(57)【要約】【課題】所定の構造比を有する透明密封構造を含む発光素子を提供する。【解決手段】本発明による光電子素子は、担体と、当該担体に接続される発光素子と、当該担体の表面に形成され、当該発光素子を囲むパターン化構造と、当該発光素子の上方に形成される透明密封構造とを含む。前記パターン化構造は、前記透明密封構造を前記パターン化構造と前記発光素子との間の領域に結集させると同時に、前記透明密封構造におけるにかわの量を制御することにより、所定の構造比を有する透明密封構造を獲得し、前記光電子素子の発光効率を顕著に向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体と、
前記担体に形成される発光素子と、
前記担体に形成され、前記発光素子を囲むパターン化構造と、
前記発光素子に形成され、前記パターン化構造と前記発光素子との間に位置する透明密封構造と、
を含む、
光電子素子。
【請求項２】
前記担体の表面が平坦である、
請求項１に記載の光電子素子。
【請求項３】
前記パターン化構造は、疎水性を有する材料からなり、当該材料は、メチル基とフッ素基を含む機能基を有する高分子材料である、
請求項１に記載の光電子素子。
【請求項４】
前記発光素子の上方を覆う蛍光粉層をさらに含む、
請求項１に記載の光電子素子。
【請求項５】
前記発光素子の最大幅をｚとし、前記透明密封構造の高さをｙとし、前記透明密封構造が前記担体の表面に投射する最大長さをｘとすれば、ｙ／ｘの値が０．４〜０．８であり、または、ｚ／ｘの値が０．３〜０．５である、
請求項１に記載の光電子素子。
【請求項６】
前記担体と前記発光素子との間に位置する反射層をさらに含む、
請求項１に記載の光電子素子。
【請求項７】
担体と、
前記担体の上に形成され、最大幅がｚである発光素子と、
前記発光素子の上に形成され、高さがｙであり、前記担体の表面に投射する最大長さがｘである透明密封構造と、
を含み、
前記ｙ／ｘの値が０．４〜０．８である、
光電子素子。
【請求項８】
前記ｙ／ｘの値が約０．６である、
請求項７に記載の光電子素子。
【請求項９】
前記ｚ／ｘの値が０．３〜０．５である、
請求項７に記載の光電子素子。
【請求項１０】
前記発光素子の上方を覆う蛍光粉層をさらに含む、
請求項７に記載の光電子素子。
【請求項１１】
前記発光素子の下方に位置する反射層をさらに含む、
請求項７に記載の光電子素子。
【請求項１２】
前記発光素子は、複数の発光素子からなり、前記最大幅ｚは、当該複数の発光素子により形成された配列の最大幅である、
請求項７に記載の光電子素子。
【請求項１３】
前記担体に形成され、前記発光素子を囲むパターン化構造をさらに含む、
請求項７に記載の光電子素子。
【請求項１４】
底部幅がｂである凸部を有する担体と、
最大幅がａであり、前記凸部の上方に接続される発光素子と、
高さがｃであり、前記凸部及び前記発光素子を包み覆う透明密封構造と、
前記発光素子は、ｃ／２の位置付近に位置する、
光電子素子。
【請求項１５】
前記ａ／ｂの値が３以下である、
請求項１４に記載の光電子素子。
【請求項１６】
前記発光素子が複数の異なる色の発光素子である、
請求項１４に記載の光電子素子。
【請求項１７】
前記凸部の底部付近に形成されるパターン化構造をさらに含む、
請求項１４に記載の光電子素子。
【請求項１８】
請求項１ないし１７の何れに記載の光電子素子からなる光源装置と、
前記光源装置の光出し経路に位置する光学装置と、
前記光源装置に必要な電源を提供する電源供給システムと、
を含む、
バックライトモジュール装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１７の何れに記載の光電子素子からなる光源装置と、
前記光源装置に必要な電源を提供する電源供給システムと、
前記電源を前記光源装置に入力することを制御する制御素子と、
を含む、
照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子素子に関し、特に、所定の構造比を有する透明密封構造を含む発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、光電変換特性を有する固体素子に重要な役割を果たしている。一般的に言えば、発光ダイオードは、電気的性質の異なる二つの半導体層により挟まれる発光層を有する。この二つの半導体層の上方に位置する電極に駆動電流を印加するときに、この二つの半導体層における電子と正孔が発光層に注入し、発光層において結合し発光する。この時に生成された光が全方向性を有し、発光層から発光ダイオード層の各表面を経由して射出する。
【０００３】
同時に、発光ダイオードは幅広く用いられている光源でもあり、従来の白熱電球や蛍光灯管に比べ、発光ダイオードは、省電力と長寿命の優れた特性を有するので、従来の光源の代わりに、様々な分野、例えば、交通標識、バックライトモジュール、街灯照明、医療設備などの産業に応用されている。発光ダイオード光源の応用と発展につれて、輝度への要求がますます高くなっているので、如何にその発光効率を上げ輝度を向上するかは、当業界の共通な課題となっている。
【０００４】
そのうち、一つの研究しがいのある課題は、如何に透明密封構造を設計し発光効率を向上するかである。現在、一般的には、コップ状の構造を採用し、発光ダイオードをコップの中心部に置き、コップと密封膠体の形状設計により光線の分布を調整・制御する。また、密封膠体の材料の選択、底部担体の反射能力及びコップ形状の設計などは、発光効率に影響を与えることもありうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記の課題を解決する透明密封構造を含む発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明により提供される光電子素子は、担体と、前記担体上に形成される発光素子と、前記担体の表面に形成され、前記発光素子を囲むパターン化構造と、前記発光素子の上方に形成される透明密封構造とを含む。前記パターン化構造は、前記透明密封構造を前記パターン化構造と前記発光素子との間の領域に結集させ、また、透明密封構造におけるにかわの量を制御することにより、所定の構造比を有する透明密封構造を生成することができる。そのうち、発光素子は、発光ダイオードであっても良いが、光電変換特性を有する他の任意の素子であっても良い。
【０００７】
また、本発明により提供された他の光電子素子は、担体と、前記担体に形成され、最大幅ｚを有する発光素子と、前記発光素子上に形成され、高さｙ及び前記担体の表面に投射する最大長さｘを有する透明密封構造とを含む。そのうち、ｙ／ｘの値は、０．４〜０．８であり、且つ、ｚ／ｘの値は、０．３〜０．５である。
【０００８】
さらに、本発明により提供される他の光電子素子は、底部幅がｂである凸部を有する担体と、最大幅がａであり、前記凸部の上方に接続される発光素子と、前記凸部と前記発光素子を包み覆い、高さがｃである透明密封構造とを含む。そのうち、前記発光素子は、ｃ／２の位置付近に位置し、且つ、ａ／ｂの値は、３以下である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、光電子素子の発光効率を顕著に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第一の実施例に係るものであり、そのうち、各符号の意味は、次の通りである。１０４は担体であり、１０２は反射層であり、１０３は発光素子であり、１０５は透明密封構造であり、１０７はパターン化構造である。また、以下に述べる他の図における同様な素子が同様な符号で表示され、その説明が省略される。
【００１２】
図１に示すように、本実施例では、主に、担体１０４の平坦な表面に高反射率を有する反射層１０２を形成して反射層１０２の上に発光素子１０３を形成し、そして、発光素子１０３の周囲に疏水性を有するパターン化構造１０７、例えば、発光素子１０３を包囲する円形パターン化構造、矩形パターン化構造または方形パターン化構造を塗布し、それから、透明密封材料を分注技術により発光素子１０３の上方に形成する。パターン化構造１０７は、疎水性を有するので、透明密封材料をパターン化構造１０７と発光素子１０３との間の領域に結集させると同時に、分注の時、透明密封材料のにかわの量を制御することにより、図に示すような、固定の凸起形状を有する透明密封構造１０５を得ることができる。前述したステップのように完成された光電子素子は、発光素子１０３の下方における反射層１０２の反射作用により、発光素子１０３により生成された光を、反射された後に透明密封構造１０５から射出させる。よって、反射層１０２と透明密封構造１０５の組合せ設計により、その光出し効率を大幅に向上することができる。
【００１３】
そのうち、発光素子１０３の最大幅がｚであり、透明密封構造１０５の高さがｙであり、透明密封構造１０５と反射層１０２との接触面積の最大長さがｘである。ｙ／ｘの値が０．４〜０．８であるときに、その発光効率が高く、好ましくは、ｙ／ｘの値が約０．６のときである。一方、ｚ／ｘの値が０．３〜０．５であるときに、発光効率も良くし、好ましくは、ｚ／ｘの値が約０．４のときである。
【００１４】
担体１０４は、プリント回路板（ＰＣＢ）、軟性プリント回路板（ＦＣＢ）、セラミック基板または複合基板であり、発光素子１０３を支える役割を果たす以外、さらに、発光素子１０３により生成された熱を導出し、放熱の効果を達成することもできる。反射層１０２は、高反射係数を有し、金、銀、アルミ、銅またはそれらの組合せによる合金からなっても良いが、反射性を有する高分子材料からなっても良い。発光素子１０３は、四元または三元系の発光ダイオードであっても良く、それより発した光は、赤色光、青色光、緑色光、黄色光などであっても良い。パターン化構造１０７は、疎水性を有する材料からなり、このような材料と透明密封材料との間に表面張力が形成されることができ、これにより、分注の時に、この透明密封材料がパターン化構造１０７と発光素子１０３との間の領域に結集され、凸起する透明密封構造１０５が生成される。そのうち、パターン化構造１０７は、疎水性機能基を有する高分子材料であっても良く、例えば、メチル基とフッ素基などの機能基を有する高分子材料である。その調製は、ゾルゲル法または高分子重合法を用いて高分子材料を作り、また、スクリーンプリントプロセスまたはインジェクションプリントプロセスなどの方式で担体１０４の表面に特定のパターン、例えば、リング形、矩形または方形のパターンを形成することである。透明密封構造１０５は、透明密封材料を分注技術により発光素子１０３上に形成し、加熱により硬化成形させることによって形成され、そのうち、この透明密封材料は、高い光透過性を有する有機絶縁材料、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、シリコン樹脂またはそれらの組合せによる材料などである。
【００１５】
図２は、本発明の第二の実施例に係るものであり、第一の実施例に述べたように、担体（図示せず）上に高反射率を有する反射層１０２を形成した後に、反射層１０２上に発光素子１０３を形成し、そして、分注技術により透明密封材料を発光素子１０３の上方に形成し、透明密封材料のにかわの量を制御することにより、特定の凸起形状を有する透明密封構造１０５を形成する。本発明に最適な発光効率を持たせるために、この透明密封構造１０５の寸法は、一定の組合せと設計を有さなければならない。図２に示すように、発光素子１０３の最大幅がｚであり、透明密封構造１０５の高さがｙであり、透明密封構造１０５と反射層１０２の接触面の最大長さがｘである。そのうち、発光素子１０３は、良く見かける１５〜４０milのチップを採用する。分注の条件を変化し、発光素子１０３の上方に凸起形状を有する各種の透明密封構造１０５を形成することにより、ｙ／ｘの値が異なるときに生成された各種の発光効率を獲得し、また、両者を座標軸として図を作成し、その結果が図４Ａに示される。図４Ａに示すように、チップのサイズにもかかわらず、ｙ／ｘの値が０．４〜０．８にあるときに、その発光効率が高く、特に、ｙ／ｘの値が約０．６であるときに、その発光効率が一番高い。また、透明密封構造１０５のｙ／ｘの値が０．５に固定されるときに、各種のｚ／ｘの値を変化すると同時に、それぞれの発光効率を獲得し、また、両者を座標軸として図を作成し、その結果が図４Ｂに示すように、チップのサイズにもかかわらず、ｚ／ｘの値が０．３〜０．５にあるときに、その発光効率が高く、特に、ｚ／ｘの値が約０．４であるときに、その発光効率が一番高い。
【００１６】
図３は、本発明の第三の実施例に係るものであり、さらに、発光素子１０３の表面に蛍光粉層１０８を塗布することにより、波長変換の目的を達成する。そのうち、発光素子１０３は、ＩｎＧａＮ系の発光ダイオードであっても良く、青色光を発し、蛍光粉層１０８におけるＹＧＡ系の黄色蛍光粉を励起させることにより、白色光を生成する。
【００１７】
本発明の第四の実施例は図５に示され、第二の実施例における発光素子１０３の代わりに複数の発光素子１２３、１３３及び１４３を用い、そのうち、発光素子１２３、１３３及び１４３は、異なる色の光、例えば、赤色光、緑色光及び青色光を発し、また、透明密封構造１０５においてそれらを混光し白色光を生成する。図に示すように、複数の発光素子１２３、１３３及び１４３による配列の最大幅がｚであり、透明密封構造１０５の高さがｙであり、透明密封構造１０５と反射層１０２の接触面の最大長さがｘであり、そのうち、ｙ／ｘの値が０．４〜０．８であり、好ましくは、０．６であり、且つ、ｚ／ｘの値が０．３〜０．５であり、好ましくは、０．４である。
【００１８】
図６は、本発明の第五の実施例に係るものであり、図６に示すのは、電球式光電子素子であり、凸部２０３を有する担体２０２と、この凸部２０３の上方に形成される発光素子２０４と、凸部２０３と発光素子２０４を包み覆う透明密封構造２０５とを含む。そのうち、発光素子２０４の幅がａであり、凸部２０３の底部幅がｂであり、透明密封構造２０５の高さがｃである。この電球式光電子素子の発光効率を向上するために、発光素子２０４の幅と凸部２０３の底部幅の比ａ／ｂは、好ましくは、３以下であり、また、発光素子２０４は、ｃ／２の位置付近に位置する。また、この発光素子２０４は、色の異なる複数の発光素子に取り代わることも可能であり、例えば、赤色、緑色及び青色からなる白色の光源である。同時に、凸部２０３の底部付近において、パターン化構造２０６を形成しても良く、このパターン化構造２０６は、凸部２０３の底部周囲において凸部２０３を囲むように形成され、これにより、次の段階に形成された透明密封構造２０５を凸部２０３の上方に結集させることができるので、円形に近い球体を獲得することができる。
【００１９】
図７は、バックライトモジュール装置を示すものである。そのうち、バックライトモジュール装置７００は、前述した実施例の何れに述べた光電子素子７１１からなる光源装置７１０と、光源装置７１０の光出し経路上に設置され、光を適当に処理した後に射出させる光学装置７２０と、光源装置７１０に必要な電源を提供するための電源供給システム７３０とを含む。
【００２０】
図８は、照明装置を示すものである。この照明装置は、車両のライト、街灯、懐中電灯、路上ライト、指示ライトなどである。そのうち、照明装置８００は、前述した実施例の何れに述べた光電子素子８１１からなる光源装置８１０であり、光源装置８１０に必要な電源を提供するための電源供給システム８２０と、電流を光源装置８１０に入力させることを制御するための制御素子８３０とを含む。
【００２１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一の実施例に係る光電子素子を示す図である。
【図２】本発明の第二の実施例に係る光電子素子を示す図である。
【図３】本発明の第三の実施例に係る光電子素子を示す図である。
【図４Ａ】発光効率とｙ／ｘの値との関係図である。
【図４Ｂ】発光効率とｚ／ｘの値との関係図である。
【図５】本発明の第四の実施例に係る光電子素子を示す図である。
【図６】本発明の第五の実施例に係る光電子素子を示す図である。
【図７】本発明のバックライトモジュール装置を示す図である。
【図８】本発明の照明装置を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０２  反射層
１０４  担体
１０５  透明密封構造
１０７  パターン化構造
１０８  蛍光粉層
１０３、１２３、１３３、１４３、２０４  発光素子
２０２  担体
２０３  凸部
２０５  透明密封構造
７００  バックライトモジュール装置
７１０  光源装置
７１１  光電素子
７２０  光学装置
７３０  電源供給システム
８００  照明装置
８１０  光源装置
８１１  光電子素子
８２０  電源供給システム
８３０  制御素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2009176923.tif 000008
【図６】
2009176923.tif 000009
【図７】
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【図８】
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