JP5047264B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る発光装置に用いられる半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図1に表したように、本実施形態に係る発光装置210は、半導体発光素子10と、実装部材20と、第1波長変換層30と、第1透光層40と、を備える。
なお、第1波長変換粒子31は、1種類の材料に限らず、2種類以上の材料を含むことができる。
図3に表したように、半導体発光素子10の発光層103で放出された第1光L1の一部は、p型半導体層の側の第1主面10a(上面)に向かって進行し、発光装置210の外部に取り出される。そして、第1光L1の別の一部は、n型半導体層(n型コンタクト層102)の側の第2主面10b(下面)に向かって進行し、第1透光層40を通過して、第1波長変換層30に入射する。第1波長変換層30においては、第1光L1が吸収され、第1光L1とは異なる波長特性(第1光L1よりも長波長の波長特性)を有する第2光L2が放出される。
例えば、第2光L2は、第1透光層40と、半導体発光素子10の第1透光層40の側の第2主面10bと、の間の界面と、第1透光層40と第1波長変換層30との間の界面または第1波長変換層30と実装部材20との間の界面と、で反射し、第1透光層40の中を伝搬する。
例えば、第1光L1は、第1透光層40と、半導体発光素子10の第1透光層40の側の第2主面10bと、の間の界面と、第1透光層40と第1波長変換層30との間の界面または第1波長変換層30と実装部材20との間の界面と、で反射し、第1透光層40の中を伝搬する。
本実施形態に係る第1実施例の発光装置の特性について比較例と比較しながら説明する。
第1実施例の発光装置210aは、図1に例示した発光装置210の構成と同じ構成を有する。発光装置210aは、以下のようにして作製された。
このようにして、第1実施例の発光装置210aが作製された。
図4は、第1比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図4に表したように、第1比較例の発光装置219aにおいては、半導体発光素子10の第2主面10bに接して第1波長変換層30が設けられ、第1波長変換層30と実装部材20との間にシリコーン系透明ダイボンド材層41が設けられている。このシリコーン系透明ダイボンド材層41は、第1実施例における第1透光層40と同じ特性を有する層である。すなわち、発光装置219aは、第1実施例の発光装置210aにおける第1波長変換層30の位置と、第1透光層40の位置と、互いに入れ換えた構成を有する。
図5は、第2比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図5に表したように、第2比較例の発光装置219bにおいては、第1透光層40が設けられていない。すなわち、発光装置219bは、第1実施例の発光装置210aにおいて、第1透光層40が設けられていない構成に相当する。
図6は、本発明の第2の実施形態に係る発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
図6に表したように、本実施形態に係る発光装置220は、上記の半導体発光素子10、実装部材20、第1波長変換層30及び第1透光層40に加え、第2波長変換層80と、第2透光層60と、をさらに備える。
(M1−x,Rx)a1AlSib1Oc1Nd1・・・組成式(1)
を用いることが望ましい。ここで、Mは、Si及びAlを除く少なくとも1種の金属元素であり、特に、Ca及びSrの少なくとも一方が望ましい。Rは、発光中心元素であり、特に、Euが望ましい。x、a1、b1、c1及びd1は、次の関係を満たす。0<x≦1、0.6<a1<0.95、2<b1<3.9、0.25<c1<0.45、4<d1<5.7。
組成式(1)で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
(M1−x,Rx)a2AlSib2Oc2Nd2・・・組成式(2)
を用いることが好ましい。ここで、Mは、Si及びAlを除く少なくとも1種の金属元素であり、特にCa及びSrの少なくとも一方が望ましい。Rは、発光中心元素であり、特にEuが望ましい。x、a2、b2、c2及びd2は、次の関係を満たす。0<x≦1、0.93<a2<1.3、4.0<b2<5.8、0.6<c2<1、6<d2<11。
組成式(2)で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
以下、本実施形態に係る第2実施例の発光装置の特性について比較例と比較しながら説明する。
第2実施例の発光装置220aは、図6に例示した発光装置220の構成と同様の構成を有する。発光装置220aは、以下のようにして作製された。
第1実施例の発光装置210aを作製した後、さらに、半導体発光素子10の上に第2透光層60となるシリコーン樹脂層を形成した。すなわち、大気中、常圧で実装部材20を150℃の温度に加熱しつつ、ディスペンサーを使用して、半導体発光素子10を覆うように、シリコーン樹脂を塗布した。このシリコーン樹脂の頂部の厚みと端面の厚みとの比は、ほぼ1:1とされ、シリコーン樹脂は、上に凸状の曲線状に塗布された。そして、常圧で、150℃で60分間、シリコーン樹脂を乾燥させ、第2透光層60が形成された。
図7は、第3比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図7に表したように、第3比較例の発光装置229aは、第1比較例の発光装置219aに、さらに第2透光層60及び第2波長変換層80を設けたものである。すなわち、第3比較例の発光装置229aは、第2実施例の発光装置220aにおける第1波長変換層30及び第1透光層40の位置を入れ換えた構成を有する。これ以外は、第2実施例の発光装置220aと同様である。
図8は、第4比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図8に表したように、第4比較例の発光装置229bにおいては、第2比較例の発光装置219bに、さらに第2透光層60及び第2波長変換層80を設けたものである。すなわち、第4比較例の発光装置229bの構成は、第2実施例の発光装置220aにおいて、第1透光層40が設けられていない構成に相当する。これ以外は、第2実施例の発光装置220aと同様である。
図9は、第5比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図9に表したように、第5比較例の発光装置229cにおいては、半導体発光素子10と実装部材20との間に第1波長変換層30が設けられず、シリコーン系透明ダイボンド材層41が設けられている。そして、第2透光層60と第2波長変換層80cとが設けられている。そして、発光装置229cの発光色を、第2実施例の発光装置220aの発光色に合わせるように、発光装置229cの第2波長変換層80cの仕様が調整されている。すなわち、発光装置229cにおける第2波長変換層80cの厚さは、第2実施例の発光装置220aにおける第2波長変換層80の厚さよりも厚い。
第3実施例の発光装置230aは、図6に例示した発光装置220と同様の構成を有している。ただし、第3実施例の発光装置230aにおいては、半導体発光素子10から放出される第1光L1が青色光であり、第1波長変換層30から放出される第2光L2が赤色光であり、第2波長変換層80から放出される第3光が緑色光である例である。
第1実施例と同様の方法で、半導体発光素子10の下面(第2主面10b)に、シリコーン樹脂の第1透光層40を形成した。
第6比較例の発光装置239bは、第3実施例の発光装置230aにおいて、第1透光層40が設けられていない構成を有する。これ以外は、第3実施例の発光装置230aと同様である。すなわち、第6比較例の発光装置239bの構成は、図8に例示した第4比較例の発光装置229bの構成において、第1波長変換層30にサイアロン系赤色蛍光体((Sr2Si7Al3ON13:Eu2+)の組成を有する)を含有する赤色蛍光体層を用い、第2波長変換層80にサイアロン系緑色蛍光体((Sr3Si13Al3O2N21:Eu2+)の組成を有する)を含有する緑色蛍光体層を用いた構成に相当する。
図10は、第7比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図10に表したように、第7比較例の発光装置239dにおいては、半導体発光素子10と実装部材20との間に第1波長変換層30が設けられず、シリコーン系透明ダイボンド材層41が設けられている。そして、第2透光層60と第2波長変換層80とが設けられている。そして、第2透光層60の内側に、内側波長変換層80dが設けられ、内側波長変換層80dと半導体発光素子10との間に内側透光層60dが設けられている。
半導体発光素子10を、シリコーン系透明ダイボンド材層41を用いて実装部材20に実装した後、電気的接続を行い、内側透光層60dとなる透明なシリコーン樹脂を、第2透光層60と同様の方法で形成し、内側透光層60dを形成した。その後、第2波長変換層80と同様の方法で、内側透光層60dを覆うように、内側波長変換層80dとなるサイアロン系赤色蛍光体((Sr2Si7Al3ON13:Eu2+)の組成を有する)を含有する赤色蛍光体層を形成し、内側波長変換層80dを形成した。その後、第3実施例と同様の方法で、内側波長変換層80dを覆うように第2透光層60を形成し、さらに、第2透光層60を覆うようにサイアロン系緑色蛍光体((Sr3Si13Al3O2N21:Eu2+)を含有する緑色蛍光体層を形成し、第2波長変換層80を形成した。このようにして、図10に例示した第7比較例の発光装置239dが作製された。
図11(a)、図11(b)及び図11(c)は、本発明の第3の実施形態に係る発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
図11(a)に表したように、本実施形態に係る発光装置211においては、半導体発光素子10の基板90(及びバッファ層101)が除去されており、半導体発光素子のn型半導体層(n型コンタクト層102)が、第1透光層40に接触し、第1透光層40と実装部材20との間に第1波長変換層30が設けられている。このように、本発明の実施形態に係る発光装置に用いられる半導体発光素子10は、n型半導体層(例えばn型コンタクト層102)と、p型半導体層(例えばp型コンタクト層105)との間に、発光層103が設けられる構成であれば良く、例えば基板90等は必要に応じて省略される。発光装置211においても、第1波長変換層30及び第1透光層40を設けることで、効率が向上する。
図12(a)、図12(b)及び図12(c)に表したように、本実施形態に係る別の発光装置214、215及び216では、それぞれ発光装置211、212及び213において、図6に関して説明した第2波長変換層80及び第2透光層60をさらに設けたものである。このように、第2波長変換層80及び第2透光層60をさらに設けることで、図6に関して説明したのと同様に、高い効率が得られる。また、波長変換層を複数(第1波長変換層30及び第2波長変換層80)設けることで、発光装置220が発光する光の波長特性が制御し易くなり、演色性の高い所望の発光の実現がより容易になる。
図13(a)に表したように、本実施形態に係る発光装置217においては、半導体発光素子10の基板90(及びバッファ層101)が除去されており、半導体発光素子10のn型半導体層(n型コンタクト層102)の側の第2主面10bにn側電極108が設けられている。n側電極108として、例えば、透明電極を用いることができる。なお、p型半導体層(p型コンタクト層105)の側の第1主面10aにp側電極107が設けられている。そして、半導体発光素子10のn側電極108が、n側バンプ108bにより、実装部材20のn側基板電極108eに電気的に接続されており、半導体発光素子10のp側電極107は、p側配線107wにより、実装部材20のp側基板電極107eに電気的に接続されている。
図14(a)に表したように、本実施形態に係る発光装置217aにおいては、半導体発光素子10の基板90が導電性を有し、基板90が、第1透光層40に接触し、第1透光層40と実装部材20との間に第1波長変換層30が設けられている。基板90には、例えば、SiC基板が用いられる。n側電極108は、基板90の側の第2主面10bに設けられている。この場合には、n側電極108として透明電極が用いられている。なお、p型半導体層(p型コンタクト層105)の側の第1主面10aにp側電極107が設けられている。そして、半導体発光素子10のn側電極108が、n側バンプ108bにより、実装部材20のn側基板電極108eに電気的に接続されており、半導体発光素子10のp側電極107は、p側配線107wにより、実装部材20のp側基板電極107eに電気的に接続されている。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (5)
- 基板と前記基板に積層され前記基板に接する窒化物系半導体層とを含む半導体発光素子と、
前記実装部材であって前記窒化物系半導体層と前記実装部材との間に前記基板が配置される実装部材と、
前記基板と前記実装部材との間に設けられ、前記実装部材に接し、前記半導体発光素子から放出される第1光を吸収して前記第1光の波長よりも長い波長を有する第2光を放出する第1波長変換層と、
前記基板と前記第1波長変換層との間に設けられ、前記基板及び前記第1波長変換層に接し、前記第1光及び前記第2光に対して透光性を有する第1透光層と、
を備え、
前記窒化物半導体層の屈折率は、前記基板の屈折率よりも大きく、
前記基板の屈折率は、前記第1透光層の屈折率よりも大きく、
前記第1透光層の前記屈折率は、前記第1波長変換層の屈折率以上であり、
前記第1透光層は、前記第2光を前記基板と前記第1透光層との間の界面と前記第1透光層と前記第1波長変換層との界面で反射させて前記第1透光層の側面から外界へ出射させることを特徴とする発光装置。 - 前記基板の前記屈折率と前記第1透光層の前記屈折率との差の絶対値は、前記第1透光層の前記屈折率と前記第1波長変換層の前記屈折率との差の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記第1波長変換層は、前記第1光を吸収して前記第2光を放出する第1波長変換粒子と、前記第1波長変換粒子が分散された樹脂と、を有し、
前記第1波長変換粒子の粒子径は、1マイクロメートル以上、50マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項2記載の発光装置。 - 前記半導体発光素子の前記第1透光層とは反対の側に設けられ、前記第1光を吸収して前記第1光とは異なる波長特性を有する第3光を放出する第2波長変換層と、
前記半導体発光素子と前記第2波長変換層との間に設けられ、前記第1光及び前記第2光に対して透光性を有する第2透光層と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項3記載の発光装置。 - 前記第3光の波長は、前記第1光の前記波長よりも長く、前記第2光の前記波長以下であることを特徴とする請求項4記載の発光装置。
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