JP2007088072A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDチップ(発光ダイオードチップ)を利用した発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device using an LED chip (light emitting diode chip).
従来から、実装基板上にLEDチップを実装した発光素子があり、LEDチップと当該LEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する波長変換材料としての蛍光体(蛍光顔料、蛍光染料など)とを組み合わせることにより、白色を含めLEDチップの発光色とは異なる色合いの混色光を得る技術が開示されている。 Conventionally, there is a light emitting element in which an LED chip is mounted on a mounting substrate, and a wavelength conversion material that emits light of a color different from the emission color of the LED chip when excited by the light emitted from the LED chip and the LED chip. A technique for obtaining mixed color light having a hue different from the emission color of the LED chip including white is disclosed by combining the above phosphors (fluorescent pigments, fluorescent dyes, etc.).
例えば、発光装置として、実装基板の略中央に凹部を設けて、当該凹部の底面の略中央にLEDチップを配置するとともに当該凹部の内部には蛍光体を含有させた色変換部材が充填され、当該発光装置の光取出し面側に光学部材として凸レンズを配置したものがある。(例えば、特許文献1参照)
また、光学部材としてフレネルレンズを用いたものもある。(例えば、特許文献2参照)
Some optical members use Fresnel lenses. (For example, see Patent Document 2)
しかしながら、上記特許文献1のように光学部材として凸レンズを用いた場合、発光装置としての高さ寸法が大きくなるという問題があった。 However, when a convex lens is used as an optical member as in Patent Document 1, there is a problem that the height dimension of the light emitting device is increased.
また、上記特許文献2においても、LEDチップの発光波長のばらつきによって、生成した光に色ばらつきが発生していた。 Also in Patent Document 2, color variation occurs in the generated light due to variations in the emission wavelength of the LED chip.
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、生成した光の色ばらつきを低減し、さらに高さ寸法を抑えて低背化を図った発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a light-emitting device that reduces the color variation of generated light and further reduces the height by suppressing the height dimension. .
請求項1の発明は、LEDチップと、LEDチップが実装された実装基板と、当該実装基板におけるLEDチップの実装面側でLEDチップを囲む枠体と、枠体の内側に透明樹脂材料を充填して形成されてLEDチップおよび当該LEDチップに電気的に接続された一対のボンディングワイヤを封止し且つ弾性を有する封止部と、封止部に重ねて配置されたフレネルレンズと、LEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を透明材料とともに成形した成形品であって実装基板の前記実装面側でフレネルレンズおよび枠体を覆いフレネルレンズの光出射面および枠体との間に空気層が形成される形で配設される色変換部材とを備えることを特徴とする。 The invention of claim 1 includes an LED chip, a mounting substrate on which the LED chip is mounted, a frame body that surrounds the LED chip on the mounting surface side of the LED chip on the mounting substrate, and a transparent resin material that is filled inside the frame body An LED chip and a pair of bonding wires that are electrically connected to the LED chip and sealed with elasticity, a Fresnel lens disposed on the sealing part, and an LED chip A molded product obtained by molding together with a transparent material a phosphor that is excited by light emitted from the LED chip and emits light of a color different from that of the LED chip. A Fresnel lens and a frame are formed on the mounting surface side of the mounting substrate. And a color conversion member disposed in a form in which an air layer is formed between the light emitting surface of the covering Fresnel lens and the frame.
この発明によれば、組立時に色変換部材の組付けが最終工程となるので、LEDチップの発光波長に応じて透明材料に対する蛍光体の配合を調整した色変換部材を用いることで色ばらつきを低減することができる。さらに、フレネルレンズを用いることで従来の凸レンズに比べて高さ寸法を小さくすることができ、装置全体として高さ寸法を抑えて低背化を図ることができる。 According to this invention, since the assembly of the color conversion member is the final step during assembly, color variation is reduced by using a color conversion member in which the blending of the phosphor with the transparent material is adjusted according to the emission wavelength of the LED chip. can do. Furthermore, by using a Fresnel lens, the height dimension can be made smaller than that of a conventional convex lens, and the overall height of the apparatus can be reduced and the height can be reduced.
以上説明したように、本発明では、生成した光の色ばらつきを低減し、さらに高さ寸法を抑えて低背化を図ることができるという効果がある。 As described above, according to the present invention, there is an effect that the variation in color of the generated light can be reduced, and the height can be reduced to reduce the height.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
以下、本実施形態の発光装置について図1〜図3を参照しながら説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, the light-emitting device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態の発光装置1は、LEDチップ10と、LEDチップ10が実装された実装基板20と、実装基板20におけるLEDチップ10の実装面側でLEDチップ10を囲む枠体40と、枠体40の内側に透明樹脂材料を充填して形成されてLEDチップ10および当該LEDチップ10に接続されたボンディングワイヤ14,14を封止し且つ弾性を有する封止部50と、封止部50に重ねて配置されるフレネルレンズ60と、LEDチップ10から放射された光によって励起されてLEDチップ10の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を透明材料とともに成形した成形品であってフレネルレンズ60の光出射面60b側にフレネルレンズ60を覆い光出射面60bおよび枠体40との間に空気層80が形成される形で配設される円筒状の色変換部材70とを備えている。なお、発光装置1は、例えば、グリーンシートからなる絶縁層90を介して金属(例えば、Al、Cuなどの熱伝導率の高い金属)製の器具本体100を介して実装することで、LEDチップ10から器具本体100までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上し、LEDチップ10のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。
The light emitting device 1 of the present embodiment includes an
実装基板20は、LEDチップ10が搭載される金属板21と、金属板21に積層されたガラスエポキシ基板からなる絶縁性基材22とで構成されており、当該絶縁性基材22における金属板21側とは反対側の表面にLEDチップ10の図示しない両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターン23が設けられるとともに、絶縁性基材22においてLEDチップ10に対応する部位に窓孔24が設けられており、LEDチップ10で発生した熱が絶縁性基材22を介さずに金属板21に伝熱できるようになっている。ここにおいて、金属板21の材料としてはCuを採用しているが、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、Cuに限らず、Alなどを採用してもよい。なお、金属板21と絶縁性基材22とは、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着材25により固着されている。また、各リードパターン23は、Ni膜とAu膜との積層膜により構成されており、色変換部材70により覆われていない部位がアウターリード部23bとなっている。
The
LEDチップ10は、青色光を放射するGaN系青色LEDチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がGaNに近く且つ導電性を有するn形のSiC基板からなる導電性基板11を用いており、導電性基板11の主表面側にGaN系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部12がエピタキシャル成長法(例えば、MOVPE法など)により成長され、導電性基板11の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極(n電極)が形成され、発光部12の表面(導電性基板11の主表面側の最表面)に図示しないアノード側の電極であるアノード電極(p電極)が形成されている。要するに、LEDチップ10は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ni膜とAu膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Alなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、LEDチップ10の発光部12が導電性基板11よりも金属板21から離れた側となるように金属板21に実装されているが、LEDチップ10の発光部12が導電性基板11よりも金属板21に近い側となるように金属板21に実装するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部12を金属板21から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では導電性基板11と発光部12とが同程度の屈折率を有しているので、発光部12を金属板21に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。
The
また、LEDチップ10は、上述の金属板21に、LEDチップ10のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されLEDチップ10と金属板21との線膨張率の差に起因してLEDチップ10に働く応力を緩和するサブマウント部材30を介して実装されている。サブマウント部材30は、上記応力を緩和する機能だけでなく、LEDチップ10で発生した熱を金属板21においてLEDチップ10のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材30の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するAlNを採用しており、LEDチップ10は、上記カソード電極がサブマウント部材30におけるLEDチップ10側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される電極パターン31(図4参照)および金属細線(例えば、金細線、アルミニウム細線など)からなるボンディングワイヤ14を介して一方のリードパターン23と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ14を介して他方のリードパターン23と電気的に接続されている。なお、LEDチップ10とサブマウント部材30とは、例えば、SnPb、AuSn、SnAgCuなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、AuSn、SnAgCuなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。また、サブマウント部材30は、電極パターン31の周囲に、LEDチップ10から放射された光を反射する反射膜(例えば、Ni膜とAg膜との積層膜)が形成されている。
Further, the
サブマウント部材30の材料はAlNに限らず、線膨張率が導電性基板11の材料である6H−SiCに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合SiC、Siなどを採用してもよい。
The material of the
上述の封止部50の透明樹脂材料としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、アクリル樹脂などを用いてもよい。
Although the silicone resin is used as the transparent resin material of the
これに対して、枠体40は、円筒状の形状であって、透明樹脂の成形品により構成されているが、当該成形品に用いる透明樹脂としては、シリコーン樹脂を採用している。要するに、本実施形態では、封止部50の透明樹脂材料の線膨張率と同等の線膨張率を有する透光性材料により枠体40を形成してある。ここに、本実施形態では、枠体40を実装基板20に固着した後で枠体40の内側に上記透明樹脂材料を充填(ポッティング)して熱硬化させることで封止部50を形成してある。なお、上記透明樹脂材料としてシリコーン樹脂に代えてアクリル樹脂を用いている場合には、枠体40をアクリル樹脂の成形品により構成することが望ましい。
On the other hand, the
フレネルレンズ60は、封止部50側の光入射面60aを平面状に形成し、色変換部材70の内面70aに対向した光出射面60bを同心円状の複数の輪帯レンズに分けて構成されており、全体として略平板状に形成される。ここにおいて、フレネルレンズ60は、シリコーン樹脂の成形品により構成してあり、封止部50と屈折率が同じ値となっているが、フレネルレンズ60は、シリコーン樹脂の成形品に限らず、例えば、アクリル樹脂の成形品により構成してもよい。
The Fresnel
ところで、フレネルレンズ60は、当該フレネルレンズ60の光軸がLEDチップ10の厚み方向に沿った発光部12の中心線上に位置するように配置されている。なお、LEDチップ10の側面から放射された光は封止部50および空気層80を伝搬して色変換部材70まで到達し色変換部材70の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材70を透過したりする。
By the way, the Fresnel
色変換部材70は、シリコーン樹脂のような透明材料とLEDチップ10から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている。したがって、本実施形態の発光装置1は、LEDチップ10から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材70の外面70bを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材70の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。また、色変換部材70の材料として用いる透明材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。
The
ここで、色変換部材70は、一端を開口した円筒体に形成され、内面70aがフレネルレンズ60の光出射面60bに沿った平面状に形成されている。したがって、フレネルレンズ60の光出射面60bの位置によらず法線方向における光出射面60bと色変換部材70の内面70aとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材70は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されている。色変換部材70は、開口部の周縁を実装基板20に対して、例えば接着剤(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)を用いて接着すればよい。
Here, the
以上説明した本実施形態の発光装置1では、フレネルレンズ60を用いることで、従来の凸レンズに比べて高さ寸法を小さくすることができ、装置全体として高さ寸法を抑えて低背化を図ることができる。
In the light emitting device 1 of the present embodiment described above, by using the
また、本実施形態の発光装置1では、枠体40の内側に透明樹脂材料を充填して形成されてLEDチップ10および当該LEDチップ10に接続されたボンディングワイヤ14,14を封止し且つ弾性を有する封止部50を備え、枠体40が透明樹脂の成形品からなるので、枠体が金属材料により形成されている場合に比べて枠体40と封止部50との線膨張率差を小さくすることができ、ヒートサイクル試験の低温時に封止部50にボイドが発生するのを抑制することができるから、信頼性を高めることができ、しかも、枠体40で光の反射損失が生じるのを抑制することができるから、光出力の向上を図れる。
In the light emitting device 1 of the present embodiment, the
また、本実施形態の発光装置1では、色変換部材70はフレネルレンズ60の光出射面60bおよび枠体40との間に空気層80が形成される形で配設すればよく、色変換部材70をフレネルレンズ60および枠体40に密着させる必要がないので、色変換部材70の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できる。また、本実施形態の発光装置1では、組立時に色変換部材70の組付けが最終工程となるので、LEDチップ10の発光波長に応じて透明材料に対する蛍光体の配合を調整した色変換部材70を用いることで色ばらつきを低減することもできる。
Further, in the light emitting device 1 of the present embodiment, the
また、本実施形態の発光装置では、上述のように色変換部材70とフレネルレンズ60との間に空気層80が形成されているので、色変換部材70に外力が作用したときに色変換部材70が変形してフレネルレンズ60に当接する可能性が低くなって上記外力により色変換部材70に発生した応力がフレネルレンズ60および封止部50を通してLEDチップ10や各ボンディングワイヤ14,14に伝達されるのを抑制でき、上記外力によるLEDチップ10の発光特性の変動や各ボンディングワイヤ14,14の断線が起こりにくくなるから、信頼性が向上するという利点がある。また、色変換部材70とフレネルレンズ60との間に上記空気層80が形成されていることにより、外部雰囲気中の水分がLEDチップ10に到達しにくくなるという利点がある。
In the light emitting device of this embodiment, since the
また、色変換部材70とフレネルレンズ60との間に上記空気層80が形成されていることにより、LEDチップ10から放射され封止部50およびフレネルレンズ60を通して色変換部材70に入射し当該色変換部材70中の黄色蛍光体の粒子により散乱された光のうちフレネルレンズ60側へ散乱されてフレネルレンズ60を透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点がある。
Further, since the
ところで、上述の実施形態では、LEDチップ10として、発光色が青色の青色LEDチップを採用しており、導電性基板11としてSiC基板を採用しているが、SiC基板の代わりにGaN基板を用いてもよく、SiC基板やGaN基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、LEDチップ10の発光色は青色に限らず、例えば、赤色、緑色などでもよい。すなわち、LEDチップ10の発光部12の材料はGaN系化合物半導体材料に限らず、LEDチップ10の発光色に応じて、GaAs系化合物半導体材料やGaP系化合物半導体材料などを採用してもよい。また、導電性基板11もSiC基板に限らず、発光部12の材料に応じて、例えば、GaAs基板、GsP基板などから適宜選択すればよい。
By the way, in the above-described embodiment, a blue LED chip whose emission color is blue is adopted as the
10 LEDチップ
14 ボンディングワイヤ
20 実装基板
21 金属板
22 絶縁性基材
23 リードパターン
30 サブマウント部材
40 枠体
50 封止部
60 フレネルレンズ
60a 光入射面
60b 光出射面
70 色変換部材
80 空気層
DESCRIPTION OF
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005272837A JP2007088072A (en) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | Light-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005272837A JP2007088072A (en) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | Light-emitting device |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2005272837A Withdrawn JP2007088072A (en) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | Light-emitting device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2007088072A (en) |
-
2005
- 2005-09-20 JP JP2005272837A patent/JP2007088072A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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