JP2006351708A - 発光ダイオードランプ及び光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光取出効率を高めることができるとともに、ケースの開口面内における発光光量のばらつき発生を防止することができる発光ダイオードランプ及び光源装置を提供する。
【解決手段】 光取出側に開口するケース６を有し、ケース６内に封止部材７を充填してなる素子封止用のパッケージ２と、パッケージ２のケース６内に収容され、かつ封止部材７によって封止されたＬＥＤ素子３とを備えたＬＥＤランプ１であって、ケース６の開口部６Ａは、その平面形状を矩形とする光取出口によって形成され、ＬＥＤ素子３は、光取出口の平面形状に応じた平面矩形状のＬＥＤ素子からなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば携帯電話機のバックライト光源を含む光源に用いて好適な発光ダイオードランプ及び光源装置に関する。

近年、光源装置には、水銀ガスによる環境（人体）への悪影響をなくすという考えから、また紫外光の照射による構成部品の劣化を防止するとともに、消費電力コストを低減し、かつ良好な色再現性を得るという観点等から、水銀ガスを内封してなる冷陰極蛍光管に代わり、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）ランプを備えたものが採用されている。

従来、この種光源装置のＬＥＤランプには、矩形開口付きのケースを有するパッケージと、このパッケージによって封止された平面正方形状のＬＥＤ素子とを備えたものが提案されている（例えば特許文献）。

このようなＬＥＤランプにおいては、ＬＥＤ素子の発光層が発光すると、この光がパッケージ（封止部材）を透過してケース開口から外部に出射される。
特開２００４−１９３５３７号公報

しかし、従来のＬＥＤランプ（特許文献１）によると、平面矩形状のケース開口面内に平面正方形状のＬＥＤ素子が配置されているため、ケース内面のうちケース開口の長辺に対応する２つの内面とこれら２つの内面にそれぞれ対応するＬＥＤ素子の外面（側面）との間の寸法が相当小さい寸法（８０μｍ）となり、それだけケース内面に対するＬＥＤ素子からの放射光の入射光量が多くなっていた。この結果、ケースの吸収によるＬＥＤ素子の損失光量が増加し、光取出効率が低下するという問題があった。

また、従来のＬＥＤランプにおいて、平面矩形状のケース開口面内に平面正方形状のＬＥＤ素子が配置されていることは、ケース開口の長辺側と短辺側とで発光分布が互いに異なり、ケースの開口面内において発光光量にばらつきが発生するという問題もあった。

そこで、本発明者は、ＬＥＤ素子のサイズ変更の検討を開始したが、その過程で平面矩形状のケース開口面内にケース開口の平面形状に応じた平面矩形状のＬＥＤ素子を配置すると、発光光度が高くなることを見出した。

従って、本発明の目的は、光取出効率を高めることができるとともに、ケースの開口面内における発光光量のばらつき発生を防止することができる発光ダイオードランプ及び光源装置を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、光取出側に開口するケースを有し、前記ケース内に封止部材を充填してなる素子封止用のパッケージと、前記パッケージのケース内に収容され、かつ前記封止部材によって封止された発光ダイオード素子とを備えた発光ダイオードランプであって、前記ケースの開口部は、その平面形状を矩形とする光取出口によって形成され、前記発光ダイオード素子は、前記光取出口の平面形状に応じた平面矩形状の発光ダイオード素子からなることを特徴とする発光ダイオードランプを提供する。

（２）本発明は、上記目的を達成するために、同一平面内で隣接する複数の発光ダイオードランプを備えた光源装置において、前記発光ダイオードランプは上記（１）に記載の発光ダイオードランプであることを特徴とする光源装置を提供する。

本発明によると、光取出効率を高めることができるとともに、光取出口の開口面内における発光光量のばらつき発生を防止することができる。

[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係るＬＥＤランプを説明するために示す図である。図１（ａ）は平面図を、図１（ｂ）は断面図をそれぞれ示す。図２は、本発明の実施の形態に係るＬＥＤランプのＬＥＤ素子を説明するために示す断面図である。

〔発光ＬＥＤランプの全体構成〕
図１において、符号１で示すＬＥＤランプは、素子封止用のケース付きパッケージ２と、このパッケージ２によって封止されたＬＥＤ素子３と、このＬＥＤ素子３に電源電圧を供給するための外部接続用のリード４，５とから大略構成されている。

（ケース付きパッケージ２の構成）
ケース付きパッケージ２は、光取出側に開口するケース６を有し、このケース６の内部に充填してなる封止部材７によってＬＥＤ素子３を封止するように構成されている。

ケース６は、ランプ搭載側から光取出側（ケース開口）に向かって広がる截頭角錐状の内部空間８を有し、全体が例えばナイロン（商標名）等の樹脂材料からなる矩形箱によって形成されている。ケース６には、内部空間８を形成するための傾斜面（反射面）８Ａ〜８Ｄ及びケース開口面と平行なランプ搭載側面８Ｅが設けられている。ケース６の開口部６Ａは、その平面形状を矩形とする光取出口によって形成されている。ケース６の内面（傾斜面８Ａ〜８Ｄ及びランプ搭載側面８Ｅ）のうちケース開口の長辺に対応する傾斜面８Ａ，８Ｂとこれら傾斜面８Ａ，８Ｂにそれぞれ対応するＬＥＤ素子３の長辺側側面ａ，ｂとの間の寸法（素子−ケース内面間寸法）Ｌは、１１０μｍ≦Ｌ≦１６０μｍの範囲内の寸法に設定されている。

封止部材７は、例えばシリコーン等の樹脂材料によって形成されている。封止部材７には、ＬＥＤ素子３からの放射光（青色光）を受けて励起されることにより波長変換光（黄色光）を放射するＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）等の蛍光体９が含有されている。

（ＬＥＤ素子３の構成）
ＬＥＤ素子３は、図２に示すように、ｎ側電極３Ａ及びｐ側電極３Ｂ・光透過性電流拡散（ＩＴＯ）膜３Ｃを有するフェイスアップ型の青色ＬＥＤ素子からなり、ケース６の内部に収容され、かつ封止部材７によって封止されている。ＬＥＤ素子３の形成は、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板１０上にバッファ（ＡｌＮ）層１１及びｎ型半導体（ＧａＮ）層１２・発光層１３・ｐ型半導体（ＧａＮ）層１４を順次結晶成長させることにより行われる。ｎ側電極３Ａは、アルミニウム（Ａｌ）からなり、ｎ型半導体層１２の外部露出面に配設されている。ｐ側電極３Ｂは、金（Ａｕ）からなり、ｐ型半導体層１４の表面に光透過性電流拡散膜３Ｃを介して配設されている。

（リード４，５の構成）
リード４，５は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、その一部がケース６中にインサート成形によって埋設され、全体が銅（Ｃｕ）製のリードフレームを折曲・切断することにより形成されている。リード４の一端部は、ｎ側電極３Ａにボンディングワイヤ１５を介して接続されている。リード４の他端部は、ケース６外に露出され、かつケース６の長短１対の側壁（周壁）のうち一の長辺側側壁・同じく一の短辺側側壁に密接して配置されている。リード５の一端部は、ｐ側電極３Ｂにボンディングワイヤ１６を介して接続されている。リード５の他端部は、ケース６外に露出され、かつケース６の長短１対の側壁（周壁）のうち一の長辺側側壁・他の短辺側側壁（リード４の他端部と反対側の短辺側側壁）に密接して配置されている。

〔ＬＥＤランプ１の動作〕
ＬＥＤ素子３に電源から電圧が印加されると、発光層１３において発光し、この光が封止部材７内に放射される。この場合、封止部材７には蛍光体９が含有されているため、ＬＥＤ素子３から放射される放射光（青色光）を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を放射する。このため、ＬＥＤ素子３から放射される青色の放射光と封止部材７から放射される黄色の波長変換光とが混合して白色光となる。しかる後、封止部材７の出射面から白色光として光取出側（照明対象側）に照射される。

[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

（１）平面矩形状のケース開口面内に傾斜面８Ａ，８Ｂと長辺側側面ａ，ｂとをそれぞれ対応させて平面正方形状のＬＥＤ素子３が配置されているため、ケース内面のうち開口部６Ａの長辺に対応する傾斜面８Ａ，８Ｂとこれら傾斜面８Ａ，８Ｂにそれぞれ対応するＬＥＤ素子３の長辺側側面ａ，ｂとの間の寸法Ｌが従来の場合と比べて広くなり、それだけケース６の傾斜面８Ａ，８Ｂに対するＬＥＤ素子３からの放射光の入射光量が低減される。これにより、ケース６の吸収によるＬＥＤ素子３の損失光量を減少させることができ、光取出効率を高めることができる。この場合、ケース６の内部空間８に対する封止部材７の注入時にケース６の傾斜面８Ａ，８ＢとＬＥＤ素子３の長辺側側面ａ，ｂとの間に蛍光体９を導入し易くするような空隙が形成されているため、封止部材７の注入後にはケース６内の封止部材７における蛍光体量の分布が均一になる。このため、蛍光体９の分布が不均一である従来のＬＥＤランプの場合と比べて蛍光体９による放射光の吸収量を減少させることができ、光取出効率を一層効果的に高めることができる。

（２）平面矩形状のケース開口面内に傾斜面８Ａ，８Ｂと長辺側側面ａ，ｂとをそれぞれ対応させて平面正方形状のＬＥＤ素子３が配置されていることは、開口部６Ａの長辺側と短辺側とで発光分布が均一になり、ケース６の開口面内における発光光量のばらつき発生を防止することができる。

（３）ＬＥＤ素子３の平面形状が矩形であるため、発熱点が素子長手方向に広がり、ＬＥＤ素子３の発光による素子中心（重心）部の温度上昇が抑制される。これにより、ＬＥＤ素子３の周辺における封止部材７の劣化を抑制することができ、ＬＥＤランプ１の長寿命化を図ることができる。

次に、本実施の形態（ＬＥＤランプ１）におけるＬＥＤ素子３とケース内面（傾斜面８Ａ，８Ｂ）との間の寸法（素子−ケース内面間寸法）Ｌについて考察する。

各平面サイズが互いに異なる複数のＬＥＤ素子３を用意し、これらＬＥＤ素子３をその長辺側側面ａ，ｂがケース６の内面（傾斜面８Ａ，８Ｂ）に対応するようにケース６内の素子搭載部上に実装するとともに、ケース６内で封止部材７によって封止してなる複数のＬＥＤランプ１を製造し、これらＬＥＤランプ１の軸上光度をそれぞれ測定した。これにより、ケース６の傾斜面８Ａ，８Ｂと発光ＬＥＤ素子３の長辺側側面ａ，ｂとの間の寸法Ｌを１１０μｍ≦Ｌ≦１６０μｍの範囲内の寸法とすると、ＬＥＤ素子３の軸上光度が高くなることが確認された。

よって、ＬＥＤ素子３の軸上高度を高くするためには、ケース６の傾斜面８Ａ，８ＢとＬＥＤ素子３の長辺側側面ａ，ｂとの間の寸法Ｌをそれぞれ１１０μｍ≦Ｌ≦１６０μｍの範囲内の寸法に設定すればよい。このことは、図３のグラフ（縦軸は、１辺を３２０μｍとする平面正方形状のＬＥＤ素子を有するＬＥＤランプの光度を「１」とした場合の光度比率を示す。また、横軸は寸法Ｌを示す）に示す通りである。

以上、本発明のＬＥＤランプを上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）本発明（ＬＥＤランプ）においては、白色光を発光する形態として上記実施の形態に限定されず、紫色光（波長３７０〜３９０ｎｍ）を放射するＬＥＤランプ及びこのＬＥＤランプから放射される放射光を受けて励起されることにより白色の波長変換光を放射する蛍光体によって白色光を発光するものであってもよい。

（２）本実施の形態では、白色光を発光するＬＥＤランプ１である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、赤色光あるいは緑色光・青色光等の単色光を発光するＬＥＤランプであっても勿論よい。

（３）本実施の形態では、単一のＬＥＤランプ１である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、複数個のＬＥＤランプを備えた光源装置であってもよい。この場合、複数個のＬＥＤランプを同一平面内に縦又は横方向に、また縦横両方向にそれぞれ隣接して配置してもよい。

（４）本実施の形態では、フェイスアップ型のＬＥＤ素子３である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、フリップチップ型のＬＥＤ素子であっても実施の形態と同様の効果を奏する。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るＬＥＤランプを説明するために示す平面図と断面図。 本発明の実施の形態に係る発光ＬＥＤランプのＬＥＤ素子を説明するために示す断面図。 本発明の実施の形態に係るＬＥＤランプにおける光度と素子−ケース内面間寸法との関係を示すグラフ。

符号の説明

１…ＬＥＤランプ、２…パッケージ、３…ＬＥＤ素子、３Ａ…ｎ側電極、３Ｂ…ｐ側電極、３Ｃ…光透過性電流拡散膜、４，５…リード、６…ケース、６Ａ…開口部、７…封止部材、８…内部空間、８Ａ〜８Ｄ…傾斜面、８Ｅ…ランプ搭載側面、９…蛍光体、１０…サファイア基板、１１…バッファ層、１２…ｎ型半導体層、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層、１５，１６…ボンディングワイヤ、ａ，ｂ…長辺側側面、Ｌ…素子−ケース内面間寸法

Claims (5)

1. 光取出側に開口するケースを有し、前記ケース内に封止部材を充填してなる素子封止用のパッケージと、
   前記パッケージのケース内に収容され、かつ前記封止部材によって封止された発光ダイオード素子とを備えた発光ダイオードランプであって、
   前記ケースの開口部は、その平面形状を矩形とする光取出口によって形成され、
   前記発光ダイオード素子は、前記光取出口の平面形状に応じた平面矩形状の発光ダイオード素子からなることを特徴とする発光ダイオードランプ。
2. 前記ケースの内面のうち前記光取出口の長辺に対応する２つの内面とこれら２つの内面にそれぞれ対応する前記発光ダイオード素子の２つの側面との間の寸法Ｌは、１１０μｍ≦Ｌ≦１６０μｍの範囲内の寸法に設定されている請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
3. 前記発光ダイオード素子の２電極にそれぞれ一端部がボンディングワイヤを介して接続され、他端部が前記ケース外にそれぞれ露出する１対の外部接続用リードをさらに備えた請求項１又は２に記載の発光ダイオードランプ。
4. 前記封止部材には、前記発光ダイオード素子から放射される放射光を受けて励起されることにより波長変換光を放射する蛍光体が含有されている請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
5. 同一平面内で隣接する複数の発光ダイオードランプを備えた光源装置において、
   前記発光ダイオードランプは請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイオードランプであることを特徴とする光源装置。

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