JP2007080875A

JP2007080875A - 発光装置、発光素子、発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP2007080875A
Application number: JP2005262944A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Tanaka; 健一郎田中
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】光の損失や光路長の変化による色ずれを抑制し、供給エネルギに対する発光輝度を高める。
【解決手段】青色発光ダイオードである発光層１は、厚み方向の一面に金属の基板２が積層され、他面に透明電極３が積層される。発光層１と基板２と透明電極３との積層体は、型枠４に囲繞される。また、透明電極３にはボンディングワイヤ７が接続される。型枠４の一端部は発光層１の発光面よりも突出し、発光層１と型枠４の内周面とに囲まれた凹所５内には透光性材料からなる光透過層６が充填される。光透過層６は青色光により励起され黄色に発光する蛍光体を透光性材料に分散させた光色変換材料であって、光透過層６からは青色光と黄色光との混色である白色光が取り出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置、発光素子、発光装置の製造方法に関するものである。

従来から、サファイア基板のような絶縁基板上に半導体層を成長させて発光層を形成した発光ダイオードが提供されている。この種の発光ダイオードとしては、ボンディングワイヤを用いてフェイスアップ実装を行う形のものと、バンプを用いてフェイスダウン実装を行うものとが提供されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００２−３１９７０６号公報

ところで、絶縁基板に発光層を形成した発光ダイオードでは、フェイスアップ実装を行うと、発光層で発生した光の一部が絶縁基板に侵入し、絶縁基板を通り抜けて無駄に放射されるか、絶縁基板の表面で反射された後に発光層を通過する。したがって、発光層で発生した光の一部が無駄になり、また発光層から直接取り出される光と絶縁基板で反射された後に発光層を透過して取り出される光との間で光路長にずれが生じることにより干渉による色むらを生じたりする。とくに、絶縁基板は発光層の１００倍以上の厚み寸法を有しているから、発光層の内部での反射に比較して絶縁基板での反射があると光路長に大きな影響を与える。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、光の損失や光路長のばらつきによる色ずれを抑制し、供給エネルギに対する発光輝度を従来構成よりも高めた発光装置ないし発光素子を提供し、かつ発光装置の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、厚み方向の両面に電極が設けられ電極からの電気エネルギの供給により発光する発光層と、発光層と同面積を有し発光層の厚み方向の一面における電極を兼ねる非透光性材料からなる基板と、発光層の厚み方向の他面に設けた電極に接続されるボンディングワイヤと、発光層の厚み方向において一部が発光層の前記他面よりも突出する形で基板と発光層とを囲繞する型枠と、発光層の前記他面と型枠の内周面とに囲まれた凹所内に充填された透光性材料からなる光透過層とを有することを特徴とする。

この構成によれば、発光層の一面に非透光性材料の基板を積層しているから、発光層で発生した光が基板に侵入することがなく、結果的に発光層で発生した光の大部分が利用に供され、従来構成に比較すると供給エネルギに対する発光輝度を高めることができる。なお、基板を高反射率の金属で形成しておけば、発光層で発生した光のうち基板側に放射される光が基板で反射されるから、発光輝度を一層高めることができる。なお、この発光装置は照明用の光源のほか各種用途に用いることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記光透過層が、前記発光層から出射された光を受けて発光層から出射した光とは異なる波長の光を発生させる光色変換材料により形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、発光層から出射した光と、光色変換材料により形成された光透過層で発生した光とを混色した光が取り出されるから、発光層のみでは得られない光色を混色光として得ることができる。たとえば、発光層として青色発光ダイオードを用い、光透過層として青色光により励起されて黄色光を発光する蛍光体を透光性合成樹脂に分散させた光色変換材料を用いることにより、混色光として白色の光を得ることができる。発光層と光色変換材料との組合せは適宜に選択することができ、たとえば発光層として紫外線発光ダイオードを用い、光色変換材料として紫外線励起により白色光を発光する蛍光体を透光性合成樹脂に分散させたものを用いることによっても白色光を得ることができる。

請求項３の発明は、発光素子であって、請求項１または請求項２記載の発光装置を囲む投光レンズを備え、前記型枠と投光レンズとが同材料により形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、投光レンズによって配光を制御することができ、しかも型枠が投光レンズと同材料により形成されているから、発光層の側方に放射される光が型枠を通って投光レンズに導入されることになり、発光層の側方に放射される光も利用することができる。また、型枠が投光レンズと同じ材料であるから、型枠と投光レンズとの境界において屈折率差による反射を生じることがなく、発光層の側面から出射した光を投光レンズに損失させることなく導入することができる。この発光素子は照明用の光源のほか各種用途に用いることができる。

請求項４の発明は、請求項１または請求項２記載の発光装置の製造方法であって、絶縁基板の上で半導体層を成長させることにより前記発光層を形成した後に絶縁基板を除去し、残った発光層を金属からなる前記基板に積層し、その後、発光層の厚み方向の前記他面に透明電極を形成し、次に発光層と基板とを前記型枠で囲繞するとともに前記ボンディングワイヤを透明電極に接続し、さらに前記光透過層を形成する透光性材料を型枠内に充填することを特徴とする。

この方法によれば、発光層の製造時には絶縁基板の上で半導体層を成長させるから、面積の比較的大きい発光層を形成することができる。また、発光層の形成後に一方の電極となる金属の基板を積層し、他方の電極である透明電極を形成した後に、透明電極にボンディングワイヤを接続してから光透過層となる透光性材料を型枠内に充填するから、光透過層を形成する前に広い空間でボンディングワイヤを接続することができ、ボンディングワイヤの接続を比較的容易に行うことができる。

本発明の構成によれば、発光層の一面に積層する基板を非透光性材料で形成しているから、発光層で発生した光が基板に侵入することがなく、発光層で発生した光の大部分を利用に供することができるという利点を有する。すなわち、従来構成に比較すると供給エネルギに対する発光輝度を高めることができる。

本実施形態の発光装置Ａは、図１に示すように、板状ないしシート状に形成された発光層１の一面に発光層１と同面積の金属の基板２が積層され、さらに発光層１の他面（以下、発光面という）の中央部に透明電極３が積層される。すなわち、発光層１の厚み方向の両面に電極となる基板２と透明電極３とが積層される。また、発光層１と基板２との積層体は、透明合成樹脂からなる型枠４に囲繞される。型枠４は筒状であって、発光層１の厚み方向において、型枠４の一端部は発光層１の発光面より突出する。したがって、発光層１の発光面と型枠４の内周面とに囲まれた凹所５が形成される。この凹所５には光透過層６を形成する透孔性樹脂が充填される。また、透明電極３には光透過層６を形成する前にボンディングワイヤ７が接続される。したがって、比較的広く開放されている状態でボンディングワイヤ７の接続作業を行うことができ、ボンディングワイヤ７の接続作業を容易に行うことができる。なお、型枠４の他端面は基板２の一面と同平面上に位置する。

本実施形態では、光透過層６として発光層１から出射した光の光色を変化させる材料を用いている。ここでは、発光層１に青色発光ダイオードを用い、光透過層６としては青色光により励起されて黄色光を発光する蛍光体を透光性合成樹脂に分散させた光色変換材料を用いている。このような組合せとすることにより、光透過層６を通った光は青色と黄色との混色光になり、青色と黄色とは補色の関係であるから、白色系の光を取り出すことができる。なお、発光層１と光色変換材料との組合せは適宜に選択することができる。

ところで、金属の基板２に発光層１を積層するにあたり、比較的大面積の発光層１を形成するには、サファイア基板のような絶縁基板（図示せず）の上に半導体の発光層１を成長させた後、絶縁基板を除去し、次に、残った発光層１を基板２に積層する。このようなプロセスを採用することにより、比較的大面積の発光層１を金属の基板２に積層した構造物を得ることができる。ここで、基板２は金属であって非透光性材料であるから、発光面の裏面側に放射された光は基板２に浸透することがなく、基板２に光が浸透することによる損失を防止することができる。とくに、基板２に反射率の高い金属を用いることで基板２からの反射光も利用に供することができ、サファイア基板のような透光性材料を基板に用いる場合よりも光の取出効率を高めることができる。また、透光性材料の基板を用いると光路長の差により干渉を生じることがあり、干渉による色ずれを生じることがあるが、本実施形態では、非透光性材料の基板２を用いるから干渉による色ずれも防止できる。

図２に示すように、上述した発光装置Ａを投光レンズ８で覆うことにより発光素子Ｂが形成される。投光レンズ８は平凸レンズ状であって、投光レンズ８の平面側に発光装置Ａが埋入される。投光レンズ８は発光装置Ａを実装基板９に実装した後に形成される。実装基板９は、絶縁板９ａの表面に金属薄膜などからなる導電層９ｂ，９ｃを積層したものであって、導電層９ａの上に基板２を載せた形で実装し、ボンディングワイヤ７を導電層９ｂに接続することにより、導電層９ａ，９ｂを通して発光層１に給電することが可能になる。

投光レンズ８はボンディングワイヤ７を導電層９ｂに接続した後に形成される。投光レンズ８の平面部は基板２の上記一面と略同平面上に形成され、投光レンズ８と発光装置Ａとを組み合わせた発光素子Ｂの全体でドーム状に形成される。投光レンズ８の外周面は、発光層１の発光面の中心に立てた法線Ｎを回転軸とする回転体の外周面の形状になるように形成するのが望ましい。このような形状であると発光層１から放射された光を等方的に取り出すことができる。また、型枠４と投光レンズ８とは同材料で形成する。型枠４と投光レンズ８とが同材料であることにより、型枠４と投光レンズ８との境界で屈折や反射を生じることがなく、発光層１において発光面以外から出射した光をほとんど損失させることなく投光レンズ８に導入することができる。

本発明における発光装置の実施形態を示す断面図である。同上を用いた発光素子の使用例を示す断面図である。

符号の説明

１発光層
２基板
３透明電極
４型枠
５凹所
６光透過層
７ボンディングワイヤ
８投光レンズ

Claims

厚み方向の両面に電極が設けられ電極からの電気エネルギの供給により発光する発光層と、発光層と同面積を有し発光層の厚み方向の一面における電極を兼ねる非透光性材料からなる基板と、発光層の厚み方向の他面に設けた電極に接続されるボンディングワイヤと、発光層の厚み方向において一部が発光層の前記他面よりも突出する形で基板と発光層とを囲繞する型枠と、発光層の前記他面と型枠の内周面とに囲まれた凹所内に充填された透光性材料からなる光透過層とを有することを特徴とする発光装置。
前記光透過層は、前記発光層から出射された光を受けて発光層から出射した光とは異なる波長の光を発生させる光色変換材料により形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
請求項１または請求項２記載の発光装置を囲む投光レンズを備え、前記型枠と投光レンズとが同材料により形成されていることを特徴とする発光素子。
請求項１または請求項２記載の発光装置の製造方法であって、絶縁基板の上で半導体層を成長させることにより前記発光層を形成した後に絶縁基板を除去し、残った発光層を前記基板に積層し、次に発光層と基板とを前記型枠で囲繞するとともに前記ボンディングワイヤを透明電極に接続し、さらに前記光透過層を形成する透光性材料を型枠内に充填することを特徴とする発光装置の製造方法。