JP5197368B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置に関するものである。

近年、発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置の開発が進められている。この発光装置は、例えば照明器具などに用いられる。発光装置は、発光素子によって発生された光の波長を変換する発光部材を有している。発光部材は、発光素子から放射された光によって励起される蛍光材料を含んでいる。

従来の発光装置においては、発光素子によって発生された光の波長変換の効率向上が求められている。波長変換の効率を向上させるためには、発光素子から放射された光のうち発光部材に到達せずに消失してしまう割合を低減させる必要がある。

本発明の実施の形態によれば、発光装置は、基体と、基体上に実装された発光素子と、発光素子の上方に設けられた発光部材とを有している。発光素子は、半導体材料からなり、第１の光を発生する。発光部材は、第１の光によって励起されて第２の光を放射する蛍光材料を含んでおり、シート形状を有している。発光装置は、発光素子の側面に接している透光性材料からなる光学部材をさらに有している。光学部材は、発光素子が設けられた開口と、発光部材に対向している平坦な形状の上面および基体の上面と間を空けて対向している平坦な形状の下面を有している。

本発明の実施の形態の発光装置は、発光部材に対向している平坦な形状の上面および基体の上面と間を空けて対向している平坦な形状の下面を有しており発光素子の側面に接している光学部材を含んでいることにより、発光分布の偏りが低減されている

本発明の他の実施の形態の発光装置は、発光部材に対向している平坦な形状の上面を有しており発光素子と発光部材との間に配置された光学部材を含んでいることにより、発光分布の偏りが低減されている。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１に示されたように、照明装置１００は、基板１と、基板１に実装された複数の発光装置２と、光反射部材３とを有している。基板１は、導体パターン１ａを有している。複数の発光装置２は、導体パターン１ａに電気的に接続されている。光反射部材３は、複数の発光装置２によって発生された光の少なくとも一部が届く位置に設けられている。図１において、光反射部材３は、複数の発光装置２の側方に設けられている。図２を参照して、照明装置１００の回路構成について説明する。照明装置１００は、基板１上に設けられた複数の発光装置２および定電流回路４を有している。定電流回路５が、照明装置１００の定電流回路４に電気的に接続されている。電源電力供給回路６が、この定電流回路５に電気的に接続されている。

図３に示されたように、発光装置２は、基体１１と、基体１１上に実装された発光素子１２と、発光素子１２の上方に設けられた発光部材（波長変換部材）１３とを有している。発光装置２は、発光素子１２に接している光学部材１４をさらに有している。基体１１は、絶縁材料からなる。図４に示すように、基体１１は、導体パターン１５を有している。リード端子１６は、導体パターン１５に電気的に接続されており、発光装置２の実装面Ｍに設けられている。

発光素子１２は、第１の光を発生する発光ダイオードである。第１の光は、３７０ｎｍから４００ｎｍ（紫外）の波長範囲の少なくとも一部、または、４５０ｎｍから５００ｎｍ（青色）の波長範囲の少なくとも一部を有する。図５に示すように、発光素子１２は、基板１２ｂ上に積層された第１の半導体層（ｎ型半導体層）１２ｎ、半導体活性層１２ａおよび第２の半導体層（ｐ型半導体層）１２ｐを有している。ｎ型半導体層１２ｎ、半導体活性層１２ａおよびｐ型半導体層１２ｐは、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる。発光素子１２の他の例として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるものがある。発光素子１２は、ｎ型半導体層１２ｎ上に設けられた第１の電極パッド（ｎ側電極パッド）１２ｎｐと、ｐ型半導体層１２ｐ上に設けられた第２の電極パッド（ｐ側電極パッド）１２ｐｐとを有している。発光素子１２は、ｎ側電極パッド１２ｎｐ上に設けられた金属接触部材１９をさらに有している。ｎ側電極パッド１２ｎｐおよびｐ側電極パッド１２ｐｐは、半田２０を介して、基体１１に設けられた導体パターン１５に電気的に接続されている。発光素子１２は、フリップチップ接続によって基体１１上に実装されている。すなわち、発光素子１２は、ｎ側電極パッド１２ｎｐおよびｐ側電極パッド１２ｐｐを備えた実装面Ｍを基体１１に対向させた状態で、基体１１上に実装されている。

波長変換部材１３は、発光素子１２から離間されており、シート形状を有している。波長変換部材１３は、第１の光によって励起されて第２の光を放射する蛍光材料１７を含んでいる。本実施の形態において、第２の光は、第１の光の第１波長と異なる第２の波長を有している。紫外光を発生する発光素子１２を備えた発光装置２において、蛍光材料１７は、６２５ｎｍから７４０ｎｍまでの波長範囲（赤色）の少なくとも一部、５２０ｎｍから５６５ｎｍまでの波長範囲（緑色）の少なくとも一部および４５０ｎｍから５００ｎｍまでの波長範囲（青色）の少なくとも一部を放射する。発光装置２は、波長変換部材１３から放射された赤色光、緑色光および青色光の混合光（白色光）を放射する。青色光を発生する発光素子１２を備えた発光装置２において、蛍光材料１７は、５６５ｎｍから５９０ｎｍまでの波長範囲（黄色）の少なくとも一部を放射する。発光装置２は、発光素子によって発生された青色光および波長変換部材１３から放射された黄色光の混合光（白色光）を放射する。

青色光を発生する発光素子１２を備えた発光装置２の他の例において、蛍光材料１７は、６２５ｎｍから７４０ｎｍまでの波長範囲（赤色）の少なくとも一部および５２０ｎｍから５６５ｎｍまでの波長範囲（緑色）の少なくとも一部を放射する。発光装置２は、発光素子１２によって発生された青色光、波長変換部材１３から放射された赤色光および緑色光の混合光（白色光）を放射する。波長変換部材１３は、蛍光材料１７を含有している樹脂材料１８をさらに有している。樹脂材料１８は、透光性を有するシリコーン樹脂である。

図５に示されたように、光学部材１４は、発光素子１２の活性層１２ａを覆っている。図６に示されたように、光学部材１４は、発光素子１２の側面１２ｓに接している。発光素子１２は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面上に実装されている。光学部材１４は、波長変換部材１３に対向している平坦な形状の上面１４ｕを有している。光学部材１４は、発光素子１２が配置された開口１４ｐを有している。光学部材１４は、透光性材料からなる。透光性材料は、樹脂またはガラスである。光学部材１４は、少なくとも、ｐ側電極パッド１２ｐの最も近くに位置する側面１２ｓに接している。図７および図８を参照して、発光素子１２の構造についてさらに詳細に説明する。図７において、ｎ型半導体層１２ｎは、実装面Ｍの辺部分においてｐ型半導体層１２ｐから露出されている。光学部材１４は、少なくとも、ｎ側電極パッド１２ｎｐに最も近い側面１２ｓｎ上に形成されている。図８において、ｎ型半導体層１２ｎは、実装面Ｍの角部分においてｐ型半導体層１２ｐから露出されている。光学部材１４は、少なくとも、ｎ側電極パッド１２ｎｐに最も近い側面１２ｓｎ上に形成されている。図６に示されたように、光学部材１４は、発光素子１２の側面１２ｓを囲んでいる。

図９を参照して、発光装置２における光の進み方について説明する。発光素子１２によって発生された第１の光Ｌ１ａは、発光素子１２の上方および側方に進む。発光素子１２の側方へ進んだ第１の光Ｌ１ａは、光学部材１４の平坦な形状の上面１４ｕから波長変換部材１３の方向へ進む。上面１４ｕから放射された光は、符号Ｌ１ｂにて示されている。第１の光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、波長変換部材１３の蛍光材料１７によって波長変換される。蛍光材料から放射された第２の光Ｌ２は、発光装置２の光出射方向Ｄへ進む。本実施の形態の発光装置２は、光学部材１４を有していることにより、波長変換部材１３に対する第１の光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの照射分布の偏りが低減されている。

以下、本実施の形態の発光装置２の製法方法について説明する。図１０に示されたように、発光装置２の製造方法は、次のＡ−Ｄの工程を有している。

Ａ 基体を準備すること
Ｂ 発光素子１２を準備すること
Ｃ 光学部材１４を発光素子１２に形成すること
Ｄ 光学部材１４が形成された発光素子１２を基体１１に実装すること
工程Ａにおいて、発光素子１２は、第１の電極パッド（ｎ側電極パッド）１２ｎｐおよび第２の電極パッド（ｐ側電極パッド）１２ｐｐを備えた実装面Ｍを有している。

工程Ｃにおいて、光学部材１４は、発光素子１２の側面上１２ｓに形成される。光学部材１４は、少なくとも、ｎ側電極パッド１２ｎｐの最も近くに位置する側面１２ｓｎ上に形成される。工程Ｃについて、さらに詳細に説明する。図１１に示されたように、複数の発光素子１２が粘着フィルム４上に配置される。粘着フィルム４は、発光素子１２の基板１２ｂに付着されている。発光素子１２は、ｎ側電極１２ｎｐ上に形成された金属接触部材１９を有している。図１２に示されたように、溶融状態の透光性材料１４’が、複数の発光素子１２の間に入り込むように、粘着フィルム上に設けられる。透光性材料１４’は、発光素子１２の活性層１２ａを覆っている。発光素子１２のｐ側電極１２ｐｐおよび金属接触部材１９は、透光性材料１４’から露出されている。透光性材料１４’は、例えば加熱処理などによって硬化される。図１３に示されたように、硬化状態の透光性材料１４’は、複数の発光素子１２の間の位置において切り離される。粘着フィルム４は、透光性材料１４’の切断後に、発光素子１２から剥がされる。工程Ｄにおいて、発光素子１２が、図５に示された状態で、基体１１上に実装される。本実施の形態の発光装置は、光学部材１４が発光素子１２の側面に形成されていることにより、実装時における発光素子１２の傾きが低減されている。

本発明の他の実施の形態について説明する。図１４および図１５に示されたように、光学部材１４は、発光素子１２の活性層１２ａを覆っている。光学部材１４は、発光素子１２の側面１２ｓおよび上端１２ｔに接している。光学部材１４は、波長変換部材１３に対向している平坦な形状の上面１４ｕを有している。光学部材１４は、発光素子１２が配置された開口１４ｐを有している。光学部材１４は、少なくとも、ｐ側電極パッド１２ｐの最も近くに位置する側面１２ｓに接している。光学部材１４は、発光素子１２の側面１２ｓおよび上端１２ｔを囲んでいる。他の構成は、図３に示された発光装置２の構成と同様である。図１６に示されたように、発光素子１２によって発生された第１の光Ｌ１ａは、発光素子１２の上方および側方へ進む。第１の光Ｌ１ａは、光学部材１４の平坦な形状の上面１４ｕから波長変換部材１３の方向へ進む。上面１４ｕから放射された光は、符号Ｌ１ｂにて示されている。本実施の形態の発光装置２は、光学部材１４を有していることにより、波長変換部材１３に対する第１の光Ｌ１ｂの照射分布の偏りが低減されている。

本発明の他の実施の形態について説明する。図１７および図１８に示されたように、発光装置２は、透光性材料からなる光学部材２４を有している。本実施の形態において、透光性とは、発光素子１２によって発生された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。透光性材料は、ガラスまたは樹脂である。光学部材２４は、波長変換部材１３に対向している平坦な形状の上面２４ｕを有している。光学部材２４は、発光素子１２および波長変換部材１３の間に配置されている。光学部材２４の上面２４ｕは波長変換部材１３から離間されている。発光装置２は、発光素子１２の側面および上端を囲んでいる透光性樹脂２０をさらに有している。透光性樹脂２０は、光学部材２４に付着されている。その他の構成については、図３に示された発光装置２の構成と同様である。図１９に示されたように、発光素子１２によって発生された第１の光Ｌ１ａは、透光性樹脂２０を透過して、光学部材２４の平坦な形状の上面２４ｕから放射される。上面２４ｕから放射された光は、符号Ｌ１ｂにて示されている。本実施の形態の発光装置２は、光学部材２４を有していることにより、波長変換部材１３に対する第１の光Ｌ１ｂの照射分布の偏りが低減されている。

本発明の他の実施形態について説明する。図２０に示されたように、光学部材２４の上面２４ｕが波長変換部材１３に接している。その他の構成については、図１８に示された発光装置２の構成と同様である。図２１に示されたように、発光素子１２によって発生された第１の光Ｌ１ａは、透光性樹脂２０を透過して、光学部材２４の平坦な形状の上面２４ｕから放射される。上面２４ｕから放射された光は、符号Ｌ１ｂにて示されている。本実施の形態の発光装置２は、光学部材２４を有していることにより、波長変換部材１３に対する第１の光Ｌ１ｂの照射分布の偏りが低減されている。

本発明の照明装置の実施の形態を示す斜視図である。 照明装置の回路構成を示す図である。 本発明の発光装置の実施の形態を示す斜視図である。 図３に示された発光装置の断面図である。 図４に示された発光素子および光学部材の拡大図である。 図３に示された発光素子および光学部材の拡大図である。 発光素子の斜視図である。 他の発光素子の斜視図である。 図４に示された発光装置における光の進み方を示す図である。 発光装置の製造方法を示す図である。 発光装置の製造方法を示す図である。 発光装置の製造方法を示す図である。 発光装置の製造方法を示す図である。 本発明の発光装置の他の実施の形態を示す斜視図である。 図１４に示された発光装置の断面図である。 他の実施の形態の発光装置における光の進み方を示す図である。 本発明の発光装置の他の実施の形態を示す斜視図である。 図１７に示された発光装置の断面図である。 図１８に示された発光装置における光の進み方を示す図である。 本発明の発光装置の他の実施の形態を示す断面図である。 図２０に示された発光装置における光の進み方を示す図である。

Claims (4)

1. 基体と、
   半導体材料からなり、前記基体上に実装されており、第１の光を発生する発光素子と、
   前記第１の光によって励起されて第２の光を放射する蛍光材料を含んでいるとともに、シート形状を有しており、前記発光素子の上方に設けられた発光部材と、
   前記発光素子が設けられた開口と、前記発光部材に対向している平坦な形状の上面および前記基体の上面と間を空けて対向している平坦な形状の下面とを有しており、前記発光素子の側面に接している透光性材料からなる光学部材と、
   を備えた発光装置。
2. 前記光学部材は、前記発光素子の活性層を覆っていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記光学部材は、記発光素子の側面を囲んでいることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 前記光学部材は、前記発光素子の上端を囲んでいることを特徴とする請求項３記載の発光装置。

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