WO2018212300A1 - 発光装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a light emitting device.
- a COB (Chip On Board) light emitting device in which a light emitting element such as an LED (light emitting diode) element is mounted on a general-purpose substrate such as a ceramic substrate or a metal substrate is known.
- a light-emitting device seals an LED element with a translucent resin containing a phosphor, and mixes light from the LED element and light obtained by exciting the phosphor with light from the LED element. Thus, light such as white light is emitted.
- a light-emitting device that emits white light is widely used as a light source for various lighting fixtures.
- Patent Document 1 discloses that an LED (light-emitting diode) that generates blue light and a blue wavelength generated by the LED have a peak wavelength that is substantially the same as an amber wavelength or an amber wavelength. Blocks almost all of the long-wavelength phosphor that generates long light and the light generated by the LED, and transmits almost all of the light having a wavelength near the peak wavelength among the light generated by the long-wavelength phosphor.
- a light emitting device vehicle lamp
- sea turtles have a habit of being attracted to short-wavelength light with a wavelength of 560 nm or less. For this reason, when a light emitting device is used as a light source of a lighting device such as a street lamp installed outdoors in an area where sea turtles inhabit, if the light emission wavelength includes a wavelength of 560 nm or less, There is a problem that they come to the streetlight and die without being able to return to the sea. For example, there is a sea turtle protection ordinance in Florida, USA, and light emitting devices that emit light with a wavelength of 560 nm or less cannot be used for street lamps, so development of light emitting devices that remove light in the wavelength region of 560 nm or less Is required.
- the above-mentioned sea turtle problem is an example, but it is often desirable to remove light in a specific wavelength range depending on the application of the light emitting device.
- an object of the present invention is to provide a light emitting device in which an increase in manufacturing cost and a decrease in luminous flux are small, and short wavelength light contained in emitted white light is attenuated.
- a mounting substrate a plurality of LED elements that are mounted on the mounting substrate and emit first light whose wavelength is equal to or less than that of blue light, and phosphor particles that are excited by the first light to emit second light
- a sealing resin that contains particles of titanium dioxide, is filled on the mounting substrate and integrally seals the plurality of LED elements, and is white as the outgoing light by mixing the first and second lights
- the first light is attenuated more than the second light when the light is emitted and the titanium dioxide particles pass through the sealing resin.
- the intensity ratio of light having a wavelength of 560 nm or less with respect to the entire emitted light is less than 10%.
- the titanium dioxide particles are dispersed in the sealing resin, and the phosphor particles are preferably present at a higher concentration on the side closer to the mounting substrate in the sealing resin.
- the sealing resin further contains a filler having an average particle diameter in the range of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m and a nanofiller having an average particle diameter in the range of 1 nm to 100 nm. It is preferable to have a sedimented layer of phosphor particles that covers the upper surface, side surfaces, and obliquely upper sides of the plurality of LED elements and allows the first light emitted from each LED element to pass therethrough.
- the sealing resin preferably has a resin layer containing titanium dioxide particles at a higher concentration on the side far from the mounting substrate than on the side closer to the mounting substrate.
- the concentration of titanium dioxide particles in the sealing resin is preferably in the range of 1% to 3%.
- the above light emitting device it is possible to attenuate the short wavelength light contained in the emitted white light, and there is little increase in manufacturing cost and decrease in luminous flux.
- FIG. 1 is a perspective view of a light emitting device 1.
- FIG. It is sectional drawing of the light-emitting device 1 along the II-II line
- wire of FIG. 2 is a perspective view showing a wiring pattern of a circuit board 20 and an arrangement of LED elements 30.
- FIG. It is sectional drawing of another light-emitting device.
- (A) to (C) are cross-sectional views for explaining still another light emitting device 3 and a manufacturing method thereof.
- (A) to (C) are diagrams showing emission spectra of the light emitting device 1.
- (A) to (D) are enlarged cross-sectional views for explaining a sedimentation layer of phosphor particles in a sealing resin.
- (A) And (B) is a figure which shows the difference of the emission spectrum by the sedimentation state of a fluorescent substance particle.
- FIG. 1 is a perspective view of the light emitting device 1.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the light emitting device 1 taken along the line II-II in FIG.
- the light-emitting device 1 is a COB type LED package including a plurality of LED elements as light-emitting elements, and is used as, for example, various LED light sources for illumination.
- the light emitting device 1 includes a mounting substrate 10, a circuit substrate 20, an LED element 30, a resin frame 40, and a sealing resin 50 as main components.
- the mounting substrate 10 has a square shape as an example, and is a metal substrate having a circular mounting region 11 (see FIG. 3 to be described later) on which the LED element 30 is mounted at the center of the upper surface thereof. Since the mounting substrate 10 also functions as a heat radiating substrate that releases heat generated by the LED elements 30 and phosphor particles described later to the outside of the apparatus, the mounting substrate 10 is made of, for example, aluminum having excellent heat resistance and heat dissipation. However, as long as the material of the mounting substrate 10 is excellent in heat resistance and heat dissipation, another metal such as copper may be used.
- FIG. 3 is a perspective view showing the wiring pattern of the circuit board 20 and the arrangement of the LED elements 30.
- the circuit board 20 has a square shape having the same size as the mounting board 10 and has a circular opening 21 at the center thereof.
- the lower surface of the circuit board 20 is fixed on the mounting board 10 by an adhesive sheet, for example.
- an arc-shaped wiring pattern 23 ⁇ / b> A is formed on one side of the upper surface of the circuit board 20 and an arc-shaped wiring pattern 23 ⁇ / b> B is formed on the other side so as to surround the opening 21.
- a connection electrode 24A is formed at one corner located diagonally on the upper surface of the circuit board 20, and a connection electrode 24B is formed at the other corner.
- connection electrodes 24A and 24B serves as an anode electrode and the other serves as a cathode electrode.
- the connection electrodes 24A and 24B are connected to an external power source and a voltage is applied, the light emitting device 1 emits light.
- the LED element 30 is an example of a light emitting element, and is, for example, an LED element such as a gallium nitride compound semiconductor that emits light having a wavelength ranging from an ultraviolet region to a blue region.
- the LED element 30 is a blue LED that emits blue light (first light) having an emission wavelength band of about 450 nm to 460 nm, for example.
- the LED element 30 may be an element that emits light having a wavelength other than that of blue light, such as violet light or ultraviolet light.
- a plurality of LED elements 30 are mounted in a grid pattern on the circular mounting region 11 of the mounting substrate 10 exposed in the opening 21 of the circuit board 20.
- FIG. 3 shows an example in which 21 LED elements 30 are mounted.
- the lower surface of the LED element 30 is fixed to the upper surface of the mounting substrate 10 with, for example, a transparent insulating adhesive.
- the LED element 30 has a pair of element electrodes on the upper surface, and as shown in FIG. 3, the element electrodes of the adjacent LED elements 30 are electrically connected to each other by bonding wires 31 (hereinafter simply referred to as wires 31). ing. A wire 31 coming out of the LED element 30 located on the outer peripheral side of the opening 21 is connected to the wiring pattern 23 ⁇ / b> A or the wiring pattern 23 ⁇ / b> B of the circuit board 20. Thereby, a current is supplied to each LED element 30 via the wire 31.
- the resin frame 40 is a circular frame made of, for example, white resin in accordance with the size of the opening 21 of the circuit board 20, and the wiring pattern 23 ⁇ / b> A borders the opening 21 on the upper surface of the circuit board 20. It is fixed at a position overlapping with 23B.
- the resin frame 40 is a dam material for preventing the sealing resin 50 from flowing out, and the light emitted to the side from the LED element 30 is mounted above the light emitting device 1 (as viewed from the LED element 30). Reflected toward the side opposite to 10).
- the sealing resin 50 fills the space on the mounting substrate 10 surrounded by the resin frame 40 to a position higher than the upper end of the wire 31, and the plurality of LED elements 30 and the wires 31 are embedded. Cover and protect (seal) together.
- the sealing resin 50 is made of, for example, a colorless and transparent thermosetting resin such as an epoxy resin or a silicone resin, and contains phosphor particles 81 and TiO 2 (titanium dioxide) particles 82.
- the phosphor particles 81 are, for example, yellow phosphor particles such as YAG (Yttrium Aluminum Garnet), and settle (precipitate) downward in the sealing resin 50. That is, the sealing resin 50 contains the phosphor particles 81 in a higher concentration from the upper side opposite to the mounting substrate 10 toward the lower side close to the mounting substrate 10.
- the sedimentation of the phosphor particles 81 in the sealing resin 50 is represented by a shade pattern.
- the phosphor particles 81 are settled not only on the upper surface of the mounting substrate 10 but also on the upper surfaces of the LED elements 30.
- the light emitting device 1 is a white light obtained by mixing blue light from the LED element 30 and yellow light (second light) obtained by exciting the phosphor particles 81 in the sealing resin 50 thereby. Is emitted.
- the LED element 30 is directly mounted on the mounting substrate 10 with high heat dissipation, and the phosphor particles 81 in the sealing resin 50 are settled at a position close to the mounting substrate 10. 30 and the phosphor particles 81 easily escape to the outside of the apparatus through the mounting substrate 10. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in the light emission intensity of the LED element 30 due to heat, which is advantageous in improving the light emission intensity.
- the sealing resin 50 may contain, as the phosphor particles 81, a plurality of phosphor particles such as a green phosphor and a red phosphor.
- the light emitting device 1 mixes blue light from the LED element 30 that is a blue LED, and green light and red light (second light) obtained by exciting the green phosphor and the red phosphor thereby.
- the white light obtained by this is emitted.
- the green phosphor is a particulate phosphor material such as (BaSr) 2 SiO 4 : Eu 2+ that absorbs blue light emitted from the LED element 30 and converts the wavelength into green light.
- the red phosphor is a particulate phosphor material such as CaAlSiN 3 : Eu 2+ that absorbs blue light emitted from the LED element 30 and converts the wavelength into red light.
- the sealing resin 50 may further contain, for example, a yellow phosphor in addition to the green phosphor and the red phosphor as the phosphor particles 81, or different from the above, such as the yellow phosphor and the red phosphor. Combination phosphors may be included.
- the sealing resin 50 includes a plurality of phosphor particles, the phosphor particles 81 may be separated into layers for each phosphor depending on the particle size or specific gravity.
- the TiO 2 particles 82 are for attenuating short wavelength light (mainly blue light) included in white light emitted from the light emitting device 1, and are uniformly dispersed in the sealing resin 50, for example. . That is, in the light emitting device 1, the TiO 2 particles 82 exist on the side and above the LED element 30 sealed in the sealing resin 50. The blue light emitted from the LED element 30 is attenuated by being scattered or absorbed by the TiO 2 particles 82 when passing through the sealing resin 50. Moreover, the surface of the sealing resin 50 appears white by including the TiO 2 particles 82.
- short wavelength light mainly blue light
- FIG. 4 is a cross-sectional view of another light emitting device 2.
- the light emitting device 2 is different from the light emitting device 1 only in the sealing resin, and has the same configuration as the light emitting device 1 in other points. For this reason, about the light-emitting device 2, only the difference is demonstrated and the description which overlaps with the light-emitting device 1 is abbreviate
- the sealing resin 50 ′ of the light emitting device 2 is made of an epoxy resin or a silicone resin, like the sealing resin 50 of the light emitting device 1, and integrally seals the LED element 30 and the wire 31. Unlike the resin 50, it has two layers of a phosphor layer 51 and a TiO 2 layer 52.
- the phosphor layer 51 is disposed on the side facing the mounting substrate 10, and, similar to the sealing resin 50 of the light emitting device 1, the phosphor particles 81 are placed on the mounting substrate 10 from the upper side opposite to the mounting substrate 10. It is contained at a higher concentration toward the lower side.
- the TiO 2 layer 52 is disposed on the upper side of the phosphor layer 51 in the sealing resin 50 ′ (the upper end in the sealing resin 50 ′) and contains the TiO 2 particles 82 at a uniform concentration.
- the TiO 2 layer 52 is formed, for example, by filling the resin containing the phosphor particles 81 to a height in the middle of the resin frame 40 to form the phosphor layer 51, and then adding the resin containing the TiO 2 particles 82 to the resin frame 40. It is formed by filling up to the upper end of.
- the sealing resin 50 ′ has a resin layer containing the TiO 2 particles 82 at a higher concentration than the side closer to the mounting substrate 10 on the side far from the mounting substrate 10.
- any light-emitting device 2 the blue light emitted from the LED element 30, when it is emitted to the outside of the device through the the sealing resin 50 is scattered or absorbed by TiO 2 particles 82 in the TiO 2 layer 52 It attenuates by.
- the light emitting device 2 when TiO 2 particles 82 may not necessarily be uniformly distributed across the sealing resin, the blue light from the LED elements 30 is emitted to the outside of the apparatus, TiO 2 particles What is necessary is just to permeate
- 5A to 5C are cross-sectional views for explaining still another light emitting device 3 and a method for manufacturing the same.
- 5A and 5B show a manufacturing process of the sealing resin of the light emitting device 3
- FIG. 5C shows the completed light emitting device 3.
- the light emitting device 3 is different from the light emitting device 1 only in the substrate and the sealing resin, and has the same configuration as the light emitting device 1 in other points. For this reason, about the light-emitting device 3, only the difference is demonstrated and the description which overlaps with the light-emitting device 1 is abbreviate
- the substrate of the light emitting device 3 is not a combination of the mounting substrate 10 and the circuit substrate 20 as described above, but is composed of a single ceramic substrate 10 '.
- the ceramic substrate 10 ′ is a flat substrate on the upper surface of which the same wiring patterns 23 A and 23 B and connection electrodes 24 A and 24 B are formed, and the LED element 30 is mounted on the ceramic substrate 10 ′. It also functions as a substrate. As described above, a single flat substrate may be used as the substrate of the light emitting device.
- the sealing resin 60 of the light emitting device 3 is made of an epoxy resin or a silicone resin, like the sealing resin 50 of the light emitting device 1, and integrally seals the LED element 30 and the wire 31. Unlike 50, it has two layers of a phosphor layer 61 and a resin layer 62.
- the phosphor layer 61 fills the space on the mounting region 11 to a position higher than the upper surface of the LED element 30 and lower than the upper end of the wire 31.
- the upper surface of the phosphor layer 61 may be positioned higher than the upper end of the wire 31, but the phosphor particles are preferably located near the ceramic substrate 10 ′ from the viewpoint of heat dissipation, so that the example shown in the figure In addition, it is preferable to be almost directly above the upper surface of the LED element 30.
- the phosphor layer 61 contains the above-described phosphor particles and TiO 2 particles, and these particles are not separated into layers in the phosphor layer 61 even when there are a plurality of phosphors, and in the horizontal direction. It is evenly distributed regardless of the position in the vertical direction.
- the resin layer 62 is a resin layer disposed on the upper side of the phosphor layer 61 in the sealing resin 60 (the upper end in the sealing resin 60), and does not contain the above phosphor particles or TiO 2 particles. It is. However, the resin layer 62 may contain TiO 2 particles, and may contain phosphor particles at a lower concentration than the phosphor layer 61 if necessary. Further, the resin constituting the resin layer 62 may be different from that of the phosphor layer 61 and may not necessarily be completely transparent.
- the sealing resin 60 In order to form the sealing resin 60, first, as shown in FIG. 5A, a mixture 61 ′ of an uncured epoxy resin or silicone resin, phosphor particles, TiO 2 particles and an organic solvent is added to the resin frame 40. The space on the ceramic substrate 10 ′ surrounded by is filled.
- the organic solvent is a solvent such as isobutyl acetate that volatilizes at a temperature at which the resin does not cure.
- the mixture 61 ′ is heated at a temperature at which the resin in the mixture 61 ′ is not cured, and the organic solvent is volatilized.
- the volume of the mixture 61 ′ is reduced, and the phosphor layer 61 having a height lower than that of the mixture 61 ′ before heating is formed. Further, the phosphor layer 61 is heated at a higher temperature than when the organic solvent is volatilized to cure the phosphor layer 61, and thereafter, as shown in FIG. In addition, the transparent resin 62 ′ is filled up to the height of the upper end of the resin frame 40. Thereby, the light emitting device 3 shown in FIG. 5C is completed.
- the blue light emitted from the LED element 30 is scattered or absorbed by the TiO 2 particles in the phosphor layer 61 when the blue light passes through the sealing resin 50 and is emitted to the outside of the device. It attenuates by. If the phosphor layer 61 is formed before the natural sedimentation of the phosphor particles and the TiO 2 particles occurs and is cured, the particles are uniformly dispersed in the phosphor layer 61. , Variation in the degree of dispersion is less likely to occur.
- FIG. 6A to 6C are diagrams showing emission spectra of the light emitting device 1.
- FIG. In each figure, the results of measurement using a silicone resin as the sealing resin 50, a yellow phosphor as the phosphor particles 81, and three types of titanium dioxide powder available on the market as the TiO 2 particles 82 are shown. Show. Specifically, FIG. 6A shows a sample having a content of 90% and an average particle size of 0.25 ⁇ m, and FIG. 6B shows a sample having a content of 90% and an average particle size of 0.28 ⁇ m. C) the content of 93%, using the mean particle diameter of 0.21 [mu] m, as TiO 2 particles 82, respectively.
- the weight percent concentration (addition amount) of the TiO 2 particles 82 in the sealing resin 50 is changed in three stages of 0% (that is, the TiO 2 particles 82 are not added), 1% and 3%.
- the measurement results are shown in an overlapping manner.
- the horizontal axis represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the relative intensity (%) based on the peak near 600 nm when the concentration of the TiO 2 particles 82 is 0%.
- the peak near 450 nm corresponds to blue light emitted from the LED element 30, and the peak near 600 nm corresponds to yellow light emitted from the yellow phosphor.
- the concentration of the TiO 2 particles 82 the lower the emission intensity as a whole, but the decrease amount is relatively small in the wavelength region of 600 nm or more, The amount of decrease is larger in the wavelength region of 560 nm or less.
- concentration of the TiO 2 particles 82 is 1% or 3%, the peak near 450 nm is greatly attenuated compared to the peak near 600 nm. In the case of FIGS.
- the intensity ratio of light having a wavelength of 560 nm or less (wavelength residual ratio of 560 nm or less) with respect to the entire emitted light of the light emitting device 1 is any when the TiO 2 particles 82 are 0%. Is 21.5%, whereas when the TiO 2 particles 82 are 3%, they are 9.2%, 8.9% and 6.9%, respectively.
- the attenuation factor of blue light when transmitted through the sealing resin 50 is larger than the attenuation factor of yellow light, and has a wavelength of 560 nm or less with respect to the entire emitted light of the light emitting device 1.
- the light intensity ratio is less than 10%. Therefore, by mixing 1% or more of the TiO 2 particles 82 in the sealing resin 50, it is possible to attenuate short wavelength light of 560 nm or less without significantly reducing the emission intensity of the wavelength of 600 nm or more.
- the concentration of the TiO 2 particles 82 is higher, the intensity of the emitted light from the light emitting device 1 is lowered and darkened.
- the total luminous flux of the light emitting device 1 is 443.7 lm when the TiO 2 particles 82 are 0%, whereas the TiO 2 particles 82 are 3%. Sometimes they are 347.8 lm, 350.9 lm and 289.1 lm, respectively, and when the TiO 2 particles 82 are 6%, they are 204.4 lm, 219.3 lm and 175.3 lm, respectively.
- the weight percent concentration of the TiO 2 particles 82 in the sealing resin 50 is preferably 3% or less.
- the weight percent concentration of the TiO 2 particles 82 in the sealing resin 50 is preferably in the range of 1% to 3%.
- the content of TiO 2 particles 82 and the average particle diameter in the titanium dioxide powder, the wavelength residual ratio of 560 nm or less, and the total luminous flux of the light emitting device 1 Summarize the values.
- Numerical values of 0%, 3%, and 6% in the table are the concentrations of the TiO 2 particles 82 in the sealing resin 50.
- the phosphor particles 81 are placed in the vicinity of the position immediately above the mounting substrate 10 by curing the sealing resin after the phosphor particles 81 are completely settled in the sealing resins 50 and 50 ′ at the time of manufacture. Has been placed.
- the “semi-settled state” is an intermediate between the state in which the phosphor particles are dispersed and the state in which the phosphor particles are dispersed in the sealing resin. As a result, color unevenness on the light emitting surface of the light emitting device is less likely to occur.
- the sealing resin of the light emitting device includes, in addition to the phosphor particles 81 and the TiO 2 particles 82, a filler having an average particle diameter in the range of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, and an average particle diameter in the range of 1 nm to 100 nm. It may further contain a nanofiller.
- a micron-sized particulate inorganic material such as silicon dioxide (silica), alumina, titania, zirconia, or magnesia
- the filler for example, a micron-sized particulate inorganic material such as silicon dioxide (silica), alumina, titania, zirconia, or magnesia
- the nanofiller for example, a nanosized particulate inorganic material such as silicon dioxide (silica), alumina, titania, zirconia, or magnesia may be used.
- the filler and nanofiller differ in particle size by about three orders of magnitude, but may be the same substance.
- it is preferable that a nano filler has heat resistance and is easy to adsorb
- FIG. 7 (A) to 7 (D) are enlarged cross-sectional views for explaining the sedimentation layer of the phosphor particles in the sealing resin.
- FIG. 7A shows a cross section immediately after the LED element 30 is sealed with the sealing resin 70 ′ not containing the nanofiller
- FIG. 7B shows the phosphor particles in the sealing resin 70 ′.
- the cross section after settling is shown.
- FIG. 7C shows a cross section immediately after the LED element 30 is sealed with the sealing resin 70 containing the nanofiller
- FIG. 7D shows that the phosphor particles in the sealing resin 70 have settled.
- a rear section is shown.
- a phosphor particle sedimentation layer 71 ′ is formed on the top surface of the mounting substrate 10 and the LED element 30 in the sealing resin 70 ′.
- the resin layer 72 ′ does not substantially contain phosphor particles.
- a sedimented layer of phosphor particles is not formed at the corner (obliquely upward) of the upper surface of the LED element 30 indicated by the broken line 75 in FIG. 7B.
- the encapsulating resin 70 when there is a nanofiller, includes a sediment layer 71 of phosphor particles, and a dispersion containing phosphor particles at a higher concentration toward the lower side.
- the layer 72 and the resin layer 73 containing substantially no phosphor particles are formed in this order from the side close to the mounting substrate 10.
- the boundary between the sedimentation layer 71, the dispersion layer 72, and the resin layer 73 may not be clearly defined in practice, it is indicated by a broken line in FIG. 7D for convenience.
- the phosphor particles settle so as to cover the upper surface, side surfaces, and diagonally upper side of the LED element 30, and the upper surface of the LED element 30 indicated by the broken line 75 in FIG.
- a sedimentation layer 71 of phosphor particles is also formed at the corners.
- the concentration (weight percent concentration) of the nanofiller in the sealing resin 70 is about 0.4% to 0.5%. If there is, a sufficiently long time elapses while the sealing resin 70 is kept uncured, the state shown in FIG.
- the outgoing light obliquely upward of the LED element 30 is also wavelength-converted by the phosphor particles in the sedimentation layer 71 in the same manner as the outgoing light in other directions, the outgoing light Since the angle directivity is less likely to occur in the chromaticity of the light-emitting device, color unevenness on the light-emitting surface of the light-emitting device is less likely to occur. Also in this case, as in the case of complete sedimentation in FIG. 7B, since the phosphor particles are arranged on the side closer to the mounting substrate 10, heat from the phosphor particles is released to the mounting substrate 10 side. The sealing resin 70 is not easily overheated.
- FIG. 8 (A) and FIG. 8 (B) are diagrams showing the difference in emission spectrum depending on the settling state of the phosphor particles.
- Each figure shows the results of measurement using silicone resin as the sealing resin, yellow phosphor as the phosphor particles, and the same titanium dioxide powder as in FIG. 6A as the TiO 2 particles. Yes.
- the result of FIG. 8 (A) is a case in which about 0.5% of silicon dioxide nanofiller is added into the sealing resin to realize a semi-sedimentation state of the phosphor particles.
- FIG. 8 (B) This result is obtained when the phosphor particles are completely precipitated without adding the nanofiller into the sealing resin.
- the horizontal axis represents wavelength (nm), and the vertical axis represents relative intensity (%) based on a peak near 600 nm.
- the TiO 2 particles 82 are dispersed around the LED element 30 at least in the sedimentation layer 71. For this reason, when the blue light emitted from the LED element 30 passes through the sealing resin 50 and is emitted to the outside of the apparatus, it is attenuated by being scattered or absorbed by the surrounding TiO 2 particles 82.
- 8A and 8B have almost the same emission intensity in the wavelength region of 600 nm or more, but in FIG. 8A, the emission intensity in the wavelength region of 560 nm or less than that in FIG. 8B. Is decaying. Therefore, by making the phosphor particles semi-sedimented, it is possible to further attenuate the short wavelength light of 560 nm or less without reducing the emission intensity in the wavelength region of 600 nm or more.
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Abstract
製造コストの上昇と光束の低下が少なく、かつ出射される白色光に含まれる短波長光を減衰させた発光装置を提供する。発光装置は、実装基板と、実装基板上に実装され、波長が青色光の波長以下である第1の光を出射する複数のLED素子と、第1の光により励起されて第2の光を発する蛍光体粒子、および二酸化チタンの粒子を含有し、実装基板上に充填されて複数のLED素子を一体的に封止する封止樹脂とを有し、第1および第2の光の混合により出射光として白色光が出射され、二酸化チタンの粒子により、封止樹脂を透過したときに第1の光が第2の光よりも大きく減衰する。
Description
本発明は、発光装置に関する。
セラミック基板または金属基板などの汎用基板の上にLED(発光ダイオード)素子などの発光素子が実装されたCOB(Chip On Board)の発光装置が知られている。こうした発光装置は、蛍光体を含有する透光性の樹脂によりLED素子を封止し、LED素子からの光と、LED素子からの光により蛍光体を励起させて得られる光とを混合させることにより、白色光などの光を出射する。白色光を出射する発光装置は、各種の照明器具の光源として、広く使用されている。
また、出射光に含まれる所望の波長域の光をフィルタで除去する発光装置が知られている。例えば、特許文献1には、青色の光を発生するLED(発光ダイオード)と、LEDが発生する青色の光に応じて、ピーク波長がアンバー色の波長と略同じ、またはアンバー色の波長よりも長い光を発生する長波長用蛍光体と、LEDが発生する光のほぼ全部を遮断し、かつ長波長用蛍光体の発生する光のうち、ピーク波長近傍における波長の光のほぼ全部を透過することにより、LEDおよび長波長用蛍光体が発生する光に基づき、アンバー色の光を生成する光学フィルタとを備える発光装置(車両用灯具)が記載されている。
例えばウミガメには、波長が560nm以下の短波長光に引き寄せられる習性がある。このため、ウミガメが生息する地域において、屋外に設置される街路灯などの照明器具の光源として発光装置を使用する場合には、その発光波長が560nm以下の波長を含んでいると、ウミガメが街路灯に寄って来て海に戻れず死んでしまうという問題が生じる。例えば、米国フロリダ州にはウミガメの保護条例があり、発光波長が560nm以下の波長を含む発光装置は街路灯に使用することができないため、560nm以下の波長域の光を除去した発光装置の開発が求められる。
上記のウミガメの問題は一例であるが、発光装置の用途に応じて、特定の波長域の光を除去したいことがよくある。そうした目的のためには、特許文献1の発明のように光学フィルタを使用することが考えられるが、フィルタを使用したのでは、必要な波長域の光まで減衰させてしまうことがあり、また、発光装置の製造コストの上昇を招くことになる。
そこで本発明は、製造コストの上昇と光束の低下が少なく、かつ出射される白色光に含まれる短波長光を減衰させた発光装置を提供することを目的とする。
実装基板と、実装基板上に実装され、波長が青色光の波長以下である第1の光を出射する複数のLED素子と、第1の光により励起されて第2の光を発する蛍光体粒子、および二酸化チタンの粒子を含有し、実装基板上に充填されて複数のLED素子を一体的に封止する封止樹脂とを有し、第1および第2の光の混合により出射光として白色光が出射され、二酸化チタンの粒子により、封止樹脂を透過したときに第1の光が第2の光よりも大きく減衰することを特徴とする発光装置が提供される。
上記の発光装置では、出射光の全体に対する波長560nm以下の光の強度比が10%未満であることが好ましい。
上記の発光装置では、二酸化チタンの粒子は封止樹脂内に分散しており、蛍光体粒子は、封止樹脂内において、実装基板に近い側ほどより高い濃度で存在することが好ましい。
上記の発光装置では、封止樹脂は、平均粒径が1μm~100μmの範囲内であるフィラー、および平均粒径が1nm~100nmの範囲内であるナノフィラーをさらに含有し、封止樹脂は、複数のLED素子のそれぞれの上面、側面および斜め上方を覆い各LED素子から出射された第1の光が透過する蛍光体粒子の沈降層を有することが好ましい。
上記の発光装置では、封止樹脂は、実装基板から遠い側に、二酸化チタンの粒子を実装基板に近い側よりも高い濃度で含有する樹脂層を有することが好ましい。
上記の発光装置では、封止樹脂における二酸化チタンの粒子の濃度が1%~3%の範囲内であることが好ましい。
上記の発光装置によれば、出射される白色光に含まれる短波長光を減衰させることができ、かつ製造コストの上昇と光束の低下が少ない。
以下、図面を参照しつつ、発光装置について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
図1は、発光装置1の斜視図である。図2は、図1のII-II線に沿った発光装置1の断面図である。発光装置1は、発光素子として複数のLED素子を含むCOBタイプのLEDパッケージであり、例えば各種の照明用のLED光源として利用される。発光装置1は、主要な構成要素として、実装基板10、回路基板20、LED素子30、樹脂枠40および封止樹脂50を有する。
実装基板10は、一例として正方形の形状を有し、その上面の中央にLED素子30が実装される円形の実装領域11(後述する図3を参照)を有する金属基板である。実装基板10は、LED素子30および後述する蛍光体の粒子により発生した熱を装置外部に放出させる放熱基板としても機能するため、例えば、耐熱性および放熱性に優れたアルミニウムで構成される。ただし、実装基板10の材質は、耐熱性と放熱性に優れたものであれば、例えば銅など、別の金属でもよい。
図3は、回路基板20の配線パターンとLED素子30の配置を示す斜視図である。回路基板20は、一例として、実装基板10と同じ大きさの正方形の形状を有し、その中心部に円形の開口部21を有する。回路基板20は、その下面が例えば接着シートにより実装基板10の上に貼り付けられて固定される。図示した例では、開口部21を取り囲むように、回路基板20の上面における一方の側に円弧状の配線パターン23Aが、他方の側にも円弧状の配線パターン23Bが、それぞれ形成されている。また、回路基板20の上面で対角に位置する一方の角部には接続電極24Aが、他方の角部には接続電極24Bが、それぞれ形成されている。接続電極24A,24Bは一方がアノード電極で他方がカソード電極となり、これらが外部電源に接続されて電圧が印加されることによって、発光装置1は発光する。
LED素子30は、発光素子の一例であり、例えば、紫外域から青色領域にわたる波長の光を出射する窒化ガリウム系化合物半導体などのLED素子である。以下では、LED素子30は、例えば発光波長帯域が450nm~460nm程度の青色光(第1の光)を出射する青色LEDであるとする。ただし、LED素子30は、紫色光または紫外光といった、青色光の波長以下である他の波長の光を発する素子であってもよい。発光装置1では、複数のLED素子30が、回路基板20の開口部21内で露出している実装基板10の円形の実装領域11上に、格子状に配列して実装されている。図3は、特に21個のLED素子30が実装された場合の例を示す。LED素子30の下面は、例えば透明な絶縁性の接着剤などにより、実装基板10の上面に固定されている。
LED素子30は上面に一対の素子電極を有し、図3に示すように、隣接するLED素子30の素子電極は、ボンディングワイヤ31(以下、単にワイヤ31という)により相互に電気的に接続されている。開口部21の外周側に位置するLED素子30から出たワイヤ31は、回路基板20の配線パターン23Aまたは配線パターン23Bに接続されている。これにより、各LED素子30には、ワイヤ31を介して電流が供給される。
樹脂枠40は、回路基板20の開口部21の大きさに合わせて例えば白色の樹脂で構成された円形の枠体であり、回路基板20の上面で、開口部21を縁取る配線パターン23A,23Bと重なる位置に固定される。樹脂枠40は、封止樹脂50の流出を防止するためのダム材であり、また、LED素子30から側方に出射された光を、発光装置1の上方(LED素子30から見て実装基板10とは反対側)に向けて反射させる。
封止樹脂50は、図2に示すように、樹脂枠40により囲まれた実装基板10上の空間をワイヤ31の上端よりも高い位置まで埋め尽くしており、複数のLED素子30およびワイヤ31を一体的に被覆し保護(封止)する。封止樹脂50は、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な熱硬化性樹脂で構成され、蛍光体粒子81およびTiO2(二酸化チタン)粒子82を含有する。
蛍光体粒子81は、例えばYAG(Yttrium Aluminum Garnet)などの黄色蛍光体の粒子であり、封止樹脂50内で下方に沈降(沈殿)している。すなわち、封止樹脂50は、蛍光体粒子81を、実装基板10とは反対の上側から実装基板10に近い下側に向かうほどより高い濃度で含有する。図2では、封止樹脂50における蛍光体粒子81の粒子の沈降を、濃淡の模様により表している。実際には、図2に示すように、蛍光体粒子81は、実装基板10の上面だけでなく各LED素子30の上面にも沈降している。
発光装置1は、LED素子30からの青色光と、それによって封止樹脂50内の蛍光体粒子81を励起させて得られる黄色光(第2の光)とを混合させることで得られる白色光を出射する。発光装置1では、LED素子30は放熱性の高い実装基板10上に直接実装されており、封止樹脂50内の蛍光体粒子81は実装基板10に近い位置に沈降しているため、LED素子30および蛍光体粒子81で発生した熱は、実装基板10を介して装置外部に逃げやすくなる。したがって、熱によるLED素子30の発光強度の低下を防ぐことができるため、発光強度の向上の点で有利である。
なお、封止樹脂50は、蛍光体粒子81として、例えば緑色蛍光体および赤色蛍光体といった複数の蛍光体の粒子を含有してもよい。この場合、発光装置1は、青色LEDであるLED素子30からの青色光と、それによって緑色蛍光体および赤色蛍光体を励起させて得られる緑色光および赤色光(第2の光)とを混合させることで得られる白色光を出射する。緑色蛍光体は、LED素子30が出射した青色光を吸収して緑色光に波長変換する、例えば(BaSr)2SiO4:Eu2+などの粒子状の蛍光体材料である。赤色蛍光体は、LED素子30が出射した青色光を吸収して赤色光に波長変換する、例えばCaAlSiN3:Eu2+などの粒子状の蛍光体材料である。
あるいは、封止樹脂50は、蛍光体粒子81として、例えば緑色蛍光体と赤色蛍光体に加えて黄色蛍光体をさらに含有してもよいし、黄色蛍光体と赤色蛍光体などの上記とは異なる組合せの蛍光体を含有してもよい。封止樹脂50が複数の蛍光体の粒子を含有する場合には、粒径または比重などの違いにより、蛍光体粒子81は、蛍光体ごとに層状に分かれて沈降することがある。
TiO2粒子82は、発光装置1から出射される白色光に含まれる短波長光(主として青色光)を減衰させるためのものであり、例えば、封止樹脂50内に一様に分散している。すなわち、発光装置1では、封止樹脂50内に封止されているLED素子30の側方および上方に、TiO2粒子82が存在する。LED素子30から出射された青色光は、封止樹脂50内を透過するときに、TiO2粒子82によって散乱または吸収されることにより減衰する。また、TiO2粒子82を含むことで、封止樹脂50の表面は白色に見える。
図4は、別の発光装置2の断面図である。発光装置2は、封止樹脂のみが発光装置1とは異なり、その他の点では発光装置1と同一の構成を有する。このため、発光装置2については、その相違点のみを説明し、発光装置1と重複する説明は省略する。
発光装置2の封止樹脂50’は、発光装置1の封止樹脂50と同様に、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などで構成され、LED素子30およびワイヤ31を一体的に封止するが、封止樹脂50とは異なり、蛍光体層51およびTiO2層52の2層を有する。蛍光体層51は、実装基板10に面する側に配置されており、発光装置1の封止樹脂50と同様に、蛍光体粒子81を、実装基板10とは反対の上側から実装基板10に近い下側に向かうほど高い濃度で含有する。
TiO2層52は、封止樹脂50’内における蛍光体層51の上側(封止樹脂50’内の上端)に配置され、TiO2粒子82を一様な濃度で含有する。TiO2層52は、例えば、蛍光体粒子81を含有する樹脂を樹脂枠40の途中の高さまで充填して蛍光体層51を形成した後で、TiO2粒子82を含有する樹脂を樹脂枠40の上端まで充填することで形成される。これにより、発光装置2では、封止樹脂50’は、実装基板10から遠い側に、TiO2粒子82を実装基板10に近い側よりも高い濃度で含有する樹脂層を有する。
発光装置2でも、LED素子30から出射された青色光は、封止樹脂50内を透過して装置外部に出射されるときに、TiO2層52内のTiO2粒子82によって散乱または吸収されることにより減衰する。発光装置2のように、TiO2粒子82は必ずしも封止樹脂内全体で一様に分散していなくてもよく、LED素子30からの青色光が装置外部に出射されるときに、TiO2粒子82を含有する樹脂層を透過すればよい。
図5(A)~図5(C)は、さらに別の発光装置3とその製造方法を説明するための断面図である。図5(A)および図5(B)は発光装置3の封止樹脂の製造工程を示し、図5(C)は完成した発光装置3を示す。発光装置3は、基板および封止樹脂のみが発光装置1とは異なり、その他の点では発光装置1と同一の構成を有する。このため、発光装置3については、その相違点のみを説明し、発光装置1と重複する説明は省略する。
発光装置3の基板は、上記のような実装基板10と回路基板20とを組み合わせたものではなく、1枚のセラミック基板10’で構成されている。セラミック基板10’は、その上面に上記の配線パターン23A,23Bおよび接続電極24A,24Bと同様のものが形成され、かつLED素子30が実装される平坦な基板であり、上記の実装基板と回路基板の機能を兼ねている。このように、発光装置の基板としては、1枚の平坦な基板を用いてもよい。
発光装置3の封止樹脂60は、発光装置1の封止樹脂50と同様に、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などで構成され、LED素子30およびワイヤ31を一体的に封止するが、封止樹脂50とは異なり、蛍光体層61および樹脂層62の2層を有する。
図5(C)に示すように、蛍光体層61は、実装領域11上の空間を、LED素子30の上面よりも高く、かつワイヤ31の上端よりも低い位置まで埋め尽くしている。蛍光体層61の上面は、ワイヤ31の上端よりも高い位置にあってもよいが、放熱性の観点から蛍光体粒子はセラミック基板10’の近くにある方が好ましいため、図示した例のように、LED素子30の上面のほぼ直上にあるとよい。蛍光体層61は、上記の蛍光体粒子およびTiO2粒子を含有し、これらの粒子は、複数の蛍光体がある場合でも、蛍光体層61内で層状に分離することなく、また、水平方向および鉛直方向の位置によらず、均一に分散している。
樹脂層62は、封止樹脂60内における蛍光体層61の上側(封止樹脂60内の上端)に配置された樹脂層であり、上記の蛍光体粒子もTiO2粒子も含有しない透明樹脂層である。ただし、樹脂層62は、TiO2粒子を含有してもよく、また、必要があれば、蛍光体粒子を蛍光体層61よりも低い濃度で含有してもよい。また、樹脂層62を構成する樹脂は、蛍光体層61のものとは異なっていてもよく、必ずしも完全に透明でなくてもよい。
封止樹脂60を形成するには、まず、図5(A)に示すように、未硬化のエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂、蛍光体粒子、TiO2粒子および有機溶剤の混合物61’が、樹脂枠40により囲まれたセラミック基板10’上の空間に充填される。このうち、有機溶剤は、樹脂が硬化しない温度で揮発する、例えば酢酸イソブチルなどの溶剤である。続いて、図5(B)に示すように、混合物61’内の樹脂が硬化しない温度で混合物61’を加熱して、有機溶剤を揮発させる。これにより、混合物61’の体積が減少して、加熱前の混合物61’よりも低い高さの蛍光体層61が形成される。さらに、有機溶剤を揮発させたときよりも高い温度で蛍光体層61を加熱して、蛍光体層61を硬化させ、その後で、図5(C)に示すように、蛍光体層61の上に、樹脂枠40の上端の高さまで透明樹脂62’が充填される。これにより、図5(C)に示す発光装置3が完成する。
発光装置3でも、LED素子30から出射された青色光は、封止樹脂50内を透過して装置外部に出射されるときに、蛍光体層61内のTiO2粒子によって散乱または吸収されることにより減衰する。蛍光体粒子とTiO2粒子の自然沈降が起こる前に蛍光体層61を形成し、それを硬化させれば、蛍光体層61内ではこれらの粒子が一様に分散した状態が維持されるので、分散度合いのバラつきは発生しにくくなる。
図6(A)~図6(C)は、発光装置1の発光スペクトルを示す図である。各図では、封止樹脂50としてシリコーン樹脂を、蛍光体粒子81として黄色蛍光体を使用し、TiO2粒子82として市場で入手可能な3種類の二酸化チタンの粉末を使用して測定した結果を示している。具体的には、図6(A)は含有率90%、平均粒子径0.25μmのものを、図6(B)は含有率90%、平均粒子径0.28μmのものを、図6(C)は含有率93%、平均粒子径0.21μmのものを、それぞれTiO2粒子82として使用している。また、各図では、封止樹脂50におけるTiO2粒子82の重量パーセント濃度(添加量)を、0%(すなわち、TiO2粒子82を添加しない)、1%および3%の3段階で変化させて測定した結果を重ねて示している。
各図の横軸は波長(nm)を、縦軸は、TiO2粒子82の濃度が0%のときの600nm付近のピークを基準とした相対強度(%)を表す。各図における450nm付近のピークはLED素子30が出射する青色光に、600nm付近のピークは黄色蛍光体が発する黄色光に、それぞれ相当する。
図6(A)~図6(C)のいずれの場合でも、TiO2粒子82の濃度が高いほど全体的に発光強度は低下するが、600nm以上の波長域ではその低下量は比較的少なく、560nm以下の波長域の方が低下量は多い。TiO2粒子82の濃度が1%または3%であると、450nm付近のピークは、600nm付近のピークと比べて大きく減衰している。図6(A)~図6(C)の場合、発光装置1の出射光全体に対する波長560nm以下の光の強度比(560nm以下の波長残存率)は、TiO2粒子82が0%のときにはいずれも21.5%であるのに対し、TiO2粒子82が3%のときにはそれぞれ9.2%、8.9%および6.9%である。
すなわち、二酸化チタンの粉末の種類によらず、封止樹脂50を透過したときの青色光の減衰率は黄色光の減衰率よりも大きく、また、発光装置1の出射光全体に対する波長560nm以下の光の強度比は10%未満である。したがって、封止樹脂50にTiO2粒子82を1%以上混合させることで、600nm以上の波長の発光強度をあまり低下させずに、560nm以下の短波長光を減衰させることができる。
ただし、TiO2粒子82の濃度が高いほど、発光装置1の出射光の強度は低下し、暗くなる。図6(A)~図6(C)の場合、発光装置1の全光束は、TiO2粒子82が0%のときにはいずれも443.7lmであるのに対し、TiO2粒子82が3%のときにはそれぞれ347.8lm、350.9lmおよび289.1lmであり、TiO2粒子82が6%のときにはそれぞれ204.4lm、219.3lmおよび175.3lmである。すなわち、TiO2粒子82の濃度が3%までであれば、全光束はTiO2粒子82を添加しないときの70%程度であるのに対し、濃度が6%になると、全光束は50%未満に低下する。したがって、封止樹脂50におけるTiO2粒子82の重量パーセント濃度は、3%以下であることが好ましい。
短波長光の減衰量と全光束の低下量の両方を考慮すると、封止樹脂50におけるTiO2粒子82の重量パーセント濃度は、1%~3%の範囲内であることが好ましい。以下に、図6(A)~図6(C)のそれぞれについて、二酸化チタンの粉末におけるTiO2粒子82の含有率および平均粒子径、560nm以下の波長残存率、ならびに発光装置1の全光束の値をまとめる。表中の0%、3%および6%の数値は、封止樹脂50におけるTiO2粒子82の濃度である。
発光装置1,2では、製造時に封止樹脂50,50’内で蛍光体粒子81を完全に沈降させてから封止樹脂を硬化させることで、蛍光体粒子81が実装基板10の直上付近に配置されている。一方、以下で説明するように、封止樹脂内に適当なフィラーおよびナノフィラーを添加すると、封止樹脂内で蛍光体粒子が分散した状態と沈降した状態との中間である「半沈降状態」が実現され、これによって発光装置の発光面の色ムラが発生しにくくなる。そこで、発光装置の封止樹脂は、上記の蛍光体粒子81およびTiO2粒子82に加えて、平均粒径が1μm~100μmの範囲内であるフィラーと、平均粒径が1nm~100nmの範囲内であるナノフィラーとをさらに含有してもよい。
このフィラーとしては、例えば、二酸化ケイ素(シリカ)、アルミナ、チタニア、ジルコニアまたはマグネシアなどの、ミクロンサイズの粒子状の無機材料を使用してもよい。ナノフィラーとしては、例えば、二酸化ケイ素(シリカ)、アルミナ、チタニア、ジルコニアまたはマグネシアなどの、ナノサイズの粒子状の無機材料を使用してもよい。フィラーとナノフィラーは、粒径が3桁程度異なるが、同じ物質であってもよい。なお、ナノフィラーは、耐熱性を有し、蛍光体の粒子に吸着し易いものであることが好ましい。
図7(A)~図7(D)は、封止樹脂内の蛍光体粒子の沈降層を説明するための拡大断面図である。これらの図では、発光装置1,2と同様の発光装置における1つのLED素子30の周辺を拡大して示している。図7(A)は、ナノフィラーを含有しない封止樹脂70’でLED素子30が封止された直後の断面を示し、図7(B)は、封止樹脂70’内の蛍光体粒子が沈降した後の断面を示す。図7(C)は、ナノフィラーを含有する封止樹脂70でLED素子30が封止された直後の断面を示し、図7(D)は、封止樹脂70内の蛍光体粒子が沈降した後の断面を示す。
図7(B)に示すように、ナノフィラーがない場合、封止樹脂70’内には、実装基板10およびLED素子30の上面に蛍光体粒子の沈降層71’が形成され、その上は、蛍光体粒子を実質的に含有しない樹脂層72’になっている。この場合、図7(B)に破線75で示したLED素子30の上面の角部(斜め上方)には、蛍光体粒子の沈降層が形成されていない。
一方、図7(D)に示すように、ナノフィラーがある場合、封止樹脂70内には、蛍光体粒子の沈降層71と、下方に向かうほど蛍光体粒子をより高い濃度で含有する分散層72と、蛍光体粒子を実質的に含有しない樹脂層73とが、実装基板10に近い側からこの順に形成される。沈降層71、分散層72および樹脂層73の境界は、実際には明確に規定されないこともあるが、図7(D)では便宜的に破線で示している。図7(D)の封止樹脂70では、LED素子30の上面、側面および斜め上方を覆うように蛍光体粒子が沈降し、図7(D)に破線75で示したLED素子30の上面の角部にも、蛍光体粒子の沈降層71が形成されている。
封止樹脂70としてシリコーン樹脂を、フィラーおよびナノフィラーとして二酸化ケイ素を使用する場合には、封止樹脂70内のナノフィラーの濃度(重量パーセント濃度)が0.4%~0.5%程度であれば、封止樹脂70を未硬化に保ったまま十分長い時間が経過すると、図7(D)に示した状態になる。
図7(B)の場合には、蛍光体粒子が完全に沈降するため、LED素子30の発光層32の側方には沈降層71’がないが、図7(D)の場合には、発光層32の側方が沈降層71で覆われる。封止樹脂内で蛍光体粒子が分散した状態と沈降した状態との中間であり、かつLED素子の発光層が蛍光体粒子の沈降層で覆われた状態が、「半沈降状態」である。図7(D)の場合には、LED素子30の斜め上方への出射光も、他の方向への出射光と同様に、沈降層71内の蛍光体粒子によって波長変換されるため、出射光の色度に角度指向性が生じにくくなるので、発光装置の発光面の色ムラが生じにくい。また、この場合も、図7(B)の完全沈降の場合と同様に、蛍光体粒子が実装基板10に近い側に配置されているため、蛍光体粒子からの熱は実装基板10側に放出され易く、封止樹脂70の過熱も生じにくい。
図8(A)および図8(B)は、蛍光体粒子の沈降状態による発光スペクトルの差異を示す図である。各図では、封止樹脂としてシリコーン樹脂を、蛍光体粒子として黄色蛍光体を使用し、TiO2粒子として図6(A)のときと同じ二酸化チタンの粉末を使用して測定した結果を示している。図8(A)の結果は、封止樹脂内に二酸化ケイ素のナノフィラーを0.5%程度添加して、蛍光体粒子の半沈降状態を実現した場合のものであり、図8(B)の結果は、封止樹脂内にナノフィラーを添加せずに、蛍光体粒子を完全沈降させた場合のものである。また、各図では、封止樹脂におけるTiO2粒子の重量パーセント濃度を変化させて測定した結果を重ねて示している。各図の横軸は波長(nm)を、縦軸は、600nm付近のピークを基準とした相対強度(%)を表す。
蛍光体粒子を半沈降状態にする場合にも、上記のTiO2粒子82は、少なくとも沈降層71内において、LED素子30の周囲に分散している。このため、LED素子30から出射された青色光は、封止樹脂50内を透過して装置外部に出射されるときに、周囲のTiO2粒子82によって散乱または吸収されることにより減衰する。図8(A)と図8(B)とで600nm以上の波長域における発光強度はほとんど同じであるが、図8(A)では、図8(B)よりも560nm以下の波長域における発光強度が減衰している。したがって、蛍光体粒子を半沈降状態にすることで、600nm以上の波長域における発光強度を低下させずに、560nm以下の短波長光をさらに減衰させることが可能である。
Claims (6)
- 実装基板と、
前記実装基板上に実装され、波長が青色光の波長以下である第1の光を出射する複数のLED素子と、
前記第1の光により励起されて第2の光を発する蛍光体粒子、および二酸化チタンの粒子を含有し、前記実装基板上に充填されて前記複数のLED素子を一体的に封止する封止樹脂と、を有し、
前記第1および第2の光の混合により出射光として白色光が出射され、
前記二酸化チタンの粒子により、前記封止樹脂を透過したときに前記第1の光が前記第2の光よりも大きく減衰する、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記出射光の全体に対する波長560nm以下の光の強度比が10%未満である、請求項1に記載の発光装置。
- 前記二酸化チタンの粒子は前記封止樹脂内に分散しており、
前記蛍光体粒子は、前記封止樹脂内において、前記実装基板に近い側ほどより高い濃度で存在する、請求項1または2に記載の発光装置。 - 前記封止樹脂は、平均粒径が1μm~100μmの範囲内であるフィラー、および平均粒径が1nm~100nmの範囲内であるナノフィラーをさらに含有し、
前記封止樹脂は、前記複数のLED素子のそれぞれの上面、側面および斜め上方を覆い各LED素子から出射された前記第1の光が透過する前記蛍光体粒子の沈降層を有する、請求項3に記載の発光装置。 - 前記封止樹脂は、前記実装基板から遠い側に、前記二酸化チタンの粒子を前記実装基板に近い側よりも高い濃度で含有する樹脂層を有する、請求項3または4に記載の発光装置。
- 前記封止樹脂における前記二酸化チタンの粒子の濃度が1%~3%の範囲内である、請求項1~5のいずれか一項に記載の発光装置。
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