JP2013110154A

JP2013110154A - 発光装置

Info

Publication number: JP2013110154A
Application number: JP2011251629A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Matsuo; 哲二松尾; Hideyuki Watanabe; 英之渡邉; Airei Niwa; 愛玲丹羽
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-06-06
Also published as: TW201322503A; TWI502776B

Abstract

【課題】基板側面からの出力光の変動による色度ばらつき及び信頼性の低下を抑制できる発光装置を提供する。
【解決手段】発光素子１０と、発光素子１０を搭載し、入射された発光素子１０の出射光を吸収することでその出射光を側面から出力させない基板２０と、発光素子１０及び基板２０を格納する凹部を有するパッケージ３０と、パッケージ３０の凹部の底面において基板２０をパッケージ３０に固定するダイマウント剤４０と、凹部に充填された、発光素子１０の出射光によって励起されて励起光を放射する蛍光体５１を含有する蛍光体層５０とを備え、発光素子１０の出射光と励起光との混色光を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光体を用いて光を出力する発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を光源に用いた発光装置が実用化されている。白色光を出力する発光装置を実現するために、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ出射する複数のＬＥＤが使用されたり、青色ＬＥＤと各種の青色励起蛍光体（黄色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体）とを組み合わせた擬似白色ＬＥＤが使用されたりしている。

発光素子は、明るさや発光効率を向上させるために、一般的にサファイア基板や炭化シリコン（ＳｉＣ）基板などの透光性を有する基板上に搭載される（例えば特許文献１参照。）。同様に、パッケージに基板を固定するダイマウント剤にも光透過率の高いものや光反射率の高い白色のものが用いられている。

特開２００４−２０７５１９号公報

透光性を有する基板上に発光素子が配置された場合、発光素子からの出射光が等方に広がる。そのため、基板に入射した出射光が基板を透過した後に基板側面からも出力される。基板をパッケージに実装するためのダイマウント剤の塗布量の変動により、基板側面に付着するダイマウント剤の膜厚や底面からの這い上がり量（高さ）が変化する。これによる基板側面における遮光量の変化によって、基板側面から出力される光の光量がばらつく。その結果、発光素子の出射光と蛍光体からの励起光との混色による白色出力光の色度ばらつきが発生するという問題が生じる。

更に、パッケージが光反射部分を有する場合、光反射部分の反射率が光エネルギーによって経時劣化する。このため、発光装置の信頼性が著しく低下し、特に色度変化が大きい。

上記問題点に鑑み、本発明は、基板側面からの出力光の変動による色度ばらつき及び信頼性の低下を抑制できる発光装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）発光素子と、（ロ）発光素子を搭載し、入射された発光素子の出射光を吸収することでその出射光を側面から出力させない基板と、（ハ）発光素子及び基板を格納する凹部を有するパッケージと、（ニ）パッケージの凹部の底面において基板をパッケージに固定するダイマウント剤と、（ホ）凹部に充填された、発光素子の出射光によって励起されて励起光を放射する蛍光体を含有する蛍光体層とを備え、発光素子の出射光と励起光との混色光を出力する発光装置が提供される。

本発明によれば、基板側面からの出力光の変動による色度ばらつき及び信頼性の低下を抑制できる発光装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式図である。比較例の発光装置の構成を示す模式図である。本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る発光装置の構成を示す模式図である。本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る発光装置の構成を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式図である。図６（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る発光装置の出力光のｘｙ色度図であり、図６（ｂ）は図２に示した比較例の発光装置の出力光のｘｙ色度図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る発光装置１は、図１に示すように、発光素子１０と、発光素子１０を搭載し、入射された発光素子１０の出射光を吸収することでその出射光を側面から出力させない基板２０と、発光素子１０及び基板２０を格納する凹部を有し、その凹部の内壁面３１が光反射面であるパッケージ３０と、パッケージ３０の凹部の底面において基板２０をパッケージ３０に固定するダイマウント剤４０と、凹部に充填された、発光素子１０の出射光によって励起されて励起光を放射する蛍光体５１を含有する蛍光体層５０とを備える。発光装置１は、発光素子１０の出射光と励起光とが混色された出力光Ｌを出力する。

図１に示した発光装置１では、上部よりも底部が狭い凹部を有するパッケージ３０の凹部底面に、発光素子１０が配置されている。発光素子１０には、ＬＥＤやレーザダイオードなどの半導体発光素子が採用可能である。

図１に示した発光素子１０は、ｎ型クラッド層１１、活性層１２及びｐ型クラッド層１３が積層された構造である。ｎ型クラッド層１１にはｎ側電極１１０が接続されており、図示を省略した外部の負電源からボンディングワイヤなどを介して電子がｎ側電極１１０に供給される。これにより、ｎ型クラッド層１１から活性層１２に電子が供給される。

ｐ型クラッド層１３にはｐ側電極１３０が接続されており、図示を省略した外部の正電源からボンディングワイヤなどを介して正孔（ホール）がｐ側電極１３０に供給される。これにより、ｐ型クラッド層１３から活性層１２に正孔が供給される。

活性層１２は、例えばＩｎＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ)構造を有する。ｎ型クラッド層１１から供給された電子とｐ型クラッド層１３から供給された正孔とが活性層１２で再結合して光を発生する。

蛍光体層５０には、蛍光体５１を含有するシリコン樹脂などが採用可能である。蛍光体層５０に含まれる蛍光体５１は、発光素子１０の出射光に応じて決定される。例えば、発光素子１０が青色光を出射する場合には、青色光に励起されて黄色光を放射するイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）などが蛍光体５１として用いられる。このとき、発光素子１０から出射された青色光の一部が蛍光体５１を励起することにより、黄色光に波長変換される。蛍光体５１から放射された黄色光と発光素子１０から出射された青色光とが混合されることにより、白色の出力光Ｌが発光装置１から出力される。発光素子１０をパッケージ３０の凹部底面に配置することにより、出力光Ｌの指向性が向上する。

なお、パッケージ３０の内壁面３１を光反射面とすることにより、パッケージ３０内部で光が散乱し、発光装置１の明るさや発光効率を向上させることができる。例えば、内壁面３１に銀（Ａｇ）膜や白色の樹脂を塗布することにより、内壁面３１を光反射面にする。

図１に示した基板２０は、透光性基板２１の側面に、光反射層２２と光吸収層２３を積層して配置された構造である。発光素子１０から透光性基板２１に入射された光は光反射層２２によって反射される。更に、透光性基板２１の側面から外部に向かう光は光吸収層２３に吸収される。このため、基板２０を透過した発光素子１０の出射光が基板２０の側面から出力されることが防止される。

透光性基板２１は、サファイア基板やＳｉＣ基板などである。光反射層２２には、例えばアルミニウム（Ａｌ）やＡｕ（金）などの金属膜を採用可能である。光吸収層２３は、例えばカーボンコートや、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜とジルコニア（ＺｒＯ₂）膜を交互に積層した干渉層などである。光吸収層２３は、発光素子１０の出射光、蛍光体５１の励起光、それらの混色光などの光を吸収する。

基板２０とパッケージ３０を接着するダイマウント剤４０の塗布量の変動により、基板２０の側面に付着するダイマウント剤４０の厚みや底面からの這い上がり量（高さ）が変化する。その結果、図２に示すように光反射層２２や光吸収層２３が透光性基板２１の側面に配置されていない比較例１Ａでは、ダイマウント剤４０の付着量の多寡に応じて基板２０側面における遮光量が変化し、基板２０の側面から出力される光の光量がばらつく。このため、出力光Ｌの光量が発光装置毎に異なることになり、製品の歩留まりが低下する。

しかしながら、図１に示した発光装置１では、光吸収層２３によって基板２０の側面から光が出力されることが防止される。このため、発光装置毎の出力光Ｌの光量のばらつきが発生せず、歩留まりを向上させることができる。

なお、光吸収層２３は、透光性基板２１の側面から光を外部に出力させない機能と共に、パッケージ３０内で反射して基板２０の側面に外側から到達した発光素子１０の出射光の一部を吸収する機能を有する。このため、基板２０を透過して側面から出力された光及び基板２０の側面で反射した光が、パッケージ３０の光反射面に入射することを抑制できる。

蛍光体層５０を構成する樹脂や外部から浸入する水分と反応することにより、パッケージ３０の凹部の内壁面３１の光反射率が劣化する。この劣化は光エネルギーによって促進される。このため、凹部の内壁面３１の、特に発光素子１０及び基板２０の側面と対向する部分において、光反射率が経時劣化する。

しかし、図１に示した発光装置１では、上記のように基板２０の側面に入射する光が吸収される。更に、基板２０の側面から光が出力されることが防止される。このため、基板２０の側面とパッケージ３０の内壁面３１間における光量が減少する。その結果、内壁面３１の光反射率の劣化を抑制することができる。

なお、基板２０の側面から出力される光や基板２０の側面において反射される光の量を減らすために、基板２０の側面の高さ、即ち基板２０の厚みは薄いことが好ましい。このため、例えば基板２０の厚さを１５０μｍ以下にする。これにより、内壁面３１の光反射率の劣化を更に抑制することができる。

発光素子１０の上面から出射された光の一部は、パッケージ３０内で反射して基板２０の側面に達する。このため、発光素子１０の出射光、蛍光体５１の励起光、それらの混色光などの光を吸収する光吸収特性を有する材料をダイマウント剤４０に使用することで、基板２０側面の光量を更に減少できる。このためには、ダイマウント剤４０を透明ではないものや白色でないものにする。例えば、ダイマウント剤４０に灰色の銀ペーストを使用する。また、同様の理由で、パッケージ３０に光吸収特性を有する材料（透明ではないものや白色でないもの）を使用してもよい。例えば、カーボンを混入させた樹脂からなるパッケージ３０を採用可能である。

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る発光装置１では、基板２０の側面からの光の出力、及び側面からの基板２０への光の入射や側面での光の反射が防止される。その結果、発光装置１においては、出力光Ｌの光量のばらつきやパッケージ３０の光反射面の経時劣化が抑制される。したがって、図１に示した発光装置１によれば、出力光Ｌの変動による色度ばらつき及び信頼性の低下を抑制される。また、歩留まりの向上により、低価格の発光装置１を提供できる。

＜第１の変形例＞
図３に、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る発光装置１を示す。図３に示した発光装置１では、基板２０の側面に光反射層２２が配置されず、光吸収層２３のみが配置されている。

光反射層２２がなくても、光吸収層２３のみによって基板２０の側面からの光の出力及び基板２０の側面での光の反射を防止することができる。基板２０の側面に光吸収層２３のみを配置することにより、発光装置１の製造工程の短縮や製造コストの低減を実現できる。

＜第２の変形例＞
図４に、本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る発光装置１を示す。図４に示した発光装置１では、基板２０が配置されたパッケージ３０のパッケージベース部分から、少なくともダイマウント剤４０が這い上がった高さまで、基板２０の側面に光反射層２２と光吸収層２３が配置されている。

基板２０の側面から出力される光のうち、ダイマウント剤４０を透過しない光の光量は、発光装置１毎のばらつきが少ない。ダイマウント剤４０での反射光の光量のばらつきも少ない。このため、ダイマウント剤４０が基板２０の底面から側面の下部にかけて形成されている場合に、基板２０の側面のダイマウント剤４０が付着した領域のみに光反射層２２と光吸収層２３を配置することにより、出力光Ｌの光量の変動を抑制できる。なお、図３と同様に基板２０の側面に光反射層２２を配置せず、光吸収層２３のみを配置してもよい。

（第２の実施形態）
図５に示す本発明の第２の実施形態に係る発光装置１は、光吸収特性を有する基板２０を備えることが図１に示した発光装置１と異なる点である。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。図５に示した基板２０には、透明でない基板及び白色でない基板などが使用される。例えば、シリコン基板やゲルマニウム（Ｇｅ）基板などを基板２０に採用可能である。

光吸収材料からなる基板２０を使用することにより、発光素子１０の出射光が基板２０を透過して側面から出力することを防止できる。このため、基板２０の側面におけるダイマウント剤４０の塗布量が変動しても、基板２０の側面から出力される光の光量がばらつくことに起因する、発光装置毎の出力光Ｌの光量のばらつきは発生しない。

また、パッケージ３０内で反射して基板２０の側面に外側から到達した光は、基板２０に吸収される。このため、基板２０の側面とパッケージ３０の内壁面３１間における光量が減少する。その結果、内壁面３１の光反射率の劣化を抑制することができる。

図６（ａ）と図６（ｂ）に、図５に示した発光装置１と図２に示した比較例１Ａの色度ばらつきをそれぞれ示す。図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較して明らかなように、図５に示した発光装置１は比較例１Ａに比べて色度ばらつきが小さい。

以上に説明したように、本発明の第２の実施形態に係る発光装置１によれば、出力光Ｌの変動による色度ばらつき及び信頼性の低下が抑制され、更に、歩留まりの向上によって低価格の発光装置を提供できる。

他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。例えば、光吸収特性を有する材料をダイマウント剤４０やパッケージ３０に採用してもよい。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施形態の説明においては、パッケージ３０に格納された発光素子１０が１つである例を示したが、発光装置１が複数の発光素子１０を備えてもよい。また、発光素子１０の出射光が青色光であり、蛍光体層５０に含まれる蛍光体の励起光が黄色である場合を示したが、発光素子１０の出射光と蛍光体の組み合わせはこれに限られるものではない。例えば、近紫外光を出射する発光素子１０と、近紫外光によって励起されて赤色光、緑色光、及び青色光を放射する蛍光体を蛍光体層５０に含有させてもよい。また、発光装置１の出力光Ｌが白色光以外であってもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…発光装置
１０…発光素子
１１…ｎ型クラッド層
１２…活性層
１３…ｐ型クラッド層
２０…基板
２１…透光性基板
２２…光反射層
２３…光吸収層
３０…パッケージ
３１…内壁面
４０…ダイマウント剤
５０…蛍光体層
５１…蛍光体
１１０…ｎ側電極
１３０…ｐ側電極

Claims

発光素子と、
前記発光素子を搭載し、入射された前記発光素子の出射光を吸収することで該出射光を側面から出力させない基板と、
前記発光素子及び前記基板を格納する凹部を有するパッケージと、
前記パッケージの前記凹部の底面において前記基板を前記パッケージに固定するダイマウント剤と、
前記凹部に充填された、前記発光素子の前記出射光によって励起されて励起光を放射する蛍光体を含有する蛍光体層と
を備え、前記出射光と前記励起光との混色光を出力する発光装置。
前記基板の側面に光吸収材料からなる光吸収層が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記基板の側面と前記光吸収層との間に光反射層が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
前記ダイマウント剤が前記基板の底面から前記側面の下部にかけて配置されている場合に、前記底面から前記側面の前記ダイマウント剤が配置された高さまで前記光吸収層が配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光装置。
前記基板が、光吸収材料からなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記ダイマウント剤が、光吸収材料からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記パッケージが、光吸収材料からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。
前記発光素子の前記出射光が青色光であり、前記励起光が黄色光であることを特徴とす請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光装置。