JP4683013B2

JP4683013B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP4683013B2
Application number: JP2007160408A
Authority: JP
Inventors: 拓磨橋本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2027-06-18
Also published as: JP2008311190A

Description

本発明は、発光ダイオード素子を利用した発光装置に関するものである。

従来から、青色光あるいは紫外光を放射するＧａＮ系のＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）とＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光体（蛍光顔料や蛍光染料など）とを組み合わせることにより、白色を含め、ＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの光を出す発光装置の研究開発が各所で行われている。なお、この種の発光装置は、小型、軽量、省電力といった長所を有し、例えば、小型電球（白熱電球、ハロゲン電球など）の代替の光源、携帯電話機の液晶パネル用光源（液晶パネル用バックライト）などとして広く用いられている。

また、近年、この種の発光装置の一種である白色ＬＥＤの高出力化に伴い、白色ＬＥＤを照明用途に展開する研究開発が盛んになってきているが、白色ＬＥＤを一般照明用途などのように比較的大きな光出力を必要とする用途に用いる場合、１個の白色ＬＥＤでは所望の光出力を得ることができないので、複数個の白色ＬＥＤを１枚の配線基板（例えば、金属ベース基板やガラス布・エポキシ樹脂銅張積層板などを用いて形成した回路基板）上に実装したＬＥＤユニットを構成するとともに、個々の白色ＬＥＤに供給する電力を増加させ、ＬＥＤユニット全体で所望の光出力を確保するようにしているのが一般的である。

ところで、上述のようにＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせた発光装置においては、投入電力を大きくすると、ＬＥＤチップから放射される青色光あるいは紫外光の放射エネルギが大きくなって、蛍光体でのストークスシフトによるエネルギ損失に起因した発熱量の総量が大きくなり、温度消光による蛍光体の発光効率が低下したり、ＬＥＤチップから放射される光と蛍光体から放射される光とのバランスが崩れて色度がずれてしまうことがあった。

これに対して、図２や図３に示すように、ＬＥＤチップ２’と、ＬＥＤチップ２’を収納する収納凹所１０ａ’が形成され収納凹所１０ａ’の内底面にＬＥＤチップ２’が実装されたセラミック基板からなる実装基板１０’と、実装基板１０’の収納凹所１０ａ’に収納されたＬＥＤチップ２’を封止した封止部３０’とを備え、封止部３０’が、透明樹脂により形成されＬＥＤチップ２’を覆った透明樹脂層３１’と、ＬＥＤチップ２’から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ２’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明樹脂により形成され透明樹脂層３１’に積層された色変換層３２’とで構成され、実装基板１０’と熱結合する放熱用部材５０’を色変換層３２’に埋設してなる発光装置が提案されている（特許文献１参照）。

ここで、図２に示した構成の発光装置は、放熱用部材５０’として、金属材料からなる放熱用線材が色変換層３２’に埋設され、図３に示した構成の発光装置は、放熱用部材５０’として、金属材料からなる放熱用メッシュが色変換層３２’に埋設されている。
特開２００５−３１１１７０号公報

ところで、図２や図３に示した構成の発光装置では、色変換層３２’で発生した熱の一部が放熱用部材５０’を通して実装基板１０’へ放熱されるので、蛍光体の発光効率の低下を抑制することができるが、放熱用部材５０’の端部が実装基板１０’と接しているだけなので、色変換層３２’で発生した熱を均一に放熱させることができず、色変換層３２’の周部に比べて中央部の温度が高くなってしまうという問題があった。また、図２や図３に示した構成の発光装置では、ＬＥＤチップ２’から放射される光の一部や蛍光体から放射される光の一部が放熱用部材５０’により遮られて光出力が低下してしまうという問題もあった。

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、蛍光体の温度上昇に起因した蛍光体の発光効率の低下や色度ずれが起こるのを抑制できる発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、フレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の一表面側に実装された発光ダイオード素子と、前記フレキシブル基板の前記一表面上において前記発光ダイオード素子と離間して設けられ前記発光ダイオード素子から放射される光によって励起されて前記発光ダイオード素子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シート状の色変換部材と、前記フレキシブル基板の他表面側に設けられ前記フレキシブル基板を支持する支持部材を兼ねる放熱部材とを備え、前記フレキシブル基板は、前記発光ダイオード素子が電気的に接続される配線パターンが前記一表面側に形成されるとともに、前記発光ダイオード素子からの光および前記色変換部材からの光を反射する反射機能と前記色変換部材で発生した熱を前記放熱部材側へ伝熱させる伝熱機能とを有し前記色変換部材が固着される導体パターンが、前記一表面側の中央部に形成されてなり、前記発光ダイオード素子から放射される光が前記色変換部材の表面に斜め方向から入射するように折り曲げられ、前記発光ダイオード素子および前記色変換部材それぞれに重複する領域が前記放熱部材と接合されてなることを特徴とする。

この発明によれば、シート状の色変換部材で発生した熱がフレキシブル基板および放熱部材を介して効率良く放熱されるので、色変換部材の温度上昇および温度の面内ばらつきを抑制することができ、蛍光体の温度上昇に起因した蛍光体の発光効率の低下や色度ずれが起こるのを抑制できる。また、この発明によれば、発光ダイオード素子で発生した熱もフレキシブル基板および放熱部材を介して効率良く放熱され、発光ダイオード素子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、光出力のより一層の高出力化を図れる。

請求項１の発明では、蛍光体の温度上昇に起因した蛍光体の発光効率の低下や色度ずれが起こるのを抑制できるという効果がある。

本実施形態の発光装置は、図１に示すように、フレキシブル基板１と、フレキシブル基板１の一表面側に実装された複数個のＬＥＤチップ２と、フレキシブル基板１の上記一表面側で各ＬＥＤチップ２それぞれを封止した封止材（例えば、シリコーン樹脂など）からなる複数の封止部３と、フレキシブル基板１の上記一表面上においてＬＥＤチップ２と離間して設けられＬＥＤチップ２から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ２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シート状の透光性部材からなる色変換部材４と、フレキシブル基板１の他表面側に設けられフレキシブル基板１を支持する支持部材を兼ねる放熱部材５とを備えている。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ２が発光ダイオード素子を構成している。

ＬＥＤチップ２は、青色の波長域の光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、フレキシブル基板１に搭載され、フレキシブル基板１の上記一表面側に形成されている配線パターン（図示せず）と電気的に接続されている。

封止部３は、シリコーン樹脂により半球状に形成されており、ＬＥＤチップ２から放射された光の指向性を強くする凸レンズ（つまり、配光を制御する凸レンズ）としての機能を有している。

色変換部材４は、シリコーン樹脂のような透光性材料にＬＥＤチップ２から放射される青色光を吸収することで励起されて青色光よりも低エネルギの黄色光を放射する粒子状の黄色蛍光体を含有するシート状の透光性部材により構成されており、フレキシブル基板１の上記一表面側の中央部に形成されている導体パターン（図示せず）に対して、接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて固着されている。ここにおいて、上記導体パターンと上記配線パターンとは、同じ材料により形成されており、同時に形成されている。また、上記導体パターンの平面視形状は、色変換部材４と同じ矩形状であり、上記導体パターンは、色変換部材４で発生した熱を放熱部材５側へ伝熱させる伝熱機能と、ＬＥＤチップ２から放射され色変換部材４を透過した青色光や色変換部材４の黄色蛍光体からフレキシブル基板１側へ放射された黄色光を色変換部材４の表面側へ反射する反射機能とを有するものであり、上記導体パターンの平面サイズは、色変換部材４と同じか或いは大きければよい。なお、本実施形態では、色変換部材４の厚みを０．３ｍｍに設定してあるが、この厚みは特に限定するものではない。

フレキシブル基板１は、ＬＥＤチップ２から放射される光が色変換部材４の表面に斜め方向から入射するように折り曲げられており（具体的には、色変換部材４の鉛直方向への投影領域にＬＥＤチップ２が存在せず、ＬＥＤチップ２の光軸と色変換部材４の表面とのなす角度が鋭角となるように折り曲げられており）、上記他表面全体が放熱部材５と接合されている。ここにおいて、フレキシブル基板１は、上記他表面側に銅めっき膜が形成されており、熱伝導性材料（本実施形態では、Ｃｕ）により形成された上述の放熱部材５と半田によって接合されている。ここで、フレキシブル基板１は、電気絶縁性および柔軟性を有するベースフィルム（例えば、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルムなど）の一表面側に上記配線パターンが形成され、他表面側に上記銅めっき膜が形成されている。なお、上記熱伝導性材料は、熱伝導率の高い材料であれば、Ｃｕに限らず、例えば、Ａｌ、Ａｕなどでもよい。

上述のフレキシブル基板１は、矩形状の主片１ａの各側縁それぞれの中央部から短冊状の突出片１ｂが延設されており、各突出片１ｂの先端部にＬＥＤチップ２が搭載されている。ここにおいて、フレキシブル基板１は、主片１ａと各突出片１ｂそれぞれとの境界部で折り曲げられており、当該境界部から離れるにつれて主片１ａの表面からの距離が大きくなっている。ここで、上述のＬＥＤチップ２の光軸と色変換部材４の表面とのなす角度をθ１、主片１ａと突出片１ｂとのなす角度をθ２とすると、θ２＝９０°−θ１となっている。

また、放熱部材５は、フレキシブル基板１の主片１ａが接合される矩形板状のベース部５ａと、ベース部５ａの各側縁それぞれの中央部からフレキシブル基板１の各突出片１ｂそれぞれを保持するように立設され各突出片１ｂが接合される４つの短冊状のアーム部５ｂとが連続一体に形成されている。

以上説明した本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ２から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部材４の表面を通して放射されることとなり、白色光を得ることができ、フレキシブル基板１が、ＬＥＤチップ２から放射される光が色変換部材４の表面に斜め方向から入射するように折り曲げられ、放熱部材５と接合されているので、点灯時にシート状の色変換部材４で発生した熱がフレキシブル基板１および放熱部材５を介して効率良く放熱されるから、色変換部材４の温度上昇および温度の面内ばらつきを抑制することができ、蛍光体の温度上昇に起因した蛍光体の発光効率の低下や色度ずれが起こるのを抑制できる。また、本実施形態の発光装置では、色変換部材４の鉛直方向への投影領域に放熱部材５のアーム部５ｂが存在せず、ＬＥＤチップ２から放射されて色変換部材４を透過してフレキシブル基板１の上記導体パターンで反射された光が反対側のＬＥＤチップ２および当該反対側のＬＥＤチップ２が搭載されている突出片１ｂに入射しないように、色変換部材４の平面サイズ、上記各角度θ１，θ２、封止部３の表面の曲率などを設定してあるので、ＬＥＤチップ２から放射される光の一部や蛍光体から放射される光の一部が放熱部材５により遮られて光出力が低下するのを防止することができる。

ところで、色変換部材４の温度上昇を抑制するにはフレキシブル基板１において少なくとも色変換部材４に重複する領域が放熱部材５と接合されていればよいが、本実施形態の発光装置では、フレキシブル基板１の全体が放熱部材５と接合されているので、ＬＥＤチップ２で発生した熱もフレキシブル基板１および放熱部材５を介して効率良く放熱され、ＬＥＤチップ２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、光出力のより一層の高出力化を図れる。

なお、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ２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２は青色光を放射するものに限らず、例えば、紫外光を放射するものでもよい。また、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ２が発光ダイオード素子を構成しているが、発光ダイオード素子は、ＬＥＤチップに限らず、例えば、レンズ付きの表面実装型パッケージにＬＥＤチップを収納したＳＭＤ型ＬＥＤでもよく、この場合には上述の半球状の封止部３を別途に設ける必要はない。

また、色変換部材４の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。また、色変換部材４の材料として用いる透光性材料に含有させる蛍光体も黄色蛍光体に限らず、色調整や演色性を高めるなどの目的で複数種類の蛍光体を用いてもよく、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることで演色性の高い白色光を得ることができる。ここで、複数種類の蛍光体を用いる場合には必ずしも発光色の異なる蛍光体の組み合わせに限らず、例えば、発光色はいずれも黄色で発光スペクトルの異なる複数種類の蛍光体を組み合わせてもよい。

実施形態の発光装置を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は要部概略断面図である。従来例を示す発光装置の概略断面図である。他の従来例を示す発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１フレキシブル基板
２ＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）
３封止部
４色変換部材
５放熱部材

Claims

フレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の一表面側に実装された発光ダイオード素子と、前記フレキシブル基板の前記一表面上において前記発光ダイオード素子と離間して設けられ前記発光ダイオード素子から放射される光によって励起されて前記発光ダイオード素子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シート状の色変換部材と、前記フレキシブル基板の他表面側に設けられ前記フレキシブル基板を支持する支持部材を兼ねる放熱部材とを備え、前記フレキシブル基板は、前記発光ダイオード素子が電気的に接続される配線パターンが前記一表面側に形成されるとともに、前記発光ダイオード素子からの光および前記色変換部材からの光を反射する反射機能と前記色変換部材で発生した熱を前記放熱部材側へ伝熱させる伝熱機能とを有し前記色変換部材が固着される導体パターンが、前記一表面側の中央部に形成されてなり、前記発光ダイオード素子から放射される光が前記色変換部材の表面に斜め方向から入射するように折り曲げられ、前記発光ダイオード素子および前記色変換部材それぞれに重複する領域が前記放熱部材と接合されてなることを特徴とする発光装置。