JP2015130434A - 発光装置、照明用光源及び照明装置 - Google Patents

発光装置、照明用光源及び照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】演色性を向上と色ずれの抑制との両立を図ることができる発光装置等を提供する。
【解決手段】基板10と、基板10に実装された第一発光素子21及び第二発光素子22と、基板10に形成された伝熱パターン40と備え、第二発光素子22は、第一発光素子21よりも、温度上昇に伴う光出力の低下の割合が大きく、第二発光素子22は、伝熱パターン40の上に実装されており、第一発光素子21は、伝熱パターン40の上に実装されていない。
【選択図】図2

Description

本発明は、発光装置、照明用光源及び照明装置に関する。
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の半導体発光素子は、小型、高効率及び長寿命であることから、照明用途やディスプレイ用途等、様々な製品の光源として期待されている。
LEDは、例えば照明用途の光源としてLEDランプに用いられている。LEDランプには、電球形蛍光灯や白熱電球に代替する電球形LEDランプ(LED電球)、又は、直管形蛍光灯に代替する直管LEDランプ等がある。
また、LEDは、店舗等で用いられるダウンライトやスポットライトのように指向性の高い照明器具に代替するLED照明器具等にも用いられる。
LEDランプやLED照明器具において、LEDは、白色光等の所定の色の光を発するLEDモジュール(発光装置)としてユニット化されて内蔵されている。
例えば、電球形LEDランプや直管LEDランプに用いられるLEDモジュールは、青色光を発する青色LEDチップと、青色LEDチップの青色光によって蛍光発光する黄色蛍光体とによって白色光を生成するように構成される。
このようなLEDモジュールは、生成される白色光に赤み成分が少なく、演色性に劣る。このため、上記のLEDモジュールに、青色光で蛍光発光する赤色蛍光体を加えて赤み成分を補う方法も考えられている。
しかし、赤色蛍光体はエネルギー変換効率が悪く、LEDモジュールの発光効率が低下する。そこで、赤色蛍光体ではなく、赤色光を発する赤色LEDチップを加えることで演色性を向上させる技術が検討されている。
例えば、特許文献1には、青色LEDチップと、赤色LEDチップと、黄色蛍光体とを備えるLEDモジュールが開示されている(特許文献1)。これにより、演色性に優れた白色光を発するLEDモジュールを実現している。
特開2011−216868号公報
しかしながら、青色LEDチップと赤色LEDチップとは、温度変化に対する光出力の低下の割合(温度特性)が異なるため、青色LEDチップと赤色LEDチップとを有するLEDジュールでは、電力投入時に対して色ずれが生じるという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、演色性の向上と色ずれの抑制との両立を図ることができる発光装置、照明用光源及び照明装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置の一態様は、基板と、前記基板に実装された第一発光素子及び第二発光素子と、前記基板に形成された伝熱パターンと備え、前記第二発光素子は、前記第一発光素子よりも、温度上昇に伴う光出力の低下の割合が大きく、前記第二発光素子は、前記伝熱パターンの上に実装されており、前記第一発光素子は、前記伝熱パターンの上に実装されていないことを特徴とする。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記伝熱パターンの熱伝導率は、前記基板の熱伝導率よりも大きい、としてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、平面視において、前記伝熱パターンは、前記第二発光素子よりも大きい、としてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記第二発光素子は、前記伝熱パターンの端部に実装されている、としてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記伝熱パターンは、所定形状の金属パターンである、としてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記金属パターンは、金によって構成されている、としてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記伝熱パターンには、前記第一発光素子及び前記第二発光素子の動作電流が流れる、としてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、さらに、前記第一発光素子及び前記第二発光素子の動作電流が流れる金属配線を備え、前記伝熱パターンには、前記第一発光素子及び前記第二発光素子の動作電流が流れない、としてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、さらに、蛍光体を含有する封止部材を備え、前記第一発光素子及び前記第二発光素子は、前記封止部材によって封止されている、としてもよい。
この場合、前記第一発光素子は、青色LEDチップであり、前記第二発光素子は、赤色LEDチップであり、前記蛍光体は、黄色蛍光体である、としてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記第一発光素子は、第一容器と、前記第一容器内に実装された第一LEDチップと、蛍光体を含有し、前記第一容器内に封入された第一封止部材とを有する表面実装型LED素子であり、前記第二発光素子は、第二容器と、前記第二容器内に実装された第二LEDチップとを有する表面実装型LED素子である、としてもよい。
この場合、前記第一LEDチップは、青色LEDチップであり、前記第二LEDチップは、赤色LEDチップであり、前記蛍光体は、黄色蛍光体である、としてもよい。
また、本発明に係る照明用光源の一態様は、上記いずれかに記載の発光装置の一態様を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る照明装置の一態様は、上記いずれかに記載の発光装置の一態様を備えることを特徴とする。
本発明によれば、演色性の向上と色ずれの抑制との両立を図ることができる。
図1は、青色LEDチップ及び赤色LEDチップの温度特性の違いを表すグラフである。 図2は、実施の形態1に係る発光装置の平面図である。 図3は、図2のA−A’線における実施の形態1に係る発光装置の断面図である。 図4Aは、比較例の発光装置における発光開始からの経過時間と光出力との関係を示す図である。 図4Bは、実施の形態1に係る発光装置における発光開始からの経過時間と光出力との関係を示す図である。 図5は、実施の形態1の発光装置における第1の他の構成を示す要部拡大図である。 図6は、実施の形態1の発光装置における第2の他の構成を示す要部拡大図である。 図7は、実施の形態1の変形例に係る発光装置の平面図である。 図8は、図7のA−A’線における実施の形態1の変形例に係る発光装置の断面図である。 図9は、実施の形態2に係る照明装置の断面図である。 図10は、実施の形態2に係る照明装置及び当該照明装置に接続される周辺部材(点灯装置及び端子台)との外観斜視図である。 図11は、実施の形態3に係る電球形ランプの構成概要を示す図である。
(本発明の基礎となった知見)
本願発明者らは、これまでのLEDモジュール(発光装置)に関し、以下の問題が生じることを見出した。
上述のように、青色LEDチップと黄色蛍光体とで白色光を生成するB−YタイプのLEDモジュールでは、演色性を向上させるために、赤色蛍光体を加えることが考えられている。この場合、例えば、青色LEDチップを封止する封止部材に、黄色蛍光体だけでなく赤色蛍光体を含ませることが考えられる。
しかし、赤色蛍光体はエネルギー変換効率が悪いので、青色LEDチップと黄色蛍光体及び赤色蛍光体とを組み合わせたLEDモジュールでは、発光効率が低下するという課題がある。
さらに、本願発明者らの検討によれば、青色LEDチップと黄色蛍光体及び赤色蛍光体とを組み合わせたLEDモジュールでは、赤色蛍光体の発光スペクトルの半値幅が広いため、人間の視感度が最も高い555nm付近から離れた波長域での光が多く出射するという課題があることも分かった。
本願発明者等は、このような観点から、赤色蛍光体を用いるのではなく、赤色LEDチップを用いる技術について改めて検討し、演色性を向上させるために、青色LEDチップと赤色LEDチップとを有するLEDモジュールの開発に取り組んだ。
しかしながら、青色LEDチップと赤色LEDチップとでは温度特性が互いに異なるために、電力投入時に対して色ずれの問題が生じることが分かった。
この問題について、図1を用いて説明する。図1は、青色LEDチップ及び赤色LEDチップの温度特性の違いを表すグラフである。なお、図1における縦軸は、青色LEDチップ及び赤色LEDチップのそれぞれについて、所定の温度(例えば25℃)における光出力(光束)を1とした場合の、相対的な光出力の値を示している。
図1に示すように、青色LEDチップ及び赤色LEDチップはともに、ジャンクション温度(Tj)の上昇とともに、光出力も低下する。しかし、赤色LEDチップは、青色LEDチップと比べて、温度の変化によって光出力が大きく変化するという特質がある。
具体的には、図1に示すように、赤色LEDチップは、青色LEDチップよりも温度上昇に伴う光出力の低下の割合が大きい。逆に言うと、青色LEDチップは、赤色LEDチップよりも温度上昇に伴う光出力の低下の割合が小さい。つまり、赤色LEDチップは、青色LEDチップよりも温度特性が悪く、青色LEDチップは赤色LEDチップよりも温度特性が良いと言える。
青色LEDチップと赤色LEDチップとを有するLEDモジュールでは、両チップの温度特性の違いにより、電力投入時(点灯開始時)から時間が経つにつれて、青色LEDチップと赤色LEDチップとの間の光出力の差が大きくなり、LEDモジュールから放出される光の発光色が変化する。これが色ずれとして認識される。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、本願発明者が鋭意検討した結果、演色性の向上と色ずれの抑制との両立を図ることができる発光装置についての着想を得た。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程(ステップ)、工程の順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
(実施の形態1)
まず、実施の形態1に係る発光装置1の構成について、図2及び図3を用いて説明する。図2は、実施の形態1に係る発光装置の平面図であり、図3は、図2のA−A’線における同発光装置の断面図である。
発光装置1は、発光素子を有する発光モジュールであって、図2に示すように、基板10と、基板10に実装された第一発光素子21及び第二発光素子22と、基板10に形成された伝熱パターン40と備える。
第二発光素子22は、第一発光素子21よりも、温度上昇に伴う光出力の低下の割合が大きい。例えば、第一発光素子21は青色LEDチップであり、第二発光素子22は赤色LEDチップである。そして、第一発光素子21は、伝熱パターン40の上に実装されていないが、第二発光素子22は、伝熱パターン40の上に実装されている。
また、発光装置1は、さらに、少なくとも第一発光素子21を封止する封止部材30と、基板10上に所定形状で形成された配線パターン51と、基板10上の発光素子間に形成されたワイヤパッド52と、一対の給電端子60と、ワイヤ70とを備える。
本実施の形態における発光装置1は、基板10にLEDチップが直接実装されたCOB(Chip On Board)構造のLEDモジュールであり、白色光を出射するように構成されている。以下、発光装置1の各構成部材について、図2及び図3を用いて詳細に説明する。
[基板]
基板10は、第一発光素子21及び第二発光素子22を実装するための実装基板であり、第1主面(表側面)と当該第1主面とは反対側の第2主面(裏面)とを有する板状の基板である。
基板10としては、セラミックからなるセラミック基板、樹脂をベースとする樹脂基板、金属をベースとするメタルベース基板、又は、ガラスからなるガラス基板等を用いることができる。
セラミック基板としては、アルミナからなるアルミナ基板又は窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム基板等を用いることができる。樹脂基板としては、例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂とからなるガラスエポキシ基板、又は、ポリイミド等からなる可撓性を有するフレキシブル基板等を用いることができる。メタルベース基板としては、例えば、表面に絶縁膜が形成された、アルミニウム合金基板、鉄合金基板又は銅合金基板等を用いることができる。
本実施の形態では、基板10として、アルミナからなる白色のセラミック基板を用いている。より具体的には、基板10として、アルミナ粒子を焼成させることによって構成された例えば厚みが1mm程度の白色基板である多結晶アルミナ基板(多結晶セラミック基板)を用いている。
セラミック基板は、樹脂基板と比べて熱伝導率が高く、第一発光素子21及び第二発光素子22の熱を効率良く放熱させることができる。また、セラミック基板は経時劣化が小さく、耐熱性にも優れている。また、白色基板を用いることにより、第一発光素子21及び第二発光素子22の光を基板10の表面で反射させることができるので、発光装置1の光取り出し効率を向上させることができる。
なお、本実施の形態において、基板10は、矩形状の基板を用いているが、基板10の形状は、矩形状に限るものではない。例えば、基板10として、円形や五角形以上の多角形、三角形、楕円形、その他の形状のものを用いることができる。また、仕様(製品)に応じて、長尺状の矩形基板を用いてもよい。
[発光素子]
第一発光素子21及び第二発光素子22は、いずれも、基板10の第1主面側に実装されている点では同じであるが、第二発光素子22が伝熱パターン40の上に実装されているのに対して、第一発光素子21が伝熱パターン40の上に実装されていない。具体的には、第一発光素子21は、基板10の第1主面の表面に実装されているのに対して、第二発光素子22は伝熱パターン40の表面に実装されている。
本実施の形態において、第一発光素子21及び第二発光素子22は複数個ずつ実装されている。より具体的には、図2に示すように、2つの第一発光素子21と2つの第二発光素子22とが、1つずつ交互に、かつ、一列で実装されている。
第一発光素子21及び第二発光素子22は、例えば、所定の電力により所定の色の光を発する半導体発光素子であり、本実施の形態では、いずれも単色の可視光を発するベアチップである。
具体的には、上述のとおり、第一発光素子21は、通電されれば青色光を発する青色LEDチップであり、例えばピーク波長が440nm〜470nmの窒化ガリウム(GaN)系の半導体発光素子である。一方、第二発光素子22は、通電されれば赤色光を発する赤色LEDチップであり、例えばピーク波長が約630nm〜660nmのヒ化ガリウム(GaAs)系の半導体発光素子である。
図3に示すように、第一発光素子21及び第二発光素子22は、いずれも基板上に複数の半導体層が積層された構造である。本実施の形態において、青色LEDチップである第一発光素子21は、片面電極構造であって、サファイア基板に形成された半導体層の上面にp側電極及びn側電極の両電極が形成された構成である。一方、赤色LEDチップである第二発光素子22は、両面電極構造であって、導電性基板に形成された半導体層の上面にp側電極(表面電極)が形成され、かつ、導電性基板の裏面にn側電極(裏面電極)が形成された構成である。
したがって、第一発光素子21では、上面の2つの電極(p側電極、n側電極)に2本のワイヤ70が接続されている。一方、第二発光素子22では、裏面電極(n側電極)に伝熱パターン40が電気的に接続されるとともに表面電極(p側電極)にワイヤ70が接続される。
第一発光素子21及び第二発光素子の基板10への実装は、例えば、銀ペーストやはんだ等の導電性接着剤を用いて行われる。なお、第一発光素子21の実装については、例えば、ダイアタッチ剤等を用いたダイボンディングでもよい。
また、本実施の形態では、図2に示すように、第二発光素子22は、伝熱パターン40の端部に実装されている。これにより、第二発光素子22を第一発光素子21に近づけることができるので、第二発光素子22と第一発光素子21との距離を小さくできる。したがって、色ムラを抑制できる。
なお、第一発光素子21及び第二発光素子22の実装数は、2つずつに限るものではなく、1つずつでもよいし、3つずつ以上でもよい。また、第一発光素子21及び第二発光素子22の実装数の比率(個数比)は、1:1に限るものではなく、2:1等、第一発光素子21と第二発光素子22とで異なる比率に設定してもよい。また、第一発光素子21及び第二発光素子22は、一列のみで実装されるのではなく、複数列又はマトリクス状に実装されていてもよい。また、第一発光素子21及び第二発光素子22は、交互に配置されていなくてもよい。
[封止部材]
封止部材30は、第一発光素子21及び第二発光素子22を覆うように構成されている。本実施の形態における封止部材30は、一列に配置された第一発光素子21及び第二発光素子22を一括封止するように、第一発光素子21及び第二発光素子22の並び方向に沿って直線状に形成されている。
封止部材30は、第一発光素子21の光によって励起されて当該第一発光素子21の光の波長とは異なる波長の光を放射する波長変換材と、当該波長変換材を含む透光性材料とによって構成されている。
封止部材30を構成する透光性材料としては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はフッソ系樹脂等の透光性の絶縁樹脂材料を用いることができる。透光性材料としては、必ずしも樹脂材料等の有機材に限るものではなく、低融点ガラスやゾルゲルガラス等の無機材を用いてもよい。
また、封止部材30を構成する波長変換材は、例えば蛍光体である。蛍光体は、透光性材料に含有されており、第一発光素子21が発する光を励起光として励起されて蛍光発光し、所望の色(波長)の光を放出する。
本実施の形態では、第一発光素子21が青色LEDチップであるので、白色光を得るために、蛍光体としては、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系の黄色蛍光体を用いることができる。これにより、青色LEDチップが発した青色光の一部は、黄色蛍光体に吸収されて黄色光に波長変換される。つまり、黄色蛍光体は、青色LEDチップの青色光によって励起されて黄色光を放出する。この黄色蛍光体による黄色光と黄色蛍光体に吸収されなかった青色光とが混ざった合成光として白色光が生成され、封止部材30からはこの白色光が出射する。
なお、黄色蛍光体は、赤色LEDチップである第二発光素子22の赤色光では励起されない。また、封止部材30には、光拡散性を高めるためにシリカ等の光拡散材を分散させてもよい。
本実施の形態における封止部材30は、シリコーン樹脂に黄色蛍光体を分散させた蛍光体含有樹脂である。このような封止部材30は、ディスペンサーによって基板10に塗布及び硬化することで所定形状に形成することができる。このようにして形成された封止部材30は蒲鉾形となり、封止部材30の長手方向に垂直な断面における形状は略半円形となる。
なお、本実施の形態では、第一発光素子21及び第二発光素子22の両方を封止部材30によって封止したが、第二発光素子22は封止しなくてもよい。また、第二発光素子22を封止することで、第二発光素子22を保護することができるが、この場合、第二発光素子22を封止する封止部材には蛍光体が含まれていなくてもよい。
また、本実施の形態では、第一発光素子21及び第二発光素子22は封止部材30によって一括封止されていたが、各発光素子は個別に封止されていてもよい。
[伝熱パターン]
伝熱パターン40は、熱伝導を有する板状又は膜状の導電性部材であって、基板10の第1主面に所定形状で形成される。上述のとおり、伝熱パターン40の上には第二発光素子22が実装される。
図2に示すように、本実施の形態における伝熱パターン40は、平面視において、第二発光素子22よりも大きく、第二発光素子22は伝熱パターン40が形成される領域内に実装されている。これにより、第二発光素子22で発生する熱を効率的に伝熱パターンに伝導させることができる。
また、伝熱パターン40の熱伝導率は、基板10の熱伝導率よりも大きい。これにより、第二発光素子22を伝熱パターン40の表面に実装するとともに第一発光素子21を基板10の表面に実装することによって、第一発光素子21で発生する熱よりも第二発光素子22で発生する熱の方を相対的に効率良く放熱させることができる。
伝熱パターン40は、例えば金属材料からなる金属パターンである。伝熱パターン40の材料としては、金(Au)、銀(Ag)又は銅(Cu)等の熱伝導率の高い金属材料を用いることができる。本実施の形態において、伝熱パターン40は、金によって構成されている。
伝熱パターン40の材料は、配線パターン51の材料と同じにするとよい。これにより、伝熱パターン40と配線パターン51とを同じ工程でパターニングすることで形成することができる。
また、本実施の形態において、伝熱パターン40は、配線パターン51と電気的に接続されている。つまり、伝熱パターン40は、放熱機能を有するだけではなく、給電配線としての機能も有する。したがって、伝熱パターン40には、第一発光素子21及び第二発光素子22を動作(発光)させるための動作電流が流れている。
このように、伝熱パターン40を電気的に導通させることによって、第二発光素子22のように両面電極構造のLEDチップを実装する場合には、伝熱パターン40に当該LEDチップを実装するだけで、LEDチップの裏面電極と伝熱パターン40との電気的接続を容易に行うことができる。なお、両面電極構造のLEDチップの表面電極については、ワイヤ70によって伝熱パターン40にワイヤボンディングされる。
なお、図2に示すように、本実施の形態における伝熱パターン40は、矩形状であるが、円形等の他の形状であってもよい。
[配線パターン、ワイヤパッド]
配線パターン51は、第一発光素子21及び第二発光素子22を発光させるための電力を第一発光素子21及び第二発光素子22に供給するための給電配線であり、基板10の第1主面に所定形状で形成されている。図2に示すように、配線パターン51は、給電端子60から延設されている。
ワイヤパッド52は、隣り合う発光素子をワイヤボンディングするためのランドであり、基板10の第1主面における隣り合う発光素子の間に島状に形成される。本実施の形態において、ワイヤパッド52は、第一発光素子21と第二発光素子22とを電気的に接続するために、第一発光素子21と第二発光素子22との間に矩形状で形成されている。
配線パターン51及びワイヤパッド52は、例えば、Au、Ag又はCu等の金属材料からなる金属配線である。本実施の形態において、配線パターン51とワイヤパッド52とは、同じ金属材料を用いて同じ工程でパターニングすることで形成される。
[給電端子]
一対の給電端子60は、基板10の第1主面に形成されている。一対の給電端子60は、発光装置1の外部(外部電源)等から所定の電力を受電するための外部接続端子(電極端子)である。一対の給電端子60は、第一発光素子21及び第二発光素子22を発光させるための直流電力を受電して、配線パターン51、ワイヤパッド52、ワイヤ70及び伝熱パターン40を利用して、受電した直流電力を第一発光素子21及び第二発光素子22に供給する。
一対の給電端子60は、例えば、矩形状にパターン形成されたAu等からなる金属電極(金属端子)とすることができる。また、本実施の形態において、一対の給電端子60の一方は、高圧側(プラス側)の接続端子であり、一対の給電端子60の他方は、低圧側(マイナス側)の接続端子である。
なお、給電端子60は、ソケット型としてもよい。この場合、給電端子60は、樹脂製のソケットと、直流電力を受電するための導電部(導電ピン)とによって構成される。導電部は、基板10上に形成された配線パターン51と電気的に接続される。
[ワイヤ]
ワイヤ70は、第一発光素子21及び第二発光素子22の各々をワイヤボンディングするための導電性細線であり、例えば金ワイヤである。具体的には、ワイヤ70は、第一発光素子21又は第二発光素子22とワイヤパッド52とを接続したり、第二発光素子22と配線パターン51又はワイヤパッド52とを接続したりする。
なお、ワイヤ70は、封止部材30から露出しないように封止部材30の中に埋め込まれているとよい。
[効果等]
次に、本実施の形態における発光装置1の作用効果について、図4A及び図4Bを用いて説明する。図4Aは、比較例の発光装置における発光開始からの経過時間と光出力との関係を示す図であり、図4Bは、実施の形態1に係る発光装置における発光開始からの経過時間と光出力との関係を示す図である。なお、比較例における発光装置は、実施の形態1に係る発光装置1において、伝熱パターン40を設けずに、第二発光素子22を基板10上に直接実装した場合である。
第二発光素子22である赤色LEDチップは、第一発光素子21である青色LEDチップよりも温度上昇に伴う光出力の低下の割合が大きい。
したがって、図4Aに示すように、比較例の発光装置では、t=である電力投入時(点灯開始時)から時間tが経過するにつれて、第一発光素子21(青色LEDチップ)と第二発光素子22(赤色LEDチップ)との間の光出力の差が大きくなる。この結果、発光装置1から放出される光の発光色が時間tの経過とともに変化して、色ずれとして認識される。
一方、本実施の形態における発光装置1では、第二発光素子22(赤色LEDチップ)が第一発光素子21(青色LEDチップ)よりも温度上昇に伴う光出力の低下の割合が大きいという特性そのものは比較例の発光装置の場合と同じである。
しかしながら、本実施の形態における発光装置1では、第二発光素子22(赤色LEDチップ)が伝熱パターン40の上に実装されている。これにより、第二発光素子22(赤色LEDチップ)で発生する熱を基板10の第1主面に平行な方向に広げることができるので、第二発光素子22(赤色LEDチップ)で発生する熱の方を、第一発光素子21(青色LEDチップ)で発生する熱よりも効率良く放熱させることができる。
この結果、図4Bに示すように、第二発光素子22については、比較例の発光装置の場合と比べて、第二発光素子22の時間の経過に伴う光出力の低下の割合を小さくすることができる。なお、第一発光素子21についての時間の経過に伴う光出力の低下の割合は、図4Aと図4Bとで同じ(時間t−光出力Wの曲線が同じ)である。
したがって、本実施の形態における発光装置1によれば、電力投入時(t=0;点灯開始時)から時間tが経過したとしても、比較例の発光装置の場合と比べて、第一発光素子21(青色LEDチップ)と第二発光素子22(赤色LEDチップ)との間の光出力の差を小さくすることができる。つまり、温度特性の良い第一発光素子21(青色LEDチップ)との出力特性の差を減らすことができ、電流投入初期からの色ずれを改善することができる。この結果、時間tの経過とともに発光装置1から放出される光の発光色が変化したとしても、色ずれとして認識されにくくなる。
また、本実施の形態における発光装置1では、青色LEDチップ及び赤色LEDチップのように温度特性が異なる発光素子を組み合わせることができる。このため、青色LEDチップと黄色蛍光体とによって白色光を生成しても赤色LEDチップで赤色成分を補うことができるので、演色性に優れた発光装置1を実現することができる。
以上、本実施の形態における発光装置1によれば、演色性の向上と色ずれの抑制との両立を図ることができる。
また、本実施の形態における発光装置1において、伝熱パターン40の熱伝導率は、基板10の熱伝導率よりも大きい。これにより、温度特性が悪い第二発光素子22の放熱性をさらに向上させることができるので、第一発光素子21と第二発光素子22との間の光出力の差をさらに小さくすることができる。したがって、さらに色ずれを認識させにくくすることができる。
また、本実施の形態における発光装置1では、平面視において、伝熱パターン40は、第二発光素子22よりも大きい。これにより、第二発光素子22で発生する熱を効率的に伝熱パターンに伝導させることができるので、第一発光素子21と第二発光素子22との間の光出力の差をさらに小さくすることができる。したがって、さらに色ずれを認識させにくくすることができる。
また、本実施の形態における発光装置1において、第二発光素子22は、伝熱パターン40の端部に実装されている。これにより、本実施の形態のように、基板10に異なる色の光を発する複数の発光素子を実装する場合に、これらの発光素子の距離を狭めることができ、色ムラを抑制できる。
また、本実施の形態における発光装置1において、伝熱パターン40は、所定形状の金属パターンである。具体的には、伝熱パターン40は、金によって構成されている。これにより、金属パターンである伝熱パターン40の熱伝導率を高くすることができるので、第二発光素子22で発生する熱を一層効率的に放熱させることができる。したがって、第一発光素子21と第二発光素子22との間の光出力の差をさらに小さくすることができるので、色ずれを一層認識させにくくすることができる。
また、本実施の形態において、赤色LEDチップである第二発光素子22としては、p側電極(表面電極)が半導体層の上面に形成され、かつ、n側電極(裏面電極)が基板の裏面に形成された両面電極構造のものを用いたが、これに限らない。
例えば、図5に示すように、半導体層の上面にn側電極21a及びp側電極21bが形成された片面電極構造の青色LEDチップである第一発光素子21と同様に、第二発光素子22として、半導体層の上面にn側電極22a及びp側電極22bの両電極が形成された片面電極構造の赤色LEDチップを用いてもよい。この場合、第二発光素子22と伝熱パターン40とはワイヤ70によってワイヤボンディングされる。なお、図5では、封止部材30を省略している。
また、本実施の形態では、隣り合う発光素子の電気的接続は、ワイヤパッド52を介して行ったが、隣り合う発光素子を、Chip−to−Chipによって直接ワイヤボンディングしてもよい。
例えば、図6に示すように、隣り合う第一発光素子21と第二発光素子22とをワイヤ70によって直接接続してもよい。具体的には、第一発光素子21(青色LEDチップ)のn側電極21aと第二発光素子22(赤色LEDチップ)の第2電極22bとをワイヤ70で接続し、第一発光素子21のp側電極21bと第二発光素子22のn側電極22aとをワイヤ70で接続する。なお、図6では、封止部材30を省略している。
また、本実施の形態において、伝熱パターン40には、第一発光素子21及び第二発光素子22を動作(発光)させるための動作電流が流れていたが、伝熱パターン40には、第一発光素子21及び第二発光素子22の動作電流が流れなくてもよい。つまり、伝熱パターン40が、第一発光素子21及び第二発光素子22の電極(p側電極、n側電極)の電位に対して電気的に浮いた状態であってもよい。この場合、必要に応じて、伝熱パターン40の代わりに、第一発光素子21及び第二発光素子22の動作電流が流れる金属配線を基板10に形成してもよい。
(実施の形態1の変形例)
次に、実施の形態1の変形例に係る発光装置1Aについて、図7及び図8を用いて説明する。図7は、実施の形態1の変形例に係る発光装置の平面図であり、図8は、図7のA−A’線における同発光装置の断面図である。
上記実施の形態1では、発光素子としてLEDチップを用いたが、本変形例では、発光素子として表面実装(SMD:Surface Mount Device)型LED素子を用いている。つまり、本変形例では、LEDチップが個々にパッケージ化されたSMD型のLED素子を用いている。
そして、本変形例における発光装置1は、図7に示すように、基板10と、基板10に実装された第一発光素子21A及び第二発光素子22Aと、伝熱パターン40と、配線パターン51と、接続配線53と、一対の給電端子60を備える。
本変形例でも、第二発光素子22Aは、伝熱パターン40の上に実装されている。一方、第一発光素子21Aは伝熱パターン40の上に実装されていない。
図8に示すように、第一発光素子21Aは、第一容器21A1と、第一容器21A1内に実装された第一LEDチップ21A2と、第一LEDチップ21A2を封止する第一封止部材21A3とを有する。
また、第二発光素子22Aは、第二容器22A1と、第二容器22A1内に実装された第二LEDチップ22A2と、第二LEDチップ22A2を封止する第二封止部材22A3とを有する。
第一容器21A及び第二容器22A1は、例えば白色樹脂によって成形されたパッケージであり、凹部(キャビティ)を有する。凹部の内側面は傾斜しており、第一LEDチップ21A2又は第二LEDチップ22A2からの光を上方に反射させるように構成されている。
第一LEDチップ21A2は、実施の形態1における青色LEDチップと同じである。また、第二LEDチップ22A2は、実施の形態1における赤色LEDチップと同じである。
第一封止部材21A3は、第一容器21A1に封入されている。本変形例における第一封止部材21A3は、実施の形態1における封止部材30と同様の構成とすることができる。つまり、黄色蛍光体等の波長変換材を含有するシリコーン樹脂等の透光性樹脂によって構成することができる。
一方、第二封止部材22A3は、第二容器22A1に封入されている。第二封止部材22A3は、蛍光体等の波長変換材を含まないシリコーン樹脂等の透光性樹脂である。つまり、第二発光素子22Aからは第二LEDチップ22A2の光がそのままの波長の光で出射する。なお、第二封止部材22A3は設けなくてもよい。
また、接続配線53は、基板10の第1主面に所定形状に形成された金属配線であり、基板上の複数の発光素子を所定の接続(直列/並列/直並列)とするために形成される。具体的には、接続配線53は、図7及び図8に示すように、隣り合う第一発光素子21Aと第二発光素子22Aとを接続するために、第一発光素子21Aと第二発光素子22Aとの間に形成される。
本変形例では、実施の形態1と同様に、2つの第一発光素子21Aと2つの第二発光素子22Aとが接続配線53によって直列接続となるように接続されている。また、第一発光素子21A又は第二発光素子22Aと接続配線53との接続は、例えば、図8に示すように、第一発光素子21A及び第二発光素子22Aのリード端子と接続配線53とを半田等の導電性接着剤80によって接続することで行われる。
なお、接続配線53は、伝熱パターン40及び配線パターン51と同じ金属材料を用いて同じ工程でパターニングすることで形成される。
以上、本変形例における発光装置1Aによれば、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
すなわち、本変形例における発光装置1Aによれば、伝熱パターン40を設けない場合と比べて、電力投入時(t=0;点灯開始時)から時間tが経過しても、青色LEDチップを有する第一発光素子21Aと赤色LEDチップを有する第二発光素子22Aとの間の光出力の差を小さくすることができる。この結果、時間tの経過とともに発光装置1Aから放出される光の発光色が変化したとしても、色ずれとして認識されにくくなる。
また、実施の形態1と同様に、青色LEDチップと赤色LEDチップとを組み合わせることができるので、演色性に優れた発光装置1Aを実現することができる。
したがって、本変形例における発光装置1Aによれば、演色性の向上と色ずれの抑制との両立を図ることができる。
なお、本変形例では、伝熱パターン40には、第一発光素子21A及び第二発光素子22Aの動作電流が流れていないが、伝熱パターン40に、第一発光素子21A及び第二発光素子22Aの動作電流が流れるように構成してもよい。例えば、接続配線53と伝熱パターン40を連結してもよい。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る照明装置100について、図9及び図10を用いて説明する。図9は、実施の形態2に係る照明装置の断面図である。図10は、実施の形態2に係る照明装置及び当該照明装置に接続される周辺部材(点灯装置及び端子台)との外観斜視図である。
図9及び図10に示すように、本実施の形態に係る照明装置100は、例えば住宅等の天井に埋込配設されることにより下方(廊下や壁等)に光を照明するダウンライト等の埋込型照明装置である。照明装置100は、LED光源である発光装置1と、基部110及び枠体部120を結合してなる略有底筒状の器具本体と、当該器具本体に配置された、反射板130及び透光パネル140とを備える。
基部110は、発光装置1が取り付けられる取付台であるとともに、発光装置1で発生する熱を放熱するヒートシンクである。基部110は、金属材料を用いて略円柱状に形成されており、本実施の形態ではアルミダイカスト製である。
基部110の上部(天井側部分)には、上方に向かって突出する複数の放熱フィン111が一方向に沿って互いに一定の間隔をあけて設けられている。これにより、発光装置1で発生する熱を効率良く放熱させることができる。
枠体部120は、内面に反射面を有する略円筒状のコーン部121と、コーン部121が取り付けられる枠体本体部122とを有する。コーン部121は、金属材料を用いて成形されており、例えば、アルミニウム合金等を絞り加工又はプレス成形することによって作製することができる。枠体本体部122は、硬質の樹脂材料又は金属材料によって成形されている。枠体部120は、枠体本体部122が基部110に取り付けられることによって固定されている。
反射板130は、内面反射機能を有する円環枠状(漏斗状の)反射部材である。反射板130は、例えばアルミニウム等の金属材料を用いて形成することができる。なお、反射板130は、金属材料ではなく、硬質の白色樹脂材料によって形成してもよい。
透光パネル140は、光拡散性及び透光性を有する透光部材である。透光パネル140は、反射板130と枠体部120との間に配置された平板プレートであり、反射板130に取り付けられている。透光パネル140は、例えばアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂材料によって円盤状に形成することができる。
なお、透光パネル140は設けなくても構わない。透光パネル140を設けない構成とすることにより、照明装置としての光束を向上させることができる。
また、図10に示すように、照明装置100には、発光装置1に点灯電力を給電する点灯装置150と、商用電源からの交流電力を点灯装置150に中継する端子台160とが接続される。
点灯装置150及び端子台160は、器具本体とは別体に設けられた取付板170に取付固定される。取付板170は、金属材料からなる矩形板状の部材を折り曲げて形成されており、その長手方向の一端部の下面に点灯装置150が取付固定されるとともに、他端部の下面に端子台160が取付固定される。取付板170は、器具本体の基部110の上部に取付固定された天板180と互いに連結される。
このように、本実施の形態における発光装置1は、ダウンライト等の照明装置100として実現することができる。そして、このように構成された照明装置100によれば、実施の形態1に係る発光装置1を備えることによって、演色性の向上と色ずれの抑制との両立を図ることができる。
特に、ダウンライトやスポットライトは、店舗等で特定の製品や商品を照らすことから演色性が要求されるので、本実施の形態における発光装置1を用いることによって、演色性の要求を満たしつつ、色ずれを効果的に抑制することができる。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係る電球形ランプ200の構成について、図11を用いて説明する。図11は、実施の形態3に係る電球形ランプの構成概要を示す図である。
図11に示す電球形ランプ200は、照明用光源の一例であり、上記実施の形態1に係る発光装置1を備える。
電球形ランプ200は、透光性のグローブ201と、光源である発光装置1と、発光装置1に電力を供給する駆動回路を収容する筐体204と、外部から電力を受ける口金205とを備える。
口金205が受けた交流電力は、駆動回路によって直流電力に変換され、発光装置1に供給される。なお、口金205に直流電力が供給される場合、駆動回路は、直流から交流への変換機能を備えなくてもよい。
また、本実施の形態では、発光装置1は、支柱202に支持されることで、グローブ201の中央部に配置されている。支柱202は、グローブ201の開口部の近傍からグローブ201の内方に向かって延びるように設けられた金属製の棒体である。
具体的には、支柱202は、グローブ201の開口部の近傍に配置された支持台203に接続されている。
なお、支柱202は設けなくてもよい。この場合、発光装置1は、支柱202ではなく、支持台203に直接的に支持されてもよい。つまり、支持台203のグローブ201側の面に発光装置1が取り付けられてもよい。
グローブ201は、発光装置1からの光を外部に透過させる透光性カバーである。なお、本実施の形態におけるグローブ201は、発光装置1からの光に対して透明な材料によって構成されている。このようなグローブ201としては、例えば、可視光に対して透明なシリカガラス製のガラスバルブ(クリアバルブ)が採用される。この場合、グローブ201内に収容された発光装置1は、グローブ201の外側から視認することができる。
なお、グローブ201は、必ずしも可視光に対して透明である必要はなく、グローブ201に光拡散機能を持たせてもよい。例えば、シリカ又は炭酸カルシウム等の光拡散材を含有する樹脂や白色顔料等をグローブ201の内面又は外面の全面に塗布して乳白色の光拡散膜を形成したり、グローブ201の表面に凹凸を形成したりすることで、光拡散機能を持たせることができる。また、グローブ201の材質としては、ガラス材に限らず、アクリル(PMMA)又はポリカーボネート(PC)等の合成樹脂等による樹脂材を用いてもよい。
また、グローブ201の形状に特に限定はなく、例えば、発光装置1が支持台203に直接的に支持される場合(支柱202がない場合)、半球状のグローブ201が採用されてもよい。
このように、本実施の形態における発光装置1は、電球形ランプ200として実現することもできる。そして、このように構成された電球形ランプ200によれば、実施の形態1に係る発光装置1を備えることによって、演色性の向上と色ずれの抑制との両立を図ることができる。
なお、本実施の形態における発光装置1は、電球形ランプではなく、直管ランプ等の照明用光源として実現することもできる。
また、このような電球形ランプは、当該電球形ランプを備える照明装置として実現することもできる。例えば、上記の電球形ランプと、当該電球形ランプが取り付けられる照明器具(点灯器具)とを備える照明装置として構成することができる。この場合、照明器具は、例えば、電球形ランプの口金が装着されるソケットを有するとともに天井に取り付けられる器具本体と、電球形ランプを覆うカバーとを備える。
また、直管ランプは、当該直管ランプを備える照明装置として実現することもできることもできる。例えば、直管ランプと、当該直管ランプが取り付けられる一対のソケットを有する照明器具(点灯器具)とを備える照明装置として構成することができる。
(その他の変形例等)
以上、本発明に係る発光装置、照明用光源及び照明装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施の形態に係る発光装置では、青色LEDチップと黄色蛍光体との組み合わせによって白色光を生成したが、白色光を生成するための構成はこれに限らない。具体的には、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂を用いて、これと青色LEDチップとを組み合わせて白色光を生成してもよい。あるいは、青色LEDチップよりも短波長である紫外光を出射する紫外LEDチップと、主に紫外光により励起されて三原色(赤色、緑色、青色)に発光する各色蛍光体とを組み合わせて白色光を生成してもよい。
また、上記の実施の形態において、波長変換材として蛍光体を用いたが、これに限らない。例えば、波長変換材として、半導体、金属錯体、有機染料、顔料など、ある波長の光を吸収し、吸収した光とは異なる波長の光を発する物質を含んでいる材料を用いることができる。
また、上記の実施の形態において、LEDチップを例示したが、LEDチップに代えて、半導体レーザ等の半導体発光素子、又は、有機EL(Electro Luminescence)や無機EL等のEL素子、その他の固体発光素子を用いてもよい。
また、上記の実施の形態では、発光装置をダウンライトやスポットライトに適用する例を示したが、これに限らない。例えば、上記の実施の形態における発光装置は、ベースライト等の他の照明器具(照明装置)の光源としても利用することができる。この場合、ベースライトとしては、発光装置を基台に直接取り付けた構造とすることもできる。また、上記の実施の形態における発光装置は、液晶表示装置等のバックライト光源、複写機等のランプ光源、又は、誘導灯や看板装置等の光源等、照明用途以外の光源としても利用することができる。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本考案に含まれる。
1、1A 発光装置
10 基板
21、21A 第一発光素子
21a、22a n側電極
21b、22b p側電極
22、22A 第二発光素子
21A1 第一容器
21A2 第一LEDチップ
21A3 第一封止部材
22A1 第二容器
22A2 第二LEDチップ
22A3 第二封止部材
30 封止部材
40 伝熱パターン
51 配線パターン
52 ワイヤパッド
53 接続配線
60 給電端子
70 ワイヤ
80 導電性接着剤
100 照明装置
110 基部
111 放熱フィン
120 枠体部
121 コーン部
122 枠体本体部
130 反射板
140 透光パネル
150 点灯装置
160 端子台
170 取付板
180 天板
200 電球形ランプ
201 グローブ
202 支柱
203 支持台
204 筐体
205 口金

Claims (14)

  1. 基板と、
    前記基板に実装された第一発光素子及び第二発光素子と、
    前記基板に形成された伝熱パターンと備え、
    前記第二発光素子は、前記第一発光素子よりも、温度上昇に伴う光出力の低下の割合が大きく、
    前記第二発光素子は、前記伝熱パターンの上に実装されており、
    前記第一発光素子は、前記伝熱パターンの上に実装されていない
    発光装置。
  2. 前記伝熱パターンの熱伝導率は、前記基板の熱伝導率よりも大きい
    請求項1に記載の発光装置。
  3. 平面視において、前記伝熱パターンは、前記第二発光素子よりも大きい
    請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 前記第二発光素子は、前記伝熱パターンの端部に実装されている
    請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記伝熱パターンは、所定形状の金属パターンである
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記金属パターンは、金によって構成されている
    請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記伝熱パターンには、前記第一発光素子及び前記第二発光素子の動作電流が流れる
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
  8. さらに、前記第一発光素子及び前記第二発光素子の動作電流が流れる金属配線を備え、
    前記伝熱パターンには、前記第一発光素子及び前記第二発光素子の動作電流が流れない
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
  9. さらに、蛍光体を含有する封止部材を備え、
    前記第一発光素子及び前記第二発光素子は、前記封止部材によって封止されている
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の発光装置。
  10. 前記第一発光素子は、青色LEDチップであり、
    前記第二発光素子は、赤色LEDチップであり、
    前記蛍光体は、黄色蛍光体である
    請求項9に記載の発光装置。
  11. 前記第一発光素子は、第一容器と、前記第一容器内に実装された第一LEDチップと、蛍光体を含有し、前記第一容器内に封入された第一封止部材とを有する表面実装型LED素子であり、
    前記第二発光素子は、第二容器と、前記第二容器内に実装された第二LEDチップとを有する表面実装型LED素子である
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の発光装置。
  12. 前記第一LEDチップは、青色LEDチップであり、
    前記第二LEDチップは、赤色LEDチップであり、
    前記蛍光体は、黄色蛍光体である
    請求項11に記載の発光装置。
  13. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の発光装置を備える
    照明用光源。
  14. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の発光装置を備える
    照明装置。
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