛍光部材19でガラス封止することで、熱膨張による剥離を生じることなく長期にわたって良好な封止性、波長変換性を付与でき、信頼性の高い発光装置100が得られる。
図15は、本発明の第11の実施の形態に係る発光装置を示す。本実施の形態は、図11に示した第8の実施の形態に係る固体素子デバイス1と同じ構成の複数の固体素子デバイス1D〜1Fを用いて発光装置100を構成したものである。
第11の実施の形態によれば、ケース31の傾斜面31Cに蛍光体層33を設けたことにより、固体素子デバイス1D〜1Fが放射する光を蛍光体層33の蛍光体で吸収できるため、集光性及び波長変換機能を高めた発光装置100を得ることができる。
図16は、本発明の第12の実施の形態に係る発光装置を示す。本実施の形態は、セラミック基板11上にLED素子12A〜12Cを所定間隔で配置して蛍光部材19で封止することにより固体素子デバイス40を構成し、ケース31の内面に曲面で形成される凹部31Dを設け、この凹部31Dの下側に放熱部材であるヒートシンク34を配設したものであり、ヒートシンク34はセラミック基板11に銅箔によって設けられる放熱パターン15Aを介して接合されている。
第12の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)ヒートシンク34を設けたことにより、駆動時の固体素子デバイス40の放熱を図ることができる。
(2)必要な光出力に応じた数のLED素子をガラスに蛍光体を混合した蛍光部材19で一体化した固体素子デバイス40を用いることで、第11の実施の形態で説明した、複数の固体素子デバイス1D〜1Fを用いた発光装置100に比べて組み立て工程を簡略にすることができる。
(3)凹部31Dが曲面で形成されるため、図16の上方へビーム光(或いは、これに近い光)を出射することができる。
その他の効果は、第11及び第1の実施の形態と同様である。
図17は、本発明の第13の実施の形態に係る発光装置を示す。本実施の形態は、図16の第12の実施の形態で説明した固体素子デバイス40に代えて第1の実施の形態に示した構成の固体素子デバイス1を用いるとともに、ケース31の凹部31Dと固体素子デバイス1の光出射面とが連続面を形成するようにケース31に固体素子デバイス1を埋設したものであり、その他の構成は、第12の実施の形態と同様である。
第13の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)凹部31Dが曲面を有し、ケース31に埋設された固体素子デバイス1の光出射面40Aと連続面を形成する構成を有するので、波長変換された光を光出射面40Aから効率良く放射させることができる。
(2)固体素子デバイス1がケース31に埋設されていても、ヒートシンク34を介してLED素子12の発光に基づく発熱を放熱できるので、固体素子デバイス1が高出力タイプであっても、温度上昇を抑制することができる。
図18は、本発明の第14の実施の形態に係る発光装置を示す。本実施の形態は、図11の第8の実施の形態に示した固体素子デバイス1を用いるとともに、曲面で構成される凹部31Dを有するケース31に固体素子デバイス1を実装したものである。
第14の実施の形態によれば、固体素子デバイス1から放射される光をケース31に設けた曲面からなる凹部31Dで反射して放射する構成としたので、波長変換された光の放射性を向上させることができる。また、固体素子デバイス1がガラス封止構造であることにより、固体素子デバイス1を封止しなくてもLED素子12が保護されるので、軽量化、部品点数の低減、製造工程の簡略化等を図れる。
図19は、本発明の第15の実施の形態に係る発光装置を示す。本実施の形態は、第14の実施の形態で説明した曲面からなる凹部31Dの表面に蛍光体層13を設け、第1の実施の形態で説明した固体素子デバイス1を搭載したものである。
第15の実施の形態によれば、固体素子デバイス1の側面からの放射光が蛍光体層13によって吸収されるため、固体素子デバイス1の側面に蛍光体層を有しない固体素子デバイス1であっても、側面からの放射光を波長変換することができる。
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。
11、セラミック基板 12、LED素子 12A〜12C、LED素子
13、蛍光体層 14、封止ガラス 14A,14B、封止ガラス
15、電極 16、電極 17A,17B、Auバンプ 18、反射部材
19、蛍光部材 20、波長変換部 31、ケース 31a,31b、凹部
32、リードフレーム 33、蛍光体層 34、ヒートシンク
40、固体素子デバイス 100、発光装置 121、pコンタクトITO膜
122、pパッド電極 123、n側電極
Claims (8)
- 固体素子と、
前記固体素子をマウントするとともに前記固体素子デバイスに対して電力の受供給を行う電力受供給部と、
前記電力受供給部と同等の熱膨張率を有して前記固体素子を封止する封止用ガラスの内部に、ガラスと蛍光体とを混合し、ガラスを溶融した蛍光体層が形成された波長変換部とを有することを特徴とする固体素子デバイス。 - 固体素子と、
前記固体素子をマウントするとともに前記固体素子デバイスに対して電力の受供給を行う電力受供給部と、
ガラスと蛍光体とを混合し、ガラスを溶融した蛍光部材が、前記固体素子を封止する封止用ガラスの内側または外側を2分するように設けられ、または単独で前記封止用ガラスの全体を封止するように形成されている波長変換部とを有することを特徴とする固体素子デバイス。 - 前記固体素子は、GaN系半導体化合物からなるLED素子である請求項1または2に記載の固体素子デバイス。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の固体素子デバイスの複数個を、光放射方向が同一になるようにして共通の電力受供給部上に配設したことを特徴とする発光装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の固体素子デバイスと、
1または複数の前記固体素子デバイスをマウントするとともに前記固体素子デバイスの第1の電力受供給部に対する電力の受供給を行う第2の電力受供給部と、
前記固体素子デバイス及び前記第2の電力受供給部を収容する本体とを有する発光装置。 - 前記本体は、前記固体素子デバイスを露出させる凹部を有することを特徴とする請求項5記載の発光装置。
- 前記凹部は、内面に蛍光体層または反射膜が設けられていることを特徴とする請求項6記載の発光装置。
- 前記本体は、前記固体素子デバイスの発熱を前記本体の外部に放散させる放熱部を含む請求項5に記載の発光装置。
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