JP2007207939A

JP2007207939A - 発光装置

Info

Publication number: JP2007207939A
Application number: JP2006023635A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Toda; 雅宏戸田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】色われや角度色差を改善できる発光装置11を提供する。
【解決手段】凹部20内の発光ダイオード素子13に対して垂直方向に対向する位置に、垂直方向視で発光ダイオード素子13の大きさと同程度の大きさの拡散部23を設ける。凹部20内に、発光ダイオード素子13および拡散部23を覆う蛍光体層24を設ける。蛍光体層24は、発光ダイオード素子13の光で励起されて発光する蛍光体を有する。拡散部23により、垂直方向へ向かう発光ダイオード素子13の青色光を拡散させ、垂直方向ヘの配光を減少させるとともに垂直方向に対して傾斜方向への配光を増大させる。垂直方向ヘの配光を減少させるとともに傾斜方向への配光を増大させることで、色われや角度色差を改善する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を用いた発光装置に関する。

従来、発光素子として発光ダイオード素子を用いた発光装置は、基板に発光ダイオード素子を配設し、この発光ダイオード素子を被覆するように樹脂を充填して固化させた面実装タイプのものが知られている。

そして、この種の発光装置により、白色光を発光させるには、青色光を発光する発光ダイオード素子を、樹脂に黄色発光蛍光体を含有させた樹脂層である蛍光体層によって被覆し、発光ダイオード素子が発光する青色光と、この青色光により黄色発光蛍光体を励起させて得た黄色光とを混色させている。

また、発光ダイオード素子全体を拡散層で覆い、この拡散層の上層に蛍光体層を形成することにより、発光ダイオード素子の青色光を拡散層で拡散させて蛍光体層全体に入射させるようにして発光効率を向上させている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３２４２１５号公報（第３−４頁、図１）

しかしながら、発光ダイオード素子を蛍光体層によって被覆する発光装置では、蛍光体層の表面中央部と発光ダイオード素子との距離の方が蛍光体層の表面周辺部と発光ダイオード素子との距離よりも近い関係にあり、かつ発光ダイオード素子から蛍光体層の表面中央部へ向かう青色光の光度の方が蛍光体層の表面周辺部へ向かう青色光の光度よりも高い配光の関係にあるので、蛍光体層の表面に対して垂直方向から見た場合、発光ダイオード素子に対して垂直方向に対向する蛍光体層の表面中央部においては、青色光の輝度が高く、青色光が抜けて白色光に見え、一方、蛍光体層の表面周辺部においては、黄色光が分布するという現象である色われが発生する問題がある。しかも、蛍光体層の表面の垂直方向に対して傾斜した方向から見た場合には、上述した光路長の関係や配光から、全体的に黄色味がかって見え、そのため、見る角度による角度色差が大きい問題がある。

また、発光ダイオード素子の青色光を拡散層で拡散させて蛍光体層全体に入射させる構成では、蛍光体層の表面中央部へ向かう発光ダイオード素子の光を拡散させるが、発光ダイオード素子全体を拡散層で覆っているために、蛍光体層の表面周辺部へ向かう発光ダイオード素子の光も拡散させてしまい、その結果、色われや角度色差には十分な改善が得られない問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、色われや角度色差を改善できる発光装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発光装置は、凹部を有する基体と；凹部内の底面側に配設される発光素子と；凹部内の発光素子に対して垂直方向に対向する位置でかつ垂直方向視で発光素子の大きさと同程度の大きさに設けられ、垂直方向へ向かう発光素子の光を拡散させて垂直方向ヘの配光を減少させるとともに垂直方向に対して傾斜方向への配光を増大させる拡散部と；凹部内に発光素子および拡散部を覆うように形成され、発光素子の光で励起されて発光する蛍光体を有する蛍光体層と；を具備しているものである。

基体は、基板上に絶縁層、回路パターン、反射体を設けた構成や、リードフレームをインサート成形した樹脂成形品などを用いることができる。発光素子は、例えば、青色光を発光する発光ダイオード素子を用いることができる。拡散部には、拡散材を含有した透明樹脂を用いることができる。拡散部の大きさは、凹部の直径より小さく凹部の内面から離反する大きさで、発光素子と同程度であって、発光素子より少し小さくても大きくてもよいが、垂直方向視で発光素子全体を覆うような大きさが好ましい。蛍光体層の蛍光体は、例えば、白色光を得る場合には、発光素子からの青色光で励起して黄色光を発光する黄色発光蛍光体を用いることができる。

請求項２記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、凹部内に形成される拡散部および蛍光体層は、蛍光体層より粘度が高い樹脂材料で拡散部が凹部内の発光素子上に形成された後に、拡散部の樹脂材料より粘度が低い樹脂材料で蛍光体層が凹部内に形成されているものである。

拡散部は、蛍光体層より粘度が高い樹脂材料を用いることにより、蛍光体層の拡散部より粘度が低い樹脂材料と混ざり合うことがなく、拡散部の位置や形状を維持できる。また、凹部内の発光素子の周囲にその発光素子の高さ程度まで一次の蛍光体層を形成し、その状態で発光素子上に拡散部を形成し、その後、凹部内の拡散部や一次の蛍光体層上にさらに二次の蛍光体層を形成してもよく、あるいは、一次の蛍光体層を省略し、発光素子上に拡散部を形成した後、凹部内に蛍光体層を形成してもよい。

請求項１記載の発光装置によれば、凹部内の発光素子に対して垂直方向に対向する位置でかつ垂直方向視で発光素子の大きさと同程度の大きさに設けた拡散部により、垂直方向へ向かう発光素子の光を拡散させて垂直方向ヘの配光を減少させるとともに垂直方向に対して傾斜方向への配光を増大させることができ、色われや角度色差を確実に改善できる。

請求項２記載の発光装置によれば、請求項１記載の発光装置の効果に加えて、蛍光体層より粘度が高い樹脂材料で拡散部を凹部内の発光素子上に形成した後に、拡散部の樹脂材料より粘度が低い樹脂材料で蛍光体層を凹部内に形成することにより、凹部内に拡散部および蛍光体層を容易に形成できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は発光装置の一部の断面図、図２は発光装置の正面図、図３は発光装置の拡散部および蛍光体層の形成方法を(a)(b)(c)の順に示す説明図、図４は発光装置の配光について示すもので、(a)は拡散部を用いた配光図、(b)は拡散部を用いない比較例の配光図である。

図１および図２に示すように、発光装置11は、発光モジュール12を備え、この発光モジュール12が例えば照明器具の器具本体などの図示しない発光装置本体に対して着脱可能に取り付けられる。発光モジュール12には、複数の発光素子としてチップ状の固体発光素子である発光ダイオード素子（発光ダイオードチップ）13がマトリクス状に配列されている。

発光ダイオード素子13は、例えば、発光ピークが４５０〜４６０ｎｍの青色光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体などで構成された青色発光ダイオード素子である。

発光モジュール12は、放熱性および剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ樹脂などで形成された平板状の基板14、この基板14上に形成された絶縁層15、この絶縁層15上に形成された回路パターン層16、これら絶縁層15および回路パターン層16が形成された基板14上に形成された反射体17を有している。そして、基板14および反射体17などで基体18が構成されている。

回路パターン層16には、各発光ダイオード素子13の位置毎に、ＣｕとＮｉの合金やＡｕなどにより、陰極側と陽極側の回路パターン(配線パターン)16a，16bが形成されている。各発光ダイオード素子13は、その底面電極が回路パターン16a，16bの一方にダイボンディングによって電気的および機械的に接続され、上面電極が回路パターン16a，16bの他方にボンディングワイヤ19によって電気的に接続されている。

反射体17は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート)やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）などの樹脂を基板14の一面に流し込んで成形され、各発光ダイオード素子13の位置毎に、各発光ダイオード素子13を収容する収容部である複数の凹部20が形成されている。凹部20は、基板14に対して反対側へ向けて漸次拡開する円錐台状に形成されている。凹部20の周囲には、図示しないレンズを固定するレンズホルダ部21が同心状に形成されている。

また、各凹部20には、発光ダイオード素子13を被覆する被覆層22が形成されている。この被覆層22は、発光ダイオード素子13の表面に対して垂直方向に対向する位置に配設される拡散部23と、発光ダイオード素子13および拡散部23を覆うように配設される蛍光体層24とで構成されている。

拡散部23は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性透明樹脂にチタン酸カリウム（Ｋ_２ＴｉＯ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）などの拡散材が配合されている。拡散部23の大きさは、凹部20の直径より小さく凹部20の内面から離反する大きさで、発光ダイオード素子13と同程度の大きさに形成されている。この拡散部23の発光ダイオード素子13と同程度の大きさとは、発光ダイオード素子13より少し小さくても大きくてもよいが、垂直方向視で発光ダイオード素子13全体を覆うような大きさが好ましい。拡散部23の厚みは、全体に均一に形成されている。

蛍光体層24は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性透明樹脂に発光ダイオード素子13からの青色光を受光して黄色に蛍光発光する黄色系蛍光体を主体として配合されている。この蛍光体としては、黄色系蛍光体が主体であるが、赤色系蛍光体なども配合されている。

図３に、拡散部23および蛍光体層24を形成する方法を示す。まず、図３(a)に示すように、凹部20内の底部で発光ダイオード素子13の周囲に、発光ダイオード素子13の表面の高さ位置まで、蛍光体層24を構成する液状の透明樹脂の一部を滴下、塗布などによって配置する。次に、図３(b)に示すように、発光ダイオード素子13の表面側に、拡散部23を構成する液状の透明樹脂を滴下、塗布などによって配置する。このとき、拡散部23を構成する液状の透明樹脂の粘度は、滴下、塗布された位置や形状をある程度維持可能とする粘度で、蛍光体層24を構成する液状の透明樹脂の粘度より高い関係にある。次に、図３(c)に示すように、凹部20内全体を覆うように、蛍光体層24を構成する液状の透明樹脂を滴下、塗布などによって配置する。このとき、拡散部23を構成する液状の透明樹脂の粘度は蛍光体層24を構成する液状の透明樹脂の粘度より高いため、拡散部23と蛍光体層24とが混ざり合うことがなく、拡散部23の位置や形状を維持できる。

なお、発光装置11とレンズを組み合わせて照明装置を構成できる。

次に、発光装置11の作用を説明する。

陰極側と陽極側の回路パターン16a，16b間に、外部から所定の直流電圧が印加されると、発光ダイオード素子13が青色発光し、発光ダイオード素子13の表面や側面などから青色光が出射する。発光ダイオード素子13の表面から出射する青色光は、拡散部23に入射し、この拡散部23で多方向に拡散して蛍光体層24に入射し、蛍光体層24の黄色蛍光体を多方向から励起して黄色発光させる。発光ダイオード素子13の側面から出射する青色光は、蛍光体層24に入射し、蛍光体層24の黄色蛍光体を励起して黄色発光させる。そして、発光ダイオード素子13からの青色光と黄色蛍光体からの黄色光とが混色し、白色光になって凹部20内から外部へ、つまり蛍光体層24の表面から外部へ出射する。

このとき、拡散部23は凹部20内の発光ダイオード素子13に対して垂直方向に対向する位置でかつ垂直方向視で発光ダイオード素子13の大きさと同程度の大きさに設けられているため、垂直方向へ向かう発光ダイオード素子13の光を拡散させて垂直方向ヘの配光を減少させるとともに垂直方向に対して傾斜方向への配光を増大させる。

そして、拡散部23を用いた場合と用いない場合との配光を測定した結果を図４に示す。図４(a)には拡散部23を用いた配光図を示し、図４(b)には拡散部23を用いない比較例の配光図を示す。図中、凹部20内の発光ダイオード素子13に対する垂直方向を０°、径方向を光度の強さとしており、青色光を実線で、黄色光を破線で示す。

図４(b)に示す拡散部23を用いない比較例の場合には、発光ダイオード素子13から垂直方向へ向かう青色光が多く、垂直方向に対して傾斜方向へ向かう青色光が少ない配光となっている。しかも、傾斜方向での青色光と黄色光との光度の差が大きい。そのため、垂直方向から見た場合に中央部と周辺部とで色われが発生しやすく、見る角度による角度色差が大きくなりやすい。

それに対して、図４(a)に示す拡散部23を用いた場合には、発光ダイオード素子13から垂直方向へ向かう青色光を拡散させるため、垂直方向ヘの青色光が減少するとともにそれに伴って黄色光も減少し、垂直方向の配光が減少する。一方、発光ダイオード素子13から垂直方向へ向かう青色光を拡散させるため、垂直方向に対して傾斜方向へ向かう青色光が増大するとともにそれに伴って黄色光を増大し、傾斜方向の配光が増大する。しかも、傾斜方向での青色光と黄色光との光度の差が減少する。

したがって、凹部20内の発光ダイオード素子13に対して垂直方向に対向する位置でかつ垂直方向視で発光ダイオード素子13の大きさと同程度の大きさに設けた拡散部23により、垂直方向へ向かう発光ダイオード素子13の光を拡散させて垂直方向ヘの配光を減少させるとともに垂直方向に対して傾斜方向への配光を増大させることができ、色われや角度色差を確実に改善できる。

また、蛍光体層24より粘度が高い樹脂材料で拡散部23を凹部20内の発光ダイオード素子13上に形成した後に、拡散部23の樹脂材料より粘度が低い樹脂材料で蛍光体層24を凹部20内に形成することにより、凹部20内に拡散部23および蛍光体層24を容易に形成できる。

なお、拡散部23で拡散した光の一部は基板14側へ向かって凹部20の底面で反射するため、この凹部20の底面の反射率を高めることにより、垂直方向に対して傾斜方向への配光をより増大させることができるとともに発光効率を向上できる。凹部20の底面の反射率を高めるには、例えば、絶縁層15に白色樹脂を用い、発光ダイオード素子13を絶縁層15上に接着剤などで配設するとともに各回路パターン16a，16bに対してワイヤボンディングで電気的に接続することで、凹部20の底面における白色の絶縁層15の表面積を広くとることにより可能となる。

また、基体18としては、金属フレームを樹脂で一体にモールド成形したものでもよい。

本発明の一実施の形態を示す発光装置の一部の断面図である。同上発光装置の正面図である。同上発光装置の拡散部および蛍光体層の形成方法を(a)(b)(c)の順に示す説明図である。同上発光装置の配光について示すもので、(a)は拡散部を用いた配光図、(b)は拡散部を用いない比較例の配光図である。

符号の説明

11 発光装置
13 発光素子としての発光ダイオード素子
18 基体
20 凹部
23 拡散部
24 蛍光体層

Claims

凹部を有する基体と；
凹部内の底面側に配設される発光素子と；
凹部内の発光素子に対して垂直方向に対向する位置でかつ垂直方向視で発光素子の大きさと同程度の大きさに設けられ、垂直方向へ向かう発光素子の光を拡散させて垂直方向ヘの配光を減少させるとともに垂直方向に対して傾斜方向への配光を増大させる拡散部と；
凹部内に発光素子および拡散部を覆うように形成され、発光素子の光で励起されて発光する蛍光体を有する蛍光体層と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
凹部内に形成される拡散部および蛍光体層は、蛍光体層より粘度が高い樹脂材料で拡散部が凹部内の発光素子上に形成された後に、拡散部の樹脂材料より粘度が低い樹脂材料で蛍光体層が凹部内に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の発光装置。