JP2014192316A - 発光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの光を蛍光体により波長変換して、白色光を発光する発光デバイスにあって、反射フィンを配置して、良好な配光特性と色調のバランスのとれた白色光を出射する発光デバイスを提供する。
【解決手段】基板上のＬＥＤ実装部に実装したＬＥＤと、ＬＥＤ実装部の上部に配置された蛍光体層と、蛍光体層の上に配置された反射フィンを有し、反射フィンの表面に蛍光体を塗布したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（以下ＬＥＤという）を用いた発光デバイスに関し、特にＬＥＤの光を蛍光体により波長変換して、白色光を発光する発光デバイスに関する。

ＬＥＤは長寿命で、小型で発光効率がよく、発光色が鮮やかであるから、照明用の小型の電子部品として広く利用されてきた。更に、ＬＥＤと蛍光体を組み合わせて白色光を発光する発光デバイスは、小型化に適しており照明装置、液晶ディスプレイ、携帯電話や携帯端末のバックライトとして、広く利用されている。

すなわち、蛍光体がＬＥＤの発光した光を吸収し、吸収した波長の光と異なる波長の光に波長変換して発光する原理を利用して、ＬＥＤの発光光路に蛍光体を配置し、例えば、青色発光ＬＥＤは、ＹＡＧ系の黄色蛍光体で波長変換し、青色光と黄色光を混合して白色光を発光する発光デバイスを実現している。

ＬＥＤから出射される光は、指向性があまりないため、あらゆる方向に光が出射され、この様な光を光軸方向に近づけるように反射フィンを用いて反射することで、光の利用効率を向上させる発光デバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の発光デバイスの反射フィンは、第１の反射フィンがＬＥＤを囲ってＬＥＤから出射された光を反射する反射面を有し、第２の反射フィンが第１の反射フィンを包囲するようにして配置され、二重の反射フィンとなっている。

従って、ＬＥＤ光源の一部から出射した光が第１の反射フィンで反射され、ＬＥＤから直接出射される光を減少させることによって、良好な配光特性を確保することができ、更に、２つの反射フィンそれぞれが配光を制御できるため、配光特性の設定の自由度が高く、良好な配光特性を確保することができる。

特開２０１１−６５９４６公報

しかしながら、特許文献１に示す従来の発光デバイスにおける反射フィンは、良好な配光特性を確保するためだけであって、ＬＥＤの出射光を蛍光体層で波長変換し、青色光と黄色光を混合した白色光の色ムラや、イエローリング等の色調の問題に関して一切の言及がなく、又、その技術もなんら開示がされていない。

すなわち、従来の発光デバイスにおいて、ＬＥＤから出射する光は、蛍光体層を垂直に透過する中央部分の光に対して、斜めに透過する外周部の光の方が蛍光体層を透過する光路長が長いから、蛍光粒子に励起される黄色光が強く、黄色味を帯びた白色光を形成して外周部にイエローリングが発生する。逆に、斜め方向の外周部の光を白色光になるように調整すると、中央部の垂直方向の光は、蛍光体層を透過する光路長が短いから、波長変換の黄色光が足らず青みがかった白色光となり、色ムラを生ずる色調バランスに問題があった。

本発明の目的は、ＬＥＤの光を蛍光体により波長変換して、白色光を発光する発光デバイスにあって、良好な配光特性と色調のバランスのとれた白色光を出射する発光デバイスを提供するものである。

本発明の発光デバイスは、上記目的を達成するために、下記記載の構成を採用するものである。

基板上のＬＥＤ実装部に実装したＬＥＤと、ＬＥＤ実装部の上部に配置された蛍光体層と、蛍光体層の上に配置された反射フィンを有し、反射フィンの表面に蛍光体を塗布したことを特徴とする。

本発明に係る発光デバイスは、上記構成に加えて、蛍光体層は、基板上のＬＥＤ実装部を取り囲むように設けられた枠体の上部に配置され、蛍光体層の上に反射フィンが配置されていると良い。

本発明に係る発光デバイスは、上記構成に加えて、反射フィンは、同心状に複数個設けられていると良い。

本発明に係る発光デバイスは、上記構成に加えて、反射フィンの表面に塗布した蛍光体は、蛍光体層と同じ蛍光体であると良い。

本発明に係る発光デバイスは、上記構成に加えて、反射フィンの表面に塗布した蛍光体は、反射フィンの場所によって濃度又は厚みが異なると良い

以上のように本発明の発光デバイスによれば、反射フィンに塗布した蛍光体によって、蛍光体層を透過する光の光路長を補完して、白色光の色ムラを減少することが可能となり、反射フィンの表面に塗布した蛍光体を、反射フィンの場所によって濃度、厚みを変えることで、光路長を更に補完して白色光の色ムラを調整し、イエローリングのない発光デバイスを提供することが可能となる。そして、反射フィンを同心円状に複数設けることで、反射光を増やして、良好な配光特性を得ることが可能であり、更に、蛍光体層の上に反射フィンを配置し放熱機能を有することで、蛍光体の熱劣化を防止する発光デバイスを提供することが可能となる。

本発明の実施形態１における発光デバイスの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態１における発光デバイスの図１のＸ−Ｘ断面で、構成を説明するための断面図である。 本発明の実施形態２における発光デバイスの図２と同様の図で、構成を説明するための断面図である。 本発明の実施形態３における発光デバイスの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態３における発光デバイスの図４のＸ−Ｘ断面で、構成を説明するための断面図である。 本発明の実施形態４における発光デバイスの図５と同様の図で、構成を説明するための断面図である。

以下、本発明の発光デバイスの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態において、いわゆる、青色発光ＬＥＤをＹＡＧ系の黄色蛍光体で波
長変換し、青色光と黄色光を混合して白色光を発光する発光デバイスの例で説明する。

図１、図２は、本発明の実施形態１の発光デバイスの構成を説明するための図面であり、図１は、この発光デバイスの外観を説明するための斜視図であり、図２は、発光デバイスの図１のＸ−Ｘ断面の断面図である。

［実施形態１の発光デバイスの全体構成：図１、図２］
図１、図２に示すように、実施形態１の発光デバイス１は、基板１１と枠体１２と蛍光体層１３と反射フィン２０からなり、基板１１のＬＥＤ実装部に実装された青色光を発光するＬＥＤ１０は、そのＬＥＤ１０を取り囲むように設けられた枠体１２の中央部に内蔵され、蛍光体層１３によって充填封止されている。枠体１２は、例えば、白色顔料が混合されたシリコーン樹脂で形成され、蛍光体層１３は、例えば、透光性のシリコーン樹脂に黄色蛍光体が分散混合されて形成されている。

反射フィン２０は、同心円の筒形状で第１〜第３反射フィン２１、２２、２３によって３重に形成され、蛍光体層１３上面に接着固定され、ＬＥＤの出射光を狭い範囲に出射する配光を可能にしている。そして、この反射フィン２０は、反射特性のみならず熱伝導性の良好な、例えば、アルミやスチール等の金属製の薄板が望ましい。
以下、第１〜第３反射フィン２１、２２、２３を総称する場合は、反射フィン２０と記す。

図２に示すように、発光デバイス１のＬＥＤ１０は、上述したように、基板１１の中央部のＬＥＤ実装部に実装され、ＬＥＤ実装部を取り囲むように設けられた枠体１２の中央部で蛍光体層１３で上から封止されている。ＬＥＤ１０からあらゆる方向に出射した青色光は、蛍光体層１３で波長変換された黄色光と混合して白色光として発光する。そして、そのほとんどがそれぞれの第１〜第３反射フィン２１、２２、２３によって反射されて発光デバイス１から出射する。

第１反射フィン２１は、発光デバイス１の中央部で下に向かって拡径する円筒形状であってＬＥＤ１０の中央部分の光Ｌ１を捕捉し反射する機能を有し、第２反射フィン２２は、第１反射フィン２１より緩やかな角度で下に向かって拡径する円筒形状であって、第１反射フィン２１を同心円で囲み、ＬＥＤ１０の斜め方向の光Ｌ２を捕捉し反射する機能を有している。第３反射フィン２３は、第２反射フィン２２を同心円で囲む円筒形状であって、発光デバイス１の最も外側の斜め方向の光Ｌ３を捕捉し反射する機能を有する。

従って、発光デバイス１のＬＥＤ１０から出射する光、ほぼ全てを、反射フィン２０で反射して発光デバイス１から外部に出射し、集光効果を有する良好な配光特性を得ることが可能である。

第１反射フィン２１の表面は、部分断面拡大図Ｃに示すように、第１反射フィン２１の薄板の反射面側（内側）に蛍光体層１３と同一材質の蛍光体２１１が塗布されている。第２反射フィン２２の表面は、部分断面拡大図Ｂに示すように、第２反射フィン２２の薄板の反射面側に、第１反射フィン２１と同様に、蛍光体２２１が塗布されている。そして、第３反射フィン２３の表面は、部分断面拡大図Ａに示すように、蛍光体の塗布がされていない。すなわち、反射フィン２０に塗布される蛍光体の厚さは、外側の反射フィン２２の蛍光体２２１に対し内側の反射フィン２１への蛍光体２１１の塗布が厚く設定されている。

この厚さの違いは、光Ｌ１が蛍光体層１３を透過する光路長は短いから、第１反射フィ
ン２１の反射の際に光路長を補うように蛍光体２１１は厚く塗布され、光Ｌ２が蛍光体層１３を透過する光路長は光Ｌ１より長いから、第２反射フィン２２の反射の際に光路長を補うように蛍光体２２１は蛍光体２１１より薄く塗布され、光Ｌ３が蛍光体層１３を透過する光路長は長いから、第３反射フィン２３の反射の際に光路長を補う必要がなく、蛍光体の塗布は不要となり、それぞれの光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が蛍光体層１３を透過する光路長に見合うように反射フィンに塗布される蛍光体２１１，２２１の厚さが形成されている。

これは、ＬＥＤ１０の光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が蛍光体層１３と反射フィン２０の蛍光体を透過する光路長をほぼ同じ長さに形成することによって、波長変換による白色光の色調を良好ならしめるものであり、そのために、蛍光体層１３を透過する光路長を補完するように、反射フィンに蛍光体を塗布するものである。

上記の蛍光体の塗布の厚さで調整することは、塗布するシリコーン樹脂等への蛍光体の分散混合の密度が一定の場合であって、濃淡を付け密度を変えるのであれば厚さを一定にしても良い。しかしながら、塗布する蛍光体を蛍光体層１３の蛍光体と同一で、分散混合の密度も同一にすることで、色調のバランス調整が光の光路長だけの容易な管理調整で可能となる。

従って、発光デバイス１のＬＥＤ１０からあらゆる方向に出射する光は、反射フィン２０によって集光効果を有する良好な配光特性を有し、しかも蛍光体層１３と反射フィン２０の蛍光体を透過する光の総光路長を揃えることによって白色光の色調が良好なり、更に反射フィン２０による放熱特性によって蛍光体層１３の熱劣化も防止できる発光デバイスを提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態２の発光デバイス２を図面に基づいて具体的に説明する。実施形態２の実施形態１と異なるところは、実施形態１の発光デバイス１は、蛍光体層１３が枠体１２の中に充填されＬＥＤ１０を封止した構造であったが、実施形態２の発光デバイス２は、板状の蛍光体層が枠体１２の上部に配置されて、ＬＥＤ１０との間に空隙を有する構成を形成するものであり、外観は、実施形態１と全く同一である。

実施形態２の発光デバイス２は、外観の斜視図を省略し、図２と同様のＸ−Ｘ断面の断面図の図３で構成を説明する。従って、他の構成は全く同一であり、重複する構成部材の説明は省略する。

［実施形態２の発光デバイスの全体構成：図３］
図３に示すように、実施形態２の発光デバイス２は、実施形態１と同様に、ＬＥＤ１０が基板１１の中央部のＬＥＤ実装部に実装され、ＬＥＤ実装部を取り囲むように設けられた枠体１２の中央部にあり、蛍光体を分散混合して含有する板状の蛍光体層板１４が枠体１２の上部に配置され、発光源のＬＥＤ１０とその蛍光体層板１４の間に空隙を有して、よく知られているリモートフォスファ構造を形成している。そして、蛍光体層板１４の上部に実施形態１と同様に反射フィン２０が接着固定されている。

同心円の筒形状で３重に構成された第１〜第３反射フィン２１、２２、２３は、実施形態１と同様に、蛍光体が塗布されている。この第１〜第３反射フィン２１、２２、２３に塗布する蛍光体の厚さは、蛍光体層板１４が板状であっても、光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の蛍光体層板１４を透過する光路長がＬ３＞Ｌ２＞Ｌ１であるから、それぞれの光路長を補完する厚さに、実施形態１と同様に、設定されている。

発光デバイス２は、リモートフォスファ構造を構成することで、ＬＥＤ１０から蛍光体
層板１４が離れて構成されているから、ＬＥＤ１０から各方向への出射光が蛍光体層板１４を透過する光路長の差が小さくなって、イエローリングや色ムラが低減されてはいるが、更に、反射フィンによる集光効果を有する良好な配光特性と、反射フィンに塗布された蛍光体による光路長の補完で、イエローリング等の色調を一層向上した発光デバイスを提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態３の発光デバイス３を図面に基づいて具体的に説明する。実施形態３の実施形態１と異なるところは、反射フィンの形状が異なるだけであって、その他の構成は全く同一であり、重複する構成部材の説明は省略する。

図４は、本発明の実施形態３の発光デバイス３の外観を示す斜視図である。図５は、発光デバイス３の図４のＸ−Ｘ断面の断面図である。

［実施形態３の発光デバイスの全体構成：図４、図５］
図４に示すように、実施形態３の発光デバイス３は、実施形態１と同様に、基板１１と枠体１２と蛍光体層１３と、そして、実施形態１とは形状の異なる反射フィン３０から形成されている。反射フィン３０は、筒状で上に向かって拡径したいわば円錐を逆さにした形状であって、第４〜第６反射フィン３１、３２、３３が同心円で３重に形成され、蛍光体層１３に接着固定されている。そして、ＬＥＤ１０の出射光は、実施形態１と異なる反射フィン３０の形状によって広い範囲に出射する光拡散効果を有する配光特性を形成している。
以下、第４〜第６反射フィン３１、３２、３３を総称する場合は、反射フィン３０と記す。

図５に示すように、実施形態１と同様、発光デバイス３の基板１１のＬＥＤ実装部に実装されたＬＥＤ１０は、あらゆる方向に出射した青色光が蛍光体層１３で波長変換された黄色光と混合して白色光として発光する。そして、ほとんどの光が反射フィン３０の第４〜第６反射フィン３１、３２、３３によって反射されて発光デバイス３から広い範囲に出射する。

すなわち、ＬＥＤ１０の中央部分から垂直上方向に発光する光Ｌ４は第４反射フィン３１と第５反射フィン３２の間で複数回反射されて出射し、斜め上方の光Ｌ５は、第５反射フィン３２で反射されて出射し、そして、最も外周の斜め方向の光Ｌ６は第６反射フィン３３で反射されて出射する。

第４反射フィン３１は、部分断面拡大図Ｆに示すように、第４反射フィン３１の薄板の反射面（外側）に蛍光体３１１が塗布されている。第５反射フィン３２は、部分断面拡大図Ｅに示すように、第５反射フィン３２の薄板の両面の反射面に、蛍光体３２１が塗布されている。そして、第６反射フィン３３の表面は、部分断面拡大図Ｄに示すように、蛍光体の塗布がされていない。第４反射フィン３１の蛍光体３１１の塗布の厚さは、反射フィン３１と反射フィン３２の間で複数回の反射を繰り返す光Ｌ４の蛍光体を透過する光路長を考慮して、実施形態１の第１反射フィン２１の蛍光体２１１（図２参照）の塗布の厚さと異なり、より薄く形成されている。

従って、実施形態１と同様に、反射フィンに蛍光体を塗布して光路長を補完することによって、波長変換による白色光に、色ムラのない色調が良好な発光デバイス３を提供することが可能となり、反射フィンの形状によって光拡散効果を有する配光特性を有する発光デバイスを提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態４の発光デバイス４を図面に基づいて具体的に説明する。実施形態４の実施形態３と異なるところは、実施形態３の発光デバイス３は枠体１２を充填した蛍光体層１３でＬＥＤ１０を封止した構造であったが、実施形態４の発光デバイス４は、板状の蛍光体層が枠体１２の上部に配置されて、ＬＥＤ１０との間に空隙を有する構成で外観は全く同一である。

従って、実施形態４の発光デバイス４は、外観の斜視図を省略し、図５と同様のＸ−Ｘ断面の断面図の図６で構成を説明する。従って、他の構成は全く同一であり、重複する構成部材の説明は省略する。

［実施形態４の発光デバイスの全体構成：図６］
図６に示すように、実施形態４の発光デバイス４は、実施形態２と同様に、蛍光体を分散混合して含有する蛍光体層板１４が枠体１２の上部に配置され、発光源のＬＥＤ１０とその蛍光体層板１４の間に空隙を有して、よく知られているリモートフォスファ構造を形成している。そして、蛍光体層板１４の上部に実施形態３と同様に反射フィン３０が接着固定されている。これは、実施形態１と実施形態２の関係と全く同様である。

反射フィン３０の３重に構成された第４〜第６反射フィン３１、３２、３３は、実施形態３と全く同様の形態で、蛍光体が塗布されている。この反射フィン３０に塗布する蛍光体の厚さは、蛍光体層板１４が板状であっても、光Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の蛍光体層１４を透過する光路長がＬ６＞Ｌ５＞Ｌ４であるから、それぞれの光路長を補完する厚さに、実施形態３と同様に、設定されている。

実施形態４の発光デバイス４は、光拡散効果を有する配光特性を有し、その他は実施形態２と全く同様の効果を有する。すなわち、リモートフォスファ構造を構成することで、ＬＥＤ１０から蛍光体層板１４が離れて構成されているから、ＬＥＤ１０から各方向への出射光が蛍光体層板１４を透過する光路長の差が小さくなって、イエローリングや色ムラが低減されてはいるが、更に、反射フィン３０による光拡散効果を有する良好な配光特性と、反射フィンに塗布された蛍光体による光路長の補完で、イエローリング等の色調を一層向上した発光デバイスを提供することが可能となる。

なお、実施形態３，４においては、反射フィンによる光の反射が複数回の反射の例で示したが、反射フィンの角度の設定によっては単純な反射で光の拡散効果を有する配光特性を形成することも可能であり、その場合は、実施形態１、２と同様の蛍光体の塗布の厚さに設定することで色調が良好な光デバイスを提供することが可能となる。

なお、本発明の実施形態においては、発光デバイスの光源は単個のＬＥＤで説明したが、ＬＥＤは複数個であってもよく、そして、反射フィンの形状は円筒形状だけでなく、楕円の筒状でもよく、その表面の蛍光体の形成は、塗布以外の蒸着等であってもよい。

なお、本発明は、上述した発光デバイスの実施形態に限定されることはなく、それらの全てを行う必要もなく、特許請求の範囲の各請求項に記載した内容の範囲で種々に変更や省略をすることが出来ることは言うまでもない。

１、２、３、４：発光デバイス
１０：ＬＥＤ
１１：基板
１２：枠体
１３：蛍光体層
１４：蛍光体層板
２０：反射フィン
２１：第１反射フィン
２２：第２反射フィン
２３：第３反射フィン
２１１：蛍光体
２２１：蛍光体
３０：反射フィン
３１：第４反射フィン
３２：第５反射フィン
３３：第６反射フィン
３１１：蛍光体
３２１：蛍光体

Claims (6)

1. 基板上のＬＥＤ実装部に実装したＬＥＤと、前記ＬＥＤの発光を波長変換する蛍光体層と、前記蛍光体層の上に配置された反射フィンを有し、前記反射フィンの表面に蛍光体を塗布したことを特徴とする発光デバイス。
2. 前記蛍光体層は、前記基板上のＬＥＤ実装部を取り囲むように設けられた枠体の上部に配置され、前記蛍光体層の上に反射フィンが配置されていることを特徴とする請求項１記載の発光デバイス。
3. 前記反射フィンは、同心状に複数個設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の発光デバイス。
4. 前記反射フィンの表面に塗布した蛍光体は、前記蛍光体層と同じ蛍光体であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の発光デバイス。
5. 前記反射フィンの表面に塗布した蛍光体は、反射フィンの場所によって濃度又は厚みが異なることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の発光デバイス。
6. 前記ＬＥＤの発光の一部が複数の反射フィンの間で複数回反射されて出射されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の発光デバイス。
   
   
   
   
   
   
   

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