JP2007088097A - 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。(例えば、特許文献1参照)
しかしながら、LEDチップから放射された光は、蛍光体を透明材料とともに成形した色変換部材を通過して外部に出力されるだけで、放射した光に指向性を持たせたものではなかった。 However, the light emitted from the LED chip simply passes through a color conversion member formed of a phosphor together with a transparent material and is output to the outside, and the emitted light has not been given directivity.
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、LEDチップと蛍光体とを組み合わせてLEDチップの発光色とは異なる色の光を放射し、さらには放射した光に指向性を持たせ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-mentioned reasons, and an object of the present invention is to emit light of a color different from the emission color of the LED chip by combining the LED chip and the phosphor, and further to the emitted light. It is an object to provide a light-emitting device having the characteristics.
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レンズと、実装基板の前記実装面側で少なくとも枠体を囲む筒体に形成され一方の開口が前記実装面に対向するように配設されて前記LEDチップから放射された光を前記筒体の内面で反射する反射部と、前記LEDチップから放射された光によって励起されて前記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前記反射部の他方の開口に覆設してレンズを覆いレンズの光出射面との間に空気層が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材とを備えることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、LEDチップの側面から放射された光も反射部で反射して、レンズ,色変換部材を通過して外部へ出力され、LEDチップから放射された光は従来に比べて強い指向性を有する。また、色変換部材をレンズに密着させる必要がないので、色変換部材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とともに、色変換部材に外力が作用したときに色変換部材に発生した応力がレンズおよび封止部を通してLEDチップおよび各ボンディングワイヤに伝達されるのを抑制できるという利点や、LEDチップから放射され封止部およびレンズを通して色変換部材に入射し当該色変換部材中の蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ側へ散乱されてレンズ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や、外部雰囲気中の水分が前記LEDチップに到達しにくくなるという利点がある。 According to this invention, the light radiated from the side surface of the LED chip is also reflected by the reflecting portion, passes through the lens and the color conversion member, and is output to the outside. The light radiated from the LED chip is stronger than before. Has directivity. In addition, since there is no need for the color conversion member to be in close contact with the lens, it is possible to suppress a decrease in yield due to the dimensional accuracy and positioning accuracy of the color conversion member, and to occur in the color conversion member when an external force acts on the color conversion member. The advantage that the transmitted stress can be suppressed from being transmitted to the LED chip and each bonding wire through the lens and the sealing portion, and is radiated from the LED chip and incident on the color conversion member through the sealing portion and the lens. Of the light scattered by the phosphor particles, the amount of light scattered to the lens side and transmitted through the lens can be reduced, improving the light extraction efficiency to the outside as a whole device, and moisture in the external atmosphere There is an advantage that it is difficult to reach the LED chip.
以上説明したように、本発明では、LEDチップとLEDチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体とを組み合わせた発光装置において、放射した光に指向性を持たせることができるという効果がある。 As described above, in the present invention, in a light emitting device that combines an LED chip and a phosphor that emits light of a color different from the light emission color of the LED chip, the emitted light can have directivity. effective.
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レンズ60と、実装基板20におけるLEDチップ10の実装面側でレンズ60および枠体40を囲む筒体に形成され一方の開口75aがこの実装面に対向するように配設されてLEDチップ10から放射された光を筒体の内面で反射する反射部75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反射部75の他方の開口75bに覆設してレンズ60を覆うドーム状の色変換部材70とを備えている。ここで、色変換部材70は、レンズ60の光出射面60b側を覆い光出射面60bとの間に空気層80を形成している。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
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
レンズ60は、封止部50側の光入射面60aおよび光出射面60bそれぞれが凸曲面状に形成された両凸レンズにより構成されている。ここにおいて、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、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
ところで、レンズ60は、光出射面60bが、光入射面60aから入射した光を光出射面60bと上述の空気層80との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。ここで、レンズ60は、当該レンズ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。
By the way, the
反射部75は、開口75b側が広がる円筒体の形状であって、その内面は金属、セラミック等からなる反射鏡75cで構成されており、LEDチップ10の側面から放射された光は封止部50を伝搬して反射鏡75cまで到達し、レンズ60の方向へ反射する。
The reflecting
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、内面70aがレンズ60の光出射面60bに沿った形状に形成されている。したがって、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、開口部の周縁を反射部75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、LEDチップ10の側面から放射された光は封止部50を伝搬して反射鏡75cまで到達し、レンズ60の方向へ反射するので、LEDチップ10の側面から放射された光も、レンズ60,色変換部材70を通過して外部へ出力される。このように、反射部75の配光機能によって、LEDチップ10から放射された光は従来に比べて強い指向性を有することになる。
In the
また、本実施形態の発光装置1では、色変換部材70はレンズ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
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レンズ60側へ散乱されてレンズ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。
In addition, 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
20 実装基板
30 サブマウント部材
40 枠体
50 封止部
60 レンズ
70 色変換部材
75 反射部
75a,75b 開口
75c 反射鏡
DESCRIPTION OF
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005272874A JP2007088097A (en) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | Light-emitting device |
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JP2005272874A JP2007088097A (en) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | Light-emitting device |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2005272874A Withdrawn JP2007088097A (en) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | Light-emitting device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2007088097A (en) |
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2005
- 2005-09-20 JP JP2005272874A patent/JP2007088097A/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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