JP2010050404A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 発光効率を高めることが可能なパッケージ構造を有する発光装置を提供することにある。
【解決手段】 発光装置２においては、基板４上に実装した発光素子１０の上部と下部をそれぞれ封止する上部封止樹脂１２と下部封止樹脂１４を設けている。上部封止樹脂１２と下部封止樹脂１４には、それぞれ第１の蛍光体１８と第２の蛍光体２０を含有させている。第１の蛍光体１８は発光素子１０の発光より長波長に発光し、第２の蛍光体２０は第１の蛍光体１８よりも長波長に発光する。上部封止樹脂１２と下部封止樹脂１４が共に発光素子に接しているため、第１及び第２の蛍光体１８，２０はそれぞれ発光素子１０から光を直接受けて発光する。このため、互いに他方の蛍光体に遮られることなく光を直接受けて励起されて、発光効率を高めることができる。
【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ものであり、特に２種類の蛍光体を使用した発光装置における発光効率を高める構造に関する。
近年、発光効率の高い青色発光ダイオード（以下「発光ダイオード」を「ＬＥＤ」と略称する）が開発されたことにより、この青色ＬＥＤと、赤色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤとを組み合わせてフルカラー表示を実現する表示装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このような表示装置には、赤、緑、青の光を通すカラーフィルタが設けられており、このカラーフィルタに赤、緑、青の各ＬＥＤと白色ＬＥＤから光を照射する構造となっている。
このような表示装置に使用する白色ＬＥＤとしては、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を一つのパッケージに収めたものが使用されていた。しかし、この白色ＬＥＤが発する白色光が前述したカラーフィルタを通過すると、ピークが無い波長部分の色（例えば、緑など）が不鮮明になることがある。そこで、カラーフィルタの透過波長域に合った波長（青、赤、緑）のピークを含む白色光を発生するＬＥＤが求められ、青色ＬＥＤと赤色蛍光体及び緑色蛍光体を一つのパッケージに収めた白色ＬＥＤ（例えば、特許文献２参照）が適していると考えられていた。
特開２００４−４６２６号公報 特開２００５−３１１１３６号公報
しかしながら、上記白色ＬＥＤにおいては、赤色蛍光体の励起に青色ＬＥＤの発光だけでなく緑色蛍光体からの緑色光も使用してしまうため、パッケージ全体としての発光効率を損失してしまうという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術等の問題点を解決し、発光効率を高めることが可能なパッケージ構造を有する発光装置を提供することにある。
本発明の発光装置は、１つの発光素子に２つの蛍光体をそれぞれ含有する樹脂がそれぞれ接触してそれぞれ直接光を受けることが可能な構造となっている。即ち、この発光装置は、表面に導電パターンが設けられた基板と、該基板上に実装される発光素子と、該発光素子の上面より低い位置に配設されて前記発光素子の下部を封止する下部封止樹脂と、該下部封止樹脂上に配設されて前記発光素子の上部を封止する上部封止樹脂と、を備え、前記上部封止樹脂が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、前記下部封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有するものとなっている。また、本発明の発光装置は、表面に導電パターンが設けられると共に少なくとも上下２段からなる段部を有する基板と、該基板の下段部に取り付けられる発光素子と、前記基板の下段部内を封止する下段封止樹脂と、前記基板の上段部上を封止する上段封止樹脂と、を備え、前記上段封止樹脂が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、前記下段封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有するものでもある。この発光装置における前記基板の上段部と下段部の段差は、前記発光素子の高さよりも小さく設定されている。また、本発明の発光装置は、表面に導電パターンが設けられた基板と、該基板上にダイボンドペーストを用いて実装される発光素子と、該発光素子を封止する封止樹脂と、を備え、前記封止樹脂が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、前記ダイボンドペーストが前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有するものでもある。
また、本発明の発光装置は、発光波長が短い第１の蛍光体を含有する樹脂が外方に面する面積を広くすることで、外方に照射する効率を高める構造となっている。即ち、この発光装置は、表面に導電パターンが設けられた基板と、該基板上に実装される発光素子と、該発光素子を封止する封止樹脂と、該封止樹脂の側面を囲う枠体と、を備え、前記枠体が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、前記封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有するものでもある。また、本発明の発光装置は、表面に導電パターンが設けられた基板と、該基板上に実装される発光素子と、該発光素子を封止する封止樹脂と、該封止樹脂の側面及び上面を覆う被覆樹脂と、を備え、前記被覆樹脂が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、前記封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有するものでもある。また、本発明の発光装置は、表面に導電パターンが設けられた基板と、該基板上に実装される発光素子と、該発光素子を封止する封止樹脂と、該封止樹脂の側面及び上面を覆い且つ外面にレンズ部が設けられた被覆樹脂と、を備え、前記被覆樹脂のレンズ部が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、前記封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有するものでもある。
本発明の発光装置では、発光素子の上部に接する上部封止樹脂、上段封止樹脂及び封止樹脂に第１の蛍光体を含有させ、発光素子の下部に接する下部封止樹脂、下段封止樹脂及びダイボンドペーストに第２の蛍光体を含有させている。これにより、第１及び第２の蛍光体は発光素子からそれぞれ直接光を受光して励起されることになり、互いに他方の蛍光体に遮られることなく受光することで効率良く発光することになる。この結果、発光装置全体の発光効率を高めることができる。
また、発光素子を封止する封止樹脂に第２の蛍光体を含有させ、封止樹脂の側面を囲う枠体、封止樹脂の側面及び上面を覆う被覆樹脂及び封止樹脂の側面及び上面を覆うと共にレンズ部を有する被服樹脂に第１の蛍光体を含有させている。これにより、発光波長が第２の蛍光体よりも短い第１の蛍光体が外に面する面積を広く設定することが可能となる。この結果、例え第１の蛍光体からの一部の光が第２の蛍光体の励起に消費されたとしても、外に放射する面積が広いため、損失による影響を最小限にすることができ、発光効率を高めることができる。
本発明の発光装置においては、基板上に実装した発光素子の上部と下部をそれぞれ封止する上部封止樹脂と下部封止樹脂を設けている。この上部封止樹脂と下部封止樹脂には、それぞれ第１の蛍光体と第２の蛍光体を含有させている。第１の蛍光体は発光素子の発光より長波長に発光し、第２の蛍光体は第１の蛍光体よりも長波長に発光する。上部封止樹脂と下部封止樹脂が共に発光素子に接しているため、第１及び第２の蛍光体はそれぞれ発光素子から光を直接受けて発光することになる。このため、互いに他方の蛍光体に遮られることなく光を直接受けて励起され、発光効率を高めることができる。
また、基板に設けた段部の下段部に発光素子を実装し、上段部と下段部をそれぞれ第１の蛍光体を含有する上段封止樹脂と第２の蛍光体を含有する下段封止樹脂で封止したり、発光素子を第２の蛍光体を含有するダイボンドペーストで実装すると共に第１の蛍光体を含有する封止樹脂で封止した場合にも、上記と同様に第１及び第２の蛍光体は発光素子からの直接光によって励起される。
一方、本発明の発光装置では、第２の蛍光体を含有する封止樹脂で発光素子を封止し、この封止樹脂の側面を囲う枠体、封止樹脂の側面及び上面を覆う被覆樹脂又はレンズ部を設けた被覆樹脂に第１の蛍光体を含有させている。このように構成することにより、第２の蛍光体の励起に消費され易い第１の蛍光体からの光を、より多く表面から放射して発光効率を高めることを可能としている。
図１は本発明の実施例１に係る発光装置を示す断面図である。本実施例における発光装置２は、表面に導電パターン４ａ，４ｂが形成された基板４と、ダイボンドペースト６及びワイヤー８により導電パターン４ａ，４ｂに固着及び接続することにより実装された発光素子１０と、この発光素子１０の上部と下部をそれぞれ封止すると共に第１の蛍光体１８と第２の蛍光体２０をそれぞれ含有する上部封止樹脂１２及び下部封止樹脂１４と、これら上部封止樹脂１２及び下部封止樹脂１４の側面を囲う枠体１６と、を備えている。
本実施例における発光素子１０は、例えば発光波長帯域が４７０〜４９０ｎｍであるＩｎＧａＮ系化合物半導体を用いた青色ＬＥＤ等からなる。
基板４は、例えば略直方体をなすガラスエポキシ、ＢＴレジン、セラミックス、メタルコア等の絶縁性基板からなる。前述したように、この基板４の表面には導電パターン４ａ，４ｂが設けられており、発光素子１０が導電パターン４ａにダイボンドペースト６によってダイボンドされ、ワイヤー８によって導電パターン４ａ，４ｂにそれぞれワイヤボンドされることで実装されている。
本実施例における上部封止樹脂１２は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の透明な樹脂からなり、発光素子１０の発光より長波長に発光する第１の蛍光体１８を含有している。また、下部封止樹脂１４は、上記透明な樹脂からなり、第１の蛍光体１８よりも長波長に発光する第２の蛍光体２０を含有している。この下部封止樹脂１４は、発光素子１０の上面より低い位置に配設されて、発光素子１０の下部、導電パターン４ａ，４ｂ及びワイヤー８の下方の接続端付近を封止している。また、上部封止樹脂１２は、下部封止樹脂１４上に配設されて、発光素子１０の上部及びワイヤー８の上方の接続端付近を封止している。
一方、本実施例においては、発光素子１０として青色ＬＥＤを使用し、第１の蛍光体１８として青色ＬＥＤよりも長波長に発光する緑色蛍光体を使用し、第２の蛍光体２０として緑色蛍光体よりも長波長に発光する赤色蛍光体を使用している。この緑色蛍光体としては、例えば、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ，Ｐｒ等の蛍光体を使用し、また赤色蛍光体としては、例えば、Ｅｕ２＋（ユーロピウム）固溶のＣａＡｌＳｉＮ３（カルシウム、アルミニウム、シリコン三窒化物）蛍光体等を使用している。
また、枠体１６は、上部封止樹脂１２及び下部封止樹脂１４に面する内面が鏡面等の反射面となっている。これにより、発光素子１０と第１及び第２の蛍光体１８，２０からの光を反射して発光効率を高めるものとなっている。
上記構成からなる本実施例の発光装置２では、発光素子１０を発光させると、青色光を周囲に放射する。このときに１及び第２の蛍光体１８，２０は、上部封止樹脂１２及び下部封止樹脂１４が共に発光素子１０に面しているため、発光素子１０からそれぞれ光を直接受光することで励起されて緑色光と赤色光を放射する。青色光は、波長が短い上、上部封止樹脂１２を通過することになるが、発光素子１０の発光による光であるため、十分な光量で図中上方に放射される。また、第２の蛍光体２０からの赤色光は、波長が長いため比較的容易に上部封止樹脂１２を通過して図中上方に放射される。更に、第１の蛍光体１８からの緑色光は、第２の蛍光体２０により消費されることなく、上部封止樹脂１２から直接図中上方に放射される。このように、本実施例における発光装置２では、発光素子１０からの直接光で第１及び第２の蛍光体１８，２０を十分に励起して発光させると共に、各光が外方に十分に放射される状態にあり、発光効率を高めることができる。
図２は本発明の実施例２に係る発光装置を示す断面図である。尚、図１に示す実施例１と同一部分に関しては同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例における発光装置２２の基板２４には、少なくとも上下２段からなる段部２４ａが表面に設けられている。この段部２４ａは、基板２４の上面略中央に凹状に設けられており、上段部２４ｃ上に導電パターン２４ｄ，２４ｅが設けられ、下段部２４ｂに実施例１と同じ発光素子１０が取り付けられている。この上段部２４ｃと下段部２４ｂの段差は、発光素子１０の高さよりも小さく設定されている。このため、下段部２４ｂに取り付けられた発光素子１０の上部は上段部２４ｃよりも上方に突出する状態になる。この発光素子１０の上部は、ワイヤー８によって導電パターン２４ｄ，２４ｅにワイヤーボンドされている。
また、本実施例における発光素子１０及びワイヤー８は、下段封止樹脂２６及び上段封止樹脂２８によりその下部と上部がそれぞれ封止されている。この下段封止樹脂２６は、下段部２４ｂ内を封止するものであり、実施例１の下部封止樹脂１４と同様に透明な樹脂に第２の蛍光体２０を含有したものとなっている。また、上段封止樹脂２８は、上段部２４ｃ上を封止するものであり、実施例１の上部封止樹脂１２と同様に透明な樹脂に第１の蛍光体１８を含有したものとなっている。
また、この発光装置２２は、実施例１と同様に、上段封止樹脂２８の側面を囲う枠体１６を有している。
上記構成からなる本実施例の発光装置２２においては、基板２４に段部２４ａを設け、その下段部２４ｂに発光素子１０を取り付け、その下段部２４ｂと上段部２４ｃを下段封止樹脂２６と上段封止樹脂２８で封止することで、発光素子１０の下部と上部をそれぞれ封止している。これにより、下段封止樹脂２６と下段封止樹脂２８は、共に発光素子１０に直接面することになり、それぞれ発光素子１０から光を直接受けることになる。これにより、第１及び第２の蛍光体１８，２０はそれぞれ発光素子１０からの直接光により励起されて発光することになる。このため、この発光装置２２では、実施例１の発光装置２と同様に、第１及び第２の蛍光体１８，２０は互いに遮られることなく発光素子１０から光を直接受けて十分に励起されて発光することになる。また、この発光装置２２では、実施例１と同じく、発光素子１０、第１及び第２の蛍光体１８，２０からの光が外方に十分放射される状態にあるため、蛍光体の十分な励起と共に発光効率を高めることができる。
また、本実施例における発光装置２２は、発光素子１０を基板２４の下段部２４ｂに取り付けて高さを低く抑えているので、発光装置２２全体の高さを低くして薄くすることが可能な構造となっている。
図３は本発明の実施例３に係る発光装置を示す断面図である。尚、前述した実施例１と同一部分に関しては同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例における発光装置３２は、前述した発光装置２と同様に、導電パターン４ａ，４ｂが形成された基板４と、この基板４上に実装された発光素子１０と、枠体１６を備えている。
この発光装置３２においては、第２の蛍光体２０を含有するダイボンドペースト３４を用いて発光素子１０を基板４上にダイボンドすると共に、発光素子１０及びワイヤー８を、透明な樹脂に第１の蛍光体１８を含有する封止樹脂３６で封止している。上記枠体１６は、この封止樹脂３６の側面を囲うように設けられている。
上記構成からなる本実施例の発光装置３２においては、発光素子１０を封止する封止樹脂３６と発光素子１０を固着するダイボンドペースト３４にそれぞれ第１の蛍光体１８と第２の蛍光体２０が含まれている。このため、封止樹脂３６とダイボンドペースト３４は発光素子１０に直接面しており、第１及び第２の蛍光体１８，２０が互いに遮ることなく発光素子１０から光を直接受ける状態になる。これにより、第１及び第２の蛍光体１８，２０は十分に励起されて発光することになる。また、この発光装置３２も、実施例１と同じく、発光装置１０、第１及び第２の蛍光体１８，２０からの光が外方に十分放射される状態になっているため、蛍光体の十分な励起と共に発光効率を高めることができる。
図４は本発明の実施例４に係る発光装置を示す断面図である。尚、前述した実施例１と同一部分に関しては同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例における発光装置４２は、実施例１の発光装置２と同様に、導電パターン４ａ，４ｂが形成された基板４と、導電パターン４ａ，４ｂにダイボンドペースト６及びワイヤー８を用いてダイボンド及びワイヤーボンドすることにより実装された発光素子１０と、を備えている。
この発光装置４２においては、発光素子１０及びワイヤー８を透明な樹脂に第２の蛍光体２０を含有する封止樹脂４４で封止している。また、発光装置４２では、封止樹脂４４の側面を囲うように透明な樹脂に第１の蛍光体１８を含有した枠体４６を設けている。
上記構成からなる発光装置４２においては、第１及び第２の蛍光体１８，２０をそれぞれ含有する枠体４６と封止樹脂４４が、それぞれ外部に面しており、更に第１の蛍光体１８を含有する枠体４６の方が第２の蛍光体２０を含有する封止樹脂４４よりも外部に面する面積が広くなるように構成している。このように、枠体４６と封止樹脂４４が共に外部に面することで光の放射効率が向上し、更に、第２の蛍光体２０よりも発光波長が短い第１の蛍光体１８を含む枠体４６が広い面積で光を放射することで放射効率を高めている。これにより、第１及び第２の蛍光体１８，２０からの光を十分外方に放射すると共に、波長が短い第１の蛍光体１８からの光をより多く外方に放射することにより、発光効率を高めることができる。
図５は本発明の実施例５に係る発光装置を示す断面図である。尚、前述した実施例１及び４と同一部分に関しては同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例における発光装置５２は、実施例４の発光装置４２と同様に、導電パターン４ａ，４ｂが形成された基板４と、導電パターン４ａ，４ｂにダイボンドペースト６及びワイヤー８を用いてダイボンド及びワイヤーボンドすることにより実装された発光素子１０と、発光素子１０及びワイヤー８を封止し且つ第２の蛍光体２０を含有する封止樹脂４４と、を備えている。
この発光装置５２においては、封止樹脂４４の側面及び上面を覆うように透明な樹脂に第１の蛍光体１８を含有した被覆樹脂５４を設けている。この発光装置５２では、第２の蛍光体２０より発光波長が短い第１の蛍光体１８を含む被覆樹脂５４が外側に位置すると共に広い面で光を放射することで放射効率を高めている。これにより、比較的放射され難い第１の蛍光体１８からの光を十分外方に放射することができ、発光効率を高めることができる。
図６は本発明の実施例６に係る発光装置を示す断面図である。尚、前述した実施例１及び５と同一部分に関しては同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例における発光装置６２は、実施例５の発光装置５２と同様に、導電パターン４ａ，４ｂが形成された基板４と、導電パターン４ａ，４ｂにダイボンドペースト６及びワイヤー８を用いてダイボンド及びワイヤーボンドすることにより実装された発光素子１０と、発光素子１０及びワイヤー８を封止し且つ第２の蛍光体２０を含有する封止樹脂４４と、を備えている。
この発光装置６２は、封止樹脂４４の側面及び上面を覆うように設けられ且つ上面にレンズ部６４ａを有する被覆樹脂６４を備えている。本実施例における被覆樹脂６４は、封止樹脂４４等と同様に透明な樹脂からなり、そのレンズ部６４ａが第１の蛍光体１８を含有するものとなっている。この発光装置６２では、光の放射を集中させるレンズ部６４ａ内に第１の蛍光体１８を設けているので、第２の蛍光体２０より波長が短い第１の蛍光体１８からの光を上方の放射方向に集中させて放射効率を高めている。これにより、比較的放射され難い第１の蛍光体１８からの光を十分外方に放射することができる。尚、上記のようにレンズ部６４ａに第１の蛍光体１８を含有させるだけでなく、被覆樹脂６４全体に第１の蛍光体１８を含有させても良い。
本発明の実施例１に係る発光装置の断面図である。 本発明の実施例２に係る発光装置の断面図である。 本発明の実施例３に係る発光装置の断面図である。 本発明の実施例４に係る発光装置の断面図である。 本発明の実施例５に係る発光装置の断面図である。 本発明の実施例６に係る発光装置の断面図である。
符号の説明
２，２２，３２，４２，５２，６２ 発光装置
４ 基板
４ａ，４ｂ 導電パターン
６ ダイボンドペースト
８ ワイヤー
１０ 発光素子
１２ 上部封止樹脂
１４ 下部封止樹脂
１６ 枠体
１８ 第１の蛍光体
２０ 第２の蛍光体
２４ 基板
２４ａ 段部
２４ｂ 下段部
２４ｃ 上段部
２４ｄ，２４ｅ 導電パターン
２６ 下段封止樹脂
２８ 上段封止樹脂
３４ ダイボンドペースト
３６ 封止樹脂
４４ 封止樹脂
４６ 枠体
５４ 被覆樹脂
６４ 被覆樹脂
６４ａ レンズ部

Claims (7)

  1. 表面に導電パターンが設けられた基板と、
    該基板上に実装される発光素子と、
    該発光素子の上面より低い位置に配設されて前記発光素子の下部を封止する下部封止樹脂と、
    該下部封止樹脂上に配設されて前記発光素子の上部を封止する上部封止樹脂と、
    を備え、
    前記上部封止樹脂が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、
    前記下部封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有することを特徴とする発光装置。
  2. 表面に導電パターンが設けられると共に少なくとも上下２段からなる段部を有する基板と、
    該基板の下段部に取り付けられる発光素子と、
    前記基板の下段部内を封止する下段封止樹脂と、
    前記基板の上段部上を封止する上段封止樹脂と、
    を備え、
    前記上段封止樹脂が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、
    前記下段封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有することを特徴とする発光装置。
  3. 前記基板の上段部と下段部の段差は、前記発光素子の高さよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
  4. 表面に導電パターンが設けられた基板と、
    該基板上にダイボンドペーストを用いて実装される発光素子と、
    該発光素子を封止する封止樹脂と、
    を備え、
    前記封止樹脂が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、
    前記ダイボンドペーストが前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有することを特徴とする発光装置。
  5. 表面に導電パターンが設けられた基板と、
    該基板上に実装される発光素子と、
    該発光素子を封止する封止樹脂と、
    該封止樹脂の側面を囲う枠体と、
    を備え、
    前記枠体が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、
    前記封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有することを特徴とする発光装置。
  6. 表面に導電パターンが設けられた基板と、
    該基板上に実装される発光素子と、
    該発光素子を封止する封止樹脂と、
    該封止樹脂の側面及び上面を覆う被覆樹脂と、
    を備え、
    前記被覆樹脂が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、
    前記封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有することを特徴とする発光装置。
  7. 表面に導電パターンが設けられた基板と、
    該基板上に実装される発光素子と、
    該発光素子を封止する封止樹脂と、
    該封止樹脂の側面及び上面を覆い且つ外面にレンズ部が設けられた被覆樹脂と、
    を備え、
    前記被覆樹脂のレンズ部が前記発光素子の発光より長波長に発光する第１の蛍光体を含有し、
    前記封止樹脂が前記第１の蛍光体よりも長波長に発光する第２の蛍光体を含有することを特徴とする発光装置。
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