JP2013012529A - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 発光特性の異なる発光素子同士を共通の基板上に実装させた際に、それぞれの発光素子の特性を十分に引き出すことが可能な樹脂体で封止することによって、全体としてバランスよく且つ演色性に富んだ発光を得ることのできるＬＥＤパッケージを提供することである。
【解決手段】 基板１２と、該基板１２上に隣接して実装される少なくとも１つの青色発光素子１３及び赤色発光素子１４と、該青色発光素子１３及び赤色発光素子１４を封止する樹脂体とを備えたＬＥＤパッケージ１１において、前記樹脂体は、前記青色発光素子１３の上面１３ｂより高く、且つ前記赤色発光素子１４の上部に形成されるＰＮジャンクション１４ａより低い位置に上面が設定される蛍光体含有樹脂１５と、この蛍光体含有樹脂１５の上に設けられ、前記赤色発光素子１４のＰＮジャンクション１４ａより高い位置に上面が設定される拡散剤含有樹脂１６とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光色の異なる発光素子を組み合わせて構成されるＬＥＤパッケージに関するものである。

従来、バックライトや一般照明用の光源となるＬＥＤパッケージにあっては、青色発光素子や赤色発光素子のように発光色の異なる光源を混在させることで演色性を持たせる場合がある。このような混在型のＬＥＤパッケージは、基本的には、共通基板と、この共通基板上に並べて実装される青色発光素子及び赤色発光素子と、これらの発光素子上を封止する透光性を有した樹脂体とで構成される。前記ＬＥＤパッケージは、共通基板上に発光素子を所定間隔に並べて実装し、金型等を使用して前記共通基板上に樹脂材料を充填して形成される。

特許文献１には、青色発光素子と緑色発光素子とからなる発光装置が開示されている。この発光装置は、前記青色発光素子からの青色光を励起することで黄色系の蛍光色で発光させるための黄色蛍光体と、前記緑色発光素子からの緑色光を励起することで赤色系の蛍光色で発光させるための赤色蛍光体とからなる樹脂によって封止されている。これによって、演色性に富んだ白色系の発光を得ることができる。

特開２００６−２４５４４３号公報

上記特許文献１においては、全体として白色系の発光を得ることを目的としている。このために、青色発光素子と緑色発光素子との組み合わせにおいて、黄色蛍光体と赤色蛍光体とを混在させるといったことが可能となっている。しかしながら、青色発光素子と赤色発光素子との組み合わせにおいては、励起させる蛍光体の種類が異なると、いずれか一方あるいは双方の発光特性が損なわれたり、全体として意図しない発光色となったりする場合がある。

このように、発光特性の異なる青色発光素子と赤色発光素子とを同一種類の蛍光体が含有された樹脂体で封止してしまうと、それぞれの発光素子が有する発光特性の独自性が弱まり、全体としての演色性に欠けるといった問題があった。例えば、前記樹脂体が青色発光素子を励起するための蛍光体が含有された樹脂で封止した場合、赤色発光素子については赤色光を遮ることとなり、赤色発光作用が弱くなる。一方、前記樹脂体が透明性の高い材料で形成された場合は、赤色発光素子から発せられる赤色光はよく通すが、青色発光素子から発せられる光はそのままの青色光となる。前記青色発光素子は、蛍光体が含有された黄色系の樹脂材で封止することによって白色系の発光色として利用される場合が多いが、前記赤色発光素子からの発光を優先させるとなると、白色系の発光が得られないといった問題がある。

上記のような共通基板を用いずに、青色発光素子と赤色発光素子とを別々の基板に実装して組み合わせるといったこともできるが、各基板間の境界部分での混色性が損なわれる場合がある。これによって、全体としての演色性のバランスが悪くなったり、発光にバラツキが生じたりする場合があり、一つの光源として使用するには難があった。

そこで、本発明の目的は、発光特性の異なる発光素子同士を共通の基板上に実装させた際に、それぞれの発光素子の特性を十分に引き出すことが可能な樹脂体で封止することによって、全体としてバランスよく且つ演色性に富んだ発光を得ることのできるＬＥＤパッケージを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤパッケージは、基板と、該基板上に隣接して実装される少なくとも１つの青色発光素子及び赤色発光素子と、該青色発光素子及び赤色発光素子を封止する樹脂体とを備えたＬＥＤパッケージにおいて、前記樹脂体は、前記青色発光素子の上面より高く、且つ前記赤色発光素子の上部に形成されるＰＮジャンクションより低い位置に上面が設定される第１樹脂層と、該第１樹脂層の上に設けられ、前記赤色発光素子のＰＮジャンクションより高い位置に上面が設定される第２樹脂層とを備えて構成されることを特徴とする。

本発明に係るＬＥＤパッケージによれば、青色発光素子及び赤色発光素子を基板上に隣接して実装した場合であっても、第１樹脂層が前記青色発光素子の上面より高く、且つ前記赤色発光素子の上部に形成されるＰＮジャンクションより低い位置に上面が設定されるので、赤色発光素子は前記第１樹脂層の影響を受けることなく、第２樹脂層のみで適正な発光を得ることができる。一方、青色発光素子は、第１樹脂層で適正な発光が得られる。

前記第１樹脂層には蛍光体が含有されることで、青色発光素子を白色系の発光に励起することができ、第２樹脂層には拡散剤が含有されることで、赤色発光素子から発せられる赤色光をそのままの状態で拡散させることができる。

第１実施形態のＬＥＤパッケージの断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 第２実施形態のＬＥＤパッケージの断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 第３実施形態のＬＥＤパッケージの断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 第４実施形態のＬＥＤパッケージの断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るＬＥＤパッケージの実施形態を詳細に説明する。図１は第１実施形態のＬＥＤパッケージ１１を示したものである。このＬＥＤパッケージ１１は、共通の基板１２と、この基板１２上に実装される青色発光素子（青色素子）１３及び赤色発光素子（赤色素子）１４と、これらの発光素子を封止する第１樹脂層（蛍光体含有樹脂）１５及び第２樹脂層（拡散剤含有樹脂）１６とを有して構成される。

前記基板１２は、一般的なエポキシ樹脂やＢＴレジン等の絶縁材料で四角形状に形成され、表面には青色素子１３及び赤色素子１４がそれぞれフリップチップ実装されるカソード電極及びアノード電極からなる一対の電極パターン（図示せず）が形成されている。

前記青色素子１３は、一般照明用として白色系の発光色を出すために、主に窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。この青色素子１３は、サファイアガラスからなるサブストレートと、このサブストレートの上にｎ型半導体、ｐ型半導体を拡散成長させた拡散層とからなっている。前記ｎ型半導体及びｐ型半導体はそれぞれｎ型電極，ｐ型電極を備えており、前記基板１２に設けられたカソード電極及びアノード電極からなる一対の電極パターン（図示せず）上にハンダ部材を介してフリップチップによって導通接続され、一定の電流を流すことでＰＮジャンクション１３ａを中心として青色光が発せられる。この青色素子１３は、前記蛍光体含有樹脂１５で封止することによって、白色系の発光に変換される。

前記赤色素子１４は、アルミニウムガリウムヒ素あるいはガリウムヒ素リン系の半導体が用いられ、ＰＮ構造は前記青色素子と同様である。ただし、青色素子１３は前述したように、サブストレートが硬質性のサファイアでできているため強度があり、薄く形成できるが、赤色素子１４はサブストレートの硬度が青色素子に比べて低いため、ウェハ状態で扱うためには一定の厚みが必要となる。そのため、基板１２に実装した際、赤色素子１４のＰＮジャンクション１４ａは、青色素子１３の上面１３ｂよりも高い位置にある。この赤色素子１４は、前記青色素子１３と組み合わせることで、暖色系の発光色となる。

前記蛍光体含有樹脂１５は、透明な樹脂基材に所定分量の蛍光体を含有させて成形したもので、前記基板１２の外周部に金型（図示せず）を装着し、この金型内に樹脂を流し込むことによって形成される。この蛍光体含有樹脂１５は、例えば、エポキシ樹脂あるいはシリコン樹脂基材に、蛍光粒子の原料となるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）や、色素粒子の原料となる染料等からなる蛍光体を適量混入されることによって形成することができる。

前記拡散剤含有樹脂１６は、酸化チタン、ＳｉＯ２等の拡散剤を透明な樹脂基材に含有することによって形成される。なお、前記拡散剤の代わりに反射率の高い金属粒子を透明な樹脂基材に混入して形成することもできる。

前記蛍光体含有樹脂１５は、青色素子１３の上面１３ｂを満たすが、前述したように、厚みのあるサブストレートによって形成される赤色素子１４のＰＮジャンクション１４ａに到達しないような高さに形成される。このため、青色素子１３のＰＮジャンクション１３ａを中心とした光は、蛍光体含有樹脂１５内の蛍光体によって励起され、白色系の発光となる。一方、赤色素子１４から発せられる光は、前記蛍光体含有樹脂１５で励起されることがないので、他の発光色となったり、減衰したりすることなくそのままの赤色光で発光させることができる。

前記拡散剤含有樹脂１６は、前記赤色素子１４のＰＮジャンクション１４ａを含むように、前記蛍光体含有樹脂１５の上面から赤色素子１４の上面１４ｂを満たす高さに形成される。このため、前記拡散剤含有樹脂１６では、前記蛍光体含有樹脂１５による白色系の発光と、赤色素子１４から直接発せられる赤色系の発光とが混在した発光色になると共に、この発光色が光拡散剤によって、さらに輝度を増した状態で発光させることができる。

図２は第２実施形態のＬＥＤパッケージ２１を示したものである。この実施形態では、前記蛍光体含有樹脂１５を青色素子１３の領域と赤色素子１４の領域とに隔てる溝部２７を介して第１の樹脂領域（第１蛍光領域）１５ａと第２の樹脂領域（第２蛍光領域）１５ｂに分離したものである。第１蛍光領域１５ａは、青色素子１３を中心に、第２蛍光領域１５ｂは赤色素子１４を中心にした範囲に設定されている。また、拡散剤含有樹脂１６は、前記溝部２７を埋めるようにして充填され、更に蛍光体含有樹脂１５の上面から赤色素子１４の上面１４ｂを満たす高さに形成される。この実施形態では、第２蛍光領域１５ｂが赤色素子１４を封止する土台となっているだけで、第１蛍光領域１５ａからの白色発光には影響を及ぼさない。このため、白色発光するのは、第１蛍光領域１５ａの範囲に限定したものとなる。一方、第２蛍光領域１５ｂの範囲では赤色光が強く現れることから、純度の高い白色光と赤色光とが共通の拡散剤含有樹脂１６を介して混じり合うことで、高い演色効果を得ることができる。

図３は第３実施形態のＬＥＤパッケージ３１を示したものである。この実施形態では、上部に段差部３８を有する赤色素子１４を用いて構成されている。前記段差部３８は、ＰＮジャンクション１４ａの下部近傍の周側面を断面Ｌ字状に凹設することによってできている。この段差部３８は、前記青色素子１３の上面１３ｂよりも高い位置に縁面３８ａを有し、この縁面３８ａまでの高さに合わせて蛍光体含有樹脂１５が充填形成され、その上に拡散剤含有樹脂１６が充填形成される。この拡散剤含有樹脂１６は、赤色素子１４のＰＮジャンクション３８から上面１４ｂを完全に満たすような高さに形成される。前記赤色素子１４に段差部３８を設定することによって、蛍光体含有樹脂１５を充填する際に、前記縁面３８ａを基準として充填することができるので、蛍光体含有樹脂１５がＰＮジャンクション１４ａに掛かるのを防止することができる。これによって、赤色素子１４から発せられる赤色光が蛍光体含有樹脂１５によって遮られることがない。

図４は第４実施形態のＬＥＤパッケージ４１を示したものである。このＬＥＤパッケージ４１は、上記第３実施形態のＬＥＤパッケージ３１において、前記蛍光体含有樹脂１５を青色素子１３と赤色素子１４との間に設けられる溝部４７を介して２つの蛍光領域１５ａ，１５ｂに分けたものである。発光作用については第２実施形態と同様に、白色発光するのは、蛍光領域１５ａの範囲に限定したものとなる。また、赤色素子１４に縁面４８ａを有する段差部４８を設けたことによって、蛍光体含有樹脂１５を充填する高さの基準が明確となり、赤色素子１４のＰＮジャンクション１４ａに掛からないように規制することができる。

以上説明したように、本発明のＬＥＤパッケージにあっては、赤色素子の発光源となるＰＮジャンクションが蛍光体含有樹脂の外側に露出しているので、赤色光が蛍光体に吸収されにくくなり、赤色光の発光効率がアップした。また、全体を拡散剤含有樹脂で封止することによって、青色光、黄色光、赤色光が混色して演色性の高い白色光を得ることが可能となった。さらに、青色素子と赤色素子を封止している蛍光体含有樹脂を二分するように溝部を介して青色素子が実装されている領域と赤色素子が実装されている領域とに分離したことによって、白色光への変換効率のアップが図られた。

前記赤色素子に段差部を設けた場合にあっては、この段差部によって蛍光体含有樹脂の高さに規制されるので、蛍光体含有樹脂で封止される上面を水平面にすることができる。これによって、発光のバラツキを低減させることができる。

上記実施形態では、一つの青色素子と一つの赤色素子で構成したが、複数の青色素子及び赤色素子によって構成にすることもできるので、高い演色性と共に高輝度性を備えたＬＥＤパッケージを形成することができる。また、赤色素子の代わりに緑色素子や黄色素子を用いることによって、青色素子と蛍光体含有樹脂とによる白色系の発光を合わせて、多様な演色性を有するＬＥＤパッケージを構成することも可能である。

１１，２１，３１，４１ ＬＥＤパッケージ
１２ 基板
１３ 青色素子（青色発光素子）
１３ａ ＰＮジャンクション
１４ 赤色素子（赤色発光素子）
１４ａ ＰＮジャンクション
１５ 蛍光体含有樹脂（第１樹脂層）
１６ 拡散剤含有樹脂（第２樹脂層）
２７，４７ 溝部
３８，４８ 段差部
３８ａ，４８ａ 縁面

Claims (5)

1. 基板と、
   該基板上に隣接して実装される少なくとも１つの青色発光素子及び赤色発光素子と、
   該青色発光素子及び赤色発光素子を封止する樹脂体とを備えたＬＥＤパッケージにおいて、
   前記樹脂体は、前記青色発光素子の上面より高く、且つ前記赤色発光素子の上部に形成されるＰＮジャンクションより低い位置に上面が設定される第１樹脂層と、
   該第１樹脂層の上に設けられ、前記赤色発光素子のＰＮジャンクションより高い位置に上面が設定される第２樹脂層とを備えて構成されることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
2. 前記基板上に実装された少なくとも１つの青色発光素子の上面は、前記基板上に実装された少なくとも１つの赤色発光素子の上面より低い位置に設定される請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記第１樹脂層には少なくとも蛍光体が含有され、第２樹脂層には少なくとも拡散剤が含有されている請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記赤色発光素子は、ＰＮジャンクションの下部近傍の周側面に段差部を有し、この段差部に前記第１樹脂層の上面が設定されている請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
5. 前記第１樹脂層は、青色発光素子の周囲に形成される第１の樹脂領域と、赤色発光素子の周囲に形成される第２の樹脂領域とに分離され、
   前記第１の樹脂領域と第２の樹脂領域との間に溝部が設けられると共に、この溝部に前記第１樹脂層の上に設けられた第２樹脂層が充填されている請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。

Images