JP2009200379A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子への透湿を抑制することで、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制することが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】サブマウント素子20aおよび発光素子20bで構成された複合素子2と、複合素子2が搭載されたリードフレーム4と、複合素子2を封止する封止部5とを備え、封止部5は、複合素子2を封止する封止層51と、封止層51全体を覆うように、ガラス材で形成された保護層52と、保護層52上に形成された樹脂層53とから構成され、封止層51は、水溶性樹脂を含有したシリコーンで形成されている。水溶性樹脂は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オキサゾリンポリマーのいずれかから形成することができる。また、樹脂層53は、3層の調光層から形成され、第1調光層と、第2調光層と、第3調光層とを備えている。
【選択図】図2
【解決手段】サブマウント素子20aおよび発光素子20bで構成された複合素子2と、複合素子2が搭載されたリードフレーム4と、複合素子2を封止する封止部5とを備え、封止部5は、複合素子2を封止する封止層51と、封止層51全体を覆うように、ガラス材で形成された保護層52と、保護層52上に形成された樹脂層53とから構成され、封止層51は、水溶性樹脂を含有したシリコーンで形成されている。水溶性樹脂は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オキサゾリンポリマーのいずれかから形成することができる。また、樹脂層53は、3層の調光層から形成され、第1調光層と、第2調光層と、第3調光層とを備えている。
【選択図】図2
Description
本発明は、基体に搭載された発光素子を封止する封止層を備えた発光装置に関する。
従来の発光装置は、リードフレームやプリント配線基板などに発光素子が搭載され、発光素子を保護する目的で樹脂により形成された封止部により封止されている。この封止部がエポキシ系樹脂により形成されていると、エポキシ系樹脂は発光素子からの熱により黄変による劣化が発生し、透明度が低下することが知られている。また、青色や紫外線を発光する発光素子からの光によってもエポキシ系樹脂は黄変することが知られている。
そのため、封止部を形成する封止材料として、エポキシ系樹脂の代わりにシリコーンが用いられることがある。しかし、シリコーンは透湿性を有しているので、反射電極に銀などを使用している場合には、外気からの湿気を含み発光素子の周辺まで水分が至ることで、銀がイオン化しマイグレーションが発生するおそれがある。そうなると発光素子が発光不良となるおそれがある。
ところで、特許文献1には、多数のTFT、配線、およびマトリックス状に配置された有機EL素子が基板面上に形成されたガラス基板と、このガラス基板の周辺部にシール材により接着され、周辺部を残して凹状にくりぬかれたキャップ状の封止基板と、封止基板の内側の素子基板に対応する面に付着形成された乾燥剤とを備えた表示装置が記載されている。そして、この特許文献1には、乾燥剤として、CaO、BaO、シリカゲルなどの例が記載されている。
特開2004−186048号公報
しかし、吸湿を目的としてCaOなどの乾燥剤を封止部に含有させると、乾燥剤は白色の粉末であるため、封止部の透過率が低下して光の進行を阻害するので、輝度低下を招く結果となる。従って、乾燥剤は、封止部内の吸湿には適していないものと思われる。
発光装置は、これからも益々、高輝度化を図るために大電流化が図られたり、短波長化が図られたりするものと思われるので、封止部の劣化による輝度低下を抑制することが必要である。
そこで本発明は、発光素子への透湿を抑制することで、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制することが可能な発光装置を提供することを目的とする。
本発明の発光装置は、基体に搭載された発光素子を封止する封止層は、水溶性樹脂を含有したシリコーンにより形成されていることを特徴とする。
本発明は、基体に搭載された発光素子を封止する封止層が、水溶性樹脂を含有したシリコーンにより形成されていることにより、発光素子への透湿を抑制することができるので、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制することが可能である。
本願の第1の発明は、発光素子と、発光素子が搭載された基体と、発光素子を封止する封止層とを備えた発光装置において、封止層は、水溶性樹脂を含有したシリコーンで形成されていることを特徴としたものである。
本発明の発光装置は、発光素子を封止する封止層を形成する封止材料として、シリコーンに水溶性樹脂を含ませることで、水溶性樹脂に湿気を保持させることができるので、発光素子周囲全体に水分が至ることで発生するマイグレーションの発生を抑制することができる。また、シリコーンは透明で、かつ耐熱性も高いため、黄変することによる輝度低下を抑制することができる。
本願の第2の発明は、第1の発明において、水溶性樹脂は、シリコーンより親水性が高い、親水性官能基を有する樹脂であることを特徴としたものである。
本願の第2の発明においては、水溶性樹脂を、少なくともシリコーンより親水性が高く、親水性官能基を有する樹脂とすることができる。
本願の第3の発明は、第1の発明または第2の発明において、水溶性樹脂は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オキサゾリンポリマーのいずれかを含むことを特徴としたものである。
本願の第3の発明においては、水溶性樹脂を、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オキサゾリンポリマーのいずれかを含むものとすれば、シリコーンより親水性が高いので、封止層に湿気を効果的に吸収させることができる。
本願の第4の発明は、第1の発明から第3の発明のいずれかにおいて、封止層は、不透湿性の透明部材で形成された保護層により覆われていることを特徴としたものである。
本願の第4の発明においては、不透湿性の透明部材で形成された保護層により封止層を覆うことで、外部の湿気が封止層へ侵入することを防止する。従って、保護層は、封止層により発光素子を封止した後に、封止層内の水分の度合いが増加することを防止することができる。
本願の第5の発明は、第4の発明において、保護層は、ガラス材で形成されたガラス層であることを特徴としたものである。
本願の第5の発明においては、保護層をガラス材で形成されたガラス層とすることで、光の進行を阻害せず、不透湿性を確保することができる。このガラス層に、発光素子からの光に励起され、波長変換して発光する蛍光体を、添加物として含有させたりすることができる。
本願の第6の発明は、第4の発明または第5の発明において、保護層上に1層以上の樹脂層が設けられていることを特徴としたものである。
本願の第5の発明においては、保護層上に1層以上の樹脂層を設けることで、この樹脂層に蛍光体を含有させることができる。また、ガラス層とは異なる屈折率の樹脂層を形成することで、発光素子からの光を拡散させたり集光させたりすることができる。ガラス層を蛍光体を含有した蛍光層とするとガラス層は脆くなるので、樹脂層によりガラス層を保護させることが可能である。
(実施の形態)
本発明の実施の形態に係る発光装置を、図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る発光装置を示す平面図である。図2は、図1に示す発光装置のA−A線断面図である。図3は、サブマウント素子に発光素子を搭載した状態を示す回路図である。図4は、図1に示す発光装置に搭載された発光素子の概略断面図である。図5は、図1に示す発光装置の封止部を説明するための部分拡大図である。
本発明の実施の形態に係る発光装置を、図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る発光装置を示す平面図である。図2は、図1に示す発光装置のA−A線断面図である。図3は、サブマウント素子に発光素子を搭載した状態を示す回路図である。図4は、図1に示す発光装置に搭載された発光素子の概略断面図である。図5は、図1に示す発光装置の封止部を説明するための部分拡大図である。
図1および図2に示すように、発光装置1は、複合素子2と、凹状に形成されたパッケージ3と、リードフレーム4と、複合素子2を封止する封止部5とを備えている。
複合素子2は、パッケージ3の底部31に配置され、サブマウント素子20aと、このサブマウント素子20aに搭載された発光素子20bとを備えている。
サブマウント素子20aは、発光素子20bを、金バンプ(図示せず)を介在させて、表面電極(図示せず)に導通搭載して、過度な電圧が発光素子20bに印加しないよう、n型のシリコーン基板20axの一部にp型の半導体領域20ayを設けたツェナーダイオードである。このサブマウント素子20aに発光素子20bを搭載した状態の回路図を図3に示す。本実施の形態では、サブマウント素子20aをツェナーダイオードZとしたが、ダイオード、コンデンサ、抵抗、またはバリスタや、絶縁基板に配線パターンが形成されたプリント配線基板とすることも可能である。このサブマウント素子20aは、ワイヤ接続電極20azにワイヤL1,L2によって電源が供給される。
発光素子20bは、例えば、図4に示すような青色を発光するLEDとすることができる。発光素子20bは、基板21に、n層22と、発光層23と、p層24とが順次積層されている。そして、n層22上にn側電極25が形成され、p層24上に、反射電極26とp側電極27とが形成されている。
基板21は、窒化ガリウム系半導体であるn型GaNで形成され、一辺が約1mm、厚みが200μmの平面視してほぼ正方形状の直方体状に形成されている。
n層22は、基板21にGaNやAlGaN等を積層して形成され、層厚が0.5μm〜5μmとしたn型半導体層である。n層22と基板21の間にGaNやInGaN等で形成したバッファ層を設けることも可能である。
発光層23は、n層22に、井戸層となるInGaN等を0.001μm〜0.005μmの層厚とし、障壁層となるGaN等を0.005μm〜0.02μmの層厚とし、これらを交互に積層した多重量子井戸構造で積層したものである。
また、p層24は、発光層23にAlGaNを積層して形成され、層厚が0.05μm〜0.5μmとしたp型半導体層である。
n側電極25は、n層22に、発光層23とp層24とを積層した後に、ドライエッチングにより発光層23とp層24とn層22の一部とを除去して、n側電極25を形成する領域を露出させたn層22上に形成されている。
反射電極26は、p層24上にAgで形成され、発光層23からの光を基板21へ反射するものである。反射電極26は、p層24や、p側電極27とのコンタクト性を向上させるために、Ag層を含む多層としてもよい。
p側電極27は、反射電極26上に形成されている。このように構成された発光素子20bは、サブマウント素子20aにフリップチップ実装されている。
パッケージ3は、平面視して略矩形状に形成され、複合素子2を底部31に搭載する凹部32が形成された収納部である。このパッケージ3は、本実施の形態ではパッケージ3を樹脂成型品としているが金属製とすることができる。パッケージ3は、傾斜面となっている凹部32の周壁面33に、金属光沢や白色塗装を施すことで、発光素子20bからの照射光を反射する反射面とすることができる。
リードフレーム4は、パッケージ3の一端側から突出した第1脚部41と、他端側から突出した第2脚部42とを備え、発光素子20bを含む複合素子2を搭載する基体として機能するものである。
第1脚部41には、複合素子2がダイボンドされると共にサブマウント素子20aから配線される一方のワイヤL1がワイヤボンドされる搭載部41aが基端に設けられている。第2脚部42には、サブマウント素子20aから配線される他方のワイヤL2がワイヤボンドされるワイヤ接続部42aが基端に設けられている。
図5に示すように、封止部5は、複合素子2(図2参照)を封止する封止層51と、封止層51上に形成された保護層52と、保護層52上に形成された樹脂層53とを備えている。
封止層51は、シリコーンに水溶性樹脂であるポリビニルアルコールを含有させたものを、パッケージ3にポッティングすることで形成されている。本実施の形態では、水溶性樹脂としてポリビニルアルコールを使用しているが、カルボキシル基、ヒドロキシル基、オキサゾリン基、アミノ基などの親水性官能基を有する樹脂であれば使用できる。しかし、少なくともシリコーンより親水性が高い樹脂が望ましいので、水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコールとする以外に、ポリビニルピロリドンやオキサゾリンポリマーなどとするのが望ましい。封止層51は、これらの水溶性樹脂を組み合わせたり、全部を使用したりして、シリコーンに含有させて形成することも可能である。
保護層52は、封止層51への水分の侵入から保護する目的で、パッケージ3の開口部に設けられたガラス層である。保護層52は、常温硬化ガラス材で形成され、発光素子20bからの照射光に励起され波長を変換する蛍光体が含有されている。常温硬化ガラス材は、主成分である金属アルコキシドに、アルキルシラン、ヒドロキシルシラン、シリコーンモノマー、セラミック前駆体ポリマー(ポリシラザン)等を添加したものである。蛍光体としては、珪酸塩蛍光体やYAG系蛍光体が使用できる。この保護層52は、封止層51への水分の侵入を抑制できればよいので、不透湿性を有する透明部材であれば使用することができる。保護層52を常温硬化ガラス材で形成する以外に、通常の板ガラス材や、板ガラス材を加熱し、表面を、均一に、かつ急激に冷却することで形成される強化ガラスを使用することもできる。
樹脂層53は、3層の調光層で形成されている。この3層の調光層は、内側に位置する第1調光層53aと、中間層である第2調光層53bと、外側に位置する第3調光層53cとから構成され、それぞれが異なる屈折率を有するシリコーンをポッティングすることで形成されている。本実施の形態では、第1調光層53aの屈折率を1.6、第2調光層53bの屈折率を1.5、第3調光層53cの屈折率を1.4と、内側から外側に向かうに従って屈折率が小さくなるように設定されている。これらの屈折率は、シリコーンに屈折率を調整する添加剤、例えばチタンなどの重金属を混合することで設定することができる。
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る発光装置1の製造方法を、図面に基づいて説明する。
図1および図2に示すように、まず、パッケージ3をトランスファー法にてリードフレーム4に成型した後、複合素子2をリードフレーム4の搭載部41aに搭載する。次に、サブマウント素子20aのワイヤ接続電極20azと、搭載部41aおよびワイヤ接続部42aとに、それぞれワイヤL1,L2を配線する。
そして、シリコーンにポリビニルアルコールを含有させたものをパッケージ3内の凹部32にポッティングして加熱することで硬化させて封止層51を形成する。その際に、封止層51が空気中の湿気を吸収するが、封止層51は水溶性樹脂であるポリビニルアルコールを含有しているので、ポリビニルアルコールが湿気を保持することで、発光素子20b周囲全体に水分が至ることで発生するマイグレーションの発生を抑制することができる。また、シリコーンは透明で、かつ耐熱性も高いため、黄変することによる輝度低下を抑制することができる。従って、発光装置1は、発光素子20bへの透湿を抑制することで、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制することが可能である。よって、発光装置1は、高い信頼性を維持し続けることができる。
次に、封止層51上に液状の常温硬化ガラスを滴下する。そして、常温硬化ガラスを加熱することで硬化を促進させて保護層52を形成する。この保護層52は、不透湿性を有しているので、封止層51への水分の侵入を遮断することができる。従って、保護層52は、封止層51により複合素子2を封止した後に、封止層51内の水分の度合いが増加することを防止することができる。
保護層52を形成すると、次に樹脂層53を形成する。図5に示すように、樹脂層53は、まず、保護層52上に屈折率が1.6のシリコーンをポッティングして、加熱によりシリコーンを硬化させることで第1調光層53aを形成する。同様に、第1調光層53a上に、屈折率が1.5のシリコーンをポッティングして、加熱によりシリコーンを硬化させることで第2調光層53bを形成する。最後に、第2調光層53b上に、屈折率が1.4のシリコーンをポッティングして、加熱によりシリコーンを硬化させることで第3調光層53cを形成する。シリコーンは、透湿性を有しているが、封止層51との間には保護層52が介在しているので、封止層51へ水分が浸透することはない。
次に、発光装置1の使用状態を、図5に基づいて説明する。発光素子20b(図5では図示せず)からの照射光は、封止層51および保護層52をそのまま通過したり、またはパッケージ3の周壁面33に反射して通過したりする光と、保護層52に含有された蛍光体を照射する光となる。保護層52に含有された蛍光体を照射することで、蛍光体が励起され波長変換して黄色の光となる。従って、発光素子20bからの青色の光と蛍光体からの黄色の光とが混色することで白色の光となって保護層52から出射される。
保護層52から出射された光は、樹脂層53へ進行する。樹脂層53では、内側から外側に向かうに従ってそれぞれの屈折率が小さくなるように形成されているので、保護層52を通過した光は、第1調光層53aから第3調光層53cへ進行する際に、それぞれの界面で屈折して、徐々に広がるような照射光となる。従って、樹脂層53により照射範囲を広くするような配光特性を得ることが可能である。
なお、本実施の形態では、封止層51と保護層52との間には、何も介在させていないが、所望とする色に波長変換する蛍光体を含有させたり、所望とする屈折率とするための添加剤を含有させたりした樹脂層を介在させることも可能である。
また、本実施の形態では、保護層52上に形成された樹脂層53として3層に形成されたものを例に説明したが、1層や2層、4層以上でもよい。そして、それぞれの層に蛍光体を含有させることも可能である。
更に、本実施の形態では、内側から外側に向かうに従って、徐々に屈折率が小さくなるように樹脂層53が形成されているが、反対に屈折率が大きくなるように樹脂層を形成することも可能である。そうすることで、発光素子20bからの照射光を中心に集光するように配光させる特性を得ることができる。
基体は、リードフレームとする以外にプリント配線基板でもよい。その場合には、封止層が成型可能なキャビティを有する金型でプリント配線基板を型締めして、最初に封止層を形成し、次に、封止層全体を覆うような保護層が成型可能なキャビティが形成された金型で保護層を形成した後に、保護層上面に樹脂層を形成することで、同様の効果を得ることができる発光装置とすることができる。
本発明は、発光素子への透湿を抑制することで、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制することが可能なので、基体に搭載された発光素子を封止する封止層を備えた発光装置に好適である。
1 発光装置
2 複合素子
3 パッケージ
4 リードフレーム
5 封止部
20a サブマウント素子
20ax n型のシリコーン基板
20ay p型の半導体領域
20b 発光素子
21 基板
22 n層
23 発光層
24 p層
25 n側電極
26 反射電極
27 p側電極
31 底部
32 凹部
33 周壁面
41 第1脚部
41a 搭載部
42 第2脚部
42a ワイヤ接続部
2 複合素子
3 パッケージ
4 リードフレーム
5 封止部
20a サブマウント素子
20ax n型のシリコーン基板
20ay p型の半導体領域
20b 発光素子
21 基板
22 n層
23 発光層
24 p層
25 n側電極
26 反射電極
27 p側電極
31 底部
32 凹部
33 周壁面
41 第1脚部
41a 搭載部
42 第2脚部
42a ワイヤ接続部
Claims (6)
- 発光素子と、前記発光素子が搭載された基体と、前記発光素子を封止する封止層とを備えた発光装置において、
前記封止層は、水溶性樹脂を含有したシリコーンで形成されていることを特徴とする発光装置。 - 前記水溶性樹脂は、前記シリコーンより親水性が高い、親水性官能基を有する樹脂である請求項1記載の発光装置。
- 前記水溶性樹脂は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オキサゾリンポリマーのいずれかを含む請求項1または2記載の発光装置。
- 前記封止層は、不透湿性の透明部材で形成された保護層により覆われている請求項1から3のいずれかの項に記載の発光装置。
- 前記保護層は、ガラス材で形成されたガラス層である請求項4記載の発光装置。
- 前記保護層上に1層以上の樹脂層が設けられている請求項4または5記載の発光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008042484A JP2009200379A (ja) | 2008-02-25 | 2008-02-25 | 発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008042484A JP2009200379A (ja) | 2008-02-25 | 2008-02-25 | 発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009200379A true JP2009200379A (ja) | 2009-09-03 |
Family
ID=41143542
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008042484A Pending JP2009200379A (ja) | 2008-02-25 | 2008-02-25 | 発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009200379A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011155187A (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Konica Minolta Opto Inc | 発光ダイオードユニットの製造方法 |
JP2011155188A (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Konica Minolta Opto Inc | 発光ダイオードユニットの製造方法 |
-
2008
- 2008-02-25 JP JP2008042484A patent/JP2009200379A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011155187A (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Konica Minolta Opto Inc | 発光ダイオードユニットの製造方法 |
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