JP2013239586A - Semiconductor light-emitting device and lighting appliance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、街路灯、ヘッドランプ等の灯具に用いることができる半導体発光装置に係り、特に色ムラを改善した半導体発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light-emitting device that can be used for lamps such as street lamps and headlamps, and more particularly to a semiconductor light-emitting device with improved color unevenness.
現在、多用されている半導体発光装置は、基板上に固定された発光素子の上面を蛍光体層で覆った構造を有し、発光素子が発する光とその光によって蛍光体層が発する光との混色により所望の色、例えば白色の光を発生するように構成されている(例えば特許文献1、2記載の半導体発光装置)。このような半導体発光装置では、蛍光体層の膜厚の不均一に起因して色ムラが発生しやすいという問題があり、これを改善するために、特許文献2では蛍光体含有層の膜厚を外縁部に向けて薄くすること等が提案されている。
Currently used semiconductor light-emitting devices have a structure in which the upper surface of a light-emitting element fixed on a substrate is covered with a phosphor layer, and the light emitted from the light-emitting element and the light emitted from the phosphor layer due to the light. It is configured to generate a desired color, for example, white light by color mixing (for example, a semiconductor light emitting device described in
ところで、半導体発光装置は種々の灯具の光源として利用されており、灯具の種類によっては発光装置から正面に向かう光が利用されるため、正面方向の光の輝度や色調が重視されるものも多いが、例えば自動車のヘッドランプなどにおいて、発光装置とリフレクタやレンズ等の光学部品とを組み合わせて光を取り出す灯具では、光源である発光装置の正面方向から斜めに向かう光を含めた光が利用されるため、正面に対し角度を持つ方向の光の色調も問題になる。 By the way, the semiconductor light emitting device is used as a light source of various lamps, and depending on the type of the lamp, the light traveling from the light emitting device to the front is used. However, for example, in a headlamp of an automobile, a lamp that extracts light by combining a light emitting device and an optical component such as a reflector or a lens uses light including light that is inclined obliquely from the front direction of the light emitting device as a light source. Therefore, the color tone of light in a direction having an angle with respect to the front surface also becomes a problem.
蛍光体層の厚みが均一であれば、正面方向の光については厚みの不均一に起因する色ムラが解消されるが、斜め方向の光については発光素子から発せられ蛍光体層を通る光の光路が正面からの角度が増すにつれて長くなるため、光の出射方向による色ムラを生じる。例えば、青色から紫外領域の光を発する発光素子とそれにより黄色い光を発する蛍光体との組合せにより白色光を発する半導体発光装置では、正面方向の光は白色であるが周辺に向かう光は蛍光体からの光が支配的になり、黄みを帯びる。 If the thickness of the phosphor layer is uniform, the uneven color due to the non-uniform thickness is eliminated for the light in the front direction, but the light emitted from the light emitting element is transmitted through the phosphor layer for the light in the oblique direction. Since the optical path becomes longer as the angle from the front increases, color unevenness due to the light emission direction occurs. For example, in a semiconductor light emitting device that emits white light by a combination of a light emitting element that emits light in the blue to ultraviolet region and a phosphor that emits yellow light, the light in the front direction is white but the light that travels to the periphery is phosphor. The light from becomes dominant and yellowish.
このような発光装置をヘッドランプに用いた場合には、単に装飾的な問題のみならず、路面を照らす光が黄色くなり見づらいという問題も生じる。特許文献2に記載されているように、蛍光体層自体の厚みを周辺に向かって薄くなるようにした場合には、ある程度、出射方向に依存する色ムラは改善する。しかし、一般に蛍光体粒子はそれが分散される樹脂に対する比重が大きいため、樹脂層中で沈み下層に偏在することが多い。このため、蛍光体を含む樹脂層の膜厚を調整しただけでは蛍光体層の膜厚の調整にはならず、出射方向に依存する色ムラの改善としては不十分である。
When such a light emitting device is used for a headlamp, not only a decorative problem but also a problem that the light illuminating the road surface becomes yellow and difficult to see. As described in
そこで本発明は、半導体発光装置における出射方向に依存する色ムラを改善すること、特にリフレクタやレンズを組み合わせた灯具において色ムラのない白色光を得ること、を課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to improve color unevenness depending on the emission direction in a semiconductor light emitting device, and in particular to obtain white light without color unevenness in a lamp combined with a reflector and a lens.
上記課題を解決するため、本発明の半導体発光装置は、上面を光出射面とする半導体発光素子の、上面の外周に沿った領域に透明層を設け、この透明層を含む発光素子上面を波長変換層で覆った構造とする。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor light emitting device of the present invention is provided with a transparent layer in a region along the outer periphery of a semiconductor light emitting element having an upper surface as a light emitting surface, and the upper surface of the light emitting element including the transparent layer has a wavelength The structure is covered with a conversion layer.
即ち、本発明の半導体発光装置は、上面に光出射面を持つ発光素子と、発光素子の上面に、発光素子の外周に沿って配置された透明層と、透明層の上面及び発光素子の上面の透明層が配置されていない領域を覆う波長変換層と、を有する。 That is, the semiconductor light emitting device of the present invention includes a light emitting element having a light emitting surface on the upper surface, a transparent layer disposed on the upper surface of the light emitting element along the outer periphery of the light emitting element, an upper surface of the transparent layer, and an upper surface of the light emitting element. And a wavelength conversion layer covering a region where the transparent layer is not disposed.
透明層は、その断面形状を三角形や四角形など任意の形状とすることができる。また透明層は、発光素子の上面の外周に沿って塗布により形成してもよいし、予め棒状に形成したものを配置してもよい。 The cross-sectional shape of the transparent layer can be an arbitrary shape such as a triangle or a quadrangle. In addition, the transparent layer may be formed by coating along the outer periphery of the upper surface of the light emitting element, or may be disposed in advance as a rod.
透明層で囲まれる波長変換層の部分は、上面が平坦であってもドーム状であってもよい。 The portion of the wavelength conversion layer surrounded by the transparent layer may be flat or dome-shaped.
また本発明の灯具は、放射状に光を出射する光源と、光源からの光を反射するとともに集光することによって所定の配光特性を持つ光を出射する光学要素とを備えた灯具であって、光源として、本発明の半導体発光装置を用いたものである。 The lamp of the present invention is a lamp including a light source that emits light radially and an optical element that emits light having a predetermined light distribution characteristic by reflecting and collecting light from the light source. The semiconductor light emitting device of the present invention is used as the light source.
本発明によれば、透明層は、発光素子の正面に対し角度を持って出射される光が波長変換層を通過する光路の長さを調整する機能を果たし、これにより、出射角度の大きい光の色が大幅に波長変換層からの光の色に支配されること、すなわち色ムラが大きくなることを防止することができる。 According to the present invention, the transparent layer functions to adjust the length of an optical path through which light emitted at an angle with respect to the front surface of the light emitting element passes through the wavelength conversion layer. Can be prevented from being largely dominated by the color of light from the wavelength conversion layer, that is, color unevenness is increased.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第一実施形態>
図1は、本発明の半導体発光装置10の第一実施形態を示す上面図、図2は側断面図である。この半導体発光装置10は、半導体発光素子(以下、発光素子という)1と、蛍光体2aを含む樹脂層2と、発光素子1が固定された基板3と、光を透過する材料からなる透明層5と、を備えている。
<First embodiment>
FIG. 1 is a top view showing a first embodiment of a semiconductor
発光素子1は、上面から光を発する構造のものであれば種類は特に限定されず、2つの電極端子部が上面に形成されたフェイスアップ素子、2つの電極端子部が下面に形成されたフリップ素子、2つの電極端子部が上面と下面に形成されたMB(メタルボンド)素子等の公知の発光素子を用いることができる。図3にMB素子の一例を示す。この発光素子1は、サファイア等の透明基板状(不図示)に半導体エピタキシャル層(n型半導体層、発光層、p型半導体層)を順次形成し、このエピタキシャル層を、SiやGe等の不透明な素子基板11の上面に、ミラー層及び保護層を含む複数の金属層からなる金属膜12を介して貼り合わせた後、サファイア基板を剥離したものである。表面側に表出したエピタキシャル層13のn型半導体層にAu、Ag、Al等の金属をスパッタリング法等により堆積した後、パターニングすることによりカソード電極14が形成され、素子基板11の裏面にPt等の金属を蒸着することによりアノード電極15が形成されている。この発光素子1は、カソード電極14が形成された上面が主として光出射面である。
The type of the light-emitting
基板3は、配線パターンが形成された実装基板であり、発光素子1の下面に形成されたアノード電極15は導電性接着剤等により基板3に固定することにより電気的に接続される。カソード電極14は、導電性ワイヤ(不図示)により基板3に形成された電極パッド(不図示)に電気的に接続される。
The
樹脂層2は、シリコーン、エポキシ樹脂などの透明な樹脂に蛍光体粒子2aを分散させた層で、後述する透明層5と透明層5が形成されていない発光素子1の上面を覆って形成される。蛍光体は、発光素子1が発する光によって所定の波長の光を発する波長変換材料であり、発光素子1との組合せで所定の材料を選択して用いる。一例として、発光素子1がInGaN、GaN、AlGaNなどの青色から紫色の光を発する発光素子の場合、YAG系やSiAlONなどの蛍光体が用いられ、これにより白色の光を取り出すことができる。蛍光体は、通常粒子の形態で用いられる。
The
樹脂層2は、蛍光体粒子2aを樹脂中に分散させたものをポッティングなどで滴下することにより形成する。この際、蛍光体粒子の樹脂に対する割合や樹脂のチクソ性の有無によって異なるが、チクソ性が付与されていない樹脂の場合、蛍光体粒子は発光素子1側に沈降し、発光素子1側で蛍光体粒子が高濃度になる領域が生まれる。本実施形態では、この蛍光体粒子が高濃度(具体的には領域における蛍光体粒子が占める割合が80容量%以上)である領域を蛍光体層4と呼び、この層4の厚みを蛍光体層の厚みとする。蛍光体層4の厚みは、特に限定されるものではないが、通常、発光素子1の厚みの1/3〜2倍程度であり、素子の蛍光体粒子の含有量により調整することができる。
The
透明層5は、発光素子1の上面から出射した光が樹脂層2(蛍光体層4)を通る光路の長さを調節するための層であり、発光素子1の上面に、その外周に沿って形成される。透明層5を構成する材料として、シリコーン、エポキシ樹脂などの透明且つ耐熱性のある樹脂やガラスを用いることができる。透明層5を構成する樹脂は、上記樹脂層2を構成する樹脂と同じでも異なっていてもよいが、同じ樹脂を用いることにより、樹脂層2との接着性を高めることができる。
The
透明層5は、本実施形態では、発光素子1の外周側が最も厚みが厚く、内側に向かって厚みが薄くなる形状(例えば、素子面と垂直な断面の形状が略三角形)を有し、最大の厚みが蛍光体層4の厚みよりも薄く、蛍光体層4に覆われている。透明層5を形成する領域の幅及び透明層5の厚み(最大厚みの部分の厚み)は、素子1の大きさ(縦横のサイズ)及び蛍光体層4の厚み等に応じて適宜決定される。
In this embodiment, the
透明層5の機能を、図4を参照して説明する。図4(a)は透明層5が設けられている場合、図4(b)は透明層5がない場合を示している。図中、Dp、Wpはそれぞれ蛍光体層4の厚みと幅を表し、Dt、Wtはそれぞれ透明層5の厚み(最大高さ)と幅を表している。
The function of the
発光素子1はその上面全体から発光し、上面を含む平面から上側に向かって放射状に進む。ここで上面に垂直な方向を0°とし、上面から発する光の代表として上面中心1Cから発する光を考えたとき、透明層5がない場合(図4(b))は、0°方向に向かう光が蛍光体層を通るパスが最も短く、角度が90°に近くなるにつれて蛍光体層を通るパス(光路長)が長くなる。これにより、角度の大きい光では蛍光体層からの光の割合が高くなり、黄色味が強い光となる。発光素子上面全体からの発光を考えた場合、ある角度θの光は全面から同じ方向(角度θ)に向かう光を合成したものとなる。ここで発光素子1から発する光の一部(点線で示す光)は蛍光体層の側面から出射し、この場合の光路長は短くなるが、出射面から出る光(実線で示す光)の光路長はθの増加に伴い増加するので、全体として角度が90°に近くなるにつれて黄色味を帯びることに変わりはない。
The
このような光を発光素子の上面から見た場合には、比較的角度の小さい範囲の光を見ることになるため、色味の変化は殆どない、即ち色ムラのない光となる。しかし、リフレクタ及びレンズを組み合わせて、発光素子から放射状に発せられる光のうち角度の大きい光を多く利用する灯具では、蛍光体層を通る光路長の変化による色味の変化が強く表れることになる。 When such light is viewed from the top surface of the light emitting element, light in a relatively small angle range is seen, so that there is almost no change in color, that is, light with no color unevenness. However, in a lamp that combines a reflector and a lens and uses a lot of light with a large angle among light emitted radially from a light emitting element, a change in color due to a change in the optical path length passing through the phosphor layer appears strongly. .
一方、図4(a)に示すように、発光素子の上面に透明層5を配置した場合には、蛍光体層の厚みDpと幅Wpで決まる角度をθmax(=arc(Wp/2Dp)としたとき、発光素子1の中心1Cから発する光の光路長は角度θmaxにおいて最大となる。発光素子1上面全体からの光については、発光素子1の中心1Cから透明層5の中心側端部5Aまで領域からの光(実線で示す光)は最大の光路長を通ることになるが、それ以外の領域からの光(一点鎖線及び点線で示す光)は、透明層5があることによって蛍光体層4における光路が短縮されるか、蛍光体層4を経ることなく透明層5の側面から出射され、発光素子1自体の色(青色や紫色)が支配的な光となる。従って全体としては最大光路長を通る黄色い光と発光素子の色とが混色された白色光となる。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, when the
以上説明した透明層5の機能からもわかるように、透明層5の体積が大きすぎる場合には、発光素子1が発する光の色味が支配的となり青みが強くなり、透明層5の体積が小さすぎる場合には、蛍光体層4が発する光の色味が支配的となり黄みが強くなる。従って、上述したとおり、透明層5の大きさは発光素子1のサイズや蛍光体層4の厚みを考慮して所望の色味が得られるように決めることが好ましい。一例として、透明層5の幅Wtは、発光素子1の短い方の幅を1としたとき、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.25以下であり、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.15以上である。また透明層5の厚み(最大高さ)Dtは、蛍光体層4の厚みDpを1としたとき、好ましくは0.1以上であり、且つ透明層5の幅Wtの1/10〜1/5程度であることが好ましい。
As can be seen from the function of the
なお発光素子から出る光のうち角度の小さい光については、外周に透明層5があることにより、外周部において発光素子1からの光の色味(青味)が強くなる傾向となるが、本実施形態の透明層5は外周側で厚みが大きく中心側に向かって厚みが薄くなる形状を有しているので、このような発光素子の外周に向かう色の変化を緩和することができる。
Note that light with a small angle among light emitted from the light emitting element tends to increase the color (blueness) of light from the
次に本実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明する。図5に製造工程の一例を示す。 Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device of this embodiment will be described. FIG. 5 shows an example of the manufacturing process.
まず基板3に、光取出面(エピタキシャル層13上面)が上面となるように発光素子1を搭載し、その電極(不図示)を基板3の電極パッドに接続する(図5(a))。図示する例では、発光素子1のエピタキシャル層13は素子基板11及びその上に配置された金属膜(ミラー層及び保護層)12よりも若干サイズが小さく、周囲に金属膜12が露出した領域が形成されている。
First, the
次に金属膜12が露出したエピタキシャル層13の周囲と、エピタキシャル層13上面の外周に沿って透明層5を形成する(図5(b))。透明層5は、例えば、チクソ性を付与した透明の樹脂をポッティング、印刷など公知の手法を用いて塗り重ねていくことにより、任意の厚みに形成することができる。その際、下から順に塗布幅を小さくしていくことにより厚みに傾斜をつけることができ、また各層の塗布幅を変化させる割合を調整することにより、傾斜の角度を調整することができる。透明層5は、エピタキシャル層13の上面にその外周に沿って堤防のような形態で形成されるので、次の工程で樹脂層2を形成する際にダム枠としても機能する。
Next, the
次に蛍光体粒子2aを分散させた未硬化状態の透明樹脂を透明層5からなるダム枠内にポッティング等により注入する(図5(c))。一般に蛍光体粒子の含有量が多い場合には、透明樹脂の粘度が上がり、樹脂層(蛍光体層)2の厚みが不均一になりやすくなるため、蛍光体の含有量は10〜50程度とする。この場合、透明樹脂が硬化する過程で蛍光体粒子は沈降し発光素子1側に濃度の高い領域(蛍光体層4)が形成され、上部は樹脂の表面張力によって形成されたドーム形状となる。樹脂層2を硬化させることにより、最終的に図5(d)に示すような半導体発光装置が得られる。
Next, an uncured transparent resin in which the
以上、説明したように、本実施形態の半導体発光装置は、発光素子の上面の外周に沿った領域に、光を透過する材料からなる透明層を配置したことにより、発光素子から放射状に出射する光のうち、垂直方向に対する角度が大きい光について、蛍光体層からの光が支配的になることを防止し、光の出射角度に依存する色ムラの発生を抑制することができる。 As described above, the semiconductor light emitting device according to the present embodiment emits light radially from the light emitting element by disposing the transparent layer made of a material that transmits light in the region along the outer periphery of the upper surface of the light emitting element. Of the light, the light having a large angle with respect to the vertical direction can prevent the light from the phosphor layer from being dominant, and suppress the occurrence of color unevenness depending on the light emission angle.
また本実施形態の半導体発光装置は、透明層を外周側から内側に向かって厚みが薄くなる形状としたことにより、光の出射角度の増加に伴う色の変化をなだらかにすることができる。さらに透明層は、蛍光体粒子を含む樹脂層を形成する際のダム枠として機能することができるので、別途ダム枠等を設ける必要がなく樹脂層の形成工程を容易にすることができる。 In the semiconductor light emitting device of the present embodiment, the transparent layer has a shape in which the thickness becomes thinner from the outer peripheral side toward the inner side, so that the color change accompanying the increase of the light emission angle can be made smooth. Furthermore, since the transparent layer can function as a dam frame when the resin layer containing the phosphor particles is formed, it is not necessary to separately provide a dam frame or the like, and the resin layer forming process can be facilitated.
なお図2及び図5では、透明層5の形状を断面がほぼ三角形である場合を示したが、傾斜部分は直線ではなく三角形の外側或いは内側に凸になった形状とすることも可能である。
2 and 5 show the case where the
<第二実施形態>
本実施形態の半導体発光装置は、透明層の形状が第一実施形態と異なる。その他の要素については第一実施形態と同様である。
<Second embodiment>
The semiconductor light emitting device of this embodiment is different from the first embodiment in the shape of the transparent layer. Other elements are the same as in the first embodiment.
本実施形態の半導体発光装置の側断面を図6に示す。図6において、第一実施形態と同じ要素は同じ符号で示し、説明を省略する。図示するように、この半導体発光装置は、基板3の上に発光素子1、透明層50、樹脂層2が形成されている。この実施形態でも、発光素子1はエピタキシャル層13のサイズがその下の素子基板11及び金属膜12のサイズより小さく、周りに金属膜12が露出した領域がある。
FIG. 6 shows a side cross section of the semiconductor light emitting device of this embodiment. In FIG. 6, the same elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As shown in the figure, in this semiconductor light emitting device, a
透明層50は、この金属膜12の部分とエピタキシャル層13の上面の外周に沿って形成される。エピタキシャル層13における透明層50の厚みはほぼ一定であり、透明層50の上面は平坦(即ち、素子1の光出射面と平行)になっている。本実施形態の透明層50も、第一実施形態の透明層5と同様に透明層を構成する樹脂を重ね塗りすることにより形成することができ、重ね塗りする層の数を調整することにより厚みを調整することができる。その後、透明層50の内側に、蛍光体粒子を分散した未硬化樹脂をポッティングし樹脂層2を形成することは第一実施形態と同様である。
The
本実施形態の発光装置は、透明層50の厚みが一定であることから、発光素子上面から垂直な方向(0°)や角度の小さい光については、透明層50の部分と透明層50がない部分とで色味の段差を生じやすいが、第一実施形態の透明層5と厚みが同じである場合には、第一実施形態よりも光の出射角度が小さい段階で色味変化を抑制する効果が得られる。
In the light emitting device of the present embodiment, since the thickness of the
なお図6では、透明層50の断面がほぼ長方形の場合を示したが、内側の一辺が傾斜する台形形状でもよく、またこの傾斜する辺は台形の外側或いは内側に凸になった形状とすることも可能である。本実施形態においても、樹脂層2の形状は、ドーム状ではなく平坦であってもよいし、また樹脂層2が蛍光体粒子を均一に分散した蛍光体層4であってもよい。
In FIG. 6, the
<第三実施形態>
本実施形態の半導体発光装置は、透明層として透明ロッド(棒状部材)を用いることが特徴である。第一及び第二実施形態の半導体発光装置の透明層は、透明樹脂を重ね塗りして形成したものであるが、本実施形態では予め所定の形状に成型した透明ロッドを用い、発光素子1上に貼着することにより透明層とする。図7に本実施形態の半導体発光装置の上面図及び側断面図を示す。図中、第一実施形態と同じ要素は同じ符号で示している。
<Third embodiment>
The semiconductor light emitting device of this embodiment is characterized in that a transparent rod (bar-shaped member) is used as the transparent layer. The transparent layer of the semiconductor light emitting device of the first and second embodiments is formed by repeatedly applying a transparent resin. In this embodiment, a transparent rod previously molded into a predetermined shape is used, and the
透明ロッド7としては、シリコーン系樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂の他にガラス等の透明な材料を用いることができる。屈折率が樹脂層2の樹脂と同じか低い樹脂を用いる場合には、樹脂層と透明層との間で界面反射を生じることがないが、樹脂層2の樹脂よりも屈折率が高い材料を用いる場合には、表面を粗面化する、界面反射を防ぐ形状にする、等の加工をしておくことが好ましい。形状は第一実施形態と同様に厚みが外周側から内側にかけて変化する形状としてもよいし、第二実施形態と同様に上面が平坦な形状であってもよい。
As the
透明ロッド7を発光素子1の上に貼着する接着剤8としては、耐熱性及び光透過性のあるシリコーン系やエポキシ系の接着剤を用いることができる。接着剤8の厚みは透明ロッド7の厚みを合計した厚みが、透明層の設計厚みとなるように調整する。透明層の設計厚みは、蛍光体層の厚みよりやや薄くする。これにより透明層の上面を蛍光体が覆うので、上面からの発光を見たときに素子外周部分だけ青く光ることを防止することができる。
As the adhesive 8 for sticking the
本実施形態の半導体発光装置によれば、透明層の材料の自由度が高く、且つ透明層を複数回塗布して所望の形状にする工程を省くことができ、製造工程を簡略化することができる。 According to the semiconductor light emitting device of this embodiment, the degree of freedom of the material of the transparent layer is high, the step of applying the transparent layer a plurality of times to obtain a desired shape can be omitted, and the manufacturing process can be simplified. it can.
以上、本発明の半導体発光装置の各実施形態を説明したが、本発明の半導体発光装置は上述した実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、図2、図6及び図7では、樹脂層2としてドーム形状であって下部に高濃度の蛍光体層が形成された樹脂層を示したが、樹脂層中に蛍光体粒子がほぼ均一に分散した樹脂層でもよいし、樹脂層の形状はドーム状のみならず上面が平坦な形状の樹脂層であってもよい。
As mentioned above, although each embodiment of the semiconductor light-emitting device of this invention was described, the semiconductor light-emitting device of this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible. For example, FIG. 2, FIG. 6 and FIG. 7 show a
また以上の説明で示した透明層の大きさは単なる例示であり、利用する光の出射角度等に応じて変更することが可能である。 Further, the size of the transparent layer shown in the above description is merely an example, and can be changed according to the emission angle of light to be used.
次に本発明の灯具の実施形態を説明する。図8に本発明の灯具の実施形態としてヘッドランプの断面構造を示す。 Next, an embodiment of the lamp of the present invention will be described. FIG. 8 shows a sectional structure of a headlamp as an embodiment of the lamp of the present invention.
このヘッドランプは、前面レンズ81と筐体83とから構成される灯室80と、灯室内に収容される光学ユニット90とから構成され、光学ユニット90は、主な要素として、本発明の半導体発光装置から成る光源ユニット100と、内面に1ないし複数の反射面91a〜91cが形成されたリフレクタ91と、投影レンズ95とを備える。光源ユニット100は、上述した実施形態の発光装置のいずれを採用してもよく、その上面が上を向くように、マウントプレート93の上面に固定されている。投影レンズ95は、円筒状のレンズホルダ97の一端に固定され、レンズホルダ97の他端は、リフレクタ91に連結されている。レンズホルダ97とリフレクタ91との連結部分には、所定の配光パターンを形成するためのシェード99が備えられている。
The headlamp includes a
リフレクタ91は、光源ユニット100から出射した光を反射させて投影レンズ95に向かわせるもので、図8に示す実施形態では、複数の楕円系反射面91a、91b、91cが形成されており、光源ユニット100から発せられる光を投影レンズ95に向かわせるようにそれぞれの焦点位置が設計されている。具体的には、図9に示すように、反射面91aは、光源ユニット100の上方から後方を覆うように設置され、光源ユニット100の上方から後方に向かう光を反射し、投影レンズ95に向かわせる。反射面91bは反射面91aに連続して光源ユニット100の前方に設置され、光源ユニット100から前方に向かう光を反射し、その下側に設置された反射面91cを介して投影レンズ95に向かわせる。リフレクタ91の各反射面91a、91cで反射された光は、シェード99の端部の近傍の焦点位置で集光された後、投影レンズ95で所定の配光パターンを持つ平行光として取り出される。
The
上述したリフレクタ91の設計により、光源ユニット100から半球の放射状に発せられた光は、0°から90°に近い角度までの殆どの光が効率よく利用され、且つ角度の大きい光が投影レンズ95の中心近傍から出射される。従って、色ムラの角度依存性が大きい従来の発光装置を光源ユニットとして用いた場合には、投影レンズ95から出射される光はその色ムラの影響を大きく受け、例えば本来白色であるべき光が黄色味を帯びた光となる。これに対し、本発明の灯具は、光源ユニット100から大きな角度(垂直方向に対する角度)で出射された光についても白色或いは白色に近い光が得られ、色ムラのない灯具を実現することができる。
Due to the design of the
なお図8では、複数の反射面を備えたリフレクタを採用した灯具を示したが、リフレクタが備える反射面は図示するものに限定されず、例えば、光源ユニット100の上方を覆う一つの反射面を備えたリフレクタを採用した灯具など、公知の構造を採用することができる。
8 shows a lamp that employs a reflector having a plurality of reflecting surfaces. However, the reflecting surface provided in the reflector is not limited to the illustrated one. For example, a single reflecting surface that covers the
以下、本発明の半導体発光装置の実施例を説明する。
セラミック基板上に、1mm角の発光素子(青色発光)を搭載した。発光素子のエピタキシャル層の外周とその上面の外周に沿った領域に、微量用塗布装置を用いて複数回にわたってチクソ性を有するシリコーン樹脂を塗布し、最終的に図5(b)に示すように、素子面と垂直な断面の形状が略直角三角形で幅0.20〜0.25mm、高さ0.03〜0.05の透明なダム枠を形成した。ダム枠のシリコーン樹脂を硬化した後、ダム枠で囲まれた素子上面の領域に黄色発光蛍光体粒子(YAG系蛍光体)を含有するシリコーン樹脂(蛍光体含有量:40重量%)を、素子の長辺を1としたときに樹脂高さが0.2〜0.4の間(好ましくは0.3)となるように滴下し、硬化して蛍光体層を形成し、図5(d)に示すような発光装置を製造した。この発光装置の蛍光体層の高さは0.16〜0.18mmであった。
Examples of the semiconductor light emitting device of the present invention will be described below.
A 1 mm square light emitting element (blue light emission) was mounted on a ceramic substrate. A thixotropic silicone resin is applied to a region along the outer periphery of the epitaxial layer of the light-emitting element and the outer periphery of the upper surface thereof using a coating device for a small amount, and finally, as shown in FIG. A transparent dam frame having a cross section perpendicular to the element surface and having a substantially right triangle and a width of 0.20 to 0.25 mm and a height of 0.03 to 0.05 was formed. After curing the silicone resin of the dam frame, a silicone resin (phosphor content: 40% by weight) containing yellow light-emitting phosphor particles (YAG phosphor) in the region of the upper surface of the element surrounded by the dam frame is used. When the long side is 1 and the resin height is dropped between 0.2 and 0.4 (preferably 0.3), it is cured to form a phosphor layer, and light emission as shown in FIG. The device was manufactured. The height of the phosphor layer of this light emitting device was 0.16 to 0.18 mm.
以上のように製造した発光装置に通電して発光させた状態で、各角度における発光色を測定した。発光色の測定は、図10に示すように、発光素子上面の中心を通り発光素子の上面に垂直な方向を0°、上面に平行な方向を90°としたとき、−80°から+80°までゴニオメーター搭載分光放射計(OL 770分光放射測定システム:ケイエルブイ社)11を移動させながら、CIE表色系のY値をJIS Z 8723に準拠する方法で測定することにより行った。このような発光色の測定を、発光素子の中心を通る第一の方向(測定位置1)と、それに直交する第二の方向(測定位置2)について行い、それらの平均値を測定値とし、0°の測定値との差を求めた。結果を図11に実線で示す。 The light emission color at each angle was measured in a state where the light emitting device manufactured as described above was energized to emit light. As shown in FIG. 10, the emission color is measured from −80 ° to + 80 ° when the direction passing through the center of the upper surface of the light emitting element and the direction perpendicular to the upper surface of the light emitting element is 0 ° and the direction parallel to the upper surface is 90 °. The Y value of the CIE color system was measured by a method based on JIS Z 8723 while moving the goniometer-mounted spectroradiometer (OL 770 spectroradiometry system: KL Buoy Co., Ltd.) 11. Such a measurement of the luminescent color is performed in a first direction (measurement position 1) passing through the center of the light emitting element and a second direction (measurement position 2) perpendicular thereto, and an average value thereof is taken as a measurement value. The difference from the measured value of 0 ° was determined. The result is shown by a solid line in FIG.
比較例として、ダム枠を設けることなく、実施例と同様の発光素子の上面に蛍光体粒子含有シリコーン樹脂をポッティングして蛍光体層を形成し、図12に示すような発光装置を製造した。この発光装置についても、実施例と同様に−80°から+80°までの範囲の発光色(CIE表色系のY値)を測定した。この結果を図11に点線で示す。 As a comparative example, without providing a dam frame, a phosphor layer was formed by potting a phosphor particle-containing silicone resin on the upper surface of a light emitting device similar to the example, and a light emitting device as shown in FIG. 12 was manufactured. Also for this light emitting device, the emission color (Y value of the CIE color system) in the range from −80 ° to + 80 ° was measured in the same manner as in the example. The result is shown by a dotted line in FIG.
図11に示す結果からもわかるように、実施例では角度が70°近くまで、比較例(ダム枠を設けることなく蛍光体層を形成した発光装置)の色度差の1/4程度の色度差に抑えることができ、発光素子の角度依存性を大幅に改善できることが示された。 As can be seen from the results shown in FIG. 11, in the example, the color is about 1/4 of the chromaticity difference of the comparative example (the light emitting device in which the phosphor layer is formed without providing the dam frame) until the angle is close to 70 °. It was shown that the angle difference can be suppressed and the angle dependency of the light emitting element can be greatly improved.
本発明によれば、発光装置の正面方向から傾斜した方向に向かう光(傾斜角度の大きい光)の色味の角度依存性を抑制することができ、特に傾斜角度の大きい光を利用する灯具に適用したときに角度依存性に起因する色ムラを低減することができる。これにより見やすい灯具を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the angle dependence of the hue of the light (light with a large inclination angle) which goes to the direction inclined from the front direction of the light-emitting device can be suppressed, and it is especially a lamp using light with a large inclination angle. When applied, color unevenness due to angle dependency can be reduced. Thereby, an easy-to-see lamp can be provided.
1・・・発光素子、2・・・樹脂層、2a・・・蛍光体粒子(波長変換材料)、3・・・基板、5、50・・・透明層、7・・・透明ロッド(棒状部材)、10、100・・・半導体発光装置、11・・・素子基板、12・・・金属膜、13・・・エピタキシャル層、80・・・灯室、81・・・前面レンズ、83・・・筐体、90・・・光学ユニット、91・・・リフレクタ、93・・・マウントプレート、95・・・投影レンズ、97・・・レンズホルダ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記透明層は、前記発光素子の上面と垂直な断面が、外周側で最も厚みが厚く内側に向かって厚みが薄くなる形状であることを特徴とする半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to claim 1,
The transparent layer has a shape in which a cross section perpendicular to the upper surface of the light emitting element is thickest on the outer peripheral side and becomes thinner toward the inside.
前記波長変換層は、蛍光体と前記蛍光体を分散する樹脂とを含み、前記蛍光体が前記発光素子側に沈降して形成された高濃度領域を有することを特徴とする半導体発光装置。 The semiconductor light-emitting device according to claim 1 or 2,
The wavelength conversion layer includes a phosphor and a resin that disperses the phosphor, and has a high-concentration region formed by sedimenting the phosphor on the light emitting element side.
前記波長変換層は、外周側から中央部に向かって厚みが増加するドーム形状であることを特徴とする半導体製造装置。 A semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 3,
The said wavelength conversion layer is a dome shape which thickness increases toward the center part from the outer peripheral side, The semiconductor manufacturing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記透明層は、前記発光素子の上面と垂直な断面が、四角形であることを特徴とする半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to claim 1,
The transparent layer has a quadrangular cross section perpendicular to the top surface of the light emitting element.
前記透明層は、透明な樹脂を塗布することにより形成されていることを特徴とする半導体発光装置。 A semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor light-emitting device, wherein the transparent layer is formed by applying a transparent resin.
前記透明層は、透明な材料から成る棒状部材を前記発光素子に貼着することにより形成されていることを特徴とする半導体発光装置。 A semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5,
The said transparent layer is formed by sticking the rod-shaped member which consists of a transparent material to the said light emitting element, The semiconductor light-emitting device characterized by the above-mentioned.
前記発光素子は、素子基板と、当該素子基板上に形成され、最上層にエピタキシャル層を備えた積層構造とを備え、
前記透明層は、前記積層構造の一部を覆うように形成されていることを特徴とする半導体発光装置。 A semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 7,
The light-emitting element includes an element substrate and a stacked structure formed on the element substrate and including an epitaxial layer as an uppermost layer.
The semiconductor light emitting device, wherein the transparent layer is formed so as to cover a part of the laminated structure.
前記光源として請求項1ないし8のいずれか一項に記載の半導体発光装置を用いたことを特徴とする灯具。 A lamp comprising: a light source that emits light radially; and an optical element that emits light having a predetermined light distribution characteristic by reflecting and collecting light from the light source,
A lamp comprising the semiconductor light-emitting device according to claim 1 as the light source.
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