JP2017135130A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる発光装置を提供する。【解決手段】可視光域の発光波長を出力し、かつ、光の角度分布である配光特性が異なる複数種類の発光素子５，６と、該発光素子５，６を封止し、かつ、該発光素子５，６から放射された光によって励起されて発光素子５，６の発光色とは異なる色の光を放射するための単色又は複数色の蛍光体を含有した透光性材料でなる封止樹脂７と、を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子が封止樹脂により封止されている発光装置に関する。

近年、発光素子を備えた発光装置は、照明器具や液晶ディスプレイの光源として広く用いられている。前記発光装置は、具体的には、青色の光を発光する発光素子に波長変換材料である複数色（例えば赤色と緑色）の蛍光体を含有した封止樹脂で封止して、白色光を発光するようにしたものである。このような発光装置で照明器具を構成しても、白色光の色合いが同一であるため、色合いの調整を行うことができない。近年において、例えば季節に応じて色合いを変えて演出を変えることができる発光装置が求められている。

そこで、青色を発光する発光素子を基板のＸ方向に所定間隔を置いて多数直列に実装し、この発光素子群をＹ方向に多数列となるように配置している。そして、Ｙ方向における１列目と２列目の発光素子群を電球色の発光となるような蛍光体を含有した第１封止樹脂で封止し、Ｙ方向の３列目と４列目を昼白色の発光となるような蛍光体を含有した第２封止樹脂で封止し、これを交互に繰り返すことにより構成して、２種類の色合いを発光する発光素子群を多数備えている。これら発光素子群の一部を発光し、他の発光素子群を消灯する、あるいは全ての発光素子群を点灯する等、発光パターンを変更することで、色合いを変化させることができるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−４９５０４号公報

上記特許文献１の発光装置では、２種類の封止樹脂を交互に封止しなければならないため、互いの封止樹脂間にも隙間が必要になり、発光装置全体が大きくなるという不都合がある。

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、小型化を図ることができる発光装置を提供することにある。

本発明の発光装置は、前述の課題解決のために、可視光域の発光波長を出力し、かつ、光の角度分布である配光特性が異なる複数種類の発光素子と、該発光素子を封止し、かつ、該発光素子から放射された光によって励起されて発光素子の発光色とは異なる色の光を放射するための単色又は複数色の蛍光体を含有した透光性材料でなる封止樹脂と、を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、光の角度分布である配光特性が異なる複数種類の発光素子を備えることによって、同一の封止樹脂であっても、配光特性が異なる一方の発光素子から封止樹脂に含有されている蛍光体に当たる光の量と、配光特性が異なる他方の発光素子から封止樹脂に含有されている蛍光体に当たる光の量とが異なる。このことから、同一の封止樹脂で封止されている一方の発光素子から発光する光の色合いと他方の発光素子から発光する光の色合いを、異ならせることができる。ここでいう配光特性が異なるとは、光の角度分布が広い範囲の配光特性と、光の角度分布が狭い範囲の配光特性とをいう。従って、配光特性が異なる複数種類の発光素子を同一の封止樹脂で封止するだけで、色合いの異なる光を発光することができる発光装置を構成することができる。

また、本発明の発光装置は、前記発光波長は、３８０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有し、前記蛍光体は、前記発光素子から放射された光を白色光に変換する蛍光体で構成されていてもよい。

上記のように、発光素子から放射された光を蛍光体で白色光に変換することによって、一方の発光素子から発光する白色光の色合いと他方の発光素子から発光する白色光の色合いを、異ならせることができる。

また、本発明の発光装置は、前記複数種類の発光素子が、光の角度分布が広い第１発光素子と、光の角度分布が狭い第２発光素子とを含み、前記封止樹脂の表面から前記第２発光素子の照射面までの距離が、前記封止樹脂の表面から前記第１発光素子の照射面までの距離よりも短い構成であってもよい。

上記のように、封止樹脂の表面から第２発光素子の照射面までの距離が、封止樹脂の表面から第１発光素子の照射面までの距離よりも短い構成にすることによって、光の角度分布が狭い第２発光素子から蛍光体に当たる光をより一層少なくすることができ、同一の距離に構成したものに比べて、色合いの変化を大きくすることができる。

本発明によれば、配光特性が異なる複数種類の発光素子を備えることによって、同一の封止樹脂であっても、光の色合いを変化させることができるので、小型化を図ることができる発光装置を提供することができる。

本発明の発光装置の第１実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は右側の発光素子を発光させた状態を示す縦断面図、（ｄ）は左側の発光素子を発光させた状態を示す縦断面図である。 同発光装置の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の発光装置の第２実施形態を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は右側の発光素子を発光させた状態を示す縦断面図、（ｃ）は左側の発光素子を発光させた状態を示す縦断面図である。 同発光装置の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の発光装置の第３実施形態を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は右側の発光素子を発光させた状態を示す縦断面図、（ｃ）は左側の発光素子を発光させた状態を示す縦断面図である。 同発光装置の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の発光装置の第４実施形態を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は右側の発光素子を発光させた状態を示す縦断面図、（ｃ）は左側の発光素子を発光させた状態を示す縦断面図である。 白色以外の光を発する他の構成の発光装置の発光スペクトルを示すグラフである。

＜第１実施形態＞
図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、発光装置の一例である発光ダイオード１を示している。この発光ダイオード１は、凹部２が形成されたパッケージ３と、前記凹部２を構成する底面となる後述する基板１０の上面４に搭載した２つの発光素子５，６と、２つの発光素子５，６を封止するための透光性材料でなる封止樹脂（例えばシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂）７とを備えている。ここでは、２つの発光素子５，６を凹部２内に備えた場合を示しているが、３つあるいは４つ以上の発光素子を備えて実施することもできる。前記各発光素子５又は６の正極と負極が凹部２に設けられた正電極と負電極にそれぞれボンディングワイヤ８を介して接続されている。

凹部２は、底面４と底面４の外周縁から上方の開口まで立ち上げられるとともに開口側ほど外拡がりとなるテーパー面を有する周側壁９とからなり、前記底面４をガラスエポキシ樹脂製基板でなる平面視が略正方形状（長方形や円形あるいは多角形などであってもよい）の平板部材１０にて構成し、又、前記周側壁９は、ガラスエポキシ樹脂製基板を上下方向に多数積層してなる平面視が正方形（長方形や円形あるいは多角形などであってもよい）の直方体の中心に貫通孔を開けることにより構成され、このように構成された周側壁９を前記基板１０上に載置させて両者を一体化することにより前記パッケージ３を構成している。従って、周側壁９が、発光素子５，６の周囲を取り囲んで発光素子５，６からの光を上方の開口の前方へ集光させることができるリフレクターとして機能するように構成されている。尚、前記パッケージ３は、前記のようにガラスエポキシ樹脂製基板を多数積層して作製することに限らず、発光素子が搭載されるパッド部と、パッド部に搭載される発光素子と電気的に接続されるリード部とを有するリードフレームを樹脂でモールドすることによって、作製してもよい。

２つの発光素子５，６は、発光波長が３８０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有する発光素子、具体的には青色波長（紫色も含む波長）を出力し、かつ、光の角度分布である配光特性が異なる発光素子から構成されている。具体的には、図１（ａ）〜（ｄ）の左側に位置する一方の発光素子５は、光を照射する発光層を搭載するベースとして無色透明なサファイアが用いられており、発光層から発光される光が無色透明なサファイアの周側面を通して透過するため、図１（ｄ）に示す発光状態では、１８０度（この角度は、製造される発光素子５によって決定され、１８０度に限定されるものではない）を越える角度まで光を発光する。このことから、光の角度分布が広い第１発光素子５を構成している。また、図１（ａ）〜（ｄ）の右側に位置する他方の発光素子６は、光を照射する発光層を搭載するベースにシリコン（Ｓｉ）が用いられており、発光層から発光される光がシリコンを透過できないため、図１（ｃ）の発光状態では、１００度前後（この角度は、製造される発光素子６によって決定され、１００度前後に限定されるものではない）の角度しか光を発光しない。このことから、光の角度分布が第１発光素子５よりも狭い第２発光素子６を構成している。

封止樹脂７には、発光素子５，６から放射された光によって励起されて発光素子の発光色とは異なる色の光を放射して白色光を発光するための複数色の蛍光体を含有している。ここでは、赤色と緑色の蛍光体又は黄色と赤色の蛍光体を用いることによって、封止樹脂７から放射された光が白色光を発光するようにしている。調色する（所望の色の光を得る）ために、２種類の色の蛍光体を用いているが、１種類の色の蛍光体又は３種類以上の蛍光体を用いてもよい。

前述のように、光の角度分布である配光特性が異なる複数種類（ここでは２種類）の発光素子５，６を備えることによって、同一の封止樹脂７であっても、第１発光素子５から封止樹脂７に含有されている蛍光体に当たる光の量と、第２発光素子６から封止樹脂７に含有されている蛍光体に当たる光の量とが異なる。ここでは、第２発光素子６からの光が蛍光体に当たる光の量が、第１発光素子５からの光が蛍光体に当たる光の量よりも少ない。このことから、同一の封止樹脂７で封止されている第１発光素子５からの白色光の色合いと第２発光素子６から発光する白色光の色合いを、異ならせることができる。

図２に、図１で示した２つの発光素子５，６から発した光が蛍光体により変換された後の光の発光スペクトルを示している。実線で示す発光スペクトルが、第１発光素子５からのものであり、点線で示す発光スペクトルが、第２発光素子６からのものである。図２では、６００ｎｍ近傍の波長帯の強度に対し４５０ｎｍ近傍や５１０〜５８０ｎｍ間の波長帯でスペクトル形状に明らかな差があり、色合いに差が出来る事が分かる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、封止樹脂７の表面７Ａから第１発光素子５の照射面５Ａまでの距離Ｈ１と、封止樹脂７の表面７Ａから第２発光素子６の照射面６Ａまでの距離Ｈ２とを同一にしたが、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、封止樹脂７の表面７Ａから第２発光素子６の照射面６Ａまでの距離Ｈ２が、封止樹脂７の表面７Ａから第１発光素子５の照射面５Ａまでの距離Ｈ１よりも短くなるようにしている。換言すれば、基板１０の上面（前記底面４）から第２発光素子６の照射面６Ａまでの高さが、基板１０の上面（前記底面４）から第１発光素子５の照射面５Ａまでの高さよりも高くしている。つまり、第２発光素子６自体の上下方向の寸法（高さ）を、第１発光素子５自体の上下方向の寸法（高さ）よりも高く構成している。このように構成することによって、光の角度分布が狭い第２発光素子６から蛍光体に当たる光をより一層少なくすることができ、同一高さに構成したものに比べて、白色の色合いの変化を大きくすることができる。

図４に、図３で示した２つの発光素子５，６から発した光が蛍光体により変換された後の光の発光スペクトルを示している。実線で示す発光スペクトルが、第１発光素子５からのものであり、点線で示す発光スペクトルが、第２発光素子６からのものである。図４では、第１発光素子５は６００ｎｍ近傍で最大ピークを示すのに対し第２発光素子６は４５０ｎｍ近傍で最大ピークを示している。このことは、発光素子の寸法を高くし第２発光素子６から蛍光体に当たる光を少なくした事により、光源波長域の光が蛍光体に吸収される量及び蛍光体からの光の強度が減少し、第２発光素子６の発光波長４５０ｎｍ近傍での強度が６００ｎｍ近傍の蛍光体の発光波長よりも相対的に強くなった事を示している。また、５１０〜５８０ｎｍ間の波長帯についても、第１発光素子５と第２発光素子６とでは明らかにスペクトル形状が異なり、６００ｎｍ近傍のピーク強度との相対強度も異なる。その結果、スペクトル形状により大きな差を出す事が出来、色合いにより差を出す事ができる。

＜第３実施形態＞
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）では、第２発光素子６自体の上下方向の寸法（高さ）を、第１発光素子５自体の上下方向の寸法（高さ）よりも高く構成したが、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第２発光素子６自体の上下方向の寸法（高さ）と、第１発光素子５自体の上下方向の寸法（高さ）とは同一にしておき（ここでは、同一の寸法にしているが、異なる場合もある）、第２発光素子６を載置する基板１０の上面４のうちの一部分の上面４Ａを、他の部分の上面４よりも高くしている。このようにすることによって、封止樹脂７の表面７Ａから第２発光素子６の照射面６Ａまでの距離Ｈ２が、封止樹脂７の表面から第１発光素子５の照射面５Ａまでの距離Ｈ１よりも短くなるようにしている。

図６に、図５で示した２つの発光素子５，６から発した光が蛍光体により変換された後の光の発光スペクトルを示している。実線で示す発光スペクトルが、第１発光素子５からのものであり、点線で示す発光スペクトルが、第２発光素子６からのものである。図６では、第１発光素子５は６００ｎｍ近傍で最大ピークを持つのに対し第２発光素子６は４５０ｎｍ近傍で最大ピークを示している。このことは、第２発光素子６から照射面までの距離を少なくした事により、光源波長域の光が蛍光体に吸収される量及び蛍光体からの光の強度が減少し、第２発光素子６の発光波長４５０ｎｍ近傍での強度が６００ｎｍ近傍の蛍光体の発光波長よりも相対的に強くなった事を示している。その結果、スペクトル形状により大きな差を出す事が出来、色合いにより差を出す事ができる。

前記構成した第１発光素子５と第２発光素子６とで構成される発光ダイオード１を、複数配設して発光素子群を構成して照明器具を作製し、発光素子群の一部を発光し、他の発光素子群を消灯する、あるいは全ての発光素子群を点灯する等、発光パターンを変更することで、色合いを変化させることができる。また、第１発光素子５及び第２発光素子６へ流す電流を制御することにより、２つの素子が放つ光の量の比率を変更することで調色することができる。

＜第４実施形態＞
第１実施形態〜第３実施形態では、配光特性が異なる２種類の発光素子であるサファイヤベースの第１発光素子５とシリコンベースの第２発光素子６とから構成したが、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）では、同一の配光特性を有する２つのサファイヤベースの第２発光素子６，６を基板１０上に搭載し、一方（図では右側）の第２発光素子６の外周に第２発光素子６の周方向から発光される光を遮光するための遮光板１１を基板１０上に設けることによって、他方（図では左側）の第１発光素子５と配光特性が異なる（具体的には、左側の第１発光素子５よりも光の角度分布が狭い）第２発光素子６を構成している。遮光板１１は、その上端が第２発光素子６の照射面６Ａよりも少し高く構成され、かつ、周方向に延びる円環状の部材からなっている。この遮光板１１の高さを変更することによって、光の角度分布を調整することができる。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記実施形態では、配光特性が異なる２種類の発光素子５，６から発光ダイオード１を構成したが、配光特性が異なる３種類以上の発光素子から発光ダイオードを構成してもよいし、配光特性は、２種類の発光素子からなり、それらを３個以上適宜組み合わせたものから構成してもよい。

また、前記実施形態では、発光素子５，６そのものが有する配光特性としたが、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示した遮光板１１を用いる他、光を遮断する遮蔽塗料をベースに塗布する等によって、発光素子５，６から照射される光の一部を遮断することによって、配光特性を変更するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、発光装置として、発光ダイオード１を示したが、レーザーダイオード（ＬＤ）であってもよい。

また、前記実施形態では、白色を発光する発光装置を構成したが、緑色、黄色、赤色等の原色を発光する発光装置を構成してもよいし、原色以外の色、例えばパステルカラー（中間色）を発光する発光装置を構成してもよい。例えば、２つの発光素子５，６から発した光が蛍光体により変換され、その変換された後の光がパステルカラー（中間色）である場合の発光スペクトルを図８に示している。実線で示す発光スペクトルが、第１発光素子５からのものであり、点線で示す発光スペクトルが、第２発光素子６からのものである。第１発光素子５と第２発光素子６とでは、４５０ｎｍ近傍の波長帯でスペクトル形状に明らかな差があることから、パステルカラー（中間色）の様な色でも色合いに差を出す事が出来る事が分かる。

１…発光ダイオード、２…凹部、３…パッケージ、４…底面（上面）、４Ａ…一部分の上面、５…第１発光素子、５Ａ…照射面、６…第２発光素子、６Ａ…照射面、７…封止樹脂、７Ａ…表面、８…ボンディングワイヤ、９…周側壁、１０…基板（平板部材）、１１…遮光板、Ｈ１，Ｈ２…距離

Claims (3)

1. 可視光域の発光波長を出力し、かつ、光の角度分布である配光特性が異なる複数種類の発光素子と、該発光素子を封止し、かつ、該発光素子から放射された光によって励起されて発光素子の発光色とは異なる色の光を放射するための単色又は複数色の蛍光体を含有した透光性材料でなる封止樹脂と、を備えたことを特徴とする発光装置。
2. 前記発光波長は、３８０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有し、前記蛍光体は、前記発光素子から放射された光を白色光に変換する蛍光体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記複数種類の発光素子は、光の角度分布が広い第１発光素子と、光の角度分布が狭い第２発光素子とを含み、前記封止樹脂の表面から前記第２発光素子の照射面までの距離が、前記封止樹脂の表面から前記第１発光素子の照射面までの距離よりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。

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