JP4735794B2 - Light emitting module - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、化合物半導体からなる発光素子チップを用いた発光モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平11−191641号公報
【0003】
半導体発光素子は、AlGaInPやInAlGaNなどを基本材料とする高輝度タイプのものが開発されてきたが、材料及び素子構造の長年にわたる進歩の結果、素子内部における光電変換効率が理論上の限界に次第に近づきつつある。従って、一層高輝度の素子を得ようとした場合、素子からの光取出し効率が極めて重要となる。光取出し効率を高めるために、一般的に採用されている方法として、発光素子チップの周囲を屈折率の高い樹脂によりモールドする手法を例示できる。発光素子チップを構成する化合物半導体の屈折率は一般に高く、チップ外側が屈折率の小さい空気で満たされていると、発光光束がチップ表面で全反射してチップ内に戻る臨界角が減少し、光取出し効率が低下する。しかし、エポキシ樹脂などの高屈折材料でチップを覆っておくと、発光素子チップとの屈折率差が縮小するので臨界角が大きくなり、光取出し効率を高めることができる。この樹脂モールドは、発光素子チップの大気中水分などとの反応による劣化から保護するパッシベーション層として機能も果たす。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エポキシ樹脂によるモールドには、次のような問題点がある。
▲1▼エポキシ樹脂は熱硬化性樹脂であり、硬化処理(キュアリング)に伴う収縮が著しい。その結果、モールド時に樹脂収縮による大きな応力が発光素子チップに付加され、発光層部の劣化を招きやすい。また、発光素子チップの電極に接続される通電用リードの断線や接触不良などの不具合も生じやすい。
▲2▼発光素子チップからの発光光束には、所望とする波長の可視光成分以外に、少なからぬ紫外線成分が含まれている。特に、青色系や緑色系などの短波長域の発光素子チップの場合、含まれる紫外線量も多くなる。エポキシ樹脂の架橋収縮は紫外線の照射により進行しやすく、また結晶化などの変質も進みやすい。前者の場合、樹脂収縮がさらに進行して▲1▼の不具合が助長されやすくなる。また、後者の場合は、樹脂の透明性が失われ、光取出効率の劣化につながる。
▲3▼エポキシ樹脂は透水性が比較的大きく、使用環境中に含まれる湿度水分等が経時的に浸透し、発光素子チップの劣化を招くことがある。
【0005】
▲4▼従来の発光素子は、発光層部の一方の主表面をメインの光取出面として使用するため、光取出面側に光束の分布が偏った指向性の強いものが一般的である。これは、表示用デバイス等として使用する場合は好都合であるが、例えば近年検討が進んでいる照明用デバイスの用途においては、均一で自然な照明効果が得にくい難点がある。この場合、樹脂モールドの厚さを増加させて発光光束の分散性を高め、強すぎる指向性を和らげることが考えられる。また、モールド厚さを増加させることは、上記▲3▼の水分浸透の影響を遅らせる観点においても、一見有利に作用するように思われる。しかし、モールド厚さが過度に増加すると、発光素子チップに付加される樹脂の収縮応力が増幅され、▲1▼の不具合が助長されやすくなる。また、▲2▼の不具合の原因となる紫外線による樹脂変質は、発光素子チップの近傍から先に進行するため、チップ周辺部分で劣化が進行すれば、モールドの残余の部分が健全であっても素子としては使い物にならなくなる。このような事情から、エポキシ樹脂によるモールド厚さを大きく増加させても、それに見合った効果が期待できないばかりか、樹脂収縮応力の増大など弊害が却って大きくなるため好ましくない。
▲5▼照明用等には大形の大電流型のチップを使用する必要があるが、発光時の発熱が大きい。しかし、小体積の樹脂モールドでは放熱効果はあまり期待できず、素子チップに随伴したヒートシンク構造を考慮しなければならないので、発光モジュール全体の構造が複雑化し、コストアップにつながる。
【0006】
本発明の課題は、発光素子チップを覆うモールドの経時劣化を大幅に抑制でき、また、モールド厚さを増大させても収縮応力等の影響がほとんど生じず放熱性に優れ、ひいては、良好な光取出し効率を長期にわたって安定に維持できるとともに、発光光束の分散性を高めることができ、ひいては照明用等として好適な性能を有した発光モジュールを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の発光モジュールは、
化合物半導体層の積層体からなる発光層部を有した発光素子チップと、
発光層部からの発光光束に対して透光性を有するとともに、発光素子チップと直接接する形で該発光素子チップの周囲空間を覆う液状モールド媒体と、
発光層部からの発光光束に対して透光性を有する固体材料からなり、液状モールド媒体を発光素子チップとともに収容・密封する透光性殻体と、
を有し、
液状モールド媒体は液状有機化合物を主体とし、
液状モールド媒体の屈折率が1.3以上に設定され、
液状モールド媒体をなす液状有機化合物がテトラブロモエタンであり、
透光性殻体は、少なくとも最外層部が液状モールド媒体と空気との中間の屈折率を有する中間屈折率材料にて構成されてなり、
液状モールド媒体と、透光性殻体の該液状モールド媒体と接する内層部とがいずれも屈折率が1.45以上の材料からなり、他方、透光性殻体の最外層部が屈折率1.45未満のフッ素樹脂からなることを特徴とする。
【0008】
上記本発明の発光モジュールにおいては、発光素子チップの周囲空間を、液状有機化合物を主体とする液状モールド媒体にて覆うようにした。透光性殻体は、この液状モールド媒体の収容容器として機能する。これにより、エポキシ樹脂のような固形モールド材料を用いる従来の発光素子モジュールの欠点を、以下のように、ことごとく解決することができる。
▲1▼モールド媒体が液状であるため、媒体収縮による発光素子チップへの応力付加が本質的に生じない。また、媒体の体積膨張等に伴う圧縮応力が生じることはあるが、媒体が液状であるため、発光素子チップに伝わる応力は等方的であり、発光層部の劣化等につながる影響をほとんど生じない。また、発光素子チップの電極に接続される通電用リードの断線や接触不良などの不具合も極めて生じにくくなる。
▲2▼発光素子チップからの紫外線成分の照射を受けた場合、液状モールド媒体の変質が生じうるものの、媒体自体が液状のため、応力付加等の不具合助長につながる惧れがない。
【0009】
▲3▼モールド媒体が液状であるため、モールドの体積を大きくしても発光素子チップへの応力増加等にはつながらない。従って、発光光束の分散性が高められ、照明用等に好適な指向性の小さい配向特性を容易に得ることができる。また、モールド媒体の厚さが増加するので、使用環境中に含まれる湿度水分等の浸透が発光素子チップに到達するのを遅らせることができ、耐久性を増すことができる。
▲4▼媒体が液状なので変質部分が拡散や対流により速やかに流動して発光素子チップの近傍に留まらず、透明性喪失などの劣化が進行しにくい。特に、発光素子チップの通電による発熱が生ずると、液状モールド媒体の対流が促進され、発光素子チップ近傍における変質した媒体の置換がより進むため、上記効果が高められる。従って、モールド媒体の体積を増加させた場合、劣化部分の発光素子チップへの局所化が生じず、体積増加に見合った効果の持続を期待できる。
▲5▼液状モールド媒体の対流流動により放熱効果を促進でき、照明用等に大形の大電流型チップを使用した場合においても、複雑なヒートシンク構造を考慮する必要がなくなり、安価に素子モジュールを構成できる。この効果は、液状モールド媒体の体積を増加させるほど著しくなる。
【0010】
液状モールド媒体は、屈折率のなるべく大きいものを採用することが、全反射臨界角増加、ひいては発光素子チップからの光取出し効率を向上させる観点において望ましい。例えば、屈折率が1.3以上、望ましくは1.4以上の材質を採用すれば、従来のエポキシ樹脂並か、あるいはそれ以上の光取出効率を実現できる。
【0011】
また、液状モールド媒体が備えているべき望ましい特性として、次のような項目が挙げられる。
(1)発光光束に対する透明性に優れていること。
(2)発光素子チップに対する腐食等を生じにくい不活性なものであること。
(3)水分含有率がなるべく低く、また、水分の浸透を生じにくい材質であること(この観点で、液状モールド媒体は液状有機化合物を主体とするものを用いることが望ましい)。
(4)絶縁性に優れていること。
(5)揮発性が小さく、引火・燃焼等を生じにくい材質であること。
【0012】
上記のような特性を充足する液状モールド媒体をなす液状有機化合物としては、例えばシリコーンオイルを例示することができる。シリコーンオイルは、一般式が下記分子式にて表される化合物であり、ジアルキルジクロロシランを主成分とし、末端用にトリアルキルモノクロロシランを加えた原料を加水分解により縮重合して得られる直鎖状分子である。
【0013】
【化1】
【0014】
R1,R2はメチル基、フェニル基、水素などであり、ジクロロ体のモノクロロ体に対する比を増加させることで重合度nが増加し、粘性の高いシリコーンオイルとなる。なお、対流効果を高めたい場合には、粘性のなるべく小さいものを使用することが望ましい(例えば、25℃での粘度が1000cSt以下)。シリコーンオイルには多数の市販品があり、屈折率は1.3以上1.6以下の範囲で選択できる。例えばジメチルシリコーンオイル(屈折率:1.3以上1.4以下)の市販品としてKF96(信越化学工業(株)製)、メチルフェニルシリコーンオイル(屈折率:1.4以上1.5以下)の市販品としてKF50、KF54(信越化学工業(株)製)、メチルハイドロジェンシリコーンオイル(屈折率:1.3以上1.4以下)の市販品としてKF99(信越化学工業(株)製)などを例示できる。特に、R1、R2のメチル基の一部をフェニル基で置き換えたメチルフェニルシリコーンオイルは、高屈折率であり、また、耐熱性や耐酸化性にも優れているので、本発明に好適に採用できる。
【0015】
また、より高屈折率の液状モールド媒体(例えば屈折率1.6以上)としては、テトラブロモエタン(特に1,1,2,2−テトラブロモエタン:四臭化アセチレンともいう)を本発明に好適に採用できる。室温での屈折率は1.64であり、透光性も高い。また、比重が2.96と大きく、放熱特性にも優れる。他方、特開2002−53839号公報に開示されている、液状有機化合物にハロゲン化アンチモンを溶解させたものも、屈折率1.6以上の高屈折率を有する液状モールド媒体として用いることができる。
【0016】
また、液状有機化合物中に該液状有機化合物よりも高屈折率の粒子を懸濁させた複合媒体を用いると、より高屈折率の液状モールド媒体を得ることができる。液状有機化合物としては、上記のシリコーンオイルやテトラブロモエタンなどを使用できる。また、高屈折率の粒子としては、Si3N4(屈折率:2.1)、BN(屈折率:2.0)、AlN(屈折率:2.2)、Al2O3(屈折率:1.8)、TiO2(屈折率:2.5)、ZrO2、Si(屈折率:3.5)、Ge(屈折率:4.0)、Sb2S3(屈折率:4.5)、SiC(屈折率:3.2)などを採用でき、コロイド粒子として液状有機化合物中に分散させておくと、高屈折率と高い透光性とを両立できるので好ましい。この場合、粒子の平均粒径:1μm以下とするのがよく、より望ましくは、発光層部からの発光光束の中心波長よりも小粒径(特に一次粒子の平均粒径にて2〜100nm)とすることで、散乱による透光性低下を顕著に抑制することができる。なお、屈折率向上効果とコロイド懸濁状態維持とを両立させる観点から、液状モールド媒体における高屈折率の粒子の含有率は5体積%以上20体積%以下とするのがよい。なお、良好な懸濁状態を得るために適当な分散剤(ヘキサメタリン酸ナトリウム、縮合ナフタレンスルホン酸ナトリウム、種々の界面活性剤など)を添加することが可能である。
【0017】
また、透光性殻体は、少なくとも最外層部が液状モールド媒体と空気との中間の屈折率を有する中間屈折率材料にて構成することができる。上記のような中間屈折率の層を有する透光性殻体を用いれば、液状モールド媒体の側から透光性殻体の周囲の空気層に向けて屈折率を漸減させることができる。これにより、発光光束が全反射により透光性殻体の内側に戻る現象が抑制でき、透光性殻体外への光取出し効率の向上により、より高輝度の発光モジュールが実現する。
【0018】
この場合、透光性殻体の全体を上記のごとき中間屈折率の層として構成することができる。例えば、テトラブロモエタンや、高屈折材料粒子の懸濁により屈折率を1.6以上に高めた液状モールド媒体を用いる場合、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、スチレン樹脂など、屈折率が1.45以上1.55以下の周知の透明樹脂材料にて透光性殻体を構成すれば、光取出し効率の向上を図ることができる。他方、メチルフェニルシリコーンオイルなど、屈折率が1.45以上1.55以下の液状モールド媒体を用いる場合は、これと同等の屈折率を有する上記の透明樹脂材料にて透光性殻体を構成すると、液状モールド媒体から透光性殻体側への屈折率の減少効果がほとんどないため、光取出し効率の向上はあまり見込めない。そこで、液状モールド媒体と、透光性殻体の該液状モールド媒体と接する内層部とがいずれも屈折率が1.45以上の材料からなる場合、透光性殻体の最外層部を屈折率1.45未満のフッ素樹脂にて構成すると、光取出し効率を高めることができる。フッ素樹脂は、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、4‐フルオロエチレン‐6‐フルオロプロピレン共重合体、4‐フルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、4‐フルオロエチレン‐エチレン共重合体、ポリビニルフルオライド、フルオロエチレン‐炭化水素系ビニルエーテル共重合体などを主体とする市販のものを使用できる。
【0019】
また、液状モールド媒体は、発光層部からの発光光束を受けて該発光光束とピーク波長の異なる蛍光を発する蛍光材料を含有するものとして構成することができる。これにより、液状モールド媒体を発光媒体としても利用でき、蛍光材料の材質や配合比の調整により、照明光等に適した種々の発光スペクトルを容易に設計できる。また、液状モールド媒体の全体が略一様に発光するため、発光光束の分散効果が著しく、ひいては照明に適した指向性の小さい発光モジュールが実現する。この場合、発光素子チップの発光層部は、蛍光励起に適した光源波長を有している必要があり、近紫外から紫色ないし青色領域(ピーク波長:300nm以上470nm以下)の発光が可能な発光層部、具体的には活性層がInAlGaNあるいはMgZnOにて構成されたダブルへテロ構造の発光層部を採用することが望ましい。
【0020】
また、使用する蛍光材料は、例えば固体蛍光材料の粒子の形で液状有機材料中に懸濁させることができる(前述のコロイド粒子と同様の平均粒径設定が望ましく、また、分散剤の使用が可能である)。白色光を発光させたい場合は、蛍光ランプ等にて使用されている公知の蛍光体材料、例えばハロリン酸カルシウム(3Ca3(PO4)2・CaFCl/Sb,Mn)を使用でき、例えばFとCl,SbとMnのそれぞれの量を調整することにより、種々の色温度の白色光を得ることができる。なお、赤・緑・青(RGB)の3波長領域での幅の狭い発光を組み合わせれば、より演色性の優れた照明を実現できる。この場合、各色の蛍光体を混ぜて使うことになるが、代表的なものとして、例えばY2O3:Eu3+(R:中心波長611nm)、CeMgAl11O19:Tb3+(G:中心波長543nm)、BaMg2Al16O27:Eu2+(B:中心波長452nm)の組合せがある。
【0021】
なお、種々の目的である程度の指向性を有した光源を得たい場合は、次のような構造を採用するとよい。すなわち、透光性殻体の壁部の、内面の一部領域を光取出壁部として使用し、内面の残余の領域に発光光束を反射させる反射層を設け、発光層部から光取出壁部に向かう直接光束に、反射層による反射光を重畳して取り出す。このようにすると、発光素子チップから液状モールド媒体側への光取出し効率を高めることができ、その高効率にて取り出された発光光束を、反射光を重畳させつつ光取出壁部から高強度にて照出することができる。
【0022】
発光素子チップは発光駆動用の電極を有し、該電極から通電用の端子リード部が延出形成された構造とすることができる。この場合、液状モールド媒体は、発光素子チップとともに端子リード部の電極との接続側端部を覆う形で配置することができる。これによると、延出した端子リード部の長さにより発光素子チップを、透光性殻体内部の光取出に有利な最適の位置に容易に位置決めすることができる。また、発光素子チップと端子リード部とが流動性の高い液状モールド媒体により覆われるので、両者の結合部分に不要な圧力等がかかりにくく、断線等の不具合も生じにくい。
【0023】
透光性殻体の壁部は、その形状の工夫により発光光束の内部全反射の抑制を図ることができる。具体的には、発光素子チップの光取出面に臨む壁部を、発光素子チップからみて外向きに凸な形態に湾曲した凸湾曲壁部とすることが、壁部各位置での接線に対する発光光束の入射角を大きくでき、上記の内部全反射を効果的に抑制できる。例えば、発光素子チップの第一主表面を主な光取出面として用いる場合、透光性殻体の壁部の、該第一主表面を延長した第一仮想平面に対向する部分の少なくとも一部を、該発光素子チップからみて外向きに凸な形態に湾曲した凸湾曲壁部としておけば、透光性殻体外への光取出し効率を向上することができる。また、透光性殻体の壁部は、発光素子チップの周側面を延長した仮想直柱体面に対向する部分の少なくとも一部を、発光素子チップから見て外向きに凸な形態に湾曲した凸湾曲壁部とすることで、発光素子チップの周側面からの発光光束を、透光性殻体の外部により効果的に取り出すことができる。さらに、透光性殻体の壁部を、発光素子チップの第二主表面を延長した第二仮想平面に対向する部分の少なくとも一部が、発光素子チップから見て外向きに凸な形態に湾曲した凸湾曲壁部としておけば、第二主表面側からの発光光束も、透光性殻体の外部に効果的に取り出すことができる。これらの要件を全て満たす透光性殻体の形状は、例えば、全体が球状、卵状又はナツメ状に形成されたものである。
【0024】
発光素子チップは、発光層部からの発光光束に対して透光性を有する透光性基板を有し、該透光性基板の第一主表面が光取出面とされるとともに、該透光性基板の第二主表面上に発光層部よりもシート抵抗の低い高導電率層が形成され、その高導電率層上に発光層部が形成されてなり、発光層部の第二主表面側に電極としての第一電極が配置され、他方該発光層部の一部領域を切り欠く形で高導電率層の露出部が形成され、その露出部に電極としての第二電極が配置された構造とすることができる。端子リード部は、それら第一電極及び第二電極からそれぞれ、透光性基板の第一主表面から離間する向きに延出形成することができる。このようにすると、遮光体として作用する電極が発光素子チップの第二主表面側に集められ、端子リード部もその第二主表面側から延出する構成となるので、第一主表面側から発光を遮るものが排除され、光取出し効率を高める上でより有利な構造が実現する。
【0025】
この場合、透光性殻体に開口を形成し、該開口を封止する形で端子モールド部を配置することができる。端子リード部は該端子モールド部を貫く形で配置されるとともにその第一端部が透光性殻体の内部空間に延出し、その先端に発光素子チップが接続される一方、第二端部は透光性殻体の外に位置することにより、発光素子チップへの電源供給端子を形成するものとして構成できる。このようにすると、端子リード部の保護を図る端子モールド部に、内部が液状モールド媒体で満たされた透光性殻体のシール部材を兼用させることができ、素子モジュールのコンパクト化を図ることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の発光モジュールを用いた照明装置の一例を示すものである。該照明装置1は電燈形態に構成され、電球状の発光モジュール64を有する。図2は、その発光モジュール64の詳細を示すものであり、化合物半導体層の積層体からなる発光層部24を有した発光素子チップ20と、該発光素子チップ20と直接接する形で該発光素子チップ20の周囲空間を覆う液状モールド媒体30と、該液状モールド媒体30を発光素子チップ20とともに収容・密封する透光性殻体65とを有する。液状モールド媒体30は、液状有機化合物を主体とし、発光層部24からの発光光束LBに対して透光性を有するものが使用される。また、透光性殻体65は、発光層部24からの発光光束LBに対して透光性を有する固体材料からなるものである。
【0027】
図3に示すように、発光素子チップ20は、発光層部24からの発光光束LBに対して透光性を有する透光性基板7を有し、該透光性基板7の第一主表面MS1が光取出面とされる。また、透光性基板7の第二主表面MS2上には、発光層部24よりもシート抵抗の低い高導電率層8が形成され、その高導電率層8上に発光層部24が形成されている。
【0028】
本実施形態においては、図1、図2に示すごとく、発光モジュール64内に青色(B)、緑色(G)及び赤色(R)にてそれぞれ発光する3つの発光素子チップ20が設けられ、各チップからの発光光束を混合することにより白色ないしそれに近い照明用光を発生させるようにしている。図3に示すように、いずれの発光素子チップ20も発光層部24は、内部量子効率を高めるために、n型にドーピングされたn型クラッド層4と、p型にドーピングされたp型クラッド層6とにより、ノンドープの活性層5を挟んだダブルへテロ構造が採用されている。青色系光源用の発光層部はInaGabAl1−a−bN(0≦a≦1,0≦b≦1,a+b≦1:以下、InGaAlNとも記載する)にて構成されている。この素子は、混晶比a,bの設定により、360nm以上560nm以下の範囲で、高強度を維持しつつ発光波長を容易に調整することができる。他方、緑色系光源用及び赤色系光源用の発光層部は、ダブルへテロ発光層部が(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1:以下、AlGaInPとも記載する)にて構成された素子とすることができる。この素子は、混晶比x,yの設定により、520nm以上670nm以下の範囲で、高強度を維持しつつ発光波長を容易に調整することができる。これらの発光層部の構成はいずれも周知であるため、詳細な説明は省略する。
【0029】
なお、透光性基板7は、InGaAlN系の発光層部を有する発光素子チップについては、発光層部24をMOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)により成長する際の成長用基板であるサファイア基板を流用できる。他方、AlGaInP系の発光層部を有する発光素子チップについては、成長用の基板が透明性の低いGaAs基板が用いられる関係上、これをエッチング等により除去して、透光性基板7(材質は特に限定されず、サファイア基板やGaP基板のほか、ガラス基板等の使用も可能である)を貼り合せる構成を採用できる。また、高導電率層8は、クラッド層6よりもハイドープの化合物半導体層(例えば、クラッド層6と同一混晶比のもの)にて形成することができる。
【0030】
図3に示すように、発光層部24のn型クラッド層4側には、Au等からなる第一電極9が配置され、他方該発光層部24の一部領域を切り欠く形で高導電率層8の露出部が形成され、その露出部にAu等からなる第二電極15が配置されている(露出部は、周知のフォトリソグラフィー技術により形成できる)。端子リード部31,33は、それら第一電極9及び第二電極15からそれぞれ、透光性基板7の第一主表面MS1から離間する向きに延出形成されている。従って、液状モールド媒体30は、発光素子チップ20とともに端子リード部31,33の電極9,15との接続側端部も覆うものとなっている。本実施形態では、端子リード部31及び33の先端に、リード本体よりも径大の電極面に対向する接続ベース32,34がそれぞれ一体に設けられ、銀ペースト層などの導電層25,26を介して第一電極9及び第二電極15とそれぞれ接続されている。端子リード部31及び33は、例えばFe−42質量%Ni合金などのFe−Ni合金にて構成されている。
【0031】
なお、発光素子チップ20は、図26に示すようにシリコン基板やGaAs基板などの導電性基板7’上に発光層部24を形成し、さらに該発光層部24上に電流拡散層2(発光層部24がAlGaInPの場合はGaPやAlGaAsなど)を形成し、該電流拡散層2の一部領域を第一電極9にて覆った構造としてもよい。この場合、金属ステージ53上に、Agペースト等の金属導体ペースト3を介して発光素子チップ20の導電性基板7’側を接続する。金属導体ステージ53の発光素子チップ20との接続面は凹面状に形成され、光取出の指向性が高められている。また、第一電極9は、導体金具51に金属リード9aにより接続されている。前述の端子リード部31,33は、金属ステージ53及び導体金具51にそれぞれ結合されている。
【0032】
図2に戻り、液状モールド媒体30は、発光光束LBに対する透明性を有し、発光素子チップ20(及び端子リード部31及び33)に対する腐食等を生じにくく、絶縁性及び耐水性の高い液状有機化合物、例えばシリコーンオイル(特に、メチルフェニルシリコーンオイル(屈折率1.4〜1.5))にて構成される。また、屈折率1.6以上のより高屈折率の液状モールド媒体として、テトラブロモエタン(四臭化アセチレンともいう)を用いることもできる。
【0033】
また、図5に示すように、シリコーンオイルやテトラブロモエタンなどの液状有機化合物30a中に該液状有機化合物30aよりも屈折率が高い高屈折率粒子170を懸濁させた複合媒体を液状モールド媒体30として用いることもできる。高屈折率粒子170は、例えばSi3N4、BN、AlN、Al2O3、TiO2、ZrO2、Si、Ge、Sb2S3あるいはSiCから選ばれる1種又は2種以上で構成でき、粒子の平均粒径は1μm以下、特に、発光層部24からの発光光束LBの中心波長よりも小粒径(特に一次粒子の平均粒径にて2〜100nm)とすることで、散乱による透光性低下を顕著に抑制することができる。液状モールド媒体30における高屈折率粒子170の含有率は5体積%以上20体積%以下とする。
【0034】
図2に戻り、透光性殻体65は、アクリル樹脂等の透光性を有する樹脂(あるいはガラスでもよい)からなる基質65mが主体となる中空成形体である。基質65m中に気泡やガラスあるいはセラミックよりなる光散乱粒子65sを分散配合しておくか、あるいは内面をすりガラス状の面粗し部としておくことにより、光分散効果、ひいては各発光素子チップ20からの光の混合効果を高めることができる。なお、透光性殻体65の基質65mの代わりに(あるいは、該基質65とともに)、液状モールド媒体30中に光散乱粒子を分散させておくこともできる。
【0035】
なお、図27の発光モジュール364のように、透光性殻体65の壁部の、内面の一部領域を光取出壁部65jとして使用し、内面の残余の領域に発光光束LBを反射させる反射層65rを設けることもできる。これにより、発光層部24から光取出壁部65jに向かう直接光束LBに、反射層65rによる反射光RBを重畳して取り出すことができる。反射層65rは、Al、AgあるいはAuなどを主体とする金属膜として構成することができるほか、屈折率の相違する酸化物層あるいは透明樹脂層を交互にないし周期的に積層した多重反射膜あるいはDBR(Distributed Bragg Reflector)膜にて構成することも可能である。また、図27においては、反射層65rを透光性殻体65の壁部内面に設けているが、外面に形成することも可能である(この場合、発光層部24からの発光光束は、透光性殻体65の壁部を経由して反射層65rで反射されることになる)。さらに、図28の発光モジュール464のように、透光性殻体65の壁部を金属壁部265にて置き換え、該金属壁部265の内面を反射面として利用する形態も可能である。この場合、該金属壁部は放熱板の役割も果たし、冷却効果が高められる。
【0036】
透光性殻体65は開口65qを有し、該開口65qを封止する形で端子モールド部161が配置されている。端子リード部31,33は端子モールド部161を貫く形で配置され、第一端部が透光性殻体65の内部空間に延出し、その先端に発光素子チップ20が接続される一方、第二端部は透光性殻体65の外に位置することにより、発光素子チップ20への電源供給端子131,132を形成している。
【0037】
透光性殻体65の形状は、殻体壁部内面又は外面での全反射による光束の戻りを生じにくくするため、発光素子チップ20の光取出面に臨む壁部を、発光素子チップ20からみて外向きに凸な形態に湾曲した凸湾曲壁部を有するものとしている。図25に示すごとく、この実施形態では、発光素子チップ20の第一主表面MP1、第二主表面MP2及び周側面PPがいずれも光取出面とされている。透光性殻体65は発光素子チップ20を取り囲む球状の壁部を有している。これは、幾何学的には、次のような条件を充足するものとなっている。すなわち、該第一主表面MP1を延長した第一仮想平面VP1に対向する部分W1、周側面PPを延長した仮想直柱体面VP2に対向する部分W2、及び第二主表面MP2を延長した第二仮想平面VP3に対向する部分W3(開口65qに臨む位置には当然、壁部は存在しない)が、いずれも、発光素子チップ20から見て外向きに凸な形態に湾曲した凸湾曲壁部とされている(なお、部分W1,W2,W3は、部分的に互いに重なり合っている)。これらの要件を全て満たす透光性殻体65の形状は、図18に示すような球状形態のほか、図19に示す卵状形態(あるいは回転楕円体状形態)、さらには図20に示すナツメ状形態を例示できる。
【0038】
また、図21に示すように、透光性殻体65は多面体状に形成することもできるし、図22に示すように円筒状に形成することもできる。図22では、発光素子チップ20の周側面PPの延長に臨む部分だけが凸湾曲壁部(円筒面状壁部)として形成されていると見ることもできる。
【0039】
図2に戻り、端子モールド部161は、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂により円柱状に形成され、端子リード部31,33と射出成形(インサート成形)により一体化されている。また、透光性殻体65は射出成形ないしブロー成形により形成され、短尺筒状の開口リブ65tが本体部から延出した形態を有する。開口リブ65tの先端には前記の開口65qが形成されるとともに、金属製の筒状の端子ケース66が外周面に一体化されている。また、端子モールド部161と開口リブ65tとの間には、透光性殻体65内部の液状モールド媒体30の液漏れを防ぐための、ゴム等からなるリング状のシール部材163が配置されている。また、端子ケース66の後端部162cは、端子モールド部161の後端面に向けて内向きに加締められている。
【0040】
本実施形態においては、シール部材163は、端子モールド部161の前端面外周縁部を切り欠く形で形成されたシール収容溝161g内に配置されている。また、端子モールド部161の後端面外周縁にもシール収容溝161gが形成され、同様のシール部材163が配置されている。また、シール部材163に対応する位置にて端子ケース66の外周面には、周方向の加締め部162a,162bが形成されている。また、端子モールド部161の内部には、各発光素子チップ20への印加電圧を調整するための調整抵抗21が埋設されている。さらに、透光性殻体65の内部空間に面するシール部材163の前端面には、液状モールド媒体30の体積膨張を吸収するための吸収空間161hが開口形成されている。
【0041】
なお、透光性殻体65を、シリコーンゴムなどの透光性を有する弾性体で構成することもできる。このような弾性体で透光性殻体65を構成すると、液状モールド媒体30の体積膨張を透光性殻体65自体の弾性変形により吸収することができる。
【0042】
発光モジュール64の組み立ては以下のようにする。すなわち、端子ケース66を一体成形した透光性殻体65の内部に、開口65qから液状モールド媒体30を注ぎ入れる。他方、端子モールド部161(シール部材163はシール収容溝161gに予め嵌め込んでおけばよい)が一体化された端子リード部31,33及び発光素子チップ20の組み立てアセンブリを用意し、発光素子チップ20を液状モールド媒体30内に浸漬しつつ、端子モールド部161を端子ケース66の内側に挿入する。そして、端子ケース66の後端部162cを端子モールド部161の後端面に向けて加締めるとともに、周方向の加締め部162a,162bを形成し、透光性殻体65の内部を密封すれば組み立ては完了する。
【0043】
図1に戻り、照明装置1は本体ケース73を有し、該本体ケース73に取付凹部133aを有する光源ソケット133が設けられている。発光モジュール64は端子ケース66にて光源ソケット133の取付凹部133aに挿入され、その底面に設けられた雌コネクタ状の駆動電圧出力端子231,232に電源供給端子131,132がそれぞれ差し込まれて装着される。駆動電圧出力端子231,232は、電力供給部70の基板に接続され、さらに電力供給部70への電力供給線134aが、周知のスイッチボックス72を経て、電源プラグ135を有した電源コード134に接続されている。
【0044】
図4は、電力供給部70に回路図の一例であり、電源部101からの出力電圧を発光素子駆動電圧に変換する電圧変換部99,121を有する。本実施形態において、電源部は商用交流電源101であり、電圧変換部は、該商用交流電源を直流電圧に変換するAC/DCコンバータ99を有する。AC/DCコンバータ99は、電源プラグ135にて商用交流電源101のコンセントに接続される。AC/DCコンバータ99は、商用交流電源101の電源電圧(例えば100V)を所定の電圧(例えば5〜15V)に降圧するトランス140と、降圧後の交流を整流するダイオードブリッジからなる整流部141を有する。整流部141による整流波形は、コンデンサ142にて平滑化された後、各発光素子チップ20の駆動安定化電源回路121に分配入力される。駆動安定化電源回路121は、レギュレータIC122(コンデンサ123,124は発振防止用である)を有し、AC/DCコンバータ99からの入力電圧を、各発光素子チップ20に適した直流駆動電圧に変換して、アノード側駆動電圧出力端子131に出力する。なお、3つの発光素子チップ20の共通化されたカソード端子63は、接地側駆動電圧出力端子132を介して接地線Gに接続される。
【0045】
図1の照明装置1の動作は以下の通りである。電源プラグ135を商用交流コンセントに差し込めば、電力供給部70を介して発光モジュール64の光源モジュール50に給電され、所期のスペクトルの照明光にて電燈263を点灯することができる。なお、操作部74によりスイッチボックス72を操作すれば、光源モジュール50への給電がON/OFFされ、照明装置1の点灯/消灯を簡単に行なうことができる。
【0046】
そして、本発明の発光モジュール64を用いることにより、以下のような効果が達成される。すなわち、図2に示すごとく、発光素子チップ20の周囲空間が、従来の発光モジュールのような固形のモールド樹脂ではなく、液状モールド媒体30にて覆われている。モールド媒体が液状であるため、媒体収縮による発光素子チップ20への応力付加が本質的に生じず、発光層部24の劣化等につながる影響をほとんど生じない。また、端子リード部31,33の断線や接触不良などの不具合も起こりにくい。一方、発光素子チップ20からは紫外線成分が少なからず放出されるが、シリコーンオイルやテトラブロモエタンからなる液状モールド媒体30は紫外線照射による変質が生じにくく、耐水性にも優れる。
【0047】
さらに、モールド媒体が液状であるため、モールドの体積を大きくしても発光素子チップ20への応力増加等は静水圧的な圧縮力が多少増加するだけで、発光素子チップ20周辺への機械的なダメージを生ずる惧れがない。従って、発光光束LBの分散性が高められ、照明用等に好適な指向性の小さい配向特性を容易に得ることができる。また、モールド媒体の厚さ(体積)を増加させることで、発光素子チップ20への水分浸透等も進みにくく、耐久性がます。
【0048】
また、さらに重要な効果は、媒体が液状なので、仮に発光素子チップ20の周囲にて変質部分が生じても、対流CFにより速やかに流動するので発光素子チップ20の近傍に留まらず、透明性喪失などの劣化が進行しにくい。このとき、発光素子チップ20の通電による発熱は、液状モールド媒体30の対流CFを促進する効果を有する。また、液状モールド媒体30の対流CFにより放熱効果が促進されるので、照明用等に大面積(例えば発光層部の1辺が300μm以上1000μm以下)及び大電流(例えば定格電流50mA以上1000mA以下、定格出力0.1W以上5W以下)のチップを使用した場合においても、発光モジュール64の過度の温度上昇を生じにくく、発光素子チップ20側に複雑なヒートシンク構造を考慮する必要もなくなる。液状モールド媒体30の体積は、例えば、発光素子チップ20の体積の10倍以上107倍以下に設定するのがよい。
【0049】
なお、液状モールド媒体30としてテトラブロモエタン(屈折率:1.64)を用い、透光性殻体65の全体をアクリル樹脂など屈折率が1.5前後(1.45以上1.55以下)の樹脂で構成すれば、液状モールド媒体30側から透光性殻体65を経て、その外側を取り巻く空気(屈折率:1.0)に向け、屈折率が段階的に減少するので、全反射による発光光束の戻りを効果的に抑制でき、光取出し効率をより向上することができる。他方、メチルフェニルシリコーンオイルなど、屈折率が1.5前後(1.45以上1.55以下)の液状モールド媒体30を用いる場合は、図2に一点鎖線で示すように、前記アクリル樹脂等からなる透光性殻体65の本体部(内層部)65mの外側を、最外層部として、フッ素樹脂(屈折率が1.3以上1.4以下)からなる中間屈折率材料層65wにて覆うと光取出し効率を高めることができる。
【0050】
以下、本発明の発光モジュールの種々の別実施形態について説明する。なお、いずれも実施の形態1との共通部が多いので、主に相違点について説明し、共通部については実施の形態1と同一の符号を付与して詳細な説明は繰り返さない。
(実施の形態2)
図6の発光モジュール164は、発光素子チップ200の発光層部24は、ピーク波長の異なる複数の発光を合成することにより、合成後のスペクトルのピーク波長での発光強度を基準強度として、該基準強度の5%以上の発光強度を示す有効波長域が、50nm以上の波長幅にわたって確保された、擬似連続スペクトルを有する光を発光出力するものとされている。
【0051】
発光素子チップ200の発光層部24は、第一の発光層部24aと第二の発光層部24bであり、いずれも、化合物半導体よりなるダブルへテロ発光層部(以下、単に発光層部という)24a,24bの活性層(図2、図3参照)が、バンドギャップエネルギーの相違する複数の発光単位層を含んで構成される。第一の発光層部24aは、発光単位層の発光波長が520nm以上700nm以下の範囲で設定され、第二の発光層部24bは、発光単位層の発光波長が360nm以上560nm以下の範囲で設定される。そして、発光素子チップ200は、これらの2種の発光層部24a,24bからの発光を互いに混合して、例えば、熱放射型光源の連続スペクトルを擬似的に合成し、擬似連続スペクトルを有した可視光として発光出力する。
【0052】
図7に示すように、発光層部24aは、(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦0.55,0.45≦y≦0.55)混晶からなる活性層5a(例えばノンドープのもの:ただし、必要に応じてドーパントの添加が可能である)を、p型(AlzGa1−z)yIn1−yP(ただしx<z≦1)からなるp型クラッド層6aとn型(AlzGa1−z)yIn1−yP(ただしx<z≦1)からなるn型クラッド層4aとにより挟んだ構造を有する。また、発光層部24bは、ノンドープInaGabAl1−a−bN混晶からなる活性層5bを、p型InaGabAl1−a−bNからなるp型クラッド層6bとn型InaGabAl1−a−bNからなるn型クラッド層4bとにより挟んだ構造を有する。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有(例えば1013〜1016/cm3程度を上限とする)をも排除するものではない。本実施形態では、発光層部24aと発光層部24bとを、透明導電性接続層(例えばITO(Indium-TinOxide)などの導電性酸化物層)112により直列に貼り合せ、全体を単一の発光素子チップ200としている。ただし、両発光層部24a,24bを個別の発光素子チップとして構成してもよい。
【0053】
図8は、第一の発光層部24aの活性層5aの構造の一例をバンド図の形にて模式的に示すものである。また、図11は、第二の発光層部24bの活性層5bの構造の一例をバンド図の形にて模式的に示すものである。該活性層5a,5bにおいて発光単位層は、各々2つの障壁層B,Bに挟まれた井戸層W1‥Wnよりなる。障壁層B,Bに挟まれた井戸層W1‥Wnを発光単位層とすることで、井戸層内へのキャリア閉じ込め効果により、個々の発光単位層の発光効率を高めることができる。各井戸層W1‥Wnの発光波長は、それぞれのバンドギャップエネルギーEg1‥Egn(図8),Eg’1‥Eg’n(図11)(≡各井戸層でのEc−Evの値:Ecは伝導体底エネルギーレベル、Evは価電子帯頂エネルギーレベル)に応じて定まる。本実施形態では、各井戸層W1‥Wnが全て異なるバンドギャップエネルギーを有し、それぞれ個別の発光単位層を形成している。つまり、1つの発光単位層に含まれる井戸層の数を1つとしている。ただし、同一バンドギャップエネルギーの複数の井戸層の組を発光単位層とすることもできる。
【0054】
第一の発光層部24a及び第二の発光層部24bのいずれにおいても、上記複数の発光単位層、すなわち井戸層W1‥Wnは、バンドギャップエネルギーの大小配列において、隣接するバンドギャップエネルギー間の差分値ΔEが、0.42eV以下、望ましくは0.2eV以下とされる。バンドギャップエネルギー間の差分値ΔEが過度に大きくなると、単位スペクトルのピーク位置間の距離が大きくなりすぎ、合成された波形に大きな波打ちが生じて、滑らかなスペクトルが得られなくなる。なお、差分値ΔEは、バンドギャップエネルギーが隣接する全ての発光単位層の組に対して等しく設定することもできるし、必要とする発光スペクトル形状に応じて、強度を意識的に高めたい波長域においては間隔を密とし、逆に強度を抑制したい波長域においては間隔を粗とするなど、少なくとも一部の発光単位層の組について不等間隔に設定することもできる。
【0055】
例えば、得るべき擬似連続スペクトルが、白熱電球の連続スペクトルを模した擬似電球光スペクトルを有するように、第一の発光層部24a及び第二の発光層部24bの活性層5a,5bを設計している。図15は、タングステンフィラメントを用いた白熱電球を、色温度約3000Kにて発光させたときのスペクトル波形である。強度ピークは破線にて示すように、近赤外域の800nm付近に存在し、可視光帯域での強度分布は、発光波長とともに増加する傾向となる。相当強度の赤外線を含むため、光源の温度上昇が生じやすいことが直ちに理解できる。
【0056】
本発明においては、図15の連続スペクトルを、複数の発光単位層からの種々の波長の単色光(発光単位)を組み合わせて、いわばデジタル的に合成し、擬似連続スペクトルとする。第一の発光層部24aにおいて、波長700nm以上にて発光する井戸層を設けなければ、図15に実線で示すように、赤外発光成分を大幅に削減できる。また、白熱電球の連続スペクトルにおいて短波長領域には、僅かではあるが有害な紫外線も含まれている。しかし、後述のように第二の発光層部24bにおいて、波長360nm以下にて発光する井戸層を設けなければ、該紫外発光成分も削減できる。
【0057】
本実施形態では、各活性層5a,5bを、以下のように構成している。すなわち、図9(第一の発光層部5a)及び図12(第二の発光層部5b)に示すように、複数の発光単位層は、発光波長の長い発光単位層(井戸層)ほど発光強度Iが高くなるように調整される。具体的には、発光波長の長い発光単位層ほど、井戸層の厚さもしくは数を大きくする。図15に示すスペクトル波形に近づけるには、例えば、650nmでの強度I650と560nmでの強度I560との比I650/I560が1.4前後となるように設定する。
【0058】
第一の発光層部24a及び第二の発光層部24bのいずれにおいても、その発光スペクトルは波長が長くなるにつれ、発光強度Iは増加する。しかし、発光波長に対する可視光の相対視感度は、図10に示すように、明所では555nm付近で最大となる。図9および図12には、視感度補正係数Vの波長依存性を示す曲線を一点鎖線にて示している。視感度補正強度は、発光強度Iと視感度補正係数Vとの積V・Iにて表すことができる。図9に示すように、第一の発光層部24aは発光強度Iと視感度補正係数Vとの波長依存性が逆傾向なので、視感度補正強度V・Iは、中間波長域、具体的には黄色域からオレンジ色域にピークを生ずる。他方、図12に示すように、第二の発光層部24bは発光強度Iと視感度補正係数Vとの波長依存性が同傾向なので、視感度補正強度V・Iは波長が長くなるとともに単調増加する。
【0059】
そして、図7の発光素子チップ200においては、長波長域側の第一の発光層部24aのスペクトルと短波長域側の第二の発光層部24bのスペクトルとが合成されて出力される。その結果、第一の発光層部24aのスペクトル波形SAの短波長側に、第二の発光層部24bのスペクトル波形SBが接続されて、図13のような擬似電球光スペクトルが最終的に得られる。すなわち、擬似電球光スペクトルの発光強度Iは、図15の白熱電球のスペクトル、すなわち視感度補正後の発光強度分布は、黄色域からオレンジ色域、すなわち570nm以上640nm以下に強度ピークを有し、白熱電球によく似た黄色味あるいはオレンジ色味を帯びた、暖かで柔らかい照明色が得られる。
【0060】
なお、最終的な発光スペクトルの形状は、各波長の発光単位層の発光強度を、層数や層厚により調整することにより、所望のものを任意に形成できる。特に、自然光の演色性に近づけた照明光を得たい場合は、太陽光の連続スペクトルを模した擬似太陽光スペクトルを、擬似連続スペクトルとして合成すればよい。図14は、可視領域の太陽光スペクトルを示すものであるが、色温度が6000K前後と高いため、白熱電球と比べて、強度ピークは400nm付近の短波長域に生ずる。また、可視光波長帯の略全域に渡って、波長が長くなるほど発光強度Iは減少する傾向を示す。従って、図9及び図12とは全く逆に、複数の発光単位層は、発光波長の短い層ほど発光強度Iが高くなるように調整されればよい。
【0061】
以上、熱放射型光源のスペクトル波形をなるべく忠実に再現したい場合の実施の形態について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、白熱電球の発光スペクトルから青色系の波長域の可視光をカットしても、残った波長域のみで、白熱電球特有の黄色ないしオレンジ色の優位な照明色を擬似的に実現できることに変わりはない。この場合、第一の発光層部24aのみで光源モジュールを構成することができる。また、赤色系の波長域がカットされた照明光を得たい場合は、第二の発光層部24bのみで光源モジュールを構成すればよい。
【0062】
なお、上記の発光素子チップ200は、複数の波長の発光光束が始めから混合されて放出されるので、透光性殻体65あるいは液状モールド媒体30は、光散乱粒子を配合せず透明に構成しても、色混合状態に分離を生じたりする不具合を生じにくい。そして、透光性殻体65あるいは液状モールド媒体30をいずれも透明に構成しておけば、液状モールド媒体30中に光反射性の浮遊装飾体(例えば金属ラメなどである)30d(図16)を分散しておくと、液状モールド媒体30内に生ずる対流CFによって透光性殻体65内を該浮遊装飾体30dがキラキラと舞い動き、面白い照明効果が得られる。
【0063】
(実施の形態3)
図17の発光モジュール264は、発光素子チップ300が、近紫外から紫色ないし青色領域(ピーク波長:300nm以上470nm以下)の発光が可能な発光層部24を有している。該発光層部24は、活性層及びクラッド層が、InAlGaNあるいはMgZnOにて構成されたダブルへテロ構造を有する。そして、液状モールド媒体30は、発光層部24からの発光光束LBを受けて該発光光束LBとピーク波長の異なる蛍光LLを発する蛍光材料30Lを含有したものとされている。使用する蛍光材料30Lは、固体蛍光材料粒子の形で液状有機材料中に懸濁されており、Y2O3:Eu3+(R:中心波長611nm)、CeMgAl11O19:Tb3+(G:中心波長543nm)、BaMg2Al16O27:Eu2+(B:中心波長452nm)などの、各色の蛍光体を混合することにより種々の色調の照明光を得ることができる。この構成では液状モールド媒体30自体が発光媒体として均一に発光するので、照明に適した指向性の小さい発光分布を容易に得ることができる。また、蛍光材料30Lの材質や配合比の調整により、所望の発光スペクトルを容易に設計できる。
【0064】
この場合、発光素子チップ300からの発光光束が可視光を主体とするものである場合、その可視光束に、蛍光材料30Lにて励起された異波長の可視光束を混合して放出させることができる。この場合、発光素子チップ300を紫色ないし青色発光するものとして構成し、蛍光材料30Lとして緑色系で発光するものと、赤色系で発光するものとを配合しておけば、発光素子チップ300からの紫色ないし青色の発光光束に、蛍光材料30Lからの緑色系ないし赤色系の発光光束が混合され、白色系の照明光を得ることができる。他方、発光素子チップ300からの発光光束が近紫外光を主体とするものである場合は、蛍光材料30Lとして、青色系で発光するもの、緑色系で発光するもの、及び赤色系で発光するものを配合しておくことで、蛍光材料30Lからの各色の発光光束が混合され、白色系の照明光を得ることができる。いずれの場合(特に後者)においても、発光素子チップ300からは、相当量の紫外線成分が放出されるが、液状モールド媒体30のベースをなす液状有機化合物を前述のシリコーンオイルやテトラブロモエタンで構成しておくと、紫外線照射による変質が生じにくく、仮に変質が生じても対流によりその影響が軽減されるので、エポキシ樹脂モールドのような劣化の不具合を生じにくい。
【0065】
(実施の形態4)
上記の実施形態では、照明装置をいずれも電燈状に構成していたが、本発明はこれに限られるものではない。図23は、燃焼光源を模した照明装置の一例として、蝋燭状の外観を有する照明装置100を構成した例である。該照明装置100は、図6と基本構造が同一の光源モジュール64’使用し、電力供給部70により商用交流電源により点灯駆動する。そして、光源モジュール64’の発光素子チップ200の擬似連続スペクトルは、燃焼光の連続スペクトルを模した擬似燃焼光スペクトルを有するものである。具体的には、蝋燭光の連続スペクトルを模するため、図15よりもさらに色温度の低い擬似連続スペクトル(例えば1500K程度)が得られるように、活性層5a,5bが設計されている。発光色はさらにオレンジないし赤みの強いものとなる。
【0066】
電力供給部70は蝋燭の軸を模した本体262内に収容され、その先端に光源モジュール64’が配置されるとともに、その外側を、炎の外観形状を真似た透明な透光性殻体65で覆っている。また、液状モールド媒体30も透明である。電力供給部70は、本体262から引き出された電源コード134及び電源プラグ135を介して、コンセントより受電する。照明装置100を点灯させると、発光素子チップ200からの発光光束が液状モールド媒体30の対流CFにより揺らぎ、蝋燭の炎の雰囲気をリアルに再現することができる。
【0067】
また、図24の照明装置300は、液状モールド媒体30中に複数の発光素子チップ20を配置した例である。この実施形態では、電力供給部70を収容した横長のケース301内に発光素子チップ20が長手方向に配列した形で配置されている。該ケース301に対し、液状モールド媒体30にて満たされた同じく横長の透光性殻体302がシール部材163を介して嵌め合わされ、密封されている。
【0068】
また、以上の実施形態では、可視光の発光モジュールを例にとって説明したが、本発明は赤外線発光モジュールへの適用も可能である。この場合、発光層部は、AlGaAsなど赤外域に発光波長を有するものとして構成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光モジュールを用いた照明装置の第一例を示す断面図。
【図2】本発明の発光モジュールの第一例を示す断面図。
【図3】図2の発光モジュールに使用する発光素子チップの断面構造を示す模式図。
【図4】図1の照明装置に使用する電力供給部の回路構成の一例を示す図。
【図5】本発明の発光モジュールの第二例を示す断面図。
【図6】本発明の発光モジュールの第三例を示す断面図。
【図7】図6の発光モジュールに使用する発光素子チップの断面構造を示す模式図。
【図8】図7の素子チップにおける第一の発光層部の、活性層の構成例を示すバンド図。
【図9】第一の発光層部による擬似連続スペクトルの概念説明図。
【図10】可視光に対する相対視感度の波長依存性を示すグラフ。
【図11】図7の素子チップにおける第二の発光層部の、活性層の構成例を示すバンド図。
【図12】第二の発光層部による擬似連続スペクトルの概念説明図。
【図13】第一の発光層部と第二の発光層部との合成スペクトルの概念図。
【図14】可視光帯域の太陽光スペクトルを示す説明図。
【図15】可視光帯域の白熱電球のスペクトルを示す説明図。
【図16】本発明の発光モジュールの第四例を示す断面図。
【図17】本発明の発光モジュールの第五例を示す断面図。
【図18】本発明の発光モジュールに使用する透光性殻体形状の第一例を示す斜視図。
【図19】同じく第二例を示す斜視図。
【図20】同じく第三例を示す斜視図。
【図21】同じく第四例を示す断面図及び斜視図。
【図22】同じく第五例を示す断面図及び斜視図。
【図23】本発明の発光モジュールを用いた照明装置の第二例を示す図。
【図24】本発明の発光モジュールを用いた照明装置の第三例を示す図。
【図25】透光性殻体形状の説明図。
【図26】発光モジュールにおける発光素子チップの組付け形態の変形例を示す模式図。
【図27】本発明の発光モジュールの第六例を示す断面図。
【図28】本発明の発光モジュールの第七例を示す断面図。
【符号の説明】
1,100,300 照明装置
7 透光性基板
8 高導電率層
9 第一電極
15 第二電極
20,200 発光素子チップ
MP1 第一主表面
VP1 第一仮想平面
PP 周側面
VP2 仮想直柱体面
MP2 第二主表面
VP3 第二仮想平面
24 発光層部
LB 発光光束
30 液状モールド媒体
30a 液状有機化合物
30L 蛍光材料
31,33 端子リード部
64,164,264,364,464 発光モジュール
65 透光性殻体
65q 開口
65w 中間屈折率材料層
65m 本体部(内層部)
65j 光取出壁部
65r 反射層
RB 反射光
131,132 電源供給端子
161 端子モールド部
170 高屈折率粒子[0001]
The present invention relates to a light emitting module using a light emitting element chip made of a compound semiconductor.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP 11-191641 A
[0003]
Semiconductor light-emitting devices have been developed with high-luminance types based on AlGaInP, InAlGaN, etc., but as a result of many years of progress in materials and device structures, the photoelectric conversion efficiency inside the devices has gradually reached the theoretical limit. Approaching. Therefore, when an element with higher luminance is to be obtained, the light extraction efficiency from the element is extremely important. In order to increase the light extraction efficiency, a method generally employed is a method of molding the periphery of the light emitting element chip with a resin having a high refractive index. The refractive index of the compound semiconductor constituting the light emitting element chip is generally high, and when the outside of the chip is filled with air having a small refractive index, the critical angle at which the emitted light flux is totally reflected on the chip surface and returns to the chip is reduced. Light extraction efficiency decreases. However, if the chip is covered with a highly refractive material such as epoxy resin, the difference in refractive index from the light emitting element chip is reduced.AtThe field angle is increased and the light extraction efficiency can be increased. This resin mold also functions as a passivation layer that protects the light emitting element chip from deterioration due to reaction with moisture in the atmosphere.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the mold using an epoxy resin has the following problems.
(1) The epoxy resin is a thermosetting resin, and the shrinkage accompanying the curing treatment (curing) is remarkable. As a result, a large stress due to resin shrinkage is applied to the light emitting element chip during molding, and the light emitting layer portion is likely to be deteriorated. Also, problems such as disconnection and poor contact of energization leads connected to the electrodes of the light emitting element chip are likely to occur.
(2) The luminous flux from the light emitting element chip contains not only a visible light component having a desired wavelength but also a considerable amount of ultraviolet light components. In particular, in the case of a light emitting element chip in a short wavelength region such as blue or green, the amount of ultraviolet rays contained is also increased. The crosslinking shrinkage of the epoxy resin is likely to proceed by irradiation with ultraviolet rays, and the alteration such as crystallization is likely to proceed. In the former case, the resin shrinkage further proceeds, and the problem (1) is easily promoted. In the latter case, the transparency of the resin is lost, leading to deterioration in light extraction efficiency.
(3) Epoxy resin has a relatively high water permeability, and moisture and moisture contained in the use environment may permeate with time, leading to deterioration of the light emitting element chip.
[0005]
{Circle around (4)} Conventional light emitting elements generally use one of the main surface of the light emitting layer portion as a main light extraction surface, and therefore have a strong directivity in which the distribution of light flux is biased toward the light extraction surface. This is convenient when used as a display device or the like, but there is a difficulty that it is difficult to obtain a uniform and natural illumination effect, for example, in the use of an illumination device that has been studied recently. In this case, it is conceivable to increase the dispersibility of the emitted light flux by increasing the thickness of the resin mold and relieve the directivity that is too strong. In addition, increasing the mold thickness seems to be advantageous at first glance from the viewpoint of delaying the effect of moisture permeation (3). However, if the mold thickness is excessively increased, the shrinkage stress of the resin applied to the light emitting element chip is amplified, and the problem (1) is easily promoted. In addition, since the resin alteration due to ultraviolet rays that causes the problem (2) proceeds first from the vicinity of the light emitting element chip, if deterioration progresses around the chip, even if the remaining part of the mold is healthy It becomes useless as an element. For these reasons, even if the mold thickness of the epoxy resin is greatly increased, not only an effect commensurate with it can be expected, but also adverse effects such as an increase in resin shrinkage stress are undesirably increased.
(5) Although it is necessary to use a large, large-current chip for illumination or the like, heat generation during light emission is large. However, the heat dissipation effect cannot be expected with a small volume resin mold, and the heat sink structure associated with the element chip must be taken into account. Therefore, the structure of the entire light emitting module is complicated, leading to an increase in cost.
[0006]
The problem of the present invention is that the deterioration of the mold covering the light-emitting element chip over time can be greatly suppressed, and even if the mold thickness is increased, there is almost no influence of shrinkage stress and the like, and the heat dissipation is excellent. An object of the present invention is to provide a light emitting module that can stably maintain the extraction efficiency over a long period of time and can improve the dispersibility of the luminous flux, and thus has suitable performance for illumination and the like.
[0007]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to solve the above problems, the light emitting module of the present invention is:
A light emitting element chip having a light emitting layer portion composed of a laminate of compound semiconductor layers;
A liquid mold medium having translucency with respect to the luminous flux from the light emitting layer part and covering the surrounding space of the light emitting element chip in direct contact with the light emitting element chip;
A light-transmitting shell that contains and seals a liquid mold medium together with a light-emitting element chip, made of a solid material that transmits light emitted from the light-emitting layer portion,
Have
The liquid mold medium is mainly composed of a liquid organic compound,
The refractive index of the liquid mold medium is set to 1.3 or more,
The liquid organic compound that forms the liquid mold medium is tetrabromoethane.The
The translucent shell is composed of an intermediate refractive index material having at least the outermost layer portion having an intermediate refractive index between the liquid molding medium and air,
Both the liquid mold medium and the inner layer portion of the translucent shell contacting the liquid mold medium are made of a material having a refractive index of 1.45 or more, while the outermost layer portion of the translucent shell is a refractive index of 1. . Made of less than 45 fluororesinIt is characterized by that.
[0008]
In the light emitting module of the present invention, the surrounding space of the light emitting element chip is covered with a liquid mold medium mainly composed of a liquid organic compound. The translucent shell functions as a container for the liquid mold medium. Thereby, the fault of the conventional light emitting element module using a solid mold material like an epoxy resin can be solved as follows.
(1) Since the mold medium is in a liquid state, stress is not applied to the light emitting element chip due to the medium shrinkage. In addition, compressive stress may occur due to the volume expansion of the medium, but since the medium is liquid, the stress transmitted to the light-emitting element chip is isotropic, causing almost no influence on the deterioration of the light-emitting layer. Absent. In addition, problems such as disconnection and poor contact of energization leads connected to the electrodes of the light emitting element chip are extremely difficult to occur.
{Circle around (2)} When irradiated with an ultraviolet component from the light emitting element chip, the liquid mold medium may be altered, but the medium itself is liquid, so there is no possibility that it will lead to problems such as stress addition.
[0009]
(3) Since the molding medium is liquid, increasing the volume of the mold does not lead to an increase in stress on the light emitting element chip. Accordingly, the dispersibility of the emitted light flux is enhanced, and an orientation characteristic having a small directivity suitable for illumination or the like can be easily obtained. Further, since the thickness of the mold medium is increased, it is possible to delay the penetration of moisture and moisture contained in the use environment from reaching the light emitting element chip, and the durability can be increased.
{Circle around (4)} Since the medium is liquid, the altered portion quickly flows due to diffusion or convection and does not stay in the vicinity of the light emitting element chip, and deterioration such as loss of transparency is unlikely to proceed. In particular, when heat is generated by energization of the light emitting element chip, the convection of the liquid mold medium is promoted, and the replacement of the deteriorated medium in the vicinity of the light emitting element chip further proceeds, so that the above effect is enhanced. Therefore, when the volume of the mold medium is increased, localization of the deteriorated portion to the light-emitting element chip does not occur, and a sustained effect corresponding to the increase in volume can be expected.
(5) The heat dissipation effect can be promoted by the convection flow of the liquid mold medium, and even when a large large current chip is used for lighting, etc., there is no need to consider a complicated heat sink structure, and the element module can be manufactured at low cost. Can be configured. This effect becomes more significant as the volume of the liquid mold medium is increased.
[0010]
It is desirable to use a liquid mold medium having a refractive index as large as possible from the viewpoint of increasing the critical angle for total reflection and thus improving the light extraction efficiency from the light emitting element chip. For example, if a material having a refractive index of 1.3 or higher, desirably 1.4 or higher, light extraction efficiency equivalent to or higher than that of conventional epoxy resins can be realized.
[0011]
Moreover, the following items are mentioned as desirable characteristics that the liquid mold medium should have.
(1) Excellent transparency to the luminous flux.
(2) It must be inert so that it does not easily corrode light emitting element chips.
(3) The material should have a moisture content as low as possible and hardly permeate moisture (in this respect, it is desirable to use a liquid mold medium mainly composed of a liquid organic compound).
(4) Excellent insulation.
(5) The material should be low in volatility and less likely to cause ignition or combustion.
[0012]
Examples of the liquid organic compound forming the liquid mold medium that satisfies the above-described characteristics include silicone oil. Silicone oil is a compound having a general formula represented by the following molecular formula, a linear chain obtained by condensation polymerization of a raw material containing dialkyldichlorosilane as a main component and trialkylmonochlorosilane for the terminal by hydrolysis. Is a molecule.
[0013]
[Chemical 1]
[0014]
R1, R2Is a methyl group, a phenyl group, hydrogen, and the like. Increasing the ratio of the dichloro form to the monochloro form increases the degree of polymerization n, resulting in a highly viscous silicone oil. In order to enhance the convection effect, it is desirable to use a material having a viscosity as small as possible (for example, the viscosity at 25 ° C. is 1000 cSt or less). There are many commercially available silicone oils, and the refractive index can be selected in the range of 1.3 to 1.6. For example, as commercial products of dimethyl silicone oil (refractive index: 1.3 to 1.4), KF96 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), methylphenyl silicone oil (refractive index: 1.4 to 1.5). KF50, KF54 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) as commercially available products, KF99 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), etc. as commercial products of methyl hydrogen silicone oil (refractive index: 1.3 to 1.4) It can be illustrated. In particular, R1, R2A methylphenyl silicone oil in which a part of the methyl group is replaced with a phenyl group has a high refractive index and is excellent in heat resistance and oxidation resistance, and can be suitably used in the present invention.
[0015]
Further, as a liquid mold medium having a higher refractive index (for example, a refractive index of 1.6 or more), tetrabromoethane (particularly 1,1,2,2-tetrabromoethane: also referred to as acetylene tetrabromide) is used in the present invention. It can be suitably employed. The refractive index at room temperature is 1.64 and the translucency is high. Moreover, specific gravity is as large as 2.96, and it is excellent also in the thermal radiation characteristic. On the other hand, what dissolved antimony halide in the liquid organic compound currently disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-53839 can be used as a liquid mold medium which has a high refractive index of 1.6 or more.
[0016]
Further, when a composite medium in which particles having a higher refractive index than that of the liquid organic compound are suspended in the liquid organic compound, a liquid mold medium having a higher refractive index can be obtained. As the liquid organic compound, the above-mentioned silicone oil, tetrabromoethane, or the like can be used. Moreover, as high refractive index particles, Si3N4(Refractive index: 2.1), BN (refractive index: 2.0), AlN (refractive index: 2.2), Al2O3(Refractive index: 1.8), TiO2(Refractive index: 2.5), ZrO2, Si (refractive index: 3.5), Ge (refractive index: 4.0), Sb2S3(Refractive index: 4.5), SiC (refractive index: 3.2), etc. can be adopted, and when dispersed in a liquid organic compound as colloidal particles, both high refractive index and high translucency can be achieved. preferable. In this case, the average particle diameter of the particles is preferably 1 μm or less, and more preferably smaller than the center wavelength of the luminous flux from the light emitting layer (particularly, the average particle diameter of primary particles is 2 to 100 nm). By doing, the translucency fall by scattering can be suppressed notably. In addition, from the viewpoint of achieving both the effect of improving the refractive index and maintaining the colloidal suspended state, the content of the high refractive index particles in the liquid mold medium is preferably 5% by volume or more and 20% by volume or less. In addition, in order to obtain a favorable suspended state, it is possible to add an appropriate dispersing agent (sodium hexametaphosphate, condensed sodium naphthalene sulfonate, various surfactants, etc.).
[0017]
The translucent shell can be formed of an intermediate refractive index material having at least an outermost layer portion having an intermediate refractive index between the liquid mold medium and air. If a translucent shell having an intermediate refractive index layer as described above is used, the refractive index can be gradually reduced from the liquid mold medium side toward the air layer around the translucent shell. As a result, the phenomenon that the emitted light flux returns to the inside of the translucent shell due to total reflection can be suppressed, and the light extraction module with higher brightness is realized by improving the light extraction efficiency to the outside of the translucent shell.
[0018]
In this case, the entire translucent shell can be configured as an intermediate refractive index layer as described above. For example, when using a liquid molding medium whose refractive index is increased to 1.6 or more by suspending highly refractive material particles such as tetrabromoethane, an acrylic resin, polymethyl methacrylate resin, styrene resin, or the like has a refractive index of 1.45. If the translucent shell is composed of a known transparent resin material of 1.55 or less, the light extraction efficiency can be improved. On the other hand, when a liquid mold medium having a refractive index of 1.45 or more and 1.55 or less, such as methylphenyl silicone oil, is used, the translucent shell is composed of the transparent resin material having the same refractive index as this. Then, since there is almost no effect of decreasing the refractive index from the liquid mold medium to the translucent shell, the improvement of the light extraction efficiency cannot be expected much. Therefore, when both the liquid mold medium and the inner layer portion of the translucent shell that is in contact with the liquid mold medium are made of a material having a refractive index of 1.45 or more, the outermost layer portion of the translucent shell is used as the refractive index. If it is made of a fluororesin of less than 1.45, the light extraction efficiency can be increased. The fluororesin is, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, 4-fluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer, 4-fluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, 4-fluoroethylene-ethylene copolymer, Commercially available products mainly composed of polyvinyl fluoride, fluoroethylene-hydrocarbon vinyl ether copolymer and the like can be used.
[0019]
In addition, the liquid mold medium can be configured to contain a fluorescent material that receives the emitted light beam from the light emitting layer portion and emits fluorescence having a peak wavelength different from that of the emitted light beam. Accordingly, the liquid mold medium can be used as a light emitting medium, and various emission spectra suitable for illumination light can be easily designed by adjusting the material and blending ratio of the fluorescent material. In addition, since the entire liquid mold medium emits light substantially uniformly, a light-emitting module having a remarkable light beam dispersion effect and a small directivity suitable for illumination is realized. In this case, the light emitting layer portion of the light emitting element chip needs to have a light source wavelength suitable for fluorescence excitation, and can emit light in the near ultraviolet to purple to blue region (peak wavelength: 300 nm to 470 nm). It is desirable to employ a light emitting layer portion having a double hetero structure in which the layer portion, specifically, the active layer is made of InAlGaN or MgZnO.
[0020]
The fluorescent material to be used can be suspended in the liquid organic material, for example, in the form of particles of a solid fluorescent material (an average particle size setting similar to that of the colloidal particles described above is desirable, and the use of a dispersant is also preferred. Is possible). When it is desired to emit white light, a known phosphor material used in fluorescent lamps, such as calcium halophosphate (3Ca3(PO4)2CaFCl / Sb, Mn) can be used, and white light with various color temperatures can be obtained by adjusting the amounts of F and Cl, Sb and Mn, for example. In addition, if the light emission having a narrow width in the three wavelength regions of red, green, and blue (RGB) is combined, it is possible to realize illumination with better color rendering. In this case, phosphors of various colors are mixed and used. As a typical example, for example, Y2O3: Eu3+(R: center wavelength 611 nm), CeMgAl11O19: Tb3+(G: center wavelength 543 nm), BaMg2Al16O27: Eu2+(B: center wavelength 452 nm).
[0021]
In order to obtain a light source having a certain degree of directivity for various purposes, the following structure may be employed. That is, a partial region of the inner surface of the wall portion of the translucent shell is used as the light extraction wall portion, and a reflection layer that reflects the emitted luminous flux is provided in the remaining region of the inner surface, and the light extraction wall portion from the light emission layer portion. The reflected light from the reflective layer is superimposed on the direct light beam directed to In this way, the light extraction efficiency from the light emitting element chip to the liquid mold medium side can be increased, and the emitted light flux extracted with high efficiency can be increased from the light extraction wall portion while superimposing the reflected light. Can be illuminated.
[0022]
The light emitting element chip can have a structure in which an electrode for driving light emission is provided, and a terminal lead portion for energization is extended from the electrode. In this case, the liquid molding medium can be disposed so as to cover the end portion on the connection side with the electrode of the terminal lead portion together with the light emitting element chip. According to this, the light emitting element chip can be easily positioned at an optimum position advantageous for light extraction inside the translucent shell by the length of the extended terminal lead portion. Further, since the light emitting element chip and the terminal lead portion are covered with a liquid mold medium having high fluidity, unnecessary pressure or the like is not easily applied to the joint portion between them, and problems such as disconnection are hardly caused.
[0023]
The wall portion of the translucent shell can suppress total internal reflection of the luminous flux by devising the shape. Specifically, the wall facing the light extraction surface of the light-emitting element chip is a convex curved wall that curves outwardly as viewed from the light-emitting element chip. The incident angle of the light beam can be increased, and the total internal reflection can be effectively suppressed. For example, when the first main surface of the light emitting element chip is used as the main light extraction surface, at least a part of the portion of the wall portion of the translucent shell that faces the first virtual plane extending the first main surface If it is provided as a convex curved wall portion curved outwardly as viewed from the light emitting element chip, the light extraction efficiency to the outside of the translucent shell can be improved. Further, the wall portion of the translucent shell is curved in a shape that protrudes outward as viewed from the light emitting element chip, at least a part of the portion facing the virtual straight body surface extending the peripheral side surface of the light emitting element chip. By using the convex curved wall portion, the luminous flux from the peripheral side surface of the light emitting element chip can be effectively extracted from the outside of the translucent shell. Furthermore, at least a part of the portion of the translucent shell facing the second virtual plane extending from the second main surface of the light emitting element chip is convex outward as viewed from the light emitting element chip. If the curved convex curved wall is used, the luminous flux from the second main surface side can also be effectively taken out of the translucent shell. The shape of the translucent shell satisfying all of these requirements is, for example, formed as a whole in a spherical shape, an egg shape, or a jujube shape.
[0024]
The light-emitting element chip includes a light-transmitting substrate that transmits light emitted from the light-emitting layer, and the first main surface of the light-transmitting substrate serves as a light extraction surface. A high conductivity layer having a sheet resistance lower than that of the light emitting layer portion is formed on the second main surface of the conductive substrate, and the light emitting layer portion is formed on the high conductivity layer. The second main surface of the light emitting layer portion A first electrode as an electrode is disposed on the side, and an exposed portion of the high conductivity layer is formed by cutting out a partial region of the light emitting layer portion, and a second electrode as an electrode is disposed in the exposed portion. Structure. The terminal lead portion can be formed extending from the first electrode and the second electrode in a direction away from the first main surface of the translucent substrate. In this case, since the electrodes acting as the light shielding body are collected on the second main surface side of the light emitting element chip, and the terminal lead portion also extends from the second main surface side, the first main surface side Anything that blocks light emission is eliminated, and a more advantageous structure is realized in increasing the light extraction efficiency.
[0025]
In this case, the terminal mold part can be arranged in such a manner that an opening is formed in the translucent shell and the opening is sealed. The terminal lead portion is disposed so as to penetrate the terminal mold portion, and its first end portion extends into the inner space of the translucent shell, and the light emitting element chip is connected to the tip thereof, while the second end portion Can be configured to form a power supply terminal to the light emitting element chip by being positioned outside the translucent shell. In this way, the terminal mold part that protects the terminal lead part can also be used as the sealing member of the translucent shell whose inside is filled with the liquid molding medium, and the element module can be made compact. it can.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an example of an illumination device using the light emitting module of the present invention. The illuminating
[0027]
As shown in FIG. 3, the light-emitting
[0028]
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, three light emitting element chips 20 that emit light in blue (B), green (G), and red (R) are provided in the
[0029]
For the light-emitting element chip having an InGaAlN-based light emitting layer portion, the light-transmitting
[0030]
As shown in FIG. 3, the
[0031]
As shown in FIG. 26, the light emitting
[0032]
Returning to FIG. 2, the
[0033]
In addition, as shown in FIG. 5, a composite medium in which high
[0034]
Returning to FIG. 2, the
[0035]
Note that, as in the
[0036]
The
[0037]
The shape of the
[0038]
Moreover, as shown in FIG. 21, the
[0039]
Returning to FIG. 2, the
[0040]
In the present embodiment, the
[0041]
In addition, the
[0042]
The
[0043]
Returning to FIG. 1, the
[0044]
FIG. 4 is an example of a circuit diagram of the
[0045]
The operation of the
[0046]
And the following effects are achieved by using the
[0047]
Furthermore, since the mold medium is in a liquid state, even if the mold volume is increased, an increase in stress on the light emitting
[0048]
In addition, since the medium is liquid, even if an altered portion occurs around the light emitting
[0049]
In addition, tetrabromoethane (refractive index: 1.64) is used as the
[0050]
Hereinafter, various other embodiments of the light emitting module of the present invention will be described. Since there are many common parts with the first embodiment, the differences are mainly described, and the common parts are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the detailed description is not repeated.
(Embodiment 2)
In the
[0051]
The light emitting
[0052]
As shown in FIG. 7, the light emitting
[0053]
FIG. 8 schematically shows an example of the structure of the
[0054]
In both the first light emitting
[0055]
For example, the
[0056]
In the present invention, the continuous spectrum of FIG. 15 is combined with monochromatic light (light emitting units) of various wavelengths from a plurality of light emitting unit layers, so to speak, and is digitally synthesized into a pseudo continuous spectrum. If the first light emitting
[0057]
In the present embodiment, each
[0058]
In both the first light emitting
[0059]
In the light emitting
[0060]
In addition, the final shape of the emission spectrum can be arbitrarily formed by adjusting the emission intensity of the emission unit layer of each wavelength according to the number of layers and the layer thickness. In particular, when it is desired to obtain illumination light that is close to the color rendering properties of natural light, a pseudo sunlight spectrum that simulates the continuous spectrum of sunlight may be synthesized as a pseudo continuous spectrum. FIG. 14 shows the sunlight spectrum in the visible region, but since the color temperature is as high as about 6000 K, the intensity peak occurs in a short wavelength region near 400 nm as compared with the incandescent bulb. Further, the emission intensity I tends to decrease as the wavelength increases over substantially the entire visible light wavelength band. Therefore, contrary to FIGS. 9 and 12, the plurality of light emitting unit layers may be adjusted so that the light emission intensity I becomes higher as the light emission wavelength is shorter.
[0061]
The embodiment in the case where it is desired to faithfully reproduce the spectrum waveform of the heat radiation type light source has been described above, but the present invention is not limited to this. For example, even if visible light in the blue wavelength range is cut from the emission spectrum of the incandescent light bulb, the dominant yellow or orange illumination color unique to the incandescent light bulb can be simulated in the remaining wavelength range only. There is no. In this case, a light source module can be comprised only by the 1st light emitting
[0062]
In the light emitting
[0063]
(Embodiment 3)
In the
[0064]
In this case, when the luminous flux from the light emitting
[0065]
(Embodiment 4)
In the above embodiment, all of the lighting devices are configured in the shape of an electric rod, but the present invention is not limited to this. FIG. 23 shows an example in which a
[0066]
The
[0067]
24 is an example in which a plurality of light emitting element chips 20 are arranged in the
[0068]
Moreover, although the above embodiment demonstrated the light emitting module of visible light as an example, this invention is applicable also to an infrared light emitting module. In this case, the light emitting layer portion may be configured to have an emission wavelength in the infrared region such as AlGaAs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first example of a lighting device using a light emitting module of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first example of a light emitting module of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a light emitting element chip used in the light emitting module of FIG. 2;
4 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a power supply unit used in the lighting device of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second example of the light emitting module of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third example of the light emitting module of the present invention.
7 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a light-emitting element chip used in the light-emitting module of FIG.
8 is a band diagram showing a configuration example of an active layer of the first light emitting layer portion in the element chip of FIG.
FIG. 9 is a conceptual explanatory diagram of a pseudo continuous spectrum by a first light emitting layer part.
FIG. 10 is a graph showing the wavelength dependence of relative visibility with respect to visible light.
11 is a band diagram showing a configuration example of an active layer of a second light emitting layer portion in the element chip of FIG.
FIG. 12 is a conceptual explanatory diagram of a pseudo continuous spectrum by a second light emitting layer part.
FIG. 13 is a conceptual diagram of a combined spectrum of a first light emitting layer part and a second light emitting layer part.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a sunlight spectrum in a visible light band.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a spectrum of an incandescent bulb in the visible light band.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a fourth example of the light emitting module of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a fifth example of the light emitting module of the present invention.
FIG. 18 is a perspective view showing a first example of a translucent shell shape used in the light emitting module of the present invention.
FIG. 19 is a perspective view showing a second example.
FIG. 20 is a perspective view showing a third example.
FIG. 21 is a sectional view and a perspective view showing a fourth example.
FIG. 22 is a cross-sectional view and a perspective view showing a fifth example.
FIG. 23 is a diagram showing a second example of a lighting device using the light emitting module of the present invention.
FIG. 24 is a diagram showing a third example of a lighting device using the light emitting module of the present invention.
FIG. 25 is an explanatory diagram of a translucent shell shape.
FIG. 26 is a schematic view showing a modification of the assembly mode of the light emitting element chips in the light emitting module.
FIG. 27 is a sectional view showing a sixth example of the light emitting module of the present invention.
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a seventh example of the light emitting module of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,100,300 Lighting device
7 Translucent substrate
8 High conductivity layer
9 First electrode
15 Second electrode
20,200 Light emitting device chip
MP1 first main surface
VP1 first virtual plane
PP circumferential side
VP2 Virtual cylinder surface
MP2 second main surface
VP3 second virtual plane
24 Light emitting layer
LB Luminous flux
30 Liquid mold media
30a Liquid organic compounds
30L fluorescent material
31, 33 Terminal lead
64,164,264,364,464 light emitting module
65 Translucent shell
65q opening
65w Intermediate refractive index material layer
65m body part (inner layer part)
65j Light extraction wall
65r reflective layer
RB reflected light
131,132 Power supply terminal
161 Terminal mold part
170 High refractive index particles
Claims (13)
前記発光層部からの発光光束に対して透光性を有するとともに、前記発光素子チップと直接接する形で該発光素子チップの周囲空間を覆う液状モールド媒体と、
前記発光層部からの発光光束に対して透光性を有する固体材料からなり、前記液状モールド媒体を前記発光素子チップとともに収容・密封する透光性殻体と、
を有し、
前記液状モールド媒体は液状有機化合物を主体とし、
前記液状モールド媒体の屈折率が1.3以上に設定され、
前記液状モールド媒体をなす前記液状有機化合物がテトラブロモエタンであり、
前記透光性殻体は、少なくとも最外層部が前記液状モールド媒体と空気との中間の屈折率を有する中間屈折率材料にて構成されてなり、
前記液状モールド媒体と、前記透光性殻体の該液状モールド媒体と接する内層部とがいずれも屈折率が1.45以上の材料からなり、他方、前記透光性殻体の最外層部が屈折率1.45未満のフッ素樹脂からなることを特徴とする発光モジュール。A light emitting element chip having a light emitting layer portion composed of a laminate of compound semiconductor layers;
A liquid mold medium having translucency with respect to the luminous flux from the light emitting layer portion and covering the surrounding space of the light emitting element chip in direct contact with the light emitting element chip;
A light-transmitting shell that contains and seals the liquid mold medium together with the light-emitting element chip, which is made of a solid material that transmits light emitted from the light-emitting layer.
Have
The liquid mold medium is mainly composed of a liquid organic compound,
The refractive index of the liquid mold medium is set to 1.3 or more,
Ri said liquid organic compound is tetrabromoethane der constituting the liquid mold medium,
The translucent shell is composed of an intermediate refractive index material having at least an outermost layer portion having an intermediate refractive index between the liquid mold medium and air,
The liquid mold medium and the inner layer portion of the translucent shell contacting the liquid mold medium are both made of a material having a refractive index of 1.45 or more, while the outermost layer portion of the translucent shell is A light emitting module comprising a fluororesin having a refractive index of less than 1.45 .
前記端子リード部は、それら第一電極及び第二電極からそれぞれ、前記透光性基板の前記第一主表面から離間する向きに延出形成されてなることを特徴とする請求項7ないし請求項11のいずれか1項に記載の発光モジュール。The light-emitting element chip has a light-transmitting substrate having a light-transmitting property with respect to a light flux emitted from the light-emitting layer portion, and the first main surface of the light-transmitting substrate is a light extraction surface. A high conductivity layer having a sheet resistance lower than that of the light emitting layer portion is formed on the second main surface of the translucent substrate, and the light emitting layer portion is formed on the high conductivity layer. A first electrode as the electrode is disposed on the second main surface side of the light emitting layer, and an exposed portion of the high conductivity layer is formed by cutting out a partial region of the light emitting layer portion, and the electrode is formed on the exposed portion. As the second electrode is arranged,
The terminal lead portion, which respectively from the first electrode and the second electrode, according to claim 7 or claim, characterized in that formed by extending formed in a direction away from the first major surface of the transparent substrate the light emitting module according to any one 1 1.
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