JP2005166733A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ発光装置において、ＬＥＤチップの周囲に透光性樹脂を充填しない構造として、光取出し増大部の効果を低減することがないようにし、波長変換部材内の色むらや発光装置ごとの色ばらつきを低減する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１から放射される電磁波を異なる波長域の電磁波に変換する波長変換部材４と、ＬＥＤチップ１が実装される実装基板２と、ＬＥＤチップ１の周囲に設けられた凹状開口部２ａとを有し、ＬＥＤチップ１は光取り出し面側に光取出し率を増大させる機能を有する光取出し増大部３が設けられ、波長変換部材４は、光取出し増大部３と別部材として形成され、かつ、凹状開口部２ａ内のみに備えられる。これにより、発光装置ごとの色ばらつきや波長変換部材４内での色むらが低減される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤチップから放射される電磁波を異なる波長域の電磁波に変換する波長変換部材を備え、照明、表示等に使用される発光装置に関する。

近年、窒化ガリウム系化合物半導体によって、青色光あるいは紫外線を放射するＬＥＤチップが開発された。そして、ＬＥＤチップを種々の蛍光体（波長変換部材）と組み合わせることにより、白色を含め、ＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの光を出すことができるＬＥＤ発光装置の開発が試みられている。このＬＥＤ発光装置には、小型、軽量、省電力といった長所があり、現在、表示用光源、小型電球の代替光源、あるいは液晶パネル用光源等として広く用いられている。

上記発光装置には、実装基板に凹状開口部を設けて、その底面にＬＥＤチップを実装し、ＬＥＤチップを樹脂で封止する形態をとるものが多い。このような凹状開口部を備えた発光装置において、発光装置内に蛍光体を配置させる構造としては、蛍光体を含有させた透光性樹脂をＬＥＤチップの周囲に充填し、ＬＥＤチップを封止する構造が一般的である。ところが、この構造では、凹状開口部内に滴下充填される蛍光体含有樹脂の量や濃度の制御が難しく、発光装置ごとの色ばらつきが大きいという問題があった。

そこで、上記問題を解決した従来の発光装置について図１１を参照して説明する。この発光装置は、実装基板２の凹状開口部２ａの上に別部材として蛍光体を含有させた透光性樹脂から成る波長変換部材４を配置したものである。ＬＥＤチップ１とは別途に波長変換部材４を作製することにより、形状や波長変換材料濃度の制御が容易になり、発光装置ごとの色ばらつきは緩和される効果がある。しかし、この場合には、波長変換部材の周縁部が凹状開口部の外側にあることにより、波長変換部材の凹状開口部上への固定を可能にしているが、そのため、ＬＥＤチップ１の光が凹状開口部２ａの外側の波長変換部材４に直接届かない。このことが原因となって、波長変換部材４の中央部と、周縁部とから放たれる光との間に色合いの差を生じ、発光面上に色むらを生じるという問題があった。

この問題を解消した、従来の発光装置を図１２に示す。この発光装置は、例えば特許文献１に示されるものであって、凹状開口部２ａ内の所定高さまで透光性樹脂１１を充填して固化させ、その上に蛍光体を含む透光性樹脂から成る波長変換部材４を配置したものである。なお、図示、１２はＬＥＤチップ１の電極と実装基板２の配線部１４とを接続するワイヤーである。この構成においては、波長変換部材４が凹状開口部２ａ内にあるために、波長変換部材４の中央部付近と周辺部付近の色合いの差も改善される。

また、近年、ＬＥＤチップの光出力を向上させるために、本来は単純な平面であるＬＥＤチップの光取出し面を非平面化することにより、ＬＥＤチップからの光取り出し率を向上させる試みがなされており、例えば、ＬＥＤチップの光取り出し面を非鏡面化し、又は、ＬＥＤチップ上に略半球状部材を配置するといったことが成されている。このように、ＬＥＤチップの光取出し面上に設けられる非鏡面部や略半球状部材は、光取り出し面が単純な平面である場合に比べて光取り出し率を向上させる機能を有するので、そのような部位を光取出し増大部と称する。
特開２００２−１８５０４６号公報

しかしながら、図１２に示したような、ＬＥＤチップ１の周囲を透光性樹脂１１で充填封止し、その上に波長変換部材４を配置した構造を、光取り出し面側に光取出し増大部が設けられたＬＥＤチップと組み合わせて使用した場合、光取出し増大部の周囲も樹脂で覆われることになる。
光取出し増大部は、ＬＥＤチップの表面が、ＬＥＤチップの発光層に対して非平行な面となるように形成される。このことにより、ＬＥＤチップ内部から放射された光の内、ＬＥＤチップと空気層との界面で全反射してしまう割合を低下させ、光取出し率を向上させる効果を有する。しかし、樹脂で光取出し増大部が覆われると、空気層との界面が光取出し増大部の表面から樹脂の表面に移る。その場合、樹脂の表面は平坦に近い面となることから、ＬＥＤチップ内部から放射された光の内、樹脂と空気層との界面で全反射してしまう割合が増える。従って、光取出し増大部周囲が樹脂で覆われることにより、光取出し率向上の効果が低減してしまう課題があった。

本発明は、上記問題を解消するものであって、光取出し増大部の周囲全体を透光性樹脂で覆わない構造として、光取出し増大部の効果を低減することがないようにし、かつ、波長変換部材を凹状開口部内のみに配置することで、波長変換部材内の色むらや発光装置ごとの色ばらつきを低減することができる発光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップから放射される電磁波を異なる波長域の電磁波に変換する波長変換材料を含有する波長変換部材と、前記ＬＥＤチップが実装され、かつ、該ＬＥＤチップに電力を供給するための配線部を有する実装基板と、前記実装基板に実装されたＬＥＤチップの周囲に設けられた凹状開口部と、を有した発光装置において、前記ＬＥＤチップは、その光取り出し面側に、光取出し率を増大させる機能を有する光取出し増大部が設けられており、前記波長変換部材は、前記光取出し増大部と別部材として形成され、かつ、前記凹状開口部内のみに備えられ、該光取出し増大部はＬＥＤチップと一体化されているものである。前記波長変換部材は、蛍光染料、顔料等があるが、ＬＥＤチップの光を吸収する光吸収体等であってもよい。

請求項２の発明は、請求項１記載の発光装置において、凹状開口部は、実装基板に設けられ、かつ、凹状開口部の底面から開口端部に向けて広がるテーパー形状を有するものであり、波長変換部材の端部もテーパー形状であって凹状開口部に嵌合するものである。

請求項３の発明は、請求項１記載の発光装置において、凹状開口部は，実装基板に設けられ、波長変換部材は、その周囲端を外周方向から挟み込む枠部材を備えるとともに、その枠部材が実装基板に嵌合されるものである。

請求項４の発明は、請求項１記載の発光装置において、波長変換部材は、その周囲端を外周方向から挟み込む枠部材を備え、その枠部材に凹状開口部が設けられるとともに、その枠部材が実装基板に嵌合されるものである。

請求項５の発明は、請求項１記載の発光装置において、波長変換部材は、中央部付近の厚みが周辺部に比べて大きい略片平凸レンズ形状を有するものである。

請求項６の発明は、請求項１記載の発光装置において、波長変換部材は、中央部付近の波長変換材料の濃度を周辺部に比べて大きくしたものである。

請求項７の発明は、請求項１記載の発光装置において、波長変換部材は、光取出し増大部の光取出し面に近接して設置されるとともに、波長変換部材のＬＥＤチップに面する側に波長変換材料が沈降してなるものである。

請求項８の発明は、請求項１記載の発光装置において、光取出し増大部の光取出し面は、略半球形状を有するとともに、波長変換部材は、光取出し増大部の光取出し面に被覆した略等厚みの殻状形状を有するものである。

請求項１の発明によれば、波長変換部材が光取出し増大部とは別部材として、凹状開口部の内側にのみ形成されるので、発光装置ごとの色ばらつきや波長変換部材内での色むらが低減され、さらに、波長変換部材を固定するのに、前もって透光性樹脂を充填しない構造としたため、ＬＥＤチップ上の光取出し増大部の効果を損ねることがない。

請求項２，３，４の発明によれば、波長変換部材を凹状開口部に固定することが容易となり、量産性が向上する。

請求項５の発明によれば、観察角度に基づく波長変換部材中の光路差が緩和されることにより、観察角度に依存した色むら、光強度むらが低減される。

請求項６の発明によれば、ＬＥＤから放射された電磁波の内、波長変換部材内において波長変換材料によって異なる波長に変換される割合の、観察角度に基づく差が緩和されることにより、観察角度に基づく色むら、光強度むらが低減される。

請求項７の発明によれば、波長変換部材の厚みを大きくできるので、固定が容易となり、量産性が向上し、しかも、波長変換材料をＬＥＤチップに近づけることができるので、発光面を点光源に近づけることが可能となる。

請求項８の発明によれば、観察角度に基づく波長変換部材中の光路差が緩和されることにより、観察角度に依存した色むら、光強度むらを低減でき、また、発光面をコンパクトにできる。

以下、本発明の実施形態に係る発光装置について図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
図１に実施形態１のＬＥＤ発光装置の概略構成を示す。この発光装置は、ＬＥＤチップ１を実装し、ＬＥＤチップ１に電力を供給するための配線部を有する実装基板２と、ＬＥＤチップ１の光取り出し面（図面上で上面）側に一体化して設けられた光取出し増大部３と、ＬＥＤチップ実装部の周囲に形成された凹状開口部２ａと、透光性材料中に波長変換材料（本実施例においては、ＬＥＤ光により励起される蛍光体）を含有させて成る波長変換部材４とを有する。

本実施例の光取出し増大部３は、透光性材料を用いて形成した略半球状の部材をチップ１の上に接着配置したものである。波長変換部材４は、光取出し増大部３とは別部材として形成され、実装基板２の凹状開口部２ａの内壁面の上端部に接着され、凹状開口部２ａ内のみにある。凹状開口部２ａは、ここでは、円筒形状の空洞とされている。なお、図示では、実装基板２に設けられた配線部、及びＬＥＤチップ１へのワイヤーを省略している。

本実施形態の構成によれば、波長変換部材４が光取出し増大部３とは別部材として凹状開口部２ａの内側のみに形成されるので、発光装置ごとの色ばらつきや発光面上での色むらが低減される。さらに、波長変換部材４を固定するのに、前もって透光性樹脂を充填しない構造としたため、ＬＥＤチップ１上の光取出し増大部３の効果を損ねることがない。

また、本実施形態においては、光取出し増大部３として、透光性材料により形成した略半球状部材を適用したが、これに限定されるものではない。ＬＥＤチップ自身の光取出し面に加工する、あるいはＬＥＤチップとは別の部材をＬＥＤチップの光取出し面側に配置するなどの手段により、ＬＥＤチップの光取出し面側に具備されるものであればよい。その他の実施例として、図２に示すように、ＬＥＤチップ１の光取出し面を凹凸形状に加工して形成された光取出し増大部３であってもよい。

＜実施形態２＞
図３に、本実施形態２によるＬＥＤ発光装置を示す。この発光装置は、実施形態１に示したものとは、実装基板２側に形成された凹状開口部２ａがテーパー形状とされている点で相違する。このテーパー形状は、凹状開口部２ａの底面から開口端部に向けて広がるものであり、この凹状開口部２ａ内の上端部に、端面がテーパー状の波長変換部材４を設置している。その他の構成は、実施形態１と同等である。

本実施形態においては、従来に比べて波長変換部材４の凹状開口部２ａ上への設置が容易になり、量産性が向上する。なお、図３では、凹状開口部２ａの断面が段差のないテーパー形状のものを示したが、例えば、図４に示すように、段差が２段形状であって、２段目２ｂの底面部の幅が波長変換部材４の端部の厚みと同程度以下であれば、上記実施形態と同等の効果が得られる。

＜実施形態３＞
図５に、本実施形態３によるＬＥＤ発光装置を示す。この発光装置においては、波長変換部材４の周囲端５ａを外周方向から枠部材５で挟み込み、この枠部材５を実装基板２に嵌合させている。波長変換部材４の周囲端５ａは、実装基板２の凹状開口部２ａのテーパー形状延長線上にある。また、枠部材５は爪５ｂが実装基板２に係合することにより固定されている。

本実施形態においては、波長変換部材４の実装基板２への固定が容易となり、量産性が向上する。

＜実施形態４＞
図６に、本実施形態４によるＬＥＤ発光装置を示す。この発光装置においては、枠部材５に凹状開口部５ｃが形成され、この凹状開口部５ｃ内の上端部に波長変換部材４を配置している。実装基板２はその外周部が枠部材５の凹部５ｄに嵌り込んでいる。

本実施形態においては、波長変換部材４を固定することが容易となり、量産性が向上する。また、配線部を有する実装基板２では、必ず絶縁性の部位を有する必要があるのに比べて、枠部材５にはそのような制限がない。このため、枠部材５に凹状開口部５ｃを設けた本構造では、枠部材５の材質の選択由度度が実装基板２に比べて大きく、より光反射率に優れた金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｇなど）を枠部材５に用いて、凹状開口部５ｃを形成することができる。これにより、発光装置の光効率を向上させることができる。

＜実施形態５＞
図７に、本実施形態５によるＬＥＤ発光装置を示す。この発光装置においては、平凸レンズ状に形成した波長変換部材４を実装基板２のテーパー形状の凹状開口部２ａ内に配置している。平凸レンズ状の波長変換部材４は、ＬＥＤチップ１からの出射光方向に関わらず、部材内の長さが一定となるような形状とされている。ここに、光路Ａにおけるａ−ａ’間の長さと、光路Ｂにおけるｂ−ｂ’間の長さとは等しい。

本実施形態においては、観察角度に基づく波長変換部材４中の光路差が緩和されることにより、観察角度に依存した色むら、光強度むらが低減される。

＜実施形態６＞
図８に、本実施形態６によるＬＥＤ発光装置を示す。この発光装置においては、波長変換部材４の中央ほど波長変換材料の濃度を高くした。その他の構成は、実施形態２と同等である。

本実施形態においては、ＬＥＤから放射された電磁波の内、波長変換部材４内において波長変換材料によって異なる波長に変換される割合の、観察角度に基づく差が緩和されることにより、観察角度に基づく色むら、光強度むらが低減される。

＜実施形態７＞
図９に、本実施形態７によるＬＥＤ発光装置を示す。この発光装置においては、波長変換部材４として、同部材のＬＥＤチップ１に対向する面側に波長変換材料を沈降させたものを用いた。そして、波長変換部材４の厚みを大きくし、波長変換部材４のＬＥＤチップ１に対向する面側をＬＥＤチップ１の光取出し増大部３に近接させる。

本実施形態においては、波長変換材料を波長変換部材４の底面部に沈降させたことにより、波長変換部材４中に波長変換材料を均一に分散させた場合に比べて、波長変換部材４自身の厚みを大きくできる。従って、波長変換部材４の配置固定が容易になり、量産性が向上する。また、波長変換部材４のＬＥＤチップ１に対向する面側がＬＥＤチップ１に近接することにより、ＬＥＤチップ１の発光面をコンパクトにでき、点光源に近づけることができる。従って、配光制御が容易になる。

＜実施形態８＞
図１０に、本実施形態８によるＬＥＤ発光装置を示す。この発光装置においては、略半球型の光取出し増大部３上に被覆するように略等厚さの波長変換部材４を設置した。光取り出し増大部３はＬＥＤチップ１上に設置する。波長変換部材４の下端周縁部が凹状開口部２ａの側壁に略接触した状態となる。

本実施形態においては、観察角度に基づく波長変換部材４中の光路差が緩和されることにより、観察角度による色むら、光強度むらが低減される。また、波長変換部材４の発光面をコンパクトにでき、点光源に近づけることができる。従って、配光制御が容易になる。本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。

本発明の実施形態１によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 実施形態１の変形例によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 本発明の実施形態２によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 実施形態２の変形例によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 本発明の実施形態３によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 本発明の実施形態４によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 本発明の実施形態５によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 本発明の実施形態６によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 本発明の実施形態７によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 本発明の実施形態８によるＬＥＤ発光装置の概略断面図。 従来のＬＥＤ発光装置の概略断面図。 従来のＬＥＤ発光装置の概略断面図。

符号の説明

１ ＬＥＤチップ
２ 実装基板
２ａ 凹状開口部
３ 光取出し増大部
４ 波長変換部材
５ 枠部材
５ｃ 凹状開口部

Claims (8)

1. ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップから放射される電磁波を異なる波長域の電磁波に変換する波長変換材料を含有する波長変換部材と、前記ＬＥＤチップが実装され、かつ、該ＬＥＤチップに電力を供給するための配線部を有する実装基板と、前記実装基板に実装されたＬＥＤチップの周囲に設けられた凹状開口部と、を有した発光装置において、
   前記ＬＥＤチップは、その光取り出し面側に、光取出し率を増大させる機能を有する光取出し増大部が設けられており、
   前記波長変換部材は、前記光取出し増大部と別部材として形成され、かつ、前記凹状開口部内のみに備えられ、該光取出し増大部はＬＥＤチップと一体化されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記凹状開口部は、実装基板に設けられ、かつ、凹状開口部の底面から開口端部に向けて広がるテーパー形状を有するものであり、前記波長変換部材の端部もテーパー形状であって前記凹状開口部に嵌合することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記凹状開口部は，実装基板に設けられ、前記波長変換部材は、その周囲端を外周方向から挟み込む枠部材を備えるとともに、その枠部材が実装基板に嵌合されることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
4. 前記波長変換部材は、その周囲端を外周方向から挟み込む枠部材を備え、その枠部材に凹状開口部が設けられるとともに、その枠部材が実装基板に嵌合されることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
5. 前記波長変換部材は、中央部付近の厚みが周辺部に比べて大きい略片平凸レンズ形状を有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
6. 前記波長変換部材は、中央部付近の波長変換材料の濃度を周辺部に比べて大きくしたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
7. 前記波長変換部材は、光取出し増大部の光取出し面に近接して設置されるとともに、該波長変換部材のＬＥＤチップに面する側に波長変換材料が沈降してなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
8. 前記光取出し増大部の光取出し面は、略半球形状を有するとともに、前記波長変換部材は、前記光取出し増大部の光取出し面に被覆した略等厚みの殻状形状を有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。

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