JP2008027979A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光材料の長寿命化を低コストで実現できる発光装置を提供すること。
【解決手段】印刷基板２の表面２ａ上に設けられた発光ダイオードチップ３を覆うように断熱層４が設けられており、この断熱層４上に蛍光材料層６が設けられているので、発光ダイオードチップ３からの熱によって蛍光材料層６が熱せられるのを防ぐことができる。これにより、蛍光材料層６を構成する有機又は無機の蛍光材料が熱によって分解されるのを防ぐことができ、蛍光材料の長寿命化を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関するものである。

発光ダイオードなどの発光素子を印刷基板上に配列して形成した集積型ランプの開発が行われている。集積型ランプは、例えば砲弾型発光ダイオードや表面実装型発光ダイオードなどの既製の発光ダイオードを印刷基板上に配列したものが一般的である。砲弾型発光ダイオードは、光射出部が砲弾型に形成された発光ダイオードであり、砲弾型のケースに発光ダイオードのチップが実装された構成になっている。砲弾型ケースの光射出面には、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）などの無機の蛍光材料（蛍光体）が塗布されている。表面実装型発光ダイオードは、発光ダイオードチップがカップ型のケースに実装された構成になっている。カップ型ケースの内側面には、ＹＡＧなどの蛍光体が塗布されている。

発光ダイオードの発光時には、チップが発熱して高温になる。蛍光材料は発光ダイオードの直近に設けられるため、耐熱性の低い蛍光材料を用いた場合、熱によってすぐに分解されてしまう。熱によって分解されると、蛍光材料が発光しなくなるので、発光ダイオードの寿命が短くなってしまう。

これに対して、蛍光材料が熱によりすぐに分解してしまうのを回避するため、ケースに塗布する蛍光材料として、高温下でも分解されることの無い耐熱性の高い蛍光材料が一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３７００５０２号公報

しかしながら、このような耐熱性の高い蛍光材料は非常に高価であるため、発光ダイオードの単価が高くなり、その分コストが増大することになる。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蛍光材料の長寿命化を低コストで実現できる発光装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る発光装置は、基板と、前記基板の一方の面に実装された発光素子と、前記発光素子を覆うように前記基板の一方の面側に設けられた断熱層と、前記基板の他方の面に設けられ、前記基板を貫通して前記発光素子に接続された放熱層と、前記断熱層上に設けられた蛍光材料層とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、基板の表面上に設けられた発光素子を覆うように断熱層が設けられており、この断熱層上に蛍光材料層が設けられているので、発光素子からの熱によって蛍光材料層が熱せられるのを防ぐことができる。これにより、蛍光材料層を構成する有機又は無機の蛍光材料が熱によって分解されるのを防ぐことができ、蛍光材料の長寿命化を実現することができる。

一般に、有機化合物の蛍光材料は、輝度の大きい光を高効率で発光することができ、無機材料に比べてコストも低い。従来の発光装置においては、発光素子から発生した熱によって有機化合物が分解されてしまうので、有機蛍光材料を用いることができなかった。本発明では上記のように断熱層及び放熱層を設けることによって蛍光材料層を防熱することができるので、蛍光材料層を構成する蛍光材料が有機化合物を主成分としている場合であっても、蛍光材料が分解されることはない。

また、無機化合物の蛍光材料の中には熱に弱い材料もある。このような熱に弱い無機化合物の蛍光材料の中にも、高効率で高輝度の光を発光し、しかもＹＡＧなどに比べて低コストの材料がある。本発明では、蛍光材料層が防熱されるので、蛍光材料層を構成する蛍光材料がこのような熱に弱い無機化合物の蛍光材料を主成分としている場合であっても、蛍光材料が分解されることはない。

このように、本発明では、蛍光材料層が防熱されることにより、有機化合物の蛍光材料や、熱に弱い無機化合物の蛍光材料を積極的に用いることができ、ＹＡＧなどの無機材料に比べてコストが低く、しかも輝度の大きい光を効率よく発光可能な発光装置を得ることができるという利点もある。

上記発光装置は、前記基板の他方の面側に設けられ、前記発光素子に平面視で重なる位置に設けられた導熱材を介して前記発光素子に接続された放熱層を更に具備することを特徴とする。
本発明によれば、基板の他方の面には、導熱材を介して発光素子に接続された放熱層が設けられているので、発光素子の熱を蛍光材料層とは反対側に放熱することができる。これにより、基板の一方の面に設けられた断熱層との間で蛍光材料層が熱せられるのを相乗的に防ぐことができる。

上記発光装置は、前記発光素子が複数設けられており、前記複数の発光素子が電気的に直列に接続されており、前記放熱層が金属からなり、当該放熱層が前記発光素子毎に区画されており、前記区画された放熱層の各領域間が電気的に絶縁されていることを特徴とする。
本発明によれば、放熱層が金属からなるので高い放熱効果を得ることができる。また、複数の発光素子が電気的に直列接続されているので、各発光素子毎に印加される電圧を調整する必要が無い。一般的な商用電圧は１００Ｖで有り、電気的に直列接続をすることで、給電電圧と消費するユニット電圧がほぼ同一となり、電圧変換などの熱損失などの発生が最小限となり且つ電源回路の簡易さと相まって電源回路のコスト削減に寄与する。さらに、放熱層が発光素子毎に区画されており、区画された放熱層の各領域間が電気的に絶縁されているので、直列に接続された発光素子間で電気的短絡が生じるのを防ぐことができる。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る発光装置１の全体構成を示す斜視図である。
図１に示すように、発光装置１は、印刷基板２と、発光ダイオードチップ３と、断熱層４と、放熱部５と、蛍光材料層６とを主体として構成されている。この発光装置１は、発光ダイオードチップ３が印刷基板２の表面２ａ側にマトリクス状に配列され、断熱層４と蛍光材料層６とが発光ダイオードチップ３上に順に積層されると共に、放熱部５が印刷基板２の裏面２ｂ側に設けられた構成になっている。

図２は、発光装置１のＡ−Ａ断面に沿った部分の一部の構成を示す図である。
印刷基板２は、例えば樹脂などの材料からなる基板である。印刷基板２の表面２ａ上には、例えば金属からなる印刷層７が設けられている。印刷層７は、上側ヒートシンク７ａと電極７ｂとを含んでいる。上側ヒートシンク７ａは、発光ダイオードチップ３が実装される土台となる部分であり、各発光ダイオードチップ３について当該発光ダイオードチップ３に平面視で重なる領域に配置されている。電極７ｂは、上側ヒートシンク７ａの間に設けられ、発光ダイオードチップ３同士を接続する領域である。上側ヒートシンク７ａと電極７ｂとの間には隙間が設けられており、両者の間は電気的に絶縁されている。

発光ダイオードチップ３は、印刷層７の上側ヒートシンク７ａ上に実装されており、印刷層７を介して印刷基板２の表面２ａ側に実装されていることになる。この発光ダイオードチップ３は、例えば２本の導電性ワイヤ８を介して電極７ｂに接続されている。発光ダイオードチップ３同士は、導電性ワイヤ８及び電極７ｂを介して、図２の左右方向に直列に接続されていることになる。

断熱層４は、発光ダイオードチップ３を覆うように印刷基板２の表面２ａ上に積層されている。この断熱層４は、例えばエポキシ系樹脂やシリコン系樹脂など、熱伝導率が低く光透過可能な樹脂材料からなる樹脂層である。

放熱部５は、下側ヒートシンク９と、導熱性絶縁材１０と、取付板１１とを主体として構成されている。下側ヒートシンク９は、例えばアルミニウム等の金属からなる板状部材であり、各発光ダイオードチップ３に対応するように設けられている。下側ヒートシンク９は、上側ヒートシンク７ａに平面視で重なる領域に配置されており、印刷基板２の貫通孔２ｃを貫通する導熱材１２を介して上側ヒートシンク７ａに接続されている。発光ダイオードチップ３からの熱が上側ヒートシンク７ａ及び導熱材１２を介して下側ヒートシンク９に伝達され、下側ヒートシンク９から放熱されるようになっている。

導熱性絶縁材１０は、例えば住友スリーエム社製の「ハイパーソフト放熱材」などが好適に用いられる。この導熱性絶縁材１０は、下側ヒートシンク９の下面９ａを覆うように設けられている。取付板１１は、例えばアルミニウム等の金属からなる大判の板状部材であり、導熱性絶縁材１０の下面１０ａに密着して設けられている。
蛍光材料層６は蛍光材料を塗布してなる層であり、例えばＹＡＧの他、有機化合物や無機化合物の蛍光材料が好適に用いられている。

図３は、発光ダイオードチップ３と下側ヒートシンク９との間の平面的な位置関係を示す図である。同図に示すように、上側ヒートシンク７ａと電極７ｂとは平面視で交差する方向にそれぞれ延在している。上側ヒートシンク７ａは図３の上下方向に延在しており、発光ダイオードチップ３が設けられる部分では幅（延在方向に直交する方向）が狭くなっている。電極７ｂは図３の左右方向に延在しており、発光ダイオードチップ３が設けられる部分で途切れている。下側ヒートシンク９は、上側ヒートシンク７ａと同一のピッチで配列されており、平面視で上側ヒートシンク７ａに重なる領域に設けられている。上側ヒートシンク７ａには、発光ダイオードチップ３の図中上下の領域にダミーチップ領域１３が例えば２つずつ設けられている。

このように、本実施形態によれば、印刷基板２の表面２ａ上に設けられた発光ダイオードチップ３を覆うように断熱層４が設けられており、この断熱層４上に蛍光材料層６が設けられているので、発光ダイオードチップ３からの熱によって蛍光材料層６が熱せられるのを防ぐことができる。これにより、蛍光材料層６を構成する有機又は無機の蛍光材料が熱によって分解されるのを防ぐことができ、蛍光材料の長寿命化を実現することができる。

また、上記発光装置１は、発光ダイオードチップ３を支持する上側ヒートシンク７ａが当該印刷基板２を貫通する導熱材１２を介して下側ヒートシンク９に接続された構成になっているので、発光ダイオードチップ３の熱を蛍光材料層６とは反対側に放熱することができる。これにより、印刷基板２の表面２ａに設けられた断熱層４と相俟って蛍光材料層６が熱せられるのを相乗的に防ぐことができる。

また、上記発光装置１は、下側ヒートシンク９が金属からなるので高い放熱効果を得ることができる。しかも、下側ヒートシンク９が発光ダイオードチップ３毎に個別に設けられており、各下側ヒートシンク９同士が絶縁されているので、直列に接続された発光ダイオードチップ３間で電気的短絡が生じるのを防ぐことができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図４は、本実施形態に係る発光装置１０１の断面構成を示す図である。同図に示すように、発光装置１０１は、カップ型のケース１０２内に発光ダイオードチップ１０３が実装された構成になっている。ケース１０２は、中央部が窪んだ形状になっており、この窪部１０２ａの底面１０２ｂに発光ダイオードチップ３が実装されている。各発光ダイオードチップ１０３は、例えば第１実施形態と同様の構成によって直列に接続されている。ケース１０２の窪部１０２ａには、発光ダイオードチップ３を覆うと共に当該窪部１０２ａを埋めるように断熱層１０４が設けられている。断熱層１０４の上面１０４ａは平坦になっており、当該上面１０４ａはケース１０２の上面１０２ｃと面一状態になっている。この断熱層１０４の上面１０４ａ及びケース１０２の上面１０２ｃには、蛍光材料層１０６が設けられている。

このように、本実施形態によれば、発光ダイオードチップ１０３を覆うように断熱層１０４が設けられており、この断熱層１０４上に蛍光材料層１０６が設けられているので、発光ダイオードチップ１０３からの熱によって蛍光材料層１０６が熱せられるのを防ぐことができる。これにより、蛍光材料層１０６を構成する有機又は無機の蛍光材料が熱によって分解されるのを防ぐことができ、蛍光材料の長寿命化を実現することができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば発光ダイオードチップとして青色の光を発光する発光ダイオードチップを用いるときに、断熱層に赤色の蛍光材料を添加させておき、蛍光材料層として緑色の蛍光を発光する材料を用いる構成であっても構わない。このような構成であれば、青色、赤色、緑色の光が混合することになるため、白色光を照射することができる。

また、上記実施形態では、発光ダイオードチップが複数設けられている場合について説明したが、これに限られることは無く、発光ダイオードチップが１個設けられた構成であっても良い。発光ダイオードチップが１個設けられた場合においても、勿論上記効果を奏することとなる。

本発明の第１実施形態に係る発光装置の全体構成を示す斜視図。 本実施形態に係る発光装置の断面図。 本実施形態に係る発光装置の平面図。 本発明の第２実施形態に係る発光装置の全体構成を示す断面図。

符号の説明

１、１０１…発光装置 ２…印刷基板（基板） ３、１０３…発光ダイオードチップ（発光素子） ４、１０４…断熱層 ５…放熱部 ６、１０６…蛍光材料層 ７…印刷層 ７ａ…上側ヒートシンク ７ｂ…電極 ８…導電性ワイヤ ９…下側ヒートシンク（放熱層）

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板の一方の面に実装された発光素子と、
   前記発光素子を覆うように前記基板の一方の面側に設けられた断熱層と、
   前記断熱層上に設けられた蛍光材料層と
   を具備することを特徴とする発光装置。
2. 前記基板の他方の面側に設けられ、前記発光素子に平面視で重なる位置に設けられた導熱材を介して前記発光素子に接続された放熱層を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光素子が複数設けられており、前記複数の発光素子が電気的に直列に接続されており、
   前記放熱層が金属からなり、当該放熱層が前記発光素子毎に区画されており、前記区画された放熱層の各領域間が電気的に絶縁されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
   
   

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