JP2006261540A - 発光デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】 従来の青色ＬＥＤチップと黄色発光蛍光体とを組合わせ白色ＬＥＤランプを得る方法では、ＬＥＤからの光は、蛍光体との衝突回数に応じて黄色味が強くなるので、ＬＥＤチップから遠い周縁部ほど黄色味が強い光となり、色ムラを生じていた。
【解決手段】 本発明により、青色ＬＥＤチップの周縁を黄色発光蛍光体３が混和された充填樹脂による封止樹脂４で覆い、青色ＬＥＤチップからの光と、黄色発光蛍光体からの光との混合色で白色発光を得る発光デバイス１において、封止樹脂の発光面は、青色ＬＥＤチップの中心と通る垂直線Ｚに軸対称とされ、発光面には、高屈折率膜と低屈折率膜とが積層された光学多層膜が設けられている発光デバイスとすることで、課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤランプに関するものであり、詳細には、例えば、青色にに発光するＬＥＤチップと、例えば、黄色に発光するの蛍光体とを組合わせ、前記ＬＥＤチップからの光で前記蛍光体を励起し、ＬＥＤチップかの光と、蛍光体からの光とを混色させ、白色または中間色を得る構成とした発光デバイスに係るものである。
従来の青色発光のＬＥＤチップ９１と、黄色発光の蛍光体９２とを組合わせて、擬似的に白色発光のＬＥＤランプ９０を得るときの構成の例を示すものが、図５であり、プリント回路基板で形成された素子基板９３にはエッチングなど適宜な手段により正極と負極の２極の回路９３ａが形成され、前記ＬＥＤチップ９１が一方の極でダイボンドされている。
そして、前記ＬＥＤチップ９１の他方の極には金ワイヤ９４で配線が行われ、前記ＬＥＤチップ９１に給電が可能な状態とされている。また、前記ＬＥＤチップ９１には、このＬＥＤチップ９１の湿度などからの保護と、前記金ワイヤ９４の機械的な接触などによる断線の発生の保護とを兼ねてエポキシなど透明な封止樹脂９５によりモールドが行われケース９６が形成されている。
ここで、特に、白色発光ＬＥＤランプ９０とする場合には、ＬＥＤチップ９１が発光する光が青色であるので、前記ＬＥＤチップ９１が発光する光により励起され、黄色発光を行う蛍光体９６の適量を、前記透明樹脂９５中に混和しておき、ケース９６から外部に光が放出されるときには、お互いが補色関係にある青色と黄色とが混合されて、白色光として見えるものとしている。
特開２００２−０７６４４４号公報
しかしながら、上記した従来の構成の白色発光ＬＥＤランプ９０においては、図５からも明らかなように、このＬＥＤランプ９０を見る方向により、前記ＬＥＤチップ９１から射出された光が観視者に達するまでのケース９６内の距離に差を生じるものとなるので、見る方向により青色光と前記蛍光体９２との衝突の回数が異なるものとなる。
この結果、封止樹脂９５内での透過距離が長くなる角度から観視されると光は黄色味が強くなり、短かくなる角度から観視されると青色が強くなる。即ち、見る方向によって色が変わって感じられる場合を生じたり、或いは、形状によっては一方向から観視した場合にも色ムラを感じるなどの問題点を生じるものとなり、この点の解決が課題とされるものとなっていた。
本発明は、可視ＬＥＤチップと、前記可視ＬＥＤチップを封止し、前記可視ＬＥＤチップからの光によって励起される蛍光体が含有された樹脂と、前記可視ＬＥＤチップからの光を所定の割合で反射し、且つ、前記可視ＬＥＤチップからの光より長い波長の光を透過して前記可視ＬＥＤチップからの光より短い波長の光を波長を反射する光学多層膜とを含み、前記光学多層膜が、前記樹脂の光放出面上に配置されていること、を特徴とする発光デバイスを提供することで色ムラの発生を生じないものとして、課題を解決する。
本発明の光学多層膜はＬＥＤチップが発する可視光に対して所定の反射率を持ち、且つ、可視光ＬＥＤチップからの光より長い波長の光を透過し、可視光ＬＥＤチップからの光より短い光を反射する性質を持つ。この反射特性は、光学多層膜に対する光の入射角が大きくなった場合、短波長側へシフトする。
この結果、垂直な角度で光学多層膜へ入射する蛍光体由来の光よりＬＥＤチップ由来の光の強度が強い混合色に対してはＬＥＤチップ由来の光にのみ所定の割合で反射し、大きな入射角で光学多層膜へ入射する、ＬＥＤチップ由来の光より蛍光体由来の光が強い混合色に対しては双方の光を共に透過するものとなり、観視角度による発光色の相違を相殺できる。
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に符合１で示すものは、本発明に係る発光デバイスであり、この発光デバイス１も青色ＬＥＤチップを光源として採用し、この青色ＬＥＤチップの周縁に防湿用として透明エポキシ樹脂が充填（モールド）されて形成される封止樹脂４中に混合される黄色発光蛍光体３とで白色発光を得るものである点は従来例のものと同様である。
尚、ここでは、説明を簡素化して理解を容易とするために、この実施形態１では素子基板５には、例えば、略すり鉢型とした凹部５ａが設けられており、この凹部５ａの底面に青色ＬＥＤチップがダイマウントされて、金ワイヤ６により配線が行われた後に、ほぼ素子基板５の上面まで、前記透明エポキシ樹脂が充填されて封止樹脂４とされている形状として説明を行うが、本発明はこの形状を限定するものではない。
そして、上記したように、前記封止樹脂４を形成する透明エポキシ樹脂中には、黄色発光蛍光体３が予めに均一に混和されている。図２は、前記凹部５ａ内に形成される封止樹脂４の部分を詳細に示すものであり、前記封止樹脂４を上記の構成としたことで、前記青色ＬＥＤチップ２からの種々の方向に放射される光が、前記封止樹脂４の各部分を透過して外部に放出されるまでの距離に差が生じることが明確に理解できるものとなる。
そして、平均的には青色ＬＥＤチップ２から光軸Ｚに対して傾いた角度で放出される光ほど黄色発光蛍光体３と衝突する機会が多く、黄色寄りの白色となり、逆に青色ＬＥＤチップ２から光軸に近い角度で放出される光は前記蛍光体との衝突の機会が少ないので青色寄りの白色となって、観視者には見る方向により異なる発光色を与えるものとなる。
本発明は、上記の現象を回避する目的で行われたものであり、前記封止樹脂４の上面には図３に示すように、高屈折率の部材、例えばＴｉＯ２（屈折率＝２．４０）から形成された薄膜と、低屈折率の部材、例えばＳｉＯ２（屈折率＝１．４７）のから形成された薄膜とが積層された光学多層膜７が、前記封止樹脂４の、光を外部に放射する面を覆うようにして、第１層側を封止樹脂４側として設けられている。
尚、現実には黄色発光蛍光体３などが混和され平面性を保つことが困難な封止樹脂４の表面に１００nm程度と、極薄い膜厚の成膜を高精度で行うことは困難であるので、予めに図１に示すようにガラスなど、平面性が保証される透明基板７ａ上に光学多層膜７を形成しておき、それを素子基板５の凹部５ａの上方など所定の位置に設置しておく。
その後に、前記凹部５ａを封止樹脂４を形成するための黄色発光蛍光体３が添加された樹脂のトランスファモールドなどの手段で充填を行うことで、封止樹脂４、素子基板５との一体化を行うなど、適宜な手段で取付けを行うものとしても良い。尚、図１、図２では存在を明確とするために、光学多層膜７は厚みを有するものとして記載しているが、現実には１００nm×１２層程度である。
光学多層膜７がない場合に、前記封止樹脂４の光放出面を観視するときには、ＬＥＤチップ２中心を通り、光放出面に垂直な光軸Ｚを中心として、同心円状に青色味の強い白色から、黄色味が強い白色に順次変化していく状態となる。従って、前記光軸Ｚからの距離に応じて青色光の透過率が増していくものを光放出面に適用することで、前記封止樹脂４の、光を外部に放出している面には色ムラを生じないものとすることができる。
本発明では、このための光学多層膜７が設置される。即ち、高屈折率部材と低屈折率部材との薄膜を積層して形成した長波長透過フィルターは、透過する光の入射角がフィルターに対して垂直の場合から傾いていくに従って短波長側へカットオフ波長が移動する（つまり、透過する波長が短波長側へ移動する。）この性質を利用して、両者を組合わせる。
具体的には、前記光学多層膜７は、中心波長を青寄りの紫に設定し、一部の膜厚を調整するなどして、図４に符合Ｒの曲線で示すように青側（長波長側）の反射率に傾斜を有するものとしておく。このようにすることで、前記青色ＬＥＤチップから放射される光が傾くほど、図４中に符合Ｓの曲線（破線）で示すように前記光学多層膜７の反射特性は短波長側に移動するものとなるので、青色の透過量が増すものとなり、上記したように封止樹脂４の外周部分からの光ほど黄色味が強くなる現象を防止できるものとなる。
ここで、再び図２を参照して、前記封止樹脂４の光放出側を光学多層膜７で覆った作用を説明すると、上記したように青色ＬＥＤからの光が黄色発光蛍光体３と衝突する確率が低い正面（０°）方向では図中に曲線Ｂで示すように約６５％程度の青色が前記封止樹脂４方向に反射され、正面から見たときの青色が強くなるのを防止するが、光学多層膜７を斜めに通過する。即ち、黄色発光蛍光体３との衝突の確率が高くなるに従い反射率が低下して青色と黄色とのバランスを取るものとしている。なお、図中に符号Ｙで示す曲線は前記光学多層膜７の黄色に対する反射率である。
以上が、本発明の動作原理であるが、実際の実施に当たっては、例えば、封止樹脂４内に混和する黄色発光蛍光体３の量により、青色味が強い状態から、黄色味みが強い状態に移行する距離が変化する。或いは、青色ＬＥＤチップ２を覆う封止樹脂４の厚みが異なると、前記光軸Ｚから同じ距離の位置であっても、前記光学多層膜７を透過するときの角度が異なるなど、状況の相違を生じるので、これらを勘案し、上記した光学多層膜７の中心波長、前記黄色発光蛍光体３の添加量、前記封止樹脂４の厚みなどが決定するものとなる。
よって、本発明によれば、正面、斜め方向など、どの方向からみても、同じ白色に見える発光デバイス１が得られるものとなり、従来例のように斜め方向から見ると黄色味が強く感じられ、観視者に違和感を生じさせることがなく、発光デバイス１としての品質感が向上する。
尚、本発明を成すための発明者による試作、検討の経過において、前記封止樹脂４を覆って光学多層膜７を設ける構成としたことで、特に青色ＬＥＤチップの距離が近い中心部で過剰となる青色光は前記光学多層膜７により封止樹脂４内に反射され、再度、前記黄色発光蛍光体３に当接して黄色光に変換されるものとなることが確認された。
従って、前記封止樹脂４に混和される黄色発光蛍光体３の量は従来例のものよりも少なくて良く、これにより、完成した発光デバイス１に対して、封止樹脂４を形成する樹脂に過剰に異物（蛍光体）が混入されることで脆くなり、欠け、割れなどを生じ易い発光デバイス１となることを防止できる。
同様に、封止樹脂４に混和される蛍光体の量が少なくなるので、素子基板５の凹部５ａに対する封止樹脂４の接着性が向上し、両者の境界面での剥離なども生じ難くなり、気密性が向上し、寿命の向上も期待できるものとなる。
同時に、少ない蛍光体の混和で良いことで、封止樹脂４を形成するときの樹脂注入時の粘度が低くなり、注入時に気泡が発生したり、或いは、注入時に金ワイヤ６の断線も生じないものとなって、良品率が向上するなどの二次的な効果も得られることが判明した。
なお、本発明の趣旨から明らかなように、本発明が適用される範囲は実施例にある青色ＬＥＤに黄色蛍光体を組合わせた白色ＬＥＤに限られない。可視ＬＥＤ、または、紫外ＬＥＤによって蛍光体を励起し、白色または中間色を発する蛍光体ＬＥＤであれば同様に適用可能である。
本発明に係る発光デバイスの実施形態を示す断面図である。 同じく本発明に係る発光デバイス１の要部を拡大して示す説明図である。 同じく本発明に係る光学多層膜の構成を示す説明図である。 上記光学多層膜の光が直角に透過するときと、斜めに透過するときの波長特性の相違を示すグラフである。 従来例を示す断面図である。
符号の説明
１…発光デバイス
２…青色ＬＥＤチップ
３…黄色発光蛍光体
４…封止樹脂
５…素子基板
５ａ…凹部
６…金ワイヤ
７…光学多層膜
７ａ…透明基板

Claims (3)

  1. 可視ＬＥＤチップと、
    前記可視ＬＥＤチップを封止し、前記可視ＬＥＤチップからの光によって励起される蛍光体が含有された樹脂と、
    前記可視ＬＥＤチップからの光を所定の割合で反射し、且つ、前記可視ＬＥＤチップからの光より長い波長の光を透過して前記可視ＬＥＤチップからの光より短い波長の光を波長を反射する光学多層膜とを含み、
    前記光学多層膜が、前記樹脂の光放出面上に配置されていること、を特徴とする発光デバイス。
  2. 前記可視ＬＥＤチップが、凹部を持つハウジングの底面にダイボンドされ、前記樹脂が前記凹部に注入され、前記多層膜が前記凹部の開口部に配置されていることを、
    を特徴とする請求項１記載の発光デバイス。
  3. 前記光学多層膜が、透明基板上に成膜されたＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、または、Ｔａ２Ｏ５の何れか一つと、ＳｉＯ２の積層膜でであること、
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光デバイス。
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