JP2012119544A - Ｌｅｄ発光体 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップからの発熱を効率的に放熱できるＬＥＤ発光体を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップを密に覆って形成された封止層と、蛍光剤を分散状態で含有した蛍光層とを積層して構成されたＬＥＤ発光体であって、前記蛍光層は、前記蛍光剤が透明性窒化アルミニウム中に分散されているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱性に優れたＬＥＤ発光体に関する。

従来、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて青色光又は紫外線を放射するＬＥＤチップと種々の蛍光剤とを組み合わせることにより、白色をはじめとするＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を発するＬＥＤ発光体が開発されている（特許文献１）。ＬＥＤチップを用いたこのようなＬＥＤ発光体は、小型、省電力、長寿命等の長所があり、表示用光源や照明用光源として広く用いられている。特に近時では高出力、高輝度のＬＥＤチップが開発されてきており、その用途は益々増大の一途にある。

ところで、ＬＥＤチップ内部での電力損失は熱エネルギーに変換されジャンクション温度の上昇原因となるが、ＬＥＤチップは温度に敏感で、温度が上昇してくると結晶の熱じょう乱が激しくなり、多数の電子・正孔対が発生し正常な動作が得られにくくなる。このため、ＬＥＤチップが高出力化すると、ＬＥＤチップの発熱量が増大し、その熱によってＬＥＤチップそのものが劣化するという問題が生じている。また、蛍光剤も熱に脆弱であることから、ＬＥＤチップからの伝熱に起因する熱劣化による蛍光剤の発光効率や輝度の低下も解決が急がれる問題である。

そこで、従来は、このようなＬＥＤチップを用いたＬＥＤ発光体の下に放熱板を敷き、ここから熱を発散させるようにしている。

特開２００５−１９１１９７号公報

本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、ＬＥＤチップからの発熱を効率的に放熱できるＬＥＤ発光体を提供することをその主たる所期課題としたものである。

すなわち本発明に係るＬＥＤ発光体は、ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップを密に覆って形成された封止層と、蛍光剤を分散状態で含有した蛍光層とを積層して構成されたＬＥＤ発光体であって、前記蛍光層は、前記蛍光剤が透明性窒化アルミニウム中に分散されてなるものであることを特徴とする。

このようなものであれば、蛍光層自体が、熱伝導率の高い透明性窒化アルミニウムから構成されているので、光透過性を確保しつつ、ＬＥＤチップの発熱を効率的に放熱できる。

前記蛍光層は、より具体的には、前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材が前記封止層の上に積層されて一体化されたものであることが好ましい。このように、蛍光層が、予め焼成された透明性窒化アルミニウム板を封止層上に積層することによって形成されると、ＬＥＤ発光体を効率的に組立できるとともに、その品質が安定する。

前記封止層は、シリコーン樹脂封止剤からなることが好ましく、また、前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材は、前記封止層上にシリコーン樹脂接着剤により接着されて一体化されたものであるか、又は、前記シリコーン樹脂封止剤の硬化前に前記封止層上に積層されて一体化されたものであることが好ましい。このように、封止層と透明性窒化アルミニウムの板材からなる蛍光層とが、シリコーン樹脂接着剤や未硬化のシリコーン樹脂封止剤により隙間無く一体化することにより、得られるＬＥＤ発光体は発光性能に優れたものとなる。

前記蛍光層は、それぞれ異なる色種の蛍光剤を含有する複数の層を積層して構成されたものであってもよい。

この際、緑色系の蛍光剤が上層に配置され、赤色系の蛍光剤が下層に配置されることが好ましい。このような順で配置することにより、熱に弱い緑色系の蛍光剤がＬＥＤチップからの発熱に起因して高温に曝されることがなく、一方、赤色系の蛍光剤は比較的熱に強いため下層に配置しても支承がなく、しかも赤色光は多段励起を起こさないことから上層の蛍光剤が赤色光により励起されることがない。なお、ここで、「下層」とはＬＥＤチップ側の層をいい、「上層」とはＬＥＤ発光体の光射出面側の層をいう。

前記それぞれ異なる色種の蛍光剤を含有する複数の層は、各々が必要とされる発光量に応じた厚さに形成されていてもよく、この際、例えば、前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材の積層板数を増減することにより、各々が必要とされる発光量に応じた厚さの層を形成することができる。このように異なる色種の蛍光剤を含有する各層の厚さを設定することにより、ＲＧＢが混色されて所望の色の光が得られる。

このような構成の本発明によれば、蛍光層のマトリックスとして透明性窒化アルミニウムを用いることにより、光透過性を確保しつつ、ＬＥＤチップからの発熱を効率的に放熱することができる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ発光体の縦断面図。 同実施形態に係るＬＥＤ発光体の平面図。 同実施形態に係るＬＥＤ発光体の製造工程を示す図。 同実施形態に係るＬＥＤ発光体の製造工程を示す図。 同実施形態に係るＬＥＤ発光体の製造工程を示す図。 他の実施形態に係るＬＥＤ発光体の縦断面図。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るＬＥＤ発光体１は、図１及び２に示すように、上端面２１に開口する凹部２２を有した基体２と、凹部２２の底面２２１に実装されたＬＥＤチップ３と、ＬＥＤチップ３を封止する封止層４と、封止層４の上に積層された蛍光層５とを備えたものである。

各部を詳述する。
基体２は、上端面２１に開口する凹部２２を有するものであり、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の熱伝導率が高い絶縁材料を成型してなるものが挙げられる。

基体２は、その凹部２２の底面２２１に後述するＬＥＤチップ３を実装するものであるが、当該底面２２１には、ＬＥＤチップ３が電気的に接続されるための配線導体（図示しない。）が形成されている。この配線導体が基体２内部に形成された配線層（図示しない。）を介してＬＥＤ発光体１の外表面に導出されて外部電気回路基板に接続されることにより、ＬＥＤチップ３と外部電気回路基板とが電気的に接続される。

基体２の凹部２２の側面２２２には段部２３が形成されており、当該段部２３の上端面に、その周縁部が載置されるように後述する蛍光層５を設置することにより、蛍光層５が基体２に対し、軸方向にも軸直交方向にも位置決めされるように構成してある。

また、基体２の凹部２２の側面２２２及び底面２２１を含む内面には、銀、アルミニウム、金等の金属メッキ等が施されることにより高反射率の金属薄膜が形成されており、リフレクタとして機能している。

ＬＥＤチップ３は、例えば、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体がｎ型層、発光層及びｐ型層の順に積層されたものであり、このようなＬＥＤチップ３は青色光や紫外光を発する。

ＬＥＤチップ３は、窒化ガリウム系化合物半導体を下（凹部２２の底面２２１側）にして凹部２２の底面２２１に半田バンプや金バンプ等（図示しない。）を用いてフリップチップ実装されている。

封止層４は、凹部２２に充実されてその内部にＬＥＤチップ３を封止するものであり、透光性及び耐熱性に優れ、ＬＥＤチップ３との屈折率差が小さいシリコーン樹脂封止剤からなるものである。

蛍光層５は、内部に蛍光剤５１を含有しており、封止層４の上に積層されている。このような蛍光層５は、蛍光剤５１を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材からなるものであり、それが封止層４の上に積層されて一体化されている。

蛍光層５が含有する蛍光剤５１としては特に限定されず、例えば、赤色系蛍光剤、緑色系蛍光剤、青色系蛍光剤、黄色系蛍光剤等が挙げられる。

蛍光剤５１として、赤色系蛍光剤、緑色系蛍光剤及び青色系蛍光剤を用いた場合、白色光を発するＬＥＤ発光体１を構成することができ、なかでも、ＬＥＤチップ３として紫外線や青色光を発するものを用いた場合、そのＬＥＤ発光体１が発する混合光は、ｘｙ色度座標のプランク軌跡上に調整しうる、太陽光に極めて近い自然な白色を再現できる。

蛍光剤５１を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材を封止層４上に積層して一体化するには、図３に示すように、封止層４を構成するシリコーン樹脂が硬化する前に封止層４上に蛍光層５を積層して一体化してもよく、また、図４に及び５示すように、シリコーン樹脂接着剤を用いて封止層４と蛍光層５とを接着して一体化してもよい。

以下、蛍光層５を封止層４上に積層して一体化する方法についてより詳細に説明する。封止層４を構成するシリコーン樹脂が硬化する前に蛍光層５を封止層４上に積層して一体化するには、まず、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、基体２の凹部２２に、段部２３の上端面より膨出する程度に多めにシリコーン樹脂封止剤を充填する。しかる後、図３（ｃ）〜（ｄ）に示すように、段部２３の上端面上にその周縁部が載置されるように蛍光層５を配設する。すると、溢れたシリコーン樹脂封止剤が段部２３の上端面と蛍光層５の下面との間に浸み出すが、浸み出したシリコーン樹脂封止剤は基体２と蛍光層５とを接着する接着剤として機能する。

一方、シリコーン樹脂接着剤を用いて封止層４と蛍光層５とを接着して一体化するには、まず、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、基体２の凹部２２に、適量のシリコーン樹脂封止剤を充填し、これを硬化させる。次いで、図５（ｃ）〜（ｄ）に示すように、蛍光層５の一面にシリコーン樹脂接着剤を載せてから、シリコーン樹脂接着剤が載っている面を封止層４に向けて、段部２３の上端面上にその周縁部が載置されるように蛍光層５を配設する。すると、蛍光層５と封止層４とが接着されるとともに、溢れたシリコーン樹脂接着剤が段部２３の上端面と蛍光層５の下面との間に浸み出して、基体２と蛍光層５とを接着する接着剤として機能する。

このような実施形態に係るＬＥＤ発光体１であれば、蛍光層５自体が、熱伝導率の高い透明性窒化アルミニウムから構成されているので、光透過性を確保しつつ、ＬＥＤチップ３からの発熱を効率的に放熱できる。

また、本実施形態では、蛍光層５が、予め焼成された透明性窒化アルミニウム板を封止層４上に積層することにより形成されるため、ＬＥＤ発光体１を効率的に組立できるとともに、その品質が安定する。

更に、本実施形態では、封止層４と透明性窒化アルミニウムの板材からなる蛍光層５とが、シリコーン樹脂接着剤や未硬化のシリコーン樹脂封止剤により、隙間無く一体化されるので、発光性能に優れたＬＥＤ発光体１を得ることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

蛍光層５は、図６に示すように、それぞれ異なる色種の蛍光剤５１を含有する複数の層を積層して構成されたものであってもよい。このように、異なる色種の蛍光剤５１を含有する複数の層の組み合わせることにより所望の発光色が得られる。この際、緑色系の蛍光剤層５Ｇを上層に配置し、赤色系の蛍光剤層５Ｒを下層に配置することが好ましい。このような順で配置することにより、熱に弱い緑色系の蛍光剤５１ＧがＬＥＤチップ３から発した熱により高温に曝されることがなく、一方、赤色系の蛍光剤５１Ｒは比較的熱に強いため下層に配置しても支承がなく、しかも赤色光は多段励起を起こさないことから上層の蛍光剤５１が赤色光により励起されることがない。

また、それぞれ異なる色種の蛍光剤５１を含有する複数の層は、各々が必要とされる発光量に応じた厚さに形成されていることが好ましい。このように各層の厚さを設定することにより、ＲＧＢが混色されて所望の色の光が得られる。この際、蛍光剤５１を混入した透明性窒化アルミニウムの板材の積層板数を増減することにより、各々が必要とされる発光量に応じた厚さの蛍光層５を形成することができる。

１・・・ＬＥＤ発光体
３・・・ＬＥＤチップ
４・・・封止層
５・・・蛍光層

Claims (9)

1. ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップを密に覆って形成された封止層と、蛍光剤を分散状態で含有した蛍光層とを積層して構成されたＬＥＤ発光体であって、
   前記蛍光層は、前記蛍光剤が透明性窒化アルミニウム中に分散されてなるものであることを特徴とするＬＥＤ発光体。
2. 前記蛍光層は、前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材が前記封止層の上に積層されて一体化されたものである請求項１記載のＬＥＤ発光体。
3. 前記封止層は、シリコーン樹脂封止剤からなり、
   前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材は、前記封止層上にシリコーン樹脂接着剤により接着されて一体化されたものである請求項２記載のＬＥＤ発光体。
4. 前記封止層は、シリコーン樹脂封止剤からなり、
   前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材は、前記シリコーン樹脂封止剤の硬化前に前記封止層上に積層されて一体化されたものである請求項２記載のＬＥＤ発光体。
5. 前記蛍光層は、それぞれ異なる色種の蛍光剤を含有する複数の層を積層して構成されたものである請求項１記載のＬＥＤ発光体。
6. 緑色系の蛍光剤が上層に配置されている請求項５記載のＬＥＤ発光体。
7. 赤色系の蛍光剤が下層に配置されている請求項５又は６記載のＬＥＤ発光体。
8. 前記それぞれ異なる色種の蛍光剤を含有する複数の層は、各々が必要とされる発光量に応じた厚さに形成されている請求項５〜７のいずれかに記載のＬＥＤ発光体。
9. 前記蛍光剤を混入して焼成された透明性窒化アルミニウムの板材の積層板数を増減することにより、各々が必要とされる発光量に応じた厚さの層が形成されている請求項８記載のＬＥＤ発光体。