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JP5104490B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板上の発光素子が直方体状のガラスにより封止される発光装置及びその製造方法に関する。
従来から、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の発光素子をエポキシ系、シリコーン系等の透光性樹脂材料で封止した発光装置が知られている。この種の発光装置として、発光素子として紫外、紫色或いは青色のＬＥＤチップを用い、ＬＥＤチップの発光光を励起光とする蛍光体を透光性樹脂材料に混入させることにより白色光を得るものが実用化されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特許文献１に記載の発光装置は、凹状に形成された反射鏡内の底面にＬＥＤチップが搭載され、蛍光体を低濃度で含有する低濃度樹脂層がＬＥＤチップの最上面の高さまで形成され、蛍光体を高濃度で含有する高濃度樹脂層が低濃度樹脂層の上に形成されている。そして、低濃度樹脂層及び高濃度樹脂層における形状及び蛍光体の濃度は、ＬＥＤチップで発光された光が、高濃度樹脂層と外部樹脂との界面に至る光路長と、蛍光体の濃度を掛けた値がほぼ一定となるように調整されている。
また、特許文献２に記載の発光装置は、基材に設けられた凹部の底面にＬＥＤチップを載設し、凹部の途中まで蛍光体が分散された第一波長変換部材を充填し、第一波長変換部材の上方に蛍光体濃度が第一波長変換部材よりも高い第二波長変換部材を充填するようになっている。
しかし、特許文献１及び２の発光装置では、発光素子から発せられる光、熱等によって、透光性樹脂が劣化するという問題点がある。特に、発光素子として短波長光を放出するIII族窒化物系化合物半導体を利用する場合には、発光素子から放出される高エネルギーの光と素子自体の発熱によって素子近傍の透光性樹脂が黄変し、光取り出し効率が経時的に低下する場合がある。
ここで、封止部材の劣化を防止するものとして、封止部材にガラスを用いた発光装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載の発光装置では、ＬＥＤチップが搭載されたセラミックの基板に、板状のガラスをホットプレス加工により接合することで、ＬＥＤチップの封止を行っている。ホットプレス加工後に、ダイサー等を用いて基板及びガラスをカットして分離することにより、基板上に略直方体状のガラスの封止部が製造されるようになっている。
特開２００４−１１１８８２号公報 特開２００５−０９３８９６号公報 国際公開第２００４／０８２０３６号パンフレット
ところで、特許文献３に記載の発光装置において、製造時に封止部がダイサーによりカットされることから、ダイサーの刃（ブレード）の交換サイクルを長くすることを考えると、厚さのより薄いガラスを用いることが好ましい。また、封止部に蛍光体を含有させる場合、蛍光体が分散されたガラスが高価であることからも、厚さのより薄いガラスを用いることが好ましい。
しかし、厚さの薄い封止部に蛍光体を分散すると、ＬＥＤチップの搭載位置から封止部の側面までが封止部の上面までの距離より小さくなることから、封止部の上面から出射される光と、封止部の側面から出射される光とで色度の差が生じることとなる。具体的に、封止部の上面から出射する光を白色となるよう調整すると側面から出射する光は黄味を帯び、封止部の側面から出射する光を白色となるよう調整すると上面から出射する光は青味を帯びるようになる。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蛍光体を含有する封止部が直方体状のガラスからなるものであっても、外部へ放射される光の色むらを低減することのできる発光装置及びこれを備えた発光体を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明では、発光素子と、発光素子を搭載する平坦な搭載面を有する基板と、前記基板の前記搭載面上にて前記発光素子を封止し、前記発光素子から出射される光により励起されると波長変換光を発する蛍光体が分散された均一な厚みの封止部と、前記封止部の上面に形成され、前記封止部よりも高い濃度で前記蛍光体が分散された均一な厚みの透光性部材と、を備え、前記封止部は、前記搭載面と接合される下面の中心から、前記搭載面に対して垂直な側面までの側方距離が、前記搭載面と反対側の上面までの上方距離よりも長く形成され、前記透光性部材は、前記搭載面に対して垂直な側面の垂直寸法が前記側方距離と前記上方距離の差より小さくなるように形成され、
前記封止部及び前記透光性部材は直方体状に形成され、前記透光性部材の上面、並びに該透光性部材及び前記封止部の側面は前記搭載面に対して垂直に露出していて白色光を出射するように構成されている発光装置が提供される。
この発光装置によれば、発光素子から放射状に光が出射されると、光の一部が封止部内の蛍光体により波長変換されてから封止部外へ放出される。このとき、封止部における側方距離の少なくとも１つが上方距離よりも長く形成されていることから、発光素子から側方へ出射された光の伝搬する距離が長くなる。この結果、封止部の少なくとも１つの側面については、当該側面へ入射する光は封止部の上面へ入射する光に比して蛍光体により波長変換される割合が高くなる。
封止部の側面に入射した光は装置外部へ出射するが、封止部の上面に入射した光はさらに透光性部材へ入射する。透光性部材へ入射した光は、一部が蛍光体により波長変換されて装置外部へ出射する。これにより、封止部の側面から出射する光と、透光性部材から出射する光との波長変換される割合の差が減じられる。ここで、透光性部材の垂直寸法が封止部の側方距離と上方距離の差よりも小さいことから、透光性部材の蛍光体の濃度が封止部と同じ場合には色度の差がなおも生じることとなるところ、透光性部材には封止部よりも高い濃度で蛍光体が分散されているので、封止部の側面から出射される光と透光性部材から出射される光の色度の差をより低減することができる。
また、上記発光装置において、前記封止部及び前記透光性部材は以下の関係にあることが好ましい。
Ｌ×ａ≦ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ≦Ｌ×ａ×√２
但し、
Ｌ：前記封止部の側方距離
ａ：前記封止部における前記蛍光体の単位体積あたりの濃度
ｂ：前記透光性部材における前記蛍光体の単位体積あたりの濃度
ｔ１：前記封止部の前記垂直寸法
ｔ２：前記透光性部材の前記垂直寸法
また、上記発光装置において、前記封止部は、ガラスからなることが好ましい。
また、上記発光装置において、前記透光性部材は、無機ペーストからなる構成としてもよい。
また、上記発光装置において、前記透光性部材はガラスからなる構成としてもよい。
また、前記目的を達成するため、本発明では、発光素子を平坦な搭載面を有する基板に搭載するステップと、前記発光素子から出射される光により励起されると波長変換光を発する蛍光体が分散され、前記基板の前記搭載面上にて前記発光素子を封止する均一な厚さの封止部を形成するステップと、前記封止部及び前記基板をカットして前記封止部及び前記基板の側面を前記搭載面に対して垂直に露出させるステップと、前記封止部の上面に前記封止部よりも高い濃度で前記蛍光体が分散された透光性部材を均一な厚さでかつ側面が前記搭載面に対して垂直に露出するように形成するステップを含み、前記封止部を形成するステップ、並びに前記封止部及び前記基板をカットするステップは、前記搭載面と接合される前記封止部の下面の中心から、前記搭載面に対して垂直な前記封止部の側面までの側方距離が、前記搭載面と反対側の前記封止部の上面までの上方距離よりも長くなるように前記封止部を形成し、前記透光性部材を形成するステップは、前記搭載面に対して垂直な側面の寸法が前記側方距離と前記上方距離の差より小さくなるように前記透光性部材を形成する発光装置の製造方法が提供される。
また、上記発光装置の製造方法において、前記封止部を形成するステップは、板ガラスをホットプレス加工することによって行うことが好ましい。
また、上記発光装置の製造方法において、前記透光性部材を形成するステップは、無機ペーストを塗布することによって行うことが好ましい。
また、前記目的を達成するため、本発明では、発光素子を平坦な搭載面を有する基板に搭載するステップと、前記発光素子から出射される光により励起されると波長変換光を発する蛍光体が分散され、前記基板の前記搭載面上にて前記発光素子を封止する均一な厚さの封止部を形成するステップと、前記封止部の上面に前記封止部よりも高い濃度で前記蛍光体が分散された均一な厚さの透光性部材を形成するステップと、前記透光性部材、前記封止部及び前記基板をカットして前記透光性部材、前記封止部及び前記基板の側面を前記搭載面に対して垂直に露出させるステップを含み、前記封止部を形成するステップ、前記透光性部材を形成するステップ、並びに前記透光性部材、前記封止部及び前記基板をカットするステップは、前記搭載面と接合される前記封止部の下面の中心から、前記搭載面に対して垂直な前記封止部の側面までの側方距離が、前記搭載面と反対側の前記封止部の上面までの上方距離よりも長くなるように前記封止部を形成するとともに、前記搭載面に対して垂直な側面の寸法が前記側方距離と前記上方距離の差より小さくなるように前記透光性部材を形成する発光装置の製造方法が提供される。
また、上記発光装置の製造方法において、前記封止部を形成するステップは、板ガラスをホットプレス加工することによって行うことが好ましい。
また、上記発光装置の製造方法において、前記透光性部材を形成するステップは、板ガラスをホットプレス加工することによって行うことが好ましい。
また、上記発光装置の製造方法において、前記封止部を形成するステップ、及び前記透光性部材を形成するステップは、前記封止部を形成するための前記板ガラスと、前記透光性部材を形成するための前記板ガラスとを積層させて一括してホットプレス加工を行うことが好ましい。
また、上記発光装置において、
前記基板の前記搭載面の４０％以上の面積が銀で覆われている構成としてもよい。
また、上記発光装置において、前記封止部の前記側方距離をＬ、前記封止部の前記上方距離をｔ１、前記封止部における前記蛍光体の単位体積あたりの濃度をａ、前記透光性部材の前記垂直寸法をｔ２、及び前記透光性部材における前記蛍光体の単位体積あたりの濃度をｂとしたとき、
Ｌ×ａ＝ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ
の関係を満たすことが好ましい。
蛍光体を含有した部材内で光が波長変換される割合は、光が伝搬する距離と蛍光体の濃度の積により決まる。この発光装置によれば、封止部の各側面から外部へ出射される光について波長変換される割合を示す（Ｌ×ａ）と、透光性部材から外部へ出射される光について波長変換される割合を示す（ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ）とが等しいことから、封止部の各側面と透光性部材から出射する光の色度の差を殆どなくすことができる。
前記目的を達成するため、本発明では、上記発光装置と、前記発光装置から出射される光により発光する発光面と、を備えた発光体が提供される。
この発光体によれば、発光装置の光は発光面に映し出されることとなる。発光面を有する場合、発光装置から出射される光の色度差も映し出されることから、看者は色度のばらつきを敏感に感じ取ることができる。しかし、この発光体の発光装置は、前述のように色度差が低減されていることから、発光面にも色度差が低減されて光が映し出され、看者に色度が均一である印象を与えることができる。
本発明によれば、蛍光体を含有する封止部が直方体状のガラスであっても、外部へ放射される光の色むらを低減することができる。
図１から図３は本発明の第１の実施形態を示し、図１は発光装置の概略縦断面図である。
図１に示すように、この発光装置１は、フリップチップ型のＧａＮ系半導体材料を含む複数のＬＥＤ素子２と、各ＬＥＤ素子２を搭載する平坦な搭載面３ａを有する搭載基板３と、搭載基板３に形成されタングステン（Ｗ）−ニッケル（Ｎｉ）−金（Ａｕ）で構成される回路パターン４と、搭載基板３の搭載面３ａ上にて各ＬＥＤ素子２を封止し蛍光体５が分散されたガラスからなる封止部６と、封止部６の上面に形成され蛍光体５が分散された透光性部材７と、を備えている。また、ＬＥＤ素子２と搭載基板３との間には、ガラスがまわりこまない中空部８が形成されている。
発光素子としての各ＬＥＤ素子２は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる成長基板の表面に、III族窒化物系半導体をエピタキシャル成長させることにより、バッファ層と、ｎ型層と、ＭＱＷ層と、ｐ型層とがこの順で形成されている。このＬＥＤ素子２は、７００℃以上でエピタキシャル成長され、その耐熱温度は６００℃以上であり、後述する低融点の熱融着ガラスを用いた封止加工における加工温度に対して安定である。また、各ＬＥＤ素子２は、ｐ型層の表面に設けられるｐ側Ｒｈ電極と、ｐ側Ｒｈ電極上に形成されるｐ側パッド電極と、を有するとともに、ｐ型層からｎ型層にわたって一部をエッチングすることにより露出したｎ型層に形成されるｎ側電極を有する。ｐ側パッド電極とｎ側電極には、それぞれＡｕバンプが形成される。
各ＬＥＤ素子２は、厚さ１００μｍで３４６μｍ角に形成されており、熱膨張率は７×１０−６／℃である。ここで、各ＬＥＤ素子２のＧａＮ層の熱膨張率は５×１０−６／℃であるが、大部分を占めるサファイアからなる成長基板２０の熱膨張率が７×１０−６／℃であるため、各ＬＥＤ素子２本体の熱膨張率は成長基板２０の熱膨張率と同等となっている。
搭載基板３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の多結晶焼結材料からなり、厚さ０．２５ｍｍで１辺が２．７ｍｍの正方形状に形成されており、熱膨張率αが７×１０−６／℃である。図１に示すように、搭載基板３の回路パターン４は、基板表面に形成されて各ＬＥＤ素子２と電気的に接続される表面パターン４１と、基板裏面に形成されて外部端子と接続可能な裏面パターン４２と、を有している。表面パターン４１は、各ＬＥＤ素子２の電極形状に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｕ層４ｃと、を含んでいる。裏面パターン４２は、外部接続端子４４に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｕ層４ｃと、を含んでいる。表面パターン４１と裏面パターン４２は、素子搭載基板３を厚さ方向に貫通するピアホールに設けられＷからなるビアパターン４３により電気的に接続されている。さらに、搭載基板３の搭載面３ａと反対側の面には、各ＬＥＤ素子２にて生じた熱を外部へ放散する放熱パターン４５が形成されている。放熱パターン４５は、裏面パターン４２と同工程にて形成され、Ｗ層４ａを含んでいる。
封止部６は、蛍光体５が均一に分散されたＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系の熱融着ガラスからなる。尚、ガラスの組成はこれに限定されるものではなく、例えば、熱融着ガラスは、Ｌｉ２Ｏを含有していなくてもよいし、任意成分としてＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を含んでいてもよい。図１に示すように、封止部６は、搭載基板３上に直方体状に形成される。封止部６の側面６ａは、ホットプレス加工によって搭載基板３と接合された板ガラスが、搭載基板３とともにダイサー(dicer)でカットされることにより形成される。また、封止部６の上面６ｂは、ホットプレス加工によって搭載基板３と接着された板ガラスの一面である。
本実施形態においては、封止部６は、搭載面３ａと接合される下面６ｃの中心Ｏから、搭載面３ａに対して垂直な側面６ａまでの側方距離Ｌが、搭載面３ａと反対側の上面６ｂまでの上方距離ｔ１よりも長く形成されている。具体的には、側方距離Ｌは１．３５ｍｍであり、上方距離ｔ１は０．７５ｍｍとなっている。
封止部６の熱融着ガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４９０℃で、屈伏点（Ａｔ）が５２０℃であり、各ＬＥＤ素子２のエピタキシャル成長層の形成温度よりも、ガラス転移温度（Ｔｇ）が十分に低くなっている。本実施形態においては、エピタキシャル成長層の形成温度よりも、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２００℃以上低くなっている。また、熱融着ガラスの１００℃〜３００℃における熱膨張率（α）は６×１０−６／℃である。熱膨張率（α）は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を超えるとこれより大きな数値となる。これにより、熱融着ガラスは約６００℃で搭載基板３と接着し、ホットプレス加工が可能となっている。また、封止部６の熱融着ガラスの屈折率は１．７である。
尚、熱融着ガラスの組成は、ガラス転移温度（Ｔｇ）がＬＥＤ素子２の耐熱温度よりも低く、熱膨張率（α）が素子搭載基板３と同等であれば任意である。ガラス転移温度が比較的低く、熱膨張率が比較的小さいガラスとしては、例えば、ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｒ２Ｏ系（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ等のＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種）のガラス、リン酸系のガラス及び鉛ガラスが挙げられる。これらのガラスでは、ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｒ２Ｏ系のガラスが、リン酸系のガラスに比して耐湿性が良好で、鉛ガラスのように環境的な問題が生じることがないので好適である。
ここで、熱融着ガラスとは加熱により溶融状態又は軟化状態として成形したガラスであり、ゾルゲル法により成形されるガラスと異なる。ゾルゲルガラスでは成形時の体積変化が大きいのでクラックが生じやすくガラスによる厚膜を形成することが困難であるところ、熱融着ガラスはこの問題点を回避することができる。また、ゾルゲルガラスでは細孔を生じるので気密性を損なうことがあるが、熱融着ガラスはこの問題点を生じることもなく、各ＬＥＤ素子２の封止を的確に行うことができる。
また、熱融着ガラスは、一般に、樹脂において高粘度といわれるレベルより、桁違いに高い粘度で加工される。さらに、ガラスの場合には、屈伏点を数十℃超えても粘度が一般の樹脂封止レベルまで低くはならない。また、一般の樹脂成型時レベルの粘度にしようとすると、ＬＥＤ素子の結晶成長温度を超える温度を要するもの、あるいは金型に付着するものとなり、封止・成形加工が困難になる。このため、１０４ポアズ以上で加工することが好ましい。
蛍光体５は、ＬＥＤ素子２のＭＱＷ層から発せられる青色光により励起されると、黄色領域にピーク波長を有する黄色光を発する黄色蛍光体である。本実施形態においては、蛍光体５としてＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体が用いられ、封止部６内における平均粒径は１０μｍである。尚、蛍光体５は、珪酸塩蛍光体や、ＹＡＧと珪酸塩蛍光体を所定の割合で混合したもの等であってもよい。本実施形態においては、封止部６における蛍光体５の濃度ａは２．６体積％となっている。
透光性部材７は、封止部６の上面６ｂに形成され、封止部６に分散されている蛍光体５と同じ蛍光体５が分散されている。透光性部材７は、封止部６の上面６ｂに塗布された無機ペーストからなる。透光性部材７に用いられる無機ペーストとしては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。透光性部材７は、厚さが０．１ｍｍとなるよう塗布されているので、搭載面３ａ及び上面６ｂに対して垂直な方向の垂直寸法ｔ２が０．１ｍｍである。本実施形態においては、封止部６の側方距離Ｌが１．３５ｍｍで上方距離ｔ１が０．７５ｍｍであり、これらの差が０．６ｍｍであることから、透光性部材７の垂直寸法ｔ２はこれらの差よりも小さくなっている。
また、透光性部材７には、封止部６よりも高い濃度で蛍光体５が分散されている。本実施形態においては、具体的には、透光性部材７における蛍光体５の濃度ｂは、１５．６体積％となっている。
これにより、本実施形態の発光装置１は、封止部６の側方距離Ｌ、封止部６の上方距離ｔ１、封止部６における蛍光体５の単位体積あたりの濃度ａ、透光性部材７の垂直寸法ｔ２及び透光性部材７における蛍光体５の単位体積あたりの濃度ｂについて、
Ｌ×ａ＝ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ
の関係を満たしている。
図２は、発光装置の上面図である。
図２に示すように、青色光を発する各ＬＥＤ素子２は縦横について３個×３個の配列で並べられ、合計９個のＬＥＤ素子２が１つの素子搭載基板３に搭載されている。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子２の発光ピーク波長は４６０ｎｍである。各ＬＥＤ素子２のうち、縦及び横の中央に配置されるＬＥＤ素子２は、封止部６における下面６ｃの中心Ｏに位置している。そして、縦方向、横方向及び対角方向について、中心Ｏについて対称に各ＬＥＤ素子２が配置されている。これにより、各ＬＥＤ素子２が発光した際に、封止部６の４つの側面６ａに入射する光は均等となっている。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子２の互いの縦横間の距離は６００μｍである。
また、各ＬＥＤ素子２は、回路パターン４により電気的に直列に接続されている。回路パターン４の表面パターン４１は、対角のＬＥＤ素子２の近傍の角部（図２において右上と左下）に配置され外部接続端子４４に接続される２つの外部接続部４１ａを有し、各外部接続端子４４に電圧を印加することにより、９つのＬＥＤ素子２を発光させることができる。
この発光装置１の製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、ダイサーにより複数の発光装置に分離される中間体の概略縦断面図である。
この発光装置１を製造するにあたり、青色光を黄色光に変換する蛍光体５が濃度ａで分散され、厚さが上方距離ｔ１である板ガラス９を用意する。板ガラス９の作製方法は任意であるが、例えば、ガラスの粉末と蛍光体５の粉末とを混合した後、荷重を加えながら混合粉末を溶融して固化し、固化したガラスをスライスすることにより、板ガラス９を作製することができる。
一方、板ガラス９とは別個に、ピアホールが形成された搭載基板３を用意し、搭載基板３の表面に回路パターンに応じてＷペーストをスクリーン印刷する。図３に示すように、この段階では、搭載基板３は複数の発光装置１に対応するようにピアホールが多数形成されている。次いで、Ｗペーストが印刷された搭載基板３を熱処理することによりＷを搭載基板３に焼き付け、さらに、Ｗ上にＮｉめっき、Ａｕめっきを施すことで回路パターン４を形成する。この後、搭載基板３の回路パターン４の表面パターン４１に複数のＬＥＤ素子２を各Ａｕバンプを用いて電気的に接合する。
そして、各ＬＥＤ素子２を搭載した搭載基板３を下金型９１にセットするとともに、板ガラス９を上金型９２にセットする。次いで、図３に示すように、略平坦な搭載基板３の搭載面３ａに板ガラス９を重ねて、下金型９１及び上金型９２を加圧し、窒素雰囲気中でホットプレス加工を行う。これにより、ＬＥＤ素子２が搭載された搭載基板３に板ガラス９が融着され、ＬＥＤ素子２は搭載基板３上で板ガラス９により封止される。このとき、板ガラス９は搭載基板３とこれらに含まれる酸化物を介して接合される。
このようにして、図３に示すように、複数の発光装置１が連結された状態の中間体１０が作製される。この後、封止部６と一体化された搭載基板３をダイサー(dicer)にセットして、各ＬＥＤ素子２を分離するようダイシングして発光装置１が完成する。封止部６及び搭載基板３がともにダイサーによりカットされることで、搭載基板３及び封止部６が面一となる。この後、封止部６の上面６ｂに蛍光体５を含有した無機ペーストを塗布して透光性部材７を形成する。
以上のように構成された発光装置１では、回路パターン４を通じて各ＬＥＤ素子２に電圧が印加されると、各ＬＥＤ素子２から放射状に青色光が出射される。各ＬＥＤ素子２から発せられた青色光の一部は封止部６内の蛍光体５により黄色光に変換され、他部は蛍光体５により波長変換されることなく封止部６から出射される。これにより、封止部６から出射する光は、黄色領域と青色領域とにピーク波長を有し白色光となる。
ここで、各ＬＥＤ素子２は、９素子分が一体となったラージサイズではなく、それぞれ分散して配置されているので、各ＬＥＤ素子２の間で直接の熱影響はない。さらに、各ＬＥＤ素子２が搭載基板３の厚さより広い間隔で配置されているので、各ＬＥＤ素子２にて生じる大半の熱を放熱パターン４５を通じて外部へ放散することができ、各ＬＥＤ素子２の間の熱影響を低減することができる。一方で、発光装置１は、１つのラージサイズのＬＥＤ素子を配置する場合よりも、幅の広いものとなる。
このとき、封止部６における側方距離Ｌが上方距離ｔ１よりも長く形成されていることから、各ＬＥＤ素子２から側方へ出射された光の伝搬する距離が長くなる。この結果、封止部６の各側面６ａへ入射する光は、封止部６の上面６ｂへ入射する光に比して蛍光体５により波長変換される割合が高くなる。
封止部６の側面６ａに入射した光は装置外部へ出射するが、封止部６の上面６ｂに入射した光はさらに透光性部材７へ入射する。透光性部材７へ入射した光は、一部が蛍光体５により波長変換されて装置外部へ出射する。これにより、封止部６の側面６ａから出射する光と、透光性部材７から出射する光との波長変換される割合の差が減じられる。
ここで、透光性部材７の垂直寸法ｔ２が封止部６の側方距離Ｌと上方距離ｔ１の差よりも小さいことから、透光性部材７の蛍光体５の濃度が封止部６と同じ場合には色度の差がなおも生じることとなるところ、透光性部材７には封止部６よりも高い濃度で蛍光体５が分散されているので、封止部６の側面６ａから出射される光と透光性部材７から出射される光の色度の差をより低減することができる。また、透光性部材７の垂直寸法が封止部６の側方距離Ｌと上方距離ｔ１の差よりも小さいので、色度の差を低減しつつ、装置の小型化を図ることができる。
また、本実施形態の発光装置１によれば、封止部６の上面６ｂ及び下面６ｃが正方形状に形成され、２つの側方距離Ｌが等しいことから、封止部６のいずれの側面６ａから出射される光についても色度がほぼ等しくなる。
蛍光体を含有した部材内で光が波長変換される割合は、光が伝搬する距離と蛍光体の濃度の積により決まる。この発光装置１によれば、中心Ｏから光が放射状に出射されるとした場合に、封止部６の各側面６ａから垂直に外部へ出射される光について波長変換される割合を示す（Ｌ×ａ）と、透光性部材７から外部へ出射される光について波長変換される割合を示す（ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ）とが等しいことから、封止部６の各側面６ａと透光性部材７から出射する光の色度の差を殆どなくすことができる。
尚、ＬＥＤ素子２から搭載面３ａに対して４５°のなす角をもって斜め上側へ出射する光については、封止部６内の光路が側方距離Ｌの√２倍となる。従って、
Ｌ×ａ≦ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ≦Ｌ×ａ×√２
の関係を満たすようにすれば、外部へ放射される光の色度の差の低減が効果的である。また、この関係式を満たさずとも、封止部６の上面に封止部６よりも高い濃度で蛍光体５が分散された透光性部材７を備えていれば、色度差の低減が図れることは勿論である。
また、この発光装置１によれば、搭載基板３の搭載面３ａに複数のＬＥＤ素子２が搭載されていることから、全てのＬＥＤ素子２を封止するよう封止部６が搭載面３ａに沿って形成され、封止部６の側方距離Ｌが上方距離ｔ１よりも大きくなりやすく、外部へ出射する光の色度の差が生じやすい。このように、色度の差が生じやすい構成であっても、封止部６の側面６ａ及び透光性部材７から出射される光の色度の差を殆どなくすことができる。従って、複数のＬＥＤ素子２により光量の増大を図るとともに、外部へ出射される光の色むらを低減し、かつ、装置における搭載基板３に垂直な寸法を小さくすることができ、実用に際して極めて有利である。
また、この発光装置によれば、透光性部材７を無機ペーストとして封止部６と別個に形成するようにしたので、封止部６の上方距離ｔ１を大きくして色むらの低減を図った場合と比較して、発光装置１の製造時におけるダイサーの刃（ブレード）とガラスとの接触時間、接触面積等を小さくすることができる。従って、ダイサーの刃の摩耗量を低減することができ、刃の交換サイクルを長くして量産性を向上することができる。
図４及び図５は本発明の第２の実施形態を示し、図４は発光装置の概略縦断面図、図５は発光装置の上面図である。尚、以下の説明においては、既述した要素と同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を適宜省略する。第２の実施形態では、透光性部材と、搭載基板の回路パターンと、が第１の実施形態と異なっている。
図４に示すように、この発光装置１０１は、複数のＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２をマウントする搭載基板３と、各搭載基板３に形成されタングステン（Ｗ）−ニッケル（Ｎｉ）−銀（Ａｇ）で構成される回路パターン１０４と、搭載基板３の搭載面３ａ上にて各ＬＥＤ素子２を封止し蛍光体５が分散されたガラスからなる封止部６と、封止部６の上面に形成され蛍光体５が分散された透光性部材１０７と、を備えている。
回路パターン１０４の表面パターン１４１は、各ＬＥＤ素子２の電極形状に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｇ層４ｄと、を含んでいる。また、回路パターン１０４の裏面パターン１４２は、外部接続端子４４に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｇ層４ｄと、を含んでいる。図５に示すように、搭載基板３の搭載面３ａは、表層がＡｇ層４ｄである回路パターン１０４により大部分が覆われている。具体的には、搭載面３ａの外縁部分３ｂと、搭載面３ａにおける回路パターン１０４の絶縁部分３ｃと、を除いて、回路パターン１０４により覆われている。本実施形態においては搭載面３ａの９０％が回路パターン１０４により覆われている。尚、ＬＥＤ素子２を実装精度を考慮して密に実装し、ＬＥＤ素子２の周囲にビアパターン４３を設けると、おおよそ本実施形態と同様の搭載基板３の搭載面３ａのサイズとなる。ここで、各ＬＥＤ素子２の位置に対応し、ＬＥＤ素子２の幅の２倍の幅の回路パターン１０４を設けると、搭載基板３の搭載面３ａの４０％の面積が銀で覆われるものとなる。このように、搭載基板３の搭載面３ａの４０％以上の面積が銀で覆われる構成とすると、ＬＥＤ素子２から放出された光を顕著に効率よく反射させることができる。
図４に示すように、透光性部材１０７は、封止部６の上面６ｂに形成され、封止部６に分散されている蛍光体５と同じ蛍光体５が分散されている。透光性部材１０７は、ＳｉＯ−Ｂ２Ｏ３系の熱融着ガラスからなり、封止部６上にて直方体状に形成される。透光性部材１０７は、封止部６よりもガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、金型離反性が高くなっている。具体的に、透光性部材１０７はガラス転移温度（Ｔｇ）が５６０℃であり、封止部６よりも耐湿性、耐酸性、耐アルカリ性等が優れている。一般に、ガラスにおいては、ガラス転移温度をはじめとする熱的な物性値が高い方が、耐湿性、耐酸性、耐アルカリ性等の優れたものが多い。また、透光性部材１０７の屈折率は１．５である。ここで、透光性部材１０７としては、ＳｉＯ−Ｂ２Ｏ３系をはじめとして、ＳｉＯ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ−Ｒ２Ｏ系（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ等）等を用いてもよいし、他の組成からなるガラスを用いてもよい。
透光性部材１０７は、垂直寸法ｔ２が０．２５ｍｍとなるよう形成されている。封止部６の側方距離Ｌが１．３５ｍｍで上方距離ｔ１が０．７５ｍｍであり、これらの差が０．６ｍｍであることから、透光性部材１０７の垂直寸法ｔ２はこれらの差よりも小さくなっている。
また、透光性部材１０７には、封止部６よりも高い濃度で蛍光体５が分散されている。本実施形態においては、具体的には、透光性部材１０７における蛍光体５の濃度ｂは、６．２４体積％となっている。
これにより、本実施形態の発光装置１０１は、封止部６の側方距離Ｌ、封止部６の上方距離ｔ１、封止部６における蛍光体５の単位体積あたりの濃度ａ、透光性部材１０７の垂直寸法ｔ２及び透光性部材１０７における蛍光体５の単位体積あたりの濃度ｂについて、
Ｌ×ａ＝ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ
の関係を満たしている。
この発光装置１０１の製造に際しては、封止部６を形成するための板ガラス９（図３参照）と、透光性部材１０７を形成するための板ガラスとを積層させて、ホットプレス加工を行う。このとき、封止部６の板ガラス９は上金型と接触せず、金型離反性に優れる透光性部材１０７の板ガラスが上金型と接触することとなる。
本実施形態の発光装置１０１によっても、封止部６の各側面６ａと透光性部材１０７から出射する光の色度の差を殆どなくしつつ、装置の小型化を図ることができる。また、透光性部材１０７をガラスとしたので、封止部６とともに一括して加工することができる。
また、ＬＥＤ素子２からの外部放射光量が比較的多くなる封止部６の上部に、封止部６よりも耐湿性、耐酸性、耐アルカリ性等が優れた透光性部材１０７が配され、封止部６の上部の劣化が効果的に抑制されるので、発光装置１０１の光取り出し量の経時的な劣化を抑制することができる。
また、搭載基板３の回路パターン１０４の表面が高反射率のＡｇめっきであるので、蛍光体５によって散乱して搭載基板３や回路パターン１０４で吸収される光を軽減し、光の取出効率を向上させることができる。本実施形態においては、Ａｇめっきが封止部下面６ｃの面積の４０％以上を占めているため、光の取り出しの高効率化に特に有利である。さらに、Ａｇめっきは、透湿性のないアルミナ及びガラスによって封止されているため、透湿性を有する樹脂により封止した場合に生じやすい酸化によるＡｇの黒化や、湿度、電圧等に起因するマイグレーションの発生が抑制される。
図６は第２の実施形態の変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。
図６に示す発光装置２０１は、透光性部材２０７の材質及び形状が第２の実施形態と異なっている。尚、以下の説明においては、既述した要素と同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
この透光性部材２０７は、蛍光体５を含有する樹脂からなり、上面が湾曲して形成されている。透光性部材２０７には、例えば、アクリル系、シリコーン系等の樹脂が用いられる。透光性部材２０７は、搭載基板３の中心Ｏの真上が最も上方へ突出しており、垂直寸法ｔ２が０．７５ｍｍとなっている。また、透光性部材２０７には、封止部６よりも高い濃度で蛍光体５が分散されている。具体的には、透光性部材２０７における蛍光体５の濃度ｂは、３．０体積％となっている。
これにより、この発光装置２０１は、封止部６の側方距離Ｌ、封止部６の上方距離ｔ１、封止部６における蛍光体５の単位体積あたりの濃度ａ、透光性部材２０７の垂直寸法ｔ２及び透光性部材２０７における蛍光体５の単位体積あたりの濃度ｂについて、
Ｌ×ａ＝ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ
の関係を満たしている。
この発光装置２０１によっても、封止部６の各側面６ａと透光性部材２０７から出射する光の色度の差を殆どなくすことができる。また、透光性部材２０７の上面を、中心Ｏの真上が最も上方へ突出する湾曲形状としたので、色むらのさらなる低減を図ることができる。
図７は本発明の第３の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。尚、以下の説明においては、既述した要素と同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を適宜省略する。第３の実施形態では、ＬＥＤ素子の発光波長及び個数と、蛍光体の種類、搭載基板、封止部及び透光性部材の寸法が第２の実施形態と異なっている。
図７に示すように、この発光装置３０１は、複数のＬＥＤ素子３０２と、ＬＥＤ素子３０２をマウントする搭載基板３と、各搭載基板３に形成されタングステン（Ｗ）−ニッケル（Ｎｉ）−銀（Ａｇ）で構成される回路パターン１０４と、搭載基板３の搭載面３ａ上にて各ＬＥＤ素子３０２を封止し蛍光体３０５が分散されたガラスからなる封止部６と、封止部６の上面に形成され蛍光体３０５が分散された透光性部材１０７と、を備えている。
本実施形態においては、ＬＥＤ素子３０２は、発光ピーク波長が３８０ｎｍである。また、蛍光体３０５は、ＬＥＤ素子３０２から発せられた紫外光を青色、緑色及び赤色に変換する複数種類の蛍光体である。この結果、この発光装置３０１は、青色領域、緑色領域及び赤色領域にピーク波長を有する白色光を発することとなる。
搭載基板３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の多結晶焼結材料からなり、厚さ０．２５ｍｍで１辺が７．０ｍｍの正方形状に形成されており、熱膨張率αが７×１０−６／℃である。搭載基板３における回路パターン１０４については、第２の実施形態と同様であるのでここでは説明を省略する。また、放熱パターン４５については、形成面積が大きくなった点を除いては第１の実施形態と同様である。
封止部６は、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系の熱融着ガラスからなり、上面６ｂ及び下面６ｃが搭載基板３と同様に一辺７．０ｍｍの正方形状となっている。本実施形態においては、封止部６の側方距離Ｌは３．５ｍｍであり、上方距離ｔ１は０．７５ｍｍとなっている。本実施形態においては、封止部６における蛍光体３０５の濃度ａは１．０体積％となっている。
また、透光性部材１０７は、ＳｉＯ−Ｂ２Ｏ３系の熱融着ガラスからなり、上面視にて一辺７．０ｍｍの正方形状を呈している。透光性部材１０７の垂直寸法ｔ２は０．２５ｍｍとなっている。封止部６の側方距離Ｌが３．５ｍｍで上方距離ｔ１が０．７５ｍｍであり、これらの差が２．７５ｍｍであることから、透光性部材１０７の垂直寸法ｔ２はこれらの差よりも小さくなっている。また、透光性部材１０７には、封止部６よりも高い濃度で蛍光体３０５が分散されている。本実施形態においては、具体的には、透光性部材１０７における蛍光体３０５の濃度ｂは、１１体積％となっている。尚、ガラスと蛍光体の比重がほぼ等しいことから、蛍光体３０５の濃度ｂは１１重量％ということもできる。
これにより、本実施形態の発光装置３０１は、封止部６の側方距離Ｌ、封止部６の上方距離ｔ１、封止部６の蛍光体３０５の濃度ａ、透光性部材１０７の垂直寸法ｔ２及び透光性部材１０７の蛍光体３０５の濃度ｂについて、
Ｌ×ａ＝ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ
の関係を満たしている。
本実施形態の発光装置３０１においては、紫外光を発する各ＬＥＤ素子３０２は縦横について９個×９個の配列で並べられ、合計８１個のＬＥＤ素子３０２が１つの素子搭載基板３に搭載されている。各ＬＥＤ素子３０２のうち、縦及び横の中央に配置されるＬＥＤ素子３０２は、封止部６における下面６ｃの中心Ｏに位置している。そして、縦方向、横方向及び対角方向について、中心Ｏについて対称に各ＬＥＤ素子３０２が配置されている。これにより、各ＬＥＤ素子３０２が発光した際に、封止部６の４つの側面６ａに入射する光は均等となっている。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子３０２の互いの縦横間の距離は６００μｍである。
本実施形態の発光装置３０１によれば、封止部６の各側面６ａと透光性部材１０７から出射する光の色度の差は殆ど生じず、各ＬＥＤ素子３０２が発する光の方向によって発光効率が異なることを防ぎ、全体として高い発光効率とすることができる。すなわち、ＬＥＤ素子３０２から発せられる光の方向のうち、封止部６における蛍光体３０５の濃度と距離の積が小さすぎる方向については、ＬＥＤ３０２が発する紫外光は十分に可視光に変換されずに外部へ放射されてしまう。一方、ＬＥＤ素子３０２から発せられる光の方向のうち、封止部６における蛍光体３０５の濃度と距離の積が大きすぎる方向については、紫外光から可視光に変換された光が外部へ放射され難くなってしまう。本実施形態では、このような不具合を解消し、ＬＥＤ素子３０２が発する光の方向にかかわらず、封止部６における蛍光体３０５の濃度と距離の積を適正範囲とすることができるため、高い発光効率を得ることができる。
また、本実施形態の発光装置３０１によれば、装置の小型化を図ることができる。さらに、透光性部材１０７をガラスとしたので、封止部６とともに一括して加工することができる。
また、ＬＥＤ素子３０２からの外部放射光量が比較的多くなる封止部６の上部に、封止部６よりも耐湿性、耐酸性、耐アルカリ性等が優れた透光性部材１０７が配され、封止部６の上部の劣化が効果的に抑制されるので、発光装置３０１の光取り出し量の経時的な劣化を抑制することができる。
また、ピーク波長が３８０ｎｍの光を、青色、緑色及び赤色に変換することにより、演色性の高い白色光源とすることができる。そして、第２の実施形態と同様に回路パターン１０４の銀めっきにより光の取り出しについて高効率となる。ここで、銀の反射率は３７０ｎｍ以下の波長の光について９０％以下となるが、ＬＥＤ素子３０２が３７０〜４１０ｎｍの波長の光を発することから、ＬＥＤ素子３０２から発せられる紫外光を有効に利用することができる。これにより、ＬＥＤ素子３０２の発する３７０〜４１０ｎｍの波長の光を蛍光体３０５により可視光へ波長変換することができ、標準比視感度が４１０ｎｍ以上で０．００１以上であることから、発光装置３０１の発光スペクトルを蛍光体３０５の発光を主とした安定したものとすることができる。
図８及び図９は本発明の第４の実施形態を示し、図８は発光体の概略側面断面図、図９は発光体の外観斜視図である。
図８に示すように、この発光体４００は、発光装置４０１と、この発光装置４０１から出射される光を導く導光板４２０と、発光装置４０１へ電力を供給する電力供給基板４３０と、を有している。発光装置４０１は、全体として長尺に形成されており、複数のＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２をマウントする搭載基板３と、各搭載基板３に形成されタングステン（Ｗ）−ニッケル（Ｎｉ）−金（Ａｕ）で構成される回路パターンと、搭載基板３の搭載面３ａ上にて各ＬＥＤ素子２を封止し蛍光体５が分散されたガラスからなる封止部６と、封止部６の上面に形成され蛍光体５が分散された透光性部材７と、を備えている。
搭載基板３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の多結晶焼結材料からなり、図９に示すように厚さ０．２５ｍｍで、長辺７．０ｍｍ及び短辺１．０ｍｍの長方形状に形成されており、熱膨張率αが７×１０−６／℃である。搭載基板３における回路パターンについては、第１の実施形態と同様であるのでここでは説明を省略する。また、放熱パターンについても、形成面積が大きくなった点を除いては第１の実施形態と同様である。
封止部６は、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系の熱融着ガラスからなり、上面６ｂ及び下面６ｃが搭載基板３と同様に長辺７．０ｍｍ及び短辺１．０ｍｍの長方形状となっている。本実施形態においては、封止部６の２つの側方距離Ｌのうち長い方は３．５ｍｍであり、上方距離ｔ１は０．７５ｍｍとなっている。本実施形態においては、封止部６における蛍光体５の濃度ａは１．０体積％となっている。
また、透光性部材７は、例えばＳｉＯ２等の無機ペーストからなり、上面視にて長辺７．０ｍｍ及び短辺１．０ｍｍの長方形状を呈している。透光性部材７の垂直寸法ｔ２は０．１ｍｍとなっている。封止部６の長い方の側方距離Ｌが３．５ｍｍで上方距離ｔ１が０．７５ｍｍであり、これらの差が２．７５ｍｍであることから、透光性部材７の垂直寸法ｔ２はこれらの差よりも小さくなっている。また、透光性部材７には、封止部６よりも高い濃度で蛍光体５が分散されている。本実施形態においては、具体的には、透光性部材７における蛍光体５の濃度ｂは、２７．５体積％となっている。
これにより、本実施形態の発光装置４０１は、封止部６の長い方の側方距離Ｌ、封止部６の上方距離ｔ１、封止部６における蛍光体５の単位体積あたりの濃度ａ、透光性部材７の垂直寸法ｔ２及び透光性部材７における蛍光体５の単位体積あたりの濃度ｂについて、
Ｌ×ａ＝ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ
の関係を満たしている。
本実施形態の発光装置４０１においては、青色光を発する各ＬＥＤ素子２は、搭載基板３の長手方向に３個のＬＥＤ素子２が並んで搭載されている。各ＬＥＤ素子２のうち、中央側に配置されるＬＥＤ素子２は、封止部６における下面６ｃの中心に位置している。そして、搭載基板３の長手方向について、中心について対称に各ＬＥＤ素子２が配置されている。本実施形態においては、隣接するＬＥＤ素子２間の距離は６００μｍである。
導光板４２０は、例えばアクリル板からなり、端面から入射された光により全体的に面状に発光するようになっている。すなわち、導光板４２０の表面は、発光装置から出射される光が照射される照射面をなしている。また、導光板４２０の表面は、発光装置から出射される光により発光する発光面もなしている。本実施形態においては、導光板４２０は、厚さ１．０ｍｍであり、導光板４２０の端面の１つに発光装置４０１を受容する凹部４２１が形成されている。発光装置４０１は、透光性部材７が導光板４２０の端面と接触し、長尺方向と導光板４２０の延在方向とが一致するよう配置されている。また、導光板４２０は、凹部４２１に受容された発光装置４０１を厚さ方向外側から覆う反射部材としての反射鏡４２２を有している。すなわち、反射鏡４２２は、封止部６の所定方向へ延びる側面６ａの外側に配置され当該側面６ａを覆っている。これにより、発光装置４０１の側面６ａから反射鏡４２２へ出射した光は、発光装置４０１に側面６ａから再び入射する。反射鏡４２２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）により形成される。
電力供給基板４３０は、発光装置４０１の外部接続端子４４と電気的に接続されている。ここで、発光装置４０１の放熱パターン４５及び外部接続端子４４は、導光板４２０の凹部４２１から突出しており、電力供給基板４３０と導光板４２０とが干渉しないよう構成されている。
本実施形態においても、発光装置４０１にて、封止部６の側方距離Ｌが長い方の側面６ａと透光性部材７から出射する光の色度の差を殆どなくすことができる。ここで、側方距離Ｌが短い方の側面６ａは反射鏡４２２により覆われていることから、波長変換が不十分な光が側方距離Ｌが短い方の側面６ａから導光板４２０へ入射することはない。
従って、導光板４２０を発光装置４０１から色度の差が殆どない状態で出射した光により面状に発光させることができる。また、発光装置４０１を長尺に形成し、導光板４２０の厚さ方向について、導光板４２０から突出しないようにしたので、装置をコンパクトに構成することができる。
また、この発光体４００によれば、発光装置４０１の光が照射面に映し出されることとなる。このように照射面を有する場合、発光装置４０１から出射される光の色度差も映し出されることから、看者は色度のばらつきを敏感に感じ取ることができる。しかし、この発光体４００の発光装置４０１は、前述のように色度差が低減されていることから、照射面にも色度が低減されて光が映し出され、看者に色度が均一である印象を与えることができる。
尚、第４の実施形態では、発光装置４０１から出射された光を導光板４２０によって導くものを示したが、例えば反射鏡等によって照射面まで導くようにしてもよい。
図１０から図１３は本発明の第５の実施形態を示し、図１０は発光装置の概略縦断面図である。尚、以下の説明においては、既述した要素と同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を適宜省略する。第５の実施形態では、透光性部材が第１の実施形態と異なっている。
図１０に示すように、発光装置５０１は、封止部６の上面に形成される透光性部材５０７が比較的薄く形成されている。透光性部材５０７の厚さは１５〜３０μｍであり、蛍光体５の平均粒径よりも僅かに大きい。封止部６の側方距離Ｌが１．３５ｍｍで上方距離ｔ１が０．７５ｍｍであり、これらの差が０．６ｍｍであることから、透光性部材５０７の垂直寸法ｔ２はこれらの差よりも小さくなっている。透光性部材５０７は無機ペーストからなり、蛍光体５の濃度ｂが５０〜８０重量％である。また、封止部６の蛍光体５の濃度ａは２．４重量％である。尚、ガラスと蛍光体の比重がほぼ等しいことから、封止部６の蛍光体５の濃度ａは２．４体積％ということもできる。
図１１は発光装置の模式拡大断面図である。
図１１に示すように、透光性部材５０７は、１層分の蛍光体５により蛍光体層が形成され、封止部６の上面６ｂを覆っている。本実施形態においては、透光性部材５０７の各蛍光体５の下部は、封止部６のガラスに埋入している。
この発光装置５０１の製造方法について、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は中間体の製造方法を示す模式説明図である。
図１２に示すように、蛍光体５が濃度ａで分散され、厚さが上方距離ｔ１である板ガラス９を用意する。この板ガラス９の上面に、有機成分を含有した無機ペーストからなり、蛍光体５が濃度ｂで分散された透光性部材５０７を塗布する。一方、板ガラス９とは別個に、搭載基板３の回路パターン４の表面パターン４１に複数のＬＥＤ素子２を各Ａｕバンプを用いて電気的に接合する。そして、各ＬＥＤ素子２を搭載した搭載基板３を下金型９１にセットするとともに、透光性部材５０７が塗布された板ガラス９を上金型９２にセットする。
図１３はダイサーにより複数の発光装置に分離される中間体の概略縦断面図である。
次いで、図１３に示すように、搭載基板３の搭載面３ａに板ガラス９を重ねて、下金型９１及び上金型９２を加圧し、窒素雰囲気中でホットプレス加工を行う。これにより、ＬＥＤ素子２が搭載された搭載基板３に板ガラス９が融着され、ＬＥＤ素子２は搭載基板３上で板ガラス９により封止される。このとき、透光性部材５０７における無機ペースト中の有機成分が揮発し、透光性部材５０７が板ガラス９上で焼成される。また、透光性部材５０７中の蛍光体５は、ホットプレスの圧力により板ガラス９の上面に埋入する。このようにして、複数の発光装置５０１が連結された状態の中間体５１０が作製される。この後、封止部６と一体化された搭載基板３をダイサー(dicer)にセットして、各ＬＥＤ素子２を分離するようダイシングして発光装置５０１が完成する。
以上のように構成された発光装置５０１では、透光性部材５０７には封止部６よりも高い濃度で蛍光体５が分散されているので、封止部６の側面６ａから出射される光と透光性部材５０７から出射される光の色度の差をより低減することができる。また、透光性部材５０７の垂直寸法が封止部６の側方距離Ｌと上方距離ｔ１の差よりも小さいので、色度の差を低減しつつ、装置の小型化を図ることができる。
また、透光性部材５０７の焼成とガラスにより各ＬＥＤ素子２の封止を同時に行うようにしたので、製造に要する工数を低減して製造コストの低減を図ることができる。また、ホットプレス加工時に透光性部材５０７の蛍光体５が封止部６に埋入するようにしたので、蛍光体５を封止部６に強固に接合させつつ、透光性部材５０７を薄くすることができる。尚、透光性部材５０７が塗布された板ガラス９を予めベーキングしておき、透光性部材５０７が既に焼成された板ガラス９を用いて封止加工を行ってもよく、これによっても蛍光体５を封止部６に強固に接合させることができる。
図１４は第５の実施形態の製造方法で製造された発光装置の色度分布のグラフを示す。図１４では、グラフの横軸は発光装置の光軸に対する角度であり、グラフの縦軸は９０°を基準とした色度座標ｘの色度差としている。図１４中「実施例」として示したものは、封止部の蛍光体濃度を２．４重量％とし、透光性部材の蛍光体濃度を９０重量％以上として製造された発光装置の供試体のデータである。
この供試体の透光性部材は、無機ペーストとしてシリコン化合物を使用し、有機成分としてエチレングリコールモノフェニルエーテルを含有させ、板ガラスの表面にスクリーン印刷により塗布した。尚、有機成分は任意であり、例えばベンゼン環系のものを用いることもできる。印刷にあたっては、蛍光体の平均粒径（１０μｍ）よりも粗い２０μｍのスクリーンメッシュを利用した。また、印刷時の蛍光体濃度を６８重量％とし、透光性部材の厚さは２０μｍとした。そして、１００℃で１時間だけ透光性部材の仮焼成を行った後、ホットプレス加工によりＬＥＤ素子のガラス封止及び透光性部材の焼成を同時に行った。焼成前の蛍光体濃度は６８重量％であるが、焼成時に透光性部材のペーストの殆どは揮発するため、焼成後の蛍光体濃度は９０％以上となる。
図１４の実施例のグラフに示すように、このようにして得られた供試体は、０°から９０°へわたって色度座標ｘの色度差の絶対値が０．００３以下であり、目視にて０°から９０°へわたって均一な白色光が観測された。具体的に、９０°を基準とした色度座標ｘの色度差は、０°で０．００１７、１５°で０．０００７、３０°で−０．０００７、４５°で−０．００２２、６０°で−０．００２５、７５°で−０．００１８であった。
図１４中「比較例１」として示したものは、封止部の蛍光体濃度を２．４重量％とし、透光性部材を設けなかった発光装置の供試体のデータである。図１４の比較例１のグラフに示すように、この供試体では、色度差の絶対値が０．０４を超え、目視にて０°付近で黄色光が観測され９０°付近で青色光が観測された。具体的に、色度座標ｘの色度差は、０°で０．０４４７、１５°で０．０４２２、３０°で０．０３９０、４５°で０．０３６８、６０°で０．０３１９、７５°で０．０２００であった。
図１４中「比較例２」として示したものは、１ｍｍ角のＬＥＤ素子を用い、ＬＥＤ素子を樹脂による封止とし、封止樹脂内にて蛍光体をＬＥＤ素子の近傍に沈降させて得られた発光装置の供試体のデータである。これによれば、０°付近で色度差が０．０２を超えている。
図１４中「比較例３」として示したものは、１ｍｍ角のＬＥＤ素子を用い、ＬＥＤ素子を樹脂による封止とし、ＬＥＤ素子の表面に蛍光体層をスクリーン印刷により形成した供試体のデータである。これによれば、０°付近で色度差が０．０１を超えている。
このように、実施例は、比較例１〜３と比較して角度による色度のばらつきが低減されている。また、比較例１〜３では光軸とのなす角が大きくなるに従って色度が小さくなるのに対し、実施例は、０°から４５°まで色度が小さくなり、４５°から９０°まで色度が大きくなっており、角度による色度のばらつき方が異なっている。
図１５から図１７は本発明の第６の実施形態を示し、図１５は発光体の概略側面断面図である。
図１５に示すように、この発光体５００は、発光装置５０１と、この発光装置５０１から出射される光を導く導光部材５２０と、発光装置５０１へ電力を供給する電力供給基板５３０と、電力供給基板５３０の下側に接続される放熱部材５４０と、を有している。発光装置５０１は、第５の実施形態で説明したものと同一である。
導光部材５２０は、例えばアクリル等の透明樹脂からなり、電力供給基板５３０の上面に接触し、電力供給基板５３０から上方へ向かって拡開するよう形成される。導光部材５２０の電力供給基板５３０側には、電力供給基板５３０上に突出している発光装置５０１を収容するための凹部が形成されている。導光部材５２０は、この凹部の表面をなし発光装置５０１からの光が入射する入射面５２１と、導光部材５２０の側面をなし入射面５２１から入射した光の一部を反射させる反射面５２２と、導光部材５２０の上面をなし導光部材５２０内に入射した光を上方へ出射する出射面５２３と、を有する。
入射面５２１は、発光装置５０１の上方に形成され上方へ向かって凹のレンズ面５２１ａと、レンズ面５２１ａの外縁から下方へ向かって拡開する円錐側面５２１ｂと、を有するものであってもよい。この導光部材５２０では、円錐側面５２１ｂにて、発光装置５０１から側方へ出射された光が中心軸よりに屈折されるので、反射面５２２へ入射する光の入射角を大きくして、光の取り出し効率を向上させることができる。
反射面５２２は、発光装置５０１を頂点とする放物面形状を呈し、発光装置５０１から発せられた光を、電力供給基板５３０に対してほぼ垂直な方向へ反射する。出射面５２３は、電力供給基板５３０と平行に形成されている。導光部材５２０の反射面５２２は、発光装置から出射される光により発光する発光面をなしている。
図１６は発光体の概略外観斜視図である。図１６中、導光部材５２０は仮想線で示している。
図１６に示すように、電力供給基板５３０は、平面視にて正多角形状を呈し、中央に発光装置５０１が搭載されている。電力供給基板５３０の表面には、発光装置５０１と電気的に接続される回路パターン層５３３が露出している。回路パターン層５３３は、発光装置５０１の搭載部から所定方向両側へ延び、電力供給基板５３０の外縁近傍にてアノード電極５３３ａ及びカソード電極５３３ｂをなしている。本実施形態においては、アノード電極５３３ａとカソード電極５３３ｂは独立して２つずつ形成され、各電極５３３ａ，５３３ｂと発光装置５０１とは独立して電気的に接続されている。
図１７は発光体の一部拡大模式断面図である。
図１７に示すように、電力供給基板５３０は、金属ベース部５３１、絶縁層５３２、回路パターン層５３３及び白色レジスト層５３４が、下側からこの順で形成されている。金属ベース部５３１は例えば銅からなり、電力供給基板５３０に剛性を付与するとともに、発光装置５０１にて生じた熱を放散させる。金属ベース部５３１は、はんだ材５３７により発光装置５０１の放熱パターン４５と接続されている。すなわち、放熱部材５４０は、放熱パターン４５と金属ベース部５３１を介して間接的に接続されている。また、金属ベース部５３１の下側は、例えば銅からなる放熱部材５４０に接続されている。絶縁層５３２は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等からなり、導電性を有する金属ベース部５３１と回路パターン層５３３との絶縁を図る。尚、絶縁層５３２は、発光装置５０１の放熱パターン４５に対応したエリアには形成されていない。これは、熱伝導率の低い絶縁層５３２を介さずに金属ベース部５３１へ放熱するためである。回路パターン層５３３は、例えば表面に薄膜状の金を有する銅からなり、はんだ材５３６により発光装置５０１の裏面パターン４２と接続される。白色レジスト層５３４は、例えば酸化チタンのフィラーが混入されたエポキシ系の樹脂からなり、電力供給基板５３０の上面の反射率向上に寄与している。
以上のように構成された発光体５００では、出射面での色むらは発光装置５０１の色度の方向依存性の影響を大きく受けるが、発光装置５０１の色度の方向依存性が小さいので、導光部材５２０を含む集光光学系を備えたものとしても色むらが生じないものとできる。さらに、発光装置５０１が薄型であるため、発光装置５０１の中心軸に対してなす角が９０°までの大きな角度範囲に配置されている反射面５２２から見た発光装置５０１の立体角は小さくなる。このため、光源のサイズに起因する拡がり角を抑え、集光度のより高い配光特性とすることができる。
また、発光装置５０１の各ＬＥＤ素子２で生じた熱は、放熱パターン４５、金属ベース部５３１を通じて放熱部材５４０へ伝達される。本実施形態においては、放熱部材５４０を下方へ長尺に形成したので、発光装置５０１の平面視面積の割に熱容量を大きくすることができ、発光体５００の放熱性能が良好である。このため、各ＬＥＤ素子２へより大きな電力を投入し、より大きな光出力を得ることができ、発光装置５０１を高輝度光源とすることができる。このように発光装置５０１を高輝度光源とすることは、集光光学系を用いて集光照射を行う発光体５００に好適である。
図１８及び図１９は本発明の第７の実施形態を示し、図１８は発光体の概略側面断面図である。
図１８に示すように、この発光体６００は、発光装置５０１と、この発光装置５０１から出射される光を導く導光部材６２０と、発光装置５０１へ電力を供給する電力供給基板６３０と、電力供給基板６３０の下側に接続される放熱部材６４０と、を有している。発光装置５０１は、第５の実施形態で説明したものと同一である。
導光部材６２０は、例えばＡＢＳ等の樹脂からなり、電力供給基板６３０の上面に接触するとともに発光装置５０１の側方を包囲し、電力供給基板６３０から上方へ向かって拡開する反射面を有する。導光部材６２０の反射面には、反射率が比較的高い例えばアルミニウム等の金属からなる金属層６２１が形成されている。
図１９は発光体の一部拡大模式断面図である。
電力供給基板６３０は、ポリイミドをベースとしたフレキシブル基板であり、第１ポリイミド層６３２、回路パターン層６３３、第２ポリイミド層６３４を下側からこの順に有している。尚、電力供給基板６３０は、例えば液晶ポリマーをベースとしてもよい。回路パターン層６３３は、はんだ材６３６により発光装置５０１の裏面パターン４２と接続される。電力供給基板６３０は、発光装置５０１の放熱パターン４５に対応した位置に孔６３０ａを有している。
放熱部材６４０は、例えば銅からなり、電力供給基板６３０の孔６３０ａの内側に突出する突出部６４１を有する。発光装置５０１の放熱パターン４５と突出部６４１とは、はんだ材６３７により接続される。すなわち、放熱部材６４０は、放熱パターン４５と直接的に接続されている。
以上のように構成された発光体６００では、発光装置５０１から色度の差が殆どない光が放射され、この光のうち導光部材６２０の反射面へ入射するものは上方へ向かうよう反射する。発光装置５０１の各ＬＥＤ素子２で生じた熱は、放熱パターン４５から放熱部材６４０へ直接的に伝達されるので、発光体６００の放熱性能を向上させることができる。さらに、この発光体６００では、放熱部材６４０に電力供給基板６３０を載置すればよい等、組み付け時の作業性を向上することができる。
また、電力供給基板６３０をフレキシブル基板としたことで、熱膨張率の異なる発光装置５０１と放熱部材６４０との間で生じる応力を緩和し、ヒートサイクルでの断線を防ぐことができる。特に、発光装置５０１直下の電力供給基板６３０を放熱部材６４０と接着等せず、電力供給基板６３０を放熱部材６４０に対して拘束されないようにすると、電力供給基板６３０が自由に移動できるため応力緩和に効果的である。
また、放熱部材６４０は、発光装置５０１の放熱パターン４５に対応したエリアが凸形状になっているため、実装面の高さのギャップを小さくすることができるし、この凸形状を電力供給基板６３０の孔６３０ａと嵌合させて位置合わせを行うこともでき、安定した実装を行うことができる。さらに、はんだ材６３７の厚さを薄くしてはんだ材６３７における熱抵抗を低く抑えることができ、はんだ材６３７の熱伝導性が放熱部材６４０より低い場合であっても伝熱性能が損なわれることはない。
尚、第１から第７の実施形態では、搭載基板がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなるものを示したが、アルミナ以外のセラミックから構成するようにしてもよいし、例えばＷ−Ｃｕ基板を用いても良い。また、複数のＬＥＤ素子が搭載される発光装置を示したが、例えば図２０に示すように、１つのＬＥＤ素子が搭載される発光装置であってもよい。
また、第１から第７の実施形態においては、ＬＥＤ素子２としてＧａＮ系半導体材料を含むものを用いたものを説明したが、ＬＥＤ素子２はＧａＮ系に限定されず、例えばＺｎＳｅ系やＳｉＣ系のように他の半導体材料を含む発光素子であってもよい。さらには、発光素子はＬＥＤ素子に限定されず、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
図１は本発明の第１の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。 図２は発光装置の上面図である。 図３はダイサーにより複数の発光装置に分離される中間体の概略縦断面図である。 図４は本発明の第２の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。 図５は発光装置の上面図である。 図６は第２の実施形態の変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。 図７は本発明の第３の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。 図８は本発明の第４の実施形態を示す発光体の概略側面断面図である。 図９は発光体の外観斜視図である。 図１０は本発明の第５の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。 図１１は発光装置の模式拡大断面図である。 図１２は中間体の製造方法を示す模式説明図である。 図１３はダイサーにより複数の発光装置に分離される中間体の概略縦断面図である。 図１４は第５の実施形態の製造方法で製造された発光装置の色度分布のグラフを示す。 図１５は本発明の第６の実施形態を示す発光体の概略側面断面図である。 図１６は発光体の概略外観斜視図である。 図１７は発光体の一部拡大模式断面図である。 図１８は本発明の第７の実施形態を示す発光体の概略側面断面図である。 図１９は発光体の一部拡大模式断面図である。 図２０は変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。
符号の説明
１ 発光装置
２ ＬＥＤ素子
３ 搭載基板
３ａ 搭載面
４ 回路パターン
５ 蛍光体
６ 封止部
６ａ 側面
６ｂ 上面
６ｃ 下面
７ 透光性部材
１０１ 発光装置
１０４ 回路パターン
１０７ 透光性部材
２０１ 発光装置
２０７ 透光性部材
３０１ 発光装置
３０２ ＬＥＤ素子
３０５ 蛍光体
４００ 発光体
４０１ 発光装置
４２０ 導光板
５００ 発光体
５０１ 発光装置
５０７ 透光性部材
５２０ 導光部材
５３０ 電力供給基板
５４０ 放熱部材
６００ 発光体
６２０ 導光部材
６３０ 電力供給基板
６４０ 放熱部材
Ｌ 側方距離
Ｏ 中心
ｔ１ 上方距離
ｔ２ 垂直寸法

Claims (12)

  1. 発光素子と、
    発光素子を搭載する平坦な搭載面を有する基板と、
    前記基板の前記搭載面上にて前記発光素子を封止し、前記発光素子から出射される光により励起されると波長変換光を発する蛍光体が分散された均一な厚みの封止部と、
    前記封止部の上面に形成され、前記封止部よりも高い濃度で前記蛍光体が分散された均一な厚みの透光性部材と、を備え、
    前記封止部は、前記搭載面と接合される下面の中心から、前記搭載面に対して垂直な側面までの側方距離が、前記搭載面と反対側の上面までの上方距離よりも長く形成され、
    前記透光性部材は、前記搭載面に対して垂直な側面の垂直寸法が前記側方距離と前記上方距離の差より小さくなるように形成され、
    前記封止部及び前記透光性部材は直方体状に形成され、
    前記透光性部材の上面、並びに該透光性部材及び前記封止部の側面は前記搭載面に対して垂直に露出していて白色光を出射するように構成されている発光装置。
  2. 前記封止部及び前記透光性部材は以下の関係にある請求項１に記載の発光装置。
    Ｌ×ａ≦ｔ１×ａ＋ｔ２×ｂ≦Ｌ×ａ×√２
    但し、
    Ｌ：前記封止部の側方距離
    ａ：前記封止部における前記蛍光体の単位体積あたりの濃度
    ｂ：前記透光性部材における前記蛍光体の単位体積あたりの濃度
    ｔ１：前記封止部の前記垂直寸法
    ｔ２：前記透光性部材の前記垂直寸法
  3. 前記封止部は、ガラスからなる請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記透光性部材は、無機ペーストからなる請求項１又は２に記載の発光装置。
  5. 前記透光性部材は、ガラスからなる請求項１又は２に記載の発光装置。
  6. 発光素子を平坦な搭載面を有する基板に搭載するステップと、
    前記発光素子から出射される光により励起されると波長変換光を発する蛍光体が分散され、前記基板の前記搭載面上にて前記発光素子を封止する均一な厚さの封止部を形成するステップと、
    前記封止部及び前記基板をカットして前記封止部及び前記基板の側面を前記搭載面に対して垂直に露出させるステップと、
    前記封止部の上面に前記封止部よりも高い濃度で前記蛍光体が分散された透光性部材を均一な厚さでかつ側面が前記搭載面に対して垂直に露出するように形成するステップを含み、
    前記封止部を形成するステップ、並びに前記封止部及び前記基板をカットするステップは、前記搭載面と接合される前記封止部の下面の中心から、前記搭載面に対して垂直な前記封止部の側面までの側方距離が、前記搭載面と反対側の前記封止部の上面までの上方距離よりも長くなるように前記封止部を形成し、
    前記透光性部材を形成するステップは、前記搭載面に対して垂直な側面の寸法が前記側方距離と前記上方距離の差より小さくなるように前記透光性部材を形成する発光装置の製造方法。
  7. 前記封止部を形成するステップは、板ガラスをホットプレス加工することによって行う請求項６に記載の発光装置の製造方法。
  8. 前記透光性部材を形成するステップは、無機ペーストを塗布することによって行う請求項６に記載の発光装置の製造方法。
  9. 発光素子を平坦な搭載面を有する基板に搭載するステップと、
    前記発光素子から出射される光により励起されると波長変換光を発する蛍光体が分散され、前記基板の前記搭載面上にて前記発光素子を封止する均一な厚さの封止部を形成するステップと、
    前記封止部の上面に前記封止部よりも高い濃度で前記蛍光体が分散された均一な厚さの透光性部材を形成するステップと、
    前記透光性部材、前記封止部及び前記基板をカットして前記透光性部材、前記封止部及び前記基板の側面を前記搭載面に対して垂直に露出させるステップを含み、
    前記封止部を形成するステップ、前記透光性部材を形成するステップ、並びに前記透光性部材、前記封止部及び前記基板をカットするステップは、前記搭載面と接合される前記封止部の下面の中心から、前記搭載面に対して垂直な前記封止部の側面までの側方距離が、前記搭載面と反対側の前記封止部の上面までの上方距離よりも長くなるように前記封止部を形成するとともに、前記搭載面に対して垂直な側面の寸法が前記側方距離と前記上方距離の差より小さくなるように前記透光性部材を形成する発光装置の製造方法。
  10. 前記封止部を形成するステップは、板ガラスをホットプレス加工することによって行う請求項９に記載の発光装置の製造方法。
  11. 前記透光性部材を形成するステップは、板ガラスをホットプレス加工することによって行う請求項９に記載の発光装置の製造方法。
  12. 前記封止部を形成するステップ、及び前記透光性部材を形成するステップは、前記封止部を形成するための前記板ガラスと、前記透光性部材を形成するための前記板ガラスとを積層させて一括してホットプレス加工を行う請求項９、１０、あるいは１１に記載の発光装置の製造方法。
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