JP2010027645A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】紫外、青色、緑色及び赤色の各LED素子が柱状結晶を有するAuSn系合金層を介して搭載され、BとAlの少なくとも一方及びNがドープされたSiC蛍光基板10を備え、発光装置1の各部材を無機材料とすることにより耐熱性を向上させるとともに、SiC蛍光基板10のブロードな発光と青色、緑色及び赤色の各LED素子の発光の組合せにより良好な演色性の白色光を得ることができ、AuSn系合金層によりスムースな熱伝達が実現された。
【選択図】図1
Description
また、赤色LED素子、緑色LED素子及び青色LED素子の組合せにより、白色光を生成可能な発光装置も知られている(例えば、特許文献2参照)。
ここで、特許文献2に記載の発光装置のように、蛍光体を用いずに赤色、緑色及び青色の各LED素子により白色光を得ることが考えられる。しかしながら、各LED素子の半値幅は蛍光体と比べて極めて小さく、得られる白色光の演色性が低くなってしまう。
さらに、LED素子の発熱量が制限されない場合、各LED素子で発生した熱を、スムースに各LED素子を搭載する基板へ伝える必要が生じる。
紫外光を発する第1LED素子と、
可視光を発する第2LED素子と、
前記第1LED素子及び前記第2LED素子が搭載され、B及びAlの少なくとも一方と、Nと、がドープされたSiCからなり、前記第1LED素子から発せられる光により励起されると可視光を発する基板と、
前記基板と前記第1LED素子及び前記第2LED素子とを接合し、前記基板に対して略垂直な方向へ伸びる柱状結晶を有するAuSn系合金層と、を備えた発光装置が提供される。
紫外光を発する第1LED素子と、
可視光を発する第2LED素子と、
B及びAlの少なくとも一方と、Nと、がドープされ、前記第1LED素子から発せられる光により励起されると可視光を発するSiC蛍光板と、
前記第1LED素子及び前記第2LED素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記基板と前記第1LED素子及び前記第2LED素子とを接合し、前記基板に対して略垂直な方向へ伸びる柱状結晶を有するAuSn系合金層と、を備えた発光装置が提供される。
前記基板を収容し、無機材料からなる筐体を備えてもよい。
前記第1LED素子のピーク波長は、408nm以下であり、
前記第2LED素子のピーク波長は、408nmを超えることが好ましい。
前記第2LED素子は、青色LED素子、緑色LED素子及び赤色LED素子の3種のLED素子であってもよい。
前記基板の搭載面にSn膜を形成するSn膜形成工程と、
第1LED素子及び第2LED素子の非搭載面にAu膜を形成するAu膜形成工程と、
前記基板の前記搭載面に形成された前記Sn膜の表面に、前記第1LED素子及び前記第2LED素子に形成された前記Au膜を接触させる接触工程と、
前記Sn膜と前記Au膜を接触させた状態で、水素ガスと窒素ガスの混合ガスからなるフォーミングガスの雰囲気中にて前記基板を加熱し、前記第1LED素子及び前記第2LED素子を前記基板に接合する接合工程と、を含む発光装置の製造方法が提供される。
前記接触工程にて、前記基板の前記搭載面を上方とし前記第1LED素子及び第2LED素子の非搭載面を下方にして、前記第1LED素子及び前記第2LED素子を前記基板に載置することにより前記Sn膜と前記Au膜を接触させ、
前記接合工程にて、前記第1LED素子及び前記第2LED素子が前記基板に載置された状態で、前記基板を加熱して、前記第1LED素子及び前記第2LED素子を前記基板に接合することが好ましい。
図1に示すように、発光装置1は、一端に開口2aが形成された円筒状の筐体2と、この開口2aを閉塞するレンズ3と、筐体2の他端に形成される端子部4と、筐体2内に配置され紫外LED素子と可視LED素子を搭載したSiC製のSiC蛍光基板10と、を有している。本実施形態においては、筐体2の一端側を上方向、他端側を下方向として説明する。筐体2には、端子部4から電力が供給される複数種類のLED素子が収容されており、LED素子から発せられる紫外光によりSiC蛍光基板10が励起されて発光するようになっている。尚、LED素子から発せられた青色光、緑色光及び赤色光は、波長変換されることなくレンズ3を透過する。
図2に示すように、筐体2は、無機材料からなり、下端が閉塞され、この閉塞部分が底部2bをなしている。筐体2は、セラミックからなり、本実施形態においてAlNである。底部2bには、紫外LED素子11、青色LED素子12、緑色LED素子13及び赤色LED素子14を搭載するSiC蛍光基板10が固定される。SiC蛍光基板10の固定方法は任意であるが、本実施形態においては、SiC蛍光基板10は底部2bと螺合するねじ5により固定されている。本実施形態においては、SiC蛍光体基板10は、底部2bと離隔して設けられ、底部2bと対抗する面に各LED素子11,12,13,14が搭載されている。筐体2の開口2aの部分は、段状に形成されており、レンズ3が段状部に固定されている。また、筐体2は、底部2bから下方へ突出するフランジ2cを有している。本実施形態においては、フランジ2cは、周方向に亘って形成されている。
図3(a)に示すように、SiC蛍光基板3は、各LED素子の搭載面及び搭載面と反対側の面に所定の周期構造が形成されている。周期構造は多数の略円錐状の凸部10eによって構成されており、各凸部10eがSiC蛍光基板3の搭載面に沿った方向に周期的に配列されている。尚、各凸部10eを三角錐、四角錐のような多角錘形状としてもよいし、周期構造を設けるか否かも任意である。
図4に示すように、SiC蛍光基板10は、平面視にて正方形状に形成され、各LED素子11,12,13,14が前後方向及び左右方向に所定の間隔をおいて搭載されている。各LED素子11,12,13,14は、SiC蛍光基板10に対して略垂直な方向へ伸びる柱状結晶を有するAuSn系合金層10cによりSiC蛍光基板10に接合されている。本実施形態においては、各LED素子11,12,13,14は、平面視にて約350μm角に形成され、各LED素子11,12,13,14同士の間隔は約20μmとなっている。本実施形態においては、各LED素子11,12,13,14は、封止されていない。また、本実施形態においては、SiC蛍光基板10には、7列及び7行で計49個の各LED素子11,12,13,14が搭載される。詳しくは、紫外LED素子11が41個、青色LED素子12が2個、緑色LED素子13が4個、赤色LED素子14が2個となっている。
発光装置の製造にあたり、SiC蛍光基板10の搭載面にSn膜10bを形成するSn膜形成工程と、各LED素子11,12,13,14の非搭載面にAu膜11aを形成するAu膜形成工程と、SiC蛍光基板10の搭載面に形成されたSn膜10bの表面に、各LED素子11,12,13,14に形成されたAu膜11aを接触させる接触工程と、Sn膜10bとAu膜11aを接触させた状態で、水素ガスと窒素ガスの混合ガスからなるフォーミングガスの雰囲気中にてSiC蛍光基板10を加熱し、各LED素子11,12,13,14をSiC蛍光基板10に接合する接合工程と、により、SiC蛍光基板10へ各LED素子11,12,13,14が搭載される。本実施形態においては、接触工程にて、SiC蛍光基板10の搭載面を上方とし、各LED素子11,12,13,14の非搭載面を下方にして、各LED素子11,12,13,14をSiC蛍光基板10に載置することによりSn膜10bとAu膜11aが接触し、接合工程にて、各LED素子11,12,13,14がSiC蛍光基板10に載置された状態で、SiC蛍光基板10を加熱して、各LED素子11,12,13,14がSiC蛍光基板10に接合される。
図13(a)では、計21個のLED素子がSiC蛍光基板510に搭載され、ワイヤボンディングを用いて直列に接続された3つのLED素子を単位とする回路が、7つ並列に設けられている。電源として交流12Vが用いられ、各LED素子には約4Vの電圧が印加される。
図13(b)では、計33個のLED素子がSiC蛍光基板510に搭載され、全LED素子がワイヤボンディングを用いて直列に接続されている。電源として交流100Vが用いられ、各LED素子には約3Vの電圧が印加される。
2 筐体
2a 開口
2b 底部
2c フランジ
3 レンズ
4 端子部
4a 円筒部
4b 傾斜部
4c 第1電極
4d 絶縁部
4e 第2電極
5 ねじ
6 内部導線
7 レンズ
8 ヒートシンク
9 反射鏡
10 SiC蛍光基板
10a 配線パターン
10b Sn膜
10c AuSn系合金層
10e 凸部
11 紫外LED素子
11a Au膜
12 青色LED素子
13 緑色LED素子
14 赤色LED素子
101 発光装置
103 SiC蛍光板
110 基板
200 車両
200a ヘッドライト
201 発光装置
220 レンズ
301 発光装置
302 筐体
305 支持部
306 内部導線
401 発光装置
402 筐体
403 レンズ
405 支持部
406 内部導線
510 SiC蛍光基板
510a 主回路パターン
510b 整流回路
Claims (7)
- 紫外光を発する第1LED素子と、
可視光を発する第2LED素子と、
前記第1LED素子及び前記第2LED素子が搭載され、B及びAlの少なくとも一方と、Nと、がドープされたSiCからなり、前記第1LED素子から発せられる光により励起されると可視光を発する基板と、
前記基板と前記第1LED素子及び前記第2LED素子とを接合し、前記基板に対して略垂直な方向へ伸びる柱状結晶を有するAuSn系合金層と、を備えた発光装置。 - 紫外光を発する第1LED素子と、
可視光を発する第2LED素子と、
B及びAlの少なくとも一方と、Nと、がドープされ、前記第1LED素子から発せられる光により励起されると可視光を発するSiC蛍光板と、
前記第1LED素子及び前記第2LED素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記基板と前記第1LED素子及び前記第2LED素子とを接合し、前記基板に対して略垂直な方向へ伸びる柱状結晶を有するAuSn系合金層と、を備えた発光装置。 - 前記基板を収容し、無機材料からなる筐体を備えた請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記第1LED素子のピーク波長は、408nm以下であり、
前記第2LED素子のピーク波長は、408nmを超える請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第2LED素子は、青色LED素子、緑色LED素子及び赤色LED素子の3種のLED素子である請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置を製造するにあたり、
前記基板の搭載面にSn膜を形成するSn膜形成工程と、
第1LED素子及び第2LED素子の非搭載面にAu膜を形成するAu膜形成工程と、
前記基板の前記搭載面に形成された前記Sn膜の表面に、前記第1LED素子及び前記第2LED素子に形成された前記Au膜を接触させる接触工程と、
前記Sn膜と前記Au膜を接触させた状態で、水素ガスと窒素ガスの混合ガスからなるフォーミングガスの雰囲気中にて前記基板を加熱し、前記第1LED素子及び前記第2LED素子を前記基板に接合する接合工程と、を含む発光装置の製造方法。 - 前記接触工程にて、前記基板の前記搭載面を上方とし前記第1LED素子及び第2LED素子の非搭載面を下方にして、前記第1LED素子及び前記第2LED素子を前記基板に載置することにより前記Sn膜と前記Au膜を接触させ、
前記接合工程にて、前記第1LED素子及び前記第2LED素子が前記基板に載置された状態で、前記基板を加熱して、前記第1LED素子及び前記第2LED素子を前記基板に接合する請求項6に記載の発光装置の製造方法。
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