JP4353196B2

JP4353196B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP4353196B2
Application number: JP2006066410A
Authority: JP
Inventors: 隆夫林; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007243055A

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。

従来、相対的に波長の短い第１の可視光を放射するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されたベース部材と、ベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側に配設され第１の可視光によって励起されて第１の可視光の波長よりも波長の長い第２の可視光を放射する蛍光材料を透明材料とともに成形した成形品からなる色変換部材とを備えた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、この種の発光装置としては、例えば、第１の可視光として青色光を放射するＬＥＤチップと、第２の可視光として黄色光を放射する蛍光体とを混色させて白色光（白色光の発光スペクトル）を得る白色発光装置（一般に白色ＬＥＤと呼ばれている。）が商品化されている。
特開２００１-１４８５１４号公報

しかしながら、上記白色発光装置では青色光と黄色光を混色させているために長波長領域の可視光（赤色光）が不足しており、そのために演色性が低いという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、演色性を向上した発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、相対的に波長の短い第１の可視光を放射するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されたベース部材と、ベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側に配設され第１の可視光によって励起されて第１の可視光の波長よりも波長の長い第２の可視光を放射する第１の蛍光材料を透明材料とともに成形した成形品からなる第１の色変換部材と、第１の色変換部材に対してベース部材と反対側に空気層を介在するようにして配設され第１の色変換部材を通過した第１の可視光によって励起されて第１の可視光よりも波長が長く且つ第２の可視光よりも波長の短い第３の可視光を放射する第２の蛍光材料からなる第２の色変換部材と、第２の色変換部材に対してベース部材と反対側に密着するように配設され透明材料の成形品からなるカバーとを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、第２の蛍光材料を透明材料とともに成形することで第２の色変換部材とカバーとを一体に形成したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、第１及び第２の色変換部材並びにカバーがドーム状に形成されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ＬＥＤチップから放射された第１の可視光と、第１の色変換部材によって第１の可視光から色変換された第２の可視光と、第２の色変換部材によって第１の可視光から色変換された第３の可視光とを混色することで白色光を得ることができるとともに、長波長領域の可視光（第２の可視光）が増えるために従来例に比較して演色性が向上し、また、第２の色変換部材で反射した第１の可視光が第１の色変換部材によって第２の可視光に色変換されるから、色の変換効率が向上するという効果がある。さらに、第１の色変換部材と第２の色変換部材との間に空気層が介在しているため、第２の色変換部材で散乱された光のうち、第１の色変換部材側へ散乱されて第１の色変換部材を通過する光の量を低減することができ、しかも、第２の色変換部材の外側には透明材料の成形品からなるカバーが存在するため、カバーが存在しない場合、すなわち、第２の色変換部材が直接空気に触れている場合に比較して、外側（カバー側）へ散乱された光のうち、第２の色変換部材側に戻る光の量を低減することができて色の変換効率が向上するという効果がある。

請求項２の発明によれば、第２の色変換部材とカバーとを一体に形成することで部品点数並びに組立工程が削減できるとともに第２の色変換部材の強度が向上するという効果がある。

請求項３の発明によれば、ＬＥＤチップから放射された第１の可視光が第１及び第２の色変換部材に達するまでの光路長がほぼ均一になるために色むらの発生を抑えることができるという効果がある。さらに、色変換された光がＬＥＤチップ側に戻る量を低減することができて色変換効率が向上するという効果もある。

本実施形態の発光装置は、図１に示すようにＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１が実装されたベース部材たる実装基板１０と、実装基板１０におけるＬＥＤチップ１の実装面側に配設される第１の色変換部材２０と、第１の色変換部材２０に対して実装基板１０と反対側に配設される第２の色変換部材３０と、第２の色変換部材３０に対して実装基板１０と反対側に密着するように配設されるカバー５０とを備える。

実装基板１０は、金属板１１上に絶縁層１２を介して対となる導体パターン１３，１３が形成された金属基板からなり、ＬＥＤチップ１で発生した熱が金属板１１に伝導されるようになっている。なお、金属板１１の材料としてＣｕを採用しているが、熱伝導率が比較的高い金属材料であればよく、Ｃｕに限らず、Ａｌなどを採用してもよい。

ＬＥＤチップ１は、青色光（第１の可視光）を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、サファイア基板からなる結晶成長用基板２の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて、例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部３がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長させてある。

また、ＬＥＤチップ１は、ＬＥＤチップ１のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されたサブマウント部材４０を介して金属板１１上に搭載されており、図示しないアノード電極並びにカソード電極がそれぞれボンディングワイヤ４を介して導体パターン１３，１３と電気的に接続されている。ここで、サブマウント部材４０は、熱伝導率が比較的に高く且つ絶縁性を有する材料（例えば、ＡｌＮや複合ＳｉＣなど）によって形成されている。なお、ＬＥＤチップ１とサブマウント部材４０とは、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合されている。

第１の色変換部材２０は、シリコーン樹脂のような透明材料をドーム状（半球状）に成形した成形品により構成され、ＬＥＤチップ１から放射された第１の可視光（青色光）によって励起されて第１の可視光の波長よりも波長の長い第２の可視光（赤色光）を放射する粒子状の赤色蛍光体からなる第１の蛍光材料を多量に含む蛍光体層２１がＬＥＤチップ１に対向する内周面側に一体に形成されている。そして、第１の色変換部材２０は、例えば接着剤（シリコーン樹脂やエポキシ樹脂など）を用いて開口部の周縁を実装基板１０に対して接着することでサブマウント部材４０とともにＬＥＤチップ１を覆う形で実装基板１０に搭載されている。

カバー５０は、シリコーン樹脂のような透明材料をドーム状（半球状）に成形した成形品により構成され、ＬＥＤチップ１から放射された第１の可視光（青色光）によって励起されて第１の可視光よりも波長が長く且つ第２の可視光（赤色光）よりも波長の短い第３の可視光（緑色光）を放射する粒子状の緑色蛍光体からなる第２の蛍光材料をドーム状（半球状）に形成してなる第２の色変換部材３０が第１の色変換部材２０に対向する内周面側に一体に形成されている。そして、第２の色変換部材３０並びにカバー５０は、例えば接着剤（シリコーン樹脂やエポキシ樹脂など）を用いて開口部の周縁を実装基板１０に対して第１の色変換部材２０の外側に接着することで第１の色変換部材２０とともにサブマウント部材４０やＬＥＤチップ１を覆う形で実装基板１０に搭載されている。但し、第１の色変換部材２０並びにカバー５０に用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機材料と無機材料とを複合化した材料などを用いても構わない。

而して、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１から放射される第１の可視光（青色光）と、第１の色変換部材２０によって第１の可視光から色変換された第２の可視光（赤色光）と、第２の色変換部材３０によって第１の可視光から色変換された第３の可視光（緑色光）とを混色することで白色光を得ることができ、しかも、青色光と黄色光を混色する従来例に比較して、長波長領域の第２の可視光（赤色光）が増えるために演色性が向上するものである。また、第２の色変換部材３０で反射して内側に戻る第１の可視光が第１の色変換部材２０によって第２の可視光に色変換されて外側に放射されるから、色の変換効率が向上するという利点もある。さらに、第１及び第２の色変換部材２０，３０がドーム状に形成されているので、ＬＥＤチップ１から放射された第１の可視光が第１及び第２の色変換部材２０，３０に達するまでの光路長をほぼ均一にすることができ、その結果、混色光（白色光）の色むらが生じるのを抑えることができる。さらに、色変換された光がＬＥＤチップ１側に戻る量を低減することができて色変換効率が向上するという利点もある。

また、本実施形態の発光装置では、第２の色変換部材３０と第１の色変換部材２０との間に空気層６０が形成されているので、第２の色変換部材３０で散乱された光（青色光）のうち、第１の色変換部材２０側へ散乱されて第１の色変換部材２０を通過する光の量を低減することができ、さらに、第２の色変換部材３０の外側には透明材料の成形品からなるカバー５０が存在するため、カバー５０が存在しない場合、すなわち、第２の色変換部材３０が直接空気に触れている場合に比較して、外側（カバー５０側）へ散乱された光（青色光）のうち、第２の色変換部材３０側に戻る光の量を低減することができ、その結果、色の変換効率が大幅に向上する。

なお、図２に示すように、シリコーン樹脂のような透明材料と第１の蛍光材料とを混合した混合物をドーム状（半球状）に成形した成形品によって第１の色変換部材２０を構成するとともに、第１の色変換部材２０でＬＥＤチップ１を封止する構造としても構わない。

本発明の実施形態を示す断面図である。本発明の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ＬＥＤチップ
１０実装基板（ベース部材）
２０第１の色変換部材
３０第２の色変換部材
５０カバー

Claims

相対的に波長の短い第１の可視光を放射するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されたベース部材と、ベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側に配設され第１の可視光によって励起されて第１の可視光の波長よりも波長の長い第２の可視光を放射する第１の蛍光材料を透明材料とともに成形した成形品からなる第１の色変換部材と、第１の色変換部材に対してベース部材と反対側に空気層を介在するようにして配設され第１の色変換部材を通過した第１の可視光によって励起されて第１の可視光よりも波長が長く且つ第２の可視光よりも波長の短い第３の可視光を放射する第２の蛍光材料からなる第２の色変換部材と、第２の色変換部材に対してベース部材と反対側に密着するように配設され透明材料の成形品からなるカバーとを備えたことを特徴とする発光装置。
第２の蛍光材料を透明材料とともに成形することで第２の色変換部材とカバーとを一体に形成したことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
第１及び第２の色変換部材並びにカバーがドーム状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。