JP2007116112A - Light emitting device and its fabrication process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はLEDランプ等の発光装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a light emitting device such as an LED lamp and a manufacturing method thereof.
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を用いたLEDランプは、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末等のバックライト、屋内外広告等、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。さらに、LEDランプは長寿命で信頼性が高く、また低消費電力、耐衝撃性、高純度表示色、軽薄短小化の実現等の特徴を有することから、産業用途のみならず一般照明用途への適用も試みられている。このようなLEDランプを種々の各種用途に適用する場合、白色発光を得ることが重要となる。 LED lamps using light emitting diodes (LEDs) have been dramatically expanded in various fields such as backlights for liquid crystal displays, mobile phones, information terminals, and indoor / outdoor advertisements. In addition, LED lamps have long life and high reliability, and have features such as low power consumption, impact resistance, high-purity display color, and lightness and thinness. Application is also being attempted. When such an LED lamp is applied to various applications, it is important to obtain white light emission.
LEDランプで白色発光を実現する代表的な方式としては、(1)青、緑および赤の各色に発光する3つのLEDチップを使用する方式、(2)青色発光のLEDチップと黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体粒子とを組み合わせる方式、(3)紫外線発光のLEDチップと青色、緑色および赤色の三色混合蛍光体粒子(以下、RGB蛍光体と記す)とを組み合わせる方式の3つが挙げられる。これらのうち、一般的には(2)の方式が広く実用化されている。また、(3)の方式で発光効率8.2lm/W、平均演色評価数Ra86〜90が得られたことが報告されている。さらに、(2)の方式においても黄色系蛍光体粒子に加えて赤色蛍光体粒子を使用することで、平均演色評価数Raの増加も期待されている。 As a typical method for realizing white light emission with an LED lamp, (1) a method using three LED chips that emit light in blue, green and red colors, and (2) a blue light emitting LED chip and yellow light or orange light. A method of combining yellow phosphor particles that emit light, and (3) a method of combining ultraviolet light emitting LED chips and three-color mixed phosphor particles of blue, green, and red (hereinafter referred to as RGB phosphors). One of them. Of these, the method (2) is generally widely used. Further, it has been reported that the luminous efficiency of 8.2 lm / W and the average color rendering index Ra86 to 90 were obtained by the method (3). Further, in the method (2), an increase in the average color rendering index Ra is expected by using red phosphor particles in addition to yellow phosphor particles.
上記した(2)および(3)の方式を適用したLEDランプは、例えばフレームの凹部内にLEDチップを装備し、さらにこの凹部内に蛍光体粒子を含有する液状透明樹脂を注入し、固化させることにより蛍光体層を形成した構造が一般的である(例えば特許文献1参照)。このようなLEDランプにおいては、フリップチップ等のLEDチップの電極形状に基づく光の取出し効率の向上、またチップ形状の検討による配光制御等が進められており、チップ前面への光量は増加する傾向にある。 In the LED lamp to which the above-described methods (2) and (3) are applied, for example, an LED chip is provided in a recess of a frame, and a liquid transparent resin containing phosphor particles is injected into the recess and solidified. Thus, a structure in which a phosphor layer is formed is common (see, for example, Patent Document 1). In such LED lamps, improvement of light extraction efficiency based on the electrode shape of the LED chip such as a flip chip, and light distribution control by examining the chip shape are promoted, and the amount of light to the front surface of the chip increases. There is a tendency.
このようなチップ前面への光量の増加にともなって、液状透明樹脂に添加、混合させる蛍光体粒子の平均粒径の大きさが光取出し効率に影響を及ぼすようになってきている。一般的には、蛍光体粒子の平均粒径が大きいほど、発光効率が高く光取出し効率を向上できることが知られている。
上記した(2)および(3)の方式を適用したLEDランプの蛍光体層は、一般に、ノズル径0.15〜0.45mm程度のノズルを有するディスペンサに蛍光体粒子を含有する液状透明樹脂を入れ、そのノズルから蛍光体粒子を含有する液状透明樹脂を吐出し、凹部に注入、硬化させることにより形成されている。 The phosphor layer of the LED lamp to which the above-described methods (2) and (3) are applied is generally a liquid transparent resin containing phosphor particles in a dispenser having a nozzle having a nozzle diameter of about 0.15 to 0.45 mm. It is formed by discharging a liquid transparent resin containing phosphor particles from the nozzle, and injecting and curing the resin in the recess.
しかしながら、平均粒径(D50)が15μm以上といった大きな蛍光体粒子を用いた場合、蛍光体粒子がディスペンサ内で沈降して目詰まりを起こし適切に吐出されず、凹部への注入精度が低下することがある。一方、凹部へ注入した後においても、硬化させるまでに底部に蛍光体粒子が沈降、堆積することがあり、蛍光体粒子の密度が高くなることにより発光効率が低下することがある。このため、平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子は一般的には発光効率の向上に有効であるとされているものの、実際には上記したような製造上、発光効率上の課題から十分に利用されるには至っていない。 However, when a large phosphor particle having an average particle diameter (D50) of 15 μm or more is used, the phosphor particle settles in the dispenser and clogs and is not properly discharged, and the accuracy of injection into the recess is reduced. There is. On the other hand, even after being injected into the recess, the phosphor particles may settle and accumulate on the bottom before being cured, and the luminous efficiency may be lowered due to the increase in the density of the phosphor particles. For this reason, although the phosphor particles having a large average particle diameter (D50) are generally considered to be effective for improving the luminous efficiency, they are actually sufficient from the above-mentioned problems in production and luminous efficiency. It has not yet been used.
本発明は発光効率の向上に有効とされる平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いると共に、平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いた場合の製造上、発光効率上の課題を解決し、製造性に優れると共に、発光効率に優れた発光装置を提供することを目的としている。また、本発明はこのような発光装置を製造するための方法を提供することを目的としている。 The present invention uses phosphor particles having a large average particle diameter (D50), which is effective for improving the light emission efficiency, and improves the production efficiency and the light emission efficiency when using phosphor particles having a large average particle diameter (D50). An object of the present invention is to provide a light-emitting device that solves the problems and is excellent in manufacturability and excellent in luminous efficiency. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing such a light emitting device.
請求項1記載の発光装置は、凹部を有する基材と;前記凹部内に配置された発光素子と;平均粒径(D50)が15μm以上、30μm以下の蛍光体粒子および硬化前の粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下の透明樹脂を有してなり、前記凹部内に充填された蛍光体層と;を具備することを特徴としている。
The light-emitting device according to
請求項2記載の発光装置の製造方法は、平均粒径(D50)が15μm以上、30μm以下の蛍光体粒子と粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下の液状透明樹脂とを混合して混合物を得る工程と;基材に設けられ、少なくとも内部に発光素子が配置された凹部内に、前記混合物を注入し、硬化させて蛍光体層を形成する工程と;を具備することを特徴としている。
The method for manufacturing a light emitting device according to
請求項3記載の発光装置は、複数の発光素子と;白色の絶縁材により前記各発光素子を間隔的に並べて配設し得る大きさに形成された反射層と;反射層に形成されて前記発光素子に電気的に接続された回路パターンと;回路パターンの近傍で前記複数の発光素子を前記反射層の同一面上に接着する透光性接着層と;平均粒径(D50)が15μm以上、30μm以下の蛍光体粒子および硬化前の粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下の透明樹脂を有してなり、前記反射層上に配設された蛍光体層と;を具備することを特徴とする。
The light-emitting device according to
請求項4記載の発光装置は、請求項1ないし3いずれか一記載の発光装置において、前記蛍光体は黄色系蛍光体と、橙色蛍光体もしくは赤色蛍光体の少なくとも一方の蛍光体とを含んでいることを特徴とする。平均演色評価数Raを向上させ例えば90以上とするには、橙色蛍光体又は赤色蛍光体を含ませるとよく、橙色蛍光体又及び赤色蛍光体を混入させるとさらに好適である。
The light emitting device according to
上記した各発明において、特に指定しない限り、用語の定義及び技術的意味は以下の通りである。 Unless otherwise specified, the definitions and technical meanings of terms in the above-described inventions are as follows.
基材は、例えば回路パターンやリード端子のような配線部を有する基板と、この基板上に設けられ外部に開口した凹部を有するフレームから構成されるものである。この凹部内には、底面から上方へ向けて発光素子、蛍光体層がこの順に配置される。なお、フレームを使用せずに基板上に凹部を形成して基材を作製してもよい。 A base material is comprised from the flame | frame which has the board | substrate which has wiring parts, such as a circuit pattern and a lead terminal, for example, and the recessed part provided on this board | substrate and opened outside. Within this recess, a light emitting element and a phosphor layer are arranged in this order from the bottom to the top. In addition, you may form a base material by forming a recessed part on a board | substrate, without using a flame | frame.
発光素子は、放射した光で蛍光体粒子を励起して可視光を発光させるものである。本発明に用いられる発光素子としては、例えば青色発光タイプのLEDチップや紫外発光タイプのLEDチップ等が挙げられる。ただし、これらに限定されるものではなく、蛍光体粒子を励起して可視光を発光させることが可能な発光素子であれば、発光装置の用途や目的とする発光色等に応じて種々の発光素子を使用することができる。そして、窒化物半導体を好適に用いることができるが、この他に、III−V族系化合物半導体、II−IV族系化合物半導体、IV−VI族系化合物半導体等を用いることも可能である。また、発光素子の発光色は、青色、赤色、緑色のいずれであってもよく、使用する各発光素子の発光色は、発光素子毎に異なっていても、全てが同じであってもよい。 The light emitting element emits visible light by exciting phosphor particles with emitted light. Examples of the light emitting device used in the present invention include a blue light emitting type LED chip and an ultraviolet light emitting type LED chip. However, the present invention is not limited to these, and any light emitting element capable of emitting visible light by exciting phosphor particles can emit various light emission depending on the use of the light emitting device, the intended emission color, and the like. An element can be used. A nitride semiconductor can be preferably used. In addition, a III-V group compound semiconductor, a II-IV group compound semiconductor, an IV-VI group compound semiconductor, or the like can also be used. The light emitting color of the light emitting element may be any of blue, red and green, and the light emitting color of each light emitting element used may be different for each light emitting element or all may be the same.
蛍光体層は、基材の凹部内に配置された発光素子を封止するものであり、蛍光体粒子および透明樹脂を有してなるものであり、凹部内に充填されたものである。この蛍光体層は、蛍光体粒子と液状透明樹脂とから主としてなる混合物を凹部内に注入、硬化してなるものである。蛍光体粒子は、発光素子から放射された光により励起されて可視光を発光し、この蛍光体粒子から発光される可視光と発光素子から放射される光との混色によって、あるいは蛍光体粒子から発光される可視光または可視光自体の混色によって、発光装置として所望の発光色を得るものである。 A fluorescent substance layer seals the light emitting element arrange | positioned in the recessed part of a base material, has a fluorescent substance particle and transparent resin, and is filled in the recessed part. This phosphor layer is formed by injecting and curing a mixture mainly composed of phosphor particles and a liquid transparent resin in a recess. The phosphor particles are excited by the light emitted from the light emitting element to emit visible light, and are mixed by the color mixture of the visible light emitted from the phosphor particle and the light emitted from the light emitting element, or from the phosphor particles. A desired light-emitting color is obtained as a light-emitting device by color mixing of visible light or visible light itself.
蛍光体層の形成に用いられる蛍光体粒子は、発光効率の観点から、平均粒径(D50)が15μm以上、30μm以下のものである。蛍光体粒子を構成する蛍光体の種類は特に限定されるものではなく、目的とする発光色や発光素子から放射される光等に応じて適宜に選択される。 The phosphor particles used for forming the phosphor layer have an average particle diameter (D50) of 15 μm or more and 30 μm or less from the viewpoint of luminous efficiency. The kind of the phosphor constituting the phosphor particles is not particularly limited, and is appropriately selected according to the intended emission color, light emitted from the light emitting element, and the like.
蛍光体層の形成に用いられる液状透明樹脂は、粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下の範囲である。なお、この粘度は25℃で測定される粘度である。液状透明樹脂は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等であり、これらのうちの1種のみからなるものであってもよいし、2種以上からなるものであってもよい。液状透明樹脂が2種以上の液状透明樹脂からなる場合、粘度は2種以上の液状透明樹脂を混合した際の混合物の粘度とする。 The liquid transparent resin used for forming the phosphor layer has a viscosity in the range of 1 Pa · s to 3 Pa · s. In addition, this viscosity is a viscosity measured at 25 degreeC. The liquid transparent resin is, for example, an epoxy resin or a silicone resin, and may be composed of only one of these, or may be composed of two or more. When a liquid transparent resin consists of 2 or more types of liquid transparent resins, let viscosity be the viscosity of the mixture at the time of mixing 2 or more types of liquid transparent resins.
白色を呈する絶縁材で形成される反射層は、その反射率が400nm〜740nmの波長領域で85%以上であれば100%に近いほど好ましい。この種の白色系絶縁材として、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム等の白色粉末の内の少なくとも一種が混入された熱硬化性樹脂を、紙や布等のシート基材に含浸させてなる接着シートを挙げることができる。 The reflection layer formed of a white insulating material is preferably closer to 100% if the reflectance is 85% or more in the wavelength region of 400 nm to 740 nm. As this type of white insulating material, a sheet base material such as paper or cloth is impregnated with a thermosetting resin mixed with at least one of white powders such as aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide and barium sulfate. The adhesive sheet which can be mentioned can be mentioned.
透光性接着層には、例えばエポキシ樹脂、ユリア樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂系のダイボンド材を用いることができる。接着層は、その厚みが5μm以下で、光の透過率が70%以上であれば100%に近いほど好ましい。この種の接着層としては、特にシリコーン樹脂系の接着層を好適に用いることができる。シリコーン樹脂系の接着層は、紫外線から可視光の略全ての波長範囲の光に対して高い光透過率を有し、比較的短波長の光を長時間照射されても変色など劣化をし難い点で優れている。なお、以上の高分子接着剤に代えて低融点ガラスを透光性の接着層として用いることも可能である。 For the light-transmitting adhesive layer, for example, an epoxy resin, a urea resin, an acrylic resin, or a silicone resin die bond material can be used. If the thickness of the adhesive layer is 5 μm or less and the light transmittance is 70% or more, the closer to 100%, the better. As this type of adhesive layer, a silicone resin adhesive layer can be particularly preferably used. Silicone resin-based adhesive layers have high light transmittance for light in almost all wavelength ranges from ultraviolet to visible light, and are unlikely to deteriorate such as discoloration even when irradiated with light having a relatively short wavelength for a long time. Excellent in terms. Note that low-melting glass can be used as the light-transmitting adhesive layer instead of the above polymer adhesive.
回路パターンは、反射層上にエッチング処理等によって設けられた銅箔等の金属箔や接着剤によって貼り付けられた導電体等で好適に形成できる。この回路パターンは、複数の発光素子とワイヤボンディングなどにより電気的に接続され、複数の発光素子を、直列、又は並列、若しくは直並列に接続して設けられる。更に、この発明で、複数の発光素子が実装された反射層の一面を覆って各発光素子を封止する透光性の封止部材を設けることは好ましいが、この封止部材は必要不可欠ではない。 The circuit pattern can be suitably formed from a metal foil such as a copper foil provided on the reflective layer by etching or the like, or a conductor attached by an adhesive. This circuit pattern is electrically connected to a plurality of light emitting elements by wire bonding or the like, and is provided by connecting the plurality of light emitting elements in series, in parallel, or in series-parallel. Furthermore, in the present invention, it is preferable to provide a translucent sealing member that covers one surface of the reflective layer on which a plurality of light emitting elements are mounted and seals each light emitting element, but this sealing member is not indispensable. Absent.
請求項1記載の発光装置によれば、蛍光体層を形成する透明樹脂を、その硬化前の粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下であるものとすることで、平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、その製造の際におけるディスペンサのノズルの目詰まりを抑制でき、適切に吐出を行わせることができるため、製造性に優れたものとすることができる。また、このような透明樹脂とすることで、平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、その製造の際における凹部への注入から硬化までの間に蛍光体粒子が沈降、堆積することを抑制できるため、発光効率に優れた発光装置とすることができる。従って、請求項1記載の発光装置によれば、平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いた場合の沈降、堆積による発光効率の低下を抑制できるため、このような蛍光体粒子が本来有する発光効率の向上という効果を十分に得ることができ、また製造性にも優れたものとすることができる。
According to the light emitting device of
また、請求項2記載の発光装置の製造方法によれば、蛍光体層を形成する際に用いる液状透明樹脂として特定の粘度のものを用いることで、平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、ディスペンサのノズルにおける目詰まりを抑制でき、適切に吐出を行わせることができるため、発光装置を歩留まりよく製造することができる。また、このような液状透明樹脂を用いることで、平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、凹部へ注入してから硬化させるまでの間に蛍光体粒子が沈降、堆積することを抑制できるため、発光効率に優れた発光装置を製造することができる。
According to the method for manufacturing a light-emitting device according to
また、請求項3記載の発光装置によれば、白色の反射層上に形成された回路パターンに接続して各発光素子を透光性接着層で接着することによって、複数の発光素子を反射層の同一面上に並べて配列している。そして、蛍光体層を形成する際に用いる液状透明樹脂として特定の粘度のものを用いることで、反射層の同一面上に並べて配列された発光素子を満遍なく覆うことができるため、発光装置を歩留まりよく製造することができる。また、このような液状透明樹脂を用いることで、平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、凹部へ注入してから硬化させるまでの間に蛍光体粒子が沈降、堆積することを抑制できる。
According to the light emitting device of
また、請求項4記載の発光装置は、平均演色評価数Raを向上させ、例えば90以上とするには、橙色蛍光体又は赤色蛍光体を含ませるとよく、橙色蛍光体又及び赤色蛍光体を混入させるとさらに好適にできる。
In order to improve the average color rendering index Ra, for example, 90 or more, the light emitting device according to
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1は本発明の発光装置としてのLEDランプの一例を示す断面図、図2は図1に示すLEDランプを例えば一平面上に3行3列のマトリックス状に複数配置したLEDモジュールの一例を示す平面図、図3は、図2のA−A´線断面図である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an example of an LED lamp as a light emitting device of the present invention. FIG. 2 is an example of an LED module in which a plurality of LED lamps shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
図1〜図3に示すLEDランプ1は、発光素子としてLEDチップ2を有している。LEDチップ2には、例えば青色発光タイプのLEDチップや紫外発光タイプのLEDチップ等が用いられる。このLEDチップ2は、基板5上に電気絶縁層4を介して設けられた回路パターン8上に搭載され、下部電極がこれと電気的に接続されている。また、LEDチップ2の上部電極は導電性ワイヤによって他の回路パターン8に電気的に接続されている。
The
基板5上には、上方に向けて円錐台状に開口したキャビティ3(凹部)を形成するフレーム6が設けられており、LEDチップ2はキャビティ3内に配置されている。LEDチップ2が配置されたキャビティ3内には蛍光体層9が形成されており、LEDチップ2はこの蛍光体層9で覆われている。
On the
蛍光体層9は透明樹脂中に蛍光体粒子が分散されたものである。LEDランプ1に印加された電気エネルギーは、LEDチップ2で青色光や紫外線に変換され、それらの光は蛍光体層9に含有された蛍光体粒子により長波長の光に変換される。そして、LEDチップ2から放射される光の色と蛍光体粒子の発光色とに基づく色、例えば白色の光がLEDランプ1から放出される。
The phosphor layer 9 is obtained by dispersing phosphor particles in a transparent resin. The electrical energy applied to the
蛍光体層9を構成する蛍光体粒子は、LEDチップ2から放射される光、例えば青色光や紫外線により励起されて可視光を発光するものである。蛍光体粒子を構成する蛍光体の種類は目的とするLEDランプ1の発光色に応じて適宜に選択されるものである。
The phosphor particles constituting the phosphor layer 9 are excited by light emitted from the
例えば、青色発光タイプのLEDチップ2を使用して白色発光を得る場合には、このLEDチップ2からの青色光により励起され黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体粒子が主として用いられる。また、演色性等の向上を図るために、黄色系蛍光体粒子に加えて赤色蛍光体粒子を使用してもよい。黄色系蛍光体粒子としては、例えばRE3(Al,Ga)5O12:Ce蛍光体(REはY、GdおよびLaから選ばれる少なくとも1種を示す。以下同じ)等のYAG蛍光体、AE2SiO4:Eu蛍光体(AEはSr、Ba、Ca等のアルカリ土類元素である。以下同じ)等の珪酸塩蛍光体からなるものが用いられる。
For example, when white light emission is obtained using a blue light emitting
また、紫外発光タイプのLEDチップ2を使用して白色発光を得る場合には、RGB蛍光体粒子が主として用いられる。青色蛍光体粒子としては、例えばAE10(PO4)6Cl12:Eu蛍光体のようなハロ燐酸塩蛍光体や(Ba,Mg)Al10O17:Eu蛍光体のようなアルミン酸塩蛍光体等からなるものが用いられる。緑色蛍光体粒子としては、(Ba,Mg)Al10O17:Eu,Mn蛍光体のようなアルミン酸塩蛍光体等からなるものが用いられる。赤色蛍光体粒子としては、La2O2S:Eu蛍光体のような酸硫化物蛍光体等からなるものが用いられる。
When white light emission is obtained using the ultraviolet light emitting
さらに、上記したような蛍光体粒子に加えて、組成に応じて種々の発光色が得られる窒化物系蛍光体(例えばAE2Si5N8:Eu)、酸窒化物系蛍光体(例えばY2Si3O3N8ce)、サイアロン系蛍光体(例えばAEx(Si,Al)12(N,O)16:Eu)等からなる蛍光体粒子を適用してもよい。なお、LEDランプ1は白色発光ランプに限られるものではなく、白色以外の発光色を有するLEDランプ1を構成することも可能である。LEDランプ1で白色以外の発光、例えば中間色の発光を得る場合には、目的とする発光色に応じて種々の蛍光体粒子が適宜に使用される。
Furthermore, in addition to the phosphor particles as described above, nitride phosphors (for example, AE 2 Si 5 N 8 : Eu) and oxynitride phosphors (for example, Y) that can obtain various emission colors depending on the composition. 2 Si 3 O 3 N 8c e), a sialon-based phosphor (for example, AE x (Si, Al) 12 (N, O) 16 : Eu) and the like may be applied. The
蛍光体粒子の平均粒径(D50)は、LEDランプ1の発光効率等を向上させる観点から、15μm以上、30μm以下である。平均粒径(D50)はレーザー回折法で測定されるものであり、低粒子径から積算し全体の蛍光体量の50容量%に至る粒子の大きさを示すものである。蛍光体粒子の平均粒径(D50)が15μm未満であると、十分な発光効率を得ることが難しくなる。一方、30μmを越えると、蛍光体粒子どうしの隙間が大きくなり、透明樹脂に対する蛍光体粒子の配合比を増やさないと所望の色温度を得ることが難しくなり、かつ、前述したように沈降を起こしやすくなる。蛍光体粒子の平均粒径(D50)は、好ましくは20μm以上、30μm以下である。
The average particle diameter (D50) of the phosphor particles is 15 μm or more and 30 μm or less from the viewpoint of improving the luminous efficiency of the
蛍光体粒子の平均粒径(D50)は、例えば製造工程で篩い分け等の分級処理を実施することにより制御することができる。なお、蛍光体にRGB蛍光体等を適用する場合には、青色、緑色、赤色の各蛍光体に平均粒径(D50)が15μm以上、30μm以下の蛍光体粒子を使用する。また、RGB蛍光体以外の2種以上の蛍光体を混合して使用する場合も同様である。 The average particle diameter (D50) of the phosphor particles can be controlled, for example, by performing a classification process such as sieving in the manufacturing process. When an RGB phosphor or the like is applied to the phosphor, phosphor particles having an average particle diameter (D50) of 15 μm or more and 30 μm or less are used for each of blue, green, and red phosphors. The same applies to the case of using a mixture of two or more phosphors other than RGB phosphors.
また、蛍光体層9を形成する透明樹脂としては、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が好ましいものとして挙げられ、これらは1種のみが用いられていてもよいし、2種以上が用いられていてもよい。 Moreover, as transparent resin which forms the fluorescent substance layer 9, a silicone resin, an epoxy resin, etc. are mentioned as a preferable thing, for example, These may use only 1 type and 2 or more types are used. Also good.
このような蛍光体層9は、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の液状透明樹脂に蛍光体粒子を添加、混合した混合物を、例えばノズル径0.15〜0.45mm、好ましくは0.20〜0.25mm程度のノズルを有するディスペンサに入れ、そのノズルから吐出し、LEDチップ2が配置されたキャビティ3内に注入、熱硬化させることにより形成されるものである。
Such a phosphor layer 9 is obtained by adding a phosphor particle to a liquid transparent resin such as a silicone resin or an epoxy resin and mixing the mixture, for example, a nozzle diameter of 0.15 to 0.45 mm, preferably 0.20 to 0. It is formed by putting in a dispenser having a nozzle of about 25 mm, discharging from the nozzle, pouring into the
本発明ではこのような蛍光体層9を形成するために用いる蛍光体粒子として上記したような平均粒径(D50)が15μm以上、30μm以下のものを用いると共に、液状透明樹脂として粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下のものを用いることを特徴とする。なお、蛍光体層9を形成するために用いられる液状透明樹脂が2種以上の液状透明樹脂からなるものである場合には、これら2種以上の液状透明樹脂を混合した際の混合物の粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下であればよい。 In the present invention, the phosphor particles used for forming such a phosphor layer 9 have an average particle diameter (D50) of 15 μm or more and 30 μm or less as described above, and the liquid transparent resin has a viscosity of 1 Pa · s to 3 Pa · s or less is used. In addition, when the liquid transparent resin used for forming the phosphor layer 9 is composed of two or more liquid transparent resins, the viscosity of the mixture when these two or more liquid transparent resins are mixed is as follows. It may be 1 Pa · s or more and 3 Pa · s or less.
蛍光体層9を形成するために用いる液状透明樹脂の粘度が1Pa・s未満である場合、これら蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物をキャビティ3内に注入した際、硬化させるまでに蛍光体粒子がその底部に沈降、堆積して密度が高くなることにより発光効率が低下し、発光効率の向上に有効な平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いたことによる効果が十分に発揮されない。
When the viscosity of the liquid transparent resin used to form the phosphor layer 9 is less than 1 Pa · s, when the mixture of the phosphor particles and the liquid transparent resin is injected into the
一方、液状透明樹脂の粘度が3Pa・sを超える場合、これら蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物をディスペンサに入れてノズルから吐出させる際、ノズルでの目詰まりが発生し、キャビティ3へ混合物を注入できないか、あるいは、注入できてもその量が不十分となるおそれがあり、製造性が低下する。
On the other hand, when the viscosity of the liquid transparent resin exceeds 3 Pa · s, when the mixture of the phosphor particles and the liquid transparent resin is put into the dispenser and discharged from the nozzle, the nozzle is clogged, and the mixture enters the
本発明では、蛍光体層9を形成するための液状透明樹脂として特定の粘度のものを用いることで、これまで発光効率の向上に有効であるとされつつも沈降や目詰まりといった課題により利用が困難であった平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いることができ、製造性に優れると共に、発光効率にも優れた発光装置とすることができる。 In the present invention, a liquid transparent resin for forming the phosphor layer 9 having a specific viscosity is used due to problems such as sedimentation and clogging while being effective for improving luminous efficiency. Phosphor particles having a large average particle diameter (D50), which has been difficult, can be used, and a light-emitting device that is excellent in manufacturability and excellent in luminous efficiency can be obtained.
蛍光体層9を形成するために用いる蛍光体粒子としては、上記したような各種の蛍光体粒子を用いることができる。この際、蛍光体粒子はその種類によって比重等が変わるが、本発明では一般にこのような用途に用いられる蛍光体粒子であれば特に比重等による制限はなく、広く用いることができる。 As the phosphor particles used for forming the phosphor layer 9, various phosphor particles as described above can be used. At this time, the specific gravity and the like of the phosphor particles vary depending on the type thereof, but in the present invention, the phosphor particles generally used for such applications are not particularly limited and can be widely used.
例えば、青色発光タイプのLEDチップ2を使用して白色発光を得る場合に用いられる黄色ないし橙色発光蛍光体粒子として、例えばRE3(Al,Ga)5O12:Ce蛍光体(REはY、GdおよびLaから選ばれる少なくとも1種を示す。以下同じ)等のYAG蛍光体、AE2SiO4:Eu蛍光体(AEはSr、Ba、Ca等のアルカリ土類元素である。以下同じ)等の珪酸塩蛍光体からなるものが挙げられる。これらの蛍光体粒子の比重は、それぞれ4.5〜5.0、3.0〜4.0と若干異なる。しかしながら、このような場合であっても、液状透明樹脂の粘度を上記したようなものとすることで、キャビティ3内での蛍光体粒子の沈降、堆積を十分に抑制することができ、またディスペンサのノズルにおける目詰まり等も十分に抑制することができる。よって、蛍光体粒子が沈降、堆積しにくくなり、発光効率の低下を抑制できる。赤色蛍光体等を含ませると、発光効率が低下する傾向にあるが、上述したように蛍光体粒子の沈降、堆積を抑制すれば、発光効率の低下を抑制しつつ、平均演色評価数Raを向上させることができる。例えば平均演色評価数Ra90以上とするには、橙色蛍光体又は赤色蛍光体を含ませるとよく、橙色蛍光体又及び赤色蛍光体を混入させるとさらに好適である。
For example, as yellow to orange light emitting phosphor particles used for obtaining white light emission using a blue light emitting
また、蛍光体粒子の含有量(蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物における蛍光体粒子の含有量)はその種類、平均粒径(D50)等によって若干変わるが、本発明では一般的な含有量の範囲であれば特にその含有量も制限されるものではない。 Further, the content of the phosphor particles (the content of the phosphor particles in the mixture of the phosphor particles and the liquid transparent resin) varies slightly depending on the type, average particle diameter (D50), etc. The content is not particularly limited as long as the amount is within the range.
例えば、蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物中における蛍光体粒子の含有量は、通常、10重量%以上、20重量%以下の範囲であるが、このような範囲であれば液状透明樹脂の粘度を上記したようなものとすることで、キャビティ3内での蛍光体粒子の沈降、堆積を十分に抑制することができ、またディスペンサのノズルにおける目詰まり等も十分に抑制することができる。
For example, the content of the phosphor particles in the mixture of the phosphor particles and the liquid transparent resin is usually in the range of 10% by weight or more and 20% by weight or less. By setting the viscosity as described above, sedimentation and deposition of the phosphor particles in the
以上、本発明について説明したが、本発明は必ずしも上記したようなものに限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限度において、かつ、必要に応じてその構成を適宜変更することができる。例えば、上記した例ではLEDモジュール10としてLEDランプ1をマトリックス状に複数配置したものを示したが、例えばLEDランプ1は複数を1列状に形成してもよく、またLEDランプを1つのみで独立して用いてもよい。
The present invention has been described above. However, the present invention is not necessarily limited to the above-described one, and the configuration thereof can be changed as necessary as long as it does not contradict the gist of the present invention. it can. For example, in the above-described example, a plurality of
次に、一つのキャビティ(凹部)内にLEDチップをマトリックス状に複数配置してなる本発明の第2の実施形態を示す発光装置について説明する。図4及び図5中符号20はLEDパッケージを形成する発光装置を示している。この発光装置20は、複数の発光素子としてのLEDチップ2と、蛍光体層3と、反射層4と、基材としての装置基板5と、フレームとしてのリフレクタ6と、回路パターン8と、透光性接着層21と、光拡散部材22と、を備えて形成されている。なお、装置基板5とリフレクタ6が協同してキャビティ(凹部)3を構成している。
Next, a light emitting device showing a second embodiment of the present invention in which a plurality of LED chips are arranged in a matrix in one cavity (concave portion) will be described. Reference numeral 20 in FIGS. 4 and 5 denotes a light emitting device that forms an LED package. The light emitting device 20 includes an
装置基板5は、金属又は絶縁材例えば合成樹脂製の平板からなるとともに、発光装置20に必要とされる発光面積を得るために所定形状例えば長方形状をなしている。装置基板5を合成樹脂製とする場合、例えばガラス粉末入りのエポキシ樹脂等で形成できる。装置基板5を金属製とする場合、この装置基板5の裏面からの放熱性がよく、装置基板5の各部の温度を均一にできるに伴い、同じ波長域の光を発するLEDチップ2の発光色のばらつきを抑制する上で好ましい。前記ばらつき抑制のためには、熱伝導性に優れた材料例えば熱伝導率が10W/m・K以上の材質で装置基板5を形成するとよく、そうした材料として金属材料例えばアルミニウム又はその合金を挙げることができる。
The
反射層4は、所定数のLEDチップ2を配設し得る大きさであって、例えば装置基板5の表面全体に被着されている。反射層4は、400nm〜740nmの波長領域で85%以上の反射率を有した白色の絶縁材で形成されている。反射層4をなす白色絶縁材は、例えば酸化アルミニウム等の白色粉末が混入された熱硬化性樹脂をシート基材に含浸させてなる。反射層4はそれ自体の接着性により装置基板5の表面となる一面に接着される。
The
回路パターン8は、各LEDチップ2への通電要素として、反射層4の装置基板5が接着された面とは反対側の面に接着されている。この回路パターン8は、例えば各LEDチップ2を直列に接続するために、図4に示すように装置基板5及び反射層4の長手方向に所定間隔ごとに点在して2列形成されている。一方の回路パターン8列の一端側に位置された端側回路パターン8aには給電パターン部8cが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン8列の一端側に位置された端側回路パターン8aには給電パターン部8dが一体に連続して形成されている。給電パターン部8c,8dは反射層4の長手方向一端部に並べて設けられ、互いに離間して反射層4により絶縁されている。これらの給電パターン部8c,8dの夫々に電源に至る図示しない電線が個別に半田付け等で接続されるようになっている。
The
各LEDチップ2は、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のLEDチップからなり、反射膜を有しておらず、厚み方向の双方に光を放射できる。各LEDチップ2は、装置基板5の長手方向に隣接した回路パターン8間に夫々配置されて、白色の反射層4の同一面上に透光性接着層21により接着されている。この接着により、回路パターン8及びLEDチップ2は反射層4の同一面上で直線状に並べられるので、この並び方向に位置したLEDチップ2の側面5a,5bと回路パターン8とは近接して対向するように設けられている。透光性接着層21の厚みは5μm以下である。この透光性接着層21には、例えば5μm以下の厚みで光透過率が70%以上の透光性を有した接着剤、例えばシリコーン樹脂系の接着剤を好適に使用できる。
Each
各LEDチップ2の電極とLEDチップ2の両側に近接配置された回路パターン8とは、ワイヤボンディングにより設けられたボンディングワイヤ7で接続されている。更に、前記二列の回路パターン8列の他端側に位置された端側回路パターン同士も、ワイヤボンディングにより接続されている。したがって、本実施形態の場合、各LEDチップ2は直列に接続されている。
The electrode of each
リフレクタ6は、一個一個又は数個のLEDチップ2ごとに個別に設けられるものではなく、反射層4上の全てのLEDチップ2を包囲する単一のものであり、枠、例えば図4に示すように長方形の枠で形成されている。リフレクタ6は反射層4に接着止めされていて、その内部に複数のLEDチップ2及び回路パターン8が収められているとともに、前記一対の給電パターン部8c,8dはリフレクタ6の外部に位置されている。
The
リフレクタ6は、例えば合成樹脂で成形されていて、その内周面は反射面となっている。リフレクタ6の反射面は、AlやNi等の反射率が高い金属材料を蒸着又はメッキして形成できる他、可視光の反射率の高い白色塗料を塗布して形成することができる。或いは、リフレクタ6の成形材料中に白色粉末を混入させてリフレクタ6自体を可視光の反射率が高い白色とすることもできる。前記白色粉末としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム等の白色フィラーを用いることができる。なお、リフレクタ6の反射面は発光装置20の照射方向に次第に開くように形成することが望ましい。
The
蛍光体層9は、透光性材料、例えば透明シリコーン樹脂や透明ガラス等からなる。蛍光体層9を形成するために用いる蛍光体粒子として上記したような平均粒径(D50)が15μm以上、30μm以下のものを用いると共に、液状透明樹脂として粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下のものを用いる。蛍光体を含む液状透明樹脂は、反射層4表面及び一直線上に配列された各LEDチップ2及びボンディングワイヤ7等を満遍なく埋めてリフレクタ6内に固化される。反射層4表面とボンディングワイヤ7との間に流れ込んだ液状透明樹脂は毛細管現象等により各LEDチップ2及びボンディングワイヤ7に行き渡っているものと考えられる。なお、蛍光体層9を形成するために用いられる液状透明樹脂が2種以上の液状透明樹脂からなるものである場合には、これら2種以上の液状透明樹脂を混合した際の混合物の粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下であればよい。例えば、各LEDチップ2を青色LEDチップとした本実施形態では、これらの素子から発光された一次光(青色)を波長変換して異なる波長の二次光として黄色の光を出す蛍光体(図示しない)が、好ましい例として略均一に分散した状態に混入されている。
The phosphor layer 9 is made of a translucent material such as a transparent silicone resin or transparent glass. The phosphor particles used to form the phosphor layer 9 have an average particle diameter (D50) of 15 μm or more and 30 μm or less as described above, and the liquid transparent resin has a viscosity of 1 Pa · s or more and 3 Pa · s. The following are used. The liquid transparent resin containing the phosphor is solidified in the
この組み合わせにより、LEDチップ2から放出された青色の光の一部が蛍光体に当たることなく蛍光体層3を透過する一方で、LEDチップ2から放出された青色の光が当たった蛍光体が、青色の光を吸収し黄色の光を発光して、この黄色の光が蛍光体層3を透過するので、これら補色関係にある二色の混合によって発光装置20の白色光を実現できる。
By this combination, while a part of the blue light emitted from the
前記面発光源20と組み合わされる光拡散部材22は平板状であってリフレクタ6の前方に配置されている。なお、リフレクタ6にその前方に突出する延長部を設けてそこに光拡散部材22を支持してもよく、或いは、発光装置20を収めた図示しない照明器具本体に支持させてもよい。
The
光拡散部材22には、400nm〜480nmの青色の光の透過率と、540nm〜650nmの黄色の光の透過率との差が10%以内であって、可視光の透過率が90%以上100%未満の光拡散性能を有するものを好適に使用できる。こうした光拡散部材22を用いることにより、前記青色の一次光と黄色の二次光とを光拡散部材22で混色させて、光拡散部材22を色むらが抑制された白色を得ることができる。
The
次に、本発明について実施例を参照して詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in detail with reference to examples.
粘度を0.3Pa・s以上、10.0Pa・s以下の範囲で変化させた液状透明樹脂中に、平均粒径(D50)を15μm以上、30μm以下の範囲で変化させた蛍光体粒子を添加、混合し混合物を調整した。液状透明樹脂は2種のシリコーン樹脂からなるものとし、粘度は2種のシリコーン樹脂を混合した際の粘度を測定した。また、蛍光体粒子は(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce組成のYAG蛍光体とした。そして、蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物における蛍光体粒子の含有量は、10重量%以上、20重量%以下の範囲内で、蛍光体粒子の平均粒径(D50)に応じて発光効率が最も高くなるような含有量とした。 Add phosphor particles whose average particle diameter (D50) is changed in the range of 15 μm or more and 30 μm or less in the liquid transparent resin whose viscosity is changed in the range of 0.3 Pa · s or more and 10.0 Pa · s or less. And mixed to prepare a mixture. The liquid transparent resin was composed of two types of silicone resins, and the viscosity was measured when two types of silicone resins were mixed. The phosphor particles were YAG phosphors of (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce composition. And the content of the phosphor particles in the mixture of the phosphor particles and the liquid transparent resin is within the range of 10 wt% or more and 20 wt% or less, and the luminous efficiency according to the average particle diameter (D50) of the phosphor particles. The content was set so as to be the highest.
次に、ノズル径が250μmのノズルを有するディスペンサにこの蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物を入れ、実際にディスペンサから混合物が吐出されるか否かを観察した。結果を表1に示す。なお、表中、「○」はノズルから混合物が適切に吐出されたものを示し、「△」はノズルに若干のつまりが発生したものを示し、「×」はノズルが完全につまって混合物が吐出されなかったものを示す。
また、別途、キャビティ3内に上記混合物を注入、硬化させ、蛍光体粒子の沈降の有無を観察した。沈降の有無は、混合物を硬化させたキャビティ3を垂直方向に切断して、その断面を観察することにより行った。ここで、混合物はLEDチップ2の表面から700μmの高さとなるように注入した。結果を表2に示す。なお、表中、「○」は蛍光体粒子の沈降がなかったものを示し、「△」は蛍光体粒子の沈降が若干あったものを示し、「×」は蛍光体粒子が完全に沈降したものを示す。
また、上記YAG蛍光体の粉末に青色光を当てて色温度6700Kでの発光効率を測定した。なお、発光効率の測定はYAG蛍光体の粉末の平均粒径(D50)を5μm以上、30μm以下の範囲で変化させて行った。また、表中、発光効率は、蛍光体粒子の平均粒径(D50)が10μmのときの発光効率を100とし、それに対する相対値で示した。
表3に示す結果から明らかなように、蛍光体粒子の平均粒径(D50)を15μm以上、30μm以下とすることで発光効率を向上できることが認められた。そして、表1、2に示す結果から明らかなように、このような平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いた場合であっても、液状透明樹脂の粘度を1Pa・s以上、3Pa・s以下とすることで、ディスペンサのノズルにおける目詰まりを抑制することができると共に、キャビティ3内での沈降、堆積も抑制できることが認められた。
As is apparent from the results shown in Table 3, it was confirmed that the luminous efficiency can be improved by setting the average particle diameter (D50) of the phosphor particles to 15 μm or more and 30 μm or less. As is apparent from the results shown in Tables 1 and 2, even when such phosphor particles having a large average particle diameter (D50) are used, the viscosity of the liquid transparent resin is 1 Pa · s or more and 3 Pa. It was confirmed that by setting it to s or less, clogging at the nozzle of the dispenser can be suppressed, and sedimentation and accumulation in the
従って、本発明では粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下の液状透明樹脂を用いることで、このような平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子を用いた場合であっても、ディスペンサのノズルにおける目詰まり、キャビティ3内での沈降、堆積を抑制でき、製造性に優れたものとすることができると共に、このような平均粒径(D50)の大きな蛍光体粒子が本来有する発光効率の向上という効果を十分に得ることができ、発光効率に優れたものとすることができる。
Therefore, in the present invention, by using a liquid transparent resin having a viscosity of 1 Pa · s or more and 3 Pa · s or less, even when such a phosphor particle having a large average particle diameter (D50) is used, It is possible to suppress clogging in the nozzle, settling and accumulation in the
1…LEDランプ、2…LEDチップ、3…キャビティ(凹部)、4…電気絶縁層、5…基板、6…フレーム、7…導電性ワイヤ、8…回路パターン、9…蛍光体層、10…LEDモジュール。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記凹部内に配置された発光素子と;
平均粒径(D50)が15μm以上、30μm以下の蛍光体粒子および硬化前の粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下の透明樹脂を有してなり、前記凹部内に充填された蛍光体層と;
を具備することを特徴とする発光装置。 A substrate having a recess;
A light emitting device disposed in the recess;
A phosphor layer having phosphor particles having an average particle diameter (D50) of 15 μm or more and 30 μm or less and a transparent resin having a viscosity before curing of 1 Pa · s or more and 3 Pa · s or less, and filled in the recesses When;
A light-emitting device comprising:
基材に設けられ、少なくとも内部に発光素子が配置された凹部内に、前記混合物を注入し、硬化させて蛍光体層を形成する工程と;
を具備することを特徴とする発光装置の製造方法。 Mixing phosphor particles having an average particle diameter (D50) of 15 μm or more and 30 μm or less with a liquid transparent resin having a viscosity of 1 Pa · s or more and 3 Pa · s or less to obtain a mixture;
A step of injecting and curing the mixture into a recess provided in a substrate and having at least a light emitting element disposed therein to form a phosphor layer;
A method of manufacturing a light emitting device, comprising:
白色の絶縁材により前記各発光素子を間隔的に並べて配設し得る大きさに形成された反射層と;
反射層に形成されて前記発光素子に電気的に接続された回路パターンと;
回路パターンの近傍で前記複数の発光素子を前記反射層の同一面上に接着する透光性接着層と;
平均粒径(D50)が15μm以上、30μm以下の蛍光体粒子および硬化前の粘度が1Pa・s以上、3Pa・s以下の透明樹脂を有してなり、前記反射層上に配設された蛍光体層と;
を具備することを特徴とする発光装置。 A plurality of light emitting elements;
A reflective layer formed in a size that allows the light emitting elements to be arranged side by side with a white insulating material;
A circuit pattern formed on the reflective layer and electrically connected to the light emitting element;
A translucent adhesive layer for adhering the light emitting elements on the same surface of the reflective layer in the vicinity of the circuit pattern;
A fluorescent particle having an average particle diameter (D50) of 15 μm or more and 30 μm or less and a transparent resin having a viscosity before curing of 1 Pa · s or more and 3 Pa · s or less, and disposed on the reflective layer. Body layers;
A light-emitting device comprising:
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