JP2010016273A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光装置に関し、特に、半導体発光素子と波長変換部と光拡散部とを備えた半導体発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device including a semiconductor light emitting element, a wavelength conversion unit, and a light diffusion unit.
発光ダイオード(LED)は、小型であり、低消費電力および長寿命などの特徴を有し、かつ、可視光を含む赤外光から紫外光までの波長領域で発光可能であることから、従来の小型電球(豆電球やナツメ球など)の代替品や液晶ディスプレイのバックライトとして既に実用化されている。さらに、LEDの発光の高効率化や製造時の低コスト化により、白熱灯や蛍光灯に代わる一般照明用の光源としての利用が期待されている。 A light emitting diode (LED) is small, has characteristics such as low power consumption and long life, and can emit light in a wavelength region from infrared light including visible light to ultraviolet light. Already put into practical use as an alternative to small bulbs (such as miniature bulbs and jujube bulbs) and as backlights for liquid crystal displays. Furthermore, the use as a light source for general illumination replacing incandescent lamps and fluorescent lamps is expected due to the high efficiency of light emission of LEDs and the low cost during manufacture.
一般照明用に使用される白色LEDは、青色LEDまたは紫外LEDと蛍光体とを組み合わせた場合に、LEDから出射された光の一部が蛍光体を励起させて赤色や緑色に発光させることにより、LED自体の発色光と蛍光体の発色光とが混合されて白色光を発するように構成されている。 When white LEDs used for general illumination are combined with blue LEDs or ultraviolet LEDs and phosphors, some of the light emitted from the LEDs excites the phosphors to emit red or green light. The colored light of the LED itself and the colored light of the phosphor are mixed to emit white light.
ここで、LEDチップから出射される光には指向性があり、白色LEDの発光観察面は、見る角度によって色調が大きく変化する。たとえば、LEDチップの垂直方向に強い出力ピークを有する青色LEDと黄色発光蛍光体とを組み合わせた場合、LEDチップに垂直な方向にはやや青みがかった白色を呈す一方、LEDチップに斜め方向には若干黄色みがかった白色を呈す傾向がある。したがって、一般照明用に応用される白色LEDには、このような色むらの発生を低減させる必要がある。 Here, the light emitted from the LED chip has directivity, and the color tone of the light emission observation surface of the white LED varies greatly depending on the viewing angle. For example, when a blue LED having a strong output peak in the vertical direction of the LED chip and a yellow light emitting phosphor are combined, the LED chip exhibits a slightly bluish white in the direction perpendicular to the LED chip, while the LED chip has a slight inclination in the diagonal direction. There tends to be a yellowish white color. Therefore, it is necessary to reduce the occurrence of such color unevenness in the white LED applied for general illumination.
このため、従来、LEDチップと蛍光体との間に介在する透明樹脂に拡散材を混入して色むらを低減させる試みがなされていた。しかしながら、透明樹脂中へ拡散材が均一に分散しないため、拡散材の透明樹脂中の局所的な濃度差に起因して色むらを引き起こすという不都合があった。また、透明樹脂中に拡散材と蛍光体とを同時に混入させた場合、色むらはより顕著となる。 For this reason, conventionally, attempts have been made to reduce color unevenness by mixing a diffusing material into a transparent resin interposed between an LED chip and a phosphor. However, since the diffusing material is not uniformly dispersed in the transparent resin, there is a disadvantage in that color unevenness is caused due to a local density difference in the transparent resin of the diffusing material. Further, when the diffusing material and the phosphor are mixed in the transparent resin at the same time, the color unevenness becomes more prominent.
そこで、従来、LEDチップと、LEDチップ上に蛍光体を含有する樹脂と拡散材を含有する樹脂とを個別に形成して積層した発光ダイオード装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Therefore, conventionally, there has been proposed a light emitting diode device in which an LED chip, a resin containing a phosphor and a resin containing a diffusing material are individually formed and stacked on the LED chip (see, for example, Patent Document 1). .
上記特許文献1には、LEDチップの光の出射方向側に透明な層を介して光拡散層と蛍光体層とからなる蛍光体シートが設けられた発光ダイオード装置が開示されている。この発光ダイオード装置では、光拡散層が、蛍光体層の下面上または上面上のいずれか一方、または、蛍光体層の下面および上面の両面上に配置された3種類の断面構造が提案されている。LEDチップからの光は、それぞれの種類の断面構造からなる蛍光体シートを透過する際、光拡散層では入射光が拡散されて出射されるとともに、蛍光体層では蛍光体を励起させて可視光を発光させることにより、白色光が発光観察面から出射されるように構成されている。この発光ダイオード装置では、光拡散層によるLED光の拡散光の割合と蛍光体の励起光の割合とを適宜調整することにより、白色光の色むらを低減させることが可能に構成されている。なお、光拡散層に入射する光は、LEDチップから遠ざかる方向に拡散される一方、LEDチップ(光源)に戻る方向にも拡散される。
しかしながら、上記特許文献1に開示された発光ダイオード装置では、光拡散層が蛍光体層の下面上にしか配置されていない場合、光拡散層による拡散光のうち、蛍光体層側に拡散する光の成分しか蛍光体層に入射されない。また、光拡散層が蛍光体層の上面上にしか配置されていない場合、蛍光体による励起光の一部が光拡散層によって蛍光体層に戻されてしまう。拡散光の一部の成分しか蛍光体層に入射されない状態では、蛍光体層に入射する光量が低下して蛍光体が充分に励起されないため、蛍光体の励起効率が低下するという問題点がある。また、蛍光体の励起光の一部が光拡散層によって蛍光体層に戻される状態では、発光観察面の方向への光量が低下するため、光の取り出し効率が低下するという問題点がある。また、光拡散層が、蛍光体層の両面上に配置された場合であっても、LEDチップの出射光が光拡散層から蛍光体層に入射する際、および、蛍光体層から光拡散層に入射する際の両方の状態においても上述と同様の現象が生じるため、蛍光体の励起効率および光の取り出し効率がともに低下するという問題点がある。また、蛍光体の励起効率の低下および光の取り出し効率の低下に起因して、発光ダイオード装置の発光観察面に生じる色むらを抑制しにくいという問題点もある。
However, in the light emitting diode device disclosed in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、色むらをより低減させることが可能で、かつ、蛍光体の励起効率および光の取り出し効率が低下するのを抑制することが可能な半導体発光装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to further reduce color unevenness, and to excite phosphors and to extract light. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of suppressing a decrease in efficiency.
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子の光の出射方向側に少なくとも2層以上設けられ、半導体発光素子から出射された光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部と、波長変換部の間に挟まれるように配置された光拡散部とを備える。 In order to achieve the above object, a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention includes a semiconductor light emitting element and at least two layers provided on the light emitting direction side of the semiconductor light emitting element, and the light emitted from the semiconductor light emitting element. A wavelength conversion unit including a phosphor that converts the wavelength of the light, and a light diffusion unit disposed so as to be sandwiched between the wavelength conversion units.
この発明の一の局面による半導体発光装置では、上記のように、少なくとも2層以上設けられた波長変換部と、波長変換部の間に挟まれるように配置された光拡散部とを備えることによって、たとえば、半導体発光素子から第1層目の波長変換部を透過した光のうち、第1層目の波長変換部に隣接する光拡散部によって第1層目の波長変換部から遠ざかる方向に拡散された光が第2層目の波長変換部に入射する一方、第1層目の波長変換部に隣接する光拡散部によって第1層目の波長変換部に戻る方向に拡散された光が第1層目の波長変換部にも入射するので、光拡散部による拡散光が2つの波長変換部において各々の蛍光体を励起させることができる。これにより、蛍光体の励起効率の低下が抑制される。また、第1層目の波長変換部において励起した光および第2層目の波長変換部において励起した光の両方が半導体発光装置の外部に向かって出射される。これにより半導体発光装置から出射される光の取り出し効率の低下が抑制される。以上により、蛍光体の励起効率および光の取り出し効率が低下するのを抑制することができる。また、蛍光体の励起効率および光の取り出し効率が低下するのが抑制されるので、半導体発光装置から出射される光に色むらが生じるのをより低減させることができる。 In the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, as described above, by including the wavelength conversion unit provided with at least two layers and the light diffusion unit arranged so as to be sandwiched between the wavelength conversion units. For example, out of the light transmitted from the semiconductor light emitting element through the first wavelength converter, the light diffuser adjacent to the first wavelength converter diffuses away from the first wavelength converter. The incident light is incident on the wavelength conversion unit of the second layer, while the light diffused in the direction returning to the wavelength conversion unit of the first layer by the light diffusion unit adjacent to the wavelength conversion unit of the first layer is Since the light is also incident on the first wavelength conversion unit, the diffused light from the light diffusion unit can excite each phosphor in the two wavelength conversion units. Thereby, the fall of the excitation efficiency of fluorescent substance is suppressed. In addition, both the light excited in the first wavelength conversion unit and the light excited in the second wavelength conversion unit are emitted toward the outside of the semiconductor light emitting device. Thereby, the fall of the extraction efficiency of the light radiate | emitted from a semiconductor light-emitting device is suppressed. As described above, the phosphor excitation efficiency and the light extraction efficiency can be suppressed from decreasing. In addition, since the phosphor excitation efficiency and the light extraction efficiency are suppressed from decreasing, it is possible to further reduce the occurrence of color unevenness in the light emitted from the semiconductor light emitting device.
上記一の局面による半導体発光装置において、好ましくは、光拡散部は、平面的に見て、金属からなる光拡散部が島状に分布した状態、または、隣接する光拡散部同志が光拡散部の外縁部において部分的に結合して網状に形成された薄膜状の光拡散部を含む。このように構成すれば、半導体発光素子からの光が上記島状または網状に形成された薄膜状の光拡散部を透過する際、光拡散部により拡散されて薄膜の入射面および入射面と反対側の面の両方から放出されやすくなるので、光拡散部による拡散光の光量が低下するのをより抑制することができる。 In the semiconductor light-emitting device according to the above aspect, preferably, the light diffusing portion is in a state where the light diffusing portions made of metal are distributed in an island shape in plan view, or adjacent light diffusing portions are light diffusing portions. A thin-film light diffusing portion that is partially joined at the outer edge portion of the substrate and formed in a net shape. With this configuration, when the light from the semiconductor light emitting element passes through the thin film-shaped light diffusion portion formed in the island shape or the net shape, it is diffused by the light diffusion portion and is opposite to the incident surface and the incident surface of the thin film. Since it becomes easy to discharge | release from both of the side surfaces, it can suppress more that the light quantity of the diffused light by a light-diffusion part falls.
上記一の局面による半導体発光装置において、好ましくは、光拡散部は、2層以上設けられている。このように構成すれば、複数の層からなる光拡散部によって拡散光の拡散を繰り返すことができるので、充分な拡散効果を得ることができる。 In the semiconductor light emitting device according to the above aspect, preferably, the light diffusion portion is provided in two or more layers. If comprised in this way, since the spreading | diffusion of a diffused light can be repeated with the light-diffusion part which consists of several layers, sufficient diffusion effect can be acquired.
上記光拡散部が2層以上設けられている構成において、好ましくは、光拡散部は、平面的に見て、島状に分布した状態に形成される金属からなる薄膜状の光拡散部を含み、半導体発光素子に近い側に配置された光拡散部と、半導体発光素子から遠い側に配置された光拡散部とは、平均粒径、または、光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合の少なくとも一方が異なる。このように構成すれば、たとえば、半導体発光素子に近い側の光拡散部の平均粒径または光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合が、半導体発光素子から遠い側の光拡散部の平均粒径または光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合よりも小さい場合、まず、半導体発光素子の出射光が、半導体発光素子に近い側の平均粒径または光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合が小さい光拡散部において拡散の少ない状態で透過するので、隣接する波長変換部の蛍光体を盛んに励起して発色が促進される。その後、充分に発色した光が半導体発光素子から遠い側の平均粒径または光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合が大きい光拡散部で盛んに拡散されるので、蛍光体の発色と光拡散との両方が効果的に行われる。この結果、半導体発光装置の外部に到達する半導体発光素子および蛍光体の合成光の色むらをより効果的に低減させることができる。 In the configuration in which the light diffusing portion is provided in two or more layers, preferably, the light diffusing portion includes a thin-film light diffusing portion made of a metal formed in an island-like distribution when seen in a plan view. The light diffusing portion disposed on the side closer to the semiconductor light emitting element and the light diffusing portion disposed on the side far from the semiconductor light emitting element have an average particle diameter or an island-shaped portion with respect to the entire plane area of the light diffusing portion. At least one of the proportions of the flat area is different. With this configuration, for example, the average particle diameter of the light diffusing part on the side close to the semiconductor light emitting element or the ratio of the flat area of the island-like part to the total flat area of the light diffusing part is far from the semiconductor light emitting element If the average particle diameter of the light diffusing part or the ratio of the flat area of the island-shaped part to the total flat area of the light diffusing part is smaller, first, the emitted light of the semiconductor light emitting element is the average on the side close to the semiconductor light emitting element Since the light diffusing part transmits a small amount of diffusion in the light diffusing part with a small proportion of the area of the island-like part relative to the particle size or the total area of the light diffusing part, the phosphor of the adjacent wavelength converting part is actively excited Color development is promoted. Thereafter, the sufficiently colored light is actively diffused in the light diffusion part where the average particle diameter on the side far from the semiconductor light emitting element or the ratio of the flat area of the island-like part to the total flat area of the light diffusion part is large. Both color development and light diffusion of the phosphor are effectively performed. As a result, the color unevenness of the combined light of the semiconductor light emitting element and the phosphor reaching the outside of the semiconductor light emitting device can be more effectively reduced.
また、半導体発光素子に近い側の光拡散部の平均粒径または光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合が、半導体発光素子から遠い側の光拡散部の平均粒径または光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合よりも大きい場合、まず、半導体発光素子の出射光が半導体発光素子に近い側の光拡散部で盛んに拡散される。その後、充分に拡散された光が半導体発光素子から遠い側の波長変換部の蛍光体を盛んに励起して蛍光体の発色が促進されるので、光拡散と蛍光体の発色との両方が効果的に行われる。そして、この状態の光が半導体発光素子から遠い側の平均粒径または光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合が小さい光拡散部を拡散の少ない状態で透過する。この結果、半導体発光装置の外部に到達する半導体発光素子および蛍光体の合成光の色むらをより効果的に低減させることができる。 In addition, the average grain size of the light diffusion portion on the side close to the semiconductor light emitting element or the ratio of the flat area of the island-shaped portion to the total plane area of the light diffusion portion is the average grain of the light diffusion portion on the side far from the semiconductor light emitting element. When the diameter or the ratio of the area of the island-shaped portion to the total area of the light diffusing portion is larger than the proportion of the area of the island-shaped portion, first, the emitted light of the semiconductor light emitting element is actively diffused in the light diffusing portion on the side close to the semiconductor light emitting element . After that, the sufficiently diffused light actively excites the phosphor in the wavelength conversion part far from the semiconductor light emitting element to promote the color development of the phosphor, so that both the light diffusion and the color development of the phosphor are effective. Done. Then, the light in this state is transmitted through the light diffusing portion with a small diffusion ratio in which the average particle diameter on the side far from the semiconductor light emitting element or the ratio of the flat area of the island-like portion to the total flat area of the light diffusing portion is small. As a result, the color unevenness of the combined light of the semiconductor light emitting element and the phosphor reaching the outside of the semiconductor light emitting device can be more effectively reduced.
また、半導体発光素子の出射光が紫外光である場合、紫外光が半導体発光装置の外部に出射されるのを抑制したいという要求があるので、半導体発光素子に近い側の光拡散部の平均粒径または光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合が、半導体発光素子から遠い側の光拡散部の平均粒径または光拡散部の全平面積に対する島状の部分の平面積の占める割合よりも大きい場合、紫外光が半導体発光素子に近い側の光拡散部で盛んに拡散されるので、紫外光が半導体発光装置の外部に出射されるのを容易に抑制することができる。 In addition, when the light emitted from the semiconductor light emitting element is ultraviolet light, there is a demand to suppress the ultraviolet light from being emitted to the outside of the semiconductor light emitting device. The ratio of the area of the island-like portion to the diameter or the total area of the light diffusion portion is the average particle diameter of the light diffusion portion far from the semiconductor light emitting element or When the area occupied by the flat area is larger than that, the ultraviolet light is actively diffused by the light diffusing section on the side close to the semiconductor light emitting element, so that the ultraviolet light is easily prevented from being emitted to the outside of the semiconductor light emitting device. Can do.
上記一の局面による半導体発光装置において、好ましくは、光拡散部は、波長変換部の表面を連続的な膜の状態で覆うように形成された光拡散層を含む。このように構成すれば、半導体発光素子から波長変換部を透過した光は、連続的な膜の状態に形成された光拡散層の部分に全て入射する。これにより、光拡散部に入射する光をより確実に拡散させることができる。 In the semiconductor light-emitting device according to the aforementioned aspect, the light diffusion part preferably includes a light diffusion layer formed so as to cover the surface of the wavelength conversion part in a continuous film state. If comprised in this way, all the light which permeate | transmitted the wavelength conversion part from the semiconductor light-emitting element will inject into the part of the light-diffusion layer formed in the state of a continuous film | membrane. Thereby, the light which injects into a light-diffusion part can be diffused more reliably.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態によるLEDランプの構造を示した断面図である。図2〜図6は、それぞれ、図1に示した第1実施形態によるLEDランプの構成を説明するための図である。まず、図1〜図6を参照して、第1実施形態によるLEDランプ10の構造について説明する。なお、この第1実施形態では、半導体発光装置の一例であるLEDランプに本発明を適用した場合について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of an LED lamp according to a first embodiment of the present invention. 2-6 is a figure for demonstrating the structure of the LED lamp by 1st Embodiment shown in FIG. 1, respectively. First, the structure of the
本発明の第1実施形態による砲弾型のLEDランプ10では、図1に示すように、発光波長ピークが約420nm〜約480nmの青色光を発光するLEDチップ1が、半田など(図示せず)によって金属製のリードフレーム2の凹部底面に固定されている。これにより、LEDチップ1のn側電極15(図6参照)は、リードフレーム2と電気的に接続されている。また、リードフレーム2の凹部内側面2aは、LEDチップ1からの出射光が反射しやすいように鏡面状態に仕上げられており、光反射部として機能するように構成されている。また、リードフレーム2には、リード3の一方の端部が取り付けられている。また、LEDチップ1のp側透光性電極16(図6参照)は、金属製のワイヤ(図示せず)を介してリード4の一方の端部と電気的に接続されている。なお、LEDチップ1は、本発明の「半導体発光素子」の一例である。
In the bullet-
また、リードフレーム2の凹部内には、底面側(矢印B1方向側)に配置されたLEDチップ1を覆うシリコン樹脂からなる蛍光体層5と、蛍光体層5の矢印B2方向側に配置されたシリコン樹脂からなる蛍光体層6とが形成されている。なお、蛍光体層5および6は、それぞれ、本発明の「波長変換部」の一例である。また、蛍光体層5および6は、共に数百μm以上約1mm以下の厚みを有する。また、蛍光体層5および6には、黄色に発色する蛍光体が混入されている。
Further, in the concave portion of the
ここで、第1実施形態では、図1に示すように、蛍光体層5と蛍光体層6との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部7が形成されている。また、光拡散部7は、蛍光体層5の表面(上面)の全体にわたって形成されるとともに、蛍光体層5の表面形状に沿って湾曲するように形成されている。また、光拡散部7の厚み(数nm)は、蛍光体層5および蛍光体層6の厚み(数百μm以上約1mm以下)よりも充分に小さく形成されている。なお、図1では、図面の都合上、Alの粒子を複数の円形状で表現して光拡散部7が形成されている様子を示している。
Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, a thin-film
また、第1実施形態では、図2に示すように、光拡散部7であるAl薄膜は、平面的に見て、蛍光体層5(図1参照)上に島状に分布した状態に形成されており、たとえば、Al薄膜が約3nmの厚みを有する場合は、連続膜とはなっていない。すなわち、約3nmの厚みを有するAl薄膜は、蛍光体層5(図1参照)の微細な凹部に複数の島状に分布して形成されている。なお、Alの島が略円形状である場合の平均粒径は、数10nm以上数μm以下の範囲に形成されるのが好ましく、平均粒径が約100nm以下であるのがより好ましい。また、Alの島が歪んだ島の形状である場合、少なくとも1つの方向に数10nm以上数μm以下の幅を有するのが好ましく、約100nm以下であるのがより好ましい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the Al thin film that is the
また、光拡散部7は、平面的に見て、Alの島の合計した平面積が光拡散部7の全平面積のうちの約70%以下であるのが好ましく、光拡散部7の全平面積のうちの約5%以上約70%以下であるのがより好ましい。なお、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などを用いることにより、Al薄膜の島の状態を観察して粒径の計測やAlの島の平面積の割合を算出することが可能である。さらに、平均粒径が数μmの場合には、光学顕微鏡を用いてAl薄膜の観察および粒径の測定を行うことが可能である。
In addition, the
また、図3に示すように、Al薄膜の厚みが大きく(約6nm以上約50nm以下)なるにつれて各島の平面積が大きくなるとともに、隣接する島同志の間隔が狭まり始める。なお、Al薄膜の厚みは、約30nm以下に形成されるのが好ましく、厚みが約10nm以下であるのがより好ましい。 Further, as shown in FIG. 3, as the thickness of the Al thin film increases (about 6 nm or more and about 50 nm or less), the flat area of each island increases and the interval between adjacent islands begins to narrow. Note that the thickness of the Al thin film is preferably about 30 nm or less, and more preferably about 10 nm or less.
また、図4に示すように、Al薄膜の厚みがさらに大きく(約100nm以上約1μm以下)なると、隣接する島同志の間隔が小さい部分に加えて、隣接する島同志の外縁部が部分的に結合する。この結果、Al薄膜が網状の状態に形成されて連続膜的な状態に近づく。なお、Al薄膜が網状に形成される場合、隣接する網の穴と穴との平均間隔(Al金属が形成されている部分の幅)は、数十nm以上数μm以下の範囲に形成されるのが好ましく、隣接する網の穴の間の平均間隔が約100nm以下であるのがより好ましい。 As shown in FIG. 4, when the thickness of the Al thin film is further increased (about 100 nm or more and about 1 μm or less), in addition to the part where the distance between adjacent islands is small, the outer edge part of adjacent islands is partially Join. As a result, the Al thin film is formed in a net-like state and approaches a continuous film state. When the Al thin film is formed in a net shape, the average interval between the holes of adjacent nets (the width of the portion where the Al metal is formed) is formed in the range of several tens nm to several μm. More preferably, the average spacing between adjacent mesh holes is about 100 nm or less.
また、図5に示すように、Al膜の厚みが小さい(数nm)薄膜状態では、光拡散部7を構成する各島が蛍光体層5の微細な凹部に形成されるので、各島の底部(蛍光体層5と接する側)は、蛍光体層5の微細な凹部の形状に沿って曲面状に形成される。これにより、蛍光体層5をB2方向に透過して光拡散部7に到達する出射光は、各島の底部の曲面形状によって拡散されやすくなるように構成されている。
Further, as shown in FIG. 5, in the thin film state where the thickness of the Al film is small (several nm), each island constituting the
また、図1に示すように、LEDチップ1を含むリードフレーム2、金属製のワイヤ(図示せず)およびワイヤとリード4との接続部を密封するように、シリコン樹脂からなる砲弾状の封止部8が形成されている。また、リード3および4の他方の端部は、封止部8からB1方向に露出している。
In addition, as shown in FIG. 1, a bullet-shaped seal made of silicon resin is used to seal the
また、図6に示すように、LEDチップ1は、GaNやサファイアなどからなる基板11上に、GaN、AlGaNまたはInGaNなどからなるn型クラッド層12と、発光層13と、GaN、AlGaNまたはInGaNなどからなるp型クラッド層14とがこの順に形成されている。また、基板11の下面上には、n側電極15が形成されるとともに、p型クラッド層14上には、ITOからなるp側透光性電極16が形成されている。また、LEDチップ1は、n側電極15の下面が半田を介してリードフレーム2の凹部底面に固定されている。また、p側透光性電極16上には、リード4(図1参照)と接続されているワイヤの一端がボンディングされている。
As shown in FIG. 6, the
また、LEDチップ1は、A方向(平面方向)に約200μm以上約1000μm以下の範囲の長さを有するとともに、B方向(高さ方向)に約100μm以上約300μm以下の範囲の厚みを有するように形成されている。これにより、LEDチップ1は、上面の平面積に比べて側面の面積が小さい。したがって、LEDチップ1の出射光は、主に、LEDチップ1の上面(p側透光性電極16)側からこの面に垂直な方向(矢印B2方向)に出射する指向性を有している。
The
LEDランプ10は、上記の構成によって、図1に示すように、LEDチップ1からB2方向に出射された青色光が、まず蛍光体層5に入射して蛍光体を黄色に発光させる。これにより、LEDチップ1の青色光と蛍光体層5の黄色光とが混合された状態で光拡散部7にB2方向に入射する。そして、島状のAl薄膜により入射光がさらにB2方向に拡散された状態で蛍光体層6に入射して蛍光体を黄色に発光させる。その後、蛍光体層5と光拡散部7とを透過したLEDチップ1の青色光と蛍光体層6の黄色光とが混合されて白色光となり封止部8をB2方向に透過して外部に出射される。また、光拡散部7においてB1方向に拡散された光(図5参照)が再度蛍光体層5に入射して蛍光体を黄色に発光させる。第1実施形態では、上記の作用が繰り返されることにより、色むらの低減された白色光がLEDランプ10からB2方向に出射されるように構成されている。なお、本明細書において「白色」とは、「人間の目に白色に見える」という意味である。
In the
図7および図8は、図1に示した第1実施形態によるLEDランプの製造プロセスを説明するための図である。次に、図1および図6〜図8を参照して、第1実施形態によるLEDランプ10の製造プロセスについて説明する。
7 and 8 are views for explaining a manufacturing process of the LED lamp according to the first embodiment shown in FIG. Next, with reference to FIG. 1 and FIGS. 6-8, the manufacturing process of the
まず、MOCVD法により、基板11の上面上に、n型クラッド層12、発光層13およびp型クラッド層14をこの順に形成する。その後、真空蒸着法を用いて、p型クラッド層14上にITOからなるp側透光性電極16を形成する。また、基板11を所定の厚みに研磨した後に、真空蒸着法を用いて、基板11の下面上にn側電極15を形成する。その後、素子分割を行うことにより、図6に示すようなチップ化されたLEDチップ1が形成される。
First, the n-
次に、図7に示すように、LEDチップ1の下面(n側電極15)を半田によりリードフレーム2の凹部底面に固定する。その後、p側透光性電極16とリード4とをワイヤ(図示せず)接続する。そして、LEDチップ1を覆うように、リードフレーム2の凹部にシリコン樹脂を注入するとともにシリコン樹脂を加熱により硬化させて蛍光体層5を形成する。この際、蛍光体層5は、表面(上面)がB2方向に若干湾曲するように形成される。その後、真空蒸着法を用いて、蛍光体層5の表面上に、数nmの厚みを有するAl薄膜を形成して光拡散部7を形成する。続いて、図8に示すように、Al薄膜からなる光拡散部7を覆うように、リードフレーム2の凹部にシリコン樹脂を注入するとともにシリコン樹脂を加熱により硬化させて蛍光体層6を形成する。なお、蛍光体層6は、表面(上面)がリードフレーム2の上端面と同じ位置になるように平坦面状に形成される。
Next, as shown in FIG. 7, the lower surface (n-side electrode 15) of the
その後、シリコン樹脂を充填した砲弾型のモールドにLEDチップ1を含むリードフレーム2の部分を差し込むとともにシリコン樹脂を加熱により硬化させて砲弾状の封止部8(図1参照)を形成する。この際、封止部8により、LEDチップ1を含むリードフレーム2(リード3)、金属製のワイヤ(図示せず)およびワイヤとリード4との接続部が密封される。最後に、封止部8をモールドから取り出すことによって、図1に示した第1実施形態によるLEDランプ10が形成される。
Thereafter, the
第1実施形態では、上記のように、蛍光体層5および6と、蛍光体層5および6の間に挟まれるように配置されたAlからなる薄膜状の光拡散部7とを備えることによって、たとえば、LEDチップ1から第1層目の蛍光体層5を透過した光のうち、蛍光体層5に隣接する光拡散部7によって蛍光体層5から遠ざかる方向(B2方向)に拡散された光が第2層目の蛍光体層6に入射する一方、光拡散部7によって第1層目の蛍光体層5に戻る方向(B1方向)に拡散された光が蛍光体層5にも入射するので、光拡散部7による拡散光が蛍光体層5および6において各々の蛍光体を励起させることができる。これにより、蛍光体層5における励起光および蛍光体層6における励起光(黄色光)の両方が、LEDチップ1が発する青色光と合成された白色光の状態でLEDランプ10の外部(B2方向)に向かって出射される。この結果、LEDランプ10における蛍光体の励起効率および光の取り出し効率が低下するのを抑制することができる。また、蛍光体の励起効率および光の取り出し効率が低下するのが抑制されるので、LEDランプ10からの出射光に色むらが生じるのをより低減させることができる。
In the first embodiment, as described above, the phosphor layers 5 and 6 and the thin-film
また、第1実施形態では、Alからなる薄膜状の光拡散部7を、平面的に見て、Alが島状に分布した状態(図2および図3参照)、または、隣接するAlの島同志が部分的に結合して網状に形成された状態(図4参照)となるように形成することによって、LEDチップ1からの光が島状または網状に形成された薄膜状の光拡散部7をB2方向に透過する際、光拡散部7により拡散されて薄膜の入射面および入射面と反対側の面の両方から蛍光体層5および6に放出されやすくなるので、光拡散部7による拡散光の光量が低下するのをより抑制することができる。
In the first embodiment, the thin-film
(第1実施形態の変形例)
図9は、本発明の第1実施形態の変形例によるLEDランプの発光部の詳細構造を示した断面図である。図9を参照して、第1実施形態の変形例によるLEDランプ20では、上記第1実施形態と異なり、3層の蛍光体層21〜23の間に2層の光拡散部24および25が形成される場合について説明する。
(Modification of the first embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a detailed structure of a light emitting part of an LED lamp according to a modification of the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, in the
ここで、第1実施形態の変形例によるLEDランプ20では、図9に示すように、青色光を発光するLEDチップ1を覆うシリコン樹脂からなる蛍光体層21、22および23がこの順に形成されている。なお、蛍光体層21、22および23は、それぞれ、本発明の「波長変換部」の一例である。また、蛍光体層21、22および23には、黄色に発色する蛍光体が混入されている。また、蛍光体層21、22および23は、それぞれ、リードフレーム2の凹部内を深さ方向(B1方向)に略均等な厚みを有するように積層されている。なお、図9では、上記第1実施形態のLEDランプ10と同様の外形形状を有するLEDランプ20のうちのリードフレーム2を含む発光部周辺の詳細構造を示している。
Here, in the
また、第1実施形態の変形例では、蛍光体層21と蛍光体層22との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部24が形成されるとともに、蛍光体層22と蛍光体層23との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部25が形成されている。また、光拡散部24および25の厚み(数nm)は、蛍光体層21、蛍光体層22および蛍光体層23の厚みよりも充分に小さく形成されている。なお、図9では、図面の都合上、Alの粒子を複数の円形状で表現して光拡散部24および25が形成されている様子を示している。
In the modification of the first embodiment, a thin-film light diffusion portion 24 made of Al having a thickness of several nm is formed between the
なお、第1実施形態の変形例のように、光拡散部(光拡散部24および25)が2層設けられている場合、光拡散部が1層のみ設けられている場合(第1実施形態の光拡散部7では、Alの島の合計平面積が光拡散部7の全平面積のうちの約5%以上約70%以下であるのが好ましい)と比較して、光拡散部24のAlの島の合計平面積が光拡散部24の全平面積のうちの約5%以下であり、かつ、光拡散部25のAlの島の合計平面積が光拡散部25の全平面積のうちの約5%以下であるように、光拡散部24および25をそれぞれ構成してもよい。ただし、それぞれの層の全平面積に対するAlの島の合計平面積の割合の合計が、約5%以上確保されるのが好ましい。たとえば、光拡散部24または25におけるAlの島の合計平面積が、光拡散部24または25の全平面積の約2.5%以上であるのが好ましい。また、光拡散部24におけるAlの島の合計平面積が全平面積の約2%である場合、光拡散部25におけるAlの島の合計平面積が全平面積の約3%以上となるように光拡散部25を形成するのが好ましい。また、光拡散部24および25を個別に見た場合、上記第1実施形態の単層からなる光拡散部7の場合と同様に、光拡散部の全平面積に対するAlの島の合計平面積の割合は、約70%以下であるの好ましく、約50%以下であるのがより好ましい。なお、各層(光拡散部24および25)におけるAlの島の上記割合の合計が100%以上であってもよい。
As in the modification of the first embodiment, when two layers of light diffusion portions (light diffusion portions 24 and 25) are provided, when only one layer of light diffusion portion is provided (first embodiment). In the
なお、第1実施形態の変形例によるLEDランプ20のその他の構造および製造プロセスは、上記第1実施形態と同様である。
The remaining structure and manufacturing process of the
第1実施形態の変形例では、上記のように、蛍光体層21〜23の各層の間に、Alからなる薄膜状の光拡散部24および25をそれぞれ設けることによって、複数の層からなる光拡散部24および25によって拡散光の拡散作用を繰り返すことができるので、充分な拡散効果を得ることができる。 In the modification of the first embodiment, as described above, the thin-film light diffusion portions 24 and 25 made of Al are provided between the phosphor layers 21 to 23, respectively, so that the light made up of a plurality of layers. Since the diffusing action of the diffused light can be repeated by the diffusing portions 24 and 25, a sufficient diffusing effect can be obtained.
(第2実施形態)
図10は、本発明の第2実施形態によるLEDランプの詳細構造を示した断面図である。図10を参照して、第2実施形態によるLEDランプ30では、上記第1実施形態と異なり、LEDチップ1の上方に平坦なシート状の蛍光体層31および32を用いる場合について説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a sectional view showing a detailed structure of the LED lamp according to the second embodiment of the present invention. With reference to FIG. 10, in the
ここで、第2実施形態によるLEDランプ30では、図10に示すように、リードフレーム2の凹部内を完全に埋め込むように青色光を発光するLEDチップ1を覆う透明なシリコン樹脂からなる透過部9が形成されている。そして、透過部9の平坦な上面上に、シリコン樹脂からなるシート状の蛍光体層31と蛍光体層32とがこの順に形成されている。なお、蛍光体層31および32は、それぞれ、本発明の「波長変換部」の一例である。また、蛍光体層31および32には、黄色に発色する蛍光体が混入されている。
Here, in the
また、第2実施形態では、蛍光体層31と蛍光体層32との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部33が形成されている。なお、光拡散部33の厚み(数nm)は、蛍光体層31および蛍光体層32の厚みよりも充分に小さく形成されている。なお、第2実施形態によるLEDランプ30のその他の構造は、上記第1実施形態と同様である。
In the second embodiment, a thin-film
次に、図6および図10を参照して、第2実施形態によるLEDランプ30の製造プロセスについて説明する。
Next, with reference to FIG. 6 and FIG. 10, the manufacturing process of the
まず、上記第1実施形態と同様の製造プロセスにより、青色光を発光するLEDチップ1(図6参照)を形成するとともに、リードフレーム2(図6参照)の凹部底面に固定してワイヤ接続などを行う。そして、図10に示すように、LEDチップ1を覆うように、リードフレーム2の凹部にシリコン樹脂を注入するとともにシリコン樹脂を加熱により硬化させて透過部9を形成する。なお、透過部9は、表面(上面)がリードフレーム2の上端面と同じ位置に平坦面状に形成される。
First, the LED chip 1 (see FIG. 6) that emits blue light is formed by a manufacturing process similar to that of the first embodiment, and is fixed to the bottom surface of the concave portion of the lead frame 2 (see FIG. 6). I do. Then, as shown in FIG. 10, a silicone resin is injected into the recess of the
その後、図10に示すように、透過部9の平坦な上面上に、シート状の蛍光体層31を貼り合わせる。その後、真空蒸着法を用いて、蛍光体層31の表面上に、数nmの厚みを有するAl薄膜を形成して光拡散部33を形成する。さらに、光拡散部33の表面上に、シート状の蛍光体層32を貼り合わせる。その後、上記第1実施形態と同様の製造プロセスにより、第2実施形態によるLEDランプ30が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 10, a sheet-
第2実施形態では、上記のように、蛍光体層31および32と、蛍光体層31および31の間に挟まれるように配置されたAlからなる薄膜状の光拡散部33とを備えることによって、たとえば、LEDチップ1から第1層目の蛍光体層31を透過した光のうち、蛍光体層31に隣接する光拡散部33によって蛍光体層31から遠ざかる方向(B2方向)に拡散された光が第2層目の蛍光体層32に入射する一方、光拡散部33によって第1層目の蛍光体層31に戻る方向(B1方向)に拡散された光が蛍光体層31にも入射するので、光拡散部33による拡散光が蛍光体層31および32において各々の蛍光体を励起させることができる。また、蛍光体層31における励起光および蛍光体層32における励起光の両方がLEDランプ30の外部(B2方向)に向かって出射される。この結果、LEDランプ30における蛍光体の励起効率および光の取り出し効率が低下するのを抑制することができる。また、蛍光体の励起効率および光の取り出し効率が低下するのが抑制されるので、LEDランプ30からの出射光に色むらが生じるのをより低減させることができる。なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
In the second embodiment, as described above, the phosphor layers 31 and 32 and the thin-film
(第2実施形態の変形例)
図11は、本発明の第2実施形態の変形例によるLEDランプの発光部の詳細構造を示した断面図である。図11を参照して、第2実施形態の変形例によるLEDランプ40では、上記第2実施形態と異なり、3層のシート状の蛍光体層41〜43の間に2層の光拡散部44および45が形成される場合について説明する。
(Modification of the second embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a detailed structure of a light emitting part of an LED lamp according to a modification of the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, in the
ここで、第2実施形態の変形例によるLEDランプ40では、図11に示すように、リードフレーム2の凹部内を完全に埋め込む透過部9の平坦な上面上に、シリコン樹脂からなるシート状の蛍光体層41、42および43がこの順に形成されている。なお、蛍光体層41、42および43は、それぞれ、本発明の「波長変換部」の一例である。また、蛍光体層41、42および43には、黄色に発色する蛍光体が混入されている。また、蛍光体層41、42および43は、それぞれ、略均等な厚みを有するように形成されている。なお、図11では、上記第2実施形態のLEDランプ30と同様の外形形状を有するLEDランプ40のうちのリードフレーム2を含む発光部周辺の詳細構造を示している。
Here, in the
また、第2実施形態の変形例では、蛍光体層41と蛍光体層42との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部44が形成されるとともに、蛍光体層42と蛍光体層43との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部45が形成されている。また、光拡散部44および45の厚み(数nm)は、蛍光体層41〜43の厚みよりも充分に小さく形成されている。
In the modification of the second embodiment, a thin-film
なお、第2実施形態の変形例によるLEDランプ40のその他の構造および製造プロセスは、上記第2実施形態と同様である。
The remaining structure and manufacturing process of the
第2実施形態の変形例では、上記のように、シート状の蛍光体層41〜43の各層の間に、Alからなる薄膜状の光拡散部44および45をそれぞれ設けることによって、複数の層からなる光拡散部44および45によって拡散光の拡散を繰り返すことができるので、充分な拡散効果を得ることができる。
In the modification of the second embodiment, as described above, a plurality of layers are provided by providing the thin-film
(第3実施形態)
図12は、本発明の第3実施形態によるLEDランプの発光部の詳細構造を示した断面図である。図12を参照して、第3実施形態によるLEDランプ50では、上記第2実施形態と異なり、各蛍光体層41〜43の間に挟まれた光拡散部51および52の平均粒径が互いに異なる場合について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a detailed structure of a light emitting part of an LED lamp according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, in the
ここで、第3実施形態によるLEDランプ50では、図12に示すように、蛍光体層41と蛍光体層42との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部51が形成されるとともに、蛍光体層42と蛍光体層43との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部52が形成されている。なお、図12では、上記第2実施形態のLEDランプ30と同様の外形形状を有するLEDランプ50のうちのリードフレーム2を含む発光部周辺の詳細構造を示している。
Here, in the
この際、第3実施形態では、LEDチップ1に近い側に配置された光拡散部51の平均粒径が、LEDチップ1から遠い側に配置された光拡散部52の平均粒径よりも小さくなるように構成されている。なお、図12では、Alの粒子を複数の円形状で表現するとともに、光拡散部51と52とで円の直径が異なるように表現して、平均粒径の違いを示している。これにより、LEDチップ1の出射光は、蛍光体層41を透過した後に、平均粒径の小さい光拡散部51をより多い光量の状態で透過することにより、蛍光体層42の蛍光体を盛んに励起されて、蛍光体層42の発色が促進される。そして、充分に発色した光は、LEDチップ1の出射光とともに光拡散部51よりも平均粒径の大きな光拡散部52で盛んに拡散された状態で蛍光体層43を透過する。この際、蛍光体層43の蛍光体を発色させてLEDランプ50の外部に出射されるように構成されている。
At this time, in the third embodiment, the average particle diameter of the
なお、第3実施形態によるLEDランプ50のその他の構造および製造プロセスは、上記第2実施形態と同様である。
The remaining structure and manufacturing process of the
第3実施形態では、上記のように、LEDチップ1に近い側に配置された光拡散部51の平均粒径が、LEDチップ1から遠い側に配置された光拡散部52の平均粒径よりも小さくなるように構成することによって、まず、蛍光体層41を透過したLEDチップ1の出射光が平均粒径の小さい光拡散部51をより多い光量(拡散の少ない状態)で透過して蛍光体層42の蛍光体を盛んに励起するので、蛍光体層42の発色が促進される。その後、充分に発色した光が光拡散部51よりも平均粒径の大きな光拡散部52で盛んに拡散されて、さらに蛍光体層43を透過してB2方向に出射される。この結果、蛍光体層42の励起効率を高めるとともに、光拡散部52による拡散効果を高めることができるので、LEDランプ50の外部に出射される光(白色光)の色むらをより効果的に低減させることができる。
In 3rd Embodiment, as mentioned above, the average particle diameter of the light-
(第4実施形態)
図13は、本発明の第4実施形態によるLEDランプの発光部の詳細構造を示した断面図である。図13を参照して、第4実施形態によるLEDランプ60では、上記第4実施形態と異なり、蛍光体層41および42の間に挟まれた光拡散部61の平均粒径が、蛍光体層42および43の間に挟まれた光拡散部62の平均粒径よりも大きい場合について説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a detailed structure of a light emitting part of an LED lamp according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13, in the
ここで、第4実施形態によるLEDランプ60では、図13に示すように、蛍光体層41と蛍光体層42との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部61が形成されるとともに、蛍光体層42と蛍光体層43との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部62が形成されている。なお、図13では、上記第2実施形態のLEDランプ30と同様の外形形状を有するLEDランプ60のうちのリードフレーム2を含む発光部周辺の詳細構造を示している。
Here, in the
この際、第4実施形態では、LEDチップ1に近い側に配置された光拡散部61の平均粒径が、LEDチップ1から遠い側に配置された光拡散部62の平均粒径よりも大きくなるように構成されている。なお、図13では、Alの粒子を複数の円形状で表現するとともに、光拡散部61と62とで円の直径が異なるように表現して、平均粒径の違いを示している。これにより、LEDチップ1の出射光は、蛍光体層41を透過した後に、平均粒径の大きな光拡散部61で盛んに拡散された状態で蛍光体層42を透過する。そして、充分に拡散された光によって蛍光体層42の蛍光体を発色させた光は、LEDチップ1の出射光とともに光拡散部61よりも平均粒径の小さな光拡散部62をより多い光量の状態で透過することにより、蛍光体層43の蛍光体を盛んに励起する。そして、蛍光体層43の発色が促進された状態でLEDランプ60の外部に出射されるように構成されている。
Under the present circumstances, in 4th Embodiment, the average particle diameter of the light-
なお、第4実施形態によるLEDランプ60のその他の構造および製造プロセスは、上記第3実施形態と同様である。
In addition, the other structure and manufacturing process of the
第4実施形態では、上記のように、LEDチップ1に近い側に配置された光拡散部61の平均粒径が、LEDチップ1から遠い側に配置された光拡散部62の平均粒径よりも大きくなるように構成することによって、まず、蛍光体層41を透過したLEDチップ1の出射光が平均粒径の大きな光拡散部61で盛んに拡散され、蛍光体層42を透過して出射される。その後、充分に拡散された光が光拡散部61よりも平均粒径の小さな光拡散部62をより多い光量(拡散の少ない状態)でB2方向に透過して蛍光体層43の蛍光体を盛んに励起するので、蛍光体層43の発色が促進される。この結果、蛍光体層43の励起効率を高めるとともに、光拡散部61による拡散効果を高めることができるので、LEDランプ60の外部に出射される光(白色光)の色むらをより効果的に低減させることができる。
In 4th Embodiment, as mentioned above, the average particle diameter of the light-
(第5実施形態)
図14は、本発明の第5実施形態によるLEDランプの詳細構造を示した断面図である。図14を参照して、第5実施形態によるLEDランプ70では、上記第2実施形態と異なり、光拡散部33を挟む蛍光体層71および72が異なる蛍光色を発する蛍光体からなる場合について説明する。
(Fifth embodiment)
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a detailed structure of an LED lamp according to a fifth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14, in the
第5実施形態によるLEDランプ70は、図14に示すように、発光波長ピークが約350nm〜約410nmの紫外光を発光するLEDチップ75が、金属製のリードフレーム2の凹部底面に固定されている。また、LEDチップ75を覆う透明なシリコン樹脂からなる透過部9の平坦な上面上に、シリコン樹脂からなるシート状の蛍光体層71と蛍光体層72とがこの順に形成されている。なお、蛍光体層71および72は、それぞれ、本発明の「波長変換部」の一例である。また、LEDチップ75は、本発明の「半導体発光素子」の一例である。
In the
ここで、第5実施形態では、蛍光体層71には、青色に発色する蛍光体が混入されているとともに、蛍光体層72には、赤色に発色する蛍光体および黄色に発色する蛍光体が混入されている。また、蛍光体層71と蛍光体層72との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部73が形成されている。なお、第5実施形態によるLEDランプ70のその他の構造および製造プロセスは、上記第2実施形態と同様である。
Here, in the fifth embodiment, the
第5実施形態では、上記のように、蛍光体層71および72と、蛍光体層71および72の間に挟まれるように配置されたAlからなる薄膜状の光拡散部73とを備えることによって、LEDチップ75からの出射光(紫外光)は、上記第1実施形態と同様の作用によって、光拡散部73による拡散光が蛍光体層71および72において各々の蛍光体を励起させる。そして、蛍光体層71の励起光(青色光)および蛍光体層72の励起光(赤色光および黄色光)の両方が、LEDチップ75が発する紫外光と合成された白色光の状態でLEDランプ70の外部に出射されるので、LEDランプ70における蛍光体の励起効率および光の取り出し効率が低下するのを抑制することができる。また、上記効果によって、LEDランプ70からの出射光に色むらが生じるのをより低減させることができる。
In the fifth embodiment, as described above, by including the phosphor layers 71 and 72 and the thin-film light diffusion portion 73 made of Al arranged so as to be sandwiched between the phosphor layers 71 and 72. The emitted light (ultraviolet light) from the
(第6実施形態)
図15は、本発明の第6実施形態によるLEDアレーの詳細構造を示した断面図である。図6および図15を参照して、第6実施形態によるLEDアレー80では、上記実施形態と異なり、複数のLEDチップが1つのフレーム内に配置されてアレー化された場合について説明する。なお、この第6実施形態では、半導体発光装置の一例であるLEDアレーに本発明を適用した場合について説明する。
(Sixth embodiment)
FIG. 15 is a sectional view showing a detailed structure of the LED array according to the sixth embodiment of the present invention. With reference to FIG. 6 and FIG. 15, in the
第6実施形態によるLEDアレー80は、図15に示すように、発光波長が約450nmの青色光を発光するLEDチップ1が、複数の凹部を有する金属製のリードフレーム2b内に1つずつ固定されている。また、個々のLEDチップ1のn側電極15(図6参照)は、リードフレーム2bと電気的に接続されている。また、個々のLEDチップ1のp側透光性電極16(図6参照)は、金属製のワイヤ(図示せず)を介して図示しないリードの一方の端部と電気的に接続されている。
In the
ここで、第6実施形態によるLEDアレー80では、図15に示すように、リードフレーム2aの個々の凹部内を完全に埋め込むようにLEDチップ1を覆う透明なシリコン樹脂からなる透過部9が形成されている。そして、リードフレーム2bの上端面と透過部9の平坦な上面とを覆うように、シリコン樹脂からなるシート状の蛍光体層81、82および83がこの順に形成されている。なお、蛍光体層81、82および83は、それぞれ、本発明の「波長変換部」の一例である。また、蛍光体層81、82および83には、黄色に発色する蛍光体が混入されている。
Here, in the
また、第6実施形態では、蛍光体層81と蛍光体層82との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部84が形成されるとともに、蛍光体層82と蛍光体層83との間に数nmの厚みを有するAlからなる薄膜状の光拡散部85が形成されている。また、光拡散部84および85の厚み(数nm)は、蛍光体層81、82および83の厚みよりも充分に小さく形成されている。なお、図15では、Alの粒子を複数の円形状で表現して光拡散部84および85が形成されている様子を示している。
In the sixth embodiment, a thin-film light diffusion portion 84 made of Al having a thickness of several nm is formed between the
なお、第6実施形態によるLEDアレー80のその他の構造および製造プロセスは、上記第2実施形態と同様である。また、第6実施形態の効果についても、上記第2実施形態と同様である。
The remaining structure and manufacturing process of the
(第6実施形態の変形例)
図16は、本発明の第6実施形態の変形例によるLEDアレーの詳細構造を示した断面図である。図16を参照して、第6実施形態の変形例によるLEDアレー90では、上記第6実施形態と異なり、蛍光体層81〜83の間に挟まれる2層の光拡散部91および92が、酸化チタン(TiO2)からなる連続膜により形成される場合について説明する。
(Modification of the sixth embodiment)
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a detailed structure of an LED array according to a modification of the sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 16, in the
ここで、第6実施形態の変形例では、図16に示すように、蛍光体層81と蛍光体層82との間に約6nmの厚みを有するTiO2からなる膜状の光拡散部91が形成されるとともに、蛍光体層82と蛍光体層83との間に約6nmの厚みを有するTiO2からなる膜状の光拡散部92が形成されている。なお、約6nmの膜厚を有する光拡散部91および92は、真空蒸着法により連続的な膜の状態に形成されている。なお、光拡散部91および92は、それぞれ、本発明の「光拡散層」の一例である。なお、第6実施形態の変形例によるLEDアレー90のその他の構造および製造プロセスは、上記第6実施形態と同様である。
Here, in the modification of the sixth embodiment, as shown in FIG. 16, a film-like
第6実施形態の変形例では、上記のように、蛍光体層81〜83の各層の間に、蛍光体層81〜83の表面を連続的な膜の状態で覆うように形成された光拡散部91および92をそれぞれ配置することによって、各々のLEDチップ1から蛍光体層81を透過した光は、連続的な膜の状態に形成された光拡散部91に全て入射する。さらに、光拡散部91および蛍光体層82を透過した光は、連続的な膜の状態に形成された光拡散部92に全て入射する。これにより、光拡散部91および92に入射する光をより確実に拡散させることができる。
In the modification of the sixth embodiment, as described above, the light diffusion formed between the respective layers of the phosphor layers 81 to 83 so as to cover the surfaces of the phosphor layers 81 to 83 in a continuous film state. By arranging the
また、第6実施形態の変形例では、光拡散部91および92に、Alよりも光透過率の大きいTiO2からなる連続的な膜を用いることによって、光拡散部91および92の外部に取り出される光強度をより大きくすることができる。また、光拡散部91および92が連続膜となっているので、出射光の色調などの指向性を減少させることができる。なお、光拡散部91および92がTiO2の場合、光拡散部91および92からの出射光は主に屈折によって拡散されると考えられる。なお、第6実施形態の変形例のその他の効果は、上記第6実施形態と同様である。
Further, in the modification of the sixth embodiment, the
(第7実施形態)
図17は、本発明の第7実施形態によるLEDアレーの詳細構造を示した断面図である。図17を参照して、第7実施形態によるLEDアレー100では、上記第6実施形態と異なり、蛍光体層101および102の間に挟まれる光拡散部103が、Nb2O5粒子104を含むシート状のシリコン樹脂膜により形成される場合について説明する。
(Seventh embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a detailed structure of the LED array according to the seventh embodiment of the present invention. 17, in the
ここで、第7実施形態では、図17に示すように、蛍光体層101と蛍光体層102との間に、シリコン樹脂にNb2O5粒子104が分散されて膜状(シート状)に連続的に形成された光拡散部103が形成されている。なお、膜状(シート状)の光拡散部103は、数百μmの厚みを有している。したがって、Nb2O5粒子104は、膜の厚み方向(B2方向)にも分散している。なお、蛍光体層101および102は、それぞれ、本発明の「波長変換部」の一例である。また、蛍光体層101および102には、黄色に発色する蛍光体が混入されている。また、光拡散部103は、本発明の「光拡散層」の一例である。
Here, in the seventh embodiment, as shown in FIG. 17, Nb 2 O 5 particles 104 are dispersed in silicon resin between the
なお、第7実施形態によるLEDアレー100のその他の構造および製造プロセスは、上記第6実施形態と同様である。
The remaining structure and manufacturing process of the
第7実施形態では、上記のように、光拡散部103に、Nb2O5粒子104が膜の厚み方向(B2方向)に分散した状態で膜状に連続的に形成されたシート状の光拡散層を用いることによって、LEDチップ1から蛍光体層101を透過して光拡散部103に入射した光が、平面的な分散のみならず膜の厚み方向にも分散したNb2O5粒子104によってB1方向およびB2方向に拡散されるので、光拡散部103の機能をより有効に利用することができる。これにより、入射光をより確実に拡散させることができる。なお、第7実施形態のその他の効果は、上記第6実施形態と同様である。
In the seventh embodiment, as described above, a sheet-like light continuously formed in a film shape with the Nb 2 O 5 particles 104 dispersed in the thickness direction (B2 direction) of the film in the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第1〜第7実施形態では、2層または3層の蛍光体層(波長変換部)の各層間に1層または2層の光拡散部をそれぞれ形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、2層または3層以外の複数の蛍光体層(波長変換部)の各層間に、それぞれ光拡散部を形成してもよい。 For example, in the first to seventh embodiments, an example in which one or two light diffusing parts are formed between the two or three phosphor layers (wavelength converting part) is shown. The invention is not limited to this, and a light diffusing portion may be formed between each of a plurality of phosphor layers (wavelength converting portions) other than two or three layers.
また、上記第2および第5実施形態では、リードフレーム2の凹部内を完全に埋め込むようにシリコン樹脂からなる透過部9を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、透過部9の部分が、真空状態であってもよいし、空気が封入されていてもよい。
In the second and fifth embodiments, the example in which the
また、上記第2実施形態の製造プロセスでは、透過部9の上面上に、蛍光体層31、光拡散部33および蛍光体層32を順次積層した例について示したが、本発明はこれに限らず、量産性を考慮した場合、予め、シート状の蛍光体層31上に真空蒸着法を用いてAl薄膜の光拡散部33を形成するとともに、光拡散部33上にシート状の蛍光体層32を貼り合わせて蛍光体シートを一体的に形成する。そして、この蛍光体シートを透過部9の上面上に貼り合わせることによりLEDランプ30を形成するようにしてもよい。なお、上記第2実施形態の変形例および上記第3〜第7実施形態における製造プロセスにおいても、本変形例で示した製造プロセスと同様の製造プロセスを適用して蛍光体シートを形成してLEDランプ(LEDアレー)を形成することができる。
In the manufacturing process of the second embodiment, the example in which the
また、上記第3実施形態では、LEDチップ1に近い側に配置された光拡散部51の平均粒径が、LEDチップ1から遠い側に配置された光拡散部52の平均粒径よりも小さくなるように構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、LEDチップに近い側に配置された光拡散部の全平面積に対するAlの島の部分の合計平面積の占める割合が、LEDチップから遠い側の光拡散部の全平面積に対するAlの島の部分の合計平面積の占める割合よりも小さくなるように光拡散部をそれぞれ形成してもよい。
Moreover, in the said 3rd Embodiment, the average particle diameter of the light-
また、上記第4実施形態では、LEDチップ1に近い側に配置された光拡散部61の平均粒径が、LEDチップ1から遠い側に配置された光拡散部62の平均粒径よりも大きくなるように構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、LEDチップに近い側に配置された光拡散部の全平面積に対するAlの島の部分の合計平面積の占める割合が、LEDチップから遠い側の光拡散部の全平面積に対するAlの島の部分の合計平面積の占める割合よりも大きくなるように光拡散部をそれぞれ形成してもよい。
Moreover, in the said 4th Embodiment, the average particle diameter of the light-
また、上記第5実施形態では、紫外光を発光するLEDチップ75の出射方向側に、青色に発色する蛍光体層71と赤色および黄色に発色する蛍光体層72とをこの順に積層した例について示したが、本発明はこれに限らず、蛍光体層を多層化する場合、LEDチップ(半導体発光素子)に近い側に相対的に短波長で発光する蛍光体を混入した蛍光体層(波長変換部)を配置するとともに、LEDチップから遠い側に相対的に長波長で発光する蛍光体を混入した蛍光体層を配置して積層するのが好ましい。この変形例のように構成すれば、LEDチップに近い側の蛍光体層から短波長で発光した光が、外側の蛍光体層を透過する際に長波長で発光する蛍光体を効率よく励起させることができるので、蛍光体の励起効率をより向上させることができる。
In the fifth embodiment, an example in which a
また、上記第5実施形態の変形例では、紫外光を発光するLEDチップ75の出射方向側に、青色に発色する蛍光体層71と赤色および黄色に発色する蛍光体層72とをこの順に積層した例について示したが、本発明はこれに限らず、青色光を発光するLEDチップ上に、緑色に発色する蛍光体層(波長変換部)と赤色および黄色に発色する蛍光体層(波長変換部)とをこの順に積層してもよい。
In the modification of the fifth embodiment, the
また、上記第2〜第7実施形態では、透過部9の平坦な上面上に、シート状の蛍光体層(波長変換部)を設けた例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第1実施形態と同様に、リードフレーム2の凹部にシリコン樹脂からなる蛍光体層を注入する方法によりLEDランプを形成してもよい。
Moreover, in the said 2nd-7th embodiment, although the example which provided the sheet-like fluorescent substance layer (wavelength conversion part) on the flat upper surface of the
また、上記第6実施形態およびその変形例では、3層の蛍光体層(波長変換部)の各層間に2層の光拡散部をそれぞれ形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第7実施形態と同様に、2層の蛍光体層(波長変換部)の間に1層の光拡散部を形成してLEDアレーを形成してもよい。 Further, in the sixth embodiment and the modification thereof, the example in which the two light diffusion portions are formed between the layers of the three phosphor layers (wavelength conversion portions) has been described, but the present invention is not limited thereto. Instead, as in the seventh embodiment, an LED array may be formed by forming a single light diffusion portion between two phosphor layers (wavelength conversion portions).
また、上記第1〜第7実施形態では、シリコン樹脂を用いて蛍光体層を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体発光装置の使用温度範囲において劣化が生じない樹脂であれば、シリコン樹脂以外の他の樹脂を用いてもよい。なお、樹脂部材の屈折率は、一般的には約1.4〜約1.6であるが、半導体発光装置の使用環境や使用目的に応じて、より光屈折率または低屈折率を有する樹脂部材を用いてもよい。 Moreover, in the said 1st-7th embodiment, although the example which formed the fluorescent substance layer using silicon resin was shown, this invention is not restricted to this, Resin which does not produce degradation in the use temperature range of a semiconductor light-emitting device If so, other resins than the silicon resin may be used. In addition, although the refractive index of the resin member is generally about 1.4 to about 1.6, the resin having a light refractive index or a lower refractive index depending on the use environment or purpose of the semiconductor light emitting device. A member may be used.
また、上記第1〜第5実施形態では、島状または網状の光拡散部にAlからなる金属薄膜を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、LEDチップからの出射光を適切に反射および屈折させることが可能な材料であるたとえばAgなどからなる金属の薄膜を光拡散部に用いてもよい。 In the first to fifth embodiments, the example in which the metal thin film made of Al is used for the island-like or net-like light diffusing portion is shown. However, the present invention is not limited to this, and the emitted light from the LED chip is used. A thin metal film made of, for example, Ag, which is a material that can be appropriately reflected and refracted may be used for the light diffusion portion.
また、上記第6実施形態の変形例および第7実施形態では、光拡散部にTiO2からなる誘電体膜や、光拡散材としてNb2O5からなる誘電体をシリコン樹脂内に分散させたシート状の連続膜をそれぞれ用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、光吸収が少なく、波長変換部(蛍光体層)との屈折率差の大きな材料を用いて光拡散部を形成してもよい。 In the modification of the sixth embodiment and the seventh embodiment, a dielectric film made of TiO 2 in the light diffusion portion and a dielectric made of Nb 2 O 5 as the light diffusion material are dispersed in the silicon resin. Although an example using each of the sheet-like continuous films has been shown, the present invention is not limited to this. May be formed.
また、上記実施形態では、窒化物系化合物半導体を用いて半導体発光素子を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ZnO(酸化亜鉛)などを用いて半導体発光素子を形成してもよい。 In the above embodiment, an example in which a semiconductor light emitting element is formed using a nitride compound semiconductor has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the semiconductor light emitting element is formed using ZnO (zinc oxide) or the like. May be.
1、75 LEDチップ(半導体発光素子)
5、6 蛍光体層(波長変換部)
7 光拡散部
21、22、23 蛍光体層(波長変換部)
24、25 光拡散部
31、32 蛍光体層(波長変換部)
33 光拡散部
41、42、43 蛍光体層(波長変換部)
44、45 光拡散部
51、52 光拡散部
61、62 光拡散部
71、72 蛍光体層(波長変換部)
73 光拡散部
81、82、83 蛍光体層(波長変換部)
84、85 光拡散部
91、92 光拡散部(光拡散層)
101、102 蛍光体層(波長変換部)
103 光拡散部(光拡散層)
1,75 LED chip (semiconductor light emitting device)
5, 6 Phosphor layer (wavelength converter)
7
24, 25
33
44, 45
73
84, 85
101, 102 Phosphor layer (wavelength converter)
103 Light diffusion part (light diffusion layer)
Claims (5)
前記半導体発光素子の光の出射方向側に少なくとも2層以上設けられ、前記半導体発光素子から出射された光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部と、
前記波長変換部の間に挟まれるように配置された光拡散部とを備える、半導体発光装置。 A semiconductor light emitting device;
A wavelength conversion unit including a phosphor that is provided on at least two layers on the light emitting direction side of the semiconductor light emitting element and converts the wavelength of the light emitted from the semiconductor light emitting element;
And a light diffusing unit arranged to be sandwiched between the wavelength conversion units.
前記半導体発光素子に近い側に配置された前記光拡散部と、前記半導体発光素子から遠い側に配置された前記光拡散部とは、平均粒径、または、前記光拡散部の全平面積に対する前記島状の部分の平面積の占める割合の少なくとも一方が異なる、請求項3に記載の半導体発光装置。 The light diffusing portion includes a thin-film light diffusing portion made of a metal formed in an island-like state in plan view,
The light diffusing part disposed on the side close to the semiconductor light emitting element and the light diffusing part disposed on the side far from the semiconductor light emitting element have an average particle diameter or a total plane area of the light diffusing part. The semiconductor light-emitting device according to claim 3, wherein at least one of the proportions of the planar area of the island-like portions is different.
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