JP5305708B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置およびその製造方法に関するものである。

近年、例えば照明分野などにおいて、発光素子を有する発光装置の開発が進められている。発光素子は、例えば、複数の半導体層を含む発光ダイオードである。発光装置の開発においては、発光特性のさらなる向上が求められている。特に、発光特性における発光強度の向上が求められている。
特開２００２−２１７４５９号公報

発光装置の発光強度を高めるためには、発光素子によって発生された光の取出し効率を向上させる必要がある。一般的に、発光素子によって発生された光の一部は、発光素子の側面から放射される。従って、発光装置の発光強度を高めるためには、発光素子の側面から放射される光の取出し効率を向上させる必要がある。

本発明の一つの実施形態によれば、発光装置は、基体、透光性材料層および発光素子を有している。基体は、一対の導体パターンを含む上面を有している。透光性材料層は、一対の導体パターンの少なくとも一部の領域上に配置された開口を有しており、基体の上面
に設けられている。発光素子は、透光性材料層の開口内に配置されており、一対の導体パターン上に実装されている。発光装置は、発光素子および透光性材料層の間に設けられた、透光性を有している介在層と、透光性材料層の外側表面に接した封入層とを備えている。介在層は透光性材料層より大きい屈折率を有し、封入層は透光性材料層より小さい屈折率を有している。一対の導体パターンのうち、一方の導体パターンは透光性材料層の外側に延在しており、他方の導体パターンは透光性材料層の内側に配置されているとともに下方に導出されている。

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、一対の導体パターンの少なくとも一部の領域上に配置された開口を有しており、基体の上面に設けられた透光性材料層を有している。さらに、発光装置は、介在層と封入層とを有している。介在層は透光性材料層より大きい屈折率を有し、封入層は透光性材料層より小さい屈折率を有している。そして、一対の導体パターン上には発光素子が実装されており、一対の導体パターンのうち、一方の導体パターンは透光性材料層の外側に延在しており、他方の導体パターンは透光性材料層の内側に配置されているとともに下方に導出されている。発光装置は、このような構成により、発光素子の側面から放射される光の取出し効率が向上されている。

図１に示されているように、本発明の一つの実施形態に係る発光装置１は、基体１１、発光素子１２および発光部材１３を有している。図１において、発光装置１は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。図１において、発光装置１の内部の構成を示すために、発光装置１の一部の構成が省略されて示されている。発光装置１の光出射方向が、符号Ｄによって示されている。

図２に示されているように、発光装置１は、透光性材料層１４をさらに有している。図３に示されているように、発光装置１は、介在層１５をさらに有している。図３において、図２のIII−III’における断面が、斜線によって示されている。

基体１１は、主に絶縁材料からなる。絶縁材料の例は、セラミックスまたは樹脂である。基体１１は平板形状を有している。図３に示されているように、基体１１は、導体パターン１１ｐａおよび１１ｐｃを含む上面１１ｕを有している。

発光素子１２は、導体パターン１１ｐａおよび１１ｐｃ上に実装されている。発光素子１２は、導体パターン１１ｐａおよび１１ｐｃに電気的に接続されている。発光素子１２は、透光性材料層１４の開口１４ｎ内に配置されている。発光素子１２は、半導体材料からなる発光ダイオードである。発光素子１２は、第１次光を放射する光源である。第１次光は、青色領域または紫外領域に含まれる波長を有する。

図４に示されているように、発光素子１２は、複数の半導体層１２ｎ、１２ａおよび１２ｐを有している。図４において、発光素子１２は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。図４において、断面が斜線によって示されている。

ｎ型半導体層１２ｎおよびｐ型半導体層１２ｐは、透光性基板１２ｂに積層されている。半導体活性層１２ａが、ｎ型半導体層１２ｎおよびｐ型半導体層１２ｐの間に形成されている。発光素子１２の側面とは、図４において、ｘｙ平面方向から見える面のことをいう。

発光素子１２は、電極１２ｐｐおよび１２ｎｐを有している。ｐ側電極１２ｐｐは、ｐ型半導体層１２ｐに形成されている。ｎ側電極１２ｎｐは、ｎ型半導体層１２ｎに形成されている。ｐ側電極１２ｐｐは、導体パターン１１ｐａに電気的に接続されている。ｎ側電極１２ｎｐは、導体パターン１１ｐｃに電気的に接続されている。導体パターン１１ｐａがアノードである。導体パターン１１ｐｃがカソードである。発光素子１２は、フリップチップ接続によって実装されている。

導体パターン１１ｐｃの端部が、透光性材料層１４の外側に配置されている。導体パターン１１ｐａおよび１１ｐｃのうち一方の導体パターン１１ｐｃが透光性材料層１４の外側に延在していることにより、発光素子１２によって発生された熱の一部が透光性材料層１４の外側に伝わる。従って、透光性材料層１４の内側にこもる熱が低減されている。

発光部材１３は、第２次光を放射する。第２次光は、第１次光とは異なる波長を有する。第２次光の波長は、第１次光の波長より大きい。発光部材１３は、透光性を有するマトリクス材料および蛍光材料を含んでいる。マトリクス材料の透光性とは、発光素子１２から放射された第１次光の少なくとも一部が透過することをいう。蛍光材料から放射された光は、マトリクス材料を透過する。マトリクス材料の例は樹脂である。蛍光材料は、発光素子１２から放射された第１次光によって励起される。

図２に示されているように、透光性材料層１４は、発光素子１２を囲んでいる。層１４の透光性とは、発光素子１２から放射された第１次光の少なくとも一部が透過することをいう。

透光性材料層１４は、開口１４ｎを有している。発光素子１２は、開口１４ｎ内に配置されている。発光素子１２は、透光性材料層１４によって部分的に覆われている。透光性材料層１４は、発光素子１２の側面を覆っている。発光素子１２の側面が透光性材料層１４によって覆われていることにより、発光素子１２の側面から放射される光の取出し効率が向上されている。発光素子１２によって発生された熱は、発光素子１２の上方へ放散されやすくなっている。すなわち、熱は、透光性材料層１４の開口１２ｎの上方へ放散されやすくなっている。

介在層１５は、発光素子１２の側面および透光性層１４の内側表面１４ｉの間に設けられている。介在層１５は透光性を有している。介在層１５の透光性とは、発光素子１２から放射された第１次光の少なくとも一部が透過することをいう。介在層１５の材料例は樹脂である。

介在層１５は、透光性材料層１４より大きく発光素子１２より小さい屈折率を有している。各媒質の屈折率が、発光素子１２から透光性材料層１４へと段階的に小さくなっていることによって、発光素子１２にから放射された第１次光が各媒質の界面において全反射される可能性が低減されている。従って、発光素子１２の側面から放射される第１次光の取出し効率が向上されている。

介在層１５および透光性材料層１４の界面は傾斜している。すなわち、図５に示されているように、透光性材料層１４の内側表面１４ｉは傾斜している。図５において、透光性樹脂層１４の一部の構成が点線によって示されている。

発光素子１２の側面から放射された第１次光の一部は、内側表面１４ｉにおいて全反射される。発光素子１２から放射された第１次光の進行方向が、内側表面１４ｉの傾斜角度によって定められる。

透光性材料層１４の内側表面１４ｉが傾斜していることにより、発光素子１２の側面から放射された第１次光の進行方向を制御することができる。内側表面１４ｉは、上方に向かって広がっている。従って、発光素子１２の側面から放射された第１次光の上方への照射量を増大させることができる。

図１に示されているように、発光装置１は、封入層１６をさらに有している。封入層１６は、発光素子１２、透光性材料層１４および介在層１５を覆っている。封入層１６は透光性を有している。封入層１６の透光性とは、発光素子１２から放射された第１次光の少なくとも一部が透過することをいう。封入層１６の材料例は樹脂である。

封入層１６は、透光性材料層１４の外側表面１４ｅに付着されている。封入層１６は、透光性材料層１４より小さい屈折率を有している。従って、各媒質の屈折率が、発光素子１２から封入層１６へと段階的に小さくなっていることにより、発光素子１２にから放射された第１次光が各媒質の界面において全反射される可能性が低減されている。従って、発光素子１２の側面から放射された第１次光の取出し効率が向上されている。封入層１６は、発光部材１３によって覆われている。

図６に示されているように、発光素子１２の他の実装方法は、ワイヤボンディングによる実装である。発光素子１２によって発生された熱の一部が、ボンディングワイヤによって透光性材料層１４の外部へ導かれる。発光装置１２における熱の影響が低減されている。

発光装置１の製造方法について、図７を参照して説明する。

工程Ａにおいて、基体１１が準備される。基体１１は、導体パターン１１ｐａおよび１１ｐｃを含む上面１１ｕを有している。

工程Ｂにおいて、透光性材料層１４が、基体１１上に設けられる。透光性材料層１４は、導体パターン１１ｐａおよび１１ｐｃの少なくとも一部の領域を囲んでいる。工程Ｂの例として、予め形成されたフレーム部材を基体１１の上面１１ｕに接着する方法がある。工程Ｂの他の例として、基体１１の上面１１ｕに配置された型に軟化状態の透光性材料を流し込む方法がある。型に流し込まれた透光性材料は硬化される。

工程Ｃにおいて、発光素子１２が基体１１上に実装される。発光素子１２は、導体パターン１１ｐａおよび１１ｐｃに電気的に接続される。発光素子１２は、透光性材料層１４の内側に配置される。すなわち、発光素子１２は、透光性材料層１４の開口１４ｎに配置される。従って、発光素子１２の実装精度が向上されている。透光性材料層１４の内側表面１４ｉが傾斜していることにより、発光素子１２の実装精度が向上されている。透光性材料層１４の開口１４ｎは、発光素子１２の寸法に対応した寸法を有している。

工程Ｄにおいて、介在層１５が、透光性材料層１４の内側に設けられる。介在層１５の透光性材料は、発光素子１２および透光性材料層１４の間に、軟化状態において流し込まれる。介在層１５の透光性材料は硬化される。

工程Ｅにおいて、透光性材料層１４が封入される。すなわち、封入層１６が、発光素子１２上および透光性材料層１４上に設けられる。

工程Ｆにおいて、発光部材１３が、透光性材料層１４の上方に設けられる。発光部材１３は封入層１６に離間して配置される。

他の実施形態に係る発光装置１が、図８を参照して説明されている。発光装置１において、図１に示された構成と異なる点は、発光部材１３および封入層１６の形状である。発光部材１３および封入層１６は、ドーム形状を有している。発光部材１３は、封入層１６を覆っている。他の構成は、図１に示された構成と同様である。

本発明の一つの実施形態に係る発光装置１を示している。 図１において符号IIによって示された部分の拡大図を示している。 図２のIII−III’における断面を示している。 発光素子１２を示している。 透光性樹脂層１４を示している。 発光素子１２の他の実装方法を示している。 発光装置１の製造方法を示している。 本発明の他の実施形態に係る発光装置１を示している。

符号の説明

１１ 基体
１１ｐａ，１１ｐｃ 導体パターン
１２ 発光素子
１４ 透光性材料層
１５ 介在層

Claims (5)

1. 一対の導体パターンを含む上面を有する基体と、
   前記一対の導体パターンの少なくとも一部の領域上に配置された開口を有しており、前記基体の前記上面に設けられた透光性材料層と、
   前記透光性材料層の前記開口内に配置されており、前記一対の導体パターン上に実装された発光素子と、
   透光性を有しており、前記発光素子および前記透光性材料層の間に設けられた介在層と、
   前記透光性材料層の外側表面に接した封入層と、
   を備えており、前記介在層は前記透光性材料層より大きい屈折率を有し、前記封入層は前記透光性材料層より小さい屈折率を有しており、
   前記一対の導体パターンのうち、一方の導体パターンは前記透光性材料層の外側に延在しており、他方の導体パターンは前記透光性材料層の内側に配置されているとともに下方に導出されている発光装置。
2. 前記透光性材料層の内側表面が傾斜していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記内側表面が上方へ広がっていることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 前記封入層が前記発光素子に接していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
5. 蛍光材料を含んでおり、前記封入層を覆っている発光部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。

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