JP7072368B2

JP7072368B2 - 側面照射型ｌｅｄ発光装置

Info

Publication number: JP7072368B2
Application number: JP2017213652A
Authority: JP
Inventors: 高史飯野
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2022-05-20
Anticipated expiration: 2037-11-06
Also published as: JP2019087600A

Description

本発明は、複数の有色発光素子によって構成される側面照射型ＬＥＤ発光装置に関するものである。

従来の一般的なＬＥＤ発光装置にあっては、実装用の基板に複数の発光素子を配置することによって明度や輝度を高めたものや、赤緑青（ＲＧＢ）からなる有色発光素子を用い、この有色発光素子の個数や配列等を設定することで演色効果を持たせたものがある。また、発光の指向性に関しては、正面照射型と側面照射型とがあり、正面照射型は広範囲を明るく照らす直接照明として使用され、側面照射型は限定した範囲を間接的に照らす間接照明として使用されている。

このようなＬＥＤ発光装置にあっては、特許文献１に開示されているように、ＲＧＢからなる３原色の有色発光素子を色別にグループ化することによって、様々な発光効果を得ることができる。

また、ＲＧＢからなる３原色の有色発光素子は、単色同士の組み合わせ以外にも、蛍光材を含有した蛍光樹脂体によって封止することで演色性に富んだ発光効果を得ることができる。

特開２０１４－１５４６４４号公報

ところで、ＲＧＢからなる有色発光素子はそれぞれの材質やその構造によって発光波長が異なり、それに伴って発光時における温度特性も異なっている。このため、有色発光素子の組み合わせや配列の仕方によって、特定の有色発光素子の発光効率や耐久性に影響を及ぼす場合がある。

また、演色性を持たせるために、有色発光素子を蛍光材が含有された蛍光樹脂体で封止することによって波長変換をさせる場合があるが、蛍光材が励起される際に生じる熱によって、特定の有色発光素子の発光効率の低下を引き起こすおそれがあった。このように、一部の有色発光素子の発光効率の低下によって、全体としての演色効果の低下やバラツキが生じることとなる。有色発光素子の中でも、特に赤色系の発光素子は、他の青色系又は緑色系の発光素子に比べて熱の影響を受けやすい。

特に、反射板を用いた側面照射型ＬＥＤ発光装置にあっては、複数の有色発光素子がベース基板と反射板とで挟まれた空間内に配置されるため、蛍光樹脂体に含まれる蛍光材の熱の影響によって特定の有色発光素子の発光効率の低下を引き起こす要因となっていた。

そこで、本発明の目的は、各色の複数の有色発光素子によって構成される側面照射型ＬＥＤ発光装置において、波長変換する際の熱の影響を特定の有色発光素子に及ぼすことなく、所定の発光色によって効率よく側面方向に発光させることのできる側面照射型ＬＥＤ発光装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の側面照射型ＬＥＤ発光装置は、ベース基板と、該ベース基板上に配置される複数の発光素子と、この複数の発光素子の上方に配置される反射板とを備えた側面照射型ＬＥＤ発光装置において、前記複数の発光素子は、前記ベース基板の中央部に配置される少なくとも一以上の第１発光素子と、この第１発光素子の周囲に配置される複数の第２発光素子とを有し、前記第１発光素子が赤色系発光素子を含み、前記第２発光素子が青色系及び緑色系の少なくとも一方の発光素子を含み、前記第２発光素子が蛍光材を含有する前記ベース基板上にリング状に配置された蛍光樹脂体によって封止され、且つ前記リング状に配置された蛍光樹脂体が前記ベース基板と前記反射板とに挟まれることによって、前記第１発光素子が配置される発光領域を前記蛍光樹脂体以外の樹脂等で覆われない空間であって、ベース基板と反射板が何も介さずに密閉される空間とする側面照射型ＬＥＤ発光装置。

本発明の側面照射型ＬＥＤ発光装置によれば、赤色系発光素子をベース基板の中央部に配置し、その周囲に蛍光材を含む蛍光樹脂体で封止された青色系又は緑色系の発光素子を囲うように配置することで、熱の影響を受けやすい赤色系発光素子を前記蛍光材が励起する際に発する熱から有効に保護することができる。これによって、赤色系発光素子の発光効率を低下させることなく前記蛍光樹脂体を通して明るい白色系の発光を得ることができる。また、前記赤色系発光素子がベース基板、反射板及び蛍光樹脂体によって囲われた空間内に配置されているため、蛍光材が発する熱や外部の温度変化等による影響を軽減し、熱による性能劣化を防止することができる。

第１実施形態の側面照射型ＬＥＤ発光装置の断面図である。各色の有色発光素子の配置構成を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。第１実施形態の側面照射型ＬＥＤ発光装置の拡大断面図である。第２実施形態の側面照射型ＬＥＤ発光装置の断面図である。第２実施形態の側面照射型ＬＥＤ発光装置の拡大断面図である。

図１乃至図３は、本発明の第１実施形態の側面照射型ＬＥＤ発光装置１１を示したものである。側面照射型ＬＥＤ発光装置１１は、ベース基板１２と、このベース基板１２上に配置される複数の有色発光素子と、この複数の有色発光素子の上方に配置される反射板１７とを備えている。前記ベース基板１２上には、中央部に開口部１９を有したマウント基板１４が配置され、前記開口部１９からベース基板１２の上面１２ａが露出している。この露出したベース基板１２の上面１２ａに複数の有色発光素子からなる発光部１３が形成されている。

前記発光部１３を構成する複数の有色発光素子は、ベース基板１２の中央部に配置される少なくとも一以上の第１発光素子１５と、この第１発光素子１５の周囲に配置される複数の第２発光素子１６とを有し、第１発光素子１５が赤色系発光素子を含み、第２発光素子１６が青色系及び緑色系の少なくとも一方の発光素子を含み、第２発光素子１６が蛍光材２４を含有する蛍光樹脂体１８によって封止されると共に、蛍光樹脂体１８が第１発光素子１５を取り囲むようにベース基板１２上に配置され、且つ蛍光樹脂体１８がベース基板１２と反射板１７とに挟まれた構成となっている。

前記ベース基板１２は、アルミニウム等の金属材料によって形成され、その上面１２ａに第１発光素子１５及び第２発光素子１６が所定の間隔に配置されている。このベース基板１２は、照明用途や照明規模等に応じて、十数ｍｍ～数十ｍｍ四方の矩形状に形成され、マウント基板１４及び発光部１３が設けられる上面１２ａを除く側面１２ｂ及び下面１２ｃが金属面となって露出している。前記側面１２ｂ及び下面１２ｃは放熱面となるため、通常は金属面が露出した状態で使用される。

前記マウント基板１４は、ガラスエポキシ樹脂製の板状部材であり、ベース基板１２とほぼ同一サイズに形成されている。このマウント基板１４の中央には、発光部１３の形成領域となる円形の開口部１９が設けられ、この開口部１９を通してベース基板１２の上面１２ａの一部が露出している。前記開口部１９の周囲には金メッキ等によって一対の電極部２３が設けられる。この一対の電極部２３は、第１発光素子１５及び第２発光素子１６に外部から電力を供給するためのアノード端子及びカソード端子となっている。

図２に示したように、前記発光部１３は、第１発光素子１５によって構成される第１発光領域２１と、第２発光素子１６によって構成される第２発光領域２２とからなっている。第１発光素子１５は赤色系発光素子によって構成され、第２発光素子１６は、青色系又は緑色系発光素子によって構成されている。第１発光領域２１は、ベース基板１２の上面１２ａの中央部を発光領域をとし、第２発光領域２２は、第１発光領域２１を囲うリング状の外周部を発光領域としている。また、第２発光領域２２は、第２発光素子１６による発光を白色系発光に波長変換するための蛍光材２４が含有された蛍光樹脂体１８によって封止されている。一方、第１発光領域２１は、前記リング状の蛍光樹脂体１８で囲われた密閉空間部となっている。

前記第１発光領域２１及び第２発光領域２２からなる発光部１３は、全体として数十個単位の発光素子で構成され、それぞれがワイヤ（図示せず）を介して相互に電気的に接続され、一対の電極部２３に引き出されている。

前記第２発光素子１６は、一般照明用として白色系の発光色を出すために、主に窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。その構造は、サファイアガラスからなるサブストレートと、このサブストレートの上にｎ型半導体、ｐ型半導体を拡散成長させた拡散層とからなっている。前記ｎ型半導体及びｐ型半導体はそれぞれｎ型電極，ｐ型電極を備えており、電流を流すことでＰＮ接合部１６ａ（図３参照）を中心として青色光又は緑色光として発せられる。この第２発光素子１６は、蛍光材２４が含有された蛍光樹脂体１８で封止することによって、白色系の発光に波長変換される。

図３に示したように、前記蛍光樹脂体１８は、第２発光素子１６の発光色に適合するシリコーン樹脂が使用され、リング状の第２発光領域２２の幅に沿い、第２発光素子１６及びワイヤ（図示せず）を封入する高さにドーム状に形成されている。このようなドーム状に形成することによって、発光面を広くすることができると共に、円弧状に傾斜した面から反射板１７で反射される光量を多くすることができる。これによって、側面側からの発光量を増加することができる。この蛍光樹脂体１８は、透明な樹脂基材、例えば、エポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂基材に、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）や、色素粒子の原料となる染料等からなる蛍光材２４を適量混入することによって形成することができる。

前記第１発光素子１５は、アルミニウムガリウムヒ素あるいはガリウムヒ素リン系の半導体が用いられ、ＰＮ構造は前記第２発光素子と同様である。この第１発光素子１５と第２発光素子１６との組み合わせによって、暖色系の白色発光色となる。

前記第２発光素子１６のＰＮ接合部１６ａを中心として発せられる光は、蛍光樹脂体１８内の蛍光材２４によって励起され、白色系の発光となる。一方、第１発光素子１５のＰＮ接合部１５ａから発せられる光は、蛍光樹脂体１８によって隔離された密閉空間内に置かれているので、この密閉空間内での発光効率が低下することなくそのままの赤色光で発光させることができる。この赤色発光は、反射板１７によって第１発光領域２１で拡散された後、外周を取り囲む蛍光樹脂体１８を透過する。この透過の際に第２発光領域２２で波長変換された白色発光と混色することで、様々な演色効果を得ることができる。

また、第１発光素子１５と第２発光素子１６とは、定常発光時における温度に差があるため、両者を混在させると相互間の発光色が変動したり、発光素子の劣化等が生じたりするおそれがある。この点に関して、本願発明では第２発光素子１６からなる第２発光領域２２が蛍光樹脂体１８によって封止されているため、第１発光素子１５から発せられる赤色系の発光による影響が及ばない。これによって、第１発光領域２１及び第２発光領域２２のそれぞれにおける発光色や発光輝度を一定に保持した状態で、第１発光領域２１から発せられる赤色系発光と、第２発光領域２２から発せられる白色系発光とを混色させることができる。

図４及び図５は第２実施形態の側面照射型ＬＥＤ発光装置３１を示したものである。この側面照射型ＬＥＤ発光装置３１は、ベース基板１２の上に配置されるマウント基板１４の開口部１９が第２発光領域２２の幅に沿ってリング状に形成されている。前記第１発光領域２１の第１発光素子１５は、マウント基板１４上に配置される。一方、第２発光領域の第２発光素子１６は、第１実施形態と同様に前記開口部１９から露出するベース基板１２の上面１２ａに直接配置される。

前記第２発光素子１６は前述したように、サブストレートが硬質性のサファイアでできているため強度があり、薄く形成できるが、第１発光素子１５はサブストレートの硬度が第２発光素子１６に比べて低いため、一定の厚みが必要となる。そのため、第１発光素子１５をマウント基板１４に配置することで、第１発光素子１５のＰＮ接合部１５ａの高さを第２発光素子１６の上面よりも高く設定することができる。これによって、第２発光素子１６と重ならないようにして蛍光樹脂体１８を透過させることができ、第１実施形態とは微妙に異なった色調による白色系の発光効果を得ることができる。

また、第１発光領域２１と第２発光領域２２とにおいて、第１発光素子１５と第２発光素子１６の配置をマウント基板１４上とベース基板１２上とで分けることによって、相互間の熱伝導による発光色の変動や素子の劣化等を有効に防止することができる。

上記第１及び第２実施形態では、第２発光素子１６を青色系発光素子で構成したが、この青色系発光素子と近い色温度や発熱量等の光学的及び電気的特性を有する緑色系発光素子に置き換えることも可能であり、また、青色系発光素子と緑色系発光素子とを混在させることも可能である。

以上説明したように、本発明の側面照射型ＬＥＤ発光装置にあっては、赤色系の第１発光素子をベース基板の中央部に配置し、その周囲を蛍光樹脂体によって封止された青色系又は緑色系からなる第２発光素子で囲うことで、第１発光素子の発光効率の低下を防止することができる。これによって、前記第１発光素子から発せられる赤色光が前記蛍光樹脂体を透過することで、暖色系の白色発光として側面を明るく照射することができる。

１１側面照射型ＬＥＤ発光装置
１２ベース基板
１３発光部
１４マウント基板
１５第１発光素子
１５ａＰＮ接合部
１６第２発光素子
１６ａＰＮ接合部
１７反射板
１８蛍光樹脂体
１９開口部
２１第１発光領域
２２第２発光領域
２３電極部
２４蛍光材
３１側面照射型ＬＥＤ発光装置

Claims

ベース基板と、該ベース基板上に配置される複数の発光素子と、この複数の発光素子の上方に配置される反射板とを備えた側面照射型ＬＥＤ発光装置において、
前記複数の発光素子は、前記ベース基板の中央部に配置される少なくとも一以上の第１発光素子と、この第１発光素子の周囲に配置される複数の第２発光素子とを有し、
前記第１発光素子が赤色系発光素子を含み、前記第２発光素子が青色系及び緑色系の少なくとも一方の発光素子を含み、
前記第２発光素子が蛍光材を含有する前記ベース基板上にリング状に配置された蛍光樹脂体によって封止され、且つ前記リング状に配置された蛍光樹脂体が前記ベース基板と前記反射板とに挟まれることによって、前記第１発光素子が配置される発光領域を前記蛍光樹脂体以外の樹脂等で覆われない空間であって、ベース基板と反射板が何も介さずに密閉される空間とする側面照射型ＬＥＤ発光装置。
請求項１において、
前記蛍光樹脂体には、前記第２発光素子による発光を白色系発光に波長変換する蛍光材が含有されている側面照射型ＬＥＤ発光装置。
請求項１において、
前記ベース基板が金属材料によって形成され、その上面に前記第１発光素子及び第２発光素子が配置される側面照射型ＬＥＤ発光装置。
請求項１において、
前記ベース基板上に開口部を有するマウント基板が載置され、このマウント基板の中央部に前記第１発光素子が配置され、前記マウント基板の中央部の外周に沿って開口する前記開口部を介して露出するベース基板上に前記第２発光素子が配置される側面照射型ＬＥＤ発光装置。