JP5334734B2

JP5334734B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5334734B2
Application number: JP2009177482A
Authority: JP
Inventors: 和成池田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: JP2011035030A

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来、発光素子から発せられる光の指向性を高めるための構成を備えた発光装置が種々提案されている。例えば、特許文献１に記載された面光源装置は、発光素子用実装基板と、発光素子用実装基板上に設けられた複数の発光素子と、発光素子用実装基板上に設けられ、各発光素子を配置する開口部を有するリフレクター枠体とを備えている。この面光源装置では、発光素子の上方（発光素子用実装基板と反対側の方向）へ光を放射することを目的としているため、発光素子の側方へ放射された光を、リフレクター枠体の開口部を形成する反射面で反射させ、発光素子の上方への指向性を高めている。

特開２００７−１８０５２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の面光源装置では、リフレクター枠体の反射面による反射によってもなお、発光素子の上方から側方へ逸れる方向に伝搬する反射光が存在し、発光素子の上方への指向性の低下を招くという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、発光素子から発せられる光の発光素子の上方への指向性をより向上させることができる発光装置を提供することを目的とする。

本発明に係る発光装置は、支持部材と、前記支持部材上に配置された発光素子と、前記支持部材上で前記発光素子の側方に配置された光反射体と、前記発光素子及び前記光反射体を被覆するとともに、前記発光素子と前記光反射体との間に介在する透光部材と、を備えている。前記透光部材は、前記光反射体の上方に突出するように形成された光ガイド部を有している。前記光反射体は、前記発光素子から発せられた光を反射させて前記光ガイド部へ案内する第１反射面を有している。前記光ガイド部は、前記第１反射面で反射された光をさらに反射させて前記発光素子の上方へ案内する第２反射面を有している。前記発光素子から前記第１反射面に向かう方向に沿った前記発光素子から前記第２反射面までの距離は、前記発光素子から前記第１反射面までの距離よりも長い。

上記のように構成された発光装置において、前記光反射体の屈折率は、前記透光部材の屈折率より小さいことが好ましい。

また、前記発光素子は、前記支持部材上に複数配置されていてもよい。

また、前記光反射体は、前記発光素子を取り囲むように形成されていることが好ましい。

また、前記発光素子は、前記支持部材上に少なくとも１つの列を成して配置されており、前記光反射体は、前記発光素子の配列方向に沿って形成されていてもよい。

本発明に係る発光装置によれば、発光素子から発せられる光の発光素子の上方への指向性をより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る発光装置の平面図である。図１及び図３の発光装置のII−II断面図である。本発明の一実施形態に係る発光装置の平面図である。本発明の一実施形態に係る発光装置を示す断面図である。

以下、本発明に係る発光装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る発光装置１は、平面視矩形状の支持部材３と、支持部材３上に配置された複数の発光素子５と、各発光素子５に接続された複数の電極配線７（７ａ〜７ｆ）と、支持部材３上に設けられた光反射体９及び透光部材１１とを備えている。

支持部材３は、図２に示すように平板形状を有している。また、支持部材３は、電気絶縁性を有する材料で構成されており、例えば、アルミナやガラスセラミックス等のセラミックスで形成されている。

支持部材３と、光反射体９及び透光部材１１との間には、複数（図示例では、６本）の電極配線７（７ａ〜７ｆ）が形成されている。電極配線７ａ〜７ｆは、図１の上下方向に帯状に延び、図１の左右方向に互いに離間した状態で近接して配置されている。電極配線７ａ〜７ｆは、例えば、銀又は銅で形成される。また、電極配線７ａ〜７ｆは、図示しない外部の駆動回路に接続され、後述するように、発光素子５のアノード電極１７とカソード電極１９との間に順方向電圧を印加するようになっている。なお、後述するように、電極配線７ａ〜７ｆのうち電極配線７ｂ，７ｄ，７ｆに、各発光素子５におけるアノード電極１７が接続され、電極配線７ａ〜７ｆのうち電極配線７ａ，７ｃ，７ｅに、各発光素子５におけるカソード電極１９が接続されている。

図１に示すように、複数の発光素子５は、５行５列のマトリクス状に配置されている。図２に示すように、各発光素子５は、サファイア等からなる透光性の結晶成長用基板１３と、結晶成長用基板１３上にｎ型半導体層１５ｎ及びｐ型半導体層１５ｐを順次積層して形成された半導体積層部１５と、ｐ型半導体層１５ｐに接続されたアノード電極１７と、ｎ型半導体層１５ｎに接続されたカソード電極１９とを備えている。

半導体積層部１５は、ｐ型半導体層１５ｐとｎ型半導体層１５ｎとによって形成されるｐｎ接合領域を有しており、後述するように順方向電流が供給されることによってこのｐｎ接合領域が発光するようになっている。ｎ型半導体層１５ｎ及びｐ型半導体層１５ｐは、例えば、ＧａＮ等の半導体をエピタキシャル成長させることによって形成されている。なお、この半導体積層部１５は、所望の発光波長に応じて適宜構成すればよく、例えば、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰ等のIII−V族化合物半導体によって形成してもよい。

各発光素子５は、いわゆるフリップチップ接続によって、電極配線７に接続されている。より詳細には、図１に示すように、左側から１列目の５個の発光素子５におけるアノード電極１７とカソード電極１９はそれぞれ、電極配線７ｂの左側の周縁部と電極配線７ａの右側の周縁部に接続されている。左側から２列目の５個の発光素子５におけるアノード電極１７とカソード電極１９はそれぞれ、電極配線７ｂの右側の周縁部と電極配線７ｃの左側の周縁部に接続されている。左側から３列目の５個の発光素子５におけるアノード電極１７とカソード電極１９はそれぞれ、電極配線７ｄの左側の周縁部と電極配線７ｃの右側の周縁部に接続されている。左側から４列目の５個の発光素子５におけるアノード電極１７とカソード電極１９はそれぞれ、電極配線７ｄの右側の周縁部と電極配線７ｅの左側の周縁部に接続されている。左側から５列目の５個の発光素子５におけるアノード電極１７とカソード電極１９はそれぞれ、電極配線７ｆの左側の周縁部と電極配線７ｅの右側の周縁部に接続されている。したがって、電極配線７ａ〜７ｆのうちの隣接する２本の電極配線間に、順方向電圧を印加することにより、この２本の電極配線間に接続された各発光素子５に順方向電流を供給可能となっている。

図１及び図２に示すように、光反射体９は、支持部材３との間に電極配線７ａ〜７ｆを挟み込むように支持部材３上に設けられている。図１に示すように、この光反射体９は、各発光素子５を取り囲む複数の環状部９ｉを有しており、この複数の環状部９ｉを一体的に形成して構成されている。また、光反射体９は、後述する透光部材１１とは屈折率の異なる材料で形成されており、透光部材１１の形成材料に応じて、例えば、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂等の樹脂材料や、光学ガラス等で形成することができる。

光反射体９の各環状部９ｉは、図２に示すように、発光素子５の側方に配置された反射面９ａを有している。この反射面９ａは、支持部材３側に向かうにつれ、各環状部９ｉが取り囲む各発光素子５に近づくように傾斜しており、各発光素子５から発せられた光を反射させ、後述する透光部材１１の光ガイド部１１ａへ案内するようになっている。なお、反射面９ａの傾斜角度は、後述する透光部材１１の光ガイド部１１ａの形状や形成位置に応じて設定される。

図１及び図２に示すように、透光部材１１は、発光素子５及び光反射体９を被覆するとともに、発光素子５と光反射体９との間に介在するように支持部材３上に設けられている。この透光部材１１は、光反射体９とは屈折率の異なる材料で形成されており、光反射体９の形成材料に応じて、例えば、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂等の樹脂材料や、光学ガラス等で形成することができる。

また、透光部材１１は、光反射体９の上方に突出するように形成された光ガイド部１１ａを有している。光ガイド部１１ａは、図２に示すように上方へ突出しており、光反射体９によって光ガイド部１１ａ内へ案内された光を上方へ伝搬させる。なお、図１では、説明の便宜上、透光部材１１の光ガイド部１１ａを斑点模様で示し、透光部材１１の光ガイド部１１ａ以外の部分を示していない。図１に示すように、光ガイド部１１ａは、各発光素子５を取り囲む複数の環状体１１ａｉを有しており、この環状体１１ａｉを一体的に形成して構成されている。

以上のように構成された発光装置１は、各電極配線７ａ〜７ｆを、図示しない外部の駆動回路に接続し、電極配線７ａ〜７ｆの隣接する電極配線間に順方向電圧を印加することで、各発光素子５の半導体積層部１５におけるｐｎ接合領域に順方向電流が供給され、このｐｎ接合領域が発光する。このｐｎ接合領域で発生した光は、放射状に全方位に向かって放射される。したがって、図２に示すように、例えば、発光素子５のｐｎ接合領域から上方へ放射された光Ｌｕは、結晶成長用基板１３及び透光部材１１を介して外部空間へ放出される。また、図２に示すように、例えば、発光素子５のｐｎ接合領域から側方へ放射された光Ｌｓ１は、透光部材１１内を伝搬し、光反射体９の反射面９ａによって反射され、光ガイド部１１ａへ案内される。光ガイド部１１ａへ案内された光Ｌｓ２は、光ガイド部１１ａ内を上方へ伝搬する。このとき、光ガイド部１１ａへ案内された光の一部（Ｌｓ３）は、光ガイド部１１ａ内で反射され、光ガイド部１１ａから各発光素子５の上方へ放出される。

ここで、各発光素子５から発せられる光を、各発光素子５の上方へ効率良く放射するために、本実施形態では、発光素子５、光反射体９及び透光部材１１の屈折率が次のように設定されていることが好ましい。

つまり、透光部材１１の屈折率は、発光素子５の屈折率と、発光装置１の外部雰囲気の屈折率との間の値になるように設定されていることが好ましい。こうすることで、透光部材１１の屈折率が、発光素子５の屈折率及び発光装置１の外部雰囲気の屈折率の双方に近い値となる。そのため、発光素子５から透光部材１１へ入射する光の全反射の発生を低減するとともに、透光部材１１から発光装置１の外部雰囲気へ入射する光の全反射の発生を低減することができる。したがって、発光素子５から直接上方へ放射される光の取り出し効率を向上させることができる。発光素子５から上方へ放射される光は、発光素子５の結晶成長用基板１３を介して放出される。そのため、例えば、結晶成長用基板１３がサファイア（屈折率＝約１．８）で形成され、発光装置１の外部雰囲気が空気（屈折率＝１．０）である場合、透光部材１１をエポキシ樹脂（屈折率＝約１．６）で形成するとよい。

また、光反射体９の屈折率は、透光部材１１の屈折率より小さい値になるように設定されていることが好ましい。こうすることで、透光部材１１から光反射体９へ入射する光の全反射を発生し易くすることができる。したがって、発光素子５から側方へ放射される光を効率良く光ガイド部１１ａへ案内することができ、ひいては、各発光素子５から発せられる光を、各発光素子５の上方へ効率良く放射することができる。例えば、上記のように透光部材１１をエポキシ樹脂（屈折率＝約１．６）で形成する場合、光反射体９をシリコン樹脂（屈折率＝約１．４）で形成するとよい。

本実施形態に係る発光装置１によれば、各発光素子５の側方に光反射体９の反射面９ａが配置されている。そのため、発光素子５の側方に放射され、透光部材１１内を伝搬する光が光反射体９の反射面９ａで反射され、光ガイド部１１ａへ案内される。そして、光ガイド部１１ａは、光反射体９の上方に突出するように形成されているため、光ガイド部１１ａ内に案内された光は、光ガイド部１１ａ内を上方へ伝搬する。このとき、光ガイド部１１ａ内を伝搬する光の一部は、例えば、図２に矢印Ｌｓ３で示すように、光ガイド部１１ａ内で反射して進路を変え、各発光素子５の上方へ向けて光ガイド部１１ａの上端から放出される。したがって、図２に示すように、光反射体９の反射面９ａでの反射によってもなお各発光素子５の上方から側方へ逸れていた光Ｌｓ２を、各発光素子５の上方へ案内することができるため、各発光素子５の上方への指向性を向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、光反射体９の各環状部９ｉ及び光ガイド部１１ａの各環状体１１ａｉを、図１に示すように平面視円形状に形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、四角形状、六角形状等の多角形状等、任意の形状に形成してもよい。

また、光反射体９は、透光部材１１の屈折率とは異なる屈折率を有し、光反射体９と透光部材１１との境界面で光の反射が生じるように構成されている限り、特に限定されるものではない。上記実施形態では、光反射体９がシリコン樹脂等で形成されているが、例えば、この光反射体９の形成領域を空洞として、光反射体９を空気（屈折率＝約１．０）で構成してもよい。

また、光反射体９の反射面９ａの形状は、発光素子５の側方へ発せられた光を、透光部材１１の光ガイド部１１ａへ案内することができる限り、特に限定されるものではない。上記実施形態では、図２に示すように、断面視でこの反射面９ａが直線状に形成されているが、例えば、凹状に湾曲したり、複数の傾斜面を有するように屈曲していてもよい。

また、上記実施形態では、図２に示すように、透光部材１１の光ガイド部１１ａの上端面が平坦に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、凸レンズ状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態の発光装置１では、支持部材３上で発光素子５が５行５列のマトリクス状に配置されているが、これに限定されるものではなく、各行及び各列には任意の数の発光素子５を配置すればよい。また、複数の発光素子５の配置は、マトリクス状に限定されるものではなく、千鳥状に配置してもよいし、１列又は複数列のアレイ状に配置してもよい。

また、上記実施形態では、光反射体９の各環状部９ｉの内側に１個の発光素子５が配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば、複数個の発光素子が配置されてもよい。

また、上記実施形態では、各発光素子５を取り囲む各環状部９ｉ及び各環状体１１ａｉが一体化されて光反射体９及び光ガイド部１１ａが形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、各環状部９ｉ及び各環状体１１ａｉをそれぞれ分離して光反射体９及び光ガイド部１１ａを形成してもよい。

また、上記実施形態の発光装置１では、光反射体９の各環状部９ｉ及び光ガイド部１１ａの各環状体１１ａｉによって各発光素子５を取り囲むように、光反射体９及び透光部材１１が形成されているが、光反射体９が各発光素子５の側方に配置されるとともに、光反射体９の上方に光ガイド部１１ａが形成されている限り、これに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、光反射体９を発光素子５の配列方向に沿って形成し、この光反射体９の上方に光ガイド部１１ａを形成してもよい。なお、図３では、説明の便宜上、透光部材１１の光ガイド部１１ａを斑点模様で示し、透光部材１１の光ガイド部１１ａ以外の部分を示していない。また、図３では、図１に示した発光装置１と同一又は同種の構成要素に同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、図３のII−II断面図は、図２と同じである。

図３に示す発光装置２０によれば、光反射体９が、発光素子５の配列方向に沿って形成されている。これにより、発光素子５の配置間隔を狭くすることができ、発光素子５の配列方向の配置密度を高くすることができる。そのため、発光素子５の配列方向の単位面積あたりの発光強度を高くすることができる。

また、上記実施形態の発光装置１では、発光素子５が支持部材３上に複数個配置されているが、例えば、図４に示すように、発光素子５を１個だけ配置した発光装置３０を構成してもよい。

また、上記実施形態では、発光素子５をフリップチップ接続しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ワイヤーボンディングを用いてフェイスアップ実装してもよい。

また、上記実施形態では、発光素子５として発光ダイオードを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、有機ＥＬ素子等の発光素子を用いてもよい。

１，２０，３０発光装置
３支持部材
３ａ基体部
５発光素子
７（７ａ〜７ｆ）電極配線
９光反射体
９ａ反射面
１１透光部材
１１ａ光ガイド部

Claims

支持部材と、
前記支持部材上に配置された発光素子と、
前記支持部材上で前記発光素子の側方に配置された光反射体と、
前記発光素子及び前記光反射体を被覆するとともに、前記発光素子と前記光反射体との間に介在する透光部材と、
を備え、
前記透光部材は、前記光反射体の上方に突出するように形成された光ガイド部を有し、
前記光反射体は、前記発光素子から発せられた光を反射させて前記光ガイド部へ案内する第１反射面を有し、
前記光ガイド部は、前記第１反射面で反射された光をさらに反射させて前記発光素子の上方へ案内する第２反射面を有し、
前記発光素子から前記第１反射面に向かう方向に沿った前記発光素子から前記第２反射面までの距離は、前記発光素子から前記第１反射面までの距離よりも長いことを特徴とする、発光装置。
前記光反射体の屈折率は、前記透光部材の屈折率より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
前記発光素子は、前記支持部材上に複数配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発光装置。
前記光反射体は、前記発光素子を取り囲むように形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
前記発光素子は、前記支持部材上に少なくとも１つの列を成して配置されており、
前記光反射体は、前記発光素子の配列方向に沿って形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の発光装置。