JP2006286896A

JP2006286896A - 発光ダイオード装置

Info

Publication number: JP2006286896A
Application number: JP2005104300A
Authority: JP
Inventors: Kiyoko Kawashima; 淨子川島
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】本発明は、各発光ダイオードから発光させる発光色の色温度を均一にすることができる発光ダイオード装置を提供することを目的とする。
【解決手段】請求項１の発明は、基板に配設される発光ダイオード６と；平均粒径１０〜１５μｍの蛍光体粒子を含み、粘度１〜３Ｐａ・Ｓを有する樹脂により、前記発光ダイオードを被覆する蛍光体層１２と；を具備していることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する発光ダイオード装置に関する。

従来の発光ダイオード装置（ＬＥＤ装置）の一例としては、ＬＥＤチップを配設するケース内に、合成樹脂を充填してＬＥＤチップをケース内に封止する面実装タイプのものが知られている（例えば特許文献１参照）。

そして、この種のＬＥＤ装置により白色光を発光させる従来例の一例としては、青色発光ＬＥＤチップにより発光させた青色光と、黄色発光ＬＥＤチップにより発光させた黄色光と、を混合させるもの（以下、第１の従来技術という）が知られている。また、他の従来例としては、青色発光ＬＥＤチップの青色光と、この青色発光により黄色発光蛍光体を励起させて得た黄色光とを混色させるもの（以下、第２の従来技術という）が知られている。
特開２００２−４３６２５号公報

しかしながら、第１の従来技術では、青色発光ＬＥＤチップと黄色発光ＬＥＤチップとの間に距離があるので、青色光と黄色光の混色を均一にすることが難しく、白色光以外の他の色になり易い。また、青色光と黄色光をそれぞれ発光する少なくとも２個のＬＥＤチップを設置するためのスペースが必要であり、これを搭載する機器の大形化を招いている。

そして、第２の従来技術では、その封止樹脂外面に対して垂直方向から見た場合、青色発光ＬＥＤチップが位置する中央部でほぼ白色光が得られるものの、その周辺部では黄色光が分布し、色むらが発生する。また、このために、封止樹脂外面に対して斜めから見た場合には、主に黄色光が発光しているように見られる。さらに、この封止樹脂外面の中央部においても、この中央部と青色発光ＬＥＤチップとの距離の方が、周辺部と青色発光ＬＥＤチップとの距離よりも近いので、その分、青色光の輝度が高く、青色光が抜けるので、白色光が青味がかって見えるという不具合もある。

また、青色発光ＬＥＤチップを同一基板に複数配設したものにおいて、封止樹脂に蛍光体を含ませた場合、ＬＥＤチップ部分毎から発光される色温度や発光効率を均一にすることは技術的に困難性を有する。

本発明は、各発光ダイオードから発光させる発光色の色温度を均一にすることができる発光ダイオード装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基板に配設される発光ダイオードと；平均粒径１０〜１５μｍの蛍光体粒子を含み、粘度１〜３Ｐａ・Ｓを有する樹脂により、前記発光ダイオードを被覆する蛍光体層と；を具備していることを特徴とする。

蛍光体層は、発光ダイオードを直接的又は間接的に被覆する。平均粒径１０〜１５μｍの蛍光体粒子を含み、粘度１〜３Ｐａ・Ｓを有する樹脂は、その塗布量のバラツキを抑制し、色温度を均一化させる。

請求項２に記載の発明は、基板に配設される発光ダイオードと；発光ダイオードを被覆する樹脂に拡散剤を３ないし５質量％添加してなる拡散層と；拡散層の上側に配設され、平均粒径１０〜１５μｍの蛍光体粒子を含み、粘度１〜３Ｐａ・Ｓを有する樹脂を使用した蛍光体層と；を具備していることを特徴とする。

拡散剤を３ないし５質量％添加してなる拡散層は、発光ダイオードからの光を拡散し、輝度を均一化する。

請求項３に記載の発明は、基板と；基板に配設される発光ダイオードと；発光ダイオードを収容する凹部を有する反射体と；凹部に配設され、発光ダイオードを被覆する樹脂に拡散剤を３ないし５質量％添加してなり、前記凹部に配設される拡散層と；拡散層の上側に配設され、平均粒径１０〜１５μｍの蛍光体粒子を含み、粘度１〜３Ｐａ・Ｓを有する樹脂を使用した蛍光体層と；を具備していることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、各発光ダイオードから発光される色温度をほぼ均一にすることができる。

請求項２および３に係る発明によれば、拡散層を有するので、請求項１に係る発明の効果を有するとともに、輝度も均一にすることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。面中、同一または相当部分には同一符号を付している。図１は本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置１の平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図２のＩＩＩ部拡大図である。

図１，図２に示すように発光ダイオード装置１は、基板２上に、複数の発光ダイオード配設部３，３，・・・を例えば３行３列のマトリクス状に配設している。基板２は、放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やＮｉ、ガラスエポキシ等の平板からなり、この基板２上には、電気絶縁層４を介してリードフレーム５が配設されている。

図３に示すように、リードフレーム５は、発光ダイオード配設部３毎にＣｕとＮｉの合金やＡｕ等により、陰極側と陽極側の回路パターン（配線パターン）５ａ，５ｂを形成しており、このリードフレーム５上には、発光ダイオード配設部３毎に、青色発光ダイオード６をそれぞれ搭載している。各青色発光ダイオード６は、青色の光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体等からなる。各青色発光ダイオード６は、その底面電極を回路パターン５ａ，５ｂの一方上に載置して電気的に接続する一方、上面電極を回路パターン５ａ，５ｂの他方にボンディングワイヤ７により接続している。

そして、基板２上には、各青色発光ダイオード６を収容するため、各青色発光ダイオード６の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、基板２の反対側（図２，図３では上方）に向けて漸次拡開する円錐台状の凹部８をそれぞれ同心状に形成した反射体９を発光ダイオード配設部３毎に形成している。反射体９は例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂よりなり、各凹部８は外部に開口する開口８ａをそれぞれ有する。

各凹部８は、その内部に、透光性を有するシリコーンゴムやエポキシ樹脂等の熱硬化性透明樹脂を封止樹脂１０としてそれぞれ充填している。この封止樹脂１０は、青色発光ダイオード６側の拡散層１１と、凹部開口８ａ側の黄色発光蛍光体層１２の２層に形成されている。

各発光ダイオード配設部３における色温度のバラツキの要因は、蛍光体粒子を含む樹脂の黄色発光蛍光体層１２の塗布量のバラツキが考えられる。このバラツキは、蛍光体粒子の平均粒径に起因し、蛍光体粒子の粒径を変化させて、塗布量および色温度の変化をみた。

所定の塗布量に対し、バラツキが±5%、±4%、±3%のとき、各発光ダイオード配設部３の色温度差は、それぞれ±200K（ケルビン）、±150K、±100Kとなり、視感での判定としては、塗布量±3%までが最も色温度差を感じなかった。このときの蛍光体粒子の平均粒径は１０〜１５μｍであった。

次に、この塗布量のバラツキは、黄色発光蛍光体層１２に使用される樹脂粘度(Ｐａ・Ｓ)によるものと考えられる。そこで、樹脂粘度(Ｐａ・Ｓ)を０．３Ｐａ・Ｓ、１Ｐａ・Ｓ、３Ｐａ・Ｓと変化させて塗布量および色温度のバラツキをみた。この結果、それぞれ±4%、±3.5% 、±3%となり、発光ダイオード配設部３の色温度差は、それぞれ±150K（ケルビン）、±100K、±140Kとなり、視感での判定では、１〜３Pa・Sが好適であることが分かった。

拡散層１１は、凹部８内に、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やＴｉ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｙ等の拡散剤を３〜５質量％（ｍａｓｓ％）添加した封止樹脂を、青色発光ダイオード６よりも高い位置まで注入して熱硬化させることにより形成され、蛍光体層１２との境界面１１ａを青色発光ダイオード６側（図３では下面側）へ凹む湾曲面に形成している。この湾曲境界面１１ａは、その湾曲上端と同下端との間が例えば１〜５μｍが好ましい。

黄色発光蛍光体層１２は、拡散層１１の熱硬化形成後、凹部８内に、青色発光ダイオード６からの青色発光を受光して黄色に蛍光発光する黄色発光蛍光体を所要質量％添加した封止樹脂を注入して熱硬化させて構成されている。

次に、この発光ダイオード装置１の作用を説明する。まず、各陰極側と陽極側の回路パターン５ａ，５ｂ間に、外部から所定の直流電圧が印加されると、青色発光ダイオード６が青色発光される。この青色発光は、拡散層１１により多方向へ拡散されてから黄色発光蛍光体層１２内に入射し、ここで黄色蛍光体を多方向から励起して黄色に発光させると共に、この黄色と混色されて白色光になって各凹部開口８ａから外部へ放射される。

したがって、この発光ダイオード装置１によれば、青色発光ダイオード６の微小な発光を拡散層１１により多方向へ拡散し、多方向から蛍光体層１２の黄色蛍光体を励起させて黄色に発光させ、かつこの黄色光と青色光とを混色させて白色光を発光させるので、この白色光の色むらを低減することができる。

また、拡散層１１の封止樹脂１０に添加した拡散剤の添加量が３〜５質量％であるので、光束を低下させずに白色光の色むらを低減することができる。拡散剤の添加量ゼロ、すなわち、拡散剤の添加量無しの場合の光束を１００％としたとき、拡散剤の添加量が５質量％を超過すると、光束が低下し、同添加量が３質量％未満になると、色むら低減効果が低下した。なお、拡散層１１の拡散剤の添加率を５質量％よりも多くすると、青色発光ダイオード６等の発光がＮｉ製等の基板２に吸収される光量が増加するので、凹部開口８ａから外部に放射される白色光の光束が低下する。

そこで、この基板２の受光面に、白色塗料等の反射材を塗布して反射面に形成することにより、光束低下を防止または抑制するように構成してもよい。

本発明に係る実施形態に係るＬＥＤ照明装置の平面図。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。図２のＩＩＩ部拡大図。

符号の説明

１発光ダイオード装置、２基板、３発光ダイオード配設部、４絶縁層、５リードフレーム、６青色発光ダイオード、８凹部、８ａ凹部開口、
９反射体、１１拡散層、１１ａ境界面、１２蛍光体層。

Claims

基板に配設される発光ダイオードと；
平均粒径１０〜１５μｍの蛍光体粒子を含み、粘度１〜３Ｐａ・Ｓを有する樹脂により、前記発光ダイオードを被覆する蛍光体層と；
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。
基板に配設される発光ダイオードと；
発光ダイオードを被覆する樹脂に拡散剤を３ないし５質量％添加してなる拡散層と；
拡散層の上側に配設され、平均粒径１０〜１５μｍの蛍光体粒子を含み、粘度１〜３Ｐａ・Ｓを有する樹脂を使用した蛍光体層と；
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。
基板と；
基板に配設される発光ダイオードと；
発光ダイオードを収容する凹部を有する反射体と；
凹部に配設され、発光ダイオードを被覆する樹脂に拡散剤を３ないし５質量％添加してなり、前記凹部に配設される拡散層と；
拡散層の上側に配設され、平均粒径１０〜１５μｍの蛍光体粒子を含み、粘度１〜３Ｐａ・Ｓを有する樹脂を使用した蛍光体層と；
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。