JP5254754B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数のLEDチップを配置した発光装置に関するものである。
従来のLEDチップを用いた発光装置において、複数のLEDチップを搭載するときの配置が、例えば特許文献1に記載されている。図12は、特許文献1に記載の発光装置におけるLEDチップの搭載配置を示す図である。図12に示す発光装置では、実装基板200上に、近接するLEDチップ100同士が、一方のLEDチップ100の1つの対角線に沿った方向に並ぶように配置されている。
この構成によれば、LEDチップ100を近接するLEDチップ100の側面同士が対向する形で実装する構成に比べて、各LEDチップ100それぞれの中心位置を変更することなく側面同士が対向するLEDチップ100間の距離が長くなる。よって、実装基板200のサイズを大きくすることなく、LEDチップ100の側面から放射された光が、近接するLEDチップ100に吸収されて閉じ込められるのを抑制することが可能となり、装置全体の光取り出し効率を高めることが可能となっている。
特開2007−116095号公報(平成19年5月10日公開)
しかしながら、従来では、発光装置のパッケージ内に複数のLEDチップを搭載する場合に、相互のLEDチップの影響により、取り出し光量が「1個のLEDチップを用いた場合の光量」×「LEDチップ個数」よりも少なくなるという問題がある。特許文献1に記載の発光装置においても、そこに用いられているLEDチップは、平面視での外周形状が正方形状である。このため、ある程度LEDチップを密集させつつ相互の光損失を低減することに限界がある。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、複数のLEDチップを配置した構成において、各LEDチップの配置に起因した光取り出し効率の低下を抑制し、光取出し効率を高めることができる発光装置を提供することにある。
本発明の発光装置は、上記課題を解決するために、長尺形状の複数のLEDチップと、前記複数のLEDチップが搭載されるベース部材とを備え、前記ベース部材は上面電極を備えており、前記複数のLEDチップは、各LEDチップの短辺が、当該複数のLEDチップの配置に対する相対的な中心に向くように、放射状に配置されおり、前記各LEDチップは、アノード電極とカソード電極とが同一面に形成されており、前記アノード電極およびカソード電極は、前記LEDチップの長尺方向に沿って対向するように配置されており、前記アノード電極が、前記複数のLEDチップの配置に対する相対的な中心の側に配置されており、前記アノード電極および前記カソード電極は、ワイヤを介して前記上面電極に接続されており、前記ベース部材には、前記放射状に配置されて搭載される複数のLEDチップを囲む、反射面を持つ枠が形成されていることを特徴としている。
上記の構成によれば、LEDチップの側面から放射された光が、近接するLEDチップに吸収されて閉じ込められるのを抑制することが可能となり、装置全体の光取り出し効率を高めることができる。また、複数のLEDチップを搭載するのに最適となる。さらに、LEDチップの光の取り出しを増加することが可能となる。さらに、LEDチップの側面から放射された光を効率良く利用することができる。
また、本発明の発光装置は、前記複数のLEDチップは、封止樹脂により覆われていることが好ましく、さらには、前記封止樹脂内には、蛍光体が混合されていることが望ましい。これにより、光の取り出し効率を高めることができる。また、例えば蛍光体として、黄色・赤色蛍光体、または緑色・赤色蛍光体などを使用することで、高演色を実現することができる。
またさらに、本発明の発光装置は、前記封止樹脂中の蛍光体は、前記各LEDチップの周囲に沈降層を成していることが望ましい。
以上のように、本発明の発光装置は、長尺形状の複数のLEDチップと、前記複数のLEDチップが搭載されるベース部材とを備え、前記ベース部材は上面電極を備えており、前記複数のLEDチップは、各LEDチップの短辺が、当該複数のLEDチップの配置に対する相対的な中心に向くように、放射状に配置されおり、前記各LEDチップは、アノード電極とカソード電極とが同一面に形成されており、前記アノード電極およびカソード電極は、前記LEDチップの長尺方向に沿って対向するように配置されており、前記アノード電極が、前記複数のLEDチップの配置に対する相対的な中心の側に配置されており、前記アノード電極および前記カソード電極は、ワイヤを介して前記上面電極に接続されており、前記ベース部材には、前記放射状に配置されて搭載される複数のLEDチップを囲む、反射面を持つ枠が形成されている構成であるので、LEDチップの側面から放射された光が、近接するLEDチップに吸収されて閉じ込められるのを抑制することが可能となり、装置全体の光取り出し効率を高めることができるという効果を奏する。さらには、LEDチップ同士が離れるので、放熱性が良好であるという効果も併せて奏する。また、複数のLEDチップを搭載するのに最適となるという効果を奏する。さらに、LEDチップの光の取り出しを増加することが可能となるという効果も奏する。さらに、LEDチップの側面から放射された光を効率良く利用することができるという効果も奏する。
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図1は、本実施の形態の発光装置10の一構成例を示す平面図である。図2は、図1の発光装置10のX−X線断面図である。
発光装置10は、一般にSMD(surface mount device)型と呼ばれるものであり、受けた光を完全拡散反射に近い条件で反射する白色のPPA(ポリフタルアミド)樹脂製の枠構造のパッケージ6を備える。パッケージ6には、上面視で円形状の凹部が形成されている。パッケージ6の拡散反射面は、搭載面7に対して傾いており、凹部は、いわゆるすり鉢状となっている。この拡散反射面により、青色LEDチップ1a・1b・1cの側面から放射された光を効率良く利用することができる。
枠体よりも外側に、リードフレーム3の端部が、アウターリード部4(アノード)およびアウターリード部5(カソード)として形成されている。搭載面7には、金属製のリードフレーム3の上面電極3a・3b・3c・3d(Cu−Ni上にAgメッキを施している)が形成されている。
また、パッケージ6とリードフレーム3とからなるベース部材の搭載面7におけるリードフレーム3の上面電極3a・3cの上に、青色LEDチップ1a・1cが搭載されている。青色LEDチップ1a・1cは、最表面にアノード電極(P側電極)8とカソード電極(N側電極)9とが形成された片面2電極型である。各青色LEDチップは、透光性のある有機変性シリコーン樹脂の封止樹脂11と、この透明材料および蛍光体が混合された蛍光体混合層12とで覆われている。透光性のある有機変性シリコーン樹脂の封止樹脂11と、蛍光体が混合された蛍光体混合層12との界面は明確ではない。
次に、発光装置10の製造方法の説明をしつつ、その構造詳細を説明する。
各上面電極3a・3b・3cの上には、その上面電極に対応する青色LEDチップ(Light Emitting Diode)1a・1b・1cが、シリコーン樹脂接着剤を用いて固定・搭載される。シリコーン樹脂接着剤は、100℃で1時間、続いて150℃で2時間の熱処理により硬化され、それによって青色LEDチップは固定される。
ここで、青色LEDチップ1a・1b・1cは、チップ高さ140μm、短辺240μm、長辺600μmの長辺・短辺比2.5の長尺状のものを用いた。すなわち、青色LEDチップ1a・1b・1cは、平面視(上面視)における外周形状が長尺形状となっている。なお、詳細は省略するが、青色LEDチップとして、短辺240μm・長辺360μm(長辺・短辺比1.5)のものや、短辺240μm・長辺480μm(長辺・短辺比2.0)のものにおいても、色度ばらつき、光度の大きさに関して、後述する比較例1,2と比べて優位さのある同様の効果が得られている。よって、少なくとも長辺・短辺比1.5以上であれば、本発明の効果が得られると考えられる。
青色LEDチップ1a・1b・1cの最表面には、アノード電極(P側電極)8とカソード電極(N側電極)9とが、青色LEDチップの長尺方向に沿って対向するように形成されている。青色LEDチップ1a・1b・1cのアノード電極(P側電極)8は、金製のワイヤ2(φ30μm)を介して、上面電極3a・3b・3cの隣に配置された上面電極3dに接続される。なお、図2では、ワイヤ2省略している。青色LEDチップ1a・1b・1cのカソード電極(N側電極)9は、金製などのワイヤ2(φ30μm)を介して、各上面電極3a・3b・3cに接続される。この構成によれば、複数のLEDチップを搭載するのに最適となる。
この状態で、パッケージ6の凹部には、透光性のある有機変性シリコーン樹脂の封止樹脂11が、例えば液体の状態で充填され、80℃において1時間、続いて150℃において5時間の熱処理により硬化される。
ここで、前記封止樹脂11には、蛍光体を混合して蛍光体混合層12(沈降層)を形成している。蛍光体としては、緑色蛍光体として(Sr,Ba,Mg)SiO:Euと、赤色蛍光体として(Sr,Ca)AlSiN:Euとを用いた。その重量比、すなわち緑色蛍光体/赤色蛍光体の重量比は6とした。また、蛍光体と有機変性シリコーン樹脂透明材料との重量比は0.085とした。
なお、蛍光体としては、黄色蛍光体として(Si,Al)(O,N):Euと、赤色蛍光体として(Sr,Ca)AlSiN:Euとを用いてもよい。また、緑色蛍光体としてCa(Sc,Mg)SiO12:Ceと、赤色蛍光体として(Sr,Ca)AlSiN:Euとを用いてもよい。
このように、封止樹脂11内に蛍光体を混合して蛍光体混合層12を形成することにより、光の取り出し効率を高めることができる。また、各種蛍光体を使用することで、高演色を実現することができる。
青色LEDチップ1a・1b・1cは、その長軸が中心を向くように放射状に配置されている。言い換えると、青色LEDチップ1a・1b・1cは、各青色LEDチップ1a・1b・1cの短辺が、青色LEDチップ1a・1b・1cの配置に対する相対的な中心に向くように、放射状に配置されている。このように、搭載面7に複数個の長尺状の青色LEDチップ1a・1b・1cを放射状に配置することにより、青色LEDチップ1a・1b・1cの側面から放射された光が、近接する青色LEDチップ1a・1b・1cに吸収されて閉じ込められるのを低減することが可能となり、光取り出し効率を高めることができる。
また、青色LEDチップ1a・1b・1cは発光の際に発熱するが、この放射状配置によれば、青色LEDチップ1a・1b・1c同士が離れるので、放熱性が良好であり、青色LEDチップ1a・1b・1cの温度上昇を低く抑えることができる。
さらに、本発明者らは、本放射状配置の場合では、CIE色度のバラツキも非常に小さいことを見出した。つまりは、蛍光体を含む封止樹脂11内において、均一に光源(ここでは青色LEDチップ1a・1b・1c)を搭載配置することにより、CIE色度のバラツキを小さくすることが可能となる。後述の図10に、本実施例の発光装置10における各素子の色度分布を○印(放射状○)にて示している。なお、CIE(Commission International de l'Eclairage;国際照明委員会)色度図とは、色度に関する規格であり、色度を平面座標x,yで表している。
ここで、青色LEDチップ1a・1b・1cを、アノード電極(P側電極)8が搭載面7の中心側に位置するように搭載することが、光の取り出しの増加に最適である。これは、青色LEDチップのカソード電極(N側電極)9は、発光層がエッチングされてないためである(図1参照)。
また、図3に、発光装置10のバリエーションの発光装置20を示す。発光装置20は、青色LEDチップをシートから吸着し、パッケージに搭載する際の量産性を考慮して、チップの向きを変える工程が省略されて作製されたものである。
発光装置20では、青色LEDチップ1aを、アノード電極(P側電極)8がパッケージ6の拡散反射面(拡散反射層)側に位置するように搭載し、青色LEDチップ1b・1cを、アノード電極(P側電極)8がチップ搭載配置の中心側に位置するように搭載することを特徴としている。
さらに、図4に、別のバリエーションの発光装置30を示す。発光装置30では、青色LEDチップ1a・1b・1cを、アノード電極(P側電極)8をパッケージ6の拡散反射面側に向けて搭載することを特徴としている。この構成によれば、青色LEDチップを放射状に搭載配置している構成と同様な効果が得られた。
またさらに、図5に、さらに別のバリエーションの発光装置40を示す。発光装置40では、青色LEDチップ1aのアノード電極(P側電極)8をパッケージ6の拡散反射面側に向け、青色LEDチップ1bのアノード電極(P側電極)8もパッケージ6の拡散反射面側に向けるとともに、青色LEDチップ1aの短辺と青色LEDチップ1bの短辺とを対向させるように、青色LEDチップ1a・1bを搭載することを特徴としている。この構成によれば、青色LEDチップを放射状に搭載配置している構成と同様な効果が得られた。
なお、発光装置40では、青色LEDチップ1a・1bのアノード電極(P側電極)8は拡散反射面側に向けたが、これに限らず、青色LEDチップ1a・1bのアノード電極(P側電極)8を互いに対向するように搭載してもよい。
また、図6に、発光装置10のバリエーションの発光装置50を示す。発光装置50では、青色LEDチップとして、アノード電極(P側電極)8がチップの上面に形成され、カソード電極(N側電極)9がチップの下面に形成された、両面電極型の長尺状青色LEDチップを用いている。
よって、青色LEDチップをシートから吸着し、パッケージに搭載する際に、チップの向きを変える工程が不要なため量産性に優れ、また下面電極はワイヤーボンドが不要なためワイヤ数を減らすことができることから、発光装置50は量産効果があることを特徴としている。
両面電極型の青色LEDチップとは、その基板はSiC(シリコンカーバイト)、Si(シリコン)基板などからなり、基板裏面側に電極、その対向する面側に他方の電極が形成されていることをいう。
なお、青色LEDチップ1a・1b・1cの代わりに、長尺状の青色LEDチップ、緑色LEDチップ、および赤色LEDチップを放射状に搭載配置していても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。
(比較例1)
図7は、比較例1の発光装置60の構成を示す概略平面図である。比較例1が本実施例と異なる点は、長尺状の青色LEDチップ1a・1b・1cは、その長辺が対向するように配置されている点である。つまり、青色LEDチップ1a・1b・1cは、上面視で円状に搭載されている。
(比較例2)
図8は、比較例2の発光装置70の構成を示す概略平面図である。比較例2が本実施例と異なる点は、長尺状の青色LEDチップ1a・1b・1cが通常に並べられている点である。つまり、青色LEDチップ1a・1b・1cは、その長辺が同方向に配され、各長辺が対向するように搭載されている。
(本実施例、比較例1、および比較例2の特性)
表1に、青色LEDチップの搭載配置に対する光度の比較データを示す。また、図9に、本実施例(○印)、比較例1(△印)、および比較例2(□印)のCIE色度y対光度の関係を示す。青色LEDチップの搭載配置が、放射状(本実施例、○印)、円状(比較例1、△印)、通常(比較例2、□印)の順で、明るいという結果が得られた。
Figure 0005254754
表2に、青色LEDチップの搭載配置に対する色度の比較データを示す。また、図10に本実施例1(○印)、比較例1(△印)、および比較例2(□印)の色度図である。青色LEDチップの搭載配置が放射状(本実施例、○印)、円状(比較例1、△印)、通常(比較例2、□印)の順で、色度のバラツキが小さいという結果が得られた。
Figure 0005254754
ここで、封止樹脂11としては、有機変性シリコーン樹脂を採用しているが、その他のシリコーン樹脂を用いてもよいし、エポキシ樹脂もしくはアクリル樹脂などを用いてもよい。 パッケージ6としては、複数個のLEDチップをまとめて囲む大きさのものを用いればよい。また、パッケージ6として白色のPPA(ポリフタルアミド)樹脂を用いたが、これに限らず、ポリアミド9T樹脂を用いることもできる。
上述の放射状LEDチップ搭載構成(本実施例)と円状LEDチップ搭載構成(比較例1)とを採用すれば、LEDチップ(ここでは3個)を近接するLEDチップの側面同士が対向する形で実装基板に実装する構成(比較例2)に比べて、LEDチップの側面から放射された光が、近接するLEDチップに吸収されて閉じ込められるのを抑制することが可能となり、装置全体の光取り出し効率を高めることができる。さらには、色度のバラツキも低減することができる。
なお、本実施例では、LEDチップを長尺状と呼んでいるが、これに限るものではなく、横長チップあるいは横長LEDチップと呼ばれているものも含まれることは言うまでもない。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図11は、本実施の形態の発光装置80の一構成例を示す概略平面図である。
本実施の形態が前記実施の形態1と異なる点は、青色LEDチップ1a・1b・1c・1d・1eが放射状に搭載されている点である。すなわち、発光装置80では、青色LEDチップが5個搭載されている。発光装置80は、前記実施の形態1の発光装置と同様に、放熱性が良好かつ光量取出し率が高いという効果を奏するとともに、高い光強度を得ることができる。
青色LEDチップ1a・1b・1c・1d・1eは片面2電極型であるが、長尺状の両面電極型の青色LEDチップを用いてもよいことは言うまでもない。上面視で放射状または円状に搭載された青色LEDチップのアノード電極およびカソード電極と、インナー電極とをそれぞれ電気的に接続する金属ワイヤ径は、25μmから30μmである。また、青色LEDチップを逆電圧やサージから保護するために、保護素子を結線してもよいことは言うまでもない。保護素子としてはツェナーダイオードが好適である。
なお、上述した前記実施の形態1および本実施の形態では、青色LEDチップ数が2,3,5個の発光装置を説明したが、青色LEDチップの数はこれらに限らず、何個であってもよい。また、これら実施の形態においては、上面電極の1つを共通電極(前記実施の形態1の上面電極3d)などとしたが、例えば各青色LEDチップを直列接続する場合には、この共通電極は不要である。よって、この場合は、この部分に青色LEDチップをさらに搭載することができる。
また、本発明の参考形態に係る発光装置は、前記アノード電極およびカソード電極は、前記LEDチップの長尺方向に沿って対向するように配置されており、前記複数のLEDチップのうち、少なくとも1つのLEDチップは、当該LEDチップのアノード電極が、前記複数のLEDチップが放射状に配置されたときの放射する側に配置され、他のLEDチップは、当該LEDチップのアノード電極が、前記複数のLEDチップの配置に対する相対的な中心の側に配置されている構成とすることもできる。
LEDチップをシートから吸着し、パッケージに搭載する際の量産性を考慮すると、一部のLEDチップのアノード電極(P側電極)は、複数のLEDチップが放射状に配置されたときの放射する側に配置させ、他のLEDチップのアノード電極(P側電極)は、複数のLEDチップの配置に対する相対的な中心の側に配置させることが最適である。
また、本発明の参考形態に係る発光装置は、前記各LEDチップは、アノード電極が当該LEDチップの上面に形成され、カソード電極が当該LEDチップの底面に形成されていることが好ましい。これにより、LEDチップをシートから吸着し、パッケージに搭載する際の量産性を向上し、LEDチップと接続するワイヤ数を減らすことができる。よって、量産性を向上するという効果を奏する。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、複数のLEDチップを配置した発光装置に関する分野に好適に用いることができるだけでなく、発光装置の製造方法に関する分野にも好適に用いることができ、さらには、発光装置を備える電子機器、例えば、表示装置や携帯電話などの分野にも広く用いることができる。
本発明における発光装置の実施の一形態を示す概略平面図である。 図1の発光装置のX−X線断面図である。 上記発光装置の変形例を示す概略平面図である。 上記発光装置の他の変形例を示す概略平面図である。 上記発光装置のさらに他の変形例を示す概略平面図である。 上記発光装置のまたさらに他の変形例を示す概略平面図である。 本発明の比較例の発光装置の構成を示す概略平面図である。 本発明の他の比較例の発光装置の構成を示す概略平面図である。 図1の発光装置、図7の発光装置、および図8の発光装置のCIE色度y対光度の関係を示す図である。 図1の発光装置、図7の発光装置、および図8の発光装置の色度図である。 本発明における発光装置の他の実施の形態を示す概略平面図である。 従来の発光装置の構成を示す概略平面図である。
符号の説明
1a,1b,1c,1d,1e 青色LEDチップ
2 ワイヤ
3 リードフレーム
3a,3b,3c,3d,3e,3f リードフレームの上面電極
4 アウターリード部(アノード)
5 アウターリード部(カソード)
6 パッケージ
7 搭載面
8 アノード電極(P側電極)
9 カソード電極(N側電極)
10,20,30,40,50,80 発光装置
11 封止樹脂
12 蛍光体混合層

Claims (4)

  1. 長尺形状の複数のLEDチップと、
    前記複数のLEDチップが搭載されるベース部材とを備え、
    前記ベース部材は上面電極を備えており、
    前記複数のLEDチップは、各LEDチップの短辺が、当該複数のLEDチップの配置に対する相対的な中心に向くように、放射状に配置されており、
    前記各LEDチップは、アノード電極とカソード電極とが同一面に形成されており、
    前記アノード電極およびカソード電極は、前記LEDチップの長尺方向に沿って対向するように配置されており、
    前記アノード電極が、前記複数のLEDチップの配置に対する相対的な中心の側に配置されており、
    前記アノード電極および前記カソード電極は、ワイヤを介して前記上面電極に接続されており、
    前記ベース部材には、前記放射状に配置されて搭載される複数のLEDチップを囲む、反射面を持つ枠が形成されていることを特徴とする発光装置。
  2. 前記複数のLEDチップは、封止樹脂により覆われていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記封止樹脂内には、蛍光体が混合さ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. 前記封止樹脂中の蛍光体は、前記各LEDチップの周囲に沈降層を成していることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
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