JP6477149B2 - Light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device.
一の円形状の実装領域を有する基板上に多数のLED素子を実装して照明等の発光装置を構成することが行われている。また、LED素子に蛍光体を組み合わせ、LED素子の発する光と、この光で励起された蛍光体が発する蛍光とを混色して光を出力する発光装置も普及している。例えば、青色LEDと、この青色光で励起されて黄色光を発するYAG蛍光体とを組み合わせて、白色光を発する照明装置が、照明用途等に利用されている。 A light emitting device such as an illumination is configured by mounting a large number of LED elements on a substrate having a single circular mounting region. In addition, light-emitting devices that combine a phosphor with an LED element and mix the light emitted by the LED element with the fluorescence emitted by the phosphor excited by the light and output light are also widespread. For example, an illuminating device that emits white light by combining a blue LED and a YAG phosphor that emits yellow light when excited by the blue light is used for illumination purposes.
この場合、図9の平面図に示すように、発光装置を構成する実装基板20上の実装領域22は、外形が円形であることが多い。一方でLED素子91は、一般に矩形状である。このため、円形の周囲部分では、図9において斜線で示すように、LED素子91を実装できない未実装領域UAが発生する。このような構成においては、円形の周辺部分にはLED素子91が存在しないことから、光量が相対的に低下し、輝度むらの一因となる。
In this case, as shown in the plan view of FIG. 9, the
また、LED素子91を実装した実装領域22上に蛍光体を塗布した場合、図10の断面図(図9においてX−X線における断面図に相当)に示すように、実装領域22の外縁近傍領域CAにおいてはLED素子91のない、蛍光体32のみが塗布された領域が発生する。この部分では、LED素子91から出射された光で励起される蛍光体32の距離が位置毎に異なり、円形の発光領域のなかで色むらが生じるという問題がある。
Further, when a phosphor is applied on the
一方で、図11A、図11Bに示すようにLED素子を円形の半導体ウエハから切り出す際、扇形に分割することで、これらの分割されたLED素子を組み合わせて、円形状に配置する構成が提案されている(特許文献1)。この構成によれば、複数のLED素子を組み合わせて円形に構成できる。 On the other hand, as shown in FIG. 11A and FIG. 11B, when the LED elements are cut out from the circular semiconductor wafer, a configuration is proposed in which the divided LED elements are combined and arranged in a circular shape by dividing into fan shapes. (Patent Document 1). According to this configuration, a plurality of LED elements can be combined to form a circle.
しかしながら、この構成では、円形の半導体ウエハを分割して、再度これらを組み合わせて円形を復元しているため、発光装置の大きさは、半導体ウエハの大きさに限定されてしまう。いいかえると、異なる大きさの発光装置を得ることができず、柔軟性に欠けるという問題がある。 However, in this configuration, since the circular semiconductor wafer is divided and then combined again to restore the circular shape, the size of the light emitting device is limited to the size of the semiconductor wafer. In other words, there is a problem that light-emitting devices having different sizes cannot be obtained and lack flexibility.
本発明は、従来のこのような背景に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一は、任意の大きさの発光装置を容易に構成しつつ、輝度むらや色むらの発生を抑制した発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a conventional background. An object of the present invention is to provide a light-emitting device that can easily generate a light-emitting device of an arbitrary size and suppress the occurrence of uneven brightness and color unevenness.
本発明の一側面に係る発光装置によれば、円形状の実装領域を有する基板と、前記実装領域上に、複数が一定の間隔でマトリックス状に配置された、個々の形状を矩形状とする第一発光素子と、前記実装領域上であって、前記第一発光素子の実装された周囲で、複数が該実装領域の円形の外縁に沿うように配置された、個々の形状を三角形状の第二発光素子とを備え、前記第二発光素子は、前記第一発光素子と同一の発光色の光を発光するものであり、前記第二発光素子の面積を、前記第一発光素子の面積に対して0.8〜1.2倍に設定している。 According to the light emitting device according to one aspect of the present invention, a substrate having a circular mounting area, and a plurality of elements arranged in a matrix at regular intervals on the mounting area are rectangular. A first light emitting element and a plurality of the light emitting elements arranged on the mounting area and around the mounting area of the first light emitting element so as to follow a circular outer edge of the mounting area. A second light emitting element, the second light emitting element emits light of the same emission color as the first light emitting element, and the area of the second light emitting element is the area of the first light emitting element. against it is set to 0.8 to 1.2 times.
上記構成により、発光素子毎の輝度をほぼ一定とでき、特に円形状の実装領域を有する基板の周辺部分での色むらの発生を抑制できる。また、第一発光素子、第二発光素子の面積をほぼ等しくすることで電流量や発熱量をほぼ一定とでき、一部の発光素子の発熱が大きくなって劣化の度合いに差が生じ、色むらの原因となる事態を回避できる。 With the above configuration, the luminance of each light emitting element can be made almost constant, and in particular, the occurrence of color unevenness in the peripheral portion of the substrate having a circular mounting region can be suppressed. In addition, by making the areas of the first light emitting element and the second light emitting element substantially equal, the amount of current and the amount of heat generated can be made substantially constant. The situation that causes unevenness can be avoided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、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、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。さらに、本明細書において、層上等でいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below is an example for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. Moreover, this specification does not specify the member shown by the claim as the member of embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specifically described. Only. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing. In addition, the contents described in some examples and embodiments may be used in other examples and embodiments. Further, in this specification, the term “upper” as used on the layer or the like is not necessarily limited to the case where the upper surface is formed in contact with the upper surface, but includes the case where the upper surface is formed apart. It is used to include the case where there is an intervening layer between them.
一実施形態に係る発光装置によれば、前記第一発光素子及び第二発光素子が、第一ピーク波長の光を発するものであり、前記第一発光素子及び第二発光素子の上方に配置された、前記第一発光素子及び第二発光素子が発する第一ピーク波長の光を、該第一ピーク波長と異なる第二ピーク波長の光に変換する波長変換部材を備えている。これにより、前記第一発光素子及び第二発光素子が発する第一ピーク波長の光と、前記波長変換部材が発する第二ピーク波長の光が混色された混色光を出力可能とすることができる。上記構成により、発光素子と波長変換部材がそれぞれ発する光の混色光を出力するに際して、円形状の実装領域の周囲部分での色むらの発生を抑制できる。 According to the light emitting device according to an embodiment, the first light emitting element and the second light emitting element emit light having a first peak wavelength, and are disposed above the first light emitting element and the second light emitting element. In addition, a wavelength conversion member that converts light having a first peak wavelength emitted from the first light emitting element and the second light emitting element into light having a second peak wavelength different from the first peak wavelength is provided. Thereby, it is possible to output mixed color light in which the light having the first peak wavelength emitted from the first light emitting element and the second light emitting element and the light having the second peak wavelength emitted from the wavelength conversion member are mixed. With the above configuration, when outputting mixed light of light emitted from the light emitting element and the wavelength conversion member, it is possible to suppress the occurrence of color unevenness in the peripheral portion of the circular mounting region.
他の実施形態に係る発光装置によれば、前記波長変換部材を、前記円形状の実装領域、第一発光素子及び第二発光素子の上面に直接設けることができる。上記構成により、従来、第一発光素子群の周囲と円形状の実装領域の外縁との間で、第一発光素子のない未実装領域が生じ、この部分に設けられた波長変換部材によって色むらが生じる事態を、未実装領域に第二発光素子を配置することで回避できる。 According to the light emitting device according to another embodiment, the wavelength conversion member can be directly provided on the upper surface of the circular mounting region, the first light emitting element, and the second light emitting element. With the above configuration, conventionally, an unmounted region without the first light emitting element is generated between the periphery of the first light emitting element group and the outer edge of the circular mounting region, and color unevenness is caused by the wavelength conversion member provided in this portion. A situation in which the second light emitting element is arranged in the unmounted region can be avoided.
さらに他の実施形態に係る発光装置によれば、前記第一発光素子を、正方形状に形成することができる。 In the light emitting device according to another embodiment, the first light emitting element can be formed in a square shape.
さらに他の実施形態に係る発光装置によれば、前記第二発光素子が直角三角形状であって、短辺を前記第一発光素子の一辺とほぼ同じ長さとし、斜辺をその2倍とすることができる。 In the light emitting device according to another embodiment, the second light emitting element has a right triangle shape, the short side is substantially the same length as one side of the first light emitting element, and the hypotenuse is doubled. Can do.
さらに他の実施形態に係る発光装置によれば、前記第二発光素子が六方晶系の成長基板を有し、短辺を含む側面と斜辺を含む側面に前記成長基板のM面を含めることができる。 In the light emitting device according to yet another embodiment, the second light emitting element includes a hexagonal growth substrate, and the M surface of the growth substrate is included on the side surface including the short side and the side surface including the oblique side. it can.
さらに他の実施形態に係る発光装置によれば、前記第二発光素子が直角三角形状であって、短辺を前記第一発光素子の一辺とほぼ同じ長さとし、長辺をその2倍とすることができる。 In the light emitting device according to another embodiment, the second light emitting element has a right triangle shape, the short side is substantially the same length as one side of the first light emitting element, and the long side is twice as long. be able to.
さらに他の実施形態に係る発光装置によれば、前記円形状の外縁において、前記実装領域の外縁に沿って配置された1個以上の最外第一発光素子が配される領域が複数あり、前記領域の間に前記第一発光素子が配置される。また、これら領域の間であって、外縁と沿う領域に、1個以上の前記第二発光素子を配置することができる。上記構成により、矩形状の第一発光素子では円形状の実装領域の外縁に沿って、円周と隙間が生じないように配置することが困難であるところの隙間部分に三角形状の第二発光素子が配置され、隙間が低減されることにより、円形状の実装領域の大きさを維持したまま出力光の光量を増大できる。また、発光素子を敷き詰めた領域を円形に近付けて発光領域を円状とし、輝度むらの少ない発光装置を実現できる。 According to the light emitting device according to another embodiment, in the circular outer edge, there are a plurality of areas where one or more outermost first light emitting elements arranged along the outer edge of the mounting area are arranged, The first light emitting element is disposed between the regions . Further, one or more second light emitting elements can be arranged between these regions and in a region along the outer edge. With the above configuration, the rectangular first light emitting element has a triangular second light emission in the gap portion where it is difficult to arrange the circumference and the gap so as not to occur along the outer edge of the circular mounting region. By arranging the elements and reducing the gap, the amount of output light can be increased while maintaining the size of the circular mounting region. In addition, a light emitting device with less luminance unevenness can be realized by making an area where light emitting elements are spread close to a circle and making the light emitting area circular.
さらに他の実施形態に係る発光装置によれば、前記第二発光素子の面積を、前記第一発光素子の面積に対して0.8〜1.2倍に設定することができる。
(実施形態1)
According to the light emitting device according to another embodiment, the area of the second light emitting element can be set to 0.8 to 1.2 times the area of the first light emitting element.
(Embodiment 1)
本発明の実施形態1に係る発光装置100の平面図を、図1に示す。この図に示す発光装置100は、実装基板20と、この実装基板20上に形成された円形状の実装領域22上に配置された複数の第一発光素子1と、複数の第二発光素子2とを備える。各発光素子は、その上面を発光領域としている。
FIG. 1 shows a plan view of the
実装基板20は、外形を平面視において矩形状としており、この上面に発光素子を複数個実装するための実装領域22を形成している。このような実装基板20には、ガラスエポキシ基板やセラミック基板等が利用できる。
The mounting
この実装領域22上に、一定の間隔でマトリックス状に、複数の第一発光素子1が配置されている。各第一発光素子1は、外形を平面視において矩形状としている。好ましくは正方形状とする。なお本明細書において「マトリックス状」とは、縦横に配置された行列状に限られず、斜め、あるいは千鳥状にオフセット配置された状態も含む意味で使用する。
On the mounting
一方、第二発光素子2は、複数の第一発光素子1が実装された第一発光素子群10の周囲であって、実装領域22の外縁との間に配置される。具体的には、矩形状に形成された第一発光素子1を、実装領域22に配置する場合、実装基板20上の円形の実装領域22を完全に矩形状の第一発光素子1のみで隙間なく埋めることは困難である。よって部分的に第一発光素子群10の周囲と実装領域22の外縁との間に、第一発光素子が配置されない未実装領域UAが発生する(図9の平面図において斜線で示す領域)。この場合、実装領域22の外縁で未実装領域UAにおいては、他の領域と比較して光量が相対的に低下し、輝度の低下や輝度むらの一因となる。さらに、第一発光素子群10による発光パターンが、本来の実装領域の外縁とは異なる輪郭で現れることとなり、見栄えの面でも好ましくない。
On the other hand, the second
そこで、図1に示すように、第一発光素子1と異なる形状の第二発光素子2、具体的には三角形状とした第二発光素子2を用意し、かつ実装領域の外縁と第一発光素子群10の周囲との隙間に、第二発光素子2を配置する。このようにして、図2の断面図に示すように未実装領域UAを低減して、実装領域22の外縁に沿った発光パターンを実現でき、実装領域を最大限生かした高出力が得られる。
(第二発光素子2)
Therefore, as shown in FIG. 1, a second
(Second light emitting element 2)
第二発光素子2は、好ましくはその発光領域の面積を、第一発光素子1の発光領域の面積とほぼ等しくするように構成する。このようにすることで、第一発光素子1と第二発光素子2の輝度をほぼ等しくして、特に実装領域22の外周部分での色むらの発生を抑制できる。また、第一発光素子1、第二発光素子2の面積をほぼ等しくすることで、各発光素子に流れる電流量や発熱量をほぼ一定とできるので、第一発光素子1と第二発光素子2の劣化の度合いに大きな差が生じることを回避できる。この結果より、発光素子毎の劣化の差に起因する色むらの発生を抑制できる。なお本明細書において、第二発光素子2の面積が第一発光素子1の面積とほぼ等しいとは、第一発光素子の面積に対して0.8倍〜1.2倍を含む意味で使用する。好ましくは、第一発光素子の面積に対して約0.866とする。
The second
また第二発光素子2が発する光の発光色は、第一発光素子1の発光色と一致させることが好ましい。すなわち第一発光素子1及び第二発光素子2は、共通の第一ピーク波長の光を発するものとすることが好ましい。なお半導体発光素子のピーク波長は、同じ半導体ウエハから製造した発光素子間でも多少のばらつきが生じることが一般的であることから、共通の第一ピーク波長とは厳密な一致を要求するものではない。また、人の目において同じ色と視覚される範囲であれば、同じ発光色として扱うことで差し支えない。よって本明細書においても、このような若干のばらつきを許容して共通のピーク波長乃至発光色として扱うものとする。
In addition, the emission color of light emitted from the second
図1の例では、第一発光素子1を正方形状に形成している。一方、第二発光素子2は直角三角形状に形成している。直角三角形は、短辺と長辺と斜辺とでなり、短辺と長辺の間がなす角を90°としている。上述の通り、第二発光素子2はその発光領域の面積が第一発光素子1とほぼ等しいことが好ましい。例えば第一発光素子1の一辺の長さを1とするとき、第二発光素子2は図3に示すように短辺の長さを1、長辺の長さを2、斜辺の長さを√5≒2.24とする。これによって、第一発光素子1と第二発光素子2の面積を一致させることができる。この直角三角形においては、斜辺と短辺のなす角度は約63.4°となり、斜辺と長辺のなす角度は約26.6°となる。
In the example of FIG. 1, the first
一方において、発光素子の製造に際しては、半導体ウエハを割断して個片化するところ、半導体の成長基板にはサファイア等六方晶系の基板が用いられ、また成長基板上に成長される半導体層としてはGaN系の半導体材料が採用されることが多い。サファイア基板のC面上にGaN系の半導体材料を成長させた場合においては、劈開性は成長基板のM面に現れる。そして平面で見た場合、基板のA面と半導体層のM面との間には30°のずれがあることから、結果として半導体ウエハを割断して半導体発光素子を個片化する際、60°や30°単位で割断することにより、劈開性を利用して効率よく割断することができ、また得られる半導体発光素子の歩留まりも向上する。したがって、第二発光素子の短辺を含む側面と斜辺を含む側面が、成長基板のM面を含むように製造することが好ましい。これにより、図4に示すように、短辺と長辺がなす角度を60°とした直角三角形状に第二発光素子2’を形成することができ、第二発光素子の製造において有利となる。
On the other hand, when manufacturing a light emitting device, a semiconductor wafer is cut into pieces, and a hexagonal substrate such as sapphire is used as a semiconductor growth substrate, and a semiconductor layer grown on the growth substrate is used. Often, GaN-based semiconductor materials are used. When a GaN-based semiconductor material is grown on the C-plane of the sapphire substrate, the cleavage property appears on the M-plane of the growth substrate. When viewed in a plane, there is a 30 ° shift between the A-plane of the substrate and the M-plane of the semiconductor layer. As a result, when the semiconductor wafer is cleaved and the semiconductor light-emitting elements are singulated, 60 By cleaving in units of ° or 30 °, cleaving can be used to efficiently cleave, and the yield of the obtained semiconductor light emitting device can be improved. Therefore, it is preferable that the side surface including the short side and the side surface including the oblique side of the second light emitting element are manufactured so as to include the M plane of the growth substrate. As a result, as shown in FIG. 4, the second
この場合において、第二発光素子2’の短辺の長さを正方形状の第一発光素子1の一辺の長さ(例えば1)と一致させると、第二発光素子2’の面積は√3/2≒0.87となり、第一発光素子1の面積(例えば1)よりも若干小さくなる。しかしながら、その差は僅かであって実用上、第一発光素子に比べて輝度が顕著に低いとか、劣化の度合いが著しく大きいといった弊害もない。一方で、第二発光素子の製造上の利点が得られるため、本願発明は第二発光素子の面積を第一発光素子と一致させる場合のみに限らず、このように若干異なる場合も含むものとする。具体的には、第二発光素子の面積を、第一発光素子の面積に対して0.8〜1.2倍とする。この範囲であれば、実用上、第一発光素子と第二発光素子の性能や寿命を同一視できる。
In this case, when the length of the short side of the second
このようにして得られた第二発光素子2は、複数の第一発光素子1をマトリックス状に実装領域22に配置した状態で、複数の第一発光素子1で構成された第一発光素子群10の輪郭と、実装領域22の輪郭との間に配置される。図1の例では、複数の第一発光素子1を実装領域22の内部に正方形状に配置する。例えば、実装領域22を円形とした場合、この円に内接する正方形を描き、この正方形内に収まるように第一発光素子1を縦横に並べる。この例では、正方形状の第一発光素子1を縦6個×横6個の36個、配置している。
The second light-emitting
さらにこの状態で、36個の第一発光素子群10がなす大きな仮想正方形VSと、実装領域22の円との間には隙間がある。そこでこの隙間に、さらに第一発光素子1を配置する。図1の例では、仮想正方形VSの各辺に沿って、第一発光素子1を2段に配置し、さらに各段の第一発光素子1の数を変更している。ここでは、下段の第一発光素子1の数は、仮想正方形VSと同じ数(図1の例では6個)とし、上段の第一発光素子1の数はこれよりも少なくする(図1の例では2個)。このようにすることで、正方形状の第一発光素子1を複数、円形の実装領域22の実装領域内に、最大限配置できる。また隣接する第一発光素子同士の間は、一定間隔としている。
Further, in this state, there is a gap between the large virtual square VS formed by the 36 first light emitting
さらにこの状態で、三角形状の第二発光素子2を配置する。ここでは、仮想正方形VSの各辺に沿って二段に配置された第一発光素子1の内、上段側の第一発光素子(2個の最外第一発光素子1M)については、実装領域22の外縁との間の隙間は殆ど無い。一方で、下段側の第一発光素子(6個)の内、中央(2個)を除く左右の第一発光素子(それぞれ2個)については、実装領域22の外縁との間に隙間が存在している(図9において斜線で示す第一未実装領域UA1)。より正確には、下段側の第一発光素子の上面と、上段側の第一発光素子の側面と、実装領域22の外縁とで囲まれた、三角形状の領域(図9のUA1)が存在する。この部分に、直角三角形状に形成された第二発光素子2を配置する。これによって、従来矩形状の発光素子では埋めることが困難であった実装領域22の周辺の領域を、三角形状とした第二発光素子2で埋めることができる。上記構成により、発光素子を増やすことによる発光出力の向上が得られ、また発光パターンを実装領域22の円形に近付けることができ、輝度むらの少ない高品質な発光装置100を得ることが可能となる。
Further, in this state, the triangular second
なお、第二発光素子2の配置位置を特定する方法として、例えば、円形の実装領域22に対して、この円形の中心を通る十字状に第一発光素子1を配置し(図1の例では2個の第一発光素子の組を十字状に配置)、この十字状に配置された第一発光素子1の内、最も外側、すなわち実装領域22の外縁に沿って配置された最外第一発光素子1Mを基準とし、最外第一発光素子1Mの側方、あるいは十字状に配置された上下左右の最外第一発光素子1M同士の間に、第二発光素子2を配置すると表現することもできる。換言すると、第二発光素子2は、概ね、複数の第一発光素子1が配置されて塊状に構成される第一発光素子群10の外郭と、実装領域22の外郭との間の隙間領域に配置されるということができるが、図1の例では、最外第一発光素子1Mが、隙間領域に配置されているため、隙間領域の内、最外第一発光素子1Mが配置されていない領域、と捉えることもできる。いずれにしても、第一発光素子を配置できない隙間領域に、第二発光素子2を配置することで、このような隙間を低減して、発光装置100の品質を向上させるものである。
As a method for specifying the arrangement position of the second
なお、以上の例は一例であり、第一発光素子及び第二発光素子の配置パターンは、円形状の実装領域を有する基板の大きさ(半径等)、第一発光素子の形状、大きさ(一辺の長さ)、第二発光素子の形状、大きさ、あるいは発光装置に求められる品質等によって適宜変更できる。 Note that the above example is an example, and the arrangement pattern of the first light emitting element and the second light emitting element includes the size (radius etc.) of the substrate having a circular mounting region, the shape and size of the first light emitting element ( The length of one side), the shape and size of the second light emitting element, the quality required for the light emitting device, and the like.
第一発光素子1、第二発光素子2は、実装領域22の上面に、フリップチップ実装される。あるいは、ワイヤボンディング等により実装することも可能である。発光素子は、電圧を印加することで自ら発光する半導体素子であり、窒化物半導体等から構成される既知の半導体発光素子を適用できる。また発光素子は、所望の発光色を得るために任意の波長のものを選択すればよい。具体的には、青色の光(波長430nm〜490nm)や緑色の光(波長490nm〜570nm)を発光する発光素子としては、InxAlYGa1-x-yN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で表される窒化物系半導体を、赤色の光(波長620nm〜750nm)を発光する発光素子としては、GaAlAs,AlInGaP等で表されるヒ素系化合物やリン系化合物の半導体をそれぞれ適用することができ、さらに混晶比により発光色を変化させた発光素子を利用できる。また前記半導体素子の成長基板としては、サファイアやGaN等六方晶系の基板が用いられる。
(波長変換部材30)
The first
(Wavelength conversion member 30)
また、発光装置に波長変換部材30を含むことができる。波長変換部材30は、第一発光素子1及び第二発光素子2が発する第一ピーク波長の光を、この第一ピーク波長とは波長の異なる第二ピーク波長の光に変換する部材である。このような波長変換部材30としては蛍光体が好適に利用される。
Further, the
波長変換部材30は、第一発光素子1及び第二発光素子2の上方に配置される。このような構成により発光装置は、第一発光素子1及び第二発光素子2が発する第一波長の光と、波長変換部材30が発する第二波長の光とが混色された混色光を出力することができる。このような構成により、発光素子と波長変換部材30がそれぞれ発する光の混色光を出力するに際して、実装領域22の周囲部分で色むらが発生することを抑制できる。例えば、第一発光素子1、第二発光素子2に青色LEDを、波長変換部材30にYAG等の蛍光体を用いれば、青色LEDの青色光と、この青色光で励起されて蛍光体が発する黄色光の蛍光とを混合させて得られる白色光を出力する発光装置を構成できる。
The
波長変換部材30は、基本となる光透過部材として、ガラス板に波長換部材を備えたもの、あるいは波長換部材である蛍光体結晶若しくはその相を有する単結晶体、多結晶体、アモルファス体、セラミック体、あるいは蛍光体結晶粒子による、それと適宜付加された透光性材料との焼結体、凝集体、多孔質性材料、それらに透光性材料、例えば透光性樹脂を混入、含浸したもの、あるいは蛍光体粒子を含有する透光性部材、例えば透光性樹脂の成形体等で構成できる。なお光透過部材は、樹脂等の有機材料よりも無機材料で構成されることが耐熱性の観点からは好ましい。具体的には蛍光体を含有する透光性の無機材料からなることが好ましく、特に蛍光体と無機物(結合材、バインダー)との焼結体、あるいは蛍光体からなる焼結体や結晶とすることで信頼性が高まる。なお、波長変換部材30としてYAGの蛍光体を用いる場合、YAGの単結晶や高純度の焼結体のほか、アルミナ(Al2O3)を結合材とするYAG/アルミナの焼結体、ガラスを結合材とした焼結体が信頼性の観点から好ましい。また、光透過部材を板状とすることで、面状に構成される発光素子1の出射面との結合効率が良く、光透過部材の主面とが略平行になるよう容易に位置合わせできる。加えて、光透過部材の厚みを略一定とすることで、通過する光の波長変換量を略均一として混色の割合を安定させ、発光面の部位における色むらを抑止できる。このため、1つの光透過部材に複数の第一発光素子1を搭載する場合において、個々の第一発光素子1の配置に起因する発光面内の輝度や色度の分布にむらが少なく略均一で高輝度の発光を得ることができる。
(実施形態2)
The
(Embodiment 2)
ここで実施形態2として、波長変換部材30を備える発光装置200の模式断面図を図5に示す。この図に示す発光装置200は、複数の第一発光素子1、第二発光素子2を実装した実装領域22上に、透光性の封止部材40を設けており、さらにこの封止部材40の上面に、波長変換部材30を配置している。このような構成により、波長変換部材30を発光素子と離間させて、発光素子が発する光や熱の影響で波長変換部材30の劣化が促進される事態を回避しつつ、発光素子の発する第一ピーク波長の光を第二ピーク波長の光に変換することが可能となる。
Here, as
封止部材40には、透光性を備え、耐候性に優れた樹脂が好適に利用できる。例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂(PMMA等)、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂等から選択される少なくとも1種の樹脂が挙げられる。
For the sealing
波長変換部材30は、第一発光素子1及び第二発光素子2から発された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する。このような波長変換部材には、例えば蛍光体を好適に用いることができる。また波長変換部材30は、蛍光体を樹脂等のバインダに含有させて層状に形成した蛍光体層とすることができる。また蛍光体は一種類のみとする他、複数種類を混合させることもできる。蛍光体は公知の材料を適用すればよく、例えばY(イットリウム)、Al(アルミニウム)、およびGa(ガーネット)を混合してCe等で賦活されたYAG系蛍光体や、Eu,Ce等のランタノイド系元素で主に賦活された、窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体等を用いることができる。これらの材料から、第一発光素子1及び第二発光素子2の発光色と組み合わせて、照射領域から照射される光が所望の色となるように選択する。例えば、緑色や黄色を発光するYAG系蛍光体やクロロシリケート蛍光体、赤色を発光する(Sr,Ca)AlSiN3:Eu等のSCASN系蛍光体、CaAlSiN3:Eu等のCASN系蛍光体が挙げられ、また2種類以上の蛍光体を混合して用いてもよい。
(実施形態3)
The
(Embodiment 3)
一方で、波長変換部材を、実装領域22の上面、及び第一発光素子1や第二発光素子2の上面に直接設けることもできる。このような例を実施形態3として、図6の模式平面図及び図7の拡大模式断面図に示す。これらの図に示す発光装置300は、波長変換部材として蛍光体32を直接、第一発光素子1及び第二発光素子2を実装した実装領域22の実装面上に塗布している。蛍光体32を塗布する方法としては、沈降や電着、パルススプレー等が利用できる。
On the other hand, the wavelength conversion member can also be provided directly on the upper surface of the mounting
このように、直接、蛍光体32を実装領域に塗布する構成においては、本願発明を適用することで色むらを低減できるという優れた効果が得られる。即ち、従来の矩形状の第一発光素子のみを用いる発光装置においては、図9の模式平面図に示すように、第一発光素子群10の周囲と実装領域22の外縁との間で、第一発光素子のない未実装領域UAが生じる。この状態で蛍光体32を実装領域に塗布すると、図10の断面図に示すように、未実装領域UAに蛍光体32が塗布される結果、この領域からは蛍光体32で波長変換された光のみが生じることとなる。例えば、第一発光素子1に青色LED、蛍光体32にYAG蛍光体32を用いる場合、第一発光素子1を実装した領域からは、青色LEDからの青色光と、YAG蛍光体32で波長変換された黄色光との混色光である白色光が得られる。しかし未実装領域UAにおいては、青色LEDが存在しないため、波長変換された黄色光によって蛍光体が励起されるため、結果として円形状の発光装置の周囲において、白色光の周囲が部分的により黄色っぽくなり、色むらが生じる原因となっていた。
As described above, in the configuration in which the
これに対して、実施形態3に係る発光装置300においては、図6の平面図に示すように従来、未実装領域UAであった領域に第二発光素子2を配置したことから、図7の断面図に示すように、実装領域22の外周においても第二発光素子2と波長変換部材の組み合わせを配置できることから、他の領域と同様に混色光を得ることができ、結果として色むらのない均一で高品質な光を得ることが可能となる。
(実施形態4)
On the other hand, in the
(Embodiment 4)
以上の例では、第一発光素子1に加えて、これと異なる形状の第二発光素子2を組み合わせた発光素子を説明した。ただ本発明は、追加する発光素子の種類を一種類に限定するものでなく、二種類以上の異なる形状の発光素子を組み合わせてもよい。このような構成によって、より緻密に未実装領域を発光素子で埋めて、一層均一な発光装置を得ることができる。このような例として、第三発光素子3を加えた発光装置の例を実施形態4として図8の平面図に示す。この発光装置400の例では、上述した第一発光素子1、第二発光素子2に加えて、これらと異なる形状の第三発光素子3を組み合わせている。第三発光素子3は、直角二等辺三角形としている。第三発光素子3は、第二発光素子2を配置できない小さな隙間領域に配置している。図8では、仮想正方形VSの各頂点と、実装領域22の外縁との間に形成される第二未実装領域UA2に、第三発光素子3を配置している。これによって、図1の構成に比べ一層隙間を低減し、高出力で高品質な発光装置400が得られる。この第三発光素子3は、第一発光素子1の半分の面積としている。すなわち第三発光素子3の直角二等辺三角形の燐辺を、第一発光素子1の一辺の長さと等しくしている。ただ、第三発光素子3の発光面積が第一発光素子1の1/2となるため、寿命や発熱の点では不利となる。また、複数の異なる発光素子を用いることで製造の手間やコストがかかる点でも不利となるため、求められる発光装置の品質や精度等に応じて適宜選択される。例えば、精度が優先される用途においては、さらに異なる形状の第四発光素子を用いる等、四種類以上の発光素子を用いることも可能である。
In the above example, in addition to the first
さらに以上の例では、予め製造された複数種類の発光素子を、別部材である円形状の実装領域を有する基板に実装する構成について説明したが、円形状の成長基板上に、異なる形状の半導体素子構造を成長させることで、同様に隙間を低減した発光装置を得ることもできる。 Further, in the above example, a configuration in which a plurality of types of light-emitting elements manufactured in advance are mounted on a substrate having a circular mounting region that is a separate member has been described. However, different shapes of semiconductors are formed on a circular growth substrate. By growing the element structure, it is also possible to obtain a light emitting device with a reduced gap.
以上のように、円形の実装領域内に、矩形状の第一発光素子をマトリックス状に配置し、その周辺に第一発光素子とほぼ等しくした面積の三角形状に形成した第二発光素子を配置することで、輝度むらや色むらを低減した高品質な発光装置を得ることができる。 As described above, the rectangular first light emitting elements are arranged in a matrix in the circular mounting area, and the second light emitting elements formed in a triangular shape having an area substantially equal to the first light emitting element are arranged around the first light emitting elements. By doing so, it is possible to obtain a high-quality light-emitting device with reduced luminance unevenness and color unevenness.
本発明の実施形態に係る発光装置は、バックライト光源、照明用光源、ヘッドライト、発光素子を光源としてドットマトリックス状に配置したディスプレイ、信号機、照明式スイッチ、イメージスキャナ等の各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。 A light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a backlight light source, an illumination light source, a headlight, a display in which a light emitting element is used as a light source, a display, a traffic light, an illumination switch, an image scanner, and other various sensors and various indicators. It can utilize suitably for etc.
100、200、300、400 発光装置
1 第一発光素子
1M 最外第一発光素子
2、2’ 第二発光素子
3 第三発光素子
10 第一発光素子群
20 実装基板
22 実装領域
30 波長変換部材
32 蛍光体
40 封止部材
91 LED素子
UA 未実装領域
UA1 第一未実装領域;UA2…第二未実装領域
CA 外縁近傍領域
VS 仮想正方形
100, 200, 300, 400
Claims (8)
前記実装領域上に、複数が一定の間隔でマトリックス状に配置された、個々の形状を矩形状とする第一発光素子と、
前記実装領域上であって、前記第一発光素子の実装された周囲で、複数が該実装領域の円形の外縁に沿うように配置された、個々の形状を三角形状とする第二発光素子と
を備え、
前記第二発光素子は、前記第一発光素子と同一の発光色の光を発光するものであり、
前記第二発光素子の面積を、前記第一発光素子の面積に対して0.8〜1.2倍に設定してなる発光装置。 A substrate having a circular mounting area;
On the mounting area, a plurality of light emitting elements arranged in a matrix at regular intervals, each light emitting element having a rectangular shape,
A second light emitting element having a triangular shape on each of the mounting regions, the plurality of the light emitting elements being arranged around the outer periphery of the first light emitting element along the circular outer edge of the mounting region; With
The second light emitting element emits light of the same emission color as the first light emitting element ,
Wherein the area of the second light-emitting element, Ru emitting device name is set to 0.8 to 1.2 times the area of the first light emitting element.
前記第一発光素子及び第二発光素子が、第一ピーク波長の光を発するものであり、
前記第一発光素子及び第二発光素子の上方に配置された、前記第一発光素子及び第二発光素子が発する第一ピーク波長の光を、該第一ピーク波長と異なる第二ピーク波長の光に変換する波長変換部材を備えており、
前記第一発光素子及び第二発光素子が発する第一ピーク波長の光と、前記波長変換部材が発する第二ピーク波長の光が混色された混色光を出力可能としてなる発光装置。 The light-emitting device according to claim 1,
The first light emitting element and the second light emitting element emit light having a first peak wavelength,
Light having a first peak wavelength emitted from the first light emitting element and the second light emitting element, disposed above the first light emitting element and the second light emitting element, is light having a second peak wavelength different from the first peak wavelength. It has a wavelength conversion member that converts to
A light emitting device capable of outputting mixed light in which light having a first peak wavelength emitted from the first light emitting element and the second light emitting element and light having a second peak wavelength emitted from the wavelength conversion member are mixed.
前記波長変換部材が、前記実装領域、前記第一発光素子及び前記第二発光素子の上面に直接設けられてなる発光装置。 The light-emitting device according to claim 2,
The light emitting device in which the wavelength conversion member is directly provided on the mounting region, the first light emitting element, and the second light emitting element.
前記第一発光素子が、正方形状に形成されてなる発光装置。 The light-emitting device according to claim 1,
A light emitting device in which the first light emitting element is formed in a square shape.
前記第二発光素子が直角三角形状であって、短辺を前記第一発光素子の一辺とほぼ同じ長さとし、斜辺をその2倍としてなる発光装置。 The light-emitting device according to claim 4,
The light emitting device, wherein the second light emitting element has a right triangle shape, a short side is substantially the same length as one side of the first light emitting element, and a hypotenuse is doubled.
前記第二発光素子は六方晶系の成長基板を有し、短辺を含む側面と斜辺を含む側面が前記成長基板のM面を含む発光装置。 The light-emitting device according to claim 5,
The second light emitting element includes a hexagonal growth substrate, and a side surface including a short side and a side surface including a hypotenuse include the M plane of the growth substrate.
前記第二発光素子が直角三角形状であって、短辺を前記第一発光素子の一辺とほぼ同じ長さとし、長辺をその2倍としてなる発光装置。 The light-emitting device according to claim 4,
The light emitting device, wherein the second light emitting element has a right triangle shape, the short side is substantially the same length as one side of the first light emitting element, and the long side is twice as long.
前記円形状の外縁において、前記実装領域の外縁に沿って配置された1個以上の最外第一発光素子が配される領域が複数あり、前記領域の間であって、外縁と沿う領域に、1個以上の前記第二発光素子が配置されてなる発光装置。 The light-emitting device according to claim 1,
In the circular outer edge, there are a plurality of areas where one or more outermost first light emitting elements arranged along the outer edge of the mounting area are arranged, and the area between the areas and along the outer edge. A light-emitting device in which one or more second light-emitting elements are arranged.
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