JP2007207895A - Light emitting device and light emitting module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子を有する発光装置、およびこの発光装置を備えた照明装置や表示装置などの発光モジュールに関するものである。 The present invention relates to a light emitting device having a light emitting element, and a light emitting module such as a lighting device or a display device including the light emitting device.
図10に示したように、発光装置9としては、絶縁基板90および枠体91により形成される空間92に、発光素子93を収容したものがある(たとえば特許文献1参照)。
As shown in FIG. 10, as the
絶縁基板90は、発光素子93を搭載するための凹部94を有するものであり、表面に導体層95,96が形成されている。導体層95は、発光素子93の下面電極(図示略)と導通接続されるものであり、凹部94の底面94Aから絶縁基板90の下面90Aにまで連続して設けられている。導体層96は、ワイヤ97を介して発光素子93の上面電極(図示略)と導通接続されるものであり、絶縁基板90の上面90Bから下面90Aに連続して設けられている。
The
枠体91は、貫通空間98を有するものであるとともに、絶縁基板90の上面90Bに接合されている。絶縁基板90に枠体91を接合した状態では、絶縁基板90の凹部94と枠体91の貫通空間98によって発光素子93を搭載するための空間92が形成されている。この空間92には、発光素子93を保護するために、透光部99が設けられている。この透光部99は、空間92に透明樹脂を充填することにより形成されている。
The
発光素子93としては、種々のものが使用されるが、たとえば発光装置9においては白色光を出射させる場合などには、青色の光を放出する発光ダイオードが使用される。この場合、透光部99あるいは発光素子93の表面に、青色光を黄色光に変換するための波長変換層が設けられ、あるいは透光部99の内部に黄色の蛍光を発する蛍光体を含有させられる。
Various light-
その一方で、近年においては、より短波長の光(近紫外光から青色光)を放出する発光素子が開発されており(たとえば特許文献2参照)、このような短波長の発光素子もまた、発光装置9から白色光を出射させる場合に使用することができる。
On the other hand, in recent years, light emitting elements that emit shorter wavelength light (near ultraviolet light to blue light) have been developed (see, for example, Patent Document 2). It can be used when white light is emitted from the
しかしながら、発光装置9では、発光素子93から出射された光は、透光部99が樹脂により形成されている場合、その一部が透光部99において吸収される。そして、これら吸収された光のエネルギーによって樹脂の分子間結合が破断され、透光部99の透過率,接着強度,硬度等の材料特性が経時的に劣化する。また、透光部99が、無機材料から成るゾル−ゲルガラスや低融点ガラス等の未硬化の透光部99を硬化させることにより形成されている場合、透光部99を硬化させる際に発生する、透光部99の体積収縮に起因した応力により、透光部99にはクラックが発生する。その結果、発光装置9を長期間使用する場合においては、透光部99の透過率の劣化や透光部99に発生するクラックに起因し、発光装置9の発光輝度の低下等の問題が生じ得る。とくに、白色光を出射する発光装置9のように、発光素子93として、紫外領域から近紫外領域の光を発生させる発光ダイオードや、青色発光ダイオードなどの波長の短い光を放出するものを使用する場合には、透光部99の透過率,接着強度,硬度等の特性劣化が生じる可能性が高く、近年において開発されている、より短波長な光を放出する発光素子を使用する場合には、透光部99の特性劣化が生じる可能性がより高くなる。
However, in the
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、紫外領域から近紫外領域および青色領域を含む、出射光の波長が短い発光素子を使用する場合であっても、発光素子から出射される光による、透光部の透過率,接着強度,硬度等の特性劣化を抑制でき、長期間の使用によっても発光輝度などの劣化が生じにくい発光装置および発光モジュールを提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is emitted from a light emitting element even when a light emitting element having a short wavelength of emitted light including an ultraviolet region to a near ultraviolet region and a blue region is used. It is an object of the present invention to provide a light emitting device and a light emitting module that can suppress deterioration of characteristics such as transmittance, adhesive strength, hardness, and the like due to light, and are less susceptible to deterioration of light emission luminance even after long-term use. .
本発明の第1の側面においては、透光性の無機材料からなり、凹状開口部を有する容器と、該容器の前記凹状開口部内にガラス接合材を介して収容され、基板上に、第1の導電型層、発光層および第2の導電型層が形成された発光素子と、透光性の無機材料からなり、前記容器の前記凹状開口部を塞ぐ蓋と、を含んでいることを特徴とする、発光装置が提供される。 In the first aspect of the present invention, a container made of a translucent inorganic material, having a concave opening, and accommodated in the concave opening of the container via a glass bonding material, the first on the substrate, And a light-emitting element on which the light-emitting layer and the second conductive-type layer are formed, and a lid made of a light-transmitting inorganic material and closing the concave opening of the container. A light emitting device is provided.
発光素子は、容器の内表面に対して、ガラス接合材を介して密着させるのが好ましい。 The light emitting element is preferably adhered to the inner surface of the container via a glass bonding material.
蓋は、ガラス接合材を介して前記発光素子に密着した状態で、凹状開口部を塞いでいるのが好ましい。 It is preferable that the lid closes the concave opening in a state of being in close contact with the light emitting element via a glass bonding material.
ガラス接合材の屈折率は、前記容器および前記蓋の屈折率より小さく設定するのが好ましい。 The refractive index of the glass bonding material is preferably set smaller than the refractive indexes of the container and the lid.
発光素子は、たとえば基板の表面に形成された第1電極と、第2の導電型層の表面に形成された第2電極と、を有している。 The light emitting element has, for example, a first electrode formed on the surface of the substrate and a second electrode formed on the surface of the second conductivity type layer.
この場合、本発明の発光装置は、第1電極に導通接続されているとともに、容器を貫通し、かつ容器の表面において一部が露出する第1外部接続用導体と、第2電極に導通接続されているとともに、蓋を貫通し、かつ蓋の表面において一部が露出する第2外部接続用導体と、をさらに備えたものとして構成することができる。 In this case, the light-emitting device of the present invention is conductively connected to the first electrode, and is electrically connected to the second electrode and the first external connection conductor that penetrates the container and is partially exposed on the surface of the container. And a second external connection conductor that penetrates the lid and is partially exposed on the surface of the lid.
容器は、発光素子を収容するための貫通空間を有する筒状部材と、容器の開口部を塞ぐとともに、発光素子が搭載される搭載基板と、を含んだ構成であってもよい。 The container may have a configuration including a cylindrical member having a through space for accommodating the light emitting element, and a mounting substrate on which the opening of the container is mounted and the light emitting element is mounted.
この場合、本発明の発光装置は、第1および第2電極に導通接続されているとともに、搭載基板の表面に設けられた第1および第2外部接続用導体をさらに備えたものとして構成することができる。第1および第2外部接続用導体は、たとえば搭載基板の上面、側面および下面に連続して延びたものとして設けられる。また、第1外部接続用導体は、たとえば実質的に(中継用リードなどの中継用導体(導電性接合材を除く)を介することなく)第1電極に直接導通接続されており、第2外部接続用導体は、たとえば中継用リードを介して、第2電極に導通接続される。 In this case, the light emitting device of the present invention is configured to be further connected to the first and second electrodes and further provided with first and second external connection conductors provided on the surface of the mounting substrate. Can do. The first and second external connection conductors are provided, for example, as extending continuously on the upper surface, side surface, and lower surface of the mounting substrate. In addition, the first external connection conductor is, for example, substantially conductively connected to the first electrode (without passing through a relay conductor such as a relay lead (excluding the conductive bonding material)), and the second external connection conductor The connection conductor is conductively connected to the second electrode, for example, via a relay lead.
容器または蓋は、たとえば発光素子から出射された光の波長を変換するための1または複数種の蛍光体を含有したものとされる。この場合、蛍光体は、容器または蓋の外表面部に偏在させるのが好ましい。 The container or the lid contains, for example, one or more kinds of phosphors for converting the wavelength of light emitted from the light emitting element. In this case, the phosphor is preferably unevenly distributed on the outer surface portion of the container or the lid.
発光素子としては、たとえば230〜450nmの波長範囲に発光強度のピークを少なくとも1つ有する光を出射するもの、たとえば第1の導電型層、第2の導電型層および前記発光層が酸化亜鉛系化合物により形成されたものが使用される。この場合、複数種の蛍光体は、前記発光素子から出射された光を、400〜500nmの波長範囲に発光強度のピークを有する光、500〜600nmの波長範囲に発光強度のピークを有する光、および600〜700nmの波長範囲に発光強度のピークを有する光にそれぞれ変換する第1から第3の蛍光体を含んでいるのが好ましい。 The light emitting element emits light having at least one emission intensity peak in the wavelength range of 230 to 450 nm, for example, the first conductive type layer, the second conductive type layer, and the light emitting layer are zinc oxide-based. Those formed by the compound are used. In this case, the plurality of kinds of phosphors emit light emitted from the light emitting element, light having a peak of emission intensity in a wavelength range of 400 to 500 nm, light having a peak of emission intensity in a wavelength range of 500 to 600 nm, And first to third phosphors which respectively convert to light having a peak of emission intensity in the wavelength range of 600 to 700 nm.
本発明の第2の側面においては、絶縁基板に対して1または複数の発光装置が搭載された発光モジュールであって、前記発光装置は、本発明の第1の側面に係るものであることを特徴とする、発光モジュールが提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a light emitting module in which one or a plurality of light emitting devices are mounted on an insulating substrate, the light emitting device according to the first aspect of the present invention. A featured light emitting module is provided.
絶縁基板は、複数の発光装置を収容するための複数の凹部を有するものであってもよい。この場合、各発光装置は、複数の凹部のうちの対応する凹部に嵌め込まれる。 The insulating substrate may have a plurality of recesses for accommodating a plurality of light emitting devices. In this case, each light emitting device is fitted into a corresponding recess among the plurality of recesses.
本発明の発光モジュールは、たとえば照明装置あるいは表示装置として使用できるように構成される。 The light emitting module of the present invention is configured to be used as, for example, a lighting device or a display device.
本発明に係る発光装置は、透光性の無機材料からなり、凹状開口部を有する容器と、この容器の凹状開口部内にガラス接合材を介して収容され、基板上に、第1の導電型層、発光層および第2の導電型層が形成された発光素子と、透光性の無機材料からなり、容器の凹状開口部を塞ぐ蓋とを備えるため、発光素子は、透光性の無機材料から成る容器および蓋により保護される。すなわち、透光性の無機材料から成る容器および蓋は、発光素子からの光エネルギーによって分子構造が破断され難くなり、発光素子の周りを樹脂により保護する従来の発光装置と比べ、発光素子からの光によって発光素子を保護する要素(容器および蓋)が光エネルギーによって劣化する可能性が低減され、発光装置の発光輝度が低下するのが抑制される。これにより、本発明に係る発光装置は、長期間にわたって安定した光を出力させることが可能となる。 A light-emitting device according to the present invention is made of a light-transmitting inorganic material, and has a container having a concave opening, and is accommodated in the concave opening of the container via a glass bonding material. The light-emitting element includes a light-emitting element in which a layer, a light-emitting layer, and a second conductivity type layer are formed, and a lid that is made of a light-transmitting inorganic material and closes the concave opening of the container. Protected by material container and lid. That is, the container and lid made of a light-transmitting inorganic material are less likely to break the molecular structure due to the light energy from the light-emitting element, and the light-emitting element is protected from the light-emitting element compared to conventional light-emitting devices that protect the periphery of the light-emitting element with resin. The possibility that the elements (the container and the lid) that protect the light emitting element with light are deteriorated by light energy is reduced, and the light emission luminance of the light emitting device is suppressed from being lowered. Thereby, the light-emitting device according to the present invention can output stable light over a long period of time.
また、本発明に係る発光モジュール、たとえば照明装置や表示装置では、先の発光装置が使用されているため、長期間にわたって安定した照明・表示を行なうことが可能となる。 Further, in the light emitting module according to the present invention, for example, the lighting device or the display device, since the previous light emitting device is used, it is possible to perform stable illumination and display over a long period of time.
さらに、発光素子を容器の内面に対してガラス接合材を介して密着させた場合には、 発光装置の作製過程における体積収縮によって発生する応力がガラス接合材に制限される。すなわち、発光素子全体を被覆する透光性の無機材料として、固体状の容器および蓋を予め準備し、容器の内側に発光素子を配置する際には、発光素子と容器および蓋の内面との隙間をできる限り薄くし、この隙間にガラス接合材を充填して硬化させる。これにより、発光装置の作製過程において体積収縮する部材をガラス接合材に制限するとともに、隙間に充填したガラス接合材の体積をできる限り小さくすることにより、ガラス接合材に発生するクラックを抑制できる。その結果、発光装置の作製工程において発生する容器や蓋またはガラス接合材に発生するクラックが抑制される。これにより、発光装置は、長期間にわたって安定した光を出力させることが可能となる。さらに、ガラス接合材によって発光素子と容器および蓋の間に気体が残存する可能性が低減される。そのため、発光素子と容器および蓋との間に気体が残存する場合に比べて、発光素子からの光が、発光素子と容器および蓋との間において反射される可能性が低減される。これにより、本発明の発光装置では、発光素子からの光を、容器および蓋に対して効率良く導入させることができるようになる。とくに、ガラス接合材の屈折率を、容器および蓋の屈折率よりも小さく設定した場合には、ガラス接合材と容器および蓋との界面における反射をも抑制できるとともに、容器および蓋と外部気体との界面で反射された一部の光は、ガラス接合材と容器および蓋との界面において、スネルの法則に従って一部の光は全反射されるとともに側方に放射される。これにより、発光素子による光吸収は抑制されるとともに、発光装置の外部に放射される光の量が増加する。その結果、ガラス接合材を介して発光素子からの光を、容器および蓋に対してさらに効率良く導入させることができるとともに、発光装置の光出力を向上させることができる。 Furthermore, when the light emitting element is closely attached to the inner surface of the container via the glass bonding material, the stress generated by the volume shrinkage in the process of manufacturing the light emitting device is limited to the glass bonding material. That is, as a translucent inorganic material that covers the entire light emitting element, a solid container and a lid are prepared in advance, and when the light emitting element is disposed inside the container, the light emitting element and the inner surface of the container and the lid The gap is made as thin as possible, and this gap is filled with a glass bonding material and cured. Thereby, while restrict | limiting the member which volume shrinks in the manufacture process of a light-emitting device to a glass bonding material, the crack which generate | occur | produces in a glass bonding material can be suppressed by making the volume of the glass bonding material with which the clearance gap was filled as much as possible. As a result, cracks generated in the container, the lid, or the glass bonding material generated in the manufacturing process of the light emitting device are suppressed. As a result, the light emitting device can output stable light over a long period of time. Further, the possibility of gas remaining between the light emitting element and the container and the lid is reduced by the glass bonding material. Therefore, compared with the case where gas remains between a light emitting element, a container, and a lid | cover, possibility that the light from a light emitting element will be reflected between a light emitting element, a container, and a lid | cover will be reduced. Thereby, in the light emitting device of the present invention, light from the light emitting element can be efficiently introduced into the container and the lid. In particular, when the refractive index of the glass bonding material is set smaller than the refractive index of the container and the lid, reflection at the interface between the glass bonding material and the container and the lid can be suppressed, and the container, the lid, and the external gas Some of the light reflected at the interface is totally reflected and emitted sideways at the interface between the glass bonding material and the container and the lid according to Snell's law. This suppresses light absorption by the light emitting element and increases the amount of light emitted to the outside of the light emitting device. As a result, light from the light emitting element can be more efficiently introduced into the container and the lid through the glass bonding material, and the light output of the light emitting device can be improved.
また、第1および第2外部接続用導体の一部を露出させ、あるいは搭載基板の表面に設ければ、本発明の発光装置を、所定の配線などが形成された配線基板や回路基板などの実装基板に対して、種々の接続手段を適用して適切に導通接続することができる。また、第1および第2外部接続用導体を、搭載基板の上面、側面および下面に連続して延びる膜状に形成すれば、本発明の発光装置は実装基板に対して面実装可能となる。 Further, if a part of the first and second external connection conductors are exposed or provided on the surface of the mounting substrate, the light emitting device of the present invention can be applied to a wiring board or a circuit board on which predetermined wirings are formed. Various connection means can be applied to the mounting substrate for appropriate conductive connection. Further, if the first and second external connection conductors are formed in a film shape continuously extending on the upper surface, the side surface, and the lower surface of the mounting substrate, the light emitting device of the present invention can be surface mounted on the mounting substrate.
また、容器および蓋を、発光素子から出射された光の波長を変換するための1または複数種の蛍光体を含有したものとすれば、発光装置から目的とする波長の光を出射させることができる。たとえば、発光素子としては、たとえば230〜450nmの波長範囲に発光強度のピークを少なくとも1つ有する光を出射するものが使用する一方で、複数種の蛍光体として、前記発光素子から出射された光を、400〜500nmの波長範囲に発光強度のピークを有する光、500〜600nmの波長範囲に発光強度のピークを有する光、および600〜700nmの波長範囲に発光強度のピークを有する光にそれぞれ変換する第1から第3の蛍光体を使用する場合には、発光装置からは白色光を出射させることができる。 Further, if the container and the lid include one or more kinds of phosphors for converting the wavelength of light emitted from the light emitting element, light having a target wavelength can be emitted from the light emitting device. it can. For example, as the light emitting element, one that emits light having at least one emission intensity peak in a wavelength range of 230 to 450 nm, for example, is used, while light emitted from the light emitting element as a plurality of types of phosphors. Is converted into light having an emission intensity peak in the wavelength range of 400 to 500 nm, light having an emission intensity peak in the wavelength range of 500 to 600 nm, and light having an emission intensity peak in the wavelength range of 600 to 700 nm. In the case where the first to third phosphors are used, white light can be emitted from the light emitting device.
もちろん、本発明の発光装置は、使用する蛍光体の種類に応じて、白色光以外の光を出射するように構成することができ、たとえば赤色光、緑色光、青色光、黄色、マゼンダ、シアンなどを出射させることができる。 Of course, the light emitting device of the present invention can be configured to emit light other than white light depending on the type of phosphor used, for example, red light, green light, blue light, yellow, magenta, cyan. Etc. can be emitted.
さらに、蛍光体を容器または蓋の外表面部に偏在させた場合には、蛍光体を含有する部分の厚みが小さくなるために、この部分を垂直に透過する光と斜めに透過する光の光路差が小さくなる。その結果、垂直に透過する光と斜めに透過する光の間の波長変換量の差が小さくなるために、発光素子からの光の一部の光をそのまま透過させる一方で、他の光の波長を変換し、それらの混合色を出射させる場合には、色ムラを抑制して全体から同様な色の光を出射させることが可能となる。 Further, when the phosphor is unevenly distributed on the outer surface portion of the container or the lid, the thickness of the portion containing the phosphor is reduced, so that the optical path of the light that is transmitted vertically and the light that is transmitted obliquely through this portion. The difference becomes smaller. As a result, the difference in wavelength conversion amount between vertically transmitted light and obliquely transmitted light is reduced, so that a part of the light from the light emitting element is transmitted as it is, while the wavelength of the other light is transmitted. Is converted and the mixed colors thereof are emitted, it is possible to emit light of the same color from the whole while suppressing color unevenness.
また、本発明の発光装置では、容器または蓋が、石英ガラス,硼酸と珪酸とを含む光学ガラス,水晶,サファイアあるいは螢石等により形成されているために、発光素子として波長の短い光を出射するもの、たとえば青色光や近紫外光を出射する酸化亜鉛系化合物半導体を使用する場合であっても、容器および蓋が劣化するのを効果的に抑制できるために、発光装置における発光輝度の低下を効果的に抑制することができる。 In the light emitting device of the present invention, the container or lid is made of quartz glass, optical glass containing boric acid and silicic acid, crystal, sapphire, or meteorite, and therefore emits light having a short wavelength as a light emitting element. Even when using a zinc oxide compound semiconductor that emits blue light or near-ultraviolet light, for example, it is possible to effectively suppress deterioration of the container and the lid. Can be effectively suppressed.
以下においては、本発明の第1ないし第3の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置ついて、図1ないし図3を参照して説明する。 First, a light emitting device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1ないし図3に示した発光装置Xは、発光素子1、容器20および蓋21から成る光学部材2および外部接続用端子3A,3Bを備えたものであり、光学部材2によって形成される空間に発光素子1が収容されたものである。すなわち、発光装置Xでは、発光素子1の全体が光学部材2により覆われている。
A light emitting device X shown in FIGS. 1 to 3 includes an
発光素子1は、基板10上に、n型半導体層11、発光層12およびp型半導体層13を積層形成したものであり、少なくとも側方に向けて光を出射するように構成されている。この発光素子1は、たとえばZnO系の酸化物半導体発光ダイオードであり、230nm〜450nmの波長の光を放射するように構成されている。もちろん、発光素子1としては、ZnO系の酸化物半導体発光ダイオード以外のものを使用することができ、たとえばシリコンカーバイド(SiC)系化合物半導体,ダイヤモンド系化合物半導体,窒化ホウ素系化合物半導体等の化合物半導体を使用することができ、発光装置Xにおいて出射させる光の波長に応じて、使用すべき発光素子1の種類を適宜選択すればよい。
The
基板10の下面10Aおよびp型半導体層13の上面13Aには、電極14,15が形成されている。これらの電極14,15は、発光層12から光を放出させるために、n型半導体層11、発光層12およびp型半導体層13の間に電圧を印加するためのものである。電極14,15は、光を透過させる必要がある場合には透明に形成され、光を反射させる必要がある場合には反射率の高い材料により形成される。電極14,15を形成するための材料としては、電極14,15を透明に形成する場合にはITO(Indium Tin Oxide)ガラスや酸化亜鉛系透明導電膜、インジウム(In)と錫(Sn)との酸化物であるSnO2,In2O3などが使用される。また、電極14,15を反射率の高いものとして形成する場合には、アルミニウム,ロジウム,銀等の230nm〜450nmの波長の光に対して反射率が高い金属および合金などが使用される。
光学部材2は、発光素子1を保護する機能を果たすとともに、発光素子1において放出された光を外部に導く役割をも果たすものであり、容器20および蓋21を含んでいる。
The
容器20は、無機材料によって全体が透光性を有するとともに、凹部22および上部開口23を有する有底箱状に形成されている。容器20を形成するための透光性の無機材料としては、たとえば石英ガラス,硼酸と珪酸とを含む光学ガラス,水晶,サファイアあるいは螢石等を使用することができる。
The
凹部22は、発光素子1を収容するためのものであり、発光素子1よりも大きな容積を有している。この凹部22においては、凹部22の内面24と発光素子1の側面との間に、ガラス接合材4を介在させた状態で、発光素子1が収容されている。
The
ガラス接合材4は、透光性を有するものであり、たとえば光学部材2よりも屈折率が小さい材料により構成されている。このようなガラス接合材4としては、たとえばゾルーゲルガラス,水ガラス,低融点ガラス等の230nm〜450nmの波長の光に対して透過率が高く、溶融もしくは加水分解反応を利用して無機化される、透光性の無機材料から成る接合材を使用することができる。
The
蓋21は、容器20の上部開口23を封止するものであり、石英ガラス,硼酸と珪酸とを含む光学ガラス,水晶,サファイアあるいは螢石等から成る無機材料により、透光性を有する板状に形成されている。蓋21を形成するための透光性の無機材料としては、容器20を形成するための石英ガラス,硼酸と珪酸とを含む光学ガラス,水晶.サファイアあるいは螢石等から成る透光性の無機材料と同様なものを使用することができる。これにより、容器20と蓋21との熱膨張差が無くなり、発光装置Xの作製工程または作動環境において発生する熱膨張差に起因した応力が抑制され、容器20や蓋21またはガラス接合材4にクラック等の破損が発生することを抑制できる。
The
蓋21は、ゾルーゲルガラス,低融点ガラス,水ガラス,半田等の無機材料から成る接合材40を介して容器20に対して固定されている。蓋21によって容器20の上部開口23を塞いだ場合には、蓋21の内面25と発光素子1の上面との間には、ゾルーゲルガラス,低融点ガラス,水ガラス等の透光性の無機材料から成るガラス接合材4が介在している。
The
なお、ガラス接合材4によって、発光素子1と蓋21との間に十分な接合強度を維持できる場合には、接合材40を省略してもよい。
Note that the
外部接続用導体3A,3Bは、発光装置Xを所定の実装基板に搭載する際に、実装基板の配線や端子に導通接続させる部分である。外部接続用導体3Aは、容器20の底壁容器20Aを貫通しているとともに、両端部30A,31Aが容器20の底壁容器20Aから突出している。すなわち、端部30Aは発光素子1の電極14に導通接続されており、端部30Bは容器20から突出した状態で露出している。一方、外部接続用導体3Bは、蓋21を貫通しているとともに、両端部30B,31Bが蓋21から突出している。すなわち、端部30Bは発光素子1の電極15に導通接続されており、端部31Bは蓋21から突出した状態で露出している。さらに、外部接続用導体3A,3Bが、発光素子1から側方に出射される光に対して直角方向に配置されることから、外部接続用導体3A,3Bによる光吸収が低減され、発光装置Xの光出力が向上する。
The
発光装置Xでは、石英ガラス,硼酸と珪酸とを含む光学ガラス,水晶.サファイアあるいは螢石等により形成された光学部材2(20,21)によって、発光素子1の全体が囲まれている。そのため、発光装置Xは、樹脂によって形成された光学部材2(20,21)に比べて、発光素子1から出射された光が発光素子1の周り(光学部材2(20,21))において吸収されたとしても、この光エネルギーによって分子構造が破断され難くなり、発光素子1の周りを樹脂により保護する従来の発光装置9(図10参照)と比べ、発光素子1からの光エネルギーに起因した、光学部材2(20,21)の透過率や機械的強度が劣化する可能性は極めて小さい。さらに、凹部22が形成された容器20の内側に発光素子1を配置し、発光素子1と内面23,25との隙間部にガラス接合材4を充填するとともに蓋21で封止することにより、発光装置Xの作製過程における体積収縮によって発生する応力がガラス接合材4に制限される。すなわち、発光素子1全体を被覆する透光性の無機材料として、固体状の光学部材2(20,21)を予め準備し、容器20の内側に発光素子1を配置する際には、発光素子1と内面23,25との隙間をできる限り薄くし、この隙間にガラス接合材4を充填して硬化させる。これにより、発光装置Xの作製過程において体積収縮する部材をガラス接合材4に制限するとともに、隙間に充填したガラス接合材4の体積をできる限り小さくすることにより、ガラス接合材4に発生するクラックを抑制できる。その結果、発光素子1からの光によって発光素子1を保護する要素(光学部材2(20,21))の透過率や機械的強度が劣化する可能性が低減され、発光装置Xの発光輝度が低下するのが抑制されるとともに、発光装置の作製工程において発生する光学部材2(20,21)やガラス接合材4に発生するクラックが抑制される。これにより、発光装置Xは、長期間にわたって安定した光を出力させることが可能となる。
In the light emitting device X, quartz glass, optical glass containing boric acid and silicic acid, quartz. The entire
なお、ガラス接合材4は、厚さが0.05〜1mmであることが好ましく、ガラス接合材4の厚さが0.05mmより小さい場合、ガラス接合材4の接着強度や硬度等の機械的特性が著しく低下し、発光装置Xに対する物理的な衝撃に対して、光学部材2(20,21)が発光素子1より外れやすく、かつガラス接合材4にクラックが発生し易くなり、発光装置Xの光出力が低下する。
The
また、ガラス接合材4の厚さが1mmより大きい場合、未硬化のガラス接合材4を硬化させる際に生じる体積収縮とそれに伴って発生する応力によってクラックが発生し易くなり、発光装置Xの光出力と長期信頼性が低下する。従って、ガラス接合材4は、厚さが0.05〜1mmであることが好ましく、発光装置Xを長期間にわたって正常に作動できる。
Further, when the thickness of the
また、ガラス接合材4を介して、発光素子1に対して光学部材2(20,21)を密着させた構成を採用することにより、発光素子1と光学部材2(20,21)の間に気体が残存する可能性が低減される。そのため、発光素子1と光学部材2との間に気体が残存する場合に比べて、発光素子1からの光が、発光素子1と光学部材2との間において反射される可能性が低減される。これにより、発光装置Xでは、発光素子1からの光を、光学部材2(20,21)に対して効率良く導入させることができるようになる。とくに、ガラス接合材4の屈折率を光学部材2(20,21)の屈折率よりも小さく設定した場合には、ガラス接合材4と光学部材2(20,21)との界面において発光素子1からの光は、スネルの法則に従って無反射に光学部材2(20,21)に入射されるとともに、光学部材2(20,21)と外部気体との界面で反射された一部の光は、ガラス接合材4と光学部材2(20,21)との界面において、スネルの法則に従って一部の光は全反射されるとともに側方に放射される。これにより、発光素子1による光吸収は抑制されるとともに、発光装置Xの外部に放射される光の量が増加する。その結果、ガラス接合材4を介して、発光素子1に対して光学部材2(20,21)を密着させた構成を採用することにより、発光素子1からの光を、光学部材2(20,21)に対してさらに効率良く導入させることができるとともに、発光装置Xの光出力を向上させることができる。
Further, by adopting a configuration in which the optical member 2 (20, 21) is brought into close contact with the
次に、本発明の第2の実施の形態に係る発光モジュールについて、図4および図5を参照しつつ説明する。 Next, a light emitting module according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図4および図5に示した発光モジュール5は、照明装置あるいは表示装置として使用可能なものであり、複数の発光装置6および絶縁基板7を備えている。
The light emitting module 5 shown in FIGS. 4 and 5 can be used as a lighting device or a display device, and includes a plurality of light emitting
複数の発光装置6は、先に説明した発光装置X(図1ないし図3参照)と同様に、発光素子60の周囲を光学部材61で囲んだものであるとともに、全体として直方体形状に形成されている。光学部材61は、容器62および蓋63を有している。容器62および蓋63には、それらを貫通して外部接続用端子64,65が設けられている。
The plurality of light-emitting
絶縁基板7は、複数の発光装置6を位置決め固定するとともに、各発光装置6に駆動電力を供給するためのものである。この絶縁基板7は、複数の貫通孔70が形成された第1基板71と、配線(図示略)がパターン形成された第2基板72と、を有している。
The insulating
第1基板71の複数の貫通孔70は、発光装置6を収容するためのものであり、マトリックス状に配置されている。各貫通孔70の内面には、発光装置6の電極62,63に接触させるための一対の端子73,74が、互いに対面して設けられている。すなわち、各貫通孔70に発光装置6を収容させた状態では、複数の発光装置6がマトリックス状に配置されるとともに、各発光装置6の電極62,63と貫通孔70の一対の端子73,74とが導通接続された状態とされる。
The plurality of through
第2基板72の配線(図示略)は、第1基板71の一対の端子73,74に導通接続されている。この配線はさらに、第2基板72の側面に設けられた端子75に導通接続されている。配線のパターンは、たとえば発光モジュール5における複数の発光装置6の駆動態様に応じて設計される。
The wiring (not shown) of the
たとえば発光モジュール5を表示装置として構成する場合には、各発光素装置6が個別に駆動可能とされるため、配線は各発光装置6を個別に駆動可能なようにパターン形成される。一方、発光モジュール5を照明装置として構成する場合には、各発光装置6は必ずしも個別に駆動可能に構成する必要はなく、たとえば全部を同時に駆動可能とし、または複数の発光装置5を複数のグループに分け、グループ毎に駆動可能とされ、そのような駆動が可能なように配線がパターン形成される。
For example, when the light emitting module 5 is configured as a display device, each light emitting
発光モジュール5では、発光装置6として、先に説明した発光装置X(図1ないし図3参照)と同様なものが使用される。すなわち、発光装置6は、発光素子60からの光によって光学部材61(62,63)が劣化することが抑制されたものであるため、このような発光装置6を使用した発光モジュール5では、長期間にわたって安定した光を出力させることが可能となる。
In the light emitting module 5, the
なお、発光モジュール5においては、第1基板71に複数の貫通孔70を設け、それらの貫通孔70に発光装置6を収容させていたが、発光装置6は、絶縁基板の表面に対して、単に実装した形態であってもよい。
In the light emitting module 5, a plurality of through
本発明に係る発光装置、および発光モジュールにおいて採用される発光装置は、図1ないし図3を参照して説明したものには限定されず、種々に変更可能である。たとえば、発光装置は、図6および図7に示した構成とすることができ、その場合にも、先の発光装置X(図1および図2参照)と同様な作用効果を奏することができる。 The light-emitting device employed in the light-emitting device and the light-emitting module according to the present invention is not limited to those described with reference to FIGS. 1 to 3 and can be variously changed. For example, the light emitting device can be configured as shown in FIGS. 6 and 7, and in this case as well, the same operational effects as those of the previous light emitting device X (see FIGS. 1 and 2) can be achieved.
図6(a)および図6(b)には、光学部材における容器26,27の他の例を示した。これら容器26,27は、貫通空間26Aa,27Aaを有する筒状部材26A,27Aと、板状部材26B,27Bからなるものであり、先に説明した発光装置Xの容器20と同様に、全体として有底箱状に形成されている。
FIG. 6A and FIG. 6B show other examples of the
筒状部材26A,27Aは、発光素子を収容するための貫通空間26Aa,27Aaを有するものである。容器26の筒状部材26A(図6(a)参照)は、一体的に形成されたものであり、容器27の筒状部材27A(図6(b)参照)は、4枚の平板27Ab,27Acからなるものである。これに対して、板状部材26B,27Bは、筒状部材26A,27Aの下部開口26Ad,27Adを塞ぐためのものである。
The
図7(a)および図7(b)に示した発光装置X1,X2は、光学部材28,29の容器28A,29Aに蛍光体28Aa,29Aaを分散させたものである。図7(a)に示した発光装置X1は、蛍光体28Aaを光学部材28における容器28Aの全体に分散させたものであり、図7(b)に示した発光装置X2は、蛍光体29Aaを光学部材29における容器29Aの外表面部に選択的に分散させたものである。
In the light emitting devices X1 and X2 shown in FIGS. 7A and 7B, phosphors 28Aa and 29Aa are dispersed in
また、前記光学部材に蛍光体を分散させることなく、ガラス接合材4に蛍光体を分散した場合にも同様な効果が得られる。(図示せず)
The same effect can be obtained when the phosphor is dispersed in the
光学部材28,29の容器28A,29Aに含有させる蛍光体28Aa,29Aaは、発光装置X1,X2から出射させるべき光の波長(色)に応じて選択される。たとえば、発光装置X1,X2から白色光を出射させる場合には、蛍光体28Aa,29Aaとしては、発光素子1から出射された光を、400〜500nmの波長範囲に発光強度のピークを有する光に変換する第1蛍光体、500〜600nmの波長範囲に発光強度のピークを有する光に変換する第2蛍光体、および600〜700nmの波長範囲に発光強度のピークを有する光に変換する第3蛍光体が使用される。第1蛍光体としては、たとえば(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:EuあるいはBaMgAl10O17:Euを挙げることができ、第2蛍光体としては、たとえばSrAl2O4:EuやZnS:Cu,AlあるいはSrGa2S4:Euを挙げることができ、第3蛍光体としては、たとえばSrCaS:EuあるいはLa2O2S:Eu,LiEuW2O8を挙げることができる。
The phosphors 28Aa and 29Aa to be contained in the
一方、第1から第3蛍光体を使用して発光装置X1,X2から白色光を出射させる場合には、発光素子1としては、たとえば230〜450nmの波長範囲に発光強度のピークを少なくとも1つ有する光を出射するものが使用される。このような発光素子1としては、ZnO系の酸化物半導体,シリコンカーバイド(SiC)系化合物半導体,ダイヤモンド系化合物半導体,窒化ホウ素系化合物半導体等の化合物半導体発光ダイオードを挙げることができる。
On the other hand, when white light is emitted from the light emitting devices X1 and X2 using the first to third phosphors, the
また、発光素子1として青色光を出射するものを使用するとともに、蛍光体28Aa,29Aaとして青色光を黄色光に変換するもの、たとえばセリウム(Ce)で付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG)あるいは、2価のユーロピウム(Eu)で活性化されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体を使用することによって、発光装置X1,X2から白色光を出射させるようにしてもよい。
In addition, a
図7(a)に示した発光装置X1は、蛍光体28Aaを光学部材28における容器28Aの全体に分散させたものであるから、蛍光体28Aaが分散された光学部材28(容器28A)を簡易に形成することができる。すなわち、発光装置X1では、光学部材28(28A)の製造が容易であるといった利点がある。一方、図7(b)に示した発光装置X2は、蛍光体29Aaを光学部材29における容器29Aの外表面部に選択的に分散させたものであるから、光学部材29の容器29Aを水平に進行する光と、水平方向から傾斜した方向に進行する光との間において、光路差が小さくなる。その結果、水平方向に透過する光と斜めに透過する光の間の波長変換量の差が小さくなるために、発光素子1からの光の一部をそのまま透過させる一方で、一部の光の波長を変換してそれらの混合色を出射させる場合には、色ムラを抑制して全体から同様な色の光を出射させることが可能となる。
Since the light emitting device X1 shown in FIG. 7A is obtained by dispersing the phosphor 28Aa in the
もちろん、発光装置X1,X2は、使用する蛍光体28Aa,29Aaの種類を適宜選択することにより白色以外の光を出射するように構成することもでき、必要に応じて、光学部材28,29の蓋28B,29Bに蛍光体28Aa,29Aaを含有させてもよく、また光学部材28,29の容器28A,29Aにおける底壁28Ab,29Abに対する蛍光体28Aa,29Aaを省略してもよい。さらに、光学部材28,29の容器28A,29Aに蛍光体28Aa,29Aaを分散させる代わりに、光学部材28,29の外表面に、蛍光体を含む波長変換層を設けてもよい。
Of course, the light emitting devices X1 and X2 can be configured to emit light other than white by appropriately selecting the type of phosphors 28Aa and 29Aa to be used. The
次に、本発明の第3の実施の形態に係る発光装置について、図8および図9を参照して説明する。 Next, a light-emitting device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図8に示した発光装置X3は、面実装可能に構成されたものであり、発光素子80、および中空状に形成された光学部材81を備えている。
The light emitting device X3 shown in FIG. 8 is configured to be surface-mountable, and includes a
発光素子80は、先に説明した本発明の第1の実施の形態に係る発光装置Xの発光素子1(図1ないし図3参照)と同様なものであり、電極80A,80Bを有している。この発光素子80は、その外面と光学部材81の内面との間にガラス接合材82を介在させた状態で、光学部材81の内部に収容されている。すなわち、発光装置X3では、光学部材81により、発光素子80の全体が囲まれている。
The light-emitting
ガラス接合材82は、屈折率が光学部材81よりも小さくされている。なお、ガラス接合材82を形成するための材料としては、先に説明した発光装置X(図1ないし図3参照)と同様なものを使用することができる。
The
光学部材81は、容器83の上部開口83Aを蓋84により塞いだ構成を有するものであり、透光性の無機材料により、全体が透光性を有するものとして形成されている。光学部材81(容器83および蓋84)を形成するための無機材料としては、先に説明した発光装置X(図1ないし図3参照)と同様なものを使用することができる。
The
図8および図9に示したように、蓋84には、発光素子80の電極80Aに導通接続させるためのリード85Aが設けられている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
容器83は、筒状部材86の下部開口86Aを搭載基板87によって塞ぐことにより、有底箱状に形成されたものである。筒状部材86の内面86Bには、上下方向に延びるリード85Bが形成されている。このリード85Bは、蓋84のリード85Aに接触させられている。
The
搭載基板87は、発光素子80が搭載されるものであるとともに、筒状部材86の下部開口86Aを塞ぐためのものである。この搭載基板87には、外部接続用導体88,89が形成されている。
The mounting
外部接続用導体88,89は、発光素子80の電極80A,80Bに導通接続される上面導体部88A,89Aと、回路基板などの実装対象物の配線に導通接続される下面導体部88B,89Bと、上面導体部88A,89Aと下面導体部88B,89Bとの間を接続する側面導体部88C,89Cを有している。
The
上面導体部88Aは、半田や導電性樹脂などの導電性接合材を介して発光素子80の電極80Bに導通接続されている。一方、上面導体部89Aは、リード85A,85Bを介して発光素子80の電極80Aに導通接続されている。
The
発光装置X3では、ガラスにより形成された光学部材81によって発光素子80が囲まれており、光学部材81の内面と発光素子80の表面との間にガラス接合材82が介在させられている。そのため、先に説明した発光装置X(図1および図2参照)と同様に、発光素子80から放出される光を、光学部材81に対して効率良く導くことができる。また、光学部材81の屈折率がガラス接合材82よりも大きいために、ガラス接合材82から光学部材81に光が入射される際には、ガラス接合材82と光学部材81との間の界面において反射が生じるのが抑制され、より効率良く発光素子80からの光を光学部材81に導くことができるとともに、光学部材81と外部気体との界面で反射された一部の光は、ガラス接合材82と光学部材81との界面において、スネルの法則に従って一部の光は全反射されるとともに側方に放射される。これにより、発光素子80による光吸収は抑制されるとともに、発光装置X3の外部に放射される光の量が増加する。その結果、ガラス接合材82を介して発光素子80からの光を、光学部材81に対してさらに効率良く導入させることができるとともに、発光装置X3の光出力を向上させることができる。
In the light emitting device X3, the
X,X1〜X3 発光装置
1,80 発光素子
10 (発光素子の)基板
11 (発光素子の)n型半導体層(第1の導電型層)
12 (発光素子の)発光層
13 (発光素子の)p型半導体層(第2の導電型層)
14,80B (発光素子の)電極(第1電極)
15,80A (発光素子の)電極(第2電極)
2,26〜29,81 光学部材
容器20,26〜29 (光学部材の)容器
蓋21,28B,29B (光学部材の)蓋
23 (容器の)上部開口
26A,27A (容器の)筒状部材
26B,27B (容器の)板状部材(搭載基板)
28Aa,29Aa (光学部材の)蛍光体
3A,64,88 外部接続用導体(第1外部接続用導体)
3B,65,89 外部接続用導体(第2外部接続用導体)
4,82 ガラス接合材
5 発光モジュール
7 (発光モジュールの)絶縁基板
70 (絶縁基板の)凹部
85A,85B リード(中継用リード)
X, X1 to X3
12 (light emitting element) light emitting layer 13 (light emitting element) p-type semiconductor layer (second conductivity type layer)
14, 80B (light emitting element) electrode (first electrode)
15, 80A (light emitting element) electrode (second electrode)
2,26-29,81
28Aa, 29Aa (Optical member)
3B, 65, 89 External connection conductor (second external connection conductor)
4, 82 Glass bonding material 5
Claims (18)
前記第1電極に導通接続されているとともに、前記容器を貫通し、かつ前記容器の表面において一部が露出する第1外部接続用導体と、前記第2電極に導通接続されているとともに、前記蓋を貫通し、かつ前記蓋の表面において一部が露出する第2外部接続用導体と、をさらに備えている、請求項1ないし4のいずれかに記載の発光装置。 The light emitting element has a first electrode formed on the surface of the substrate and a second electrode formed on the surface of the second conductivity type layer, and
The first external connection conductor that is conductively connected to the first electrode, penetrates the container and is partially exposed on the surface of the container, and is conductively connected to the second electrode, and The light-emitting device according to claim 1, further comprising a second external connection conductor that penetrates the lid and is partially exposed on a surface of the lid.
前記第1および第2電極に導通接続されているとともに、前記搭載基板の表面に設けられた第1および第2外部接続用導体をさらに備えている、請求項6に記載の発光装置。 The light emitting element includes a first electrode formed on the surface of the substrate and a second electrode formed on the surface of the second conductivity type layer, and
The light-emitting device according to claim 6, further comprising first and second external connection conductors that are conductively connected to the first and second electrodes and provided on a surface of the mounting substrate.
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