JP2011096740A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子および該発光素子からの光を波長変換する波長変換層を用いた発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device and a light emitting device using a wavelength conversion layer that converts the wavelength of light from the light emitting device.
近年、実装基板に実装されるLEDチップなどの半導体からなる発光素子と、該発光素子を被覆し、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収し波長変換して補色となる光を発する蛍光体が含有された透光性部材からなる波長変換層とを備え、たとえば、発光素子からの青色光と波長変換層からの黄色光とを混色した白色光を放射する発光装置が開発されている。この種の発光装置は、発光素子の光出力の高効率化にともない照明器具にまで利用されている。 In recent years, a light emitting element made of a semiconductor such as an LED chip mounted on a mounting substrate, and a fluorescent material that covers the light emitting element, absorbs at least a part of the light from the light emitting element, and converts the wavelength to emit a complementary color light. For example, a light emitting device has been developed that emits white light in which blue light from a light emitting element and yellow light from a wavelength conversion layer are mixed. . This type of light-emitting device has been used for lighting fixtures as the light output of the light-emitting element becomes more efficient.
ところで、発光装置は、放射する白色光を、より自然光に近づけさせるため、青色光を放射する発光素子と、緑色光を発する緑色蛍光体および赤色光を発する赤色蛍光体などを組み合わせた波長変換層とを用いて白色光の演色性を高めた構造とする場合がある。 By the way, in order to make the white light emitted closer to natural light, the light emitting device combines a light emitting element that emits blue light, a green phosphor that emits green light, a red phosphor that emits red light, and the like. May be used to enhance the color rendering of white light.
このような複数種の蛍光体を含有した波長変換層を備える発光装置は、発光ピーク波長が短波長側の蛍光体(たとえば、緑色蛍光体)で変換された光の一部を、発光ピーク波長がより長波長の蛍光体(たとえば、赤色蛍光体)が吸収(以下、二次吸収という)し波長変換する。そのため、発光装置は、蛍光体での波長変換に伴う損失が重複することにより、発光効率を十分に高めることができない。 A light-emitting device provided with such a wavelength conversion layer containing a plurality of types of phosphors emits a part of light converted by a phosphor having a light emission peak wavelength shorter (for example, a green phosphor). The longer wavelength phosphor (for example, red phosphor) absorbs (hereinafter referred to as secondary absorption) and converts the wavelength. Therefore, the light emitting device cannot sufficiently increase the light emission efficiency due to the overlap of the loss accompanying the wavelength conversion in the phosphor.
そこで、複数種の蛍光体間での二次吸収を抑制するため、緑色蛍光体を含有する波長変換層と、赤色蛍光体を含有する波長変換層とに分離した構造を有する発光装置が考えられている。たとえば、図10に示すように、実装基板4の一表面に実装される第一の発光素子たる第一のLEDチップ11と、第一のLEDチップ11の全体を被覆して該第一のLEDチップ11からの光の少なくとも一部を吸収し蛍光を発する第一の波長変換層12’と、実装基板4の前記一表面から窪んだ凹部4bの内底面に実装される第二の発光素子たる第二のLEDチップ21と、凹部4b内であって第二のLEDチップ21の全体を被覆して該第二のLEDチップ21からの光の少なくとも一部を吸収し、第一の波長変換層12’よりも長波長の蛍光を発する第二の波長変換層22’とを有する発光装置10’が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。なお、LEDチップ11,21は、導電性ワイヤー15を介して実装基板4に設けられたリード電極13と電気的に接続され、給電可能に構成されている。
Therefore, in order to suppress secondary absorption between multiple types of phosphors, a light-emitting device having a structure in which a wavelength conversion layer containing a green phosphor and a wavelength conversion layer containing a red phosphor are separated is considered. ing. For example, as shown in FIG. 10, the
図10に示す発光装置10’では、実装基板4の凹部4b内に第二のLEDチップ21および第二の波長変換層22’を収納することにより、第一の波長変換層12’から放射された光が第二の波長変換層22’によって二次吸収されず、効率のよい発光が可能になるとされている。
In the
しかしながら、図10に示した構成の発光装置10’の第一のLEDチップ11から放射される光は、第一の波長変換層12’の第一のLEDチップ11の直上部だけでなく、凹部4b上の第一の波長変換層12’にも照射される。また、発光装置10’の第一の波長変換層12’の蛍光体から放射される光は、全方向に等方的に放射される。そのため、発光装置10’では、第一の波長変換層12’が第一のLEDチップ11からの光を受けて等方的に蛍光を発するので、凹部4b内の第二の波長変換層22’にも光が照射されて二次吸収が生じ、発光装置10’の発光効率を十分に向上させることが難しい場合がある。
However, the light emitted from the
特に、照明用途にまで利用される発光装置10’では、より高い光出力が求められており、発光装置10’の光出力が大きくなる程、第二の波長変換層22’での二次吸収が大きくなる傾向にあり、上述の発光装置10’の構成だけでは十分ではなく更なる改良が求められている。
In particular, in the
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、波長変換層での二次吸収をより抑制し、発光効率のより高い発光装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said reason, The objective is to suppress the secondary absorption in a wavelength conversion layer more, and to provide a light-emitting device with higher luminous efficiency.
請求項1の発明は、実装基板の一表面に実装される第一の発光素子と、該第一の発光素子上に備えられ前記第一の発光素子からの光の少なくとも一部を吸収し蛍光を発する第一の波長変換層と、前記実装基板の前記一表面から窪んだ凹部の内底面に実装される第二の発光素子と、前記凹部内であって前記第二の発光素子上に備えられ前記第二の発光素子からの光の少なくとも一部を吸収し前記第一の波長変換層の前記蛍光よりも長波長の蛍光を発する第二の波長変換層とを有し、前記第一の波長変換層から光を外部に放射する前記第二の波長変換層側の端面の任意の一点と、前記第二の波長変換層から光を外部に放射する表面の任意の一点とを結ぶ線分の少なくとも一部が前記実装基板の前記一表面と交差することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a first light emitting element mounted on one surface of a mounting substrate, and a fluorescent light that is provided on the first light emitting element and absorbs at least part of light from the first light emitting element. A first wavelength conversion layer that emits light, a second light emitting element mounted on an inner bottom surface of a recess recessed from the one surface of the mounting substrate, and provided in the recess and on the second light emitting element And a second wavelength conversion layer that absorbs at least part of light from the second light emitting element and emits fluorescence having a longer wavelength than the fluorescence of the first wavelength conversion layer, A line segment connecting any one point on the end face on the second wavelength conversion layer side that emits light from the wavelength conversion layer to the outside and any one point on the surface that emits light from the second wavelength conversion layer to the outside At least a portion of which intersects with the one surface of the mounting substrate.
この発明によれば、第一の波長変換層から光を外部に放出する第二の波長変換層側の端面の任意の一点と、第二の波長変換層から光を外部に放射する表面の任意の一点とを結ぶ線分の少なくとも一部が実装基板の一表面と交差することにより、たとえば、前記第一の発光素子から放射された青色光を吸収して発した前記第一の波長変換層の緑色光が、前記第二の波長変換層に入射し二次吸収されることを抑制し、発光効率のより高い発光装置とすることが可能となる。 According to the present invention, any one point on the end surface on the second wavelength conversion layer side that emits light from the first wavelength conversion layer to the outside, and any surface on the surface that emits light from the second wavelength conversion layer to the outside For example, the first wavelength conversion layer generated by absorbing blue light emitted from the first light emitting element by at least a part of a line connecting one point intersecting one surface of the mounting substrate. It is possible to prevent the green light from being incident on the second wavelength conversion layer and secondarily absorbed, thereby obtaining a light emitting device with higher luminous efficiency.
請求項2の発明は、請求項1に記載の発明において、前記凹部は、前記内底面から前記凹部の外部に向かって広がるテーパー部を有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the concave portion has a tapered portion that extends from the inner bottom surface toward the outside of the concave portion.
この発明によれば、前記凹部が外部に向かって広がるテーパー部を有することにより、前記第二の発光素子や前記第二の波長変換層が放射した光を前記凹部の外部に放射させやすくして光の反射損を少なくし、発光装置の発光効率の低下を抑制することが可能となる。また、前記凹部から放射される前記第二の発光素子および前記第二の波長変換層の光の配光が広角となり、前記第二の発光素子および前記第二の波長変換層から放射される光と、前記第一の発光素子および前記第一の波長変換層から放射される光との混色がより促進され、発光装置の色むらを低減することも可能となる。 According to this invention, the concave portion has a tapered portion that widens toward the outside, so that the light emitted from the second light emitting element and the second wavelength conversion layer can be easily emitted outside the concave portion. It is possible to reduce the reflection loss of light and suppress the decrease in the light emission efficiency of the light emitting device. In addition, the light distribution of the light from the second light emitting element and the second wavelength conversion layer emitted from the concave portion becomes a wide angle, and the light emitted from the second light emitting element and the second wavelength conversion layer Further, the color mixture of the light emitted from the first light emitting element and the first wavelength conversion layer is further promoted, and the color unevenness of the light emitting device can be reduced.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記凹部は、少なくとも前記凹部の外部に向かう内側面に、光を反射する反射層が設けられてなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the first or second aspect, the concave portion is provided with a reflective layer that reflects light on at least an inner surface facing the outside of the concave portion. To do.
この発明によれば、前記凹部内の前記第二の発光素子および前記第二の波長変換層から放射された光を、前記凹部の内側面に設けた反射層により反射させることで、反射の際に生ずる光の反射損を小さくさせ発光装置の発光効率の低下を抑制することが可能となる。 According to this invention, the light emitted from the second light emitting element and the second wavelength conversion layer in the concave portion is reflected by the reflective layer provided on the inner surface of the concave portion. It is possible to reduce the light reflection loss that occurs in the light-emitting device, and to suppress the reduction in the light-emitting efficiency of the light-emitting device.
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発明において、前記第一の発光素子および前記第一の波長変換層は、第一の透光性部材で被覆され、前記第二の発光素子および前記第二の波長変換層は、第二の透光性部材で被覆されてなるとともに、前記第一の透光性部材は、前記第二の透光性部材よりも屈折率が大きく、且つ前記第二の透光性部材に接していることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、前記第一の波長変換層や前記第一の発光素子から放射され第一の透光性部材中を透過する光は、前記第二の波長変換層および前記第二の発光素子側に向かったとしても、前記第一の透光性部材よりも相対的に屈折率の小さい第二の透光性部材との界面で反射されるため、前記第二の透光性部材で被覆された前記第二の波長変換層で二次吸収されることが抑制され、発光装置の発光効率の低下をより抑制することが可能となる。 According to this invention, the light emitted from the first wavelength conversion layer and the first light emitting element and transmitted through the first light transmissive member is the second wavelength conversion layer and the second light emission. Even if it goes to the element side, since it is reflected at the interface with the second light transmissive member having a refractive index relatively smaller than that of the first light transmissive member, the second light transmissive member Secondary absorption by the coated second wavelength conversion layer is suppressed, and a decrease in light emission efficiency of the light emitting device can be further suppressed.
請求項5の発明は、請求項4に記載の発明において、前記第一の透光性部材と前記第二の透光性部材とが接する界面には、前記第二の透光性部材よりも屈折率が大きく、前記第一の透光性部材よりも屈折率の小さい第三の透光性部材が設けられてなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, the interface between the first light transmissive member and the second light transmissive member is more than the second light transmissive member. A third translucent member having a large refractive index and a smaller refractive index than the first translucent member is provided.
この発明によれば、前記第一の透光性部材と前記第二の透光性部材とが接する界面に第三の透光性樹脂が設けられていることにより、前記第一の透光性部材と前記第三の透光性部材との界面では反射しなかった前記第一の波長変換層が放射した光を、前記第三の透光性部材と前記第二の透光性部材との界面で反射させることが可能となる。そのため、発光装置は、全体として前記第一の透光性部材から前記第二の透光性部材に向かう前記第一の波長変換層からの光を更に抑制し、発光効率の低下を更に抑制することが可能となる。 According to this invention, the first translucent resin is provided at the interface where the first translucent member and the second translucent member are in contact with each other, whereby the first translucent resin is provided. The light emitted from the first wavelength conversion layer that was not reflected at the interface between the member and the third light transmissive member is transmitted between the third light transmissive member and the second light transmissive member. It can be reflected at the interface. Therefore, the light emitting device as a whole further suppresses light from the first wavelength conversion layer from the first light transmitting member toward the second light transmitting member, and further suppresses a decrease in light emission efficiency. It becomes possible.
請求項6の発明は、請求項4または請求項5に記載の発明において、前記第二の透光性部材は、拡散材が分散されていることを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、前記第二の透光性部材に拡散材が分散されていることにより、前記第二の発光素子および前記第二の波長変換層からの光は、前記凹部から外に広がって光が放射されるように配光されるため、前記第一の発光素子および前記第一の波長変換層から放射された光との混色が促進される。そのため、発光装置は、色むらのより少ない混色光を放射することが可能となる。 According to this invention, since the diffusing material is dispersed in the second light-transmissive member, the light from the second light emitting element and the second wavelength conversion layer spreads out from the concave portion. Thus, the light is distributed so that light is emitted, so that color mixing with the light emitted from the first light emitting element and the first wavelength conversion layer is promoted. Therefore, the light emitting device can emit mixed color light with less color unevenness.
請求項1の発明では、実装基板の一表面に実装された第一の発光素子上の第一の波長変換層から光を外部に放射する第二の波長変換層側の端面の任意の一点と、前記実装基板の前記一表面から窪んだ凹部内の第二の発光素子上の前記第二の波長変換層から光を外部に放射する表面の任意の一点とを結ぶ線分の少なくとも一部が前記実装基板の前記一表面と交差することにより、前記第二の波長変換層での二次吸収をより抑制し、発光効率のより高い発光装置を提供できるという顕著な効果がある。
In the invention of
(実施形態1)
以下、本実施形態の発光装置を図1から図5に基づいて説明する。なお、図1から図5において同じ部材に対しては、同じ番号を付して重複する説明を省略している。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the light-emitting device of this embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 1 to FIG. 5, the same members are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.
本実施形態の図1に示す発光装置10は、実装基板4の一表面(基準面)4aに実装される青色光を発光する第一の発光素子たる第一のLEDチップ11と、第一のLEDチップ11上に備えられ第一のLEDチップ11からの青色光の一部を吸収し緑色の蛍光を発する緑色蛍光体が含有された透光性樹脂層からなる第一の波長変換層12とを有している。また、発光装置10は、実装基板4の上記一表面4aから窪んだ凹部4bの内底面4bbに実装される青色光を発光する第二の発光素子たる第二のLEDチップ21と、上記凹部4b内であって第二のLEDチップ21上に備えられ第二のLEDチップ21からの青色光の一部を吸収し第一の波長変換層12の緑色の蛍光よりも長波長の赤色の蛍光を発する赤色蛍光体が含有された透光性樹脂層からなる第二の波長変換層22とを有している。
The
この発光装置10では、第一のLEDチップ11および第一のLEDチップ11上の緑色の蛍光を発する第一の波長変換層12を短波長発光部1とし、第二のLEDチップ21および第二のLEDチップ21上の赤色の蛍光を発する第二の波長変換層22を長波長発光部2としている。発光装置10は、特に、短波長発光部1と長波長発光部2とを、第一の波長変換層12からの光を外部に放射する第二の波長変換層22側の端面12aの任意の一点と、第二の波長変換層22から光を外部に放射する表面の任意の一点とを結ぶ線分の少なくとも一部が実装基板4の上記一表面4aと交差するように配置している。
In the
より具体的には、発光装置10は、矩形平板状のアルミナセラミック基板上にAuでメッキされた一対の導体パターン(図示していない)が形成された実装基板4を用いている。実装基板4には、実装基板4の上記一表面4aから窪んだ凹部4bが形成されている。実装基板4の一対の導体パターンには、第一および第二のLEDチップ11,21ごとに、それぞれAuバンプ3を複数個設けている。実装基板4の上記一表面4aに実装された第一のLEDチップ11および実装基板4の上記一表面4aから窪んだ凹部4b内に収納された第二のLEDチップ21は、それぞれサファイア基板上にn型の窒化ガリウム系化合物半導体層、Inが含有された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層、p型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されている。第一および第二のLEDチップ11,21は、前記発光層および前記p型の窒化ガリウム系化合物半導体層の一部が除去されて前記n型の窒化ガリウム系化合物半導体層が部分的に露出しており、同一平面側にp型およびn型の各窒化ガリウム系化合物半導体層と電気的に接続されるアノード電極およびカソード電極がそれぞれ設けられている。第一および第二のLEDチップ11,21は、第一および第二のLEDチップ11,21の同一平面側に設けられた前記アノード電極および前記カソード電極を、実装基板4の一対の導体パターン上のAuバンプ3にフリップチップ実装により給電可能に実装している。
More specifically, the
実装基板4の上記一表面4a上および実装基板4の凹部4b内に実装された第一のおよび第二のLEDチップ11,21は、通電によりピーク波長が、たとえば、450nm〜470nmの範囲内にある青色光をそれぞれ放射する。このような第一および第二のLEDチップ11,21の外形は、たとえば、大きさが約1mm角で、厚みが約100μmとすることができる。
The first and
また、第一の波長変換層12は、第一のLEDチップ11からの青色光を吸収して緑色光が発光可能な緑色蛍光体(たとえば、Euで付活された(SrBa)2SiO4など)をバインダーとなるシリコーン樹脂中に均一に分散させ、外形が第一のLEDチップ11と略同じ約1mm角であり、厚さ約100μmのフィルム状に形成している。第一のLEDチップ11上に第一の波長変換層12を透光性を有する接着剤により接着して形成することで、短波長発光部1を形成することができる。
The first
同様に、実装基板4の上記一表面4aから窪んだ凹部4bの内底面4bb上に実装された第二のLEDチップ21も第一のLEDチップ11と同様のものを用いて、通電によりピーク波長が、たとえば、450nm〜470nmの範囲内にある青色光を放射する。
Similarly, the
第二の波長変換層22は、第二のLEDチップ21からの青色光を吸収して赤色光が発光可能な赤色蛍光体(たとえば、Euで付活されたCaAlSiN3など)をバインダーとなるシリコーン樹脂中に均一に分散させ、外形が第二のLEDチップ21と略同じ約1mm角であり、厚さ約100μmのフィルム状に形成している。第二のLEDチップ21上に第二の波長変換層22を透光性を有する接着剤により接着して形成することで、長波長発光部2を形成することができる。
The second
ところで、発光装置10は、通常、第一および第二のLEDチップ11,21や第一および第二の波長変換層12,22からの光を発光装置10の外部に効率よく放射させるため、実装基板4の上記一表面4aを、第一および第二のLEDチップ11,21や第一の波長変換層12からの光に対して反射率の高い材質とすることが考えられる。そのため、たとえば、図2(a)に示す発光装置10”の場合、短波長発光部1の緑色蛍光体を含有する第一の波長変換層12の端面12aから長波長発光部2側に放射される緑色光(図中矢印で示す網掛け部分)は、直接、赤色蛍光体を含有する第二の波長変換層22に向かう光と、実装基板4の上記一表面4aで反射されて第二のLEDチップ21を透過などして第二の波長変換層22に向かう光とがある。
By the way, the
図2(a)に示す発光装置10”に対して、図2(b)に示す本実施形態の発光装置10は、短波長発光部1と、長波長発光部2とを、第一の波長変換層12からの光を外部に放射する第二の波長変換層22側の上記端面12aの任意の一点と、第二の波長変換層22から光を外部に放射する表面の任意の一点とを結ぶ線分の少なくとも一部が実装基板4の上記一表面4aと交差するように配置されている。そのため、図2(b)の発光装置10の場合、短波長発光部1の第一の波長変換層12の上記端面12aから長波長発光部2側に放射された緑色光(図中矢印で示す網掛け部分)は、一部が実装基板4の上記一表面4aで遮光される。したがって、図2(b)の発光装置10は、図2(a)の発光装置10”と比較して第二の波長変換層22に向かう光を少なくさせ、第二の波長変換層22での二次吸収に伴う発光効率の低下を抑制することが可能となる。
Compared to the
以下、本実施形態の発光装置10に用いられる各構成について詳述する。
Hereinafter, each component used for the light-emitting
本実施形態1の発光装置10に用いられる第一および第二の発光素子は、通電により光を発光可能なものである。第一および第二の発光素子の放射する光は、たとえば、可視光のうちピーク波長が450nmから470nmの青色光とすることができるが、青色光のみに限定するものではなく、他の波長の光や第一の波長変換層12や第二の波長変換層22を効率よく励起させるために紫外線を用いてもよい。発光素子たるLEDチップ11,21としては、たとえば、サファイア基板、スピネル基板、窒化ガリウム基板、酸化亜鉛基板や炭化シリコン基板などの結晶成長基板上にn型窒化ガリウム系化合物半導体層、多重量子井戸構造や単一量子井戸構造の発光層となるインジウムが含有された窒化ガリウム系化合物体層、p型窒化ガリウム系化合物半導体層を順に積層させたものが挙げられる。
The first and second light-emitting elements used in the light-emitting
なお、絶縁性基板を用いたLEDチップ11,21は、前記p型の窒化ガリウム系半導体層側から前記n型の窒化ガリウム系化合物半導体層の一部を露出させることにより、同一平面側でアノード電極およびカソード電極をそれぞれ形成することができる。また、導電性基板を用いたLEDチップ11,21は、LEDチップ11,21の厚み方向の両面側にアノード電極やカソード電極を形成すればよい。
Note that the LED chips 11 and 21 using the insulating substrate have anodes on the same plane side by exposing a part of the n-type gallium nitride compound semiconductor layer from the p-type gallium nitride semiconductor layer side. An electrode and a cathode electrode can be formed respectively. Moreover, what is necessary is just to form the anode electrode and the cathode electrode in the
LEDチップ11,21に設けられる前記アノード電極や前記カソード電極は、Ni膜とAu膜との積層膜、Al膜、ITO膜など窒化ガリウム系化合物半導体層などと良好なオーミック特性が得られる材料であれば、限定されるものではない。 The anode electrode and the cathode electrode provided on the LED chips 11 and 21 are materials that can obtain good ohmic characteristics with a laminated film of a Ni film and an Au film, a gallium nitride compound semiconductor layer such as an Al film and an ITO film, and the like. If there is, it is not limited.
同一平面側に前記アノード電極および前記カソード電極が設けられたLEDチップ11,21は、実装基板4上の一対の導電パターンにAuバンプ3などの金属バンプを用いてフリップチップ実装させることができる。また、LEDチップ11,21として、厚み方向の両面側に前記アノード電極や前記カソード電極が形成されたLEDチップ11,21を用いる場合は、LEDチップ11,21が実装される実装基板4上に形成された一対の導体パターンのうちの一方の導体パターンと、LEDチップ11,21の前記アノード電極あるいは前記カソード電極とを導電性部材(たとえば、AuSnやAgペーストなど)を介してダイボンディングなどして電気的に接続させる。また、LEDチップ11,21の光取り出し面側の他方の前記カソード電極あるいは前記アノード電極は、ワイヤ(たとえば、金線やアルミニウム線など)を介して他方の導体パターンと電気的に接続させればよい。
The LED chips 11 and 21 provided with the anode electrode and the cathode electrode on the same plane side can be flip-chip mounted on a pair of conductive patterns on the mounting
なお、本実施形態の発光装置10では、実装基板4上の上記一表面4aに一個の第一のLEDチップ11、実装基板4の凹部4b内に一個の第二のLEDチップ21を実装しているが、各LEDチップ11,21の数は、一個だけに限らずそれぞれ複数個用いることができる。この場合、各LEDチップ11,21は、適宜に直列、並列や直並列に電気的に接続させればよい。また、第一および第二のLEDチップ11,21は、同種のものを用いてもよいし、異なる発光波長を発光する複数個のLEDチップ11,21を用いてもよい。
In the
次に、本実施形態の発光装置10に用いられる実装基板4は、発光素子たる第一および第二のLEDチップ11,21がそれぞれ実装可能なものである。実装基板4は、第一のLEDチップ11が実装される上記一表面4aから窪み第二のLEDチップ21を実装させる凹部4bを有している。また、実装基板4は、実装基板4上の前記一対の導体パターン(たとえば、最表面がAuでメッキされた導体パターン)を利用して、LEDチップ11,21の通電経路を構成してもよい。このような実装基板4は、アルミナや窒化アルミニウムなどを用いたセラミック基板、Fe、CuやAlなどの金属材料を用いた金属ベース基板やガラスエポキシ樹脂基板などを用いることができる。実装基板4としてアルミナセラミック基板を用いた場合は、導体パターンを形成しやすく、ガラスエポキシ樹脂基板などと比較して熱伝導率も高く、LEDチップ11,21の点灯で生じた熱を外部に効率よく放熱させ発光装置10の放熱性を高めることができる。実装基板4として前記金属基板を用いる場合は、各LEDチップ11,21が電気的に短絡しないように金属基板上に絶縁層を適宜に形成すればよい。
Next, the mounting
なお、本実施形態の発光装置10は、矩形平板状の実装基板4を用いているが、実装基板4の上記一表面4aの周部に第一のLEDチップ11や第一の波長変換層12からの光を反射させるリフレクターを備えた実装基板4を用いてもよく、カップを備えたリードフレームを用いて形成させてもよい。実装基板4として、カップを備えたリードフレームを用いた場合、発光装置10は、前記カップの底面に第一のLEDチップ11を実装させるとともに、前記カップの底面から窪んだ凹部4bの内底面4bbに第二のLEDチップ21を実装させればよい。また、発光装置10は、第一および第二のLEDチップ11,21、第一および第二の波長変換層12,22を保護する透光性部材(たとえば、透光性のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂やガラスなど)を第一および第二の波長変換層12,22上に別途設けても良い。
In addition, although the light-emitting
本実施形態の実装基板4は、実装基板4の上記一表面4a上の短波長発光部1と、凹部4bの内底面4bb上の長波長発光部2とを、第一の波長変換層12から光を外部に放射する第二の波長変換層側の上記端面12aの任意の一点と、第二の波長変換層22から光を外部に放射する表面の任意の一点とを結ぶ線分の少なくとも一部が実装基板4の上記一表面4aと交差するように構成している。短波長発光部1と長波長発光部2との間隔は、第二の波長変換層22における第一の波長変換層12からの光の二次吸収の程度、第一の波長変換層12からの光量、発光装置10から放射される混色光の色調差などに応じて適宜に設定すればよい。
The mounting
なお、ここでの端面12aとは、第二の波長変換層22から赤色の蛍光が放射され第二の波長変換層22の表面から第二の波長変換層22以外に何も遮るものがない状態で第一の波長変換層12に投影される第一の波長変換層12の緑色の蛍光が外部に放射される表面を意味し、平面であっても曲面であってもよい。また、第二の波長変換層22から光を外部に放射する表面とは、第二の波長変換層22が放射する蛍光が最終的に発光装置10の外部に取り出すことができる第二の波長変換層22の表面であればよく、第二のLEDチップ21が第二の波長変換層22から放射される光に対して透光性を有すれば、第二のLEDチップ21と接する表面を含んでもよい。
Here, the
また、実装基板4の上記一表面4aから窪んだ凹部4bの形状は、円柱状、角柱状、逆円錐台状や逆角錘台状など所望に応じて適宜に設定することができる。特に、凹部4bは、凹部4bの形状を逆円錐台状や逆角錘台状などとして、図3の発光装置10に示す如く、長波長発光部2が配置される凹部4bの内底面4bbから凹部4bの外部に向かって広がるテーパー部を有することにより、発光装置10の発光効率の低下を抑制することができる。すなわち、長波長発光部2の第二のLEDチップ21や第二の波長変換層22から放射された光は、凹部4bの上記内側面4baで反射する。ここで、図4(a)の説明図に示す凹部4bの内側面4baが凹部4bの内底面4bbに対して垂直な場合、凹部4bの上記内側面4baで反射した光(図中の矢印を参照)が凹部4bの外に取り出されずに第二の波長変換層22側に戻り、そこで再び反射・吸収などされる。
Moreover, the shape of the recessed
たとえば、実装基板4の凹部4b内での光の反射損は、実装基板4の凹部4bにチタン酸バリウムなどの白色顔料が含有された樹脂を塗布した白色レジスト膜が形成された場合であっても、1回の反射で約30%も光の反射損が生ずる。そのため、図4(a)の発光装置10は、凹部4b内での反射・吸収の繰り返しによる光の損失が積算されて発光効率が大きく低下することになる。これに対して、図4(b)の説明図に示す凹部4bでは、凹部4bにテーパー部を有することで、凹部4bの外部に光(図中の矢印を参照)を取り出し易くなるため、光の反射損に伴う発光効率の低下を抑制することが可能となる。
For example, the reflection loss of light in the
また、本実施形態の発光装置10は、図5に示すように実装基板4の上記一表面4aから窪んだ凹部4bは、少なくとも凹部4bの外部に向かう内側面4baに、光を反射する反射層5を設けてもよい。これにより、図5に示す発光装置10は、凹部4bでの第二のLEDチップ21や第二の波長変換層22が放射した光の吸収を抑制し、発光効率の低下をより抑制することが可能となる。なお、反射層5が導電性を有する場合、発光装置10は、第二のLEDチップ21の前記アノード電極と前記カソード電極とが短絡しないように、反射層5と前記一対の導体パターンとの間に絶縁層(図示していない。)を適宜に形成させればよい。また、凹部4bの前記テーパー部に反射層5を設けても良いことはいうまでもない。
Further, in the
たとえば、凹部4bの上記内側面4baに反射層5として銀メッキを用いた場合、銀メッキは、第二のLEDチップ21から放射する青色光および第二の波長変換層22が放射する赤色光に対して、1回の反射で約2%の反射損を生ずるだけとなる。
For example, when silver plating is used as the
さらに、発光装置10は、実装基板4の上記一表面4aに、反射膜(図示せず)を設けても良く、このような反射膜は、第一のLEDチップ11から放射される光と、第一の波長変換層12の蛍光体から放射される光を効率よく反射可能なものであって、具体的には、Al、Al合金、Ag、Ag合金などの金属材料やBaSO4などの白色顔料となる無機材料が含有されたガラスを用いて構成すればよい。本実施形態の発光装置10は、前記反射膜を設けることにより第一の波長変換層12および第一のLEDチップ11から放射される光の発光効率が高まると共に、上述の図2(b)で説明したように前記反射膜で反射された光による第二の波長変換層22での二次吸収が抑制可能となる。
Furthermore, the
なお、実装基板4には、実装基板4の上記一表面4aから側面および裏面にも導体パターンを延設させて発光装置10の外部電極として構成してもよい。このような発光装置10の外部電極は、リフロー工程などによって配線基板(図示せず)と電気的に接続させることができる。
The mounting
本実施形態に用いられる第一および第二の波長変換層12,22は、発光素子たる第一および第二のLEDチップ11,21がそれぞれ放射する光の少なくとも一部を吸収して波長変換し、第一および第二のLEDチップ11,21からの光よりも長波長側にピークをもつ蛍光を発するものである。
The first and second wavelength conversion layers 12 and 22 used in the present embodiment absorb at least a part of light emitted from the first and
第一の波長変換層12は、たとえば、第一のLEDチップ11から放射された光の一部を吸収して、より長波長側に発光ピークをもつ蛍光を放射する蛍光体をアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やガラスなどの透光性材料中に含有して形成すればよい。第二の波長変換層22は、第二のLEDチップ21から放射された光の一部を吸収してより長波長側に発光ピークをもつ蛍光を放射する蛍光体を含有するものであり、第一の波長変換層12の蛍光よりも長波長の光を放射する。第二の波長変換層22も、第一の波長変換層12と同様に、たとえば、蛍光体をアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やガラスなどの透光性材料中に含有することができる。発光装置10が放射する光を、演色性の高い白色光とするには、青色光を放射する第一および第二のLEDチップ11,21と第一および第二の波長変換層12,22との組み合わせにおいて、第一の波長変換層12用の蛍光体として緑色蛍光体、第二の波長変換層22用の蛍光体として赤色蛍光体を用いることができる。
The first
また、第一および第二の波長変換層12,22の厚みは、それぞれ発光装置10から放射する光の目標とする色温度や第一および第二のLEDチップ11,21から放射される青色光の強さ、蛍光体の含有量などによって異なるが、たとえば、約100μmの厚みに形成することができる。
The thicknesses of the first and second wavelength conversion layers 12 and 22 are the target color temperature of the light emitted from the
第一および第二の波長変換層12,22に用いられる蛍光体としては、たとえば、Ceで付活されたY3Al5O12やCeで付活されたTb3Al5O12などのアルミネート系の蛍光体のほか、Euで付活されたBa2SiO4やEuで付活された(SrBa)2SiO4などの珪酸塩系の蛍光体、Euで付活されたCaAlSiN3、Euで付活されたSr2Si5N8、Euで付活されたCa2Si5N8、Euで付活されたSrSi7N10やEuで付活されたCaSi7N10などの窒化物系の蛍光体を採用することもできる。また、第一および第二の波長変換層12,22に用いられる前記蛍光体は、第一の波長変換層12用の緑色蛍光体と第二の波長変換層22用の赤色蛍光体に限らず、第一の波長変換層12用の黄色蛍光体と第二の波長変換層22用の赤色蛍光体などとして用いても、白色光を得ることができる。
Examples of the phosphor used for the first and second wavelength conversion layers 12 and 22 include aluminum such as Y 3 Al 5 O 12 activated by Ce and Tb 3 Al 5 O 12 activated by Ce. In addition to nate-based phosphors, silicate-based phosphors such as Eu-activated Ba 2 SiO 4 and Eu-activated (SrBa) 2 SiO 4 , Eu-activated CaAlSiN 3 , Eu nitrides such as CaSi 7 N 10 which is activated by in activated with Sr 2 Si 5 N 8, Ca were activated by
なお、本実施形態の発光装置10では、第一のLEDチップ11や第一の波長変換層12に何も設けていないが、第一のLEDチップ11や第一の波長変換層12を保護する目的で透光性部材からなる封止部材を設けてもよい。
In addition, in the light-emitting
次に、本実施形態の発光装置10の製造工程について説明する。
Next, the manufacturing process of the
実装基板4の上記一表面4aに第一のLEDチップ11を複数個のAuバンプ3を用いてフリップチップ実装する。同様に、実装基板4の上記一表面4aから窪んだ凹部4bの内底面4bbに第二のLEDチップ21を複数個のAuバンプ3を用いてフリップチップ実装する。第一および第二のLEDチップ11,21は、フリップチップ実装に先立って、それぞれ、第一のLEDチップ11上に第一の波長変換層12を形成し、第二のLEDチップ21上に第二の波長変換層22を形成している。このような第一および第二の波長変換層12,22の形成方法としては透光性部材たるシリコーン樹脂をバインダーとして蛍光体が充填されたフィルム状のシート(大きさ:約1mm角、厚み約100μm)を、LEDチップ1のサファイア基板上に透光性の接着剤により接着させればよい。
The
これにより、実装基板4の上記一表面4aに実装した第一のLEDチップ11は、緑色蛍光体が含有された第一の波長変換層12を、第一のLEDチップ11上に積載される。同様に、凹部4bの内底面4bbに実装した第二のLEDチップ21は、赤色蛍光体が含有された第二の波長変換層22を、第二のLEDチップ21上に積載される。
Thereby, the
また、実装基板4の上記一表面4aから窪んだ凹部4bの深さは、長波長発光部2の厚みよりも大きくしている。発光装置10は、凹部4b内に第二の波長変換層22および第二のLEDチップ21を収納することで、短波長発光部1と、長波長発光部2とは、第一の波長変換層12から光を外部に放射する第二の波長変換層22側の上記端面12aの任意の一点と、第二の波長変換層22から光を外部に放射する表面の任意の一点とを結ぶ線分の少なくとも一部が実装基板4の上記一表面4aと交差するように配置される。
In addition, the depth of the
このような、実装基板4の凹部4bは、実装基板4の形成と同時に作成してもよいし、平板状の実装基板4を形成後に、掘削などにより形成させてもよい。
Such a
なお、実装基板4上に第一および第二のLEDチップ11,21を実装した後、スクリーン印刷法を利用し、第一および第二のLEDチップ11,21上に蛍光体を含有する透光性部材を塗布させて第一および第二の波長変換層12,22をそれぞれ形成させることもできる。また、実装基板4上に第一および第二のLEDチップ11,21を実装した後、インクジェット印刷法を利用し、第一および第二のLEDチップ11,21上に蛍光体を含有する透光性部材を吐出させて第一および第二の波長変換層12,22をそれぞれ形成させることもできる。
In addition, after mounting the 1st and
(実施形態2)
本実施形態は、図1で示した実施形態1の発光装置10における短波長発光部1と、長波長発光部2とを実装する実装基板4に透光性部材で封止させている。特に、本実施形態の発光装置10は、図6の発光装置10で示すように凹部4b内に収納された長波長発光部2を被覆する第二の透光性部材7と、短波長発光部1を含む実装基板4の一表面4aの全体を被覆する第一の透光性部材6とに分け、第二の透光性部材7の屈折率を第一の透光性部材6の屈折率よりも低い材料を用いている。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, the mounting
以下、本実施形態の発光装置10を図6から図9に示す概略断面図で説明する。
Hereinafter, the light-emitting
本実施形態の図6に示す発光装置10は、青色光を発光する第一のLEDチップ11が実装基板4の上記一表面4aの導体パターン(図示せず)に複数個のAuバンプ3を用いてフリップチップ実装され、青色光を発光する第二のLEDチップ21が実装基板4の凹部4bの内底面4bbの導体パターン(図示せず)に複数個のAuバンプ3を用いてフリップチップ実装されている。第一のLEDチップ11上には、第一のLEDチップ11からの青色光の一部を吸収し緑色の蛍光を発する緑色蛍光体が含有された透光性樹脂層からなる第一の波長変換層12を形成させている。同様に、実装基板4の凹部4b内の第二のLEDチップ11上には、第二のLEDチップ21からの青色光の一部を吸収し赤色の蛍光を発する赤色蛍光体が含有された透光性樹脂層からなる第二の波長変換層22を形成させている。これにより、この発光装置10では、第一のLEDチップ11および第一のLEDチップ11上の緑色の蛍光を発する第一の波長変換層12を短波長発光部1とし、第二のLEDチップ21および第二のLEDチップ21上の赤色の蛍光を発する第二の波長変換層22を長波長発光部2として構成させている。
In the
また、発光装置10は、短波長発光部1と、長波長発光部2とを、第一の波長変換層12から光を外部に放射する第二の波長変換層22側の端面12aの任意の一点と、第二の波長変換層22から光を外部に放射する表面の任意の一点とを結ぶ線分の少なくとも一部が実装基板4の上記一表面4aと交差するように配置させている。
In addition, the
本実施形態の発光装置10では、特に、第一のLEDチップ11および第一の波長変換層12が第一の透光性部材6で被覆され、第二のLEDチップ21および第二の波長変換層22が第二の透光性部材7で被覆されている。また、発光装置10は、第一の透光性部材6の屈折率が、第二の透光性部材7の屈折率よりも大きく、且つ第二の透光性部材7に接している。
In the
これにより、発光装置10は、図7で示すごとく実装基板4の一表面4aに実装された第一のLEDチップ11上の第一の波長変換層12から放射された蛍光(図中の矢印を参照)が凹部4b内の第二の透光性部材7に入射されることを抑制することができ、第二の波長変換層22での二次吸収に伴う発光効率の低下を抑制させることができる。
As a result, the
たとえば、発光装置10は、第一のLEDチップ11上に形成された第一の波長変換層12から放射された緑色光のうち、緑色光の一部が実装基板4の凹部4b側へ向かう。しかしながら、発光装置10は、第二の波長変換層22を第一の透光性部材6よりも相対的に屈折率の小さい第二の透光性部材7で被覆していることにより、第一の透光性部材6と第二の透光性部材7との界面で屈折率差に伴う光の反射する割合が増加する。これにより、発光装置10は、緑色光が第二の波長変換層22へ入射することを抑制され、第二の波長変換層22による二次吸収を抑制し、発光効率の低下をより抑制することが可能となる。
For example, in the
このような第一および第二の透光性部材6,7は、第一および第二のLEDチップ11,21および第一および第二の波長変換層12,22をそれぞれ被覆し、外部からの力に対して保護などするために好適に用いられるものであって、可視域において透光性の高い透光性材料を好適に用いることができる。このような第一および第二の透光性部材6,7の具体的材料としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やガラスなどが挙げられ、使用する部位に応じて適した屈折率を有する材料を適宜に採用すればよい。エポキシ樹脂は、たとえば、屈折率が1.55から1.61とすることができ、シリコーン樹脂は、屈折率が1.35から1.53とすることができる。
The first and second
第一および第二の透光性部材6,7としてシリコーン樹脂を用いた場合は、第一の透光性部材6としてフェニル系シリコーン樹脂を用い、第二の透光性部材7としてフッ素系のシリコーン樹脂を用いることで、第一の透光性部材6の屈折率を第二の透光性部材7の屈折率よりも高くすることができる。
When a silicone resin is used as the first and second
第一および第二の透光性部材6,7は、たとえば、実装基板4上に短波長発光部1および長波長発光部2をそれぞれ形成後、最初に第二の透光性部材7となるフッ素系のシリコーン樹脂材料を凹部4bの内底面4bbに実装された長波長発光部2を包囲するように充填して加熱硬化する。次に、第一の透光性部材6となるフェニル系シリコーン樹脂材料を、第二の透光性部材7が形成された実装基板4上に短波長発光部1および第二の透光性部材7を被覆するように塗布して加熱硬化させればよい。
The first and second
また、図8に示す発光装置10のごとく、第一の透光性部材6と第二の透光性部材7とが接する界面には、第二の透光性部材7よりも屈折率が大きく、第一の透光性部材6よりも屈折率の小さい第三の透光性部材8を設けてもよい。
Further, as in the light-emitting
このような第三の透光性部材8を設けることにより、第一の透光性部材6と第三の透光性部材8との界面では反射しなかった第一の波長変換層12からの光を、第三の透光性部材8と第二の透光性部材7との界面で反射させることが可能となる。そのため、発光装置10は、全体として第一の透光性部材6から第二の透光性部材7に向かう第一の波長変換層12からの光を更に抑制し、発光効率の低下を抑制することが可能となる。
By providing such a third
さらに、各透光性部材6,7,8中には、第一および第二のLEDチップ11,21からの光や第一および第二の波長変換層12,22からの光を散乱させ混色性を向上させるなどの目的により、拡散材を含有させてもよい。特に、図9に示す発光装置10のごとく、第二の透光性部材7中に拡散材9を含有させることにより、実装基板4の凹部4bから長波長発光部2の光を拡散させて外部に放射させることで、拡散材9を含有させない発光装置10と比較して、凹部4bから放射される光の配光をより広げ、発光装置10から放射される光の混色性をより促進させることが可能となる。
Further, in each of the
このような拡散材9の材料としては、酸化アルミニウム、シリカ、酸化チタンなどの無機材料やフッ素系樹脂などの有機材料、有機成分と無機成分とを分子レベルや粒子レベルで複合化した有機無機ハイブリッド材料などが挙げられ、平均粒径もたとえば、数μmから数十μmまでで適宜に選択すればよい。
Examples of the material of the diffusing
なお、拡散材9を含有する第二の透光性部材7を形成させるためには、硬化前の第二の透光性部材7の透光性材料中に予め拡散材9を分散含有させておき、拡散材9が分散した透光性材料を長波長発光部2が配置された実装基板4の凹部4b内に充填して加熱硬化させればよい。
In addition, in order to form the 2nd
1 短波長発光部
2 長波長発光部
3 Auバンプ
4 実装基板
4a 一表面
4b 凹部
4ba 内側面
4bb 内底面
5 反射層
6 第一の透光性部材
7 第二の透光性部材
8 第三の透光性部材
9 拡散材
10 発光装置
11 第一のLEDチップ(第一の発光素子)
12 第一の波長変換層
12a 端面
21 第二のLEDチップ(第二の発光素子)
22 第二の波長変換層
DESCRIPTION OF
12 1st
22 Second wavelength conversion layer
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