JP7436893B2 - 発光装置およびそれに用いる拡散部材 - Google Patents
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Description
同様の構造を有する発光装置の別の例としては、透光性部材を備えた発光装置が知られている(例えば特許文献2)。特許文献2には、拡散効果を有する透光性部材、例えば拡散材を添加した拡散部材を使用することが記載されている。
本発明の別の実施形態では、発光装置の照明ムラの低減に適した拡散部材を提供することを目的とする。
基板と、
前記基板に形成された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極を有する発光素子と、
前記電極が形成された面とは反対側の前記発光素子の発光面側に配置された拡散部材と、を含む発光装置であって、
前記発光素子の主波長が500nm以上560nm以下の範囲内にあり、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記発光装置の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度xの色度差Δxの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度xの色度差Δxの最大値と最小値の差との平均値αが0.0024未満である。
基板と、
前記基板に形成された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極を有する発光素子と、
前記電極が形成された面とは反対側の前記発光素子の発光面側に配置された拡散部材と、を含む発光装置であって、
前記発光素子の主波長が420nm以上560nm以下の範囲内にあり、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記発光装置の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが、前記拡散部材に代えて透明部材を備えた発光装置の発光色を測定して求めた当該平均値β’の30%未満である。
基板と、
前記基板に形成された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極を有する発光素子と、
前記電極が形成された面とは反対側の前記発光素子の発光面側に配置された拡散部材と、を含む発光装置であって、
前記発光素子の主波長が420nm以上560nm以下の範囲内にあり、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記発光装置の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが、以下の式(1)を満たす。
β<0.0006y0+0.0006 (1)
ここで、y0は、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる前記垂線上で測定した、前記発光装置の前記発光色の前記色度yである。
基板と、
前記基板に形成された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極を有する発光素子と、
前記電極が形成された面とは反対側の前記発光素子の発光面側に配置された拡散部材と、を含む発光装置であって、
前記発光素子の主波長が420nm以上480nm以下の範囲内にあり、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記発光装置の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが0.0006未満である。
発光素子の発光面側に配置して、当該発光素子からの光を拡散するための拡散部材であって、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
主波長が523nmの発光素子の発光面に前記拡散部材を配置して当該発光素子からの光を当該拡散部材に通過させ、前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記拡散部材を通過した前記光の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが、前記拡散部材に代えて透明部材を前記発光素子の発光面に配置し、該透明部材を通過した前記発光素子からの前記光の発光色を測定して求めた前記平均値β’の30%未満である。
本発明の別の実施形態に係る拡散部材は、発光装置の照明ムラの低減に適している。
そこで本発明の実施形態では、照明ムラを適切に評価できる指標として、色度差Δx、Δyの最大値と最小値の差を用いることとし、この指標に基づいて、照明ムラを低減した発光装置を提供する。
色度差Δyは、主に、主波長が420nm以上560nm以下(青色~緑色)の発光素子、特に、420nm以上480nm以下(青色)の発光素子を用いた発光装置の指標として適している。
以下に、図面を参照しながら、実施形態に係る発光装置について説明する。
実施形態1では、主波長が500nm以上560nm以下(緑色)の発光素子を用いた発光装置について、色度差Δxにより規定している。
発光素子2は、主波長が500nm以上560nm以下の範囲内にある。
指向色度の測定方法について詳しく説明する。
まず、拡散部材30を平面視した状態で、拡散部材30の1つの辺(第1の辺30a)と平行な第1の方向xと、第1の方向xと直交する第2の方向yとを規定する。
第1測定面Axzは、xz面に平行な測定面であり、(i)拡散部材30を平面視したときの外形中心を通り、(ii)拡散部材30の第1の辺30aと平行な第1の方向xと平行で、且つ(iii)拡散部材30の光出射面33と垂直な面とする。
第2測定面Ayzは、yz面に平行な測定面であり、(i)拡散部材30を平面視したときの外形中心を通り、(ii)第2の方向yと平行で、且つ(iii)拡散部材30の光出射面33と垂直な面とする。
なお、第2の方向yは、拡散部材30のいずれかの辺と平行である必要はない。拡散部材30が矩形以外の多角形状の場合(例えば六角形)、拡散部材30が、任意選択した1つの辺(第1の辺)に対して直交する辺を有していないことがある。その場合、拡散部材30のいずれの辺も、第2の方向yと平行にはならない。
なお、本明細書では、第1測定面をAxz面、第2測定面をAyz面としているが、それらを入れ替えてもよい。
詳述すれば、第1測定面Axzにおける測定では、垂線Lを基準として、外形中心(交点O)における角度θxが-60°以上60°以下の範囲、つまり、交点Oを中心とした120°の扇型の範囲で測定する。
同様に、第2測定面Ayzにおける測定では、垂線Lを基準として、外形中心(交点O)における角度θyが-60°以上60°以下の範囲、つまり、交点Oを中心とした120°の扇型の範囲で測定する。
垂線Lは、発光装置100の光軸と平行である。
指向色度(配光色度)の測定に際しては、発光装置に1000mAの電流を通電して発光させて、ゴニオメータを使用してLEDを回転させることで測定方向を変えながら、CIE(国際照明委員会)が推奨している「平均LED光度」測定であるCondition Bの条件で、分光分布測定装置を用いて発光色の測定を行う。発光色の評価には、CIE表色系に基づくx値、y値を用いた。また、x値については、θ=0°における発光色の色度を基準値x0とし、各測定について基準値x0からのずれ(色度差Δx)の最大値と最小値の差を算出することで発光装置の指向色度を評価する。
発光素子2の電極21近傍ではより多くの電流が流れるため、波長の短い光が放出されるが、発光素子2の電極21から離れると電流がやや少なくなり、波長の長い光が放出される。そのため発光素子2の電極21のパターンに対応するように色度ムラが生じる。
発光装置100の照明パターンは、発光素子2の電極パターンに影響を受けるため、同様に発光素子2の電極パターンに影響を受ける色度ムラと強い相関性を示したものと推測される。
実施形態2に係る発光装置100では、発光装置100に用いる発光素子の種類と、指向色度の測定に用いる指標が異なる以外は、実施形態1の発光装置と同じである。実施形態2では、実施形態1との相違する点を中心に説明する。
後述するように、色度差Δyは、発光ピークの波長範囲が420nm以上480nm以下の発光素子を用いた発光装置の指標として、特に好ましい。
実施形態2の第1の形態に係る発光装置100は、実施形態1と同様に、基板1と、基板1に実装された発光素子2と、発光素子2に配置された拡散部材30(拡散層3および透光体4を含む)とを有している(図1参照)。
発光素子2の主波長は420nm以上560nm以下の範囲内にある。
指向色度は、外形中心(交点O)から発光観測方向(z方向)に伸びる、拡散部材30の光出射面33と直交する垂線L(図1および図3)を基準として、外形中心(交点O)における角度θが-60°以上60°以下の範囲で測定される。
y値については、θ=0°における発光色の色度を基準値y0とし、各測定について基準値y0からのずれ(色度差Δy)の最大値と最小値の差を算出することで発光装置の指向色度を評価する。
比較用の発光装置のy値については、θ=0°における発光色の色度を基準値y’0とし、各測定について基準値y’0からのずれ(色度差Δy’)の最大値と最小値の差を算出することで、比較用の発光装置の指向色度を評価する。
第1測定面Axzにおける色度差Δy’の最大値と最小値との差(これをΔy’1とする)と、第2測定面Ayzにおける色度差Δyの最大値と最小値との差(これをΔy’2とする)とをそれぞれ求め、さらにΔy’1とΔy’2の平均値β’を求める。
実施形態2の第2の形態に係る発光装置100は、Δy1とΔy2の平均値βに関する規定が、第1の形態に係る発光装置100と異なっている。それ以外については、第1の形態と同様であるため、詳細は省略する。
β<0.0006y0+0.0006 (1)
ここで、y0は、θ=0°における発光色の色度yの基準値である。より詳しく説明すると、y0は、発光装置100の拡散部材30を平面視したときの外形中心を通り、拡散部材の光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線L上で測定した、発光装置100の発光色の色度yのことである。
実施形態2の第3の形態に係る発光装置100は、Δy1とΔy2の平均値βに関する規定が、第1の形態および第2の形態に係る発光装置100と異なっている。また、第3の形態は、主波長が420nm以上480nm以下の範囲内にある発光素子2を備えた発光装置100に限定している。それ以外については、第1の形態および第2の形態と同様であるため、詳細は省略する。
実施形態3では、実施形態1および2に係る発光装置100に好適な拡散部材30について説明する。
図1に示すように、拡散部材30は、発光素子2の発光面側に配置して、当該発光素子2からの光を拡散するためのものである。拡散部材30は、特定波長(523nm)の発光素子2を用いた特性の測定結果から得られた色度差Δyにより規定される。
指向色度は、外形中心(交点O)から発光観測方向(z方向)に伸びる、拡散部材30の光出射面33と直交する垂線L(図1および図3)を基準として、外形中心(交点O)における角度θが-60°以上60°以下の範囲で測定される。
y値については、θ=0°における発光色の色度を基準値y0とし、各測定について基準値y0からのずれ(色度差Δy)の最大値と最小値の差を算出することで拡散部材30の指向色度特性を評価する。
y値については、θ=0°における発光色の色度を基準値y’0とし、各測定について基準値y’0からのずれ(色度差Δy’)の最大値と最小値の差を算出することで、透明部材を通過した光の指向色度を評価する。
第1測定面Axzにおける色度差Δy’の最大値と最小値との差(これをΔy’1とする)と、第2測定面Ayzにおける色度差Δyの最大値と最小値との差(これをΔy’2とする)とをそれぞれ求め、さらにΔy’1とΔy’2の平均値β’を求める。
実施形態1および2の指向色度特性を実現可能な発光装置100、および実施形態3の拡散部材について、各構成要素の詳細を説明する。
基板1は、発光素子を配置させるための部材であり、発光素子2の電極と外部電極を電気的に接続するための配線を有する。基板1の主な材料としては、絶縁性材料であって、発光素子からの光および外光が透過しにくい材料が好ましい。例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン、ポリフタルアミド等の樹脂を挙げることができる。なお、樹脂を用いる場合には、必要に応じて、ガラス繊維、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミナ等の無機フィラーを樹脂に混合してもよい。これにより、機械的強度の向上や熱膨張率の低減、光反射率の向上を図ることができる。配線は、上記絶縁性材料の上に、所定のパターンで形成され、配線の材料として、金、銀、銅およびアルミニウムから選択された少なくとも一種とすることができる。配線の形成方法として、金属メッキ、金属箔の配置による方法を適宜選択することができる。
発光素子2としては、発光ダイオードが好ましい。以下、実施形態1、2に係る発光装置、および実施形態3に係る拡散部材の特性測定のそれぞれに適した発光素子2について詳述する。
実施形態1では、主波長が500nm以上560nm以下の範囲内(緑色発光)にある発光素子2が好適である。この発光波長を有する発光素子2を用いることにより、緑色発光する発光装置が得られる。
主波長が500nm以上560nm以下の範囲内にある緑色発光は視感度が高いため、緑色発光装置は、色度差Δxを指標として照明ムラを評価し制御する対象として特に好適である。
実施形態2では、主波長が420nm以上560nm以下の範囲内(青色発光~緑色発光)にある発光素子2が好適である。この発光波長を有する発光素子2を用いることにより、青色発光~緑色発光する発光装置が得られる。
青色~緑色発光装置は、色度差Δyを指標として照明ムラを評価し制御する対象として適している。特に、主波長が420nm以上480nm以下の範囲内(青色発光)にある発光素子2は、Δyで評価することがより好ましい。よって、青色発光の発光素子2は、色度差Δyで評価する実施形態2に好適である。
実施形態3では、拡散部材30の特性を測定するため、特定波長(主波長が523nm(緑色発光))の発光素子2を用いる。主波長が523nm(緑色発光)の発光素子2を用いることにより、実施形態1のように色度差Δxを用いて特定した発光装置100にも、実施形態2のように色度差Δyを用いて特定した発光装置100にも適した拡散部材30を提供することができる。
拡散部材30は、発光素子2からの光を散乱する部材である。拡散部材30の例としては、透光体の表面に拡散層を設けたものが挙げられる。なお、透光体の表面に凹凸を設けたもの、透光体の表面に光拡散フィルムを添付したもの等の部材も、拡散部材と同様の機能を発揮するため、本明細書では、それらも拡散部材に包含されるものとする。これらの拡散部材30は、発光装置100に、上述したような所望の光学的特性(指向色度)を付与することのできるように調整される。例えば、拡散層に添加する拡散材の量、透光体表面の凹凸の程度、光拡散フィルムの選定を適切に制御する。
拡散層3は、例えば、樹脂31および樹脂31中に配置された粒子状の拡散材9を含む。樹脂31は、拡散材9のバインダーとして機能する。
拡散部材30に添加する拡散材9の濃度および粒径を適切に制御することにより、拡散部材30を用いた発光装置100の光学的特性(指向色度)を所望の範囲に制御することができる。
拡散部材30に含まれる拡散材9の濃度および粒径は、拡散部材30の断面のSEM-EDX像を用いて求める。SEM-EDX測定では、拡散部材30の厚さ方向に切断した断面において、発光素子と対面する側から拡散部材30の厚さの約1/2の位置で、10μm×10μmの範囲(観察範囲)内を観察する。そして、観察範囲内において、拡散部材30に含まれる拡散材9を特定する。この観察範囲の寸法であれば、数十~100個程度の拡散材を計測可能で、かつ、一度の測定で取得可能である。
SEM-EDX像の観察範囲内に含まれるすべての拡散材9(ただし、観察範囲の境界線上にある粒子は対象外とする)について、各々の粒子における最大径(最大寸法)を測定する。その最大径の頻度分布(体積基準)から中心値(メディアン値)を求め、これを拡散材9の粒径とする。
拡散材の濃度を求める際に対象とする拡散部材について、観察領域の奥行き方向における厚みはごく薄いものとし、観察領域の奥行き方向に粒子の重なりはなく、拡散材の濃度を概算する場合には大きな影響を与えないことを前提として、観察領域においては、(拡散部材の全面積)≒(拡散部材の全体積)、および(拡散材の断面積)≒(拡散材の体積)であるとみなす。
次に、上記の方法で求めた「拡散材の最大径」から、1個あたりの拡散材粒子の断面積(π×(最大径(μm)/2)2)を求める。そして、粒径を求める際に数えた拡散材粒子の個数と、算出した「1個あたりの拡散材粒子の断面積」を掛けることにより、観察範囲内に含まれる拡散材の全断面積を求める。求めた拡散材の全断面積を、拡散材の全体積V2とする。
そして、拡散部材の全体積V1から、拡散材の全体積V2を引くことにより、樹脂の体積V3を求める(V3=V1-V2)。
それらの計算(概算)結果を用いて、樹脂100質量%に対する拡散材の濃度(質量%)を求める。
基本的には、拡散層3は蛍光体を含んでいないが、発光装置100の所望の光学的特性を阻害しない範囲であれば、少量の蛍光体を含んでもよい。
拡散層3にフィラーを添加すると、拡散層3内における拡散材9の凝集を低減することができる。また、粒径の大きなフィラーを樹脂31中に高充填することにより、温度変化による拡散層3の膨張収縮を抑え、発光装置100の信頼性向上に寄与することができる。また、樹脂31よりも熱伝導率が高いフィラーを用い、発光素子側に配置すれば、樹脂31中にこもった熱を発光素子2側へと伝熱して、拡散層3の放熱性を高めることができ、発光装置100の信頼性向上に寄与することができる。
透明部材は、実施形態2および3において、拡散部材30と置き換えて、比較用のデータを取得するために使用される。
透明部材は、拡散材9を実質的に含まない部材(拡散材の濃度が、実質的に0質量%の部材)である。透明部材は、樹脂、ガラス等の透明な材料から形成することができる。
透明部材は、拡散部材30と同様にフィラーを含有してもよい。
透光体4は、その表面に形成された拡散層3を支持する部材である。透光体4には、ガラスまたは樹脂のような透光性材料からなる板状体を用いることができる。ガラスとして、例えば、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、低アルカリガラス、およびアルミノシリケートガラスから選択することができる。また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、およびポリイミド樹脂から選択することができる。透光体4の厚さは、製造工程における機械的強度が低下せず、拡散層3を支持するために十分な機械的強度を有する厚さであればよい。また、透光体4の厚さは、厚すぎると、発光装置の小型化に支障をきたすので、適切な厚さにすることが好ましい。透光体4の主面(拡散層3が形成されている主面)は、発光素子2の上面(発光面23)よりも大きいことが好ましい。透光体4の主面全体に拡散層3を配置させることにより、拡散層3が配置された透光体4を発光素子2の上面(発光面23)に配置させたとき、多少の実装精度のずれが発生しても、発光素子2の上面(発光面23)全体に拡散層3を確実に配置させるためである。
拡散部材30は、発光素子2と拡散層3の間に接着層5を介して、発光素子2と接合することが好ましい。接着層5を用いる場合、接着層5を構成する接着剤は、発光素子2からの出射光を拡散層3へと導光でき、発光素子2と拡散層3を光学的に連結できる材料が好ましい。具体例としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、およびポリイミド樹脂等の有機樹脂を挙げることができるが、シリコーン樹脂が好ましい。接着層5の厚さは、薄ければ薄いほど好ましい。接着層5の厚さを薄くすることにより、放熱性が向上する点と、接着層5を透過する光の損失が少なくなることで、発光装置からの光出力が向上する点からである。
半導体素子8は、発光素子2とは別に、その発光素子2に隣接して基板1に配置してよい。このような半導体素子8として、発光装置100の発光を目的としない別の発光素子の他、発光素子を制御するためのトランジスタや、以下に説明する保護素子を挙げることができる。保護素子は、発光素子2を過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化から保護するための素子である。保護素子は、具体的には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオードで構成される。保護素子は、発光素子2と同様にp電極とn電極とを有する半導体素子8であり、発光素子2のp電極とn電極に対して逆並列となるように、すなわち、発光素子2のn電極およびp電極が、保護素子のp電極およびn電極とそれぞれに導電部材7より電気的に接続されている。保護素子の場合も、発光素子2の場合と同様に、各導電部材7の上に保護素子の各電極を対向させ、熱、超音波および荷重を印加することにより、導電部材7を介して保護素子の電極を基板1の配線と接合することができる。
被覆部材6は、発光装置100の正面輝度を高めるため、発光素子2の側面の少なくとも一部と拡散部材30の側面の少なくとも一部を覆うように必要に応じて配置される。被覆部材6を用いる場合、その材料としては、絶縁性材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を確保するために、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。より具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、BTレジン、PPAまたはフェノール樹脂などが挙げられる。また、これらの母体となる樹脂に、発光素子2からの光を吸収しにくく、かつ母体となる樹脂に対する屈折率差の大きい材料(例えば、上述したような拡散層3に添加される拡散材と同じ材料。)の粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。
導電部材7を用いる場合、導電部材7としては、バンプを用いることができ、バンプの材料としては、Auあるいはその合金、他の導電部材7として、共晶ハンダ(Au-Sn)、Pb-Sn、鉛フリーハンダ等を用いることができる。なお、図2では、導電部材7にバンプを用いた例を示しているが、導電部材7はバンプに限定されず、例えば導電ペーストであってもよい。
アンダフィルは、基板1に配置された発光素子2、発光素子2とは別の半導体素子8、導電部材7等を、塵芥、水分、外部からの衝撃等から保護するための部材である。アンダフィルは、基板1と発光素子2および半導体素子8との隙間や導電部材7と別の導電部材7の隙間に配置することができる。
実施形態1および2に係る発光装置100、ならびに実施形態3に係る拡散部材の製造方法の一例を示す。
図4および図5(a)~図5(c)は、拡散部材30の製造方法を示す模式断面図である。
透光体4の1つの主面に拡散材9と樹脂材料とを含む樹脂ペースト3Aを配置する。
拡散材9、樹脂材料よび溶剤を含む樹脂ペースト3Aを調製し、その樹脂ペースト3Aを透光体4の表面(主面)に塗布する。樹脂材料には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびポリイミド樹脂等の有機樹脂を用いることができる。また樹脂ペースト3Aは、必要に応じて、フィラーを含んでよい。樹脂ペースト3Aの塗布は、例えば、透光体4の上に配置したスクリーン版の上に、樹脂ペースト3Aを供給し、その後、樹脂ペースト3Aがスクリーン版を透過するようにスキージを移動させ、透光体4の上に所定の厚さの樹脂ペースト3Aを塗布することにより行ってよい。これにより均一な厚さで樹脂ペースト3Aを塗布できる。
その後、樹脂ペースト3Aの樹脂材料を硬化させ、拡散層3を得る。樹脂材料の硬化は、樹脂材料の種類に応じて、乾燥、加熱または紫外線照射等の適切な方法により行う。
図6は、拡散部材30の製造方法の変形例を示す模式平面図である。図6に示す方法では、多くの拡散部材30をより効率的に製造できる。なお、特段の説明のない製造条件については、上述した条件を用いてよい。
透光体4の1つの主面に樹脂ペースト3Aを塗布する。次いで、透光体4の樹脂ペースト3Aを塗布した主面を下向きにして、樹脂ペースト3A内において透光体4と接する面と反対側に拡散材9を沈降させてもよい。次に、樹脂ペースト3Aの樹脂材料を硬化させ、拡散層3を得る。
その後、図6に示す切断線12に沿って切断する個片化工程を行うことで、所定形状の拡散部材30を複数得ることができる。
このようにして得られた拡散部材30を用いて発光装置100を製造する方法を以下に示す。
発光装置100を製造する方法は、発光素子2を準備する工程と、発光素子2に拡散部材30を配置する工程と、を含む。
基板1と発光素子2および半導体素子8の隙間や導電部材7と別の導電部材7の隙間には、アンダフィルが充填されてもよい。
実施例1~8として、図1、図2に示す発光装置100の測定用試料を以下のように作製した。
発光素子2及び半導体素子8を基板1に載置した。具体的には、Auからなる導電部材7を用いて、サファイア基板上に半導体層が積層されて形成された、厚みが約0.15mmで、平面形状が約1.0mm四方の略正方形であり、主波長が523nmである発光素子2を、サファイア基板側が発光面となるように発光素子2及び半導体素子8を一列に配置してフリップチップ実装した。Auからなるバンプを予め設けた半導体素子8を基板1の配線11にフリップチップ実装した。
発光装置の測定用試料について、マルチチャンネル分光器と積分球を組み合わせた光計測システムで色度および主波長を測定した。その評価結果を表1に示す。
また各測定用試料の発光色について、測定方向との関係(角度依存性)を調べた。指向色度(配光色度)の測定に際しては、各比較例及び実施例の発光装置に1000mAの電流を通電して発光させて、ゴニオメータを使用してLEDを回転させることで測定方向を変えながら、CIE(国際照明委員会)が推奨している「平均LED光度」測定であるCondition Bの条件で、分光分布測定装置を用いて発光色の測定を行った。Axz面およびAyz面の両方の測定面で測定を行った。発光色の評価には、CIE表色系に基づくx値、y値を用いた。θ=0°(垂線)における発光色の色度x、yをそれぞれ基準値x0、y0とし、各測定面おいてθ=-60°~60°の範囲における色度測定を行った。
色度yについては、基準値y0からのずれ(色度差Δy)の最大値と最小値の差Δy1、Δy2を算出し、それらの平均値βから発光装置の指向色度を評価した。評価結果を表2に示す。また、色度測定の結果の例として、Axz面における指向色度のグラフを図8に示す。
照明ムラについて、測定用試料からの発光が照射された平面に、発光素子の電極の形状が投影されるか否かを視認により確認した。測定用試料からの発光が照射された平面の写真を図9に示す。発光素子の電極の形状が投影されることによる照明ムラが認識できた場合を「×」、認識できなかった(照明ムラがなかった)場合を「○」とし、表1、2に記載した。
試料No.1~3の測定用試料は、拡散部材が拡散材を含んでいない(つまり、透明部材である)、または拡散材の量が適量ではないため、Δxの最大値と最小値との差Δx1、Δx2の平均値αが0.0024以上となり、照明ムラが生じていた。
試料No.4~8の測定用試料は、拡散材の量が適量であったため、Δxの最大値と最小値との差Δx1、Δx2の平均値が0.0024未満となり、照明ムラは確認されなかった。
試料No.2~3の測定用試料では、Δyの最大値と最小値との差Δy1、Δy2の平均値βは、試料No.1の測定用試料(拡散部材の代わりに透明部材を備えた測定用試料)のΔyの最大値と最小値との差Δy1、Δy2の平均値β(=平均値β’)の30%以上であった。
試料No.1~3の測定用試料は、平均値βが0.0010以上であった。
また、試料No.1~3の測定用試料は、平均値βが式(1)を満たさなかった。つまり、平均値βが(0.0006y0+0.0006)以上であった。
β<0.0006y0+0.0006 (1)
そして、試料No.1~3の測定用試料では、照明ムラが生じていた。
試料No.4~8の測定用試料は、平均値βが0.0010未満であった。
また、試料No.4~8の測定用試料は、平均値βが上記の式(1)を満たしていた。
そして、試料No.4~8の測定用試料では、照明ムラは確認されなかった。
主波長が470nmである発光素子2を用いる以外は、試料No.1~7と同じ条件で発光装置を作製し、試料No.9~15の測定用試料とした。
試料No.1~7と同様に、試料No.9~15の測定用試料の色度および主波長、指向色度、照明ムラを測定した。
試料No.9~15の測定用試料の測定結果を、表3、図10~11に示す。
試料No.9~11の測定用試料は、拡散部材が拡散材を含んでいない(つまり、透明部材である)、または拡散材の量が適量ではないため、照明ムラが生じていた。
試料No.9~11の測定用試料では、Δyの最大値と最小値との差Δy1、Δy2の平均値βは、試料No.9の測定用試料(拡散部材の代わりに透明部材を備えた測定用試料)のΔyの最大値と最小値との差Δy1、Δy2の平均値β(=平均値β’)の30%以上であった。
試料No.9~11の測定用試料は、平均値βが0.0006以上であった。
また、試料No.9~11の測定用試料は、平均値βが式(1)を満たさなかった。つまり、平均値β’、βが(0.0006y0+0.0006)以上であった。
β<0.0006y0+0.0006 (1)
試料No.12~15の測定用試料は、平均値βが、試料No.9の測定用試料の平均値β(=平均値β’)の30%未満であった。
試料No.12~15の測定用試料は、平均値βが0.0006未満であった。
また、試料No. 12~15の測定用試料は、平均値βが上記の式(1)を満たしていた。
[項1]
基板と、
前記基板に形成された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極を有する発光素子と、
前記電極が形成された面とは反対側の前記発光素子の発光面側に配置された拡散部材と、を含む発光装置であって、
前記発光素子の主波長が500nm以上560nm以下の範囲内にあり、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記発光装置の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度xの色度差Δxの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度xの色度差Δxの最大値と最小値の差との平均値αが0.0024未満である、発光装置。
[項2]
基板と、
前記基板に形成された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極を有する発光素子と、
前記電極が形成された面とは反対側の前記発光素子の発光面側に配置された拡散部材と、を含む発光装置であって、
前記発光素子の主波長が420nm以上560nm以下の範囲内にあり、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記発光装置の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが、前記拡散部材に代えて透明部材を備えた発光装置の発光色を測定して求めた当該平均値β’の30%未満である、発光装置。
[項3]
基板と、
前記基板に形成された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極を有する発光素子と、
前記電極が形成された面とは反対側の前記発光素子の発光面側に配置された拡散部材と、を含む発光装置であって、
前記発光素子の主波長が420nm以上560nm以下の範囲内にあり、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記発光装置の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが、以下の式(1)を満たす、発光装置。
β<0.0006y0+0.0006 (1)
ここで、y0は、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる前記垂線上で測定した、前記発光装置の前記発光色の前記色度yである。
[項4]
基板と、
前記基板に形成された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極を有する発光素子と、
前記電極が形成された面とは反対側の前記発光素子の発光面側に配置された拡散部材と、を含む発光装置であって、
前記発光素子の主波長が420nm以上480nm以下の範囲内にあり、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記発光装置の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが0.0006未満である、発光装置。
[項5]
前記第1測定面および前記第2測定面の各々での測定において、前記色度xの範囲が0.04以上0.25以下であり、前記色度yの範囲が0.45以上0.77以下である、項1に記載の発光装置。
[項6]
前記発光素子の主波長が420nm以上480nm以下の範囲内にある、項2または3に記載の発光装置。
[項7]
前記第1測定面および前記第2測定面の各々での測定において、前記色度xの範囲が0.04以上0.25以下であり、前記色度yの範囲が0.01以上0.77以下である、項2~4および6のいずれか1項に記載の発光装置。
[項8]
前記拡散部材は、透光体と、前記透光体と前記発光素子の発光面との間に配置される拡散層と、を含み、
前記拡散層は、樹脂および前記樹脂中に配置された粒子状の拡散材を含む、
項1~7のいずれか1項に記載の発光装置。
[項9]
前記拡散層における前記拡散材の濃度は、前記樹脂を100質量%として0.1質量%以上20質量%以下の範囲内にあり、
前記拡散材の粒径が0.1μm以上2.0μm以下の範囲内にある、請求項8に記載の発光装置。
[項10]
前記拡散材は、酸化アルミニウム、酸化チタン、リン酸イットリウムからなる群から選択される1種以上である、項8または9に記載の発光装置。
[項11]
前記拡散層は、さらにフィラーを含む、項8~10のいずれか1項に記載の発光装置。
[項12]
前記フィラーは、酸化ケイ素の粒子である、項11に記載の発光装置。
[項13]
発光素子の発光面側に配置して、当該発光素子からの光を拡散するための拡散部材であって、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
主波長が523nmの発光素子の発光面に前記拡散部材を配置して当該発光素子からの光を当該拡散部材に通過させ、前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記拡散部材を通過した前記光の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが、前記拡散部材に代えて透明部材を前記発光素子の発光面に配置し、該透明部材を通過した前記発光素子からの前記光の発光色を測定して求めた前記平均値β’の30%未満である、拡散部材。
[項14]
前記拡散部材は、透光体と、前記透光体と前記発光素子の発光面との間に配置される拡散層と、を含み、
前記拡散層は、樹脂および前記樹脂中に配置された粒子状の拡散材を含む、
項13に記載の拡散部材。
[項15]
前記拡散層における前記拡散材の濃度は、前記樹脂を100質量%として0.1質量%以上20質量%以下の範囲内にあり、
前記拡散材の粒径が0.1μm以上2.0μm以下の範囲内にある、項14に記載の拡散部材。
[項16]
前記拡散材は、酸化アルミニウム、酸化チタン、リン酸イットリウムからなる群から選択される1種以上である、項14または15に記載の拡散部材。
[項17]
前記拡散層は、さらにフィラーを含む、項14~16のいずれか1項に記載の拡散部材。
[項18]
前記フィラーは、酸化ケイ素の粒子である、項17に記載の拡散部材。
2 発光素子
21 発光素子の電極
23 発光素子の発光面
30 拡散部材
30a 第1の辺
30b 第2の辺
3 拡散層
31 拡散層の樹脂
33 拡散部材の光出射面
3A 樹脂ペースト
4 透光体
5 接着層
6 被覆部材
7 導電部材
8 半導体素子
9 拡散材
11 配線
12 切断線
13 拡散層の周縁部
100 発光装置
Claims (14)
- 基板と、
前記基板に形成された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極を有する発光素子と、
前記電極が形成された面とは反対側の前記発光素子の発光面側に配置された拡散部材と、を含む発光装置であって、
前記発光素子の主波長が420nm以上560nm以下の範囲内にあり、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記発光装置の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが、前記拡散部材に代えて透明部材を備えた発光装置の発光色を測定して求めた当該平均値β’の30%未満である、発光装置。 - 前記発光素子の主波長が420nm以上480nm以下の範囲内にある、請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1測定面および前記第2測定面の各々での測定において、前記色度xの範囲が0.04以上0.25以下であり、前記色度yの範囲が0.01以上0.77以下である、請求項1に記載の発光装置。
- 前記拡散部材は、透光体と、前記透光体と前記発光素子の発光面との間に配置される拡散層と、を含み、
前記拡散層は、樹脂および前記樹脂中に配置された粒子状の拡散材を含む、
請求項1に記載の発光装置。 - 前記拡散層における前記拡散材の濃度は、前記樹脂を100質量%として0.1質量%以上20質量%以下の範囲内にあり、
前記拡散材の粒径が0.1μm以上2.0μm以下の範囲内にある、請求項4に記載の発光装置。 - 前記拡散材は、酸化アルミニウム、酸化チタン、リン酸イットリウムからなる群から選択される1種以上である、請求項4に記載の発光装置。
- 前記拡散層は、さらにフィラーを含む、請求項4に記載の発光装置。
- 前記フィラーは、酸化ケイ素の粒子である、請求項7に記載の発光装置。
- 発光素子の発光面側に配置して、当該発光素子からの光を拡散するための拡散部材であって、
前記拡散部材を平面視したときに、前記拡散部材の1つの辺と平行な第1の方向と、該第1の方向と直交する第2の方向とし、
主波長が523nmの発光素子の発光面に前記拡散部材を配置して当該発光素子からの光を当該拡散部材に通過させ、前記拡散部材を平面視したときの外形中心を通り、前記第1の方向と平行で、且つ前記拡散部材の光出射面と垂直な第1測定面と、前記外形中心を通り、前記第2の方向と平行で、且つ前記拡散部材の前記光出射面と垂直な第2測定面と、の各々において、前記外形中心を通り前記光出射面と直交して発光観測方向に伸びる垂線を基準とし、前記外形中心における角度が-60°以上60°以下の範囲において、前記拡散部材を通過した前記光の発光色の色度xおよび色度yを測定したとき、前記第1測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差と、前記第2測定面で測定した前記色度yの色度差Δyの最大値と最小値の差との平均値βが、前記拡散部材に代えて透明部材を前記発光素子の発光面に配置し、該透明部材を通過した前記発光素子からの前記光の発光色を測定して求めた前記平均値β’の30%未満である、拡散部材。 - 前記拡散部材は、透光体と、前記透光体と前記発光素子の発光面との間に配置される拡散層と、を含み、
前記拡散層は、樹脂および前記樹脂中に配置された粒子状の拡散材を含む、
請求項9に記載の拡散部材。 - 前記拡散層における前記拡散材の濃度は、前記樹脂を100質量%として0.1質量%以上20質量%以下の範囲内にあり、
前記拡散材の粒径が0.1μm以上2.0μm以下の範囲内にある、請求項10に記載の拡散部材。 - 前記拡散材は、酸化アルミニウム、酸化チタン、リン酸イットリウムからなる群から選択される1種以上である、請求項10に記載の拡散部材。
- 前記拡散層は、さらにフィラーを含む、請求項10に記載の拡散部材。
- 前記フィラーは、酸化ケイ素の粒子である、請求項13に記載の拡散部材。
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