JP2014220295A

JP2014220295A - 発光装置

Info

Publication number: JP2014220295A
Application number: JP2013096998A
Authority: JP
Inventors: 貴愛岩井; Takae Iwai
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2014-11-20

Abstract

【課題】波長変換部材に形成される各波長領域の複数の蛍光発光部間の干渉を抑えることで、各発光素子に対応した発光領域における波長変換効率及び発光効率を高め、全体として効率のよい演色効果を得ることのできる発光装置を提供することである。【解決手段】複数の発光素子１５からなるＬＥＤチップ１２と、このＬＥＤチップ１２に配設される波長変換部材１３とを備える発光装置１１において、前記波長変換部材１３には、前記各発光素子１５から発せられる光を所定の波長領域に変換するための各波長領域からなる蛍光発光部１８が複数形成され、それぞれの蛍光発光部１８が白色系の仕切部１９，２０によって仕切るように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、波長変換部材を備えた発光装置に関するものである。

従来、バックライトや一般照明用の発光装置においては、白色光をはじめとする各色の発光を得るために、光源に青色発光素子や赤色発光素子等の各色の発光素子を複数組み合わせて使用している。また、明るさを変えるなどの調光機能や中間色等の演色効果を得るために、前記発光素子から発せられる光を所定の可視光に波長変換して使用する場合がある。

前記波長変換は、発光素子を封止する封止樹脂体に各色の蛍光体を含有させたり、発光素子に前記蛍光体を含有させたシート材を装着したりするなどの手段が多く用いられている。

このような波長変換機能を備えた発光装置としては、特許文献１に開示されているような発光装置がある。この発光装置は、所定波長による光を発し、複数の発光素子群に区分される複数の発光素子と、配線基板の発光素子実装面に対向する位置に設けられ、複数の発光素子に対応して複数の波長変換領域に分割された波長変換部材とを備えた構造となっている。前記波長変換部材は、複数の発光素子群に対応して複数の波長変換群に区分されると共に、波長変換群ごとに異なる波長変換特性を有して対応する発光素子が発する光を波長変換して出射するようになっている。

特開２０１２−１９１０４号公報

上記特許文献１に開示されている発光装置にあっては、波長変換部材に形成されている複数の波長変換群の境界が隣接しているため、隣接している波長変換群同士の干渉が生じ易い。このような波長変換群同士が干渉すると、各波長変換群における波長変換特性が相殺されてしまうため、発光効率が低下したり、演色効果が損なわれたりすることとなる。

また、波長変換群同士の境界部分では、異なる蛍光体が混じり合うことによってできる予期しない発光色が表れることとなり、発光装置全体として期待通りの演色効果が得られない場合もある。

そこで、本発明の目的は、波長変換部材に形成される各波長領域の複数の蛍光発光部間の干渉を抑えることで、各発光素子に対応した発光領域における波長変換効率及び発光効率を高め、全体として効率のよい演色効果を得ることのできる発光装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、複数の発光素子からなるＬＥＤチップと、このＬＥＤチップに配設される波長変換部材とを備える発光装置において、前記波長変換部材には、前記各発光素子から発せられる光を所定の波長領域に変換するための各波長領域からなる蛍光発光部が複数形成され、それぞれの蛍光発光部が白色系の仕切部によって仕切られていることを特徴とする。

また、前記蛍光発光部には、各発光素子を複数の発光領域に分けて波長変換を行う小蛍光発光部が複数形成されていることを特徴とする。

本発明に係る発光装置によれば、波長変換部材に形成される複数の蛍光発光部が白色系の仕切部によって仕切られているので、隣接する蛍光発光部との干渉が起こりにくくなる。これによって、各蛍光発光部での波長変換効率を高めることができる。

前記発光素子に対応する蛍光発光部が、複数の波長領域からなる複数の小蛍光発光部を備えることによって、各小蛍光発光部の波長変換効率が高まる。また、この波長変換によって高められた各波長の光によって演色性の高い発光効果を得ることができる。

本発明に係る発光装置の分解斜視図である。上記発光装置を構成するＬＥＤチップ及び波長変換部材の断面図である。波長変換部材の第１の実施形態を示す平面図である。波長変換部材の第２の実施形態を示す平面図である。波長変換部材の第３の実施形態を示す平面図である。波長変換部材の第４の実施形態を示す平面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明における発光装置の分解斜視図、図２は前記発光装置の断面図、図３乃至図６は各種実施形態における波長変換部材の平面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の発光装置１１は、ＬＥＤチップ１２と、このＬＥＤチップ１２上に設けられる波長変換部材１３とを備えている。前記ＬＥＤチップ１２は、配線パターンが形成された基板１４と、この基板１４上に実装される複数の発光素子１５と、前記複数の発光素子１５を封止する透明な封止樹脂１６とによって構成されている。

前記基板１４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、表面には複数の発光素子１５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。前記発光素子１５には、青色発光素子又は赤色発光素子が用いられる。

青色発光素子は、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。この青色発光素子は、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１４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ジャンクションを中心として青色光が発せられる。この青色発光素子は、前記波長変換部材１３を通すことによって、白色系の発光に変換される。

赤色発光素子は、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構造は前記青色発光素子と同様である。この赤色発光素子は、前記青色発光素子と組み合わせることで、暖色系の発光色となる。

前記波長変換部材１３は、ＬＥＤチップ１２と同じ平面サイズを有した薄い白色系の樹脂基材１７と、この樹脂基材１７に設けられる複数の蛍光発光部１８とによって形成されている。前記各蛍光発光部１８は、透明な樹脂バインダーに所定分量の各種蛍光体を含有させて成形したものであり、例えば、エポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂からなる樹脂バインダーに、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することによって形成される。

次に、前記波長変換部材１３に形成される蛍光発光部１８の各実施形態について説明する。図３は第１実施形態の蛍光発光部１８の構成例を示したものである。この実施形態では、それぞれの発光素子１５がカバーする発光領域を４分割する４面の四角形状の小蛍光発光部１８ａ〜１８ｄを設定し、この小蛍光発光部１８ａ〜１８ｄを一定幅のライン状の仕切部１９，２０を隔てて離間配置したものである。この蛍光発光部１８は、複数の発光素子１５に対応して設けられる。

前記各蛍光発光部１８は、一方の対角線上に赤色蛍光部１８ａと青色蛍光部１８ｄとが配置され、他方の対角線上に緑色蛍光部１８ｂ，１８ｃが一対配置されている。本実施形態では、４面の小蛍光発光部１８ａ〜１８ｄに対してＲＧＢの三原色を満たすために、緑色蛍光部１８ｂ，１８ｃを一対配置した。これによって、ＲＧＢ三原色によるカラー発光の中で緑系の発光色を引き立たせるような演色効果を得ることができる。なお、赤系又は青系を基調とした発光効果を得る場合は、赤色蛍光部１８ａ又は青色蛍光部１８ｄをそれぞれ２面構成にすればよい。このようにＲＧＢ三原色の領域を含んで構成される蛍光発光部１８が各発光素子１５の発光領域をカバーするように形成されているため、一つの発光領域内で様々に色調を変化させることができる。また、波長変換部材１３全体として見れば、各発光領域による発光が一つにまとまった演色効果が得られる。

前記各小蛍光発光部１８ａ〜１８ｄは、その周囲が白色系の仕切部１９，２０によって仕切られているため、隣接している他の各小蛍光発光部からの影響を受けにくい。このため、同じ発光素子１５の発光領域内であっても、他からの影響を受けずにそれぞれの小蛍光発光部に含有されている蛍光体による波長変換を高効率に行うことができる。前記仕切部１９，２０は、幅が広いほど隣接する小蛍光発光部からの影響が少ないが、広すぎると他の小蛍光発光部との混色性が弱まり、全体としての演色性が損なわれてしまう。このため、各小蛍光発光部の周囲を仕切る仕切部１９，２０の幅は、１００μｍ〜３００μｍの範囲に設定するのが好ましい。

上記構成からなる波長変換部材１３によれば、発光素子１５から発せられる光を各小蛍光発光部１８ａ〜１８ｄによって、それぞれの波長に効率よく変換することができ、このようにして効率よく変換された各波長の光が各発光素子１５の発光領域内で交わり、また、拡散することによって、波長範囲の広い演色効果を得ることができる。

図４は第２実施形態の蛍光発光部２１の構成例を示したものである。この実施形態では、それぞれの発光素子１５がカバーする発光領域を一つの蛍光発光部２１とし、この一つの蛍光発光部２１を４分割して小蛍光発光部１８ａ〜１８ｄを設定したものである。この小蛍光発光部１８ａ〜１８ｄの構成は、第１実施形態と同様に、一方の対角線上に赤色蛍光部１８ａと青色蛍光部１８ｄとが配置され、他方の対角線上に緑色蛍光部１８ｂ，１８ｃが一対配置されたものとなっている。このため、各発光素子１５から発せられる光は、４面の小蛍光発光部１８ａ〜１８ｄによって、境目のない状態で波長変換が行われるが、小蛍光発光部１８ａ〜１８ｄの集合体による蛍光発光部２１の周囲が仕切部１９，２０によって仕切られているので、隣接する発光素子１５の相互の発光領域での干渉は起きづらい。前記仕切部１９，２０の幅は、第１実施形態と同様に１００μｍ〜３００μｍの範囲に設定するのが好ましい。４分割による小蛍光発光部の組み合わせ構成は、第１実施形態と同様とすることで、同じような発光色効果を有するが、演色性に対しては、一つの発光素子１５の発光領域ごとに統一したものとなる。

上記第１及び第２実施形態では、各蛍光発光部が４面の小蛍光発光部の組み合わせによって形成したが、図５に示す第３実施形態のように、各発光素子１５の発光範囲をカバーするような円形状の蛍光発光部３１とし、この蛍光発光部３１を１２０度の回転半径で分割することによって３面の小蛍光発光部３１ａ〜３１ｃを設定することができる。このような構成にすることで、赤色蛍光部３１ａ、青色蛍光部３１ｂ及び緑色蛍光部３１ｃの面積が均一となるので、均一な三原色発光による演色効果が得られる。なお、このような３面の小蛍光発光部の組み合わせは、第１実施形態のように、各小蛍光発光部３１ａ〜３１ｃを仕切部１９，２０によって仕切るか、第２実施形態のように、各小蛍光発光部を連続して配置するかによって、全体としての演色効果が異なったものとなる。

図６は第４実施形態の蛍光発光部４１の構成例を示したものである。この実施形態では、複数の発光素子１５に対して、水玉状の蛍光発光部４１を規則的に配置したものであり、各蛍光発光部４１には、赤色の蛍光材が白色系の仕切枠４２内に充填されている。これによって、赤色を基調とした複数の水玉模様による演色効果が得られる。なお、前記仕切枠４２内に青色又は緑色の蛍光材を充填することによって、青色又は緑色を基調とした水玉模様による演色効果を得ることができる。この実施形態における波長変換部材１３は、白色系のシリコーン樹脂の表面に円形の孔部を開設し、この孔部内に各色の蛍光材を充填することによって形成することができる。

上記第１乃至第４実施形態に示した波長変換部材１３は、白色系のバインダー樹脂中に蛍光体材料を分散させてシート状に形成され、ＬＥＤチップ１２の上面に粘着固定されるが、各種の蛍光体材料をパターン化した蛍光体プレートによって形成することもできる。

以上説明したように、本発明の発光装置にあっては、ＬＥＤチップから発する光を波長変換させる波長変換部材が波長領域の異なる複数の蛍光発光部からなり、それぞれの蛍光発光部が白色系の仕切部によって仕切られた構造となっている。これによって、それぞれの蛍光発光部相互間における干渉や影響を受けることがないので、それぞれの蛍光発光部での波長変換を高効率で行うことができ、波長変換部材全体として演色性に富んだ発光効果を得ることができる。

１１発光装置
１２ＬＥＤチップ
１３波長変換部材
１４基板
１５発光素子
１６封止樹脂
１７樹脂基材
１８蛍光発光部
１８ａ赤色蛍光部
１８ｂ緑色蛍光部
１８ｃ緑色蛍光部
１８ｄ青色蛍光部
１９仕切部
２０仕切部
２１蛍光発光部
３１蛍光発光部
３１ａ赤色蛍光部
３１ｂ緑色蛍光部
３１ｃ青色蛍光部
４１蛍光発光部
４２仕切枠

Claims

複数の発光素子からなるＬＥＤチップと、このＬＥＤチップ上に配置される波長変換部材とを備える発光装置において、
前記波長変換部材には、前記各発光素子から発せられる光を所定の波長領域に変換するための各波長領域からなる蛍光発光部が複数形成され、それぞれの蛍光発光部が白色系の仕切部によって仕切られていることを特徴とする発光装置。
前記蛍光発光部は、各発光素子に対応して設けられる請求項１に記載の発光装置。
前記蛍光発光部には、各発光素子を複数の発光領域に分けて波長変換を行う小蛍光発光部が複数形成されている請求項１又は２に記載の発光装置。
前記複数の小蛍光発光部は、前記仕切部によって仕切られている請求項３に記載の発光装置。
前記蛍光発光部は、赤色蛍光材、緑色蛍光材及び青色蛍光材からなる小蛍光発光部の組み合わせによって形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の発光装置。
前記蛍光発光部は、４つの四角形状の小蛍光発光部を正方配列して構成され、一方の対角線上に赤色蛍光材が含有された小蛍光発光部と青色蛍光材が含有された小蛍光発光部が配置され、他方の対角線上に緑色蛍光材が含有された小蛍光発光部同士が配置されている請求項１乃至５のいずれかに記載の発光装置。