JP2019050430A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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図1aは、本発明の実施形態1に係る発光装置の平面図であり、図1bは図1aのA−A断面における断面図である。図1に示す発光装置100は、主として、発光素子1と、導電配線2と、被覆部材3と、透光性部材5と、から構成される。導電配線2には、発光素子1がフリップチップ実装されている。また、導電配線上には、発光素子1の光出射面を露出するように側面を被覆し、透光性部材5と接する上面に凹部4を有する被覆部材3が配置されており、発光素子1と、凹部を有する被覆部材3の光出射方向の上面を、透光性部材5が連続して被覆する。なお、本実施形態における被覆部材は光反射性材料を含有しており、透光性部材は波長変換部材を含んでいる。凹部以外の被覆部材3の上面と、発光素子1の光出射面は略同一面上にあるが、完全に同一面上になくてもよい。
本発明では、発光素子からの熱や光による部材の劣化に加え、発光素子の光出射面と凹部又は凸部以外の被覆部材の上面、並びに、被覆部材と透光性部材の端面がそれぞれ略同一面上にあることで、さらに透光性部材が剥離しやすい構造となっている。そこで、透光性部材を被覆部材の上面の凹部又は凸部と嵌合させることで、両部材の間に接着剤などを介することなく密着性を向上した、薄型で信頼性の高い発光装置とすることができる。
発光素子1は公知のもの、具体的には半導体発光素子を利用でき、特に発光素子構造にGaN系化合物半導体を用いると、蛍光体を効率良く励起できる短波長の可視光や紫外光が発光可能である。具体的な発光ピーク波長は、約240nm〜560nm、好ましくは約380nm〜470nmである。なお、この他、ZnSe系、InGaAs系、AlInGaP系の半導体発光素子でもよい。
半導体層による発光素子構造は、少なくとも第1導電型(n型)層と第2導電型(p型)層により構成され、その間に活性層を有する構造が好ましい。また、電極構造は、一方の主面側に第1導電型、第2導電型の両電極が設けられる同一面側電極構造が好ましいが、半導体層の各主面に対向して電極が各々設けられる対向電極構造でもよい。前記同一面側電極構造では、電極形成面を実装面として、それに対向する基板側を主な光出射面とするフリップチップ実装が好ましい。フリップチップ実装とすると、蛍光体層と対向する発光素子の表面側に電極やワイヤがないので光取り出し効率がよく、バンプ等によって発光素子の電極と基板とを対向配置して接続するので高い放熱性を確保でき、実装面積も小さく済む。なお、半導体層の成長基板は除去してもよく、さらに成長基板が除去された半導体層に、例えば導電性基板または別の透光性部材や基板を接着した構造とすることもできる。成長基板の除去は、支持体、装置又はサブマウントに実装又は保持して、剥離、研磨、若しくはLLO(Laser Lift Off)で実施できる。また、発光素子は光反射構造を有することができ、具体的には、半導体層の互いに対向する2つの主面の内、光出射面と対向する他方の主面を光反射側とし、この光反射側の半導体層内や電極などに光反射構造を設ける。光反射構造の例として、半導体層内に多層膜反射層を設ける構造、あるいはAg,Al等の光反射性の高い金属膜や誘電体多層膜を有する電極、反射層を設ける構造等がある。
図1の発光装置100は、発光素子1と発光素子1の側面を被覆する被覆部材3の上面に、発光素子1からの光の少なくとも一部を透過する透光性部材5を備える。透光性部材5は、発光素子1と被覆部材の凹部4の上面に配置され、凹部4と嵌合しており、端面が被覆部材の端面と略同一面上にあれば、形状は特に限定されない。従って、透光性部材5の下面は、被覆部材の凹部4と接する領域において、凹部4と嵌合するような凸形状となる。また、被覆部材3が凸部を有する場合は、透光性部材5の下面は凸部と嵌合するような凹形状となる。凹部と透光性部材5の凸形状は、完全に対応していることが好ましいが、対応していない部分は接着剤等で補完して嵌合させてもよく、一部で嵌合していない部分があってもかまわない。また、透光性部材5の上面(発光素子および被覆部材と接していない方の面)は、被覆部材3の凹部又は凸部が位置する領域に対応して、緩やかな凹形状又は凸形状を有して(つまり、透光性部材5が柔軟な状態で積層される場合、透光性部材5の下方にある被覆部材3の凹部や凸部に沿って変形して)いてもかまわない。
この他、焼結体、凝集体、多孔質体、更にそれらに透光性樹脂等の透光性部材を混入、含浸したもの、透光性樹脂の成形体等から構成される。
また、スプレーによれば、所望の膜厚となるまで噴霧を複数回繰り返すことで、細かな厚みの調整ができ好適である。特に、本実施形態のように、透光性部材が蛍光体等の波長変換部材を含有している場合、噴霧を重ねることで所望の発光色を容易に得ることができる。
被覆部材3は、図1bに示すように発光素子1の側面を被覆する。詳述すると、発光素子1の光出射面を露出し、発光素子1の側面を埋め込むように被覆している。すなわち、発光素子1の光出射面と、被覆部材の凹部4以外の上面の少なくとも一部は略同一面上にあり、両者の高さは略等しい。しかし、完全に同じ高さでなくてもよく、約10〜50μm程度の若干の高低差があってもかまわない。図1cのように、被覆部材3が発光素子1の側面を全て被覆していない状態でもよい。
実装基板は、前記の発光素子が搭載されて電気的に接続される基板であり、支持基板上に導電配線を有するもの、導電配線のみからなるもの、が挙げられる。さらに、導電配線のみからなる実装基板は、当初支持基板を有しているが、製造工程中に剥離して最終的に導電配線のみになるものと、最初から導電配線のみで形成されるもの(例えば、リード電極等)とに分類される。いずれも発光素子との実装に、半田、Agペースト、Auバンプなどの導電性接着剤などを用いてもよい。
導電配線の厚さは、特に限定されないが、約1〜50μm程度であると好ましい。支持基板は、光透過率の低い材料で形成されると好適である。具体的には、セラミックス(Al2O3,AlN等)、あるいはフェノール樹脂、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。また、表面に絶縁層を形成した金属基板であってもよい。以上のような支持基板上に導電配線を有する実装基板は、基板下方に発光素子の出射光が抜けにくく、発光装置の光取出し効率が向上するため好ましい。従って、導電配線が数μm程度の薄膜である場合や、被覆部材が光反射性を有さない場合に、光漏れ防止に好適に用いられる。
発光装置は、被覆部材を保持する枠体を有していてもよい。枠体は、セラミックや樹脂などで形成することができる。材料としては、光反射性の高いアルミナなどが好適に用いられるが、表面に反射膜を形成すれば、これに限らない。その他、スクリーン印刷や、別に成形された成形体を支持基板に接着するなどして形成してもよい。また、枠体は目的に応じて着色してもよい。なお、この枠体は、被覆部材を充填又は成形後に取り外すこともできる。除去しない場合は、光反射性の部材として機能する。被覆部材が光反射性を有する場合は、同様の機能を有するので、被覆部材の一部とみなしてもよい。枠体も被覆部材の一部とみなすと、透光性部材の端面は枠体の端面と略同一面上となるように形成する。
発光素子、被覆部材、透光性部材、実装基板、枠体の間には、部材どうしの固着を強化するために、適宜接着剤を介在させてもよい。実施形態1では、コストや生産性の面を考慮し、接着剤は設けないこととする。
図1に示される発光装置100の製造方法の一例を、図4を用いて以下に説明する。図4aに示すように、発光素子41にバンプを形成し、それを介して発光素子41を支持基板上の導電配線42にフリップチップ実装する。この例では、1つの発光装置に対応する領域に、各々1個の発光素子41を並べて実装する(但し、発光素子の個数は適宜変更できる)。なお、支持基板は製造工程中に除去し、導電配線を実装基板とする。
第1の工程では、被覆部材の上面を、発光素子の光出射面と略同一面上となるように形成し、その上面に凹部を形成する。具体的には、発光素子41の光出射面側を上金型50で、支持基板49の下面側を下金型60で挟持し、光反射性材料を含有する樹脂で被覆部材43を形成する。
第2の工程では、発光素子41と被覆部材43の光出射方向の上面に透光性部材45、ここでは蛍光体を含有した蛍光体シートを直接配置し、被覆部材の凹部44と嵌合させる。樹脂に蛍光体を含有させた比較的柔軟で粘着性を有する透光性部材を配置することで、光出射面から出射された光を所望の発光色に波長変換することができ、凹部44に合わせて変形しやすいので嵌合が容易になる。その他、透光性部材45は塗布法、スキージ、金型等で形成することができる。
最後に、支持基板49を導電配線42から剥離し、被覆部材43と透光性部材45の端面が略同一面上になるように、所望の位置でまとめてダイシングして個片化すれば、図1の発光装置100と同様のものを得ることができる。ダイシングの位置は、例えば図4aの点線で示すように、発光素子の搭載間隔が狭い場合や、発光素子から離れた凹部または凸部を有する場合は、凹部または凸部の途中であってもかまわない。この場合、図4bの発光装置400に示すような凹部44となり、凹部が途中で切断された形状となっている。これにより、小型の発光装置を量産性よく製造することができる。
図2aは、本発明の実施形態2に係る発光装置の平面図であり、図2bは図2aのA−A断面における断面図である。実装基板がリード電極22であり、発光素子21が複数(図中では2個)配置され、それらの発光素子全体を囲むように凹部が形成されている以外は、実施形態1と実質上同様の構造および製造方法で製造されたものとする。発光素子21が複数あることで光束量が多くなるだけでなく、隣接する発光素子の間の離型シートの弛みが相乗されるので、発光素子間の凹部は発光素子に挟まれていない凹部よりも深く形成される。また、実装基板がリード電極22であると、支持基板を剥離する工程を削減でき好ましい。図2cの発光装置は、発光素子を4つ搭載し、各々の発光素子に沿った複数の凹部が形成されている。
図3aは、本発明の実施形態3に係る発光装置の平面図であり、図3bは図3aのA−A断面における断面図と、凹部の部分拡大図である。部分拡大図では、透光性部材5の上面が被覆部材の凹部4の溝に対応して、緩やかに窪んでいる。本実施形態の被覆部材33は光反射性を有さず、シリコーン樹脂等の透光性樹脂で形成され、凹部34は発光素子31から離間してその周縁を囲っており、凹部34と透光性部材35の間に接着剤37を設けている。また、支持基板39の上面に導電配線32と枠体36を有しており、発光素子の光出射面に比べて被覆部材の上面が僅かに低く形成されている。以上を除く他の構造については、実施形態1と実質上同様であり、同様の構成については適宜説明を省略する。
図5に示す発光装置500は、被覆部材が凸部を有する。本実施形態の発光装置500は、透光性部材が凸部と嵌合する凹形状を有していること以外、その他の構成部材の構造や製造方法は、凹部を有する実施形態1の発光装置と略同じとすることができる。
以下、実施例1において発光装置100を形成する工程を説明する。まず、SUSなどの金属からなる支持基板を用意し、レジストを塗布して露光することで開口部を有するレジストを形成する。次いで、開口部に所望の厚さの金属を鍍金後、レジストを除去することで、互いに離間する一対の導電配線(厚さ約30〜100μm、特に好ましくは約70μm)を形成する。鍍金方法としては、電解鍍金、無電解鍍金等を用いることができ、特に電解鍍金を用いると、レジストが除去しやすく、導電配線の形状が均一に形成しやすいので好ましい。
図7に示す実施例2における発光装置600は、被覆部材の凹部64が発光素子61から離間しており、支持基板69上に導電配線62を有した実装基板を備える。また、透光性部材65はスプレーによって形成され、被覆部材の凹部64と嵌合している。以上を除いて、発光装置600は実施例1と実質上同様の構造を有する。同様の構成については適宜説明を省略する。
本実施例における凹部64は、断面図で見て開口面と底部がズレているので、透光性部材65を嵌合させることは困難であるが、スプレー噴射することで透光性部材65を嵌合させている。スプレーを噴射する角度や回数は適宜調節することができ、斜めから噴射すると、透光性部材を凹部に形成しやすく好ましい。複数回噴射することで、透光性部材は所望の厚さに積層することができ、各所で異なる厚さに調整することもできる。さらに、異なった種類の蛍光体を含有する樹脂を積層することも可能である。
(態様1)
発光素子と、前記発光素子の側面を被覆する被覆部材と、前記発光素子と前記被覆部材の光出射方向の上面において、前記被覆部材の端面と略同一面上の端面を有する透光性部材と、を備える発光装置であって、
前記被覆部材は上面に凹部又は凸部を有し、
前記発光素子の光出射面と、前記被覆部材の前記凹部又は前記凸部以外の上面は略同一面上にあり、
前記透光性部材は、前記凹部又は前記凸部と嵌合していることを特徴とする発光装置。
(態様2)
前記凹部又は前記凸部は、前記発光素子に沿っている態様1に記載の発光装置。
(態様3)
前記凹部又は前記凸部は、前記発光素子から離間している態様1に記載の発光装置。
(態様4)
前記被覆部材は、光反射性材料を含有した樹脂である態様1から3のいずれか1つに記載の発光装置。
(態様5)
前記透光性部材は、蛍光体を含有している態様1から4のいずれか1つに記載の発光装置。
(態様6)
発光素子と、前記発光素子の側面を被覆する被覆部材と、前記発光素子と前記被覆部材の光出射方向の上面にある透光性部材と、を備える発光装置の製造方法であって、
前記被覆部材の上面を、前記発光素子の光出射面と略同一面上となるように形成し、その上面に凹部又は凸部を形成する第1の工程と、
前記凹部又は前記凸部と嵌合するように前記透光性部材を形成する第2の工程と、
前記被覆部材と前記透光性部材の端面を、略同一面上になるように切断する第3の工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
(態様7)
前記凹部又は前記凸部は、前記発光素子に沿って形成する態様6に記載の発光装置の製造方法。
(態様8)
前記凹部又は前記凸部は、前記発光素子から離間して形成する態様6に記載の発光装置の製造方法。
(態様9)
前記第1の工程において、前記被覆部材は、光反射性材料を含有した樹脂で形成する態様6から8のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
(態様10)
前記第2の工程において、前記透光性部材は、蛍光体を含有する態様6から9のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
(態様11)
前記第1の工程において、金型を使用する態様6から10のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
(態様12)
前記第1の工程において、離型シートを使用する態様11に記載の発光装置の製造方法。
(態様13)
前記凹部又は前記凸部は、金型および離型シートを用い、前記離型シートの弛み又は破れにより形成する態様6から12のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
(態様14)
前記態様6から13のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法によって製造される発光装置。
1,21,31,41,51,61…発光素子
22…リード電極
2,32,42,52,62…導電配線
39,49,69…支持基板
3,23,33,43,53,63…被覆部材
4,24,34,44,64…凹部
5,25,35,45,55,65…透光性部材
54…凸部
36…枠体
37…接着剤
50…上金型
60…下金型
Claims (8)
- 発光素子と、前記発光素子の側面の少なくとも一部を被覆する被覆部材と、前記発光素子の上面に配置される透光性部材と、を備え、
前記被覆部材の上面は、前記発光素子の光出射面と同一面である部分と、前記発光素子の側面の一部が前記被覆部材から露出するように、前記発光素子の側面と接する位置に設けられた凹部を備え、
前記凹部に前記透光性部材が配置される、発光装置。 - 前記凹部は、前記発光素子の全周縁に沿って形成されている、請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、前記発光素子の電極と接続される導電部材のみからなる実装基板を備える、請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、前記発光素子の電極と接続される導電部材と支持基板とを備えた実装基板を備える、請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、前記被覆部材を保持する枠体を備える、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子と前記透光性部材は、接着剤を介して配置されている、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記接着剤は、透光性である、請求項6に記載の発光装置。
- 前記接着剤は、光路上に配置されている、請求項7に記載の発光装置。
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JP6784287B2 (ja) | 2020-11-11 |
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