(57)【要約】      （修正有）【課題】発光装置内に載置する発光素子の特性を統一させ、波長変換部材を用いて異なる色を発光させて、特性の安定した発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１００は、基体と、基体上に配置される第１発光素子２１及び第２発光素子２２と、第１発光素子２１の上面に設けられた第１透光性部材３１と、第２発光素子２２の上面に設けられた第２透光性部材３２と、第１及び第２発光素子２１、２２の側面並びに第１及び第２透光性部材３１、３２の側面を被覆する遮光部材４０と、を有する。特に、第１及び第２発光素子２１、２２は青色光を発する発光素子であり、第１透光性部材３１は波長変換部材を含まず、第２透光性部材３２は波長変換部材を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に配置される第１発光素子及び第２発光素子と、
前記第１発光素子の上面に設けられた第１透光性部材と、
前記第２発光素子の上面に設けられた第２透光性部材と、
前記第１及び第２発光素子の側面並びに前記第１及び第２透光性部材の側面を被覆する遮光部材と、を有し、
前記第１及び第２発光素子は青色光を発する発光素子であり、
前記第１透光性部材は波長変換部材を含まず、
前記第２透光性部材は波長変換部材を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記遮光部材は、前記第１及び第２透光性部材の下面の一部を被覆することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第２透光性部材に含まれる波長変換部材は、前記第２発光素子からの光により赤色又は緑色に発光する波長変換部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
複数の前記第１発光素子の上面に前記第１透光性部材が設けられており、又は／且つ、複数の前記第２発光素子の上面に前記第２透光性部材が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記第２透光性部材は、透明板と、前記透明板の下面に設けられた前記波長変換部材と、を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記遮光部材は光反射性樹脂であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項７】
前記基体上に配置される第３発光素子と、
前記第３発光素子の上面に設けられた第３透光性部材と、
前記第３発光素子の側面及び前記第３透光性部材の側面を被覆する遮光部材と、を有し、
前記第３発光素子は青色光を発する発光素子であり、
前記第２透光性部材は、前記第２発光素子からの光により赤色又は緑色のいずれか一方に発光する波長変換部材を含み、
前記第３透光性部材は、前記第３発光素子からの光により赤色又は緑色の他の一方に発光する波長変換部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項８】
前記基体上に配置される第３発光素子と、
前記第３発光素子の上面に設けられた第３透光性部材と、
前記第３発光素子の側面及び前記第３透光性部材の側面を被覆する遮光部材と、を有し、
前記第３発光素子は青色光を発する発光素子であり、
前記第２透光性部材は、前記第２発光素子からの光により赤色又は緑色のいずれか一方に発光する波長変換部材を含み、
前記第３透光性部材は、前記第３発光素子からの光により黄色に発光する波長変換部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項９】
前記基体上に配置される第３発光素子と、
前記第３発光素子の上面に設けられた第３透光性部材と、
前記第３発光素子の側面及び前記第３透光性部材の側面を被覆する遮光部材と、を有し、
前記第３発光素子は青色光を発する発光素子であり、
前記第２透光性部材は、前記第２発光素子からの光により赤色又は緑色のいずれか一方に発光する波長変換部材を含み、
前記第３透光性部材は、前記第３発光素子からの光により赤色に発光する波長変換部材と緑色に発光する波長変換部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の半導体発光装置は、パッケージの凹部に、赤色発光素子、青色発光素子、及び緑色発光素子が配置されている（例えば、図１及び図２参照）。これにより、１つの半導体発光装置内から異なる色を発光させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2009-188201号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の半導体発光装置においては、赤色、緑色及び青色発光素子のそれぞれの駆動電圧、温度特性及び寿命特性が異なることから、半導体発光装置として特性が安定していなかった。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、特性が安定した発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる発光装置は、基体と、基体上に配置される第１発光素子及び第２発光素子と、第１発光素子の上面に設けられた第１透光性部材と、第２発光素子の上面に設けられた第２透光性部材と、第１及び第２発光素子の側面並びに第１及び第２透光性部材の側面を被覆する遮光部材と、を有する。特に、第１及び第２発光素子は青色光を発する発光素子であり、第１透光性部材は波長変換部材を含まず、第２透光性部材は波長変換部材を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発光装置内に載置する発光素子を青色光を発する発光素子に統一し、波長変換部材を用いて異なる色を発光させているため、特性の安定した発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る発光装置を光取出し面側から見た概略平面図である。
【図２】図２は、図１の発光装置を説明するための概略断面図である。
【図３】図３は、図１の発光装置の第２透光性部材の変形例を示すための概略断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係る発光装置を光取出し面側から見た概略平面図である。
【図５】図５は、図４の発光装置を説明するための概略断面図である。
【図６】図６は、第３実施形態に係る発光装置を光取出し面側から見た概略平面図である。
【図７】図７は、第４実施形態に係る発光装置を光取出し面側から見た概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、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に誇張していることがある。さらに、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略する。なお、各部材については少なくとも１つあればよく、複数個あってもよいものとする。
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１に、本実施形態に係る発光装置１００を光取出し面（上面）側から見た概略平面図を示す。また、図２は図１のＸ−Ｘにおける概略断面図である。発光装置１００は、基体１０と、基体１０上に配置される第１発光素子２１及び第２発光素子２２と、第１発光素子２１の上面に設けられた第１透光性部材３１と、第２発光素子２２の上面に設けられた第２透光性部材３２と、第１及び第２発光素子の側面並びに第１及び第２透光性部材の側面を被覆する遮光部材４０と、を有する。特に、第１及び第２発光素子は青色光を発する発光素子であり、第１透光性部材３１は波長変換部材を含まず、第２透光性部材３２は波長変換部材を含む。
【００１１】
本実施形態では、発光装置１００内に載置される発光素子（第１発光素子２１及び第２発光素子２２）を青色光を発する発光素子で統一し、波長変換部材を含む透光性部材と波長変換部材を含まない透光性部材とを用いて異なる色を発光させている。これにより、異なる種類の発光素子を用いる必要がないため、寿命特性を各色で揃えることができる。
以下に、発光装置１００に用いられる主な部材について詳しく説明する。
【００１２】
（基体１０）
基体１０は、第１発光素子２１及び第２発光素子２２を載置するための部材であり、基体１０上には配線が形成されている。第１発光素子２１及び第２発光素子２２は、配線に対して直接的に配置されてもよいし、何らかの部材を介して間接的に配置されてもよい。基体１０の形状は特に限定されないが、好ましくは、板状体とすることができる。
【００１３】
基体１０としては、例えば、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなど）、あるいはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴ樹脂（bismaleimide triazine resin）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）樹脂などを用いることができる。発光装置１００では、セラミックスを用いており、外部からの電力を供給するために各色につき一対の電極が備えられている。
【００１４】
図１では上面視において正方形で示しているが、基体１０の形状は、例えば長方形とすることもできる。また、基体１０の外形（つまり、発光装置１００の外形）は、例えば、一辺が５ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下とすることができる。こうすることで、基体１０を別の部材に実装する際に生じる半田のクラック発生を抑制することができる。なお、ここでは一例を示したのみであり、この大きさに限定されないことは言うまでもない。
【００１５】
（第１発光素子２１及び第２発光素子２２）
第１発光素子２１及び第２発光素子２２は青色に発する発光素子（以下、青色発光素子という。）であり、基体上に載置されている。青色発光素子としては、青色領域（４３０ｎｍ〜４９０ｎｍ）にピーク波長を有するＧａＮ系のＬＥＤを用いることができる。こうすることで、素子間における特性のばらつきをより低減し、安定した特性を得ることができる。
【００１６】
第１発光素子２１及び第２発光素子２２としてはサファイア基板などの透光性の成長基板を備えるものを用いてもよいし、成長基板を剥離し半導体層が露出しているものを用いてもよい。各発光素子は、フリップチップ実装で基体に載置するのが好ましい。発光装置１００においては、バンプにより基体と電気的に接続されているが、他の例としてＡｕＳｎペースト、半田ペースト、異方性導電層等の導電部材を用いて接続することもできる。
【００１７】
（第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２）
第１透光性部材３１は第１発光素子２１の上面に、第２透光性部材３２は第２発光素子２２の上面にそれぞれ設けられている。図１においては、各発光素子が形成されている領域を点線で示している。各発光素子の上面は、各発光素子が成長基板を備える場合は成長基板で構成され、各発光素子が成長基板を剥離している場合は半導体層で構成される。後者の場合は、半導体層に直接透光性部材が接合されることとなる。各透光性部材（第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２）と各発光素子（第１発光素子２１及び第２発光素子２２）とは、圧着、焼結、接着剤による接着等公知の方法により接続することができる。各透光性部材の形状は特に限定されないが、好ましくは板状体とする。
【００１８】
第１透光性部材３１と第２透光性部材３２とは、０．２ｍｍ以上間隔を置いて配置するのが好ましい。間隔を一定以上とすることで、ある発光素子から出射された光が、遮光部材４０を通過してその素子の上面に接続された透光性部材以外の透光性部材に入射して混色するのを防止することができる。透光性部材間の間隔は広い方が良いが、広すぎると発光装置の大きさが大きくなるので、混色を防止する程度の間隔をあけておけば良い。
【００１９】
第１透光性部材３１は、波長変換部材を含まない部材である。つまり、第１透光性部材３１においては、第１発光素子２１からの光（青色光）の波長を変えることなく外部へと放出する。第１発光素子２１の上面に第１透光性部材３１を載置することにより、第１透光性部材３１の上面の高さと第２透光性部材３２の上面と高さを揃えることができる。こうすることで、光の出射面の高さが各色で揃い、光が広がりにくくなるため、レンズまたはリフレクタ等の光学部品を大きくする必要がなくなる。また、第１透光性部材３１の側方に遮光部材４０を形成しやすくなる。なお、本明細書において「波長変換部材を含まない」とは、波長変換部材を全く含まないものはもちろんのこと、波長変換されない程度に波長変換部材を含むもの（不純物程度に波長変換部材を含むもの）も含む。
【００２０】
第１透光性部材３１としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリアミドなどの耐候性に優れた有機材料、又はガラス、セラミックス等の無機材料を用いることができる。また、第１透光性部材３１中には光散乱材を含有させることができる。光散乱材としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン等を用いることができる。
【００２１】
第１透光性部材３１は１つの第１発光素子２１の上面に１つの透光性部材を設けることもできるし、複数の第１発光素子２１の上面に１つの第１透光性部材を設けることもできる。前者の構成によれば各発光素子の実装傾きを考慮する必要がなくなるため実装が容易となり、後者の構成によれば光を取り出す面積を大きくできるため発光強度を向上させることができる。発光装置１００においては１つの第１発光素子２１に対して１つの第１透光性部材３１を載置している。このとき、第１透光性部材３１の下面の面積と第１発光素子２１の上面の面積とを同じに形成することもできるが、好ましくは第１発光素子２１の上面の面積よりも大きくなるように形成する。これにより、第１透光性部材３１を第１発光素子２１上に載置する際に、実装が容易となるとともに、光取出し効率も向上する。
【００２２】
第２透光性部材３２は、第２発光素子２２からの光の波長を変換して出射する波長変換部材を含む部材である。第２透光性部材３２に含まれる波長変換部材は、第２発光素子２２からの光（青色光）により励起され、第２発光素子２２の発光波長よりも長い波長（例えば赤色又は緑色）を発光する波長変換部材とすることができる。
【００２３】
発光装置１００では、第２透光性部材３２に含まれる波長変換部材として赤色に発光する蛍光体を用いている。赤色に発光する蛍光体（赤色蛍光体）としては、たとえばＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ等のフッ化物系蛍光体等を用いることができる。
【００２４】
発光装置１００では、図２に示すようにバインダ中に蛍光体を含有したもの（図示せず。）を第２透光性部材３２としている。バインダとしては、シリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂からなる有機材料、又は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、若しくはガラス等の無機材料を用いることができるが、好ましくは無機材料とすることができる。バインダとして無機材料を用いれば、熱や光によりバインダ自体が変色したり変形したりすることを抑制することができる。なお、発光装置１００においては、バインダとしてホウ珪酸ガラスを、波長変換部材として第２発光素子２２からの光で励起されて赤色を発光する赤色蛍光体（ＳＣＡＳＮ）を用いている。
【００２５】
また、第２透光性部材３２の別の形態として、図３に示すように透明板３２ａの下面に波長変換部材３２ｂを設けて構成することもできる。例えば、蛍光体のみからなる波長変換部材を透明板３２ａの下面に形成することもできるし、バインダ中に波長変換部材を含有したものを透明板３２ａの下面に設けることもできる。図３においては、波長変換部材含有のバインダを透明板３２ａの下面に形成している。
【００２６】
図３の第２透光性部材３２は、例えばスクリーン印刷法等により透明板３２ａの下面に形成することができる。透明板３２ａとしてはガラス等の無機材料を用いることができ、バインダとしてはシリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂からなる有機材料を用いることができる。発光装置１００では、透明板３２ａとしてホウ珪酸ガラスを、バインダとしてシリコーン樹脂を用いている。第２透光性部材３２として波長変換部材を含有するものを用いる場合は焼成時の温度を考慮し耐熱性の高い波長変換部材、もしくは焼成温度の低いガラス等を選択する必要があるが、波長変換部材を透明板３２ａの下面に設けることで耐熱性を考慮することなく蛍光体を選択することが可能となる。
【００２７】
また、第２透光性部材３２は第１透光性部材３１同様に、１つの第２発光素子２２の上面に第２透光性部材３２を設けることもできるし、複数の第２発光素子２２の上面に第２透光性部材３２を設けることもできる。つまり１つの第２発光素子２２に対して１つの第２透光性部材３２を設けることもできるし、複数の第２発光素子２２に対して１つの第２透光性部材３２を設けることもできる。また、第２透光性部材３２の上面の面積は波長変換部材の濃度等に合わせて適宜変更することができ、例えば、第１透光性部材３１の上面の面積よりも大きくなるように形成することができる。
【００２８】
（遮光部材４０）
第１発光素子２１及び第２発光素子２２の側面並びに第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２の側面は遮光部材４０により被覆されている。こうすることで、各発光素子及び各透光性部材の側面へと向かう光（青色光及び波長変換された光）を遮ることができるため、配光が広がらず見切りがよい光とすることができる。また、配光の広がりを抑制できることで、レンズまたはリフレクタ等の光学部品を使用する場合に、光学部品も小さくすることができる。
【００２９】
遮光部材４０としては、例えば、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯなどの光反射部材を含有したフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴ樹脂、ＰＰＡ樹脂、またはシリコーン樹脂などの光反射性樹脂等を用いることができる。なお、発光装置１００ではＴｉＯ２を含有したシリコーン樹脂を用いている。
【００３０】
遮光部材４０は、側面のみならず、第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２の下面の一部も被覆することができる。好ましくは、第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２の下面において第１及び第２発光素子２２と接しない領域すべてを被覆する。こうすることで、第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２に入射した光のうち上面で反射して下面へと向かう光も遮光部材４０で反射させることができるため、効率よく光を取り出すことができる。
【００３１】
また、遮光部材４０は第１発光素子２１及び第２発光素子２２においても同様に下面の一部を被覆することができる。つまり、基体上における第１発光素子２１及び第２発光素子２２並びに第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２のうち、第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２の上面以外の露出領域全てを被覆することができる。こうすることで、第１及び第２発光素子２２の下面へと向かう光の一部を反射させて取り出すことができる。
【００３２】
（保護素子）
基体１０上には、第１発光素子２１及び第２発光素子２２の他に保護素子を設けることもできる。保護素子を設けることで、過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化から保護することができる。保護素子は特に限定されるものではなく、公知のもののいずれでもよい。保護素子は、遮光部材に埋設して配置することが好ましい。
【００３３】
＜第２実施形態＞
図４に本実施形態に係る発光装置２００を光取出し面側から見た概略平面図を示す。また、図５は図４のＸ−Ｘ線の概略断面図である。発光装置２００は、次に説明する事項以外は、第１実施形態において記載した事項と実質的に同一である。
【００３４】
発光装置２００では、発光装置１００の構成に加えて第３発光素子２３及び第３透光性部材３３が基体上に設けられており、第３発光素子２３及び第３透光性部材３３の側面に遮光部材４０が設けられている。特に、第２透光性部材３２は第２発光素子２２からの光により赤色又は緑色のいずれか一方に発光する波長変換部材を含み、第３透光性部材３３は第３発光素子２３からの光により赤色又は緑色の他の一方に発光する波長変換部材を含んでいる。なお、遮光部材４０は第１実施形態において説明した遮光部材４０と共通である。また、基体１０の形状は上面視において長方形であり、各発光素子が長手方向に一列に配置されている。
【００３５】
発光装置２００において、第３発光素子２３には青色発光素子を用いており、第３透光性部材３３に含まれる波長変換部材には緑色に発光する蛍光体（緑色蛍光体）を用いている。なお、第３発光素子２３は、第１及び第２発光素子２２の構成と同様の構成を採用することができ、緑色蛍光体としては、例えば、クロロシリケート蛍光体やβサイアロン蛍光体等を用いることができる。
【００３６】
発光装置２００によれば、安定した特性を得ながら、１つの発光装置内から光の３原色（赤色・青色・緑色）を発光させることができる。これにより、光学部品等と組み合わせて使用する際に、光学部品も小型化することができる。
【００３７】
＜第３実施形態＞
図６に本実施形態に係る発光装置３００を光取出し面側から見た概略断面図を示す。発光装置３００は、次に説明する事項以外は、第１実施形態において記載した事項と実質的に同一である。
【００３８】
発光装置３００は、発光装置１００の構成に加えて第３発光素子２３及び第３透光性部材３３が基体上に設けられており、第３発光素子２３及び第３透光性部材３３の側面に遮光部材４０が設けられている。特に、第２透光性部材３２は第２発光素子２２からの光により赤色又は緑色のいずれか一方に発光する波長変換部材を含み、第３透光性部材３３は、第３発光素子２３からの光と第３透光性部材３３に含まれる波長変換部材からの光とにより白色に発光するような波長変換部材を含む。
【００３９】
発光装置３００は、第３発光素子２３には青色発光素子を用いている。第３透光性部材３３に含まれる波長変換部材としては、例えば第３発光素子２３からの光により黄色に発光する蛍光体（黄色蛍光体）を用いることができる。黄色蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ系蛍光体、ＬＡＧ系蛍光体を用いることができる。
【００４０】
また、第３透光性部材３３は、第３発光素子からの光により赤色に発光する波長変換部材と第３発光素子からの光により緑色に発光する波長変換部材とを含んで構成することもできる。緑色に発光する波長変換部材としては緑色蛍光体、赤色に発光する波長変換部材としては赤色蛍光体を用いることができ、例えば、緑色蛍光体としてβサイアロン、赤色蛍光体としてＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎを用いることができる。これにより、カラーフィルタと組み合わせた際に発光強度を大きくすることができる。
【００４１】
発光装置３００の第３発光素子２３の上面においては、第３発光素子２３からの青色光と第３透光性部材３３に含まれる波長変換部材とからの光により白色光が放出されることとなる。このとき、第１発光素子２１と第３発光素子２３、第２発光素子２２と第３発光素子２３、のように青色光又は緑色光を白色光と組み合わせて発光させることで、青色光や緑色光の色純度は下がるものの光束を向上させることができる。
【００４２】
なお、発光装置３００では第２透光性部材３２に含まれる波長変換部材として第２発光素子２２からの光（青色光）に対して緑色光を発する緑色蛍光体を用いているが、青色光に対して赤色光を発する赤色蛍光体を用いることもできる。
【００４３】
＜第４実施形態＞
図７に本実施形態に係る発光装置４００を光取出し面側から見た概略平面図を示す。発光装置４００は、次に説明する事項以外は、第３実施形態において記載した事項と実質的に同一である。
【００４４】
発光装置４００は、発光装置３００の構成に加えて、第４発光素子２４及び第４透光性部材３４が基体上に設けられており、第４発光素子２４及び第４透光性部材３４の側面に遮光部材４０が設けられている。
【００４５】
発光装置４００は、第４発光素子２４には青色発光素子を用いており、第４透光性部材３４に含まれる波長変換部材としては第４発光素子２４からの光（青色光）により赤色に発光する赤色蛍光体を用いている。
【００４６】
これにより、特性が安定しており、高光束で且つ小型化可能な発光装置とすることができる。
【００４７】
以上、本発明の第１実施形態から第５実施形態に係る発光装置は、様々な用途に用いることができる。特に好ましくは、例えば、投射型ディスプレイ（ピコプロジェクタ、プロジェクタ他）等に用いることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００、２００、３００、４００…発光装置
１０…基体
２１…第１発光素子
２２…第２発光素子
２３…第３発光素子
２４…第４発光素子
３１…第１透光性部材
３２…第２透光性部材
３２ａ…透明板
３２ｂ…波長変換部材
３３…第３透光性部材
３４…第４透光性部材
４０…遮光部材
【図１】
2015126209.tif 000003
【図２】
2015126209.tif 000004
【図３】
2015126209.tif 000005
【図４】
2015126209.tif 000006
【図５】
2015126209.tif 000007
【図６】
2015126209.tif 000008
【図７】
2015126209.tif 000009