JP2012119544A - Led light emitting body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱性に優れたＬＥＤ発光体に関する。 The present invention relates to an LED light emitter excellent in heat dissipation.
従来、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて青色光又は紫外線を放射するＬＥＤチップと種々の蛍光剤とを組み合わせることにより、白色をはじめとするＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を発するＬＥＤ発光体が開発されている（特許文献１）。ＬＥＤチップを用いたこのようなＬＥＤ発光体は、小型、省電力、長寿命等の長所があり、表示用光源や照明用光源として広く用いられている。特に近時では高出力、高輝度のＬＥＤチップが開発されてきており、その用途は益々増大の一途にある。 Conventionally, LED light emission that emits light of a color different from the light emission color of LED chips, such as white, by combining a LED chip that emits blue light or ultraviolet light with various fluorescent agents using a gallium nitride-based compound semiconductor A body has been developed (Patent Document 1). Such LED light emitters using LED chips have advantages such as small size, power saving and long life, and are widely used as display light sources and illumination light sources. In particular, recently, LED chips with high output and high brightness have been developed, and their uses are increasing more and more.
ところで、ＬＥＤチップ内部での電力損失は熱エネルギーに変換されジャンクション温度の上昇原因となるが、ＬＥＤチップは温度に敏感で、温度が上昇してくると結晶の熱じょう乱が激しくなり、多数の電子・正孔対が発生し正常な動作が得られにくくなる。このため、ＬＥＤチップが高出力化すると、ＬＥＤチップの発熱量が増大し、その熱によってＬＥＤチップそのものが劣化するという問題が生じている。また、蛍光剤も熱に脆弱であることから、ＬＥＤチップからの伝熱に起因する熱劣化による蛍光剤の発光効率や輝度の低下も解決が急がれる問題である。 By the way, the power loss inside the LED chip is converted into thermal energy and causes the junction temperature to rise, but the LED chip is sensitive to temperature, and as the temperature rises, the thermal disturbance of the crystal becomes severe, and many Electron / hole pairs are generated and normal operation is difficult to obtain. For this reason, when the output of the LED chip is increased, the amount of heat generated by the LED chip increases, and the LED chip itself is deteriorated by the heat. In addition, since the fluorescent agent is also vulnerable to heat, a decrease in the luminous efficiency and luminance of the fluorescent agent due to thermal degradation caused by heat transfer from the LED chip is a problem that is urgently solved.
そこで、従来は、このようなＬＥＤチップを用いたＬＥＤ発光体の下に放熱板を敷き、ここから熱を発散させるようにしている。 Therefore, conventionally, a heat radiating plate is laid under the LED light emitter using such an LED chip, and heat is dissipated therefrom.
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、ＬＥＤチップからの発熱を効率的に放熱できるＬＥＤ発光体を提供することをその主たる所期課題としたものである。 The present invention has been made in view of such problems, and it is a main intended object of the present invention to provide an LED luminous body that can efficiently dissipate heat generated from an LED chip.
すなわち本発明に係るＬＥＤ発光体は、ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップを密に覆って形成された封止層と、蛍光剤を分散状態で含有した蛍光層とを積層して構成されたＬＥＤ発光体であって、前記蛍光層は、前記蛍光剤が透明性窒化アルミニウム中に分散されてなるものであることを特徴とする。 That is, the LED light emitter according to the present invention is an LED light emitting device that is formed by laminating an LED chip, a sealing layer formed so as to cover the LED chip closely, and a fluorescent layer containing a fluorescent agent in a dispersed state. The fluorescent layer is characterized in that the fluorescent agent is dispersed in transparent aluminum nitride.
このようなものであれば、蛍光層自体が、熱伝導率の高い透明性窒化アルミニウムから構成されているので、光透過性を確保しつつ、ＬＥＤチップの発熱を効率的に放熱できる。 If it is such, since fluorescent layer itself is comprised from transparent aluminum nitride with high heat conductivity, the heat_generation | fever of a LED chip can be thermally radiated efficiently, ensuring light transmittance.
前記蛍光層は、より具体的には、前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材が前記封止層の上に積層されて一体化されたものであることが好ましい。このように、蛍光層が、予め焼成された透明性窒化アルミニウム板を封止層上に積層することによって形成されると、ＬＥＤ発光体を効率的に組立できるとともに、その品質が安定する。 More specifically, the fluorescent layer is preferably formed by laminating and integrating a transparent aluminum nitride plate material mixed with the fluorescent agent and baked on the sealing layer. As described above, when the fluorescent layer is formed by laminating a pre-fired transparent aluminum nitride plate on the sealing layer, the LED luminous body can be efficiently assembled and its quality is stabilized.
前記封止層は、シリコーン樹脂封止剤からなることが好ましく、また、前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材は、前記封止層上にシリコーン樹脂接着剤により接着されて一体化されたものであるか、又は、前記シリコーン樹脂封止剤の硬化前に前記封止層上に積層されて一体化されたものであることが好ましい。このように、封止層と透明性窒化アルミニウムの板材からなる蛍光層とが、シリコーン樹脂接着剤や未硬化のシリコーン樹脂封止剤により隙間無く一体化することにより、得られるＬＥＤ発光体は発光性能に優れたものとなる。 The sealing layer is preferably made of a silicone resin sealing agent, and the transparent aluminum nitride plate material baked by mixing the fluorescent agent is bonded to the sealing layer with a silicone resin adhesive. It is preferable that they are integrated with each other, or are laminated and integrated on the sealing layer before the silicone resin sealant is cured. As described above, the sealing layer and the fluorescent layer made of a transparent aluminum nitride plate material are integrated with a silicone resin adhesive or an uncured silicone resin sealing agent without gaps, so that the obtained LED luminous body emits light. Excellent performance.
前記蛍光層は、それぞれ異なる色種の蛍光剤を含有する複数の層を積層して構成されたものであってもよい。 The fluorescent layer may be configured by laminating a plurality of layers each containing different color fluorescent agents.
この際、緑色系の蛍光剤が上層に配置され、赤色系の蛍光剤が下層に配置されることが好ましい。このような順で配置することにより、熱に弱い緑色系の蛍光剤がＬＥＤチップからの発熱に起因して高温に曝されることがなく、一方、赤色系の蛍光剤は比較的熱に強いため下層に配置しても支承がなく、しかも赤色光は多段励起を起こさないことから上層の蛍光剤が赤色光により励起されることがない。なお、ここで、「下層」とはＬＥＤチップ側の層をいい、「上層」とはＬＥＤ発光体の光射出面側の層をいう。 At this time, it is preferable that the green fluorescent agent is disposed in the upper layer and the red fluorescent agent is disposed in the lower layer. By arranging in this order, the heat-sensitive green fluorescent agent is not exposed to high temperatures due to heat generation from the LED chip, while the red fluorescent agent is relatively resistant to heat. Therefore, there is no support even if it is arranged in the lower layer, and since the red light does not cause multistage excitation, the fluorescent agent in the upper layer is not excited by the red light. Here, “lower layer” refers to a layer on the LED chip side, and “upper layer” refers to a layer on the light emitting surface side of the LED light emitter.
前記それぞれ異なる色種の蛍光剤を含有する複数の層は、各々が必要とされる発光量に応じた厚さに形成されていてもよく、この際、例えば、前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材の積層板数を増減することにより、各々が必要とされる発光量に応じた厚さの層を形成することができる。このように異なる色種の蛍光剤を含有する各層の厚さを設定することにより、ＲＧＢが混色されて所望の色の光が得られる。 The plurality of layers containing the fluorescent agents of different color types may be formed to have a thickness corresponding to the amount of light emission required for each layer. In this case, for example, the fluorescent agent is mixed and baked. By increasing / decreasing the number of laminated transparent aluminum nitride plate members, it is possible to form layers each having a thickness corresponding to the amount of light emission required. Thus, by setting the thickness of each layer containing fluorescent agents of different color types, RGB are mixed and light of a desired color is obtained.
このような構成の本発明によれば、蛍光層のマトリックスとして透明性窒化アルミニウムを用いることにより、光透過性を確保しつつ、ＬＥＤチップからの発熱を効率的に放熱することができる。 According to the present invention having such a configuration, by using transparent aluminum nitride as the matrix of the fluorescent layer, it is possible to efficiently dissipate heat generated from the LED chip while ensuring light transmittance.
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態に係るＬＥＤ発光体１は、図１及び２に示すように、上端面２１に開口する凹部２２を有した基体２と、凹部２２の底面２２１に実装されたＬＥＤチップ３と、ＬＥＤチップ３を封止する封止層４と、封止層４の上に積層された蛍光層５とを備えたものである。 As shown in FIGS. 1 and 2, the LED light emitter 1 according to the present embodiment includes a base body 2 having a recess 22 that opens to an upper end surface 21, an LED chip 3 mounted on a bottom surface 221 of the recess 22, and an LED A sealing layer 4 for sealing the chip 3 and a fluorescent layer 5 laminated on the sealing layer 4 are provided.
各部を詳述する。
基体２は、上端面２１に開口する凹部２２を有するものであり、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の熱伝導率が高い絶縁材料を成型してなるものが挙げられる。
Each part will be described in detail.
The base 2 has a recess 22 that opens to the upper end surface 21. For example, a base 2 is formed by molding an insulating material having high thermal conductivity such as alumina or aluminum nitride.
基体２は、その凹部２２の底面２２１に後述するＬＥＤチップ３を実装するものであるが、当該底面２２１には、ＬＥＤチップ３が電気的に接続されるための配線導体（図示しない。）が形成されている。この配線導体が基体２内部に形成された配線層（図示しない。）を介してＬＥＤ発光体１の外表面に導出されて外部電気回路基板に接続されることにより、ＬＥＤチップ３と外部電気回路基板とが電気的に接続される。 The base body 2 mounts an LED chip 3 to be described later on the bottom surface 221 of the concave portion 22, and a wiring conductor (not shown) for electrically connecting the LED chip 3 to the bottom surface 221. Is formed. This wiring conductor is led to the outer surface of the LED light emitter 1 through a wiring layer (not shown) formed inside the base body 2 and connected to the external electric circuit board, whereby the LED chip 3 and the external electric circuit are connected. The substrate is electrically connected.
基体２の凹部２２の側面２２２には段部２３が形成されており、当該段部２３の上端面に、その周縁部が載置されるように後述する蛍光層５を設置することにより、蛍光層５が基体２に対し、軸方向にも軸直交方向にも位置決めされるように構成してある。 A step portion 23 is formed on the side surface 222 of the concave portion 22 of the base body 2, and a fluorescent layer 5 described later is placed on the upper end surface of the step portion 23 so that the peripheral portion thereof is placed. The layer 5 is configured to be positioned with respect to the substrate 2 both in the axial direction and in the direction perpendicular to the axis.
また、基体２の凹部２２の側面２２２及び底面２２１を含む内面には、銀、アルミニウム、金等の金属メッキ等が施されることにより高反射率の金属薄膜が形成されており、リフレクタとして機能している。 Further, a metal thin film having high reflectivity is formed on the inner surface including the side surface 222 and the bottom surface 221 of the concave portion 22 of the base 2 by applying metal plating such as silver, aluminum, gold, etc., and functions as a reflector. is doing.
ＬＥＤチップ３は、例えば、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体がｎ型層、発光層及びｐ型層の順に積層されたものであり、このようなＬＥＤチップ３は青色光や紫外光を発する。 The LED chip 3 is, for example, a gallium nitride compound semiconductor laminated on a sapphire substrate in the order of an n-type layer, a light emitting layer, and a p-type layer. Such an LED chip 3 emits blue light or ultraviolet light. .
ＬＥＤチップ３は、窒化ガリウム系化合物半導体を下（凹部２２の底面２２１側）にして凹部２２の底面２２１に半田バンプや金バンプ等（図示しない。）を用いてフリップチップ実装されている。 The LED chip 3 is flip-chip mounted on the bottom surface 221 of the recess 22 with solder bumps or gold bumps (not shown) with the gallium nitride compound semiconductor facing down (the bottom surface 221 side of the recess 22).
封止層４は、凹部２２に充実されてその内部にＬＥＤチップ３を封止するものであり、透光性及び耐熱性に優れ、ＬＥＤチップ３との屈折率差が小さいシリコーン樹脂封止剤からなるものである。 The sealing layer 4 is filled with the recess 22 and seals the LED chip 3 therein, and is excellent in translucency and heat resistance, and has a small refractive index difference with the LED chip 3. It consists of
蛍光層５は、内部に蛍光剤５１を含有しており、封止層４の上に積層されている。このような蛍光層５は、蛍光剤５１を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材からなるものであり、それが封止層４の上に積層されて一体化されている。 The fluorescent layer 5 contains a fluorescent agent 51 inside and is laminated on the sealing layer 4. Such a fluorescent layer 5 is made of a transparent aluminum nitride plate material fired by mixing a fluorescent agent 51, and is laminated and integrated on the sealing layer 4.
蛍光層５が含有する蛍光剤５１としては特に限定されず、例えば、赤色系蛍光剤、緑色系蛍光剤、青色系蛍光剤、黄色系蛍光剤等が挙げられる。 The fluorescent agent 51 contained in the fluorescent layer 5 is not particularly limited, and examples thereof include a red fluorescent agent, a green fluorescent agent, a blue fluorescent agent, and a yellow fluorescent agent.
蛍光剤５１として、赤色系蛍光剤、緑色系蛍光剤及び青色系蛍光剤を用いた場合、白色光を発するＬＥＤ発光体１を構成することができ、なかでも、ＬＥＤチップ３として紫外線や青色光を発するものを用いた場合、そのＬＥＤ発光体１が発する混合光は、ｘｙ色度座標のプランク軌跡上に調整しうる、太陽光に極めて近い自然な白色を再現できる。 When a red fluorescent agent, a green fluorescent agent, and a blue fluorescent agent are used as the fluorescent agent 51, the LED luminous body 1 that emits white light can be formed. When the light emitting element emits light, the mixed light emitted by the LED light emitter 1 can reproduce a natural white color very close to sunlight that can be adjusted on the Planck locus of the xy chromaticity coordinates.
蛍光剤５１を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材を封止層４上に積層して一体化するには、図３に示すように、封止層４を構成するシリコーン樹脂が硬化する前に封止層４上に蛍光層５を積層して一体化してもよく、また、図４に及び５示すように、シリコーン樹脂接着剤を用いて封止層４と蛍光層５とを接着して一体化してもよい。 In order to laminate and integrate the transparent aluminum nitride plate material fired with the fluorescent agent 51 on the sealing layer 4, the silicone resin constituting the sealing layer 4 is cured as shown in FIG. The fluorescent layer 5 may be laminated and integrated on the sealing layer 4 before the sealing, and the sealing layer 4 and the fluorescent layer 5 are bonded using a silicone resin adhesive as shown in FIGS. You may adhere and integrate.
以下、蛍光層５を封止層４上に積層して一体化する方法についてより詳細に説明する。封止層４を構成するシリコーン樹脂が硬化する前に蛍光層５を封止層４上に積層して一体化するには、まず、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、基体２の凹部２２に、段部２３の上端面より膨出する程度に多めにシリコーン樹脂封止剤を充填する。しかる後、図３（ｃ）〜（ｄ）に示すように、段部２３の上端面上にその周縁部が載置されるように蛍光層５を配設する。すると、溢れたシリコーン樹脂封止剤が段部２３の上端面と蛍光層５の下面との間に浸み出すが、浸み出したシリコーン樹脂封止剤は基体２と蛍光層５とを接着する接着剤として機能する。 Hereinafter, the method of laminating the fluorescent layer 5 on the sealing layer 4 and integrating them will be described in more detail. In order to laminate and integrate the fluorescent layer 5 on the sealing layer 4 before the silicone resin constituting the sealing layer 4 is cured, first, as shown in FIGS. 2 is filled with a silicone resin sealant so as to bulge from the upper end surface of the stepped portion 23. Thereafter, as shown in FIGS. 3C to 3D, the fluorescent layer 5 is disposed on the upper end surface of the stepped portion 23 so that the peripheral edge thereof is placed. Then, the overflowing silicone resin sealant oozes out between the upper end surface of the step portion 23 and the lower surface of the fluorescent layer 5, and the oozed silicone resin sealant bonds the base 2 and the fluorescent layer 5 together. Functions as an adhesive.
一方、シリコーン樹脂接着剤を用いて封止層４と蛍光層５とを接着して一体化するには、まず、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、基体２の凹部２２に、適量のシリコーン樹脂封止剤を充填し、これを硬化させる。次いで、図５（ｃ）〜（ｄ）に示すように、蛍光層５の一面にシリコーン樹脂接着剤を載せてから、シリコーン樹脂接着剤が載っている面を封止層４に向けて、段部２３の上端面上にその周縁部が載置されるように蛍光層５を配設する。すると、蛍光層５と封止層４とが接着されるとともに、溢れたシリコーン樹脂接着剤が段部２３の上端面と蛍光層５の下面との間に浸み出して、基体２と蛍光層５とを接着する接着剤として機能する。 On the other hand, in order to bond and integrate the sealing layer 4 and the fluorescent layer 5 using a silicone resin adhesive, first, as shown in FIGS. Then, an appropriate amount of silicone resin sealant is filled and cured. Next, as shown in FIGS. 5C to 5D, after the silicone resin adhesive is placed on one surface of the fluorescent layer 5, the surface on which the silicone resin adhesive is placed faces the sealing layer 4. The fluorescent layer 5 is disposed so that the peripheral edge portion is placed on the upper end surface of the portion 23. Then, the fluorescent layer 5 and the sealing layer 4 are bonded together, and the overflowing silicone resin adhesive oozes out between the upper end surface of the step portion 23 and the lower surface of the fluorescent layer 5, and the base 2 and the fluorescent layer 5 functions as an adhesive.
このような実施形態に係るＬＥＤ発光体１であれば、蛍光層５自体が、熱伝導率の高い透明性窒化アルミニウムから構成されているので、光透過性を確保しつつ、ＬＥＤチップ３からの発熱を効率的に放熱できる。 In the case of the LED light emitter 1 according to such an embodiment, the fluorescent layer 5 itself is made of transparent aluminum nitride having a high thermal conductivity. Heat can be efficiently dissipated.
また、本実施形態では、蛍光層５が、予め焼成された透明性窒化アルミニウム板を封止層４上に積層することにより形成されるため、ＬＥＤ発光体１を効率的に組立できるとともに、その品質が安定する。 Moreover, in this embodiment, since the fluorescent layer 5 is formed by laminating a pre-fired transparent aluminum nitride plate on the sealing layer 4, the LED light emitter 1 can be efficiently assembled and its Quality is stable.
更に、本実施形態では、封止層４と透明性窒化アルミニウムの板材からなる蛍光層５とが、シリコーン樹脂接着剤や未硬化のシリコーン樹脂封止剤により、隙間無く一体化されるので、発光性能に優れたＬＥＤ発光体１を得ることができる。 Furthermore, in this embodiment, the sealing layer 4 and the fluorescent layer 5 made of a transparent aluminum nitride plate are integrated with a silicone resin adhesive or an uncured silicone resin sealing agent without any gaps, so that light emission The LED light-emitting body 1 excellent in performance can be obtained.
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
蛍光層５は、図６に示すように、それぞれ異なる色種の蛍光剤５１を含有する複数の層を積層して構成されたものであってもよい。このように、異なる色種の蛍光剤５１を含有する複数の層の組み合わせることにより所望の発光色が得られる。この際、緑色系の蛍光剤層５Ｇを上層に配置し、赤色系の蛍光剤層５Ｒを下層に配置することが好ましい。このような順で配置することにより、熱に弱い緑色系の蛍光剤５１ＧがＬＥＤチップ３から発した熱により高温に曝されることがなく、一方、赤色系の蛍光剤５１Ｒは比較的熱に強いため下層に配置しても支承がなく、しかも赤色光は多段励起を起こさないことから上層の蛍光剤５１が赤色光により励起されることがない。 As shown in FIG. 6, the fluorescent layer 5 may be configured by laminating a plurality of layers containing fluorescent agents 51 of different color types. Thus, a desired luminescent color can be obtained by combining a plurality of layers containing fluorescent agents 51 of different color types. At this time, it is preferable that the green fluorescent agent layer 5G is disposed in the upper layer and the red fluorescent agent layer 5R is disposed in the lower layer. By arranging in this order, the heat-sensitive green fluorescent agent 51G is not exposed to a high temperature by the heat generated from the LED chip 3, while the red fluorescent agent 51R is relatively hot. Since it is strong, there is no support even if it is arranged in the lower layer, and since the red light does not cause multistage excitation, the fluorescent agent 51 in the upper layer is not excited by the red light.
また、それぞれ異なる色種の蛍光剤５１を含有する複数の層は、各々が必要とされる発光量に応じた厚さに形成されていることが好ましい。このように各層の厚さを設定することにより、ＲＧＢが混色されて所望の色の光が得られる。この際、蛍光剤５１を混入した透明性窒化アルミニウムの板材の積層板数を増減することにより、各々が必要とされる発光量に応じた厚さの蛍光層５を形成することができる。 Moreover, it is preferable that the several layer containing the fluorescent agent 51 of a respectively different color kind is formed in the thickness according to the light-emission quantity which each requires. By setting the thickness of each layer in this way, RGB is mixed and desired color light is obtained. At this time, by increasing or decreasing the number of laminated sheets of transparent aluminum nitride plates mixed with the fluorescent agent 51, it is possible to form the fluorescent layer 5 having a thickness corresponding to the required amount of light emission.
１・・・ＬＥＤ発光体
３・・・ＬＥＤチップ
４・・・封止層
５・・・蛍光層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED light-emitting body 3 ... LED chip 4 ... Sealing layer 5 ... Fluorescent layer
Claims (9)
前記蛍光層は、前記蛍光剤が透明性窒化アルミニウム中に分散されてなるものであることを特徴とするＬＥＤ発光体。 An LED light emitter configured by laminating an LED chip, a sealing layer formed so as to cover the LED chip closely, and a fluorescent layer containing a fluorescent agent in a dispersed state,
The LED phosphor, wherein the fluorescent layer is formed by dispersing the fluorescent agent in transparent aluminum nitride.
前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材は、前記封止層上にシリコーン樹脂接着剤により接着されて一体化されたものである請求項２記載のＬＥＤ発光体。 The sealing layer is made of a silicone resin sealant,
The LED light-emitting body according to claim 2, wherein the transparent aluminum nitride plate material baked by mixing the fluorescent agent is bonded and integrated on the sealing layer with a silicone resin adhesive.
前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材は、前記シリコーン樹脂封止剤の硬化前に前記封止層上に積層されて一体化されたものである請求項２記載のＬＥＤ発光体。 The sealing layer is made of a silicone resin sealant,
3. The LED according to claim 2, wherein the transparent aluminum nitride plate material fired by mixing the fluorescent agent is laminated and integrated on the sealing layer before the silicone resin sealant is cured. Luminous body.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9405051B2 (en) | 2014-03-04 | 2016-08-02 | Samsung Display Co., Ltd. | Backlight assembly and display device having the same |
| JP2017028097A (en) * | 2015-07-22 | 2017-02-02 | シャープ株式会社 | Light-emitting device and illumination apparatus |
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2010
- 2010-12-02 JP JP2010268887A patent/JP2012119544A/en not_active Withdrawn
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