JP2010245481A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子で再吸収されない蛍光光の割合を増加しつつ、発光素子で再吸収される散乱光の割合を減少し、光ロスを低減して、輝度を向上できる発光装置を提供する。
【解決手段】発光素子2の外面を構成する各面は、接着部材3や封止部材4に接触する。接着部材3および封止部材4は、蛍光体を含む。発光素子2の各面から出射された出射光は、蛍光体によって、蛍光光に変換される。このため、蛍光光の割合を増加しつつ、出射光から蛍光光に変換されない散乱光の割合を減少できる。
【選択図】図1A

Description

この発明は、例えば、照明光源やバックライト光源として用いられ、所望の色彩の光源を得ることができる発光装置に関する。
地球温暖化、環境対策のため、家電製品の省エネ化が進んでいる。例えば、照明機器などは、より発光効率の良好な白熱球から蛍光管へ切り替わってきている。さらなる省エネ化のため、少しずつ、LEDを光源とするものが製品化されてきているが、光源全体としての全光束を上げるため、非常に多くのLEDチップあるいは大型のLEDチップを用いたものが使用され、コストが上がってしまい、蛍光管に比べて半永久的に使用できるというメリットを差し引いても非常に高価なものになっており、普及を妨げている。
LEDの現状での発光効率は、100〜150lm/Wまで向上してきているが、上記の通り、コストの面、価格当りの全光束が不足しており、発光効率のさらなる向上が必要である。そして、発光効率の向上のために、光ロスの低減が重要である。
従来の発光装置としてのLEDは、例えば、特開2004−356116号公報に示すように、表面にアノード、カソード配線パターンが形成された絶縁基板上にLEDチップが搭載され、LEDチップの表面に形成されたP、N側電極とアノード、カソード配線パターンが金線にて電気的に接続されている。LEDチップは、透明なエポキシ樹脂などでダイボンドされている。
LEDチップは、450nmにピーク波長を有する青色光を放出するLEDチップで、サファイア基板上のGaN系の半導体が積層され、チップの表面側にP、N側電極が対向して形成されたものである。
LEDチップの周囲は、LEDチップの光を受けて、長波長、例えば、525nmにピーク波長を有する黄色光を発する蛍光体を含む透明樹脂で封止されている。
特開2004−356116号公報
しかしながら、上記従来の発光装置では、LEDチップから放出される光は、上記のチップ構造では、サファイア基板は透明であるため、チップの上面からだけでなく、側面や裏面側から、LEDチップの発光光が、漏れてしまう。
裏面側へ向かう光は、その一部が、材料にもよるが配線パターンで吸収され、その一部が、反射されて、LEDチップ内に戻って活性層で再吸収され、または、上面や側面から取り出される。
側面側へ向かう光は、蛍光体で変換されて蛍光光となり、または、蛍光体で変換されずに散乱光となる。蛍光光や散乱光は、四方八方に放射されるので、封止樹脂外部へ取り出され、または、絶縁基板表面へ向かう光やLEDチップ内に再度戻って、場合によっては活性層で再吸収される。
絶縁基板や配線パターン表面へ向かう光は、絶縁基板や配線パターンの材質変更などで反射率の高いものを使用することで、光ロスを低減できる。例えば、配線パターンに銀(可視光に対して98%の反射率)を使用し、または、絶縁基板にAlN基板(可視光に対して93%の反射率)を使用する。
LEDチップに再吸収される光については、波長が影響しており、LEDチップから放出され、蛍光光に変換されない散乱光を吸収することが分かってきた。
また、LEDチップは、上記のようにエポキシ樹脂を用いてダイボンドされるが、チップの側面に回りこみ封止樹脂が直接チップ側面を覆われないこともある。
ダイボンド接着剤とLEDチップを封止する樹脂との間での屈折率差などから、ダイボンド接着剤と封止樹脂との界面で、LEDチップ側面から放出された光が反射され、または、蛍光光へ変換されずにLEDチップで再吸収される。また、LEDチップ側面から放出された光が基板方向へ向かう光の場合、LEDチップ側面のダイボンド接着剤中では、散乱されることもなく、そのまま、基板へ向かって、多くは反射されるが、上記の通り、100%の反射率ではないので、多少の透過による光ロスが存在することが実験等から分かってきた。
そこで、この発明の課題は、発光素子で再吸収されない蛍光光の割合を増加しつつ、発光素子で再吸収される散乱光の割合を減少し、光ロスを低減して、輝度を向上できる発光装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の発光装置は、
基板と、
この基板上に配置された発光素子と、
この発光素子を上記基板に固定する透光性を有する接着部材と、
上記発光素子および上記接着部材を封止すると共に、透光性を有し、かつ、蛍光体を含有する封止部材と
を備え、
上記発光素子の外面を構成する各面のうち上記基板側の下面を除く面に接触し、かつ、上記発光素子の基板側の下面に接触しあるいは間隔をあけるように、蛍光体を含有する蛍光体含有領域が、配置され、
上記蛍光体は、上記発光素子の出射光によって励起されてこの出射光よりも波長の長い蛍光光を放出することを特徴としている。
この発明の発光装置によれば、上記発光素子の外面を構成する各面のうち上記基板側の下面を除く面に接触し、かつ、上記発光素子の基板側の下面に接触しあるいは間隔をあけるように、蛍光体含有領域が、配置されているので、発光素子の各面から出射された出射光は、蛍光体含有領域の蛍光体によって、蛍光光に変換される。このため、蛍光光の割合を増加しつつ、出射光から蛍光光に変換されない散乱光の割合を減少できる。
したがって、発光素子で再吸収されない蛍光光の割合を増加しつつ、発光素子で再吸収される散乱光の割合を減少し、光ロスを低減して、輝度を向上できる。
また、一実施形態の発光装置では、
上記接着部材は、上記蛍光体を含んで、上記蛍光体含有領域の一部に相当し、
上記接着部材は、上記発光素子の上記基板側の下面と、上記発光素子の側面とに、接触する。
この実施形態の発光装置によれば、上記接着部材は、上記蛍光体含有領域の一部に相当し、上記接着部材は、上記発光素子の下面および側面に、接触するので、上記接着部材を、発光素子を接着する役割と、発光素子の出射光を蛍光光に変換する役割とに、兼用できる。
また、一実施形態の発光装置では、
上記発光素子は、複数あり、
この複数の発光素子は、単一の上記基板に配置されると共に、単一の上記封止部材に封止される。
この実施形態の発光装置によれば、上記複数の発光素子は、上記単一の基板に配置されると共に、上記単一の封止部材に封止されるので、上記複数の発光素子に対応して、輝度を向上できる。
また、一実施形態の発光装置では、隣り合う上記発光素子の間の距離は、100μm〜200μmである。
この実施形態の発光装置によれば、上記隣り合う発光素子の間の距離は、100μm〜200μmであるので、小型化および輝度向上を図ることができる。これに対して、100μm未満であると、上記隣り合う発光素子の間の上記接着部材の体積が減少して、輝度が低下する一方、200μmを超えると、単一の基板に配置する発光素子の数量が低減する。
また、一実施形態の発光装置では、上記基板には、上記発光素子に電気的に接続される金電極が設けられている。
この実施形態の発光装置によれば、上記基板には金電極が設けられているので、上記発光素子からの出射光を金電極により反射させて、輝度を向上できる。
また、一実施形態の発光装置では、上記基板は、上記発光素子に対向する面に、凹溝を有する。
この実施形態の発光装置によれば、上記基板は、上記発光素子に対向する面に、凹溝を有するので、上記発光素子の出射光を、上記発光素子の上記基板側の下面から、凹溝を経由して、取り出すことができて、輝度を向上できる。
また、一実施形態の発光装置では、上記凹溝内に、上記接着部材が配置されている。
この実施形態の発光装置によれば、上記凹溝内に、上記接着部材が配置されているので、上記発光素子を上記基板に強固に固定できる。
また、一実施形態の発光装置では、
上記基板は、上記発光素子側の面において、上記発光素子に一致して重なる重なり部分を有し、この重なり部分の少なくとも一対の対向辺の外側に、凹溝が設けられ、
この凹溝内に、上記接着部材が配置され、この接着部材は、上記蛍光体を含んでいない。
この実施形態の発光装置によれば、上記基板の凹溝内に、上記蛍光体を含まない接着部材が配置されているので、接着部材の体積を凹溝で吸収できて、接着部材の発光素子の側面への這い上がりを防止できる。したがって、発光素子で再吸収されない蛍光光の割合を増加しつつ、発光素子で再吸収される散乱光の割合を減少できる。
また、一実施形態の発光装置では、上記基板の上記重なり部分は、上記蛍光体を含んで、上記蛍光体含有領域の一部に相当する。
この実施形態の発光装置によれば、上記基板の上記重なり部分は、上記蛍光体を含んで、上記蛍光体含有領域の一部に相当するので、上記基板を、発光素子を支持する役割と、発光素子の出射光を蛍光光に変換する役割とに、兼用できる。
この発明の発光装置によれば、上記発光素子の外面を構成する各面のうち上記基板側の下面を除く面に接触し、かつ、上記発光素子の基板側の下面に接触しあるいは間隔をあけるように、蛍光体含有領域が、配置されているので、発光素子で再吸収されない蛍光光の割合を増加しつつ、発光素子で再吸収される散乱光の割合を減少し、光ロスを低減して、輝度を向上できる。
本発明の発光装置の第1実施形態を示す断面図である。 発光装置の平面図である。 図1AのA部の拡大図である。 本発明の発光装置の第2実施形態を示す断面図である。 本発明の発光装置の第3実施形態を示す平面図である。 図4AのA−A断面図である。 図4AのB−B断面図である。 図4CのB部の拡大図である。 本発明の発光装置の第4実施形態を示す断面図である。 本発明の発光装置の第5実施形態を示す断面図である。 基板の作成方法の第1の工程を示す断面図である。 基板の作成方法の第2の工程を示す断面図である。 基板の作成方法の第3の工程を示す断面図である。 図8Bの第1の基板部の平面図である。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1Aは、この発明の発光装置の第1実施形態である断面図を示している。図1Bは、発光装置の平面図を示している。なお、図1Bでは、図1Aの金電極6を省略して描いている。
図1Aと図1Bに示すように、この発光装置は、照明光源やバックライト光源として用いられ、所望の色彩の光源を得ることができる。
この発光装置は、基板1と、この基板1上に配置された発光素子2と、この発光素子2を上記基板1に固定する接着部材3と、上記発光素子2および上記接着部材3を封止する封止部材4とを有する。
上記基板1は、例えば、ガラス繊維を含むエポキシ樹脂からなる。上記発光素子2は、例えば、青色LED素子である。
上記接着部材3は、透光性を有し、例えば、蛍光体を含むエポキシ樹脂からなる。上記封止部材4は、透光性を有し、例えば、蛍光体を含むエポキシ樹脂からなる。
上記基板1には、上記発光素子2に電気的に接続される金電極6が設けられている。発光素子2の上面に設けられた電極は、ワイヤ7を介して、金電極6に接続されている。
上記接着部材3は、上記発光素子2の上記基板1側の下面(裏面)の全てと、上記発光素子2の各側面の一部とに、接触する。なお、接着部材3は、発光素子2の各側面の全てを覆ってもよい。また、接着部材3は、発光素子2の各側面の全てを覆い、かつ、発光素子2の上面の周縁まで覆ってもよいが、発光素子2の上面に設けられたPN側電極のワイヤボンドエリアを避けるようにする。
上記接着部材3のエポキシ樹脂は、チクソ性の高いものが好ましく、ディスペンサーで上記基板1に塗布した際に、半球状に形成されるものが好ましい。発光素子2の自重で、発光素子2が接着部材3に埋もれるような状態となり、発光素子2の側面までエポキシ樹脂で容易に覆うことができる。
上記接着部材3における蛍光体の添加量は、接着強度が低下しないように、所定の上限をもって添加される。
上記封止部材4は、上記発光素子2の上記基板1側の上面の全てと、上記発光素子2の各側面の一部とに、接触する。つまり、封止部材4は、接着部材3が接触していない発光素子2の面に接触する。
上記封止部材4の樹脂層の屈折率は、接着部材3の樹脂層の屈折率と等しく、互いの樹脂層の界面において反射しないようにする。封止部材4は、蛍光体を含み、この蛍光体は、接着部材3の蛍光体と同じである。
上記発光素子2は、六面体であり、発光素子2の外面を構成する各面は、この各面のそれぞれの少なくとも一部分において、蛍光体を含有する蛍光体含有領域に、接触している。つまり、上記接着部材3は、上記蛍光体含有領域の一部に相当し、上記封止部材4は、上記蛍光体含有領域の一部に相当する。蛍光体含有領域は、発光素子2の周囲を囲むように発光素子2の各面に接触している。
上記蛍光体は、例えば、YAG系黄色蛍光体、BOSE系黄色蛍光体、赤色蛍光体、または、緑色蛍光体である。この蛍光体は、上記発光素子2の出射光によって励起されてこの出射光よりも波長の長い蛍光光を放出する。
そして、図2に示すように、上記発光素子2の各面から出射された(点線の矢印に示す)出射光L0は、上記蛍光体5によって、(実線の矢印に示す)蛍光光L1に変換される。このため、蛍光光L1の割合を増加しつつ、出射光L0から蛍光光L1に変換されない散乱光の割合を減少できる。
したがって、発光素子2で再吸収されない蛍光光L1の割合を増加しつつ、発光素子2で再吸収される散乱光の割合を減少し、光ロスを低減して、輝度を向上できる。
また、上記接着部材3は、上記蛍光体含有領域の一部に相当し、上記接着部材3は、上記発光素子2の下面および側面に、接触するので、上記接着部材3を、発光素子2を接着する役割と、発光素子2の出射光L0を蛍光光L1に変換する役割とに、兼用できる。
また、上記基板1には金電極6が設けられているので、上記発光素子2からの出射光L0を金電極6により反射させて、輝度を向上できる。
(第2の実施形態)
図3は、この発明の発光装置の第2の実施形態を示している。上記第1の実施形態と相違する点を説明すると、この第2の実施形態では、発光素子は複数ある。なお、この第2の実施形態において、上記第1の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
図3に示すように、複数の発光素子2は、単一の基板1に配置されると共に、単一の封止部材4に封止される。隣り合う発光素子2の間の距離dは、100μm〜200μmである。
したがって、上記複数の発光素子2は、上記単一の基板1に配置されると共に、上記単一の封止部材4に封止されるので、上記複数の発光素子2に対応して、輝度を向上できる。
また、上記隣り合う発光素子2の間の距離dは、100μm〜200μmであるので、小型化および輝度向上を図ることができる。これに対して、100μm未満であると、上記隣り合う発光素子2の間の上記接着部材3の体積(厚み)が減少して、接着部材3中の蛍光体によって発光素子2から放出される光が蛍光光に変換される割合が低下し、発光素子2での再吸収のロスが増加し、輝度が低下する一方、200μmを超えると、単一の基板1に配置する発光素子2の数量が低減しなければならない、もしくは発光装置全体のサイズが大型化してしまう。
(第3の実施形態)
図4Aと図4Bと図4Cは、この発明の発光装置の第3の実施形態を示している。上記第1の実施形態と相違する点を説明すると、この第3の実施形態では、基板の構成が相違する。なお、この第3の実施形態において、上記第1の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
図4Aと図4Bと図4Cに示すように、基板1Aは、発光素子2に対向する面に、凹溝10を有する。この凹溝10内に、接着部材3が配置されている。なお、図4Aでは、金電極6を省略して描いている。
上記凹溝10は、細長い形状であり、凹溝10の長手方向の長さは、発光素子2の長さよりも長く、かつ、凹溝10の短手方向の長さは、発光素子2の長さよりも短い。つまり、発光素子2の上面方向から見た場合に、凹溝10の短手方向において、発光素子2は、凹溝10を跨いでおり、凹溝10の長手方向において、凹溝10は、発光素子2から露出している。なお、凹溝10の数量は、1つでもよく、または、複数でもよい。
上記接着部材3は、上記凹溝10内に充填されると共に、凹溝10の周縁付近の上記基板1A上の部分にも塗布される。上記基板1Aは、例えば、可視光に対して反射性の高い材料を使用される。この材料は、例えばAlNなどである。
そして、図5に示すように、発光素子2の下面から出射された出射光L0の一部は、凹溝10に充填された接着部材3の蛍光体5によって、蛍光光L1に変換される。この蛍光光L1は、凹溝10の内面で反射されて、反射光の一部は、発光素子2に戻り、反射光の他部は、凹溝10から外部に取り出される。発光素子2に戻った蛍光光L1は、発光素子2に吸収されることなく、蛍光体5で変換され、または、基板1A表面で反射されて、いずれは外部に取り出される。
したがって、上記基板1Aは、上記発光素子2に対向する面に、凹溝10を有するので、上記発光素子2の出射光L0を、上記発光素子2の上記基板1A側の下面から、凹溝10を経由して、取り出すことができて、輝度を向上できる。
また、上記凹溝10内に、上記接着部材3が配置されているので、上記発光素子2を上記基板1Aに強固に固定できる。
(第4の実施形態)
図6は、この発明の発光装置の第4の実施形態を示している。上記第3の実施形態と相違する点を説明すると、この第4の実施形態では、基板の凹溝に充填される樹脂が相違する。なお、この第4の実施形態において、上記第3の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
図6に示すように、基板1Aの凹溝10内には、接着部材3ではなく、樹脂部8が充填されている。この樹脂部8は、蛍光体を含んでおらず、例えば、透明なエポキシ樹脂からなる。
したがって、凹溝10内に接着部材3を充填するのが容易でない場合に、樹脂部8を予め凹溝10内に充填できる。また、樹脂部8を充填することにより、接着部材3への熱歪による接着強度の低下を防止できる。
(第5の実施形態)
図7は、この発明の発光装置の第5の実施形態を示している。上記第1の実施形態と相違する点を説明すると、この第5の実施形態では、基板の構成が相違する。なお、この第5の実施形態において、上記第1の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
図7に示すように、基板1Bは、発光素子2側の面において、発光素子2に一致して重なる重なり部分25を有する。重なり部分25は、平面視、矩形状である。重なり部分25の一対の対向辺の外側に、凹溝20が設けられている。なお、凹溝20は、重なり部分25の少なくとも一対の対向辺の外側に、設けるようにしてもよい。
この凹溝20内に、接着部材3Aが配置されている。この接着部材3Aは、蛍光体5を含んでおらず、エポキシ樹脂からなる。
上記接着部材3Aは、チクソ性が低い。このため、重なり部分25に接着部材3Aを塗布し、発光素子2を搭載した際に、発光素子2の下面からはみ出た余分な接着部材3Aは、発光素子2の側面を覆うことなく、凹溝20にこぼれる。
なお、接着部材3Aが、発光素子2の側面を覆うことなく、凹溝20にこぼれるようにすることができ、なおかつ、安定してダイボンドができれば、重なり部分25は、発光素子2と全く同じ大きさである必要はなく、多少小さくても、大きくてもどちらでもよい。
上記発光素子2の側面は、蛍光体5を含む封止部材4で覆われている。発光素子2の側面から出射される出射光の一部は、速やかに蛍光体5によって蛍光光に変換される。
上記重なり部分25の表面側は、蛍光体5を含んで、蛍光体含有領域の一部に相当する。凹溝20を除く基板1Bの表面側に、一定の厚みまで、蛍光体5が分散されている。なお、蛍光体5を基板1Bの全体に分散するようにしてもよい。
このように、蛍光体含有領域の一部(重なり部分25、および、封止部材4の一部)は、発光素子2の周囲を囲むように発光素子2の各面に接触し、かつ、蛍光体含有領域の他部(封止部材4の他部)は、発光素子2の周囲を囲むように発光素子2の各面に間隔をおいて配置されている。
上記基板1Bの作成方法を説明すると、図8Aに示すように、蛍光体5を含む第1の基板部21を作成する。
そして、図8Bと図9に示すように、この第1の基板部21に、金型の打ち抜きにより、上記重なり部分25の一対の対向辺の外側に、孔部21aを形成する。
その後、図8Cに示すように、蛍光体5を含まない第2の基板部22に、上記第1の基板部21を接合して、焼結し、上記基板1Bを作成する。このとき、上記孔部21aにより、上記凹溝20を形成する。
したがって、上記基板1Bの凹溝20内に、上記蛍光体5を含まない接着部材3Aが配置されているので、接着部材3Aの体積を凹溝20で吸収できて、接着部材3Aの発光素子2の側面への這い上がりを防止できる。したがって、発光素子2で再吸収されない蛍光光L1の割合を増加しつつ、発光素子2で再吸収される散乱光の割合を減少できる。
上記基板1Bの上記重なり部分25は、上記蛍光体5を含んで、上記蛍光体含有領域の一部に相当するので、上記基板1Bを、発光素子2を支持する役割と、発光素子2の出射光L0を蛍光光L1に変換する役割とに、兼用できる。
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第1〜上記第5の実施形態の特徴を様々に組み合わせても良い。また、蛍光体含有領域は、発光素子の外面を構成する各面に接触しているが、蛍光体含有領域を、発光素子の外面を構成する各面のうち基板側の下面(基板搭載面)を除く面に接触し、かつ、発光素子の基板側の下面(基板搭載面)に間隔をあけるように、配置してもよい。
1,1A,1B 基板
2 発光素子
3,3A 接着部材
4 封止部材
5 蛍光体
6 金電極
7 ワイヤ
8 樹脂部
10 凹溝
20 凹溝
21 第1の基板部
21a 孔部
22 第2の基板部
25 重なり部分
L0 出射光
L1 蛍光光
d 隣り合う発光素子の間の距離

Claims (9)

  1. 基板と、
    この基板上に配置された発光素子と、
    この発光素子を上記基板に固定する透光性を有する接着部材と、
    上記発光素子および上記接着部材を封止すると共に、透光性を有し、かつ、蛍光体を含有する封止部材と
    を備え、
    上記発光素子の外面を構成する各面のうち上記基板側の下面を除く面に接触し、かつ、上記発光素子の基板側の下面に接触しあるいは間隔をあけるように、蛍光体を含有する蛍光体含有領域が、配置され、
    上記蛍光体は、上記発光素子の出射光によって励起されてこの出射光よりも波長の長い蛍光光を放出することを特徴とする発光装置。
  2. 請求項1に記載の発光装置において、
    上記接着部材は、上記蛍光体を含んで、上記蛍光体含有領域の一部に相当し、
    上記接着部材は、上記発光素子の上記基板側の下面と、上記発光素子の側面とに、接触することを特徴とする発光装置。
  3. 請求項2に記載の発光装置において、
    上記発光素子は、複数あり、
    この複数の発光素子は、単一の上記基板に配置されると共に、単一の上記封止部材に封止されることを特徴とする発光装置。
  4. 請求項3に記載の発光装置において、
    隣り合う上記発光素子の間の距離は、100μm〜200μmであることを特徴とする発光装置。
  5. 請求項1から4の何れか一つに記載の発光装置において、
    上記基板には、上記発光素子に電気的に接続される金電極が設けられていることを特徴とする発光装置。
  6. 請求項1から5の何れか一つに記載の発光装置において、
    上記基板は、上記発光素子に対向する面に、凹溝を有することを特徴とする発光装置。
  7. 請求項6に記載の発光装置において、
    上記凹溝内に、上記接着部材が配置されていることを特徴とする発光装置。
  8. 請求項1に記載の発光装置において、
    上記基板は、上記発光素子側の面において、上記発光素子に一致して重なる重なり部分を有し、この重なり部分の少なくとも一対の対向辺の外側に、凹溝が設けられ、
    この凹溝内に、上記接着部材が配置され、この接着部材は、上記蛍光体を含んでいないことを特徴とする発光装置。
  9. 請求項8に記載の発光装置において、
    上記基板の上記重なり部分は、上記蛍光体を含んで、上記蛍光体含有領域の一部に相当することを特徴とする発光装置。
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