JP2016219743A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光装置10は、発光装置10の発光面側に位置する第1の面21と、第1の面21に対向する第2の面22と、第1の面21と第2の面22との間に位置する側面23と、を有する発光素子20と、樹脂を含む材料から形成され、発光素子20の側面23の少なくとも一部を覆い、発光面側に位置する第1の面31を有する透光性部材30と、透光性部材30の外面33を覆い、発光面側に位置する第1の面41を有する被覆部材40と、発光素子20の第1の面21と、透光性部材30の第1の面31及び被覆部材40の第1の面41を覆う波長変換部材50と、透光性部材30の外面33と被覆部材40との間に設けられ、無機材料から成る第1反射膜71と、被覆部材40の第1の面41と波長変換部材50との間に設けられ、無機材料から成る第2反射膜72と、を含む光反射膜70と、を備える。
【選択図】図2
Description
発光装置の発光面側に位置する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、前記第1の面と前記第2の面との間に位置する側面と、を有する発光素子と、
樹脂を含む材料から形成され、前記発光素子の前記側面の少なくとも一部を覆い、前記発光面側に位置する第1の面を有する透光性部材と、
前記透光性部材の外面を覆い、前記発光面側に位置する第1の面を有する被覆部材と、
前記発光素子の前記第1の面と、前記透光性部材の前記第1の面及び前記被覆部材の前記第1の面を覆う波長変換部材と、
前記透光性部材の前記外面と前記被覆部材との間に設けられ、無機材料から成る第1反射膜と、前記被覆部材の前記第1の面と前記波長変換部材との間に設けられ、無機材料から成る第2反射膜と、を含む光反射膜と、を備える。
波長変換部材上に、発光素子を配置する工程と、
前記発光素子の側面を透光性部材で覆う工程と、
前記透光性部材の外面を無機物である第1反射膜で覆う工程と、
前記透光性部材から露出した前記波長変換部材を、無機物である第2反射膜で覆う工程と、
前記第1反射膜及び第2反射膜を被覆部材で覆う工程と、を含む。
図1、図2(a)に示す本実施の形態に係る発光装置10は、発光素子20と、発光素子20の側面23側に設けられた透光性部材30と、透光性部材30の外面33を覆う被覆部材40とを含む。発光装置10は、発光面として機能する第1の面(上面)11側に、波長変換部材50を備えることができる。波長変換部材50は、発光素子20の第1の面(上面)21、透光性部材30の第1の面(上面)21、および被覆部材40の第1の面(上面)41を覆っている。被覆部材40と透光性部材30との間、および被覆部材40と波長変換部材50との間には、光反射膜70が設けられている。
被覆部材40と透光性部材30との間に光反射膜70を備えることにより、発光素子20から透光性部材30を通過する光が被覆部材40に到達する前に、その光を光反射膜70で反射することができる。また、被覆部材40と波長変換部材50との間に光反射膜70を備えることにより、波長変換部材50の内部を伝搬する光が被覆部材40に到達する前に、その光をその光を光反射膜70で反射することができる。よって、被覆部材40の光反射率の低下を考慮せずに、被覆部材40を任意に設計することができる。
透光性基板27としては、例えばサファイア基板が利用できる。
発光素子20の第2の面(下面)22側には、発光素子20に通電するための一対の電極251、252が設けられている。なお、本明細書において、発光素子20の「第2の面22」は、電極251、252を含まない状態における発光素子20の面を指している。よって、本実施の形態では、第2の面22は、半導体積層体28の下面と一致する。
透光性部材30が側面の一部23を覆う場合には、半導体積層体28の側面に露出した3つの半導体層281、282、283のうち、第1導電型半導体層281の側面および発光層282の側面は全て透光性部材30で覆われているのが好ましい。
透光性部材30の外面33と被覆部材40との間には、第1反射膜71が設けられている。これにより、発光素子20の側面23から透光性部材30に取り出された光を、第1反射膜71で反射して、発光装置10の第1の面(上面)11側から取り出すことができる。
被覆部材40の第1の面41と波長変換部材50の第2の面52との間には、第2反射膜72が設けられている。これにより、波長変換部材50で波長変換された後に被覆部材40の第1の面41方向に向かう光を第2反射膜72で反射して、発光装置10の第1の面11側から取り出すことができる。
第2反射膜72を設けない場合、散乱光の一部は、波長変換部材50の第2の面52と接触する被覆部材40の第1の面(上面)41に向かう。被覆部材40に、光反射率の高い材料(例えば白色の樹脂材料)を使用することにより、その光を、被覆部材40の第1の面41で反射させることは可能である。しかし、カーボンブラック等の光反射率を低下させ得る添加物を被覆部材40に添加すると、波長変換部材50の第2の面52に到達した光の一部が被覆部材40に吸収され得るため、発光装置10の光取出し効率が低下する。
電極251、252の側面251c、252cと被覆部材40との間に、第3反射膜73を設けてもよい。また、発光素子20の第2の面22のうち、電極251、252が形成されていない領域(これを「露出領域」と称する)と被覆部材40との間に、第4反射膜74を設けてもよい。これにより、発光素子20の発光層282(図4参照)で発生して、発光素子20の第2の面(下面)22方向に向かう光を、第3反射膜73で効率よく反射して、発光素子20の側面23または第1の面(上面)21から、発光素子20の外に取り出すことができる。
誘電体多層膜は、特定波長の光を反射するように設計されるため、反射できる光の波長範囲が狭い。第3反射膜73および第4反射膜74は、主に、発光素子20から発せられる光の反射に寄与するため、反射可能な波長域の狭い誘電体多層膜であっても、高効率で光を反射させることができる。
図5〜図9を参照しながら、本実施の形態に係る発光装置10の第1の製造方法について説明する。第1の製造方法では、複数の発光装置10を同時に製造することができる。
波長変換シート500の第2の面520上に、透光性部材30を形成するための液状樹脂材料300を、分離した複数の島状に塗布する(図5(a)、図8(a))。このとき、比較的大きい波長変換シート500を用いて、1枚の波長変換シート500の上に複数の島状の液状樹脂材料300を配置する。島状に設けられた各液状樹脂材料300は、平面視において任意の形状にすることができ、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形が挙げられる。なお、隣接する島状の液状樹脂材料300の間隔が広すぎると、同時に形成できる発光装置10の個数が減少して、発光装置10の量産の効率が悪くなるので、液状樹脂材料300は適切な間隔で配置するのが望ましい。
図5(b)、図8(b)に示すように、島状の各液状樹脂材料300の上に、発光素子20を配置する。このとき、発光素子20の第1の面21を、波長変換部材50の第2の面52と向かい合わせて配置する。発光素子20を島状の液状樹脂材料300の上に配置するだけで、もしくは配置した上で発光素子20を押圧することにより、表面張力によって液状樹脂材料300は発光素子20の側面23に這い上がり、液状樹脂材料300の外面303(後の透光性部材30の外面33)は下向きに拡がった形状になる。その後に液状樹脂材料300を加熱等によって硬化させて、透光性部材30を得る。
液状樹脂材料300の平面視の形状は、発光素子20の配置または押圧により変形し、最終製品である発光装置10が備える透光性部材30の第1の面31(図1、図2参照)の外形とほぼ一致する形状となる。
図6(a)、図8(c)に示すように、発光素子20、透光性部材30および波長変換シート500を、光反射連続膜700で覆う。この光反射連続膜700は、各発光装置10に個片化した後に、光反射膜70となる(図1、図2参照)。光反射連続膜700は、透光性部材30の外面33を覆う第1部分710(個片化後の第1反射膜71)と、透光性部材30から露出した波長変換シート500を覆う第2部分720(個片化後の第2反射膜72)とを含む。光反射連続膜700は、さらに、電極251、252の側面251c、252cを覆う第3部分730(個片化後の第3反射膜73)と、発光素子20の第2の面22の露出領域を覆う第4部分740(個片化後の第4反射膜74)とを含み得る。さらに、電極251、252の表面251s、252sを覆う第5部分750も含み得る。
光反射連続膜700が金属材料から形成される場合、電極251、252の表面と発光素子20の第2の面22(半導体積層体28が露出している)とに絶縁膜を形成して、光反射連続膜700と、電極251、252および半導体積層体28とを絶縁する。あるいは、光反射連続膜700のうち、第3部分と第4部分730、740(電極251、252と、発光素子20の第2の面22とを覆う部分)を除去して、光反射連続膜700と、電極251、252および半導体積層体28との短絡を防止してもよい。
透光性部材30の外面33および波長変換シート500の第2の面520を覆う光反射連続膜700(第1部分710、第2部分720)、被覆部材400で覆う(図6(b)、図9(a))。この被覆部材400は、各発光装置10に個片化した後に、被覆部材40となる。さらに、発光素子20の第2の面22の露出部分および電極251、252の側面251c、252cを覆う光反射連続膜700(第3部分730、第4部分740)も、被覆部材400で覆うのが好ましい。発光素子20の電極251、252の表面251s、252sを覆う光反射連続膜700(第5部分750)も被覆部材400で覆われるように、被覆部材400の厚さ(−z方向の寸法)を調節する。図9(a)に示すように、波長変換シート500上に配置された複数の発光素子20の周囲に設けた複数の透光性部材30は、連続する1つの被覆部材400で覆われる。
その後、発光素子20の電極251、252が露出するように、公知の加工方法により被覆部材400および光反射連続膜700の第5部分750を除去する(図7(a)、図11(b))。
隣接する発光素子20の中間を通る破線X1、破線X2、破線X3および破線X4(図8(b)、図11(a))に沿って、被覆部材400、光反射連続膜700および波長変換シート500をダイサー等で切断する。これにより、個々の発光装置10に個片化される(図7(b)、図9(b))。このように、発光素子20を1つ含む発光装置10を、同時に複数製造することができる。
図10〜図11を参照しながら、本実施の形態に係る発光装置10の第2の製造方法について説明する。液状樹脂材料300を形成する前に、波長変換シート500上に発光素子20を固定する点で第1の製造方法と異なる。その他の点については、第1の製造方法と同様である。なお、第1の製造方法と同様の工程については、説明を省略する。
波長変換シート500の第2の面520上に発光素子20を配置する(図10(a)、図11(a))。このとき、発光素子20の第1の面21を、波長変換部材50の第2の面52と向かい合わせて配置する。波長変換シート500は、各発光装置10に個片化した後に、波長変換部材50となる。比較的大きい波長変換シート500を用いて、1枚の波長変換シート500の上に、複数の発光素子20を配置する。隣接する発光素子20は、所定の間隔をあけて配置される。なお、隣接する発光素子20の間隔が広すぎると、同時に形成できる発光装置10の個数が減少して、発光装置10の量産の効率が悪くなるので、発光素子20は、適切な間隔で配置するのが望ましい。
発光素子20は、透光性の接着剤等により波長変換部材50に固定することができる。また、波長変換部材50自体が接着性を有する場合(半硬化状態等である場合)には、接着剤を使わずに固定してもよい。
発光素子20の側面23の一部と、波長変換部材50の第2の面52のうち発光素子20の近傍領域とを覆うように、透光性部材30を形成する(図10(b)、図11(b))。透光性部材30の原材料となる液状樹脂材料30Lを、ディスペンサ等を用いて、発光素子20と波長変換部材50との境界に沿って塗布する。ある発光素子20の周囲に形成された液状樹脂材料30Lと、その発光素子20と隣接して配置された発光素子20の周囲に形成された液状樹脂材料30Lとが接触しないように、液状樹脂材料30Lを形成する。液状樹脂材料30Lは、波長変換部材50の上に広がるとともに、表面張力によって発光素子20の側面23を這い上がる。その後に、液状樹脂材料30Lを加熱等によって硬化させて、透光性部材30を得る。
この製造方法によれば、発光素子20と波長変換部材50との間に、膜状の透光性部材30t(図2参照)が形成されない。よって、第2の製造方法は、発光素子20と波長変換部材50とを直接接触させたい場合、またはそれらの間に、透光性部材30とは異なる部材を配置したい場合に好適である。
図12、図13に示すように、本実施の形態に係る発光装置15は、実施の形態1に係る発光装置10と比較して、波長変換部材501の側面501bが被覆部材403で覆われている点と、被覆部材403が2層構造になっている点で相違する。その他の点については、実施の形態1と同様である。
(発光素子20)
発光素子20としては、例えば発光ダイオード等の半導体発光素子を用いることができる。半導体発光素子は、透光性基板27と、その上に形成された半導体積層体28とを含むことができる。
発光素子20の透光性基板27には、例えば、サファイア(Al2O3)、スピネル(MgAl2O4)のような透光性の絶縁性材料や、半導体積層体28からの発光を透過する半導体材料(例えば、窒化物系半導体材料)を用いることができる。
半導体積層体28は、複数の半導体層を含む。半導体積層体28の一例としては、第1導電型半導体層(例えばn型半導体層)281、発光層(活性層)282および第2導電型半導体層(例えばp型半導体層)283の3つの半導体層を含むことができる(図4参照)。半導体層には、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、InXAlYGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物系の半導体材料(例えばInN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等)を用いることができる。
発光素子20の電極251、252、257、258としては、電気良導体を用いることができ、例えばCu、Au、Ag、Ni、Sn等の金属が好適である。
一対の電極を構成する2つの電極251、252の各々は、任意の形状にすることができる。例えば、図1〜2に示す発光装置10では、電極251、252は、一方向(y方向)に伸びた直方体とすることができる。電極251、252は、同じ形状でなくてもよい。また、2つの電極251、252は、互いに離間していれば、任意に配置することができる。図1に示すように、本実施の形態では、2つの電極251、252は、各電極の長軸がy方向と一致するように平行に配置されている。
透光性部材30は、透光性樹脂、ガラス等の透光性材料から形成することができる。透光性樹脂としては、特に、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性の透光性樹脂であるのが好ましい。透光性部材30は発光素子20の側面23と接触しているので、点灯時に発光素子20で発生する熱の影響を受けやすい。熱硬化性樹脂は、耐熱性に優れているので、透光性部材30に適している。なお、透光性部材30は、光の透過率が高いことが好ましい。そのため、通常は、透光性部材30に、光を反射、吸収又は散乱する添加物は添加されないことが好ましい。しかし、望ましい特性を付与するために、透光性部材30に添加物を添加するのが好ましい場合もある。例えば、透光性部材30の屈折率を調整するため、または硬化前の透光性部材(液状樹脂材料300)の粘度を調整するために、各種フィラーを添加してもよい。
被覆部材40、403は、ガラス材料、樹脂材料等の無機材料から形成することができ、特に、樹脂材料から形成するのが好ましい。樹脂材料としては、特に、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が好適である。
被覆部材40、403には、所望の特性を付与するために、添加剤を添加するのが好ましい。添加剤としては、成形性を改善するための成形性改良剤、機械的強度を高めるための補強材、耐熱性を向上するための添加剤等が挙げられる。特に、機械的強度を高めるために、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ガラス繊維などを添加するのが好ましい。
波長変換部材50は、蛍光体と透光性材料とを含んでいる。透光性材料としては、透光性樹脂、ガラス等が使用できる。特に、透光性樹脂が好ましく、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。
波長変換部材50には、粘度を調整する等の目的で、各種のフィラー等を含有させてもよい。
光反射膜70を構成する各反射膜(第1反射膜71、第2反射膜72、第3反射膜73、第4反射膜74)は、無機材料から形成するのが好ましい。
各反射膜は、金属材料又は絶縁性材料等のうち、光の反射率の高いもので形成することができる。なお、絶縁性材料としては、材料自体が反射率の高いもの以外に、誘電体多層膜も含む。各材料について以下に詳述する。
各反射膜に適した金属材料としては、例えば銀、銀合金、アルミニウム、金、プラチナ等が挙げられる。特に、耐硫化性に優れた銀合金が好ましく、当該分野で公知の銀合金のいずれを用いてもよい。反射膜の厚さは、特に限定されるものではなく、発光素子から出射される発光を効果的に反射することができる厚さ(例えば、約20nm〜約1μm)、特に50nm以上の厚さであるのが好ましい。
誘電体多層膜(DBR)は、所定波長の光を選択的に反射することができる反射膜であり、屈折率の異なる2種類の誘電体膜を所定の厚さで交互に積層した構造を有する。具体的には、任意に形成された酸化膜等からなる下地層の上に、低屈折率層と高屈折率層とを、反射すべき光の1/4波長の厚さで交互に積層することにより、当該所定波長の光を高効率で反射することができる。
誘電体膜には、例えば、Si、Ti、Zr、Nb、Ta、Alからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物又は窒化物を用いることができ、スパッタリング又はCVDにより成膜することができる。例えば、低屈折率層をSiO2、高屈折率層をNb2O5、TiO2、ZrO2又はTa2O5等とすることができる。具体的には、下地層側から順番に(Nb2O5/SiO2)n(n=2〜5)が挙げられる。
DBRの総膜厚は、約0.2〜1μm程度とすることができる。
微粒子の材料としては、光反射率の高い酸化チタン、酸化ジルコニウム等を好ましく用いることができる。微粒子を層状に形成する方法としては、揮発性の溶剤に微粒子を混合させたものを透光性部材33の外面を被覆するよう設けた後に、溶剤を揮発させる等があげられる。
絶縁物の微粒子を光反射膜として用いることにより、誘電体多層膜を用いる場合と同様に、電極251、252および半導体積層体28の表面に直接形成しても短絡が生じない点で有利である。また、酸化チタンのような反射可能な波長域の広い材料を用いることにより、金属膜を用いる場合と同様に、発光素子20から発せられる光と、波長変換部材50で波長変換された光とを含む混合光を効率的に反射することができる。
11 発光装置の第1の面(上面)
20 発光素子
21 発光素子の第1の面(上面)
22 発光素子の第2の面(下面)
23 発光素子の側面
28 半導体積層体
251、252 電極
30 透光性部材
33 透光性部材の外面
40 被覆部材
50 波長変換部材
70 光反射膜
Claims (13)
- 発光装置の発光面側に位置する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、前記第1の面と前記第2の面との間に位置する側面と、を有する発光素子と、
樹脂を含む材料から形成され、前記発光素子の前記側面の少なくとも一部を覆い、前記発光面側に位置する第1の面を有する透光性部材と、
前記透光性部材の外面を覆い、前記発光面側に位置する第1の面を有する被覆部材と、
前記発光素子の前記第1の面と、前記透光性部材の前記第1の面及び前記被覆部材の前記第1の面を覆う波長変換部材と、
前記透光性部材の前記外面と前記被覆部材との間に設けられ、無機材料から成る第1反射膜と、前記被覆部材の前記第1の面と前記波長変換部材との間に設けられ、無機材料から成る第2反射膜と、を含む光反射膜と、を備える、発光装置。 - 前記第1反射膜と前記第2反射膜とが同一の無機材料から成る請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、その第2の面側に電極を有し、
前記被覆部材は、前記電極の側面と、前記発光素子の前記第2の面のうち前記電極が設けられていない露出領域とを覆っており、
前記光反射膜は、
前記電極の前記側面と前記被覆部材との間に設けられ、無機材料から成る第3反射膜と、
前記発光素子の前記露出領域と前記被覆部材との間に設けられ、無機材料から成る第4反射膜と、をさらに含む請求項1または2に記載の発光装置。 - 前記第1反射膜、前記第2反射膜、前記第3反射膜及び前記第4反射膜の2つ以上が同一の無機材料から成る請求項3に記載の発光装置。
- 前記光反射膜の少なくとも一部が誘電体多層膜から成る請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記光反射膜の少なくとも一部が金属膜から成る請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記被覆部材が、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ガラス繊維から成る群から選択される1つ以上の補強材を含有する樹脂材料を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の前記外面は、前記発光素子の第2の面側から第1の面側に向かって外向きに傾斜している、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 波長変換部材上に、発光素子を配置する工程と、
前記発光素子の側面を透光性部材で覆う工程と、
前記透光性部材の外面を無機材料である第1反射膜で覆う工程と、
前記透光性部材から露出した前記波長変換部材を、無機材料である第2反射膜で覆う工程と、
前記第1反射膜及び第2反射膜を被覆部材で覆う工程と、を含む発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材の前記外面は、前記発光素子の第2の面側から第1の面側に向かって外向きに傾斜している、請求項9に記載の製造方法。
- 前記第1反射膜で覆う工程と前記第2反射膜で覆う工程とを、同時に行う請求項9または10に記載の製造方法。
- 前記発光素子は第2の面側に電極を有しており、
前記被覆部材で覆う工程前に、
前記電極の側面を第3反射膜で覆う工程と、
前記発光素子の前記第2の面のうち前記電極で覆われていない領域を第4反射膜で覆う工程と、をさらに含み、
前記被覆部材で覆う工程において、前記被覆部材により、前記第3反射膜と前記第4反射膜とをさらに覆うことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の製造方法。 - 前記第1反射膜、前記第2反射膜、前記第3反射膜及び前記第4反射膜から成る群から選択される2つ以上の反射膜が同一の材料から成り、
前記同一の材料から成る前記反射膜を同時に形成することを特徴とする請求項12に記載の製造方法。
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