JP2014082300A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】材料費の占有率が高いパッケージ基板の大きさをできるだけ小さくし、LED素子をモールドしている樹脂構造は、パッケージ基板より大きく形成し、LED素子で発した光を、一定方向に集光させる機能や光取り出し効率も良い構造とすることにより、特性も向上し、さらに安価な、発光装置を提供する。
【解決手段】青色LED素子2を、基板4の電極E1、F1上に実装し、2重構造体にする。基板4は、正方形でLEDチップよりやや大きくする。青色LED素子2の上面に、シリコン樹脂に蛍光体粉末を混ぜて矩形状にした蛍光体含有フィルム片3の入光面をシリコン樹脂で接着する。青色LED素子2の側面には、シリコン樹脂で、蛍光体含有フィルム片3を底面とする逆四角錐形状の構造体7を形成する。基板4の外部基板実装電極形成面と蛍光体含有フィルム片3の出光面以外の露出面を白色樹脂6で被覆し、反射壁を形成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、LED照明等に用いられる発光装置に係り、特に青色光、紫色光、紫外光を発する半導体発光素子とその光を白色光に変換する蛍光体から構成された発光装置に関する。
近年、LEDを用いた照明装置が実用化され、白熱電球や蛍光灯をはじめ水銀灯やハロゲン灯にも置き換わりつつある。その理由は、低消費電力で同等輝度が得られ、地球温暖化の原因である二酸化炭素の排出量を大幅に削減できるエコ商品の切り札となるからである。例えば、60W級の白熱電球の同等輝度は、9WのLED電球で実現できている。このように、すべての照明がLED照明に代われば、二酸化炭素排出量の削減目標は容易に達成できるのであるが、これを阻んでいるのが、2つの照明装置の価格差がまだ大きいことである。寿命を考慮すれば、その価格差はかなり小さくなっているので、特殊な場所の照明は、それを交換する人件費も削減できるため、LED照明に置き換えられつつあるが、最もニーズの多い一般照明には、初期の価格差がまだ大きいため、普及を妨げている。
LED電球を高価にしている原因は、大きく分けると2つあり、その一つは、LED電球の駆動電源は、直流の定電流電源で、交流からの変換機が必要になること、二つめは、発光装置(白色LEDデバイスとも記する)自体が高価であることである。白色LEDデバイスを高価にしている原因は、材料費が高いことと、歩留が悪いことである。白色LEDデバイスの材料費は、占有率が高いほうから、パッケージ、LED素子、蛍光体、樹脂の順であり、白色LEDデバイスの歩留を悪くしている主要因は、色度(または色温度)の歩留(つまり目標の色度を出すための良品率が、蛍光体の量のバラツキなどで、悪くなること)である。白色LEDデバイスを販売している各社は、この観点から価格を下げるために努力を払っている。
その1つの例として、特許文献1に示されているような、CREE社の取り組みである。従来は、パッケージに半導体発光素子(LED素子、またはLEDチップとも記す)を実装した後に、蛍光体粉末を混ぜた樹脂でパッケージ内を封じることにより、発光装置が製造されていたが、これでは、発光装置の色度検査でNGとなった時は、パッケージも含めた発光装置全体がNGとなり、一番高価なパッケージまでが捨てられることになる。これに対して、特許文献1では、図5(a)(b)に示すように、LED素子のワイヤーボンドパッド131を除く光取り出し面(もしくわLED素子の側面まで含めて)に、蛍光体層を形成した白色LED素子130としている。この場合、色度検査は、LED素子の段階で行うことができ、高価なパッケージは、捨てられることはなくなるし、さらに、LED素子表面の範囲でしか、蛍光体が使用されていないので、蛍光体の節約にもなる。さらに、LED素子の点光源で色度が決定されるため、白色LEDデバイスの指向角による色度のバラツキも改善される。
同じような取り組みは、特許文献2や3でも行われている。
特許文献2では、図6(a)に示すように、蛍光体チップ141をLEDチップに透明樹脂で接着させたチップ組立体142として、パッケージにフリップチップ方式で実装したり、また別の例では、ワイヤーボンディング方式(電極面を上にして実装し、基板との結線はワイヤーボンディングで行う方式)で実装したりしている。また、特許文献3では、図6(b)に示すように、実装部(電極部)にバンプ146を有するLEDチップのバンプ先端部以外を、蛍光体粉末を混ぜた樹脂で被覆して、構造体147にし、バンプ部に導電性接着剤を用いて、反射壁148をもつキャビティに実装し、透明樹脂で封止している。この2つの例も特許文献1と同様な改善を目的とした例である。
特表2010−517289号公報 特開2002−141559号公報 特開2002−261325号公報
特許文献1、2、及び3で示すように、蛍光体の節約や色度の歩留改善、及び白色の点発光体とすることにより、指向角による色度のバラツキ改善を目的として、言わば、白色発光素子(白色LED素子とも記す)の概念が登場した。その白色発光素子130を、図5(c)に示すように、熱伝導率が中程度に良くて板状のパッケージ基板133(具体的には、セラミックの酸化アルミ基板)に実装し、樹脂レンズ134で封止して、目的の方向に光を集光させる構造の発光装置132が、安く作れて、輝度、放熱、及び信頼性も兼ね備えた照明用発光装置として、その構造を確立しつつある。しかし、部品構成上、最も高いパッケージ基板は、可能な限り特性を損なうことなく、可能な限り安くという考えで小型化され、反射壁の構造をなくし、樹脂レンズ134による集光に置き換えられているが、まだ、高いパッケージ基板133は、構成要素の中で一番大きなサイズとなっている。
図5(c)の場合で、具体的に言うと、パッケージ基板(セラミックの酸化アルミ基板または窒化アルミ基板)を大きくしなければならない主な原因は、白色LED素子130からの光を一定方向に集光させるためにはレンズ形成は不可欠で、従来の方法では、パッケージ基板133上に形成されるため、パッケージ基板を一番大きくしなければ形成できないのである。
また、図6(b)のような、反射壁を形成する場合でも、基板上に形成されるため、パッケージ基板のサイズは一番大きくなる。
光の有効利用の観点から言うと、一定方向に光を向ける機能は、エコな照明には重要な要素であり、しかも、この機能は、発光源の近くに置けば置くほど効果的である。つまり、発光装置から離れてその周囲に反射壁を置くより、発光装置の中に置くほうが効果的なのである。そのため発光装置内のパッケージに集光機能を持たせるのである。
また、放熱性の観点からパッケージ基板133の大きさを評価するとセラミックの酸化アルミ基板や窒化アルミ基板の熱伝導率は等方的であるので、厚みと同じ距離だけ周りに熱が広がると考えれば、LED素子の放熱電極のサイズを一辺が1mmの正方形とした場合、基板の厚みを0.5mmとすると、放熱に必要なパッケージ基板のサイズは、一辺が2.0mmの正方形の大きさで十分である。しかし、図5に示す発光装置のパッケージ基板133の大きさは、一辺が3.45mmの正方形と大きくなっている。
このように、パッケージ基板は、LED素子をモールドしている樹脂構造(すなわち、LED素子を被覆する蛍光体粉末を混ぜた蛍光体含有樹脂、反射壁内に充填される透明樹脂や蛍光体含有樹脂、反射壁を形成する白色顔料を混ぜた白色樹脂、さらにレンズを形成する透明樹脂など)よりも大きくとる必要があるのである。
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、特に、材料費の占有率が高いパッケージ基板の大きさを(放熱性を満足する範囲で)できるだけ小さくし、かつ、LED素子をモールドしている樹脂構造は、パッケージ基板より大きく形成し、LED素子で発した光を、一定方向に集光させる機能や光取り出し効率も従来と同等以上に良い構造とすることにより、特性も向上し、さらに安価な、発光装置を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、
半導体発光素子を基板に搭載した発光装置において、前記半導体発光素子をモールドする樹脂構造を前記基板上に限定せず、該基板からはみ出すように形成し、前記樹脂構造の外形が、前記基板の前記半導体発光素子が搭載される面の外形より大きいことを特徴とする発光装置である。
特に、材料費の占有率が高いパッケージ基板の大きさを(放熱性を満足する範囲で)できるだけ小さくし、かつ、LED素子をモールドしている樹脂構造は、パッケージ基板より大きく形成し、LED素子で発した光を、一定方向に集光させる機能も従来と同等以上に備えた構造とすることにより、特性も向上し、さらに安価な、発光装置とすることができる。
半導体発光素子を用いた白色光を得る方法として、初期の頃は、青色光で青色と補色の関係にある黄色の光を発するYAG系の蛍光体粉末が用いられていた。しかし、この半導体発光素子の青色光とYAG蛍光体の黄色光で作られる疑似の白色光は、平均演色評価数Raの値が70台程度と低く、その照明で物の自然な色を再現するには無理があった。そこで、第2ステップとして、青色光で光の3原色である緑色と赤色の光を発する蛍光体粉末が用いられるようになり、半導体発光素子の青色光と2種の蛍光体からのブロードな光スペクトルを持つ緑色光と赤色光により、白色光を構成し、その平均演色評価指数Raの値は93と改善され、その照明による色再現性もかなり良くなっている。この先、紫色光や紫外光を発する半導体発光素子の高輝度化が進めば、紫色光や紫外光で光の3原色を発する3種の蛍光体粉末が用いられる。また、それに色再現性をよくするため、複数の蛍光体が混合されても良い。
照明用白色発光装置とするためには、上記した蛍光体を含有する樹脂の部分を前記樹脂構造の中に入れればよいのである。
もちろん、蛍光体を用いずに半導体発光素子の光をそのまま出す発光装置であっても良いのである。
請求項2の発明は、
前記半導体発光素子をモールドする樹脂構造は、透明樹脂の部分、蛍光体粉末を混ぜた蛍光体含有樹脂の部分および白色顔料を混ぜた白色樹脂の部分のうち2つ以上の組み合わせの部分からなることを特徴とする請求項1に記載の発光装置である。
半導体発光素子をモールドしている樹脂構造は、さまざまなものがある。例えば、図1の場合は、LEDチップ2の上面にある蛍光体含有樹脂(蛍光体含有フィルム片)3と側面にある透明樹脂7、及びその外側に酸化チタン微粉末を混ぜた白色樹脂(反射壁)6で構成されている。また、図2では、LEDチップ2の上面の蛍光体含有フィルム片13と側面の反射壁16、及び上には透明樹脂からなる樹脂レンズ18で構成されている。また、図3では、台形状のLEDチップ32の上面に蛍光体含有フィルム片33と傾斜面に透明樹脂37、その外側に反射壁36(図4では、上には透明樹脂レンズ38)で構成されている。
このような樹脂構造は、基板4をはみ出して形成さており、反射壁や透明樹脂レンズは基板4に制限されることなく大きく形成することができるため、光の取り出し効率をよくすることができる。
請求項3の発明は、
青色光、紫色光、または紫外光を発光し、対向する2つの主面を持ち、一方の主面を光取り出し面とし、他方の主面を電極形成面とし、該電極形成面上にバンプを有する半導体発光素子が、前記電極形成面と同等もしくは大きな対向する2つの主面を持ち、一方の主面上に1対のチップ搭載電極(+電極および−電極)、他方の主面上に1対の外部基板実装電極(+電極および−電極)が形成され、各主面上の前記+電極間および前記−電極間はスルーホールで導通接続されている基板の前記チップ搭載電極上に、前記バンプを介して実装された2重構造体とし、
前記2重構造体の前記光取り出し面と同等もしくは大きな対向する2つの主面を持ち、一方の主面を入光面とし、他方の主面を出光面とする前記蛍光体粉末を混ぜた蛍光体含有樹脂(蛍光体含有フィルム片と記する)が、前記光取り出し面と前記入光面を対向するように重ねて配置され、
前記2重構造体の前記外部基板実装電極が形成された主面(または該主面とその近傍)、および前記蛍光体含有フィルム片の前記出光面(または該出光面とその近傍)以外の露出面が前記白色顔料を混ぜた白色樹脂(反射壁と記する)で覆われていることを特徴とする請求項2に記載の発光装置である。
LED照明に使用されている青色光、紫色光及び紫外光を発光する半導体発光素子をバンプを介して、熱伝導率のよい基板(たとえばセラミックの酸化アルミ基板や窒化アルミ基板)の上面のチップ搭載電極上にフリップチップ実装した2重構造体とする。この場合、基板のサイズは、放熱を考慮して、厚みは薄く、大きさは(コストも考慮して)LEDチップよりやや大きい程度とする。該2重構造体の基板に形成された電極のチップ搭載電極(+電極、−電極)と外部基板実装電極(+電極、−電極)の+電極間、および−電極間は、スルーホールで導通接続されている。該2重構造体の半導体発光素子の光取り出し面の上には、蛍光体含有フィルム片が重ねて配置されている。該2重構造体の外部基板実装電極面と蛍光体含有フィルム片の出光面以外の面の露出面は、白色顔料を混ぜた白色樹脂で覆い反射壁とする。
このような構造にすることにより、高価な基板を最小サイズにすることができ、また反射壁は基板サイズに制限されることなく、光取り出し効率を良くすることができる。
2重構造体のLEDチップのp−nジャンクションで発光した光は、その大部分が光取り出し面から出て、その面と重ねて配置されている蛍光体含有フィルム片の入光面から、蛍光体含有フィルム片内に入り、蛍光体を発光させ、そのトータルの光が出光面から出て行き、照明用の白色光として利用される。
また、蛍光体含有フィルム片の蛍光体の濃度を適切にし、LEDチップで発光した光の大部分を蛍光体特有の発光に変換し、蛍光体発光特有のブロードなスペクトルを持つ緑色や黄色やオレンジ色や赤色を発する発光装置とすることもできる。
請求項4の発明は、
前記蛍光体含有フィルム片の前記出光面の上に該出光面の外形を内包する径を持つ樹脂レンズを形成することを特徴とする請求項3に記載の発光装置である。
請求項3に記載の発光装置の構造に、更に前記蛍光体含有フィルム片の外形を内包する径を持つ透明樹脂レンズを該蛍光体含有フィルム片上に形成することにより、光取り出し効率が更に良くなり、光束値として7から8%程度高く、高輝度にすることができる。
請求項5の発明は、
前記蛍光体含有フィルム片の代わりに透明樹脂フィルム片を用いることを特徴とする請求項3または4の何れか1項に記載の発光装置である。
前記蛍光体含有フィルム片の代わりに蛍光体を含有しない透明樹脂フィルム片を用いることにより、LEDチップの光の色をそのまま発光する発光装置とすることができ、LEDチップの発光色を適切に選ぶことにより、さまざまな用途に使用できる高出力で、LEDチップ発光特有のシャープなスペクトルを持つ紫外光や可視光や赤外光の安価な発光装置とすることができる。
高出力の赤外光を発する発光装置は、消費電力の少ない暖房装置としても利用できる。
請求項6の発明は、
前記蛍光体含有フィルム片の領域を分割し、分割した領域ごとに、青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体、黄色蛍光体のうち、いずれかの蛍光体を1つ割り当てて、該蛍光体含有フィルム片を構成することを特徴とする請求項3または4の何れか1項に記載の発光装置である。
LED素子が青色光の場合、前記蛍光体含有フィルム片に、緑色蛍光体と赤色蛍光体を混合して製作した場合、これらの蛍光体間で相互作用が生じる。すなわち、LED素子からの光で励起された緑色蛍光体からのブロードなスペクトルを持つ緑色の光は、再度赤色蛍光体に吸収されて、その強度が大きく減少する。これを防ぐために、例えば図7のように、前記蛍光体含有フィルム片の領域を数分割し、緑色蛍光体の領域72と赤色蛍光体の領域71を分けて形成する(分離型蛍光体フィルム片と記する)ことにより、前記相互作用は防ぐことができ、その分、発光装置の演色性(RaやR9)を向上することができるし、輝度も向上することができる。
LED素子が紫外光や紫色光の場合は、青色蛍光体も使用するので、青色蛍光体と緑色蛍光体や黄色蛍光体や赤色蛍光体などとの相互作用が顕著になるので、分離型の効果が一段と高まる。
本発明の発光装置は、材料費の占有率が高いパッケージ基板の大きさを(放熱性を満足する範囲で)できるかぎり小さくし、かつ、LEDチップをモールドしている樹脂構造は、パッケージ基板より大きく形成し、発光素子で発した光を、一定方向に集光させる機能や光取り出し効率も従来と同等以上に良い構造とすることができるので、特性も向上し、さらに安価な、発光装置を提供することができる。
また、半導体発光素子の光取り出し面上には、蛍光体含有フィルム片が重ねて配置された白色発光素子であり、余分の蛍光体の使用が節約されるとともに、白色の点発光体であるため指向角による色度のバラツキも改善できる。
2重構造体の基板の外部基板実装電極の形成面と蛍光体含有フィルム片の出光面以外の露出面は、反射壁で覆われており、出光面方向以外に行く光(特に、半導体発光素子の側面に行く光、蛍光体含有フィルム片の側面に行く光、等)は、反射壁で分散反射され、一定方向に集光される。さらに、この反射壁は、発光源に密接して(つまり近い距離で)形成されているので、効率よく反射集光でき、高輝度にすることができる。また、樹脂レンズで更に光取り出し効率が良くなる。
また、蛍光体含有フィルム片の領域を、数分割し、各分割領域ごとに青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体、黄色蛍光体を分離して形成する(分離型蛍光体フィルム片とする)ことにより、各蛍光体の相互作用を防ぎ、発光装置の演色性や輝度を向上することができる。
また、白色発光装置に限らず、本発明の構造を単色発光の半導体発光装置に応用することにより、蛍光体発光特有なブロードなスペクトルをもつ光の三原色に対応した高出力の発光装置や、LEDチップ発光特有のシャープなスペクトルを持つ紫外光や可視光や赤外光の高出力の発光装置の製造が可能となる。
本発明の第1実施形態の発光装置の図であって、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た平面図、(c)は線A−Aでの断面図である。 本発明の第2実施形態の発光装置の図であって、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た平面図、(c)は線B−Bでの断面図である。 本発明の第3実施形態の発光装置の断面図である。 本発明の第4実施形態の発光装置の断面図である。 従来技術の発光装置を示す図であって、(a)(b)は、白色発光素子、(c)は発光装置である。 従来技術の発光装置を示す断面図である。 本発明の分離型蛍光体フィルム片を示す図である。
以下、本発明の発光装置の実施形態について、第1から第6実施形態の順に、図面を参照して詳細に説明する。
まず、第1実施形態の発光装置を図1に示す。
この発光装置1は、青色光を発光し、n側電極(−電極)とp側電極(+電極)上に10μmの厚みのメッキバンプ(10μm厚のNiメッキ上にAuストライクメッキをしたもの)を形成した3W級の青色LED素子2を、セラミックの酸化アルミ基板(または窒化アルミ基板)4のチップ搭載電極(E1、F1)上にメッキバンプを介して実装し、2重構造体にする。この基板4のサイズは、放熱を考慮して、厚みは約0.5mm、大きさは(コストも考慮して)一辺が約2mmの正方形でLEDチップよりやや大きくする。2重構造体の基板に形成されたチップ搭載電極(E1、F1)と外部基板実装電極(E2、F2)のE1−E2間、およびF1−F2間は、スルーホールで導通接続されている。
この2重構造体の青色LED素子2の上面(光取り出し面)に、シリコン樹脂に蛍光体粉末を混ぜて矩形状にした蛍光体含有フィルム片3の入光面をシリコン樹脂で接着する。蛍光体含有フィルム片3のサイズは、厚みが約0.1mmで、大きさは、一辺が約2.4mmの正方形である。
青色LED素子2の側面には、シリコン樹脂で、蛍光体含有フィルム片3を底面とする逆四角錐形状の構造体7を形成する。
さらに、2重構造体の基板4の外部基板実装電極形成面と蛍光体含有フィルム片3の出光面以外の露出面を酸化チタン微粉末をシリコン樹脂に混ぜた白色樹脂6で被覆し、反射壁を形成し発光装置1とする。
この構造は、基板4を白樹脂内に埋め込んだ形状で、従来の基板上に樹脂構造を形成するものとは異なっている。基板4は、LED素子2を搭載し、LED素子2で発生する熱を放熱するために必要な最小の大きさに止めており、高価な基板の材料費を抑えることができる。
また、この構造の発光装置1の輝度(光束:ルーメン値)は、蛍光体含有フィルム片3の大きさ(広さ)に大きく依存する。例えば、3W級のLED素子2の場合は、蛍光体含有フィルム片3の大きさは、一辺が2.4mmから3.0mmの正方形の時に最も光の取り出し効率が良くなり明るく(ルーメン値が大きく)なる。それ以下では、光の取り出し効率が悪くなり暗く(ルーメン値が小さく)なる。つまり、蛍光体含有フィルム片3は、基板より大きくする必要があり、本発明の構造であればそれが可能となり、輝度やその他の光特性も従来の構造に比べ同等以上にすることができるのである。
LED素子2は、透光性結晶基板(例えば、サファイア基板、SiC基板、GaN基板など)の面上に、GaN系化合物半導体膜を基板側から、バッファ層、n型層、青色光を発する発光層、およびp型層の順に積層し、p型層の面上にp側電極を、p型層及び発光層を部分的に選択エッチングしn型層を露出した部分にn側電極を形成したもので、p側電極とn側電極は、数μmの段差はあるが、ほぼ同一面上に形成されている。これらの電極の表面は、Au膜であり、ウエハー状態の時に、これら電極上にPd,Ni,Au(表面保護用)の順に無電解メッキが可能で、高さほぼ10μm(好ましくは20μm)のバンプを形成しておく。高さのほとんどはNiである。
蛍光体含有フィルム片3は、例えば、2種類の蛍光体粉末をレジンタイプのシリコーンに混ぜ合わせて、フィルム状に成型し硬化させたものを矩形状に分割したものであり、1種の蛍光体は、青色光で励起され、緑色光を発する蛍光体(例えば、CaSc:Ce)で、他の1種の蛍光体は、青色光で励起され、赤色光を発する蛍光体(例えば、(SrCa)AlSiN:Eu)である。配合量は例えば電球色に近い色温度3000K程度に合わせる。色温度は、配合量を変えることにより選択できる。レジンタイプのシリコーンは、高屈折率(1.5〜1.55)で、硬さがShoreD(40〜70、好ましくは60〜70)で、透明性の良い(例えば、光透過性が波長450nmの青色光に対し、樹脂の厚みが1mmの場合、95%以上、好ましくは99%以上)ものを使用する。
反射壁6は、例えば、粒子径が0.21μmの酸化チタン微粉末をレジンタイプのシリコーンに混ぜ合わせて硬化させたものである。酸化チタンは、誘電率が大きく光反射率が高いので、反射壁によく利用されるが、光触媒の性質があるため、紫外光や青色光により励起され、周囲の水分や酸素に作用し、OHラジカルやOHラジカルを作り、シリコン樹脂を劣化変色させる。そのため青色LED素子の周囲の反射壁が白色から変色し、数十時間で80%以下に輝度劣化してしまう。そのためここで使用する酸化チタン微粒子は、その表面をシリカやアルミナでコートしたりシロキサン処理により、光触媒の性質を防いだものを使用する。また、シリコン樹脂との配合比は、顔料体積濃度で5〜30%程度とし、密集効果による反射率の低下を防ぐことも必要である。また、レジンタイプのシリコーンは、高屈折率(1.5〜1.55)で、硬さがShoreD(50〜70、好ましくは60〜70)で、透明性の良い(例えば、光透過性が波長450nmの青色光に対し、樹脂の厚みが1mmの場合、95%以上、好ましくは99%以上)ものを使用する。また、この反射壁の厚みは、蛍光体含有フィルム片3の側面は60μm程度以上で、LED素子2の側面側はそれより厚く100μm程度以上にする。これらの値は一例でこれに限ったものではない。
LED素子2と蛍光体含有フィルム片3との接着は、蛍光体含有フィルム片に使用したレジンタイプのシリコーンを用いる。このシリコン樹脂の中に色度や色温度補正用の前記蛍光体を適量混ぜても良い。
次に、第2実施形態の発光装置を図2に示す。
この発光装置10は、2重構造体は第1実施形態と同じであるが、光の取り出し効率を上げるために樹脂レンズ18を用いている。
第1実施形態の場合は、光の取り出し効率を良くするために錐形の反射壁5と広めの蛍光体含有フィルム片3を用いていたが、第2実施形態の場合は、錐形の反射壁は用いずに、蛍光体含有フィルム片13のサイズもLED素子2より僅かに大ものを用いているが、その分広めの凸状の樹脂レンズ18を用いることにより、光の取り出し効率を第1実施形態の発光装置1以上に良くしている。
第1実施形態と同様に、3W級の青色LED素子2を基板4上に実装して、前記2重構造体とした後、この青色LED素子2の上面(光取り出し面)に、蛍光体含有フィルム片13の入光面をシリコン樹脂で接着する。蛍光体含有フィルム片13のサイズは、厚みが約0.1mmで、大きさは、一辺が約1.5mmの正方形である。
さらに、2重構造体の基板4の外部基板実装電極形成面と蛍光体含有フィルム片13の出光面以外の露出面を白色樹脂で被覆し、反射壁16を形成する。この時、反射壁16の上面は、蛍光体含有フィルム片13の出光面と同じ面一の面にする。
さらに、この面一の面上に、蛍光体含有フィルム片13の出光面を内包する径を持つ凸状の樹脂レンズ18を形成する。この凸状の樹脂レンズ18の直径は、約2mmから約3mm程度と蛍光体含有フィルム片13より大きくし、光の取り出し効率を良くする。
この樹脂レンズ18の効果で、この構造の発光装置10の輝度(光束:ルーメン値)は、第1実施形態の発光装置1よりも、明るくなる。
樹脂レンズ18の大きさで、発光装置10のサイズが決まり、例えば、樹脂レンズ18の直径が約2.0mmの時、発光装置10の大きさは、一辺が約2.4mmの正方形になり、直径が約3mmの時、一辺が約3.4mm程度となる。光の取り出し効率は、後者の方が良くなる。
次に、第3実施形態の発光装置の断面図を図3に示す。この断面図は、第1実施形態の線A−Aに相当する位置の断面図である。
この発光装置30は、第1実施形態の発光装置1とほぼ同じであるが、使用されている3W級の青色LED素子32が異なっている。該青色LED素子32は、光取り出し面が電極形成面より小さい台形状で、側面が傾斜しており、この面からの光取り出しも考慮されている。そのため、第1実施形態の発光装置1の逆四角錐形状の構造体7と同じように構造体37を形成し、傾斜面からの光の取り出しを良好にしている。
この場合の蛍光体含有フィルム片33のサイズは、厚みが約0.1mmで、大きさは一辺が約2.4mmから約3.0mm程度にする。
次に、第4実施形態の発光装置の断面図を図4に示す。この断面図は、第2実施形態の線B−Bに相当する位置の断面図である。
この発光装置40は、第3実施形態の発光装置30と同じように、台形状の3W級の青色LED素子32を用いている。発光装置30の蛍光体含有フィルム片33の上に、該蛍光体含有フィルム片より大きなレンズ径をもつ凸状の樹脂レンズ38を形成し、光の取り出し効率をさらに向上している。
この発光装置40に使用される蛍光体含有フィルム片33のサイズは、厚みが約0.1mmで、大きさは一辺が約2.4mmの正方形であり、樹脂レンズの直径は約3.4mmである。
次に、第5実施形態の発光装置は、図1から図4までの発光装置において、蛍光体含有フィルム片3や13や33の代わりに図7(a)(b)(c)(d)で示すような分離型蛍光体フィルム片を用いた発光装置である。
この発光装置は、蛍光体相互の干渉がほとんどなく、(例えば、緑色蛍光体と赤色蛍光体を混合した蛍光体含有フィルムの場合、緑色蛍光体が発する光を赤色蛍光体が再度吸収するといった干渉がなく)演色性を示す演色評価数RaやR9を高くすることができるし、緑色蛍光体の発した光を再度赤色蛍光体が吸収するといった2段階の吸収がないので、発光効率もよくなる。
蛍光体の分離形状は、図7に示しているが、(a)や(b)のように一つの丸や四角でも良いし、複数の丸や四角でも良いし、丸や四角以外の形でも良い。また、(c)や(d)のように十字の線や横や縦の線で分割しても良い。
次に、第6実施形態の発光装置は、図1から図4までの発光装置において、蛍光体含有フィルム片3や13や33の代わりに、蛍光体を混ぜていないシリコン樹脂からなる透明樹脂フィルムを使用した発光装置である。
この発光装置は、使用するLED素子自体の発光色(紫外光、可視光、赤外光)で、LED素子特有の狭い半値幅をもつスペクトルの光が特徴である。
1,10,30,40 発光装置
2,32 半導体発光素子(LED素子またはLEDチップ)
3,13,33 蛍光体含有フィルム片
4,34 基板
5 反射壁の斜面
6,16,36,76 反射壁
18,38 樹脂レンズ
71,72 蛍光体含有フィルム片の分割領域
E1,F1,E2,F2,G1,H1,G2,H2 電極

Claims (6)

  1. 半導体発光素子を基板に搭載した発光装置において、前記半導体発光素子をモールドする樹脂構造を前記基板上に限定せず、該基板からはみ出すように形成し、前記樹脂構造の外形が、前記基板の前記半導体発光素子が搭載される面の外形より大きいことを特徴とする発光装置。
  2. 前記半導体発光素子をモールドする樹脂構造は、透明樹脂の部分、蛍光体粉末を混ぜた蛍光体含有樹脂の部分および白色顔料を混ぜた白色樹脂の部分のうち2つ以上の組み合わせの部分からなることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 青色光、紫色光、または紫外光を発光し、対向する2つの主面を持ち、一方の主面を光取り出し面とし、他方の主面を電極形成面とし、該電極形成面上にバンプを有する半導体発光素子が、前記電極形成面と同等もしくは大きな対向する2つの主面を持ち、一方の主面上に1対のチップ搭載電極(+電極および−電極)、他方の主面上に1対の外部基板実装電極(+電極および−電極)が形成され、各主面上の前記+電極間および前記−電極間はスルーホールで導通接続されている基板の前記チップ搭載電極上に、前記バンプを介して実装された2重構造体とし、
    前記2重構造体の前記光取り出し面と同等もしくは大きな対向する2つの主面を持ち、一方の主面を入光面とし、他方の主面を出光面とする前記蛍光体粉末を混ぜた蛍光体含有樹脂(蛍光体含有フィルム片と記する)が、前記光取り出し面と前記入光面を対向するように重ねて配置され、
    前記2重構造体の前記外部基板実装電極が形成された主面(または該主面とその近傍)、および前記蛍光体含有フィルム片の前記出光面(または該出光面とその近傍)以外の露出面が前記白色顔料を混ぜた白色樹脂(反射壁と記する)で覆われていることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記蛍光体含有フィルム片の前記出光面の上に、該出光面の外形を内包する径を持つ樹脂レンズを形成することを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記蛍光体含有フィルム片の代わりに透明樹脂フィルム片を用いることを特徴とする請求項3または4の何れか1項に記載の発光装置。
  6. 前記蛍光体含有フィルム片の領域を分割し、分割した領域ごとに、青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体、黄色蛍光体のうち、いずれかの蛍光体を1つ割り当てて、該蛍光体含有フィルム片を構成する(以下、分離型蛍光体フィルム片と記する)ことを特徴とする請求項3または4の何れか1項に記載の発光装置。
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