CN100428512C

CN100428512C - 发光二极管装置

Info

Publication number: CN100428512C
Application number: CNB2006100033617A
Authority: CN
Inventors: 户田雅宏; 岩本正己; 森山严与; 中西晶子; 齐藤明子; 川岛净子; 三瓶友广; 塩崎满; 植竹久代
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: EP1686631A2; CN1819289A; EP1686631A3

Abstract

本发明提供一种发光二极管装置，它可提高输出光的光束及其演色性。该发光二极管装置具备：发光二极管芯片(8)，它安装在基板(2)上；黄色荧光体层(13)，它覆盖发光二极管芯片，并且添加有黄色荧光体；底部、侧面镀金层(7a、7b)，它们形成于基板上，并且具有如下反射特性：在发光二极管芯片的发光波长范围内，其光反射率低于镍的光反射率，并且在黄色荧光体层中荧光发光波长范围内，其光反射率高于镍的光反射率。

Description

发光二极管装置

技术领域

本发明是关于一种配设有发光二极管(LED)的发光二极管装置。

背景技术

作为习知发光二极管装置的一例，众所周知为面安装型发光二极管装置(例如参照日本专利文献1)，其于配设有发光二极管芯片的容器内填充合成树脂，使发光二极管芯片封装在容器内。而通过这种发光二极管装置而发出白色光的习知例，众所周知是使蓝色发光LED芯片的蓝色光，与由此蓝色发光激发黄色发光荧光体所获得的黄色光混色，而输出白色光。而且，众所周知，在这种发光二极管装置中，为了使发光二极管芯片所发出的光反射到基板安装面上，以提高输出光的光束，而在此基板安装面上形成反射率较高的白色树脂，或镀银(Ag)、镀镍(Ni)等金属镀层。(参照例如日本专利文献2)

【专利文献1】日本专利特开2002-43625号公报

【专利文献2】日本专利特开2002-319711号公报

然而，习知技术中存在如下问题：如果为了提高输出光的光束，使用反射率高于镀镍的镀银，则输出光的光束会提高，但是导致演色性以及相关色温产生变化。

亦即，在习知技术中，如果使发光二极管芯片的蓝色发光(例如460nm)等短波长范围的反射率提高，则因蓝色发光激发的荧光体的发光强度增强，因此其与蓝色发光的强度比产生了变化。

因此，并不能实现提高反射率以提高输出光的光束与演色性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光二极管装置，其可抑制演色性降低，并且使输出光的光束提高。

本发明提供一种发光二极管装置，其特征在于具备：发光二极管芯片，其安装在基板上；荧光体层，其覆盖发光二极管芯片，并且添加有荧光体；反射层，其形成于基板上，并且具有如下反射特性：在发光二极管芯片的发光波长范围内，其光反射率低于镍的光反射率，并且在荧光体层的荧光发光波长范围内，其光反射率高于镍的光反射率。

在上述的发光二极管装置中，其特征在于：上述反射层包含金。

在上述的发光二极管装置中，其特征在于：上述反射层具有投光开口，投射来自上述荧光体层的光，并且形成于收纳发光二极管芯片的凹部内。

本发明提供一种发光二极管装置，其特征在于具备：发光二极管芯片，其安装在基板上，主要发出蓝色光；荧光体层，其受到来自发光二极管芯片的蓝色光激发而发出黄色系光，并射出由这些蓝色光和黄色系光混色而成的白色光；反射层，其具有以下特性：波长为540nm的反射率是波长为640nm的反射率的1.3倍～2.5倍，且波长为540nm的反射率为70％以上，并且至少反射蓝色光和黄色系光。

在上述的发光二极管装置中，其特征在于：上述反射层通过镀金而形成。

在上述的发光二极管装置中，其特征在于：通过镀金而形成的上述反射层的厚度为0.2～0.4μm。

在上述的发光二极管装置中，其特征在于：上述反射层形成于上述基板上。

根据本发明，由于通过反射层使包含荧光体层中荧光发光的长波长范围内的光反射率，高于镍(Ni)的光反射率，因此可提高由该荧光体层向外部输出的输出光的光束。

而且，由于此光束提高的输出光是使演色性提高的长波长范围内的光，因而可抑制演色性降低。

根据本发明，由于反射层包含金，故可防止或者降低长期因反射层氧化或者硫化所造成的劣化。

根据本发明，来自荧光体的长波长范围内的光，在基板的反射面与具有投光开口的凹部内这两处，分别由较高反射层反射，故可使其反射光量增加。因此，仅由反射光量的增加，即可提高由凹部开口向外部输出的输出光的光束。

根据本发明，通过该反射层使例如在约7000K以下的低相关色温范围内的发光效率(1m/W)比镍(Ni)制反射层等的发光效率要高，由此可抑制低相关色温范围内光输出的下降。换言之，于低相关色温范围内，可一面抑制光输出的下降，一面通过改变荧光体层的组成等方法而适当改变相关色温。

另外，当上述波长为540mm与460mm的光反射率比小于1.3时，由于反射层的光反射特性于短波长范围内的光反射率接近比金高的镍的反射特性，因而难以调整到低相关色温。而且，当反射率比超过2.5倍时，反射光中的蓝色光相对减少，导致发光效率有降低的趋势。因此，仅可调整低相关色温范围，故相关色温的可调整范围变窄。

根据本发明，反射层通过镀金而形成，因而可防止或者降低长期因反射层的氧化或硫化所造成的劣化。

根据本发明，通过镀金而形成的反射层厚度为0.2～0.4μm，因此与该厚度范围以外的情形相比，可起到反射率较高的效果。

根据本发明，当在基板上安装发光二极管芯片时，可于此平板状基板上形成反射层，故可易于高效且高精度地形成此反射层。

而且，在基板上安装发光二极管芯片后，以该基板为底面，可易于形成取光口(投光开口)，使其直线对向于此底面，故可提高取光口的光取出效率，其所取的光包含由该底面反射层反射的光。

附图说明

图1是本发明第1实施例的发光二极管照明装置的平面图。

图2是图1的II-II线剖面图。

图3是图2的III部分放大图。

图4是本发明其它实施例的主要部分放大纵剖面图。

图5是对底面、侧面镀金层与单是习知的镀镍层，比较二者可视光反射率的反射特性示意图。

图6是本发明第2实施例的发光二极管照明装置中，发光二极管装置的主要部分纵剖面图。

图7是在使用镀金、镀银以及镀镍作为图6所示发光二极管装置的反射层时，白色光的相关色温与发光效率的相关关系图。

图8是图6所示镀金层的厚度以及白色光在所需波长的全反射率的相关关系一览表。

图9是图8所示镀金层的厚度以及白色光在所需波长的全反射率的相关关系图。

1，21：发光二极管照明装置 2，2 2：基板

3：发光二极管装置 4：绝缘层

5：导电层 5a，5b：电路图案

5c：电绝缘体间隙 6a：底部镀Ni层

6b：侧面镀金层 7a：底部镀金层

7b：侧面镀金层 8：LED芯片

9：接合线 10：凹部

10a：投光开口 10b：凹部侧面

11：透镜座 12：密封树脂

13：黄色荧光体层 23：反射层

具体实施方式

以下，依据附图对本发明的实施例加以说明。另外，多数张附图中，对于同一或者相当部分，附上同一符号。

图1是本发明第1实施例的LED(发光二极管)照明装置1的平面图，图2是图1的II-II线剖面图，图3是图2的III部分放大图。

如图1、图2所示，LED照明装置1，是在基板2上以例如3行3列的矩阵状配设有多数个发光二极管装置3、3、......，并连成为一体。

基板2是由具有放热性及刚性的铝(Al)或Ni、玻璃环氧树脂等平板所构成，并且是将多数个发光二极管装置3、3、......的各基板连成一体而成的一体基板，在此基板2上透过电性绝缘层4而配设有导电层5。

如图3所示，在导电层5上，以每个LED装置3为单位，由Cu与Ni的合金或Au等形成阴极侧与阳极侧的一对电路图案(布线图案)5a、5b，并且在这一对电路图案5a、5b之间，插入树脂等电绝缘体5c，使这一对电路图案5a、5b彼此电性绝缘。

在这一对电路图案5a、5b上，透过底部镀Ni(镍)层6a而形成底部镀金层7a，并且底部镀Ni层6a形成底部镀金层7a的基底层。这些底部镀Ni层6a与底部镀金层7a，对应于一对电路图案5a、5b，分别通过阴极侧与阳极侧的电绝缘体5c而电性绝缘。此外，在此底部镀金层7a的阴极侧或阳极侧的任一方上面，以每个LED装置3为单位，分别搭载蓝色发光LED芯片8。各蓝色发光LED芯片8包含发出蓝色光的例如氮化镓(GaN)系半导体等。各蓝色发光LED芯片8通过接合线9、9，将其阴极与阳极的一对上电极，分别连接到电路图案5a、5b上的镀金层7a上。

然后，在基板2上，以每个LED装置3为单位，形成透镜座11，此透镜座11在各蓝色发光LED芯片8周围隔开所需的间距而环绕，且分别以同心状形成朝向基板2的相反侧(图2、图3中的上方)而逐渐扩展的圆锥台状凹部10，并且将这些透镜座形成一体。透镜座11由例如PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PC(聚碳酸脂)等合成树脂所构成，各凹部10分别具有向外部开口的投光开口10a。

而各凹部10中，在其内部分别填充具有透光性的硅胶或环氧树脂等热硬化性透明树脂，作为密封树脂12，并在此密封树脂12中，注入添加有所需重量百分比的黄色发光荧光体的树脂，使之热硬化，由此构成黄色发光荧光体13，而此黄色发光荧光体接收来自蓝色发光LED芯片8的蓝色光并发出黄色荧光。

另外，作为黄色发光荧光体13，其包含可荧光发出黄色系光的荧光体，此黄色系光包含波长为480nm以上的黄色光或绿色光。而且，如图4所示，在凹部10的侧面，可全面形成上述镀镍层及镀金层，作为侧面镀Ni层6b及侧面镀金层7b，也可再进一步，使这些侧面镀Ni层6b与侧面镀金层7b，分别与底部镀Ni层6a和底部镀金层7a连成一体。

图5表示是对底面、侧面镀金层7a、7b，以及去除这些镀金层7a、7b后单是先前的镀镍层，比较二者可视光反射率的反射特性。

图5中，如A曲线所示，镀Ni层的可视光反射率中，在包含蓝色发光LED8的蓝色光波长(例如460nm)的400nm～480nm短波长范围内，反射率约50％左右而相对较高，在550nm以上的长波长范围内，反射率约65％～70％左右，则不一定会比较高。

与此相对，如B曲线所示，底部、侧面镀金层7a、7b的可视光反射率中，在上述短波长范围内，反射率例如约40％左右，低于镀Ni层50％左右的反射率，而在550nm以上长波长范围内，反射率约80％～100％，相比镀N i层的约65％～70％左右的反射率，高出约20％～30％左右。

接着，说明该LED照明装置1的作用。

首先，当在各阴极侧与阳极侧的电路图案5a、5b之间，从外部施加特定的直流电压时，各蓝色发光LED芯片8发出蓝色光。此蓝色发光在黄色发光荧光体层13内激发黄色荧光体，使其发出黄色光，并且与此黄色混色而成为白色光。这些蓝色发光或黄色光、白色光，由对向于投光开口10a的底部镀金层7a反射，或者也可分别由朝向投光开口10a而逐渐开口的侧面镀金层7b反射，再分别从投光开口10a向外部投射。

因此，从投光开口10a向外部投射的光束可提高例如约20％～30％左右。

而且，因为此光束提高的光，主要是使演色性提高的长波长范围(例如550nm以上)内的光，故也可提高演色性。此外，当具备底部、侧面镀金层7a、7b的两者时，与只具备其一方的情形相比，由于荧光体层13内的光反射率提高，由此可提高输出光的光束及演色性。

另外，反射面的底部、侧面镀金层7a、7b包含难以氧化的金，故可防止或者降低长期因氧化造成的劣化。

再者，底部、侧面镀金层7a、7b分别透过基底的底部、侧面镀Ni层6a、6b形成于导电层5、基板2以及透镜座11上，因而可防止底部、侧面镀金层7a、7b的金在导电层5、基板2以及透镜座11上失去光泽，从而可提高底部、侧面镀金层7a、7b的涂装性。另外，上述电绝缘体5c也可用使上述导电层5、底部镀Ni层6a、底部镀金层7a的各阴极侧与阳极侧分离的间隙来代替。

图6是本发明第2实施例中，设置于发光二极管照明装置21中的发光二极管装置22的主要部分纵剖面图。此发光二极管装置22，具有在电路图案5上形成有反射层23的主要特征，而与上述图1～图4所示的发光二极管装置3相同或相当的部分，图6中附上同样的符号，以省略或者简化重复说明。

作为反射层23，使用具有以下反射特性的反射材料：光的波长为540nm的反射率ra是波长为460nm的反射率rb的1.3～2.5倍。

如图5所示镀金B，波长为460nm的反射率ra例如约40％，而波长为540nm的反射率rb约80％，后者的反射率rb约是前者反射率ra的2倍，因此其具有作为反射层23的反射材料所需条件。

图8是此镀金层的厚度与所需波长(例如450、550、660nm)的全反射率的相关关系一览表，图9是其图表。如图8、图9所示，镀金层的全反射率，在镀层厚度约为0.1μm、0.3μm、0.5μm的三者中，当为0.3μm时最大。

因此，作为反射层23，0.3μm厚度的镀金层最佳。

图7是分别使用镀金Au以及镀镍Ni作为此反射层23时，相关色温(K)与发光效率的相关关系图表，此图表依据新的见解。相关色温的调整，可通过例如调节密封树脂12内所混合的黄色发光或红色发光等黄色光系列的荧光体混合量而进行。

如图7所示，使用镀金层作为反射层23时，例如在约7000K以下的低相关色温范围内的发光效率高于镀镍层Ni的发光效率。

因此，使用镍作为反射层23时，使混合于密封树脂12内的红色荧光体的混合量增加，由此可在低温范围内调节相关色温，但从红色荧光体自身的蓝色光向红色光的转换效率较低，而且由于吸收来自发光二极管芯片8的蓝色光与来自黄色荧光体的黄色光，因而白色输出光减弱。

与此相对，使用镀金作为反射层23时，相比镍的情形，并未使混合在密封树脂12内的红色荧光体的混合量增加，因而可在例如约7000K以下的低相关色温范围内调节。

由此，在低相关色温范围内，可不减弱输出光而适当调节相关色温。亦即，欲取出的输出光的相关色温相同时，与镀镍相比，镀金可使输出光增强。

而且，在基板2上安装发光二极管芯片8时，由于可在此平板状基板2上形成反射层23，因此可易于高效且高精度地形成此反射层23。

再者，在基板2上安装了发光二极管芯片8后，以此基板2为底面，可易于形成光取出口(投光开口)，使其直线对向于该底面，因而可提高来自光取出口的输出光的输出，该输出光包含由该底面反射层23所反射的反射光。

Claims

1.一种发光二极管装置，其特征在于，包括：

发光二极管芯片，其安装在基板上；

荧光体层，其覆盖发光二极管芯片，并且添加有荧光体；

反射层，其形成于基板上，并且具有以下反射特性：在发光二极管芯片的发光波长范围内，其光反射率低于镍的光反射率，并且在荧光体层中荧光发光波长范围内，其光反射率高于镍的光反射率。

2.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于：上述反射层包含金。

3.如权利要求1或2所述的发光二极管装置，其特征在于：上述反射层具有投光开口，投射来自上述荧光体层的光，并且形成于收纳发光二极管芯片的凹部内。

4.一种发光二极管装置，其特征在于，包括：

发光二极管芯片，其安装在基板上，主要发出蓝色光；

荧光体层，其受到来自发光二极管芯片的蓝色光激发而发出黄色系光，并且射出由这些蓝色光与黄色系光混色而成的白色光；

反射层，其具有以下特性：波长为540nm的反射率是波长为460nm的反射率的1.3倍～2.5倍，波长为540nm的反射率为70％以上，并且至少反射蓝色光和黄色系光。

5.如权利要求4所述的发光二极管装置，其特征在于：上述反射层通过镀金而形成。

6.如权利要求5所述的发光二极管装置，其特征在于：通过镀金而形成的上述反射层的厚度为0.2～0.4μm。

7.如权利要求4至6中任一项所述的发光二极管装置，其特征在于：上述反射层形成于上述基板上。