JP4861474B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、例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、例えば照明分野などにおいて、発光素子を有する発光装置の開発が進められている。発光素子は、例えば半導体材料からなる発光ダイオードである。発光装置には、基体およびフレーム部材を含むものがある。発光装置の開発においては、発光特性の向上が求められている。
特許文献１：特開平２００３−３７２９２号公報

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、基体、フレーム部材および発光素子を有している。発光装置は、介在層をさらに有している。フレーム部材は、基体上に設けられている。発光素子は、半導体材料からなる。発光素子は、フレーム部材によって取り囲まれる領域に配置されており、基体上に実装されている。介在層は、マトリクス材料に埋め込まれた複数の透光性粒子を含んでおり、基体およびフレーム部材の間に設けられている。そして、介在層の内側端部は、フレーム部材の内側表面の端部より外側に位置している。
本発明の他の態様によれば、発光装置は、基体、光源および反射手段を有している。発光装置は、介在層をさらに有している。光源は、基体上に設けられており、第１次光を放射する。反射手段は、基体上に設けられ、光源を取り囲み、第１次光の一部の進行方向を変える。介在層は、第１次光の一部を吸収する複数の透光性粒子を含んでおり、基体および反射手段を接着している。そして、介在層の内側端部は、反射手段の内側表面の端部より外側に位置している。
本発明の一つの態様によれば、発光装置は、マトリクス材料に埋め込まれた複数の透光性粒子を含んでおり、基体およびフレーム部材の間に設けられた介在層を有していることにより、発光素子から放射されて基体およびフレーム部材の間に入り込む光による影響が低減されている。
本発明の他の態様によれば、発光装置は、第１次光の一部を吸収する複数の透光性粒子を含んでいる介在層を有していることにより、発光素子から放射されて基体およびフレーム部材の間に入り込む第１次光による影響が低減されている。

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。
本発明の一つの態様に係る照明装置１００を示している。 図１に示された発光装置１を示している。 図２に示された発光素子１３を示している。 発光素子１３の詳細構造を示している。 発光素子１３から放射された光Ｌ１３−１の進み方を示している。 介在層１４の端部の位置を示している。 基体１１およびフレーム部材１２を示している。

以下図面を参考にして本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
本発明の一つの実施形態に係る照明装置１００が、図１を参照して説明されている。照明装置１００は、複数の発光装置１、基板２および反射部材３を有している。複数の発光装置１は、基板２上に実装されており、反射部材３によって規定される領域に配置されている。
図２に示されているように、発光装置１は、基体１１、フレーム部材１２および発光素子１３を有している。発光装置１は、介在層１４、封入層１５および発光部材１６をさらに有している。
図２において、発光装置１は、仮想のｘｙｚ空間のｘｙ平面に実装されている。図２において、発光装置１の内部の構成を示すために、発光装置１の一部の構成が省略されている。省略された部分の断面が斜線によって示されている。
基体１１は、絶縁材料からなる。絶縁材料の例は、セラミックスである。セラミックスの例は、アルミナである。絶縁材料の他の例は、樹脂である。外部端子１７が、基体１１に固定されている。
フレーム部材１２は、基体１１上に設けられている。フレーム部材１２は、絶縁材料からなる。絶縁材料の例は、セラミックスである。セラミックスの例は、アルミナである。絶縁材料の他の例は、樹脂である。フレーム部材１２の材料の他の例は、金属材料である。フレーム部材１２は、発光素子１３から放射された第１次光を反射する手段である。
発光素子１３は、基体１１上に実装されており、フレーム部材１２によって規定される領域に配置されている。“フレーム部材１２によって規定される領域”とは、発光素子１３から放射された光がフレーム部材１２に届くように、発光素子１３が配置される領域のことをいう。発光素子１３は、フレーム部材１２によって囲まれている。
発光素子１３は、半導体材料からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子１３は、活性層を含む複数の半導体層からなる。発光素子１３は、第１次光を放射する光源である。第１次光は、２１０ｎｍから５００ｎｍの波長領域に含まれるか、または、この波長領域に部分的に重なる。
図３に示されているように、発光素子１３は、基体１１上にフリップチップ接続によって実装されている。図３において、基体１１および発光素子１３の一部の構成が省略されて示されている。省略された部分の断面が斜線によって示されている。
図４に示されているように、発光素子１３は、複数の半導体層１３ｎ、１３ａおよび１３ｐを有している。図４において、発光素子１３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、断面が斜線によって示されている。
ｎ型半導体層１３ｎおよびｐ型半導体層１３ｐは、透光性基板１３ｂに積層されている。半導体活性層１３ａが、ｎ型半導体層１３ｎおよびｐ型半導体層１３ｐの間に形成されている。発光素子１３は、電極１３ｐｐおよび１３ｎｐを有している。ｐ側電極１３ｐｐは、ｐ型半導体層１３ｐに形成されている。ｎ側電極１３ｎｐは、ｎ型半導体層１３ｎに形成されている。
介在層１４は、基体１１およびフレーム部材１２の間に設けられている。介在層１４は、マトリクス材料１４−１および複数の透光性粒子１４−２を含んでいる。介在層１４は、基体１１およびフレーム部材１２を固定する接着剤である。マトリクス材料１４−１の例は、アクリル樹脂である。２１０ｎｍから４００ｎｍのＵＶ波長領域に含まれるかまたはＵＶ波長領域に部分的に重なる光は、マトリクス材料１４−１を透過する。
粒子１４の“透光性”とは、発光素子１３から放射された光の少なくとも一部が透過することをいう。複数の透光性粒子１４−２は、マトリクス材料１４−１に埋め込まれている。複数の透光性粒子１４−２は、マトリクス材料１４−１に分散されている。
透光性粒子１４−２は、無機材料からなる。従って、透光性粒子１４−２は、発光素子１３から放射された第１光による劣化が低減されている。無機材料の例は、セラミックスである。セラミックスの例は、アルミナである。
透光性粒子１４−２は、マトリクス材料１４−１より大きい屈折率を有している。透光性粒子１４−２は、２１０ｎｍから５００ｎｍの波長領域の少なくとも一部の光が透過するものである。特に、透光性粒子１４−２は、２１０ｎｍから４００ｎｍのＵＶ波長領域の少なくとも一部の光が透過する。
図５に示されているように、発光素子１３から放射された光の一部Ｌ１３−１は、マトリクス材料１４−１を透過して、透光性粒子１４−２に入射される。透光性粒子１４−２は、マトリクス材料１４−１より大きい屈折率を有している。従って、透光性粒子１４−２内において、光Ｌ１３−１の一部は、透光性粒子１４−２およびマトリクス材料１４−１の界面において、全反射される。
透光性粒子１４−２内において、光Ｌ１３−１は、臨界角より大きい入射角によって界面に入射されると全反射される。マトリクス材料１４−１の屈折率をｎ_１４−１として、透光性粒子１４−２の屈折率をｎ_１４−２とすると、臨界角θは次の式によって表される。
ｓｉｎθ＝ｎ_１４−１／ｎ_１４−２
全反射された光Ｌ１３−１は、透光性粒子１４−２の内部において減衰していく。このようにして、基体１１およびフレーム部材１２の間に入り込んだ光Ｌ１３−１は、透光性粒子１４−２によって減衰していく。発光装置１は、発光素子１３から放射されて基体１１およびフレーム部材１２の間に入り込む光Ｌ１３−１による影響が低減されている。
光Ｌ１３−１が透光性粒子１４−２内において減衰することにより、光Ｌ１３−１によるマトリクス材料１４−１の特性劣化が低減されている。光Ｌ１３−１が減衰することにより、基体１１およびフレーム部材１２の間から漏れる光Ｌ１３−１の量が低減されている。
透光性粒子１４−２およびマトリクス材料１４−１の屈折率差は０．２以上であることが好ましい。透光性粒子１４−２内において減衰される光Ｌ１３−１の量が多くなる。従って、発光装置１における発光特性がさらに向上される。
封入層１５は、発光素子１３に付着されている。封入層１５は、透光性材料からなる。封入層１５の“透光性”とは、発光素子１３から放射された光の少なくとも一部が透過することである。
封入層１５は、マトリクス材料１４−１より小さい屈折率を有している。従って、マトリクス材料１４−１から封入層１５の方向へ進む光の一部は、マトリクス材料１４−１および封入層１５の界面において全反射される。従って、発光素子１３から放射されてマトリクス材料１４−１によって波長に変化が生じた光が封入層１５へ進む可能性が低減されている。このように、発光装置１は、発光特性に関して向上されている。
発光部材１６は、発光素子１３上または上方に設けられている。発光部材１６は、第１次光によって第２次光を放射する蛍光材料を含んでいる。発光部材１６は、第１次光の波長を変換するものである。第２次光は、第１次光より大きい波長スペクトルを有している。
図６に示されたように、介在層１４の内側端部１４ｅは、フレーム部材１２の内側表面の端部１２ｅより外側に位置することが好ましい。図６において、外側とは、仮想のｘｙｚ空間におけるｘ軸の負方向である。発光素子１３から放射されて介在層１４に入射される光量が低減されている。従って、透光性粒子１４−２によって減衰される光量が低減されている。発光装置１は、このような構成によって、発光強度に関して向上されている。
基体１１において、介在層１４が付着される面がポーラス状であることが好ましい。図７に示されているように、介在層１４が付着される面とは、基体１１の上面１１ｕである。上面１１ｕがポーラス状であることにより、介在層１４のマトリクス材料が、上面１１ｕにおいて基体１１に入り込む。従って、接着剤である介在層１４に複数の透光性粒子１４−２が含有されていても、基体１１および介在層１４の接合強度が向上されている。
フレーム部材１２において、介在層１４が付着される面がポーラス状であることが好ましい。図７に示されているように、介在層１４が付着される面とは、フレーム部材１２の下面１２ｂである。下面１２ｂがポーラス状であることにより、介在層１４のマトリクス材料が、下面１２ｂにおいてフレーム部材１２に入り込む。従って、接着剤である介在層１４に複数の透光性粒子１４−２が含有されていても、フレーム部材１２および介在層１４の接合強度が向上されている。
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 (13)

1. 基体と、
   前記基体上に設けられたフレーム部材と、
   半導体材料からなり、前記フレーム部材によって取り囲まれる領域に配置されており、前記基体上に実装された発光素子と、
   マトリクス材料に埋め込まれた複数の透光性粒子を含んでおり、前記基体および前記フレーム部材の間に設けられた介在層と、
   を備え、前記介在層の内側端部は、前記フレーム部材の内側表面の端部より外側に位置した発光装置。
2. 前記複数の透光性粒子は、前記マトリクス材料より大きい屈折率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。
3. 前記複数の透光性粒子および前記マトリクス材料の屈折率差が０．２以上であることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 透光性材料からなり、前記発光素子に付着された封入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。
5. 前記封入層が、前記マトリクス材料より小さい屈折率を有していることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
6. 前記マトリクス材料は、４００ｎｍ以下のＵＶ波長領域の光を透過することを特徴とする請求項５記載の発光装置。
7. 前記発光素子が、２１０ｎｍから５００ｎｍの波長領域に含まれるかまたは前記波長領域に部分的に重なる第１次光を放射することを特徴とする請求項６記載の発光装置。
8. 前記第１次光によって励起されて第２次光を放射する蛍光材料を含んでおり、前記発光素子上または上方に設けられた発光部材をさらに備えていることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
9. 前記透光性粒子が無機材料からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
10. 前記無機材料がアルミナであることを特徴とする請求項９記載の発光装置。
11. 基体と、
    前記基体上に設けられており、第１次光を放射する光源と、
    前記基体上に設けられ、前記光源を取り囲み、前記第１次光の一部の進行方向を変える反射手段と、
    前記第１次光の一部を吸収する複数の透光性粒子を含んでおり、前記基体および前記反射手段を接着する介在層と、
    を備え、前記介在層の内側端部は、前記反射手段の内側表面の端部より外側に位置した発光装置。
12. 前記透光性粒子が、４００ｎｍ以下のＵＶ波長領域に含まれる光を吸収することを特徴とする請求項１１記載の発光装置。
13. 前記第１次光によって励起されて第２次光を放射する蛍光材料を含んでおり、前記光源上または上方に設けられた波長変換手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。

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