JP2009111121A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device having a light emitting element such as a light emitting diode.
近年、照明分野などにおいて、発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置の開発が進められている。この発光装置は、発光素子によって発生された光の波長を変換する発光部材を有している。今後、発光装置において、出射光束のさらなる増大化が求められている。
発光装置の出射光束の増大化において、発光素子によって発生される熱の制御が課題となる。発光素子によって発生される熱は、発光装置の発光効率に影響を及ぼす。今後の発光装置の出射光束の増大化において、発光装置の放熱構造に関する改善が求められている。 In increasing the emitted light flux of the light emitting device, control of heat generated by the light emitting element becomes an issue. The heat generated by the light emitting element affects the light emission efficiency of the light emitting device. In the future, the emitted light flux of the light emitting device is increased, and an improvement regarding the heat dissipation structure of the light emitting device is required.
本発明の一つの態様において、発光装置は、基体、発光素子および発光部材を有している。基体は、透光性の結晶構造材料からなり、第1の面と、第1の面より下側に位置する第2の面とを有している。発光素子は、基体の第1の面上に実装されている。発光部材は、蛍光材料を含んでおり、発光素子の上方に配置されている。発光装置は、第1の光反射面および第2の光反射面をさらに有している。第1の光反射面は、基体の第1の面および発光部材の間の空間を囲んでいる。第2の光反射面は、基体の第2の面を覆っている。 In one embodiment of the present invention, a light emitting device includes a base, a light emitting element, and a light emitting member. The base is made of a translucent crystal structure material, and has a first surface and a second surface located below the first surface. The light emitting element is mounted on the first surface of the base. The light emitting member includes a fluorescent material and is disposed above the light emitting element. The light emitting device further includes a first light reflecting surface and a second light reflecting surface. The first light reflecting surface surrounds the space between the first surface of the base and the light emitting member. The second light reflecting surface covers the second surface of the base.
本発明の他の態様において、発光装置は、基体、導電性ビアおよび発光素子を有している。基体は、透光性材料からなり、第1の面と、第1の面より下側に位置する第2の面とを有している。導電性ビアは、基体内に形成されている。発光素子は、導電性ビアに熱的に結合されており、基体の第1の面上に実装されている。発光装置は、発光部材、第1の光反射面および第2の光反射面を有している。発光部材は、蛍光材料を含んでおり、発光素子の上方に配置されている。第1の光反射面は、基体の第1の面および発光部材の間の空間を囲んでいる。第2の光反射面は、基体の第2の面を覆っている。 In another embodiment of the present invention, the light emitting device includes a base, a conductive via, and a light emitting element. The base body is made of a translucent material and has a first surface and a second surface located below the first surface. The conductive via is formed in the substrate. The light emitting element is thermally coupled to the conductive via and is mounted on the first surface of the substrate. The light emitting device has a light emitting member, a first light reflecting surface, and a second light reflecting surface. The light emitting member includes a fluorescent material and is disposed above the light emitting element. The first light reflecting surface surrounds the space between the first surface of the base and the light emitting member. The second light reflecting surface covers the second surface of the base.
本発明の他の態様において、発光装置は、基体、発光素子および発光部材を有している。基体は、透光性材料からなり、第1の面と、第1の面より下側に位置する第2の面とを有している。発光素子は、基体の第1の面上に実装されている。発光部材は、蛍光材料を含んでおり、発光素子の上方に配置されている。発光装置は、第1の光反射面および第2の光反射面を有している。第1の光反射面は、基体の第1の面および発光部材の間の空間を囲んでいる。第2の光反射面は、基体の第2の面を覆っている。発光装置は、導体パターンおよび実装端子を有している。導体パターンは、基体の第1の面上に形成されており、発光素子に熱的に結合されている。実装端子は、導体パターンに熱的に結合されている。 In another embodiment of the present invention, a light emitting device includes a base, a light emitting element, and a light emitting member. The base body is made of a translucent material and has a first surface and a second surface located below the first surface. The light emitting element is mounted on the first surface of the base. The light emitting member includes a fluorescent material and is disposed above the light emitting element. The light emitting device has a first light reflecting surface and a second light reflecting surface. The first light reflecting surface surrounds the space between the first surface of the base and the light emitting member. The second light reflecting surface covers the second surface of the base. The light emitting device has a conductor pattern and a mounting terminal. The conductor pattern is formed on the first surface of the base and is thermally coupled to the light emitting element. The mounting terminal is thermally coupled to the conductor pattern.
本発明の一つの態様による発光装置は、透光性の結晶構造材料からなる基体を有していることにより、出射光束が増大化された構成において放熱特性が向上されている。 The light-emitting device according to one aspect of the present invention has a base made of a translucent crystal structure material, so that heat dissipation characteristics are improved in a configuration in which the emitted light flux is increased.
本発明の他の態様による発光装置は、発光素子に熱的に結合された導電性ビアを有していることにより、出射光束が増大化された構成において放熱特性が向上されている。 The light emitting device according to another aspect of the present invention has the conductive via thermally coupled to the light emitting element, so that the heat radiation characteristic is improved in the configuration in which the emitted light flux is increased.
本発明の他の態様による発光装置は、発光素子に熱的に結合されており基体の第1の面上に形成された導体パターンと、導体パターンに熱的に結合された実装端子とを有していることにより、出射光束が増大化された構成において放熱特性が向上されている。 A light emitting device according to another aspect of the present invention includes a conductor pattern that is thermally coupled to the light emitting element and formed on the first surface of the substrate, and a mounting terminal that is thermally coupled to the conductor pattern. As a result, the heat dissipation characteristics are improved in the configuration in which the outgoing light flux is increased.
以下、本発明の実施の形態が図面を参照して詳細に説明されている。本実施の形態の概念が、図1を参照して説明されている。発光装置1は、発光素子10によって発生された光を上方へ反射する第1の光反射面11および第2の光反射面12を有している。“上方”とは、仮想のXZ空間におけるZ方向のことをいう。発光装置1は、発光素子10の上方に配置された発光部材13をさらに有している。発光素子10から上方へ放射された光L1ac,L1apは、第1の光反射面11によって発光部材13の方向へ反射される。光L1ac,L1apは、発光部材13によって波長変換される。波長変換された光が、符号L2として示されている。発光素子10から下方に放射された光L1bは、第2の光反射面12によって発光部材13の方向へ反射される。“下方”とは、仮想のXY空間におけるZ’方向のことをいう。光L1bは、発光部材13によって波長変換される。波長変換された光が、符号L2として示されている。本実施の形態の発光装置1は、発光部材13による波長変換において、発光素子10から下方へ放射された光L1bを補足的に利用するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The concept of this embodiment is described with reference to FIG. The
以下、本実施の形態の発光装置1および比較例の発光強度分布が、図2および図3を参照して説明されている。図2に示されたように、比較例の発光装置において、発光部材の中央領域に届く光L1acの強度は、発光部材の周辺領域に届く光L1apの強度より大きい。図3において破線によって示されたように、比較例の出力光は、光照射領域の中央部分において光強度が強く、周囲部分ほど光強度が弱い。一方、図1に示されたように、本実施の形態の発光装置1において、発光素子10から下方へ放射された光L1bが、第2の光反射面12によって、発光部材13の周囲領域に補足的に到達する。図3において実線によって示されたように、本実施の形態の出力光は、光照射領域の全体において、光強度のむらが低減されている。
Hereinafter, the light emission intensity distributions of the
以下、発光装置における熱制御が説明されている。図4−図6に示されたように、本実施の形態の発光装置1は、発光素子10、第1の光反射面11および第2の光反射面12を有している。発光装置1は、発光部材13および基体14をさらに有している。
Hereinafter, thermal control in the light emitting device will be described. As shown in FIGS. 4 to 6, the
発光素子10は、半導体材料からなる発光ダイオードである。発光素子10は、基体14の第1の面14u(上面14u)上に実装されており、導体パターン14cに電気的に接続されている。発光素子10は、フリップチップ接続によって上面14u上に実装されている。図7に示されたように、発光素子10は、基板10b上に積層された第1導電型半導体層(n型層)10n、半導体活性層10aおよび第2導電型半導体層(p型層)10pを有している。基板10bは、透光性材料からなる。基板10bの“透光性”とは、半導体活性層10aにおいて発生された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。第1の電極パッド(n側電極パッド)10npが、n型層10n上に形成されている。n側電極パッド10npは、金(Au)からなる。透光性電極10eがp型層10p上に形成されている。電極10eの“透光性”とは、半導体活性層10aにおいて発生された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。透光性電極10eは、酸化インジウム−酸化スズからなるITOである。第2の電極パッド(p側電極パッド)10ppが透光性電極10e上に形成されている。p側電極パッド10ppは、金(Au)からなる。
The
発光素子10は、n側電極パッド10npおよびp側電極パッド10ppを含む実装面Mを有している。図8に示されたように、発光素子10は、半田17を介して基体14上に実装されている。半田17は、金−スズ(Au−Sn)合金からなる。半田17が付着される電極16が、導体パターン14c上に形成されている。電極16は、金(Au)からなる。
The
第1の光反射面11は、発光素子10および発光部材13の間の空間Sを囲んでいる。発光素子10から上方へ放射された光L1aは、第1の光反射面11によって発光部材13の方向へ反射される。第2の光反射面12は、基体14の第2の面14b(下面14b)を覆っている。第2の光反射面12は、第2の面14b上に形成されている。第2の光反射面12は、金属材料からなる。金属材料は、アルミニウム(Al)である。第2の光反射面12は、蒸着によって下面14bに付着されている。第2の光反射面12は、曲面形状を有している。曲面形状は、放物面である。発光素子10から下方に放射された光L1bは、第2の光反射面12によって発光部材13の方向へ反射される。第1の光反射面11および第2の光反射面12は、全体的に放物面を形成している。発光素子10は、第1の光反射面11および第2の光反射面12からなる放物面の焦点に配置されている。本実施の形態の発光装置1は、発光部材13による波長変換において、発光素子10から下方へ放射された光L1bを補足的に利用していることにより、発光効率が向上されている。
The first
発光部材13は、発光素子10の上方に配置されている。発光部材13は、発光素子10によって発生された光(L1aおよびL1b)によって励起されて、第2の光L2を放射する蛍光材料を含んでいる。発光部材13は、シート形状を有している。
The
基体14は、透光性の結晶構造材料からなる。基体14の“透光性”とは、発光素子10によって発生された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。基体14は、サファイアからなる。基体14の材料の他の例は、水晶である。基体14の材料の他の例は、人工ダイアモンドである。本実施の形態の発光装置1は、結晶構造材料からなる基体14を有していることにより、発光素子10によって発生された熱の放散特性が向上されている。図6に示されたように、発光素子10によって発生された熱は、結晶構造材料からなる基体14によって放散される。
The
基体14は、第1の面(上面)14u、第2の面(下面)14bおよび導体パターン14cを有している。発光装置1は、仮想のXYZ空間に置かれている。上面14uは、平坦な形状を有している。下面14bは、曲面形状を有しており、上面14uの下側に位置している。下面14bの形状は、放物面である。導体パターン14cは、上面14u上に形成されている。導体パターン14cは、透光性材料からなる。透光性材料は、ITOである。透光性材料の他の例は、酸化亜鉛(ZnO)である。導体パターン14cの他の例は、光反射性を有する金属材料からなる。金属材料は、金(Au),銀(Ag),アルミニウム(Al),白金(Pt),チタン(Ti)およびクロム(Cr)からなる群から選択される。
The
図6に示されたように、発光装置1は、第2の透光性材料からなる層15をさらに有している。層15の“透光性”とは、発光素子10によって発生された光(L1ac、l1apおよびL1b)の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。層15は、導体パターン14cおよび発光素子10を封入している。第2の透光性材料は、樹脂である。樹脂は、シリコーン,エポキシまたはアクリルである。第2の透光性材料の他の例は、低融点ガラスである。層15は、基体14の透光性材料の屈折率より小さな屈折率を有している。層15は、基体14の上面14uに付着している。層15は、第1の光反射面11に付着している。
As shown in FIG. 6, the
発光装置1は、第1の部分18aおよび第2の部分18bからなるパッケージを有している。第1の光反射面11は、パッケージの第1の部分18aの内側表面に位置する。パッケージの第2の部分18bは、樹脂接着剤を介して第1の部分18aに付着されている。発光装置1は、導体パターン14cに電気的に接続された実装端子19を有している。
The
以下、本発明の発光装置の他の実施の形態が説明されている。図9に示されたように、発光装置2は、導電性ビア14vを有している。図4に示された構成と同様の構成には同一の符号が付されている。導電性ビア14vは、発光素子10に熱的に結合されている。熱的な結合とは、発光素子10および導電性ビア14vの間に伝熱経路が形成されていることをいう。図9に示されたように、発光素子10および導電性ビア14vは、半田17を介して、伝熱経路によって熱的に結合されている。導電性ビア14vは、半田17によって、発光素子10のn側電極パッド10npおよびp側電極パッド10ppに熱的に結合されている。導電性ビア14vは、発光素子10に電気的に接続されている。発光装置2は、導電性ビア14に電気的に接続された実装端子20を有している。基体14は、透光性材料からなる。
Hereinafter, other embodiments of the light-emitting device of the present invention will be described. As illustrated in FIG. 9, the light emitting device 2 includes a conductive via 14v. The same components as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. Conductive via 14 v is thermally coupled to light emitting
以下、本発明の発光装置の他の実施の形態が説明されている。図11に示されたように、発光装置3は、基体14の上面14uにおいて、発光素子10から実装端子19までの放熱経路を有している。導体パターン14cは、基体14の上面14uに形成されており、発光素子10に熱的に結合されている。熱的な結合とは、導体パターン14cおよび発光素子10との間に伝熱経路が形成されていることをいう。図12に示されたように、発光素子10のn側電極パッド10npおよびp側電極パッド10ppは、半田17を介して、導体パターン14c上に形成された電極16に熱的に結合されている。発光素子10および導体パターン14cは電気的に接続されている。実装端子19は、導体パターン14cに熱的に結合されている。熱的な結合とは、導体パターン14cおよび実装端子19の間に伝熱経路が形成されていることをいう。図13に示されたように、導体パターン14cおよび実装端子19は、半田21を介して、伝熱経路が形成されている。導体パターン14cおよび実装端子19は電気的に接続されている。
Hereinafter, other embodiments of the light-emitting device of the present invention will be described. As shown in FIG. 11, the light emitting device 3 has a heat dissipation path from the
1 発光装置
10 発光素子
11 第1の光反射面
12 第2の光反射面
13 発光部材
14 基体
15 透光性材料層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基体の前記第1の面上に実装された発光素子と、
蛍光材料を含んでおり、前記発光素子の上方に配置された発光部材と、
前記基体の前記第1の面および前記発光部材の間の空間を囲んでいる第1の光反射面と、
前記基体の前記第2の面を覆っている第2の光反射面と、
を備えた発光装置。 A base made of a translucent crystal structure material, and having a first surface and a second surface located below the first surface;
A light emitting device mounted on the first surface of the substrate;
A light emitting member including a fluorescent material and disposed above the light emitting element;
A first light reflecting surface surrounding a space between the first surface of the base and the light emitting member;
A second light reflecting surface covering the second surface of the substrate;
A light emitting device comprising:
前記基体内に形成された導電性ビアと、
前記導電性ビアに熱的に結合されており、前記基体の前記第1の面上に実装された発光素子と、
蛍光材料を含んでおり、前記発光素子の上方に配置された発光部材と、
前記基体の前記第1の面および前記発光部材の間の空間を囲んでいる第1の光反射面と、
前記基体の前記第2の面を覆っている第2の光反射面と、
を備えた発光装置。 A base made of a light-transmitting material and having a first surface and a second surface located below the first surface;
Conductive vias formed in the substrate;
A light emitting device thermally coupled to the conductive via and mounted on the first surface of the substrate;
A light emitting member including a fluorescent material and disposed above the light emitting element;
A first light reflecting surface surrounding a space between the first surface of the base and the light emitting member;
A second light reflecting surface covering the second surface of the substrate;
A light emitting device comprising:
前記基体の前記第1の面上に実装された発光素子と、
蛍光材料を含んでおり、前記発光素子の上方に配置された発光部材と、
前記基体の前記第1の面および前記発光部材の間の空間を囲んでいる第1の光反射面と、
前記基体の前記第2の面を覆っている第2の光反射面と、
前記基体の前記第1の面上に形成されており、前記発光素子に熱的に結合された導体パターンと、
前記導体パターンに熱的に結合された実装端子と、
を備えた発光装置。 A base made of a light-transmitting material and having a first surface and a second surface located below the first surface;
A light emitting device mounted on the first surface of the substrate;
A light emitting member including a fluorescent material and disposed above the light emitting element;
A first light reflecting surface surrounding a space between the first surface of the base and the light emitting member;
A second light reflecting surface covering the second surface of the substrate;
A conductor pattern formed on the first surface of the substrate and thermally coupled to the light emitting element;
A mounting terminal thermally coupled to the conductor pattern;
A light emitting device comprising:
Priority Applications (1)
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