JP4936465B2

JP4936465B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP4936465B2
Application number: JP2007241327A
Authority: JP
Inventors: 孝典明田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: JP2009076494A

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。

従来から、図３に示すように、複数個のＬＥＤチップ１’と、当該複数個のＬＥＤチップ１’を収納する収納凹部２ａ’が形成され収納凹部２ａ’の内底面に当該複数個のＬＥＤチップ１’が実装されたセラミック基板からなる実装基板２’と、石英ガラスにより形成されて冷媒の流路９ａ’を有し実装基板２’の収納凹部２ａ’を閉塞する形で配置された放熱部材９’と、各ＬＥＤチップ１’から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１’の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料（例えば、透光性樹脂）により形成され放熱部材９’の光出射面側に配置された色変換部４１’とを備えた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、上記特許文献１に記載された発光装置では、例えば、ＬＥＤチップ１’の発光色を青色とし、色変換部４１’における蛍光体として、赤色系の光を放射する蛍光体（赤色蛍光体）と緑色系の光を放射する蛍光体（緑色蛍光体）とを採用することにより、色変換部４１’における蛍光体として黄色系の光を放射する１種類の蛍光体（黄色蛍光体）のみを採用する場合に比べて、演色性の高い白色光が得られる。
特開２００５−２９４１８５号公報（段落〔０１０１〕−〔０１０３〕，〔００５６〕−〔００５８〕、および図１）

ところで、図３に示した構成の発光装置では、色変換部４１’で発生した熱を放熱部材９’から放熱させることができるので、色変換部４１’の蛍光体の温度上昇を抑制でき、蛍光体の変換効率の低下や色変換部４１’の劣化を抑制することができるという利点がある。

しかしながら、上述の発光装置では、冷媒の流路を有する放熱部材９’および冷媒を必要とするので装置全体が大掛かりなものとなり、しかも、放熱部材９’が実装基板２’の収納凹部２ａ’を閉塞する形で配置されているので、放熱部材９’が当該発光装置の光学特性に影響を及ぼして光出力が低下してしまう。また、上述の発光装置では、色変換部４１’が平板状に形成されているので、色むらが発生しやすいという問題もあった。

また、上述の発光装置では、色変換部４１’の蛍光体として発光ピーク波長の異なる２種類の蛍光体（赤色蛍光体および緑色蛍光体）を採用した場合、低波長側に発光ピーク波長を有する蛍光体（緑色蛍光体）から放射された光が長波長側に発光ピーク波長を有する蛍光体（赤色蛍光体）に二次吸収されてしまうので、変換効率が低下してしまうという問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放熱部材によって光学特性に悪影響を与えることなく色変換部の温度上昇を抑制できて光出力の向上を図れ、且つ、色変換部の蛍光体として発光ピーク波長の異なる第１の蛍光体および第２の蛍光体を採用しながらも蛍光体の二次吸収を抑制可能な発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップが実装基板の一表面側に実装されたＬＥＤユニットと、ＬＥＤユニットの前記一表面側に配置される透光性ユニットとを備え、透光性ユニットに、実装基板におけるＬＥＤチップの搭載面から実装基板の厚み方向に離間して配置されＬＥＤチップから放射される光を配光レンズ側へ反射するリフレクタと、リフレクタの内側面に被着されＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成された色変換部とが設けられ、リフレクタが色変換部の蛍光体で発生した熱を放熱させる放熱部材を兼ねており、ＬＥＤユニットは、ＬＥＤチップから放射される光を色変換部側へ配光する光学部材を備え、透光性ユニットの色変換部は、前記蛍光体として第１の蛍光体を含有した第１色変換領域と前記蛍光体として第１の蛍光体よりも発光ピーク波長が長波長側にある第２の蛍光体を含有した第２色変換領域とが厚み方向において重ならないように交互に配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、リフレクタの内側面に色変換部が被着され、リフレクタが色変換部の蛍光体で発生した熱を放熱させる放熱部材を兼ねているので、色変換部で発生した熱をリフレクタから効率良く放熱することができ、放熱部材によって光学特性に悪影響を与えることなく色変換部の温度上昇を抑制できて光出力の向上を図れ、また、色変換部は、前記蛍光体として第１の蛍光体を含有した第１色変換領域と前記蛍光体として第１の蛍光体よりも発光ピーク波長が長波長側にある第２の蛍光体を含有した第２色変換領域とが厚み方向において重ならないように交互に配置されているので、第１の蛍光体から放射された光が第２の蛍光体に二次吸収されるのを抑制することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記透光性材料は、ガラスであることを特徴とする。

この発明によれば、前記透光性材料が樹脂である場合に比べて前記色変換部の劣化を抑制することができる。

請求項１の発明では、放熱部材によって光学特性に悪影響を与えることなく色変換部の温度上昇を抑制できて光出力の向上を図れ、且つ、色変換部の蛍光体として発光ピーク波長の異なる２種類の蛍光体を有しながらも蛍光体の二次吸収を抑制可能になるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ１が実装基板２の一表面側に実装されたＬＥＤユニットＡと、ＬＥＤユニットＡの上記一表面側に配置される透光性ユニットＢとを備え、透光性ユニットＢに、実装基板２におけるＬＥＤチップ１の搭載面から実装基板２の厚み方向に離間して配置されＬＥＤチップ１から放射される光を透光性ユニットＢの光取り出し部を構成する配光レンズ２１側へ反射するリフレクタ３１と、リフレクタ３１の内側面に被着されＬＥＤチップ１から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成された色変換部４１とが設けられ、リフレクタ３１が色変換部４１の蛍光体で発生した熱を放熱させる放熱部材を兼ねている。なお、透光性ユニットＢには、ＬＥＤチップ１から放射される光の配光を制御する配光レンズ２１を設けてあるが、配光レンズ２１は必ずしも設ける必要はない。

本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１として、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用い、色変換部４１の蛍光体として、ＬＥＤチップ１から放射された青色光によって励起されて緑色系の光を放射する粒子状の蛍光体（緑色蛍光体）と、ＬＥＤチップ１から放射された青色光によって励起されて赤色系の光を放射する粒子状の蛍光体（赤色蛍光体）とを用いており、ＬＥＤチップ１から放射され色変換部４１を透過した青色光と、色変換部４１の緑色蛍光体から放射された緑色光と色変換部４１の赤色蛍光体から放射された赤色光とが色変換部４１の光出射面から出射されることとなり、演色性の高い白色光を得ることができる。なお、本実施形態では、緑色蛍光体が第１の蛍光体を構成し、赤色蛍光体が、発光ピーク波長が第１の蛍光体よりも長波長側にある第２の蛍光体を構成している。

ＬＥＤユニットＡは、上述のＬＥＤチップ１および実装基板２と、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１を封止した透光性の封止材（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）からなる半球状の封止部３と、封止部３の光出射面側に設けられＬＥＤチップ１から放射される光を色変換部４１側へ配光する光学部材５を備え、実装基板２が熱伝導性材料（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属など）からなるベース部材４に接合されて熱結合されている。なお、実装基板２には、ＬＥＤチップ１への給電用の導体パターン（図示せず）が設けられている。また、実装基板２は、上記導体パターンが設けられたセラミック基板により形成してもよいし、ＬＥＤチップ１が搭載される伝熱板と、上記導体パターンが設けられ伝熱板に重ねて配置される配線基板とで構成してもよい。ここで、後者の場合、熱伝導性材料（例えば、ＡｌＮやアルミナなど）により形成されＬＥＤチップ１と伝熱板との間に介在させる応力緩和用のサブマウント部材を設けてもよい。

光学部材５は、実装基板２との間に封止部３を囲むドーム状の主部５ａの頂部から円柱状の突出部５ｂが連続一体に突設され、突出部５ｂの先端面に円錐状の凹部５ｃが形成されており、ＬＥＤチップ１から側方へ放射された光は封止部３および主部５ａを透過して色変換部４１へ入射し、ＬＥＤチップ１から上方へ放射された光は凹部５ｃの内部空間の媒質と光学部材５の媒質との境界面で反射されて色変換部４１へ入射する。なお、光学部材５は、シリコーン樹脂やガラスなどの透光性材料により形成すればよい。

ＬＥＤユニットＡは、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する樹脂シート（例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）を用い、当該樹脂シートにより実装基板２とベース部材４とを接合してある。上記樹脂シートは電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く、しかも、加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、上記樹脂シートと実装基板２およびベース部材４との間に空隙が発生するのを防止することができて、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を防止することができ、ゴムシート状の放熱シートを用いる場合に比べて、ＬＥＤチップ１からベース部材４までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。

一方、透光性ユニットＢは、上述の配光レンズ２１と、リフレクタ３１と、色変換部４１とを備えている。

リフレクタ３１は、ＬＥＤチップ１から放射された光や色変換部４１から出射された光が配光レンズ２１側へ反射するように内側面の形状が設計されているが、リフレクタ３１は、所望の配光特性に応じて、ＬＥＤチップ１の光軸方向においてＬＥＤチップ１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる枠状に形成されていればよい。

リフレクタ３１の材料としては、例えば、ＬＥＤチップ１や色変換部４１の蛍光体から放射される光の反射率が高く且つ色変換部４１に比べて熱伝導率の高い金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕ）などを採用すればよく、本実施形態では、Ａｌを採用している。なお、リフレクタ３１の材料としてＣｕを採用する場合には、内側面にＮｉ層／Ａｇ層、Ｎｉ層／Ａｌ層などの反射層をメタライズすることが望ましい。なお、リフレクタ３１の材料は金属に限らず、色変換部４１に比べて熱伝導率の高い樹脂やセラミックを採用してもよく、例えば樹脂を採用する場合には、例えば内側面に銅箔を被着し、当該銅箔にＮｉ層／Ａｇ層、Ｎｉ層／Ａｌ層などの反射層をメタライズすることが望ましい。

色変換部４１の透光性材料としては、シリコーン樹脂を採用しているが、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。

ところで、色変換部４１は、図１（ｂ）に示すように、蛍光体として第１の蛍光体である緑色蛍光体を含有した第１色変換領域４１ａと蛍光体として第１の蛍光体よりも発光ピーク波長が長波長側にある第２の蛍光体である赤色蛍光体を含有した第２色変換領域４１ｂとが厚み方向において重ならないように交互に配置されている。ここで、色変換部４１は、リフレクタ３１の内周方向において交互に並んで配置されている。

また、配光レンズ２１は、光入射面が平面状で光出射面が凸曲面状に形成された平凸レンズであり、リフレクタ３１の光取り出し側の開口面を閉塞する形で配置されている。ここで、配光レンズ２１は、透光性材料（例えば、アクリル樹脂、ガラスなど）により形成されている。なお、配光レンズ２１の形状は平凸レンズの形状に限定するものではなく、所望の配光特性に応じて適宜設定すればよい。

ところで、本実施形態の発光装置は、透光性材料により形成され配光レンズ２１を有するカバー部材２０がベース部材４に対して固着され、カバー部材２０の内側に、リフレクタ３１を有するリフレクタブロック３０が配置されている。ここで、ベース部材４は、円板状に形成され、カバー部材２０は、ベース部材４から離間して配置されＬＥＤユニットＡに対応する部位に配光レンズ２１が形成された前板部２０ａと、前板部２０ａの周縁からベース部材４の一表面側へ連続一体に突出した円環状の側板部２０ｂとを備えており、リフレクタブロック３０は、前板部２０ａの後面に配置されＬＥＤユニットＡに対応する部位にリフレクタ３１が形成された平板部３０ａと、平板部３０ａの周縁からベース部材４の上記一表面側へ連続一体に突出した円環状の側板部３０ｂとを備えている。ここにおいて、リフレクタブロック３０は、側板部３０ｂとベース部材４とが上記樹脂シートを用いて接合され熱結合されている。なお、ベース部材４の外周形状は特に限定するものではなく、ベース部材４の外周形状に応じてカバー部材２０およびリフレクタブロック３０それぞれの外周形状も適宜設定すればよい。なお、配光レンズ２１が不要の場合には、例えばカバー部材２０の前板部２０ａを平板状に形成すればよく、前板部２０ａが透光性ユニットＢの一部を構成し、前板部２０ａにおいてＬＥＤユニットＡに対応する部位が透光性ユニットＢの光取り出し部を構成することになる。

図１（ａ）では、ＬＥＤユニットＡと透光性ユニットＢとの組を１組だけ図示してあるが、ＬＥＤユニットＡと透光性ユニットＢとの組を適宜配置で複数組設けるようにしてもよく、この場合には、カバー部材２０において各ＬＥＤユニットＡに対応する部位ごとに配光レンズ２１を設けるとともに、リフレクタブロック３０において各ＬＥＤユニットＡに対応する部位ごとにリフレクタ３１を設け、さらにリフレクタ３１ごとに色変換部４１を設け、複数個のＬＥＤユニットＡの接続関係を規定した配線パターンが形成され各リフレクタ３１それぞれが挿入される窓孔が形成された回路基板をベース部材４とカバー部材２０とで囲まれる空間内に配置したり、上記接続関係に応じてＬＥＤユニットＡ同士をリード線などにより接続するようにしてもよい。なお、ＬＥＤユニットＡと透光性ユニットＢとの組を適宜配置で複数組設けて照明器具に応用する場合には、例えば、ベース部材４を器具本体により構成したり、発光装置を金属などの熱伝導性材料により形成した器具本体に収納してベース部材４を当該器具本体に上記樹脂シートなどにより熱結合させるようにしてもよい。

以上説明した本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１が実装基板２の上記一表面側に実装されたＬＥＤユニットＡと、ＬＥＤユニットＡの上記一表面側に配置される透光性ユニットＢとを備え、透光性ユニットＢに、実装基板２におけるＬＥＤチップ１の搭載面から実装基板２の厚み方向に離間して配置されＬＥＤチップ１から放射される光を配光レンズ２１側へ反射するリフレクタ３１と、リフレクタ３１の内側面に被着された色変換部４１とが設けられており、色変換部４１がリフレクタ３１に熱結合され、リフレクタ３１が色変換部４１の蛍光体で発生した熱を放熱させる放熱部材を兼ねているので、色変換部４１で発生した熱をリフレクタ３１から効率良く放熱することができ、放熱部材によって光学特性に悪影響を与えることなく色変換部４１の温度上昇を抑制でき、蛍光体の発光効率の向上およびＬＥＤチップ１への投入電力の増大による光出力の向上を図れ、しかも、色変換部４１の温度上昇が抑制されることにより、信頼性が向上する。また、本実施形態の発光装置によれば、色変換部４１は、蛍光体として第１の蛍光体を含有した第１色変換領域４１ａと蛍光体として第１の蛍光体よりも発光ピーク波長が長波長側にある第２の蛍光体を含有した第２色変換領域４１ｂとが厚み方向において重ならないように交互に配置されているので、第１の蛍光体から放射された光が第２の蛍光体に二次吸収されるのを抑制することが可能となる。また、色変換部４１の透光性材料としてガラスを採用すれば、シリコーン樹脂などの樹脂を採用している場合に比べて色変換部４１の劣化を抑制することができる。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図１（ｂ）に示すように、色変換部４１の第１色変換領域４１ａと第２色変換領域４１ｂとが平面視において同心的に並んで配置されることで、第１色変換領域４１ａと第２色変換領域４１ｂとが厚み方向において重ならないようになっている点が相違する。ここで、色変換部４１は、輪帯状の第１色変換領域４１ａと輪帯状の第２色変換領域４１ｂとが交互に配置されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の発光装置では、実施形態１と同様、リフレクタ３１が色変換部４１の蛍光体で発生した熱を放熱させる放熱部材を兼ねているので、放熱部材によって光学特性に悪影響を与えることなく色変換部４１の温度上昇を抑制できて光出力の向上を図れ、且つ、色変換部４１の第１色変換領域４１ａと第２色変換領域４１ｂとが厚み方向において重ならないように配置されているので、蛍光体として発光ピーク波長の異なる２種類の蛍光体を有しながらも蛍光体の二次吸収を抑制可能になる。

ところで、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１として、青色光を放射する青色ＬＥＤチップを採用しているが、ＬＥＤチップ１は青色光を放射するものに限らず、例えば、紫外光から青色光までの光を放射するものでもよく、色変換部４１における蛍光体の発光色も特に限定するものではない。また、色変換部４１における２種類の蛍光体の組み合わせも緑色蛍光体と赤色蛍光体との組み合わせに限らず、同系色（例えば、黄色）で変換ピーク波長の異なるものでもよい。

実施形態１を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。実施形態２を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。従来例を示す概略断面図である。

符号の説明

ＡＬＥＤユニット
Ｂ透光性ユニット
１ＬＥＤチップ
２実装基板
３封止部
５光学部材
２１配光レンズ
３１リフレクタ
４１色変換部
４１ａ第１色変換領域
４１ｂ第２色変換領域

Claims

ＬＥＤチップが実装基板の一表面側に実装されたＬＥＤユニットと、ＬＥＤユニットの前記一表面側に配置される透光性ユニットとを備え、透光性ユニットに、実装基板におけるＬＥＤチップの搭載面から実装基板の厚み方向に離間して配置されＬＥＤチップから放射される光を配光レンズ側へ反射するリフレクタと、リフレクタの内側面に被着されＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成された色変換部とが設けられ、リフレクタが色変換部の蛍光体で発生した熱を放熱させる放熱部材を兼ねており、ＬＥＤユニットは、ＬＥＤチップから放射される光を色変換部側へ配光する光学部材を備え、透光性ユニットの色変換部は、前記蛍光体として第１の蛍光体を含有した第１色変換領域と前記蛍光体として第１の蛍光体よりも発光ピーク波長が長波長側にある第２の蛍光体を含有した第２色変換領域とが厚み方向において重ならないように交互に配置されてなることを特徴とする発光装置。
前記透光性材料は、ガラスであることを特徴とする請求項１記載の発光装置。