JP2016048718A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイドビュー型の発光装置であって、発光素子の平面サイズに対する平面サイズが小さい発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１０は、素子基板１１ａ、素子基板１１ａ上の結晶層１１ｂ、及び結晶層１１ｂに電気的に接続された外部電極１１ｆを有する、フリップチップ型の発光素子１１と、発光素子１１の素子基板１１ａ側に形成された、外部電極１１ｆに対して傾斜した傾斜面１２ａを有する光学部材１２と、光学部材１２の傾斜面１２ａ上に形成された反射層１３と、を有する。発光素子１１から発せられて光学部材１２に進入した光は、反射層１３に反射され、光学部材１２の光取出し面１２ｂから取り出される。【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来の発光装置として、発光素子がケース内に実装されたサイドビュー型のＬＥＤパッケージが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の他の発光装置として、発光素子と、発光素子から発せられた光の波長を変換するための蛍光体層を備えたものが知られている（例えば、特許文献２、３参照）。

また、従来の他の発光装置として、発光素子と、発光素子の光取出し面の一部及び側面に形成された、発光素子から発せられた光を反射する反射膜を備えたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００８−１１７８８６号公報 特開２０１１−２５８６５７号公報 特開２０１１−２５８６７２号公報 特開２００４−１５３２７７号公報

特許文献１等に開示されるサイドビュー型のＬＥＤパッケージによれば、ケースの平面サイズが発光素子の平面サイズよりも格段に大きい。このため、発光装置を小型化するには、発光素子を極端に小さくする必要があり、電流密度の増加に伴う発光効率の低下が生じる。

本発明の目的の一つは、上記の問題点を解決するため、サイドビュー型の発光装置であって、発光素子の平面サイズに対する平面サイズが小さい発光装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［７］の発光装置を提供する。

［１］素子基板、前記素子基板上の結晶層、及び前記結晶層に電気的に接続された外部電極を有する、フリップチップ型の発光素子と、前記発光素子の前記素子基板側に形成された、前記外部電極に対して傾斜した傾斜面を有する光学部材と、前記光学部材の前記傾斜面上に形成された反射層と、を有し、前記発光素子から発せられて前記光学部材に進入した光が、前記反射層に反射され、前記光学部材の光取出し面から取り出される、発光装置。

［２］前記光学部材及び前記反射層が、前記外部電極に対して平行な面を有する封止部材に封止された、前記［１］に記載の発光装置。

［３］前記封止部材が透明であり、前記光取出し面が前記封止部材に覆われた、前記［２］に記載の発光装置。

［４］前記封止部材が蛍光体を含む、前記［３］に記載の発光装置。

［５］前記光学部材が蛍光体を含む、前記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の発光装置。

［６］前記光取出し面上に、蛍光体を含む蛍光体層が形成された、前記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の発光装置。

［７］前記光学部材が前記素子基板の一部である、前記［１］〜［６］のいずれか１項に記載の発光装置。

本発明によれば、サイドビュー型の発光装置であって、発光素子の平面サイズに対する平面サイズが小さい発光装置を提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の斜視図である 図２（ａ）は、図１の線Ａ−Ａに沿った垂直断面を矢印の方向に視たときの発光装置の垂直断面図である。図２（ｂ）は、図１の線Ｂ−Ｂに沿った垂直断面を矢印の方向に視たときの発光装置の垂直断面図である。 図３は、第１の実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。 図４（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、第３の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図６（ａ）〜（ｄ）は、第４の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、第５の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、第６の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、第７の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。

〔第１の実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置１０の斜視図である。図２（ａ）は、図１の線Ａ−Ａに沿った垂直断面を矢印の方向に視たときの発光装置１０の垂直断面図である。図２（ｂ）は、図１の線Ｂ−Ｂに沿った垂直断面を矢印の方向に視たときの発光装置１０の垂直断面図である。

発光装置１０は、素子基板１１ａ、素子基板１１ａ上の結晶層１１ｂ、及び結晶層１１ｂに電気的に接続された外部電極１１ｆを有する、フリップチップ型の発光素子１１と、発光素子１１の素子基板１１ａ側に形成された、発光素子１１の外部電極１１ｆに対して傾斜した傾斜面１２ａを有する光学部材１２と、光学部材１２の傾斜面１２ａ上に形成された、発光素子１１から発せられて光学部材１２に進入した光を反射する反射層１３と、を有する。

発光装置１０は、実装対象の表面に対して（後述する外部電極１１ｆに対して）垂直又は垂直に近い方向に光を取り出すサイドビュー型の発光装置である。図１には、一例として、発光装置１０を導光板９０の光源として用いる場合の、発光装置１０と導光板９０との位置関係を示している。この例では、発光装置１０の後述する光取出し面１２ｂと導光板９０の側面が対向するように、発光装置１０及び導光板９０が設置される。

発光素子１１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザーダイオードのチップである。素子基板１１ａは、例えば、サファイア基板、ＧａＮ基板等の透明基板である。結晶層１１ｂは、ｎ型層とｐ型層に挟まれた発光層を有する。

反射電極１１ｃは、Ａｇ、Ａｌ等の反射率の高い材料からなる膜や、多層反射膜（ＤＢＲ膜）からなり、発光素子１１から発せられた光を光学部材１２側へ反射させることができる。電極１１ｄは、一方が結晶層１１ｂ中のｎ型層、他方が結晶層１１ｂ中のｐ型層に電気的に接続される。電極１１ｄのうちの結晶層１１ｂへ直接接続される電極は、高い反射率を有することが好ましい。

外部電極１１ｆは、実装基板等の実装対象の電極に接続される電極であり、結晶層１１ｂを覆う絶縁膜１１ｇの表面に形成される。発光装置１０が実装対象に実装された後、外部電極１１ｆは実装対象の表面に対してほぼ平行になる。電極１１ｄと外部電極１１ｆは、絶縁膜１１ｇを貫通する貫通電極１１ｅを介して接続される。

光学部材１２は、素子基板１１ａの結晶層１１ｂと反対側の面上に形成され、反射層１３に覆われる傾斜面１２ａと、発光素子１１から発せられて傾斜面１２ａ上の反射層１３により反射された光を取り出す光取出し面１２ｂを有する。光学部材１２は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等の透明樹脂、ガラス等の透明材料からなる。

また、光学部材１２は、ＳｉＯ_２等からなる光を散乱させるためのフィラーや、蛍光体粒子を含んでもよい。例えば、発光素子１１の発光色が青色であり、光学部材１２に含まれる蛍光体粒子の蛍光色が黄色である場合は、発光装置１０の発光色は白色になる。

光学部材１２の典型的な形状は、図１、２に示されるような、長手方向に垂直な断面が傾斜面１２ａ、光取出し面１２ｂ、外部電極１１ｆに平行な上面１２ｃ、及び底面で形成される台形になる形状である。また、光学部材１２は、傾斜角度の異なる複数の傾斜面１２ａを有してもよい。また、光学部材１２の傾斜面１２ａ、光取出し面１２ｂ、及び底面の典型的な形状は、長方形である。

反射層１３は、Ａｇ、Ａｌ等の反射率の高い材料からなる膜や、ＤＢＲ膜からなる。反射層１３は、光学部材１２の傾斜面１２ａ上に形成されるが、光取出し面１２ｂからの光取出し効率を向上させるため、傾斜面１２ａ、光取出し面１２ｂ、及び素子基板１１ａと接する底面を除く面（図２（ａ）、（ｂ）に示される例では、上面１２ｃ及び側面１２ｄ）上にも形成されることが好ましい。

光学部材１２及び反射層１３は、封止部材１４により封止されている。封止部材１４は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等の透明樹脂、ガラス等の透明材料からなる。封止部材１４は、光学部材１２の光取出し面１２ｂを覆うため、酸化チタン等の白色染料を含まず、透明である。

封止部材１４は、図１、２に示されるように、発光装置１０の外部電極１１ｆに対して平行（発光装置１０の実装対象の表面に対して平行）な面を有することが好ましい。封止部材１４が外部電極１１ｆに対して平行な面を有する場合、発光装置１０のハンドリングが容易になる。具体的には、例えば、吸着コレット等を用いた発光装置１０の実装が容易になる。

図３は、発光装置１０の変形例である発光装置２０の垂直断面図である。発光装置２０は、封止部材が光学部材１２の光取出し面１２ｂ上に形成されていない点において、発光装置１０と異なる。発光装置２０の封止部材２１は、光学部材１２の光取出し面１２ｂを覆わないため、透明である必要はない。

（発光装置の製造方法）
以下に、第１の実施の形態に係る発光装置１０の製造方法の一例について説明する。

まず、素子基板１１ａ上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等により、結晶層１１ｂを構成する結晶膜をエピタキシャル成長させる。

次に、成長させた結晶膜をエッチング等により加工して結晶層１１ｂを形成し、その後、反射電極１１ｃ、電極１１ｄ、絶縁膜１１ｇ、貫通電極１１ｅ、及び外部電極１１ｆを形成し、発光素子１１を得る。

次に、素子基板１１ａを結晶層１１ｂと反対側から研磨し、薄くする。

次に、素子基板１１ａを結晶層１１ｂと反対側の面上に、金型を用いたプレス成型等により、光学部材１２を形成する。

次に、光学部材１２の傾斜面１２ａを含む表面上に、蒸着法等により、反射層１３を形成する。

次に、プレス成型等により、封止部材１４を形成する。

次に、ダイシングにより素子基板１１ａ等を分割し、個々の発光装置１０を得る。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、発光装置に蛍光体層が含まれる点において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と共通する点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図４（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施の形態に係る発光装置３０ａ〜３０ｄの垂直断面図である。

発光装置３０ａ〜３０ｄは、蛍光体を含む蛍光体層３２を有する。蛍光体層３２は、発光装置３０ａ〜３０ｄの光学部材３１の光取出し面３２ｂ上に形成されており、発光装置３０ａ〜３０ｄの発光色は、発光素子１１の発光色と蛍光体層３２に含まれる蛍光体の蛍光色の混色になる。

蛍光体層３２は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等の透明樹脂、ガラス等の透明材料からなり、蛍光体粒子を含む。

発光装置３０ａ〜３０ｄの光学部材３１は、第１の実施の形態の発光装置１０の光学部材１２と同様に、素子基板１１ａの結晶層１１ｂと反対側の面上に形成され、反射層１３に覆われる傾斜面３１ａと、発光素子１１から発せられて傾斜面３１ａ上の反射層１３により反射された光を取り出す光取出し面３１ｂを有する。

また、光学部材３１は、第１の実施の形態の発光装置１０の光学部材１２と同様に、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等の透明樹脂、ガラス等の透明材料からなる。ただし、蛍光体層３２に蛍光体が含まれているため、光学部材３１が蛍光体を含む必要はない。

図４（ａ）、（ｂ）に示される発光素子３０ａ、３０ｂにおいては、光学部材３１の素子基板１１ａと接する底面以外の面上に蛍光体層３２が形成されている。発光素子３０ａにおいては、反射層１３上に蛍光体層３２が形成されており、発光素子３０ｂにおいては、光学部材３１と反射層１３との間に蛍光体層３２が形成されている。

図４（ｃ）、（ｄ）に示される発光素子３０ｃ、３０ｄにおいては、光学部材３１の光取出し面３１ｂ上にのみ、蛍光体層３２が形成されている。発光素子３０ｃにおいては、光取出し面３１ｂが透明な封止部材１４に覆われている。発光素子３０ｄにおいては、光取出し面３１ｂ上の蛍光体層３２が露出しているため、透明な必要のない封止部材２１が用いられている。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、光学部材が発光素子の素子基板の一部である点において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と共通する点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図５（ａ）、（ｂ）は、第３の実施の形態に係る発光装置４０ａ、４０ｂの垂直断面図である。

発光装置４０ａ、４０ｂは、素子基板領域４２と光学部材領域４３を有する基板４４を有する。素子基板領域４２は、第１の実施の形態の発光装置１０の素子基板１１ａに相当し、同様の形状及び機能を有する。光学部材領域４３は、発光装置１０の光学部材１２に相当し、同様の形状及び機能を有する。

発光装置４０ａ、４０ｂの有する発光素子４１の素子基板以外の構成は、発光装置１０の発光素子１１の構成と同じである。すなわち、発光素子１１の素子基板１１ａの代わりに基板４４の素子基板領域４２を用いたものが発光素子４１である。

基板４４は、サファイア基板、ＧａＮ基板等の透明基板を加工した基板である。基板４４は、少なくとも光学部材領域４３に、蛍光体粒子を含んでもよい。例えば、発光素子４１の発光色が青色であり、光学部材領域４３に含まれる蛍光体粒子の蛍光色が黄色である場合は、発光装置４０ａ、４０ｂの発光色は白色になる。

基板４４の光学部材領域４３は、発光装置１０の光学部材１２と同様に、反射層１３に覆われる傾斜面４３ａと、発光素子４１から発せられて傾斜面４３ａ上の反射層１３により反射された光を取り出す光取出し面４３ｂを有する。

図５（ａ）、（ｂ）に示される発光装置４０ａにおいては、光取出し面４３ｂが透明な封止部材１４に覆われている。発光装置４０ｂにおいては、光取出し面４３ｂが露出しているため、透明な必要のない封止部材２１が用いられている。

〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態は、光学部材が発光素子の素子基板の一部である点において、第２の実施の形態と異なる。なお、第２の実施の形態と共通する点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図６（ａ）〜（ｄ）は、第４の実施の形態に係る発光装置５０ａ〜５０ｄの垂直断面図である。

発光装置５０ａ〜５０ｄは、素子基板領域５２と光学部材領域５３を有する基板５４を有する。素子基板領域５２は、第２の実施の形態の発光装置３０ａ〜３０ｄの素子基板１１ａに相当し、同様の形状及び機能を有する。光学部材領域５３は、発光装置３０ａ〜３０ｄの光学部材３１に相当し、同様の形状及び機能を有する。

発光装置５０ａ〜５０ｄの有する発光素子５１の素子基板以外の構成は、発光装置３０ａ〜３０ｄの発光素子１１の構成と同じである。すなわち、発光素子１１の素子基板１１ａの代わりに基板５４の素子基板領域５２を用いたものが発光素子５１である。

基板５１は、サファイア基板、ＧａＮ基板等の透明基板を加工した基板である。なお、蛍光体層３２に蛍光体が含まれているため、基板５１が蛍光体を含む必要はない。

基板５４の光学部材領域５３は、発光装置３０ａ〜３０ｄの光学部材３１と同様に、反射層１３に覆われる傾斜面５３ａと、発光素子５１から発せられて傾斜面５３ａ上の反射層１３により反射された光を取り出す光取出し面５３ｂを有する。

図６（ａ）、（ｂ）に示される発光装置５０ａ、５０ｂにおいては、光学部材領域５３のすべての面上に蛍光体層３２が形成されている。発光装置５０ａにおいては、反射層１３上に蛍光体層３２が形成されており、発光装置５０ｂにおいては、光学部材領域５３と反射層１３との間に蛍光体層３２が形成されている。

図６（ｃ）、（ｄ）に示される発光装置５０ｃ、５０ｄにおいては、光学部材領域５３の光取出し面５３ｂ上にのみ、蛍光体層３２が形成されている。発光装置５０ｃにおいては、光取出し面５３ｂが透明な封止部材１４に覆われている。発光装置５０ｄにおいては、光取出し面５３ｂ上の蛍光体層３２が露出しているため、透明な必要のない封止部材２１が用いられている。

〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態は、発光装置が蛍光体を含まない点において、第１、３の実施の形態と異なる。なお、第１、３の実施の形態と共通する点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図７（ａ）、（ｂ）は、第５の実施の形態に係る発光装置６０ａ、６０ｂの垂直断面図である。

発光装置６０ａ、６０ｂは、蛍光体を含まない。このため、発光装置６０ａ、６０ｂの発光色は、発光素子１１の発光色と同じである。また、発光素子１１が樹脂硬化等に用いられるＵＶ光源である場合は、発光装置６０ａ、６０ｂから紫外光が発せられる。

発光装置６０ａの構成は、第１の実施の形態の発光装置１０の構成において、蛍光体を含む光学部材１２を、蛍光体を含まない光学部材３１で置き換えたものと等しい。また、発光装置２０の構成において、光学部材１２を光学部材３１で置き換えたものであってもよい。

発光装置６０ｂの構成は、第３の実施の形態の発光装置４０ａの構成において、蛍光体を含む基板４４を、蛍光体を含まない基板５４で置き換えたものと等しい。また、発光装置４０ｂの構成において、基板４４を基板５４で置き換えたものであってもよい。

〔第６の実施の形態〕
第６の実施の形態は、蛍光体が封止樹脂に含まれる点において、第１、３の実施の形態と異なる。なお、第１、３の実施の形態と共通する点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図８（ａ）、（ｂ）は、第６の実施の形態に係る発光装置７０ａ、７０ｂの垂直断面図である。

発光装置７０ａは、光学部材として、蛍光体を含まない光学部材３１を有し、封止部材として、蛍光体を含む封止部材７１を有する。すなわち、第１の実施の形態の発光装置１０の構成において、蛍光体を光学部材の代わりに封止部材に添加したものと同等の構成を有する。

発光装置７０ｂは、基板として、蛍光体を含まない基板５２を有し、封止部材として、蛍光体を含む封止部材７１を有する。すなわち、第３の実施の形態の発光装置４０ａの構成において、蛍光体を基板の代わりに封止部材に添加したものと同等の構成を有する。

蛍光体の封止部材７１への添加は、光学部材や基板への添加と比べて容易であり、製造コストを低減することができる。

〔第７の実施の形態〕
第７の実施の形態は、光学部材が外部電極と平行な上面を有しない点において、第１〜４の実施の形態と異なる。なお、第１〜４の実施の形態と共通する点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図９（ａ）、（ｂ）は、第７の実施の形態に係る発光装置８０ａ、８０ｂの垂直断面図である。

発光装置８０ａの構成は、第１の実施の形態の発光装置１０の構成において、外部電極１１ｆに平行な上面１２ｃを有する光学部材１２を、外部電極１１ｆに平行な上面を有しない光学部材８１で置き換えたものと等しい。また、発光装置２０の構成において、光学部材１２を光学部材８１で置き換えたものであってもよい。光学部材８１は、長手方向に垂直な断面が傾斜面８１ａ、光取出し面８２ｂ、及び底面で形成される三角形になる形状を有し、蛍光体を含む。

また、第２の実施の形態の発光装置３０ａ〜３０ｄにおいて、光学部材３１を外部電極１１ｆに平行な上面を有しない光学部材で置き換えてもよい。この光学部材は、光学部材８１と同じ形状を有し、蛍光体を含まない。

発光装置８０ｂの構成は、第３の実施の形態の発光装置４０ａの構成において、外部電極１１ｆに平行な上面を有する基板４４を、外部電極１１ｆに平行な上面を有しない基板８４で置き換えたものと等しい。また、発光装置４０ｂの構成において、基板４４を基板８４で置き換えたものであってもよい。基板８４は、素子基板領域８２及び光学部材領域８３を有する。素子基板領域８２は、発光素子８５の素子基板として機能する。光学部材領域８３は、長手方向に垂直な断面が傾斜面８３ａ、光取出し面８３ｂ、及び底面で形成される三角形になる形状を有する。

また、第４の実施の形態の発光装置５０ａ〜５０ｄにおいて、基板５４を外部電極１１ｆに平行な上面を有しない基板で置き換えてもよい。この基板は、基板８３と同じ形状を有し、蛍光体を含まない。

（実施の形態の効果）
上記第１〜７実施の形態に係る発光装置においては、発光素子から発せられた光を水平方向に取り出すための、光学部材、反射層等から構成される機構の平面サイズを、発光素子の平面サイズとほぼ等しくすることができる。このため、発光素子の平面サイズに対する発光装置の平面サイズが小さく、発光素子の発光効率を低下させることなく発光装置を小型化することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。例えば、蛍光体を含む光学部材（光学部材領域）、蛍光体を含む封止部材、及び蛍光体層のうちの２つ以上を組み合わせて用いてもよい。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１０、２０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、６０ａ、６０ｂ、７０ａ、７０ｂ、８０ａ、８０ｂ 発光装置
１１、４１ 発光素子
１１ａ 素子基板
１２、３１ 光学部材
１２ａ、３１ａ 傾斜面
１２ｂ、３１ｂ 光取出し面
１３ 反射層
１４、２１ 封止部材
３２ 蛍光体層
４２、５２、８２ 素子基板領域
４３、５３、８３ 光学部材領域
４３ａ、５３ａ 傾斜面
４３ｂ、５３ｂ 光取出し面
４４、５４、８４ 基板

Claims (7)

1. 素子基板、前記素子基板上の結晶層、及び前記結晶層に電気的に接続された外部電極を有する、フリップチップ型の発光素子と、
   前記発光素子の前記素子基板側に形成された、前記外部電極に対して傾斜した傾斜面を有する光学部材と、
   前記光学部材の前記傾斜面上に形成された反射層と、
   を有し、
   前記発光素子から発せられて前記光学部材に進入した光が、前記反射層に反射され、前記光学部材の光取出し面から取り出される、発光装置。
2. 前記光学部材及び前記反射層が、前記外部電極に対して平行な面を有する封止部材に封止された、
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記封止部材が透明であり、
   前記光取出し面が前記封止部材に覆われた、
   請求項２に記載の発光装置。
4. 前記封止部材が蛍光体を含む、
   請求項３に記載の発光装置。
5. 前記光学部材が蛍光体を含む、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記光取出し面上に、蛍光体を含む蛍光体層が形成された、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記光学部材が前記素子基板の一部である、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。

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