JP7060810B2 - 発光装置および発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。図2は、図1のII-II線における発光装置の断面を模式的に示す断面図である。図3は、図1のIII-III線における発光装置の断面を模式的に示す断面図である。図4は、第1実施形態に係る発光装置の透光性部材を模式的に示す斜視図である。図5は、図4の領域R1における鍔部の表面を模式的に示す説明図である。図6は、図4の領域R2における鍔部の表面を模式的に示す説明図である。図7は、図4のVII-VII線における透光性部材の断面を模式的に示す断面図である。図8は、図4の透光性部材を模式的に示す平面図である。
発光装置1は、図1乃至図3に示すように、発光素子10と、矩形の上面22と発光素子10に接合される下面21とを有する透光性部材20と、透光性部材20の上面22を露出させて透光性部材20および発光素子10の側面12を被覆する被覆部材40と、を備えている。そして、透光性部材20は、図4及び図7に示すように、矩形の上面22を形成する本体部24と、本体部24の周辺において本体部24より厚みが薄い周辺部25と、を有している。さらに、周辺部25は、矩形の角部5に対応する位置であって周辺部25の側面に本体部24側に凹んだ凹部9を有している。
以下、発光装置1の各部の構成について順次に詳細に説明する。
発光素子10は、発光ダイオードやレーザダイオード等を用いるのが好ましい。また、発光素子10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、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。さらに、赤色の発光素子としては、窒化物系半導体素子の他にもGaAlAs、AlInGaP等を用いることができる。なお、発光素子10は、前記した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。発光素子10は、組成や発光色、大きさや、個数等は目的に応じて適宜選択することができる。発光素子10は、同一面側に正負の電極を有するものが好ましい。これにより、発光素子10を基板50上にフリップチップ実装することができる。この場合、正負の電極が形成された面と対向する面が、発光素子10の主な光取り出し面となる。また、発光素子10を基板50上にフェイスアップ実装する場合は、正負の電極が形成された面が発光素子10の主な光取り出し面となる。発光素子10は、例えば、バンプ等の接合部材を介して基板50と電気的に接続される。なお、図1および図3に示すように、発光素子10および透光性部材20を発光装置1の一長手方向に偏って配置することで、ツェナーダイオード等の保護素子70を配置することができる。なお、発光素子として、上下電極型の発光素子を用いてもよい。
発光素子10は、上面視において、四角形、六角形等の多角形、円又は楕円等、種々の形状とすることができるが、四角形であることが好ましく、矩形であることがより好ましい。
透光性部材20は、一枚の板状に形成されており、矩形の上面を形成する本体部と、本体部の周辺において本体部より厚みが薄い周辺部とを有する。また、透光性部材20は、周辺部25において上面の矩形の角部に対応する位置に、周辺部25から本体部24に向かって凹んだ凹部9を有している。図2および図3に示すように、透光性部材20は、断面視形状が、凸形状に形成されている。そして、透光性部材20は、発光素子10の上面11と接合する下面21と、平面視において下面21に内包される上面22と、を有する。さらに、透光性部材20は、上面22と下面21との間の側面として、上面22の矩形の各辺に対応する位置に設けられ、上面から下面に向かって拡がるように傾斜する傾斜側面32と、傾斜側面32に連なり、下面21に垂直な垂直側面31と、凹部9を構成する湾曲側面26と、を有する。
鍔部30は、平面視において透光性部材20の上面22の各辺から側方に突出するように形成され、ここでは上面22の矩形の辺と同数となる4か所に形成されている。鍔部30は、平面視において略矩形状である。鍔部30の下面は周辺部25の下面として、本体部24の下面とともに透光性部材20の下面21を構成している。鍔部30は、垂直側面31と傾斜側面32と湾曲側面26とを有する。垂直側面31と傾斜側面32の両端は、周辺部25の湾曲側面26に隣接している。
被覆部材40は、発光素子10からの光を反射可能な部材により形成することができる。このように、発光素子10から出射された光は、直接または被覆部材40により反射されて透光性部材20へと入射し、透光性部材20内を通過し、発光装置1の発光面である透光性部材20の上面22から、外部へと出射される。
基板50は、発光素子10を実装し、発光装置1を電気的に外部と接続する。基板50は、平板状の支持部材及び支持部材の表面及び/または内部に配置された導体配線を備えて構成されている。なお、基板50は、発光素子10の電極の構成、大きさに応じて導体配線の形状、大きさ等の構造が設定される。また、基板50の支持部材は、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子10から出射される光や外光等を透過しにくい材料を用いることが好ましい。基板50は、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂(BTレジン)、ポリフタルアミド(PPA)等の樹脂が挙げられる。なお、支持部材は、キャビティを有する構造としてもよい。これにより、前記の被覆部材40を滴下する等により容易に形成することができる。導体配線及び放熱用端子は、例えば、Cu,Ag,Au,Al,Pt,Ti,W,Pd,Fe,Ni等の金属またはこれらを含む合金等を用いて形成することができる。このような導体配線は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。
接着材60は、発光素子10と透光性部材20とを接合するものである。接着材60は、発光素子10の上面11から側面12の少なくとも一部に連続すると共に、被覆部材40と発光素子10の側面12との間に介在して設けられる。被覆部材40と発光素子10の側面12との間に介在する接着材60の上面は、透光性部材20の下面21と接して設けられている。接着材60は、発光素子10からの出射光を透光性部材20に導光することができる透光性材料を用いることが好ましい。接着材60は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂のような周知の接着材、高屈折率の有機接着材、無機系接着材、低融点ガラスによる接着材等を用いることができる。接着材60は、発光素子10の上面11から側面12にまで延在し、フィレット65として設けられることが好ましい。フィレット65は、透光性部材20の下面21と発光素子10の側面12との双方に接し、被覆部材40側に凹の曲面であることが好ましい。このような形状によって、発光素子10から出射される光は接着材60のフィレット面により反射され、透光性部材20へと導光されやすくなる。なお、透光性部材20と発光素子10とは、接着材60を用いずに、圧着、焼結、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合等により直接接合されてもよい。
次に発光装置の製造方法の一例について説明する。図9Aは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法において基板に発光素子を実装した状態を模式的に示す説明図である。図9Bは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法において発光素子上に接着材を塗布した状態を模式的に示す説明図である。図9Cは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法において発光素子上に接着材を介して透光性部材を接合した状態を模式的に示す説明図である。図9Dは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法において透光性部材の上面を除く表面および発光素子の周縁に光反射性部材を設けた状態を模式的に示す説明図である。図10は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法において用いる透光性基板の一例を模式的に示す説明図である。図11は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法においてレーザ加工工程を模式的に示す説明図である。図12は、図11のXII-XII線における透光性基板の断面を模式的に示す断面図である。
発光素子10に透光性部材20を接合する工程では、例えば、図9Aに示すように、基板50上に載置された発光素子10を準備し、図9Bに示すように、発光素子10の上面に接着材61を滴下する。滴下された接着材61は、透光性部材20により押圧され、発光素子10の側面まで亘って濡れ広がり、フィレット65が形成された接着材60となる。滴下する接着材61の量及び粘度は、発光素子10の側面にフィレットが形成され、かつ接着材61が基板50まで濡れ広がらない程度に適宜調整される。そして、図9Cに示すように、透光性部材20は、発光素子10の上面に配置された接着材60を介して透光性部材20の下面が発光素子10上に接合される。
続いて、被覆部材40を形成する工程を行う。この工程では、透光性部材20の凹部9と発光素子10の側面とを覆う被覆部材40が設けられる。被覆部材40の形成は、例えば、ポッティングにより行うことができる。被覆部材40は、発光素子10と基板50との間、発光素子10と側面のフィレット65、および、透光性部材20の凹部9を覆う。この際、透光性部材20の上面22が被覆部材40から露出するよう、被覆部材は透光性部材20から離間した基板50上面に滴下することが好ましい。
なお、被覆部材40は、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等の金型成形、印刷等によって形成することとしてもよい。
次に、透光性部材20を準備する工程について、1枚の透光性基板をレーザ加工して複数の透光性部材20を形成するものとして説明する。
板状の透光性基板80の表面に、レーザ加工により格子状の分割溝81を形成することにより、レーザ加工が重複して施される格子点85において、透光性基板80を貫通させる貫通孔を形成することができる。レーザ加工による貫通孔は平面視略円形となる。その後、分割溝81の中心線82に沿って透光性基板80を複数の透光性部材20に分割することで、矩形の上面を形成する本体部24と、本体部24の周辺において本体部24より厚みが薄い周辺部25と、を有し、周辺部25の側面が、矩形の角部に対応する位置に形成される凹部9を有する透光性部材20が形成される。このようにして形成された凹部9は、平面視において湾曲した形状の湾曲側面26を有する。
レーザ加工条件は、透光性基板80に適切に分割溝81を形成できるものであればよく、例えば、以下に示すものを挙げることができる。レーザ種類は、YAGレーザであることが好ましい。例えば、レーザ光の発振波長は、355nm(UV:第3高調波)である。レーザ光はパルス光であり、レーザ光のパルス幅は、加工品質を向上させる観点からは、1フェムト秒以上1ナノ秒以下(10-15秒以上10-9秒以下)であることが好ましい。レーザ光のパルスエネルギーは、例えば、レーザ光の波長が355nmである場合、加工速度を高速化する観点からは、10~80μJであることが好ましい。また、レーザ光の幅であるビーム径は、50μm程度であることが好ましい。
透光性部材20の傾斜側面32は、日本産業規格JIS規格B0601:2013で規定される算術平均粗さRaが、1μm以上5μm以下である。この算術平均粗さRaは、透光性部材20の傾斜側面32である加工面の線粗さを表し、n=16ヶ所として、それら任意の2点間において凹凸を2次元的に表した測定値の平均値である。
透光性部材20の傾斜側面32は、国際規格ISO25178で規定される面粗さSaが、1μm以上5μm以下である。この面粗さSaは、透光性部材20の傾斜側面32である加工面の面粗さを表し、n=6ヶ所として、任意のエリアにおいて凹凸を3次元的に表した測定値の平均値である。
3 辺
5 角部
7 外縁
9 凹部
10 発光素子
11 発光素子の上面
12 発光素子の側面
20,20B 透光性部材
21,21B 透光性部材の下面
22,22B 透光性部材の上面
24,24B 本体部
25,25B 周辺部
26 湾曲側面
30,30B 鍔部
31 垂直側面
31B 第1垂直側面
32,32B 傾斜側面
33 第2垂直側面
40 被覆部材
50 基板
60,61 接着材
65 フィレット
70 保護素子
80 透光性基板
81 分割溝
82 中心線
83 分割溝の表面
84 縞状の凹凸(レーザ痕)
85 格子点
Claims (12)
- 発光素子と、
矩形の上面と前記発光素子に接合される下面とを有する透光性部材と、
前記透光性部材の前記上面を露出させて前記透光性部材および前記発光素子の側面を被覆する被覆部材と、を備え、
前記透光性部材は、
前記矩形の上面を形成する本体部と、
前記本体部の周辺において前記本体部より厚みが薄い周辺部と、を有し、
前記周辺部は、前記矩形の角部に対応する位置であって前記周辺部の側面に前記本体部側に凹んだ凹部を有し、
前記透光性部材は、前記周辺部の表面に縞状の凹凸が前記上面から前記下面に向かって形成されている発光装置。 - 発光素子と、
矩形の上面と前記発光素子に接合される下面とを有する透光性部材と、
前記透光性部材の前記上面を露出させて前記透光性部材および前記発光素子の側面を被覆する被覆部材と、を備え、
前記透光性部材は、
前記矩形の上面を形成する本体部と、
前記本体部の周辺において前記本体部より厚みが薄い周辺部と、を有し、
前記周辺部は、前記矩形の角部に対応する位置であって前記周辺部の側面に前記本体部側に凹んだ凹部を有し、
前記透光性部材の前記凹部は、平面視において湾曲した形状となる湾曲側面を有する発光装置。 - 前記透光性部材の前記周辺部は、前記凹部を介して前記矩形の各辺に沿ってそれぞれ形成される鍔部を有する請求項1または請求項2に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、蛍光体を含有する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の前記鍔部は、平面視において略矩形状である、請求項3に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の前記周辺は、前記本体部側から外縁まで徐々に薄くなるように形成されている、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の下面は複数の発光素子と接合されている、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の発光装置。
- 矩形の上面を形成する本体部と、前記本体部の周辺において前記本体部より厚みが薄い周辺部と、を有し、前記周辺部の側面が、前記矩形の角部に対応する位置に形成される凹部を有する透光性部材を準備する工程と、
発光素子の上面に前記透光性部材の下面を接合する工程と、
前記透光性部材の前記上面を露出させて前記透光性部材の前記凹部、前記発光素子の側面を被覆するように被覆部材を形成する工程と、を含み、
前記透光性部材を準備する工程は、
透光性基板の表面にレーザ加工により分割溝を格子状に形成すると共に、前記分割溝の格子点を貫通させるレーザ加工工程と、
前記分割溝の中心線に沿って前記透光性基板を複数の透光性部材に分割する工程と、を含み、
前記レーザ加工工程は、パルスレーザ光のレーザスポットを前記分割溝の延伸方向および溝幅方向に移動させながら、前記パルスレーザ光により前記透光性基板の分割溝の表面に、分割溝の深さ方向に沿ったレーザ痕を形成する発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材は、蛍光体を含有する、請求項8に記載の発光装置の製造方法。
- 前記透光性部材を準備する工程は、前記透光性部材の上面の形状が、前記発光素子の上面の形状と相似の形状である前記透光性部材を準備する、請求項8または請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 1つの前記透光性部材の下面に複数の前記発光素子を接合する、請求項8または請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記被覆部材を形成する工程は、ポッティングにより行う、請求項8から請求項11のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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