WO2008026699A1 - Dispositif émetteur de lumière - Google Patents

Description

明 細 書

発光装置

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 近年、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。

この発光装置は、例えば照明器具などに用いられる。発光装置は、発光素子によつ て発生された光の波長を変換する発光部材を有している。発光部材は、発光素子か ら放射された光によって励起される蛍光材料を含んでいる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 従来の発光装置においては、発光素子によって発生された光の波長変換の効率 向上が求められている。波長変換の効率を向上させるためには、発光素子から放射 された光のうち発光部材に到達せずに消失してしまう割合を低減させる必要がある。 課題を解決するための手段

[0004] 本発明の実施の形態によれば、発光装置は、基体と、基体上に実装された発光素 子と、発光素子の上方に設けられた発光部材とを有している。発光素子は、半導体 材料からなり、第 1の光を発生する。発光部材は、第 1の光によって励起されて第 2の 光を放射する蛍光材料を含んでおり、シート形状を有している。発光装置は、発光素 子の側面に接している透光性材料からなる光学部材をさらに有している。光学部材 は、発光素子が設けられた開口と、発光部材に対向している平坦な形状の上面とを 有している。

[0005] 本発明の他の実施の形態によれば、発光装置は、基体と、基体上に実装された発 光素子と、発光素子の上方に設けられた発光部材とを有している。発光素子は、半 導体材料からなり、第 1の光を発生する。発光部材は、第 1の光によって励起されて 第 2の光を放射する蛍光材料を含んでおり、シート形状を有している。発光装置は、 発光素子と発光部材との間に配置された透光性材料からなる光学部材をさらに有し ている。光学部材は、発光部材に対向している平坦な形状の上面を有している。 発明の効果

[0006] 本発明の実施の形態の発光装置は、発光部材に対向している平坦な形状の上面 を有しており発光素子の側面に接している光学部材を含んでいることにより、発光分 布の偏りが低減されている。

[0007] 本発明の他の実施の形態の発光装置は、発光部材に対向している平坦な形状の 上面を有しており発光素子と発光部材との間に配置された光学部材を含んでいるこ とにより、発光分布の偏りが低減されている。

発明を実施するための最良の形態

[0008] 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図 1に示さ れたように、照明装置 100は、基板 1と、基板 1に実装された複数の発光装置 2と、光 反射部材 3とを有している。基板 1は、導体パターン laを有している。複数の発光装 置 2は、導体パターン laに電気的に接続されている。光反射部材 3は、複数の発光 装置 2によって発生された光の少なくとも一部が届く位置に設けられている。図 1にお いて、光反射部材 3は、複数の発光装置 2の側方に設けられている。図 2を参照して 、照明装置 100の回路構成について説明する。照明装置 100は、基板 1上に設けら れた複数の発光装置 2および定電流回路 4を有している。定電流回路 5が、照明装 置 100の定電流回路 4に電気的に接続されている。電源電力供給回路 6が、この定 電流回路 5に電気的に接続されている。

[0009] 図 3に示されたように、発光装置 2は、基体 11と、基体 11上に実装された発光素子

12と、発光素子 12の上方に設けられた発光部材 (波長変換部材） 13とを有している 。発光装置 2は、発光素子 12に接している光学部材 14をさらに有している。基体 11 は、絶縁材料からなる。図 4に示すように、基体 11は、導体パターン 15を有している 。リード端子 16は、導体パターン 15に電気的に接続されており、発光装置 2の実装 面 Mに設けられている。

[0010] 発光素子 12は、第 1の光を発生する発光ダイオードである。第 1の光は、 370nmか ら 400nm (紫外）の波長範囲の少なくとも一部、または、 450nm力、ら 500nm (青色） の波長範囲の少なくとも一部を有する。図 5に示すように、発光素子 12は、基板 12b 上に積層された第 1の半導体層（n型半導体層） 12n、半導体活性層 12aおよび第 2 の半導体層（p型半導体層） 12pを有している。 n型半導体層 12n、半導体活性層 12 aおよび p型半導体層 12pは、窒化ガリウム（GaN)からなる。発光素子 12の他の例と して、窒化アルミニウム (A1N)からなるものがある。発光素子 12は、 n型半導体層 12 n上に設けられた第 1の電極パッド (n側電極パッド） 12npと、 p型半導体層 12p上に 設けられた第 2の電極パッド (p側電極パッド） 12ppとを有している。発光素子 12は、 n側電極パッド 12np上に設けられた金属接触部材 19をさらに有している。 n側電極 パッド 12npおよび p側電極パッド 12ppは、半田 20を介して、基体 11に設けられた導 体パターン 15に電気的に接続されている。発光素子 12は、フリップチップ接続によ つて基体 11上に実装されている。すなわち、発光素子 12は、 n側電極パッド 12npお よび P側電極パッド 12ppを備えた実装面 Mを基体 11に対向させた状態で、基体 11 上に実装されている。

[0011] 波長変換部材 13は、発光素子 12から離間されており、シート形状を有している。波 長変換部材 13は、第 1の光によって励起されて第 2の光を放射する蛍光材料 17を含 んでいる。本実施の形態において、第 2の光は、第 1の光の第 1波長と異なる第 2の 波長を有している。紫外光を発生する発光素子 12を備えた発光装置 2において、蛍 光材料 17は、 625nmから 740nmまでの波長範囲（赤色）の少なくとも一部、 520η mから 565nmまでの波長範囲（緑色）の少なくとも一部および 450nm力、ら 500nmま での波長範囲（青色）の少なくとも一部を放射する。発光装置 2は、波長変換部材 13 から放射された赤色光、緑色光および青色光の混合光（白色光）を放射する。青色 光を発生する発光素子 12を備えた発光装置 2において、蛍光材料 17は、 565nmか ら 590nmまでの波長範囲（黄色）の少なくとも一部を放射する。発光装置 2は、発光 素子によって発生された青色光および波長変換部材 13から放射された黄色光の混 合光（白色光)を放射する。

[0012] 青色光を発生する発光素子 12を備えた発光装置 2の他の例において、蛍光材料 1 7は、 625nmから 740nmまでの波長範囲（赤色）の少なくとも一部および 520nmか ら 565nmまでの波長範囲（緑色）の少なくとも一部を放射する。発光装置 2は、発光 素子 12によって発生された青色光、波長変換部材 13から放射された赤色光および 緑色光の混合光（白色光）を放射する。波長変換部材 13は、蛍光材料 17を含有して いる樹脂材料 18をさらに有している。樹脂材料 18は、透光性を有するシリコーン樹 脂である。

[0013] 図 5に示されたように、光学部材 14は、発光素子 12の活性層 12aを覆っている。図 6に示されたように、光学部材 14は、発光素子 12の側面 12sに接している。発光素 子 12は、仮想の xyz空間における xy平面上に実装されている。光学部材 14は、波 長変換部材 13に対向している平坦な形状の上面 14uを有している。光学部材 14は 、発光素子 12が配置された開口 14pを有している。光学部材 14は、透光性材料から なる。透光性材料は、樹脂またはガラスである。光学部材 14は、少なくとも、 p側電極 ノ /ド 12pの最も近くに位置する側面 12sに接している。図 7および図 8を参照して、 発光素子 12の構造についてさらに詳細に説明する。図 7において、 n型半導体層 12 nは、実装面 Mの辺部分において p型半導体層 12pから露出されている。光学部材 1 4は、少なくとも、 n側電極パッド 12npに最も近い側面 12sn上に形成されている。図 8において、 n型半導体層 12ηは、実装面 Μの角部分において ρ型半導体層 12ρか ら露出されている。光学部材 14は、少なくとも、 η側電極パッド 12ηρに最も近い側面 12sn上に形成されている。図 6に示されたように、光学部材 14は、発光素子 12の側 面 12sを囲んでいる。

[0014] 図 9を参照して、発光装置 2における光の進み方について説明する。発光素子 12 によって発生された第 1の光 Llaは、発光素子 12の上方および側方に進む。発光素 子 12の側方へ進んだ第 1の光 Llaは、光学部材 14の平坦な形状の上面 14uから波 長変換部材 13の方向へ進む。上面 14uから放射された光は、符号 Libにて示され ている。第 1の光 Lla, Libは、波長変換部材 13の蛍光材料 17によって波長変換さ れる。蛍光材料から放射された第 2の光 L2は、発光装置 2の光出射方向 Dへ進む。 本実施の形態の発光装置 2は、光学部材 14を有していることにより、波長変換部材 1 3に対する第 1の光 Lla, Libの照射分布の偏りが低減されている。

[0015] 以下、本実施の形態の発光装置 2の製法方法について説明する。図 10に示された ように、発光装置 2の製造方法は、次の A— Dの工程を有している。

[0016] A 基体を準備すること B 発光素子 12を準備すること

C 光学部材 14を発光素子 12に形成すること

D 光学部材 14が形成された発光素子 12を基体 11に実装すること

工程 Aにおいて、発光素子 12は、第 1の電極パッド (n側電極パッド） 12npおよび第

2の電極パッド（p側電極パッド） 12ppを備えた実装面 Mを有している。

[0017] 工程 Cにおいて、光学部材 14は、発光素子 12の側面上 12sに形成される。光学部 材 14は、少なくとも、 n側電極パッド 12npの最も近くに位置する側面 12sn上に形成 される。工程 Cについて、さらに詳細に説明する。図 11に示されたように、複数の発 光素子 12が粘着フィルム 4上に配置される。粘着フィルム 4は、発光素子 12の基板 1 2bに付着されている。発光素子 12は、 n側電極 12np上に形成された金属接触部材 19を有している。図 12に示されたように、溶融状態の透光性材料 14 'が、複数の発 光素子 12の間に入り込むように、粘着フィルム上に設けられる。透光性材料 14 'は、 発光素子 12の活性層 12aを覆って!/、る。発光素子 12の p側電極 12ppおよび金属接 触部材 19は、透光性材料 14 'から露出されている。透光性材料 14 'は、例えば加熱 処理などによって硬化される。図 13に示されたように、硬化状態の透光性材料 14 'は 、複数の発光素子 12の間の位置において切り離される。粘着フィルム 4は、透光性 材料 14 'の切断後に、発光素子 12から剥がされる。工程 Dにおいて、発光素子 12が 、図 5に示された状態で、基体 11上に実装される。本実施の形態の発光装置は、光 学部材 14が発光素子 12の側面に形成されていることにより、実装時における発光素 子 12の傾きが低減されている。

[0018] 本発明の他の実施の形態について説明する。図 14および図 15に示されたように、 光学部材 14は、発光素子 12の活性層 12aを覆っている。光学部材 14は、発光素子 12の側面 12sおよび上端 12tに接している。光学部材 14は、波長変換部材 13に対 向している平坦な形状の上面 14uを有している。光学部材 14は、発光素子 12が配 置された開口 14pを有している。光学部材 14は、少なくとも、 p側電極パッド 12pの最 も近くに位置する側面 12sに接している。光学部材 14は、発光素子 12の側面 12sお よび上端 12tを囲んでいる。他の構成は、図 3に示された発光装置 2の構成と同様で ある。図 16に示されたように、発光素子 12によって発生された第 1の光 Llaは、発光 素子 12の上方および側方へ進む。第 1の光 Llaは、光学部材 14の平坦な形状の上 面 14uから波長変換部材 13の方向へ進む。上面 14uから放射された光は、符号 L1 bにて示されている。本実施の形態の発光装置 2は、光学部材 14を有していることに より、波長変換部材 13に対する第 1の光 Libの照射分布の偏りが低減されている。

[0019] 本発明の他の実施の形態について説明する。図 17および図 18に示されたように、 発光装置 2は、透光性材料からなる光学部材 24を有している。本実施の形態におい て、透光性とは、発光素子 12によって発生された光の波長の少なくとも一部が透過 できることをいう。透光性材料は、ガラスまたは樹脂である。光学部材 24は、波長変 換部材 13に対向している平坦な形状の上面 24uを有している。光学部材 24は、発 光素子 12および波長変換部材 13の間に配置されている。光学部材 24の上面 24u は波長変換部材 13から離間されている。発光装置 2は、発光素子 12の側面および 上端を囲んでいる透光性樹脂 20をさらに有している。透光性樹脂 20は、光学部材 2 4に付着されている。その他の構成については、図 3に示された発光装置 2の構成と 同様である。図 19に示されたように、発光素子 12によって発生された第 1の光 Llaは 、透光性樹脂 20を透過して、光学部材 24の平坦な形状の上面 24uから放射される。 上面 24uから放射された光は、符号 Libにて示されている。本実施の形態の発光装 置 2は、光学部材 24を有していることにより、波長変換部材 13に対する第 1の光 Lib の照射分布の偏りが低減されている。

[0020] 本発明の他の実施形態について説明する。図 20に示されたように、光学部材 24の 上面 24uが波長変換部材 13に接している。その他の構成については、図 18に示さ れた発光装置 2の構成と同様である。図 21に示されたように、発光素子 12によって 発生された第 1の光 Llaは、透光性樹脂 20を透過して、光学部材 24の平坦な形状 の上面 24uから放射される。上面 24uから放射された光は、符号 Libにて示されてい る。本実施の形態の発光装置 2は、光学部材 24を有していることにより、波長変換部 材 13に対する第 1の光 Libの照射分布の偏りが低減されている。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]本発明の照明装置の実施の形態を示す斜視図である。

[図 2]照明装置の回路構成を示す図である。 [図 3]本発明の発光装置の実施の形態を示す斜視図である。

園 4]図 3に示された発光装置の断面図である。

[図 5]図 4に示された発光素子および光学部材の拡大図である。

[図 6]図 3に示された発光素子および光学部材の拡大図である。

園 7]発光素子の斜視図である。

[図 8]他の発光素子の斜視図である。

園 9]図 4に示された発光装置における光の進み方を示す図である。 園 10]発光装置の製造方法を示す図である。

園 11]発光装置の製造方法を示す図である。

園 12]発光装置の製造方法を示す図である。

園 13]発光装置の製造方法を示す図である。

園 14]本発明の発光装置の他の実施の形態を示す斜視図である。

園 15]図 14に示された発光装置の断面図である。

園 16]他の実施の形態の発光装置における光の進み方を示す図である。 園 17]本発明の発光装置の他の実施の形態を示す斜視図である。

園 18]図 17に示された発光装置の断面図である。

園 19]図 18に示された発光装置における光の進み方を示す図である。 園 20]本発明の発光装置の他の実施の形態を示す断面図である。

園 21]図 20に示された発光装置における光の進み方を示す図である。

Claims

請求の範囲

[1] 基体と、

半導体材料からなり、前記基体上に実装されており、第 1の光を発生する発光素子 と、

前記第 1の光によって励起されて第 2の光を放射する蛍光材料を含んでいるととも に、シート形状を有しており、前記発光素子の上方に設けられた発光部材と、 前記発光素子が設けられた開口と、前記発光部材に対向している平坦な形状の上 面とを有しており、前記発光素子の側面に接している透光性材料からなる光学部材 と、

を備えた発光装置。

[2] 前記光学部材は、前記発光素子の活性層を覆っていることを特徴とする請求項 1 記載の発光装置。

[3] 前記光学部材は、記発光素子の側面を囲んでいることを特徴とする請求項 2記載 の発光装置。

[4] 前記光学部材は、前記発光素子の上端を囲んでいることを特徴とする請求項 3記 載の発光装置。

[5] 前記発光素子および前記光学部材を封入してレ、る透光性材料層をさらに備えたこ とを特徴とする請求項 1記載の発光装置。

[6] 前記光学部材は、前記透光性材料層の第 2の屈折率より大きい第 1の屈折率を有 して!/、ることを特徴とする請求項 5記載の発光装置。

[7] 前記光学部材は、ガラス材料からなることを特徴とする請求項 6記載の発光装置。

[8] 前記透光性材料層は、シリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項 7記載の発 光装置。

[9] 前記発光素子は、フリップチップ接続によって前記基体上に実装されていることを 特徴とする請求項 1記載の発光装置。

[10] 基体を準備することと、

第 1の電極パッドおよび第 2の電極パッドを備えた実装面を有する発光素子を準備 することと、 前記発光素子の側面に光学部材を形成することと、

前記実装面を前記基体に対向させて、前記光学部材が形成された前記発光素子 を前記基体に実装することと、

を有する発光装置の製造方法。

[11] 前記発光素子は、前記第 1の電極を備えた第 1の半導体層と、前記第 1の半導体 層上に積層された活性層と、前記第 2の電極を備えており前記第 1の半導体層上に 積層された第 2の半導体層とを有していることを特徴とする請求項 10記載の発光装 置の製造方法。

[12] 前記光学部材は、前記第 1の電極パッドの最も近くに位置する前記側面に形成さ れて!/、ることを特徴とする請求項 11記載の発光装置の製造方法。

[13] 前記光学部材は、前記発光素子の側面を囲んでいることを特徴とする請求項 12記 載の発光装置の製造方法。

[14] 前記発光素子は、前記第 1の電極パッド上に形成された金属接触部材をさらに有 して!/、ることを特徴とする請求項 11記載の発光装置の製造方法。

[15] 前記光学部材の材料である溶融状態の透光性材料を前記金属接触部材が形成さ れた前記発光素子の前記側面に付着させることをさらに有する請求項 14記載の発 光装置の製造方法。

[16] 基体と、

半導体材料からなり、前記基体上に実装されており、第 1の光を発生する発光素子 と、

前記第 1の光によって励起されて第 2の光を放射する蛍光材料を含んでいるととも に、シート形状を有しており、前記発光素子の上方に設けられた発光部材と、 前記発光部材に対向している平坦な形状の上面を有しており、前記発光素子と前 記発光部材との間に配置された透光性材料力 なる光学部材と、

を備えた発光装置。

[17] 前記光学部材の上面が前記発光部材力 離間されていることを特徴とする請求項 16記載の発光装置。

[18] 前記光学部材の上面が前記発光部材に接していることを特徴とする請求項 16記

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