JP2010258093A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】点光源として好適に用いることができるＬＥＤ発光装置を提供する。
【解決手段】上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、前記凹部に充実された透光性部材と、蛍光体を含有する板状体であって、前記基体の上端面に載置されて前記凹部の開口部を覆う波長変換部材と、を備えており、前記波長変換部材の下面と、前記ＬＥＤ素子の上部とが近接又は密接しているようにした。
【選択図】図１
【解決手段】上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、前記凹部に充実された透光性部材と、蛍光体を含有する板状体であって、前記基体の上端面に載置されて前記凹部の開口部を覆う波長変換部材と、を備えており、前記波長変換部材の下面と、前記ＬＥＤ素子の上部とが近接又は密接しているようにした。
【選択図】図１
Description
本発明は、点光源として好適に用いることができるＬＥＤ発光装置に関する。
従来、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて青色光又は紫外光を放射するＬＥＤ素子と種々の蛍光体とを組み合わせることにより、白色をはじめとするＬＥＤ素子の発光色とは異なる色の光を発する発光装置が開発されている（特許文献１）。このような、ＬＥＤ素子を用いた発光装置は、小型、省電力、長寿命等の長所があり、表示用光源や照明用光源として広く用いられている。
近時、ＬＥＤ素子の高出力化が進められているが、そのエネルギー変換効率は未だ充分でなく、入力した電気エネルギーの大部分は熱になり、その発熱量は流す電流とともに増大する。
また、蛍光体の特性は温度に依存しており、温度が上昇すると発光効率が低下したり輝度が低下したりする。更に、蛍光体が熱により劣化することも知られている。このため、ＬＥＤ素子と蛍光体とが離れている方が、蛍光体がＬＥＤ素子の発熱の影響を受けにくいため好ましい。
一方、ＬＥＤ素子と種々の蛍光体とを組み合わせてＬＥＤ素子の発光色とは異なる色の光を発する発光装置では、蛍光体はＬＥＤ素子が発した光により励起されて光を発するが、ＬＥＤ素子と蛍光体を含有する部材とが離れているほど、ＬＥＤ素子から発した光は当該部材の広いエリアに照射されるので、当該部材の広いエリアから蛍光が発し外側に広がる光として射出される。従って、ＬＥＤ素子と蛍光体を含有する部材とが離れているほど発光装置から発する光の集光化処理や平行化処理は困難になるので、点光源として用いる発光装置では、ＬＥＤ素子と蛍光体を含有する部材との距離は短い方が好ましい。
しかしながら、上述のとおり、ＬＥＤ素子と蛍光体との距離が短いと蛍光体がＬＥＤ素子の発熱の影響を受けやすいという問題がある。
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、点光源として好適に用いることができるＬＥＤ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を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、前記凹部に充実された透光性部材と、蛍光体を含有する板状体であって、前記基体の上端面に載置されて前記凹部の開口部を覆う波長変換部材と、を備えており、前記波長変換部材の下面と、前記ＬＥＤ素子の上部とが近接又は密接していることを特徴とする。
このようなものであれば、波長変換部材の下面と、ＬＥＤ素子の上部とが近接又は密接していることにより、ＬＥＤ素子から発した光は波長変換部材の狭いエリアを照射し、このエリアに含まれる蛍光体を励起するので、波長変換部材の狭いエリアから外部へ向けて蛍光が発せられる。このため、本発明に係る発光装置は点光源として良好に作用し、集光化処理や平行化処理が容易となる。
そして、波長変換部材を基体凹部の開口部を覆う板状体とすることにより、その表面積を増大させて放熱を容易にし、波長変換部材とＬＥＤ素子とが近接又は密接することによる波長変換部材の温度上昇を抑制し、それに含まれる蛍光体の発光効率や輝度の低下や、熱劣化を防いでいる。
前記波長変換部材の位置決めを精度よく行うためには、前記基体の上端面に、前記波長変換部材の横方向の移動を妨げる突状部材が設けられていることが好ましい。
前記波長変換部材からの放熱を更に効率的に行うためには、更に透光性放熱部材が前記波長変換部材の上面に載置されていることが好ましい。
本発明に係る発光装置の発光色の経時的な変化を抑制するためには、前記波長変換部材は、異なる色の光を発する蛍光領域が並設されてなるものであることが好ましい。
本発明に係る発光装置が白色光を発するものである場合、その色調むらを抑制するためには、前記ＬＥＤ素子は、近紫外光を発するものであり、前記蛍光体は、赤色光を発する蛍光体（以下、赤色蛍光体という。）、緑色光を発する蛍光体（以下、緑色蛍光体という。）、及び、青色光を発する蛍光体（以下、青色蛍光体という。）であることが好ましい。
このような構成の本発明によれば、熱による蛍光体の変化を抑制しつつ点光源として作用する発光装置を得ることができるので、例えば、当該発光装置を顕微鏡用の光源として用いて、小型のレンズにより観測対象物上に良好に集光することができる。このため、本発明に係る発光装置を光源として用いることにより顕微鏡の小型化も可能となる。
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の底面２２１に実装されたＬＥＤ素子３と、凹部２２に充実された透光性部材４と、基体２の上端面２１に載置されて凹部２２の開口部を覆う波長変換部材５と、波長変換部材５の上面に載置された透光性放熱部材６と、を備えたものである。
各部を詳述する。
基体２は、上端面２１に開口する凹部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を成型してなるものが挙げられる。
基体２は、上端面２１に開口する凹部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を成型してなるものが挙げられる。
基体２は、その凹部２２の底面２２１に後述するＬＥＤ素子３を実装するものであるが、当該底面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の上端面２１には後述する波長変換部材５が載置されているが、基体２の上端面２１の角部には横断面Ｌ字状の突状部材２３が設けられており、波長変換部材５の横方向の移動を妨げるように構成してあり、これにより波長変換部材５の位置決めが可能となる。また、基体２の上端面２１に載置された波長変換部材５の熱は基体２を伝わって放出される。
ＬＥＤ素子３は、例えば、サファイア基板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型層の順に積層されたものであり、このようなＬＥＤ素子３は青色光や紫外光を発する。
ＬＥＤ素子３は、窒化ガリウム系化合物半導体を下（凹部２２の底面２２１側）にして凹部２２の底面２２１に半田バンプや金バンプ等を用いてフリップチップ実装されている。
透光性部材４は、凹部２２に充実されてＬＥＤ素子３を封止しており、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からなるものである。
波長変換部材５は、内部に蛍光体５１を含有する等厚な平板状のものであり、基体２の上端面２１に載置されて凹部２２の開口部を覆っており、その下面とＬＥＤ素子３の上部とは近接又は密接している。このような波長変換部材５としては、例えば、透光性及び耐熱性に優れ、透光性部材４との屈折率差が小さいシリコーン樹脂中に蛍光体５１が分散しているものが挙げられ、シート状やフィルム状に成形されていてもよい。
波長変換部材５が含有する蛍光体５１としては特に限定されず、例えば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体、黄色蛍光体等が挙げられる。
透光性放熱部材６は、波長変換部材５の熱を放出するためのものであり、板状体をなし、波長変換部材５の上面に載置されている。このような透光性放熱部材６としては、例えば、サファイアやダイアモンド等の熱伝導率が高く透光性に優れた材料からなるものが挙げられる。
本実施形態に係る発光装置１のうち、ＬＥＤ素子３として近紫外光を発するものを用い、蛍光体５１として、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体を用いたものでは、ＬＥＤ素子３が発した近紫外光によって励起された赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色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が発せられる。そして、ＬＥＤ素子３が発する近紫外光は発光装置１の発光色である白色に実質的に影響しない。このため、例えば、ＬＥＤ素子３が青色光を発するものであって、当該青色光が波長変換部材５に含まれる蛍光体５１から発した光と混ざり合うように構成してある場合は、発光装置１の発光面において光路長の差に由来する色調むらが生じやすいが、ＬＥＤ素子３が近紫外光を発するものであって、蛍光体５１が、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体である発光装置１は、このような色調むらを生じにくい。
そして、このような、ＬＥＤ素子３として近紫外光を発するものを用い、蛍光体５１として、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体を用いた発光装置１が発する混合光は、プランク軌跡上を移動するものであって、極めて太陽光に近い自然な白色となる。
このような実施形態に係る発光装置１であれば、波長変換部材５の下面と、ＬＥＤ素子３の上部とが近接又は密接していることにより、ＬＥＤ素子から発した光は波長変換部材５の狭いエリアを照射し、そのエリアに含まれる蛍光体５１を励起するので、波長変換部材５の狭いエリアから外部へ向けて蛍光が発せられる。このため、本発明に係る発光装置は点光源として良好に作用し、集光化処理や平行化処理が容易となる。
また、波長変換部材５を基体２凹部２２の開口部を覆う板状体とすることにより、その表面積を増大させて放熱を容易にし、波長変換部材５とＬＥＤ素子３とが近接又は密接することによる波長変換部材５の温度上昇を抑制し、それに含まれる蛍光体５１の発光効率や輝度の低下や、熱劣化を防いでいる。
更に、波長変換部材５の上に透光性放熱部材６を載置することにより、波長変換部材５から効率的に熱を放出することが可能となり、波長変換部材５に含まれる蛍光体５１の発光効率や輝度の低下や、熱劣化を、より一層効果的に防ぐことができる。
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、突状部材２３は、図３に示すように、横断面矩形状のものであってもよい。
また、波長変換部材５は、互いに異なる色の光を発する蛍光体５１が均一に分散されているものでなくともよく、互いに異なる色の光を発する蛍光領域が並設されているものであってもよい。すなわち、例えば、図４に示すように、赤色蛍光体を含有する赤色蛍光領域Ｒ、緑色蛍光体を含有する緑色蛍光領域Ｇ、及び、青色蛍光体を含有する青色蛍光領域Ｂが横方向に並設されていれば、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５１に吸収されることがないのでエネルギー変換効率を高くすることができ、また、波長変換部材５において、赤色蛍光領域Ｒ、緑色蛍光領域Ｇ及び青色蛍光領域Ｂが下面からこの順で厚さ方向に積層されている場合は、ＬＥＤ素子３に近い赤色蛍光体ほど速く劣化するので、発光装置１の発光色が変化しやすいが、各蛍光領域が横方向に並設されている場合は、各蛍光体５１の劣化速度に差が付きにくいので、発光装置１の発光色が変化しにくい。
また、赤色蛍光領域Ｒ、緑色蛍光領域Ｇ及び青色蛍光領域Ｂを並設する態様としては、図４に示すものに限られず、図５に示すように、赤色蛍光領域Ｒ、緑色蛍光領域Ｇ及び青色蛍光領域Ｂが放射状に設けられていてもよい。
更に、波長変換部材５の周縁には、図５に示すように、熱伝導率の高い、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミニウム、銅、銀、金、カーボン、サファイア、ダイアモンド等の粒子が分散されてなる放熱領域Ｈが形成されていてもよい。このように波長変換部材５の周縁に放熱領域Ｈが形成されていれば、より一層効率的に波長変換部材５の熱を放出することができる。
更に、ＬＥＤ素子３から発した紫外光のうち、蛍光体５１に吸収されずに外部に射出される紫外光を遮断するために、波長変換部材５又は透光性放熱部材６の上にＵＶカットフィルター等が設けられていてもよい。
また、基体２の凹部２２の内側壁面に高反射率の金属薄膜を設けることにより、凹部２２の内側壁面がリフレクタとして機能するものであってもよい。
更に、透光性放熱部材６は、図５に示すように、凸レンズとして機能するものであってもよい。
また、ＬＥＤ素子３は基体２に設けられた配線導体にワイヤボンディングを用いて接続されていてもよい。
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。
このように本発明によれば、熱による蛍光体の変化を抑制しつつ点光源として作用するＬＥＤ発光装置を得ることができる。
１・・・発光装置
２・・・基体
３・・・ＬＥＤ素子
４・・・透光性部材
５・・・波長変換部材
６・・・透光性放熱部材
２・・・基体
３・・・ＬＥＤ素子
４・・・透光性部材
５・・・波長変換部材
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Claims (5)
- 上端面に開口する凹部を有した基体と、
前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、
前記凹部に充実された透光性部材と、
蛍光体を含有する板状体であって、前記基体の上端面に載置されて前記凹部の開口部を覆う波長変換部材と、を備えており、
前記波長変換部材の下面と、前記ＬＥＤ素子の上部とが近接又は密接していることを特徴とする発光装置。 - 前記基体の上端面に、前記波長変換部材の横方向の移動を妨げる突状部材が設けられている請求項１記載の発光装置。
- 前記波長変換部材の上面に載置された透光性放熱部材を更に備えている請求項１又は２記載の発光装置。
- 前記波長変換部材は、異なる色の光を発する蛍光領域が並設されてなるものである請求項１、２又は３記載の発光装置。
- 前記ＬＥＤ素子は、近紫外光を発するものであり、
前記蛍光体は、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、２、３又は４記載の発光装置。
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