JP2011171376A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な強度および均一な色の白色光を発生する発光装置１を提供する
【解決手段】第１の主面１１と第２の主面１２と側面１３とを有し光を発生する青色ＬＥＤ１０と、青色ＬＥＤ子１０を、側面側に隙間が生じることなく収容することにより、側面１３からの光の放出を防止する遮光部である凹部３１が形成されたパッケージ部３０と、を具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子を具備する発光装置に関する。

半導体発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率が良い。このため、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（以下、「ＬＤ」という。）などの半導体発光素子を有する発光装置は、各種の光源として利用されている。ここで、半導体発光素子が発生する光は急峻なスペクトル分布を有する。このため、白色光を発生する発光装置においては、半導体発光素子が発生する光の波長を変換する必要がある。

白色光を発生する方法としては主として以下の３つの方法が知られている、まず、青色ＬＥＤと黄色に発光するＹＡＧ蛍光体とを組み合わせた第１の発光装置がある。第１の発光装置では、青色ＬＥＤの光によりＹＡＧ蛍光体を励起して、青色光と黄色光との混色光による白色光を発生する。紫外発光ＬＥＤと蛍光体とを組み合わせた第２の発光装置では、蛍光体は、青色、緑色および赤色に発光する３種類を用いる。第２の発光装置は、蛍光体からの青色光、緑色光および赤色光との混色光により白色光を発生する。そして、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤを組み合わせた、いわゆる三波長混合型の第３の発光装置がある。

例えば、特開２００５−９３８９６号公報には、青色ＬＥＤと２種類の蛍光体とを組み合わせた第１の発光装置の変形例が開示されている。図１に示すように、発光装置１０１は、基材１３０にすりばち状の凹部を設けて凹部の底面１０３にＬＥＤチップ１０４を配設し、光透過性樹脂に緑色の蛍光を発生する第１の蛍光体を分散した第１波長変換部材１０５と、光透過性樹脂に赤色の蛍光を発生する第２の蛍光体を分散した第２波長変換部材１０６と、凹部の内面に形成した反射面１０２と、を有する。

しかし、上記発光装置１０１では、ＬＥＤチップ１０４の直上から放出される光Ｌ１と、直上以外から放出される光Ｌ２とは、光路および光路長が異なるために、強度および色が異なっている。すなわち、均一な強度および均一な色の白色光を発生することは容易ではなかった。

特に、医療用内視鏡に用いる照明装置の発光装置においては、微細な色合い、いわゆる色味の違いが診断および病変組織の見落とし等に大きな影響を及ぼす。このため、より均一な白色光を発生する発光装置が求められていた。

特開２００５−９３８９６号公報

本発明は、均一な強度および均一な色の白色光を発生する発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の発光装置は、第１の主面と第２の主面と側面とを有し、光を発生する発光素子と、前記側面からの前記光の放出を防止する遮光部と、を具備する。

本発明によれば、均一な強度および均一な色の白色光を発生する発光装置を提供することができる。

公知の発光装置の構造を説明するための断面図である。 第１の実施の形態の発光装置の構造を説明するための分解図である。 第１の実施の形態の発光装置の構造を説明するための断面図である。 第１の実施の形態の変形例１の発光装置の構造を説明するための断面図である。 第１の実施の形態の変形例２の発光装置の構造を説明するための断面図である。 第２の実施の形態の発光装置の構造を説明するための分解図である。 第２の実施の形態の変形例１の発光装置の構造を説明するための断面図である。 第２の実施の形態の変形例２の発光装置の構造を説明するための断面図である。 第２の実施の形態の変形例３の発光装置の構造を説明するための断面図である。 第２の実施の形態の変形例４の発光装置の構造を説明するための断面図である。 第３の実施の形態の発光装置の構造を説明するための断面図である。

＜第１の実施形態＞
図２は第１の実施の形態の発光装置１の構造を説明するための分解図であり、図３は発光装置１の構造を説明するための断面図である。なお、以下の図は説明のための模式図であり、縦横の寸法比等は実際とは異なっている。

図２および図３に示すように、本発明の第１の実施の形態の発光装置１は、発光素子である青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）１０と、波長変換層２０と、不透明材料からなるパッケージ部３０と、を具備する。青色ＬＥＤ１０は第１の主面１１と、第２の主面１２と、４方向（ＸＹ方向）の側面（側壁）１３とを有し、第２の主面１２には発光部１５（図３参照）と、発光部１５に駆動電流を供給するための電極部であるバンプ１４が形成されている。

青色ＬＥＤ１０の第１の主面１１に配設された波長変換層２０は、ＹＡＧ（イットリウム／アルミ／ガーネット）蛍光体を分散した光透過性樹脂からなり、青色ＬＥＤ１０が発生した青色光を、より長波長の黄色光に変換する。光透過性樹脂としては、熱硬化または紫外線硬化するエポキシ系樹脂またはアクリル系樹脂等を用いる。

波長変換層２０は流動性を有する未硬化の状態で青色ＬＥＤ１０の第１の主面１１に配設した後に硬化処理してもよいし、予め硬化処理し樹脂シートとして青色ＬＥＤ１０に接合してもよい。

パッケージ部３０は、金属、樹脂、またはセラミック等の、少なくとも青色ＬＥＤ１０は発生する光を透過しない不透明材料からなる。そして、パッケージ部３０の略中央部には、４面（ＸＹ方向）の側壁（側面）３２および底部３３からなる凹部３１が形成されている。またパッケージ部３０は凹部３１の底部３３に、青色ＬＥＤ１０の２つのバンプ１４との接合部（不図示）と、接合部からパッケージ部３０の外面（底面）まで延設された引き出し配線部である貫通配線３４を有している。なお、以下、同じ機能を有する複数の構成要素を、２桁の数字からなる符号の末尾の英数字を削除したり、さらに数字を付加したりして表現することがある。例えば、バンプ１４、バンプ１４Ａ、バンプ１４Ａ１はいずれも同じ機能を有する構成要素である。

貫通配線３４は、例えば貫通孔内に銀パラジウム合金等からなる導電性ペーストを充填し熱処理することにより作製される。なお、パッケージ部３０と青色ＬＥＤ１０との接合は、はんだ接合、ボンディングワイヤー接合、または、異方性導電材料であるＡＣＦ（Anisotropic Conductive Adhesive Film）、非導電材料であるＮＣＦ（Non Conductive Adhesive Film）もしくはＮＣＰ（Non Conductive Paste）を用いた接合であってもよい。バンプ１４の材料としては、銅、金、はんだ、鉛フリーはんだ等を用いることができる。

そして凹部３１は、青色ＬＥＤ１０を、側面１３側に隙間が生じることなく第２の主面１２を底部側にして収容可能な大きさである。すなわち、パッケージ部３０の凹部３１の開口サイズと、同サイズの青色ＬＥＤ１０が凹部３１内に実装されている。このため、凹部３１の側壁３２が青色ＬＥＤ１０側面１３からの光の放出を防止する遮光部である。言い換えれば、「隙間がない」とは物理的に完全に密着している状態を意味するものではなく、凹部３１の側壁３２が遮光部としての機能を満足する状態であればよい。また例えば、凹部３１内にパッケージ部３０を実装後に、側面１３側の隙間を、遮光性を有する材料で充填してもよい。また、図２では四角柱形状の青色ＬＥＤ１０にあわせて、凹部３１の開口形状が四角形であるが、青色ＬＥＤ１０の形状に応じて、開口形状は多角形、または円形等であってもよい。

発光装置１は、遮光部により青色ＬＥＤ１０の側面１３からの光が放出されないため、色むらおよび発光強度むらのない、均一な強度および色の白色光を発生することができる。このため、発光装置１は、特に医療用内視鏡の照明装置に好ましく用いることができる。

また、発光装置１は、貫通配線３４によりパッケージ部３０の外面から発光部１５に駆動電流を供給することができるために、実装が容易である。

なお、図３に示すように発光装置１では波長変換層２０もパッケージ部３０の凹部３１の内部に隙間なく収納されている。これはパッケージ部３０の凹部３１に青色ＬＥＤ１０を収納した後に、流動性を有する未硬化の状態の蛍光体樹脂溶液を凹部３１の上部の空間に流し込むことにより波長変換層２０が形成されているためである。波長変換層２０が側面側に隙間が生じることなく凹部３１に収納されている発光装置１、言い換えれば波長変換層２０の側面からの光の放出を防止する遮光部を有する発光装置１は、波長変換層２０の側面から光が放出される発光装置よりも均一な強度および色の白色光を発生することができる。

なお、発光装置の遮光部は単に青色ＬＥＤ１０の側面１３に遮光性塗料を塗布して作製してもよい。しかし発光装置の取り扱いおよび機械的強度の観点から遮光部はパッケージ部３０に形成した凹部３１（側壁３２）が好ましい。

＜第１の実施の形態の変形例１および変形例２＞
次に第１の実施の形態の変形例１の発光装置１Ａおよび変形例２の発光装置１Ｂについて説明する。本変形例の発光装置１Ａ、１Ｂは第１の実施の形態の発光装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図４に示す第１の実施の形態の変形例１の発光装置１Ａのパッケージ部３０Ａは側面（Ｘ方向）にバンプ１４と接続した貫通配線３４Ａを有する。また、図５に示す第１の実施の形態の変形例２の発光装置１Ｂのパッケージ部３０Ｂは凹部３１の側壁３２、上面および外壁にバンプ１４と接続した引き出し配線３４Ｂを有している。引き出し配線３４Ｂは、貫通配線３４と同じ機能を有している。

すなわち、図４に示す第１の実施の形態の変形例１の発光装置１Ａ、図５に示す第１の実施の形態の変形例２の発光装置１Ｂであっても、本実施の形態の発光装置１と同じ効果を得ることができる。

パッケージ部の凹部内に収容（実装）された青色ＬＥＤ１０に駆動電流を供給するための引き出し配線または貫通配線は、公知の種々の方法および材料により構成可能である。例えば、直接配線描画法、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device）に用いられるワンショットレーザー法、印刷法、めっき法、またはエッチング法等により、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、銀パラジウム、タングステンまたはチタン等を用いて形成可能である。

＜第２の実施の形態＞
次に第２の実施の形態の発光装置１Ｃについて説明する。本実施の形態の発光装置１Ｃは第１の実施の形態の発光装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図６に示すように、発光装置１Ｃのパッケージ部３０Ｃは、絶縁部３５Ｃにより電気的に絶縁された導電性を有する２つの導電部３６Ｃ１、３６Ｃ２よりなり、導電部３６Ｃ１、３６Ｃ２が引き出し配線部の機能を有している。すなわち、パッケージ部３０Ｃが青色ＬＥＤ１０の引き出し電極（アノード／カソード）としての機能を有する。導電部３６Ｃ１、３６Ｃ２は、アルミニウム、銅、ニッケルもしくは金等の金属、カーボンまたは導電性樹脂等を用いて、機械加工または金型成型等により作製される。

導電部３６Ｃ１、３６Ｃ２は、少なくとも表面層等が導電性を有していればよい。このため、セラミック等の非導電性材料からなるパッケージ部の全表面を、塗布法、蒸着法またはめっき法等を用いて導電膜により被覆した後、絶縁部３５Ｃの導電膜をエッチング等により除去してもよい。なお、電気接続部となる部分以外の導電部または導電膜を絶縁膜で被覆してもよい。上記構造の導電部は図５に示した発光装置１Ｂの引き出し配線３４Ｂと類似しているが、面状である点において、帯状である引き出し配線３４Ｂと異なる。

本実施の形態の発光装置１Ｃは、第１の実施の形態の発光装置１等の効果を有し、さらに貫通電極等を作製する必要がないため、製造が容易である。

＜第２の実施の形態の変形例１〜変形例４＞
次に第２の実施の形態の変形例１の発光装置１Ｄ、変形例２の発光装置１Ｅ、変形例３の発光装置１Ｆ、変形例４の発光装置１Ｇについて説明する。本変形例の発光装置１Ｄ〜１Ｇは第２の実施の形態の発光装置１Ｃと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図７に示すように、第２の実施の形態の変形例１の発光装置１Ｄは発光面２０Ａに光学部材であるレンズ４０を有する。発光面とは発光装置において光が外部に放出される面であり、図７に示す構造の発光装置１Ｄでは波長変換層２０の上面である。光学部材を有する発光装置は、出射光を制御（集光／拡散等）することができる。なお発光装置１Ｄのパッケージ部３０Ｄは、発光装置１Ｃのパッケージ部３０Ｃと同様の構成であり、絶縁部３５Ｄにより電気的に絶縁された導電性を有する２つの導電部３６Ｄ１、３６Ｄ２とからなる。

発光面２０Ａに配設する光学部材としては、プリズム、光学フィルタ、またはガラスファイバー等であってもよい。レンズとしては、集光レンズまたは拡散レンズが用途に応じて選択され、発光面２０Ａに接着または熱圧着等により接合される。レンズは、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、もしくはポリスチレン樹脂等の透明樹脂、またはガラス等を用い、ポッティング法または金型成形法等により作製される。プリズムはポロプリズム、ダハプリズム、またはペンタプリズム等から選択される。光学フィルタは偏光フィルタまたは減光フィルタ等から選択される。

次に、図８に示す第２の実施の形態の変形例２の発光装置１Ｅは、異なる波長の光を発生する複数の発光素子がパッケージ部３０Ｅの凹部内に積層されている。すなわち、発光装置１Ｅでは、赤色ＬＥＤ１０Ｒと、緑色ＬＥＤ１０Ｇと、青色ＬＥＤ１０Ｂとが積層されている。それぞれのＬＥＤのバンプ１４Ｅ１〜１４Ｅ３と接続された導電部３６Ｅ１〜３６Ｅ６は、絶縁部３５Ｅ１〜３５Ｅ２を介して絶縁されている。

そして、赤色ＬＥＤ１０Ｒと、緑色ＬＥＤ１０Ｇと、青色ＬＥＤ１０Ｂとは、側面側に隙間が生じることなくパッケージ部３０Ｅの凹部３１Ｅに収容されている。発光装置１Ｅは三波長混合型の発光装置であるが、ＬＥＤの側面からの光が放出されないため、均一な強度および色の白色光を発生することができる。

次に、図９に示す第２の実施の形態の変形例３の発光装置１Ｆは、パッケージ部３０Ｆの凹部３１Ｆに同じ波長の光を発生する複数の発光素子が凹部内に積層されている。すなわち、発光装置１Ｆでは、３個の青色ＬＥＤ１０Ｂ１、１０Ｂ２、１０Ｂ３が、側面側に隙間が生じることなくパッケージ部３０Ｅの凹部３１Ｆに収容されており、青色ＬＥＤ１０Ｂ３の上面に波長変換層であるＹＡＧ蛍光体を有する波長変換層２０Ｆが配設されている。

発光装置１Ｆは、第１の実施の形態の発光装置１と同様の効果を有し、さらに複数のＬＥＤを有するために、発光装置１よりも強い光を発生することができる。

なお、図９においては、青色ＬＥＤ１０Ｂ１、１０Ｂ２、１０Ｂ３のバンプ１４Ｆ１〜１４Ｆ３と接続された導電部３６Ｆ１〜３６Ｆ６が絶縁部３５Ｆ１〜３５Ｆ５を介して絶縁されているが、導電部はアノード／カソードに２分割されているだけでもよい。

次に、図１０に示す第２の実施の形態の変形例４の発光装置１Ｇのパッケージ部３０Ｇは、導電部３６Ｇ１、３６Ｇ２は、絶縁部３５Ｇを介して絶縁されている。そして波長変換層２０Ｇは、異なる波長の光に変換する２層から構成されている。すなわち、発光装置１Ｇは、青色ＬＥＤ１０と、青色光を緑色光に変換する蛍光体を有する波長変換層２０Ｇ２と、青色光を赤色光に変換する蛍光体を有する波長変換層２０Ｇ１と、を有する。なお、発光装置としては、発光素子として紫外線発光ＬＥＤを用い、紫外光を青色、緑色、および赤色に変換する複数層または単層の波長変換層を用いてもよいし、シアン、マゼンタ等の補色光に変換する波長変換層等を用いてもよい。

以上の説明のように、発光メカニズムおよび構造が、第１の実施の形態の発光装置１等と異なっている発光装置であっても、発光素子の側面からの光の放出を防止する遮光部を有する発光装置は、発光装置１等と同様の効果を有する。また発光素子としては、ＬＥＤが好ましいが、半導体発光素子であれば、ＬＤ等でも同様の効果を奏することができ、さらには有機ＥＬ素子であってもよい。

＜第３の実施の形態＞
次に第３の実施の形態の発光装置１Ｈについて説明する。本実施の形態の発光装置１Ｈは第２の実施の形態の発光装置１Ｃと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図１１に示すように、発光装置１Ｈのパッケージ部３０Ｈでは、導電部３６Ｈ１、３６Ｈ２は、絶縁部３５Ｈを介して絶縁されている。そして遮光部である凹部３１Ｈの側壁３２Ｈは、青色ＬＥＤ１０が側面１３から放出する青色光を反射する反射（リフレクター）機能を有する。発光装置１Ｈのパッケージ部３０Ｈ（導電部３６Ｈ１、３６Ｈ２）は、第２の実施の形態の発光装置１Ｃと同様にアルミニウム等の金属からなるが、側壁３２Ｈは鏡面加工により高い反射率を有する。すなわち、パッケージ部３０Ｈの側壁３２Ｈは、遮光部機能、電極部機能、に加えて反射部機能を有する。

反射部機能を有する側壁３２Ｈは、蒸着法またはめっき法等によりアルミニム、金、ニッケル等からなる反射率の高い反射膜を成膜することにより作製してもよい。また、凹部３１Ｈの底部３３Ｈも、高い反射率の加工を施したり、反射膜を成膜したりしてもよい。

遮光部である側壁３２Ｈが、ＬＥＤが発生した光を反射する発光装置は、第１の実施の形態の発光装置１等が有する効果に加えて、ＬＥＤの側面から放出される光も利用できるために、より強度の強い光を発生することができる。

本発明は上述した実施の形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。

１、１Ａ〜１Ｈ…発光装置、１０…ＬＥＤ、１１…第１の主面、１２…第２の主面、１３…側面、１４…バンプ、１５…発光部、２０…波長変換層、３０…パッケージ部、３１…凹部、３２…側壁、３３…底部、３４…貫通配線、３４Ｂ…引き出し配線、３５…絶縁部、３６…導電部、４０…レンズ、１０１…発光装置、１０２…反射面、１０３…底面、１０４…チップ、１０５、１０６…波長変換部材、１３０…基材

Claims (11)

1. 第１の主面と第２の主面と側面とを有し、光を発生する発光素子と、
   前記側面からの前記光の放出を防止する遮光部と、を具備することを特徴とする発光装置。
2. 前記遮光部が、前記発光素子を、側面側に隙間が生じることなく前記第２の主面を底部側にして収容可能な凹部が形成された、不透明材料からなるパッケージ部であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の主面に配設され、前記発光素子が発生した前記光を、より長波長帯の光に変換する波長変換層を具備することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記波長変換層が側面側に隙間が生じることなく前記凹部に収容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。
5. 前記波長変換層が、前記光を、それぞれ異なる波長帯の光に変換する複数の層からなることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 異なる波長の光を発生する複数の前記発光素子が、前記凹部内に積層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。
7. 前記発光素子が、前記第２の主面に、前記光を発生する発光部と、前記発光部に駆動電流を供給するための電極部と、を有し、
   前記パッケージ部が、前記発光素子の前記電極部との接合部から前記パッケージ部の外面まで延設された引き出し配線部を有することを特徴とする請求項４または請求項６に記載の発光装置。
8. 前記パッケージ部が、絶縁部により電気的に絶縁された複数の導電部よりなり、前記複数の導電部が前記引き出し配線部であることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
9. 前記遮光部が前記短波長光を反射することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 前記発光素子が発光ダイオードであること特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の発光装置。
11. 発光面に、光学部材を具備することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の発光装置。

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