JP2014187351A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のＬＥＤチップを有する光取出効率に優れた発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る発光装置１は、チップ基板２ａと発光層を含む結晶層２ｂとを含み、直列に配置された複数のＬＥＤチップ２を有し、複数のＬＥＤチップ２のうちの任意のＬＥＤチップ２において、隣接する他のＬＥＤチップ２に向いたチップ基板２ａの側面Ｓ１は、チップ基板２ａの全ての側面のうちで最も劈開性の強い面である。
【選択図】図１
Description
本発明は、発光装置に関する。
従来の発光装置として、ＬＥＤチップの側面に遮光膜が形成された発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この遮光膜は、例えば、ＳｉＯ２膜とアルミニウム膜を積層することにより形成され、ＬＥＤチップの側面部分からの透過光を実質的に無くす。
本発明の目的の一つは、複数のＬＥＤチップを有する光取出効率に優れた発光装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一態様において、チップ基板と発光層を含む結晶層とを含み、直列に配置された複数のＬＥＤチップを有し、前記複数のＬＥＤチップのうちの任意のＬＥＤチップにおいて、隣接する他のＬＥＤチップに向いた前記チップ基板の側面は、前記チップ基板の全ての側面のうちで最も劈開性の強い面である、発光装置を提供する。
上記発光装置において、例えば、前記チップ基板は六方晶系の結晶からなり、前記最も劈開性の強い面はｍ面である。
上記発光装置において、例えば、前記チップ基板の平面形状は四角形であり、前記チップ基板の４つの側面はｍ面及びａ面で構成される。
上記発光装置において、例えば、前記チップ基板はＧａＮ基板である。
上記発光装置において、例えば、前記チップ基板はＧａＮ系半導体結晶からなり、前記最も劈開性の強い面はｃ面である。
上記発光装置において、例えば、前記チップ基板の平面形状は四角形であり、前記チップ基板の４つの側面はｃ面及びａ面で構成される。
上記発光装置において、前記ＬＥＤ基板は、ウェハを前記ウェハの劈開性を利用して分割することにより形成されることが好ましい。
また、上記目的を達成するため、本発明の他の態様において、直列又はアレイ状に配置された複数のＬＥＤチップと、前記複数のＬＥＤチップを封止する封止樹脂と、前記複数のＬＥＤチップのうちの任意のＬＥＤチップにおいて、隣接する他のＬＥＤチップに向いた側面上に形成された、前記封止樹脂よりも屈折率の低い低屈折率部材と、を有する、発光装置を提供する。
上記発光装置において、例えば、前記低屈折率部材は、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、シロキサン系樹脂、ガラス、ＳｉＯ２、又はこれらのうちの２つ以上を混合した混合物からなる。
本発明によれば、複数のＬＥＤチップを有する光取出効率に優れた発光装置を提供することができる。
〔第１の実施の形態〕
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１の実施の形態に係る発光装置１の垂直断面図と上面図である。図１（ａ）の断面は、図１（ｂ）の線分Ａ−Ａに沿った断面である。
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１の実施の形態に係る発光装置１の垂直断面図と上面図である。図１（ａ）の断面は、図１（ｂ）の線分Ａ−Ａに沿った断面である。
発光装置１は、ケース４と、ケース４に含まれる基体３と、ケース４内に直列（一列）に配置される複数のＬＥＤチップ２と、ケース４内のＬＥＤチップ２を封止する封止樹脂５を有する。
ＬＥＤチップ２は、チップ基板２ａと、図示しない発光層を含む結晶層２ｂを含む。チップ基板２ａは、例えば、サファイア基板等の絶縁基板、ＧａＮ基板等の導電基板である。結晶層２ｂは、チップ基板２ａ上にエピタキシャル結晶成長により形成された、例えばＧａＮ系半導体からなる層であり、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた発光層を有する。
ＬＥＤチップ２は、結晶層２ｂが上方を向いたフェイスアップ型のＬＥＤチップであってもよいし、結晶層２ｂが下方を向いたフェイスダウン型のＬＥＤチップであってもよい。
ＬＥＤチップ２の平面形状は四角形であり、チップ基板２ａの向かい合う２つの側面の面方位が等しい。ここで、チップ基板２ａの２組の向かい合う２つの側面のうち、劈開性の強い向かい合う２つの側面をＳ１、劈開性の弱い向かい合う２つの側面をＳ２とする。
複数のＬＥＤチップ２のうちの任意のＬＥＤチップ２において、隣接する他のＬＥＤチップ２に向いたチップ基板２ａの側面は、全ての側面のうちで最も劈開性の強い面である。すなわち、任意のＬＥＤチップ２において、チップ基板２ａの全ての側面（側面Ｓ１と側面Ｓ２）のうち、最も劈開性の強い側面Ｓ１が隣接する他のＬＥＤチップ２に向くように、複数のＬＥＤチップ２が配置される。
ウェハをダイシングして複数のＬＥＤチップ２に分割する際、チップ基板２ａを劈開性の強い面で分断すると、断面が平滑になる。そのため、側面Ｓ１は側面Ｓ２よりも平滑性が高く、光の全反射が起こりやすい。側面Ｓ１で反射された光は、例えば、ＬＥＤチップ２の上面又は側面Ｓ２から放出される。
一方、側面Ｓ２は平滑性が低く、凹凸が多いため光が透過しやすい。すなわち、結晶層２ｂの発光層から発せられてチップ基板２ａに入射した光は、側面Ｓ１よりも側面Ｓ２から放出されやすい。図１（ｂ）の白抜きの矢印は、光が多く放射される方向を模式的に表している。
一般に、隣接する他のＬＥＤチップに向いた側面から放出される光は、その隣接する他のＬＥＤチップに入射し、吸収されてしまう場合がある。発光装置１においては、隣接する他のＬＥＤチップ２に向いた側面Ｓ１から光が放出されにくいため、隣接する他のＬＥＤチップ２に吸収されることによる光損失を低減し、発光装置１の光取出効率を向上させることができる。
本実施の形態は、チップ基板２ａの側面の劈開性の違いに起因する平滑性の違いを利用したものであるため、断面の平滑性に劈開性が強く影響する方法、すなわちウェハの劈開性を利用して分割する方法によりウェハをＬＥＤチップ２に分割した場合に特に効果が発揮される。例えば、ウェハをダイシングブレードにより切断して分割する場合よりも、外力を加えて劈開して分割する場合の方が、効果が高い。
以下に、一例として、チップ基板２ａがＧａＮ基板又はサファイア基板である場合の側面Ｓ１、Ｓ２について説明する。ＧａＮ基板及びサファイア基板の結晶系は六方晶系であり、ｍ面すなわち｛１０−１０｝面と、ａ面すなわち｛１１−２０｝面を有する。ｍ面とａ面は直交し、ＧａＮ基板及びサファイア基板のｍ面はａ面よりも劈開性が強い。このため、チップ基板２ａがＧａＮ基板又はサファイア基板である場合、側面Ｓ１がｍ面、側面Ｓ２がａ面であるチップ基板２ａを用いることができる。なお、側面Ｓ１がｍ面、側面Ｓ２がａ面であるチップ基板２ａの主面（上面及び下面）は、ｃ面すなわち｛０００１｝面である。
なお、ＧａＮ基板又はサファイア基板よりも光を吸収しやすい性質を有するため、ＬＥＤチップ２から隣接する他のＬＥＤチップ２に向かって放出される光を低減することのできる本実施の形態は、チップ基板２ａとしてＧａＮ基板を用いる場合に特に有効である。
ケース４は、底部４ｂと、環状の側壁部４ａを有する。側壁部４ａに囲まれた領域内に、複数のＬＥＤチップ２が搭載される。
ケース４は、例えば、ポリフタルアミド樹脂、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）、ＰＣＴ（Polycyclohexylene Dimethylene Terephalate）等の熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる。ケース４は、光反射率を向上させるための、二酸化チタン等の光反射粒子を含んでもよい。
基体３は、例えば、全体またはその表面がＡｇ、Ｃｕ、又はＡｌ等の導電材料からなるリードフレーム、又は表面に導体パターンを有する基板である。ＬＥＤチップ２と基体３は、図示しないワイヤー、導電バンプ等により電気的に接続される。
封止樹脂５は、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、トリアジン系樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂材料や、ガラスからなる。また、封止樹脂５は、蛍光体粒子を含んでもよい。例えば、ＬＥＤチップ２の発光色が青色であり、封止樹脂５に含まれる蛍光体の蛍光色が黄色である場合は、発光装置１の発光色は白色になる。
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、任意のＬＥＤチップから隣接する他のＬＥＤチップに向かって放射される光を低減する手段において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
第２の実施の形態は、任意のＬＥＤチップから隣接する他のＬＥＤチップに向かって放射される光を低減する手段において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第２の実施の形態に係る発光装置１０の垂直断面図と上面図である。図２（ａ）の断面は、図２（ｂ）の線分Ｂ−Ｂに沿った断面である。
発光装置１は、ケース４と、ケース４に含まれる基体３と、ケース４内に直列に配置される複数のＬＥＤチップ１２と、ケース４内のＬＥＤチップ１２を封止する封止樹脂５を有する。
ＬＥＤチップ１２は、チップ基板１２ａと、図示しない発光層を含む結晶層１２ｂを含む。チップ基板１２ａと結晶層１２ｂは、それぞれ第１の実施の形態のチップ基板２ａと結晶層２ｂと同様の構成を有する。
ＬＥＤチップ１２は、結晶層１２ｂが上方を向いたフェイスアップ型のＬＥＤチップであってもよいし、結晶層１２ｂが下方を向いたフェイスダウン型のＬＥＤチップであってもよい。
ＬＥＤチップ１２の平面形状は限定されず、例えば、四角形である。第１の実施の形態のチップ基板２ａと異なり、チップ基板１２ａ側面の性質に制限はない。
複数のＬＥＤチップ１２のうちの任意のＬＥＤチップ１２において、隣接する他のＬＥＤチップ１２に向いた側面上に、封止樹脂５よりも屈折率の低い低屈折率部材１１が形成される。
低屈折率部材１１は封止樹脂５よりも屈折率が低いため、ＬＥＤチップ１２と封止樹脂５の界面における全反射の臨界角よりも、ＬＥＤチップ１２と低屈折率部材１１の界面における全反射の臨界角の方が小さい。このため、ＬＥＤチップ１２の側面に低屈折率部材１１を設けることにより、ＬＥＤチップ１２の内部から外部へ向かう光がその側面において全反射しやすくなり、外部へ放出されにくくなる。ＬＥＤチップ１２と低屈折率部材１１の界面で反射された光は、例えば、ＬＥＤチップ１２の上面又は低屈折率部材１１が形成されていない側面から放出される。
発光装置１０においては、隣接する他のＬＥＤチップ１２に向いた側面に低屈折率部材１１が設けられ、光が放出されにくいため、隣接する他のＬＥＤチップ１２に吸収される光を低減し、発光装置１０の光取出効率を向上させることができる。図２（ｂ）の白抜きの矢印は、光が多く放射される方向を模式的に表している。
低屈折率部材１１は、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、シロキサン系樹脂、ガラス（ゾルゲル法により形成される）、ＳｉＯ２（蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法により形成される）、又はこれらのうちの２つ以上を混合した混合物等からなり、これらの材料から封止樹脂５の材料よりも屈折率の低いものが選択されて用いられる。
なお、ＧａＮ基板又はサファイア基板よりも光を吸収しやすい性質を有するため、ＬＥＤチップ１２から隣接する他のＬＥＤチップ１２に向かって放出される光を低減することのできる本実施の形態は、チップ基板１２ａとしてＧａＮ基板を用いる場合に特に有効である。
図３は、第２の実施の形態に係る発光装置１０の変形例である発光装置１０Ａの上面図である。発光装置１０Ａにおいては、ＬＥＤチップ１２がアレイ状（格子状）に配置される。
図３に示されるように、発光装置１０Ａにおいても、任意のＬＥＤチップ１２において、隣接する他のＬＥＤチップ１２に向いた側面上に低屈折率部材１１が形成される。そのため、隣接する他のＬＥＤチップ１２に吸収される光を低減し、発光装置１０Ａの光取出効率を向上させることができる。図３の白抜きの矢印は、光が多く放射される方向を模式的に表している。
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第２の実施の形態に係る発光装置１０の変形例である発光装置１０Ｂ、１０Ｃの上面図である。発光装置１０Ｂ、１０Ｃにおいては、低屈折率部材１１が隣接するＬＥＤチップ１２間を埋めるように形成される。
発光装置１０ＢにおいてはＬＥＤチップ１２が直列に配置され、発光装置１０ＣにおいてはＬＥＤチップ１２がアレイ状に配置されるが、いずれにおいても、任意のＬＥＤチップ１２において、隣接する他のＬＥＤチップ１２に向いた側面上に低屈折率部材１１が形成されている。そのため、隣接する他のＬＥＤチップ１２に吸収される光を低減し、発光装置１０Ｂ、１０Ｃの光取出効率を向上させることができる。
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第２の実施の形態に係る発光装置１０の変形例である発光装置１０Ｄ、１０Ｅの上面図である。発光装置１０Ｄ、１０Ｅにおいては、低屈折率部材１１が各々のＬＥＤチップ１２の全ての側面上に形成される。
発光装置１０ＤにおいてはＬＥＤチップ１２が直列に配置され、発光装置１０ＥにおいてはＬＥＤチップ１２がアレイ状に配置されるが、いずれにおいても、任意のＬＥＤチップ１２において、隣接する他のＬＥＤチップ１２に向いた側面上に低屈折率部材１１が形成されている。そのため、隣接する他のＬＥＤチップ１２に吸収される光を低減し、発光装置１０Ｄ、１０Ｅの光取出効率を向上させることができる。
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、ＬＥＤチップの結晶方位において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
第３の実施の形態は、ＬＥＤチップの結晶方位において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
本実施の形態においては、ＬＥＤチップのチップ基板及び結晶層がＧａＮ等のＧａＮ系半導体の結晶からなる。また、チップ基板及び結晶層の主面の面方位はｍ面である。これにより、チップ基板及び結晶層の主面の面方位がｃ面である場合に生じる問題を回避することができる。以下に、その問題について述べる。
ＧａＮ系半導体結晶からなる結晶層がｃ面方向の結晶成長により形成される場合（主面がｃ面である場合）、ＧａＮ系半導体結晶の格子歪みにより、結晶成長方向であるｃ軸方向に圧電分極が生じ、それによってｃ軸方向にピエゾ電界が発生する。このピエゾ電界の発生により、ＩｎＧａＮ等のＧａＮ系半導体からなる発光層に注入される電子と正孔が分離され、発光に寄与する再結合が低下するため、発光効率が低下する。また、ＬＥＤチップの駆動電流密度が増加したときに発光効率が低下する現象（ドループ現象）を引き起こすという問題もある。
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第３の実施の形態に係る発光装置２０の垂直断面図と上面図である。図６（ａ）の断面は、図６（ｂ）の線分Ｃ−Ｃに沿った断面である。
発光装置２０は、ケース４と、ケース４に含まれる基体３と、ケース４内に直列（一列）に配置される複数のＬＥＤチップ２２と、ケース４内のＬＥＤチップ２２を封止する封止樹脂５を有する。
ＬＥＤチップ２２は、チップ基板２２ａと、図示しない発光層を含む結晶層２２ｂを含む。チップ基板２２ａは、ＧａＮ系半導体結晶からなる導電基板である。結晶層２２ｂは、チップ基板２２ａ上にエピタキシャル結晶成長により形成された、ＧａＮ系半導体結晶からなる層であり、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた発光層を有する。
ＬＥＤチップ２２は、結晶層２２ｂが上方を向いたフェイスアップ型のＬＥＤチップであってもよいし、結晶層２２ｂが下方を向いたフェイスダウン型のＬＥＤチップであってもよい。
ＬＥＤチップ２２の平面形状は四角形であり、チップ基板２２ａの向かい合う２つの側面の面方位が等しい。ここで、チップ基板２２ａの２組の向かい合う２つの側面のうち、劈開性の強い向かい合う２つの側面をＳ３、劈開性の弱い向かい合う２つの側面をＳ４とする。
複数のＬＥＤチップ２２のうちの任意のＬＥＤチップ２２において、隣接する他のＬＥＤチップ２２に向いたチップ基板２２ａの側面は、全ての側面のうちで最も劈開性の強い面である。すなわち、任意のＬＥＤチップ２２において、チップ基板２２ａの全ての側面（側面Ｓ３と側面Ｓ４）のうち、最も劈開性の強い側面Ｓ３が隣接する他のＬＥＤチップ２２に向くように、複数のＬＥＤチップ２２が配置される。
ウェハをダイシングして複数のＬＥＤチップ２２に分割する際、チップ基板２２ａを劈開性の強い面で分断すると、断面が平滑になる。そのため、側面Ｓ３は側面Ｓ４よりも平滑性が高く、光の全反射が起こりやすい。側面Ｓ３で反射された光は、例えば、ＬＥＤチップ２２の上面又は側面Ｓ４から放出される。
一方、側面Ｓ４は平滑性が低く、凹凸が多いため光が透過しやすい。すなわち、結晶層２２ｂの発光層から発せられてチップ基板２２ａに入射した光は、側面Ｓ３よりも側面Ｓ４から放出されやすい。図６（ｂ）の白抜きの矢印は、光が多く放射される方向を模式的に表している。
本実施の形態においては、側面Ｓ３がｃ面、側面Ｓ４がａ面、チップ基板２２ａの主面（上面及び下面）は、ｍ面である。チップ基板２２ａの主面がｍ面であるため、チップ基板２２ａ上にエピタキシャル結晶成長により形成される結晶層２２ｂの主面もｍ面である。このため、前述の結晶層の主面がｃ面である場合に生じるピエゾ電界の発生による発光効率の低下やドループ現象を抑えることができる。
（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、任意のＬＥＤチップから隣接する他のＬＥＤチップに向かって放射される光を低減することにより、ＬＥＤチップ間での光吸収による光損失を低減し、発光装置の光取出効率を向上させることができる。
上記実施の形態によれば、任意のＬＥＤチップから隣接する他のＬＥＤチップに向かって放射される光を低減することにより、ＬＥＤチップ間での光吸収による光損失を低減し、発光装置の光取出効率を向上させることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。例えば、第１の実施の形態のＬＥＤチップ２又は第３の実施の形態のＬＥＤチップ２２と第２の実施の形態の低屈折率部材１１を組み合わせてもよい。それにより、任意のＬＥＤチップから隣接する他のＬＥＤチップに向かって放射される光をより低減し、ＬＥＤチップ間での光吸収による光損失をより低減することができる。
また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１、１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、２０ 発光装置
２、１２、２２ ＬＥＤチップ
２ａ、１２ａ 、２２ａ チップ基板
２ｂ、１２ｂ、２２ｂ 結晶層
１１ 低屈折率部材
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 側面
２、１２、２２ ＬＥＤチップ
２ａ、１２ａ 、２２ａ チップ基板
２ｂ、１２ｂ、２２ｂ 結晶層
１１ 低屈折率部材
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 側面
Claims (9)
- チップ基板と発光層を含む結晶層とを含み、直列に配置された複数のＬＥＤチップを有し、
前記複数のＬＥＤチップのうちの任意のＬＥＤチップにおいて、隣接する他のＬＥＤチップに向いた前記チップ基板の側面は、前記チップ基板の全ての側面のうちで最も劈開性の強い面である、発光装置。 - 前記チップ基板は六方晶系の結晶からなり、前記最も劈開性の強い面はｍ面である、
請求項１に記載の発光装置。 - 前記チップ基板の平面形状は四角形であり、前記チップ基板の４つの側面はｍ面及びａ面で構成される、
請求項２に記載の発光装置。 - 前記チップ基板はＧａＮ基板である、
請求項２又は３に記載の発光装置。 - 前記チップ基板はＧａＮ系半導体結晶からなり、前記最も劈開性の強い面はｃ面である、
請求項１に記載の発光装置。 - 前記チップ基板の平面形状は四角形であり、前記チップ基板の４つの側面はｃ面及びａ面で構成される、
請求項５に記載の発光装置。 - 前記ＬＥＤ基板は、ウェハを前記ウェハの劈開性を利用して分割することにより形成される、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。 - 直列又はアレイ状に配置された複数のＬＥＤチップと、
前記複数のＬＥＤチップを封止する封止樹脂と、
前記複数のＬＥＤチップのうちの任意のＬＥＤチップにおいて、隣接する他のＬＥＤチップに向いた側面上に形成された、前記封止樹脂よりも屈折率の低い低屈折率部材と、
を有する、発光装置。 - 前記低屈折率部材は、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、シロキサン系樹脂、ガラス、ＳｉＯ２、又はこれらのうちの２つ以上を混合した混合物からなる、
請求項８に記載の発光装置。
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