JP7096504B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
さらに以下は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、理解を容易にする等のために誇張している場合がある。なお、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、JIS Z8110に従う。
図1Aは第1実施形態に係る発光装置100の模式的上面図であり、図1Bは発光装置100の模式的下面図であり、図1Cないし図1Fは発光装置100の模式的側面図であり、図1Gは図1A中の1G-1G線における模式的端面図である。図1Aでは、凹部2の内部が分かりやすいように封止部材40を省略して図示し、さらに第1透光性部材15等が発光素子の上面上に位置するため第1発光素子10および第2発光素子20の外縁を破線で図示する。発光装置100は、第1発光素子10および第2発光素子20と、第1発光素子10の上面上に配置される第1透光性部材15と、第2発光素子20の上面上に配置される第2透光性部材25とを備える。第1透光性部材15および第2透光性部材25は、封止部材40で被覆される。第1実施形態に係る発光装置100は、さらに凹部2を有するパッケージ1を備え、第1発光素子10および第2発光素子20は凹部2の底面に配置される。
換言すると、パッケージ1の第1外側面82から第1発光素子10の中心までの最短距離と、第1外側面82から第2発光素子20の中心までの最短距離とが異なり、且つ、第3外側面84から第1発光素子10の中心までの最短距離と、第3外側面84から第2発光素子20の中心までの最短距離とが異なることが好ましい。上面視において第1発光素子10および第2発光素子20をずれて配置することで、一方の発光素子が発する光が他方の発光素子に吸収される割合を低減させることができ、光取出しが良好な発光装置とすることができる。
(Sr,Ca)AlSiN3:Eu(1)
式(1)で表される組成を有する赤色蛍光体を用いることで、発光装置の演色性を向上させつつ、発光装置の光取出しを向上させることができる。
また、第1蛍光体61の含有量は、例えば、第1透光性部材15の全重量に対して50~150重量%である。
また、第2発光素子20の上面に第2透光性部材25を設けることで、第2発光素子20の上方に位置する第3蛍光体63の量を少なくすることができる。これにより、第2発光素子20の上方に出る光は、第3蛍光体63で励起される割合が少なくなる。そのため、例えば、第3蛍光体63が黄~赤色蛍光体を含む場合、第2透光性部材25を有さない発光装置と比べて、第2発光素子20の上方に出る光を色度のx値が相対的に小さい光とすることができる。その結果、第1透光性部材15から出射される出射光の色度と、第2透光性部材25から出射される出射光の色度とをさらに容易に異ならせることができる。
また、第1透光性部材15および第2透光性部材25となる液状の樹脂材料を発光素子の上面に塗布する場合、発光素子の上面の縁部で表面張力が働き、樹脂材料の広がりを発光素子の縁部内に留めることができる。これにより、複数の発光装置を製造する場合に、第1透光性部材15および第2透光性部材25の形状を安定して形成することができ、製造の歩留りを向上させることができる。また、第1透光性部材15および第2透光性部材25が安定して形成されることで、所望の配光等を有する発光装置とすることができる。
なお、第1透光性部材15および第2透光性部材25は種々の方法で形成される。例えば、第1透光性部材15等は、樹脂材料を印刷、ポッティング又はスプレー法等で形成してもよく、また、シート状またはブロック状の樹脂部材を接着剤等により貼り付けて形成してもよい。また、蛍光体を含む透光性部材は、例えば、電気泳動堆積法等で形成してもよい。
(Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce(2)
(Sr,Ca)AlSiN3:Eu(3)
パッケージ1は、発光素子を配置するための基台である。パッケージ1は、母体と複数のリード(複数の電極部)とを少なくとも有する。パッケージ1の母体となる材料は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等のセラミックス、樹脂(例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、トリメチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂又はこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等)、パルプ、ガラス、又はこれらの複合材料等である。パッケージ1の母体は、単層構造でもよいし、複数の層を含む多層構造でもよい。
また、図3Bで示すように、パッケージ1の下面81において、複数のリード50の下面は樹脂部30の下面よりも低い位置に位置していてもよい。これにより、パッケージ1の下面81において、複数のリード50の下面と側面の一部が樹脂部30から露出する。その結果、接合部材が複数のリード50の下面とともに側面の一部も被覆することができるので、接合部材の接合強度が向上する。
例えば、第1発光素子10および第2発光素子20は、X方向またはY方向に同一の発光素子からなる発光素子群が列状に配置することができ、または、同心円状に配置することもできる。
また、基板の厚みは、例えば、10μm~200μm程度とすることができる。
複数のリード50は、導電性を有し、発光素子に給電するための電極として機能する。
複数のリード50は、母材として、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、鉄、ニッケル、又はこれらの合金、燐青銅、鉄入り銅などの金属を用いることができる。これらは単層であってもよいし、積層構造(例えば、クラッド材)であってもよい。特に、母材には安価で放熱性が高い銅を用いることが好ましい。また、複数のリード50は、母材の表面に金属層を有していてもよい。金属層は、例えば、銀、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、ロジウム、金、銅、又はこれらの合金などを含む。なお、金属層は、複数のリード50の全面に設けられていてもよいし、部分的に設けられていてもよい。また、金属層は、リードの上面に形成される領域と、リードの下面に形成される領域とで異なる層にすることができる。例えば、リードの上面に形成される金属層は、ニッケルおよび銀の金属層を含む複数層からなる金属層であり、リードの下面に形成される金属層は、ニッケルの金属層を含まない金属層である。また、例えば、リードの上面に形成される銀等の金属層は、リードの下面に形成される銀等の金属層よりも厚くすることができる。
樹脂部30は、母材となる樹脂材料として、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物等の硬化体、ポリフタルアミド(PPA)、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ABS樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、PBT樹脂等の樹脂を用いることができる。
特に、エポキシ樹脂組成物や変性シリコーン樹脂組成物の熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
また、樹脂部30の樹脂材料として、耐熱性および耐光性に優れたシリコーン樹脂組成物(例えばSMC樹脂)を用いることが好ましい。
発光装置100Aは、第1発光素子10および第2発光素子20と、第1発光素子10の上面上に配置された第1透光性部材15と、第2発光素子20の上面上に配置された第2透光性部材25と、各発光素子の側面に配置された透光層8と、透光層8の外面を覆う樹脂部30とを備える。第1透光性部材15内には第1蛍光体61が含有される。また、図5Bで示す発光装置100Aでは、透光層8は発光素子の上面を被覆している。
また、発光装置100Bの封止部材40は、板状の蛍光体を用いることができる。板状の蛍光体は、例えば、蛍光体の焼結体やガラス又はセラミック等に蛍光体を含有させたものを用いることができる。これにより、発光装置100Bは、例えば、高出力の発光装置として利用することができる。
第1発光素子10および第2発光素子20は、発光装置100の光源として機能し、さらに蛍光体の励起源となる。第1発光素子10および第2発光素子20には、発光ダイオード素子などを用いることができ、可視域の発光が可能な窒化物半導体(InxAlyGa1-x-yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)を含むことができる。
第1発光素子10および第2発光素子20は、それぞれの発光ピーク波長が430nm~480nmである。第1発光素子10および第2発光素子20が近紫外領域よりも長波長側の発光ピーク波長を有することで、近紫外領域の光の問題(例えば、人体や照射物に悪影響を及ぼしたり、発光装置の構成部材が劣化し発光装置の発光効率が大幅に低下するという問題)を抑制することができる。発光装置100は、少なくとも2つの発光素子を備えていればよく、3つ以上の発光素子を備えていてもよい。
第1透光性部材15は第1発光素子10の上面上に位置し、第2透光性部材25は第2発光素子20の上面上に位置する。第1透光性部材15は、第1蛍光体61を含む。第1透光性部材15等は、発光素子の上面と直接接して配置していてもよいし、発光素子の上方に位置し、第1透光性部材15等と発光素子の上面との間に別の部材(例えば、上述した保護層)が位置していてもよい。
また、第1透光性部材15および第2透光性部材25は、発光素子の側面をさらに被覆することができる。第1透光性部材15等が発光素子の上面および側面を被覆することで、発光素子の上方に出射する光と側方に出射する光との色ムラを抑制することができる。
なお、第1透光性部材15および第2透光性部材25の双方が発光素子の上面および側面を被覆することができ、また、例えば、片方の透光性部材のみが発光素子の上面および側面を被覆することもできる。図6では、第1透光性部材15は、第1発光素子10の上面上に配置し、第1発光素子10の側面は被覆していない。第2透光性部材25は、第2発光素子20の上面および側面を被覆し、さらに第1発光素子10の側面および第1透光性部材15を被覆している。これにより、第1発光素子10および第2発光素子20から出射される光を十分に混色することができ、例えば、発光装置100Bを上方から見たときの色むらを抑制することができる。
発光装置100は、第1透光性部材15および第2透光性部材25を被覆する封止部材40を備える。封止部材40は、発光素子等を外力や埃、水分などから保護することができる。封止部材40は、発光素子から出射される光の60%以上を透過するもの、さらに90%以上を透過するものが好ましい。封止部材40の母材としては、樹脂部30で用いられる樹脂材料を用いることができる。母材となる樹脂材料として、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができ、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはこれらを1つ以上含む樹脂を用いることができる。封止部材は単一層から形成することもでき、また、複数層から構成することもできる。また、封止部材40には、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムなどの光散乱粒子を分散させることができる。
これにより、第1蛍光体61から発する光が第3蛍光体63に吸収される割合を抑制することができる。
発光装置100は、静電耐圧を向上させるために保護素子を備えることができる。図1Aで示す発光装置100では、保護素子11は第2リード52の上面に位置している。保護素子は、1つであってもよいし、複数あってもよい。例えば、発光装置100は、1つの発光素子に対して1つの保護素子を配置することができる。発光装置100では、各発光素子の導電路が別になっているので、それぞれの発光素子に対して1つの保護素子を配置することで、発光装置100の静電耐圧をより向上させることができる。
図7Aは第2実施形態に係る発光装置200の模式的上面図であり、図7Bは発光装置200の模式的下面図であり、図7Cは図7A中の7C-7C線における模式的端面図である。図7Aでは、凹部2の内部が分かりやすいように封止部材40および光反射性部材5を省略して図示している。発光装置200は、素子載置領域を取り囲む溝部4を備える点と光反射性部材5を備える点で、第1実施形態に係る発光装置100と主に異なる。従って、発光装置200について、溝部4および光反射性部材5を中心に説明する。
光反射性物質としては、発光素子からの光を吸収しにくく、且つ、母材となる樹脂材料に対して屈折率差の大きい部材を用いることが好ましい。このような光反射性物質は、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムである。光反射性部材5は、未硬化の状態の粘度が樹脂部30の未硬化の状態の粘度よりも低いことが好ましい。これにより、凹部2内において、光反射性部材5の流動が良好となり、光反射性部材5が充填不足となる可能性を抑制することができる。光反射性部材5の未硬化の状態の粘度は、1pa・s~20pa・sであることが好ましく、5pa・s~15pa・sであることがより好ましい。また、光反射性部材5は、未硬化の状態でチクソ性が高いことが好ましい。
図8Aは第3実施形態に係る発光装置300の模式的上面図であり、図8Bは発光装置300の模式的下面図である。発光装置300は、第4リード54をさらに備える点と保護素子を複数備える点で、第1実施形態に係る発光装置100と主に異なる。従って、発光装置300について、発光装置100と異なる点を中心に説明する。
また、発光装置300の外縁が各配線部の幅広部72上に位置するように発光装置300を配置することで、発光装置300が回転した場合に幅広部72の外縁でセルフアライメントを働かせることができる。その結果、発光装置300のセルフアライメント性をさらに向上させることができる。
具体的には、上面視において、開口部75と隣接する開口部75との離間距離は、対応する配線部と配線部との離間距離よりも大きくなるように各開口部75を配置している。これにより、接合部材が溶融した際に、接合部材が各配線部に跨って広がり、電気的に短絡する可能性を低減することができる。これにより、接合部材の量を少なくしつつ、各配線部に接合部材が広がりやすくなる。また、開口部75は、図8Eで示すように、幅狭部76と、幅広部77と、幅狭部76と幅広部77との間にある中間部78を備えることが好ましい。中間部78の幅(図中の左右の幅)は、幅狭部76の幅よりも広く、幅広部77の幅よりも狭い。開口部75が中間部78を備えることで、接合部材が開口部75内に広がりやすくすることができる。
また、マスクの各開口部75の平面積の合計は、実装基板の各配線部の平面積の合計に対して30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、接合部材の量が不足して、発光装置300と実装基板との接合強度が低下する可能性を低減することができる。また、マスクの各開口部75の平面積の合計は、実装基板の各配線部の平面積の合計に対して100%未満であることが好ましい。これにより、接合部材が溶融した際に、接合部材が各配線部に跨って広がり、電気的に短絡する可能性を低減することができる。
また、発光素子や保護素子と接続するワイヤの一端を第1凹部9bの近傍に接続することで、ワイヤを接続する領域を大きく確保することができ、ワイヤの接続不良等の可能性を低減することができる。図8Fで示す発光装置300Aでは、第1保護素子11および第2保護素子12と接続するワイヤの一端がそれぞれ第1凹部9bの近傍に接続されている。
また、発光装置300Aは、保護素子の近傍のリードの上面に第2凹部9cを有することが好ましい。第2凹部9cは、一のリードの上面において、発光素子と接続するワイヤの一端が接続する領域と、保護素子との間に位置することが好ましい。これにより、保護素子を接合する接合部材が、発光素子と接続するワイヤの一端が接続する領域に拡がることを抑制することができ、ワイヤの接続不良等を起こす可能性を低減することができる。
また、第2凹部9cは、上面視において、直線形状、曲線形状または直線又は曲線を組み合わせた形状であってもよい。第2凹部9cは、例えば、上面視において図8Fで示すように屈曲する形状とすることができる。屈曲する形状は、例えば、L字状である。これにより、保護素子を接合する接合部材や上述の光反射性部材5が発光素子のワイヤの一端が接続する領域側に流れた場合に、接合部材等と接する第2凹部9cの接触面積を大きくすることができる。その結果、発光素子のワイヤが接続不良になる可能性を低減することができ、信頼性の高い発光装置とすることができる。
図10Aは第4実施形態に係る発光装置400の模式的上面図であり、図10Bは発光装置400の模式的下面図である。発光装置400は、第2透光性部材25が第2蛍光体62を備える点で、第1実施形態に係る発光装置100と主に異なる。従って、発光装置400について、第2透光性部材25および第2蛍光体62を中心に説明する。
200、300、300A、300B、400 発光装置
1 パッケージ
2 凹部
3 窪み部
4 溝部
5 光反射性部材
6a 角部
6b 角部
6c 角部
6d 角部
7 基板
8 透光層
9 凹み部
9a 凸部
9aa 第1凸部
9ab 第2凸部
9b 第1凹部
9c 第2凹部
9d 第3凹部
9e 下面凹部
10 第1発光素子
11 保護素子、第1保護素子
12 第2保護素子
15 第1透光性部材
20 第2発光素子
25 第2透光性部材
30 樹脂部
40 封止部材
50 複数のリード
51 第1リード
52 第2リード
53 第3リード
54 第4リード
61 第1蛍光体
62 第2蛍光体
63 第3蛍光体
70a 第1配線部
70b 第2配線部
70c 第3配線部
70d 第4配線部
71 幅狭部
72 幅広部
75 開口部
76 幅狭部
77 幅広部
78 中間部
80 上面
81 下面
82 第1外側面
83 第2外側面
84 第3外側面
85 第4外側面
120 配線
X 傾斜部
Y ワイヤ
Z 直線部
Claims (8)
- それぞれの発光ピーク波長が430nm~480nmである第1発光素子および第2発光素子と、
前記第1発光素子の上面上に配置され、第1蛍光体を含む第1透光性部材と、
前記第2発光素子の上面上に配置され、第2蛍光体を含む第2透光性部材と、
前記第1透光性部材および前記第2透光性部材を被覆し、第3蛍光体を含む封止部材と、を備え、
前記第1発光素子および前記第2発光素子はそれぞれ独立して駆動可能であり、
前記第1透光性部材から出射される出射光の色度と、前記第2透光性部材から出射される出射光の色度とが異なり、
前記第2蛍光体が出射する光は、前記第1蛍光体が出射する光よりも短波であり、
前記第3蛍光体が出射する光は、前記第1蛍光体が出射する光よりも短波であり、
前記第1透光性部材は、前記第1発光素子の側面を被覆せず、
前記第2透光性部材は、前記第2発光素子の側面を被覆せず、
前記第1透光性部材および前記第2透光性部材は、凸に湾曲した表面を有し、
前記第1透光性部材の凸に湾曲した表面の端部は、前記第1発光素子の上面の縁部と一致しており、
前記第2透光性部材の凸に湾曲した表面の端部は、前記第2発光素子の上面の縁部と一致しており、
前記封止部材は、前記第1発光素子の前記側面及び前記第2発光素子の前記側面を被覆している、発光装置。 - 前記第1蛍光体は、赤色の光を発する赤色蛍光体である、請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、凹部を有するパッケージを備え、
前記第1発光素子および前記第2発光素子は前記凹部の底面に配置される、請求項1または2に記載の発光装置。 - 前記発光装置は、
前記第1発光素子だけを駆動させたときに、色温度2700~3000Kの光を発し、 前記第2発光素子だけを駆動させたときに、色温度5000~6500Kの光を発する、請求項1~3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記発光装置は色温度2700~6500Kの光を発する、請求項1~4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光装置は第1リード、第2リードおよび第3リードを有し、
前記第1発光素子および前記第2発光素子は前記第1リードの上面に配置される、請求項1~5のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記発光装置は第1リード、第2リード、第3リードおよび第4リードを有し、
前記第1発光素子は前記第1リードの上面に配置され、
前記第2発光素子は前記第2リードの上面に配置され、
前記第3リードは、前記第1発光素子の一の電極と電気的に接続され、
前記第4リードは、前記第2発光素子の一の電極と電気的に接続される、請求項1~5のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第2蛍光体は、青~緑色の光を発する蛍光体である、請求項1~7のいずれか1項に記載の発光装置。
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