JP2012114116A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度の発光装置１を提供する。
【解決手段】発光装置１は、青色ＬＥＤ１１と、青色ＬＥＤ１１を覆う黄色光を発生する蛍光体混合透明樹脂１２と、蛍光体混合透明樹脂１２の上に配設された赤色ＬＥＤ１３と、赤色ＬＥＤ１３を覆う透明樹脂１４と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光素子を有する発光装置に関する。

半導体発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率がよい。このため、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）などの半導体発光素子を有する発光装置は、各種の光源として利用されている。半導体発光素子が発生する光は急峻なスペクトル分布を有する。このため、例えば白色光を発生する発光装置においては、異なる波長の光を発生する複数の半導体発光素子を用いる必要がある

特開２００８−１３０７７７号公報には、青色ＬＥＤ１１１、緑色ＬＥＤ１１３および赤色ＬＥＤ１１５を組み合わせた、いわゆる三波長混合型の白色光を発生する発光装置１０１が、開示されている。図１に示すように、発光装置１０１は、配線板１１０と、配線板１１０上にダイボンディングされている青色ＬＥＤ１１１と、青色ＬＥＤ１１１上に透明樹脂１１２を介して接着されている緑色ＬＥＤ１１３と、さらに、緑色ＬＥＤ１１３上に透明樹脂１１４を介して接着されている赤色ＬＥＤ１１５とを有する。

しかし、発光素子を三層積層した発光装置１０１は、発光素子の発光した光が、上にある発光素子および透明樹脂の透過率の影響により減衰してしまうために、高輝度化が容易とはいえない場合があった。

特開２００８−１３０７７７号公報

本発明は、高輝度の発光装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態の発光装置は、第１の波長帯の光を発生する第１の発光素子と、前記第１の発光素子を覆う第１の封止樹脂と、前記第１の封止樹脂の上に配設され、第２の波長帯の光を発生する第２の発光素子と、前記第２の発光素子を覆う第２の封止樹脂と、を具備する。

本発明の実施形態によれば、高輝度の発光装置を提供することができる。

公知の発光装置の断面構造を説明するための説明図である。 第１実施形態の発光装置の断面構造を説明するための説明図である。 第１実施形態の発光装置の発光波長を説明するための説明図である。 第２実施形態の発光装置の構断面造を説明するための説明図である。 第２実施形態の発光装置の発光波長を説明するための説明図である。 第２実施形態の発光装置の発光波長を説明するための説明図である。 第２実施形態の発光装置の発光波長を説明するための説明図である。 第３実施形態の内視鏡を説明するための説明図である。

＜第１実施形態＞
図２は第１実施形態の発光装置１の断面構造を説明するための説明図である。なお、以下の図は全て模式図であり、縦横の寸法比等は実際とは異なっている。

図２に示すように、発光装置１は、基体１０と、第１の発光素子である青色ＬＥＤ１１と、第１の封止樹脂である蛍光体混合透明樹脂（以下「蛍光樹脂」ともいう）１２と、第２の発光素子である赤色ＬＥＤ１３と、第２の封止樹脂である透明樹脂１４と、を有する。青色ＬＥＤ１１と赤色ＬＥＤ１３とはほぼ同一光軸線Ｏ上に配設されている。

青色ＬＥＤ１１は基体１０の上にダイボンドされ、蛍光樹脂１２は青色ＬＥＤ１１を覆い封止している。赤色ＬＥＤ１３は蛍光樹脂１２上にダイボンドされ、透明樹脂１４は赤色ＬＥＤ１３を覆い封止している。

図３に示すように、青色ＬＥＤ１１は、波長３９５ｎｍ〜４８０ｎｍの紫〜青色光を発光し、赤色ＬＥＤ１３は、波長６００ｎｍ〜６５０ｎｍの赤色光を発光する。蛍光樹脂１２は、青色光を受光すると、より波長の長い波長５００ｎｍ〜５８０ｎｍの黄色光を発生する蛍光体１２Ａが混合された透明樹脂１２Ｂからなる。なお発光波長は半値幅波長で示す。

発光素子としては、ＬＥＤが好ましいが、半導体発光素子であれば、ＬＤ等でも同様の効果を奏することができ、さらには有機ＥＬ素子であってもよい。蛍光体１２Ａとしては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体またはＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体等の微粒子を用いることができる。

基体１０は、セラミック、ガラス、窒化アルミ、アルミ、銅、ガラエポ、またはポリイミド等からなり、パッケージ機能を有するパッケージでもよい。

青色ＬＥＤ１１および赤色ＬＥＤ１３のダイボンド方法は、透明樹脂接着剤、白色樹脂接着剤、Ａｇペースト、または共晶はんだ、などによる。

青色ＬＥＤ１１および赤色ＬＥＤ１３のボンディングパッド（不図示）は、基体１０のボンディングリード１０Ａと、Ａｕ、Ａｌ、またはＣｕ等の金属細線からなるボンディングワイヤー１５により電気的に接続されている。

なお、青色ＬＥＤ１１および赤色ＬＥＤ１３と、基体１０との電気的接続は、フリップチップ方式、またはＴＡＢ（Tape Ａｕtomated Bonding）方式でもよい。透明樹脂１２Ｂおよび透明樹脂１４としては、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、またはアクリル系樹脂等を用いる。蛍光樹脂１２として、蛍光体１２Ａを混合した蛍光体混合平板を用いてもよい。また、青色ＬＥＤ１１／赤色ＬＥＤ１３を透明樹脂で封止後に、透明樹脂上に蛍光体混合平板を接着してもよい。透明平板としては、ガラス板、石英板、サファイア板、窒化アルミ板、または透明樹脂板等を用いることができる。

発光装置１は、発光素子を２個しか積層していないが、波長３９５ｎｍ〜４８０ｎｍの紫〜青色光と、波長５００ｎｍ〜５８０ｎｍの黄色光と、波長６００ｎｍ〜６５０ｎｍの赤色光と、からなる三波長混合の高輝度の白色光を発生する。

＜第１実施形態の変形例＞
第１の発光素子、蛍光樹脂１２の蛍光体１２Ａ、第２の発光素子の組み合わせは、蛍光体１２Ａの発光波長が第１の発光素子の発光波長よりも長波長であればよい。

例えば、第１の発光素子の発光波長が、３９５〜４８０ｎｍ（紫〜青色）、蛍光体１２Ａの発光波長が、６００ｎｍ〜６５０ｎｍ（赤色）、第２の発光素子の発光波長が、５００ｎｍ〜５８０ｎｍ（緑〜黄色）の組み合わせである。
また、例えば、第１の発光素子の発光波長が、５００ｎｍ〜５８０ｎｍ（緑〜黄色）、蛍光体１２Ａの発光波長が、６００ｎｍ〜６５０ｎｍ（赤色）、第２の発光素子の発光波長が、３９５〜４８０ｎｍ（紫〜青色）の組み合わせでもよい。

蛍光樹脂１２と透明樹脂１４の積層順序は逆でもよい。すなわち、第１の発光素子を透明樹脂１４で封止し、第２の発光素子を蛍光樹脂１２で封止してもよい。その場合、蛍光体１２Ａの発光波長は、第１の発光素子および第２の発光素子の両方の発光波長、または、どちらか一方の発光波長よりも長波長とする。例えば、第１の発光素子の発光波長は、６００ｎｍ〜６５０ｎｍ（赤色）、第２の発光素子の発光波長は、３９５〜４８０ｎｍ（紫〜青色）、第２の発光素子の上の蛍光樹脂１２の蛍光体１２Ａの発光波長は、５００ｎｍ〜５８０ｎｍ（緑〜黄色）の組み合わせである。

第２の発光素子を封止した上に、レンズ／プリズムなどの光学部品を接着してもよい。また、第２の発光素子を封止する透明平板が、光学部品機能を有していてもよい。

第１の発光素子および第２の発光素子の光を効率的に外部に出射するために、基体１０に反射面を有する反射部材（リフレクター）を有していてもよい。また基体１０（パッケージ）の内面／発光素子の側面に反射膜を形成してもよい。反射部材／反射膜は、第１の発光素子および第２の発光素子の両方またはどちらか一方だけに配設してもよい。反射膜として、白塗装、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕなどの膜を形成してよい。第１の発光素子の反射面と、第２の発光素子の反射面に形成する反射膜と、は同じ膜、または違う膜を形成してもよい。

蛍光樹脂１２の蛍光体１２Ａとして、４８０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長で、発光素子の発光波長より長波長で発光する複数の種類の蛍光体を混合して用いてもよい。

第２の発光素子搭載前に、第２の発光素子で発生した熱を効率的に基体に放熱するための放熱板を設けてもよい。放熱板は透明部材または不透明部材のどちらでもよい。透明部材の場合は、窒化アルミニウム、ガラス、サファイア、または石英等を用いることができる。特に放熱性向上の観点からは熱伝導率の高い窒化アルミニウムが好ましい。不透明部材の場合は、Ｃｕ、Ａｌ、ＳＵＳ、または真鍮等の金属を用いることもできるが、第１の発光素子および蛍光樹脂１２が発生した光を、大きくは遮光しないようにする。

第１の発光素子と第２の発光素子とは、ほぼ同じサイズでもよいし、違うサイズでもよい。ここでサイズとは、ＬＥＤの上面／下面の辺の長さである。

第１の発光素子と第２の発光素子とは、両方が同時に点灯してもよいし、どちらか一方のみを点灯したり、交互に点灯したりしてもよい。

第１の発光素子を第１の基体または第１のパッケージに実装後、第２の発光素子を実装した第２の基体または第２のパッケージを、第１の発光素子のほぼ同一光軸線Ｏ上に第２の発光素子が配置されるように、第１の基体または第２のパッケージ上に接着してもよい。

本変形例の発光装置は、高演色性を維持しながら、高輝度化が可能である。また、本変形例の発光装置は、発光素子が２層構造なので、作りやすく小型化が可能である。さらに本変形例の発光装置は、電気的な接続数が少ないので、信頼性が高い。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の発光装置１Ａについて説明する。発光装置１Ａは第１の実施形態の発光装置１と類似しているので類似の構成要素の説明は省略する。

図４に示すように、発光装置１Ａは、第１の発光素子である青色ＬＥＤ２１と、第１の封止樹脂である第１の蛍光体混合透明樹脂（以下「第１の蛍光樹脂」ともいう）２２と、第２の発光素子である紫色ＬＥＤ２３と、第２の封止樹脂である第２の蛍光体混合透明樹脂（以下「第２の蛍光樹脂」ともいう）２４と、を有する。

青色ＬＥＤ２１は基体１０の上にダイボンドされ、第１の蛍光樹脂２２は青色ＬＥＤ２１を覆い封止している。紫色ＬＥＤ２３は第１の蛍光樹脂２２上にダイボンドされ、第２の蛍光樹脂２４は紫色ＬＥＤ２３を覆い封止している。

第１の蛍光樹脂２２は、第１の蛍光体２６が混合された透明樹脂２７からなり、第２の蛍光樹脂２４は、第２の蛍光体２８が混合された透明樹脂２９からなる。

第１の蛍光樹脂２２の第１の蛍光体２６の発光波長は、第１の発光素子の発光波長より長波長である。第２の蛍光樹脂２４の第２の蛍光体２８の発光波長は、第１の発光素子および第２の発光素子の両方の発光波長、または、どちらか一方の発光波長よりも長波長である。それぞれの蛍光体の発光波長と発光素子の発光波長との関係を満たす組み合わせであれば、どのような組み合わせでもよい。

例えば、第１、第２の発光素子の発光波長が、３９５ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲であり、第１、第２の蛍光樹脂の蛍光体の発光波長は、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲であり、上記条件を満たす組み合わせを用いる。

例えば、波長５００〜５８０ｎｍ（緑〜黄色）の光を発生するＬＥＤ２１を、波長６００ｎｍ〜６５０ｎｍの赤色光を発光する第１の蛍光体２６を混合した第１の蛍光樹脂２２により封止する。第１の蛍光樹脂２２上の、波長３９５〜４８０ｎｍの青色光を発生するＬＥＤ２３を、波長５８０ｎｍ〜６００ｎｍ（橙色）の光を発光する第２の蛍光体２８を混合した第２の蛍光樹脂２４により封止する。

第１の蛍光樹脂２２の第１の蛍光体２６は、第１の発光素子の発光波長より長波長の波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの蛍光を発光する複数種類の蛍光体を第１の透明樹脂２７に混合してもよい。

第２の蛍光樹脂２４の第２の蛍光体２８は、第１および第２の発光素子の両方の発光波長、または、どちらか一方の発光波長よりも長波長の蛍光を発生する複数種類の蛍光体を第２の透明樹脂２９に混合してもよい。

第１の透明樹脂２７および第２の透明樹脂２９は、第１実施形態の透明樹脂１２Ｂ、１４と同様の材料等から選択される。

図５に示すように、発光装置１Ａは、第１の発光素子２１の発光波長５００ｎｍ〜５８０ｎｍと、第１の蛍光樹脂２２の第１の蛍光体２６の発光波長６００ｎｍ〜６５０ｎｍと、第２の発光素子２３の発光波長３９５ｎｍ〜４８０ｎｍと、第２の蛍光樹脂２４の第２の蛍光体２８の発光波長５８０ｎｍ〜６００ｎｍと、からなる四波長の光が混合した光を発生する。発光装置１Ａが発生する四波長混合光は、波長抜けが少なく高演色性である。

すなわち、発光装置１Ａは、発光装置１が有する効果を有し、さらに演色性がよい。

なお、第１実施形態の発光装置１の変形例で説明した内容は発光装置１Ａにも適用可能である。

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態の発光装置１Ｂおよび医療用内視鏡（以下、「内視鏡」という）２について説明する。

発光装置１Ｂの構造は、発光装置１Ａと同様であるが、発光波長が異なる。すなわち、発光装置１Ｂは、例えば、波長４５０〜４８０ｎｍの光を発生する青色ＬＥＤ２１を、波長６００ｎｍ〜６５０ｎｍ（赤色）の光を発光する第１の蛍光体２６を混合した第１の蛍光樹脂２２により封止し、その上の波長３９０ｎｍ〜４４５ｎｍの光を発生する紫色ＬＥＤ２３を、波長５８０ｎｍ〜６００ｎｍ（緑色）の光を発光する第２の蛍光体２８を混合した第２の蛍光樹脂２４により封止した構造を有する。

発光装置１Ｂは、発光モードの切り替え（選択）が可能である。すなわち、第１の発光モードでは青色ＬＥＤ２１のみに通電される。すると、第１の蛍光樹脂２２および第２の蛍光樹脂２４が光を発生する。このため、図６に示すように、発光装置１Ｂは、第１の発光モードでは青色光と赤色光と緑色光とからなる三波長混合の高輝度の白色光を発生する。

これに対して、発光装置１Ｂは、第２の発光モードでは紫色ＬＥＤ２３のみに通電される。すると、第２の蛍光樹脂２４が光を発生する。このため、図７に示すように発光装置１Ｂは、第２の発光モードでは紫色光と緑色光とからなる二波長混合の高輝度の狭帯域光を発生する。なお、第１の蛍光樹脂２２も発光するが、発光強度が小さいため無視できるレベルである。

ここで、発光装置１Ｂは小型であるため、内視鏡２の先端部３０Ａに配設して、体内を照明する光源装置に適している。
例えば、図８に示すように内視鏡２の挿入部３０の先端部３０Ａには、発光装置１Ｂと照明光学系３４とを有する照明部３５、および、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ３２と撮像光学系３１とを有する撮像部３３とが配設されている。

内視鏡２は、照明部３５から出射された照明光によって照らされた観察部位の観察像を撮像部３３により撮影する。

内視鏡２による観察として、可視光を用いた通常光観察（白色光観察：White Light Imaｇing：ＷＬＩ）が広く行われているが、照射光の波長特性を利用した特殊光観察も行われるようになってきた。例えば、狭帯域光観察（Narrow Band Imaｇing：ＮＢＩ）では、血管を高いコントラストで観察するために、血液に強く吸収され、かつ粘膜表層で強く反射・散乱される、という特長を併せ持つ光の利用に着目し、青色狭帯域光と緑色狭帯域光とを照射することにより、粘膜表層の毛細血管と深部の太い血管とのコントラストを強調表示することができる。

内視鏡２は、発光装置１Ｂの第２の発光モード（狭帯域光観察モード）により狭帯域光観察を行う。また内視鏡２は、発光装置１Ｂの第１の発光モード（白色光観察モード）により通常観察を行う。

なお、白色光の光軸と狭帯域光の光軸とがずれていると、白色光で観察した場合と、狭帯域光で観察した場合の被写体の見え方にずれが生じるため、観察しにくくなる。しかし、発光装置１Ｂは、発光モードの切り替えを行っても、出射する光の中心は同一の光軸線Ｏ上にあるため観察が容易である。

発光装置１Ｂを有する内視鏡２は、ほぼ同一光軸線Ｏ上で光の三原色（赤色、緑色、青色）を混色した三波混合光からなる高演色性の白色光モードと、狭帯域光モードとの切り替えが可能である。

なお、内視鏡２の発光装置１Ｂは、発光装置１Ａと同じ四波長混合光による高演色光観察モードを第３の発光モードとして選択可能であってもよいし、高演色光観察モードを白色光観察モードとして用いてもよい。

本発明は上述した実施の形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。

１、１Ａ、１Ｂ…発光装置、２…内視鏡、１０…基体、１０Ａ…ボンディングリード、１１…青色ＬＥＤ、１２…蛍光体混合透明樹脂、１２Ａ…蛍光体、１２Ｂ…透明樹脂、１３…赤色ＬＥＤ、１４…透明樹脂、１５、２５…ボンディングワイヤー、２１…青色ＬＥＤ、２２…蛍光体混合透明樹脂、２３…紫色ＬＥＤ、２４…蛍光体混合透明樹脂、２６、２８…蛍光体、３０…挿入部、３０Ａ…先端部、３１…撮像光学系、３２…イメージセンサ、３３…撮像部、３４…照明光学系、３５…照明部、１０１…発光装置、１１０…配線板、１１１、１１３、１１５…ＬＥＤ、１１２、１１４…透明樹脂

Claims (9)

1. 第１の波長帯の光を発生する第１の発光素子と、
   前記第１の発光素子を覆う第１の封止樹脂と、
   前記第１の封止樹脂の上に配設され、第２の波長帯の光を発生する第２の発光素子と、
   前記第２の発光素子を覆う第２の封止樹脂と、を具備することを特徴とする発光装置。
2. 前記第１の発光素子および前記第２の発光素子が、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とが、同一光軸線上に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第１の封止樹脂に、前記第１の波長帯の光を、より長波長の第３の波長帯の光に変換する第１の蛍光体が混合されており、前記第２の封止樹脂に、前記第２の波長帯の光を、より長波長の第４の波長帯の光に変換する第２の蛍光体が混合されていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記第１の発光素子のみを発光し、三波長混合光を発生する第１の発光モードと、
   前記第２の発光素子のみを発光し、二波長混合光を発生する第２の発光モードと、の発光モード切り替えが可能なことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記第１の波長帯の光が青色光であり、前記第２の波長帯の光が紫色光であり、前記第３の波長帯の光が赤色光であり、前記第４の波長帯の光が緑色光であることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 前記第１の発光モードが白色光モードであり、前記第２の発光モードが狭帯域光モードである医療用内視鏡の光源であることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記第１の封止樹脂に、前記第１の波長帯の光を、より長波長の第３の波長帯の光に変換する第１の蛍光体が混合されていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
9. 前記第２の封止樹脂に、前記第２の波長帯の光を、より長波長の第４の波長帯の光に変換する第２の蛍光体が混合されていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。

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