JP2007088062A

JP2007088062A - 発光装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007088062A
Application number: JP2005272627A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Hayashi; 稔真林; Hiroaki Kawaguchi; 洋明川口; Takumi Narita; 巧成田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】光取出効率及び品質上の信頼性を高めることができる発光装置を提供する。
【解決手段】素子搭載基板６と、素子搭載基板６に接着剤２００によって取り付けられ、光取出側に開口するケース５と、ケース５内に充填された封止部材８と、封止部材８によって封止され、かつ素子搭載基板６に搭載されたＬＥＤ素子３とを備えた発光装置１において、ケース５の接着側面であって、接着剤２００のＬＥＤ素子側に位置する領域５１は、ケース５の接着側面と素子搭載基板６の素子搭載側面との間にスペーサ２０１を介在させることにより、素子搭載基板６の素子搭載側面に密接している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を収容するケース及びこのケースを搭載する素子搭載基板を備えた発光装置及びその製造方法に関する。

周知のように、発光素子から発せられる光を効率よく光取出側に取り出すために、リフレクタ（ケース）によって発光素子を収容してなる発光装置がある。

従来、この種の発光装置には、光取出側に開口するケース及びこのケースを接着する素子搭載基板を有するパッケージと、このパッケージ（封止部材）によって封止された発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）素子とを備えたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

このような発光装置の組み立て（製造）は、素子搭載基板にケースを接着し、次にケース内に発光素子を収容するとともに、素子搭載基板上にボンディングワイヤを用いて実装してから、封止部材で発光素子を封止することにより行われる。
特開２００４−２８９１０６号公報

しかし、特許文献１によると、素子搭載基板にケースを接着するに際し、ケースと素子搭載基板との間の領域であって、ＬＥＤ素子に近接する領域に空隙が形成されることがある。このため、ＬＥＤ素子の封止時にケースと素子搭載基板との間の空隙に封止部材が入り込まず、気泡が残存していた。この結果、封止部材の熱硬化時にＬＥＤ素子の光取出側に移動（上昇）した気泡にＬＥＤ素子からの光が全反射して光取出側に取り出されず、光取出効率が低下するという問題があった。

また、使用時に気泡が封止部材内で熱膨張すると、この膨張力が封止部材を介してボンディングワイヤに作用し、このためボンディングワイヤが断線し、品質上の信頼性が低下するという問題もあった。

従って、本発明の目的は、光取出効率及び品質上の信頼性を高めることができる発光装置及びその製造方法を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、素子搭載基板と、前記素子搭載基板に接着剤によって取り付けられ、光取出側に開口するケースと、前記ケース内に充填された封止部材と、前記封止部材によって封止され、かつ前記素子搭載基板に搭載された発光素子とを備えた発光装置において、前記ケースの接着側面であって、前記接着剤の発光素子側に位置する領域は、前記素子搭載基板の素子搭載側面に密接していることを特徴とする発光装置を提供する。

（２）本発明は、上記目的を達成するために、素子搭載基板と、前記素子搭載基板に接着剤によって取り付けられ、光取出側に開口するケースと、前記ケース内に充填された封止部材と、前記封止部材によって封止され、かつ前記素子搭載基板に搭載された発光素子とを備えた発光装置の製造方法であって、前記素子搭載基板の素子搭載側面又は前記ケースの接着側面であって、前記接着剤の発光素子側に位置する領域にスペーサ形成用の接着剤を塗布する工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法を提供する。

本発明によると、光取出効率及び品質上の信頼性を高めることができる。

[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図である。

〔発光装置１の全体構成〕
図１において、発光装置１は、素子収容用のパッケージ２と、このパッケージ２によって収容されたＬＥＤ素子３とから大略構成されている。

（パッケージ２の構成）
パッケージ２は、図１に示すように、ＬＥＤ素子３を収容可能なケース５と、ケース５の一方側（図１では下側）開口部を覆う素子搭載基板６と、ケース６内に充填された封止部材８とを有し、封止部材８によってＬＥＤ素子３を封止するように構成されている。

<ケース５の構成>
ケース５は、図１に示すように、基板側から光取出側に向かって広がる截頭四角錐状の内部空間５Ａを有し、素子搭載基板６に接着剤２００によって取り付けられている。そして、全体が例えばＡｌ₂Ｏ₃等のセラミックス材料からなる箱体によって形成されている。内部空間５Ａの形状としては、截頭四角錐状の他に、截頭円錐状や截頭六角錐状等の多角錐状であってもよい。ケース５の内面部には、ＬＥＤ素子３からの光を光取出側に反射するための傾斜面５ａが設けられている。ケース５の接着（基板）側面であって、接着剤２００のＬＥＤ素子側に位置する領域５１は、ケース５の接着側面と素子搭載基板６の素子搭載（ケース）側面との間に四角形枠状のスペーサ２０１を介在させることにより、素子搭載基板６の素子搭載側面に密接している。スペーサ２０１の材料としては、例えばガラス接着剤や樹脂接着剤等に白色フィラー（ＴｉＯ₂），ＢａＳＯ₄等の高反射性材料を混合してなる材料や白色セラミックス（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる材料が用いられる。

なお、本実施の形態では、ケース５の接着側面と素子搭載基板６の素子搭載側面との間にスペーサ２０１をＬＥＤ素子側に突出させない状態で介在させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図２に示すようにスペーサ２０１をその内側端縁部２０１ＡがＬＥＤ素子側に突出した状態で介在させてもよい。

<素子搭載基板６の構成>
素子搭載基板６はＡｌ₂Ｏ₃のセラミックス材料によって形成されている。素子搭載基板６の材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃の他に、シリコン（Ｓｉ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは樹脂が用いられる。素子搭載基板６の光取出側面（表面）及び側面・裏面には、ＬＥＤ素子３の両電極にそれぞれ金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ１２，１３を介して接続する電源供給用の配線パターン１４，１５が設けられている。配線パターン１４，１５は、例えばタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），ニッケル（Ｎｉ），アルミニウム（Ａｌ），白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），Ａｕ，銀（Ａｇ），Ｃｕ（銅）など単層又は積層あるいは半田材料によって形成されている。

<封止部材８の構成>
封止部材８は、シリコーン等の光透過性樹脂材料からなり、前述したようにケース５内でＬＥＤ素子３を封止するように構成されている。封止部材８には、ＬＥＤ素子３からの光（青色光）を受けて励起されることにより、波長変換光（黄色光）を発するＹＡＧ（ＹｔｔｒｉｕｍＡｌｕｍｉｎｕｍＧａｒｎｅｔ）等の蛍光体が含有されている。

（ＬＥＤ素子３の構成）
ＬＥＤ素子３は、ｐ側電極及びｎ側電極（共に図示せず）を有するフェイスアップ型の青色ＬＥＤ素子からなり、図１に示すように、素子搭載基板６に搭載され、かつ配線パターン１４，１５にボンディングワイヤ１２，１３を介して接続されている。ＬＥＤ素子３は、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板上に例えばＡｌＮからなるバッファ層及びｎ型半導体（ｎ−ＧａＮ）層・発光層・ｐ型半導体（ｐ−ＧａＮ）層を順次結晶成長させることにより形成されている。ＬＥＤ素子３の平面縦横寸法は、例えば縦寸法及び横寸法をそれぞれ約１ｍｍとする平面サイズに設定されている。

〔発光装置１の動作〕
ＬＥＤ素子３に電源から配線パターン１４，１５及びボンディングワイヤ１２，１３を介して電圧が印加されると、ＬＥＤ素子３の発光層において青色光を発し、この光がＬＥＤ素子３の光取出面から封止部材８に出射される。

次に、ＬＥＤ素子３からの出射光が蛍光体含有の封止部材８内に入射すると、封止部材８内の蛍光体が入射光（青色光）を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を発する。このため、ＬＥＤ素子３から発せられる青色の励起光と封止部材８の蛍光体から発せられる黄色の波長変換光とが混合して白色光となる。

そして、白色光の一部が封止部材８を透過し、またケース５の傾斜面５ａで反射してから封止部材８を透過し、その光出射面から外部に出射される。

次に、本実施の形態に係る発光装置の製造方法につき、図３（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。

図３（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明するために示す図である。図３（ａ）は素子搭載基板の形成工程を、図３（ｂ）はスペーサの形成工程を、図３（ｃ）はケース取付用接着剤の塗布工程を、図３（ｄ）はケースの接着工程を、図３（ｅ）はＬＥＤ素子の実装工程を、図３（ｆ）はＬＥＤ素子の封止工程をそれぞれ説明するために示す断面図である。

本実施の形態に示す発光装置の製造方法は、「素子搭載基板の形成」及び「スペーサの形成」・「ケース取付用接着剤の塗布」・「ケースの接着」・「ＬＥＤ素子の実装」・「ＬＥＤ素子の封止」の各工程が順次実施されるため、これら各工程を順次説明する。

「素子搭載基板の形成」
先ず、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とするグリーンシートを用意し、このグリーンシートの表裏両面及び側面に配線パターン１４，１５に応じてＷやＭｏ等の高融点金属ペーストを塗布する。次に、高融点金属ペーストが塗布されたグリーンシートに１０００〜１５００℃で熱処理を施してグリーンシートを焼結させることにより、図３（ａ）に示すように配線パターン１４，１５を有する素子搭載基板６を形成する。なお、配線パターン１４，１５は、グリーンシートを焼結させた後にＡｕ，Ａｇ又はＡｇ−Ｐｔ等の低融点金属ペーストをグリーンシートに塗布し、６００〜９００℃で熱処理を施すことにより形成してもよい。

「スペーサの形成」
図３（ｂ）に示すように、素子搭載基板６の素子搭載側面であって、ＬＥＤ素子３の素子搭載部に近接する領域にスペーサ２０１となるスペーサ形成用の接着剤Ｂを塗布し、熱処理を施して硬化させる。なお、スペーサ形成用の接着剤Ｂを素子搭載基板６の素子搭載側面に塗布する場合について説明したが、ケース５の接着側面に塗布してもよい。また、スペーサ２０１は、後工程である「ケースの接着」工程において、素子搭載基板６とケース５からの印圧によっても厚みの変化が少ない高粘度接着剤により形成してもよい。この場合、接着剤を硬化させるための熱処理は不要である。

「ケース取付用接着剤の塗布」
図３（ｃ）に示すように、素子搭載基板６の素子搭載側面における所定の領域（スペーサ形成用の接着剤Ｂの外側）にケース取付用の接着剤２００を塗布する。なお、ケース取付用の接着剤２００を素子搭載基板６の素子搭載側面に塗布する場合について説明したが、スペーサ形成用の接着剤Ｂと同様にケース５の接着側面に塗布してもよい。

「ケースの接着」
素子搭載基板６に接着剤Ｂ，２００を介してケース５を載置する。この場合、ケース５が素子搭載基板６に載置されると、図３（ｄ）に示すように、一方側（図では上側）に開口するケース５が素子搭載基板６に接着される。また、ケース５の接着（基板）側面と素子搭載基板６の素子搭載側面との間に接着剤Ｂによるスペーサ２０１が形成される。このため、ケース５の接着側面であって、接着剤２００のＬＥＤ素子側に位置する領域５１が素子搭載基板６の素子搭載側面にスペーサ２０１を介して密接することになる。

「ＬＥＤ素子の実装」
先ず、ＬＥＤ素子３をケース５内に収容するとともに、素子搭載基板６の素子搭載部に接着する。次に、ボンディングワイヤ１２によってＬＥＤ素子３のｐ側電極と配線パターン１４とを、またボンディングワイヤ１３によってＬＥＤ素子３のｎ側電極と配線パターン１５とをそれぞれ接続する。この場合、ボンディングワイヤ１２，１３によってＬＥＤ素子３と素子搭載基板６（配線パターン１４，１５）とが接続されると、図３（ｅ）に示すようにＬＥＤ素子３が素子搭載基板６に実装される。

「ＬＥＤ素子の封止」
ＹＡＧ（ＹｔｔｒｉｕｍＡｌｕｍｉｎｕｍＧａｒｎｅｔ）等の蛍光体を含有するシリコーン等の光透過性樹脂材料からなる封止部材８をケース５内に充填する。この場合、封止部材８がケース５内に充填されると、図３（ｆ）に示すように封止部材８によってＬＥＤ素子３がケース５内で封止される。
このようにして、パッケージ付きの発光装置１を製造することができる。

[第１の実施の形態の効果]
以上説明した第１の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

（１）素子搭載基板６にケース５を接着するに際し、ケース５と素子搭載基板６との間の領域であって、ＬＥＤ素子３に近接する領域に気泡が残存することはない。このため、従来封止部材８内の気泡に全反射していたＬＥＤ素子３からの光が光取出側に取り出され、光取出効率を高めることができる。

（２）ケース５と素子搭載基板６との間に気泡が残存しないことは、気泡の熱膨張力がボンディングワイヤ１２，１３に作用せず、このためボンディングワイヤ１２，１３の断線を防止することができ、品質上の信頼性を高めることができる。

[第２の実施の形態]
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図である。図４において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、第２の実施の形態に示す発光装置３１は、ケース５の接着側面であって、接着剤２００のＬＥＤ素子側に位置する領域５１が、第１の実施の形態に示すスペーサ２０１を用いることなく、素子搭載基板６の素子搭載側面に密接している点に特徴がある。

このため、ケース５の接着（基板）側面に切り欠き５２が設けられ、この切り欠き５２に接着剤２００が充填されている。

[第２の実施の形態の効果]
以上説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果と同様の効果が得られる。

[第３の実施の形態]
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図である。図５において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、第３の実施の形態に示す発光装置４１は、ケース５の接着側面であって、接着剤２００のＬＥＤ素子側に位置する領域５１が、第１の実施の形態に示すスペーサ２０１を用いることなく、素子搭載基板６の素子搭載側面に密接している点に、さらに素子搭載基板６の素子搭載側面に切り欠き５３が設けられ、この切り欠き５３に接着剤２００が充填されている点に特徴がある。

[第３の実施の形態の効果]
以上説明した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果と同様の効果が得られる。

以上、本発明の発光装置を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）本実施の形態では、白色光を出射するために、青色光を発するＬＥＤ素子３及び青色光を受けて励起されることにより黄色光（波長変換光）を発する蛍光体の組み合わせによる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、紫外光（波長３７０〜３９０ｎｍ）を発するＬＥＤ素子及び紫外光を受けて励起されることにより白色光（波長変換光）を発する蛍光体の組み合わせであってもよい。

（２）本実施の形態では、蛍光体を用いた発光装置である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、蛍光体を用いない発光装置であっても勿論よい。

本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図。本発明の第１の実施の形態に係る発光装置のスペーサの変形例を説明するために示す断面図。（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明するために示す断面図。本発明の第２の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図。本発明の第３の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図。

符号の説明

１，３１，４１…発光装置、２…パッケージ、３…ＬＥＤ素子、５…ケース、５Ａ…内部空間、５ａ…傾斜面、６…素子搭載基板、８…封止部材、１２，１３…ボンディングワイヤ、１４，１５…配線パターン、５１…領域、５２，５３…切り欠き、２００…ケース取付用の接着剤、２０１…スペーサ、Ｂ…スペーサ形成用の接着剤

Claims

素子搭載基板と、
前記素子搭載基板に接着剤によって取り付けられ、光取出側に開口するケースと、
前記ケース内に充填された封止部材と、
前記封止部材によって封止され、かつ前記素子搭載基板に搭載された発光素子とを備えた発光装置において、
前記ケースの接着側面であって、前記接着剤の発光素子側に位置する領域は、前記素子搭載基板の素子搭載側面に密接していることを特徴とする発光装置。
前記領域は、前記ケースの接着側面と前記素子搭載基板の素子搭載側面との間にスペーサを介在させることにより、前記素子搭載基板の素子搭載側面に密接している請求項１に記載の発光装置。
前記領域は、前記ケースの接着側面に切り欠きを設けるとともに、前記切り欠きに前記接着剤を充填することにより、前記素子搭載基板の素子搭載側面に密接している請求項１に記載の発光装置。
前記領域は、前記素子搭載基板の素子搭載側面に切り欠きを設けるとともに、前記切り欠きに前記接着剤を充填することにより、前記素子搭載基板の素子搭載側面に密接している請求項１に記載の発光装置。
前記ケースの内面部には、前記発光素子から発せられる光を光取出側に反射するための傾斜面が設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。
前記発光素子は発光ダイオード素子からなる請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置。
素子搭載基板と、
前記素子搭載基板に接着剤によって取り付けられ、光取出側に開口するケースと、
前記ケース内に充填された封止部材と、
前記封止部材によって封止され、かつ前記素子搭載基板に搭載された発光素子とを備えた発光装置の製造方法であって、
前記素子搭載基板の素子搭載側面又は前記ケースの接着側面であって、前記接着剤の発光素子側に位置する領域にスペーサ形成用の接着剤を塗布する工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。