JP5660766B2

JP5660766B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5660766B2
Application number: JP2009151763A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　崇; 崇佐藤; 聡司大関; 祥文程野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: JP2011009480A

Description

本発明は、表示装置、照明器具の光源として利用可能な発光装置に関する。

表示装置や照明装置の光源として、従来使用されていた蛍光灯や白熱電球などに代わる新しい光源として、半導体発光素子（以下、単に発光素子とする）を用いた発光装置（ＬＥＤ）の研究が進められている。このＬＥＤは、上記の光源と比べて寿命が長く、また、省エネルギーでの発光が可能であるため、次世代の照明用光源としての期待が大きい。

特に、白色光の発光装置は、最も需要が見込まれるものであり、赤、青、緑の発光素子を搭載して白色光を発光するものや、発光素子と、それによって励起されて補色となる色を発光可能な蛍光体を用いて白色光を発光するものが知られている。

一般照明として用いる場合、赤、青、緑の発光素子を用いた場合は演色性が低くなるため、蛍光体を用いた白色発光装置が好まれる。特に青色発光素子と、ＹＡＧ蛍光体を用いた白色が良く知られている。

このＹＡＧ蛍光体は、体色が黄色であるため、発光時は特に問題はないが、消灯時にはその黄色が視認される。携帯電話や一般照明などを使用する場合、明るさや演色性などの機能の他、形やデザインなども選択時の重要な要素となるため、このような黄色が見えることが敬遠されることがある。

そのため、黄色を薄めるような拡散材を混ぜたり、或いは、拡散材入りキャップなどを被せたりするなどの方法が知られる。

特開２００５−１８３１９３号公報

しかしながら、上記のような構造では、多少は視認性を改善することができるものの、十分ではない。また、更に発光装置自体を別部材でカバーするなどで視認性を改善するような構造とすることもできるが、部材点数が増えて小型化に限界があるとともに、コストも高くなる。

以上の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発光装置は、基板と、基板上に載置される発光素子と、体色が有彩色である波長変換部材を有し、発光素子を被覆する封止部材と、基板上に接合され、中空部を介して封止部材を内包する透光性部材と、を有し、透光性部材は、２以上の透光性部材が重ねられ、その間に前記波長変換部材の体色の無彩色化部材を挟んでなることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の発光装置は、封止部材は、透光性部材の内面と相似形状の外面を有することが好ましい。

本発明の請求項４に記載の発光装置は、封止部材の外面と透光性部材の内面との距離が、全周において略等しいことが好ましい。

本発明の請求項５に記載の発光装置は、無彩色化部材は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３の少なくとも１つを含むことが好ましい。

本発明により、蛍光体に起因する有彩色が視認されにくく、デザイン性に優れた発光装置を得ることができる。更に、色むらや配向色温度差が軽減された発光装置とすることができるため、更なる別部材を必要としない小型化の発光装置を得ることができる。

図１Ａは、本発明係る発光装置の全体及び内部を示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに係る発光装置のＡ−Ａ’断面における断面図である。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。

また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

本実施の形態の発光装置１００を、図１Ａ、図１Ｂに示す。図１Ａは発光装置１００の全体及び内部を示す斜視図、図１Ｂは、図１Ａに示す発光装置１００のＡ−Ａ’断面における断面図を示す。

本実施の形態において、発光装置１００は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、発光素子１０３と、発光素子１０３と電気的に接続される導電部材１０２を有する基板１０１と、と、発光素子１０３を被覆する封止部材１０４とを有している。更に、中空部Ｘを介して封止部材１０４を内包する透光性部材１０５が、基板１０１上に接合されている。そして、本発明において、封止部材１０４は、体色が有彩色である波長変換部材を有しており、更に透光性部材１０５は、波長変換部材の体色を外部から視認しにくくするような無彩色化部材を有することを特徴とするものである。

尚、本明細書において、「体色」とは、紫外線〜青色光成分を含む、太陽光や一般照明（例えば標準光Ｄ６５など）の下で、紫外線〜青色光によって励起されて発せられる発光色を含んで視認される色を指している。

（透光性部材）
本発明において、透光性部材は、発光装置の最上面に位置しており、通電時（発光時）には発光部として視認されるものであり、消灯時（非発光時）において内部の有彩色が視認されないように無彩色化（白色化）させる無彩色化部材を有するものである。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、透光性部材１０５は、基板１０１の上面に封止部材１０４と離間するように接合され、中空部Ｘを介して封止部材１０４を内包するように設けられている。無彩色化部材（図示せず）は、透光性部材１０５の外面、内面、内部のいずれかに少なくとも設けられていればよく、特に透光性部材の内面に設けるのが好ましい。

透光性部材１０５の形状や大きさは、目的や用途に応じて種々選択することができ、外形は、半球状（ドーム状）、立方体、直方体、円柱、多角柱体、錐体等やそれらを組み合わせた形状とすることができる。好ましくは、図１Ａ、図１Ｂに示すような外形が半球状の透光性部材である。内形についても、外形と同様に種々選択することができ、内形と外形とを同じ形状（相似形状）、或いは異なる形状とすることができる。好ましくは、外形と内形とを相似形状とするものであり、図１Ａに示すように、外形を半球状とし、内形も半球状とするのが好ましい。このようにすることで、透光性部材の厚みを均一にすることができるため、配向ムラの少ない発光装置とすることができる。

透光性部材の好ましい材料としては、発光素子からの光を透過し易く、また通常使用に耐え得る程度の強度を有するものが好ましく、例えば、ガラス、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等をあげることができ、特にガラスが好ましい。

このような透光性部材に設けられる無彩色化部材としては、発光時において発光素子や波長変換部材からの光を吸収しにくく、反射しやすいものが好ましく、また、非発光時には、無彩色（白色）として視認されるものが好ましい。具体的には、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の微粉末をあげることができ、特に粒径が０．５μｍ〜５０μｍ程度のものが好ましい。これらは、単独で用いてもよいし、或いは複数を混合させたり、積層させたりして用いることができ、それぞれの部材の粒径や濃度、混合比率などは適宜選択することができる。

無彩色化部材は、透光性部材のほぼ全域に亘って、同等の無彩色化効果が得られるように設けるのが好ましく、均一な膜厚、濃度等で設けるのが好ましい。

透光性部材の外面又は内面に設ける場合は、無彩色化部材を溶媒中に分散させた分散液を滴下、噴射後、加熱により溶媒を飛散させるなどの湿式方法、ゾル−ゲル法、シート形状のものを貼り付ける方法、スパッタなどによる乾式方法などを用いることができ、その条件を調整することで膜厚を制御することができる。好ましい膜厚は、用いる無彩色化部材の組成や粒径にもよるが、内部の有彩色が視認されないように、且つ、発光素子からの光が極度に遮断されないように調整する必要があり、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とするのが好ましく、更に０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とするのが特に好ましい。

透光性部材の内面に無彩色化部材を設ける場合は、基板に透光性部材を接合させる前に設ける。内面に設けることで基板への接合時に無彩色化部材が剥がれたり損傷したりしにくく、また、発光装置として取り扱う際にも、直接触れることがないので剥がれや損傷を防ぐことができる。

透光性部材の外面に無彩色化部材を設ける場合は、基板に透光性部材を接合させる前、接合させた後のいずれかの工程で形成させることができる。特に、基板に接合した後に、無彩色化部材を設けると、基板上面にも無彩色化部材を設けることができるため、例えば図１Ａに示すような、透光性部材の接合位置を認識するため設けられる基板上面のマーク１０６なども被覆することができる。

透光性部材の内部に無彩色化部材を設ける場合は、透光性部材形成時に混入させておくか、又は、２以上の透光性部材を重ねて用い、その間に無彩色化部材を挟むようにして用いることができる。混入させる場合は、無彩色化部材の濃度は、発光時に発光素子からの光の透過率を極端に下げることのないように考慮する必要がある。

（基板）
基板は、発光素子や、透光性部材などの電子部品が載置される母体であり、発光素子に導通するための導電部材が設けられている。基体の大きさや形状は、目的や用途に応じて任意のものとすることができ、例えば図１Ａに示すように、上面視略正方形のものの他、長方形、多角形、円形、及びそれらを組み合わせた形状などを用いることができる。好ましい材料としては、ガラスエポキシ樹脂、セラミック、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、Ａｌ、Ｃｕ等をあげることができ、それらを組み合わせたもの、例えば、セラミック中にＣｕを埋め込んだもの等を用いることができる。好ましくはガラスエポキシ樹脂である。また、更に、上面を光吸収しにくい部材で被覆するなどの表面処理を施してもよい。

（導電部材）
導電部材は、発光素子等への通電させるための正負一対の電極であり、基板の上面と下面に露出しそれぞれ基板内部又は表面で連続するように設けられる。導電部材の形状や大きさ等については、発光装置の大きさや載置する発光素子等の数や大きさ等に応じて任意に選択することができる。図１Ａでは、発光素子１０３と保護素子１０７は導電部材１０２上に載置されており、導電性ワイヤ（図示せず）を介して電気的に導通するよう接合されている。また、図１Ａに示すように、基板上面では、封止部材１０４で覆われるような位置に設ける（露出させる）のが好ましく、これにより、導電性ワイヤを封止部材で保護することができるとともに、封止部材によって導電部材の形状などを視認しにくくすることができる。また、透光性部材１０５が接合される位置では、絶縁部材等で被覆しておくのが好ましく、更に、透光性部材１０５の接合位置よりも外側にある基板上面においても、絶縁部材等で被覆しておくのが好ましい。

導電部材の具体的な材料としては、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル、コバルト等の金属又は鉄−ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅、モリブデン、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶はんだ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇＣｕＩｎなどのはんだ、ＩＴＯ等が挙げられる。これらはんだ材料の中でも特に組成をコントロールして、はんだ粒子と第一の金属部の反応により一旦溶融し凝固すると、リフロー実装時などの追加の熱処理時に再溶解しない組成に調整したものが好ましい。

（封止部材）
封止部材は、発光素子、受光素子、保護素子、更には導電性ワイヤなどの電子部品を、塵芥や水分、更には外力などから保護する部材であり、本発明では、波長変換部材を含有するものである。

封止部材の材料としては、発光素子からの光を透過可能な透光性を有し、且つ、それらによって劣化しにくい耐光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等発光素子からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。更に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。さらにまた、これらの有機物に限られず、ガラス、シリカゾル等の無機物も用いることができる。このような材料に加え、波長変換部材（蛍光部材）の他に、所望に応じて着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー、などを含有させることもできる。封止部材の充填量は、上記電子部品が被覆される量であればよい。

また、無彩色化部材を有する透光性部材を用いると、透光性部材を用いない場合に比べて色度が変化する場合がある。これは、無彩色化部材等によって反射された光が、再度波長変換部材に照射されて励起され易くなっている、すなわち、波長変換される光の量が増えることが、そのひとつの要因と考えられる。そのため、同じ色調の光を放出させるために、無彩色化部材を用いない場合に比して、波長変換部材の量を低減させることができる。

封止部材の外表面の形状については配光特性などに応じて種々選択することができる。図１Ａでは、円柱状の封止部材１０４としているが、これに限らず、例えば、上面を凸状レンズ形状、凹状レンズ形状、フレネルレンズ形状などとすることで、指向特性を調整することができる。特に好ましいのは、透光性部材の内面と相似形状の外面とするものであり、これによって均一な配向特性を得やすくすることができる。また、封止部材の外周と透光性部材の内面との距離が、全周において略等しいようにするのが好ましく、これにより無彩色化効果が均一に得られやすくなる。

（接合部材）
接合部材は、導電部材上に、発光素子、受光素子、保護素子などの素子や、透光性部材を載置し接続させるための接着部材である。発光素子等の素子の場合、接合部材は絶縁性でも導電性でも用いることができ、用いる素子基板に応じて、適宜選択することができる。絶縁性接合部材としては、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物やその変性樹脂、ハイブリッド樹脂等を用いることができる。導電性接合部材としては、銀、金、パラジウムなどの導電性ペーストや、Ａｕ−Ｓｎ共晶などのはんだ、低融点金属等のろう材を用いることができる。

透光性部材を基板に接合させるための接合部材は、発光素子や波長変換部材からの光を透過又は反射し易いものが好ましく、特に透過率が７０％以上のものが好ましい。また、基板と透光性部材の熱膨張係数と近い値を有するものが好ましい。具体的には、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物やその変性樹脂、ハイブリッド樹脂等を用いることができる。また、この接合部材中に、透光性部材に設ける無彩色化部材などを混入させてもよい。

（導電性ワイヤ）
発光素子の電極と、基板に設けられる導電部材とを接続する導電性ワイヤ（図示せず）は、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。特に、熱抵抗などに優れた金を用いるのが好ましい。

（波長変換部材）
波長変換部材は、発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発するものであり、本発明においては少なくとも体色が赤色系、青色系、緑色系、黄色系等の有彩色のものを有する。

波長変換部材しては、発光素子からの光を、それより長波長に変換させるものの方が効率がよい。しかしながら、これに限らず、発光素子からの光を、短波長に変換させるもの、或いは、他の波長変換部材によって変換された光を更に変換させるものなど、種々の波長変換部材を用いることができる。このような波長変換部材は、１種の波長変換部材のみを用いてもよく、或いは２種以上の波長変換部材を混合又は積層してもよい。また、その際、体色や発光波長の異なる波長変換部材を用いてもよい。

例えば、発光素子として窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子を用いる場合、その発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、より具体的には、Ｅｕ賦活されたα若しくはβサイアロン型蛍光体、各種アルカリ土類金属窒化シリケート蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系の元素、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類のハロシリケート蛍光体、アルカリ土類金属シリケート蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、または、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩またはＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。好ましくは、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体であり、体色が黄色である、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体である。また、Ｙの一部もしくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなどもある。

さらに、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。

下記表１に、上記波長変換部材の具体例を挙げる。表１は、発光素子として、主として青色系の発光波長によって励起される波長変換部材である。
（表１）

（発光素子）
発光素子は、波長変換部材に光を照射し、所望の発光色を得るための光源であり、同一面側に正負電極が形成された構造、或いは異なる面に正負電極が形成された構造、成長基板とは異なる基板を貼り合わせた構造等、種々の構造の半導体素子を用いることができる。

発光素子の波長は、用いる波長変換部材の励起波長に応じて任意の波長のものを選択することができる。特に波長変換部材を効率よく励起できる短波長を用いるのが好ましく、そのような発光素子としては、窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。

本発明に係る発光装置は、消灯時に有彩色が視認されない発光装置とすることができ、各種表示装置、照明器具などにも利用することができる。

１００・・・発光装置
１０１・・・基板
１０２・・・導電部材
１０３・・・発光素子
１０４・・・封止部材
１０５・・・透光性部材
１０５ａ・・・透光性部材の内面
１０５ｂ・・・透光性部材の外面
１０６・・・マーク
１０７・・・保護素子
Ｘ・・・中空部

Claims

基板と、
該基板上に載置される発光素子と、
体色が有彩色である波長変換部材を有し、前記発光素子を被覆する封止部材と、
前記基板上に接合され、中空部を介して前記封止部材を内包する透光性部材と、
を有し、
前記透光性部材は、２以上の透光性部材が重ねられ、その間に前記波長変換部材の体色の無彩色化部材を挟んでなることを特徴とする発光装置。
前記封止部材は、前記透光性部材の内面と相似形状の外面を有する請求項１に記載の発光装置。
前記封止部材の外面と前記透光性部材の内面との距離は、全周において略等しい請求項１または請求項２に記載の発光装置。
前記無彩色化部材は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３の少なくとも１つを含む請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。