JP5377440B2 - 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(a)及び図1(b)は、第1の実施形態に係る発光装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、図1(b)は模式的平面図であり、図1(a)は、図1(b)のA1−A2線断面図である。
図2は、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斜視図である。
図1(a)、図1(b)及び図2に表したように、実施形態に係る発光装置110は、ベース基板10と、第1基板20aと、第2基板20bと、第1半導体発光素子30aと、第2半導体発光素子30b、とを備える。
第1基板20aは、ベース基板10の主面11上に設けられる。
第2基板20bは、ベース基板10の主面11上において第1基板20aと並置される。
第2半導体発光素子30bは、第2基板20bのベース基板10とは反対側において第2反射領域25b上に設けられる。第2半導体発光素子30bは、第2発光層33bを含む第2積層構造体37bを含む。
第1基体22a及び第2基体22bには、任意の材料を用いることができる。
第2高反射層21bの端面の位置と第2基体22bの端面の位置とは、X−Y平面内で互いに一致することができる。
同様に第2発光層33bから発光光が放出される。
(S1+100t12)≦R1≦(S1+10000t12) …(第1式)
で表される第1式の関係を満たす。
このとき、第2反射領域25bの面積R2(mm2)は、
(S2+100t22)≦R2≦(S2+10000t22) …(第2式)
で表される第2式の関係を満たす。
100t1≦L≦10000t1 …(第3式)
100t2≦L≦10000t2 …(第4式)
で表される第3式及び第4式の関係を満たす。
発明者は、基板20の反射領域のサイズと、半導体発光素子30のサイズと、をパラメータにし、半導体発光素子30から横方向(Z軸方向に対して傾斜した方向)に放出される発光光が反射領域に入射される状態をシミュレーションした。以下では、このシミュレーションに関して、第1基板20aの第1反射領域25aと、第1半導体発光素子30aと、を例にして説明する。
第1半導体発光素子30aのX軸方向に沿った幅を半導体発光素子幅w2とする。第1半導体発光素子30aのY軸方向に沿った幅w6は、半導体発光素子幅w2と同じである。
第1反射領域25aの反射領域幅w1と、第1半導体発光素子30aの半導体発光素子幅w2と、第1半導体発光素子30aの第1発光層33aの高さt1を変えて、第1発光層33aから放出された発光光の全体に対して、第1反射領域25aに入射する光の割合である反射領域への入射率Rr(%)を求めた。反射領域への入射率Rrが高いと、光取り出し効率が高くなる。
すなわち、図3(a)は、第1半導体発光素子30aの半導体発光素子幅w2が0.6mmで、高さt1を0.1mm、0.15mm、0.2mm、及び、0.3mmと変えたときの、反射領域への入射率Rrのシミュレーション結果を示している。 図3(b)は、半導体発光素子幅w2を0.35mm、0.6mm及び1mmと変え、高さt1を0.2mm及び0.3mmと変えたときの反射領域への入射率Rrのシミュレーション結果を示している。
これらの図において、横軸は反射領域幅w1であり、縦軸は反射領域への入射率Rrである。
図4(a)は、反射領域への入射率Rrが43%以上になる第1反射領域25aの面積R1(43%)と高さt1との関係、及び、45%以上になるときの第1反射領域25aの面積R1(45%)と高さt1との関係を示している。図4(a)は、図3(a)に例示した結果から導出されたものである。また、図4(a)には、反射領域への入射率Rrが所望の値になるときの第1反射領域25aの面積R1が、(S1+α×t12)で表されるものと仮定し、係数αを100、200、300及び400と変えたときの特性を破線で示している。
面積R1を(S1+10000t12)以下とすることで、第1反射領域25aが過度に大きくなることが抑制できる。さらに、実用的に十分な光取り出し効率が得られる場合には、面積R1は(S1+1000t12)以下でも良い。これにより、第1反射領域25aを高い光取り出し効率が得られる大きさで、実用的な小さい値にでき、発光装置110の小型化がし易く、また発光装置110の設計の自由度が拡大するのでより望ましい。
図4(b)に表したように、反射領域への入射率Rrが43%以上になる反射領域幅w1(43%)は、高さt1に対して線形の関係を有する。同様に、反射領域への入射率Rrが45%以上になる反射領域幅w1(45%)は、高さt1に対して線形の関係を有する。
また、例えば、幅w3と幅w4とが互いに異なっている場合において、幅w3と幅w4とのいずれかが高さt1の7倍以上であることがさらに望ましい。
第2反射領域25bは主面11に対して平行な方向に沿って第2半導体発光素子30bから突出した第2突出領域26bを有し、第2突出領域26bは、突出方向に沿った幅が高さt2の4倍以上である部分を有する。
この構成により、大電力の半導体発光素子を複数備えた、光取り出し効率が高い、実用的な発光装置が提供できる。
図5(a)、図5(b)及び図5(c)は、本実施形態に係る発光装置111a、111b及び111cの構成をそれぞれ例示している。これらの発光装置において、半導体発光素子幅w2は一定とされており、高さt1が互いに異なる。なお、これらの図においては、第1基体22aは省略され、第1反射領域25a(例えば第1高反射層21a)が描かれている。
図6(a)に表したように、本実施形態に係る別の発光装置112は、第1波長変換層50aをさらに備える。第1波長変換層50aは、第1半導体発光素子30aの第1基板20aとは反対の側の部分を有し、第1半導体発光素子30aから放出される第1光を吸収し、第1光の波長とは異なる波長の光を放出する。発光装置112は、第2波長変換層50bをさらに備える。第2波長変換層50bは、第2半導体発光素子30bの第2基板20bとは反対の側の部分を有し、第2半導体発光素子30bから放出される第2光を吸収し、第2光の波長とは異なる波長の光を放出する。
図7は、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7に表したように、本実施形態に係る発光装置120においては、第1半導体発光素子30a及び第2半導体発光素子30bの構成が、発光装置110の場合と異なる。
発光装置120によっても、大電力の半導体発光素子を複数備えた光取り出し効率が高い実用的な発光装置が提供できる。
図8は、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平面図である。
図8に表したように、本実施形態に係る発光装置130においては、第1半導体発光素子30a及び第2半導体発光素子30bの構成が、発光装置110の場合と異なる。発光装置130においては、素子電極が複数設けられている。
発光装置120によっても、大電力の半導体発光素子を複数備えた光取り出し効率が高い実用的な発光装置が提供できる。
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 (11)
- ベース基板と、
前記ベース基板の主面上に設けられ、前記ベース基板の前記主面における光反射率よりも高い光反射率を有し、前記主面に対して平行な第1反射領域を有する第1基板と、
前記ベース基板の前記主面上において前記第1基板と並置され、前記ベース基板の前記主面における光反射率よりも高い光反射率を有し、前記主面に対して平行な第2反射領域を有する第2基板と、
前記第1基板の前記ベース基板とは反対側において前記第1反射領域上に設けられ、第1発光層を含む第1積層構造体を含む第1半導体発光素子と、
前記第2基板の前記ベース基板とは反対側において前記第2反射領域上に設けられ、第2発光層を含む第2積層構造体を含む第2半導体発光素子と、
を備え、
前記第1半導体発光素子及び前記第2半導体発光素子には、それぞれ1ワット以上の電力が入力可能であり、
前記第1半導体発光素子の前記第1基板に対向する側の面の面積はS1(平方ミリメートル)であり、前記第1発光層と前記第1基板との間隔はt1(ミリメートル)であり、
前記第2半導体発光素子の前記第2基板に対向する側の面の面積はS2(平方ミリメートル)であり、前記第2発光層と前記第2基板との間隔はt2(ミリメートル)であり、
前記第1反射領域の面積R1(平方ミリメートル)は、(S1+100t12)≦R1≦(S1+10000t12)の関係を満たし、
前記第2反射領域の面積R2(平方ミリメートル)は、(S2+100t22)≦R2≦(S2+10000t22)の関係を満たし、
前記第1半導体発光素子と前記第2半導体発光素子との間の間隔L(ミリメートル)は、100t1≦L≦10000t1、及び、100t2≦L≦10000t2の関係を満たし、
前記第1反射領域は、前記主面に対して平行な方向に沿って前記第1半導体発光素子の全周において前記第1半導体発光素子から突出した第1突出領域を有し、前記第1突出領域の突出方向に沿った幅は、前記全周において前記t1の4倍以上であり、
前記第2反射領域は、前記主面に対して平行な方向に沿って前記第2半導体発光素子の全周において前記第2半導体発光素子から突出した第2突出領域を有し、前記第2突出領域の突出方向に沿った幅は、前記全周において前記t2の4倍以上であることを特徴とする発光装置。 - 前記第1基板は、
第1基体と、
前記第1基体の前記第1半導体発光素子の側に設けられ前記ベース基板の前記主面における前記光反射率よりも高い光反射率を有し前記第1反射領域となる第1高反射層と、
を含み、
前記第2基板は、
第2基体と、
前記第2基体の前記第2半導体発光素子の側に設けられ前記ベース基板の前記主面における前記光反射率よりも高い光反射率を有し前記第2反射領域となる第2高反射層と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の発光装置。 - 前記t1は、50マイクロメートル以上500マイクロメートル以下であり、
前記t2は、50マイクロメートル以上500マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。 - 前記第1半導体発光素子から放出される光の主波長は、550ナノメートル以下であり、
前記第2半導体発光素子から放出される光の主波長は、550ナノメートル以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記第1半導体発光素子から放出される光の主波長に対する前記第1反射領域の反射率は、80%以上であり、
前記第2半導体発光素子から放出される光の主波長に対する前記第2反射領域の反射率は、80%以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記第1反射領域上には前記第1半導体発光素子以外の半導体発光素子を備えず、
前記第2反射領域上には前記第2半導体発光素子以外の半導体発光素子を備えないことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記第1突出領域は、突出方向に沿った幅が、前記全周において前記t1の7倍以上であり、
前記第2突出領域は、突出方向に沿った幅が、前記全周において前記t2の7倍以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記第1積層構造体は、
前記第1発光層の前記第1基板とは反対の側に設けられた第1p形半導体層と、
前記第1発光層と前記第1基板との間に設けられた第1n形半導体層と、
をさらに含み、
前記第1半導体発光素子は、前記第1n形半導体層と前記第1基板との間に設けられ、前記第1発光層から放出される光に対して透過性を有する第1素子基板、をさらに含み、
前記第2積層構造体は、
前記第2発光層の前記第2基板とは反対の側に設けられた第2p形半導体層と、
前記第2発光層と前記第2基板との間に設けられた第2n形半導体層と、
をさらに含み、
前記第1半導体発光素子は、前記第2n形半導体層と前記第2基板との間に設けられ、前記第2発光層から放出される光に対して透過性を有する第2素子基板、をさらに含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記第1半導体発光素子は、
前記第1発光層と、
前記第1発光層の前記第1基板とは反対の側に設けられた第1p形半導体層と、
前記第1発光層と前記第1基板との間に設けられた第1n形半導体層と、
を含む第1積層構造体と、
前記第1積層構造体の前記第1p形半導体層の側の面において前記第1p形半導体層と接する複数の第1p側素子電極と、
前記第1積層構造体の前記第1p形半導体層の側の面において前記第1n形半導体層と接する複数の第1n側素子電極と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記主面上に設けられた第1p側ベース電極及び第1n側ベース電極をさらに備え、
前記第1積層構造体は、
前記第1発光層の前記第1基板とは反対の側に設けられた第1p形半導体層と、
前記第1発光層と前記第1基板との間に設けられた第1n形半導体層と、
をさらに含み、
前記第1半導体発光素子は、
前記第1積層構造体の前記第1p形半導体層の側の面において前記第1p形半導体層と接する第1p側素子電極と、
前記第1積層構造体の前記第1p形半導体層の側の面において前記第1n形半導体層と接する第1n側素子電極と、
をさらに含み、
前記第1p側ベース電極は前記第1p側素子電極と電気的に接続され、
前記第1n側ベース電極は前記第1n側素子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記第1基板は、第1基体と、前記第1基体の前記第1半導体発光素子の側に設けられ、前記ベース基板の前記主面における前記光反射率よりも高い光反射率を有し、前記第1反射領域となる第1高反射層と、を含み、
前記第1積層構造体は、
前記第1発光層の前記第1基板とは反対の側に設けられた第1n形半導体層と、
前記第1発光層と前記第1基板との間に設けられた第1p形半導体層と、
をさらに含み、
前記第1半導体発光素子は、
前記第1p形半導体層と前記第1基板との間において前記第1p形半導体層と接する第1p側素子電極と、
前記第1n形半導体層の前記第1基板とは反対の側において前記第1n形半導体層と接する第1n側素子電極と、
をさらに含み、
前記第1p側素子電極は、前記第1高反射層と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置。
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