JP6369580B2 - 支持体及びそれを用いた発光装置 - Google Patents
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Description
ここで、このような発光装置においては、発光素子を基材に搭載するために、種々の接合部材が用いられる。
前記第2の金属パターンが形成された前記支持体の側面は、平面視において前記発光素子の側面と一致しているか、又は、前記発光素子の側面よりも内側に位置していることが好ましい。
前記支持体の側面に切欠を有し、前記切欠に前記第2の金属パターンが形成されていることが好ましい。
前記切欠は、前記支持体の全ての側面に形成されていることが好ましい。
前記第2の金属パターンは、前記切欠に埋め込まれた金属部材からなり、前記支持体の側面と略面一に形成されていることが好ましい。
前記支持体の下面に、前記第2の金属パターンと連続して形成された第3の金属パターンを有していることが好ましい。
また、本発明に係る発光装置は、本発明に係る支持体が実装される、又は、本発明に係る支持体をその一部として備える基材と、前記支持体及び前記基材の少なくとも一部を被覆する被覆部材と、を有することを特徴とする。
前記基材に形成される導電パターン、前記支持体に形成される前記第2の金属パターン、前記支持体の側面に配置される前記接合部材のうちの少なくとも1つが、光反射性部材により被覆されていることが好ましい。
また、本発明に係る発光装置は、本発明に係る支持体を有し、前記支持体の側面に配置される前記接合部材が、光反射性部材により被覆されていることを特徴とする。
図1に、本発明の第1実施形態に係る支持体100を平面図で示す。
本形態の支持体100は、発光素子が搭載されるものである。図1では、発光素子102が搭載されていない状態の支持体100を示している。発光素子102の載置面となる支持体100の平面(上面)には、第1の金属パターン106が形成されている。図2(a)は、図1に示す支持体100を側面側から見た図であり、発光素子102が実装される様子を図示している。図2(b)は、支持体100に発光素子102が搭載された状態で、発光素子102を透過して見た平面図であり、発光素子102の外形及び電極103(103a及び103b)のパターンが点線で示されている。薄墨で示された部分が、支持体の第1の金属パターン106(106a及び106b)と、発光素子102の電極103とが接している部分である。また、図3は発光素子102が実装された状態における、模式的断面図であり、図1のA−Aに該当する箇所を示す図である。図3に図示する矢印は、発光素子から下方向に出射される光を示している。
つまり、第1の金属パターン106と、第2の金属パターン108とが、接するように形成されていることから、第1の金属パターン106からはみ出した接合部材110は、支持体の側面に形成された第2の金属パターン108にまで塗れ広がることになり、接合部材110を発光素子載置面ではない面に逃がすことができる。これにより、発光素子102から出射された光が、発光素子載置面にはみ出した接合部材に吸収されることを抑制することができる。なお、吸収されずに下方へ出射された光は、支持体100を搭載する部材に反射部材を設けることで反射させて上方に取り出す構成としても良いし、そのまま下方から光を取り出すような構成としてもよい。
支持体100は、発光素子102を載置する部材であり、いわゆるパッケージ基板やサブマウント等である。直方体、立方体、円柱、角柱等の種々の形状とすることができる。支持体100の上面には、発光素子102を接合するための第1の金属パターン106が形成されており、側面には第2の金属パターン108が形成されている。
支持体100の絶縁部分を形成する絶縁性部材101の材料としては、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックスなどが挙げられる。特に、その表面に発光素子102を接合するための金属パターンを比較的容易に形成することができるものが好ましく、そのような材料として、耐熱性および耐候性の高いセラミックスからなることが好ましい。セラミックス材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが好ましい。なお、セラミックスからなる支持体であっても、セラミックス以外の絶縁性材料からなる絶縁層をその一部に有していてもよい。このような材料としては、例えば、BTレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等が挙げられる。発光素子102からの熱を適切に放熱するために、熱伝導率が150W/m・K以上であることが好ましい。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。
なお、「側面と一致している」とは、完全に一致している場合のみならず、平面視したときに、支持体100の側面と発光素子102の側面とが±500μm程度離れているものも含むものとする。また、後述のように支持体の側面に切欠104が形成される場合の支持体の側面の位置は、切欠104が形成される側面(つまり、1つの側面のうち、切り欠かれていない部分)の位置のことをいうものとする。
支持体100の側面に形成される切欠104は、発光素子102の載置面が切り欠かれるように、少なくとも支持体の発光素子載置面と側面との角部を切り欠いて形成される。このように形成された切欠104の表面に第2の金属パターンを設けることで、接合部材110がこの切欠104に配置される。
切欠104は、図2に示すように、支持体100の下面にまで貫通していてもよい。そして、下面と接する程度にまで第2の金属パターンを形成することにより、支持体の下面側から電気的接続を取ることが容易にできる。ただし、必ずしもこのように貫通している必要はなく、接合部材のはみ出しを、支持体の側面方向へと導くことができる形状・程度であればどのような切欠であっても良い。
支持体100に搭載される発光素子102は、特に限定されず、公知のものを利用できるが、本発明においては、発光素子102として発光ダイオードを用いるのが好ましい。
発光素子は、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。
蛍光体を有する発光装置とする場合には、その蛍光体を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。同一面側に正負の電極を有するものであってもよいし、異なる面に正負の電極を有するものであってもよい。
発光素子102の正の電極103aが接続される第1の金属パターン106a及び負の電極103bが接続される第1の金属パターン106bには、それぞれ支持体の側面に形成される第2の金属パターン108が連続して配置されており、接合部材110が第2の金属パターンに塗れ広がるように形成されている。なお、本実施形態では、発光素子102の電極を、導電性の接合部材110で直接接合するため、第1の金属パターン106及び第2の金属パターン108は、発光素子102に電気を流すための導体配線としての役割も果たしている。
第1の金属パターン106は、発光素子の載置面となる、支持体の上面に形成される。支持体の側面に形成される第2の金属パターンと連続させるため、側面と接する部分に形成される。その形状は、搭載する発光素子の電極等の形状に合わせて適宜変更可能である。
第1の金属パターン106及び第2の金属パターン108の材料は、支持体100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、支持体の絶縁部材の材料としてセラミックを用いる場合は、第1の金属パターン106及び第2の金属パターン108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。
接合部材110は、発光素子102の電極103と第1の金属パターン106とを接合するための部材である。具体的な材料としては、Au含有合金、Ag含有合金、Pd含有合金、In含有合金、Pb−Pd含有合金、Au−Ga含有合金、Au−Sn含有合金、Sn含有合金、Au−Ge含有合金、Au−Si含有合金、Al含有合金、Cu−In含有合金、金属とフラックスの混合物等、また、必ずしも導電性の部材を用いる必要はなく、絶縁性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂(樹脂組成物)等を用いることができる。
また、これらの接合部材110は、単一部材で形成してもよく、あるいは、数種のものを組み合わせて用いてもよい。さらに、特に透光性の接合部材を用いる場合は、その中に発光素子からの光を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光部材を含有させることもできる。
発光素子102と、第1の金属パターン106との接合方法の一例を示す。本実施形態においては、図2に示すように、発光素子102の電極と、第1の金属パターンとを対向配置して、接合部材(図示しない)を介して接合される。このとき、発光素子の底面からはみ出す程度の量の接合部材を用い、第2の金属パターンにまで接合部材を被覆させる。
さらに、本実施形態に係る支持体100には、任意で、図3に示すように、支持体の下面には第2の金属パターンと連続して形成される第3の金属パターン114が形成されていてもよい。このように支持体100の下面に金属パターンが形成されていると、支持体100をさらに別の基材等に実装し、その基材との電気的接続を容易に取ることができる。
本実施形態に係る支持体200を、図4乃至図6に示す。
図4は、発光素子102が搭載されていない状態の支持体200であり、図5は、図1に示す支持体200を側面から見た図であり、発光素子102が実装される様子を図示している。また、図6は発光素子102が実装された状態における、模式的断面図であり、図4のB−Bに該当する箇所を示す図である。
その他以下で説明する点を除いては、第1実施形態と同様である。
本実施形態において、切欠204に埋め込まれる金属部材115の材料としては、第1実施形態に示した金属パターンと同様の材料を使用することができる。
本実施形態の支持体200によれば、金属部材が埋め込まれているため、電気抵抗を下げることができ、放熱特性も良好とすることができる。
また、実施形態1と同様に、接合部材110による光吸収を低減することができ、光取り出し効率を向上させることができる等、第1実施形態と同様の効果を有する。
第3実施形態として、図7に本発明の支持体を用いた発光装置300を示す。図7(a)は発光装置を上から見た平面図、図7(b)はC−C模式的断面図である。
第1実施形態で説明した、発光素子が搭載された支持体100を、基材112に搭載し、支持体100及び発光素子102を覆うように被覆部材120が形成されている。
基材112は、支持体100を搭載して電気的に接続を取ることができるものであれば、どのようなものであっても良い。
具体的な材料としては、支持体100の絶縁部分を形成する材料と同様であり、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックスなどの絶縁性部材が挙げられる。また、絶縁部材を形成した金属であってもよい。支持体と同じ材料からなるものであると、熱膨張係数が同等であることから、接合部にクラック等が生じにくく好ましい。また、支持体と同一部材により、基材が支持体をその一部として備えて、一体的に形成されていてもよい。
図7に示す例では、基材112は、平面視が発光素子102と相似形状の略正方形の外形を有しており、円状のキャビティを有している。基材のキャビティを形成する壁部の上端よりも支持体の上面のほうが高く突出するような形で、支持体100が搭載されている。支持体の下面には、第3の金属パターン114が形成されており、基材112のキャビティの底面に形成された導電パターン117と接合され、電気的に接続されている。さらに、導電パターン117は、基材112の裏面の外部電極118a、118bとビア119により電気的に接続されている。なお、図7(b)の模式的断面図においては、支持体の下部に形成される金属パターンは双方とも負極とされており、負の外部電極118bと接続されている。一方、発光素子の正の電極は、支持体の表面及び基材の表面に形成されるパターンにより、正の外部電極118aと接続されている(図示しない)。
光反射性部材116は、発光素子102から照射された光を効率よく反射する部材であり、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、蛍光部材等を含有させることもできる。このように、樹脂材料で形成する場合、導電パターン117を覆うように、キャビティに樹脂材料を充填することで容易に形成することができる。また、導電パターン117のみならず、第2の金属パターン108や、接合部材110をも覆うように形成することで、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
第4実施形態として、図8に本発明の支持体を用いた発光装置400を示す。図8(a)は発光装置を上から見た平面図、図8(b)はD−D模式的断面図である。
発光装置400は、発光素子102が上下に一対の電極を有する発光素子であり、上面に形成された電極と、基材に形成された導電パターン117とを導電性ワイヤ122により接続している点、また、キャビティ内に光反射性部材を有さずに、導電パターン117の表面を光反射率の高い材料(例えば、銀、金、ロジウム等)で被覆している以外は第3実施形態と実質的に同じであり、同様の効果を得ることができる。
第5実施形態として、図9に本発明の支持体を用いた発光装置500を示す。図9(a)は発光装置を上から見た平面図、図9(b)はE−E模式的断面図である。
発光装置500は、発光素子102が同一面側に一対の電極を有する発光素子であり、絶縁性基板を載置面として支持体の第1の金属パターンに搭載されている点、発光素子102上面の電極と基材の導電パターン117とを導電性ワイヤ122により接続している点以外は第3実施形態と実質的に同じである。なお、第1の金属パターンは、正、負どちらの電位も持たない構成とされている。本実施形態の発光装置500も、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
第6実施形態として、図10に本発明の支持体を用いた発光装置600を示す。図10(a)は発光装置を上から見た平面図、図10(b)はF−F模式的断面図である。本実施形態では、導電パターン117、第2の金属パターン108及び接合部材110が光反射性部材116により被覆されている。本実施形態では、光反射性部材116として樹脂材料を用いている。さらに図10(b)に示すように発光素子の下面まで光反射性部材116で被覆することにより、第1の金属パターン106及び第1の金属パターン106と接合された発光素子の電極を、光反射性部材116に埋設することができる。平坦な面に発光素子が実装されている場合、樹脂材料の這い上がりにより、発光素子の下面と略同一の高さで光反射部材を止めることは難しいが、本実施形態のようにキャビティを有する基板112のキャビティ内に支持体100を設けることで、第1金属パターン106、第2金属パターン108及びこれらの金属パターン上に形成される接合部材110の全てを光反射性部材116で覆うことが容易となり、光取り出し効率をより向上させることができる。
101 絶縁性部材
102 発光素子
103 電極
104、204 切欠
106、206 第1の金属パターン
108、208 第2の金属パターン
110 接合部材
112 基材
114 第3の金属パターン
115 金属部材
116 光反射部材
300、400、500 発光装置
117 導電パターン
118 外部電極
119 ビア
120 被覆部材
122 導電性ワイヤ
Claims (6)
- 上面および4つの側面を備える略直方体形状を有する支持体であって、
前記上面は、正極および負極からなる第1の金属パターンを有し、
前記4つの側面それぞれは、内側に凹む切欠と、前記切欠内に位置し前記第1の金属パターンと連続する第2の金属パターンとを有し、
上面視において、前記第1の金属パターンおよび前記第2の金属パターンは、前記切欠を除く前記支持体の最外周よりも内側に位置する、支持体と、
一の面に一対の電極を有し、前記一対の電極と前記第1の金属パターンとが対向して配置される発光素子と、
前記発光素子の一対の電極と前記第1の金属パターンとを電気的に接合する接合部材と、を備え、
上面視において、前記支持体の側面は、前記発光素子の側面と完全に一致しているか、又は、前記発光素子の側面よりも内側に位置し、
前記接合部材は、前記第2の金属パターンの少なくとも一部を被覆する、発光装置。 - 前記切欠は、前記支持体の前記上面から下面にかけて設けられている、請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1の金属パターンは、本体部と、前記本体部から前記側面に向かって延び、前記本体部の幅よりも幅狭な突出部とを含み、
前記突出部は、前記第1の金属パターンと前記第2の金属パターンとが接する部分に位置する、請求項1または2に記載の発光装置。 - 上面視において、前記発光素子の一対の電極は、前記第1の金属パターンよりも大きく形成されている箇所を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、成長用基板を備えていない、請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、光反射性部材をさらに備え、
前記光反射性部材は、前記第1の金属パターン、前記第2の金属パターンおよび前記接合部材の全てを被覆する、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
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