JP2007095998A

JP2007095998A - 発光装置

Info

Publication number: JP2007095998A
Application number: JP2005283536A
Authority: JP
Inventors: Kiyokazu Hino; 清和日野
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】波長変換型ＬＥＤの発光装置であって、色ムラが容易に低減でき、その高密度化が容易であってしかも生産性が高くなる発光装置を提供する。
【解決手段】ケース体１１に凹部１２が形成され、ＬＥＤ素子１３が、凹部１２の底部にある第１のリード１４のダイパッド部にマウントされている。第１のリード１４は、外部接続用の一電極としてケース体１１の外部に取り出され、第２のリード１５は、ボンディングワイヤ１６によりＬＥＤ素子１３上部に接続し、外部接続用の他電極としてケース体１１の外部に取り出される。蛍光体１７の添加された平板状の通光体１８が、凹部１２の上部の側壁に沿い例えば切欠状に設けた溝１９に嵌合して取り付けられる。そして、ＬＥＤ素子１３の励起光が通光体１８中の蛍光体１７から色ムラの小さい蛍光を出射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子のような発光素子から出射する青色光、紫外光等の励起光によって蛍光体を励起させ、上記発光素子の発光色とは異なる発光色を得る波長変換型の発光装置に関する。

従来、ＬＥＤ素子を光源とし、このＬＥＤ素子からの発光によりその周りに配置された蛍光体を励起し、ＬＥＤ素子の本来の発光色と異なる発光（蛍光）色を出射させる波長変換型ＬＥＤが種々に検討されてきた。例えば、ＧａＮ系ＬＥＤ素子からの青色光によりＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系の蛍光体を励起し、黄色系の蛍光を出射させ白色光にする発光装置が実用化されている。このような波長変換型ＬＥＤの発光装置は、大型ディスプレイ、自動車の計器類および音響装置等の表示装置、あるいはバックライトをはじめとする照明灯のような照明装置に好適である。

上記発光装置の主要部は、通常、図６に示すような断面構造をしている（例えば、参考文献１参照）。リードフレームを固定する例えば樹脂から成るケース体１０１が略すり鉢状の凹部１０２を有するように形成され、ＬＥＤ素子１０３が、上記凹部１０２の底部にある第１のリード１０４のダイパッド部でマウントされている。この第１のリード１０４は外部接続用の一電極としてケース体１０１の外部に取り出される。そして、ＬＥＤ素子１０３上部は、上記リードフレームの第2のリード１０５にボンディングワイヤ１０６により接続され、この第２のリード１０５が外部接続用の他電極としてケース体１０１の外部に取り出されている。

そして、蛍光体１０７を含有する透明樹脂１０８をケース体１０１の凹部１０２に充填し、ＬＥＤ素子１０３を封止している。このようにして波長変換型ＬＥＤの発光装置の要部が構成されている。ここで、発光装置の輝度ムラを小さくするために透明樹脂１０８に光の分散材が適量に添加される場合もある。

しかし、上記発光装置の構造では、ＬＥＤ素子１０３から出射した発光がケース体１０１の外部に出るまでの透明樹脂１０８内の光路により、蛍光体１０７の励起される量が異なってくる。例えば、図６に示すような光路１０９よりも光路１１０の方が、ＬＥＤ素子１０３からの発光の通光する距離が長くなる。このために、上記光路１１０の通光による蛍光体１０７からの蛍光量が多くなり、ケース体１０１の外部に出てくる蛍光体１０７からの発光色の色ムラの発生が、その程度差を別にして不可避的となる。

そこで、上記問題を解決する手段として、図７に示すような発光装置の構造が提案されている。この発光装置は、ケース体１０１の凹部１０２に上から蓋をするように例えば平板状の略肉厚が一定のシリコンキャップ１１１を被覆させる構造になっている。ここで、シリコンキャップ１１１中には、蛍光体１１２が添加されている。なお、その他の部位の構造は図６で説明した発光装置の場合と同様になっている。
この場合、ＬＥＤ素子１０３から出射する発光のシリコンキャップ１１１中での通光距離は、図６の場合と較べてその一様性が増す。このために、シリコンキャップ１１１内の蛍光体１１２からの発光色の色ムラは大幅に低減するようになる。そして、この構造の場合、シリコンキャップ１１１内における蛍光体１１２の面内分布を調整することにより、更にその色ムラを低減させることが可能になる。

しかし、図７の発光装置の構造では、シリコンキャップ１１１は、その内面がケース体１０１の外壁面に弾性によって固着されているために、シリコンキャップ１１１の面内に伸縮歪みが不可避的に生じる。そして、この歪みが、色ムラの向上あるいは上記蛍光体１１２の面内分布の調整を難しくし、上記色ムラの低減に限界を与えている。ここで、上記伸縮歪みの度合いを小さくすると、こんどは固着力の低下による離脱が生じ安定した装着ができなくなる。

そこで、上記シリコンキャップ１１１の弾性を利用して固着させるのではなく、接着剤を用いてケース体１０１に固着させる手段も考えられる。しかし、この場合には、接着剤の量の管理が非常に難しくなる。接着剤の量が多い場合、図７に示すリードフレームの第１のリード１０４あるいは第２のリード１０５表面に接着剤が付着し、ＬＥＤ素子１０３のマウント不良あるいはワイヤボンディング不良を引き起こすようになる。これに対して、接着剤の量が少なくなると、充分な固着力が得られなくなる。このように、接着剤による固着手段では、発光装置の生産性が低くなりその量産化において多くの解決すべき課題が生じる。

更に、図７に示した発光装置の構造では、シリコンキャップ１１１の外面がケース体１０１の外壁面から更に外側にはみ出すようになる。このために、従来のシリコンキャップ１１１は、発光装置の高密度化を阻害する大きな要因になってくる。
特開２００５−２３５８４７号公報

近年、波長変換型ＬＥＤの発光装置では、それが適用される機器の高機能化あるいは多機能化に伴い、全般的にその色ムラの更なる低減が強く要望されている。例えば、液晶表示装置のバックライトに適用される発光装置では、多数の上記凹部１０２を形成した一体の樹脂から成る集合ケース体に、多数のＬＥＤ素子１０３をそれぞれに封止し、多数の波長変換型ＬＥＤが面状に配置される構造になってきている。このような発光装置では、個々の波長変換型ＬＥＤの高密度化と共に更なる色ムラの低減が解決すべき必須な課題になってくる。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、波長変換型ＬＥＤの発光装置であって、色ムラが容易に低減でき、その高密度化が容易であってしかも生産性が向上する発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の発光装置は、発光素子の発光を蛍光体の添加された被覆部材を透過させて前記発光の波長域と異なる光を出射させる発光装置であって、凹部を有するケース本体と、前記凹部の底部に収容された発光素子と、前記凹部の上部の側壁に形成された溝と、を有し、前記被覆部材の縁端が前記溝に係合して装着される、構成になっている。

上記発明により、凹部の底部に配置した発光素子からの励起光の光路によらないで、蛍光体から出射する蛍光量はほぼ一定になる。また、上記装着された被覆部材の伸縮歪みはほとんど生じない。このために、発光装置における色ムラは従来の場合よりも大幅に低減するようになる。そして、被覆部材がケース本体の内部に取り付けられることから、発光装置の高密度化が極めて容易になる。

そして、上記発明の好適な一態様では、前記ケース本体が前記被覆部材よりも硬度の大きい不透明樹脂で形成され、前記被覆部材がビッカース硬度５０〜９０の範囲にある透光性樹脂あるいは透光性ゴムにより形成されている。

あるいは、前記被覆部材の縁端に当接し前記被覆部材の離脱を阻止する前記溝の内面の一面が、仰角２０°〜７０°の範囲になるように形成されている。

ここで、前記被覆部材はシリコーンから成り、例えばシリコーン樹脂あるいはシリコーンゴムが好適である。そして、前記被覆部材は平板状あるいはドーム状に形成されている。

上記発明により、上記被覆部材は、ケース本体の凹部の側壁に設けられた溝に係合して簡便に装着されるようになる。しかも、その装着後において被覆部材の離脱は完全に防止できる。このために、発光装置の製造において、高い生産性あるいは作業性が得られる。

本発明の構成によれば、波長変換型ＬＥＤの発光装置であって、色ムラが容易に低減でき、その高密度化が容易であってしかも生産性が向上する発光装置を提供することができる。

以下、本発明の好適な実施形態のいくつかを図面を参照して説明する。この図面では、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付す。
（実施の形態１）
本発明の第１の実施形態について図１、図２および図３を参照して説明する。図１は本実施形態の好適な発光装置の一例を示す要部の断面図であり、図２はその一部拡大図である。そして、図３は上記発光装置の一製造工程を示す斜視図である。

図１に示すように、発光装置１０では、例えば不透明のモールド樹脂から成るケース体１１が略すり鉢状の凹部１２を有して形成され、リードフレームがケース体１１によって固定されている。そして、ＬＥＤ素子１３が、上記凹部１２の底部にある第１のリード１４のダイパッド部にマウントされ収容されている。この第１のリード１４は外部接続用の一電極としてケース体１１の外部に取り出されている。また、ＬＥＤ素子１３上部は、上記リードフレームの第２のリード１５にボンディングワイヤ１６により接続され、この第２のリード１５は外部接続用の他電極としてケース体１１の外部に取り出されている。

そして、蛍光体１７の添加された平板状の通光体１８が、被覆部材として、上記凹部１２の上部の側壁に沿い例えば切欠状に設けた溝１９に嵌合して取り付けられている。ここで、通光体１８下部には、ケース体１１の凹部１２を充填する透明の充填樹脂２０がＬＥＤ素子１３を封止するように設けられていてもよい。

次に、本実施形態の特徴である平板状の通光体１８、上記溝１９、および通光体１８の嵌合あるいは係合に関して、図１に記すＡ領域の拡大図である図２を参照して説明する。蛍光体１７を含有する通光体１８の縁端は凸状に形成され凸部１８ａが設けられている。ここで、凸部１８ａのコーナーが丸くなるように角落しがなされていると好適である。

そして、図２あるいは図３に示すように、溝１９は、ケース体１１の凹部１２上部の側壁に沿って環状に設けられた切欠きである。このような溝１９はケース体１１の凹部１２と共に金型成形によって形成され、溝１９の内面は、略平面状に加工された一面の上面１９ａ、側面１９ｂおよび下面１９ｃにより構成されている。ここで、図２に示すように、溝１９の上面１９ａの水平面からの仰ぎ角度をθとすると、上面１９ａは、２０°≦θ≦７０°を満たすように形成すると好適である。ここで、θが７０°を超えてくると、上面１９ａに当接して溝１９に係合している通光体１８の凸部１８ａが上方向に離脱し易くなる。また、θが２０°よりも小さなってくると、上記金型成形時に金型が外れなくなる。

図３に示すように、発光装置１０の一製造工程となる通光体１８を溝１９に装着する工程では、ケース体１１の凹部１２に対し所定位置に通光体１８を位置決めし、通光体１８に一様な押圧２１を加えることにより溝１９内に圧入する。ここで、通光体１８のビッカース硬度Ｈｖ＝５０〜９０であり、ケース体１１の高度よりも小さくなっている。このため、上記圧入において、通光体１８が一度収縮し、凸部１８ａが溝１９の上面１９ａを滑って溝１９に嵌合するように装着される。ここで、硬度が９０を超えてくると、通光体１８の収縮が不充分になり溝１９に挿着し難く発光装置の生産性が非常に悪くなる。また、硬度が５０よりも小さなってくると、上記溝１９に嵌合した通光体１８が変形し、離脱が起り易くなる。

上記通光体１８の凸部１８ａが溝１９に例えば嵌合され装着されている状態にあっては、通光体１８に伸縮歪みはほとんど生じない。

上記波長変換型ＬＥＤの発光装置においては、ケース体１１は、リードフレーム、ＬＥＤ素子１３、ボンディングワイヤ１６、透明樹脂２０等を物理的・化学的に保護できるものであればよい。具体的には、上述したモールド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂、あるいはセラミックス等が挙げられる。

上記通光体１８は、シリコーンゴムあるいはシリコーン樹脂が極めて好適である。その他に、無色透明な樹脂あるいはゴムのような材料により形成されていてもよい。

蛍光体１７としては、ＬＥＤ素子１３からの光により励起され長波長側にシフトした波長で発光するものであればどのようなものでもよく、例えば、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｍ（Ａ：Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｔｂ等Ｂ：Ａｌ、ＧａＭ：Ｃｅ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｃｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｅｒ^３＋等）、ＡＢＯ_３：Ｍ（Ａ：Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、ＴｂＢ：Ａｌ、ＧａＭ：Ｃｅ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｃｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｅｒ^３＋）などのアルミン酸塩、又は、（Ｂａ，Ｃａ，Ｅｕ）_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ：Ｅｕ^２＋などのオルトケイ酸塩が例として挙げられる。

ＬＥＤ素子１３は、例えば、Ｍｇ_ｘＺｎ_１−ｘＯ、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ、ＧａＮ系半導体層、ＩｎＧａＮ系半導体層、ＡｌＧａＮ系半導体層を含む発光素子がある。

そして、上記分散材２０としては、ＬＥＤ素子１３からの発光の損失がなく、無色透明で高反射率の材料が好ましい。そのような材料として、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化バリウム、酸化チタン、硫酸バリウム、エポキシ系樹脂などが挙げられる。

上記第１の実施形態による発光装置では、略肉厚が一様になる平板状の通光体１８内に蛍光体１７が添加されている。ここで、通光体１８内における蛍光体１７添加の面内分布を適宜に調整することが可能である。このような通光体１８が、ケース体１１に設けられた凹部１２の上部に被覆するように配置される。このために、凹部１２の底部に配置したＬＥＤ素子１３から出射する励起光の光路によらないで、蛍光量は一定にできる。また、上記配置された通光体１８の伸縮歪みはほとんど生じない。このために従来の技術で説明した伸縮歪みに起因する色ムラの問題は解消される。このようにして、発光装置１０における色ムラは従来の場合よりも大幅に低減するようになる。

また、上記通光体１８は、ケース体１１の凹部１２の上部に設けられた溝１９に係合して簡便に装着される。しかも、その装着後においてその離脱は完全に防止される。このために、発光装置の製造において、効率の高い作業性および高い生産性が得られる。また、通光体１８は、ケース体１１の内部に取り付けられることから、その高密度化が極めて容易になる。

上記実施形態において、多数の上記凹部１２が形成された一体の樹脂から成る集合ケース体に、多数のＬＥＤ素子１３をそれぞれに封止し、多数の波長変換型ＬＥＤが面状に配置される構造の場合であっても、上記発光装置の構造は全く同様にして適用できる。このよう場合、例えば液晶表示装置のバックライトに適用されるような大面積の発光装置も、高い生産性あるいは作業性の下に製造することができるようになる。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について図４および図５を参照して説明する。図４は本実施形態の好適な発光装置の断面図であり、図５はその上面図である。本実施形態は、第１の実施形態で説明した通光体をドーム形状にすることで発光装置の色ムラを更に小さくすることを特徴とする。

図４に示すように、発光装置３０では、第１の実施形態の場合と同様に、ケース体１１は、すり鉢状の凹部１２を有しリードフレームを固定している。そして、ＬＥＤ素子１３が、上記凹部１２底部にある第１のリード１４のダイパッド部にマウントされ、第１のリード１４は外部接続用の一電極としてケース体１１の外部に取り出されている。ＬＥＤ素子１３上部は、第２のリード１５にボンディングワイヤ１６により接続され、第２のリード１５は外部接続用の他電極としてケース体１１の外部に取り出されている。

そして、蛍光体３１の添加されたドーム状の通光体３２がケース体１１の凹部１２の上部に設けられた溝１９に嵌合して取り付けられている。ここで、溝１９は、第１の実施形態で説明したように、図２あるいは図３に示したのと全く同様にして形成されている。そして、ドーム状の通光体３２の下部には、透明のゲル状充填剤３３が充填されている。ここで、図４に示しているように、ケース体１１の凹部１２を充填する透明の充填樹脂２０がＬＥＤ素子１３を封止するように設けられてもよい。上記ゲル状充填剤３３は、ドーム状の通光体３２を内側から支えてその変形を防止する機能を有する。

ドーム状の通光体３２を溝１９に嵌合させる工程では、図３で説明したのと全く同様にして、通光体３２に一様な押圧２１を加えることにより溝１９内に圧入し装着する。この場合でも、通光体３２のビッカース硬度Ｈｖ＝５０〜９０であり、ケース体１１の高度よりも小さくなっている。

上記発光装置３０の上面図に示すように、上記ゲル状充填剤３３の注入口３４およびその吸引口３５が、ケース体１１の凹部１２の上部に近いドーム状の通光体３２下部に設けられている。

そして、図３で説明したのと同様に、ドーム状の通光体３２を凹部１２の側壁に設けられた溝１９に装着した後に、注入口３４からドーム状の通光体３２内部にゲル状充填剤３３を注入すると同時に、ドーム内部の空気を吸引口３５から排気する。このようにして、ドーム状の通光体３２の下部に透明のゲル状充填剤３３を充填させる。あるいは、ドーム状の通光体３２を溝１９に装着する前工程において、ドーム状の通光体３２に予めゲル状充填剤３３を満たしておいて、それから、上記通光体３２を溝１９に装着する。ここで、上記装着の工程では、過剰になったゲル状充填剤３３は、注入口３４および吸引口３５から放出されるようになる。

上記ゲル状充填剤３３は、通光体３２の屈折率に近い透明な材質であればよい。例えば、シリコーンから成るゲル状充填剤が好適であり、その粘度は上記ドーム状の通光体３２に入れた後、それを逆さにしても重力により流れ落ちない程度であればよい。ここで、ゲル状充填剤３３内において発光を等方的にする上述した分散材を添加してもよい。

その他、ケース体１１、通光体３２、蛍光体３１の材質は、第１の実施形態で説明したのと全く同じでよい。また、発光素子であるＬＥＤ素子は、例えば上述した青色もしくは紫外光を含む青色よりも短波長の光を発光する素子であればどのようなものであってもよい。

上記第２の実施形態では、蛍光体３１の添加されたドーム状の通光体３２がケース体１１に設けられた凹部１２の上部に被覆するように配置される。この場合、ＬＥＤ素子１３からの発光が励起光として等方的に放射するようにでき、励起光の通光体３２内での光路の一様性が向上し、色ムラが大幅に低減するようになる。そして、通光体３２内における蛍光体３１添加の面内分布を調整することは不要となる。また、その他、第１の実施形態で説明したのと同じ効果が得られる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。例えば、上記ケース体１１に設けられた、すり鉢状の凹部１２の側壁面には、発光あるいは蛍光を反射させる金属層が形成されていてもよい。あるいは、実施形態で説明したような発光装置１０，３０を平面上に多数個配置させて面状の発光装置としてもよい。更に、蛍光体１７，３１の代わりに通光体１８，３２に着色顔料あるいは染料を添加し、発光の波長領域の強度分布を変えるようにしてもよい。

本発明の実施の形態１にかかる波長変換型ＬＥＤの発光装置を示す断面図である。本発明の実施の形態１にかかる上記発光装置の一部拡大図である。本発明の実施の形態１にかかる発光装置の一製造工程を示す斜視図である。本発明の実施の形態２にかかる波長変換型ＬＥＤの発光装置を示す断面図である。本発明の実施の形態２にかかる上記発光装置の上面図である。従来の技術にかかる波長変換型ＬＥＤの発光装置を示す断面図である。従来の技術にかかる別の波長変換型ＬＥＤの発光装置を示す断面図である。

符号の説明

１０，３０発光装置
１１ケース体
１２凹部
１３ＬＥＤ素子
１４第１のリード
１５第２のリード
１６ボンディングワイヤ
１７，３１発光体
１８，３２通光体
１８ａ凸部
１９溝
１９ａ上面
１９ｂ側面
１９ｃ下面
２０充填樹脂
２１押圧
３３ゲル状充填剤
３４注入口
３５吸引口

Claims

発光素子の発光を蛍光体の添加された被覆部材を透過させて前記発光の波長域と異なる光を出射させる発光装置であって、
凹部を有するケース本体と、
前記凹部の底部に収容された発光素子と、
前記凹部の上部の側壁に形成された溝と、
を有し、
前記被覆部材の縁端が前記溝に係合して装着されていることを特徴とする発光装置。
前記ケース本体が前記被覆部材よりも硬度の大きい不透明樹脂で形成され、前記被覆部材がビッカース硬度５０〜９０の範囲にある透光性樹脂あるいは透光性ゴムにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記被覆部材の縁端に当接し前記被覆部材の離脱を阻止する前記溝の内面の一面が、仰角２０°〜７０°の範囲になるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。