JP2010040542A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 互いに波長の異なる第１および第２の発光素子を有する発光装置において、発光装置の光出射効率を低下させることなく、第１および第２の発光素子からの光の混色性を高め、輝度ムラを防止し、均一な発光を得る。
【解決手段】 第１の発光素子１と、第１の発光素子１とは発光波長が異なる第２の発光素子２と、第１の発光素子１が搭載される基板５と、基板５上に設けられている枠体６とを有し、第２の発光素子２は、該第２の発光素子２の上面から放出された光が基板５または枠体６によって少なくとも１回以上反射されて外部に放出されるように、枠体６または基板５に搭載されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、発光装置に関する。

青色と黄色の混色により白色発光する擬似白色ＬＥＤは、赤色の演色性が悪いため、演色性が高く色再現性が良いことが求められる用途、例えばＴＶ向けバックライトや食卓用の照明といった用途に対しては不適である。

そこで、特許文献１に示されているようなＬＥＤ発光装置が提案されている。図１は特許文献１に示されているＬＥＤ発光装置を示す図である。図１を参照すると、特許文献１のＬＥＤ発光装置は、青色ＬＥＤ素子１０１の青色発光部を覆うように黄色蛍光体層１０３が配置された擬似白色ＬＥＤに対し、青色ＬＥＤ素子１０１の近傍に赤色ＬＥＤ素子１０２が設けられている。そして、黄色蛍光体層１０３上には、光拡散部材１０４が設けられている。

特許文献１のＬＥＤ発光装置では、擬似白色ＬＥＤに対して赤色ＬＥＤ素子１０２からの発光を組み合わせることにより、赤色の演色性を高めることが可能になる。
特開２００６−８０３３４号公報

上記のように、青色ＬＥＤ素子１０１と黄色蛍光体層１０３との混色によって白色を得る擬似白色ＬＥＤパッケージにおいて、青色ＬＥＤ素子１０１と並列に赤色ＬＥＤ素子１０２を搭載すると、赤色ＬＥＤ素子１０２の直上部の発光が強く、輝度ムラとなり、均一な白色発光が得られない。

すなわち、図１のように赤色ＬＥＤ素子１０２を青色ＬＥＤ素子１０１と並びあうように配置して発光させた場合、赤色ＬＥＤ素子１０２の正面方向の輝度が強いため、擬似白色ＬＥＤとしての発光面に色度ばらつきが生じる。具体的には、赤色ＬＥＤ素子１０２の正面方向では赤色の強い白色となる一方で、赤色ＬＥＤ素子１０２からの光強度が小さい方向では赤色の弱い白色となってしまう。この色度ばらつきは、見栄えにおける違和感を生じさせる。

これに対し、図１の特許文献１のＬＥＤ発光装置では、パッケージの表面に光拡散部材１０４が設けられており、赤色光と黄色光、青色光それぞれを光拡散部材１０４によって拡散させることにより混色性を高めることは可能となる（パッケージの表面に光拡散部材１０４を設けることで、輝度分布を出来るだけ均一化することが可能となる）。

しかしながら、図１の特許文献１のＬＥＤ発光装置では、光拡散部材１０４による拡散を増加させることにより、パッケージ（ＬＥＤ発光装置）の光出射効率が低下してしまうという問題がある。

本発明は、互いに波長の異なる第１および第２の発光素子を有する発光装置において、発光装置の光出射効率を低下させることなく、第１および第２の発光素子からの光の混色性を高め、輝度ムラを防止し、均一な発光を得ることの可能な発光装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、第１の発光素子と、
前記第１の発光素子とは発光波長が異なる第２の発光素子と、
前記第１の発光素子が搭載される基板と、
前記基板上に設けられ、開口部と、該開口部内に前記基板と平行な面を持ち、かつ、前記開口部の中心までは突出していない庇部とを備えた枠体とを有し、
前記第２の発光素子は、前記基板と前記庇部とで形成される副空間内にて前記枠体または前記基板に搭載されていることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発光装置において、前記庇部は、前記枠体の上面と下面の間の所定の高さ位置に水平部を有し、該水平部に前記第２の発光素子が搭載されていることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発光装置において、前記庇部は、前記枠体の上面と下面の間の所定の高さ位置に水平部を有し、前記第２の発光素子は、前記第１の発光素子と同一の基板上であって、前記第２の発光素子の発光面が前記枠体の水平部で覆われる位置に搭載されていることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３記載の発光装置において、前記枠体の前記開口部は、前記枠体の上面から水平部の高さ位置まで開口寸法が小さくなるように傾斜している第１の傾斜面と、前記枠体の下面から水平部の高さ位置まで開口寸法が小さくなるように傾斜している第２の傾斜面とを有していることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光装置において、前記枠体の前記開口部内には、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子の少なくとも１つの発光素子の発光波長により励起される蛍光材料が配置されていることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の発光装置であって、前記第１の発光素子が青色ＬＥＤであり、前記第２の発光素子が赤色ＬＥＤであり、前記蛍光材料が黄色光を発するものであることを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光装置において、前記枠体および前記基板は、シリコンで形成されていることを特徴としている。

請求項１乃至請求項７記載の発明によれば、
第１の発光素子と、
前記第１の発光素子とは発光波長が異なる第２の発光素子と、
前記第１の発光素子が搭載される基板と、
前記基板上に設けられ、開口部と、該開口部内に前記基板と平行な面を持ち、かつ、前記開口部の中心までは突出していない庇部とを備えた枠体とを有し、
前記第２の発光素子は、前記基板と前記庇部とで形成される副空間内にて前記枠体または前記基板に搭載されているので、発光装置の光出射効率を低下させることなく、第１および第２の発光素子からの光の混色性を高め、輝度ムラを防止し、均一な発光を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明は、第１の発光素子と、第１の発光素子とは発光波長が異なる第２の発光素子と、前記第１の発光素子が搭載される基板と、前記基板上に設けられている枠体とを有し、前記第２の発光素子は、該第２の発光素子の上面から放出された光が前記基板または前記枠体によって少なくとも１回以上反射されて外部に放出されるように、前記枠体または前記基板に搭載されていることを特徴としている。

図２は枠体の構成例を示す図である。図２の例では、枠体６は、開口部５６を有し、開口部５６内に基板５と平行な面を持ち、かつ、開口部５６の中心までは突出していない庇部５９を備えている。この場合、第２の発光素子は、基板５と庇部５９とで形成される副空間内にて枠体６または基板５に搭載されている。

ここで、より具体的に、庇部５９は、枠体６の上面６ａと下面６ｂの間の所定の高さ位置に水平部５５を有している。この場合、後述のように、枠体６の水平部５５に第２の発光素子が第１の発光素子の発光面と対向する形で搭載されても良いし、あるいは、第２の発光素子は、第１の発光素子と同一の基板５上であって、第２の発光素子の発光面が枠体６の水平部５５で覆われる位置に配置されても良い。

また、枠体６の開口部５６は、枠体６の上面６ａから水平部５５の高さ位置まで開口寸法が小さくなるように傾斜している第１の傾斜面５６ａと、前記枠体の下面６ｂから水平部５５の高さ位置まで開口寸法が小さくなるように傾斜している第２の傾斜面５６ｂとを有している。ここで、枠体６の上面６ａから開口寸法が最小となる高さ位置までの高さは３００μｍ以上であり、枠体６の下面６ｂから開口寸法が最小となる高さ位置までの高さは３００〜１０００μｍであるのが良い。発光素子として数１００ミクロン×数１００ミクロンのものを用いることが実用的な大きさであり、かかる発光素子を用いる場合において、この範囲から外れた場合には実用的ではないからである。

また、枠体６の開口部５６内には、第１の発光素子および第２の発光素子の少なくとも１つの発光素子の発光波長により励起される蛍光材料が配置される。より具体的には、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子の少なくとも１つの発光素子の発光面上には、蛍光体層が配置される。

また、枠体６は、例えばシリコンで形成されている。この場合、枠体６の第１の傾斜面５６ａおよび第２の傾斜面５６ｂは、シリコンの（１１１）面を含むことができる。

また、枠体６の開口部５６の内壁には、第２の発光素子に給電するための電極を兼ねた光を反射するための反射層を形成することができる。

また、図３は基板５の構成例を示す図である。図３の例では、基板５は、例えば単結晶シリコンで形成されており、該基板５には、基板表面から基板側面を経て基板裏面へ回り込む電極パターン６８が形成され、第１の発光素子は、基板表面の電極パターン６８上に搭載されるようになっている。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の発光装置の具体例を示す図である。

図４（ａ）の例では、第１の発光素子１として青色ＬＥＤ素子が基板５に搭載され、第１の発光素子１の青色発光部を覆うように蛍光体層３として黄色蛍光体層が配置されて擬似白色ＬＥＤが構成されている。そして、図４（ａ）の例では、第１の発光素子１の発光面と対向する位置に（枠体６の水平部５５に）第２の発光素子２として赤色ＬＥＤ素子が搭載されている。このことにより、赤色ＬＥＤ素子２の出射面（図４（ａ）の例では下側の基板５と対向する面）から出た光は基板５で１回以上反射される構造となる。

黄色の蛍光体層３の配置に関しては、図４（ａ）のように、青色ＬＥＤ素子１の直上に配置されていても良いし、図４（ｂ）に示すように、透明樹脂に黄色蛍光体を分散させて枠体６の開口部全体を封止するように配置されていても良いが、好適には透明樹脂に黄色蛍光体を分散させた樹脂にて青色ＬＥＤ素子１および赤色ＬＥＤ素子２の双方を覆うようにする。このようにすると、蛍光体による散乱効果も付加され、青色ＬＥＤ素子１からの発光、蛍光体からの発光および赤色ＬＥＤ素子２からの発光の混色性が高まるからである。

また、図４（ｃ）に示すように青色ＬＥＤ素子１と同一の基板５に赤色ＬＥＤ素子２を搭載し、赤色ＬＥＤ素子２の発光面を枠体６の水平部５５で覆う構造を採っても良い。このことにより、赤色ＬＥＤ素子２の上面から出た光は枠体６の水平部５５で１回以上反射される構造となる。

図４（ａ），（ｂ）の構成例の場合、枠体６には予め配線パターニングを施し、赤色ＬＥＤ素子２を枠体６に実装する。青色ＬＥＤ素子１を実装した基板５と枠体６とを導電性材料を用いて接合することで、基板５側から給電し枠体６に実装された赤色ＬＥＤ素子２を発光させることが可能になる。

基材にシリコンを用いた場合の枠体６および基板５の製造方法について以下に示す。単結晶シリコンの（１００）面と（１１１）面とは約５４°の角度関係にあり、結晶異方性エッチングによって約５４°の傾斜面が形成される。この角度はパッケージの光取り出し性および混色性の向上に好ましい角度である。

まず、枠体６の製造方法を図５（Ａ）―（Ｉ）を用いて説明する。図５（Ａ）に示すように、鏡面シリコンウエハ５０表面を拡散炉を用いて熱酸化して鏡面シリコンウエハ５０表面に酸化シリコン膜５１を作製する。次に、フォトリソグラフィー技術によってウエハ５０の片面にレジストパターンを形成し、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）によって酸化シリコン膜５１をエッチング除去することで、図５（Ｂ）に示すような酸化シリコン膜５１のパターンを形成する。パターニングされた酸化シリコン膜５１をマスクとして、例えば２０％ＴＭＡＨ溶液による結晶異方性エッチングによって、図５（Ｃ）に示すような凹部５２を作製する。凹部５２を作製した後、ＢＨＦ溶液によって一旦すべての酸化シリコン膜５１を除去し、図５（Ｄ）に示すように再びシリコン基板表面を拡散炉を用いて熱酸化してシリコン基板表面に酸化シリコン膜５３を作製する。引き続き、フォトリソグラフィー技術によって、凹部５２が作製されていない面にレジストパターンを形成し、ＢＨＦ溶液によって酸化シリコン膜５３をエッチング除去することで、図５（Ｅ）に示すような酸化シリコン膜５３のパターンを形成する。この際、予め凹部５２が作製された位置の中心とレジストパターンの中心とはズレが生じるようにレジストパターンは形成される。

次いで、酸化シリコン膜５３をマスクとして、例えば２０％ＴＭＡＨ溶液による結晶異方性エッチングを実施すると、図５（Ｆ）に示すようにエッチング加工された凹部５２，５４が上下面から突き合わされ上下面が酸化シリコン膜５３を介して貫通する。この際、上下面で加工された凹部の中心は、上下面同士でズレが生じているため凹部が突き合わされた位置に水平部５５が形成される。ＢＨＦ溶液で酸化シリコン膜５３を除去することにより、図５（Ｇ）に示すような枠体６の内部に水平部５５を有する形状を得ることが出来る。

再び、図５（Ｈ）に示すように再びシリコン基板５０表面を拡散炉を用いて熱酸化してシリコン基板５０表面に酸化シリコン膜５７を作製し、フォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成する。

次に、酸化シリコン膜５７上にレジストパターンが形成されたシリコン基板５０に、積層の金属膜を形成する。例えば３層積層の金属膜を成膜する。具体的には、酸化シリコン膜５７上に、密着層としてＴｉまたはＴｉ−Ｎｉ合金膜を成膜し、バリアメタル層としてＮｉまたはＰｔまたはＰｄ膜を、反射層としてＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金膜を連続的に成膜する。続いて、３層積層の金属膜をリフトオフすることで、図５（Ｉ）に示すような枠体６の反射膜および基板接合パターン５８を作製することが出来る。尚、酸・アルカリ溶液によるウエットエッチングや、ＲＩＥのようなドライエッチングプロセスにより金属膜をパターニングすることも可能である。この際、ＬＥＤ素子のアノードおよびカソードパターンを作製し、基板側と電気的に接続させるようにすることができる。図５（Ｉ）では給電方法の一例を示したが、複数素子を実装する場合など適宜に応じて配線パターンは自由に設計することが可能である。

次に、基板５の製造方法を図６（Ａ）―（Ｆ）を用いて説明する。図６（Ａ）に示すように、鏡面シリコンウエハ６０表面を拡散炉を用いて熱酸化してシリコンウエハ６０表面に酸化シリコン膜６１を作製する。次に、フォトリソグラフィー技術によってウエハ６０の片面にレジストパターンを形成し、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）によって酸化シリコン膜６１をエッチング除去することで、図６（Ｂ）に示すような酸化シリコン膜６１のパターンを形成する。パターニングされた酸化シリコン膜６１をマスクとして、例えば２０％ＴＭＡＨ溶液による結晶異方性エッチングによって、シリコンウエハ６０を両面からエッチングし、スルーホール６２を作製する。スルーホール６２を作製した後、ＢＨＦ溶液によって一旦すべての酸化シリコン膜６１を除去し、図６（Ｃ）に示すように再びシリコン基板６０表面を拡散炉を用いて熱酸化してシリコン基板６０表面に酸化シリコン膜６３を作製する。続いて、フォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを作製する。立体形状へのパターニングにはレジストスプレーコーティングを好適な手段として用いることが出来る。次に、酸化シリコン膜６３上にレジストパターンが形成されたシリコン基板６０に、積層の金属膜を形成する。例えば３層積層の金属膜を成膜する。具体的には、酸化シリコン膜６３上に、密着層としてＴｉまたはＴｉ−Ｎｉ合金膜を成膜し、バリアメタル層としてＮｉまたはＰｔまたはＰｄ膜を、反射層としてＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金膜を連続的に成膜する。続いて、３層積層の金属膜をリフトオフすることで、図６（Ｄ−１）に示すような反射膜および枠体接合パターン６８を作製することが出来る。尚、酸・アルカリ溶液によるウエットエッチングや、ＲＩＥのようなドライエッチングプロセスにより金属膜をパターニングすることも可能である。

また、上述の例では、スルーホール６２を１回のエッチングにより作製する場合を示したが、片面ずつエッチングすることによりスルーホールを作製することも可能である。また、図６（Ｄ−２）に示すように、異方性エッチングにより、ＬＥＤを搭載するためのホーン７１を形成した基板５を作製することも可能である。

また、図６（Ｅ）に示すように、垂直なスルーホール６２を有する基板５を作製することも可能である。図６（Ｅ）の場合、シリコンウエハをフォトリソグラフィー技術によりパターニングした後にドライエッチングするか、レーザ加工することにより垂直なスルーホール６２を形成する。後にウエハ全面を熱酸化してウエハ全面に酸化シリコン膜６３を形成し、金属めっきまたはＣＶＤなどの成膜技術によりスルーホール部６２へ金属６８を充填する。引き続きフォトリソグラフィー技術を用いて配線パターニングすることによって、垂直なスルーホールを有する基板を作製することも可能になる。

図６（Ｆ）には、基板における配線パターンの一例が示されているが、基板側のＬＥＤ素子と枠体側のＬＥＤ素子とを直列に接続するなど自由に配線パターンを設計することが可能である。

次に、パッケージすなわち発光装置の製造方法を図７を用いて説明する。

基板５に対し、図７（Ａ−１）に示すように、第１の発光素子１をダイボンディングした後にワイヤボンディングにて電気的に接続するか、第１の発光素子１に搭載されたバンプを介して電気的に接続する。電気的接続は、Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ共晶合金などを用いて行なうことが出来る。

また、枠体６に第２の発光素子２を搭載する場合には、次のように行なうことができる。図７（Ａ−２）において枠体６は図５に示した製造方法に沿って製造した枠体であり、枠体６には、第２の発光素子２が第１の発光素子１と同様の方法で電気的に接続されている。枠体６には、反射膜および基板接合パターン５８が金属膜により形成されており、この反射膜は、前述した製造方法にて３層積層の金属膜により形成されている。具体的には、水平部５５に図示しないＬＥＤ素子のアノードおよびカソードパターンがこの金属膜を形成し、基盤５と接続する箇所、例えば図６（Ｆ）の枠体／基板接合パターンに対応する位置に同一工程にて基板接合パターンが３層積層の金属膜により形成されている。なお、反射膜および基板接合パターン５８のうち、基板接合パターンは反射膜（アノードおよびカソードパターン）とは電気的に接続しない独立したパターンとされている。

枠体６に第２の発光素子２を搭載した後に、引き続き、基板５と枠体６とを接合する。基板５と枠体６との接合は、それぞれに形成したパターンを利用し、枠体６および基板５の基板接合パターンを接合材を用いて接合する。枠体６と基板５との接合材としては、第１，第２の発光素子１，２の接合材よりも融点の低い金属材料を用いるのが望ましく、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ共晶はんだを用いて接合することにより、図７（Ｂ−１）に示すような発光装置を作製することが出来る。金属材料を用いて接続すると、枠体６と基板５はシリコンにより形成され、電極・反射膜および接合が金属材料により形成されていることから、これら以外の異なる熱膨張係数を有する接続がなく、安定した接続が可能だからである。なお、枠体６と基板５との接合材としては、はんだ材以外にも導電性樹脂剤など導電性を有する接着剤を用いることも可能である。

パッケージの構造としては図７（Ｂ−２）に示すようなフリップチップ型の素子１を用いて作製することも可能であり、また、図７（Ｂ−３）に示すように予めエッチング加工した基板５を用いて作製することも可能であり、また、図７（Ｂ−４）に示すような垂直なスルーホールを有する基板５を採用して作製することも可能である。図７（Ｃ）にパッケージ構造の一例について外観の斜視図を示す。

上述の例では、パッケージの枠体６および基板５にシリコンを用いた場合を示したが、パッケージの枠体６および基板５の材料として、セラミックス、樹脂、金属といった材料を使用することも可能である。これらの材料を用いる場合には、傾斜角度など、形状を自由に作製できるというメリットがあり、これらの材料を用いたパッケージの例を図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。

本願の発明者は、赤色ＬＥＤを図４（ａ），（ｂ）に示すように枠体６の水平部に配置した場合（上部配置）と赤色ＬＥＤを図４（ｃ）に示すように基板５側に配置した場合（下部配置）における輝度分布および出力効率について、光線追跡シミュレーションによる検討を行なった。図９は赤色ＬＥＤを配置する位置についてのシミュレーション結果を示す図である。

なお、光線追跡シミュレーションにはモンテカルロ法を採用した。パッケージ内に赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）ならびに青色発光素子（青色ＬＥＤ）を設定し、赤色発光素子に関してはパッケージ開口部における輝度分布ならびに素子出力に対する光取り出し効率、青色発光素子に関しては素子出力に対する光取り出し効率のデータ取りを実施した。輝度分布の表示に関しては、輝度が大きい箇所ほど色が濃くなるように設定を行った。

初めに、シリコンを想定した枠体に関して本発明の効果の検討を実施し、赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）を配置する好ましい位置についての検討を行った。赤色発光素子の配置としては、枠体６の水平部に配置する場合（上部配置）と、基板５側に配置する場合（下部配置）との２種類の検討を行った。なお、枠体６の上面から水平部までの第１の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＴＯＰ）を３００〜５００μｍ、前記枠体の下面から水平部までの第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）を３００〜５００μｍ、水平部の長さを５００μｍ、パッケージの開口径は２８００×２８００μｍとしてシミュレーションを行なった。赤色発光素子、青色発光素子の大きさはそれぞれ３００μｍ角と定義した。

図９の結果を見ると、赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）を枠体６の水平部に配置した場合（上部配置）と赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）を基板５側に配置した場合（下部配置）のいずれにおいても、輝度ムラの低減効果があることが分かった。その中でも、赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）を枠体６に配置した方が赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）からの光取り出し効率を大きく低下させることなく輝度ムラの低減効果がより大きくなっており、より好ましいという結果が得られた。特に、庇部５９の先端（開口部寄り）の位置に搭載したときに輝度ムラ低減の効果とともに良好な輝度が得られ、好適である。

また、シリコンを想定した枠体の傾斜面の好適な高さに関する検討を行なった。検討は、赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）を枠体６の水平部に配置する上部配置構造のものについて行った。なお、枠体６の上面から水平部までの第１の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＴＯＰ）を２００〜６００μｍ、枠体６の下面から水平部までの第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）を２００〜１０００μｍ、水平部の長さを５００μｍ、パッケージの開口径は２８００×２８００μｍとしてシミュレーションを行なった。

図１０は枠体６の上面から水平部までの第１の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＴＯＰ）および枠体６の下面から水平部までの第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）についてのシミュレーション結果を示す図であり、図１０の結果を見ると、第１の傾斜面および第２の傾斜面の高さはいずれも３００μｍ以上の場合において特に輝度ムラの低減に効果があることが分かった。一方、第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）を大きくしていくと、青色の光取り出し効率が低下することから、光取り出しの観点から見ると第２の傾斜面の高さは１０００μｍ以下であることが好ましいことが分かった。図１０の結果をまとめると、第１の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＴＯＰ）としては３００μｍ、第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）としては３００〜１０００μｍが、効率を低下させることなく混色性を高めるのにより有利な範囲であると考えられる。

また、枠体６の水平部の好適な長さについて検討を行なった。検討は、赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）を枠体６の水平部に配置する上部配置構造のものについて行った。なお、枠体６の上面から水平部までの第１の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＴＯＰ）を５００μｍ、前記枠体の下面から水平部までの第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）を５００μｍ、水平部の長さを３００〜１１００μｍ、パッケージの開口径は２８００×２８００μｍとしてシミュレーションを行なった。

図１１は枠体６の水平部の長さについてのシミュレーション結果を示す図であり、図１１の結果を見ると、枠体の水平部の長さ（ＰＫＧ＿ＭＩＤＤＬＥ＿ＳＵＲＦＡＣＥ）に関しては、輝度ムラの低減および光取り出しに対してそれほど大きな影響を与えないことが分かった。

また、枠体６の開口部の好適な大きさについて検討を行なった。検討は、赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）を枠体６の水平部に配置する上部配置構造のものについて行った。なお、枠体６の上面から水平部までの第１の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＴＯＰ）を５００μｍ、前記枠体の下面から水平部までの第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）を５００μｍ、水平部の長さを５００μｍ、パッケージの開口径は１辺１８００〜３８００μｍとしてシミュレーションを行なった。

図１２は枠体６の開口部の大きさについてのシミュレーション結果を示す図であり、図１２の結果を見ると、開口部の大きさが大きくなるにつれて輝度ムラの低減効果が小さくなっていることが分かる。素子の大きさ、配光、搭載数などにより好適な開口径の範囲を定義することは難しいが、本検討の結果から、枠体６の開口部の開口径の大きさとしては、素子の大きさの１３倍以下が好ましいと考えることが出来る。

また、自由な形状を作製することが可能な材料を用いた場合を想定して、枠体６の傾斜面の好ましい角度に関する検討を行なった。検討は、赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）を枠体６の水平部に配置する上部配置構造のものについて行った。なお、枠体の上面から水平部までの第１の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＴＯＰ）を５００μｍ、前記枠体の下面から水平部までの第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）を５００μｍ、水平部の長さを５００μｍ、パッケージの開口径は１辺２８００μｍとしてシミュレーションを行なった。

図１３は枠体６の傾斜面の角度についてのシミュレーション結果を示す図であり、図１３の結果を見ると、３５°〜６０°の角度範囲において輝度ムラの低減効果が大きいことが分かる。また、青色の光取り出し効率の観点から見ると、傾斜面の角度は４０°以上が好ましいと考えられる。これらの結果を総合するに、傾斜面の角度としては４０〜６０°の範囲が好適である。

また、自由な形状を作製することが可能な材料を用いた場合を想定して、図１４に示すように一面を完全な傾斜面にした形状のパッケージに関して、傾斜面の好適な角度に関する検討を行った。検討は、赤色発光素子（赤色ＬＥＤ）を枠体６の水平部に配置する上部配置構造のものについて行った。なお、枠体６の上面から水平部までの第１の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＴＯＰ）を５００μｍ、枠体６の下面から水平部までの第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）を５００μｍ、水平部の長さを５００μｍ、パッケージの開口径は２８００×２８００μｍとしてシミュレーションを行なった。

図１４の結果を見ると、一面を完全な傾斜面にした場合にも輝度ムラの低減効果が確認できるが、その効果は図１３の場合と比較して小さい。一面を完全な傾斜面にした場合にも、傾斜面の角度は４０〜６０°の範囲が好適であると考えられる。

上述した本発明の発光装置では、第２の発光素子（例えば赤色ＬＥＤ素子）２の発光面から放出された光は、基板５または枠体６によって少なくとも１回以上反射されて外部に放出されるため、第２の発光素子２の発光面による輝度分布バラツキを低減することが可能になる。そのため、パッケージすなわち発光装置の発光面における輝度は均一化され、第１の発光素子（例えば青色ＬＥＤ素子）１の発光面を覆うように蛍光体層（例えば黄色蛍光体層）３が配置された擬似白色発光部（例えば擬似白色ＬＥＤ）との混色性を高めることが出来る。

また、擬似白色発光部（例えば擬似白色ＬＥＤ）の発光面と対向する位置に第２の発光素子（例えば赤色ＬＥＤ素子）２を配置することによって、第２の発光素子（例えば赤色ＬＥＤ素子）２の発光方向はパッケージの発光面と逆向きになり、光取出し効率を大きく損なうことなく、より輝度ムラを低減することが可能になる。

また、枠体６の第１の傾斜面の高さは３００μｍ以上、第２の傾斜面の高さは３００〜１０００μｍの場合において、輝度ムラの低減効果が大きく、パッケージの光取出し性の効率も高いため、好ましい。

また、基板５と枠体６にシリコンを用いると、フォトリソプロセスにより精度良く配線パターニングすることが可能である。また、はんだ材などで基板５と枠体６とを接合する際には電極パターンに応じたセルフアライメント効果が現れるので、位置合わせ精度を高めることが可能である。更に、基板５と枠体６にそれぞれシリコンを用いると、熱膨張係数が同じ材料なので接合部（貼り合わせ部）の信頼性が高く、工程としてもウエハ一括で処理できるため製造コスト的に有利である。

なお、上述の例では、第１の発光素子１を青色ＬＥＤ素子とし、第２の発光素子２を赤色ＬＥＤ素子とし、蛍光体層３を黄色蛍光体層とし、青色ＬＥＤ素子１の青色発光部を覆うように黄色蛍光体層３を配置した擬似白色ＬＥＤに赤色ＬＥＤ素子２からの赤色を混色する例を示したが、図１５（ａ）に示すように、例えば、第２の発光素子２として緑色ＬＥＤ素子を枠体６に実装して、緑色を混色させることも出来るし、図１５（ｂ）に示すように、第１の発光素子１として赤外ＬＥＤ素子を基板５に実装したパッケージについて、第２の発光素子２としての青色ＬＥＤ素子直上に蛍光体層３として黄色蛍光体を配置した擬似白色ＬＥＤを枠体６に実装し白色を混色させることも出来る。また、図１５（ｃ）に示すように、基板５および枠体６のそれぞれに第１，第２の発光素子１，２として青色ＬＥＤ素子を搭載し、枠体６内に黄色蛍光体を封入し、第２の発光素子１，２としての青色ＬＥＤ素子のそれぞれの光路長の違いを利用して、青色光の黄色への変換率を可変し、結果として色温度を可変させることも可能である。

また、本発明は、例えば第１の発光素子１が複数設けられた発光装置も、その範囲に含むものである。図１６（ａ），（ｂ）、図１７（ａ），（ｂ）は、第１の発光素子１として青色ＬＥＤ素子が複数設けられた発光装置の構成例を示す図である。なお、図１６（ａ），（ｂ）は４個の青色ＬＥＤ素子を２行２列に配置し、１個の赤色ＬＥＤ素子を枠体水平部に実装した例であり、図１６（ａ）は断面図、図１６（ｂ）は上面図である。また、図１７（ａ），（ｂ）は４個の青色ＬＥＤ素子を４行１列に配置し、２個の赤色ＬＥＤ素子を枠体水平部に実装した例であり、図１７（ａ）は断面図、図１７（ｂ）は上面図である。このように、本発明は、種々の変形が可能である。

本発明は、ＴＶ向けバックライトや食卓用の照明などに利用可能である。

従来のＬＥＤ発光装置を示す図である。 枠体の構成例を示す図である。 基板の構成例を示す図である。 本発明の発光装置の具体例を示す図である。 枠体の製造方法を説明するための図である。 基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の発光装置の製造方法を説明するための図である。 パッケージの例を示す図である。 赤色ＬＥＤを配置する位置についてのシミュレーション結果を示す図である。 枠体の上面から水平部までの第１の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＴＯＰ）および枠体の下面から水平部までの第２の傾斜面の高さ（ＰＫＧ＿ＤＥＰＴＨ＿ＵＮＤＥＲ）についてのシミュレーション結果を示す図である。 枠体の水平部の長さについてのシミュレーション結果を示す図である。 枠体の開口部の大きさについてのシミュレーション結果を示す図である。 枠体の傾斜面の角度についてのシミュレーション結果を示す図である。 一面を完全な傾斜面にした形状のパッケージに関して、傾斜面の角度についてのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の発光装置の変形例を示す図である。 本発明の発光装置の変形例を示す図である。 本発明の発光装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 第１の発光素子
２ 第２の発光素子
３ 蛍光体層
５ 基板
６ 枠体
５５ 水平部
５９ 庇部

Claims (7)

1. 第１の発光素子と、
   前記第１の発光素子とは発光波長が異なる第２の発光素子と、
   前記第１の発光素子が搭載される基板と、
   前記基板上に設けられ、開口部と、該開口部内に前記基板と平行な面を持ち、かつ、前記開口部の中心までは突出していない庇部とを備えた枠体とを有し、
   前記第２の発光素子は、前記基板と前記庇部とで形成される副空間内にて前記枠体または前記基板に搭載されていることを特徴とする発光装置。
2. 請求項１記載の発光装置において、前記庇部は、前記枠体の上面と下面の間の所定の高さ位置に水平部を有し、該水平部に前記第２の発光素子が搭載されていることを特徴とする発光装置。
3. 請求項１記載の発光装置において、前記庇部は、前記枠体の上面と下面の間の所定の高さ位置に水平部を有し、前記第２の発光素子は、前記第１の発光素子と同一の基板上であって、前記第２の発光素子の発光面が前記枠体の水平部で覆われる位置に搭載されていることを特徴とする発光装置。
4. 請求項１乃至請求項３記載の発光装置において、前記枠体の前記開口部は、前記枠体の上面から水平部の高さ位置まで開口寸法が小さくなるように傾斜している第１の傾斜面と、前記枠体の下面から水平部の高さ位置まで開口寸法が小さくなるように傾斜している第２の傾斜面とを有していることを特徴とする発光装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光装置において、前記枠体の前記開口部内には、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子の少なくとも１つの発光素子の発光波長により励起される蛍光材料が配置されていることを特徴とする発光装置。
6. 請求項５記載の発光装置であって、前記第１の発光素子が青色ＬＥＤであり、前記第２の発光素子が赤色ＬＥＤであり、前記蛍光材料が黄色光を発するものであることを特徴とする発光装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光装置において、前記枠体および前記基板は、シリコンで形成されていることを特徴とする発光装置。

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