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JP5199623B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、LEDチップ(発光ダイオードチップ)を利用した発光装置に関するものである。
従来から、LEDチップと、LEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップとは異なる発光色の光を放射する蛍光体および透光性材料からなる色変換層とを組み合わせ所望の混色光(例えば、白色光)を得るようにした発光素子や当該発光素子を備えた発光装置の研究開発が各所で行われている(例えば、特許文献1,2,3参照)。
ここにおいて、上記特許文献1,2には、LEDチップの一表面側にインクジェット法により色変換層を形成する技術が記載されている。
また、上記特許文献3には、基板上にLEDチップおよび当該LEDチップを囲む枠状の堰部を設け、堰部で囲まれた領域内に蛍光体を含有した透光性材料を充填して封止部を形成してなる発光装置が記載されている。
特開2003−46124号公報 特開2006−86191号公報 特開2005−93601号公報
ところで、上記特許文献1,2に開示された発光素子では、インクジェット法によりLEDチップ上に色変換層を直接形成しているので、LEDチップの一表面に電極が形成されている場合でも、所望の領域に色変換層を形成することができるという利点があるが、色変換層を薄膜化した場合に表面が荒れてしまい色むらの原因になるという問題があった。
また、上記特許文献3に開示された発光装置では、基板上におけるLEDチップの実装高さと堰部の実装高さとの差によってLEDチップ上の色変換層の厚み寸法が決まるので、色変換層の厚み寸法のばらつきが大きくなってしまう。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、色変換層の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能な発光装置を提供することにある。
請求項1の発明は、LEDチップと、前記LEDチップが実装された実装基板と、前記LEDチップから放射される光によって励起されて前記LEDチップよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料からなり前記LEDチップの一表面側に形成された色変換層とを備えた発光装置であって、前記LEDチップの前記一表面側に当該LEDチップの外周線の全周に沿った枠状の電極が形成され、当該枠状の電極に囲まれた領域に前記色変換層が形成され、前記色変換層は、封止部により覆われていることを特徴とする。
この発明によれば、LEDチップの一表面側に当該LEDチップの外周線の全周に沿った枠状の電極が形成され、当該枠状の電極に囲まれた領域において色変換層が前記LEDチップの前記一表面側に形成されているので、前記枠状の電極に囲まれた領域に蛍光体を含有した適量の透光性材料を塗布することにより前記色変換層を形成するような製造プロセスを採用することが可能となり、前記色変換層の薄膜化を図りつつ前記色変換層の表面荒れを抑制することができて色むらを低減可能になる。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記LEDチップは、前記一表面側において前記枠状の電極で囲まれた領域を複数の小領域に等分割する仕切壁が前記枠状の電極に連続一体に形成され、前記色変換層が、前記小領域ごとに前記LEDチップの前記一表面側に形成されてなることを特徴とする。
この発明によれば、前記色変換層の表面荒れをより抑制することが可能になる。
請求項1の発明では、色変換層の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能になるという効果がある。
本実施形態における発光装置1は、図1(a)に示すように、可視光(本実施形態では、青色光)を放射するLEDチップ11と、LEDチップ11が実装された実装基板20と、実装基板20におけるLEDチップ11の実装面側において実装基板20との間にLEDチップ11を囲む形で配設されたドーム状の光学部材40と、光学部材40と実装基板20とで囲まれた空間でLEDチップ11を封止した封止樹脂からなる封止部50とを備え、LEDチップ11の一表面(光取り出し面)側に、LEDチップ11から放射される可視光によって励起されてLEDチップ11よりも長波長の可視光を放射する蛍光体を含有した透光性材料からなる色変換層12が形成されている。なお、本実施形態では、LEDチップ11と色変換層12とで発光素子10を構成している。
本実施形態における発光装置1では、LEDチップ11として、青色光を放射するGaN系青色LEDチップを用い、色変換層12の蛍光体として、LEDチップ11から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体を採用しており、LEDチップ11から放射され色変換層12および封止部50を透過した青色光と、色変換層12の蛍光体である黄色蛍光体から放射され封止部50を透過した黄色光とが光学部材40の光入射面40aへ入射して光学部材40の光出射面40bから出射されることとなり、白色光を得ることができる。
LEDチップ11は、図1(b),(c)に示すように、厚み方向の一表面側(図1(a),(b)における上面側)に一方の電極11aが形成されるとともに、厚み方向の他表面側(図1(a),(b)における上面側)に他方の電極11bが形成されている。ここにおいて、各電極11a,11bは、下層側のNi膜と上層側のAu膜との積層膜により構成されている。なお、本実施形態では、LEDチップ11として、側面からは青色光がほとんど放射されないものを用いている。
実装基板20は、LEDチップ11が一表面側に搭載される矩形板状のサブマウント部材30と、熱伝導性材料により形成されサブマウント部材30が一面側の中央部に固着される矩形板状の伝熱板21と、伝熱板21の一面側(図1(a)における上面側)に例えばポリオレフィン系の固着シート(図示せず)を介して固着される矩形板状のフレキシブルプリント配線板により形成され中央部にサブマウント部材30を露出させる矩形状の窓孔24を有する配線基板22とで構成されている。したがって、LEDチップ11で発生した熱が配線基板22を介さずにサブマウント部材30および伝熱板21に伝熱されるようになっている。
上述の伝熱板21は、Cuからなる金属板21aを基礎とし、当該金属板21aの厚み方向の両面にAu膜からなるコーティング膜21bが形成されている。
一方、配線基板22は、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材22aの一表面側に、LEDチップ11への給電用の一対の配線パターン23,23が設けられるとともに、各配線パターン23,23および絶縁性基材22aにおいて配線パターン23,23が形成されていない部位を覆う白色系の樹脂からなるレジスト層26が積層されている。ここにおいて、LEDチップ11は、上記一方の電極11aがボンディングワイヤ14を介して一方の配線パターン23と電気的に接続され、上記他方の電極11bがサブマウント部材30の電極パターン31およびボンディングワイヤ14を介して他方の配線パターン23と電気的に接続されている。なお、各配線パターン23,23は、絶縁性基材22aの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材22aの材料としては、FR4、FR5、紙フェノールなどを採用してもよい。
レジスト層26は、配線基板22の窓孔24の近傍において各配線パターン23,23の一部が露出し、配線基板22の周部において各配線パターン23,23の他の一部が露出するようにパターニングされており、各配線パターン23,23は、配線基板22の窓孔24近傍において露出した部位が、ボンディングワイヤ14が接続される端子部23aを構成し、配線基板22の周部において露出した円形状の部位が外部接続用電極部23bを構成している。なお、配線基板22の配線パターン23,23は、Cu膜とNi膜とAu膜との積層膜により構成され、最上層がAu膜となっている。
また、サブマウント部材30は、熱伝導率が比較的高く且つ電気絶縁性を有するAlNにより形成されており、平面サイズをLEDチップ11のチップサイズよりも大きく設定してあり、伝熱板21とLEDチップ11との線膨張率差に起因してLEDチップ11に働く応力を緩和する応力緩和機能と、LEDチップ11で発生した熱を伝熱板21においてLEDチップ11のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能とを有している。したがって、本実施形態における発光装置1では、LEDチップ11と伝熱板21との線膨張率差に起因してLEDチップ11に働く応力を緩和することができるとともに、LEDチップ11で発生した熱をサブマウント部材30および伝熱板21を介して効率良く放熱させることができる。
本実施形態では、サブマウント部材30の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するAlNを採用しているが、サブマウント部材30の材料はAlNに限らず、例えば、複合SiCなどを採用してもよい。また、サブマウント部材30の一表面側には、LEDチップ11におけるサブマウント部材30側の上記他方の電極11bと接合される上述の電極パターン31が形成され、当該電極パターン31の周囲に可視光を反射する反射膜32が形成されている。したがって、LEDチップ11から放射された可視光がサブマウント部材30に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。ここにおいて、電極パターン31は、Auを主成分とするAuとSnとの合金(例えば、80Au−20Sn、70Au−30Snなど)により形成されている。また、反射膜32は、Alにより形成されているが、Alに限らず、Ag、Ni、Auなどにより形成してもよい。
また、本実施形態における発光装置1では、サブマウント部材30の厚み寸法を、当該サブマウント部材30の表面が配線基板22のレジスト層26の表面よりも伝熱板21から離れるように設定してあり、LEDチップ11や黄色蛍光体から放射された可視光が配線基板22の窓孔24の内周面を通して配線基板22に吸収されるのを防止することができる。
上述の封止部50の材料である封止樹脂としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、例えばエポキシ樹脂などを用いてもよい。
光学部材40は、透光性材料(例えば、シリコーン樹脂など)の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材40をシリコーン樹脂により形成してあるので、光学部材40と封止部50との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、封止部50の材料がエポキシ樹脂の場合には、光学部材40もエポキシ樹脂により形成することが好ましい。
上述の色変換層12は、蛍光体および透光性材料により形成されているが、本実施形態では、蛍光体として上述のように黄色蛍光体を採用し、透光性材料としてシリコーン樹脂を採用している。なお、色変換層12の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂などを採用してもよい。
以上説明した発光装置1では、LEDチップ11から放射される青色光によって励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体および透光性材料により形成された色変換層12がLEDチップ11の上記一表面側に積層されていることにより、色変換層12の黄色蛍光体で発生した熱をLEDチップ11を通して実装基板20側へ放熱させることができるので、放熱性を向上できる。また、上述の発光装置1は、光学部材40の光出射面40bを球面の一部により構成してあり、光学部材40と封止部50とで構成されるレンズ部が半球状の形状となっているので、点光源として利用することができる。
次に、上述のLEDチップ11と色変換層12とで構成される上述の発光素子10について説明する。
本実施形態における発光素子10は、LEDチップ11の上記一表面側の電極11aが、当該LEDチップ11の外周線の全周に沿った枠状に形成されており、当該枠状の電極11aに囲まれた領域13において色変換層12がLEDチップ11の上記一表面側に形成されている。
ここにおいて、発光素子10の製造にあたっては、LEDチップ10の上記一表面側において枠状の電極11aに囲まれた領域13に蛍光体を含有した適量の透光性材料をディスペンサなどを用いて塗布することにより色変換層12を形成すればよい。このような製造プロセスを採用すれば、上記特許文献1,2のようにインクジェット法により色変換層をLEDチップ上に直接形成する場合に比べて、色変換層12の表面の平坦性を向上でき、色変換層12の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能な発光素子10を提供することができる。また、色変換層12の厚み寸法を電極11aの厚み寸法によって規定することができるという利点がある。
しかして、本実施形態の発光素子10では、LEDチップ11の上記一表面側に当該LEDチップ11の外周線の全周に沿った枠状の電極11aが形成され、当該枠状の電極11aに囲まれた領域において色変換層12がLEDチップ11の上記一表面側に形成されているので、枠状の電極11aに囲まれた領域に蛍光体を含有した適量の透光性材料を塗布することにより色変換層12を形成するような製造プロセスを採用することが可能となり、色変換層12の薄膜化を図りつつ色変換層12の表面荒れを抑制することができて色むらを低減可能になる。なお、色変換層12の設計厚さの電極11aを形成するのが難しい場合には、電極11a上に別部材の枠体を配設して枠状の電極11aと枠体とで構成される枠部で囲まれた領域に色変換層12を形成するようにしてもよい。
また、図2,3に示すように、LEDチップ11として、当該LEDチップ11の一表面側において枠状の電極11aで囲まれた領域を複数(図示例では3つ)の小領域13aに等分割する仕切壁11cが枠状の電極11aに連続一体に形成された構造を採用し、色変換層12を、小領域13aごとにLEDチップ11の上記一表面側に形成するようにすれば、色変換層12の表面荒れをより抑制することが可能になる。ここで、図2,3に示した例では、全ての小領域13aの容積が同じなので、蛍光体を含有した透光性材料の塗布量を全ての小領域13aで同じにすることができ、製造が容易になる。
なお、LEDチップ11の発光色と色変換層12における蛍光体の発光色との組み合わせは特に限定するものではなく、例えば、色変換層12に用いる蛍光体は、黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを併用すれば演色性の高い白色光を得ることができる。また、LEDチップ11として、紫外光を放射するLEDチップを採用して、蛍光体として、赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体とを併用するようにしても白色光を得ることができる。また、上述の発光装置1は、発光素子10を1個だけ備えているが、複数個の発光素子10を備えるようにしてもよく、この場合、発光素子10ごとにサブマウント部材30を設けてもよいし、複数個の発光素子10を1個のサブマウント部材30に搭載するようにしてもよい。
実施形態を示し、(a)は発光素子を用いた発光装置の概略断面図、(b)はLEDチップの概略平面図、(c)はLEDチップの概略斜視図である。 同上における発光素子の他の構成例を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。 図2におけるLEDチップを示し、(a)は概略平面図、(b)は概略斜視図である。
符号の説明
10 発光素子
11 LEDチップ
11a 電極
11b 電極
11c 仕切壁
12 色変換層
13 領域
13a 小領域

Claims (3)

  1. LEDチップと、前記LEDチップが実装された実装基板と、前記LEDチップから放射される光によって励起されて前記LEDチップよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料からなり前記LEDチップの一表面側に形成された色変換層とを備えた発光装置であって、前記LEDチップの前記一表面側に当該LEDチップの外周線の全周に沿った枠状の電極が形成され、当該枠状の電極に囲まれた領域に前記色変換層が形成され、前記色変換層は、封止部により覆われていることを特徴とする発光装置。
  2. 前記LEDチップは、前記一表面側において前記枠状の電極で囲まれた領域を複数の小領域に等分割する仕切壁が前記枠状の電極に連続一体に形成され、前記色変換層が、前記小領域ごとに前記LEDチップの前記一表面側に形成されてなることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  3. 前記枠状の電極と前記実装基板に形成された配線パターンとを接続するボンディングワイヤが、前記封止部により覆われていることを特徴とする請求項1又は2記載の発光装置。
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