JP2012156442A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基体10と、基体10上に設けられた導電部材20aと、導電部材20a上に載置された発光素子30と、発光素子30の上部に透光性部材50と、を備え、透光性部材50の表面はレンズ状に形成されており、導電部材20aの表面において、透光性部材50のレンズ状に形成された部分を平面透視したとき、発光素子30が載置された領域以外の領域が、絶縁性のフィラー40により被覆されることで光反射層が形成される。
【選択図】図1
Description
ここで、光の取り出し効率を高め、より高出力の発光装置とするために、基材や導電部材、封止部材等の材料による光の吸収損失を抑える事が有効である。
また、特許文献2では、光反射性フィラーを含有させた樹脂を充填して反射層を形成しているが、樹脂が塗れ広がる程度の光反射性フィラーの添加量では、反射できずに透過して基材で吸収されてしまう光も多く、光取り出し効率が十分であるとは言えない。
前記導電部材の表面から前記発光素子の側面に沿って、前記絶縁性のフィラーが被覆されていることが好ましい。
前記レンズ状とされた部分の外側において、前記導電部材が前記フィラーから露出した領域を有することが好ましい。
前記導電部材上であって前記発光素子の周囲に配される枠体を有し、前記枠体内に蛍光体含有樹脂が充填されていることが好ましい。
前記フィラーには、樹脂材料が含浸されていることが好ましい。
前記フィラーの屈折率は、前記樹脂材料の屈折率より高いことが好ましい。
前記透光性部材の屈折率は、前記樹脂材料の屈折率より高いことが好ましい。
前記枠体に保護素子が埋め込まれていることが好ましい。
図1は、本発明の第1実施形態に係る発光装置100を示す断面図である。図2は、図1の発光装置を示す平面図であり、図2中のA−A’線断面が、図1で示されている。
本実施形態における発光装置100は、主として基体10と、導電部材20と、発光素子30と、絶縁性のフィラー40と、透光性部材50とを有して形成されている。透光性部材50の表面は、レンズ状に形成されており、上方に凸形状とされている。
基体10は、平板状であり、図2に示すように、平面視長方形の形状をしている。その主面には、長手方向に正負に分離された、一対の導電部材20が設けられている。導電部材20には、分離した正負の導電部材を跨ぐように、導電性の接合部材60を介して発光素子30が載置されている。発光素子30の上部には、透光性部材50が形成されており、透光性部材50の凸状とされた部分の直下にあたる部分であって、導電部材20の表面において、透光性部材50のレンズ状に形成された部分を平面透視したとき、発光素子30が載置された領域以外の領域が、絶縁性のフィラー40により被覆されている。なお、平面視において半球状の凸形状とされた透光性部材50の略中央は、基体10の略中央と一致している。
また、樹脂に光反射部材(絶縁性のフィラー等)を含有させて、その樹脂層を光反射層として用いるのではなく、フィラー40を積み重ねて層とすることで、密度の高い光反射層とすることができ、5μm〜20μm程度の薄い層であったとしても、光の透過が極めて少ない光反射層とすることができる。
ただし、本実施形態は、フィラー40からなる光反射層において、フィラー40の隙間に、樹脂材料が含浸されていることを排除するものではない。
(基体10)
基体10は、その上に発光素子30を載置する導電部材20が設けられる部材である。
基体10の材料としては、絶縁性部材が好ましく、ある程度の強度を有するものが好ましい。より具体的には、セラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン、ポリフタルアミド(PPA)等の樹脂が挙げられる。なかでも、耐熱性及び耐光性に優れたセラミックスからなることが好ましい。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ガラスセラミックス、窒化物系(例えば、AlN)、炭化物系(例えば、SiC)等が挙げられる。なかでも、アルミナからなる又はアルミナを主成分とするセラミックスが好ましい。
なお、基体10の材料に樹脂を用いる場合は、ガラス繊維や、SiO2、TiO2、Al2O3等の無機フィラーを樹脂に混合し、機械的強度の向上、熱膨張率の低減、光反射率の向上等を図ることもできる。また、金属部材に絶縁部分を形成しているものであってもよい。
導電部材20は、発光素子30の電極と電気的に接続され、外部からの電流(電力)を供給するための部材である。すなわち、外部から通電させるための電極またはその一部としての役割を担うものである。通常、正と負の少なくとも2つに離間して形成される。これにより、図1に示すような隙間Gが形成される。
導電部材20は、発光素子30の載置面となる、基体10の少なくとも上面に形成される。導電部材20の材料は、基体10の絶縁部材として用いられる材料や製造方法等によって適宜選択することができる。例えば、基体10の材料としてセラミックを用いる場合は、導電部材20の材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する材料が好ましく、例えば、タングステン、モリブデンのような高融点の金属を用いるのが好ましい。さらに、その上に鍍金等により、別の金属材料を被覆してもよい。
基体10に搭載される発光素子30は、特に限定されず、公知のものを利用できるが、本実施形態においては、発光素子30として発光ダイオードを用いるのが好ましい。
発光素子30は、任意の波長のものを選択することができる。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)、GaP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、GaAlAs、AlInGaP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半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
これらの発光素子の電極は、図1及び図3(b)に示すように、接合部材60を介して基体10の表面の導電部材20にフリップチップ実装されており、電極の形成された面と対向する面、すなわち基板1側を光取り出し面としている。発光素子30は、正と負の導電部材20に跨るように載置されて接合されている。この発光素子30の実装方法は、例えば、半田ペーストを用いた実装や、バンプによる実装が用いられる。なお、図3に示す発光素子30を、他の図面では更に簡略化して示す。
また、発光素子30の半導体層2は、図3に示すように絶縁性の保護膜5で被覆されていることが好ましい。この際に、発光素子30の側面の一部においては、半導体層2が保護膜5から露出されていることが好ましい。これは、後述する電着塗装等で、発光素子30の側面にフィラー40を付着させるためである。
発光素子30の上方には、透光性部材50が形成されている。透光性部材50は、発光素子30からの光を効率よく取り出すことが可能なようにその表面が凸形状とされており、透光性部材50の外側で大気との屈折率差により全反射されて導電部材20側に戻る光がなるべく出ないように設計されている。レンズの曲率は、所望の配光や、発光素子30の配置等によって、適宜選択、設計される。
透光性部材50の材料は、発光素子からの光を透過する材料であれば、特に限定されない。例えば、エポキシ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネイト、ポリイミド等を用いることができる。さらに、樹脂以外にガラスを用いることもできる。透光性部材50中に、フィラーや拡散剤が分散されていてもよい。
フィラー40は、導電部材20の表面を被覆するものであり、光の取り出し効率の低下を抑制する役割を担う。本実施形態においては、図1に示すように、基体10の表面に設けられた導電部材20の表面のうち、透光性部材50のレンズ状に形成された部分の下部であって、発光素子30が載置された領域以外の領域がフィラー40により被覆される。
また、蛍光体を含有させて発光素子30の近傍に配置することにより、発光素子からの光を波長変換することができる。
本実施形態の発光装置は、その目的に応じて、その他の部材を備えていてもよい。例えば、発光素子30の他に、ツェナーダイオードの役割を担う保護素子を有していてもよい。また、接合部材60の他に、ワイヤを有して、ワイヤにより電気的な接続を取る構成としてもよい。
次に、本実施形態に係る発光装置100の製造方法について図面を参照しながら説明する。図6は、発光装置100の製造工程を示す断面図であり、また、図6(a)〜図6(f)は、発光装置100の製造工程を時系列で示しており、基本的に、図6(a)〜図6(f)の順で製造される。
導電部材形成工程は、基体10上に導電部材20を形成する工程である。また、導電部材20を基体10の裏面等にも形成させる場合は、この工程により行う。すなわち、この工程は、基体10の少なくとも上面に、導電部材20を設ける工程である。
ダイボンディング工程は、図6(a)に示すように、基体10上に形成された導電部材20上に発光素子30を載置して接合する工程である。
発光素子載置工程は、基体10上に、接合部材60を介して、発光素子30を載置する工程である。接合部材60は、例えば、ロジン(松脂)若しくは熱硬化性樹脂を含み、さらに必要に応じて、粘度調整のための溶剤や各種添加剤、有機酸などの活性剤を含有させてもよい。さらには金属(例えば粉末状)を含有させても良い。
以下、発光素子30の接合方法について説明する。
加熱工程は、発光素子30を載置した後に、接合部材60を加熱し、発光素子30を導電部材20上に接合する工程である。
例えば、接合部材60に樹脂組成物を用いた場合、加熱により樹脂組成物の一部を揮発によって消失させた後に、残留した樹脂組成物を、さらに洗浄等によって除去してもよい(残留接合部材洗浄工程)。特に、樹脂組成物がロジン含有の場合には、加熱後に洗浄するのが好ましい。洗浄液としては、グリコールエーテル系有機溶剤等を用いるのが好ましい。
保護素子接合工程は、任意に、導電部材20又は基体10上に保護素子を載置して接合する工程である。なお、ワイヤボンディング可能な金属部材を介して接合してもよい。発光素子載置工程と同時(発光素子の載置前又は載置後)に行うことが好ましい。
ワイヤボンディング工程は、任意に、保護素子上部にある電極端子と導電部材20の電極となる部位とをワイヤで接続する工程である。ワイヤの接続方法は、特に限定されるものではなく、通常用いられる方法で行えばよい。また、発光素子30の上面に電極を有して電気的接続を取る場合にも、ワイヤを用いて電気的に接続する。
フィラー被覆工程は、導電部材20の表面のうち、後に透光性部材50を配置した際に、レンズ状に形成された部分の下方に位置する場所に、フィラー40を被覆する工程である。なお、発光素子30が搭載されている領域は除くものとする。
この工程により、発光素子30を接合部材60により載置した後に、基体10上の導電部材20の表面を被覆する。
フィラー被覆工程は、例えば、フィラーを含む溶液中に、発光素子30が載置された基体10を配置させる工程と、その溶液中における電気泳動により、フィラーを導電部材20上に堆積させる工程と、を具備することで形成される。
さらに、同様に、このフィラー被覆工程において、図1に示すように、導電部材と導電部材の隙間Gも被覆するのが好ましい。
ここで、堆積したフィラー40の厚みは、堆積条件や時間により適宜調整することができ、少なくとも5μm以上の厚みであることが好ましい。更に好ましくは10μm以上の厚みが好ましい。
フィラーの反射率の高い材料を用いて形成することで、堆積したフィラー40により、光反射層が形成される。
導電部材20の一部を、外部電極として用いる場合には、該当部分がフィラー40や透光性部材50で被覆されることがないように、マスクで覆うなどの方法でフィラーの電着をすることが好ましい。導電部材20のうち、図2及び図6(b)に示すように発光装置の両端に位置する20aの部分にマスク45を配置してこの部分にはフィラー40が被覆されないようにして、図6(c)に示すように、導電部材の露出している部分にフィラー40を被覆する。これにより、レンズ状とされた部分の外側に、外部電極を形成することができる。
なお、上述したフィラー40の電着による形成工程の後、フィラー40以外の部材を電着により形成してもよい。
例えば、電解液にフィラーを溶解させる酸やアルカリ、例えば、アルカリ土類金属のイオン(Mg2+など)を含んだ硝酸を含有させたりすることができる。
また、電解液には金属アルコキシドを含有されてもよい。具体的には、Al、Sn、Si、Ti、Y、Pbあるいはアルカリ土類金属から選択される元素を構成元素として含む有機金属材料である。電解液に含まれる材料としては、その他にも、金属アルコレート、あるいは金属アルコキサイドと有機溶剤とを所定の割合で混合してなるゾル中にフィラーを分散させた混合液を電解液とすることもできる。
その他にも、電解液はイソプロピルアルコールを母液とする溶液に、有機溶剤としてアセトン、有機金属材料としてアルミナゾルおよびフィラーを含有させた混合溶液とすることができる。
透光性部材形成工程は、基体10上に、その表面をレンズ状とした透光性部材50を形成する工程である。この工程により、発光素子30及びフィラー被覆領域の上部を、レンズ状に形成された部分で被覆する。ここでは、図6(d)を参照しながら、圧縮成形を例に説明する。
まず、基体10を上金型52にセットする。下金型54として、透光性部材50の表面のレンズ形状に対応したキャビティを有する金型を用い、キャビティに透光性樹脂50aを充填する。その後、上下の金型を合わせて加圧することで、図6(e)に示すように半球状の透光性部材50を形成する。なお、このような圧縮成形をすることにより、図6(e)や(f)に示すように凸状のレンズの周縁部にレンズ形成樹脂の薄い層が形成されることがある。この薄い樹脂層が存在する部分には、図2にも示すようにフィラー40が被覆されていることが好ましい。薄い樹脂層を伝播する光を、効率よく反射させて外部に取り出すためである。
最後に、透光性部材50の形成工程終了後に、マスク45を剥離し、電極20aを露出させ、基体10を切断して、隣り合う発光装置100を裁断することで、発光装置100を形成する。このようにして作製された発光装置は、図1及び図2に示すように、上面に電極20aを有しており、透光性部材50の下部であって、発光素子30が載置されていない領域がフィラー40により被覆されることで、光取り出し効率に優れた発光装置とすることができる。
すなわち、前記に示す発光装置の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は、発光装置を前記の形態に限定するものではない。また、特許請求の範囲に示される部材等を、実施の形態の部材に特定するものではない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
本実施形態では、発光素子の周囲に蛍光体を配置させる例について説明する。その他の事項は、第1実施形態と同様である。
図4に示すように、発光素子30から離間した、導電部材20の表面に、枠体70を配置する。枠体70は、蛍光体含有樹脂をその枠内に充填し、発光素子30からの光を波長変換するために機能する。
枠体70は、光反射機能を持つ部材であることが好ましい。光吸収が少なく、光や熱に強い絶縁材料が好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー、蛍光体等を含有させることができる。
枠体70の形状としては、発光素子30を囲むように形成されていればよく、例えば発光素子と相似形状、四角形、円形等が挙げられる。枠体70は、発光素子の周囲に形成され、蛍光体含有樹脂80を堰き止めるダムとして用いられる。このため、樹脂枠は、少なくとも発光素子よりも高く形成する必要がある。複数の発光素子を搭載する場合、これらの発光素子全てを1つの枠内に囲んで形成することが好ましい。このように、蛍光体含有樹脂80を堰き止めるダムを有することにより、発光点を小さくして色むらを改善したり、光学系(レンズ等)との相性を高めたりすることができる。
なお、枠体70は、樹脂を吐出して形成する以外にも、テフロン(登録商標)や、フッ素ゴムなどの樹脂製シートの一方の面に粘着剤が塗布されたものを用いて貼り付けて形成してもよい。
蛍光体含有樹脂80は、枠体70と基体10の上面とで形成される凹部内に充填され、少なくとも発光素子30を被覆する。
樹脂中に含有させる蛍光体としては、例えば、窒化物系半導体を半導体層とする半導体発光素子からの光を吸収し、異なる波長の光に波長変換するものであればよい。
蛍光部材は、例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される、窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体を用いることができる。より具体的には、大別して下記(1)〜(3)にそれぞれ記載された中から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。
(2)Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される、希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩、アルカリ土類金属希土類ケイ酸塩等の蛍光体
(3)Eu等のランタノイド系元素で主に賦活される、有機または有機錯体等の蛍光体
(21)Y3Al5O12:Ce
(22)(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce
(23)Y3(Al0.8Ga0.2)5O12:Ce
(24)(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce
このような樹脂は、フィラー被覆工程の後で枠体70内に充填することができる。
また、枠体70を挟んで、枠体70の外部にも、フィラー40からなる光反射層を有している。これにより、レンズと空気層との界面で反射して、発光素子方面に戻ってきた光も、反射率の高いフィラー40の層で反射することができ、光損失をより少なくすることができる。
図7に、第2実施形態に係る発光装置の製造方法を示す。
なお、下記に述べる点以外の部分については、第1実施形態と同様であるため、適宜説明を省略する。
図7(a)に示すように、第1実施形態と同様に発光素子30を載置した後、図7(b)に示すように、枠体70を形成する。
この枠体70を形成する工程は、先に述べた第1実施形態における製造方法において、ダイボンディング工程とフィラー被覆工程との間に行うことが好ましい。基体10と枠体70との密着性を強固にするためである。保護素子を設ける場合には、枠体70の内部に保護素子を埋め込むようにして枠体70を形成してもよい。これにより、保護素子に光が吸収されることを抑制することができる。
なお、フィラーを被覆した後に枠体70を形成してもよい。
図7(c)、図7(d)に示すように、実施形態1と同様にマスク45を配置し、導電部材の露出している部分にフィラー40を被覆した後、図7(e)に示すように枠体70内に蛍光体含有樹脂80を充填する。
その後の工程については、図7(f)、図7(g)で圧縮成形により透光性部材50によりレンズを形成し、図7(h)で個片化することにより、実施形態1と同様に発光装置200を得ることができる。
本実施形態では、フィラーに含浸させる樹脂材料と、レンズ状に形成される透光性部材とを異なる材料として形成する例について説明する。その他の事項は、第1実施形態と同様である。
図5に示すように、本実施形態において、フィラー40は樹脂材料90で含浸されており、さらにその上を透光性部材50で被覆している。
樹脂材料90は、フィラー40の隙間を埋める樹脂である。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。
樹脂材料90は、その上に形成される透光性部材50よりも屈折率を低くすることが好ましい。これにより、透光性部材50から樹脂材料90に向かう光において、屈折率差に対応する臨界角以上の入射角を持つ光は全反射され、光吸収損失を低減させ、さらなる高出力化を図ることができる。
なお、空気/透光性部材50界面への光の入射角に関しては、透光性部材50の形状を蛍光体含有樹脂層を中心とする曲率をもたせる事で空気/透光性部材50界面への光の入射角を小さくする事ができる。
10 基体
20 導電部材
20a 外部電極
30 発光素子
40 フィラー
50 透光性部材
50a 透光性樹脂
60 接合部材
G 隙間
1 基板
2 半導体層
3 n型電極
4 p型電極
5 保護膜
70 枠体
80 蛍光体含有樹脂
90 樹脂材料
45 マスク
52 上金型
54 下金型
Claims (8)
- 基体と、
前記基体上に設けられた導電部材と、
前記導電部材上に載置された発光素子と、
前記発光素子の上部に透光性部材と、を備え、
前記透光性部材の表面はレンズ状に形成されており、
前記導電部材の表面において、前記透光性部材のレンズ状に形成された部分を平面透視したとき、前記発光素子が載置された領域以外の領域が、絶縁性のフィラーにより被覆されることで光反射層が形成されていることを特徴とする発光装置。 - 前記導電部材の表面から前記発光素子の側面に沿って、前記絶縁性のフィラーが被覆されている請求項1に記載の発光装置。
- 前記レンズ状とされた部分の外側において、前記導電部材が前記フィラーから露出した領域を有する請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記導電部材上であって前記発光素子の周囲に配される枠体を有し、前記枠体内に蛍光体含有樹脂が充填されている請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記フィラーには、樹脂材料が含浸されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記フィラーの屈折率は、前記樹脂材料の屈折率より高い請求項5に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の屈折率は、前記樹脂材料の屈折率より高い請求項5又は6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記枠体に保護素子が埋め込まれている請求項4乃至7のいずれか1項に記載の発光装置。
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