JP6428353B2 - Light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の発光素子を用いた発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device using a plurality of light emitting elements.
半導体である発光素子と、発光素子からの光を異なる波長の光に変換する蛍光体とを用いたLED(発光ダイオード)などの発光装置が、一般照明、街路灯、車載ヘッドランプ等の光源として利用されている。高出力化を実現するために、複数の発光素子が用いられている(例えば、特許文献1)。 Light-emitting devices such as LEDs (light-emitting diodes) using light-emitting elements that are semiconductors and phosphors that convert light from the light-emitting elements into light of different wavelengths are used as light sources for general lighting, street lamps, in-vehicle headlamps, etc. It's being used. In order to achieve high output, a plurality of light emitting elements are used (for example, Patent Document 1).
また、高出力化に加え、所望の配光特性が得られる発光装置も提案されている。例えば、特定方向により高い光を出力するために、発光素子と波長変換部材との側面を反射部材で覆うことで、正面輝度の高い発光装置とすることが知られている(例えば、特許文献2)。 In addition to high output, a light emitting device capable of obtaining desired light distribution characteristics has also been proposed. For example, in order to output higher light in a specific direction, it is known that a light emitting device with high front luminance is obtained by covering the side surfaces of the light emitting element and the wavelength conversion member with a reflecting member (for example, Patent Document 2). ).
複数の発光素子を用いると発光面積も大きくなるため、2次レンズで配光を制御しにくくなる。 When a plurality of light emitting elements are used, the light emitting area becomes large, and it becomes difficult to control light distribution with the secondary lens.
課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、光出射面と、光出射面に対して傾斜する複数の光入射面と、を備えた光学部材と、複数の光入射面のうち少なくとも2面以上にそれぞれ配置される発光素子と、光出射面に配置され、発光素子からの光を異なる波長の光に変換する波長変換部材と、波長変換部材の周囲を囲む光反射部材と、を有し、光反射部材で囲まれた前記波長変換部材の発光面は、発光素子の発光面の総面積よりも小さい。 In order to solve the problem, a light emitting device according to the present invention includes an optical member including a light exit surface, a plurality of light incident surfaces inclined with respect to the light exit surface, and at least one of the plurality of light entrance surfaces A light emitting element disposed on each of two or more surfaces, a wavelength conversion member disposed on the light emitting surface and converting light from the light emitting element into light of a different wavelength, and a light reflecting member surrounding the wavelength conversion member. And the light emitting surface of the wavelength converting member surrounded by the light reflecting member is smaller than the total area of the light emitting surface of the light emitting element.
上記により、高出力で発光面積の小さい発光装置とすることができる。 As described above, a light-emitting device with high output and a small light-emitting area can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していること
がある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the light-emitting device described below is for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following unless otherwise specified. The contents described in one embodiment and example are applicable to other embodiments and examples.
The size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.
本発明の実施形態にかかる発光装置は、発光素子と、波長変換部材と、光学部材と、光反射部材と、を有する。また、発光素子を載置する基板を備える。光学部材は、発光素子の発光面側に配置される部材である。波長変換部材は、光学部材の表面であって、発光素子が配置されていない面に配置される部材である。ここで、光学部材の表面のうち、発光素子が配置される面、すなわち、発光素子からの光が入射される面を「光入射面」とする。また、光学部材の表面のうち、光入射面と異なる面であって、光入射面から光学部材の内部に入射された光が外部に出射される面を「光出射面」とする。この光出射面に波長変換部材が配置される。そして、波長変換部材は、周囲を光反射部材で囲まれた発光面を有している。 A light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a light emitting element, a wavelength conversion member, an optical member, and a light reflecting member. Further, a substrate on which the light emitting element is placed is provided. An optical member is a member arrange | positioned at the light emission surface side of a light emitting element. A wavelength conversion member is a member arrange | positioned on the surface which is the surface of an optical member, and the light emitting element is not arrange | positioned. Here, among the surfaces of the optical member, a surface on which the light emitting element is arranged, that is, a surface on which light from the light emitting element is incident is referred to as a “light incident surface”. Also, the surface of the optical member that is different from the light incident surface and from which the light that has entered the optical member from the light incident surface is emitted to the outside is referred to as a “light emitting surface”. A wavelength conversion member is disposed on the light exit surface. The wavelength converting member has a light emitting surface surrounded by a light reflecting member.
このような発光装置において、波長変換部材の発光面の面積は、発光素子の発光面の総面積よりも小さい面積である。これにより、複数の発光素子からの光を、その発光素子の発光面の面積(総面積)よりも小さい面積で発光することができる。 In such a light emitting device, the area of the light emitting surface of the wavelength conversion member is smaller than the total area of the light emitting surfaces of the light emitting elements. Thereby, light from a plurality of light emitting elements can be emitted in an area smaller than the area (total area) of the light emitting surface of the light emitting elements.
ここで、「発光素子の発光面」について説明する。発光素子は、外形は略直方体であり、n型半導体層と、活性層(発光層)と、p型半導体層とを有している。発光素子からの光は、側面からも外部に放出されるが、本明細書において「発光素子の発光面」とは、光学部材に対向する面を指すものとする。すなわち、上記のような複数の半導体層が積層された積層構造体を有する発光素子においては、その積層構造体の上面側もしくは下面側で、かつ、光学部材に対向する面を「発光素子の発光面」とする。
以下、各部材について詳説する。
Here, the “light emitting surface of the light emitting element” will be described. The outer shape of the light-emitting element is a substantially rectangular parallelepiped, and includes an n-type semiconductor layer, an active layer (light-emitting layer), and a p-type semiconductor layer. Light from the light-emitting element is also emitted to the outside from the side surface. In this specification, the “light-emitting surface of the light-emitting element” refers to a surface facing the optical member. That is, in a light-emitting element having a stacked structure in which a plurality of semiconductor layers are stacked as described above, the surface on the upper surface side or the lower surface side of the stacked structure body and facing the optical member is referred to as “light emission of the light-emitting element. Surface ".
Hereinafter, each member will be described in detail.
(基板)
基板は、その上に発光素子を載置するための部材であり、発光素子が載置可能な面積及び形状の載置面を備える。発光素子が、光学部材の複数の面(光入射面)に配置されるため、基板もそれに対応するように配置される。例えば、光学部材の各光入射面に対応するように複数の基板を用いてもよく、あるいは、光学部材の複数の面に対応する一体的な基板を用いることができる。尚、基板を複数用いる場合は、発光素子を載置した複数の基板(サブ基板)を、別の1つの基板(主基板)の上に載置して一体化するなどの構成としてもよい。
(substrate)
A board | substrate is a member for mounting a light emitting element on it, and is provided with the mounting surface of the area and shape in which a light emitting element can be mounted. Since the light emitting elements are disposed on a plurality of surfaces (light incident surfaces) of the optical member, the substrate is also disposed so as to correspond thereto. For example, a plurality of substrates may be used so as to correspond to the respective light incident surfaces of the optical member, or an integrated substrate corresponding to the plurality of surfaces of the optical member can be used. When a plurality of substrates are used, a plurality of substrates (sub-substrates) on which light-emitting elements are mounted may be mounted on another substrate (main substrate) to be integrated.
基板は、放熱性の高い部材を用いることが好ましく、絶縁性又は導電性のものを用いることができる。好ましい材料としては、AlN、SiC、Al2O3、ムライト、LTCC等のセラミック、シリコーン樹脂、シリコーン変成樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変成樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、BTレジン、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂、又はポリフタルアミド(PPA)、液晶ポリマー(LCP)、ポリカーボネート樹脂、ポリシクロヘキサンテレフタレート等の熱可塑性樹脂等の樹脂、Cu、Fe、Al等の金属などが挙げられる。更に、実装される発光素子への給電が可能な配線を備えていてもよい。外部からの給電は、例えばバネ端子や、ワイヤなどを用いることができる。バネ端子を用いることで、例えば2次基板に着脱可能な形態で固定することができる。 As the substrate, a member with high heat dissipation is preferably used, and an insulating or conductive material can be used. Preferred materials include ceramics such as AlN, SiC, Al 2 O 3 , mullite, LTCC, silicone resin, silicone modified resin, epoxy resin, epoxy modified resin, phenol resin, acrylic resin, polyimide, BT resin, unsaturated polyester, etc. Or a resin such as polyphthalamide (PPA), a liquid crystal polymer (LCP), a polycarbonate resin, a thermoplastic resin such as polycyclohexane terephthalate, or a metal such as Cu, Fe, or Al. Further, a wiring capable of supplying power to the light emitting element to be mounted may be provided. For example, a spring terminal or a wire can be used for power supply from the outside. By using the spring terminal, for example, it can be fixed to the secondary substrate in a detachable form.
基板の外形形状としては、平板、四角柱や三角柱などの角柱体、四角錐や三角錐などの角錐体、あるいは角錐台体や、更には、これらを組み合わせた形状等が挙げられ、その一部に切り欠きや凹凸、更には曲面を有していてもよい。角柱体の場合、側面と底面とが直交する直角柱や、側面と底面が斜交する斜角柱でもよく、角錐体や角錐台体も、底面と頂点を結ぶ直線や、底面と上面の中心を結ぶ直線が、底面に対して直角又は傾斜していてもよい。これらの基板のうち、1以上の面を発光素子の載置面とすることができる。 Examples of the outer shape of the substrate include a flat plate, a prismatic body such as a quadrangular prism and a triangular prism, a pyramid such as a quadrangular pyramid and a triangular pyramid, or a truncated pyramid, and a combination of these. May have notches, irregularities, or even curved surfaces. In the case of a prismatic body, it may be a right prism whose side and bottom are orthogonal to each other, or an oblique prism whose side and bottom are obliquely crossed.Pyramids and pyramids also have a straight line connecting the bottom and top, and the center of the bottom and top. The connecting straight line may be perpendicular or inclined with respect to the bottom surface. Among these substrates, one or more surfaces can be a mounting surface of the light emitting element.
(発光素子)
発光素子(LEDダイス)は、半導体発光素子であり、本発明においては複数用いられる。詳細には、後述の光学部材の入射面には、1又は複数個が配置される。例えば、複数の入射面のそれぞれに1個の発光素子が配置されて、全体として複数の発光素子としてもよく、あるいは、1つの入射面に2以上の発光素子が配置されてもよい。波長変換部材を励起可能な波長の光を発光可能なもののみを用いてもよく、あるいは、実質的に波長変換部材を励起しない波長の光を発光する発光素子を用いてもよい。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)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、GaAs、InP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発光素子を用いることもできる。
(Light emitting element)
A light emitting element (LED dice) is a semiconductor light emitting element, and a plurality of light emitting elements are used in the present invention. Specifically, one or a plurality of elements are arranged on an incident surface of an optical member described later. For example, one light emitting element may be disposed on each of a plurality of incident surfaces to form a plurality of light emitting elements as a whole, or two or more light emitting elements may be disposed on one incident surface. Only one capable of emitting light having a wavelength that can excite the wavelength conversion member may be used, or a light emitting element that emits light having a wavelength that does not substantially excite the wavelength conversion member may be used. For example, the blue, the green light emitting element, can be used with ZnSe and nitride semiconductor (In X Al Y Ga1-X -YN, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1). As the red light emitting element, GaAs, InP, or the like can be used. Furthermore, a light-emitting element made of a material other than this can also be used.
これらのうち、少なくとも、主波長が430nm〜490nmである青色系の光を出射可能な窒化物系半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いた発光素子を用いるのが好ましい。さらに、1つの発光装置に用いられる青色系の発光素子は、主波長の差が2.5nm以内のものを用いることが好ましく、これにより、発光面内での色むらが少ない発光装置とすることができる。 Among these, at least a nitride-based semiconductor (In X Al Y Ga1-X-YN, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) capable of emitting blue light having a dominant wavelength of 430 nm to 490 nm is used. It is preferable to use the light emitting element used. Furthermore, it is preferable to use a blue light-emitting element used in one light-emitting device having a main wavelength difference of 2.5 nm or less, whereby a light-emitting device with little color unevenness in the light-emitting surface is obtained. Can do.
発光素子は、基板の上に、フェイスアップ実装又はフリップチップ実装されるものの、いずれでも用いることができ、好ましくはフリップチップ実装されるものである。フリップチップ実装することで、発光素子と透光性部材との間に、ワイヤなどを介することなく配置させることができる。これにより、発光素子からの光を、効率よく透光性部材の入射面に入射させることができる。 The light-emitting element can be used either face-up mounting or flip-chip mounting on a substrate, and is preferably flip-chip mounting. By flip-chip mounting, the light emitting element and the translucent member can be arranged without using a wire or the like. Thereby, the light from a light emitting element can be efficiently entered in the entrance plane of a translucent member.
(波長変換部材)
波長変換部材は、光学部材の光出射面上に配置され、発光装置の発光面を構成する部材である。尚、波長変換部材を固定するなどのために、波長変換部材の周囲を光反射部材等で囲む場合は、これらの部材から露出した面を発光面とする。この発光面が、発光素子の発光面の総面積よりも小さい面積となっている。
(Wavelength conversion member)
A wavelength conversion member is a member which is arrange | positioned on the light-projection surface of an optical member, and comprises the light emission surface of a light-emitting device. When the periphery of the wavelength conversion member is surrounded by a light reflecting member or the like in order to fix the wavelength conversion member, the surface exposed from these members is the light emitting surface. This light emitting surface has an area smaller than the total area of the light emitting surface of the light emitting element.
波長変換部材は、上記のような発光面から、混色光を出射する。詳細には、波長変換部材は、発光素子からの光(及びそれらの集合光)によって励起され、発光素子とは異なる波長の光を発光する蛍光体を含む部材であり、発光素子からの光と、これら変換された光との混色光が、発光面から出射される。 The wavelength conversion member emits mixed color light from the light emitting surface as described above. Specifically, the wavelength conversion member is a member including a phosphor that is excited by light (and their collective light) from the light emitting element and emits light having a wavelength different from that of the light emitting element. The mixed color light with the converted light is emitted from the light emitting surface.
蛍光体としては、粒状のものが用いられており、これらを固定するために、樹脂、ガラス、セラミックなどの透光性材料と併用して用いられており、これらを含めて波長変換部材が構成されている。 As phosphors, granular materials are used, and in order to fix them, they are used in combination with translucent materials such as resin, glass, ceramic, etc., and wavelength conversion members are composed including these Has been.
波長変換部材は、光学部材の出射面上に、塗布、印刷、電着、スプレーなどの方法で設けてもよく、あるいは、光学部材とは別部材として、板状又はシート状に成形したものを、貼り付けるなどの方法で設けてもよい。波長変換部材の厚みとしては、目的とする色調や用いる蛍光体の特性(波長、組成等)、発光素子の特性(数、波長、組成等)、光学部材の特性(屈折率、厚み、形状等)に応じて適宜選択することができる。さらに、波長変換部材の厚みは、均一なみのが好ましいが、部分的に厚い部分や薄い部分があっても構わない。さらに、上面(光学部材と対向する面の反対側の面)は平面のほか、凸面、凹面、プリズム面などとすることもできる。また、光学部材の光出射面と、同じ大きさ、又は、やや小さく、あるいは、大きくすることができる。光学部材の出射面よりも大きくすることで、光学部材からの光を確実に波長変換部材に入射させやすくすることができる。また、光学部材の出射面より小さくすることで、表面輝度をより高くすることができる。 The wavelength conversion member may be provided on the light exit surface of the optical member by a method such as coating, printing, electrodeposition, spraying, or a member formed separately from the optical member into a plate shape or a sheet shape. Alternatively, it may be provided by a method such as pasting. The thickness of the wavelength conversion member includes the target color tone, the characteristics of the phosphor used (wavelength, composition, etc.), the characteristics of the light emitting element (number, wavelength, composition, etc.), and the characteristics of the optical member (refractive index, thickness, shape, etc.) ) Can be selected as appropriate. Furthermore, the thickness of the wavelength conversion member is preferably uniform, but there may be a partially thick portion or a thin portion. Furthermore, the upper surface (the surface opposite to the surface facing the optical member) can be a flat surface, a convex surface, a concave surface, a prism surface, or the like. Moreover, it can be the same size as the light emission surface of the optical member, or can be made slightly smaller or larger. By making it larger than the exit surface of the optical member, the light from the optical member can be surely easily incident on the wavelength conversion member. Moreover, surface brightness can be made higher by making it smaller than the output surface of an optical member.
波長変換部材は、1つの発光装置に、連続する1つの発光部として機能するように設けられていてもよく、あるいは、2以上の複数の発光部として機能するように設けられていてもよい。例えば、板状の波長変換部材を貼り付ける場合は、1枚の波長変換部材を、光学部材の出射面に張り付けてもよく、2枚の波長変換部材を並べて張り付けてもよい。複数枚用いる場合は、間に別部材を介してもよく、又は、互いに接触するように設けてもよい。スプレーなど、光学部材に直接形成する場合は、例えば、1つの開口を設けたマスクで1つの波長変換部材として設けてもよく、あるいは、2つの開口を設けたマスクを用いて分離する波長返還部材を2つ設けてもよい。 The wavelength conversion member may be provided in one light emitting device so as to function as one continuous light emitting unit, or may be provided so as to function as two or more light emitting units. For example, when a plate-like wavelength conversion member is attached, one wavelength conversion member may be attached to the emission surface of the optical member, or two wavelength conversion members may be attached side by side. In the case of using a plurality of sheets, another member may be interposed therebetween, or they may be provided so as to contact each other. When forming directly on an optical member such as a spray, for example, it may be provided as one wavelength conversion member with a mask provided with one opening, or a wavelength return member separated using a mask provided with two openings Two may be provided.
蛍光体は、フィッシャーサブシーブサイザーズナンバー(F.S.S.S.No.)測定法による平均粒径(Dバー)が2.5〜30μm程度とすることが好ましい。 The phosphor preferably has an average particle diameter (D bar) of about 2.5 to 30 μm as measured by the Fisher Sub-Seeds Sizes Number (FSSS No.) measurement method.
蛍光体としては、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、Ce(セリウム)で賦活されたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体、Ceで賦活されたLAG(ルテチウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体、Eu(ユーロピウム)及び/又はCr(クロム)で賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO−Al2O3−SiO2)系蛍光体、Euで賦活されたシリケート((Sr,Ba)2SiO4)系蛍光体、βサイアロン蛍光体、KSF(K2SiF6:Mn)系蛍光体などを挙げることができる。また、量子ドット蛍光体も用いることができる。 As the phosphor, those known in the art can be used. For example, Ce (cerium) activated YAG (yttrium aluminum garnet) phosphor, Ce activated LAG (lutetium aluminum garnet) phosphor, Eu (europium) and / or Cr (chromium) Activated nitrogen-containing calcium aluminosilicate (CaO—Al 2 O 3 —SiO 2 ) -based phosphor, Eu-activated silicate ((Sr, Ba) 2 SiO 4 ) -based phosphor, β sialon phosphor, KSF Examples thereof include (K 2 SiF 6 : Mn) phosphor. A quantum dot phosphor can also be used.
蛍光体とともに波長変換部材を構成する部材としては、透光性部材が好ましい。例えば、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、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、トリメチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂、ガラス、セラミック等が挙げられる。また、透光性材料を用いずに、蛍光体のみを固めたものを用いてもよい。 As a member which comprises a wavelength conversion member with fluorescent substance, a translucent member is preferable. For example, a resin such as a silicone resin, a silicone-modified resin, an epoxy resin, a phenol resin, a polycarbonate resin, an acrylic resin, a trimethylpentene resin, a polynorbornene resin, or a hybrid resin containing one or more of these resins, glass, ceramic, and the like. It is done. Moreover, you may use what hardened only the fluorescent substance, without using a translucent material.
波長変換部材は、その上面又は下面に、例えば拡散材を設けてもよい。この場合、拡散材を塗布してもよく、あるいは、拡散シートなどの別部材を積層させたり、貼り合わせたりしてもよい。さらに、フィルタなどを重ねてもよい。 For example, a diffusing material may be provided on the upper surface or the lower surface of the wavelength conversion member. In this case, a diffusion material may be applied, or another member such as a diffusion sheet may be laminated or bonded. Further, a filter or the like may be stacked.
(光学部材)
光学部材は、発光素子からの光を集合させるための部材であり、その内部に光が透過可能な透光性部材である。そして、発光素子からの光が入射される複数の光入射面と、光入射面と異なる面に設けられる1以上の光出射面と、を有する多面体である。さらに、これらの面のほかに、光反射面等を有する場合もあり、固定のための部位や、位置合わせのための部位など、種々の機能部位を有していてもよい。
(Optical member)
The optical member is a member for collecting light from the light emitting elements, and is a translucent member capable of transmitting light therein. And it is a polyhedron which has the several light-incidence surface into which the light from a light emitting element injects, and one or more light-projection surfaces provided in a different surface from a light-incidence surface. Furthermore, in addition to these surfaces, a light reflecting surface may be provided, and various functional parts such as a fixing part and a positioning part may be provided.
複数の発光素子から発光される光は、光学部材の光入射面から内部に入射され、その内面で1回以上反射された後、光学部材の光出射面から外部にむけて、集合された光(集合光として出射される。そして、光出射面に配置された波長変換部材を介して(通過して)外部に出射される。尚、光学部材の内部に入射された光は、その内面で反射されずに直接外部に出射される場合もあり、そのような光も含めて集合光として出射される。 Light emitted from a plurality of light emitting elements is incident on the inside from the light incident surface of the optical member, reflected on the inner surface at least once, and then gathered toward the outside from the light emitting surface of the optical member. (Exited as collective light. Then, it is emitted (passed) to the outside via a wavelength conversion member arranged on the light emission surface. Light incident on the inside of the optical member is reflected on the inner surface thereof. In some cases, the light is directly emitted to the outside without being reflected, and such light is also emitted as collective light.
光学部材の各光入射面は、用いられる複数の発光素子の発光面の全面が対向配置可能な大きさ及び形状を有する。各光入射面は、単一な平面のほか、段差や凹凸を有していてもよく、あるいは曲面を有していてもよい。好ましくは単一な平面である。尚、「光入射面」に凹凸を有する場合は、凹凸を有さない単一な平面の場合に比べて、表面積は広くなるが、本明細書においては、「面積」とは、このような表面積を指すのではなく、各面の外周に囲まれた領域に相当する平面積を指す。後述の、光学部材の光出射面、その他の面、さらには発光素子のそれぞれの面積についても、同様の意味である。 Each light incident surface of the optical member has a size and shape that allows the entire light emitting surfaces of the plurality of light emitting elements to be used to face each other. Each light incident surface may have a step, unevenness, or a curved surface, in addition to a single flat surface. A single plane is preferred. In addition, when the “light incident surface” has irregularities, the surface area becomes larger than in the case of a single flat surface without irregularities. In this specification, “area” means such It does not indicate a surface area, but indicates a flat area corresponding to a region surrounded by the outer periphery of each surface. The light emitting surface of the optical member, other surfaces, and the areas of the light emitting elements, which will be described later, have the same meaning.
光学部材の複数の光入射面は、それぞれ同じ大きさ、形状でもよく、異なっていてもよい。また、その位置関係については、後述の光出射面との組み合わせを適宜選択することができる。 The plurality of light incident surfaces of the optical member may have the same size and shape, or may be different. Moreover, about the positional relationship, the combination with the below-mentioned light-projection surface can be selected suitably.
光学部材の光出射面は、光入射面とは異なる角度で、すなわち傾斜して設けられる面であって、この面に対向するように波長変換部材が配置されている。好ましくは、光出射面は、光入射面に対して40〜80度傾斜していることが好ましい。光出射面は、単一な平面が好ましいが、段差や凹凸を有していてもよく、あるいは曲面を有していてもよい。また、波長変換部材と同じ大きさであってもよく、あるいは小さくても大きくてもよい。好ましくは、波長変換部材より同程度の大きさである。光出射面は、多面体の1つの面とするのが好ましく、場合によっては、2以上の複数であっても構わない。光出射面が複数の場合は、それらの総面積が、発光素子の発光面の総面積よりも小さい面積となる。 The light emitting surface of the optical member is a surface provided at an angle different from the light incident surface, that is, inclined, and the wavelength conversion member is disposed so as to face this surface. Preferably, the light exit surface is inclined by 40 to 80 degrees with respect to the light incident surface. The light exit surface is preferably a single flat surface, but may have a step or unevenness, or may have a curved surface. Further, it may be the same size as the wavelength conversion member, or may be small or large. Preferably, it is about the same size as the wavelength conversion member. The light exit surface is preferably a single surface of a polyhedron, and may be two or more in some cases. When there are a plurality of light emitting surfaces, the total area thereof is smaller than the total area of the light emitting surfaces of the light emitting elements.
光学部材の外形形状としては、基本形状としては、平板、四角柱や三角柱などの角柱体、四角錐や三角錐などの角錐体、あるいは角錐台体や、更には、これらを組み合わせた形状等が挙げられ、その一部に切り欠きや凹凸、更には曲面を有していてもよい。角柱体の場合、側面と底面とが直交する直角柱や、側面と底面が斜交する斜角柱でもよく、角錐体や角錐台体も、底面と頂点を結ぶ直線や、底面と上面の中心を結ぶ直線が、底面に対して直角又は傾斜していてもよい。これらの光学部材のうち、その表面を構成する面のうちのいずれか二以上の面を光入射面とし、入射面以外の面のうち、1以上の面を光出射面とすることができる。 As the outer shape of the optical member, basic shapes include a flat plate, a prismatic body such as a quadrangular prism and a triangular prism, a pyramid such as a quadrangular pyramid and a triangular pyramid, a truncated pyramid, and a combination of these. And may have a notch, unevenness, or a curved surface. In the case of a prismatic body, it may be a right prism whose side and bottom are orthogonal to each other, or an oblique prism whose side and bottom are obliquely crossed.Pyramids and pyramids also have a straight line connecting the bottom and top, and the center of the bottom and top. The connecting straight line may be perpendicular or inclined with respect to the bottom surface. Among these optical members, any two or more of the surfaces constituting the surface can be used as a light incident surface, and one or more of the surfaces other than the incident surface can be used as a light emitting surface.
例えば、光学部材が三角柱状である場合、三角形の2つの底面と、四角形の3つの側面と、を有している。つまり5つの面を有する多面体である。このような三角柱状の場合、光入射面と光出射面とは、以下のように選択することができる。なお、入射面又は出射面ではない面は、反射面などとして機能する面である。 For example, when the optical member has a triangular prism shape, it has two bottom surfaces of a triangle and three side surfaces of a quadrangle. That is, it is a polyhedron having five surfaces. In the case of such a triangular prism shape, the light incident surface and the light emitting surface can be selected as follows. Note that the surface that is not the entrance surface or the exit surface is a surface that functions as a reflection surface or the like.
三角柱の底面を成す2つの三角形は、正三角形、二等辺三角形、直角三角形、その他の三角形のいずれでもよく、2面がそれぞれ同じ面積及び同じ形状の三角形でもよく、また、互いに面積や形状が変わっていても構わない。三角柱の側面を成す3つの四角形は、正方形、長方形、平行四辺形のいずれでもよく、また、それぞれが同じ面積及び同じ形状の四角形でもよく、また、面積や形状が変わっていても構わない。 The two triangles forming the bottom of the triangular prism may be regular triangles, isosceles triangles, right triangles, or other triangles, and the two faces may be the same area and the same shape triangles, and the areas and shapes may be different from each other. It does not matter. The three quadrangles forming the side surface of the triangular prism may be any of a square, a rectangle, and a parallelogram, and each may be a quadrangle having the same area and the same shape, and the area and shape may be changed.
底面と側面の大きさについては、配置させる発光素子の数や大きさ、あるいは波長変換部材の大きさ等に応じて、適宜選択することができる。 The sizes of the bottom surface and the side surface can be appropriately selected according to the number and size of light emitting elements to be arranged, the size of the wavelength conversion member, and the like.
また、光学部材が四角柱状である場合、四角形の2つの底面と、四角形の4つの側面とを有している。つまり6つの面を有する多面体である。このような四角柱の場合も、前述の三角柱の場合と同様に、各面の大きさや形状は、目的や用途等に応じて種々選択することができる。また、光入射面と光出射面の組み合わせは、光学部材が三角柱状である場合と同様に、種々の組み合わせを選択することができる。 In addition, when the optical member has a quadrangular prism shape, it has two rectangular bottom surfaces and four rectangular side surfaces. That is, it is a polyhedron having six faces. Also in the case of such a quadrangular prism, the size and shape of each surface can be variously selected according to the purpose and application as in the case of the triangular prism described above. Moreover, the combination of a light-incidence surface and a light-projection surface can select various combinations similarly to the case where an optical member is triangular prism shape.
光学部材の材料としては、透光性の部材であって、発光素子からの光、及び、波長変換部材からの光を、90%以上透過させる部材が適している。具体的には、ガラス、アクリル等の樹脂などが挙げられる。また、セラミックスなども用いることができる。セラミックスは、透過率は90%より低いものであってもよく、例えば、内部で光を拡散させる拡散部材として機能させることができる。具体的にはAl2O3等が挙げられる。また、透明の単結晶の蛍光体板状部材を用いることもできる。 As a material for the optical member, a light-transmitting member that transmits 90% or more of light from the light-emitting element and light from the wavelength conversion member is suitable. Specific examples include resins such as glass and acrylic. Ceramics or the like can also be used. Ceramics may have a transmittance lower than 90%. For example, the ceramic can function as a diffusion member that diffuses light inside. And specific examples thereof include Al 2 O 3, and the like. A transparent single crystal phosphor plate member can also be used.
以下、他の多面体についての説明は省略するが、上記と同様に、目的や用途等に応じて、各面の形状や大きさを選択することができ、更に、それらの面のうち、いずれかを光入射面や光出射面として選択することができる。 Hereinafter, description of other polyhedrons is omitted, but as described above, the shape and size of each surface can be selected according to the purpose and application, and any one of these surfaces can be selected. Can be selected as the light incident surface or the light exit surface.
(光反射部材)
光反射部材は、波長変換部材の出射面の周囲を囲むように設けられており、この光反射部材で囲まれた領域が発光面となる。そして、この囲まれた領域が、発光素子の発光面の総面積よりも小さくなるように設定される。
(Light reflecting member)
The light reflecting member is provided so as to surround the periphery of the emission surface of the wavelength conversion member, and a region surrounded by the light reflecting member is a light emitting surface. The enclosed region is set to be smaller than the total area of the light emitting surface of the light emitting element.
光反射部材は、波長変換部材の出射面を種々の形態で囲むことができる。例えば、波長変換部材の側面のみを覆うようして出射面を囲む、または、その上面において枠で囲むように設ける、または、側面から上面にかけて枠で囲むように設ける、などとすることができる。 The light reflecting member can surround the emission surface of the wavelength conversion member in various forms. For example, it is possible to surround the emission surface so as to cover only the side surface of the wavelength conversion member, or to provide a frame on the upper surface thereof, or to provide a frame from the side surface to the upper surface.
なお、光反射部材は、上述のように発光装置の発光面を規定するために設けるだけでなく、他の部位に設けてもよい。例えば、光学部材の表面のうち、光入射面および光出射面以外の面(光反射面など)を覆ってもよい。また、発光素子と基板の間に設けてもよく、発光素子と発光素子の間に設けてもよい。この場合、発光素子の側面に接するように光反射部材を設けてもよく、あるいは、透光性の樹脂や、絶縁性の無機材料(例えばSiO2やAl2O3等)等を介して発光素子の側面に形成されていてもよい。 The light reflecting member is not only provided to define the light emitting surface of the light emitting device as described above, but may be provided at another part. For example, you may cover surfaces (light reflection surface etc.) other than the light-incidence surface and the light-projection surface among the surfaces of an optical member. Further, it may be provided between the light emitting element and the substrate, or may be provided between the light emitting element and the light emitting element. In this case, a light reflecting member may be provided so as to be in contact with the side surface of the light emitting element, or light is emitted through a translucent resin, an insulating inorganic material (for example, SiO 2 or Al 2 O 3 ), or the like. It may be formed on the side surface of the element.
光反射部材は、無機粒子を含有する樹脂やガラスで構成することができる。光反射部材の母材となる樹脂やガラスは、目的や用途等に応じて種々選択することができ、なかでもシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂が好ましく、特に耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂がより好ましい。光反射部材は、印刷工法などにより形成することができるので、無機粒子を高濃度に含有させることができる。また、光反射部材は、粘度や流動性の調整のため、シリカ(アエロジル)などを添加されてもよい。 The light reflecting member can be composed of a resin or glass containing inorganic particles. The resin and glass used as the base material of the light reflecting member can be variously selected according to the purpose and application, and among them, a silicone resin or an epoxy resin is preferable, and a silicone resin particularly excellent in light resistance and heat resistance is more preferable. . Since the light reflecting member can be formed by a printing method or the like, inorganic particles can be contained at a high concentration. Further, the light reflecting member may be added with silica (aerosil) or the like in order to adjust the viscosity and fluidity.
光反射部材に添加される無機粒子の屈折率は、例えば1.8以上であって、光を効率的に散乱し高い光取り出し効率を得るために、2以上であることが好ましく、2.5以上であることがより好ましい。光反射部材の母材の樹脂やガラスと無機粒子の屈折率差は、例えば0.4以上であって、光を効率的に散乱し高い光取り出し効率を得るために、0.7以上であることが好ましく、0.9以上であることがより好ましい。また、無機粒子の濃度は、好ましい光反射特性や形成のしやすさ等を考慮して、10重量パーセント濃度(wt%)以上60重量パーセント濃度以下であることが好ましく、20重量パーセント濃度以上50重量パーセント濃度であることがより好ましい。無機粒子の平均粒径(メジアン径)は、高い効率で光散乱効果を得られる、0.08μm以上10μm以下であることが好ましく、0.1μm以上5μm以下であることがより好ましい。無機粒子は、白色であることが好ましい。具体的には、無機粒子は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、酸化アルミニウムなどを用いることができる。なかでも、酸化チタンは、水分などに対して比較的安定で且つ高屈折率であり、また熱伝導性にも優れるため、好ましい。 The refractive index of the inorganic particles added to the light reflecting member is, for example, 1.8 or more, and preferably 2 or more in order to efficiently scatter light and obtain high light extraction efficiency. More preferably. The refractive index difference between the resin or glass of the base material of the light reflecting member and the inorganic particles is, for example, 0.4 or more, and is 0.7 or more in order to efficiently scatter light and obtain high light extraction efficiency. It is preferable that it is 0.9 or more. Further, the concentration of the inorganic particles is preferably 10 weight percent concentration (wt%) or more and 60 weight percent concentration or less, preferably 20 weight percent concentration or more and 50 weight percent, considering preferable light reflection characteristics and ease of formation. More preferred is a weight percent concentration. The average particle diameter (median diameter) of the inorganic particles is preferably 0.08 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less, at which a light scattering effect can be obtained with high efficiency. The inorganic particles are preferably white. Specifically, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, magnesium carbonate, magnesium hydroxide, calcium carbonate, calcium hydroxide, calcium silicate, zinc oxide, barium titanate, aluminum oxide, or the like can be used as the inorganic particles. . Of these, titanium oxide is preferable because it is relatively stable against moisture and has a high refractive index and excellent thermal conductivity.
(接合部材)
接合部材は、基板の載置面上に、発光素子を固定する部材である。載置する発光素子の種類によって導電性接合部材又は絶縁性接合部材のいずれかを選択することができる。例えば、絶縁性基板であるサファイア上に窒化物半導体層を積層させた発光素子をフェイスアップ実装(絶縁性基板側を実装)する場合、接合部材は絶縁性でも導電性でも良い。SiC基板などの導電性基板を用いる場合や、絶縁性基板を用いた発光素子をフリップチップ実装する場合は、導電性の接合部材を用いることで導通を図ることができる。絶縁性の接合部材としては、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、それらの変性樹脂、ハイブリッド樹脂等を用いることができる。これらの樹脂を用いる場合は、半導体発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子裏面にAlやAg膜などの反射率の高い金属層や誘電体反射膜を設けることができる。この場合、蒸着、スパッタ、薄膜を接合させる、などの方法を用いることができる。また、導電性の接合部材としては、銀、金、パラジウムなどの導電性ペーストや、Au−Sn共晶などのはんだ、低融点金属等のろう材、Au、Cuなどのバンプなどを用いることができる。さらに、これら接合部材のうち、特に透光性の接合部材を用いる場合は、その中に半導体発光素子からの光を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光部材を含有させることもできる。
(Joining member)
The bonding member is a member that fixes the light emitting element on the mounting surface of the substrate. Either a conductive bonding member or an insulating bonding member can be selected depending on the type of light emitting element to be placed. For example, when a light-emitting element in which a nitride semiconductor layer is stacked on sapphire, which is an insulating substrate, is face-up mounted (the insulating substrate side is mounted), the bonding member may be insulating or conductive. When a conductive substrate such as a SiC substrate is used, or when a light emitting element using an insulating substrate is flip-chip mounted, conduction can be achieved by using a conductive bonding member. As the insulating bonding member, an epoxy resin composition, a silicone resin composition, a polyimide resin composition, a modified resin thereof, a hybrid resin, or the like can be used. When these resins are used, a metal layer having a high reflectance such as an Al or Ag film or a dielectric reflecting film can be provided on the back surface of the light emitting element in consideration of deterioration due to light or heat from the semiconductor light emitting element. In this case, methods such as vapor deposition, sputtering, and bonding of thin films can be used. As the conductive bonding member, conductive paste such as silver, gold or palladium, solder such as Au—Sn eutectic, brazing material such as low melting point metal, bump such as Au or Cu, etc. may be used. it can. Furthermore, when using a translucent joining member among these joining members, the fluorescent member which absorbs the light from a semiconductor light-emitting element and light-emits light of a different wavelength can also be contained in it.
(その他の部材)
本実施形態において、発光装置は上記以外の部材を有していてもよい。例えば、発光素子に加え、ツェナーダイオード等の保護素子を備えていてもよい。保護素子は、基板に載置されていてもよく、あるいは、基板を支持する基体に載置されていてもよい。
(Other parts)
In the present embodiment, the light emitting device may have a member other than the above. For example, a protective element such as a Zener diode may be provided in addition to the light emitting element. The protection element may be placed on the substrate, or may be placed on a base that supports the substrate.
(実施形態1)
図1A〜図1Dは、実施形態1に係る発光装置である。直方体状の基板1と、基板1の上に載置される複数の発光素子2と、発光素子2からの光を異なる波長の光に変換する波長変換部材3と、を有している。発光素子2と波長変換部材3との間には、光学部材4を備える。光学部材4は、三角柱状であり、その1つの面に発光素子2が配置されており、この面は発光素子2からの光が入射される光入射面4aである。光学部材4には、光入射面4aとは異なる面として光出射面4bを備えており、この光出射面4bに波長変換部材3が配置されている。光入射面4a、光出射面4bとも、三角柱状の光学部材の側面を構成する長方形である。実施形態1では、光入射面4aを2面有しており、光出射面4bを1面有している。
(Embodiment 1)
1A to 1D are light-emitting devices according to the first embodiment. It has a
波長変換部材3は、その周囲が光反射部材6で囲まれており、この囲まれた領域、すなわち、光反射部材6で覆われていない面が発光面である。そして、この発光面が発光素子2の発光面の総面積よりも小さい。
The periphery of the
このような発光装置10は、以下のような方法で得ることができる。
図2は、基板1の上に発光素子2が実装された状態を示す概略図である。Al2O3などのセラミック上に配線1aが設けられた基板1を準備し、その上に、発光素子2を直線状に複数載置する。その後、ダイサーなどを用いて切断することで基板1に発光素子が載置された光源が得られる。基板1に設けられる配線1aと、発光素子2とは電気的に接続されている。基板1の配線1aは、外部から給電可能なように、基板1上に広い面積で設けられる。詳細には、光反射部材6に覆われない位置にまで延伸するように設けられる。
Such a
FIG. 2 is a schematic view showing a state in which the
図3は、発光素子が載置された基板1を、基体5上に配置した状態を示す概略図である。基体5の形状によって、基板1の角度を適宜調整することができる。
FIG. 3 is a schematic view showing a state in which the
図4は、光学部材4及び波長変換部材3を配置した状態を示す概略図である。このように2つの光入射面4aをそれぞれ発光素子と対向するように配置させる。尚、ここでは、発光素子2を載置した基板1を、先に基体5に実装した後に、光学部材4を配置しているが、各部材を載置させる順序は、これに限らない。すなわち、発光素子2を載置した基板1を、先に、光学部材4に貼り付けてもよい。
FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the
発光素子2は、約1mm×約1mmの大きさであり、発光面の面積は、約1mm2である。すなわち、発光素子2の発光面の総面積は約8mm2である。
The
波長変換部材3は、蛍光体としてYAGを含有しており、ガラスとともに板状に成形されている。大きさは、例えば0.6mm×4.65mmであり、発光素子2の発光面の総面積よりも小さい。
The
本発明の発光装置は、各種一般照明、スキャナ、プロジェクタ、車載ヘッドランプなどに利用することができる The light emitting device of the present invention can be used for various general illuminations, scanners, projectors, in-vehicle headlamps, and the like.
10…発光装置
1…基板
2…発光素子
3…波長変換部材
4…光学部材
4a…光入射面
4b…光出射面
5…基体
6…光反射部材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
光出射面及び、該光出射面に対して傾斜する複数の光入射面を有する光学部材と、
前記光学部材の光出射面に配置され、前記発光素子からの光を異なる波長の光に変換する波長変換部材と、
前記基板及び前記光学部材を配置する基体と、
無機粒子を含む樹脂からなる光反射部材と、
を備え、
前記発光素子の発光面が前記光学部材の複数の光入射面にそれぞれ配置されており、
前記光反射部材は、前記波長変換部材の側面と前記光学部材の表面のうち、前記発光素子の発光面が配置された光入射面及び前記波長変換部材が配置された光出射面以外の表面を覆っており、
前記光反射部材で囲まれた前記波長変換部材の発光面は、前記発光素子の発光面の総面積よりも小さいことを特徴とする発光装置。 A plurality of light emitting elements, a substrate on which the light emitting elements are disposed,
Light emitting surface and an optical member having a plurality of light incidence surfaces inclined relative to the light exit surface,
A wavelength conversion member that is disposed on the light exit surface of the optical member and converts the light from the light emitting element into light of a different wavelength;
A substrate on which the substrate and the optical member are disposed;
A light reflecting member made of a resin containing inorganic particles ;
With
A light emitting surface of the light emitting element is disposed on each of a plurality of light incident surfaces of the optical member;
The light reflecting member has a surface other than the light incident surface on which the light emitting surface of the light emitting element is disposed and the light emitting surface on which the wavelength converting member is disposed, of the side surface of the wavelength converting member and the surface of the optical member. Covering
The light emitting device, wherein a light emitting surface of the wavelength conversion member surrounded by the light reflecting member is smaller than a total area of a light emitting surface of the light emitting element.
該配線上に前記発光素子が直線状に複数載置され、A plurality of the light emitting elements are linearly mounted on the wiring,
前記基板が前記光反射部材に覆われない位置にまで延伸している請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。5. The light emitting device according to claim 1, wherein the substrate extends to a position not covered by the light reflecting member.
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