説明

LED発光体

【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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放熱性に優れたLED発光体に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−191197号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【発明の効果】
【0014】
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。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の一実施形態に係るLED発光体の縦断面図。
【図2】同実施形態に係るLED発光体の平面図。
【図3】同実施形態に係るLED発光体の製造工程を示す図。
【図4】同実施形態に係るLED発光体の製造工程を示す図。
【図5】同実施形態に係るLED発光体の製造工程を示す図。
【図6】他の実施形態に係るLED発光体の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【0035】
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。
【0036】
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。
【符号の説明】
【0037】
1・・・LED発光体
3・・・LEDチップ
4・・・封止層
5・・・蛍光層

【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2012−119544(P2012−119544A)
【公開日】平成24年6月21日(2012.6.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−268887(P2010−268887)
【出願日】平成22年12月2日(2010.12.2)
【出願人】(596099446)シーシーエス株式会社 (121)
【Fターム(参考)】