JP2013098219A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板上の載置領域に配置された複数の発光素子10と、複数の発光素子10を囲むように形成された枠体14と、を有し、載置領域24は、複数の発光素子10の最外周の辺で規定されており、枠体14は、載置領域24に沿ってその内壁面16が平面視においてジグザグ形状とされる領域を有していることを特徴とする発光装置。
【選択図】図1
Description
また、特許文献2にもダム材と同様の部材として合成樹脂等からなる枠部材が開示されており、この枠部材で囲まれた内部に発光素子を実装し、発光素子の上を蛍光体が含有された透明シリコーン樹脂で封止する発光モジュールが開示されている。
前記枠体の内側に充填されて前記複数の発光素子を被覆する封止部材を備え、前記封止部材には波長変換部材が含有されている。
前記枠体は、複数の発光素子のうち最外周に位置する発光素子から前記内壁面までの距離が略等しくなるように形成されている。
前記枠体の前記内壁面と前記枠体の外壁面とが相似形である。
前記枠体の前記内壁面と前記枠体の外壁面とが異なる形状である。
前記枠体の外壁面が平面視において円状とされている。
図1(a)に、本発明の第1実施形態に係る発光装置100を平面図で示す。また、図1(b)は図1(a)のA−A線断面図である。
発光装置100は、基板12上の載置領域24に複数の発光素子10が配置され、これら複数の発光素子10を囲むように、枠体14が形成されている。枠体14の内側には複数の発光素子10を被覆する封止部材20が充填されており、封止部材20には波長変換部材が含有されている。発光素子10はそれぞれ平面視において矩形であり、載置領域24は、配置された全ての発光素子10(以下、「発光素子群」ともいう)の最外周の辺で規定される。つまり、複数の発光素子10のうち最外周に位置する発光素子の、最外周に位置する辺を繋ぐことで規定されている。
[基板12]
基板12は、発光素子10を配置するためのものである。基板1は、図1(a)に示すように、矩形平板状に形成されている。また、基板12上には、図1(a)、図3(a)に示すように複数の発光素子10を配置される載置領域24が規定されている。なお、基板1のサイズや形状は特に限定されず、発光素子10の数や配列間隔等、目的および用途に応じて適宜選択することができる。
配置領域24は、図1(a)に示すように、基板12の中央の領域に規定されている。
載置領域24は、基板12と同じ材料で構成された領域としてもよいが、例えば、載置領域24上に光を反射する金属膜を形成し、当該金属膜を介して複数の発光素子10を配置することが好ましい(図示省略)。このように載置領域24上に金属膜を形成してその上に複数の発光素子10を配置することで、基板12の載置領域24側に向かう光も金属膜によって反射することができる。従って、出射光のロスを軽減することができ、発光装置100の光の取り出し効率を向上させることができる。金属膜は発光素子10の下方の反射率が複数の発光素子間で異なることで色ムラが生じないように、載置領域24の全面に形成する。特に、枠体14の内壁面16から載置領域24までの間にも金属膜が形成されていることが好ましい。
枠体14は、発光素子群を取り囲み、発光素子から出射された光を少なからず反射させるものである。また、枠体14は図1(b)に示すように発光素子10を被覆する封止部材を堰き止める役割を併せ持つ。枠体14の材料としては、絶縁材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を確保するために、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。より具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、BTレジンや、PPAやシリコーン樹脂などが挙げられる。なお、枠体14のサイズは特に限定されず、目的および用途に応じて適宜選択することができる。
内壁面16は、枠体の一部であって発光素子10と対向する面のことをいう。ここで「対向する」とは、発光素子10の側面と内壁面16とが略平行に配置されているものに限られない。例えば、基板12の表面に対して内壁面16が垂直に形成されている場合のほか、リフレクタを形成するように所定の角度をもって形成されている場合であっても良く、発光素子10の出射光を反射可能となるように設けられていればよい。
枠体14の外壁面18の平面視形状は特に限定されない。本実施形態では図1(a)に示すように円形となるように形成されているが、内壁面16の形状と相似形状であっても良いし、四角形状や多角形形状であってもよい。発光領域は主として発光素子10の配置及び封止部材20の配置で決まるため、発光領域には殆ど影響されないと考えられるためである。
このため、外壁面の形状は内壁面と異なる形状でも良く、容易に形成可能な形状、例えば円や多角形などにすることが好ましい。あるいは樹脂を吐出しながら枠体14を形成する際に1つの工程で形成可能なように、内壁面16と相似な形状で形成されることが好ましい。
封止部材20は、基板12に配置された発光素子10を、塵芥、水分、外力等から保護するための部材であり、波長変換を行う場合に波長変換部材を含有させるための部材である。封止部材20は、図1(b)に示すように、基板12上において、枠体14で囲った領域内に樹脂を充填することで形成される。封止部材20の材料としては、発光素子10からの光を透過可能な透光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂(PMMA等)、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂等から選択される少なくとも1種の樹脂を挙げることができる。
波長変換部材(図示しない)は、発光素子10が発光した光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する。例えば、蛍光体を好適に用いることができる。蛍光体は公知の材料を適用すればよく、例えばY(イットリウム)、Al(アルミニウム)、およびGa(ガーネット)を混合してCe等で賦活されたYAG系蛍光体や、Eu,Ce等のランタノイド系元素で主に賦活された、窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体等を用いることができる。これらの材料から、発光素子10の発光色と組み合わせて、照射領域から照射される光が所望の色となるように選択する。例えば、緑色や黄色を発光するYAG系蛍光体やクロロシリケート蛍光体、赤色を発光する(Sr,Ca)AlSiN3:Eu等のSCASN系蛍光体、CaAlSiN3:Eu等のCASN系蛍光体が挙げられ、また2種類以上の蛍光体を混合して用いてもよい。
本実施形態の発光装置100では、最外側の発光素子から内壁面16までの距離がほぼ等しく形成されていることから発光領域の外周縁部において、発光素子10から出射された光が励起する蛍光体層(蛍光体を含有させた封止部材20)の距離がほぼ等しくなる。これにより、発光領域内の色ムラを少なくすることができ、略円形の照射領域とする場合であっても、色ムラの少ない良質な照射領域とすることができる。
発光素子10は、電圧を印加することで自ら発光する半導体素子であり、窒化物半導体等から構成される公知の半導体発光素子を適用できる。発光素子10は、所望の発光色を得るために任意の波長のものを選択すればよい。具体的には、青色の光(波長430nm〜490nm)や緑色の光(波長490nm〜570nm)を発光する発光素子としては、InXAlYGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で表される窒化物系半導体を、赤色の光(波長620nm〜750nm)を発光する発光素子としては、GaAlAs,AlInGaP等で表されるヒ素系化合物やリン系化合物の半導体をそれぞれ適用することができ、さらに混晶比により発光色を変化させた発光素子となる。
正極22aおよび負極22bは、基板12上の複数の発光素子10と、図示しない外部電源とを電気的に接続し、発光素子に対して外部電源からの電圧を印加するためのものである。すなわち、正極22aおよび負極22bは、外部から通電させるための電極としての役割を担うものである。
図2に、本発明の第2実施形態に係る発光装置200を平面図で示す。第1実施形態と同一の要素については同じ符号を付して説明を省略する。
第2実施形態に係る発光装置200は図2に示すように、発光素子10の配置及びそれに伴う載置領域の形状と枠体の形状以外は、前記した第1実施形態に係る発光装置100と同様の構成を備えている。
これにより、本実施形態では第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
次に、第3実施形態に係る発光装置の製造方法について図1(a)及び図4を用いて説明する。発光装置100の製造方法は、発光素子載置工程と、枠体形成工程と、をこの順に備える。特に、枠体形成工程は、複数の発光素子のうち最外周に位置する発光素子から内壁面までの距離が略等しくなるようにその内壁面が平面視においてジグザグ形状とされる領域を有するように形成される。
<基板作製工程>
基板作製工程は、発光素子10を配置する基板を作製する工程である。基板作製工程では、基板12上に正極22a及び負極22bとなる部位を所定の形状に形成する。例えば、セラミックスからなる基板にめっき用配線を形成し、その配線上に金属部材をめっきにより形成する。これにより、発光素子10を配置する箇所に金属膜を設けたり正極22a及び負極22bを形成したりすることができる。
発光素子載置工程は、基板12上に発光素子10を配置する工程である。発光素子載置工程は、載置領域24上に接合部材を介して発光素子10を配置し、接合することで、基板1上に各発光素子10を配置する。発光素子群は、円形の照射領域を形成するように略円形に配置される。略円形に配置とは、第1実施形態において述べたように、例えば平面視において発光素子群の周囲に円形の仮想線28を引いたときに、発光素子群の最外形が仮想線28近傍に位置するような配置である。
発光素子10の電極を、基板12上に形成された正極22a及び負極22bに電気的に接続する。例えば、フリップチップ接続されている場合には、発光素子配置工程と同時に行うことができる。以下、ワイヤを用いて接続する場合について説明する。
ワイヤボンディング工程は、発光素子配置工程の後に、発光素子10同士をワイヤによって接続するとともに、発光素子10と正極22a、あるいは、発光素子10と負電極22bをワイヤによって電気的に接続する工程である。なお、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。
枠体形成工程は、前記電気的接続工程の後に、複数の発光素子10のうち最外周に位置する発光素子10から内壁面16までの距離が略等しくなるようにその内壁面16が平面視においてジグザグ形状とされる領域を有するように枠体14を形成する工程である。図3(a)に示すように、載置領域24よりも一回り大きくなるように枠体の内壁面16が形成される。距離B、C、D、E、及びFは略等しくなるように形成されている。
このような樹脂吐出装置を用いて図4に示すように、載置領域24の周囲を、略等しい一定の間隔をあけて取り囲むように樹脂を吐出しながら矢印(樹脂吐出ライン26)に沿って枠体14を形成する。換言すると、樹脂描画することにより形成する。これにより、ジグザグ形状の枠体を載置領域24に沿って形成することが容易となる。なお、樹脂描画以外に印刷法や圧縮成形、射出成形等で形成しても良い。
封止部材充填工程は、枠体14の内側に、発光素子10を被覆する透光性の封止部材20を充填する工程である。すなわち、発光素子10を被覆する封止部材20を、基板12上に形成された枠体14の内部に樹脂を注入し、その後加熱や光照射等によって硬化する工程である。封止部材20は第1実施形態で述べたように、各種の波長変換部材を含有させることができる。
次に、第4実施形態に係る発光装置の製造方法について図1(a)及び図5を用いて説明する。発光装置100の製造方法は、枠体形成工程と発光素子載置工程とを、この順に備える。すなわち第3実施形態では発光素子を載置した後で、載置領域24の外形に沿って枠体を形成することで、内壁面16と発光素子10との距離を制御していたが、本実施形態では先に枠体14を形成し、形成された内壁面16との距離が一定になるように発光素子10を載置する。
基板12上に、内壁面16が平面視においてジグザグ形状とされる領域を有する枠体14を形成する。形成方法としては、第3実施形態で述べたとおり、樹脂描画法、印刷法、圧縮成形法、及び射出成形法等で形成することができる。先に枠体14を形成する場合には樹脂描画法以外の方法も好適に用いることができる。
枠体形成工程2の後で、図5に示すように複数の発光素子のうち最外周に位置する発光素子を、枠体14の内壁面16からの距離が略等しくなるように載置する。例えば、距離B、C、D、E、及びFが略等しくなるように発光素子10を配置する。
以上により、本実施形態では第3実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
10 発光素子
12 基板
14 枠体
16 内壁面
18 外壁面
20 封止部材
22a 正極
22b 負極
24 載置領域
26 樹脂吐出ライン
28 仮想線
Claims (9)
- 基板上の載置領域に配置された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子を囲むように形成された枠体と、を有し、
前記載置領域は、前記複数の発光素子の最外周の辺で規定されており、
前記枠体は、前記載置領域に沿ってその内壁面が平面視においてジグザグ形状とされる領域を有していることを特徴とする発光装置。 - 前記枠体の内側に充填されて前記複数の発光素子を被覆する封止部材を備え、前記封止部材には波長変換部材が含有されている請求項1に記載の発光装置。
- 前記枠体は、複数の発光素子のうち最外周に位置する発光素子から前記内壁面までの距離が略等しくなるように形成されている請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記枠体の前記内壁面と前記枠体の外壁面とが相似形である請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記枠体の前記内壁面と前記枠体の外壁面とが異なる形状である請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記枠体の外壁面が平面視において円状とされている請求項5に記載の発光装置。
- 複数の発光素子を基板上に載置する発光素子載置工程と、
前記複数の発光素子のうち最外周に位置する発光素子から内壁面までの距離が略等しくなるようにその内壁面が平面視においてジグザグ形状とされる領域を有する枠体を形成する工程と、をこの順に備えることを特徴とする発光装置の製造方法。 - 複数の発光素子が載置される基板上に、内壁面が平面視においてジグザグ形状とされる領域を有する枠体を形成する工程と、
前記複数の発光素子のうち最外周に位置する発光素子を、前記枠体の内壁面からの距離が略等しくなるように載置する工程と、をこの順に備えることを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記枠体は樹脂描画により形成される請求項7又は請求項8に記載の発光装置の製造方法。
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