JP2008071954A - Light source device - Google Patents
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Abstract
【課題】放熱性や耐熱性に優れた光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置1Aは、ケース2、素子実装基板3、出射窓板4を具備する。ケース2は、熱伝導性を有する金属からなり、底部2aから表面2bに向けて貫通した開口部5を有し、開口部5の底部2a側が基板収容凹部6を形成する。素子実装基板3は、熱伝導性を有する材料からなり、表面3aに半導体発光素子11を実装し、半導体発光素子11が開口部5に臨むように基板収容凹部6に収容固定される。出射窓板4は、開口部5内に空隙部12を形成するように素子実装基板3に対向して固設される。空隙部12には、蛍光体36入りシリコーンゲル37が封入される。
【選択図】図4A light source device having excellent heat dissipation and heat resistance is provided.
A light source device includes a case, an element mounting substrate, and an exit window plate. The case 2 is made of a metal having thermal conductivity, and has an opening 5 penetrating from the bottom 2a toward the surface 2b. The bottom 2a side of the opening 5 forms a substrate housing recess 6. The element mounting substrate 3 is made of a material having thermal conductivity, and the semiconductor light emitting element 11 is mounted on the surface 3 a, and is housed and fixed in the substrate housing recess 6 so that the semiconductor light emitting element 11 faces the opening 5. The exit window plate 4 is fixedly opposed to the element mounting substrate 3 so as to form a gap 12 in the opening 5. In the gap portion 12, a silicone gel 37 containing a phosphor 36 is enclosed.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、半導体発光素子からの光を効率的に出射することができる光源装置に関し、特に耐熱性や放熱性に優れ、光取出し効率が高いパワーLED(LED:Light Emitting Diode)として最適な光源装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device capable of efficiently emitting light from a semiconductor light-emitting element, and particularly suitable as a power LED (LED: Light Emitting Diode) having excellent heat resistance and heat dissipation and high light extraction efficiency. It relates to the device.
LED(発光ダイオード)は、表示用電球や蛍光灯に比べ、余分な熱を消費せず、寿命も圧倒的に長いという特徴から次世代の照明として注目されており、例えば携帯電話やデジタルビデオカメラ、PDAなどの電子機器のバックライト、大型ディスプレイ、道路表示器などの電子機器の表示用として幅広く普及している。 LEDs (light emitting diodes) are attracting attention as next-generation lighting because they do not consume extra heat and have an extremely long life compared to display bulbs and fluorescent lamps. For example, mobile phones and digital video cameras Widely used for display of electronic devices such as backlights of PDAs and other electronic devices, large displays, and road indicators.
発光ダイオードの発光原理は、電子を供給する不純物(ドナー)が添加されたn型半導体と正孔を供給する不純物(アクセプタ)が添加されたp型半導体を接合(pn接合)させ、アノード(anode) とカソード(cathode) の2つの端子のうち順方向に電圧を加える。このとき、電極から半導体に注入された電子と正孔が異なったエネルギー帯(伝導帯と価電子帯)を流れてPN接合部付近にて禁制帯を越えて再結合し、この再結合の際にほぼ禁制帯幅(バンドギャップ)に相当するエネルギーが光子、すなわち光として放出される。また、放出された光の波長(色)は、pn接合を形成する素材のバンドギャップの大きさが関係するため、用途に応じて近赤外線や可視光、紫外線に至る波長に対応したバンドギャップを持つ半導体材料が用いられる。 The light emission principle of a light emitting diode is that an n-type semiconductor to which an impurity (donor) for supplying electrons is added and a p-type semiconductor to which an impurity (acceptor) for supplying holes is added are joined (pn junction), and an anode (anode ) And the cathode (cathode), the voltage is applied in the forward direction. At this time, electrons and holes injected from the electrode into the semiconductor flow through different energy bands (conduction band and valence band) and recombine beyond the forbidden band near the PN junction. The energy corresponding to the forbidden band width (band gap) is emitted as photons, that is, light. In addition, the wavelength (color) of the emitted light is related to the band gap of the material forming the pn junction. Therefore, the band gap corresponding to the wavelength ranging from near infrared rays, visible light, and ultraviolet rays is selected depending on the application. A semiconductor material is used.
LEDの発光体(LEDチップ)は、一般的にはチップの上面の面積が0.1mm2 程度の6面体(サイコロ状)の形状をしており、小さくて発光光量が少なく、点光源に近い光学特性を有している。したがって、このような特性のLEDチップを光源とするLEDを設計・製作するにあたっては、LEDチップの活性層で発光された光の量に対するLEDチップから出射される光の量の割合(外部量子効率)を高め、且つLEDチップから出射されてLEDの外部に放出される光を一方向に集めてLEDの軸上光度を上げるような手法が施されている。 A light emitting body (LED chip) of an LED generally has a hexahedral shape (die shape) with an area of the upper surface of the chip of about 0.1 mm 2 , and is small, has a small amount of light emission, and is close to a point light source. Has optical properties. Therefore, in designing and manufacturing an LED using an LED chip having such characteristics as a light source, the ratio of the amount of light emitted from the LED chip to the amount of light emitted from the active layer of the LED chip (external quantum efficiency). ) And the light emitted from the LED chip and emitted to the outside of the LED is collected in one direction to increase the on-axis luminous intensity of the LED.
また、近年では、新たなLEDとして、大型で大電力が投入可能なパワーLEDの開発が進められている。このパワーLEDは、チップの上面の面積が0.6mm2 以上となるような大型のLEDチップであって、パッケージの熱抵抗を低下させてあり、200mAを超えるような大きな電流が投入できるようになっている。このパワーLEDは、電球への置き換え、工業用装置類、分析装置類、医療用機器等への展開が期待されている。また、このパワーLEDにおいても、活性層にInGaAlP系材料を用い、且つ、透明なGaP基板を接着した、透明基板型のパワーLEDが実用化されている(例えば下記特許文献1参照)。
In recent years, as a new LED, development of a large-sized power LED capable of supplying large power has been promoted. This power LED is a large LED chip with an area of the upper surface of the chip of 0.6 mm 2 or more, which reduces the thermal resistance of the package so that a large current exceeding 200 mA can be input. It has become. This power LED is expected to be replaced with a light bulb, and deployed to industrial devices, analyzers, medical devices, and the like. Also in this power LED, a transparent substrate type power LED in which an InGaAlP-based material is used for an active layer and a transparent GaP substrate is bonded has been put into practical use (for example, see
さらに、この種のLEDからの光を所望の色に変換して出射するために色変換材を用いた様々な光源装置の提案もなされている。図24はこの種の色変換材を用いた光源装置の一例として、下記特許文献2に開示される光源装置の断面図である。
Further, various light source devices using a color conversion material for converting the light from this type of LED into a desired color and emitting it have been proposed. FIG. 24 is a cross-sectional view of a light source device disclosed in
図24に示すように、特許文献2に開示される光源装置51は、絶縁基材からなる基板52に回路導体53が形成されたプリント基板54上にランプハウス55が取り付けられたものである。ランプハウス55は、反射面を有するカップ56が設け、カップ56の底面57に青色光を発する青色LEDチップ58が固定されている。そして、LEDチップ58に形成された電極とプリント基板54に形成された回路導体53とは、ボンディングワイヤ59によって個々に接続される。また、ランプハウス55のカップ56内には、色変換材60を分散したシリコーン樹脂61が充填されている。
ところで、従来から知られている光源装置は、金属製のリードフレームに樹脂を挿入してインサートモールド成型し、この樹脂によって外筐をなすケースを構成している。その際、リードフレームに挿入する樹脂としては、例えばPBT樹脂やPPA樹脂などの炭素を含む有機系材料を使用するのが一般的であった。 By the way, a conventionally known light source device includes a case in which a resin is inserted into a metal lead frame and insert-molded, and this resin forms a case. At that time, as the resin to be inserted into the lead frame, for example, an organic material containing carbon such as PBT resin or PPA resin has been generally used.
しかしながら、この種の従来の光源装置に使用される樹脂は、炭素を含む有機系材料を使用するため、熱による耐久性に欠けていた。このため、光源装置をパワーLEDとして機能させる場合には、一般的なLEDに比べて入力電圧が大きくなり、その分だけ大きな熱エネルギーが発生してしまい、この熱エネルギーによって樹脂部分の劣化を招き、光源装置として機能しなくなるという問題があった。 However, since the resin used in this type of conventional light source device uses an organic material containing carbon, it lacks durability due to heat. For this reason, when the light source device is made to function as a power LED, the input voltage becomes larger than that of a general LED, so that a larger amount of thermal energy is generated, and this thermal energy causes deterioration of the resin portion. There is a problem that it does not function as a light source device.
また、LEDは、例えば青や近紫外などのように、出射される光の波長が短くなるほど光出力も大きくなる。このため、従来の光源装置では、耐熱性が不十分であることに加え、成形樹脂が劣化しやすいという課題があった。しかも、従来の光源装置の構造では、素子の放熱構造も不十分であったため、駆動時に素子から発する熱を十分に放熱することができず、この籠もった熱により素子の劣化が早まるという問題があった。このため、パワーLEDとして光源装置を機能させる場合には、耐熱性及び放熱性に優れた光源装置の提供が望まれていた。 In addition, the light output of the LED increases as the wavelength of the emitted light becomes shorter, such as blue or near ultraviolet. For this reason, in the conventional light source device, in addition to insufficient heat resistance, there is a problem that the molded resin is likely to deteriorate. In addition, since the heat dissipation structure of the element is insufficient in the structure of the conventional light source device, the heat generated from the element cannot be sufficiently dissipated during driving, and the deterioration of the element is accelerated by this trapped heat. was there. For this reason, when making a light source device function as power LED, provision of the light source device excellent in heat resistance and heat dissipation was desired.
さらに、従来の光源装置において、例えばリードフレームや基板上に実装される半導体発光素子は、ワイヤーボンディングにより配線接続する、所謂フェイスアップ実装が一般的であった。このため、ワイヤーボンディングされた半導体発光素子上に充填される樹脂材料によってワイヤーに余計なストレスが加わり、ひいてはワイヤーが切れて破損するおそれがあった。 Further, in a conventional light source device, for example, a semiconductor light emitting element mounted on a lead frame or a substrate is generally a so-called face-up mounting in which wiring connection is performed by wire bonding. For this reason, there is a possibility that extra stress is applied to the wire by the resin material filled on the wire-bonded semiconductor light emitting element, and the wire is cut and damaged.
また、従来、同じ発光色のLEDを複数用いて光源装置を構成する場合には、各LEDが均等に発光しないと色ムラを生じるため、LEDを予め発光色毎に色のバラツキ度合に応じてグループ毎に分類する作業を行い、同一グループのLEDを光源装置に実装していた。 Conventionally, when a light source device is configured using a plurality of LEDs having the same light emission color, color unevenness occurs if the LEDs do not emit light evenly. Therefore, the LEDs are preliminarily set according to the degree of color variation for each light emission color. The operation | work which classify | categorizes for every group was performed, and LED of the same group was mounted in the light source device.
そして、図24の光源装置51のように、色変換材60を用いて光源装置を構成する場合には、上述した事前のLEDの分類に加え、充填する樹脂に対する蛍光体の混入量の調整を行っていた。
When the light source device is configured using the
ところが、この種の色変換材を用いた光源装置では、LEDの発光色と色変換材との組み合わせによって色変換光の色が決まるが、色変換材の種類、色変換材を分散混入した充填樹脂の厚さ、充填樹脂に対する色変換材の混ぜ方によって最終的に出射される色変換光にも色のバラツキが生じる。 However, in the light source device using this type of color conversion material, the color of the color conversion light is determined by the combination of the light emission color of the LED and the color conversion material. Color variation also occurs in the color-converted light that is finally emitted depending on the thickness of the resin and how the color conversion material is mixed with the filling resin.
しかしながら、図24の光源装置51を含め、従来の光源装置では、色変換材を分散混入した樹脂を充填する構成なので、色変換材を含む充填樹脂の厚さが均一になりにくく、所望色の色変換光を得るのが困難であった。
However, in the conventional light source device including the
また、色変換光は、上述した色変換材を含む充填樹脂の厚さだけでなく、充填樹脂に対する色変換材の混ぜ方や色変換材の種類によってもバラツキが生じるため、所望色による均一な色変換光を得ることができなかった。しかも、図24の光源装置51を含めた従来の構成では、色変換材を含む充填樹脂を一つの部品として取り扱うことができなかった。このため、所望色による均一な色変換光を得るには、完成品としての光源装置を分類するしかなく、無駄な完成品が多くなるという問題があった。
In addition, the color conversion light varies depending not only on the thickness of the filling resin containing the color conversion material described above but also on how the color conversion material is mixed with the filling resin and the type of the color conversion material. Color conversion light could not be obtained. In addition, in the conventional configuration including the
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、耐熱性や放熱性に優れ、特にパワーLEDとして最適な光源装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has an object to provide a light source device that is excellent in heat resistance and heat dissipation and is particularly suitable as a power LED.
本発明の請求項1に係る光源装置は、半導体発光素子を実装し、該半導体発光素子からの光を外部に出射する光源装置において、
熱伝導性を有する材料からなり、前記半導体発光素子を表面のパターン上に載置した基板と、
熱伝導性を有する金属からなり、底部から表面に向けて貫通した開口部を有し、前記半導体発光素子が前記開口部に臨むように、該開口部の前記底部側に前記基板を収容して固定される凹部が形成されたケースとを備えたことを特徴とする。
A light source device according to
A substrate made of a material having thermal conductivity, the semiconductor light-emitting element placed on a surface pattern,
It is made of a metal having thermal conductivity, has an opening that penetrates from the bottom toward the surface, and accommodates the substrate on the bottom side of the opening so that the semiconductor light emitting element faces the opening. And a case in which a recessed portion to be fixed is formed.
請求項2に係る光源装置は、請求項1の光源装置において、
前記開口部内に空隙部を形成するように、透光性を有する出射窓板が前記基板に対向して前記ケースに固設され、
前記ケースには、前記空隙部に臨む貫通穴が形成されており、
前記半導体発光素子からの光を色変換する蛍光体入りシリコーンゲルを前記貫通穴から前記空隙部に封入し、前記貫通穴を封止したことを特徴とする。
The light source device according to
An emission window plate having translucency is fixed to the case so as to face the substrate so as to form a gap in the opening.
The case is formed with a through hole facing the gap,
A phosphor-containing silicone gel for color-converting light from the semiconductor light emitting element is sealed in the gap from the through hole, and the through hole is sealed.
請求項3に係る光源装置は、請求項1の光源装置において、
前記開口部内に空隙部を形成するように、前記半導体発光素子からの光を色変換する蛍光体入りの色変換板が前記基板に対向して前記ケースに固設され、
前記ケースには、前記空隙部に臨む貫通穴が形成されており、
透明なシリコーンゲルを前記貫通穴から前記空隙部に封入し、前記貫通穴を封止したことを特徴とする。
The light source device according to
A color conversion plate containing a phosphor for color-converting light from the semiconductor light emitting element is fixed to the case so as to face the substrate so as to form a gap in the opening.
The case is formed with a through hole facing the gap,
A transparent silicone gel is sealed in the gap from the through hole, and the through hole is sealed.
請求項4に係る光源装置は、請求項3の光源装置において、
前記色変換板は、シリコーンゴム又はシリコーンレジン中に蛍光体を分散混入して均等厚さに形成したことを特徴とする。
The light source device according to
The color conversion plate is characterized in that a phosphor is dispersed and mixed in silicone rubber or silicone resin to have a uniform thickness.
請求項5に係る光源装置は、請求項3の光源装置において、
前記色変換板は、対向配置される一対の透明板と、
均等厚さに密閉された空間部を形成するように前記一対の透明板間に固定された枠状のスペーサ部材とを備え、
前記空間部内の光が透過する壁面に蛍光体を被着したことを特徴とする。
The light source device according to
The color conversion plate includes a pair of transparent plates disposed to face each other,
A frame-shaped spacer member fixed between the pair of transparent plates so as to form a space sealed in an even thickness,
A phosphor is attached to a wall surface through which light in the space is transmitted.
請求項6に係る光源装置は、請求項3の光源装置において、
前記色変換板は、対向配置される一対の透明板と、
均等厚さに密閉された空間部を形成するように前記一対の透明板間に固定され、前記空間部に通じる貫通穴を有する枠状のスペーサ部材とを備え、
蛍光体が分散混入されたシリコーンゲルを前記貫通穴から前記空間部に封入し、前記貫通穴を封止したことを特徴とする。
The light source device according to
The color conversion plate includes a pair of transparent plates disposed to face each other,
A frame-shaped spacer member fixed between the pair of transparent plates so as to form a space portion hermetically sealed with a uniform thickness, and having a through hole that leads to the space portion;
Silicone gel in which a phosphor is dispersed and mixed is sealed from the through hole into the space, and the through hole is sealed.
請求項7に係る光源装置は、請求項6の光源装置において、
前記スペーサ部材がスクリーン印刷層からなることを特徴とする。
The light source device according to
The spacer member is made of a screen printing layer.
請求項8に係る光源装置は、請求項3〜7の何れかの光源装置において、
微細な凸状及び/又は凹状のドット部を前記色変換板の光出射面に形成したことを特徴とする。
The light source device according to
Fine convex and / or concave dot portions are formed on the light exit surface of the color conversion plate.
請求項9に係る光源装置は、請求項1〜8の何れかの光源装置において、
前記ケースには、前記半導体発光素子の発光駆動時に発生する熱を前記基板から前記ケースを介して外部に放熱する放熱フィンが一体に形成されたことを特徴とする。
The light source device according to
The case is characterized in that a radiating fin for radiating heat generated during light emission driving of the semiconductor light emitting element from the substrate to the outside through the case is integrally formed.
請求項10に係る光源装置は、請求項1〜9の何れかの光源装置を、放熱板上にライン状又はマトリックス状に平面実装したことを特徴とする。 A light source device according to a tenth aspect is characterized in that the light source device according to any one of the first to ninth aspects is planarly mounted on a heat sink in a line shape or a matrix shape.
本発明の光源装置によれば、半導体発光素子を実装した基板と、この基板を収容固定するケースとが熱伝導性の有する材料で構成されるので、半導体発光素子の発光駆動時に発生する熱を基板からケースを介して外部に放出することができる。これにより、半導体発光素子に大電力を入力することが可能となり、パワーLEDとしての光源装置を提供することができる。 According to the light source device of the present invention, since the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted and the case for housing and fixing the substrate are made of a material having thermal conductivity, heat generated when the semiconductor light emitting element is driven to emit light is generated. It can be discharged from the substrate to the outside through the case. Thereby, large power can be input to the semiconductor light emitting element, and a light source device as a power LED can be provided.
また、基板を収容固定するケースとして、機械的強度が高く、加工性、熱伝導性、光反射性の良好な金属を選択すれば、基板の収容機能、リフレクタ機能、放熱機能の3つの機能を1つの部品で実現することができる。 If a metal with high mechanical strength and good workability, thermal conductivity, and light reflectivity is selected as the case for housing and fixing the substrate, the three functions of the substrate housing function, reflector function, and heat dissipation function are provided. It can be realized with one component.
さらに、半導体発光素子上の空隙部内にゲル材(蛍光体入りシリコーンゲルや透明なシリコーンゲル)を封入した構成によれば、ワイヤーボンディングによるフェイスアップ実装を採用した場合でも、ワイヤーに余計なストレスが加わることなく、ワイヤーの破損を防ぐことができる。これにより、フェイスアップ実装とフリップチップ実装の両方に対応でき、低応力で信頼性の高いデバイスを提供することができる。しかも、蛍光体が混入される材料として、流動性を有するゲル材(シリコーンゲル)を用いれば、ゲル材に対して蛍光体を均一に混ぜてバラツキを低減することができる。 Furthermore, according to the structure in which the gel material (phosphor-containing silicone gel or transparent silicone gel) is sealed in the gaps on the semiconductor light emitting device, even when the face-up mounting by wire bonding is adopted, excessive stress is applied to the wire. The wire can be prevented from being broken without being added. As a result, it is possible to provide both a face-up mounting and a flip-chip mounting and provide a low stress and highly reliable device. In addition, if a gel material (silicone gel) having fluidity is used as the material in which the phosphor is mixed, the phosphor can be mixed uniformly with the gel material to reduce variations.
また、色変換板を用いた構成によれば、色変換板を一つの部品として手軽に取り扱うことができる。そして、光源装置を完成させる前に、色変換板を光源装置に仮実装して半導体発光素子を発光駆動することにより、励起波長を細分化し、バラツキ度合に応じて色変換板をグループ毎に事前に分類できるので、半導体発光素子の波長に応じて、また各用途別に最適なものを供給することができる。 Further, according to the configuration using the color conversion plate, the color conversion plate can be easily handled as one component. Before the light source device is completed, the color conversion plate is provisionally mounted on the light source device and the semiconductor light emitting element is driven to emit light, thereby subdividing the excitation wavelength, and pre-adjusting the color conversion plate for each group according to the degree of variation. Therefore, it is possible to supply an optimum product according to the wavelength of the semiconductor light emitting element and for each application.
色変換板として、一対の透明板と枠状のスペーサ部材との間に形成される空間部に蛍光体入りシリコーンゲルを封入した構成では、シリコーンゲルを用いても、空間部への水蒸気の透過がなく、高温高湿環境下での高耐力、高信頼性を得ることができる。 As a color conversion plate, in a configuration in which a silicone gel containing a phosphor is sealed in a space formed between a pair of transparent plates and a frame-shaped spacer member, water vapor permeates into the space even if a silicone gel is used. And high yield strength and high reliability in a high temperature and high humidity environment.
また、色変換板として、空間部内の光が透過する壁面に蛍光体を被着したり、空間部内に蛍光体入りシリコーンゲルを封入した構成では、空間部の厚みが一対の透明板と枠状のスペーサ部材とによって常に一定の厚みに維持されるので、励起波長のバラツキも少ない。 In addition, as a color conversion plate, in a configuration in which a phosphor is attached to a wall surface through which light in the space is transmitted or a silicone gel containing a phosphor is sealed in the space, the thickness of the space is a pair of transparent plates and a frame shape. The spacer member always maintains a constant thickness, so that there is little variation in excitation wavelength.
さらに、色変換板として、スペーサ部材をスクリーン印刷層で形成すれば、既存の確立されたスクリーン印刷技術を用いて生産でき、量産性の向上を図ることができる。 Furthermore, if the spacer member is formed of a screen printing layer as a color conversion plate, it can be produced using an existing established screen printing technique, and mass productivity can be improved.
また、色変換板の光出射面に微細な凸状や凹状のドット部を形成すれば、ドット部における屈折や反射により色変換光の取り出し効率を向上させることができる。 Further, if a fine convex or concave dot portion is formed on the light exit surface of the color conversion plate, the extraction efficiency of the color converted light can be improved by refraction and reflection at the dot portion.
そして、複数の光源装置を放熱板上にライン状やマトリックス状に平面実装する構成とすれば、所望する発光面積の平面光源を得ることができる。また、半導体発光素子を発光駆動した際に各光源装置毎に発生する熱を共通の1枚の放熱板を介して効率的に外部に放出することができる。 And if it is set as the structure which mounts a some light source device in the shape of a line or a matrix on a heat sink, the plane light source of the desired light emission area can be obtained. Further, heat generated for each light source device when the semiconductor light emitting element is driven to emit light can be efficiently released to the outside through a common heat sink.
以下、本発明の最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明に係る光源装置の第1形態の平面図、図2は図1の側面図、図3は図1のA−A線断面図、図4は図1のB−B線断面図、図5は半導体発光素子の接続構成の一例を示す回路図、図6は本発明に係る光源装置の第2形態の平面図、図7は図6の底面図、図8は図6の側面図、図9は図6の背面図、図10は図6のC−C線断面図、図11は図6のD−D線断面図、図12は本発明に係る光源装置の第3形態の平面図、図13は図12のE−E線断面図、図14は図12のF−F線断面図、図15は本発明に係る光源装置を放熱板上に複数平面実装した場合の一例を示す部分平面図、図16は図15のG−G線断面図、図17は第3形態の光源装置に採用される色変換板の一例を示す図、図18(a)〜(c)は第3形態の光源装置に採用される色変換板の他の構成例を示す図、図19(a)〜(c)は図18の色変換板の製造工程の説明図、図20は第3形態の光源装置に採用される色変換板の他の構成例を示す図、図21は図20の色変換板の部分断面図、図22は第3形態の光源装置に採用される色変換板の他の構成例を示す部分断面図、図23は第3形態の光源装置に採用される色変換板の他の構成例を示す部分断面図である。
Hereinafter, the best mode of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a plan view of a first embodiment of a light source device according to the present invention, FIG. 2 is a side view of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a connection configuration of semiconductor light emitting elements, FIG. 6 is a plan view of a second form of the light source device according to the present invention, FIG. 7 is a bottom view of FIG. 6, and FIG. 9 is a rear view of FIG. 6, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 6, FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. 12, FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line FF of FIG. 12, and FIG. 15 is a case where a plurality of light source devices according to the present invention are mounted on a heat sink. 16 is a partial plan view showing an example, FIG. 16 is a sectional view taken along the line GG of FIG. 15, FIG. 17 is a diagram showing an example of a color conversion plate employed in the light source device of the third embodiment, and FIGS. c) Light source device of the third form FIG. 19A to FIG. 19C are explanatory diagrams of the manufacturing process of the color conversion plate of FIG. 18, and FIG. 20 is adopted in the light source device of the third embodiment. FIG. 21 is a partial sectional view of the color conversion plate of FIG. 20, and FIG. 22 is another configuration example of the color conversion plate employed in the light source device of the third embodiment. FIG. 23 is a partial cross-sectional view showing another configuration example of the color conversion plate employed in the light source device of the third embodiment.
まず、図1〜図4を参照しながら第1形態の光源装置1(1A)の構成について説明する。第1形態の光源装置1(1A)は、図1〜図4に示すように、本体をなすケース2、素子実装基板3、出射窓板4を備えて概略構成される。
First, the configuration of the light source device 1 (1A) according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 to 4, the light source device 1 (1 </ b> A) of the first form is roughly configured to include a
ケース2は、例えば銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ステンレスなどの熱伝導性の良好な金属材料からなる。尚、ケース2の金属材料として、銅(Cu)を選択した場合には、少なくとも後述する開口部5の壁面部分にNiメッキ或いはAgメッキ等の処理を施して反射率を向上させる。ケース2は、素子実装基板3を収容する収容機能、素子実装基板3に実装された半導体発光素子からの光を反射して効率的に外部に出射させるためのリフレクタ機能、半導体発光素子の駆動時の熱を放熱する放熱機能を有している。そして、ケース2は、上記各機能を実現するため、プレス加工、ダイカスト鋳造、拡散接合などの周知の手法を用いて所定形状に形成される。
The
図3や図4に示すように、ケース2には、底部2aから表面2bに向け先細に段差を有して貫通した矩形状の開口部5が形成される。この開口部5の底部2a側は、素子実装基板3を収容固定するための基板収容凹部6を形成している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、図1や図3に示すように、ケース2の長手方向の両端部には、矩形状の窓穴7が開口形成されている。この窓穴7からは、後述する素子実装基板3の一対の電極9(9a,9b)が表出している。
As shown in FIGS. 1 and 3, rectangular window holes 7 are formed at both ends in the longitudinal direction of the
さらに、図2に示すように、ケース2の一側面(図2の例では右側面)には、後述する空隙部12に臨む貫通穴8が形成されている。
Further, as shown in FIG. 2, a through-
また、図1において、ケース2の長手方向の上下4箇所の位置には、光源装置1Aを後述する放熱板15に固定するための取付片9が底部2aと面一に一体形成されている。各取付片9には、略半円弧に欠切された受け部9aが形成されている。この受け部9aは、後述する放熱板15に光源装置1Aを固定する際に用いられる取付ネジ16のネジ部の径に合わせて形成される。
In FIG. 1,
素子実装基板3は、例えば窒化アルミニウム(AlN)、ガラス成分を多く含むLTCC、アルミナ系セラミックス(Al2 O3 )などの熱伝導性の良好な材料からなる。素子実装基板3の表面3aには、回路構成に応じて所定形状の配線パターン(不図示)が形成されている。この配線パターンは、例えばチタン(Ti)、白金(Pt)、金(Au)の順に蒸着により積層形成される。
The
また、図1に示すように、素子実装基板3の長手方向の両端部には、一対の電極10をなすアノード電極10aとカソード電極10bとが対向して形成されている。この一対の電極10(アノード電極10a、カソード電極10b)は、不図示の配線パターンと接続されている。
As shown in FIG. 1, an
さらに、不図示の配線パターン上には、回路構成に応じた数の半導体発光素子(LED)11が実装される。図1の例では、素子実装基板3の長手方向に12個の半導体発光素子11が千鳥状に載置固定されており、図5に示す回路を形成するように、3個の半導体発光素子11が直列接続されたものを1組の半導体発光素子群として、4組の半導体発光素子群がアノード電極10aとカソード電極10bとの間に不図示の配線パターンを介して配線接続される。
Further, a number of semiconductor light emitting elements (LEDs) 11 corresponding to the circuit configuration are mounted on a wiring pattern (not shown). In the example of FIG. 1, twelve semiconductor
尚、本例の光源装置1は、半導体発光素子11の端子と配線パターンとの間をワイヤーボンディングを用いて配線接続するフェイスアップ実装、半導体発光素子11の裏面のアレイ状に並んだバンプ(突起状の端子)によって配線パターンと接続するフリップチップ実装の何れにも対応している。
Note that the
また、図5のアノード電極10aとカソード電極10bとの間において、半導体発光素子群と並列接続されるツェナーダイオードは、各半導体発光素子群毎や各半導体素子11毎に並列接続しても良い。
Further, a Zener diode connected in parallel with the semiconductor light emitting element group between the
素子実装基板3は、開口部5内に半導体発光素子11が臨み、窓穴7から一対の電極10が表出した状態で、裏面3bがケース2の底部2aと面一になるように基板収容凹部6に収容して固設される。
The
出射窓板4は、半導体発光素子11からの光を透過して外部に出射するように、例えば矩形状の透明ガラス等の透光性を有する材料で構成される。この出射窓板4は、ケース2の開口部5の表面を覆って開口部5内に空隙部12を形成するように、素子実装基板3と対向してケース2の表面2b側に突出して固設される。
The
尚、ケース2と素子実装基板3の固定、ケース2と出射窓板4の固定、後述する放熱板15への光源装置1の固定には、特殊熱伝導性シリコーンゲルが用いられる。この特殊熱伝導性シリコーンゲルは、シリコーンゲルに所定割合でダイヤモンドパウダーを混合したものからなる。
A special thermally conductive silicone gel is used for fixing the
図3や図4に示すように、空隙部12には、半導体発光素子11からの光を色変換する蛍光体36が所定割合で分散混入されたシリコーンゲル37が貫通穴8から封入される。貫通穴8は、空隙部12内が蛍光体36入りシリコーンゲル37により満たされた状態で封止される。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the
シリコーンゲル37に分散混入される蛍光体36は、半導体発光素子11との組み合わせによって所望の色変換光が得られる材料が選定される。例えば色変換光として白色光を得るべく、青色発光する材料(InGaN系化合物)や近紫外発光する材料の半導体発光素子11を使用した場合には、橙色蛍光顔料や橙色蛍光染料が蛍光体36として選定される。
For the
さらに説明すると、蛍光材36は、無機蛍光体が好ましく、半導体発光素子11から入射される光を色変換(波長変換)している。蛍光材36を構成する無機蛍光体として好適な材料としては、例えばA3 B5 O12:M系蛍光体(A:Y,Gd,Lu,Tb,B:Al,Ga,M:Ce3+,Tb3+,Eu3+,Cr3+,Nd3+またはEr3+)、希土類をドープしたバリウム−アルミニウム−マグネシウム系化合物蛍光体(BAM蛍光体)、Y2 O2 S:Eu3+やZnS:Cu,Alなどに代表される硫化物系化合物蛍光体、または(Sr,Ca)S:Eu2+,CaGa2 S4 :Eu2+やSrGa2 S4 :Eu2+などの希土類をドープしたチオガレート系蛍光体、またはTbAlO3 :Ce3+などのアルミン酸塩の少なくとも1つの組成を含有した蛍光体や、(Y,Gd)3 (Al,Ga)5 O12等のYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系等からなる橙色蛍光顔料や橙色蛍光染料などがある。
More specifically, the
また、各無機蛍光体、励起光および波長変換された光の反射を補助するために、例えば硫酸バリウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素などの散乱材を必要に応じて混在させてもよい。さらに、複数の異なる特性を持つ無機蛍光体を混合した混合無機蛍光体を用いても良い。 Moreover, in order to assist reflection of each inorganic phosphor, excitation light, and wavelength-converted light, for example, scattering materials such as barium sulfate, magnesium oxide, and silicon oxide may be mixed as necessary. Further, a mixed inorganic phosphor in which a plurality of inorganic phosphors having different characteristics are mixed may be used.
次に、図6〜図11を参照しながら第2形態の光源装置1(1B)の構成について説明する。尚、第1形態の光源装置1Aと同一又は同等の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。 Next, the configuration of the light source device 1 (1B) according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, the same number is attached | subjected to the same or equivalent component as 1 A of light source devices of 1st form, and the description is abbreviate | omitted.
図6〜図11に示すように、第2形態の光源装置1(1B)は、上述した第1形態の光源装置1Aと同様に、本体をなすケース2、素子実装基板3、出射窓板4を備えて概略構成される。この第2形態の光源装置1Bは、第1形態の光源装置1Aと同様に、ケース2に固設された素子実装基板3と出射窓板4との間の空隙部12に蛍光体36入りシリコーンゲル37が封止された構成である。以下では、第1形態の光源装置1Aと異なる構成についてのみ説明する。
As shown in FIGS. 6 to 11, the light source device 1 (1 </ b> B) of the second form is the same as the
まず、第2形態の光源装置1Bにおいて、出射窓板4は、ケース2の表面2bと面一になるように、開口部5に形成された板受け凹部13に素子実装基板3に対向して固設される。また、図6〜図8に示すように、ケース2の長手方向の上下位置には、半導体発光素子11の発光駆動時に発生する熱を素子実装基板3からケース2を介して外部に放出する放熱フィン14が一体に形成されている。
First, in the
次に、図12〜図14を参照しながら第3形態の光源装置1(1C)の構成について説明する。尚、第1形態の光源装置1Aや第2形態の光源装置1Bと同一又は同等の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
Next, the configuration of the light source device 1 (1C) according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, the same number is attached | subjected to the component which is the same as that of the
図12〜図14に示すように、第3形態の光源装置1(1C)は、本体をなすケース2、素子実装基板3、色変換板31を備えて概略構成される。すなわち、第1,第2形態の光源装置1A,1Bが、ケース2に固設された素子実装基板3と出射窓板4との間の空隙部12に蛍光体36入りシリコーンゲル37を封止した構成であるのに対し、第3形態の光源装置1Cでは、ケース2の開口部5に空隙部12が形成されるように素子実装基板3と色変換板31とを開口部5に固設し、空隙部12に透明なシリコーンゲル15を封止した構成である。
As shown in FIGS. 12 to 14, the light source device 1 (1 </ b> C) of the third embodiment is schematically configured by including a
さらに説明すると、第3形態の光源装置1Cでは、ケース2の底部2aから開口部5に素子実装基板3を固設し、開口部5内に空隙部12を形成するように、素子実装基板3に対向して色変換板31をケース2の表面2bから開口部5に形成された板受け凹部16に固設している。
More specifically, in the
そして、空隙部12には、透明なシリコーンゲル15が貫通穴8から封入されている。貫通穴8は、空隙部12内が透明なシリコーンゲル15により満たされた状態で封止される。
In the
ここで、上記第3形態の光源装置1Cに採用される色変換板31の構成について図17〜図23を参照しながら詳細に説明する。
Here, the configuration of the
まず、図17に示す色変換板31(31A)は、シリコーンゴム又はシリコーンレジン中に前述した蛍光体36を分散混入し、均等厚さで矩形(長方形)平板状に形成したものである。この色変換板31Aの厚さは、色変換効率を考慮して、0.3〜1.5mm範囲内の均等厚さに形成するのが好ましい。色変換板31Aは、一方の面(裏面)を半導体発光素子からの光入射面31aとし、他方の面(表面)を色変換光を出射する光出射面31bとしている。
First, the color conversion plate 31 (31A) shown in FIG. 17 is formed in a rectangular (rectangular) flat plate shape with a uniform thickness by dispersing and mixing the
上記構成による色変換板31Aは、一つの部品として取り扱え、第3形態の光源装置1に用いることができ、光源装置1を完成させる前段階で板受け凹部16に色変換板31Aを載置して仮実装する。この状態で半導体発光素子を発光駆動すれば、半導体発光素子自身の発光色と、色変換板31A内の蛍光体による色変換された光との混合による色変換光が色変換板31Aの光出射面31bから外部に出射される。
The
そして、色変換板31Aを仮実装して半導体発光素子を発光駆動する作業を色変換板31Aを交換して光源装置1毎に繰り返せば、光源装置1を完成させる前に、励起波長を細分化し、バラツキ度合に応じてグループ毎に事前に分類することができる。これにより、光源装置1に実装された半導体発光素子との組み合わせで得られる発光色毎に色変換板31Aを事前に分類しておくことができる。そして、光源装置1を完成させるときに所望の色変換光が得られる色変換板31Aを実装することができる。
If the operation of temporarily mounting the
次に、図18及び図19に示す色変換板31(31B)は、一対の透明板32,32と、スペーサ部材33を備えて構成される。
Next, the color conversion plate 31 (31B) shown in FIGS. 18 and 19 includes a pair of
一対の透明板32(32A,32B)は、同一形状(図18,図19の例では長方形)の平板状をなし、例えば所定屈折率のホウケイ酸ガラスなどの透明ガラスで構成される。この透明板32A,32Bとしては、シリコーンゲル37の屈折率に近いものから1.8の高屈折率のものまで、ある程度自由に選択することができる。また、透明板32A,32Bは、用途により各々異なる屈折率のガラスで製作することもできる。
The pair of transparent plates 32 (32A, 32B) has a flat plate shape of the same shape (rectangular shape in the examples of FIGS. 18 and 19), and is made of transparent glass such as borosilicate glass having a predetermined refractive index. The
スペーサ部材33は、例えば透明板32A,32Bと同一材料の透明ガラスからなり、外形寸法が透明板32A,32Bと略同一寸法をなし、平板透明ガラスに所定形状(図18,図19の例では長方形)に貫通した開口33aを有して枠状に形成される。また、スペーサ部材33は、均等厚さに密閉された空間部34を形成するように、開口33aを両側から一対の透明板32A,32Bで挟んで対向配置した状態で固着される。さらに、スペーサ部材33の側面33bの所定箇所には、空間部34に通じる少なくとも1つの貫通穴35(図18,図19の例では2つ)が形成されている。
The
尚、スペーサ部材33は、透明ガラスに限らず、透明樹脂で構成することもできる。また、スペーサ部材33は、必ずしも透明性を有する必要はない。
In addition, the
一対の透明板32A,32Bとスペーサ部材33とにより形成される密閉された均等厚さの空間部34には、蛍光体36が分散混入された所定粘度(例えば800mPa・s)のシリコーンゲル37が封入されている。
A
尚、空間部34の厚さ方向の寸法は、色変換効率を考慮して、0.3〜1.5mm範囲内の均等寸法にするのが好ましい。また、シリコーンゲル37に分散混入される蛍光体36は、前述したように、半導体発光素子との組み合わせによって所望の色変換光が得られる材料が選定される。例えば色変換光として白色光を得るべく、青色発光する材料(InGaN系化合物)や近紫外発光する材料の半導体発光素子を使用した場合には、橙色蛍光顔料や橙色蛍光染料が蛍光体6として選定される。
In addition, it is preferable that the dimension in the thickness direction of the
この色変換板31Bは、一方の透明板32Aの裏面を半導体発光素子からの光入射面31aとし、また透明板32A,32Bのスペーサ部材33側の面を光透過面31cとし、さらに他方の透明板32Bの表面を色変換光を出射する光出射面31bとしている。
In the
上記構成による色変換板31Bを組み立てる場合には、図19(a)に示すように、側面33bの2箇所に貫通穴35が形成された枠状のスペーサ部材33を透明板32Aと透明板32Bとの間に配置する。そして、均等厚さ(好ましくは0.3〜1.5mm範囲内の均等厚さ)の密閉された空間部34が形成されるべく、図19(b)に示すように、一対の透明板32A,32Bとスペーサ部材33との間の接合面を光学接着などにより固定する。その後、スペーサ部材33の2箇所の貫通穴35が上面に来るように設置し、一方の貫通穴35から蛍光体36入りシリコーンゲル37を空間部34に注入する。この蛍光体36入りシリコーンゲル37の注入は、他方の貫通穴35から蛍光体36入りシリコーンゲル37が溢れ出るまで行う。そして、この蛍光体36入りシリコーンゲル37の注入後、2箇所の貫通穴35を例えば紫外線硬化型樹脂で接着して封止する。これにより、図18及び図19(c)に示すような色変換板31Bが完成される。
When assembling the
上記構成による色変換板31Bは、一つの部品として取り扱え、第3形態の光源装置1に用いることができ、上述した図17の色変換板31Aと同様に、光源装置1を完成させる前段階で板受け凹部16に色変換板31Bを載置して仮実装する。この状態で半導体発光素子を発光駆動すれば、半導体発光素子自身の発光色と、色変換板31B内の蛍光体36による色変換された光との混合による色変換光が色変換板31Bの光出射面31bから外部に出射される。
The
そして、色変換板31Bを仮実装して半導体発光素子を発光駆動する作業を色変換板31Bを交換して光源装置1毎に繰り返せば、光源装置1を完成させる前に、励起波長を細分化し、バラツキ度合に応じてグループ毎に事前に分類することができる。これにより、光源装置1に実装された半導体発光素子との組み合わせで得られる発光色毎に色変換板31Bを事前に分類しておくことができる。そして、光源装置1を完成させるときに所望の色変換光が得られる色変換板31Bを実装することができる。
Then, if the operation of temporarily mounting the
また、水蒸気を良く通す高温高湿下で劣化しやすいシリコーンゲル37を用いているが、一対の透明板32A,32Bとスペーサ部材33とによる密閉された空間部34に蛍光体36入りシリコーンゲル37を封止した構成なので、水蒸気の透過がなく、高温高湿環境下でも高耐久力および高信頼性を得ることができる。
Moreover, although the
さらに、空間部34に封入された蛍光体36入りシリコーンゲル37は、色変換効率の良い均等厚さ(0.3〜1.5mm範囲内の均等厚さ)を常に維持する構成なので、励起波長のバラツキも少ない。
Further, the
次に、図20及び図21に示す色変換板31(31C)は、一対の透明板32A,32B間に位置するスペーサ部材33がガラスフリットによる枠状のスクリーン印刷層で形成される。また、この枠状のスクリーン印刷層の未形成部分で貫通穴35を形成している。尚、図18及び図19に示す色変換板31Bと同一の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略している。
Next, in the color conversion plate 31 (31C) shown in FIG. 20 and FIG. 21, the
上記構成による色変換板31Cを組み立てる場合には、一対の透明板32A,32Bのそれぞれの貫通穴35が形成される位置及び空間部34が形成される位置をマスクした状態でガラスフリットをスクリーン印刷して枠状のスクリーン印刷層(スペーサ部材33)を形成する。このスクリーン印刷層は、一対の透明板32A,32Bに形成されるスクリーン印刷層を重ね合わせて密閉された空間部34を形成したときに均等厚さ(好ましくは0.3〜1.5mm範囲内の均等厚さ)となるように形成され、必要に応じて多層印刷しても良い。そして、このスクリーン印刷層が形成された一対の透明板32A,32Bを所定条件(例えば120℃で10分間)で焼き付けて仮焼成する。その後、一対の透明板32A,32Bのスクリーン印刷層を対面させ、均等厚さ(好ましくは0.3〜1.5mm範囲内の均等厚さ)の密閉された空間部34が形成されるように、一対の透明板32A,32Bを重ね合わせ、所定条件(例えば580℃)で焼き付けて本焼成する。続いて、貫通穴35から蛍光体36入りシリコーンゲル37を注入し、貫通穴35を例えば紫外線硬化型接着剤で接着して封止する。これにより、図5に示すような色変換板31Cが完成される。尚、一対の透明板32A,32Bとしては、両者の線膨張係数が合う材料が選定される。
When assembling the
尚、スペーサ部材33としてのスクリーン印刷層は、所定厚さ(好ましくは0.3〜1.5mm範囲内の均等厚さ)が得られるように、一対の透明板32A,32Bのそれぞれに均等厚さ又は異なる厚さに形成する他、一方の透明板32A又は32Bのみに形成しても良い。
The screen printing layer as the
上記構成による色変換板31Cは、一つの部品として取り扱え、第3形態の光源装置1に用いることができ、上述した色変換板31A,31Bと同様に、光源装置1を完成させる前段階で板受け凹部16に色変換板31Cを載置して仮実装する。この状態で半導体発光素子を発光駆動すれば、半導体発光素子自身の発光色と、色変換板31C内の蛍光体36による色変換された光との混合による色変換光が色変換板31Cの光出射面31bから外部に出射される。
The
そして、色変換板31Cを仮実装して半導体発光素子を発光駆動する作業を色変換板31Cを交換して光源装置1毎に繰り返せば、光源装置1を完成させる前に、励起波長を細分化し、バラツキ度合に応じてグループ毎に事前に分類することができる。これにより、光源装置1に実装された半導体発光素子との組み合わせで得られる発光色毎に色変換板31Cを事前に分類しておくことができる。そして、光源装置1を完成させるときに所望の色変換光が得られる色変換板31Cを実装することができる。
If the operation of temporarily mounting the
また、水蒸気を良く通す高温高湿下で劣化しやすいシリコーンゲル37を用いているが、一対の透明板32A,32Bとスクリーン印刷層によるスペーサ部材33とで密閉された空間部34に蛍光体36入りシリコーンゲル37を封止した構成なので、水蒸気の透過がなく、高温高湿環境下でも高耐久力および高信頼性を得ることができる。
Moreover, although the
さらに、空間部34に封入された蛍光体36入りシリコーンゲル37は、色変換効率の良い均等厚さ(0.3〜1.5mm範囲内の均等厚さ)を常に維持する構成なので、励起波長のバラツキも少ない。
Further, the
次に、図22に示す色変換板31(31D)は、密閉された均等厚さ(好ましくは0.3〜1.5mm範囲内の均等厚さ)の空間部34を形成する一対の透明板32A,32Bの内面(光透過面31c)に予め蛍光体36のみを塗布しておき、必要に応じて貫通穴35から空間部34に不活性ガスを封入し、貫通穴35を例えば紫外線硬化型樹脂で接着して封止する。尚、図18及び図19の色変換板31Bと同一の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略している。
Next, the color conversion plate 31 (31D) shown in FIG. 22 is a pair of transparent plates that form a sealed
このように構成される色変換板31Dも、上述した色変換板31A〜31Cと同様に、一つの部品として取り扱え、色変換板31Dを板受け凹部16に仮実装して半導体発光素子を発光駆動する作業を色変換板31Dを交換して光源装置1毎に繰り返せば、光源装置1を完成させる前に、励起波長を細分化し、バラツキ度合に応じてグループ毎に事前に分類することができる。これにより、光源装置1に実装された半導体発光素子との組み合わせで得られる発光色毎に色変換板31Dを事前に分類しておくことができる。そして、光源装置1を完成させるときに所望の色変換光が得られる色変換板31Dを実装することができる。
Similarly to the
また、色変換板31Dによれば、高温高湿環境下で不安定なシリコーンを用いずに安定した色変換光を得ることができる。
Further, according to the
ところで、上述した色変換板31A〜31Dの構成において、図23に示すように、微細な凸状からなるドット部38を光出射面31bに形成するようにしても良い。このドット部38は、微細な凸状に限らず、微細な凹状や微細な凸状と微細な凹状の組み合わせで形成することもできる。これにより、色変換板31によって色変換された光が光出射面31bにおいて、ドット部38で屈折や反射により取り出し効率を向上させることができる。
Incidentally, in the configuration of the
尚、図示はしないが、上記ドット部38は、空間部34内の壁面(光透過面31c、スペーサ部材33の内側壁面)に形成し、空間部34内で光を屈折、反射させることもできる。
Although not shown, the
また、上述した色変換板31A〜31Dは、外観形状が長方形の場合を例にとって説明したが、長方形に限定されるものではない。例えば正方形、六角形、円形などの各種形状が考えられ、使用用途に応じて適宜最適な形状を選択することができる。
In addition, the
そして、以上のように構成される光源装置1(1A〜1C)は、図15や図16に示すように、1枚の放熱板17上に複数並べて平面実装することができる。
And the light source device 1 (1A-1C) comprised as mentioned above can be mounted in plane by arranging in multiple numbers on the one
図16に示すように、放熱板17には、実装される各光源装置1の取付片9の受け部9aと対応してネジ穴17aが形成されている。そして、放熱板17に複数の光源装置1を実装するにあたっては、各光源装置1の取付片9の受け部9aをネジ穴17aの外周に位置合わせし、各光源装置1のケース2の底部2aを前述した特殊熱伝導性シリコーンゲルによって固着し、取付片9側から取付ネジ18をネジ穴17aに螺合し、取付ネジ18によって各光源装置1の取付片9を放熱板17に締めつけて固定する。
As shown in FIG. 16, the
尚、図15や図16では、複数の光源装置1を放熱板17上にマトリックス状に平面実装した例を示しているが、ライン状に平面実装することもできる。これにより、光源装置1を放熱板17上に固着してネジ止めするだけの簡単な構成で所望する発光面積の平面光源を得ることができる。また、半導体発光素子11を発光駆動した際に各光源装置1毎に発生する熱を共通の1枚の放熱板17を介して効率的に外部に放出することができる。
15 and 16 show an example in which a plurality of
このように、本例の光源装置1によれば、半導体発光素子11を実装した素子実装基板3と、素子実装基板3を収容固定するケース2とが熱伝導性の良好な材料で構成されるので、半導体発光素子11の発光駆動時に発生する熱を素子実装基板3からケース2を介して外部に放出することができる。これにより、半導体発光素子11に大電力を入力することが可能となり、パワーLEDとしての光源装置を提供することができる。
Thus, according to the
また、素子実装基板3を収容固定したケース2の底部2aが面一なので、光源を必要とする装置(例えば液晶表示装置など)に平面実装でき、ケース2の表面2b側に表出する一対の電極10から電源を供給して発光駆動することができる。
Further, since the bottom 2a of the
さらに、素子実装基板3を収容固定するケース2として、機械的強度が高く、加工性、熱伝導性、光反射性の良好な金属を選択すれば、素子実装基板3の収容機能、リフレクタ機能、放熱機能の3つの機能を1つの部品で実現することができる。
Further, as the
また、半導体発光素子11上の空隙部12内には、ゲル材(蛍光体36入りシリコーンゲル37や透明なシリコーンゲル15)が封入される構成なので、ワイヤーボンディングによるフェイスアップ実装を採用した場合でも、ワイヤーに余計なストレスが加わることなく、ワイヤーの破損を防ぐことができる。これにより、フェイスアップ実装とフリップチップ実装との両方の実装に対応でき、低応力で信頼性の高いデバイスを提供することができる。しかも、蛍光体36が混入される材料として、流動性を有するゲル材(シリコーンゲル37)を用いるので、ゲル材に対して蛍光体36を均一に混ぜてバラツキを低減することができる。
Moreover, since the gel material (
さらに、複数の光源装置1を放熱板17上にライン状やマトリックス状に平面実装する構成によれば、所望する発光面積の平面光源を得ることができる。また、半導体発光素子11を発光駆動した際に各光源装置1毎に発生する熱を共通の1枚の放熱板17を介して効率的に外部に放出することができる。
Furthermore, according to the configuration in which the plurality of
そして、第3形態の光源装置1Cのように、色変換板31として図17〜図23に示すような構成を採用すれば、色変換板31を一つの部品として手軽に取り扱うことができる。そして、光源装置1Cを完成させる前に、色変換板31を光源装置1Cに仮実装して半導体発光素子11を発光駆動することにより、励起波長を細分化し、バラツキ度合に応じて色変換板31をグループ毎に事前に分類できるので、半導体発光素子11の波長に応じて、また各用途別に最適なものを供給することができる。
And if the structure as shown in FIGS. 17-23 is employ | adopted as the
また、図18〜図21に示すように、一対の透明板32A,32Bと枠状のスペーサ部材33との間に形成される空間部34に蛍光体36入りシリコーンゲル37を封止した構成によれば、シリコーンゲルを用いても、空間部34への水蒸気の透過がなく、高温高湿環境下での高耐力、高信頼性を得ることができる。
Further, as shown in FIGS. 18 to 21, a
さらに、一対の透明板32A,32Bと枠状のスペーサ部材33とによって均等厚さに密閉された空間部34内の光が透過する壁面に蛍光体36を被着したり、密閉された空間部34内に蛍光体36入りシリコーンゲル37を封入した構成によれば、空間部34の厚みが一対の透明板32A,32Bと枠状のスペーサ部材33とによって常に一定の厚みに維持されるので、励起波長のバラツキも少ない。
Further, the
また、図20及び図21に示すように、スペーサ部材33をスクリーン印刷層で形成すれば、既存の確立されたスクリーン印刷技術を用いて生産でき、量産性の向上を図ることができる。
Also, as shown in FIGS. 20 and 21, if the
さらに、図23に示すように、光出射面31bに微細な凸状や凹状のドット部38を形成すれば、ドット部38における屈折や反射により色変換光の取り出し効率を向上させることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 23, if a fine convex or
1(1A〜1C) 光源装置
2 ケース
3 素子実装基板
4 出射窓板
5 開口部
6 基板収容凹部
7 窓穴
8 貫通穴
9 取付片
10 電極
11 半導体発光素子
12 空隙部
13 板受け凹部
14 放熱フィン
15 シリコーンゲル
16 板受け凹部
17 放熱板
18 取付ネジ
31(31A〜31D) 色変換板
32 透明板
33 スペーサ部材
34 空間部
35 貫通穴
36 蛍光体
37 シリコーンゲル
38 ドット部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 (1A-1C)
Claims (10)
熱伝導性を有する材料からなり、前記半導体発光素子を表面のパターン上に載置した基板と、
熱伝導性を有する金属からなり、底部から表面に向けて貫通した開口部を有し、前記半導体発光素子が前記開口部に臨むように、該開口部の前記底部側に前記基板を収容して固定される凹部が形成されたケースとを備えたことを特徴とする光源装置。 In a light source device that mounts a semiconductor light emitting element and emits light from the semiconductor light emitting element to the outside,
A substrate made of a material having thermal conductivity, the semiconductor light-emitting element placed on a surface pattern,
It is made of a metal having thermal conductivity, has an opening that penetrates from the bottom toward the surface, and accommodates the substrate on the bottom side of the opening so that the semiconductor light emitting element faces the opening. A light source device comprising a case in which a recessed portion to be fixed is formed.
前記ケースには、前記空隙部に臨む貫通穴が形成されており、
前記半導体発光素子からの光を色変換する蛍光体入りシリコーンゲルを前記貫通穴から前記空隙部に封入し、前記貫通穴を封止したことを特徴とする請求項1記載の光源装置。 An emission window plate having translucency is fixed to the case so as to face the substrate so as to form a gap in the opening.
The case is formed with a through hole facing the gap,
2. The light source device according to claim 1, wherein a phosphor-containing silicone gel for color-converting light from the semiconductor light emitting element is sealed in the gap from the through hole, and the through hole is sealed.
前記ケースには、前記空隙部に臨む貫通穴が形成されており、
透明なシリコーンゲルを前記貫通穴から前記空隙部に封入し、前記貫通穴を封止したことを特徴とする請求項1記載の光源装置。 A color conversion plate containing a phosphor for color-converting light from the semiconductor light emitting element is fixed to the case so as to face the substrate so as to form a gap in the opening.
The case is formed with a through hole facing the gap,
2. The light source device according to claim 1, wherein a transparent silicone gel is sealed in the gap from the through hole, and the through hole is sealed.
均等厚さに密閉された空間部を形成するように前記一対の透明板間に固定された枠状のスペーサ部材とを備え、
前記空間部内の光が透過する壁面に蛍光体を被着したことを特徴とする請求項3記載の光源装置。 The color conversion plate includes a pair of transparent plates disposed to face each other,
A frame-shaped spacer member fixed between the pair of transparent plates so as to form a space sealed in an even thickness,
4. The light source device according to claim 3, wherein a phosphor is attached to a wall surface through which light in the space portion is transmitted.
均等厚さに密閉された空間部を形成するように前記一対の透明板間に固定され、前記空間部に通じる貫通穴を有する枠状のスペーサ部材とを備え、
蛍光体が分散混入されたシリコーンゲルを前記貫通穴から前記空間部に封入し、前記貫通穴を封止したことを特徴とする請求項3記載の光源装置。 The color conversion plate includes a pair of transparent plates disposed to face each other,
A frame-shaped spacer member fixed between the pair of transparent plates so as to form a space portion hermetically sealed with a uniform thickness, and having a through hole that leads to the space portion;
4. The light source device according to claim 3, wherein a silicone gel in which a phosphor is dispersed and mixed is sealed in the space from the through hole, and the through hole is sealed.
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