発光装置
【課題】 波長変換部材を接続個所に対して良好に固着し続けることが可能な発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 発光装置１であって、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に設けられた、発光素子３を取り囲む枠体４と、枠体４上に支持されるとともに発光素子３と間を空けて設けられた、蛍光体８を含有するシート状の波長変換部材５とを備え、枠体４の内壁面は、波長変換部材５の下面に当接する支持面４ｘ、波長変換部材５の側面の下部に当接する第１内壁面４ｙ、および波長変換部材５の側面の上部と間をあけて設けられた第２内壁面４ｚを有しており、波長変換部材５の側面の上部と枠体４の第２内壁面４ｚとの間には、両者を接続する接着部材６が波長変換部材５の上面よりも低い位置まで充填されていることを特徴とする。
【解決手段】 発光装置１であって、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に設けられた、発光素子３を取り囲む枠体４と、枠体４上に支持されるとともに発光素子３と間を空けて設けられた、蛍光体８を含有するシート状の波長変換部材５とを備え、枠体４の内壁面は、波長変換部材５の下面に当接する支持面４ｘ、波長変換部材５の側面の下部に当接する第１内壁面４ｙ、および波長変換部材５の側面の上部と間をあけて設けられた第２内壁面４ｚを有しており、波長変換部材５の側面の上部と枠体４の第２内壁面４ｚとの間には、両者を接続する接着部材６が波長変換部材５の上面よりも低い位置まで充填されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を含む発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子を有する発光装置の開発が進められている。当該発光装置は、消費電力または製品寿命に関して注目されている。なお、発光装置として、発光素子から発せられる光を波長変換部で特定の波長帯の光に変換して、外部に取り出すものがある（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４３１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発光素子の開発において、発光素子の発光する光に起因して発生する熱や波長変換時の熱が、波長変換部材にこもって波長変換部材が熱膨張を起こし、波長変換部材がその接続個所から剥離する虞がある。
【０００５】
本発明は、波長変換部材を接続個所に対して良好に固着させ続けることが可能な発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、前記基板上に設けられた、前記発光素子を取り囲む枠体と、前記枠体上に支持されるとともに前記発光素子と間を空けて設けられた、蛍光体を含有するシート状の波長変換部材とを備え、前記枠体の内壁面は、前記波長変換部材の下面に当接する支持面、前記波長変換部材の側面の下部に当接する第１内壁面、および前記波長変換部材の側面の上部と間をあけて設けられた第２内壁面を有しており、前記波長変換部材の側面の上部と前記枠体の前記第２内壁面との間には、両者を接続する接着部材が前記波長変換部材の上面よりも低い位置まで充填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、波長変換部材をその接続個所に対して良好に固着させ続けることが可能な発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光装置の概観を示す断面斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図である。
【図３】図２に示す発光装置の一部を拡大した拡大断面図である。
【図４】本発明の一本実施形態に係る発光装置の透過平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る枠体の一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る発光装置の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものである。
【００１０】
＜発光装置の概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る発光装置１の概観斜視図であって、その一部を断面視している。図２は、図１に示す発光装置の断面図である。図３は、図２に示す発光装置の一部Ａを拡大した拡大断面図である。図４は、発光装置の透過平面図であって、波長変換部材、接着部材および封止部材を取り除いた状態を示している。図５は、枠体４の一部を拡大した拡大断面図である。
【００１１】
発光装置１は、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に設けられた、発光素子３を取り囲む枠体４と、枠体４上に支持されるとともに発光素子３と間を空けて設けられた波長変換部材５と、枠体４と波長変換部材５を接続する接着部材７とを備えている。なお、発光素子３は、例えば、発光ダイオードであって、半導体を用いたｐｎ接合中の電子と正孔が再結合することによって、外部に向かって光を放出する。
【００１２】
基板２は、絶縁性の基板であって、例えば、アルミナまたはムライト等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。また、基板２は、基板２の熱膨張を調整することが可能な金属酸化物微粒子を分散させた高分子樹脂を用いることができる。
【００１３】
基板２は、基板２の内外を電気的に導通する配線導体が形成されている。配線導体は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。配線導体は、例えば、タングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを、基板２となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層して、焼成することにより得られる。なお、配線導体の表面には、酸化防止のために、例えば、ニッケルまたは金等の鍍金層が形成されている。
【００１４】
また、基板２の上面には、基板２上方に効率良く光を反射させるために、配線導体および鍍金層と間を空けて、例えば、アルミニウム、銀、金、銅またはプラチナ等の金属反射層を形成する。
【００１５】
発光素子３は、基板２上に実装される。発光素子３は、基板２上に形成される配線導体の表面に被着する鍍金層上に、例えば、ろう材または半田を介して電気的に接続される。
【００１６】
発光素子３は、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。
【００１７】
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３では、例えば３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長範囲の励起光を発する素子を用いることができる。
【００１８】
枠体４は、基板２と同様にセラミック材料から成り、基板２上面に積層されて、例えば樹脂等を介して接続されている。枠体４は、基板２上の発光素子３を取り囲むように設けられている。なお、平面視して、枠体４の内壁面の形状を円形とすると、発光素子３が発光する光を全方向に反射させて外部に放出することができる。また、枠体４は、基板２の上面に基板２と一体となるように、両者を同時焼成して一体化してもよい。
【００１９】
また、枠体４は、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料を所望の形状に形成して焼結された多孔質材料から構成してもよい。枠体４を多孔質材料から構成した場合は、枠体４は、発光素子３から発せられる光エネルギーによる反射率の低下や、機械的な強度劣化が抑制される。さらに、発光素子３からの光が、多孔質材料から成る枠体４の表面で拡散して反射される。よって、発光素子３から発せられる光は、波長変換部材５の一部に集中することなく、波長変換部材５に入射される。その結果、波長変換部材５は、波長変換部材５の一部が温度上昇することによる波長変換効率の低下や、波長変換部材５の一部が温度上昇することによる透過率や機械的強度の劣化が抑制される。
【００２０】
また、枠体４で囲まれる領域は、下部から上部に向かって幅広に傾斜するとともに、枠体４の上端内側には段差４ａが設けられている。なお、枠体４の傾斜する内壁面には、例えば、タングステン、モリブデン、銅または銀等から成る金属層と、金属層を被覆するニッケルまたは金等から成る鍍金金属層が形成されてもよい。この鍍金金属層は、発光素子３の発する光を反射させる機能を有する。
【００２１】
また、枠体４の内壁面の傾斜角度は、基板２の上面に対して例えば５５度以上７０度以下の角度に設定されている。また、枠体４の内壁面の表面粗さは、算術平均粗さＲａが例えば、１μｍ以上３μｍ以下に設定されている。
【００２２】
枠体４の段差４ａは、波長変換部材５を支持する機能を有している。段差４ａは、枠体４の上部の一部を内側に向けて切欠いたものであって、枠体４の内周面を一周するように連続して設けられており、波長変換部材５の端部を支持することができる。
【００２３】
段差４ａ個所における枠体４の内壁面は、波長変換部材５の下面と当接する支持面４ｘ、波長変換部材５の側面の下部と当接する第１内壁面４ｙ、および波長変換部材５の側面の上部と間をあけて設けられた第２内壁面４ｚを有している。そして、波長変換部材５の側面の上部と枠体４の第２内壁面４ｚとの間には、波長変換部材５と枠体４を接続する接着部材６が波長変換部材５の上面よりも低い位置まで充填されている。
【００２４】
段差４ａ個所における枠体４の内壁面は、図３に示すように、枠体４に波長変換部材５を支持した状態では、波長変換部材５の下面の端部と対向する個所が支持面４ｘに相当する。そして、支持面４ｘは、平面方向の長さが、例えば０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。また、枠体４に波長変換部材５を支持した状態では、波長変換部材５の側面の下部と対向する個所が第１内壁面４ｙに相当する。そして、第１内壁面４ｙの上下方向の長さが、例えば０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下に設定されている。また、枠体４に波長変換部材５を支持した状態では、波長変換部材５の側面と上部と間をあけて対向する個所と、接着部材６の溜まる箇所が第２内壁面４ｚに相当する。そして、第２内壁面４ｚは、平面方向の長さが例えば０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であって、上下方向の長さが例えば０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下に設定されている。
【００２５】
枠体４で囲まれる領域に、光透過性の封止部材７が充填されている。封止部材７は、発光素子３を封止するとともに、発光素子３から発せられる光が透過する機能を備えている。封止部材７は、枠体４の内方に発光素子３を収容した状態で、枠体４で囲まれる領域で
あって、波長変換部材５が封止部材７によって枠体４に傾いて接合されないよう、段差４ａの高さ位置よりも低い位置まで充填される。なお、封止部材７は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂が用いられる。なお、封止部材７の熱伝導率は、例えば、０．１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。
【００２６】
枠体４を多孔質材料から構成している場合は、図５に示すように、枠体４は枠体４の表面を含めて多数の気孔ｂが設けられているので、封止部材７の一部が枠体４の表面から内部の気孔ｂに浸入して固定される。そして、封止部材７の一部が枠体４内に浸入して固着することで、アンカー効果によって、封止部材７と枠体４とが強固に接合される。
【００２７】
封止部材７の一部が枠体４の内壁面から枠体４の内部に浸入している浸入領域Ｓ１は、枠体４の内壁面の全周にわたって連続して設けられている。浸入領域Ｓ１は、枠体４の内壁面から枠体４の内部に向かって、断面視して例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。浸入領域Ｓ１に浸入した封止部材７の含浸量は、例えば３ｍｍ３以上１８０ｍｍ３以下に設定されている。
【００２８】
発光素子３が発した熱は、封止部材７を介して浸入領域Ｓ１にまで伝わる。そして、浸入領域Ｓ１から枠体４内に伝わり、気孔ｂが多数存在する枠体４内を介して枠体４の側面から外部に向かって放熱することができる。その結果、封止部材７内に熱がこもって発光素子３の電気的特性が変化するのを抑制することができ、所望する量の光を発光素子３から波長変換部材５に向かって放射することができる。
【００２９】
波長変換部材５は、発光素子３の発する光の波長を変換する機能を有している。波長変換部材５は、発光素子３から発せられる光が内部に入射して、内部に含有される蛍光体８が励起されて、光を発するものである。
【００３０】
波長変換部材５は、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、透光性のガラスからなり、その絶縁樹脂、ガラス中に、例えば４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の蛍光を発する青色蛍光体、例えば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の蛍光を発する緑色蛍光体、例えば５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の蛍光を発する黄色蛍光体、例えば５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の蛍光を発する赤色蛍光体が含有されている。波長変換部材５として透光性ガラスが用いられる場合には、発光装置１の気密性を向上させることができる。
【００３１】
また、蛍光体８は、波長変換部材５中に均一に分散するようにしている。なお、波長変換部材５の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。波長変換部材５の熱膨張率は、例えば０．８×１０−５／Ｋ以上８×１０−５／Ｋ以下に設定されている。波長変換部材５の屈折率は、例えば、１．３以上１．６以下に設定されている。例えば、波長変換部材５の材料の組成比を調整することで、波長変換部材５の屈折率を調整することができる。
【００３２】
波長変換部材５は、枠体４上に支持されるとともに、発光素子３と間を空けて設けられている。また、波長変換部材５の端部は、枠体４の支持面４ｘ上に位置しており、波長変換部５の側面の下部が枠体４の第１内壁面４ｙによって当接するようにして取り囲まれている。
【００３３】
また、波長変換部材５の全体の厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されており、且つ厚みが一定に設定されている。ここで、厚みが一定とは、厚みの誤差が０．５μｍ以下のものを含む。波長変換部材５の厚みを一定にすることにより、波長変換部材
５内で励起される光の量を一様になるように調整することができ、波長変換部材５における輝度ムラを抑制することができる。
【００３４】
枠体４の段差４ａ上に、波長変換部材５の端部が接着部材６を介して固定されている。接着部材６は、波長変換部材５を枠体４に固着するものである。接着部材６は、波長変換部材５の端部上から枠体４の段差４ａ個所にかけて設けられている。また、接着部材６は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、透光性のガラスが用いられる。なお、接着部材６の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。接着部材６の熱膨張率な、例えば０．８×１０−５／Ｋ以上８×１０−５／Ｋ以下に設定されている。
【００３５】
また、接着部材６の熱伝導率は、波長変換部材５の熱伝導率よりも大きく設定した場合は、波長変換部材５から枠体４に伝わる熱を接着部材６を介して伝達しやすくすることができる。波長変換部材５には、発光素子３が発する光を蛍光体８によって波長変換する際の変換損失に起因した熱が発生し、この熱によって波長変換部材５の温度が上昇する。その熱を波長変換部材５から接着部材６に吸収しやすくすることで、波長変換部材５が高温になるのを抑制することができ、波長変換部材５の熱膨張やそれに起因して生じる応力によって波長変換部材５が枠体４から剥離しようとするのを抑制することができる。また、波長変換部材５が高温になると、発光素子３の発する励起光によって励起される光の色温度が変化し、所望する色温度の光色になりにくくなるが、波長変換部材５の温度が高温になるのを抑制することで、所望する光色を取り出すことができる。そして、波長変換部材５を接続個所に対して良好に固着し続けることが可能な発光装置１を提供することができる。
【００３６】
また、接着部材６の熱膨張率が、波長変換部材５の熱膨張率よりも小さく設定されている場合は、波長変換部材５が熱膨張を起こそうとするが、波長変換部材５の側面に熱膨張しにくい接着部材６が形成されているため、接着部材６が波長変換部材５の熱膨張を抑えるように応力を加えることができる。そして、波長変換部材５が必要以上に膨張するのを効果的に抑制することができるとともに、熱膨張に起因して生じる、接着部材６から波長変換部材５に作用する力、即ち、接着部材６から波長変換部材５に加わる応力が小さくなり、それらの応力に起因して生じる波長変換部材５の接着部材６からの剥がれを抑制できる。
【００３７】
接着部材６は、平面視して波長変換部材５の外周に沿って連続して形成されている。そして、接着部材６は、断面視して、波長変換部材５の側面の上部から枠体４の第２内壁面４ｚにまで被着することで、接着部材６が被着する面積を大きくし、接着部材６を介して波長変換部材５と枠体４を強固に接続することができる。その結果、波長変換部材５と枠体４の接続強度を向上させることができ、波長変換部材５の撓みが抑制される。そして、発光素子３と波長変換部材５との間の光学距離が変動するのを効果的に抑制することができる。
【００３８】
また、接着部材６は、波長変換部材５の側面から波長変換部材５の上面にかけて設けられている。そして、接着部材６は、波長変換部材５の側面の上端を被覆している。さらに、波長変換部材５の上面に被着している接着部材６は、上方に突出して膨らむ樹脂だまりを設け、周囲よりも厚みを大きくすることで、波長変換部材５と接着部材６との熱膨張差に起因にして生じる応力が接着部材６による樹脂だまりで吸収、緩和されるとともに、波長変換部材５の上面に被着している接着部材６による樹脂だまりによって接着部材６の表面積が増加することにより、波長変換部材５から接着部材６の表面を介して発光装置１の外部に取り出される光が増加し、発光装置１の光出力を向上させることができる。
【００３９】
また、接着部材６は、一部が枠体４の内部にまで浸入している。すなわち、枠体４は、枠体４の表面を含めて多数の気孔ｂが設けられているため、接着部材６の一部が枠体４内に浸入して固定される。そして、接着部材６の一部が枠体４内に浸入して固着することで、アンカー効果によって、接着部材６と枠体４とが強固に接合されている。
【００４０】
接着部材６の一部が枠体４の段差４ａ個所において枠体４の内部に浸入している浸入領域Ｓ２は、枠体４の段差４ａの内面の全周にわたって連続して設けられている。浸入領域Ｓ２は、枠体４の表面から枠体４の内部に向かって、断面視して例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。浸入領域Ｓ２に浸入した接着部材６の含浸量は、例えば３ｍｍ３以上１２０ｍｍ３以下に設定されている。
【００４１】
浸入領域Ｓ２は浸入領域Ｓ１から離れて位置しており、枠体４内では封止部材７と接着部材６とは接続されずに離れて配置されている。また、枠体４は、内部に多数の気孔ｂが存在するため、発光素子３から枠体４内の浸入領域Ｓ１に位置する封止部材７に伝わった熱は、浸入領域Ｓ１と浸入領域Ｓ２との間に位置する枠体４内の空気が含まれた気孔ｂで浸入領域Ｓ１から浸入領域Ｓ２への断熱性が保持されるため、浸入領域Ｓ１から浸入領域Ｓ２に伝わりにくい。その結果、枠体４内で封止部材７に伝わった熱は、枠体４内の接着部材６に伝わりにくく、枠体４の側面から外部に向かって放熱され、接着部材６の温度が高温になるのを抑制することができる。そして、接着部材６の温度が高くなるのを抑制することによって、接着部材６から波長変換部材５に伝わる熱を低減することができ、従って、波長変換部材５が高温になるのを抑制することができる。波長変換部材５が高温になると、発光素子３の発する励起光によって励起される光の色温度が変化して、所望する色温度の光色になりにくくなるが、波長変換部材５の温度が高温になるのを抑制することで、所望する光色の光を安定して取り出すことができるとともに、波長変換部材５および接着部材６に熱が加えられることによって生じる応力を抑制でき、透過率や機械的な強度の劣化も抑制することができる。
【００４２】
また、接着部材６から波長変換部材５に伝わる熱量を少なくすることで、波長変換部材５の波長変換効率が低下したり、波長変換部材５の透過率または機械的強度が劣化したりするのを抑制することができ、波長変換部材５の波長変換効率を長期にわたって良好に維持することができる。さらに、波長変換部材５の透過率または機械的強度を長期にわたって良好に維持することができる。
【００４３】
接着部材６の熱伝導率は、波長変換部材５の熱伝導率よりも大きく設定してもよい。接着部材６の熱伝導率を、波長変換部材５の熱伝導率よりも大きくすることで、発光素子３から封止部材７を介して、封止部材７の上方から波長変換部材５に伝わる熱を接着部材６に伝達しやすくすることができる。波長変換部材５から接着部材６に伝わった熱は、浸入領域Ｓ２と浸入領域Ｓ１とが離れているため、接着部材６から封止部材７に伝わりにくく、枠体４の側面から外部に向かって放熱され、波長変換部材５の温度が上昇するのを抑制することができる。波長変換部材５には、発光素子３が発する光を蛍光体８によって波長変換する際の変換損失に起因した熱が発生し、この熱によって波長変換部材５の温度が上昇する。その熱を波長変換部材５から接着部材６に吸収しやすくすることで、波長変換部材５が高温になるのを抑制することができる。
【００４４】
また、接着部材６は、波長変換部材５の側面の上部と枠体４の第２内壁面４ｚとの間には、波長変換部材５の上面よりも低い位置まで充填されている。波長変換部材５は、発光素子３の発光する光に起因して発生する熱や、波長変換部材５で蛍光体８によって波長変換時に発生する熱によって、波長変換部材５が熱膨張を起こすことがある。波長変換部材５の側面の上部が枠体４の第２内壁面４ｚと当接せずに、両者の間に空隙を設けることで、波長変換部材５の側面が斜め上方に変形しやすくすることができ、波長変換部材５に加
わる熱応力を緩和することができる。その結果、波長変換部材５が熱膨張を起こし、波長変換部材５がそれの接続個所である枠体４から剥離するのを虞を低減することができ、波長変換部材５を枠体４に対して良好に固着し続けることができる。
【００４５】
また、枠体４の第２内壁面４ｚの上端の高さ位置が、波長変換部材５の側面の上端の高さ位置よりも低い個所に位置している。第２内壁面４ｚの上端の高さ位置が、波長変換部材５の側面の上端の高さ位置よりも低く設定されているので、波長変換部材５の側面の上端から接着部材６を介して放射される光が枠体４の第２内壁面４ｚで遮られ難くなり、波長変換部材５から発光装置１の外部に光が取り出されやすくなるという作用効果を奏する。なお、第２内壁面４ｚの上端の高さ位置と、波長変換部材５の側面の上端の高さ位置との差は、例えば０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下に設定されている。
【００４６】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、波長変換部材５は、第２内壁面４ｚに対向する上端部に切欠き部が設けられてもよい。即ち、接着部材６は、段差部４ａと切欠き部に接着され、波長変換部材５が枠体４に取着されることにより、接着部材６は体積が増加し、波長変換部材５と枠体４との接着部材６による接着強度が向上するとともに、発光素子３や蛍光体８からの光による、接着部材６の透過率や機械的な強度の劣化を抑制することができる。
【００４７】
また、第２内壁面４ｚは、段差４ａの複数の部位に個別に設けられてもよい。即ち、段差４は、第２内壁面４ｚが形成される部位と、形成されない部位が設けられてもよい。その結果、接着部材６は、波長変換部材５と枠体４との接着強度が維持されるとともに、波長変換部材５を枠体４に接着する際の位置ずれを抑制でき、所望の位置に発光面を発光装置１に配置することができる。
【００４８】
＜発光装置の製造方法＞
ここで、図１に示す発光装置１の製造方法を説明する。まず、基板２を準備する。基板２が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、混合物から複数のグリーンシートを作製する。
【００４９】
また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この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得る。そして、基板２となるセラミックグリーンシートに配線導体となるメタライズパターンおよび必要に応じて枠体４を接合するためのメタライズパターンをそれぞれ所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層した状態で焼成することで、基板２を準備することができる。
【００５０】
枠体４を準備する。枠体４は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料を準備する。そして、枠体４の型枠内に、セラミック材料を充填して乾燥させた後に、焼成することで段差４ａを有する枠体４を準備することができる。この枠体４にも、基板２を接合する面に必要に応じてメタライズパターンを形成しておく。
【００５１】
次に、基板２上に、枠体４を、両者のメタライズパターン同士を例えば半田を介して接合することによって設ける。そして、基板２の上面であって枠体４で囲まれた領域に発光素子３を実装する。
【００５２】
そして、基板２上の枠体４で囲まれた領域に、例えば封止部材７としてのシリコーン樹脂を充填する。このときは、枠体４内には、封止部材７が浸入していない。さらに、枠体４で囲まれる領域にシリコーン樹脂を充填して、例えば１分以上の時間を経過させることで、未硬化のシリコーン樹脂の一部を枠体４の内壁面から枠体４内の内部に向かって浸入させる。その後、例えば１５０℃以上の温度にシリコーン樹脂を熱して、シリコーン樹脂を硬化させることで、封止部材７を形成して発光素子３を封止する。このようにして、浸入領域Ｓ１が形成された枠体４を設けることができる。
【００５３】
次に、波長変換部材５を準備する。波長変換部材５は、未硬化の樹脂に蛍光体を混合して、例えばドクターブレード法、ダイコーター法、押し出し法、スピンコート法またはディップ法等のシート成形技術を用いて作製することができる。また、波長変換部材５は、未硬化の波長変換部材５を型枠に充填し、硬化して取り出すことによっても得ることができる。
【００５４】
そして、準備した波長変換部材５を枠体４の段差４ａ上に位置合わせして、接着部材６としてのシリコーン樹脂を介して接着する。このときは、枠体４内には、接着部材６が浸入していない。さらに、波長変換部材５を枠体４に接着部材６を介して接着した状態で、例えば１分以上の時間を経過させることで、未硬化のシリコーン樹脂を枠体４内に浸入させる。その後、例えば１５０℃以上であって封止部材７が破壊されない３６０℃以下の温度にシリコーン樹脂を熱して、シリコーン樹脂を硬化させる。このようにして、浸入領域Ｓ２が形成された枠体４を設けることができ、発光装置１を製造することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 発光装置
２ 基板
３ 発光素子
４ 枠体
４ａ 段差
４ｘ 支持面
４ｙ 第１内壁面
４ｚ 第２内壁面
５ 波長変換部材
６ 接着部材
７ 封止部材
８ 蛍光体
Ｓ１ 浸入領域
Ｓ２ 浸入領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を含む発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子を有する発光装置の開発が進められている。当該発光装置は、消費電力または製品寿命に関して注目されている。なお、発光装置として、発光素子から発せられる光を波長変換部で特定の波長帯の光に変換して、外部に取り出すものがある（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４３１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発光素子の開発において、発光素子の発光する光に起因して発生する熱や波長変換時の熱が、波長変換部材にこもって波長変換部材が熱膨張を起こし、波長変換部材がその接続個所から剥離する虞がある。
【０００５】
本発明は、波長変換部材を接続個所に対して良好に固着させ続けることが可能な発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、前記基板上に設けられた、前記発光素子を取り囲む枠体と、前記枠体上に支持されるとともに前記発光素子と間を空けて設けられた、蛍光体を含有するシート状の波長変換部材とを備え、前記枠体の内壁面は、前記波長変換部材の下面に当接する支持面、前記波長変換部材の側面の下部に当接する第１内壁面、および前記波長変換部材の側面の上部と間をあけて設けられた第２内壁面を有しており、前記波長変換部材の側面の上部と前記枠体の前記第２内壁面との間には、両者を接続する接着部材が前記波長変換部材の上面よりも低い位置まで充填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、波長変換部材をその接続個所に対して良好に固着させ続けることが可能な発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光装置の概観を示す断面斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図である。
【図３】図２に示す発光装置の一部を拡大した拡大断面図である。
【図４】本発明の一本実施形態に係る発光装置の透過平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る枠体の一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る発光装置の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものである。
【００１０】
＜発光装置の概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る発光装置１の概観斜視図であって、その一部を断面視している。図２は、図１に示す発光装置の断面図である。図３は、図２に示す発光装置の一部Ａを拡大した拡大断面図である。図４は、発光装置の透過平面図であって、波長変換部材、接着部材および封止部材を取り除いた状態を示している。図５は、枠体４の一部を拡大した拡大断面図である。
【００１１】
発光装置１は、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に設けられた、発光素子３を取り囲む枠体４と、枠体４上に支持されるとともに発光素子３と間を空けて設けられた波長変換部材５と、枠体４と波長変換部材５を接続する接着部材７とを備えている。なお、発光素子３は、例えば、発光ダイオードであって、半導体を用いたｐｎ接合中の電子と正孔が再結合することによって、外部に向かって光を放出する。
【００１２】
基板２は、絶縁性の基板であって、例えば、アルミナまたはムライト等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。また、基板２は、基板２の熱膨張を調整することが可能な金属酸化物微粒子を分散させた高分子樹脂を用いることができる。
【００１３】
基板２は、基板２の内外を電気的に導通する配線導体が形成されている。配線導体は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。配線導体は、例えば、タングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを、基板２となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層して、焼成することにより得られる。なお、配線導体の表面には、酸化防止のために、例えば、ニッケルまたは金等の鍍金層が形成されている。
【００１４】
また、基板２の上面には、基板２上方に効率良く光を反射させるために、配線導体および鍍金層と間を空けて、例えば、アルミニウム、銀、金、銅またはプラチナ等の金属反射層を形成する。
【００１５】
発光素子３は、基板２上に実装される。発光素子３は、基板２上に形成される配線導体の表面に被着する鍍金層上に、例えば、ろう材または半田を介して電気的に接続される。
【００１６】
発光素子３は、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。
【００１７】
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３では、例えば３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長範囲の励起光を発する素子を用いることができる。
【００１８】
枠体４は、基板２と同様にセラミック材料から成り、基板２上面に積層されて、例えば樹脂等を介して接続されている。枠体４は、基板２上の発光素子３を取り囲むように設けられている。なお、平面視して、枠体４の内壁面の形状を円形とすると、発光素子３が発光する光を全方向に反射させて外部に放出することができる。また、枠体４は、基板２の上面に基板２と一体となるように、両者を同時焼成して一体化してもよい。
【００１９】
また、枠体４は、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料を所望の形状に形成して焼結された多孔質材料から構成してもよい。枠体４を多孔質材料から構成した場合は、枠体４は、発光素子３から発せられる光エネルギーによる反射率の低下や、機械的な強度劣化が抑制される。さらに、発光素子３からの光が、多孔質材料から成る枠体４の表面で拡散して反射される。よって、発光素子３から発せられる光は、波長変換部材５の一部に集中することなく、波長変換部材５に入射される。その結果、波長変換部材５は、波長変換部材５の一部が温度上昇することによる波長変換効率の低下や、波長変換部材５の一部が温度上昇することによる透過率や機械的強度の劣化が抑制される。
【００２０】
また、枠体４で囲まれる領域は、下部から上部に向かって幅広に傾斜するとともに、枠体４の上端内側には段差４ａが設けられている。なお、枠体４の傾斜する内壁面には、例えば、タングステン、モリブデン、銅または銀等から成る金属層と、金属層を被覆するニッケルまたは金等から成る鍍金金属層が形成されてもよい。この鍍金金属層は、発光素子３の発する光を反射させる機能を有する。
【００２１】
また、枠体４の内壁面の傾斜角度は、基板２の上面に対して例えば５５度以上７０度以下の角度に設定されている。また、枠体４の内壁面の表面粗さは、算術平均粗さＲａが例えば、１μｍ以上３μｍ以下に設定されている。
【００２２】
枠体４の段差４ａは、波長変換部材５を支持する機能を有している。段差４ａは、枠体４の上部の一部を内側に向けて切欠いたものであって、枠体４の内周面を一周するように連続して設けられており、波長変換部材５の端部を支持することができる。
【００２３】
段差４ａ個所における枠体４の内壁面は、波長変換部材５の下面と当接する支持面４ｘ、波長変換部材５の側面の下部と当接する第１内壁面４ｙ、および波長変換部材５の側面の上部と間をあけて設けられた第２内壁面４ｚを有している。そして、波長変換部材５の側面の上部と枠体４の第２内壁面４ｚとの間には、波長変換部材５と枠体４を接続する接着部材６が波長変換部材５の上面よりも低い位置まで充填されている。
【００２４】
段差４ａ個所における枠体４の内壁面は、図３に示すように、枠体４に波長変換部材５を支持した状態では、波長変換部材５の下面の端部と対向する個所が支持面４ｘに相当する。そして、支持面４ｘは、平面方向の長さが、例えば０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。また、枠体４に波長変換部材５を支持した状態では、波長変換部材５の側面の下部と対向する個所が第１内壁面４ｙに相当する。そして、第１内壁面４ｙの上下方向の長さが、例えば０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下に設定されている。また、枠体４に波長変換部材５を支持した状態では、波長変換部材５の側面と上部と間をあけて対向する個所と、接着部材６の溜まる箇所が第２内壁面４ｚに相当する。そして、第２内壁面４ｚは、平面方向の長さが例えば０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であって、上下方向の長さが例えば０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下に設定されている。
【００２５】
枠体４で囲まれる領域に、光透過性の封止部材７が充填されている。封止部材７は、発光素子３を封止するとともに、発光素子３から発せられる光が透過する機能を備えている。封止部材７は、枠体４の内方に発光素子３を収容した状態で、枠体４で囲まれる領域で
あって、波長変換部材５が封止部材７によって枠体４に傾いて接合されないよう、段差４ａの高さ位置よりも低い位置まで充填される。なお、封止部材７は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂が用いられる。なお、封止部材７の熱伝導率は、例えば、０．１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。
【００２６】
枠体４を多孔質材料から構成している場合は、図５に示すように、枠体４は枠体４の表面を含めて多数の気孔ｂが設けられているので、封止部材７の一部が枠体４の表面から内部の気孔ｂに浸入して固定される。そして、封止部材７の一部が枠体４内に浸入して固着することで、アンカー効果によって、封止部材７と枠体４とが強固に接合される。
【００２７】
封止部材７の一部が枠体４の内壁面から枠体４の内部に浸入している浸入領域Ｓ１は、枠体４の内壁面の全周にわたって連続して設けられている。浸入領域Ｓ１は、枠体４の内壁面から枠体４の内部に向かって、断面視して例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。浸入領域Ｓ１に浸入した封止部材７の含浸量は、例えば３ｍｍ３以上１８０ｍｍ３以下に設定されている。
【００２８】
発光素子３が発した熱は、封止部材７を介して浸入領域Ｓ１にまで伝わる。そして、浸入領域Ｓ１から枠体４内に伝わり、気孔ｂが多数存在する枠体４内を介して枠体４の側面から外部に向かって放熱することができる。その結果、封止部材７内に熱がこもって発光素子３の電気的特性が変化するのを抑制することができ、所望する量の光を発光素子３から波長変換部材５に向かって放射することができる。
【００２９】
波長変換部材５は、発光素子３の発する光の波長を変換する機能を有している。波長変換部材５は、発光素子３から発せられる光が内部に入射して、内部に含有される蛍光体８が励起されて、光を発するものである。
【００３０】
波長変換部材５は、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、透光性のガラスからなり、その絶縁樹脂、ガラス中に、例えば４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の蛍光を発する青色蛍光体、例えば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の蛍光を発する緑色蛍光体、例えば５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の蛍光を発する黄色蛍光体、例えば５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の蛍光を発する赤色蛍光体が含有されている。波長変換部材５として透光性ガラスが用いられる場合には、発光装置１の気密性を向上させることができる。
【００３１】
また、蛍光体８は、波長変換部材５中に均一に分散するようにしている。なお、波長変換部材５の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。波長変換部材５の熱膨張率は、例えば０．８×１０−５／Ｋ以上８×１０−５／Ｋ以下に設定されている。波長変換部材５の屈折率は、例えば、１．３以上１．６以下に設定されている。例えば、波長変換部材５の材料の組成比を調整することで、波長変換部材５の屈折率を調整することができる。
【００３２】
波長変換部材５は、枠体４上に支持されるとともに、発光素子３と間を空けて設けられている。また、波長変換部材５の端部は、枠体４の支持面４ｘ上に位置しており、波長変換部５の側面の下部が枠体４の第１内壁面４ｙによって当接するようにして取り囲まれている。
【００３３】
また、波長変換部材５の全体の厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されており、且つ厚みが一定に設定されている。ここで、厚みが一定とは、厚みの誤差が０．５μｍ以下のものを含む。波長変換部材５の厚みを一定にすることにより、波長変換部材
５内で励起される光の量を一様になるように調整することができ、波長変換部材５における輝度ムラを抑制することができる。
【００３４】
枠体４の段差４ａ上に、波長変換部材５の端部が接着部材６を介して固定されている。接着部材６は、波長変換部材５を枠体４に固着するものである。接着部材６は、波長変換部材５の端部上から枠体４の段差４ａ個所にかけて設けられている。また、接着部材６は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、透光性のガラスが用いられる。なお、接着部材６の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。接着部材６の熱膨張率な、例えば０．８×１０−５／Ｋ以上８×１０−５／Ｋ以下に設定されている。
【００３５】
また、接着部材６の熱伝導率は、波長変換部材５の熱伝導率よりも大きく設定した場合は、波長変換部材５から枠体４に伝わる熱を接着部材６を介して伝達しやすくすることができる。波長変換部材５には、発光素子３が発する光を蛍光体８によって波長変換する際の変換損失に起因した熱が発生し、この熱によって波長変換部材５の温度が上昇する。その熱を波長変換部材５から接着部材６に吸収しやすくすることで、波長変換部材５が高温になるのを抑制することができ、波長変換部材５の熱膨張やそれに起因して生じる応力によって波長変換部材５が枠体４から剥離しようとするのを抑制することができる。また、波長変換部材５が高温になると、発光素子３の発する励起光によって励起される光の色温度が変化し、所望する色温度の光色になりにくくなるが、波長変換部材５の温度が高温になるのを抑制することで、所望する光色を取り出すことができる。そして、波長変換部材５を接続個所に対して良好に固着し続けることが可能な発光装置１を提供することができる。
【００３６】
また、接着部材６の熱膨張率が、波長変換部材５の熱膨張率よりも小さく設定されている場合は、波長変換部材５が熱膨張を起こそうとするが、波長変換部材５の側面に熱膨張しにくい接着部材６が形成されているため、接着部材６が波長変換部材５の熱膨張を抑えるように応力を加えることができる。そして、波長変換部材５が必要以上に膨張するのを効果的に抑制することができるとともに、熱膨張に起因して生じる、接着部材６から波長変換部材５に作用する力、即ち、接着部材６から波長変換部材５に加わる応力が小さくなり、それらの応力に起因して生じる波長変換部材５の接着部材６からの剥がれを抑制できる。
【００３７】
接着部材６は、平面視して波長変換部材５の外周に沿って連続して形成されている。そして、接着部材６は、断面視して、波長変換部材５の側面の上部から枠体４の第２内壁面４ｚにまで被着することで、接着部材６が被着する面積を大きくし、接着部材６を介して波長変換部材５と枠体４を強固に接続することができる。その結果、波長変換部材５と枠体４の接続強度を向上させることができ、波長変換部材５の撓みが抑制される。そして、発光素子３と波長変換部材５との間の光学距離が変動するのを効果的に抑制することができる。
【００３８】
また、接着部材６は、波長変換部材５の側面から波長変換部材５の上面にかけて設けられている。そして、接着部材６は、波長変換部材５の側面の上端を被覆している。さらに、波長変換部材５の上面に被着している接着部材６は、上方に突出して膨らむ樹脂だまりを設け、周囲よりも厚みを大きくすることで、波長変換部材５と接着部材６との熱膨張差に起因にして生じる応力が接着部材６による樹脂だまりで吸収、緩和されるとともに、波長変換部材５の上面に被着している接着部材６による樹脂だまりによって接着部材６の表面積が増加することにより、波長変換部材５から接着部材６の表面を介して発光装置１の外部に取り出される光が増加し、発光装置１の光出力を向上させることができる。
【００３９】
また、接着部材６は、一部が枠体４の内部にまで浸入している。すなわち、枠体４は、枠体４の表面を含めて多数の気孔ｂが設けられているため、接着部材６の一部が枠体４内に浸入して固定される。そして、接着部材６の一部が枠体４内に浸入して固着することで、アンカー効果によって、接着部材６と枠体４とが強固に接合されている。
【００４０】
接着部材６の一部が枠体４の段差４ａ個所において枠体４の内部に浸入している浸入領域Ｓ２は、枠体４の段差４ａの内面の全周にわたって連続して設けられている。浸入領域Ｓ２は、枠体４の表面から枠体４の内部に向かって、断面視して例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。浸入領域Ｓ２に浸入した接着部材６の含浸量は、例えば３ｍｍ３以上１２０ｍｍ３以下に設定されている。
【００４１】
浸入領域Ｓ２は浸入領域Ｓ１から離れて位置しており、枠体４内では封止部材７と接着部材６とは接続されずに離れて配置されている。また、枠体４は、内部に多数の気孔ｂが存在するため、発光素子３から枠体４内の浸入領域Ｓ１に位置する封止部材７に伝わった熱は、浸入領域Ｓ１と浸入領域Ｓ２との間に位置する枠体４内の空気が含まれた気孔ｂで浸入領域Ｓ１から浸入領域Ｓ２への断熱性が保持されるため、浸入領域Ｓ１から浸入領域Ｓ２に伝わりにくい。その結果、枠体４内で封止部材７に伝わった熱は、枠体４内の接着部材６に伝わりにくく、枠体４の側面から外部に向かって放熱され、接着部材６の温度が高温になるのを抑制することができる。そして、接着部材６の温度が高くなるのを抑制することによって、接着部材６から波長変換部材５に伝わる熱を低減することができ、従って、波長変換部材５が高温になるのを抑制することができる。波長変換部材５が高温になると、発光素子３の発する励起光によって励起される光の色温度が変化して、所望する色温度の光色になりにくくなるが、波長変換部材５の温度が高温になるのを抑制することで、所望する光色の光を安定して取り出すことができるとともに、波長変換部材５および接着部材６に熱が加えられることによって生じる応力を抑制でき、透過率や機械的な強度の劣化も抑制することができる。
【００４２】
また、接着部材６から波長変換部材５に伝わる熱量を少なくすることで、波長変換部材５の波長変換効率が低下したり、波長変換部材５の透過率または機械的強度が劣化したりするのを抑制することができ、波長変換部材５の波長変換効率を長期にわたって良好に維持することができる。さらに、波長変換部材５の透過率または機械的強度を長期にわたって良好に維持することができる。
【００４３】
接着部材６の熱伝導率は、波長変換部材５の熱伝導率よりも大きく設定してもよい。接着部材６の熱伝導率を、波長変換部材５の熱伝導率よりも大きくすることで、発光素子３から封止部材７を介して、封止部材７の上方から波長変換部材５に伝わる熱を接着部材６に伝達しやすくすることができる。波長変換部材５から接着部材６に伝わった熱は、浸入領域Ｓ２と浸入領域Ｓ１とが離れているため、接着部材６から封止部材７に伝わりにくく、枠体４の側面から外部に向かって放熱され、波長変換部材５の温度が上昇するのを抑制することができる。波長変換部材５には、発光素子３が発する光を蛍光体８によって波長変換する際の変換損失に起因した熱が発生し、この熱によって波長変換部材５の温度が上昇する。その熱を波長変換部材５から接着部材６に吸収しやすくすることで、波長変換部材５が高温になるのを抑制することができる。
【００４４】
また、接着部材６は、波長変換部材５の側面の上部と枠体４の第２内壁面４ｚとの間には、波長変換部材５の上面よりも低い位置まで充填されている。波長変換部材５は、発光素子３の発光する光に起因して発生する熱や、波長変換部材５で蛍光体８によって波長変換時に発生する熱によって、波長変換部材５が熱膨張を起こすことがある。波長変換部材５の側面の上部が枠体４の第２内壁面４ｚと当接せずに、両者の間に空隙を設けることで、波長変換部材５の側面が斜め上方に変形しやすくすることができ、波長変換部材５に加
わる熱応力を緩和することができる。その結果、波長変換部材５が熱膨張を起こし、波長変換部材５がそれの接続個所である枠体４から剥離するのを虞を低減することができ、波長変換部材５を枠体４に対して良好に固着し続けることができる。
【００４５】
また、枠体４の第２内壁面４ｚの上端の高さ位置が、波長変換部材５の側面の上端の高さ位置よりも低い個所に位置している。第２内壁面４ｚの上端の高さ位置が、波長変換部材５の側面の上端の高さ位置よりも低く設定されているので、波長変換部材５の側面の上端から接着部材６を介して放射される光が枠体４の第２内壁面４ｚで遮られ難くなり、波長変換部材５から発光装置１の外部に光が取り出されやすくなるという作用効果を奏する。なお、第２内壁面４ｚの上端の高さ位置と、波長変換部材５の側面の上端の高さ位置との差は、例えば０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下に設定されている。
【００４６】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、波長変換部材５は、第２内壁面４ｚに対向する上端部に切欠き部が設けられてもよい。即ち、接着部材６は、段差部４ａと切欠き部に接着され、波長変換部材５が枠体４に取着されることにより、接着部材６は体積が増加し、波長変換部材５と枠体４との接着部材６による接着強度が向上するとともに、発光素子３や蛍光体８からの光による、接着部材６の透過率や機械的な強度の劣化を抑制することができる。
【００４７】
また、第２内壁面４ｚは、段差４ａの複数の部位に個別に設けられてもよい。即ち、段差４は、第２内壁面４ｚが形成される部位と、形成されない部位が設けられてもよい。その結果、接着部材６は、波長変換部材５と枠体４との接着強度が維持されるとともに、波長変換部材５を枠体４に接着する際の位置ずれを抑制でき、所望の位置に発光面を発光装置１に配置することができる。
【００４８】
＜発光装置の製造方法＞
ここで、図１に示す発光装置１の製造方法を説明する。まず、基板２を準備する。基板２が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、混合物から複数のグリーンシートを作製する。
【００４９】
また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この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得る。そして、基板２となるセラミックグリーンシートに配線導体となるメタライズパターンおよび必要に応じて枠体４を接合するためのメタライズパターンをそれぞれ所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層した状態で焼成することで、基板２を準備することができる。
【００５０】
枠体４を準備する。枠体４は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料を準備する。そして、枠体４の型枠内に、セラミック材料を充填して乾燥させた後に、焼成することで段差４ａを有する枠体４を準備することができる。この枠体４にも、基板２を接合する面に必要に応じてメタライズパターンを形成しておく。
【００５１】
次に、基板２上に、枠体４を、両者のメタライズパターン同士を例えば半田を介して接合することによって設ける。そして、基板２の上面であって枠体４で囲まれた領域に発光素子３を実装する。
【００５２】
そして、基板２上の枠体４で囲まれた領域に、例えば封止部材７としてのシリコーン樹脂を充填する。このときは、枠体４内には、封止部材７が浸入していない。さらに、枠体４で囲まれる領域にシリコーン樹脂を充填して、例えば１分以上の時間を経過させることで、未硬化のシリコーン樹脂の一部を枠体４の内壁面から枠体４内の内部に向かって浸入させる。その後、例えば１５０℃以上の温度にシリコーン樹脂を熱して、シリコーン樹脂を硬化させることで、封止部材７を形成して発光素子３を封止する。このようにして、浸入領域Ｓ１が形成された枠体４を設けることができる。
【００５３】
次に、波長変換部材５を準備する。波長変換部材５は、未硬化の樹脂に蛍光体を混合して、例えばドクターブレード法、ダイコーター法、押し出し法、スピンコート法またはディップ法等のシート成形技術を用いて作製することができる。また、波長変換部材５は、未硬化の波長変換部材５を型枠に充填し、硬化して取り出すことによっても得ることができる。
【００５４】
そして、準備した波長変換部材５を枠体４の段差４ａ上に位置合わせして、接着部材６としてのシリコーン樹脂を介して接着する。このときは、枠体４内には、接着部材６が浸入していない。さらに、波長変換部材５を枠体４に接着部材６を介して接着した状態で、例えば１分以上の時間を経過させることで、未硬化のシリコーン樹脂を枠体４内に浸入させる。その後、例えば１５０℃以上であって封止部材７が破壊されない３６０℃以下の温度にシリコーン樹脂を熱して、シリコーン樹脂を硬化させる。このようにして、浸入領域Ｓ２が形成された枠体４を設けることができ、発光装置１を製造することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 発光装置
２ 基板
３ 発光素子
４ 枠体
４ａ 段差
４ｘ 支持面
４ｙ 第１内壁面
４ｚ 第２内壁面
５ 波長変換部材
６ 接着部材
７ 封止部材
８ 蛍光体
Ｓ１ 浸入領域
Ｓ２ 浸入領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた発光素子と、
前記基板上に設けられた、前記発光素子を取り囲む枠体と、
前記枠体上に支持されるとともに前記発光素子と間を空けて設けられた、蛍光体を含有するシート状の波長変換部材とを備え、
前記枠体の内壁面は、前記波長変換部材の下面に当接する支持面、前記波長変換部材の側面の下部に当接する第１内壁面、および前記波長変換部材の側面の上部と間をあけて設けられた第２内壁面を有しており、
前記波長変換部材の側面の上部と前記枠体の前記第２内壁面との間には、両者を接続する接着部材が前記波長変換部材の上面よりも低い位置まで充填されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置であって、
前記接着部材の熱膨張率は、前記波長変換部材の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発光装置であって、
前記接着部材は、前記波長変換部材の上面から前記波長変換部材の側面にかけて被着していることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光装置であって、
前記枠体の前記第２内壁面の上端の高さ位置が、前記波長変換部材の側面の上端の高さ位置よりも低い個所に位置していることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発光装置であって、
前記枠体は多孔質材料から構成されて、前記枠体の内壁面には多数の気孔が設けられており、前記接着部材の一部が前記気孔内にまで設けられていることを特徴とする発光装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた発光素子と、
前記基板上に設けられた、前記発光素子を取り囲む枠体と、
前記枠体上に支持されるとともに前記発光素子と間を空けて設けられた、蛍光体を含有するシート状の波長変換部材とを備え、
前記枠体の内壁面は、前記波長変換部材の下面に当接する支持面、前記波長変換部材の側面の下部に当接する第１内壁面、および前記波長変換部材の側面の上部と間をあけて設けられた第２内壁面を有しており、
前記波長変換部材の側面の上部と前記枠体の前記第２内壁面との間には、両者を接続する接着部材が前記波長変換部材の上面よりも低い位置まで充填されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置であって、
前記接着部材の熱膨張率は、前記波長変換部材の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発光装置であって、
前記接着部材は、前記波長変換部材の上面から前記波長変換部材の側面にかけて被着していることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光装置であって、
前記枠体の前記第２内壁面の上端の高さ位置が、前記波長変換部材の側面の上端の高さ位置よりも低い個所に位置していることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発光装置であって、
前記枠体は多孔質材料から構成されて、前記枠体の内壁面には多数の気孔が設けられており、前記接着部材の一部が前記気孔内にまで設けられていることを特徴とする発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２１０２７（Ｐ２０１３−２１０２７Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１１３３（Ｐ２０１１−１５１１３３）
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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