JP6560045B2 - Light emitting device - Google Patents
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本発明は、半導体発光素子を光源とする発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device using a semiconductor light emitting element as a light source.
LED(Light Emitting Diode)素子などの半導体発光素子を光源とする発光装置は、冷陰極管などの発光装置と比べて小型化が可能であり、発光効率に優れ、故障の発生率も小さいことから、露光装置や照明装置などに使用されている。 A light-emitting device that uses a semiconductor light-emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) element as a light source can be downsized compared to a light-emitting device such as a cold-cathode tube, has excellent luminous efficiency, and has a low failure rate. It is used in exposure devices and illumination devices.
照明装置は、白色光を照射するのが好ましいが、半導体発光素子は、出射光のスペクトルが狭く、ほぼ単一色の光しか出射することができないので、たとえば、出射光の波長(色)が異なる半導体発光素子を複数並べて混色させて白色光を照射する構成がある。出射光の波長を異ならせるのは、たとえば、半導体発光素子の活性層を異なる化合物で構成することで可能となる。層構成の異なる半導体発光素子は個別に製造されるが、出射光を混色させるためには、製造された各素子を予め定める密度で実装させる必要があり、各素子の製造工程および実装工程も含めた照明装置の製造工程が繁雑なものとなる。 The illumination device preferably emits white light. However, the semiconductor light emitting element has a narrow spectrum of emitted light and can emit only light of almost a single color. For example, the wavelength (color) of the emitted light is different. There is a configuration in which a plurality of semiconductor light emitting elements are arranged and mixed to emit white light. The wavelength of the emitted light can be varied by, for example, configuring the active layer of the semiconductor light emitting element with a different compound. Semiconductor light-emitting elements with different layer configurations are manufactured individually, but in order to mix emitted light, each manufactured element must be mounted at a predetermined density, including the manufacturing process and mounting process of each element. In addition, the manufacturing process of the lighting device becomes complicated.
半導体発光素子からの単一色の出射光によって白色光を照射する構成として、蛍光物質を用いるものがある。蛍光物質は、半導体発光素子から出射された出射光を励起光として蛍光を発する。この蛍光は、励起光の波長とは異なる波長の光であり、すなわち出射光から波長変換されて異なる色の光が発せられることになる。出射光と、出射光から波長変換された蛍光との混色により、白色光を照射することができる。複数種類の蛍光物質を用いる場合は、出射光を利用することなく、出射光から波長変換された複数種類の蛍光同士の混色により、白色光を照射することができる。蛍光物質は、たとえば、樹脂層中に分散させて用いる。 As a configuration for irradiating white light with a single color of emitted light from a semiconductor light emitting element, there is one using a fluorescent material. The fluorescent material emits fluorescence using the emitted light emitted from the semiconductor light emitting element as excitation light. This fluorescence is light having a wavelength different from the wavelength of the excitation light, that is, light of a different color is emitted by wavelength conversion from the emitted light. White light can be irradiated by the mixed color of the emitted light and the fluorescence converted in wavelength from the emitted light. In the case of using a plurality of types of fluorescent substances, white light can be irradiated by mixing colors of a plurality of types of fluorescence that have been wavelength-converted from the emitted light without using the emitted light. The fluorescent material is used by being dispersed in, for example, a resin layer.
蛍光物質を用いる構成を採用することにより、1つの種類の半導体発光素子のみを用いて白色光を照射できるので、1つの製造工程で複数の素子を所望の密度で配置することができる。これにより、容易に光量の大きな照明装置を実現することが可能であるが、半導体発光素子からの発熱量および波長変換時の蛍光体からの発熱量も大きくなり、半導体発光素子および蛍光体を分散させた樹脂層が劣化する。 By adopting a configuration using a fluorescent material, it is possible to irradiate white light using only one type of semiconductor light emitting element, and thus a plurality of elements can be arranged at a desired density in one manufacturing process. This makes it possible to easily realize a lighting device with a large amount of light, but the amount of heat generated from the semiconductor light emitting element and the amount of heat generated from the phosphor during wavelength conversion also increase, and the semiconductor light emitting element and the phosphor are dispersed. The made resin layer deteriorates.
特許文献1記載の発光素子は、蛍光体層を透明熱伝導層下に設け、発光半導体から透明熱伝導層および蛍光体層に光を放出するものである。
The light-emitting element described in
特許文献1記載の発光素子は、透明熱伝導層によって熱を放散させることができるが、半導体発光素子から出射された光が透明熱伝導層と蛍光体層との界面や透明熱伝導層と透明熱伝導層を支持する部材との界面などで反射されることにより、透明熱伝導層の端面から漏れるおそれがある。出射光と蛍光とを混色させる構成では、漏れ光が単一色として意図しない位置から照射される。すなわち、漏れ光が単一色として透明熱伝導層の端面から照射されることで、蛍光と混色せず、目的の白色光が得られない。すなわち、透明熱伝導層の端面付近では、半導体発光素子から出射された光が単一色として出射されることによ
り、発光素子の照射領域において、白色光として照射される中央領域の外周領域に半導体発光素子から出射された単一色の光が照射されやすくなる。よって、発光素子の照射領域は、一様な白色光として照射されないおそれが生じる。また、蛍光のみを混色させる構成では、上述と同様に、発光素子の照射領域における中央領域では白色光は得られても、発光素子の照射領域における外周領域では、白色光に透明熱伝導層の端面付近から出射される、半導体発光素子からの出射光の単一色が加わって、やはり発光素子の照射領域において目的の白色光が得られない。発光素子の発光量が大きくなるほど、この問題は顕著なものとなる。
The light emitting element described in
本発明の目的は、放熱性に優れ、所望の白色光を照射することができる発光装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the light-emitting device which is excellent in heat dissipation and can irradiate desired white light.
本発明の一つの態様の発光装置は、基板と、前記基板の上面に位置する発光素子と、前記発光素子を囲み、上側の開口の周縁に位置する開口周縁に段差部を有する枠体と、前記発光素子から出射される光を透過し、前記開口および前記開口周縁を覆うとともに、前記基板側に位置する枠体対向面を有する透明板状部材と、前記発光素子から出射される光に励起されて蛍光を発する蛍光物質が内部に分散された無機材料を含み、前記透明板状部材より外形が小さく、前記段差部と前記枠体対向面との間に位置する波長変換部材と、前記波長変換部材の上面における外縁の外側から、前記外縁の内側にかけて位置し、前記発光素子から出射された光を反射または吸収する反射吸収部材と、を備えることを特徴とする。 Light-emitting device of one embodiment of the present invention includes a substrate, a light emitting element located on the upper surface of the substrate, enclose the light emitting element, a frame body having a step portion in the opening edge located on the periphery of the upper opening A transparent plate-like member that transmits light emitted from the light emitting element , covers the opening and the periphery of the opening, and has a frame-facing surface located on the substrate side , and light emitted from the light emitting element. includes excited by inorganic material fluorescent material dispersed therein to fluoresce, the rather small, outline of a transparent plate-like member, a wavelength conversion member positioned between the frame body facing surface and the stepped portion, A reflection / absorption member that is located from the outer side of the outer edge of the wavelength conversion member to the inner side of the outer edge and reflects or absorbs light emitted from the light emitting element.
本発明の一つの態様の発光装置によれば、発光素子から出射された光は、波長変換部材に照射され、波長変換されて透明板状部材に入射し、透明板状部材から白色光として外部へ出射される。波長変換部材を透過せずに透明板状部材に入射し、透明板状部材の端面から漏れ出る僅かな発光素子からの光、および波長変換部材を透過して透明板状部材に入射し、透明板状部材内を進行しながら透明板状部材の端面から漏れ出る僅かな発光素子からの光は、枠体の開口周縁と透明板状部材との間に設けられた反射吸収部材により、反射または吸収されるので漏れ光を低減することができる。 According to the light emitting device of one aspect of the present invention, the light emitted from the light emitting element is applied to the wavelength conversion member, converted in wavelength, and incident on the transparent plate member, and is externally converted into white light from the transparent plate member. Is emitted. Light is incident on the transparent plate member without passing through the wavelength conversion member, light from the light emitting element leaking from the end face of the transparent plate member, and the wavelength conversion member is transmitted and incident on the transparent plate member. Light from the light emitting element that leaks from the end face of the transparent plate-like member while traveling through the plate-like member is reflected or reflected by the reflection absorbing member provided between the opening periphery of the frame and the transparent plate-like member. Since it is absorbed, leakage light can be reduced.
これにより、透明板状部材を設けても、意図しない混色が発生することを防ぎ、放熱性に優れ、所望の白色光を照射することができる。 Thereby, even if a transparent plate-like member is provided, it is possible to prevent unintended color mixing, to have excellent heat dissipation, and to irradiate desired white light.
図1は、本発明の実施形態に係る発光装置1を示す斜視図であり、図2は、発光装置1の構成を示す分解斜視図であり、図3は、発光装置1の外観を示す図である。図3(a)は、平面図であり、図3(b)は、側面図である。図4は、発光装置1の縦断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a
発光装置1は、基板2と、配線基板3と、発光素子4と、枠体5と、波長変換部材6と、透明板状部材7と、を備え、枠体5の開口周縁と透明板状部材7との間に反射吸収部材7bが設けられている。本実施形態の発光装置1は、発光素子4から出射される光を励起光として、波長変換部材6に含まれる複数種類の蛍光物質から発せれられる蛍光を混色させて白色光を照射するものである。発光素子4から出射される光は、たとえば、波長が380nm以上420nm以下であり、波長変換部材6に含まれる蛍光物質は、発光素子4から出射される光に励起されて、赤色光、青色光および緑色光の蛍光を発する。なお、発光素子4から出射される光の波長は、380nm以上420nm以下に限定されず、波長変換後の蛍光が混色することにより白色光を照射できる構成であれば、発光素子4と波長変換部材6に含まれる蛍光物質との組合わせにより適宜選択することができる。
The
基板2は、金属材料からなる矩形板状の部材である。基板2は、その一方主面2aに配線基板3および発光素子4を実装する。基板2を構成する金属材料としては、例えば、銅(Cu)または銅合金、ステンレス(SUS)、Fe−Ni−Co合金、42アロイなどを用いることができ、配線基板3および発光素子4に対するグランド電極としての機能、発光素子4で発生する熱を放熱するための熱伝導部材としての機能、発光装置1の機械的強度を高める機能などを備えていてもよい。
The
基板2の厚みは、要求される機能、構成する金属材料などに応じて適宜設定すればよく、例えば銅からなる場合は、0.5〜5mmとすればよい。
The thickness of the board |
配線基板3は、発光素子4と発光装置1の外部とを電気的に接続し、発光素子4への電流または電圧の供給、点灯および消灯の制御のための電気信号を伝送する。配線基板3は、電気信号を伝送可能であれば、セラミック絶縁材料と導体材料とからなるセラミック配線基板であっても、樹脂絶縁材料と導体材料とからなる有機配線基板であってもよい。配線基板3は、矩形板状であり、中央に貫通孔または凹部が設けられ、貫通孔内または凹部内に発光素子4が収容される。配線基板3中央に貫通孔が設けられる場合、発光素子4は、基板2の一方主面2aに直接実装され、凹部が設けられる場合、発光素子4は、配線基板3の一部である凹部の底部を介して基板2の一方主面2aに実装される。
The
配線基板3が、セラミック配線基板の場合、セラミック材料から成る絶縁層に配線導体が形成される。セラミック配線基板は、1層のセラミック絶縁層から形成されていても良いし、2層または3層以上の複数のセラミック絶縁層から形成されていても良い。
When the
セラミック配線基板の内部には、各絶縁層を貫通する貫通導体と内部配線とから成る配線導体が設けられていても良いし、その上面または下面に露出した配線導体を有していても良い。 Inside the ceramic wiring substrate, a wiring conductor composed of a through conductor and an internal wiring penetrating each insulating layer may be provided, or a wiring conductor exposed on the upper surface or the lower surface thereof may be provided.
セラミック配線基板で用いられるセラミック材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミック焼結体等が挙げられる。 Examples of the ceramic material used in the ceramic wiring board include an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a silicon nitride sintered body, and a glass ceramic sintered body. Examples include ligatures.
また、配線基板3が、有機配線基板の場合、有機材料から成る絶縁層に配線導体が形成される。有機配線基板は、1層の絶縁層から形成されていても良いし、2層または3層以上の複数の絶縁層から形成されていても良い。
When the
有機配線基板は、例えば、プリント配線基板、ビルドアップ配線基板またはフレキシブル配線基板等の絶縁層が有機材料から成るものであれば良い。有機配線基板で用いられる有機材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂またはフッ素系樹脂等が挙げられる。 The organic wiring board may be an insulating layer made of an organic material, such as a printed wiring board, a build-up wiring board, or a flexible wiring board. Examples of the organic material used in the organic wiring board include an epoxy resin, a polyimide resin, a polyester resin, an acrylic resin, a phenol resin, and a fluorine resin.
有機配線基板の内部には、内部配線と、他の内部配線と電気的に接続する層間接続導体とから成る配線導体が設けられていても良いし、その上面または下面に露出した配線導体を有していても良い。 Inside the organic wiring board, there may be provided a wiring conductor composed of an internal wiring and an interlayer connection conductor that is electrically connected to other internal wiring, and there is a wiring conductor exposed on the upper surface or the lower surface thereof. You may do it.
また、配線基板3は上面、下面および側面等に、外部配線と電気的に接続するための外部接続用電極が設けられている。本実施形態では配線基板3の上面に外部接続用電極3aが設けられている。外部接続用電極3aは、配線基板3の内部の配線導体を介して、貫通孔内または凹部内で配線基板3の上面側の開口部の周縁が、他の部分と比べて一段低い段差部3bの底面に設けられた素子接続用電極(不図示)と接続している。素子接続用電極と発光素子4とは、ボンディングワイヤなどの接続部材によって電気的に接続される。
Further, the
発光素子4は、基板2の一方主面2aに直接または配線基板3を介して設けられる。発光素子4は、例えば、透光性基体と、透光性基体上に形成される光半導体層とを有している。透光性基体は、有機金属気相成長法または分子線エピタキシャル成長法等の化学気相成長法を用いて、光半導体層を成長させることが可能なものであればよい。透光性基体に用いられる材料としては、例えば、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコンまたは二ホウ化ジルコニウム等を用いることができる。なお、透光性基体の厚みは、例えば50μm以上1000μm以下である。
The
光半導体層は、透光性基体上に形成される第1半導体層と、第1半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成される第2半導体層とから構成されている。第1半導体層、発光層および第2半導体層は、例えば、III族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウムヒ素等のIII−V族半導体、あるいは、窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化インジウム等のIII族窒化物半導体などを用いることができる。なお、第1半導体層の厚みは、例えば1μm以上5μm以下であって、発光層の厚みは、例えば25nm以上150nm以下であって、第2半導体層の厚みは、例えば50nm以上600nm以下である。また、このように構成された発光素子4は、例えば380nm以上420nm以下の波長範囲の紫色の光を励起光として出射することができる。
The optical semiconductor layer includes a first semiconductor layer formed on the translucent substrate, a light emitting layer formed on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer formed on the light emitting layer. . The first semiconductor layer, the light emitting layer, and the second semiconductor layer are, for example, a group III nitride semiconductor, a group III-V semiconductor such as gallium phosphide or gallium arsenide, or a group III nitride such as gallium nitride, aluminum nitride, or indium nitride. A physical semiconductor or the like can be used. The thickness of the first semiconductor layer is, for example, 1 μm to 5 μm, the thickness of the light emitting layer is, for example, 25 nm to 150 nm, and the thickness of the second semiconductor layer is, for example, 50 nm to 600 nm. In addition, the
発光素子4は、例えば、発光装置1の出力が10,000W、1000lm(ルーメン)であり、このような大光量の要求に答えるべく、複数の素子がアレイ状に並んで設けられ、本実施形態では、例えば9個の素子が3行×3列で並んでいる。複数の素子は、個別に製造された素子を複数準備し、基板2の一方主面2aに並べて実装されてもよいが、同一波長の光を出射する複数の発光点を有する1つの発光素子として製造されたものであってもよい。複数の発光点を有する発光素子4であれば、大光量を満足するとともに、実装は1つの素子を実装するだけでよいので、実装工程が容易である。
The light-emitting
枠体5は、発光素子4を取り囲むように、基板2の一方主面2aに設けられる。枠体5は、基板2と同様に、金属材料からなる矩形板状の部材であり、中央に開口5aを有する。発光素子4から出射された光は、開口5aを通って外部へと照射される。
The
本実施形態では、枠体5の基板2に対向する側には、配線基板3が嵌合する凹部5cが設けられ、枠体5の基板2に対向する側とは反対側には、後述の波長変換部材6と透明板状部材7とが配置される段差部5bが設けられる。基板2の平坦な一方主面2aに配線基板3が実装された状態では、配線基板3の部分が一方主面2aに対して凸の状態となるので、配線基板3の形状に合わせて枠体5には、配線基板3が嵌合する凹部5cが設けられる。枠体5は、基板2に対向する側の凹部5c以外の部分において、基板2の一方主面2aと接合される。もしくは、枠体5は、基板2に対向する側の凹部5cおよび凹部5c以
外の部分において、配線基板3および基板2の一方主面2aと接合される。
In the present embodiment, a
枠体5の基板2に対向する側とは反対側において、開口5aの周縁が、他の部分と比べて一段低い段差部5bが設けられる。この段差部5bには、波長変換部材6と透明板状部材7とが配置される。波長変換部材6は、透明板状部材7の基板に対向する側の面に、開口5a内に収まるように設けられる。段差部5bの深さは、透明板状部材7の厚みと反射吸収部材7bの厚みとの和にほぼ等しく、枠体5の基板2に対向する側とは反対側の段差部5b以外の部分と透明板状部材7の表面とがほぼ同一の高さとなっている。また、段差部5bの深さは、透明板状部材7の厚みと反射吸収部材7bの厚みとの和より大きくてもよい。
On the side opposite to the side facing the
なお、枠体5は、本実施形態では段差部5bおよび凹部5cを設ける構成としているが、いずれも必須の構成ではない。枠体5に段差部5bが設けられない場合であっても、開口周縁に波長変換部材6と透明板状部材7とを配置することは可能であり、このとき、波長変換部材6は、開口5aに収めることができるが、少なくとも透明板状部材7は、枠体5の基板2に対向する側とは反対側の面よりも突出した形状となる。凹部5cが設けられない場合、たとえば、基板2の一方主面2aに凹部を設けて配線基板3をこの基板2の凹部内に収容するようにすれば枠体5に凹部を設ける必要がない。
In addition, although the
枠体5を構成する金属材料としては、基板2と同様の金属材料、例えば、銅(Cu)または銅合金、ステンレス(SUS)、Fe−Ni−Co合金、42アロイなどを用いることができる。枠体5の厚みは、要求される機能、構成する金属材料などに応じて適宜設定すればよく、例えば銅からなる場合は、0.5〜5mmとすればよい。
As the metal material constituting the
波長変換部材6は、発光素子4から出射された光によって励起されて蛍光を発する蛍光物質と、蛍光物質が分散される無機材料とを含み、透明板状部材7の枠体対向面7aに設けられる。
The
蛍光物質は、発光素子4との組合せにおいて、発する蛍光が白色光となるように選択される。無機材料は、発光素子4から出射される光を透過する材料であって、蛍光物質が分散される材料であればよい。例えば、透明セラミック材料またはガラス材料等の透光性の無機材料が用いられる。
The fluorescent substance is selected so that the fluorescence emitted in the combination with the
蛍光物質は、発光素子4から出射された、380nm以上420nm以下の光によって励起され、青色の蛍光を発する青色蛍光物質、発光素子4から出射された、380nm以上420nm以下の光によって励起され、赤色の蛍光を発する赤色蛍光物質、発光素子4から出射された、380nm以上420nm以下の光によって励起され、緑色の蛍光を発する緑色蛍光物質を含み、これら3色の蛍光物質が均等に無機材料中に分散される。
The fluorescent material is excited by light of 380 nm to 420 nm emitted from the
青色蛍光物質としては、BaMgAl10O17:Eu、(SrCaBaMg)10(PO4)6Cl2:Euなどを用いることができ、赤色発光用蛍光物質としては、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、Y2O2S:Eu、Y2O3:Euなどを用いることがで
き、緑色発光用蛍光物質としては、(Sr,Ba,Mg)2SiO4:Eu2+、ZnS:Cu,Al、Zn2SiO4:Mnなどを用いることができる。
As the blue fluorescent material, BaMgAl 10 O 17 : Eu, (SrCaBaMg) 10 (PO 4) 6 Cl 2 : Eu can be used, and as the red light emitting fluorescent material, (Sr, Ca) AlSiN 3 : Eu, Y 2 O 2 S: Eu, Y 2 O 3 : Eu, and the like can be used. As the fluorescent material for green light emission, (Sr, Ba, Mg) 2 SiO 4 : Eu 2+ , ZnS: Cu, Al, Zn 2 SiO 4 : Mn or the like can be used.
波長変換部材6の厚みは、要求される波長変換特性、構成する無機材料などに応じて適宜設定すればよく、例えば0.2〜2mmとすればよい。
What is necessary is just to set the thickness of the
透明板状部材7は、熱伝導性を有し、枠体5の開口5aを覆い、枠体5に対向する枠体対向面7aを有しており、上記のように枠体対向面7aに波長変換部材6が設けられてい
る。
The transparent plate-
透明板状部材7は、波長変換部材6によって波長変換された光、すなわち白色光に対して透明であればよく、例えば、発光素子4から出射される光や白色光の透過率が95%以上であればよい。
The transparent plate-
透明板状部材7を構成する材料は、白色光に対して透明で、熱伝導性を有していればよく、例えばサファイアなどの透明セラミック材料またはガラス材料などを用いることができる。
The material which comprises the transparent plate-shaped
透明板状部材7の厚みは、要求される熱伝導性および光透過率、構成する材料などに応じて適宜設定すればよく、例えばサファイアからなる場合は、0.2〜2mmとすればよい。
The thickness of the transparent plate-
発光装置1で生じる熱には、発光素子4が動作することにより発光素子4で発生する熱、波長変換部材6において、蛍光物質が励起されて蛍光を発することにより発生する熱がある。発光素子4で発生した熱は、一部が基板2、枠体5および配線基板3を伝導して放熱され、一部が開口5aで囲まれる、発光素子4の周辺空間を加熱する。この周辺空間の熱は、波長変換部材6を介して透明板状部材7に伝導され、さらに透明板状部材7から枠体5へと伝導され、基板2および配線基板3を介して放熱される。波長変換部材6で発生した熱も透明板状部材7を介して枠体5へと伝導され、基板2および配線基板3を介して放熱される。
The heat generated in the light-emitting
蛍光物質を分散させる材料に無機材料を用いることにより、波長変換部材6は、例えば、樹脂材料などを用いる場合に比べて耐熱性や耐候性に優れる。また、無機材料を用いることで、長期にわたって熱伝導性を安定して維持することができるので、発光素子4で発生した熱および蛍光物質が励起されて発生する熱が、長期にわたって透明板状部材7に安定して伝導され易い。
By using an inorganic material as a material for dispersing the fluorescent material, the
本実施形態では、枠体5の開口周縁である段差部5bと透明板状部材7の枠体対向面7aとの間に設けられ、発光素子4から出射された光を反射または吸収する反射吸収部材7bを備える。反射吸収部材7bが反射または吸収する光は、発光素子4から出射されたのち波長変換部材6を透過せず、波長変換部材6の外方を通過した光や、発光素子4から出射されたのちに波長変換部材を透過して透明板状部材に入射し、透明板状部材の外周縁付近から出射される光、すなわち波長変換されていない発光素子4から出射される光である。
In the present embodiment, reflection absorption is provided between the stepped
波長変換部材6を透過しなかった発光素子4からの光や、波長変換部材6を透過した発光素子4からの光は、一部が透明板状部材7と波長変換部材6との界面や、界面などで反射されることにより、透明板状部材7の外周縁付近に到達し、透明板状部材7の外周縁付近から出射してしまう。透明板状部材7の外周縁付近から出射した発光素子4からの光は、波長変換部材6によって波長変換されずに発光装置1の照射光に含まれることになる。
The light from the
透明板状部材7の外周縁付近から出射してしまう発光素子4からの光は、いわゆる漏れ光であり、意図しない光であるので、波長変換部材6で波長変換された蛍光が混色された白色光に漏れ光がさらに混ざり込んだ場合、意図しない色の光が発光装置1から照射されてしまうことになる。すなわち、透明板状部材7の外周縁付近では、発光素子4からの光が単一色の光として出射されることにより、発光装置1の照射領域において、白色光として照射される中央領域と、透明板状部材7の外周縁付近から出射される、発光素子4からの光によって照射される外周領域との間で色むらが生じやすくなる。発光素子4が照射す
る光の光量が比較的小さい場合は、漏れ光の影響による、発光装置1の照射領域における色むらも小さいが、光量が比較的大きくなると、漏れ光の影響も大きくなる。本実施形態のように発光素子4から出射される光の波長が380nm以上420nm以下である場合、観察される照射光は、上述のように照射領域の外縁部分がやや紫がかった白色光となってしまう。さらに、波長変換部材6で波長変換されずに発光装置1の外部に出射される、発光素子4から出射された光の漏れ光が増加すると、発光装置1から出射される、波長変換部材6で波長変換された蛍光が混色された白色光の出力が低下する。
The light emitted from the
本実施形態では、透明板状部材7ではなく波長変換部材6が発光素子4に対向しているので、発光素子4から出射された光は、波長変換部材6に入射され、波長変換部材6に分散された蛍光物質によって波長変換された蛍光が透明板状部材7に入射し、透明板状部材7から白色光として外部へ出射される。発光素子4から出射され、波長変換部材6を透過しなかった僅かな光や、波長変換されずに波長変換部材6を透過する僅かな光は、枠体5の開口周縁と透明板状部材7との間に設けられた反射吸収部材7bにより、反射または吸収されるので、透明板状部材7の外周縁付近から漏れ出る発光素子4からの光を低減することができる。透明板状部材7の外周縁付近に発光素子4からの一部の光が進行したとしても、透明板状部材7と反射吸収部材7bとの界面において、反射吸収部材7bによって吸収または反射されるので、透明板状部材7の外周縁付近から発光装置1の外部に出射してしまう漏れ光を低減することができる。反射吸収部材7bで発光素子4からの一部の光が吸収されると、吸収された光の分だけ透明板状部材7の外周縁付近から発光装置1の外部に出射される光を減らすことができる。
In this embodiment, since the
これにより、発光装置1は、透明板状部材7を設けても、意図しない、発光素子4から出射される光の混色が発生することを防ぐことができるので、透明板状部材7による放熱性に優れ、所望の白色光を照射することができる。
Thereby, even if the
反射吸収部材7bは、少なくとも透明板状部材7の枠体対向面7aが、枠体5の開口周縁と重なる領域に設ければよい。反射吸収部材7bの大きさは、枠体5の段差部5bの大きさや透明板状部材7の大きさなどによって適宜設定すればよいが、例えば透明板状部材7の端面から内側に0.5〜5mmの幅で設ければよい。
The
反射吸収部材7bを構成する材料は、発光素子4から出射された光を反射または吸収可能な材料であれば、どのような材料であってもよく、金属材料、セラミック材料、樹脂材料などであってもよい。反射吸収部材7bは、枠体5と透明板状部材7との接合材を兼ねていてもよく、その場合は、反射吸収部材7bを構成する材料は、枠体5を構成する金属材料である第1金属材料とは異なる種類の第2金属材料であってもよい。反射吸収部材7bを構成する材料は、1種類に限らず複数種類の材料を積層して構成してもよい。
The material constituting the reflection /
図5は、反射吸収部材7bの一例を拡大した拡大断面図である。反射吸収部材7bは、枠体5と透明板状部材7との間に設けられ、枠体5の開口周縁側からはんだ層8、金層9、ニッケル層10、メタライズ層11の順に積層されている。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of an example of the
はんだ層8は、枠体5の開口周縁において、枠体5の表面に、接合材であるはんだを層状に形成したものである。はんだ層8の厚みは、例えば、10〜100μmである。
The solder layer 8 is formed by layering solder as a bonding material on the surface of the
メタライズ層11は、少なくとも透明板状部材7の枠体対向面7aが、枠体5の開口周縁と重なる領域の表面に、モリブデンやマンガン等の高融点金属粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを印刷した後に焼結したり、銀や白金またはチタン等の金属材料を薄膜蒸着法などで薄膜形成した金属層である。メタライズ層11の厚みは、例えば、1〜100μmである。ニッケル層10は、メタライズ層11の表面に、ニッケルめっきで形成されためっき層である。ニッケル層10の厚みは、例えば、1〜10μmである。金層9は、ニッケル層10の表面に金めっきで形成されためっき層である。金層9の厚みは、例えば、0.1〜5μmである。
The metallized
図4および図5に示す反射吸収部材7bの一例では、発光素子4から出射された光のうち、波長変換部材6の外周縁に向かう光の一部は、波長変換部材6に入射されずに、開口5aと波長変換部材6との間に設けられる僅かな隙間に進行し、この隙間で反射を繰り返しながら、反射吸収部材7bの開口5a側の内周面に到達する。この時、反射吸収部材7bが、発光素子4から出射される光に対して反射率が低いモリブデンやマンガン等の高融点金属材料から成る場合には、反射吸収部材7bに到達した発光素子4からの光は、低反射率の反射吸収部材7bで吸収されやすくなる。よって、反射吸収部材7bは、発光素子4からの光を吸収するとともに、透明板状部材7に入射する発光素子4からの光を減らすことができるので、波長変換されずに透明板状部材7の外周縁付近から発光装置1の外部に出射してしまう光を低減することができる。また、波長変換部材6と反射吸収部材7bとの僅かな隙間で反射を繰り返しながら透明板状部材7に入射した光の一部は、透明板状部材7と外部空気との界面で反射され、反射吸収部材7bに入射されるとともに、透明板状部材7から出射する前に低反射率の反射吸収部材7bで吸収されやすくなる。さらに、透明板状部材7の枠体対向面7aに設けられるメタライズ層11が発光素子4から出射される光に対して反射率が低いモリブデンやマンガン等の高融点金属材料から成る場合には、反射吸収部材7bに入射された発光素子4からの光は、低反射率の反射吸収部材7bでより吸収されやすくなる。
In an example of the reflection /
また、反射吸収部材7bが発光素子4から出射される光に対して反射率が高い銀や白金等の高反射率の金属材料から成る場合には、波長変換部材6に入射されずに、開口5aと波長変換部材6との間に設けられる僅かな隙間に進行し、この隙間で反射を繰り返しながら、反射吸収部材7bに到達した光は、反射吸収部材7bによって反射されやすくなる。その結果、反射吸収部材7bで反射された発光素子4からの光は波長変換部材6へと向かい、波長変換部材6に入射されやすくなるので、波長変換されずに出射してしまう光を低減することができる。なお、透明板状部材7の枠体対向面7aに設けられるメタライズ層11が発光素子4から出射される光に対して反射率が低いモリブデンやマンガン等の高融点金属材料から成り、メタライズ層11の下面に設けられる金属材料が発光素子4から出射される光に対して反射率が高い金属材料からなる場合には、上述の作用効果の相互作用により、波長変換されずに発光装置1の外部に出射される光をさらに低減することができる。
Further, when the reflection /
以下では、本発明の他の実施形態について説明する。図6は、本発明の第2実施形態に係る発光装置1Aを示す縦断面図である。第2実施形態の発光装置1Aは、図4に示した第1実施形態の発光装置1と反射吸収部材7bの大きさが異なるだけであり、発光装置1と同じ部位については、同じ参照符号を付して説明を省略する。第2実施形態では、反射吸収部材7bは、平面視で枠体5の開口5aの内方に延出して設けられる。これにより、波長変換部材6の外周縁部では、波長変換部材6と透明板状部材7との間に反射吸収部材7bが挟持されることになり、波長変換部材6と反射吸収部材7bとの僅かな隙間が無くなり、波長変換されていない、発光素子4から出射される光が透明板状部材7に直接入射してしまうことを抑制することができる。
In the following, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a
図7は、本発明の第3実施形態に係る発光装置1Bを示す縦断面図である。第3実施形態の発光装置1Bは、第1実施形態の発光装置1と波長変換部材6の大きさが異なり、反射吸収部材7bの構成が異なるだけであり、発光装置1と同じ部位については、同じ参照符号を付して説明を省略する。第3実施形態では、波長変換部材6が第1実施形態よりも大きく、波長変換部材6の外周部が、枠体5の開口周縁と透明板状部材7の枠体対向面7
aとの間に挟持される。波長変換部材6は、透明板状部材7よりは小さい外形を有し、反射吸収部材12は、枠体5の開口周縁と枠体対向面7aとの間で、波長変換部材6を外囲するように設けられる。反射吸収部材12は、樹脂材料中に少なくとも光吸収用のフィラーまたは光反射用のフィラーが分散された樹脂接合材で構成される。樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。光吸収用のフィラーは、例えば酸化クロムや酸化鉄、酸化コバルト等の金属粉末を用いることができる。光反射用のフィラーは、例えば白色のアルミナ粉末や銀粉末、アルミニウム粉末等の金属粉末を用いることができる。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a light emitting device 1B according to the third embodiment of the present invention. The light emitting device 1B of the third embodiment is different from the
It is pinched between a. The
波長変換部材6が予め設けられた透明板状部材7を、波長変換部材6が枠体5の開口周縁の段差部5bに面するように当接して配置し、透明板状部材7と枠体5との隙間から未硬化の液状樹脂接合材を注入し、枠体5の開口周縁と枠体対向面7aとの間だけでなく、透明板状部材7の側面7cと枠体5との間にも液状樹脂接合材を充填する。その後、未硬化の液状樹脂接合材は、加熱されたり、紫外光等の電磁波が照射されることによって硬化され、反射吸収部材12が形成されるとともに、波長変換部材6と透明板状部材7とが反射吸収部材12によって枠体5に接合される。さらに液状樹脂接合材を枠体5および透明板状部材7の上面にオーバーフローさせてもよい。これにより、波長変換部材6と透明板状部材7とは、反射吸収部材12によってより強固に枠体5に接合されるとともに、透明板状部材7の外周縁付近から発光装置1Bの外部に漏れ出る、発光素子4からの光を低減することができる。
The
波長変換部材6の外周部を、枠体5の開口周縁と透明板状部材7の枠体対向面7aとの間に挟持させ、波長変換部材6下面の外周部を段差部5bに当接させて配置することにより、発光素子4から出射された光は、全て波長変換部材6に入射され、波長変換部材6を透過せずに透明板状部材7に直接入射する光は無いので、波長変換されずに出射してしまう発光素子4からの光を低減することができる。
The outer periphery of the
図8は、本発明の第4実施形態に係る発光装置1Cを示す縦断面図である。第4実施形態の発光装置1Cは、第1実施形態の発光装置1と枠体5の段差部の形状が異なるだけであり、発光装置1と同じ部位については、同じ参照符号を付して説明を省略する。第4実施形態では、枠体5の開口周縁は、他の部分よりも一方主面側に一段低い段差が設けられている。枠体5の段差部が2段であり、第1実施形態と同様に透明板状部材7の枠体対向面7aと反射吸収部材7bを介して接合される段差部5bと、この段差部5bよりもさらに一段低い第2段差部5dが設けられる。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a light emitting device 1C according to the fourth embodiment of the present invention. The light emitting device 1C of the fourth embodiment is different from the
第2段差部5dは、平面視で波長変換部材6の外周部と重なるように位置し、波長変換部材6と接触していてもよく、接触していなくてもよい。このような第2段差部5dを設けることにより、発光素子4から出射された光のほぼ全てが波長変換部材6に入射される。波長変換部材6の外周部に向かう光のうち、波長変換部材6表面で反射した光の一部が、波長変換部材6と第2段差部5dとの間隙を進行する可能性があるが、この間隙内では波長変換部材6表面または第2段差部5d表面で反射を繰り返すことになり、波長変換部材6に入射する可能性が高い。もし反射を繰り返しながら波長変換部材6に入射することなく間隙内を進行する光があったとしても、進行した先には反射吸収部材7bがあるので、反射吸収部材7bで反射、吸収されて発光装置1Cの外部に出射してしまう光は低減される。
The
本発明の発光装置1は、1つで大光量の出力が可能であるので、たとえば、1つの発光装置1でスポットライトなどの点状発光装置として使用することも可能であり、複数の発光装置1を線状に並べて大光量の線状発光装置としてもよく、複数の発光装置1をアレイ状に並べて大光量の面状発光装置としてもよい。
Since one
1,1A,1B,1C 発光装置
2 基板
2a 一方主面
3 配線基板
3a 外部接続用電極
4 発光素子
5 枠体
5a 開口
5b 段差部
5c 凹部
5d 第2段差部
6 波長変換部材
7 透明板状部材
7a 枠体対向面
7b 反射吸収部材
7c 側面
8 はんだ層
9 金層
10 ニッケル層
11 メタライズ層
1, 1A, 1B, 1C
Claims (6)
前記基板の上面に位置する発光素子と、
前記発光素子を囲み、上側の開口の周縁に位置する開口周縁に段差部を有する枠体と、
前記発光素子から出射される光を透過し、前記開口および前記開口周縁を覆うとともに、前記基板側に位置する枠体対向面を有する透明板状部材と、
前記発光素子から出射される光に励起されて蛍光を発する蛍光物質が内部に分散された無機材料を含み、前記透明板状部材より外形が小さく、前記段差部と前記枠体対向面との間に位置する波長変換部材と、
前記波長変換部材の上面における外縁の外側から、前記外縁の内側にかけて位置し、前記発光素子から出射された光を反射または吸収する反射吸収部材と、を備えることを特徴とする発光装置。 A substrate,
A light emitting device located on the upper surface of the substrate;
A frame body having a step portion in the opening edge located on the light-emitting element enclose, the upper opening edge,
A transparent plate-shaped member that transmits light emitted from the light-emitting element , covers the opening and the periphery of the opening, and has a frame-facing surface located on the substrate side;
Is excited light emitted from the light emitting element comprises an inorganic material that fluorescent material dispersed therein to fluoresce, the rather small, outline of a transparent plate-like member, between said step portion the frame facing surface A wavelength conversion member located between the
And a reflection-absorbing member that reflects or absorbs light emitted from the light-emitting element, which is located from the outer edge of the upper surface of the wavelength conversion member to the inner side of the outer edge.
前記反射吸収部材は、前記枠体の前記開口周縁と前記枠体対向面との間で、前記波長変換部材を外囲するように設けられることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。 The outer peripheral portion of the wavelength conversion member is located in a region where the peripheral edge of the opening and the frame-facing surface overlap in plan view,
The reflection absorption member between the opening edge and the frame body facing surface of the frame, claim 1-3, characterized in that it is provided with the wavelength conversion member to the outer circumference 1 The light-emitting device as described in one.
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