JP4815843B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子と蛍光体との組合せによって種々の色が発光可能な発光装置であって、特に、駆動初期の色ズレを抑制することを目的とした発光装置に関する。
近年、窒化物半導体を用いた発光素子が開発されたことから、発光素子から出力される光の一部を吸収して異なる波長の光を出力する蛍光体と発光素子とを組み合わせることにより、種々の色調の発光色を有する発光装置を作製されている。特に、青色を発する発光素子と、発光素子からの青色の一部を吸収して、青色の補色に変換する蛍光体を用いる白色に発光する発光装置が知られている。これらの発光装置は、砲弾型や表面実装型などの種々の形態を有する。
例えば砲弾型の場合、一般に、正又は負のリード電極の一方の先端にカップが形成され、そのカップ内に発光ダイオードが実装され、その発光ダイオードを被覆するように蛍光体を分散させた樹脂が充填されている。そして、そのカップの周囲全体を覆うように先端がレンズ状になった砲弾型のモールド樹脂が形成されている(例えば、特許文献1参照)
また、表面実装型の場合、発光素子を収納するための凹状の収納部とベースとが一体成形されたパッケージが用いられる。このパッケージには、正及び負のリード電極が成形されている。また、凹状の収納部には、発光ダイオードが実装されており、蛍光体を分散させた樹脂が充填されている。そして、収納部とベース上に集光性を高めるためのレンズ状のモールド樹脂が形成される(例えば、特許文献2参照)。
特に、青色を発する発光素子と蛍光体の組合せによって白色を発光する場合、発光素子の発光強度と蛍光体の発光強度のバランスによって白色の色調が決まる。
特開2000−244021号公報 特開2002−379711号公報
ところが、従来の発光装置においては、特に発光装置の駆動初期に色ズレの変動が大きいという問題があった。つまり、電流投入後、発光素子からの発熱によって、発光素子を覆う樹脂が熱膨張し、樹脂中の蛍光体の分散状態が変化することによって、発光素子と蛍光体の発光強度のバランスが変化するからである。以上のことから、本発明は、駆動初期の色ズレが極めて小さい発光装置を提供することを目的とする。
以上の課題を解決するため、本発明者は鋭意研究して以下の発明がなされた。
本発明の発光装置は、発光素子と、前記発光素子を載置する支持体と、前記発光素子と前記支持体の少なくとも一部を被覆する第1の透光性部材と、前記発光素子の上方を横断する金属線と、を有し、前記発光素子は同一面側に正電極と負電極とを有しており、前記発光素子の中央部を横断することなく前記正電極は前記支持体が有する第1の外部電極とワイヤーを介して電気的に接続されており、前記発光素子の中央部を横断することなく前記負電極は前記支持体が有する第2の外部電極とワイヤーを介して電気的に接続されており、前記金属線は前記発光素子上の正電極と負電極との間の上方を横断するように形成されている。
また、本発明の発光装置は、発光素子と、前記発光素子を載置する支持体と、前記発光素子と前記支持体の少なくとも一部を被覆する第1の透光性部材と、前記発光素子の上方を前記発光素子から離間して横断する金属線と、を有し、前記支持体は、前記発光素子の正電極及び負電極と電気的に接続される第1の外部電極及び第2の外部電極とを有しており、前記金属線の両端は、前記第1の外部電極及び前記第2の外部電極と離間され、前記支持体に固定されている。
さらに、本発明の別の形態として、以下の構成を有する。
本発明は、発光素子と、前記発光素子を載置する支持体と、前記発光素子と前記支持体の少なくとも一部を被覆する第1の透光性部材と、前記発光素子の上方を横断する金属線と、を有する発光装置に関する。電流投入の際に発光素子から発生する熱によって、第1の透光性部材は膨張する。ただし第1の透光性部材は支持体と接しているため、支持体と接する以外の方向(通常、光の取り出し方向側)に第1の透光性部材は膨張しようとする。そのため、発光素子の上方に金属線を形成することにより、第1の透光性部材の膨張を支持体側へ押さえる(アンカー効果)ことができ、第1の透光性部材の光取り出し方向への膨張を抑制することができる。また、発光素子と外部電極とを接続するワイヤーを有し、そのワイヤーの途中に第1の透光性部材の界面が配置される発光装置の場合、第1の透光性部材の熱膨張による応力により、ワイヤーが断線することがある。そのため、発光素子の上方を横断する金属線を形成することにより、第1の透光性部材の熱膨張を抑え、応力を低減することによりワイヤーの断線を防止することができる。
前記第1の透光性部材が蛍光体を含有することができる。これにより、種々の色調の発光装置を提供できる。また、上述のように、第1の透光性部材の膨張が抑制されるため、分散された蛍光体粒子間を通過する発光素子からの光量が電流投入の前後で変化しにくい。これにより、色ズレの少ない発光装置を提供することができる。
前記金属線は、前記発光素子のほぼ中央部上方を横断することが好ましい。第1の透光性部材の膨張率が特に大きい箇所に金属線を形成することにより、第1の透光性部材の熱膨張を効果的に抑えることができるからである。
前記第1の透光性部材は金属線全体を覆うことが好ましい。金属線の一部が第1の透光性部材から露出する場合と比較して、金属線全体を第1の透光性部材によって覆われるほうが、第1の透光性部材の熱膨張を抑えるアンカー効果をより高めることができるからである。
前記発光素子は同一面側に正電極と負電極とを有しており、前記発光素子の中央部を横断することなく前記正電極は前記支持体が有する第1の外部電極とワイヤーを介して電気的に接続されており、前記発光素子の中央部を横断することなく前記負電極は前記支持体が有する第2の外部電極とワイヤーを介して電気的に接続されており、前記金属線は前記発光素子上の正電極と負電極との間の上方を横断するように形成されていることが好ましい。これにより、金属線をワイヤーから離れた位置に設けることができ、金属線とワイヤーとの接触による発光素子の短絡を防止することができる。
前記金属線は、前記第1及び第2の外部電極と離間されていることが好ましい。特に支持体に設けられる金属線の係止部位と、第1及び第2の外部電極と、は離間されていることが好ましい。金属線は電気的接続されておらず、電気的接続を有すワイヤーとは別形成されている。よって発光素子の短絡をより効果的に防止することができる。また、第1の透光性部材の熱膨張を効果的に抑えることができ、色ズレが小さい発光装置を提供することができる。
前記金属線は、直径が20μm〜50μmであって、3本以下とすることが好ましい。金属線は光取り出し方向に設けられるため、発光素子から出射した光を遮ってしまう。そのため、金属線の直径と本数を制限することにより、大きな輝度低下を生じず、色ズレの小さい発光装置を提供することができる。
前記金属線は、金、スズ、銅より選ばれた少なくとも1つまたは、これらの合金からなることが好ましい。金属線は、光取り出し方向に形成されるため、出射した光を遮ってしまう。そのため、発光素子からの光を反射しやすいこれらの金属を金属線に用いることにより、大きな輝度低下を生じず、色ズレの小さい発光装置を実現できる。
前記支持体は、底面と側面を持つ凹部を形成しており、前記凹部は底面から開口方向に従って、広口となるように形成されていることが好ましい。特に凹部の側面と底面には発光素子からの光を反射する金属が形成されていることが好ましい。発光素子から凹部の側面へ出射した光は該側面で反射され、凹部の開口方向へと光を出射する。これにより発光装置の正面方向への光取り出し効率の向上を図ることができる。また、上記構成であっても第1の透光性部材と支持体との剥離を防止することができる。つまり、発光素子の発熱により第1の透光性部材が側方及び上方等に膨張し始める。上記のように凹部に傾斜が設けられている場合、側方への膨張によって第1の透光性部材が支持体から浮き上がり剥離しようとする。特に凹部の側面に金属が形成されている場合、第1の透光性部材と金属との密着力が弱いためより剥離し易くなっている。よって金属線を所定の位置に形成することにより第1の透光性部材の浮き上がりを防止し、第1の透光性部材と支持体との剥離を防止することができる。
前記発光装置は、さらに前記第1の透光性部材を被膜する第2の透光性部材を形成することが好ましい。第1の透光性部材(蛍光体層)と第2の透光性部材の2層以上を有する発光装置の場合、第1の透光性部材と第2の透光性部材との間に界面が存在している。発光素子への電流投入及び停止を繰り返すことにより発光素子に近い側の第1の透光性部材が熱膨張及び収縮を繰り返す。これにより、第1の透光性部材と第2の透光性部材との界面に空間が生じ、光の取り出しの妨げとなる場合がある。上述のように、金属線を形成することにより、第1の透光性部材の膨張を抑制し、界面の劣化を防ぐことができる。
本発明によれば、第1の透光性部材の熱膨張を抑制してワイヤーの断線を生じにくくすることができる。また、色ズレの小さい発光装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。だたし、本発明は、以下に示す実施の形態及び実施例に限定されない。各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号について同一もしくは同質部材を示しており、詳細説明を便宜省略する。
<第1の実施の形態>
第1の実施の形態に係る発光装置を図1及び図2に示す。図1は、第1の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図2は、第1の実施の形態に係る発光装置を上からみた概略平面図である。便宜上、支持体200の底部に設けられた放熱部201と第1の外部電極211及び第2の外部電極212のみを示している。
発光素子110は、サファイヤ等の基板上にn型層及びp型層の半導体層を形成しており、その半導体層側に一対の正電極111と負電極112を一個若しくは複数個備えている。支持体200は底面と側面を持つ凹部を成しており、支持体200の底面中央部に発光素子110を載置するための凹部を持つ放熱部201を設けている。支持体200の底面と放熱部201の上面とは段差なく連続して形成されていることが好ましい。支持体200の凹部内には第1の外部電極211と第2の外部電極212とを設けている。発光素子110は、正電極111と負電極112が上面となるように放熱部201の底面にフェイスアップ実装している。この発光装置において、光取り出し方向は凹部の開口方向である。発光素子110の正電極111は支持体200に保持された第1の外部電極211とワイヤー120を介して電気的に接続しており、発光素子110の負電極112は支持体200に保持された第2の外部電極212とワイヤー120を介して電気的に接続している。支持体200の凹部内、特に放熱部201の凹部内に第1の透光性部材221を配置している。第1の透光性部材221は発光素子110を覆うように形成されている。第1の透光性部材221は蛍光体350を混合している。蛍光体350は発光素子110からの光を吸収して波長変換を行い、発光素子110の光よりも長波長の光を放出する。例えば、青色に発光する発光素子110と、青色光の少なくとも一部を吸収して青色光よりも長波長の黄色を発光する蛍光体350と、を用いることにより、発光素子110から出射される青色光と蛍光体350から出射される黄色光とが混色して白色発光が得られる。このように第1の透光性部材221は、発光素子110を封止すると共に、発光素子110から発光する波長を変換する波長変換層としても機能する。
また、第2の透光性部材222は第1の透光性部材221を覆うように配置しており、その第2の透光性部材222を保護する第3の透光性部材235を設けている。第3の透光性部材235は集光性を高めるためレンズ形状を成していることが好ましいが、種々の形態を採ることができる。第2の透光性部材222は、ワイヤー120の一部と第1の透光性部材221を覆うように形成され、振動等による外的衝撃からワイヤー120の破損を防いでいる。さらに、第2の透光性部材222は第3の透光性部材235を固定する役割も有する。
放熱部201は、側面と底面からなる凹部を有し、発光素子110からの光を効率良く光取り出し側に取り出すために底面から開口方向へ広口に形成している。発光素子110は放熱部201のほぼ中央に実装している。
支持体200の凹部底面に載置された発光素子の上方を横断するように1本の金属線300を設けている。支持体200に設ける放熱部201に金属線300の両端を固定している。金属線300は第1の透光性部材221中に配置している。金属線300は発光素子110の各電極111、112と外部電極211、212とを繋ぐワイヤー120とが接触しないことが好ましい。この構成は、例えば、発光素子110を中心にそれぞれ向かい合うように第1の外部電極211と第2の外部電極212とを支持体200に備える。発光素子110の中央部を横断することなく、発光素子110の正電極111は支持体200が有する第1の外部電極211とワイヤー120を介して電気的に接続している。発光素子110の中央部を横断することなく、発光素子110の負電極112は支持体200が有する第2の外部電極212とワイヤー120を介して電気的に接続している。その正電極111と負電極112との間の上方を横断するように金属線300を配置している。特に、発光素子110の向かい合う両辺に正電極111及び負電極112をそれぞれ複数個設けて、この両辺と平行に発光素子110の中央部上方を横断するように金属線300を形成することが好ましい。
またこの1本の金属線300に対してさらに平行に1本又は2本と本数を増やすこともできる。金属線300の本数を増やすことによって、アンカー効果が増すため、第1の透光性部材221の膨張をより抑制できる。その一方、所定の太さで、かつ金属線の本数が4本を越えると、発光素子110からの光を金属線が遮ってしまうため、著しく輝度が低下する原因となる。
また本実施形態のように、ワイヤー120が第1の透光性部材221と第2の透光性部材222とにまたがる場合、第1の透光性部材221と第2の透光性部材222の熱膨張率の違いにより、第1の透光性部材221と第2の透光性部材222との界面でワイヤー120が断線する場合がある。よって所定の位置に金属線300を形成することにより、第1の透光性部材221の熱膨張を抑えることができ、ワイヤー120の断線を効果的に防ぐことができる。
金属線300を形成することによって色ズレが抑制される仕組みについて図面を用いて説明する。図3(A)は金属線300を形成していない場合の電流投入直後の放熱部201と発光素子110との概略断面図を示す。図3(B)は金属線300を形成していない場合の電流投入後所定時間経過後の放熱部201と発光素子110との概略断面図を示している。図3(C)は金属線300を形成している場合の電流投入直後の放熱部201と発光素子110との概略断面図を示す。図3(D)は金属線300を形成している場合の電流投入後所定時間経過後の放熱部201と発光素子110との概略断面図を示している。よって、図3(A)(B)は金属線300を形成していない場合、図3(C)(D)は金属線300を形成している場合である。
金属線300を形成しない場合、電流投入直後、第1の透光性部材221の上面は平坦である。その後、発光素子110からの発熱によって第1の透光性部材221は光取り出し方向側へ熱膨張し始める。電流投入後所定の時間経過すると、光取り出し方向に第1の透光性部材221が凸状に形成される。そのため、電流投入直後と比較すると、第1の透光性部材221中の蛍光体350粒子間の距離が広くなり、第1の透光性部材221から外部に達する発光素子110からの光透過量は多くなる。その結果、発光素子110からの光量と蛍光体350からの光量との比率が変化するため色ズレが生じる。
これに対して、金属線300を形成する場合、電流投入直後の状態は金属線300を形成していない場合と同様、第1の透光性部材221の上面は平坦である。その後、発光素子110からの発熱によって第1の透光性部材221は光取り出し方向側に熱膨張しようとする。しかし、金属線300が放熱部201の方向に第1の透光性部材221を押さえつけているため、第1の透光性部材221の膨張を抑制している。よって電流投入後所定の時間経過した後であっても、第1の透光性部材221はほとんど膨張していない。そのため、電流投入直後と比較しても第1の透光性部材221の蛍光体350粒子間の距離は変化せず、第1の透光性部材221から外部に達する発光素子110からの光透過量は変化しない。その結果、発光素子110からの光量と蛍光体350からの光量との比率の変動が小さく、ほとんど色ズレしていない。
以下発光装置の各構成について詳細に説明する。
(発光素子)
発光素子110は、支持体200に設けられた放熱部201のほぼ中央にフェイスアップ実装している。また、発光素子110はフェイスダウン実装することもできる。さらに発光素子110を載置したサブマウントを実装して用いることもできる。フェイスアップ実装の場合、発光素子110上の正負電極111、112の形成数及び形成位置を任意に変えることができる。
発光素子110は、基板上にGaAlN、ZnO、ZnS、ZnSe、SiC、GaP、GaAlAs、AlN、InN、AlInGaP、InGaN、GaN、AlInGaN等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層は、量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としても良い。
高輝度な発光素子110を形成可能な半導体材料として窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましく、また、赤色ではガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・インジュウム・ガリウム・燐系の半導体を用いることが好ましいが、用途によって種々利用することもできる。
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、SiC、Si、ZnOやGaN単結晶等の材料が用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを量産性良く形成させるためにはサファイヤ基板を用いることが好ましい。窒化物系化合物半導体を用いた発光素子チップ例を示す。サファイヤ基板上にGaN、AlN等のバッファー層を形成する。その上にN型或いはP型のGaNである第1のコンタクト層、量子効果を有するInGaN薄膜である活性層、P或いはN型のAlGaNであるクラッド層、P或いはN型のGaNである第2のコンタクト層を順に形成した構成とすることができる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物をドープしない状態でN型導電性を示す。なお、発光効率を向上させる等所望のN型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、N型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Te、C等を適宜導入することが好ましい。
一方、P型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、P型ドーパンドであるZn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等をドープさせる。窒化ガリウム系半導体は、P型ドーパントをドープしただけではP型化しにくいためP型ドーパント導入後に、炉による加熱、低電子線照射やプラズマ照射等によりアニールすることでP型化させる必要がある。こうして形成された半導体ウエハーを部分的にエッチングなどさせ正負の各電極を形成させる。その後半導体ウエハーを所望の大きさに切断することによって発光素子110を形成することができる。
なお、蛍光体の種類を選択することにより、400nmより短い紫外域の波長の光を発光する発光素子を適用することもできる。
(支持体)
支持体200は底面と側面を持つ凹状を成している。支持体200の底面の中央近傍に発光素子110を載置する凹状の放熱部201を有する。支持体200の底面と放熱部201の上面とはほぼ同一平面となっているが、段差を設けて形成することも可能である。支持体200と放熱部201とは別部材であり、例えば、金属製の放熱部201を予め形成しておき、所定の型枠に樹脂を射出して、所定の形状を形成して、放熱部201を一体成形することが好ましい。支持体200には外部電極211、212を設けている。外部電極211、212の一端は支持体200の底面に露出しており、外部電極211、212の他端は発光装置100から露出している。
放熱部201は底面と側面を持つ凹部を形成している。その凹部の底面から開口方向に従って広口となるように形成されていることが好ましい。放熱部201は、光の取り出し方向に拡がっているため、発光素子110からの光の取り出しを向上させることができる。ただし、凹部を形成していればよく、光取り出し側に向かって開口している以外に、底面に対して垂直に側面が形成されているものも使用することができる。いずれの形状の支持体も第1の透光性部材221が光取り出し方向に膨張し易い構造であるため、金属線300によって効果的に膨張を抑制することができる。光取り出しを向上させるために銀、ニッケル、アルミ等の高反射部材を放熱部201の底面及び側面等に設けることが好ましい。
放熱部201は、発光素子110から発生する熱を外部に放出するヒートシンクとしての役割を果たす。その場合、放熱部201の材質として、銅、鉄等の熱伝導率の高いものを使用することが好ましいが、その他の金属も使用することができる。
発光装置100の形状により、支持体200の形状及び材質は任意に選択することができる。支持体200の材質は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、液晶ポリマー、セラミックス、金属、BTレジン、ガラエポ等を利用することができる。また、支持体200の形状として、側面と底面を有する凹状のものや平板状のものも使用することができる。平板状のものを用いる場合、第1の透光性部材221を表面張力や所定の型枠等を用いて凸状に形成して、その凸状内に金属線300を設ける構造を採る。
外部電極211、212は第1の外部電極211と第2の外部電極212とを有している。第1の外部電極211は発光素子110の正電極111と電気的に接続しており、第2の外部電極212は発光素子110の負電極112と電気的に接続している。外部電極211、212は発光素子110を挟んで向かい合うように配置されている。第1の外部電極211及び第2の外部電極212は、1個に限られず、それぞれ複数個用いても良い。また外部電極211、212は、銅を主成分とする金属部材であることが好ましく、発光素子110からの光の反射率の向上及び電極基材の酸化防止等のために電極表面に銀、アルミ、金、ニッケル等のメッキを施すこともできる。
(第1の透光性部材)
第1の透光性部材221は、支持体200に設けられた放熱部201の凹状部分に配置しているが、凹状に形成した支持体200内に配置することもできる。蛍光体350が混合された第1の透光性部材221を放熱部201の凹状部分のみに配置することにより、光放射源近傍に蛍光体350を配置することができる。これにより点光源に近づけることができる。
第1の透光性部材221の材料は、発光素子110と蛍光体350の発光を透過し、蛍光体350を安定的に分散可能な材料であれば特に限定されない。例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラス等を用いることができる。第1の透光性部材221中にフィラーや分散剤が分散されていてもよい。
第1の透光性部材221は、蛍光体350を分散させた樹脂を放熱部201の凹部内にポッティング、印刷によって充填後、熱硬化させて形成する。
(第2の透光性部材、第3の透光性部材)
第2の透光性部材222は、第1の透光性部材221を被覆するように凹状の支持体200内に配置している。第3の透光性部材223は、第2の透光性部材222を被覆している。第3の透光性部材223は所定のレンズ形状を成していることが好ましい。ただし第1の透光性部材221のみ有しておればよく、第2の透光性部材222及び第3の透光性部材223は必ずしも必須ではない。
第2の透光性部材222は、樹脂を支持体200の凹部内にポッティング、印刷によって充填後、熱硬化させて形成している。
第3の透光性部材223は、キャスティング成形、モールド成形、圧縮成形などによって形成可能である。また、別途形成した第3の透光性部材223を、支持体200に嵌め込んで形成することもできる。
また、砲弾型発光装置のように、第1の透光性部材上に直接、レンズ形状を有する第2の透光性部材を形成することもできる
第2の透光性部材222、第3の透光性部材223の材料は、発光素子110と蛍光体350の発光を透過する材料であれば特に限定されない。第2の透光性部材222、第3の透光性部材223の材質は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラス等を用いることができる。第2の透光性部材222、第3の透光性部材223中にフィラー、分散剤、顔料等が分散されていてもよい。
(金属線)
金属線300は、発光素子110の中央部上方に形成することが好ましい。これは、第1の透光性部材221の膨張が最も著しい場所に金属線300を形成することで、第1の透光性部材221の膨張を効果的に抑制できるからである。さらに、金属線300は、発光素子110が載置される放熱部201の上面から第1の透光性部材221と第2の透光性部材222との界面までの高さより低く形成されるほうが好ましい。さらに好ましくは、金属線300は、第1の透光性部材221と第2の透光性部材222との界面までの高さより若干低く形成されるほうが好ましい。金属線300が界面までの高さを越えると、金属線300が第1の透光部材221と第2の透光部材222をまたがることになり、第1の透光性部材221と第2の透光性部材222との膨張率の違いにより両者の界面で、金属線300が切れ易くなるからである。また、金属線300が低すぎると、つまり、金属線300と第1の透光性部材221の界面までの距離が長くなると、第1の透光性部材221の押さえつけが弱くなるからである。
金属線300は、発光素子110が持つ正電極111と負電極112との間の上方を横断するように形成することが好ましい。金属線300の配置方向がワイヤー120に対して垂直である場合、金属線300をワイヤーと離れた位置に形成できるため、金属線とワイヤーの接触を防ぐことができる。特に正電極111、負電極112とワイヤー120が複数形成された場合に金属線300とワイヤー120との接触をより効果的に防ぐことができる。金属線300の配置方向がワイヤー120に対して平行である場合、接触を防ぐために、正電極111、負電極112及びワイヤー120の形成位置及び形成数が制限される。ただし、同一方向であるため、ワイヤー120と金属線300を一工程で形成することができる。さらに金属線300は、第1の外部電極211、第2の外部電極212と離間されていることが好ましい。
金属線300は、発光素子110からの光をできるだけ遮光及び吸収しにくい部材からなることが好ましい。また、金属線300の直径は小さいほうが好ましい。これは、金属線300は、光の取り出し面側に形成され、発光素子110からの光を遮光するからである。ただし、第1の透光性部材221の膨張時の応力に耐えうる部材及び直径からなる金属線300を選択する必要がある。
金属線300の材質は、金、スズ、銅、アルミニウムを用いることが好ましい。また、金属線300の直径は20μm〜50μmを用いることが好ましい。さらに、発光素子110からの光を反射するために、金属線300に銀、ニッケルからなるメッキを施しても良い。作業性及びコスト面から、金属線300は、ワイヤー120と同じ部材で形成されていてもよい。
金属線300の一方の末端から他方の末端までの軌跡が略半円状であることが好ましい。これは、ボンディング装置によって、安定的に製造できる形状だからである。また第1の透光性部材221の膨張の応力が均一に金属線300にかかりやすいため、断線等による金属線300の破損を防ぐことができるからである。金属線300は、予めコイル状または屈曲を有する金属線によって形成されてもよい。これによりの第1の透光性部材221との接触面積が増え、第1の透光性部材221の膨張をより抑えることができる。
(蛍光体)
蛍光体350は第1の透光性部材221中に含有している。また、第2の透光性部材222、第3の透光性部材223に含有していても良い。
蛍光体350は、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)などがある。また、MSi:EuのほかMSi10:Eu、M1.8Si0.2:Eu、M0.9Si0.110:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)などもある。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)などがある。
Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、M(POX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)などがある。
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、MX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、SrAl:R、SrAl1425:R、CaAl:R、BaMgAl1627:R、BaMgAl1612:R、BaMgAl1017:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)などがある。
アルカリ土類硫化物蛍光体には、LaS:Eu、YS:Eu、GdS:Euなどがある。
Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、YAl12:Ce、(Y0.8Gd0.2Al12:Ce、Y(Al0.8Ga0.212:Ce、(Y,Gd)(Al,Ga)12の組成式で表されるYAG系蛍光体などがある。また、Yの一部若しくは全部をTb、Lu等で置換したTbAl12:Ce、LuAl12:Ceなどもある。
その他の蛍光体には、ZnS:Eu、ZnGeO:Mn、MGa:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。)などがある。
上述の蛍光体は、所望に応じてEuに代えて、又は、Euに加えてTb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Tiから選択される1種以上を含有させることもできる。
Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体とは、モル%表示で、CaCO をCaOに換算して20〜50モル%、Alを0〜30モル%、SiOを25〜60モル%、AlNを5〜50モル%、希土類酸化物または遷移金属酸化物を0.1〜20モル%とし、5成分の合計が100モル%となるオキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体である。尚、オキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体では、窒素含有量が15wt%以下であることが好ましく、希土類酸化物イオンの他に増感剤となる他の希土類元素イオンを希土類酸化物として蛍光ガラス中に0.1〜10モル%の範囲の含有量で共賦活剤として含むことが好ましい。
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。
(発光装置の製造方法)
第1の実施の形態に係る発光装置100の製造方法の概略を説明する。図4(A)〜(D)は、第1の実施の形態に係る発光装置100の製造工程を示し、発光装置100を上から見た時の概略平面図である。
(1)第1の外部電極211、第2の外部電極212と放熱部201とが一体となった所定の形状のフレームに支持体200が形成されたフレーム成形品240を用いる。
(2)発光素子110を載置する。
所定のダイボンド樹脂を用いて、放熱部201の底面に発光素子110をフェイスアップ実装する。また、サブマウントを用いて発光素子110をフェイスダウン実装することもできる。発光素子110は、複数個を載置しても良く、例えば、2個の発光素子を並列して載置することもできる。
(3)金属線300の形成する。
金属線300が、放熱部201上の所定の位置に形成されるようにボンディング装置を設定する。発光素子110の中央部上方を通り、第1の透光性部材221に金属線300全体が覆われる位置に一本の金属線300を形成する。金属線300の先端に放電を行ない、金属ボールを形成する。この金属ボールは液状であるため、電極等と接続しやすく、冷却により金属線300が固定される。下記のワイヤー120も同様である。
(4)ワイヤー120を形成する。
発光素子110の正電極111と第1の外部電極211とを、負電極112と第2の外部電極212とを、ワイヤー120を介して接続する。発光素子110上の正負電極111,112の数により、ワイヤー120は1対以上形成される。金属線300の形成工程とワイヤー120の形成工程の順序は特に問わない。
(5)第1の透光性部材221を形成する。
蛍光体350を分散させた樹脂を放熱部201の凹部にポッティングし、樹脂を加熱して硬化させる。第1の透光性部材221中には空気が残存しないようにする。
(6)第2の透光性部材222、第3の透光性部材223を形成する。
第1の透光性部材221の上に、樹脂をポッテイングし、別途形成しておいたレンズ形状の第3の透光性部材223をその樹脂上にのせる。樹脂を加熱して硬化させ、第2の透光性部材222を形成するとともに第3の透光性部材223を固定させる。第2の透光性部材222は、ポッティング以外に、印刷によっても形成することができる。第3の透光性部材223は、第2の透光性部材222を形成した後、キャスティング成形、モールド成形、圧縮成形によって形成することもできる。
(7)フレーム成形品240から発光装置100を切り出す。
これにより発光装置100を製造することができる。
<第2の実施の形態>
第2の実施の形態に係る発光装置について説明する。図5は第2の実施の形態に係る発光装置を上から見た概略平面図である。便宜上、支持体200の底部に設けられた放熱部201と第1の外部電極211、第2の外部電極212のみを記載している。第1の実施の形態に係る発光装置100とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。2本の金属線301は、発光素子110上に交差するように形成されている。金属線の本数を増やすことにより、金属線301と第1の透光性部材221との接触面積が増え、第1の透光性部材221の熱膨張をより抑えることができる。2本の金属線301の交点は、発光素子110のほぼ中央部上方に位置することが好ましい。これは、第1透光性部材221の膨張が著しい位置に、金属線301の交点があることにより、第1の透光性部材221を支持体200側により押さえることができ、第1の透光性部材221の膨張を効果的に抑制できるからである。
2本の金属線301の光取り出し方向への高さは、互いに異なって形成されるほうが好ましい。これは、1本目の金属線301の形成後、2本目の金属線301を形成する際に、1本目の金属線を破損するおそれがあるからである。従って、初めに形成する金属線301の高さより、後に形成する金属線301の高さを高く形成するほうが好ましい。
<第3の実施の形態>
第3の実施の形態に係る発光装置について説明する。図6は第3の実施の形態に係る発光装置を上から見た概略平面図である。便宜上、支持体200の底部に設けられた放熱部201と外部電極211、212のみを記載している。第1の実施の形態に係る発光装置100とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。1本の金属線302の両端部が放熱部201の側壁側に固定されている。特に放熱部201の外周近傍の側壁側に設けることが好ましい。つまり金属線302は放熱部201の開口部の最上面に直線状に張られており、第1の透光性部材221の界面付近に配置している。第1の透光性部材221と金属線302の接触面積が大きいことから、第1の透光性部材221の熱膨張を広範囲に抑えることができる。
放熱部201の側壁側の金属線302が固定される部位には、金属線302が固定され易いように、金属線302と同材質の金属メッキを施してもよい。
<第4の実施の形態>
第4の実施の形態に係る発光装置について説明する。図7は、第4の実施の形態に係る発光装置を上から見た概略平面図である。便宜上、支持体200の底部に設けられた放熱部201と外部電極211、212のみを記載している。第1の実施の形態に係る発光装置100とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。発光素子110は、発光素子110上の対角を成す位置に一対の正電極111、負電極112を半導体層に備えている。正電極111、負電極112と第1の外部電極211、第2の外部電極212とがワイヤー120によってそれぞれ接続されている。金属線303は、ワイヤー120の張られた方向に対して平行に形成されている。金属線303の形成方向は、ワイヤー120を形成する方向と同じであるため、金属線303とワイヤー120とを同時に形成することができ、作業性を向上させることができる。
第1乃至第4の実施の形態の発光装置について本件発明を説明してきたが、本件発明は、砲弾型、表面実装型等の種々の発光装置に応用可能である。
<第5の実施の形態>
第5の実施の形態に係る発光装置について説明する。図8は、第5の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図9は、第5の実施の形態に係る発光装置を上から見た概略平面図である。図9は第1の透光性部材621及び第2の透光性部材622を外した支持体600の平面を示すものである。第2の透光性部材622は半円筒状である。
発光素子510は、一対の正電極511、負電極512を半導体層に備える。支持体600は平板状のものを用い、所定の配線パターンを有する第1の外部電極611、第2の外部電極612を形成している。支持体600にはスルーホールが設けられ、第1の外部電極611及び第2の外部電極612は、裏面側から導通をとることができる。平板状の支持体600上に形成された第2の外部電極612上に発光素子510を実装する。支持体600上に形成された第1の外部電極611、第2の外部電極612と発光素子510の正電極511、負電極512がワイヤー520を介して電気的に接続されている。このときワイヤー520は金属線700とほぼ平行であることが好ましい。金属線700は、正電極511と負電極512とを結ぶ線に対して、ほぼ垂直に、各電極511、512の間に形成されている。蛍光体750が混入された第1の透光性部材621は、発光素子510とワイヤー520と外部電極611、612を覆うように形成されている。さらに、第1の透光性部材621を覆うように第2の透光性部材622が形成されている。さらに、1本の金属線700は、発光素子510の上部を覆うように第1の透光性部材621内に形成されている。
この発光装置は支持体600に発光素子510を実装した後、金属線700及びワイヤー520を所定の位置に張る。このとき金属線700の高さは第2の透光性部材622の凹部内面に接触しない程度に形成しておく。その後、型枠内に所定のレンズ形状を成す第2の透光性部材622を配置した後、凹部を有する第2の透光性部材622内に第1の透光性部材621を流し込む。第1の透光性部材621は蛍光体750が含有されている。第1の透光性部材621が硬化する前に発光素子510を実装した支持体600と第2の透光性部材622とを接着して固定する。支持体600と第2の透光性部材622との間には空気が残存しないようにゆっくり作業を行なう。第2の透光性部材622と支持体600との接触部分には接着剤を用いることが好ましいが、第1の透光性部材621により固定することも可能である。
上記製造方法のほかに、下記の製造方法をとることもできる。
発光素子510を実装した支持体600に金属線700及びワイヤー520を所定の位置に張る。次に、その支持体600の発光素子510上に第1の透光性部材621をポッティングする。第1の透光性部材621は適度な粘度及びチクソ性を有し、表面張力によりドーム形状を成す。このとき支持体600表面の第1の外部電極611及び第2の外部電極612の配線パターンを変えることにより所定の位置にのみ第1の透光性部材621を配置することができる。その第1の透光性部材621を被覆するように第2の透光性部材622を被せる。このとき第1の透光性部材621は硬化前でも硬化後でもよい。また第1の透光性部材621と第2の透光性部材622との間に気体層を設けてもよい。
<第6の実施の形態>
第6の実施の形態に係る発光装置について説明する。図10は、第6の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図11は、第6の実施の形態に係る発光装置を上からみた概略平面図である。支持体1200は、底面と側面を持つ凹部を形成しており、その底面に発光素子1110とサブマウント1115とを載置する。サブマウント1115上にバンプ(図示せず)を介して、フェイスダウン実装された発光素子1110は、支持体1200に形成された第1の外部電極1211上に実装されている。サブマウント上の負電極(図示せず)は、支持体1200に形成された第2の外部電極1212と、サブマウント上の正電極(図示せず)は、支持体1200に形成された第1の外部電極1211と、各ワイヤー1120によって接続されている。発光素子1110の透光性基板(図示せず)を主光取り出し面とする。蛍光体1350を混合した第1の透光性部材1221は、発光素子1110とサブマウント1115を覆うように形成されている。
1本の金属線1300は、ワイヤー1120の張られた方向に対してほぼ平行に、発光素子1110の上部を横断するように張られている。本実施形態のように、サブマウント1115を使用する場合、ワイヤー1120を形成する位置を任意に変えることができるため、金属線1300の形成位置の自由度を高くすることができる。
<実施例1>
実施例1に係る発光装置について説明する。図1、図2と図4を用いる。第1の実施の形態に係る発光装置の説明とほぼ同様な構成を採るところは説明を省略する。
発光素子110は青色に発光する1mm角のものを使用する。発光素子110は、基板上に半導体層を形成しており、その基板側を下側にして放熱部201上にエポキシ樹脂を用いてダイボンドする。金からなる直径30μmの細線の金属線300を放熱部201上に形成する。金からなる直径30μmの細線で、ワイヤー120を形成し、発光素子110の各電極111、112と各外部電極211、212とを接続する。所定量のYAG蛍光体を混合したシリコーン樹脂を放熱部201の凹部にポッテイング後、約150℃、数分間でオーブンにて硬化させる(第1の透光性部材221形成)。さらに、第1の透光性部材221上に所定量のシリコーン樹脂をポッティングし、さらに別途形成したシリコーン樹脂からなるレンズをのせ、150℃、20時間でオーブンにて硬化させる(第2の透光性部材222、第3の透光性部材223)。
<比較例>
比較例に係る発光装置について説明する。比較例は、金属線300を設けていない以外は実施例1と同様の構成である。
<測定結果>
図12と図13に実施例1、比較例の測定結果を示す。図12は、実施例1と比較例の色度変化(Δx)を示すグラフである。図13は、実施例1と比較例の色度変化(Δy)を示すグラフである。符号2は実施例、符号4は比較例の色度変化を示す。実施例のほうが比較例よりも色度変化が小さい。たとえば、駆動経過後1000時間で、実施例1では色度変化が0.010(Δx)以内、0.014(Δy)以内であるのに対し、比較例では0.012(Δx)以上、0.017(Δy)以上であり、約0.002以上も開きがある。特に駆動初期において、実施例の色度変化が抑えられている。第1の透光性部材221の膨張率は、発光素子110の駆動初期にもっとも大きいと考えられるが、金属線300によって膨張が抑えられ、色ズレが小さくなっていると推測される。
本発明の発光装置は、液晶用バックライト、懐中電灯などの種々の照明装置に利用することができる。
第1の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。 第1の実施の形態に係る発光装置を上からみた概略平面図である。 (A)金属線を形成していない場合の電流投入直後の放熱部と発光素子との概略断面図である。(B)金属線を形成していない場合の電流投入後所定時間経過後の放熱部と発光素子との概略断面図である。(C)金属線を形成している場合の電流投入直後の放熱部と発光素子との概略断面図である。(D)金属線を形成している場合の電流投入後所定時間経過後の放熱部と発光素子との概略断面図である。 第1の実施の形態に係る発光装置の製造工程を示す概略平面図である。 第2の実施の形態に係る発光装置を上から見た概略平面図である。 第3の実施の形態に係る発光装置を上から見た概略平面図である。 第4の実施の形態に係る発光装置を上から見た概略平面図である。 第5の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。 第5の実施の形態に係る発光装置を上からみた概略平面図である。 第6の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。 第6の実施の形態に係る発光装置を上からみた概略平面図である。 実施例1と比較例の色度変化(Δx)を示すグラフである。 実施例1と比較例の色度変化(Δy)を示すグラフである。
符号の説明
100 発光装置
110 発光素子
111 正電極
112 負電極
120 ワイヤー
200 支持体
201 放熱部
211 第1の外部電極
212 第2の外部電極
221 第1の透光性部材
222 第2の透光性部材
223 第3の透光性部材
240 フレーム成形品
300、301、302、303 金属線
350 蛍光体
500 発光装置
510 発光素子
511 正電極
512 負電極
520 ワイヤー
600 支持体
611 第1の外部電極
612 第2の外部電極
621 第1の透光性部材
622 第2の透光性部材
700 金属線
750 蛍光体
1000 発光装置
1110 発光素子
1115 サブマウント
1120 ワイヤー
1200 支持体
1211 第1の外部電極
1212 第2の外部電極
1221 第1の透光性部材
1300 金属線
1350 蛍光体

Claims (9)

  1. 発光素子と、前記発光素子を載置する支持体と、前記発光素子と前記支持体の少なくとも一部を被覆する第1の透光性部材と、前記発光素子の上方を横断する金属線と、を有し、
    前記発光素子は同一面側に正電極と負電極とを有しており、前記発光素子の中央部を横断することなく前記正電極は前記支持体が有する第1の外部電極とワイヤーを介して電気的に接続されており、前記発光素子の中央部を横断することなく前記負電極は前記支持体が有する第2の外部電極とワイヤーを介して電気的に接続されており、前記金属線は前記発光素子上の正電極と負電極との間の上方を横断するように形成されていることを特徴とする発光装置。
  2. 前記金属線は、前記第1の外部電極及び前記第2の外部電極と離間されていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 発光素子と、前記発光素子を載置する支持体と、前記発光素子と前記支持体の少なくとも一部を被覆する第1の透光性部材と、前記発光素子の上方を前記発光素子から離間して横断する金属線と、を有し、
    前記支持体は、前記発光素子の正電極及び負電極と電気的に接続される第1の外部電極及び第2の外部電極とを有しており、
    前記金属線の両端は、前記第1の外部電極及び前記第2の外部電極と離間され、前記支持体に固定されていることを特徴とする発光装置。
  4. 前記第1の透光性部材は、蛍光体を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
  5. 前記金属線は、前記発光素子のほぼ中央部上方を横断しており、一方の末端から他方の末端までの軌跡が略半円状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記第1の透光性部材は、前記金属線全体を覆うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 前記金属線は、直径が20μm〜50μmであって、3本以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
  8. 前記発光装置は、さらに前記第1の透光性部材を被覆する第2の透光性部材を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
  9. 前記発光素子と接続されたワイヤーは、前記第1の透光性部材と前記第2の透光性部材とにまたがって形成されている請求項8に記載の発光装置。
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