JP4821087B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とし、照明、表示等に用いられる発光装置に関するものである。

近年、窒化ガリウム系化合物半導体による青色光、あるいは紫外線を放射するＬＥＤチップが開発された。このＬＥＤチップを、蛍光顔料、蛍光染料など種々の波長変換材料と組み合わせることにより、白色を含め、チップの発光色とは異なる色合いの光を出すＬＥＤ発光装置の開発が試みられている。このＬＥＤ発光装置は、小型、軽量、省電力といった長所があり、現在、表示用光源、小型電球の代替、あるいは液晶パネル用光源等として広く用いられている。上記のＬＥＤ発光装置において、波長変換材料の固定方法としては、発光素子の載置部分に波長変換材料を含有した樹脂を充填して発光部を形成する方法が一般的である。

しかしながら、上記の技術では、工程が煩雑なうえ、樹脂の滴下量の制御が困難という問題があり、結果的に発光装置ごとの色ばらつきや光量ばらつきが大きいという問題があった。そこで、この問題を改善するために、例えば、特許文献１に開示の発光装置では、実装基板の凹部内に発光素子を設け、発光素子の発光によって励起されて励起波長と異なる光を放射する波長変換材料と、を含む樹脂部を、実装基板の凹部とその周囲とを覆うよう配置する方法が考案されている。

特許文献１に開示の発光装置の概略構成を図６に示す。この発光装置においては、実装基板２に設けられた凹状開口部２ａの底部にＬＥＤチップ１が実装され、凹状開口部２ａ内には光取出しのための透光性樹脂１１が充填され（発光部となる）、さらに、凹状開口部２ａを覆うように透光性材料中に蛍光体等の波長変換材料を含有させたフィルム状の波長変換部材４が設けられている。なお、実装基板２にはＬＥＤに電力を供給するための配線部１４を有し、この配線部１４とＬＥＤチップ１との間はボンディングワイヤ１２により接続される。
特開２００１−３４５４８２号公報

上記の発光装置では、波長変換材料を含む波長変換部材をＬＥＤチップとは別部材として作製することにより、寸法や波長変換材料ないし光吸収体の濃度を制御することができる結果、工程が簡略化され、かつ、発光装置ごとの色ばらつき、光出力ばらつきが改善される効果が得られる。

しかしながら、波長変換材料を含む波長変換部材４の、実装基板２の凹状開口部２ａより外側周縁領域には、発光部からの光が直接に届かないために、波長変換部材４の中心部と、実装基板２の凹状開口部２ａより外側周縁領域とから放たれる光との間に色合いの差を生じ、これが照射面側において色むらとなって現れるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、波長変換部材中央部から放射される光と、実装基板凹状開口部の外側周縁領域にある波長変換部材から放射される光とが異なる色合いとならず、照射面上における色むらを低減できる発光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、凹状開口部が設けられ、ＬＥＤチップに電力を供給するための配線部を有する実装基板と、前記凹状開口部の底面に実装されたＬＥＤチップと、透光性材料中に前記ＬＥＤチップから放射される電磁波を異なる波長域の電磁波に変換する波長変換材料を含有させて成る波長変換部材とを備えた発光装置において、前記波長変換部材は、ＬＥＤチップとは別部材として形成され、前記凹状開口部とその周囲を覆うように配置され、前記波長変換部材の光取出し面側に、前記凹状開口部に対応する部位からの光を出射させる出射制御部材を設け、前記出射制御部材は、波長変換部材の光取出し面側に配置され、該光取出し面に対向して光取込み部を有する光学部材であって、該光学部材の光取込み部端面の形状が前記凹状開口部の開口端面の形状と略同じであるものである。前記波長変換部材は、蛍光染料、顔料等があるが、ＬＥＤチップの光を吸収する光吸収体等であってもよい。

請求項２の発明は、凹状開口部が設けられ、ＬＥＤチップに電力を供給するための配線部を有する実装基板と、前記凹状開口部の底面に実装されたＬＥＤチップと、透光性材料中に前記ＬＥＤチップから放射される電磁波を異なる波長域の電磁波に変換する波長変換材料を含有させて成る波長変換部材とを備えた発光装置において、前記波長変換部材は、ＬＥＤチップとは別部材として形成され、前記凹状開口部とその周囲を覆うように配置され、前記波長変換部材の光取出し面側に、前記凹状開口部に対応する部位からの光を出射させる出射制御部材を設け、前記出射制御部材は、前記波長変換部材の光取出し面側に配置された遮光性の枠部材であって、該枠部材の開口部端面の形状が前記凹状開口部の開口端面の形状と略同じであるものである。

請求項３の発明は、請求項２記載の発光装置において、波長変換部材は、柔軟性の高い材料で成り、枠部材により該波長変換部材を圧接したものである。

請求項４の発明は、請求項１記載の発光装置において、波長変換部材は、光取出し面側が凸状に形成されているものである。

請求項５の発明は、請求項１記載の発光装置において、波長変換部材は、中央部分ほど波長変換材料の濃度を高くしたものである。

請求項１，２の発明によれば、出射制御部材の存在により、実装基板凹状開口部の外側周縁部にある波長変換部材から照射面側へ光が照射されないので、波長変換部材中央部から放射される光とそれ以外の部位から出射される光とが異なる色合いとなることがなく、照射面上における色むらが低減できる。

請求項３の発明によれば、上記効果に加えて、凹状開口部の外側にある波長変換部材内部へ光が伝播し難くなるので、凹状開口部の内側にある波長変換部材内で生じた光の内、照射面方向へ放射される光の割合が高まる結果、光効率が向上する。

請求項４の発明によれば、上記効果に加えて、ＬＥＤチップから放射された光が波長変換部材中を透過する光路長の、観察角度に基づく差が緩和されるので、観察角度に基づく色むら、光強度むらを低減することができる。

請求項５の発明によれば、上記効果に加えて、ＬＥＤから放射された光の内、波長変換部材内において波長変換材料によって異なる波長の光に変換される割合の、観察角度に基づく差が緩和されるので、観察角度に基づく色むら、光強度むらが低減される。

以下、本発明の実施形態に係る発光装置について図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
図１は、実施形態１による発光装置の概略構成を示す。この発光装置は、ＬＥＤチップ１と、このＬＥＤチップ１が実装される凹状開口部２ａが設けられた実装基板２と、その凹状開口部２ａとその周囲を覆うように配置されたシート状の波長変換部材４と、この波長変換部材４の光取出し面側に設けられ、凹状開口部２ａに対応する部位からの光を出射させる出射制御部材としての光学部材６とを備える。ＬＥＤチップ１は、実装基板２の凹状開口部２ａの底面に実装され、凹状開口部２ａの断面は円形で、壁面は円錐テーパー形状とされている。

波長変換部材４は、透光性材料中に波長変換材料（本実施例においては、ＬＥＤ光により励起される蛍光体）を含有させて成る。この波長変換部材４は、ＬＥＤチップ１とは別部材として形成され、凹状開口部２ａとその周囲を覆うように配置されている。光学部材６は、レンズであり、その光取込み部６ａの断面が円形であり、下に凸形状６ｂを持ち、光取込み部６ａを構成する端部６ｃの内周壁の径は、凹状開口部２ａ端の径φと略同じとされている。なお、図示では、実装基板２に設けられＬＥＤチップ１に電力を供給するための配線部、及びＬＥＤチップ１へのボンディングワイヤーを省略している。また、光学部材６は、側下面側に保持部材８を備え、保持部材８が実装基板２の側面を取り囲むと共に、実装基板２の下部において、爪部８ａが嵌め込まれる形で、実装基板２に固定される。

本実施形態においては、光学部材６が出射制御部材ないしは遮光部材として機能するので、凹状開口部２ａの外周縁部にある波長変換部材からの、色むらを生じた光が照射面側へ照射されなくなる。このため、照射面の色むらが低減できる。また、光学部材６による配光制御が容易に可能となる。

＜実施形態２＞
図２は、実施形態２による発光装置の概略構成を示す。この発光装置は、上述実施形態１の発光装置における出射制御部材である光学部材に代えて、遮光性材料で成る枠部材７を波長変換部材４の光取出し面側に配置している。その他の構成は実施形態１と同等である。枠部材７は、凹状開口部２ａに対応した開口部７ａを有し、この開口部７ａの端面の形状は、凹状開口部２ａの開口端面の形状（径φ）と略同じとされている。

本実施形態においては、上記と同等の作用効果が得られる。

＜実施形態３＞
図３は、実施形態３による発光装置の概略構成を示す。この発光装置は、実施形態２と同様であるが、相違点は、波長変換部材４として柔軟性の高いものを用いている。具体的には、透光性材料として柔軟性の高いシリコーン樹脂を用いた。そして、枠部材７を波長変換部材４に圧接させることで、凹状開口部２ａの外周側にある波長変換部材４を圧縮させた。なお、枠部材７は、波長変換部材４を圧接しつつ、枠部材７下部に設けた爪部７ｂが実装基板２の側面に設けた溝部２ｂに嵌合し、固定される。

本実施形態においては、上記の効果に加えて、凹状開口部２ａの外周側にある波長変換部材４内部へ光が伝播し難くなり、そのため、凹状開口部２ａの内側にある波長変換部材４内で生じた光の内、照射面方向へ放射される光の割合が高まり、光効率が向上する。

＜実施形態４＞
図４は、実施形態４による発光装置の概略構成を示す。この発光装置は、実施形態２と同様であるが、相違点は、波長変換部材４の透光取出し面側の断面形状を凸状としたことである。ここに、波長変換部材４は、図示のように、観察角度が異なる２つの光路Ａ，Ｂについて、波長変換部材４中の光路長を示す線分ａ−ａ’と、線分ｂ−ｂ’との長さが略等しくなるように構成されている。

本実施形態においては、上記の効果に加えて、ＬＥＤチップ１から放射された光が波長変換部材４中を透過する光路長の、観察角度に基づく差が緩和されるので、波長変換部材４によって異なる波長の光に変換される割合の、観察角度に基づく差が緩和される。これにより、観察角度に基づく色むら、光強度むらを低減することができる。

＜実施形態５＞
図５は、実施形態５による発光装置の概略構成を示す。この発光装置は、実施形態２と同様であるが、相違点は、波長変換部材４中の波長変換材料の濃度を、波長変換部材４の中央部付近ほど高くしたことである。

本実施形態においては、上記の効果に加えて、波長変換部材４中の光路長の小さい中央部ほど、波長変換材料の濃度を高くしているので、波長変換材料によって異なる波長の光に変換される割合の、観察角度に基づく差が緩和される。従って、観察角度に基づく色むら、光強度むらが低減される。なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。

本発明の実施形態１による発光装置の概略断面図。 （ａ）は本発明の実施形態２による発光装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図。 本発明の実施形態３による発光装置の概略断面図。 本発明の実施形態４による発光装置の概略断面図。 本発明の実施形態５による発光装置の概略断面図。 従来の発光装置の概略断面図。

符号の説明

１ ＬＥＤチップ
２ 実装基板
２ａ 凹状開口部
４ 波長変換部材
６ 光学部材（出射制御部材）
７ 遮光性材料で成る枠部材
７ａ 枠部材の開口部

Claims (5)

1. 凹状開口部が設けられ、ＬＥＤチップに電力を供給するための配線部を有する実装基板と、前記凹状開口部の底面に実装されたＬＥＤチップと、透光性材料中に前記ＬＥＤチップから放射される電磁波を異なる波長域の電磁波に変換する波長変換材料を含有させて成る波長変換部材とを備えた発光装置において、
   前記波長変換部材は、ＬＥＤチップとは別部材として形成され、前記凹状開口部とその周囲を覆うように配置され、
   前記波長変換部材の光取出し面側に、前記凹状開口部に対応する部位からの光を出射させる出射制御部材を設け、
   前記出射制御部材は、波長変換部材の光取出し面側に配置され、該光取出し面に対向して光取込み部を有する光学部材であって、該光学部材の光取込み部端面の形状が前記凹状開口部の開口端面の形状と略同じであることを特徴とする発光装置。
2. 凹状開口部が設けられ、ＬＥＤチップに電力を供給するための配線部を有する実装基板と、前記凹状開口部の底面に実装されたＬＥＤチップと、透光性材料中に前記ＬＥＤチップから放射される電磁波を異なる波長域の電磁波に変換する波長変換材料を含有させて成る波長変換部材とを備えた発光装置において、
   前記波長変換部材は、ＬＥＤチップとは別部材として形成され、前記凹状開口部とその周囲を覆うように配置され、
   前記波長変換部材の光取出し面側に、前記凹状開口部に対応する部位からの光を出射させる出射制御部材を設け、
   前記出射制御部材は、前記波長変換部材の光取出し面側に配置された遮光性の枠部材であって、該枠部材の開口部端面の形状が前記凹状開口部の開口端面の形状と略同じであることを特徴とする発光装置。
3. 前記波長変換部材は、柔軟性の高い材料で成り、前記枠部材により該波長変換部材を圧接したことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 前記波長変換部材は、光取出し面側が凸状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
5. 前記波長変換部材は、中央部分ほど波長変換材料の濃度を高くしたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。

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