JP2021036621A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、前記発光素子の発光面である上面に、下面が対向するように設けられた板状の透光性部材と、前記発光素子の側面と透光性部材の側面とを覆う被覆部材と、を備え、
前記発光素子の上面は、互いに対向する第1の辺と第2の辺と互いに対向する第3の辺と第4の辺とを有する矩形形状であり、
前記透光性部材の上面は、互いに対向する第5の辺と第6の辺と互いに対向する第7の辺と第8の辺とを有する矩形形状であり、
前記透光性部材は、上方から平面視したときに、前記第5の辺が前記第1の辺の外側に位置し、前記第6の辺が前記第2の辺の内側に位置するように前記発光素子の上に設けられたことを特徴とする。
(1)発光素子の発光面の一つの辺の外側に透光性部材の一つの辺が位置するように発光素子の発光面上に透光性部材を載置して、透光性部材の上記一つの辺と被覆部材の境界で外側と内側とで急激に輝度が変化するようにし、
(2)その一つの辺を除く他の3つの辺のうちのいずれか1つ以上の辺について、発光素子の発光面の一辺の内側に透光性部材の一辺が位置するようにすることにより、内側に配置した分、発光面の面積を小さくしている。
尚、発光素子の発光面の一辺の内側に位置する透光性部材の一辺(発光装置の発光面の一辺)では、その一辺の外側と内側とにおける輝度の変化はなだらかになるが、カットオフラインの明瞭性に対する影響は小さい。
以下、実施形態の発光装置について詳細に説明する。
(a)基板10と、
(b)基板10上に設けられた発光素子1と、
(c)発光素子1の発光面である上面に、下面が対向するように設けられた板状の透光性部材7と、
(d)発光素子1の側面と透光性部材7の側面とを覆う被覆部材5と、
を備えている。発光素子1は、図3及び図4に示すように、例えば、導電性接合部材20を介して基板10上にフリップチップ実装されている。尚、図3及び図4における発光素子1は簡略化して示しているが、発光素子1は、例えば、同一面側にp側電極とn側電極とを有してなり、そのp側電極及びn側電極がそれぞれ導電性接合部材20を介して基板10上に設けられた第1電極11又は第2電極12に接続される。透光性部材7は、詳細後述するように、発光素子1の発光面に導光部材40を介して接合される。また、透光性部材7は、発光素子1の光により励起されて、発光素子1が発光する光の波長より長波長の光を発光する蛍光体8を含む。
発光素子1の上面は、図2に示すように、互いに対向する第1の辺1aと第2の辺1bと、互いに対向する第3の辺1cと第4の辺1dと、を有する矩形形状である。また、透光性部材7の上面7sは、互いに対向する第5の辺7aと第6の辺7bと、互いに対向する第7の辺7cと第8の辺7dと、を有する矩形形状である。
ここで、本実施形態の発光装置100において、それぞれ第1の辺1a〜第4の辺1dを有する複数の発光素子1を含む場合には、複数の発光素子1は第1の辺1aがそれぞれ同一直線(第1直線)上に位置することが好ましい。さらに、複数の発光素子1は、第1の辺1aがそれぞれ第1直線上に位置し、第2の辺1bが第1直線に平行な第2直線上にそれぞれ位置するように基板10上に配列されていることがより好ましい。
さらに、透光性部材7の上面7sは、実質的に平坦で、透光性部材7の下面に略平行な面であることが好ましい。また、透光性部材7の上面7sに連なる側面のうち、第5の辺7aを介して上面7sに連なる側面は、下面に連なり、かつ、上面7sに略垂直な面であることが好ましい。
しかしながら、実施形態の発光装置はこれに限定されるものではなく、1つの透光性部材7が1つの発光素子1を覆う構成としてもよい。また、後述の変形例で示すように、それぞれ1又は2以上の発光素子1を覆う複数の透光性部材7を設けるようにしてもよい。
しかしながら、実施形態の発光装置はこれに限定されるものではなく、透光性部材7は、上方から平面視したときに、第5の辺7aが第1の辺1aに重なるようにし、第6の辺7bが第2の辺1bの内側に位置するように発光素子1の上に設けられていてもよい。
しかしながら、実施形態の発光装置はこれに限定されるものではなく、蛍光体を含まない透光性部材7により構成するようにしてもよい。
図6は、本発明に係る変形例1の発光装置の平面図である。
この変形例1の発光装置は、4つの発光素子1を用いて構成した点が図2等に示す発光装置とは異なっている他は実施形態の発光装置と同様である。
以上のように構成された変形例1の発光装置は、実施形態の発光装置と同様の作用効果を有し、図2等に示す発光装置に比較してより輝度を高くできる。
図7は、本発明に係る変形例2の発光装置の平面図である。また、図8は、変形例2の発光装置の断面図であり、図7におけるC−C線についての断面を示している。
この変形例2の発光装置は、透光性部材7の形状が変形例1の発光装置とは異なっている他は、変形例1の発光装置と同様に構成されている。変形例2の発光装置において、透光性部材7は、変形例2の透光性部材7の上面7s(以下、第1上面という。)の外側に第1上面より下に位置する第2上面を含み、その第2上面が被覆部材5により覆われている。以下、実施形態及び変形例1と相違する点を具体的に説明する。
なおこの際、透光性部材7の第1上面7s1は、実質的に平坦で、下面に略平行な面であることが好ましく、透光性部材7の第1上面7s1に連なる側面のうち、少なくとも第5の辺7aを介して第1上面7s1に連なる側面は、下面に連なり、かつ、第1上面7s1に略垂直な面であることが好ましい。また、第2上面7s2は、下面に対して略平行な面であってもよいし、下面に対して傾斜する傾斜面であってもよい。
図9は、本発明に係る変形例3の発光装置の平面図である。
この変形例3の発光装置は、3つの発光素子1と2つの透光性部材7を備えている点で実施形態の発光装置とは異なっている。
また、2つのうちの他方の透光性部材7は、上方から平面視したときに、図9に示すように、第5の辺7aが1つの発光素子1の第1の辺1aの外側に位置し、第6の辺7bが1つの発光素子1の第2の辺1bの内側に位置するように発光素子1の上に設けられている。
このように、発光装置が複数の発光素子1を有する場合、所望の配光パターンに適した光源として、透光性部材7と、発光素子1の数、間隔、配置密度等を組み合わせることができる。
また、変形例3の発光装置は、発光面の面積をより小さくできるので、変形例3の発光装置をヘッドライトの光源として用いたときに、光学系をより小型にできる。
図10は、本発明に係る変形例4の発光装置の平面図である。
この変形例4の発光装置は、変形例3の発光装置において、透光性部材7の第7の辺7c及び第8の辺7dをそれぞれ発光素子1の第3の辺1c及び第4の辺1dの内側に位置するように2つの透光性部材7を設けた以外は変形例3の発光装置と同様に構成されている。
以上のように構成された変形例4の発光装置は、変形例3の発光装置に比較して発光面の面積をより小さくできるので、変形例4の発光装置をヘッドライトの光源として用いたときに、光学系をより小型にできる。
図11は、本発明に係る変形例5の発光装置の平面図である。
この変形例5の発光装置は、2つの透光性部材7の形状が変形例4の発光装置と異なっている他は、変形例4の発光装置と同様に構成されている。
また、変形例5の発光装置は、発光面の面積をより小さくできるので、より高緯度な発光装置とすることが可能になる。また、ヘッドライトの光源として用いたときに、光学系をより小型にできる。
図12は、本発明に係る変形例6の発光装置の平面図である。
この変形例6の発光装置において、透光性部材7は、第1上面7s1の外側に第1上面7s1より下に位置する第2上面7s2を含み、その第2上面7s2が被覆部材5により覆われている。そして、透光性部材7は、上方から平面視したときに、図12に示すように、第5の辺7aが発光素子1の第1の辺1aの外側に位置し、第6の内側辺7b1及び第6の外側辺7b2がいずれも発光素子1の第2の辺1bの内側に位置するように発光素子1の上に設けられている。尚、変形例6の発光装置において、透光性部材7の第7の辺7c及び第8の辺7dはいずれも発光素子1の第3の辺1c及び第4の辺1dの外側に位置する。
また、変形例6の発光装置は、発光面の面積をより小さくできるので、ヘッドライトの光源として用いたときに、光学系をより小型にできる。
基板10は、発光素子を配置させるための部材であり、発光素子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10の主な材料としては、絶縁性材料であって、発光素子からの光及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。また、基板10は、金属部材の表面に絶縁性材料を形成したものでもよい。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る。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。配線は、めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。
発光素子1としては、発光ダイオードを用いるのが好ましい。発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ZnSeや窒化物系半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)、GaPを用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、GaAlAs、AlInGaPなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。蛍光体を有する発光装置とする場合には、その蛍光体を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
透光性部材7は、発光素子1から出射される光を透過して外部に放出することが可能な材料である。透光性部材7は、光拡散材や、入射された光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を含有させてもよい。透光性部材7は、例えば、樹脂、ガラス、無機物等により形成することができる。蛍光体を含有する透光性部材は、例えば、蛍光体の焼結体や、樹脂、ガラス、セラミック又は他の無機物に蛍光体を含有させたもの等が挙げられる。また、樹脂、ガラス、セラミック等の成形体の表面に蛍光体を含有する樹脂層を形成したものでもよい。透光性部材7の厚みは、例えば、50〜300μm程度である。
透光性部材7と発光素子との接合は、例えば後述する導光部材を介して接合することができる。また、透光性部材と発光素子との接合には、圧着、焼結、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合による直接接合法を用いてもよい。
透光性部材7に含有させることができる蛍光体としては、発光素子からの発光で励起可能なものが使用される。例えば、青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(Ce:YAG);セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(Ce:LAG);ユウロピウムおよび/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体(CaO−Al2O3−SiO2);ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体((Sr,Ba)2SiO4);βサイアロン蛍光体、CASN系蛍光体、SCASN系蛍光体等の窒化物系蛍光体;KSF系蛍光体(K2SiF6:Mn);硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な色の発光装置(例えば白色系の発光装置)を製造することができる。
被覆部材5は、発光素子1および透光性部材7の側面を被覆する。被覆部材5は、例えば、光反射率の高い光反射性材料から形成することができる。具体的には、被覆部材5は、発光素子からの光に対する反射率が60%以上、より好ましくは80%又は90%以上である光反射性材料を用いることができる。光反射性材料は、例えば、光反射性物質を含む樹脂からなる。
被覆部材5を構成する母体の樹脂としては、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、アクリル樹脂、また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂を用いることができ、その樹脂からなる母材に反射性物質を含有させることで形成することができる。光反射性物質としては、Ti、Zr、Nb、Al、Siのいずれかを含む酸化物、または、AlN、MgFなどを用いることができる。好ましくは二酸化チタン(TiO2)を用いる。また、好ましくは、光反射性物質として、母材の樹脂の屈折率と異なる粒子を母材の樹脂中に分散させる。光反射性物質の含有濃度、密度により光の反射量、透過量が異なるため、発光装置の形状、大きさに応じて、適宜濃度、密度を調整することができる。
発光装置は、発光素子1の側面を被覆する導光部材40を備えていてもよい。発光素子1の上面の一部が透光性部材7から露出する場合、導光部材40は、透光性部材7から露出する発光素子の上面を被覆することが好ましい。さらに、導光部材40は、発光素子1から露出する透光性部材7の下面を被覆することが好ましい。なお、導光部材40は発光素子と透光性部材7との間にも介在し、両者を接合するための接着部材としても用いることができる。このような導光部材40を備えることにより、発光素子1の上面及び側面からの出射光が導光部材40の外面で反射し、反射光を透光性部材7へと導光させることができる。
1a 第1の辺1a
1b 第2の辺1b
1c 第3の辺1c
1d 第4の辺1d
5 被覆部材
7 透光性部材
7a 第5の辺7a
7b 第6の辺7b
7b1 第6の内側辺
7b2 第6の外側辺
7c 第7の辺7c
7d 第8の辺7d
7s 上面
7s1 第1上面
7s2 第2上面
8 蛍光体
10 基板
20 導電性接合部材
40 導光部材
100 発光装置
Claims (9)
- 基板と、
前記基板上に設けられた発光素子と、
前記発光素子の発光面である上面に、下面が対向するように設けられた板状の透光性部材と、
前記発光素子の側面と透光性部材の側面とを覆う被覆部材と、
を備え、
前記発光素子の上面は、互いに対向する第1の辺と第2の辺と互いに対向する第3の辺と第4の辺とを有する矩形形状であり、
前記透光性部材の上面は、互いに対向する第5の辺と第6の辺と互いに対向する第7の辺と第8の辺とを有する矩形形状であり、
前記透光性部材は、上方から平面視したときに、前記第5の辺が前記第1の辺の外側に位置し、前記第6の辺が前記第2の辺の内側に位置するように前記発光素子の上に設けられたことを特徴とする発光装置。 - 前記透光性部材は、前記第7の辺及び第8の辺がそれぞれ前記第3の辺及び第4の辺の外側に位置するように前記発光素子の上に設けられている請求項1に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、前記第7の辺及び第8の辺がそれぞれ前記第3の辺及び第4の辺の内側に位置するように前記発光素子の上に設けられている請求項1に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、前記第7の辺が前記第3の辺の内側に位置し、前記第8の辺が前記第4の辺の外側に位置するように前記発光素子の上に設けられている請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、それぞれ前記第1の辺〜第4の辺を有する複数の発光素子を含み、複数の前記発光素子は前記第1の辺がそれぞれ第1直線上に位置し、前記第2の辺が前記第1直線に平行な第2直線上にそれぞれ位置するように前記基板上に配列された請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、前記複数の発光素子を1つの前記透光性部材が覆っている請求項5記載の発光装置。
- 透光性部材は、蛍光体を含む請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、前記上面の外側に前記上面より下に位置する第2上面を含み、前記第2上面が前記被覆部材により覆われている請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置。
- 基板と、
前記基板上に設けられた発光素子と、
前記発光素子の発光面である上面に、下面が対向するように設けられた板状の透光性部材と、
前記発光素子の側面と透光性部材の側面とを覆う被覆部材と、
を備え、
前記発光素子の上面は、互いに対向する第1の辺と第2の辺と互いに対向する第3の辺と第4の辺とを有する矩形形状であり、
前記透光性部材の上面は、互いに対向する第5の辺と第6の辺と互いに対向する第7の辺と第8の辺とを有する矩形形状であり、
前記透光性部材は、上方から平面視したときに、前記第5の辺が前記第1の辺に重なり、前記第6の辺が前記第2の辺の内側に位置するように前記発光素子の上に設けられたことを特徴とする発光装置。
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