JP2005183900A - Light emitting device and lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード装置、特に発光素子から発せられる光を波長変換して外部に放出する発光装置および照明装置に関する。 The present invention relates to a light-emitting diode device, and more particularly to a light-emitting device and a lighting device that emits light emitted from a light-emitting element after wavelength conversion.
従来の発光ダイオード(LED)等の発光素子105を収容するための発光装置を図2に示す。図2に示すように、発光装置は、上面の中央部に発光素子105を搭載し、発光素子105と発光素子収納用パッケージ(以下、単にパッケージともいう)の内外を電気的に導通接続するリード端子やメタライズ配線層等から成る配線導体(図示せず)が形成された絶縁体から成る基体101と、基体101の上面に接着固定され、中央部に発光素子105を収納するための貫通孔が形成された、金属、樹脂またはセラミックス等から成る枠体102とから主に構成される。
A light-emitting device for accommodating a light-emitting
基体101は酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂から成る。基体101がセラミックスから成る場合、その上面にメタライズ配線層がタングステン(W)、モリブデン(Mo)−マンガン(Mn)等から成る金属ペーストを高温で焼成して形成される。また、基体101が樹脂から成る場合、基体101をモールド成型する際に、銅(Cu)や鉄(Fe)−ニッケル(Ni)合金等から成るリード端子が基体101の内部に一端部が突出するように固定される。
The
また、枠体102は、アルミニウム(Al)やFe−Ni−コバルト(Co)合金等の金属、アルミナ質焼結体等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工や金型成型または押し出し成型等の成型技術により形成される。さらに、枠体102の中央部には上方に向かうに伴って外側に広がる貫通孔が形成されており、貫通孔の内周面の光の反射率を向上させる場合、この内周面にAl等の金属が蒸着法やメッキ法により被着される。そして、枠体102は、半田、銀ロウ等のロウ材または樹脂接着剤により、基体101の上面に接合される。
The
そして、基体101表面に形成した配線導体(図示せず)と発光素子105の電極とをボンディングワイヤ(図示せず)を介して電気的に接続し、しかる後、発光素子105の表面に蛍光体層104を形成した後に、枠体102の内側に透明樹脂106を充填し熱硬化させることで、発光素子105からの光を蛍光体層104により波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を取り出せる発光装置と成すことができる。そして、枠体102の上面に透光性の蓋体103を半田や樹脂接着剤等で接合して発光装置となる。また、発光素子105として発光波長が300〜400nmの紫外領域を含むものを選び、蛍光体層104に含まれる赤、青、緑の3原色の蛍光体粒子の混合比率を調整することで色調を自由に設計することができる。
Then, a wiring conductor (not shown) formed on the surface of the
そのような蛍光体粒子としては様々な材料が用いられており、例えば赤はLa2O2S:Eu(EuドープLa2O2S)の蛍光体粒子、緑はZnS:Cu,Alの蛍光体粒子、青は(BaMgAl)10O12:Euの蛍光体粒子が用られている。 Various materials are used for such phosphor particles. For example, red is La 2 O 2 S: Eu (Eu-doped La 2 O 2 S) phosphor particles, and green is ZnS: Cu, Al fluorescence. The body particles, blue, are phosphor particles of (BaMgAl) 10 O 12 : Eu.
また一般的に蛍光体粒子は紛体であり、蛍光体粒子単独では蛍光体層104の形成が困難なため、樹脂もしくはガラスなどの透明部材中に蛍光体粒子を混入して発光素子105の表面に塗布し蛍光体層104とするのが一般的である。
しかしながら前記発光装置において、発光装置の発光色ばらつきが大きいことが問題となっている。一般的に電球や蛍光灯などの発光装置の発光色ばらつきは色温度に対し上下10%の範囲内で制御する必要があり、発光ダイオードを発光素子に用いる発光装置を普及させるためには発光装置の発光色ばらつきを低減させることが重要である。 However, in the light emitting device, there is a problem that the light emission color variation of the light emitting device is large. Generally, the emission color variation of light emitting devices such as light bulbs and fluorescent lamps needs to be controlled within a range of 10% above and below the color temperature, and in order to popularize light emitting devices using light emitting diodes as light emitting elements, light emitting devices It is important to reduce the emission color variation.
発光装置の発光色のばらつきは、発光装置の発光効率のばらつきに依存する傾向があり、発光効率を向上させることによって発光強度のばらつきの少ない安定な発光をさせることができ、それによって、発光色のばらつきも抑制できる。 The variation in the light emission color of the light emitting device tends to depend on the variation in the light emission efficiency of the light emitting device, and by improving the light emission efficiency, stable light emission with little variation in the light emission intensity can be achieved. The variation of can also be suppressed.
そして、発光効率を向上させる手段としては、蛍光体層104の蛍光体粒子含有量や厚みを適度な範囲にすることが提案されている。これによって、発光素子105からの光を効率よく蛍光体粒子で波長変換できるとともに、この波長変換された蛍光を蛍光体層104から効率よく放出することができ、発光効率を向上させることができる。
As a means for improving the luminous efficiency, it has been proposed that the phosphor particle content and thickness of the
しかしながら、このように蛍光体層104の蛍光体粒子含有量や厚みを適度な範囲にして発光効率を向上させることにより、発光装置の発光色のばらつきを抑制できるものの、近時の照明装置等の用途に対しては、さらなる発光色ばらつきの低減が要求されている。
However, by improving the luminous efficiency by making the phosphor particle content and thickness of the
従って本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、発光装置の発光色ばらつきを低減することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce variations in emission color of a light emitting device.
本発明の発光装置は、発光波長が300〜400nmである発光素子と、該発光素子の光軸上に配置された、La2O2S:Euの蛍光体粒子、ZnS:Cu,Alの蛍光体粒子および(BaMgAl)10O12:Euの蛍光体粒子を透明部材中に混入させて成る蛍光体層とを具備しており、前記各蛍光体粒子の平均粒径が1〜50μmであることを特徴とする。 The light-emitting device of the present invention includes a light-emitting element having an emission wavelength of 300 to 400 nm, La 2 O 2 S: Eu phosphor particles arranged on the optical axis of the light-emitting element, and ZnS: Cu, Al fluorescence. Body particles and a phosphor layer formed by mixing phosphor particles of (BaMgAl) 10 O 12 : Eu into a transparent member, and the average particle diameter of each phosphor particle is 1 to 50 μm It is characterized by.
本発明の発光装置において、好ましくは、前記透明部材は、前記発光素子が発する光と、前記発光素子からの光によって励起されたそれぞれの前記蛍光体粒子が発する蛍光に対して透明な樹脂またはガラスから成ることを特徴とする。 In the light emitting device of the present invention, preferably, the transparent member is a resin or glass transparent to light emitted from the light emitting element and fluorescence emitted from the respective phosphor particles excited by light from the light emitting element. It is characterized by comprising.
本発明の発光装置において、好ましくは、前記透明部材は、前記発光素子が発する光に対する透過率よりも前記蛍光体粒子が発する蛍光に対する透過率の方が高いことを特徴とする。 In the light emitting device of the present invention, preferably, the transparent member has a higher transmittance for the fluorescence emitted by the phosphor particles than the transmittance for the light emitted by the light emitting element.
本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置を所定の配置となるように設置したことを特徴とする。 The illuminating device of the present invention is characterized in that the light emitting device of the present invention is installed in a predetermined arrangement.
本発明の発光装置は、発光波長が300〜400nmである発光素子と、発光素子の光軸上に配置された、La2O2S:Euの蛍光体粒子、ZnS:Cu,Alの蛍光体粒子および(BaMgAl)10O12:Euの蛍光体粒子を透明部材中に混入させて成る蛍光体層とを具備しており、各蛍光体粒子の平均粒径が1〜50μmであることから、蛍光体粒子の表面積を大きくすることができ、1つの蛍光体粒子あたりに照射される光の量を多くするとともに蛍光の放射面を大きくして放射量を多くすることができる。その結果、発光効率を向上させることができ、それによって発光色のばらつきもより低減することができる。 The light emitting device of the present invention includes a light emitting element having an emission wavelength of 300 to 400 nm, a phosphor particle of La 2 O 2 S: Eu, and a phosphor of ZnS: Cu, Al disposed on the optical axis of the light emitting element. A phosphor layer formed by mixing particles and (BaMgAl) 10 O 12 : Eu phosphor particles in a transparent member, and the average particle diameter of each phosphor particle is 1 to 50 μm, The surface area of the phosphor particles can be increased, the amount of light irradiated per phosphor particle can be increased, and the emission surface of the fluorescence can be increased to increase the amount of radiation. As a result, the light emission efficiency can be improved, and thereby the variation in emission color can be further reduced.
また、このような粒径にすることで、蛍光体粒子の結晶内の欠陥や不純物の存在確率を低くすることができ、結晶内の欠陥や不純物によって蛍光の波長がばらつくのを有効に防止して、発光色のばらつきをきわめて有効に抑制できる。 In addition, such a particle size can reduce the probability of existence of defects and impurities in the crystal of the phosphor particles, and effectively prevents the fluorescence wavelength from being varied due to defects and impurities in the crystal. Thus, the variation in the emission color can be extremely effectively suppressed.
本発明の発光装置は、透明部材が、発光素子が発する光と、発光素子からの光によって励起されたそれぞれの蛍光体粒子が発するそれぞれの蛍光に対して透明な樹脂またはガラスから成ることから、発光素子が発する光を良好に蛍光体粒子に照射することができ発光効率を向上して発光色ばらつきを有効に抑制できる。また、蛍光体粒子が発する蛍光を透明部材が吸収する場合は、蛍光が透明部材に吸収される割合が蛍光体粒子から蛍光体層の外表面までの距離によって異なることとなり、発光色ばらつきが生じやすくなるが、蛍光体粒子が発するそれぞれの蛍光に対して透明とすることで、蛍光が透明部材に吸収されず発光色ばらつきをきわめて低減することができる。 In the light emitting device of the present invention, the transparent member is made of a resin or glass that is transparent to the light emitted from the light emitting element and the respective fluorescence emitted from the respective phosphor particles excited by the light from the light emitting element. The light emitted from the light-emitting element can be satisfactorily irradiated onto the phosphor particles, and the luminous efficiency can be improved and the emission color variation can be effectively suppressed. In addition, when the transparent member absorbs the fluorescence emitted by the phosphor particles, the proportion of the fluorescence absorbed by the transparent member varies depending on the distance from the phosphor particles to the outer surface of the phosphor layer, resulting in emission color variations. Although it becomes easy, by making it transparent with respect to each fluorescence emitted from the phosphor particles, the fluorescence is not absorbed by the transparent member, and the emission color variation can be extremely reduced.
本発明の発光装置は、透明部材が、発光素子が発する光に対する透過率よりも蛍光体粒子が発する蛍光に対する透過率の方が高いことから、発光素子から発光された光が蛍光体粒子により波長変換されずに直接蛍光体層から放射されるのを有効に抑制できるとともに蛍光体粒子からの蛍光を蛍光体層から効率よく放射することにより、さらに、発光色ばらつきを抑制することができる。 In the light-emitting device of the present invention, since the transparent member has a higher transmittance for the fluorescence emitted by the phosphor particles than the transmittance for the light emitted by the light-emitting element, the light emitted from the light-emitting element has a wavelength due to the phosphor particles. It is possible to effectively suppress the direct emission from the phosphor layer without being converted and to efficiently emit the fluorescence from the phosphor particles from the phosphor layer, thereby further suppressing the emission color variation.
本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置を所定の配置となるように設置したことから、半導体から成る発光素子の電子の再結合による発光を利用しているため、従来の放電を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命とすることが可能な小型の照明装置とすることができる。その結果、発光素子から発生する光の中心波長の変動を抑制することができ、長期間にわたり安定した放射光強度かつ放射光角度(配光分布)で光を照射することができるとともに、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された照明装置とすることができる。 Since the light emitting device of the present invention is installed in a predetermined arrangement, the lighting device of the present invention uses light emission by recombination of electrons of a light emitting element made of a semiconductor. Thus, a small illuminating device that can have lower power consumption and longer life than the existing illuminating device can be obtained. As a result, fluctuations in the center wavelength of light generated from the light emitting element can be suppressed, light can be emitted with a stable radiant light intensity and radiant light angle (light distribution distribution) over a long period of time, and an irradiation surface It is possible to provide a lighting device in which uneven color and uneven illuminance distribution are suppressed.
また、本発明の発光装置を光源として所定の配置に設置するとともに、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、任意の配光分布の光を放射する照明装置とすることができる。 In addition, the light emitting device of the present invention is installed in a predetermined arrangement as a light source, and by installing a reflection jig, an optical lens, a light diffusing plate, etc. optically designed in an arbitrary shape around these light emitting devices, It can be set as the illuminating device which radiates | emits the light of this light distribution.
本発明の発光装置について以下に詳細に説明する。図1は、本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、1は基体、2は枠体、3は蓋体、4は蛍光体層、5は発光素子、6は樹脂やガラスなどの透明部材であり、主としてこれらで発光装置が構成されている。 The light emitting device of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a light emitting device according to the present invention. 1 is a base, 2 is a frame, 3 is a lid, 4 is a phosphor layer, 5 is a light emitting element, and 6 is a resin. Or a transparent member such as glass, and the light emitting device is mainly composed of these members.
本発明の発光装置は、発光波長が300〜400nmである発光素子5と、発光素子5の光軸上に配置された、La2O2S:Euの蛍光体粒子、ZnS:Cu,Alの蛍光体粒子および(BaMgAl)10O12:Euの蛍光体粒子を透明部材中に混入させて成る蛍光体層4とを具備しており、各蛍光体粒子の平均粒径が1〜50μmである。
The light-emitting device of the present invention includes a light-emitting
これにより、蛍光体粒子の表面積を大きくすることができ、1つの蛍光体粒子あたりに照射される光の量を多くするとともに蛍光の放射面を大きくして放射量を多くすることができる。その結果、発光効率を向上させることができ、それによって発光色のばらつきもより低減することができる。 As a result, the surface area of the phosphor particles can be increased, the amount of light irradiated per phosphor particle can be increased, and the emission surface of the fluorescence can be increased to increase the amount of radiation. As a result, the light emission efficiency can be improved, and thereby the variation in emission color can be further reduced.
また、このような粒径にすることで、蛍光体粒子の結晶内の欠陥や不純物の存在確率を低くすることができ、結晶内の欠陥や不純物によって蛍光の波長がばらつくのを有効に防止して、発光色のばらつきをきわめて有効に抑制できる。 In addition, such a particle size can reduce the probability of existence of defects and impurities in the crystal of the phosphor particles, and effectively prevents the fluorescence wavelength from being varied due to defects and impurities in the crystal. Thus, the variation in the emission color can be extremely effectively suppressed.
本発明における基体1は、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂から成る絶縁体であり、発光波長が300〜400nmである発光素子5を支持する支持部材である。
The substrate 1 in the present invention is an insulator made of an aluminum oxide sintered body (alumina ceramic), an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a ceramic such as glass ceramic, or a resin such as an epoxy resin, It is a support member that supports the
この基体1の表面や内部には、発光装置の内外を電気的に導通接続するためのW、Mo、Mn等の金属粉末から成るメタライズ配線層が形成されており、また、基体1の下面等の外部に露出した表面のメタライズ配線層にCu、Fe−Ni合金等の金属から成るリード端子が接合される。そして、基体1にはLED等の発光波長が300〜400nmである発光素子5が半田、樹脂接着剤、または銀等の金属粉末を樹脂に混入した銀(Ag)−エポキシ樹脂(Agペースト)等の接合材で接合される。そして、基体1のメタライズ配線層に上記発光素子5の電極がボンディングワイヤ(図示せず)を介して電気的に接続される。
A metallized wiring layer made of metal powder such as W, Mo, or Mn is formed on the surface or inside of the substrate 1 to electrically connect the inside and outside of the light emitting device. A lead terminal made of a metal such as Cu or Fe—Ni alloy is joined to the metallized wiring layer on the surface exposed to the outside. The base 1 has a
なお、メタライズ配線層の露出する表面にNiや金(Au)等の耐食性に優れる金属を1〜20μm程度の厚みで被着させておくのがよく、メタライズ配線層が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、メタライズ配線層と発光素子5との接続およびメタライズ配線層とボンディングワイヤとの接続を強固にすることができる。従って、メタライズ配線層の露出表面には、厚さ1〜10μm程度のNiメッキ層と厚さ0.1〜3μm程度のAuメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されていることがより好ましい。
It should be noted that a metal having excellent corrosion resistance, such as Ni or gold (Au), should be deposited on the exposed surface of the metallized wiring layer in a thickness of about 1 to 20 μm. In addition to preventing this, the connection between the metallized wiring layer and the
また、基体1の上面には、基体1の下面側への光の透過を有効に抑制するとともに、基体1の上側に光を効率的に反射させるために、メタライズ配線層に電気的に短絡しないようにして、Al、Ag、Au、白金(Pt)、Cu等の金属を蒸着法やメッキ法により反射層として形成することが好ましい。 Further, the upper surface of the substrate 1 is not electrically short-circuited to the metallized wiring layer in order to effectively suppress the transmission of light to the lower surface side of the substrate 1 and efficiently reflect the light to the upper side of the substrate 1. Thus, it is preferable to form a metal such as Al, Ag, Au, platinum (Pt), or Cu as the reflective layer by vapor deposition or plating.
次に、発光波長が300〜400nmである発光素子5の光を所望の波長の光(例えば、420〜780nmの可視光)に変換するために、発光素子5の表面に蛍光体粒子を混入させた透明部材から成る蛍光体層4を塗布し形成する。その蛍光体粒子は、赤色(約580〜780nm)の蛍光を発生するLa2O2S:Eu、緑色(約450〜650nm)の蛍光を発生するZnS:Cu,Al、青色(420〜550nm)の蛍光を発生する(BaMgAl)10O12:Euである。
Next, phosphor particles are mixed into the surface of the
これらの蛍光体粒子は紛体であり、蛍光体粒子のみを発光素子5の表面に形成することは困難なため、透明部材中に蛍光体粒子を混入して発光素子5の表面に塗布し蛍光体層4とする。また、透明部材はエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、もしくはガラス等から成る。
Since these phosphor particles are powder and it is difficult to form only the phosphor particles on the surface of the
発光波長が300〜400nmである発光素子5は、紫外線領域を主に含む波長帯域の光を発生するものであり、上記の蛍光体粒子はこの波長帯域の光を効率的に蛍光に変換することができる。
The
そして、本発明においては、La2O2S:Euの蛍光体粒子、ZnS:Cu,Alの蛍光体粒子および(BaMgAl)10O12:Euの蛍光体粒子の粒子径は1〜50μmであるが、粒子径が1μm未満の場合、発光に寄与する蛍光体粒子表面に対し蛍光体粒子の結晶内に含有する欠陥及び不純物の存在確率が高くなりやすく、紫外光のエネルギーが欠陥や不純物で消費される可能性が高くなる。その結果、紫外光のエネルギーが所望の波長に変換される効率が低くなり、蛍光体粒子によって発生した蛍光の強度が低下しやすくなる。すなわち蛍光体粒子の粒子径が小さすぎるものが存在すると、強く蛍光を発する蛍光体粒子と弱く蛍光を発する蛍光体粒子が同時に存在することになり、発光色ばらつきの原因となる。 In the present invention, La 2 O 2 S: Eu phosphor particles, ZnS: Cu, Al phosphor particles, and (BaMgAl) 10 O 12 : Eu phosphor particles have a particle diameter of 1 to 50 μm. However, when the particle diameter is less than 1 μm, the existence probability of defects and impurities contained in the crystal of the phosphor particles tends to increase with respect to the surface of the phosphor particles contributing to light emission, and the energy of ultraviolet light is consumed by the defects and impurities. Is likely to be. As a result, the efficiency with which the energy of ultraviolet light is converted to a desired wavelength is lowered, and the intensity of the fluorescence generated by the phosphor particles tends to decrease. That is, if there are phosphor particles having a particle size that is too small, phosphor particles that emit strong fluorescence and phosphor particles that emit fluorescence weakly exist at the same time, which causes variations in emission color.
また蛍光体粒子の粒径が50μmを超えると、蛍光体粒子の体積に対し発光に寄与する蛍光体粒子表面が狭くなり、その結果、発光強度が低下しやすくなる。すなわち蛍光体粒子の粒子径が大きすぎるものが存在すると、強く蛍光を発する蛍光体粒子と弱く蛍光を発する蛍光体粒子が同時に存在することになり、発光色ばらつきの原因となる。 On the other hand, when the particle diameter of the phosphor particles exceeds 50 μm, the phosphor particle surface that contributes to light emission with respect to the volume of the phosphor particles becomes narrow, and as a result, the emission intensity tends to decrease. That is, if there is a phosphor particle having an excessively large particle diameter, phosphor particles that emit strong fluorescence and phosphor particles that emit weak fluorescence exist at the same time, which causes variations in emission color.
また、本発明の発光装置において、蛍光体層4の透明部材が、発光素子5が発する光と、発光素子5からの光によって励起されたそれぞれの蛍光体粒子が発するそれぞれの蛍光に対して透明な樹脂またはガラスから成ることが好ましい。
In the light emitting device of the present invention, the transparent member of the
これにより、発光素子5が発する光を良好に蛍光体粒子に照射することができ発光効率を向上して発光色ばらつきを有効に抑制できる。また、蛍光体粒子が発する蛍光を透明部材が吸収する場合は、蛍光が透明部材に吸収される割合が蛍光体粒子から蛍光体層の外表面までの距離によって異なることとなり、発光色ばらつきが生じやすくなるが、蛍光体粒子が発するそれぞれの蛍光に対して透明とすることで、蛍光が透明部材に吸収されず発光色ばらつきをきわめて低減することができる。
Thereby, the light emitted from the
赤色(約580〜780nm)の蛍光を発生するLa2O2S:Euに対し不透明なバインダーを用いた場合、発光装置が発する光は赤成分が減衰し、その結果、色ばらつきが生じやすくなる。 When an opaque binder is used for La 2 O 2 S: Eu that emits red (about 580 to 780 nm) fluorescence, the red component of the light emitted from the light emitting device is attenuated, and as a result, color variation tends to occur. .
青色(420〜550nm)の蛍光を発生する(BaMgAl)10O12:Euに対し不透明なバインダーを用いた場合、発光装置が発する光は青成分が減衰し、その結果、色ばらつきが生じやすくなる。 When a binder that is opaque to blue (420 to 550 nm) (BaMgAl) 10 O 12 : Eu is used, the blue component of the light emitted from the light emitting device is attenuated, resulting in color variations. .
緑色(約450〜650nm)の蛍光を発生するZnS:Cu,Alに対し不透明なバインダーを用いた場合、発光装置が発する光は緑成分が減衰し、その結果、色ばらつきが生じやすくなる。 When an opaque binder is used for ZnS: Cu, Al that emits green (about 450 to 650 nm) fluorescence, the green component of the light emitted from the light emitting device is attenuated, and as a result, color variations are likely to occur.
よって、それぞれの蛍光がばらつくと、各波長の蛍光の混合光として放射される発光装置の発光色のばらつきが生じることとなる。 Therefore, when each fluorescence varies, the emission color of the light emitting device radiated as the mixed light of the fluorescence of each wavelength will vary.
このような、発光素子5の光および蛍光体粒子の蛍光に対して透明な透明部材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、もしくは金属アルコキシドの加水分解によって得られるゾル−ゲルガラス等が挙げられる。
Examples of the transparent member transparent to the light of the
さらに、本発明の発光装置において、蛍光体層4の透明部材が、発光素子5が発する光に対する透過率よりも蛍光体粒子が発する蛍光に対する透過率の方が高いことが好ましい。これにより、発光素子5から発光された光が蛍光体粒子により波長変換されずに直接蛍光体層4から放射されるのを有効に抑制できるとともに蛍光体粒子からの蛍光を蛍光体層4から効率よく放射することにより、さらに、発光色ばらつきを抑制することができる。
Furthermore, in the light emitting device of the present invention, it is preferable that the transparent member of the
このような、発光素子5の光に対する透過率よりも蛍光体粒子の蛍光に対する透過率の方が高い透明部材としては、エポキシ樹脂が挙げられる。
As such a transparent member having a higher transmittance for the fluorescence of the phosphor particles than the transmittance for the light of the
蛍光体層4は、厚みが0.1〜0.3mmがよい。これにより、発光効率が向上し、それにともなって発光色ばらつきも低減される。
The
また、蛍光体層4は、透明部材の含有率が、各蛍光体粒子の合計量を100重量部としたとき、透明部材が80〜150重量部であるのがよい。これにより、発光効率が向上し、それにともなって発光色ばらつきも低減される。
The
本発明の発光装置は、基体1の発光素子5の搭載部に発光素子5を搭載するとともに発光素子5をボンディングワイヤおよびメタライズ配線層を介して外部の外部電気回路に電気的に導通し、基体1の上面の発光素子5の搭載部の周囲に、枠体2を、樹脂接着剤、はんだ等により接合し、枠体2の内側にガラスや透明樹脂などの透明部材6を充填し、枠体2の上面に透光性の蓋体3を樹脂接着剤、半田等により接合することによって作製される。
The light-emitting device of the present invention has the light-emitting
枠体2は、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂から成る絶縁体、さらにはAl、Cu、Ag、Fe−Ni−Co合金、Fe−Ni合金、ステンレススチール、真鍮等の金属から成る。 The frame 2 is made of an aluminum oxide sintered body (alumina ceramic), an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a ceramic such as glass ceramics, or an insulator made of a resin such as an epoxy resin, Al, It consists of metals, such as Cu, Ag, a Fe-Ni-Co alloy, a Fe-Ni alloy, stainless steel, brass.
この蓋体3はガラス、サファイア、石英、またはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等の樹脂(プラスチック)などの透明部材から成り、枠体2内側に設置された、発光素子5、メタライズ配線層、ボンディングワイヤ、透明部材6を保護するとともに、発光素子収納用パッケージ内部を気密に封止する。また、蓋体3をレンズ状に形成して光学レンズの機能を付加することによって、蛍光を集光または分散させて所望の放射角度、強度分布で蛍光を外部に取りだすことができる。
The lid 3 is made of a transparent member such as glass, sapphire, quartz, or a resin (plastic) such as epoxy resin, silicone resin, acrylic resin, and the like. The bonding wire and the
また、本発明の発光装置は、1個のものを所定の配置となるように設置したことにより、または複数個を、例えば、格子状や千鳥状,放射状,複数の発光装置から成る、円状や多角形状の発光装置群を同心状に複数群形成したもの等の所定の配置となるように設置したことにより、照明装置とすることができる。これにより、半導体から成る発光素子5の電子の再結合による発光を利用しているため、従来の放電を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命とすることが可能であり、発熱の小さな小型の照明装置とすることができる。その結果、発光素子5から発生する光の中心波長の変動を抑制することができ、長期間にわたり安定した放射光強度かつ放射光角度(配光分布)で光を照射することができるとともに、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された照明装置とすることができる。
In addition, the light emitting device of the present invention is a circular shape in which one device is installed in a predetermined arrangement, or a plurality of light emitting devices, for example, a lattice shape, a staggered shape, a radial shape, or a plurality of light emitting devices. In addition, a lighting device can be obtained by installing the light emitting device groups in a plurality of concentric shapes so as to have a predetermined arrangement. Thereby, since light emission by recombination of electrons of the
また、複数の本発明の発光装置を光源として所定の配置に設置するとともに、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、任意の配光分布の光を放射できる照明装置とすることができる。 Also, by installing a plurality of light emitting devices of the present invention in a predetermined arrangement as a light source, and installing a reflecting jig, an optical lens, a light diffusing plate, etc. that are optically designed in an arbitrary shape around these light emitting devices It can be set as the illuminating device which can radiate | emit light of arbitrary light distribution.
例えば、図3,図4に示す平面図,断面図のように複数個の発光装置7が発光装置駆動回路基板9に複数列に配置され、発光装置7の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具8が設置されて成る照明装置の場合、隣接する一列上に配置された複数個の発光装置7において、隣り合う発光装置7との間隔が最短に成らないような配置、いわゆる千鳥状とすることが好ましい。即ち、発光装置7が格子状に配置される際には、光源となる発光装置7が直線上に配列されることによりグレアが強くなり、このような照明装置が人の視覚に入ってくることにより、不快感や目の障害を起こしやすくなるのに対し、千鳥状とすることにより、グレアが抑制され人間の目に対する不快感や目に及ぼす障害を低減することができる。さらに、隣り合う発光装置7間の距離が長くなることにより、隣接する発光装置7間の熱的な干渉が有効に抑制され、発光装置7が実装された発光装置駆動回路基板9内における熱のこもりが抑制され、発光装置7の外部に効率よく熱が放散される。その結果、人の目に対しても障害の小さい長期間にわたり光学特性の安定した長寿命の照明装置を作製することができる。
For example, a plurality of light emitting
また、照明装置が、図5,図6に示す平面図,断面図のような発光装置駆動回路基板9上に複数の発光装置7から成る円状や多角形状の発光装置7群を、同心状に複数群形成した照明装置の場合、1つの円状や多角形状の発光装置7群における発光装置7の配置数を照明装置の中央側より外周側ほど多くすることが好ましい。これにより、発光装置7同士の間隔を適度に保ちながら発光装置7をより多く配置することができ、照明装置の照度をより向上させることができる。また、照明装置の中央部の発光装置7の密度を低くして発光装置駆動回路基板9の中央部における熱のこもりを抑制することができる。よって、発光装置駆動回路基板9内における温度分布が一様となり、照明装置を設置した外部電気回路基板やヒートシンクに効率よく熱が伝達され、発光装置7の温度上昇を抑制することができる。その結果、発光装置7は長期間にわたり安定して動作することができるとともに長寿命の照明装置を作製することができる。
In addition, the lighting device is a concentric arrangement of a circular or polygonal
このような照明装置としては、例えば、室内や室外で用いられる、一般照明用器具、シャンデリア用照明器具、住宅用照明器具、オフィス用照明器具、店装,展示用照明器具、街路用照明器具、誘導灯器具及び信号装置、舞台及びスタジオ用の照明器具、広告灯、照明用ポール、水中照明用ライト、ストロボ用ライト、スポットライト、電柱等に埋め込む防犯用照明、非常用照明器具、懐中電灯、電光掲示板等や、調光器、自動点滅器、ディスプレイ等のバックライト、動画装置、装飾品、照光式スイッチ、光センサ、医療用ライト、車載ライト等が挙げられる。 Examples of such lighting devices include general lighting fixtures, chandelier lighting fixtures, residential lighting fixtures, office lighting fixtures, store lighting, display lighting fixtures, street lighting fixtures, used indoors and outdoors. Guide light fixtures and signaling devices, stage and studio lighting fixtures, advertising lights, lighting poles, underwater lighting lights, strobe lights, spotlights, security lights embedded in power poles, emergency lighting fixtures, flashlights, Examples include electronic bulletin boards and the like, backlights for dimmers, automatic flashers, displays and the like, moving image devices, ornaments, illuminated switches, optical sensors, medical lights, in-vehicle lights, and the like.
本発明の発光装置の実施例を以下に説明する。 Examples of the light emitting device of the present invention will be described below.
発光素子5として主発光ピークが382nmである窒化ガリウム半導体発光素子を用いて、以下のようにして本発明の発光装置を製作した。
Using the gallium nitride semiconductor light-emitting element having a main emission peak of 382 nm as the light-emitting
アルミナセラミックスから成る基体1と、アルミニウムから成る枠体2と、エポキシ樹脂から成る蓋体3と、シリコーン樹脂から成る透明部材6とを用い、また、蛍光体層4に含まれる蛍光体粒子としては、La2O2S:Euの粒子、ZnS:Cu,Alの粒子および(BaMgAl)10O12:Euの粒子を用いた。なお各蛍光体粒子の配合比率は発光装置の発光色が相対色温度で6000Kになるように調整した。
As the phosphor particles contained in the
蛍光体粒子を混合する透明部材6としてはシリコーン樹脂を用いた。シリコーン樹脂は蛍光体粒子が発する蛍光および発光素子5が発する光双方に対し透明であり、表1に示すように、シリコーン樹脂は透明部材6に対する発光素子5が発する光に対する透過率より、透明部材6に対する蛍光体粒子が発する蛍光の透過率のほうが高いものであった。
蛍光体粒子およびシリコーン樹脂を、蛍光体粒子にエタノールを加えミキサーで24時間攪拌した後、エタノールを大気雰囲気中100℃で乾燥させ除去することにより行ない、粒子径の分布が3種類(表1参照)の蛍光体粒子を含有した透明樹脂で発光素子3を覆うように厚さ0.2mmの蛍光体層4を形成し、図1の構成の発光装置のサンプルを作製した。
Phosphor particles and silicone resin were added by adding ethanol to the phosphor particles and stirring with a mixer for 24 hours, followed by drying and removing ethanol at 100 ° C. in an air atmosphere. Three particle size distributions (see Table 1) The
そして、これらのサンプルの各10個に対しての発光色ばらつきを評価した。なお、発光色ばらつきの評価は相対色温度ばらつきを評価することで行った。なお相対色温度とは、被評価物の色と完全黒体の温度を上昇させた際の色が一致した際の完全黒体の温度のことであり、相対色温度の測定は、積分球式全光束測定システム(Labsphare社製 SLMS1021)を用いて行なった。その結果を表2に示す。
表1より蛍光体層4中の蛍光体粒子径の分布が0.1μm以上50μm以下の粒子であるサンプルNo.1は、蛍光体層4中の蛍光体粒子径の分布が1μm以上50μm以下の粒子であるサンプルNo.2と比較して、相対色温度ばらつきが増加した。
From Table 1, the sample No. 1 in which the phosphor particle diameter distribution in the
蛍光体粒子径が1μm未満の場合、発光に寄与する蛍光体粒子表面に対し蛍光体粒子の結晶内に含有する欠陥及び不純物の存在確率が高くなりやすく、発光素子5のエネルギーが欠陥や不純物で消費される可能性が高くなる。その結果、発光素子5のエネルギーが所望の波長に変換される効率が低くなり、蛍光体粒子によって発生した蛍光の強度が低下しやすくなる。
When the phosphor particle diameter is less than 1 μm, the existence probability of defects and impurities contained in the crystal of the phosphor particles is likely to increase with respect to the surface of the phosphor particles contributing to light emission, and the energy of the
つまり、サンプルNo.1の蛍光体層4中には蛍光体粒子径が1μm未満の蛍光体粒子が含まれているため、上記考察より蛍光体層4に含まれる蛍光体粒子ごとの発光強度バラツキが大きくなった結果、サンプルNo.1の相対色温度ばらつきが大きくなったと思われる。
That is, sample no. Since the
また、蛍光体層4中の蛍光体粒子径の分布が1μm以上500μm以下の粒子であるサンプルNo.3は、蛍光体層4中の蛍光体粒子径の分布が1μm以上50μm以下の粒子であるサンプルNo.2と比較して、急激に相対色温度ばらつきが増加した。
In addition, the sample particle number distribution in which the phosphor particle diameter distribution in the
蛍光体粒子の粒径が50μmを超えると、蛍光体粒子の体積に対し発光に寄与する蛍光体粒子表面が狭くなる。すなわち、蛍光体層4の体積に対する、発光に寄与する蛍光体粒子表面が狭くなり発光強度が低下しやすくなる。
When the particle diameter of the phosphor particles exceeds 50 μm, the phosphor particle surface contributing to light emission becomes narrower with respect to the volume of the phosphor particles. That is, the phosphor particle surface contributing to light emission with respect to the volume of the
つまり、サンプルNo.3の蛍光体層4中には蛍光体粒子径が50μmを超える蛍光体粒子が含まれているため、上記考察より蛍光体層4に含まれる蛍光体粒子ごとの発光強度バラツキが大きくなった結果、サンプルNo.3の相対色温度ばらつきが大きくなったと思われる。
That is, sample no. 3 includes phosphor particles having a phosphor particle diameter of more than 50 μm, and as a result of the above consideration, the emission intensity variation of each phosphor particle included in the
上記結果より蛍光体層4中の蛍光体粒子径の分布が1μm以上50μm以下の粒子であるサンプルNo.2が最も相対色温度ばらつきが小さい結果が得られた。これは、蛍光体層4中のそれぞれの蛍光体粒子において、発光素子5が発する光が蛍光体粒子中の欠陥で消費されることが少なく、効率よく蛍光体層4中の蛍光体粒子を励起させることができ、また蛍光体層4の体積に対する蛍光体粒子表面積も適度な量が得られる結果、相対色温度ばらつきが小さくなったものと思われる。
From the above results, the sample No. 1 in which the phosphor particle size distribution in the
以上の結果より、蛍光体層4中の蛍光体粒子径の分布が1μm以上50μm以下の粒子である発光装置を形成することで発光色ばらつきの少ない発光装置をえることができた。
From the above results, it was possible to obtain a light emitting device with little emission color variation by forming a light emitting device in which the particle size distribution in the
なお、本発明は上記の実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等支障ない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
また、本発明の照明装置は、複数個の発光装置7を所定の配置となるように設置したものだけでなく、1個の発光装置7を所定の配置となるように設置したものでもよい。
In addition, the lighting device of the present invention is not limited to one in which a plurality of light emitting
1:基体
2:枠体
3:蓋体
4:蛍光体層
5:発光素子
6:透明部材
7:発光装置
8:反射治具
9:発光装置駆動回路基板
1: Base body 2: Frame body 3: Cover body 4: Phosphor layer 5: Light emitting element 6: Transparent member 7: Light emitting device 8: Reflecting jig 9: Light emitting device driving circuit board
Claims (4)
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