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CN1497742A - Led器件 - Google Patents

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CN1497742A
CN1497742A CNA031434908A CN03143490A CN1497742A CN 1497742 A CN1497742 A CN 1497742A CN A031434908 A CNA031434908 A CN A031434908A CN 03143490 A CN03143490 A CN 03143490A CN 1497742 A CN1497742 A CN 1497742A
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Abstract

本发明提供一种作为彩色再现性良好的高亮度光源的LED器件。该LED器件(1)由上表面开口具有凹部(4)并且将凹部(4)的内壁面作为反射面(4a)的基座(2)、配置在凹部(4)的内底面的LED芯片(5)、包含吸收LED芯片(5)发的部分光进行波长变换后发光的荧光体(7a、b、c)并且填充在凹部(4)内的透光树脂(10)、和形成在反射面(4a)并且包含荧光体(7a、b、c)的荧光体层(6a、b、c)组成。

Description

LED器件
技术领域
本发明主要涉及用于便携信息终端等的液晶显示器背后照明和各种指示器的LED器件。尤其是具有由LED发射的光激励而发出波长与该光的波长不同的光的荧光体并且用作白色或中色的光的LED光源的LED器件。
背景技术
近年来，使用彩色LCD的便携电话机等的需求不断扩大。作为这种彩色LCD的背后照明光源，使用白色LED。图14所示的白色LED器件100例如具有AMODEL(アモデル)、VECTRA(ベクトラ)材料等的白色反射树脂构成的基座101和金属框架102。在基座101的研钵状(即锥状)内侧底部而且金属框架102上安装LED芯片103(发光二极管)。此LED芯片103是发波长近460nm的光的蓝色LED。通过Au线和导电接合剂实施LED芯片103的导通。有时还根据LED芯片103的结构，利用倒焊工艺的Au-Au连接达到导通，或通过2根Au线进行导通连接。LED芯片103利用基座101的研钵状内侧封装的诸如环氧类树脂或硅类树脂等透射型树脂106加以固定。
该树脂106为了得到规定的色调、色度坐标，包含YAG类的荧光体107，发出波长与LED芯片103所发光的波长不同的光，即吸收LED芯103发的部分光并且进行波长变换后发光。这样，一般使用的白色LED器件100利用蓝色LED芯片103与YAG荧光体107的组合，进行虚拟的白色发光。即，利用蓝色LED芯片103发的蓝光与YAG类荧光体107受激而发的黄光的色互补或组合带来的混色光，以虚拟方式达到该发白光(例如参考日本专利公开公报2000-223750号(图2))。
然而，该虚拟白色不是一般红、绿、蓝3原色进行混色而得到的白色，尤其存在红色的色再现性差的缺点，因而考虑蓝色LED103与发红、蓝、绿光的荧光体组合的色质良好的白色LED器件(图中未示出)。然而，该发红、蓝、绿光的荧光体，激励效率或波长变换效率低，所以白色LED器件在亮度低，不能实际应用上存在问题。
为了解决此问题，考虑用发出具有430nm以下的蓝紫区的短波长的光的LED代替发出具有460nm的蓝区波长的光的蓝色LED103，以改善荧光体的激励效率。然而，发光波长成为430nm以下的蓝紫至紫外区时，即使作为可见光区的LED器件100的基座101使用的所述高效光发射树脂(AMODEL、VECTRA材料等)，在短波长区的光反射率也急剧下降，得不到基座101上的反射(基座101的研钵状内壁面的反射)，成为LED器件100亮度低的原因。图15示出基座101用的AMODEL A-4122NL材料的反射率。
发明内容
因此，本发明把提供作为色再现性良好的高亮度光源的LED器件当作课题。
作为本发明解决上述课题的手段，其组成部分包括
上表面开口具有凹部并且将该凹部的内壁面作为反射面的基座、
配置在所述凹部的内底面的LED芯片、
包含吸收该LED芯片发的部分光进行波长变换后发光的荧光体并且填充在所述凹部内的树脂、以及
形成在所述反射面并且包含荧光体的荧光体层。
根据所述发明，LED出射的光到达荧光体层时，该荧光体层包含的荧光体将来自LED芯片的光变换波长后发光，因而可有效变换出射光，提高反射效率和亮度。
所述LED芯片的发光波长最好是430nm以下。这样，通过用蓝紫区的发光源，用蓝区波长的光能高效激励变换效率低的红、绿、蓝3原色发光荧光体。
所述荧光体层最好由发不同波长的光的多个荧光体层组成。本实施形态中，所述荧光体层由3层组成，各荧光体层受来自LED芯片的光激励，分别发红、绿、蓝光。由此，使LED器件的发光强度飞跃提高，能提供含红、绿、蓝分量的彩色显现性良好的LED器件。
这时，所述多个荧光体层最好配置成靠近外侧的荧光体层发波长较短的光。本实施形态中，所述荧光体层配置成从内侧往外侧依次受来自LED芯片的光激励，发出红、绿、蓝的光。由此，使荧光体的入射光增加，谋求提高发光强度。
所述荧光体层最好利用从真空蒸镀、印刷和喷墨涂覆法构成的组中选择的方法形成。
所述荧光体最好用以Si为主成分的微薄壳覆盖。由此，防止LED芯片的出射光穿透，能提高出射光的反射效率。
所述基座最好由玻璃材料或金属材料构成。由玻璃材料构成基座时，减少到达凹部内壁面(反射面)的光从内壁面透射。由金属材料构成基座，则能改善凹部内壁面(反射面)中各光波长反射率的下降。
最好在所述反射面被施加的金属镀层上叠置并形成所述荧光体层。
最好利用使所述荧光体散布在所述金属镀层的电镀液中，同时还进行电沉积的复合电镀法施加所述金属层。
作为本发明解决上述课题用的手段，其组成部分包括
上表面开口具有凹部并且将该凹部的内壁面作为反射面的基座、
配置在所述凹部的内底面的LED芯片、
包含吸收该LED芯片发的部分光进行波长变换后发光的荧光体并且填充在所述凹部内的树脂、以及
涂覆在所述反射面的紫外线反射材料。
最好所述凹部内填充的树脂的表层部含有按表面积的10％以下的比率散布的、表面为镜面的镜面粒子。由此，从LED芯片到达树脂表层部的光受该镜面粒子反射，再次回到器件内部，激励树脂内部的荧光体，从而提高来自LED芯片的光的波长变换效率。
所述LED器件还可具有与所述树脂分开地另行设置在所述凹部的开口部并且包含形成或附着在所述树脂上的、表面为镜面的镜面粒子的反射树脂层。由此，从LED芯片到达树脂表层部的光受该镜面粒子反射，再次回到器件内部，激励树脂内部的荧光体，从而提高光的波长变换效率。
所述树脂可混合色素。由此，即使长时间使用LED器件造成LED芯片劣化时，色素产生褪色也会使树脂的透射率提高，因而能防止表观上LED器件的亮度降低。
所述LED器件在所述凹部的开口部具有截除400nm以下的紫外线的紫外线截除滤波器或紫外线反射材料。因此，能减小紫外线对用户的影响。
最好所述LED器件在所述凹部的开口部设置包含所述荧光体并且用激光修整法修整表面过的荧光体薄层。由此，能在LED器件中得到期望的波长，可抑制LED器件发光色调偏差。
最好所述基座内部具有热管。
最好使所述基座的下部中央部分往下方突出。
附图说明
从以下参照附图并结合实施例进行的说明会明白本发明的进一步的目的和优点。附图中：
图1是本发明LED器件的立体图；
图2是图1的LED器件的剖面图；
图3是图2的LED器件的局部放大图；
图4是示出图1的LED器件的变换例的局部放大图；
图5是示出图1的LED器件的变换例的剖面图；
图6是示出图1的LED器件的变换例的剖面图；
图7是示出图1的LED器件的变换例的剖面图；
图8是示出图1的LED器件的变换例的剖面图；
图9是示出图1的LED器件的变换例的剖面图；
图10是示出图1的LED器件的变换例的剖面图；
图11是示出图1的LED器件的变换例的剖面图；
图12是示出图1的LED器件的变换例的剖面图；
图13是示出图1的LED器件的变换例的立体图；
图14是示出已有的LED器件的剖面图；
图15是示出基座用的AMODEL A-4122N材料的反射率的曲线。
具体实施形态
图1是本发明的LED器件的立体图，图2是其剖面图。此LED器件具有矩形的基座2和电连接用的金属框架3。该基座2例如由AMODEL或VECTRA材料等可见光反射率高的树脂材料构成，基座2的中央部分形成上表面开口的研钵状(即锥状)的凹部4。在该凹部4的内底面而且所述金属框架3上配置LED芯片5(发光二极管)。所述研钵状凹部4的内壁面(反射面)4a反射所述LED芯片5发射的出射光，以防止基座2吸收出射光。嵌入成形所述基座2时在所述基座2的内部配置所述金属框架3，构成端子电极3a、3b。
所述凹部4的内壁面4a形成荧光体层6。如图3所示，此荧光体层6由发不同波长的光的多层荧光体层组成，具体是从内侧到外侧，由第1层6a、第2层6b和第3层6c组成。所述第1层6a、第2层6b和第3层6c分别包含将所述LED芯片5发的光的波长变换成红、绿、蓝(吸收LED芯片5发的部分光变换波长后发光)的荧光体7a、b、c。作为所述荧光体层6的形成方法，可按第3层6c、第2层6b、第1层6a的顺序进行真空蒸镀，或利用喷墨涂覆法进行印刷涂覆，并按第3层6c、第2层6b、第1层6a的顺序进行印刷埋入后，去除不需要的部分。或者，可在凹部4的内壁面4a粘接预先成形的荧光体层6，使其与研钵状的凹部4的内壁面4a嵌合。本实施形态中，设置分别包含各荧光体7a、b、c的3种荧光体层6a、b、c，但也可仅设置某一种荧光体层6，防止吸收研钵状凹部4的内壁面4a的LED芯片5的出射光。
所述LED芯片5被所述金属框架3的端子电极3a和Au线8压接，通过端子电极3b和导电接合剂9达到电连接。此LED芯片5通电时，出射光波长为430nm以下的蓝紫至紫外区的光。
所述凹部4内部加上所述LED芯片5的周围填充并密封透光性树脂10，诸如环氧类树酯、硅类树脂、丙烯酸类树脂等，达到固定并保护LED芯片5。此透光性树脂10中混入所述荧光体7a、b、c。
下面说明上述结构组成的LED器件1的作用。
端子电极3a、3b之间通电，使LED芯片5发光时，LED芯片5出射的出射光在透光性树脂10内通过，并从LED器件1的发光面(即凹部4)的开口部往上方出射。LED芯片5出射的部分出射光由透光性树脂10中混入的荧光体7a、b、c变换到比LED出射光波长长的波长一侧，具体而言，变换成红波长、绿波长、蓝波长，并且在透光性树脂10内被混合成期望的色度坐标后，从LED器件1的发光面出射。这时，LED器件1出射的出射光的波长为430nm以下，因而与利用具有蓝色区波长(例如460nm的波长)的光激励荧光体7a、b、c时相比，激励效率提高，使LED器件1的发光面出射的亮度和发光强度提高。又由于取得作为彩色3原色的红、绿、蓝的混合色，能得到色质高的白色LED。
LED芯片5出射的部分出射光在透光性树脂10内部通过，并到达内壁面涂覆的荧光体层6。这时，LED芯片5的出射光由荧光体层6的荧光体7a、b、c进行波长变换，将其变换到比LED出射光波长长的波长一侧。具体而言，首先，在荧光体层6的第1层6a包含的荧光体7a将LED出射光波长变换到红波长一侧。其次，穿透第1层6a的残留出射光在第2层6b包含的荧光体7b波长变换到绿波长侧。再次，穿透第2层的残留出射光在荧光体层6的第3层6c包含的荧光体7c波长变换到蓝波长一侧。这样，出射光依次到达荧光体层6的第1层6a、第2层6b和第3层6c，在各自的部位波长变换成具有红、绿、蓝波长的光。这时，荧光体层6配置成靠近外侧的荧光体层发出较短的波长的光，因而可利用折射率的不同有效变换出射光，能提高反射效率。而且，对荧光体层6的各层的入射光增多，可谋求提高亮度和发光度。
然后，在所述荧光体层6进行变换，并且最终到达作为凹部4的反射面的内壁面4a的光(可见光区的光)利用构成基座2的树脂的反射特性高效反射，到达透光性树脂10内或器件1的发光面。因此，能大幅度减少内壁面4a的透射光。总之，最终到达器件1的发光面的光量提高，使发光强度和亮度提高。
作为所述实施形态的变换例，如图4所示，可形成包含3种荧光体7a、b、c的荧光体层6’。此荧光体层6’在上下方向依次配置荧光体7a、b、c。这样的荧光体层6’也与上述作用相同，能有效变换出射光，使反射效率能提高。
又，如图5所示，用以Si为主成分的微薄壳11覆盖与透光性树脂10一起密封的荧光体7a、b、c，从而防止LED芯片5的出射光透射，使反射效率提高。
作为所述实施形态的另一变换例，基座2可由玻璃材料构成，而不用树脂材料构成。玻璃材料减少最终到达凹部4的内壁面4a的光穿透内壁面4a。基座2还可由金属材料构成。这时，能改善凹部4的内壁面4a(反射面)中各波长反射率的降低。
又，作为其它变换例，可在凹部4的内壁面4a(反射面)施加镀镍层、镀铜层等金属镀层。与上述情况相同，利用此金属镀层能改善反射面中各波长反射率的降低。这时，最好在反射面施加金属镀层后，叠置设置所述荧光体层6。可利用金属镀层的镀液中散布荧光体7a、b、c，同时还进行电沉积的复合电镀法，施加金属镀层。利用这样进行金属电镀，能同时得到荧光体激励的波长变换和金属膜的反射效果，简化制造工序。
如图6所示，可不在反射面涂覆荧光体层6，而代之涂覆防止在凹部4的内壁面4a吸收光的氧化钛等紫外线反射层12。
又，可在研钵状的凹部4内模塑的透光性树脂10中，以透光性树脂10的1％以下的比率混合比重小于该树脂10的比重，而且表面是镜面的镜面粒子13。这时，如图7所示，LED器件1的发光面(即凹部4)内填充的树脂10硬化后，在树脂10的表层部按表面积的10％以下的比率散布镜面粒子13。由此，从LED芯片5到达树脂10的表层部的光被镜面粒子13反射，再次回到器件1的内部，由透光性树脂10内的荧光体7a、b、c进行变换。因而，对荧光体7a、b、c的入射效率高，并且波长变换率提高，使LED器件1的发光强度和发光效率得到改善。
如图8所示，也可以不在凹部4内模塑透光性树脂10中混合所述镜面粒子13的层，而在凹部4的开口部另行设置透光性树脂10与镜面粒子13混合的反射树脂层14，形成双重模塑结构。或者，也可将片状反射树脂层14贴到LED器件1的发光面(即凹部4)的表层部。
再者，作为所述实施形态的变换例，可在所述透光性树脂10中混合任意色素，以抑制初始状态下的表观亮度。长时间使用此LED器件时，LED芯片5劣化，使LED芯片5的输出降低，但色素同时产生褪色，使透光性树脂10的透射率提高。因而，即使长时间使用，也能防止表观上LED器件1的亮度降低，提供工作寿命长的器件。
又如图9所示，可通过在LED器件1的发光面(即凹部4)的开口部设置截断波长400nm以下的紫外线的紫外线截断滤波器或紫外线反射材料15，减小LED芯片5出射的430nm以下的短波长(紫外线波长区域)光的影响，保护眼睛安全。
还可在LED器件1的发光面设置含有红、绿、蓝的荧光体7a、b、c中的任意荧光体7a、b、c的荧光体薄层(图中未示出)，监视LED器件1的发光波长，并且用激光修整法修整设置在发光面上的所述荧光体薄层的表面，以取得期望的波长。通过这样将LED器件1的发光波长校正为期望波长，能对整个LED器件1取得单一的色调，可抑制LED器件发光色调的偏差。
所述实施形态的变换例中，基座2由金属材料构成，这时也可在基座2的内部配置热管(图中未示出)。由此，能减小LED器件1的热阻，可用大电流驱动LED芯片5，提高LED器件1的亮度。
再者，如图10所示，还可使所述基座2的下部中央部分向下突出，并且使该突出部分2a与安装LED器件1的安装底板16(Al底板等散热用底板)嵌合。由此，可通过基座2的突出部分2a将LED芯片5发的热散发到安装底板16(外部)，使热阻降低，能加大LED芯片的驱动电流，从而LED器件1的发光强度更加明亮。所述基座2的突出部分2a还可设计成处在低于金属框架3的低部17的位置。
所述实施形态的LED芯片5的与端子电极3a、3b的电连接方法不限于所述的方法。例如也可如图11所示，通过用Au线8a、8b压接金属框架3的端子电极3a、3b达到电连接。又可如图12所示，利用倒焊工艺焊接端子电极3a、3b与LED芯片5达到电连接。
所述实施形态中，采用的LED芯片5的安装部用模制树脂的嵌入成形件(基座2)和金属框架3构成，但也可如图13所示，例如设置用玻璃环氧材料、陶瓷材料等形成的底板18，并且在其上合为一体地进行基座2的成形代替金属框架3。还可通过粘贴玻璃环氧材料等构成的板，形成基座2。
从以上的说明可知，本发明的LED器件，包括有上表面开口的研钵状凹部并且将凹部的内壁面作为反射面的基座、配置在凹部的内底面的LED芯片、以及包含吸收LED芯片发的部分光进行波长变换后发光的荧光体并且填充在凹部内的树脂，其中在反射面上形成包含荧光体的荧光体层，因而荧光体层包含的荧光体能有效变换来自LED芯片的光，具有提高反射效率和亮度的效果。
而且，即使LED芯片的发光波长为430nm以下，也具有能防止反射面上的透射率加大和光反射率降低的效果。
虽然已通过一些实例参照附图充分说明了本发明，但其各种变换和修改对本领域的技术人员是显而易见的。因此，除非偏离本发明的精神和范围，这些变换和修改应理解为属于本发明。

Claims (17)

1、一种LED器件，其特征在于，组成部分包括
上表面开口具有凹部并且将该凹部的内壁面作为反射面的基座、
配置在所述凹部的内底面的LED芯片、
包含吸收该LED芯片发的部分光进行波长变换后发光的荧光体并且填充在所述凹部内的树脂、以及
形成在所述反射面并且包含荧光体的荧光体层。
2、如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，
所述LED芯片的发光波长为430nm以下。
3、如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，
所述荧光体层由发不同波长的光的多个荧光体层组成。
4、如权利要求3所述的LED器件，其特征在于，
所述多个荧光体层配置成较靠近外侧的荧光体层发波长较短的光。
5、如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，
利用从真空蒸镀、印刷和喷墨涂覆法构成的组中选择的方法形成所述荧光体层。
6、如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，
用以Si为主成分的微薄壳覆盖所述荧光体。
7、如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，
所述基座由玻璃或金属材料构成。
8、如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，
在所述反射面被施加的金属镀层上叠置并形成所述荧光体层。
9、如权利要求8所述的LED器件，其特征在于，
用使所述荧光体散布在所述金属镀层的比较液中，同时还进行电沉积的复合电镀法施加所述金属镀层。
10、一种LED器件，其特征在于，组成部分包括
上表面开口具有凹部并且将该凹部的内壁面作为反射面的基座、
配置在所述凹部的内底面的LED芯片、
包含吸收该LED芯片发的部分光进行波长变换后发光的荧光体并且填充在所述凹部内的树脂、以及
涂覆在所述反射面的紫外线反射材料。
11，如权利要求1或10所述的LED器件，其特征在于，
所述凹部内填充的树脂的表层部含有按表面积的10％以下的比率散布的、表面为镜面的镜面粒子。
12、如权利要求1或10所述的LED器件，其特征在于，
所述LED器件还具有与所述树脂分开地另行设置在所述凹部的开口部并且包含形成或附着在所述树脂上的、表面为镜面的镜面粒子的反射树脂层。
13、如权利要求1或10所述的LED器件，其特征在于，
所述树脂中混合色素。
14、如权利要求1或10所述的LED器件，其特征在于，
所述LED器件在所述凹部的开口部具有截除波长400nm以下的紫外线的紫外线截除滤波器或紫外线反射材料。
15、如权利要求1或10所述的LED器件，其特征在于，
所述LED器件在所述凹部的开口部设置包含所述荧光体并且用激光修整法修整表面过的荧光体薄层。
16、如权利要求1或10所述的LED器件，其特征在于，
所述基座内部具有热管。
17、如权利要求1或10所述的LED器件，其特征在于，
使所述基座的下部中央部分往下方突出。
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