(57)【要約】【課題】傾斜した側壁を有する発光装置であっても、発光観測面において均一な色の発光を得ることができる発光装置を提供する。【解決手段】反射鏡であるカップ１２ａに、青色ＬＥＤ１７の上面位置まで透光性樹脂を充填した低濃度樹脂層２４と、この低濃度樹脂層２４の上に透光性樹脂を充填した高濃度樹脂層２５とを形成し、各層２４，２５に、低濃度樹脂層２４よりも高濃度樹脂層２５の蛍光体濃度が高くなるように蛍光体２７を混入する。更に、各層２４，２５に混入された蛍光体２７の濃度を、青色ＬＥＤ１７で発光された光が高濃度樹脂層２５の上面に至る光路長に、蛍光体２７の濃度を掛けた値がほぼ一定となるように分布させる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状の反射鏡内に固定された窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有する発光装置において、
前記反射鏡内に前記発光素子を覆って透光性樹脂を充填し、この透光性樹脂の全体に前記蛍光体を混入し、この混入された蛍光体の濃度を、前記発光素子で発光された光が前記透光性樹脂の上面に至る光路長に前記濃度を掛けた値がほぼ一定となるように分布させた
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
凹状の反射鏡内に固定された窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有する発光装置において、
前記反射鏡内に、前記発光素子の上面位置まで透光性樹脂を充填した第１の樹脂層と、この第１の樹脂層の上に透光性樹脂を充填した第２の樹脂層とを形成し、前記第１および第２の樹脂層に、前記第１の樹脂層よりも前記第２の樹脂層の蛍光体濃度が高くなるように前記蛍光体を混入した
ことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
前記第１および第２の樹脂層に混入された前記蛍光体の濃度を、前記発光素子で発光された光が前記第２の樹脂層の上面に至る光路長に前記濃度を掛けた値がほぼ一定となるように分布させた
ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１および第２の樹脂層の厚さを、前記発光素子で発光された光が前記第２の樹脂層の上面に至る光路長に前記濃度を掛けた値がほぼ一定となるように形成した
ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第１の樹脂層の上面が、前記発光素子の上面の縁から前記反射鏡の内壁間にあって弧状に窪んだ環状を成している
ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項６】
前記第１の樹脂層に、光を乱反射する反射剤を混入した
ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項７】
前記発光素子は、フリップチップ型発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項８】
前記発光素子は、フェイスアップ型発光ダイオードであり、前記接着剤での固定面に光の反射膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項９】
前記発光素子は、前記蛍光体が混入された接着剤によって固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と蛍光体を有して発光する発光装置に関し、例えばＬＥＤディスプレイ、バックライト装置、信号機、照光式スイッチ、各種センサ、各種インジケータ等に適用される発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光素子と蛍光体を有して発光する発光装置として、例えば先端部分に凹部が形成されたリードフレームを用い、その凹部底面に、発光素子であるＬＥＤを実装し、さらに、そのＬＥＤから発光された光を吸収して他の波長の光に波長変換を行う蛍光体を透明エポキシ樹脂等の樹脂に混入し、この蛍光体混入樹脂を、ＬＥＤを覆って凹部内一杯に充填したものがある。
【０００３】
このような構成の発光装置において、例えばＬＥＤに青色ＬＥＤを用い、蛍光体に青色ＬＥＤからの青色の光を黄色に波長変換する蛍光体を用いれば、双方の色の混色によって、発光観測面で白色を均一に発光させることが可能となる。
【０００４】
しかし、この発光装置においては、青色ＬＥＤの直上方向へ出射される光と、青色ＬＥＤの上面や側面から斜めに出射、或いは出射後に凹部内壁で反射される光とでは、樹脂内を通過する光路長が異なる。光路長が異なると樹脂内での蛍光体の通過量が異なって外部放射に至るため、発光観測面から見た場合、青色ＬＥＤの直上部分が白く、その周囲が黄色に見えると言った色むらが生じる。
【０００５】
特に最近では、発光装置として砲弾型やＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｏｕｎｔｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）型などの小型化や薄型化のニーズが高く、このような発光装置を実現する場合、ＬＥＤを覆って凹部に充填される樹脂中の蛍光体濃度を高くせざるを得ない。蛍光体を高濃度化した場合、上記の光路長差による蛍光体の通過量の差がより大きくなるので、より色むらが生じることになる。
【０００６】
このような色むらを無くすことが可能な発光装置として特許第３０６５２６３号公報の発光装置がある。この公報の発光装置は、底面にＬＥＤが実装された凹部に、ＬＥＤを覆い且つ発光観測面からみた形状が窪んだ凹球面状の第１の樹脂を充填し、さらに第１の樹脂上に蛍光体が混入された第２の樹脂を充填することによって、上記蛍光体の通過量の差を実質的に低減させ、色むらを低減させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した公報の発光装置においては、蛍光体を含有する第２の樹脂の厚さが、ＬＥＤ直上が最も厚く側壁に向かうに従って薄くなっている。側壁が傾斜している場合、ＬＥＤから出射された後、その傾斜壁で反射され直上へ向かう光は、第２の樹脂の薄い部分を通過するため、蛍光体の通過量が他の部分よりも少なくなる。つまり、蛍光体の通過量に差が生じるので、色むらが生じることになる。言い換えれば、発光観測面において均一な色の発光を得ることができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、傾斜した側壁を有する発光装置であっても、発光観測面において均一な色の発光を得ることができる発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、凹状の反射鏡内に固定された窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有する発光装置において、前記反射鏡内に前記発光素子を覆って透光性樹脂を充填し、この透光性樹脂の全体に前記蛍光体を混入し、この混入された蛍光体の濃度を、前記発光素子で発光された光が前記透光性樹脂の上面に至る光路長に前記濃度を掛けた値がほぼ一定となるように分布させたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の発光装置は、凹状の反射鏡内に固定された窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有する発光装置において、前記反射鏡内に、前記発光素子の上面位置まで透光性樹脂を充填した第１の樹脂層と、この第１の樹脂層の上に透光性樹脂を充填した第２の樹脂層とを形成し、前記第１および第２の樹脂層に、前記第１の樹脂層よりも前記第２の樹脂層の蛍光体濃度が高くなるように前記蛍光体を混入したことを特徴としている。
【００１１】
また、前記第１および第２の樹脂層に混入された前記蛍光体の濃度を、前記発光素子で発光された光が前記第２の樹脂層の上面に至る光路長に前記濃度を掛けた値がほぼ一定となるように分布させたことを特徴としている。
【００１２】
また、前記第１および第２の樹脂層の厚さを、前記発光素子で発光された光が前記第２の樹脂層の上面に至る光路長に前記濃度を掛けた値がほぼ一定となるように形成したことを特徴としている。
【００１３】
また、前記第１の樹脂層の上面が、前記発光素子の上面の縁から前記反射鏡の内壁間にあって弧状に窪んだ環状を成していることを特徴としている。
【００１４】
また、前記第１の樹脂層に、光を乱反射する反射剤を混入したことを特徴としている。
【００１５】
また、前記発光素子は、フリップチップ型発光ダイオードであることを特徴としている。
【００１６】
また、前記発光素子は、フェイスアップ型発光ダイオードであり、前記接着剤での固定面に光の反射膜が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
前記発光素子は、前記蛍光体が混入された接着剤によって固定されていることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤランプの構成を示す断面図、（ｂ）はＬＥＤランプに用いられた発光素子（ＬＥＤ）からの光の光路長を説明する図である。
【００２０】
この図１（ａ）に示すＬＥＤランプ１０は、砲弾型のものであり、電気的に絶縁された２つのリードフレーム１２，１３の内、一方のリードフレーム１２の先端部分にカップ１２ａを有するメタルステム１４が設けられている。カップ１２ａは、その表面が光を反射する反射鏡となっている。カップ１２ａの底面には、過電圧保護素子１６に青色ＬＥＤ１７をフリップチップ実装したフリップチップ型ＬＥＤが搭載されている。即ち、カップ１２ａの底面に導電性ペーストによるマウント１８で過電圧保護素子１６が固着され、この過電圧保護素子１６の上に、波長４５０〜５５０ｎｍの青色ＬＥＤ１７がフリップチップ実装されている。
【００２１】
青色ＬＥＤ１７の層構成は、図２に示すように、透明基板として例えばサファイア基板１７ａを有し、このサファイア基板１７ａ上に、ＭＯＣＶＤ法等により窒化物半導体層として例えば、バッファ層１７ｂ、ｎ型コンタクト層１７ｃ、ｎ型クラッド層１７ｄ、発光する層を有する層１７ｅ、ｐ型クラッド層１７ｆ、およびｐ型コンタクト層１７ｇを順次形成し、スパッタリング法，真空蒸着法等により、ｐ型コンタクト層１７ｇ上の全面に非透光性光反射電極１７ｈ、非透光性光反射電極１７ｈ上の一部にｐ電極１７ｉ、およびｎ型コンタクト層１７ｃ上の一部にｎ電極１７ｊを形成したものである。
【００２２】
この青色ＬＥＤ１７のフリップチップ実装は、図１に示すように、サファイア基板１７ａの下面を最上面とし、ｐ電極１７ｉを金バンプ１９を介して過電圧保護素子１６のｎ層上の電極１６ａに接続し、ｎ電極１７ｊを金バンプ２０を介して過電圧保護素子１６のｐ層上の電極１６ｂに接続することによって成されている。また、過電圧保護素子１６の電極１６ｂが、ボンディングワイヤ２２によってリードフレーム１３に接続されている。
【００２３】
また、カップ１２ａには、青色ＬＥＤ１７の最上面の位置まで、後述する低濃度樹脂層２４が形成され、この低濃度樹脂層２４上に高濃度樹脂層２５がカップ１２ａに盛り上がるように形成されている。詳細には、青色ＬＥＤ１７の最上面の周囲に環状に形成された低濃度樹脂層２４の上面は、その断面が弧状に窪んだ形状を成している。高濃度樹脂層２５の上面は、青色ＬＥＤ１７の直上位置が最も盛り上がった凸状を成している。
【００２４】
また、低濃度樹脂層２４は、青色ＬＥＤ１７で発光された青色光を吸収して黄色の光を発光する蛍光体２７を低濃度でエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性樹脂に混入したものであり、高濃度樹脂層２５は、蛍光体２７を高濃度で透光性樹脂に混入したものである。蛍光体２７は、Ｃｅ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）から成る。
【００２５】
このような各層２４，２５における蛍光体２７の濃度又は形状は、青色ＬＥＤ１７で発光された光が、高濃度樹脂層２５と外部樹脂２９との界面に至る光路長と、蛍光体２７の濃度を掛けた値がほぼ一定となるように調整されている。
例えば、図１（ｂ）に示す３通りの光路Ａ，Ｂ，Ｃの場合に、光路長×濃度がほぼ一定となっている。但し、（ｂ）において、ｌ１〜ｌ９は光路長、ｄ１は高濃度、ｄ２は低濃度、Ｃ１は弧状部分、Ｃ２は凸状部分を示す。この場合に、青色ＬＥＤ１７の直上方向に出射された光の光路Ａでは、Ａ＝ｌ１×ｄ１となる。また、青色ＬＥＤ１７の側面から出射され、さらにカップ１２ａ側壁で反射された光の光路Ｂでは、Ｂ＝（ｌ２＋ｌ３）ｄ２＋ｌ４×ｄ１となる。さらに、青色ＬＥＤ１７の側面から出射された光が、低濃度樹脂層２４を通過した後、高濃度樹脂層２５の弧状部分を通過し、さらに低濃度樹脂層２４を通過してカップ１２ａの側壁で反射され、この反射光が低濃度樹脂層２４を介して高濃度樹脂層２５を通る光の光路Ｃでは、Ｃ＝（ｌ５＋ｌ７＋ｌ８）ｄ２＋（ｌ６＋ｌ９）ｄ１となる。この場合に、Ａ≒Ｂ≒Ｃの関係となっている。
【００２６】
蛍光体２７が混ざった樹脂を作製する場合、例えば透光性樹脂である主剤・硬化剤を所定の比率にて調合したのち撹拌・脱泡し、この樹脂にアエロジル＋シランカップリング剤を調合して充分に混練することにより作製する。この樹脂で各層２４，２５を形成する場合、例えばカップ１２ａの深さが０．３５ｍｍで、フリップチップ型ＬＥＤの高さが０．２５ｍｍであるとすると、低濃度樹脂層２４の蛍光体２７の濃度を２０％、高濃度樹脂層２５の濃度を６０％とし、各々の硬化時間を１２０℃／１時間として各層２４，２５を形成する。
【００２７】
また、カップ１２ａを有するメタルステム１４の形成されたリードフレーム１２と他方のリードフレーム１３とが、モールド部材である外部樹脂２９で封止されている。外部樹脂２９は、透光性樹脂を砲弾型に固化したものである。
【００２８】
このように構成されたＬＥＤランプ１０において、リードフレーム１２，１３に電圧を印加すると、青色ＬＥＤ１７が青色の光を発光する。この青色の光は、青色ＬＥＤ１７の直上方向へ出射される光と、青色ＬＥＤ１７の上面や側面から斜めに出射、或いは出射後にカップ１２ａ内壁で反射される光とでは、各層２４，２５を通過する光路長が異なる。
【００２９】
しかし、各層２４，２５においては、その光路長×蛍光体２７の濃度がほぼ一定となるように、蛍光体２７の濃度又は各層２４，２５の形状が調整されているので、青色ＬＥＤ１７から上記のように各方向に出射される光が、各層２４，２５の通過途中で蛍光体２７をほぼ同じ量通過する。
【００３０】
例えば、上記光路Ａ，Ｂ，Ｃを、青色ＬＥＤ１７で発光された光が通ることによって、何れの光路Ａ〜Ｃにおいても蛍光体２７の通過量がほぼ同じとなり、各光路における蛍光体２７で波長変換された黄色光が、蛍光体２７を通過しなかった青色光と混色されるので、ＬＥＤランプ１０の発光観測面において均一な白色の発光を得ることができる。
なお、青色ＬＥＤ１７のｐ型コンタクト層１７ｇ上の全面に非透光性光反射電極１７ｈを形成したが、この非透光性光反射電極１７ｈを透光性電極に置き換えることもできる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤランプの構成を示す断面図である。但し、この図３において図１の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
この図３に示すＬＥＤランプ３０は、第１の実施の形態で説明したフリップチップ型ＬＥＤに代え、図２に示した青色ＬＥＤ１７のサファイア基板１７ａの下面に光の反射膜４２ａを形成した青色ＬＥＤ４２を、マウント１８でカップ１２ａの底面にフェイスアップ方式で固着したものである。また、青色ＬＥＤ４２のｐ電極１７ｉとリードフレーム１２が、ボンディングワイヤ２１により接続され、ｎ電極１７ｊとリードフレーム１３が、ボンディングワイヤ２２により接続されている。この青色ＬＥＤ４２では、直下方向へ発光された光は、反射膜４２ａで反射され、直上方向へ放射されるようになっている。
【００３３】
また、カップ１２ａには、青色ＬＥＤ４２の最上面の位置まで、低濃度樹脂層２４が形成され、この低濃度樹脂層２４上に高濃度樹脂層２５がカップ１２ａに盛り上がるように形成されている。
【００３４】
詳細には、青色ＬＥＤ４２の最上面の周囲に環状に形成された低濃度樹脂層２４の上面は、その断面が弧状に窪んだ形状を成している。高濃度樹脂層２５の上面は、青色ＬＥＤ１７の直上位置が最も盛り上がった凸状を成している。このような各層２４，２５における蛍光体２７の濃度と形状は、青色ＬＥＤ４２で発光された光が、高濃度樹脂層２５と外部樹脂２９との界面に至るまでの光路長と、蛍光体２７の濃度を掛けた値がほぼ一定となるように調整されている。
【００３５】
このように構成されたＬＥＤランプ４０においても、第１の実施の形態のＬＥＤランプ１０と同様な効果を奏する。
【００３６】
即ち、リードフレーム１２，１３に電圧を印加すると、青色ＬＥＤ４２が青色の光を発光する。この青色の光は、青色ＬＥＤ４２の直上方向へ出射される光と、青色ＬＥＤ４２の上面や側面から斜めに出射、或いは出射後にカップ１２ａ内壁で反射される光とでは、各層２４，２５を通過する光路長が異なる。
【００３７】
しかし、各層２４，２５においては、その光路長×蛍光体２７の濃度がほぼ一定となるように、蛍光体２７の濃度および各層２４，２５の形状が調整されているので、青色ＬＥＤ４２から上記のように各方向に出射される光が、各層２４，２５の通過途中で蛍光体２７をほぼ同じ量通過する。このような通過により黄色に波長変換された光が、蛍光体２７を通過しなかった青色光と混色されるので、ＬＥＤランプ３０の発光観測面において均一な白色の発光を得ることができる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤランプの構成を示す断面図である。但し、この図４において図３の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
この図４に示すＬＥＤランプ５０は、第２の実施の形態で説明した青色ＬＥＤ４２に代え、図２に示した青色ＬＥＤ１７をマウント１８でカップ１２ａの底面に固着し、マウント１８にＡｇフィラーを含有すると共に、蛍光体２７を混入したものである。つまり、青色ＬＥＤ１７で直下方向へ発光された青色光は、マウント１８中の蛍光体２７で黄色の光に波長変換され、カップ１２ａの底面で直上又は斜め方向へ反射されるようになっている。
【００４０】
従って、第２の実施の形態で説明したと同様な効果を得ることができる他、次のような効果を得ることが可能となる。即ち、直下方向へ発光された青色光が、一旦マウント１８中の蛍光体２７で黄色の光に波長変換され、この変換光が底面で直上又は斜め方向へ反射されるので、その分、蛍光体２７での波長変換を行う必要が無くなり、高濃度樹脂層２５の厚みを薄くすることができる。このように高濃度樹脂層２５の厚みを薄くできれば、特にＳＭＤ型などのＬＥＤランプでは、より薄型化を図ることが可能となる。
【００４１】
以上説明した第１〜第３の実施の形態においては、低濃度樹脂層２４に球状のガラスビーズなどの反射剤を混入させれば、光が乱反射するので、光の均一性を保持することができる。
【００４２】
また、各実施の形態においては、低濃度樹脂層２４と高濃度樹脂層２５との２層に分けたが、層分けを行わず、カップ１２ａを満たした単一の透光性樹脂に、上記の光路長×蛍光体２７の濃度がほぼ一定となるように、蛍光体２７の混入濃度を徐々に変化させた形態としても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、凹状の反射鏡内に透光性の接着剤で固定された発光素子を覆って、その反射鏡に透光性樹脂を充填し、この透光性樹脂の全体に蛍光体を混入し、この混入された蛍光体の濃度を、発光素子で発光された光が透光性樹脂の上面に至る光路長に濃度を掛けた値がほぼ一定となるように分布させたので、発光素子から各方向へ出射される光が透光性樹脂を通過する際にほぼ同じ量の蛍光体を通過する。このような通過により蛍光体で波長変換された光が、蛍光体を通過しなかった青色光と混色されるので、傾斜した側壁を有する発光装置であっても、発光装置の発光観測面において均一な発光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤランプの構成を示す断面図、（ｂ）はＬＥＤランプに用いられた発光素子（ＬＥＤ）からの光の光路長を説明する図である。
【図２】上記ＬＥＤランプに用いられる青色ＬＥＤの層構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤランプの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤランプの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，４０，５０　ＬＥＤランプ
１２，１３　リードフレーム
１２ａ　カップ
１４　メタルステム
１６　過電圧保護素子
１６ａ，１６ｂ　電極
１７，４２　青色ＬＥＤ
１７ａ　サファイア基板
１７ｂ　バッファ層
１７ｃ　ｎ型コンタクト層
１７ｄ　ｎ型クラッド層
１７ｅ　ＭＱＷ活性層
１７ｆ　ｐ型クラッド層
１７ｇ　ｐ型コンタクト層
１７ｈ　ｐ電極
１７ｉ　ｎ電極
１７ｊ　透光性電極
１８　マウント
１９，２０　金バンプ
２１，２２　ボンディングワイヤ
２４　低濃度樹脂層
２５　高濃度樹脂層
２７　蛍光体
２９　外部樹脂
４２ａ　反射膜
【図１】
2004111882.tif 000003
【図２】
2004111882.tif 000004
【図３】
2004111882.tif 000005
【図４】
2004111882.tif 000006