JP2010129615A

JP2010129615A - 発光装置及び照明装置

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Publication number: JP2010129615A
Application number: JP2008300235A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Matsuda; 周平松田; Kiyoshi Nishimura; 潔西村
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】蛍光体の量のばらつきを軽減し、色むらを抑制することができる発光装置及び照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、第１の基板２と、この第１の基板２に複数配設され、発光素子３２が実装された第２の基板３１と、この各第２の基板３１を発光素子３２を含めて個別に覆う透光層３３と、この透光層３３に覆われた複数の第２の基板３１を一様に覆うとともに、蛍光体が分散された樹脂層４と備えた発光装置１である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた発光装置及びこの発光装置が配設された照明装置に関する。

一般的に、この種、発光装置においては、ＬＥＤチップとして青色光を放射する青色ＬＥＤチップを用い、このＬＥＤチップを封止する透明樹脂に、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されて発光する黄色蛍光体を分散しておき、白色光の発光スペクトルを得るようになっている。

従来、蛍光体を透明材料とともに成形したドーム状の色変換部材を備え、この色変換部材で囲まれた空間内でＬＥＤチップ、ボンディングワイヤを封止した封止樹脂材料からなる封止部を設けた発光装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００７−１４２２７９号公報

しかしながら、特許文献１に示されたものは、ＬＥＤチップ毎に色変換部材を設けるものであり、このような場合、色変換部材毎に分散されている蛍光体の量がばらつき易く、基板に複数のＬＥＤチップを実装すると、各ＬＥＤチップから放射される光の色が異なり、色むらとして容易に認識されてしまう状態となる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、蛍光体の量のばらつきを軽減し、色むらを抑制することができる発光装置及び照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発光装置は、第１の基板と；この第１の基板に複数配設され、発光素子が実装された第２の基板と；この各第２の基板を発光素子を含めて個別に覆う透光層と；この透光層に覆われた複数の第２の基板を一様に覆うとともに、蛍光体が分散された樹脂層と；を具備することを特徴とする。

本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は次による。発光素子とは、ＬＥＤや有機ＥＬ等である。また、第１の基板への第２の基板の配設個数、第２の基板への発光素子の実装個数には特段制限はない。第２の基板を一様に覆うとは、第２の基板個々を個別的に覆うものではないことを意味する。

請求項２に記載の発光装置は、請求項１に記載の発光装置において、前記樹脂層には、各第２の基板間に対応して溝が形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発光装置は、複数の発光素子が実装された基板と；前記発光素子を個別に覆う透光層と；この透光層に覆われた複数の発光素子を一様に覆うとともに、蛍光体が分散された樹脂層と；前記基板と樹脂層との間に介在され、基板と樹脂層とを熱的に結合する熱伝導部材と；を具備することを特徴とする。本発明には、請求項１に記載されたような基板の構成が含まれる。具体的には、第２の基板を用い、この第２の基板に発光素子を実装し、さらに、この第２の基板を前記基板（第１の基板）に配設するような構成、つまり、発光素子を第２の基板を介して間接的に基板に実装するような構成が含まれる。

請求項４に記載の照明装置は、装置本体と；この装置本体に配設された請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の発光装置と；を具備することを特徴とする。本発明の照明装置は、ディスプレイ装置やいわゆる空間を照らす照明器具を含む概念である。

請求項１に記載の発明によれば、発光素子に対する蛍光体の量のばらつきが少なく、各発光素子から放射される光の色が異なるのを軽減でき、色むらを抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、蛍光体から発生する熱の放熱を促進して発光効率の低下を軽減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、発光素子に対する蛍光体の量のばらつきが少なく、各発光素子から放射される光の色が異なるのを軽減でき、色むらを抑制することができるとともに、蛍光体から発生する熱の放熱を促進して発光効率の低下を軽減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記各請求項の発明が奏する効果が得られる照明装置を提供できる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る発光装置について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、発光素子部材としてＬＥＤチップ部材を示す断面図、図２は、発光装置を示す断面図、図３は、発光装置を示す平面図である。

図２において、発光装置１は、第１の基板２、この第１の基板２に複数配設されたＬＥＤチップ部材３及びこれらＬＥＤチップ部材３を覆う樹脂層４を備えている。まず、図１に示すように、ＬＥＤチップ部材３は、第２の基板３１と、この第２の基板３１に実装された発光素子としてのＬＥＤチップ３２と、透光層３３とから構成されている。第２の基板３１は、四角形状をなし、絶縁性を有し、放熱特性が良好で、耐久性に優れたセラミック材料で形成されており、一対の導電端子３１ａが設けられている。

ＬＥＤチップ３２は、ベアチップであり素子基板の一面に発光層を積層して形成されている。ＬＥＤチップ３２は、例えば、ＩｎＧａＮ系の素子であり、透光性のサファイア素子基板に発光層が積層されており、発光層は、ｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮ発光層と、ｐ型窒化物半導体層とが順次積層されて形成されている。そして、発光層に電流を流すための電極は、ｐ型窒化物半導体層上に透明電極とｐ型電極パッドで形成されたプラス側電極３２ａと、ｎ型窒化物半導体層上にｎ型電極パッドで形成されたマイナス側電極３２ｂとで構成されている。このＬＥＤチップ３２は、第２の基板３１面に接着剤によって接着されている。この接着剤には、透光性、かつ熱硬化性を有するシリコーン樹脂系の接着剤を用いることができる。また、プラス側電極３２ａ及びマイナス側電極３２ｂは、それぞれボンディングワイヤ３２ｃによって第２の基板３１の導電端子３１ａに電気的に接続されている。

透光層３３は、ＬＥＤチップ３２、ボンディングワイヤ３２ｃを覆うように封止して第２の基板３１面に設けられている。透光層３３は、ＬＥＤチップ３２やボンディングワイヤ３２ｃの保護のため、外気から遮断して封止するもので、熱硬化性のエポキシ系やシリコーン系の透明又は半透明の透光性樹脂が用いられる。

以上のように構成されたＬＥＤチップ部材３は、複数のＬＥＤチップ３２をいわゆるチップ・オン・ボード方式でセラミック基板に実装し、封止した実装基板をＬＥＤチップ３２毎に切断することによって製作されている。なお、本発明は、この製作方法、工程に限定されるものではない。

次に、図２及び図３において、第１の基板２は、ベース板２ａ、電気絶縁層２ｂ及び配線パターン層２ｃから構成されている。ベース板２ａは、金属、例えば、熱伝導性が良好で放熱性に優れたアルミニウム製の四角形状の平板からなる。なお、ベース板２ａに絶縁材を用いる場合には、例えば、ガラスエポキシ樹脂等で形成できる。ベース板２ａの一面には、エポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂等からなる電気絶縁層２ｂが形成されている。電気絶縁層２ｂの上には、回路パターンを構成する配線パターン層２ｃが形成されており、この配線パターン層２ｃは、ＬＥＤチップ３２に電源からの電力を供給するために、銅箔等の導電性の材料で形成されている。

第１の基板２上には、ＬＥＤチップ部材３が複数個、すなわち、縦４個×横４個のマトリクス状にその第２の基板３１がシリコーン樹脂系の接着剤によって接着して配設されている。これに伴い第２の基板３１の導電端子３１ａは、配線パターン層２ｃに接続されるようになっている。また、基板２上には、その外周縁に沿って四角形状の樹脂性枠体２ｄが固着されている。

続いて、複数のＬＥＤチップ部材３が配設された樹脂性枠体２ｄ内には、複数のＬＥＤチップ部材３を全体として一様に覆う樹脂層４が形成されている。この樹脂層４には、シリコーン系の透明又は半透明の透光性樹脂が用いられ、これらの樹脂に粒子状の蛍光体が分散されている。蛍光体にはＬＥＤチップ３２の青色発光により励起されて黄色に発光する蛍光体を用いており、この場合、黄色発光と青色発光とが合成されて白色光を放射するようになっている。なお、樹脂層４には、エポキシ系の樹脂やアクリル樹脂等を用いることができる。

次に、上記のように構成された発光装置１の作用を説明する。ＬＥＤチップ３２に第１の基板２の配線パターン層２ｃ、第２の基板３１の導電端子３１ａ、ボンディングワイヤ３２ｃを介して通電すると、ＬＥＤチップ３２は発光し、その光は主として透光層３３を通過し、樹脂層４を通過する過程で、青色の光が蛍光体に吸収されて、蛍光体から黄色の光が発光され、この黄色の光と蛍光体に吸収されなかった青色の光が混色されて白色光に変換されて外部へ放射される。この場合、樹脂層４は、ＬＥＤチップ部材３を個別的にではなく全体を一様に覆っているので、個々のＬＥＤチップ３２に対する蛍光体の量のばらつきが少なく、各ＬＥＤチップ３２から放射される光の色が異なるのを軽減でき、色むらを抑制することができる。

また、ＬＥＤチップ３２から発生する熱は、第２の基板３１、第１の基板２へ伝導され放熱される。ここで、第２の基板３１はセラミック基板であるため放熱特性が良好であり、第１の基板２への熱伝導も効果的に行われる。また、第２の基板３１は、ＬＥＤチップ３２よりも大きな形状を有しており、このため、ＬＥＤチップ３２から発生する熱は、第２の基板３１において拡散され、その結果、効果的な放熱を行うことができる。特に、基板２の所定の領域に高い密度でＬＥＤチップ３２を実装する場合には、上記のような第２の基板３１を用いることが放熱性を改善する面において有効である。

ところで、蛍光体に吸収された光の一部は熱となって放出され、これは発光効率を低下させる原因となるため、蛍光体の放熱を促進して発光効率の低下を防止する必要がある。このため、本実施形態においては、樹脂層４の下部側を第１の基板２の上面及び第２の基板３１の側面に接触するようにして熱的に結合させている。したがって、蛍光体から発生する熱は、樹脂層４から第１の基板２、また、第２の基板３１を介して第１の基板２へと伝導され放熱される。

以上のように本実施形態によれば、ＬＥＤチップ３２に対する蛍光体の量のばらつきが少なく、各ＬＥＤチップ３２から放射される光の色が異なるのを軽減でき、色むらを抑制することができる。また、ＬＥＤチップ３２から発生する熱の放熱を効果的に行うことができ、さらに、蛍光体から発生する熱の放熱を促進して発光効率の低下を防止することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る発光装置について図４を参照して説明する。図４は、発光装置を示す断面図である。なお、以降第１の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。本実施形態では、ＬＥＤチップ３２と対向する透光層３３の上部をドーム状に形成したものである。したがって、第１の実施形態と同様な効果に加え、ＬＥＤチップ３２から発光する光を拡散させて外部に放射させることが可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る発光装置について図５及び図６を参照して説明する。図５は、発光装置を示す断面図、図６は、発光装置を示す平面図である。本実施形態では、樹脂層４に溝１０を形成したものである。溝１０は、ＬＥＤチップ部材３の周囲に形成されており、つまり、各第２の基板３１間に対応して形成されている。また、溝１０の形成により各ＬＥＤチップ部材３を一様に覆う樹脂層４の厚さ寸法ｔが略等しくなっている。

以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、樹脂層４の表面積が大きくなり、蛍光体から発生する熱の放熱を促進することができ、発光効率の低下を防止することが可能となる。また、樹脂層４の厚さ寸法ｔが略等しく形成されているので、この点においても各ＬＥＤチップ３２から放射される光の色むらを抑制することができる。さらに、溝１０の形成により樹脂層４全体として柔軟性が向上するので、第２の基板３１の熱膨張によって、当該基板３１にかかる応力を緩和することが可能となる。

本発明の第４の実施形態に係る発光装置について図７及び図８を参照して説明する。図７は、発光装置を示す断面図、図８は、発光装置を示す平面図である。本実施形態では、第３の実施形態と同様に、樹脂層４に溝１０を形成したものであるが、この溝１０は、第１の基板２の上面に至るまで深く形成されており、樹脂層４は、ＬＥＤチップ部材３毎に分割して形成されている。この樹脂層４の形成にあたっては、まず、第１の実施形態（図２参照）又は第３の実施形態（図５参照）に示すように、樹脂層４をポッティングやモールディングによって複数のＬＥＤチップ部材３を全体として一様に覆うように形成する。その後、溝１０を第１の基板２の上面までカッティングして形成する。したがって、樹脂層４を一様に形成した状態からカッティングして溝１０を形成するものであるため、蛍光体の量のばらつきが少なく、色むらを抑制することができる。

以上のように本実施形態によれば、第３の実施形態と同様な効果を奏することが可能となる。

次に、本発明の第５の実施形態に係る発光装置について図９及び図１０を参照して説明する。図９は、発光装置を示す断面図、図１０は、発光装置を示す平面図である。本実施形態では、第２の基板は用いておらず、ＬＥＤチップ３２を第１の基板２に直接実装したものである。したがって、透光層３３は、ＬＥＤチップ３２、ボンディングワイヤ３２ｃを覆うように封止して第１の基板２面に設けられている。なお、勿論、第２の基板を用いることを妨げるものではない。また、第１の基板２と樹脂層４との間に熱伝導部材としてセラミック部材１５を介在させている。そして、このセラミック部材１５は各ＬＥＤチップ部材３間に配設されるように格子状に形成されている（図１０参照）。さらに、セラミック部材１５は、ＬＥＤチップ部材３と略同一の高さ寸法を有しており、その結果、ＬＥＤチップ部材３とセラミック部材１５との上面は略面一になっており、この上に樹脂層４が一様に形成されている。したがって、第１の基板２と樹脂層４とは、セラミック部材１５によって熱的に結合されており、蛍光体から発生する熱は、セラミックス部材１５に伝導され放熱され、さらに、このセラミック部材１５から第１の基板２へ伝導されて放熱される。なお、熱伝導部材としては、セラミック材料に限らず、絶縁性を確保できれば金属材料を適用することもできる。

以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、蛍光体から発生する熱の放熱を一層促進して発光効率の低下を防止することができる。

続いて、本発明の第６の実施形態に係る発光装置について図１１を参照して説明する。図１１は、発光装置を示す断面図である。本実施形態では、第５に実施形態における熱伝導部材としてセラミック部材１５を第１の基板２のベース板２ａ上面まで延出させてベース板２ａに直接接触するようにしたものである。したがって、本実施形態によっても第５の実施形態と同様な効果を奏することができる。

次に、本発明の照明装置の実施形態について説明する。図示は省略するが、上記実施形態の発光装置１は、装置本体に組込み、照明装置として構成できる。例えば、屋内又は屋外で使用される照明装置に適用可能である。よって、このような照明装置によれば、上記実施形態の発光装置１の効果を奏する照明装置を提供できる。

なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、第２の基板は、第１の基板にマトリクス状に限らず、直線状や放射状に配設してもよく、また、第２の基板には、ＬＥＤチップを複数個実装するようにしてもよい。さらに、透光層には、光の拡散性を向上するため、白色のフィラー等を混合するようにしてもよい。さらにまた、透光層は、樹脂等によらず空気層によって形成してもよい。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置のＬＥＤチップ部材を示す断面図である。同発光装置を示す断面図である。同発光装置を示す平面図である。本発明の第２の実施形態に係る発光装置を示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係る発光装置を示す断面図である。同平面図である。本発明の第４の実施形態に係る発光装置を示す断面図である。同平面図である。本発明の第５の実施形態に係る発光装置を示す断面図である。同平面図である。本発明の第６の実施形態に係る発光装置を示す断面図である。

符号の説明

１・・・発光装置、２・・・第１の基板、４・・・樹脂層、
１０・・・溝、１５・・・熱伝導部材（セラミック部材）、３１・・・第２の基板、
３２・・・発光素子（ＬＥＤチップ）、３３・・・透光層、

Claims

第１の基板と；
この第１の基板に複数配設され、発光素子が実装された第２の基板と；
この各第２の基板を発光素子を含めて個別に覆う透光層と；
この透光層に覆われた複数の第２の基板を一様に覆うとともに、蛍光体が分散された樹脂層と；
を具備することを特徴とする発光装置。
前記樹脂層には、各第２の基板間に対応して溝が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。
複数の発光素子が実装された基板と；
前記発光素子を個別に覆う透光層と；
この透光層に覆われた複数の発光素子を一様に覆うとともに、蛍光体が分散された樹脂層と；
前記基板と樹脂層との間に介在され、基板と樹脂層とを熱的に結合する熱伝導部材と；
を具備することを特徴とする発光装置。
装置本体と；
この装置本体に配設された請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の発光装置と；
を具備することを特徴とする照明装置。