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JP2020010063A - 発光装置 - Google Patents

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JP2020010063A
JP2020010063A JP2019183036A JP2019183036A JP2020010063A JP 2020010063 A JP2020010063 A JP 2020010063A JP 2019183036 A JP2019183036 A JP 2019183036A JP 2019183036 A JP2019183036 A JP 2019183036A JP 2020010063 A JP2020010063 A JP 2020010063A
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phosphor layer
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Daisuke Inomata
大介 猪股
広明 佐野
Hiroaki Sano
広明 佐野
清太郎 吉田
Seitaro Yoshida
清太郎 吉田
青木　和夫
Kazuo Aoki
和夫 青木
島村　清史
Kiyoshi Shimamura
清史 島村
ビジョラ エンカルナシオン アントニア ガルシア
Villora Encarnacion Antonia Garcia
ビジョラ エンカルナシオン アントニア ガルシア
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Tamura Corp
Koha Co Ltd
Original Assignee
National Institute for Materials Science
Tamura Corp
Koha Co Ltd
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Abstract

【課題】投光器のような高輝度で大光量を必要とする照明器具に適し、使用時の発光強度の低下や発光色の変化が少ない、リモート蛍光体を利用した発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２と離れて設置された、ＬＥＤ素子１２の発する光の波長を変換可能な蛍光体層１５と、蛍光体層１５で発生した熱を排出する放熱部材と、を有し、蛍光体層１５は、単結晶蛍光体、セラミック蛍光体、蛍光体粒子を含むガラスからなる層、又は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する基板とその表面上に形成された蛍光体粒子を含む樹脂層とを含む層であり、蛍光体層１５に発生した熱が、金属膜３５ａと、金属膜３５ａと前記放熱部材を接着する接着層１４とを介して前記放熱部材に伝わり、接着層１４は、粒子を含有する樹脂からなり、前記粒子の熱伝導率が前記樹脂の熱伝導率よりも高い樹脂層、又は半田からなる層である、発光装置３０を提供する。【選択図】図５

Description

本発明は、発光装置に関する。
従来の発光装置として、発光ダイオードの上方に、蛍光体が練り込まれた合成樹脂製のカバーを設け、発光ダイオードから発せられる光と、発光素子から発せられた光の一部を吸収した蛍光体から発せられる蛍光とを合わせて白色光をつくりだす装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１によれば、特許文献１に記載された発光装置は、蛍光体を含む合成樹脂製のカバーが発光ダイオードから離れているため、発光ダイオードから発せられる光や熱による劣化を起こしにくく、発光装置の寿命を長くすることができるとされている。
特開２００３−３４７６０１号公報
蛍光体は、発光素子から発せられる光を吸収し、発光素子からの光の波長と蛍光の波長の差（エネルギーの差）に起因する発熱を起こす。例えば、蛍光体の波長変換に伴う量子効率を１であると仮定すると、波長４５０ｎｍの青色光を吸収して波長５６０ｎｍの黄色の蛍光を発する場合には吸収したエネルギーの約２０％が熱に変わり、波長４５０ｎｍの青色光を吸収して波長６５０ｎｍの赤色の蛍光を発する場合には吸収したエネルギーの約３０％が熱に変わる。実際には、蛍光体の量子効率は１未満であるので、より多くのエネルギーが熱に変わる。
一方、蛍光体は、温度の上昇に伴って発光量が減少する温度消光特性を有する。温度消光の大小は、直接的に発光装置の発光効率に影響を与える。そのため、蛍光体を利用した発光装置が高い発光効率を有するためには、使用時における蛍光体の温度上昇を抑え、温度消光をできるだけ抑えることが極めて重要である。さらに、蛍光体の温度上昇は、発光素子から出る光の吸収率の変化や蛍光スペクトルの変化をもたらし、結果として発光装置の発光色の変化をもたらす。使用状態や使用環境における色の変化を抑えるためにも蛍光体の温度上昇を抑えることが重要である。例えば、蛍光体の発光時の温度が１００℃未満であることが望ましい。
しかし、特許文献１に記載された発光装置によれば、蛍光体が練り込まれた合成樹脂製のカバーは熱伝導率が低いため、蛍光体で発生した熱を外周部に効率的に伝達することが難しい。また、蛍光体で発生した熱を効果的に排出する放熱部材を有していない。さらに、放熱部材を取り付けたとしても、蛍光体が練り込まれた合成樹脂製のカバーは熱伝導率が高い部材に接しておらず、蛍光体で発生した熱を放熱部材に効率的に伝達することが難しい。これらの理由により、例えば、特許文献１に記載された発光装置を投光器のような高輝度で大光量を必要とする照明器具に応用しようとした場合、蛍光体の温度上昇が抑えられず、大きな温度消光が生じるおそれがある。
したがって、本発明の目的の一つは、投光器のような高輝度で大光量を必要とする照明器具に適し、使用時の発光強度の低下や発光色の変化が少ない、リモート蛍光体を利用した発光装置を提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［１４］の発光装置を提供する。
［１］４８０ｎｍ以下のピーク波長を有する光を発する発光素子と、前記発光素子と離れて設置された、前記発光素子の発する光の波長を変換可能な蛍光体層と、前記蛍光体層で発生した熱を排出する放熱部材と、を有し、前記蛍光体層は、単結晶蛍光体、セラミック蛍光体、蛍光体粒子を含むガラスからなる層、又は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する基板とその表面上に形成された蛍光体粒子を含む樹脂層とを含む層であり、前記蛍光体層に発生した熱が、金属膜と、前記金属膜と前記放熱部材を接着する接着層とを介して前記放熱部材に伝わり、前記接着層は、粒子を含有する樹脂からなり、前記粒子の熱伝導率が前記樹脂の熱伝導率よりも高い樹脂層、又は半田からなる層である、発光装置。
［２］前記放熱部材は、前記発光素子の下方に位置するヒートシンクを含む、上記［１］に記載の発光装置。
［３］前記基板の母材は、ガラス、酸化ガリウム、酸化亜鉛、サファイア、シリコンカーバイド、又はダイヤモンドである、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。
［４］前記基板は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、前記発光素子の発光波長、及び蛍光波長に対する透過率が８０％以上である、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の発光装置。
［５］前記蛍光体粒子は、単結晶蛍光体の粒子である、上記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の発光装置。
［６］前記接着層は半田からなる、上記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の発光装置。
［７］前記蛍光体層は、前記発光素子側の面上の前記接着層と接触する部分に前記蛍光体層の厚さの１０％以上の深さの凹凸を有する、上記［１］〜［６］のいずれか１項に記載の発光装置。
［８］前記接着層の熱伝導率は３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、上記［１］〜［７］のいずれか１項に記載の発光装置。
［９］前記発光素子から発せられて前記蛍光体層に入射する光の放射束密度が１．８Ｗ／ｃｍ２以上である、上記［１］〜［８］のいずれか１項に記載の発光装置。
［１０］前記蛍光体層の下面の前記接着層に接触している面積の波長変換に寄与する領域の面積に対する割合は３５％以上である、上記［１］〜［９］のいずれか１項に記載の発光装置。
［１１］前記割合は７０％以上である、上記［１０］に記載の発光装置。
［１２］前記蛍光体層は、基板とその表面上に形成された蛍光体粒子を含む樹脂層とを含む層であり、前記樹脂層中の前記蛍光体粒子の質量パーセント濃度が５０質量％以上である、上記［１］〜［１１］のいずれか１項に記載の発光装置。
［１３］前記質量パーセント濃度が５７質量％以上である、上記［１２］に記載の発光装置。
［１４］前記金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、又はそれらを含有する合金からなる、上記［１］〜［１３］のいずれか１項に記載の発光装置。
本発明によれば、投光器のような高輝度で大光量を必要とする照明器具に適し、使用時の発光強度の低下や発光色の変化が少ない、リモート蛍光体を利用した発光装置を提供することができる。
図１Ａは、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図である。 図１Ｂは、図１Ａの線分Ａ−Ａで切断した発光装置の垂直断面図である。 図２は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図３Ａは、第２の実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。 図３Ｂは、第２の実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。 図４Ａは、第２の実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。 図４Ｂは、第２の実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。 図５は、第３の実施の形態に係る発光装置の部分的に拡大された垂直断面図である。 図６Ａは、第４の実施の形態に係る発光装置の部分的に拡大された垂直断面図である。 図６Ｂは、第４の実施の形態に係る蛍光体層の部分的に拡大された斜視図である。 図７は、第５の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図８Ａは、第６の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図８Ｂは、第６の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図９は、第６の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図１０は、実施例に係る発光装置の垂直断面図である。
〔第１の実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１Ａは、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図１Ｂは、図１Ａの線分Ａ−Ａで切断した発光装置の垂直断面図である。発光装置１０は、リモート蛍光体を利用した発光装置である。ここで、リモート蛍光体とは、発光装置内において蛍光体層と発光素子とを離して設置する技術である。
発光装置１０は、金属パッド１１と、金属パッド１１上に搭載されたＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２を囲む側壁１３と、接着層１４を介して側壁１３に固定され、ＬＥＤ素子１２の上方を覆う、ＬＥＤ素子１２の発する光の波長を変換可能な蛍光体層１５と、を有する。
側壁１３は、ＬＥＤ素子１２を囲む絶縁性の基体１３ｂと、基体１３ｂのＬＥＤ素子１２側の側面に形成された金属層１３ａを有する。金属層１３ａは、金属パッド１１及び接着層１４に接触する。図１Ａ中の点線は、蛍光体層１５の下方の金属層１３ａの位置を表している。
金属パッド１１は、ＣｕやＡｌ等の金属からなる部材であり、ＬＥＤ素子１２には金属パッド１１を介して外部から電力が供給される。金属パッド１１は、例えば、リードフレームである。金属パッド１１は、電気的に分離された領域１１ａと領域１１ｂを有する。
ＬＥＤ素子１２は、ピーク波長が４８０ｎｍ以下の光を発する。このような発光波長の短い発光素子を用いる場合、蛍光体による波長変換の際のストークスロスが大きく、蛍光体の発熱量が大きくなる。そのため、蛍光体層１５に生じる熱を効果的に排出することが重要になる。
ＬＥＤ素子１２は、フェイスダウン型のＬＥＤチップであり、基板１２ｂ及び結晶層１２ａを有する。基板１２ｂは、例えば、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、あるいは酸化ガリウム基板等の導電性基板である。結晶層１２ａは、基板１２ｂ上にエピタキシャル成長により形成された層であり、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた発光層を有する。結晶層１２ａの材料には、ＬＥＤ素子１２の発光波長に応じて、例えば、ＩｎＧａＮ系結晶、ＧａＮ系結晶、ＡｌＧａＮ系結晶、あるいはＡｌＮ系結晶が用いられる。
ＬＥＤ素子１２は、基板１２ｂに接続されるワイヤー１６、及び結晶層１２ａの底面に形成された図示しない電極を介して、金属パッド１１の領域１１ａ、領域１１ｂに電気的に接続される。ワイヤー１６は、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕからなる。
また、図１には、１つのＬＥＤ素子１２が示されているが、発光装置１０は複数のＬＥＤ素子１２を有してもよい。その場合、複数のＬＥＤ素子の電気的接続は、直列回路でも、並列回路でも、あるいは直列回路と並列回路の組合せ回路であってもよい。
なお、後述するように、本実施の形態によれば、蛍光体層１５に発生する熱を効率よく排出することができるため、放射束密度が大きく（例えば、１．８Ｗ／ｃｍ2以上）、蛍光体層１５に熱が発生しやすい場合に、特に効果が得られる。ここで、光放射束密度は、ＬＥＤ素子１２から発せられて蛍光体層１５に入射する光の放射束密度であり、ＬＥＤ素子１２の全放射束［Ｗ］を蛍光体層１５の波長変換に寄与する領域の面積［ｃｍ2］で除したものである。
また、ＬＥＤ素子１２の代わりに、フェイスアップ型のＬＥＤ素子を用いてもよい。例えば、サファイア基板上にエピタキシャル成長させた発光層部分をサファイア基板から物理的に剥離し、Ｓｉ基板やＣｕＷ金属基板等の導電性基板に張り付けた構造を有する、剥離タイプと呼ばれるＬＥＤ素子であってもよい。
またＬＥＤ素子の基板は、導電性でなくてもよい。このフェイスアップ型で基板が導電性でない場合、ＬＥＤ素子のＰ電極とＮ電極それぞれに対して、異なる導電性ワイヤーを用いて、極性に応じた金属パッドに電気的に接続する。
また、フリップチップ型のＬＥＤ素子は、例えば、結晶層のｎ型半導体層とｐ型半導体層にそれぞれ接続される導電バンプを介して、金属パッド１１に接続される。このように、本実施の形態の効果は、ＬＥＤ素子の形態に関わらず得ることができる。さらに、ＬＥＤ素子１２の代わりに、レーザー素子等の他の発光素子を用いてもよい。
側壁１３の基体１３ｂは、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等のセラミックからなる。側壁１３の表面の金属層１３ａは、熱伝導率及び反射率の高い金属からなり、例えば、ＡｇやＡｌ、又はＣｕの表面に反射率の高いＡｇを形成したものからなることが好ましい。金属層１３ａは、例えば、プレス加工した基材表面にメッキ又は蒸着することにより形成される。側壁１３は、例えば、発光装置１０のパッケージの一部である。
金属層１３ａは、金属パッド１１及び接着層１４に接触し、蛍光体層１５に発生して接着層１４に伝わった熱を金属パッド１１に伝えることができる。また、金属層１３ａの一部が蛍光体層１５に直接接する場合は、蛍光体層１５の熱を直接受け取り、金属パッド１１に伝えることができる。金属パッド１１は、放熱部材として機能し、外部に熱を排出することができる。
なお、金属層１３ａは、図１Ａの実線及び点線で表されるように、少なくとも２つの電気的に分離された領域を有し、各領域は、金属パッド１１の領域１１ａと領域１１ｂのいずれか一方にのみ接触する。これは、金属層１３ａによりＬＥＤ素子１２の回路が短絡することを防ぐためである。
接着層１４は、高熱伝導グリスや高熱伝導ペースト等の粒子を含有する樹脂、又は半田からなる。ここで、本明細書においては、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することを高熱伝導と呼ぶ。樹脂に含有される粒子は、金属粒子、半導体粒子、及び絶縁体粒子のいずれであってもよいが、接着層１４の熱伝導率を向上させるために添加されるものであるため、樹脂よりも熱伝導率が高いことが求められる。従って、粒子の熱伝導率は１以上であることが必要である。高熱伝導率を有する絶縁体粒子の材料としては、例えば、シリカ、ダイヤモンド等の共有結合性の強い材料が挙げられる。なお、高熱伝導グリスは、シリカ等の粒子を含有するシリコーンオイル混合物であり、高熱伝導ペーストは、Ａｇ等の粒子を含有する熱硬化性樹脂である。
接着層１４は、蛍光体層１５の外周部と側壁１３の間の少なくとも一部の領域に形成されていればよいが、蛍光体層１５からの放熱経路を大きくし、蛍光体層１５の放熱性を高めるために、金属層１３ａと接触する全ての領域に形成されることが好ましい。ただし、接着層１４は、金属層１３ａの複数の分離された領域を電気的に接続しない。これは、金属層１３ａ及び接着層１４によりＬＥＤ素子１２の回路が短絡することを防ぐためである。
蛍光体層１５は、単結晶蛍光体、セラミック蛍光体、又は、蛍光体粒子を含むガラスからなる。単結晶蛍光体としては、例えば、国際公開第２０１２／０５７３３０号に開示されているＹＡＧ：Ｃｅ（Yttrium Aluminum Garnet）に代表されるガーネット系の単結晶蛍光体を用いることができる。セラミック蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅに代表されるガーネット系のセラミック蛍光体を用いることができる。蛍光体粒子を含むガラスとしては、例えば、低融点ガラスを用いることができる。
単結晶蛍光体、セラミック蛍光体、及び蛍光体粒子を含むガラスは、蛍光体粒子を含む透明樹脂よりも熱伝導率が高いため、蛍光体層１５内で発生した熱、特に温度上昇が大きくなる中心部の熱を外周部に効率よく伝達することができ、高熱伝導の接着層１４、及び側壁１３を介して、放熱部材まで効率的に熱を排出することができる。この結果として、蛍光体層の温度上昇を抑制できるため、温度消光を起こしにくい。例えば、透明樹脂の１つであるシリコーン樹脂の熱伝導率は０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるのに対して、ＹＡＧ：Ｃｅ単結晶蛍光体、あるいは、ＹＡＧ：Ｃｅセラミック蛍光体の熱伝導率は、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、低融点ガラスの熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と、従来の樹脂構造に対して、１０倍〜１００倍の熱伝達能力があるため、効率的に蛍光体層１５の外周部に熱を伝達することができる。
また、蛍光体層１５は、ＬＥＤ素子１２の光、及び、蛍光体層１５内で波長変換された蛍光を効率よく外部に取出すことができるように、ＬＥＤ素子１２の発光波長、及び蛍光体層１５の蛍光波長に対して、８０％程度以上の透過率を有することが望ましい。
さらに、融液成長により製造した単結晶蛍光体は、従来の焼結で製造した蛍光体粒子よりも、温度消光が小さい。このため、単結晶蛍光体が蛍光体層１５の材料として特に好ましい。
熱伝導率の高い蛍光体層１５に発生した熱は、蛍光体層１５の外周部に効率的に伝達し、熱伝導率の高い接着層１４、金属層１３ａ、金属パッド１１を伝わり、主に金属パッド１１又は金属パッド１１に接続された図示しない放熱部材から効率的に排出される。このため、蛍光体層１５の熱を効率よく排出することで、蛍光体層１５の温度上昇を抑制し、発光装置１０の発光強度の低下や発光色の変化を抑制することができる。
１．８Ｗ／ｃｍ2以上の光放射束密度を有する高輝度で大光量の光を波長変換する場合、蛍光体層１５の発熱量が大きくなる。そのため、蛍光体層１５に生じる熱を効果的に排出することが重要になる。ここで、光放射密度の分母の面積は、波長変換に寄与する蛍光体層１５の面積、すなわちＬＥＤ素子１２側に露出した蛍光体層１５の下面の面積である。
また、蛍光体層１５の厚さは、例えば、１ｍｍであるが、厚さが薄くなるほど熱の排出が困難になるため、本実施の形態の手段により蛍光体層１５に生じる熱を効果的に排出することが重要になる。
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、側壁の構成において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
（発光装置の構成）
図２は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置２０は、金属パッド１１と、金属パッド１１上に搭載されたＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２を囲む側壁２３と、接着層１４を介して側壁２３に固定され、ＬＥＤ素子１２の上方に位置する蛍光体層１５と、を有する。
側壁２３は、樹脂材料よりも高い熱伝導率を有するＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等のセラミックからなる。Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮの熱伝導率は、それぞれ３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。側壁２３は、例えば、発光装置２０のパッケージの一部である。
蛍光体層１５に発生した熱は、熱伝導率の高い接着層１４、側壁２３を伝わり、側壁２３からも排出される。また、側壁２３の一部が蛍光体層１５に直接接する場合は、蛍光体層１５の熱を側壁２３が直接受け取り、排出することができる。また、側壁２３が金属パッド１１に接触している場合は、金属パッド１１又は金属パッド１１に接続された図示しない放熱部材からも熱が排出される。このため、蛍光体層１５の熱を第１の実施の形態と同様に効率よく排出し、発光装置２０の発光強度の低下や発光色の変化を抑制することができる。
図３Ａ、図３Ｂは、第２の実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。図３Ａの発光装置２０ａ及び図３Ｂの発光装置２０ｂの側壁２３は、金属からなる。
図３Ａの発光装置２０ａは、金属板２１と、金属板２１上に設置された絶縁基板２２と、絶縁基板２２上に設置されたＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２を囲む側壁２３と、接着層１４を介して側壁２３に固定され、ＬＥＤ素子１２の上方に位置する蛍光体層１５と、側壁２３の底面に接触するヒートシンク等の放熱部材２７と、を有する。
絶縁基板２２は、接着層２５により金属板２１上に固定されている。絶縁基板２２は、ＡｌＮ等の熱伝導率の高い絶縁材料からなる。接着層２５は、例えば、ＳｎＡｇＣｕ系半田、ＡｕＳｎ系半田等からなる。
絶縁基板２２の上面には、Ａｇ、Ａｕ等の金属からなる配線パターン２４が形成されている。ＬＥＤ素子１２は、ワイヤー１６、及び結晶層１２ａの底面に形成された図示しない電極を介して、配線パターン２４に接続される。ＬＥＤ素子１２と金属板２１は、絶縁基板２２により絶縁されている。また、配線パターン２４には、側壁２３に設けられた溝や孔を通って発光装置２０ａの外部から内部に延びる絶縁膜に被覆されたワイヤー（図示されない）が接続され、そのワイヤーを介してＬＥＤ素子１２に電源が供給される。
金属板２１は、Ｃｕ等の熱伝導率の高い金属からなる。金属板２１は、例えば、ビス２９により放熱部材２７に固定される。金属板２１と放熱部材２７との間には高熱伝導グリス２６が塗布されている。また、高熱伝導グリス２６の代わりに放熱シートを用いてもよい。さらに、高熱伝導グリス２６の代わりに高熱伝導ペーストや半田を用いることもでき、金属板２１と放熱部材２７の接続強度が十分な場合には、ビス２９を用いなくてもよい。この高熱伝導ペーストは、例えば、Ａｇ等の金属粒子や金属ナノ粒子を含む熱硬化性樹脂である。
側壁２３は、Ａｇ、Ａｌ等の金属からなる。また、例えば、Ｃｕの表面に反射率の高いＡｇを形成したものであってもよい。側壁２３は、回路の短絡を防ぐために、配線パターン２４には接触しない。
側壁２３は、放熱部材２７及び接着層１４に接触し、蛍光体層１５に発生して接着層１４に伝わった熱を放熱部材２７に伝えることができる。また、側壁２３の一部が蛍光体層１５に直接接する場合は、蛍光体層１５の熱を直接受け取り、放熱部材２７に伝えることができる。側壁２３は、ビス２８により放熱部材２７に固定される。
図３Ｂの発光装置２０ｂは、金属板２１の面積が大きく、側壁２３が金属板２１を介してビス２８により放熱部材２７に固定される点で発光装置２０ａと異なる。発光装置２０ｂにおいては、蛍光体層１５から側壁２３に伝わった熱が、金属板２１を介して放熱部材２７に伝わる。発光装置２０ｂにおいては、金属板２１及び高熱伝導グリス２６は１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するため、放熱部材の一部とみなすことができる。すなわち、金属板２１、高熱伝導グリス２６、及び放熱部材２７が１つの放熱部材を構成する。
図４Ａ、図４Ｂは、第２の実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。図４Ａの発光装置２０ｃ及び図４Ｂの発光装置２０ｄの側壁２３は、金属からなる。
図４Ａの発光装置２０ｃは、金属板２１と、金属板２１上に設置された絶縁基板２２と、絶縁基板２２上に設置されたＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２を囲む側壁２３と、接着層１４を介して側壁２３に固定され、ＬＥＤ素子１２の上方に位置する蛍光体層１５と、ヒートシンク等の放熱部材２７と、側壁２３の外側に設けられた放熱部材８２とを有する。
側壁２３及び放熱部材２７は、筐体８１に固定される。図４Ａに示される筐体８１は、発光装置２０ｃを有する照明器具の筐体の一部である。
放熱部材２７は、例えば、図示しないＬ字金具を用いたビス固定や、エポキシ系接着剤により、筐体８１に固定される。発光装置２０ｃの放熱部材２７は、主にＬＥＤ素子１２に発生した熱を放出するために用いられる。
側壁２３は、例えば、ビス２８により筐体８１に固定される。また、側壁２３は、ビス２８の代わりにエポキシ系接着剤等を用いて筐体８１に固定されてもよい。
発光装置２０ｃの側壁２３及び放熱部材８２は、金属又はセラミックからなる。放熱部材８２は、例えば、側壁２３と同一の材料から側壁２３と一体に形成された部材である。すなわち、内側が側壁２３である幅広の側壁の外側が放熱部材８２として用いられる。
また、放熱部材８２は、側壁２３と異なる材料から独立して形成されてもよい。この場合、例えば、放熱部材８２は接着部材を介して側壁２３に接続される。接着部材は、高い熱伝導率、例えば１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、を有する高熱伝導グリスや高熱伝導ペースト等の粒子を含有する樹脂、又は半田等の材料からなる。
また、放熱部材８２は、放熱部材２７と同様に、表面がフィン加工された構造を有してもよい。
側壁２３は、放熱部材８２及び接着層１４に接触し、蛍光体層１５に発生して接着層１４に伝わった熱を放熱部材８２に伝えることができる。また、側壁２３の一部が蛍光体層１５に直接接する場合は、蛍光体層１５の熱を直接受け取り、放熱部材８２に伝えることができる。
図４Ｂの発光装置２０ｄは、放熱部材８２の代わりに、リフレクターである放熱部材８３を用いる点で発光素子２０ｃと異なる。放熱部材８３は、ＬＥＤ素子１２から発せられて蛍光体層１５を透過した光を反射するためのＬＥＤ素子１２の上方に開口するリフレクターであり、側壁２３に固定される。
放熱部材８３は、金属又はセラミックからなる。放熱部材８３は、例えば、高熱伝導グリスやＴＩＭ（Thermal Interface Material）を介してビス２８により側壁２３の上面上に固定される。また、放熱部材８３は、側壁２３と同一の材料から側壁２３と一体に形成されてもよい。また、側壁２３は、放熱部材２７と同様に、表面がフィン加工された構造を有してもよい。
ＬＥＤ素子１２からの放熱経路と、蛍光体層１５からの放熱経路が熱的に接続されていると、蛍光体層１５がＬＥＤ素子１２の発熱による影響を受ける場合がある。発光装置２０ｃ及び発光装置２０ｄにおいては、放熱部材２７と放熱部材８３とが熱的に分離されており、そのためＬＥＤ素子１２からの放熱経路と蛍光体層１５からの放熱経路とが熱的に分離されている。このため、蛍光体層１５の温度上昇をより効果的に抑えることができる。
なお、発光装置２０ｃの放熱部材８２、又は発光装置２０ｄの放熱部材８３を発光装置２０に適用してもよい。また、第１の実施の形態の発光装置１０に適用してもよい。この場合は、側壁１３の基体１３ｂが、熱伝導率の高いＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等のセラミックからなることが求められ、放熱部材８２又は放熱部材８３が側壁１３の基体１３ｂと一体に形成され、又は側壁１３の基体１３ｂに接続される。
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、蛍光体層の構成において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
（発光装置の構成）
図５は、第３の実施の形態に係る発光装置の部分的に拡大された垂直断面図である。発光装置３０は、金属パッド１１と、金属パッド１１上に搭載されたＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２を囲む、ＬＥＤ素子１２側の側面に金属層１３ａを有する側壁１３と、接着層１４を介して側壁１３の金属層１３ａに固定され、表面の接着層１４と接触する部分に金属膜３５ａを有し、ＬＥＤ素子１２の上方に位置する蛍光体層３５と、を有する。蛍光体層を除いて、発光装置３０の構成は第１の実施の形態の発光装置１０と同様である。
蛍光体層３５の蛍光部３５ｂは、第１の実施の形態の蛍光体層１５と同様の材料からなり、同様の形状を有する。蛍光体層３５の金属膜３５ａは、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ等の金属あるいはそれらを含有する合金からなる。特に反射率の高いＡｇあるいは、Ａｇを含有する合金が好適である。金属膜３５ａは、例えば、スパッタリングや蒸着により形成される。
蛍光体層３５に金属膜３５ａを設け、接着層１４を金属膜３５ａに接着させる。半田は熱伝導率が高い（例えば、Ｓｎ３Ａｇ０．５Ｃｕ半田で６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度）ため、接着層１４が半田からなることが蛍光体層３５の放熱のために好ましい。金属膜３５ａは、蛍光部３５ｂの外周部の接着層１４と接触する部分の少なくとも一部に形成されていればよいが、熱伝導性を高めるために、蛍光部３５ｂの外周部の接着層１４と接触する全ての部分に形成されることが好ましい。
蛍光体層３５の蛍光部３５ｂに発生した熱は、熱伝導率の高い金属膜３５ａ、接着層１４、金属層１３ａ、金属パッド１１を伝わり、主に金属パッド１１又は金属パッド１１に接続された図示しない放熱部材から放出される。このため、蛍光体層３５の熱を効率よく放出し、発光装置３０の発光強度の低下や発光色の変化を抑制することができる。
また、本実施の形態は、第２の実施の形態と組み合わされてもよい。すなわち、側壁１３の代わりに第２の実施の形態の側壁２３を用いてもよい。その場合、蛍光部３５ｂに発生した熱は、金属膜３５ａ、接着層１４、側壁２３を伝わり、放熱部材２７ａ、２７ｂ、又は２７ｃから放出される。
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態は、蛍光体層の構成において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
（発光装置の構成）
図６Ａは、第４の実施の形態に係る発光装置の部分的に拡大された垂直断面図である。発光装置４０は、金属パッド１１と、金属パッド１１上に搭載されたＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２を囲む、ＬＥＤ素子１２側の側面に金属層１３ａを有する側壁１３と、接着層１４を介して側壁１３の金属層１３ａに固定され、ＬＥＤ素子１２側の面上の接着層１４と接触する部分に凹凸部４５ａを有し、ＬＥＤ素子１２の上方に位置する蛍光体層４５と、を有する。蛍光体層を除いて、発光装置４０の構成は第１の実施の形態の発光装置１０と同様である。
図６Ｂは、第４の実施の形態に係る蛍光体層の部分的に拡大された斜視図である。蛍光体層４５は、第１の実施の形態の蛍光体層１５と同様の材料からなり、ＬＥＤ素子１２側の面（図６Ａにおける下側の面）上の接着層１４と接触する部分に凹凸部４５ａを有する。蛍光体層４５に凹凸部４５ａを設け、凹凸部４５ａに接着層１４を接着することにより、接着層１４と蛍光体層４５の接触面積が増加し、蛍光体層４５の熱を接着層１４へ効率よく逃がすことができる。
凹凸部４５ａは、光取り出し効率を向上させるために蛍光体層に形成される凹凸とは異なり、蛍光体層の厚さの１０％以上の深さ（凸部の頂点から凹部の底までの深さ）を有する。凹凸部４５ａは、例えば、蛍光体層４５にエッチング加工を施すことにより形成される。凹凸部４５ａは、蛍光体層４５のＬＥＤ素子１２側の面上の接着層１４と接触する部分の少なくとも一部に形成されていればよいが、蛍光体層４５の放熱性を高めるために、蛍光体層４５のＬＥＤ素子１２側の面上の接着層１４と接触する全ての部分に形成されることが好ましい。
蛍光体層４５に発生した熱は、熱伝導率の高い接着層１４、金属層１３ａ、金属パッド１１を伝わり、主に金属パッド１１又は金属パッド１１に接続された図示しない放熱部材から放出される。このため、蛍光体層４５の熱を効率よく放出し、発光装置４０の発光強度の低下や発光色の変化を抑制することができる。
また、本実施の形態は、第２の実施の形態と組み合わされてもよい。すなわち、側壁１３の代わりに第２の実施の形態の側壁２３を用いてもよい。その場合、蛍光体層４５に発生した熱は、接着層１４、側壁２３を伝わり、放熱部材２７ａ、２７ｂ、又は２７ｃから放出される。
〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態は、蛍光体層の構成において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
（発光装置の構成）
図７は、第５の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置５０は、金属パッド１１と、金属パッド１１上に搭載されたＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２を囲む側壁１３と、接着層１４を介して側壁１３に固定され、ＬＥＤ素子１２の上方に位置する蛍光体層５１と、を有する。
蛍光体層５１は、透明基板５１ａと、透明基板５１ａの表面上の蛍光体粒子を含む樹脂層５１ｂとを含む。蛍光体層５１は、透明基板５１ａの上面上と下面上のいずれに形成されてもよい。
透明基板５１ａは、高い熱伝導率、例えば１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、を有する透明な基板である。透明基板５１ａの熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましい。
透明基板５１ａの母材は、例えば、ガラス、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、サファイア、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、又はダイヤモンドであり、それぞれの熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、２０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
本実施例の形態では、蛍光体粒子で発生した熱は蛍光体粒子を含有する樹脂を介して透明基板５１ａに伝達する。このため、透明基板５１ａの熱伝導率は、蛍光体が蛍光体の基材と一体化してなるとみなせる第１の実施の形態の蛍光体層１５よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。また、透明基板５１ａは、ＬＥＤ素子１２の発光波長、及び樹脂層５１ｂに含まれる蛍光体粒子の蛍光波長に対する透過率が８０％以上であることが好ましい。
樹脂層５１ｂの樹脂は、シリコーン樹脂等の透明樹脂である。樹脂層５１ｂに含まれる蛍光体粒子は、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の粒子である。また、樹脂層５１ｂに含まれる蛍光体粒子は、融液成長により製造した単結晶蛍光体を粉砕して製造した単結晶粉末蛍光体であることが好ましい。
また、特願２０１２−０９９３１５号明細書によれば、融液成長により製造した単結晶蛍光体は温度消光が小さく、それを粉砕した融液成長により製造した単結晶蛍光体から形成した単結晶粉末蛍光体は、従来の焼結で製造した多結晶粉末蛍光体よりも温度消光が小さい。これにより、例えば、蛍光体温度が１００℃のときに、１０％程度の発光強度の差が生じる。このため、融液成長により製造した単結晶蛍光体を粉砕して製造した単結晶粉末蛍光体が樹脂層５１ｂに含まれる蛍光体粒子として特に好ましい。
樹脂に蛍光体粒子を混合した後、これを透明基板５１ａの上面に塗布し、熱処理を施して樹脂を固化させることにより、樹脂層５１ｂが得られる。例えば、接着層１４が半田又は銀ペーストからなる場合は、透明基板５１ａを接着層１４により側壁１３に固定した後に、樹脂層５１ｂの樹脂を固化するための熱処理を施す。接着層１４が高熱伝導グリスからなる場合は、樹脂層５１ｂの樹脂を固化するための熱処理を施した後に、透明基板５１ａを接着層１４により側壁１３に固定することが好ましい。
蛍光体層５１に発生した熱は、熱伝導率の高い接着層１４、金属層１３ａ、金属パッド１１を伝わり、主に金属パッド１１又は金属パッド１１に接続された図示しない放熱部材から放出される。このため、蛍光体層５１の熱を効率よく放出し、発光装置５０の発光強度の低下や発光色の変化を抑制することができる。
なお、蛍光体層５１は、発光装置２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの蛍光体層１５、発光装置３０の蛍光体層３５、又は発光装置４０の蛍光体層４５と置き換えられてもよい。蛍光体層３５と置き換える場合は、金属膜３５ａと同様の金属膜が透明基板５１ａの外周部の接着層１４と接触する部分に設けられる。蛍光体層４５と置き換える場合は、凹凸部４５ａと同様の凹凸部が透明基板５１ａのＬＥＤ素子１２側の面上の接着層１４と接触する部分に設けられる。
〔第６の実施の形態〕
第６の実施の形態は、蛍光体層が放熱部材に直接接続される点において、第２の実施の形態と異なる。なお、第２の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
（発光装置の構成）
図８Ａ、図８Ｂ及び図９は、第６の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、それぞれ、金属板２１と、金属板２１上に設置された絶縁基板２２と、絶縁基板２２上に設置されたＬＥＤ素子１２と、ヒートシンク等の放熱部材２７と、ＬＥＤ素子１２の上方及び側方を覆い、前記放熱部材２７に直接接続される蛍光体層６５と、を有する。
絶縁基板２２は、接着層２５により金属板２１上に固定されている。絶縁基板２２の上面には、Ａｇ、Ａｕ等の金属からなる配線パターン２４が形成されている。ＬＥＤ素子１２は、ワイヤー１６、及び結晶層１２ａの底面に形成された図示しない電極を介して、配線パターン２４に接続される。金属板２１は、例えば、ビス２９により放熱部材２７に固定される。金属板２１と放熱部材２７との間には高熱伝導グリス２６が塗布されている。
蛍光体層６５は、例えば、ドーム形状を有し、単結晶蛍光体、セラミック蛍光体、蛍光体粒子を含むガラス、又は蛍光体粒子を含む透明樹脂からなる。また、蛍光体層６５は、第５の実施の形態の蛍光体層５１と同様の構成を有してもよい。発光装置６０ａ、６０ｂ、６０ｃにおいては、蛍光体層６５に発生した熱が直接放熱部材２７に伝わり、放熱部材２７から放出される。
図８Ａに示される発光装置６０ａにおいては、放熱部材２７の上面に金属板２１を囲むように形成された円形の溝６１に蛍光体層６５の下部が嵌め込まれ、蛍光体層６５が放熱部材２７に固定される。なお、蛍光体層６５が第５の実施の形態の蛍光体層５１と同様の構成を有する場合は、具体的には、透明基板５１ａの下部が溝６１に嵌め込まれる。
図８Ｂに示される発光装置６０ｂにおいては、溝６１の内側の側面にネジ溝６２が形成され、蛍光体層６５の下部の内側の側面にネジ溝６２に対応するネジ溝６３が形成されており、蛍光体層６５の下部を放熱部材２７の溝６１にねじ込むことにより、蛍光体層６５が放熱部材２７に固定される。なお、溝６１の外側の側面にネジ溝６２が形成され、蛍光体層６５の下部の外側の側面にネジ溝６３が形成されてもよい。また、蛍光体層６５が第５の実施の形態の蛍光体層５１と同様の構成を有する場合は、具体的には、透明基板５１ａの下部の側面にネジ溝６３が形成される。
図９に示される発光装置６０ｃにおいては、放熱部材２７の側面の上部にネジ溝６４が形成され、蛍光体層６５の下部の内側の側面にネジ溝６４に対応するネジ溝６３が形成されており、蛍光体層６５の下部を放熱部材２７の溝６１にねじ込むことにより、蛍光体層６５が放熱部材２７に固定される。また、蛍光体層６５が第５の実施の形態の蛍光体層５１と同様の構成を有する場合は、具体的には、透明基板５１ａの下部の内側の側面にネジ溝６３が形成される。
（実施の形態の効果）
上記の第１〜６の実施の形態によれば、放熱経路を設けて蛍光体層の熱を効率的に放出することにより、蛍光体の温度消光に起因する発光装置の発光強度の低下や発光色の変化を抑制することができる。また、蛍光体層が単結晶蛍光体、セラミック蛍光体、又は蛍光体粒子を含むガラスからなり、蛍光体層自体の熱伝導率が高い場合には、より効率よく放熱することができる。
図１０は、実施例に係る発光装置の垂直断面図である。本実施例では、図１０に示される発光装置７０を用いて、蛍光体層の構成や接着層の材料が蛍光体層の温度に与える影響を調べた。
発光装置７０は、金属板２１と、金属板２１上に設置された絶縁基板２２と、絶縁基板２２上に設置されたＬＥＤ素子７２と、ＬＥＤ素子７２を囲み、金属板２１を介してビス２８によりヒートシンクである放熱部材２７に固定される側壁２３と、直接、又は接着層１４を介して直接側壁２３に固定され、ＬＥＤ素子１２の上方に位置する蛍光体層７１と、を有する。
接着層１４は、熱伝導率が３Ｗ／（ｍ・Ｋ）の高熱伝導グリスからなる。
絶縁基板２２は、ＳｕＡｇＣｕ半田からなる接着層２５により金属板２１上に固定されている。絶縁基板２２は、ＡｌＮからなり、０．３８ｍｍの厚さを有する。絶縁基板２２の平面形状は２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形である。
ＬＥＤ素子７２はフリップチップ型のＬＥＤ素子であり、絶縁基板２２上の配線パターン２４に接続される。ＬＥＤ素子７２の平面形状は１ｍｍ×１ｍｍの正方形であり、８行８列の合計６４個のＬＥＤ素子７２が絶縁基板２２上に設置されている。
金属板２１は、Ｃｕからなり、３．５ｍｍの厚さを有する。金属板２１の平面形状は４０ｍｍ×４０ｍｍの正方形である。金属板２１と放熱部材２７との間には高熱伝導グリス２６が塗布されている。発光装置７０においては、金属板２１及び高熱伝導グリス２６は１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するため、放熱部材の一部とみなすことができる。すなわち、金属板２１、高熱伝導グリス２６、及び放熱部材２７が１つの放熱部材を構成する。
側壁２３は、Ａｌからなる。側壁２３は円形の開口部を有する。このため、蛍光体層７１の下面のＬＥＤ素子７２側に露出する領域は円形である。
放熱部材２７の平面形状は、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形である。
蛍光体層７１は、ＹＡＧ焼結蛍光体粒子を含む樹脂板（質量比は、樹脂：ＹＡＧ焼結蛍光体粒子＝１５０：２００）である蛍光体含有樹脂板、ガラス基板とその上のＹＡＧ焼結蛍光体粒子を含む樹脂（質量比は、樹脂：ＹＡＧ焼結蛍光体粒子＝１５０：２００）との組み合わせ、サファイア基板とその上のＹＡＧ粉末蛍光体粒子を含む樹脂（質量比は、樹脂：ＹＡＧ焼結蛍光体粒子＝１５０：２００）との組み合わせ、又はＹＡＧ単結晶蛍光体板である。
蛍光体層７１の平面形状は２２ｍｍ×２２ｍｍの正方形であり、その下面のＬＥＤ素子７２側に露出する領域、すなわち波長変換に寄与する領域は直径１９ｍｍの円形である。従って、蛍光体層７１の波長変換に寄与する領域の面積は、２．８［ｃｍ2］である。蛍光体層７１の厚さは１ｍｍである。発光装置７０の白色化の際の相関色温度を５０００Ｋになるように調整した。
次の表１は、本実施例における評価に用いた７つの発光装置（試料１〜７）の構成と、蛍光体層７１の発光時の中心付近における温度の測定値を示す。
Figure 2020010063
表１の"全放射束［Ｗ］"は、ＬＥＤ素子７２の全放射束であり、これを変化させながら各試料の評価を行った。また、"光放射束密度［Ｗ／ｃｍ2］"は、ＬＥＤ素子７２から発せられて蛍光体層７１に入射する光の放射束密度であり、"全放射束［Ｗ］"を蛍光体層７１の波長変換に寄与する領域の面積２．８［ｃｍ2］で除したものである。
表１の"蛍光体層温度［℃］"は、蛍光体層７１の発光時の中心付近における温度であり、"×"は１５０℃を超えた温度を表す。これは、ＬＥＤ素子７２のジャンクション温度が最大１２０〜１５０℃程度であることから、１５０℃を１つの基準としたものである。
表１は、蛍光体層７１が単結晶蛍光体板であるときに最も効果的に熱が排出され、蛍光体含有樹脂板からなる場合に最も熱が排出されていないことを示している。
また、試料２と試料４の放熱特性の差は、試料４のサファイア基板の熱伝導率（３３Ｗ／（ｍ・Ｋ））が試料２のガラス基板の熱伝導率（１Ｗ／（ｍ・Ｋ））の差によるものと考えられる。また、蛍光体層７１がガラス基板とその上のＹＡＧ焼結粉末蛍光体を含む樹脂との組み合わせからなる試料２、３においても、光放射束密度［Ｗ／ｃｍ2］が１．８［Ｗ／ｃｍ2］である場合には温度を１００℃近傍に保つことができた。
また、試料２と試料３の結果の比較、試料４と試料５の結果の比較、及び試料６と試料７の結果の比較によれば、接着層１４を設けることにより、蛍光体層７１の温度を大きく低減できることが確認できる。また、本実施例と同様の実験により、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）の高熱伝導グリスを接着層１４として用いる場合であっても、蛍光体層７１の温度を低減できることを確認した。これらの結果から、接着層１４の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましいといえる。
本実施例において、蛍光体層７１の下面の接着層１４に接触している面積は２２2−π（１９／２）2ｃｍ2であり、波長変換に寄与する領域の面積であるπ（１９／２）2ｃｍ2に対する割合は７０％である。また、本実施例と同様の実験により、この割合が３５％以上であるときに接着層１４による蛍光体層７１の温度の低減が確認された。これらの結果から、蛍光体層７１の下面の接着層１４に接触している面積の全面積に対する割合は、３５％以上であり、７０％以上であることが好ましいといえる。
また、ＹＡＧ焼結粉末蛍光体を含むガラス板からなる蛍光体層を用いて、本実施例と同様の実験を行ったところ、試料３と試料４の中間程度の温度排出効果が得られることが確認された。
なお、透明基板とその表面上の蛍光体粒子を含む樹脂層とから構成される蛍光体層７１の熱を排出し易くするためには、樹脂層を薄くして樹脂層中の熱を透明基板へ伝達し易くすることが求められるが、発光装置７０の発光色を一定に保ちつつ樹脂層を薄くするためには、樹脂層における蛍光体粒子の濃度を高くする必要がある。
本実施例においては、試料２〜５における樹脂中の蛍光体粒子の質量パーセント濃度は５７質量％である。また、本実施例と同様の実験により、この質量パーセント濃度が５０質量％以上である場合に蛍光体層７１の熱を効果的に排出できることが確認された。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、発光装置は、上記実施の形態に示される任意の異なる形態の複数の放熱部材を有してもよい。すなわち、発光装置の放熱部材は、任意の異なる形態の複数の部材から構成されてもよい。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
また、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
投光器のような高輝度で大光量を必要とする照明器具に適し、使用時の発光強度の低下や発光色の変化が少ない、リモート蛍光体を利用した発光装置を提供する。
１０、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、３０、４０、５０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、７０…発光装置、１１…金属パッド、１２、７２…ＬＥＤ素子、１３、２３…側壁、１３ａ…金属層、１３ｂ…基体、１４…接着層、１５、３５、４５、５１、６５、７１…蛍光体層、２１…金属板、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、８２、８３…放熱部材、３５ａ…金属膜、４５ａ…凹凸部、５１ａ…透明基板、５１ｂ…樹脂層、６１…溝、６２、６３、６４…ネジ溝

Claims (14)

  1. ４８０ｎｍ以下のピーク波長を有する光を発する発光素子と、
    前記発光素子と離れて設置された、前記発光素子の発する光の波長を変換可能な蛍光体層と、
    前記蛍光体層で発生した熱を排出する放熱部材と、
    を有し、
    前記蛍光体層は、単結晶蛍光体、セラミック蛍光体、蛍光体粒子を含むガラスからなる層、又は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する基板とその表面上に形成された蛍光体粒子を含む樹脂層とを含む層であり、
    前記蛍光体層に発生した熱が、金属膜と、前記金属膜と前記放熱部材を接着する接着層とを介して前記放熱部材に伝わり、
    前記接着層は、粒子を含有する樹脂からなり、前記粒子の熱伝導率が前記樹脂の熱伝導率よりも高い樹脂層、又は半田からなる層である、
    発光装置。
  2. 前記放熱部材は、前記発光素子の下方に位置するヒートシンクを含む、
    請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記基板の母材は、ガラス、酸化ガリウム、酸化亜鉛、サファイア、シリコンカーバイド、又はダイヤモンドである、
    請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記基板は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、前記発光素子の発光波長、及び蛍光波長に対する透過率が８０％以上である、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
  5. 前記蛍光体粒子は、単結晶蛍光体の粒子である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
  6. 前記接着層は半田からなる、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
  7. 前記蛍光体層は、前記発光素子側の面上の前記接着層と接触する部分に前記蛍光体層の厚さの１０％以上の深さの凹凸を有する、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
  8. 前記接着層の熱伝導率は３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
  9. 前記発光素子から発せられて前記蛍光体層に入射する光の放射束密度が１．８Ｗ／ｃｍ２以上である、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光装置。
  10. 前記蛍光体層の下面の前記接着層に接触している面積の波長変換に寄与する領域の面積に対する割合は３５％以上である、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光装置。
  11. 前記割合は７０％以上である、
    請求項１０に記載の発光装置。
  12. 前記蛍光体層は、基板とその表面上に形成された蛍光体粒子を含む樹脂層とを含む層であり、
    前記樹脂層中の前記蛍光体粒子の質量パーセント濃度が５０質量％以上である、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発光装置。
  13. 前記質量パーセント濃度が５７質量％以上である、
    請求項１２に記載の発光装置。
  14. 前記金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、又はそれらを含有する合金からなる、
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発光装置。
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