JP2015065290A - Ｌｅｄパッケージ及びこれを備えた発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を高めてＬＥＤ素子の温度上昇を抑えることができるＬＥＤパッケージを提供すること。【解決手段】同一基板２上に単一の発光色を有する複数のＬＥＤ素子３を実装し、該ＬＥＤ素子３を蛍光体入りの樹脂層１２〜１５によって封止して成るＬＥＤパッケージ１において、前記基板２上の領域を環状の複数の領域Ｒ１〜Ｒ４に区画し、前記基板２上の外側の領域の前記樹脂層の厚さをその内側の領域の前記樹脂層の厚さよりも厚く設定することによって、外側の領域から出射する光の色温度をその内側の領域から出射する光の色温度よりも低く設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、同一基板上に単一の発光色を有する複数のＬＥＤ素子を実装し、該ＬＥＤ素子を蛍光体入の樹脂層によって封止して成るＬＥＤパッケージに関するものである。

近年、高輝度で耐久寿命の長いＬＥＤ素子を基板上に直に実装して成るＣＯＢ（Chip On Boad）タイプのＬＥＤパッケージが照明器具や液晶ディスプレイ等の光源として使用されている（例えば、特許文献１参照）。斯かるＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージは、表面にリード電極のパターンが金属膜によって形成された平板状の基板にＬＥＤ素子を実装するとともに、該ＬＥＤ素子をリード電極に電気的に接続し、ＬＥＤ素子やリード電極を樹脂層によって封止して構成されている。

斯かるＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージのメリットは、大光量が得られるほか、発光面積が小さいために複数のレンズが不要で小型化が可能であり、色ムラやＬＥＤ素子の影が出にくいという点にある。

特開２０１２−０９９５７２号公報

ところで、近年のＬＥＤパッケージの小型化に伴い、基板上にはＬＥＤ素子が密集して配置される傾向にあるため、中心部付近に熱がこもるという問題がある。また、蛍光体を用いたＬＥＤパッケージにおいては、蛍光体からも熱が発生するため、ＬＥＤ素子のジャンクション温度が上がり、該ＬＥＤ素子の発光効率や耐久寿命が低下するという問題が発生する。

例えば、ＬＥＤ素子の集合している領域内において、外周部に近い範囲ではＬＥＤ非搭載領域に近いため放熱構造における熱勾配が比較的大きく速やかに放熱が行われる。これに対して、中心に近い範囲では周囲にＬＥＤが配置されているため放熱構造における熱勾配が比較的小さく、放熱が行われ難い状況が生じ得る。このためＬＥＤパッケージ中心部の温度が周縁部に較べ高い状況が生じ得る。

従って、本発明は、放熱性を高めてＬＥＤ素子の温度上昇を抑えることができるＬＥＤパッケージとこれを備えた発光装置を提供することを目的とする。

ところで、例えば、白色光を出射するＬＥＤパッケージにおいては、青色光を発するＬＥＤ素子を、黄色の蛍光体が混合された樹脂層によって封止し、ＬＥＤ素子から出射する青色光で蛍光体を励起して白色光を得るようにしている。

しかしながら、このようなＬＥＤパッケージでは、決められた色温度しか再現することができず、色調の変化に対応することができないという問題があった。

従って、本発明は、種々の色温度の光を再現して光の色調の変化に対応することができるＬＥＤパッケージとこれを備えた発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、同一基板上に単一の発光色を有する複数のＬＥＤ素子を実装し、該ＬＥＤ素子を蛍光体入りの樹脂層によって封止して成るＬＥＤパッケージにおいて、前記基板上の領域を環状の複数の領域に区画し、前記基板上の外側の領域の前記樹脂層の厚さをその内側の領域の前記樹脂層の厚さよりも厚く設定することによって、外側の領域から出射する光の色温度をその内側の領域から出射する光の色温度よりも低く設定したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基板上の外側の領域の前記樹脂層に含まれる蛍光体の密度をその内側の領域の前記樹脂層に含まれる蛍光体の密度よりも高く設定したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記基板上の外側の領域の前記樹脂層に含まれる蛍光体とその内側の領域の前記樹脂層に含まれる蛍光体の発光波長を異ならせたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記基板上の複数の前記領域をダムによって区画したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記基板上の各領域に含まれる前記ＬＥＤ素子を互いに独立に点灯制御可能としたことを特長とする。

請求項６記載の発光装置は、請求項１〜５の何れかに記載のＬＥＤパッケージとこれに対向して配置されたライトガイドを含んで構成されることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、基板上の放熱面積やＬＥＤ素子１個あたりの樹脂層表面積が小さくて熱がこもり易い内側の領域の樹脂層の厚さをその外側の領域の樹脂層の厚さよりも薄くしたため、内側の領域の放熱性が高められ、ＬＥＤパッケージ全体の放熱性の偏りを緩やかにする、または全体の放熱性を略均一に保つことで中心部と周辺部の熱により受ける影響の差を縮小することができ、各ＬＥＤ素子の温度上昇を抑えてその発光効率と耐久寿命の低下を防ぐことができる。

請求項２記載の発明によれば、基板上の外側の領域の樹脂層の蛍光体の密度を内側の領域の樹脂層の蛍光体の密度よりも高く設定することによって、外側の領域から出射する光の色温度を内側の領域から出射する光の色温度よりも低く設定することができる。

請求項３記載の発明によれば、基板上の外側の領域の樹脂層の蛍光体として、内側の領域の樹脂層の蛍光体の発光波長よりも長いものを選択することによって、外側の領域から出射する光の色温度を内側の領域から出射する光の色温度よりも低く設定することができる。

請求項４記載の発明によれば、基板上の複数の領域をダムによって区画することによって、各領域の樹脂層の厚さを所定の厚さに容易に設定することができる。

請求項５記載の発明によれば、基板上の各領域に含まれるＬＥＤ素子を互いに独立に点灯制御することによって種々の色温度の光を再現し、光の色調の変化に対応することができる。

請求項６記載の発明によれば、ＬＥＤパッケージからの光がライトガイドを透過することによって均一な色調の発光を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係るＬＥＤパッケージの平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤパッケージの平面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係るＬＥＤパッケージの変形例を示す模式的平面図である。 本発明に係る発光装置の断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
［ＬＥＤパッケージ］
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤパッケージの平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図示のＬＥＤパッケージ１は、白色光を出射するパッケージであって、矩形平板状の基板２には、青色の光を発する計３４個のＬＥＤ素子３が実装されている。なお、ＬＥＤ３には紫色の光を発するものを使用してもよい。

上記基板２は、絶縁性が高くて光透過性の低い材料、例えばセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等によって構成されている。そして、この基板２上には、計３４個のＬＥＤ素子３が同心状の正六角形の頂点あるいは頂点と辺の上に実装されている。具体的には、基板２上は、同心円状の４つのダム４，５，６，７によって内側から外側に向かって４つの円若しくは円環状の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に区画されており、内側中心部の円形の領域Ｒ１には６個、その外側の円環状の領域Ｒ２には６個、その外側の円環状の領域には１１個、その外側の円環状の領域Ｒ４には１１個のＬＥＤ素子３がそれぞれ配置されており、各領域Ｒ１〜Ｒ４に配置されたＬＥＤ素子３同士は、基板２の表面に金属膜のパターンとして形成されたリード電極８，９，１０，１１によってそれぞれ電気的に接続されている。したがって、領域Ｒ１に配置された６個のＬＥＤ素子３と、領域Ｒ２に配置された６個のＬＥＤ素子３と、領域Ｒ３に配置された１１個のＬＥＤ素子３と、領域Ｒ４に配置された１１個のＬＥＤ素子３とを互いに独立に点灯制御することができる。

そして、本実施の形態では、基板２上のダム４〜７によって区画された４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に配置された計３４個のＬＥＤ素子３は、たとえば黄色の蛍光体を含有する樹脂層１２，１３，１４，１５によってそれぞれ封止されている。すなわち、基板２上のダム４〜７によって区画された４つの領域Ｒ１〜Ｒ４には、蛍光体が混合された樹脂のポッティングによって樹脂層１２〜１５が形成されている。

而して、本実施の形態に係るＬＥＤパッケージ１においては、基板２上の外側の領域の樹脂層の厚さをその内側の領域の樹脂層の厚さよりも厚く設定することによって、外側の領域から出射する白色光の色温度をその内側の領域〜出射する白色光の色温度よりも低く設定している。具体的には、内側中心部の領域Ｒ１の樹脂層１２の厚さｔ１は最も薄く、領域Ｒ１の外側の領域Ｒ２の樹脂層１３の厚さｔ２は内側の領域Ｒ１の樹脂層１２の厚さｔ１よりも厚く（ｔ２＞ｔ１）、領域Ｒ２の外側の領域Ｒ３の樹脂層１４の厚さｔ３はその内側の領域Ｒ２の樹脂層１３の厚さｔ２よりも厚く（ｔ３＞ｔ２）、領域Ｒ３の外側の領域Ｒ４の樹脂層１５の厚さｔ４はその内側の領域Ｒ３の樹脂層１４の厚さｔ３よりも厚く（ｔ４＞ｔ３）設定されている。したがって、領域Ｒ１〜Ｒ４の樹脂層１２〜１５の厚さｔ１〜ｔ４の間には、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４なる大小関係が成立している。

以上のように構成されたＬＥＤパッケージ１において、不図示の電源からリード電極８〜１１を介して各領域Ｒ１〜Ｒ４に含まれるＬＥＤ素子３に電流が供給されると、各ＬＥＤ素子３から出射する青色光によって各樹脂層１２〜１５に含まれるたとえば黄色の蛍光体が励起され、当該ＬＥＤパッケージ１から白色光が出射され、このとき、ＬＥＤ素子３と共に蛍光体も発熱する。

而して、本実施の形態に係るＬＥＤパッケージ１においては、前述のように基板２上の内側中心部の領域Ｒ１から外側の領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に向かうに従って樹脂層１２〜１５の厚さｔ１〜ｔ４を次第に厚く設定したため（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４）、領域Ｒ１〜Ｒ４から出射する白色光の色温度は、内側中央の領域Ｒ１から出射する白色光の色温度が最も高く（例えば７０００Ｋ）、その外側の領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４から出射する白色光の色温度は次第に低くなる。具体的には、領域Ｒ２から出射する白色光の色温度は、その内側の領域Ｒ１から出射する白色光の色温度よりも低く（例えば５０００Ｋ）、領域Ｒ２の外側の領域Ｒ３から出射する白色光の色温度は、その内側の領域Ｒ２から出射する白色光の色温度よりも低く（例えば３０００Ｋ）、領域Ｒ３の外側の領域Ｒ４から出射する白色光の色温度は、その内側の領域Ｒ３〜出射する白色光の色温度よりも低く（例えば２０００Ｋ）なる。これは、ＬＥＤ素子３から出射する青色光がたとえば黄色の蛍光体を励起し黄色の発光を行う際、樹脂層１２〜１５の厚さによりたとえば黄色の蛍光体による発光強度と樹脂層１２〜１５を透過する青色光の強度が変化し、ＬＥＤパッケージ１から出射される白色光のスペクトルが変化することにより生じるものである。なお、白色光は、その色温度が高くなるほど昼光色に近づき、色温度が低くなるほど温白色（電球色）に近づく。

以上のように、本実施の形態に係るＬＥＤパッケージ１においては、基板２上の放熱面積が比較的小さくて熱がこもり易い内側の領域の樹脂層の厚さをその外側の領域の樹脂層の厚さよりも薄くしたため、具体的には、基板２上の内側中心部の領域Ｒ１から外側の領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に向かうに従って樹脂層１２〜１５の厚さｔ１〜ｔ４を次第に厚く設定したため（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４）、ＬＥＤパッケージ１全体の放熱性の偏りを緩やかにする、または全体の放熱性を略均一に保つことで中心部と周辺部の熱により受ける影響の差を縮小することができ、各ＬＥＤ素子３の温度上昇を抑えてその発光効率と耐久寿命の低下を防ぐことができる。そして、本実施の形態では、基板２上の複数の領域Ｒ１〜Ｒ４をダム４〜７によって区画することによって、ポッティングによって形成される各領域Ｒ１〜Ｒ４の樹脂層１２〜１５の厚さｔ１＝ｔ４を所定の値に容易に設定することができる。

また、本実施の形態に係るＬＥＤパッケージ１においては、基板２上の各領域Ｒ１〜Ｒ４に含まれるＬＥＤ素子３を互いに独立に点灯制御することができるため、点灯するＬＥＤ素子３を選択したり、供給電流の大きさを制御することによって種々の色温度の白色を再現して所望の色調の白色光を得ることができ、白色光の色調の変化に柔軟に対応することができる。

ところで、基板２上の複数の領域Ｒ１〜Ｒ４の樹脂層１２〜１５に含まれる蛍光体の密度を各樹脂層１２〜１５ごとに変えることによっても各領域Ｒ１〜Ｒ４から出射される白色光の色温度を調整することができる。具体的には、内側の領域Ｒ１から外側に向かう領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の樹脂層１２〜１５の蛍光体の密度を次第に大きくすることによって、領域Ｒ１〜Ｒ４から出射する白色光の色温度を次第に低く設定することができる。

また、基板２上の各領域Ｒ１〜Ｒ４の樹脂層１２〜１５に赤色と緑色の蛍光体を混合させて用いることで、前記した黄色の蛍光体を用いた白色よりも演色性の高い発光を行うことができる。

また、基板２上の各領域Ｒ１〜Ｒ４の樹脂層１２〜１５に赤色と緑色の蛍光体を混合させ、その割合を変化させることによって蛍光体の発光スペクトルを変え、内側の領域Ｒ１から外側に向かう領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の樹脂層１２〜１５の蛍光体の波長を次第に長くすることによって、領域Ｒ１〜Ｒ４から出射する白色光の色温度を次第に低く設定することができる。

＜実施の形態２＞
次に、本発明に実施の形態２に係るＬＥＤパッケージを図３及び図４に基づいて説明する。

図３は本発明に実施の形態２に係るＬＥＤパッケージの平面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図であり、これらの図においては図１及び図２に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態に係るＬＥＤパッケージ１’においても、前記実施の形態１と同様に、基板２上の外側の領域の樹脂層の厚さをその内側の領域の樹脂層の厚さよりも厚く設定することによって、外側の領域から出射する白色光の色温度をその内側の領域から出射する白色光の色温度よりも低く設定しているが、本実施の形態では、各領域Ｒ１〜Ｒ４を前記実施の形態１のようにダム４〜７（図１及び図２参照）によって区画することなく、各領域Ｒ１〜Ｒ４の樹脂層１２〜１５の厚さが中心部から外側に向かって連続的に増大するように構成することによって、各領域Ｒ１〜Ｒ４から出射する白色光の色温度が中心部から外側に向かって次第に低くなるようにしている。

具体的には、目標の色温度を得られる厚みとなるように各領域Ｒ１〜Ｒ４の樹脂層１２〜１５を予め成形しておき、その樹脂層１２〜１５をＬＥＤ素子３の上に被せることによって図４に示すように中心部から外側に向かって厚さが次第に厚くなるようにしている。なお、成形品である各樹脂層１２〜１５は単一の樹脂層であってもかまわない。各樹脂層１２〜１５が複数の樹脂層から構成される場合は、例えば多色成形などの工法で成形することができる。各樹脂層の間に隙間が発生し、その隙間から光が漏れる可能性がある場合には、樹脂等の封止剤を隙間に充填すればよい。

各樹脂層１２〜１５とＬＥＤ素子の間に光学接着剤を充填することで、樹脂層の固定と同時に光損失を低減することもできる。光学接着剤としては屈折率がＬＥＤ素子と樹脂層の間の値となる、ＵＶ硬化性や熱硬化性の、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などが好適に用いられる。

而して、本実施の形態においても、基板２上の内側中心部の領域Ｒ１から外側の領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に向かうに従って樹脂層１２〜１５の厚さを次第に厚く設定したため）、ＬＥＤパッケージ１’全体の放熱性の偏りを緩やかにする、または全体の放熱性を略均一に保つことで中心部と周辺部の熱により受ける影響の差を縮小することができ、各ＬＥＤ素子３の温度上昇を抑えてその発光効率と耐久寿命の低下を防ぐことができるという効果が得られる。

尚、以上の実施の形態１，２においては、基板２上に円形の領域Ｒ１とその外側に円環状の３つの領域Ｒ２〜Ｒ４を形成したが、図５に示すように、矩形の領域Ｒ１とその外側に矩形リング状の３つの領域Ｒ２〜Ｒ４を形成してもよい。また、基板２上に区画される領域の数や各領域に配置されるＬＥＤ素子の数は任意である。
［発光装置］
次に、本発明に係る発光装置を図６に基づいて以下に説明する。

図６は本発明に係る発光装置の断面図であり、図示の発光装置２０は、図１及び図２に示したＬＥＤパッケージ１とこれに対向して配置されたライトガイド２１を含んで構成されている。なお、ＬＥＤパッケージとして、図３及び図４に示したもの、或いは図５に示したものを用いてもよい。

而して、本発明に係る発光装置２０によれば、ＬＥＤパッケージ１からの色温度の異なる白色光がライトガイド２１を透過することによって均一な色調の発光が実現され、当該発光装置２０は、調光や調色を必要とする舞台照明や看板照明、演出照明等の用途に好適に供せられる。

１，１’ ＬＥＤパッケージ
２ 基板
３ ＬＥＤ素子
４〜７ ダム
８〜１１ リード電極
１２〜１５ 樹脂層
２０ 発光装置
２１ ライトガイド
Ｒ１〜Ｒ４ 領域
ｔ１〜ｔ４ 樹脂層の厚さ

Claims (5)

1. 同一基板上に単一の発光色を有する複数のＬＥＤ素子を実装し、該ＬＥＤ素子を蛍光体入りの樹脂層によって封止して成るＬＥＤパッケージにおいて、
   前記基板上の領域を環状の複数の領域に区画し、前記基板上の外側の領域の前記樹脂層の厚さをその内側の領域の前記樹脂層の厚さよりも厚く設定することによって、外側の領域から出射する光の色温度をその内側の領域から出射する光の色温度よりも低く設定したことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
2. 前記基板上の外側の領域の前記樹脂層に含まれる蛍光体の密度をその内側の領域の前記樹脂層に含まれる蛍光体の密度よりも高く設定したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記基板上の外側の領域の前記樹脂層に含まれる蛍光体とその内側の領域の前記樹脂層に含まれる蛍光体の発光波長を異ならせたことを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記基板上の複数の前記領域をダムによって区画したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のＬＥＤパッケージ。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のＬＥＤパッケージとこれに対向して配置されたライトガイドを含んで構成されることを特徴とする発光装置。
   

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