JP5111522B2

JP5111522B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5111522B2
Application number: JP2009547133A
Authority: JP
Inventors: 真吾松浦; 大輔作本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JPWO2009081980A1; WO2009081980A1; TW200947758A; CN101911316A; TWI389350B; US8384119B2; EP2237330A1; EP2237330A4; EP2237330B1; CN101911316B; US20110084295A1

Description

本発明は、たとえば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、たとえば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。発光素子を有する発光装置は、たとえば消費電力または製品寿命などの観点において期待されている。

発光素子を有する発光装置は、たとえば発光強度などの発光特性に関してさらなる改善が求められている。発光装置の発光特性を向上させるためには、たとえば発光素子から放射された光の損失を低減させることが必要である。
本発明の一つの態様によれば、発光装置は、発光素子、基体および透光性層を含んでいる。基体は、第１部分および第２部分を含む上側部分を有している。第１部分は、発光素子の実装領域を含んでいるとともに第１気孔率を有している。第２部分は、第１部分を囲んでおり、複数の透光性粒子を含んでいるとともに、第１気孔率より大きい第２気孔率を有している。透光性層は、発光素子を封入しているとともに、第２部分から離間された状態で第１部分に付着している。

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本発明の概念を示している。図１の視線１００における平面図を示している。図１および図２に示された第２部分の構造を示している。本発明の一つの実施形態における発光装置を示している。図４に示された発光装置の断面図を示している。図１および図２に示された基体２を示している。図１から図３までに示された発光素子１の実装構造を示している。図４および図５に示された発光装置の例示的な製造方法を示している。図８に示された工程８０６において得られる構造を示している。図９Ａの視線１０２における平面図を示している。図８に示された工程８０６において得られる構造を示している。図１０Ａの視線１０２における平面図を示している。本発明の他の実施形態における発光装置を示している。図１１に示されたサブマウント基板２２１を示している。本発明の他の実施形態における発光装置を示している。本発明の他の実施形態における発光装置を示している。本発明の他の実施形態における発光装置を示している。本発明の他の実施形態における発光装置を示している。本発明の他の実施形態における発光装置を示している。本発明の他の実施形態における発光装置を示している。

以下、図１および図２を参照して、本発明の概念を説明する。発光装置は、発光素子１、基体２および透光性層３を含んでいる。
発光素子１は、基体２に実装されている。例示的な発光素子１は、半導体材料を含んでいる発光ダイオードである。発光素子１は、駆動電力に応じて第１次光を放射する。
基体２は、第１部分２１１および第２部分２１２を含む上側部分２１を有している。第１部分２１１は、第１気孔率を有している。第２部分２１２は、第１部分２１１を囲んでいる。第２部分２１２は、複数の透光性粒子を含んでおり、第１気孔率より大きい第２気孔率を有している。
図３を参照して、第２部分２１２の構造について説明する。複数の透光性粒子４０１は、部分的に一体化されている。複数のセル４０２が、複数の透光性粒子４０１の間に存在している。透光性粒子４０１は、セル４０２より大きい屈折率を有している。発光素子１から放射された第１次光１０は、透光性粒子４０１に入射される。透光性粒子４０１およびセル４０２の界面４０３は、透光性粒子４０１に入射された第１次光１０を全反射によって反射する。第１次光１０が臨界角θ_４０３以上の入射角θ_４０１を有する場合に、界面４０３は第１次光１０を全反射によって反射する。臨界角θ_４０３は、次の式によって表される。
ｓｉｎθ_４０３＝ｎ_４０２／ｎ_４０１
ｎ_４０１は、透光性粒子４０１の屈折率を表している。ｎ_４０２は、セル４０２の屈折率を表している。
再び図１および図２を参照して、透光性層３は、第２部分から離間された状態で第１部分に付着している。ここで“離間”とは、図２に示されているように、透光性層３および第２部分２１２の間に、距離３２が存在することである。透光性層３は、発光素子１を封入している。
以下、図面を参照して本発明のいくつかの例示的な実施形態を説明する。
図４および図５に示されているように、本発明の一つの実施形態における発光装置は、発光素子１、基体２および透光性層３を含んでいる。発光装置は、レンズ４および波長変換部材５をさらに含んでいる。図４において、波長変換部材５の内側構造を示すために、波長変換部材５は、部分的に省略されている。図４において、発光装置は、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、上方向とは、仮想のｚ軸の正方向のことをいう。
発光素子１は、基体２に実装されている。例示的な発光素子１は、半導体材料を含んでいる発光ダイオードである。発光素子１は、駆動電力に応じて第１次光を放射する。第１次光は、３９５ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲に含まれるピーク発光波長を有している。
基体２は、第１部分２１１および第２部分２１２を含む上側部分２１を有している。基体２は、突出部２２１を有しているサブ基体２２を含んでいる。発光素子１の実装領域は、突出部２２１の上面に設けられている。第１部分２１１は、環状部材２１３および突出部２２１を含んでいる。本実施形態の発光装置は、突出部２２１を含むサブ基体を有していることにより、全体的な強度に関して改善されている。したがって、発光装置は、たとえば発光分布などの発光特性に関して改善されている。
図６に示されているように、例示的な環状部材２１３は、リング形状を有している。図６において、基体２は、分解された状態で示されている。環状部材２１３は、サブ基体２２の上に設けられており、サブ基体２２の突出部２２１を囲んでいる。環状部材２１３は、実質的にセラミックスからなる。環状部材２１３は、０．００１％から１％までの範囲に含まれる第１気孔率を有している。本実施形態における環状部材２１３の気孔率の例示的な測定方法は、マイクロメリティクス（Micromeritics）社製のポアサイザー（Pore Sizer）９３１０型による水銀圧入法である。
例示的な第２部分２１２は、リング形状を有している。第２部分２１２は、サブ基体２２の上に設けられており、第１部分２１１を囲んでいる。第２部分２１２は、複数の透光性粒子を含んでいる。複数の透光性粒子は、部分的に一体化されている。複数のセルが、複数の透光性粒子の間に存在している。第２部分２１２は、ポーラス状に形成されている。第２部分２１２は、１５％から４３％までの範囲に含まれる第２気孔率を有している。本実施形態における第２部分２１２の気孔率の例示的な測定方法は、マイクロメリティクス（Micromeritics）社製のポアサイザー（Pore Sizer）９３１０型による水銀圧入法である。第２気孔率は、第１気孔率より大きい。例示的な第２部分２１２は、実質的にセラミックスからなる。
例示的なサブ基体２２は、実質的にセラミックスからなる。サブ基体２２は、０．００１％から１％までの範囲に含まれる気孔率を有している。本実施形態におけるサブ基体２２の気孔率の測定方法は、マイクロメリティクス（Micromeritics）社製のポアサイザー（Pore Sizer）９３１０型による水銀圧入法である。図７に示されているように、サブ基体２２は、複数の電気的経路２２２を有している。発光素子１は、導電性接合材を介して、複数の電気的経路２２２に電気的に接続されている。例示的な発光装置において、発光素子１は、フリップチップ接続によって、サブ基体２２の突出部２２１に実装されている。
再び図４および図５を参照して、透光性層３は、基体２の上に設けられている。透光性層３は、第２部分２１２から離間された状態で第１部分２１１に付着しており、発光素子１を封入している。層３の“透光性”とは、発光素子１から放射された第１次光の少なくとも一部が透過できることをいう。例示的な透光性層３は、実質的にシリコーン樹脂からなる。透光性層３は、第１部分２１１の上面に付着している。
レンズ４は、透光性層３の上に設けられている。レンズ４は透光性を有している。レンズ４の透光性とは、発光素子１から放射された第１次光の少なくとも一部が透過できることをいう。例示的なレンズ４は、実質的にガラス材料からなる。
波長変換部材５は、基体２の上に設けられている。波長変換部材５は、空隙を介して、発光素子１、透光性層３およびレンズ４を覆っている。波長変換部材５は、ドーム形状を有している。波長変換部材５は、発光素子１から放射された第１次光に応じて第２次光を放射する。波長変換部材５は、マトリクス部材および複数の蛍光粒子を含んでいる。マトリクス部材は、透光性材料を含んでいる。マトリクス部材の透光性とは、発光素子１から放射された第１次光の少なくとも一部が透過できることをいう。例示的なマトリクス材料は、シリコーン樹脂である。複数の蛍光粒子は、発光素子１から放射された第１次光によって励起される。複数の蛍光粒子は、第２次光を放射する。複数の蛍光材料から放射された第２次光は、マトリクス材料を透過する。
本実施形態の発光装置は、ポーラス状に形成された第２部分２１２を含んでいる。したがって、発光装置は、発光強度に関して改善されている。さらに具体的には、第２部分２１２がポーラス状に形成されていることにより、第２部分は光反射効率に関して改善されている。第２部分２１２は、全反射によって、第１次光および第２次光を反射する。
本実施形態における発光装置は、第１部分２１１および透光性層３を含んでいる。第１部分は、第２部分の第２気孔率より小さい第１気孔率を有している。透光性層３は、第２部分から離間された状態で、第１部分２１１に付着している。したがって、発光装置は、たとえば発光分布などの発光特性に関して改善されている。第１部分が、第２部分の第２気孔率より小さい第１気孔率を有していることにより、透光性層３は、形状に関して改善されている。透光性層３は、製造工程における変形に関して低減されている。
本実施形態において、波長変換部材５は、ポーラス状に形成された第２部分２１２に接着されている。したがって、発光装置は、発光強度に関して改善されている。具体的には、発光素子１から放射された第１次光が第２部分２１２によって反射されることにより、波長変換部材５に入射される第１次光が増大される。波長変換部材５から放射された第２次光が第２部分２１２によって反射されることにより、発光装置の発光量が増大される。
本実施形態における発光装置の例示的な製造方法は、図８に示された複数の工程を含んでいる。符号８０２によって示された工程は、サブ基体２２の上に環状部材２１３を設けることである。環状部材２１３は、サブ基体２２の突出部２２１を囲んでおり、接合部材によってサブ基体２２に固定される。符号８０４によって示された工程は、サブ基体２２に発光素子１を実装することである。符号８０６によって示された工程は、透光性層３によって発光素子１を封入することである。透光性層３の例示的材料は、シリコーン樹脂である。軟化状態のシリコーン樹脂は、発光素子１を封入している状態で、第１部分２１１の上に設けられる。第１部分２１１が多孔質でないことにより、軟化状態のシリコーン樹脂は、変形に関して低減されている。透光性層３が設けられた後に、レンズ４が、透光性層３の上に設けられる。図９Ａおよび図９Ｂに示されているように、透光性層３は、全体的に、第１部分２１１の上面の縁より内側に設けられている。
再び図８を参照して、符号８０８によって示された工程は、サブ基体２２の上に第２部分を設けることである。第２部分２１２は、第１部分２１１を囲んでおり、接合部材によってサブ基体２２に固定される。図１０Ａおよび図１０Ｂに示されているように、透光性層３は、全体的に、第２部分２１２の上面の内側の縁よりさらに内側に設けられている。
再び図８を参照して、符号８１０によって示された工程は、第２部分２１２の上に波長変換部材５を設けることである。波長変換部材５は、接合部材によって第２部分２１２に固定される。波長変換部材５は、第２部分２１２に接着される前に成形されているという意味において、予め製造されているものである。したがって、波長変換部材５は、多孔質状に形成された第２部分２１２に接着される工程において、形状の変形に関して改善されている。
図１１を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態における発光装置は、図４および図５に示された発光装置と同様に、発光素子１、基体２および透光性層３を含んでいる。発光装置は、レンズ４および波長変換部材５をさらに含んでいる。
他の実施形態における発光装置において、図４および図５に示された発光装置と異なる点は、基体２の突出部２２１に関する構造である。本実施形態において、突出部２２１は、サブマウント基板である。以下、本実施形態において、突出部２２１は、サブマウント基板２２１として示されている。
図１２に示されているように、サブマウント基板２２１は、サブ基体２２の上に設けられている。図１２において、発光素子１およびサブマウント基板２２１は、サブ基体２２から分解された状態で示されている。図１２において、サブマウント基板２２１は、下面の構造を示すことを目的に、透視された状態で示されている。サブマウント基板２２１において、透視された構造が点線によって示されている。
サブマウント基板２２１は、複数の導体パターン２２３を有している。複数の導体パターン２２３は、導電性接合材によって、サブ基体２２の複数の導体パターン２２４に電気的に接続されている。例示的なサブマウント基板２２１は、実質的にシリコンからなる。他の例示的なサブマウント基板は、実質的にセラミックスからなる。
発光素子１は、導電性接合材によって、サブマウント基板２２１の複数の導体パターン２２３に電気的に接続されている。発光素子１は、サブマウント基板２２１の上面に実装されている。
本実施形態における発光装置は、サブマウント基板２２１を含んでいることにより、熱制御に関して改善されている。さらに具体的に、発光装置は、環状部材２１３より熱伝導率の高いサブマウント基板２２１を含んでいることにより、熱制御に関して改善されている。したがって、本実施形態における発光装置は、発光特性に関して改善されている。
本実施形態における発光装置は、サブマウント基板２２１を含んでいることにより、発光素子１の実装領域を含む部分と環状部材２１３とを異なる材料によって構成させることができる。例示的な発光装置において、サブマウント基板２２１は実質的にシリコンからなり、環状部材２１３は実質的にセラミックスからなる。本実施形態の発光装置は、発光素子１の実装領域を含む部分と環状部材２１３とを異なる材料によって構成させることができるため、熱制御に関して改善されている。
図１３を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態における発光装置は、図４および図５に示された発光装置と同様に、発光素子１、基体２および透光性層３を含んでいる。発光装置は、レンズ４および波長変換部材５をさらに含んでいる。
他の実施形態における発光装置において、図４および図５に示された発光装置と異なる点は、基体２の第１部分２１１に関する構造である。本実施形態において、第１部分２１１は、サブ基体２２の一部分として形成されている。
本実施形態の発光装置は、第１部分２１１がサブ基体２２の一部分として形成されていることにより、全体的な強度に関して改善されている。したがって、本実施形態の発光装置は、たとえば発光分布などの発光特性に関して改善されている。本実施形態の発光装置は、第１部分２１１がサブ基体２２の一部分として形成されていることにより、部品点数に関して低減されている。
図１４を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態における発光装置は、図４および図５に示された発光装置と同様に、発光素子１、基体２および透光性層３を含んでいる。発光装置は、レンズ４および波長変換部材５をさらに含んでいる。
他の実施形態における発光装置において、図４および図５に示された発光装置と異なる点は、基体２の第１部分２１１および第２部分２１２に関する構造である。本実施形態において、第１部分２１１および第２部分２１２は、サブ基体２２の一部分として形成されている。第１部分２１１および第２部分２１２は、一体的に形成されている。
本実施形態の発光装置は、第１部分２１１および第２部分２１２がサブ基体２２の一部分として形成されていることにより、全体的な強度に関して改善されている。したがって、本実施形態の発光装置は、たとえば発光分布などの発光特性に関して改善されている。本実施形態の発光装置は、第１部分２１１および第２部分２１２がサブ基体２２の一部分として形成されていることにより、部品点数に関して低減されている。
図１５を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態における発光装置は、図４および図５に示された発光装置と同様に、発光素子１、基体２および透光性層３を含んでいる。発光装置は、レンズ４および波長変換部材５をさらに含んでいる。
他の実施形態における発光装置において、図４および図５に示された発光装置と異なる点は、透光性層３に関する構造である。本実施形態において、透光性層３は、環状部材２１３の内側表面に部分的に接している。透光性層３は、環状部材２１３および突出部２２１の間に、部分的に入り込んでいる。
本実施形態の発光装置は、透光性層３が環状部材２１３の内側表面に部分的に接していることにより、透光性層３の形状に関して改善されている。さらに具体的に、製造工程において、軟化状態の透光性層３は、環状部材２１３によって、形成領域または形状に関して制御されている。本実施形態の発光装置は、透光性層３の形状に関して改善されていることにより、たとえば発光分布などの発光特性に関して改善されている。
図１６を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態における発光装置は、図１５に示された発光装置と同様に、発光素子１、基体２および透光性層３を含んでいる。発光装置は、レンズ４および波長変換部材５をさらに含んでいる。
他の実施形態における発光装置において、図１５に示された発光装置と異なる点は、基体２の突出部２２１に関する構造である。本実施形態において、突出部２２１は、サブマウント基板である。以下、本実施形態において、突出部２２１は、サブマウント基板２２１として示されている。
本実施形態における発光装置は、サブマウント基板２２１を含んでいることにより、熱制御に関して改善されている。さらに具体的に、発光装置は、環状部材２１３より熱伝導率の高いサブマウント基板２２１を含んでいることにより、熱制御に関して改善されている。したがって、本実施形態における発光装置は、発光特性に関して改善されている。
図１７を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態における発光装置は、図１５に示された発光装置と同様に、発光素子１、基体２および透光性層３を含んでいる。発光装置は、レンズ４および波長変換部材５をさらに含んでいる。
他の実施形態における発光装置において、図１５に示された発光装置と異なる点は、基体２の第１部分２１１に関する構造である。本実施形態において、第１部分２１１は、サブ基体２２の一部分として形成されている。
本実施形態の発光装置は、第１部分２１１がサブ基体２２の一部分として形成されていることにより、全体的な強度に関して改善されている。したがって、本実施形態の発光装置は、たとえば発光分布などの発光特性に関して改善されている。本実施形態の発光装置は、第１部分２１１がサブ基体２２の一部分として形成されていることにより、部品点数に関して低減されている。
図１８を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態における発光装置は、図１５に示された発光装置と同様に、発光素子１、基体２および透光性層３を含んでいる。発光装置は、レンズ４および波長変換部材５をさらに含んでいる。
他の実施形態における発光装置において、図１５に示された発光装置と異なる点は、基体２の第１部分２１１および第２部分２１２に関する構造である。本実施形態において、第１部分２１１および第２部分２１２は、サブ基体２２の一部分として形成されている。第１部分２１１および第２部分２１２は、一体的に形成されている。
本実施形態の発光装置は、第１部分２１１および第２部分２１２がサブ基体２２の一部分として形成されていることにより、全体的な強度に関して改善されている。したがって、本実施形態の発光装置は、たとえば発光分布などの発光特性に関して改善されている。本実施形態の発光装置は、第１部分２１１および第２部分２１２がサブ基体２２の一部分として形成されていることにより、部品点数に関して低減されている。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

Claims

発光素子と、
第１部分および第２部分を含む上側部分を有しており、前記第１部分が、前記発光素子の実装領域を含んでいるとともに第１気孔率を有しており、前記第２部分が、前記第１部分を囲んでおり、複数の透光性粒子を含んでいるとともに、前記第１気孔率より大きい第２気孔率を有している、基体と、
前記発光素子を封入しているとともに、前記第２部分から離間された状態で前記第１部分に付着している透光性層と、
を備えた発光装置。
前記基体が、前記実装領域を有する突出部を含むサブ基体を有していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記基体が、前記実装領域を有するサブマウント基板を有していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記サブマウント基板が、シリコンを含んでいることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
前記サブマウント基板が、セラミックスを含んでいることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
前記基体が、前記第１部分を含むサブ基体を有していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記第１部分および前記第２部分が一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記第１部分が、前記実装領域から離間された環状部材を有していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記透光性層が、前記実装領域および前記環状部材の間に入り込んでいることを特徴とする請求項８記載の発光装置。
前記透光性層を覆っており、前記第２部分に接着された波長変換部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記第２部分がセラミックスを含んでいることを特徴とする請求項１記載の発光装置。