JP2006128456A

JP2006128456A - 発光装置

Info

Publication number: JP2006128456A
Application number: JP2004316003A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Naeshiro; 光博苗代; Satoshi Inagaki; 聡稲垣; Osamu Yamanaka; 修山中
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP4534717B2

Abstract

【課題】蛍光体量のばらつきや励起効率の低下に依存せず、所望の白色度を得ることのできる発光装置を提供することにある。
【解決手段】樹脂封止部５に含有される蛍光体６は、ＬＥＤ素子２Ａから放射される青色光だけでなくＬＥＤ素子２Ｂから放射される紫外光によっても励起されるようにしたので、青色光の放射を変化させることなく励起光の放射を可変させることができ、所望の白色度を得ることができる。このため、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂに対する駆動制御に基づいて青色光の光量と励起光の光量を調整することにより、青色寄りの白色から黄色寄りの任意の白色を容易に得ることができ、色度範囲のバリエーションを付与することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ素子から放射される光によって励起される蛍光体を使用することにより白色系が発光可能な発光装置に関し、特に、蛍光体の量や発光状態のばらつきがあっても所望の白色度を得ることのできる発光装置に関する。

従来、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を光源に用いた発光装置が提案されている。このような発光装置において、青色系のＬＥＤ素子から放射される青色光と、その発光を吸収して黄色光を放射する蛍光体とを有し、青色光と黄色光の混合によって白色光を生じるものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載される発光装置は、マウントリードのカップ内に窒化ガリウム系半導体ＬＥＤチップを配置し、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系のフォトルミネセンス蛍光体を含む透光性樹脂をカップに充填することによって封止しており、更にその外側をエポキシ樹脂等の樹脂材料からなるモールド部材で覆って形成されている。

特許文献１に記載される発光装置によれば、ボディーカラーが黄色であるフォトルミネセンス蛍光体から発光する光が補色関係にある場合、ＬＥＤチップからの発光と、フォトルミネセンス蛍光体からの発光とを混色表示させると、白色系の発光色表示を行うことができる。

しかしながら、ＬＥＤチップの種類によっては発光ピークが蛍光体の励起ピークと効率良く重ならないことがある。上記したフォトルミネセンス蛍光体の励起ピークが４００ｎｍで、ＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤチップで発光ピークが４６５〜５２０ｎｍである場合、フォトルミネセンス蛍光体の励起効率が充分でなく、高輝度な白色光を得ることができない。

上記した励起効率を改善するものとして、例えば、オキシ窒化物ガラスを母体材料として用い、可視・紫外光領域の広い波長範囲（≦５５０ｎｍ）に励起スペクトルを有する蛍光体が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献２に記載される蛍光体は、母体材料のＣａ²⁺ イオンの一部を発光中心となるＥｕ²＋、Ｅｕ³⁺、Ｃｅ³⁺、Ｔｂ³⁺などの希土類イオンまたはＣｒ³⁺、Ｍｎ²⁺などの遷移金属イオンで置換して合成したものであり、モル％表示で、ＣａＣＯ₃をＣａＯに換算して：２０〜５０モル％、Ａｌ₂Ｏ₃：０〜３０モル％、ＳｉＯ：２５〜６０モル％、ＡｌＮ：５〜５０モル％、希土類酸化物または遷移金属酸化物：０．１〜２０モル％で、５成分の合計が１００モル％となるオキシ窒化物ガラスを母体材料としている。

また、青色ＬＥＤから放射される青色光に対し、黄色から黄オレンジ色までのルミネセンス光を発生するユウロピウムで活性化されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平１０−２４２５１３号公報（［００１８］〜［００２０］、図１）特開２００１−２１４１６２号公報（［０００８］〜［０００９］）特表２００４−５１６６８８号公報（［００１３］）

しかし、特許文献１および２に記載された発光装置によると、白色光を生じさせる青色光と黄色光は、いずれもＬＥＤチップの発光に伴って生じるため、例えば、発光装置によって蛍光体量にばらつきがある場合、励起光量の差が生じて白色の度合いに個体差が生じる。また、蛍光体の劣化によって励起効率が低下した場合についても白色の度合いが変化する。このような場合に青色光および黄色光の混合状態を変化させることができないという問題がある。

従って、本発明の目的は、蛍光体量のばらつきや励起効率の低下に依存せず、所望の白色度を得ることのできる発光装置を提供することにある。

本発明は、上記した目的を達成するため、第１の発光波長領域の光を放射する第１の発光素子と、前記第１の発光波長領域の光によって励起されて励起光を放射する蛍光体と、前記蛍光体を第２の発光波長領域の光で励起して前記励起光を放射させる第２の発光素子とを有することを特徴とする発光装置を提供する。

本発明によれば、蛍光体が第１の発光波長領域の光および第２の発光波長領域の光によって励起光を生じるので、青色光および黄色光の光の混合状態を任意に変化させることができ、蛍光体の量や発光状態のばらつきがあっても所望の白色度を得ることができる。

（第１の実施の形態）
（ＬＥＤ１の構成）
図１（ａ）および（ｂ）は、第１の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部における縦断面図である。このＬＥＤ１は、青色光を放射するフェイスアップ型のＬＥＤ素子２Ａと、紫外光を放射するフェイスアップ型のＬＥＤ素子２Ｂと、表面にＬＥＤ素子２Ａ、２Ｂとの電気接続用の配線パターンである配線部３Ａ、３Ｂ、および３Ｃを有する基板３と、基板３と一体化されてＬＥＤ１の外装を形成する本体部４と、本体部４の開口部４０に充填されるとともに本体部４内に収容されるＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂ，およびワイヤ７を封止する光透過性の樹脂封止部５と、樹脂封止部５に含有される蛍光体６とを有する。

ＬＥＤ素子２Ａは、窒化物系化合物半導体材料によって形成されて、発光スペクトルの主ピークが４５０〜４８０ｎｍの発光波長を有する青色光を放射する。

ＬＥＤ素子２Ｂは、窒化物系化合物半導体材料によって形成されて、発光スペクトルの主ピークが３７０〜４００ｎｍの発光波長を有する紫外光を放射する。

基板３は、セラミックによって形成されており、基板上にＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂ，および外部回路との電気的接続を行うタングステン薄膜からなる配線部３Ａ，３Ｂ，および３Ｃが形成されている。なお、配線部３Ａ，３Ｂ，および３Ｃは、銅箔等の導電性薄膜で形成することも可能である。配線部３Ａは共通電極であり、配線部３Ｂおよび３ＣとともにＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂの電極部とワイヤ７を介して電気的に接続される。また、配線部３Ａ，３Ｂ，および３Ｃは、基板３の底面において図示しない外部回路と半田リフロー等によって電気的に接続される。なお、基板３は、セラミック以外の他の材料としてガラスエポキシ等によって形成することも可能である。

本体部４は、ナイロンによって形成されており、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂの収容空間を形成するように光放射方向に開口された円形状の開口部４０を有し、開口部４０の内側には傾斜面４Ａが設けられている。また、本体部４の底には配線部３Ａ，３Ｂ，および３Ｃが露出しており、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂは接着剤によって配線部３Ａ上に接着固定されている。なお、ナイロン以外の他の樹脂材料によって形成することも可能である。

樹脂封止部５は、シリコン樹脂によって形成されており、蛍光体６を含有している。蛍光体６は、ＬＥＤ素子２Ａから放射される４５０〜４８０ｎｍの青色光、ＬＥＤ素子２Ｂから放射される３７０〜４００ｎｍの紫外光によって励起されることにより５５０〜５７０ｎｍの発光波長の光を放射する、Ｅｕで賦活された希土類珪酸塩蛍光体によって形成されている。

（ＬＥＤ１の動作）
以下に、第１の実施の形態に係るＬＥＤ１の動作について説明する。

配線部３Ａ，３Ｂ，および３Ｃを図示しない電源部に接続して電圧を印加することにより、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂが発光する。樹脂封止部５に含有される蛍光体６は、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂから放射される青色光および紫外光によって励起されて黄色の励起光を放射する。この青色光と黄色の励起光とが混合されることによって白色を生じ、本体部４の外部に放射される。

（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）樹脂封止部５に含有される蛍光体６は、ＬＥＤ素子２Ａから放射される青色光だけでなくＬＥＤ素子２Ｂから放射される紫外光によっても励起されるようにしたので、青色光の放射を変化させることなく励起光の放射を可変させることができ、所望の白色度を得ることができる。このため、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂに対する駆動制御に基づいて青色光の光量と励起光の光量を調整することにより、青色寄りの白色から黄色寄りの任意の白色を容易に得ることができ、色度範囲のバリエーションを付与することができる。

（２）ＬＥＤ１におけるＬＥＤ素子２Ａの発光特性、蛍光体量のばらつきがあっても青色光と黄色光の混合状態を可変させることによって所望の白色度が得られる。

なお、第１の実施の形態では、樹脂封止部５に１種の蛍光体６が含有された構成を説明したが、複数の蛍光体を樹脂封止部５に含有させても良い。例えば、赤色やオレンジ色の励起光を放射する蛍光体を含有させることで演色性を付与することができる。

また、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂについてもフェイスアップ型のＬＥＤ素子に限定されることなく、配線部３Ａ，３Ｂ，および３Ｃに対してフリップ実装するＬＥＤ素子であっても良い。

（第２の実施の形態）
（ＬＥＤ１の構成）
図２は、第２の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤの縦断面図である。以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成および機能を有する部分については共通の符号を付している。

このＬＥＤ１は、シリコン樹脂からなる樹脂封止部５と、樹脂封止部５の表層に蛍光体６を含有させたシリコン樹脂からなる蛍光体層６０とを積層状に設けた構成において第１の実施の形態と相違している。

（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、樹脂封止部５の表層に蛍光体層６０を設けているので、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて蛍光体６の使用量を低減することができ、ＬＥＤ１のコストダウンを実現できる。また、蛍光体層６０に対してＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂから放射される青色光，紫外光が充分に照射されるので、蛍光体６の励起効率に優れる。

（第３の実施の形態）
（ＬＥＤ１の構成）
図３は、第３の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤの縦断面図である。このＬＥＤ１は、軟金属のリードからなる配線部３Ａ，３Ｂ，および３Ｃに対してＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂを実装したリード搭載型ＬＥＤであり、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂは、配線部３Ｃの上部に設けられる素子搭載部３１に接着剤によって接着固定されている。また、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂおよび配線部３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、蛍光体６を含有した樹脂封止部８によって封止されており、樹脂封止部８の光放射側は半球状に形成されている。

配線部３Ａ，３Ｂ，および３Ｃは、銅又は銅合金をプレス加工することによって形成されており、表面にＮｉめっきが施されている。

樹脂封止部８は、エポキシ樹脂に珪酸塩蛍光体からなる蛍光体６を含有して形成されており、蛍光体６は、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂから放射される青色光および紫外光によって励起されて黄色の励起光を放射する。なお、樹脂封止部８を形成する樹脂材料はエポキシ樹脂に限定されず、例えば、シリコン樹脂を用いても良い。

（ＬＥＤ１の動作）
以下に、第３の実施の形態に係るＬＥＤ１の動作について説明する。

配線部３Ａ，３Ｂ，および３Ｃを図示しない電源部に接続して電圧を印加することにより、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂが発光する。樹脂封止部８に含有される蛍光体６は、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂから放射される青色光および紫外光によって励起されて黄色の励起光を放射する。この青色光と黄色の励起光とが混合されることによって生じた白色の光は、樹脂封止部８の半球形状に応じた方向に集光されて放射される。

（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によると、リードに実装されたＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂを蛍光体６を含有する樹脂封止部８で封止したものについても第１の実施の形態と同様に所望の白色度を得ることができ、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂに対する駆動制御に基づいて青色光の光量と励起光の光量を調整することにより、青色寄りの白色から黄色寄りの任意の白色を容易に得ることができ、色度範囲のバリエーションを付与することができる。なお、樹脂封止部８に設けた半球形状に変えて外部放射する光の集光、拡散に応じた光学形状を設けることも可能である。

（第４の実施の形態）
（ＬＥＤ１の構成）
図４は、第４の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤの縦断面図である。このＬＥＤ１は、第３の実施の形態で説明したリード搭載型ＬＥＤの樹脂封止部８を透明なエポキシ樹脂で形成し、その外表面に蛍光体６を含有した蛍光体層６０を薄膜状に設けた構成において第３の実施の形態と相違している。

蛍光体層６０は、例えば、バインダーに蛍光体を溶解した蛍光体溶液を作成し、この蛍光体溶液に対して樹脂封止部８をディッピングすることにより設ける方法、又は蛍光体溶液を樹脂封止部８表面に塗布する方法等により設ける。

（第４の実施の形態の効果）
上記した第４の実施の形態によると、半球球状に形成される樹脂封止部８の表面に均一な厚さで蛍光体層６０を容易に設けることができる。また、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂから放射される青色光および紫外光が充分に蛍光体層６０に照射されることにより、波長変換効率を向上させることができる。なお、蛍光体層６０は、湿気等による劣化を防ぐものとして透光性を有するコーティングを施すことにより表面を保護するようにしても良い。

また、蛍光体層６０は、ＬＥＤ１の製造工程とは別工程で形成されたキャップ状の蛍光体層を組み合わせる構成としても良い。

（第５の実施の形態）
（ＬＥＤ１の構成）
図５は、第５の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤの縦断面図である。このＬＥＤ１は、第３の実施の形態で説明したリード搭載型ＬＥＤの配線部３Ｃの上部にカップ部３０を設け、このカップ部３０内にＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂを収容するとともに蛍光体６を含有したコーティングで封止してコーティング部６１を設けた構成において第３の実施の形態と相違している。

カップ部３０は、配線部３Ｃのプレス加工時に圧痕形成され、素子搭載部３１に搭載されるＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂから放射される光を反射して外部放射を促すように傾斜した側面を有して形成されている。

コーティング部６１は、シリコン樹脂に珪酸塩蛍光体からなる蛍光体６を混合したコーティングを充填することによって形成されている。

（第５の実施の形態の効果）
上記した第５の実施の形態によると、配線部３Ｃの上部に設けたカップ部３０内にＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂを収容し、蛍光体６を含有したコーティングでカップ部３０を封止するようにしたので、蛍光体６の使用量を低減でき、コストダウンを図れる。また、ＬＥＤ素子２Ａ，２Ｂが収容されたカップ部３０をコーティングで封止しているので、外部放射性に優れる波長変換型のＬＥＤ１が得られる。

なお、上記した第１から第５の実施の形態では、珪酸塩蛍光体を用いたＬＥＤを説明したが、珪酸塩蛍光体以外の他の蛍光体を用いても良く、例えば、オキシ窒化物ガラス蛍光体、ニトリドシリケート系蛍光体等の、紫外光および青色光によって励起可能なものであれば良い。

（ａ）および（ｂ）は、第１の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部における縦断面図である。第２の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤの縦断面図である。第３の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤの縦断面図である。第４の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤの縦断面図である。第５の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤの縦断面図である。

符号の説明

１…ＬＥＤ、２Ａ，２Ｂ，…ＬＥＤ素子、３…基板、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…配線部、４…本体部、４Ａ…傾斜面、５…樹脂封止部、６…蛍光体、７…ワイヤ、８…樹脂封止部、３０…カップ部、３１…素子搭載部、４０…開口部、６０…蛍光体層、６１…コーティング部

Claims

第１の発光波長領域の光を放射する第１の発光素子と、
前記第１の発光波長領域の光によって励起されて励起光を放射する蛍光体と、
前記蛍光体を第２の発光波長領域の光で励起して前記励起光を放射させる第２の発光素子とを有することを特徴とする発光装置。
前記第１の発光素子は青色光を放射する青色発光素子であり、前記第２の発光素子は紫外光を放射する紫外光発光素子であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記蛍光体は、前記第１および前記第２の発光波長領域の光で励起されることによって黄色の前記励起光を放射することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記蛍光体は、珪酸塩蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記蛍光体は、前記第１および前記第２の発光素子の表面に薄膜状に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。