JP7189413B2 - 発光装置 - Google Patents
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また、本発明の一態様に係る発光装置は、略長方形の上面と、前記上面の反対側に位置する下面と、前記上面の長辺と隣接し、前記上面と直交する第1長側面と、前記第1長側面の反対側に位置する第2長側面と、前記上面の短辺と隣接し、前記上面と直交する第1短側面と、前記第1短側面の反対側に位置する第2短側面と、を有する基材と、前記上面に配置される第1配線と、前記下面に配置され、前記第1配線と電気的に接続される第2配線と、を備える基板と、前記第1配線と電気的に接続され、前記第1配線上に載置される少なくとも1つの発光素子と、前記発光素子の側面及び前記基材の上面を被覆する光反射性の被覆部材と、を備える発光装置であって、前記基材は、前記上面及び前記第1短側面に開口する前記第2凹部を備え、前記第2凹部の表面が前記被覆部材に被覆される発光装置。
また、本発明の一態様に係る発光装置は、略長方形の上面と、前記上面の反対側に位置する下面と、前記上面と前記下面の間に位置する側面と、を有する基材と、前記上面に配置される第1配線と、前記下面に配置され、前記第1配線と電気的に接続される第2配線と、を備える基板と、前記第1配線と電気的に接続され、前記第1配線上に載置される少なくとも1つの発光素子と、前記発光素子の側面及び前記基材の上面を被覆する光反射性の被覆部材と、を備える発光装置であって、前記側面は、前記上面の長辺と隣接し、前記上面と直交する第1長側面と、前記第1長側面の反対側に位置する第2長側面と、前記上面の短辺と隣接し、前記上面と直交する第1短側面と、前記第1短側面の反対側に位置する第2短側面と、を有し、前記基材は、前記側面から離間し、前記上面から前記下面に達する複数の貫通孔を備え、前記複数の貫通孔の表面が前記被覆部材に被覆される。
本発明の実施形態に係る発光装置1000を図1から図13Bに基づいて説明する。発光装置1000は、基板10と、少なくとも1つの発光素子20と、被覆部材40と、を備える。基板10は、基材11と、第1配線12と、第2配線13と、を備える。基材11は、略長方形の上面111と、上面の反対側に位置する下面112と、上面111の長辺101と隣接し、上面111と直交する第1長側面113と、第1長側面の反対側に位置する第2長側面114と、上面111の短辺102と隣接し、上面と直交する第1短側面115と、第1短側面の反対側に位置する第2短側面116と、を有する。基材11は、更に上面111及び第1長側面113に開口する少なくとも1つの第1凹部111Rを有する。第1配線12は、基材11の上面111に配置される。第2配線13は、基材11の下面112に配置され、第1配線12と電気的に接続される。少なくとも1つの発光素子は、第1配線と電気的に接続され、第1配線上に載置される。被覆部材40は、光反射性を有し、発光素子20の側面202及び基材の上面111を被覆する。また、被覆部材40は、第1凹部111Rの表面を被覆する。尚、本明細書において直交とは、90±5°を意味する。
図14~図19に示す本発明の実施形態2に係る発光装置2000は、実施形態1に係る発光装置1000と比較して、基材が第2凹部を備える点で相違する。その他の点については発光装置1000と同様である。
図20~図23に示す本発明の実施形態3に係る発光装置3000は、実施形態1に係る発光装置1000と比較して、基材が複数の貫通孔を備え、複数の貫通孔の表面を被覆部材が被覆する点で相違する。その他の点については発光装置1000と同様である。
図24~図28に示す本発明の実施形態4に係る発光装置4000は、実施形態3に係る発光装置3000と比較して、基材が第3凹部を備える点で相違する。その他の点については発光装置3000と同様である。
図29~図33に示す本発明の実施形態5に係る発光装置5000は、実施形態1に係る発光装置1000と比較して、基材が第2凹部及び第4凹部を備える点で相違する。その他の点については発光装置1000と同様である。
基板10は、発光素子を載置する部材である。基板10は、少なくとも、基材11と、第1配線12と、第2配線13により構成される。また、基板10は、第1配線12と、第2配線13と、を電気的に接続するビア15を備えていてもよい。
基材11は、樹脂若しくは繊維強化樹脂、セラミックス、ガラスなどの絶縁性部材を用いて構成することができる。樹脂若しくは繊維強化樹脂としては、エポキシ、ガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン(BT)、ポリイミドなどが挙げられる。セラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン、若しくはこれらの混合物などが挙げられる。これらの基材のうち、特に第1発光素子の線膨張係数に近い物性を有する基材を使用することが好ましい。基材の厚さの下限値は、適宜選択できるが、基材の強度の観点から、0.05mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることがより好ましい。また、基材の厚さの上限値は、発光装置の厚みの観点から、0.5mm以下であることが好ましく、0.4mm以下であることがより好ましい。
第1配線は、基材の上面に配置され、発光素子と電気的に接続される。第2配線は、基材の下面に配置され第1配線と電気的に接続される。第1配線及び第2配線は、銅、鉄、ニッケル、タングステン、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、パラジウム、ロジウム、又はこれらの合金で形成することができる。これらの金属又は合金の単層でも多層でもよい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。また、第1配線及び/又は第2配線の表層には、導電性接着部材の濡れ性及び/若しくは光反射性などの観点から、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、金若しくはこれらの合金などの層が設けられていてもよい。
ビア15は基材11の上面と下面とを貫通する孔内に設けられ、第1配線と前記第2配線を電気的に接続する部材である。ビア15は基材の貫通孔の表面を被覆する第3配線151と、第3配線内151に充填された充填部材152と、によって構成される。第3配線151には、第1配線及び第2配線と同様の導電性部材を用いることができる。充填部材152には、導電性の部材を用いても絶縁性の部材を用いてもよい。
絶縁膜18は、下面における絶縁性の確保及び短絡の防止を図る部材である。絶縁膜は、当該分野で使用されるもののいずれで形成されていてもよい。例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂等が挙げられる。
発光素子20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既知の半導体素子を適用できる。発光素子20としては、例えばLEDチップが挙げられる。発光素子20は、少なくとも半導体積層体23を備え、多くの場合に素子基板24をさらに備える。発光素子の上面視形状は、矩形、特に正方形状又は一方向に長い長方形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよく、例えば六角形状であれば発光効率を高めることもできる。発光素子の側面は、上面に対して、垂直であってもよいし、内側又は外側に傾斜していてもよい。また、発光素子は、正負電極を有する。正負電極は、金、銀、錫、白金、ロジウム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ニッケル又はこれらの合金で構成することができる。発光素子の発光ピーク波長は、半導体材料やその混晶比によって、紫外域から赤外域まで選択することができる。半導体材料としては、波長変換物質を効率良く励起できる短波長の光を発光可能な材料である、窒化物半導体を用いることが好ましい。窒化物半導体は、主として一般式InxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される。発光素子の発光ピーク波長は、発光効率、並びに波長変換物質の励起及びその発光との混色関係等の観点から、400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましく、450nm以上475nm以下がよりいっそう好ましい。このほか、InAlGaAs系半導体、InAlGaP系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素などを用いることもできる。発光素子の素子基板は、主として半導体積層体を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板であるが、結晶成長用基板から分離した半導体素子構造に接合させる接合用基板であってもよい。素子基板が透光性を有することで、フリップチップ実装を採用しやすく、また光の取り出し効率を高めやすい。素子基板の母材としては、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、硫化亜鉛、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、ダイヤモンドなどが挙げられる。なかでも、サファイアが好ましい。素子基板の厚さは、適宜選択でき、例えば0.02mm以上1mm以下であり、素子基板の強度及び/若しくは発光装置の厚さの観点において、0.05mm以上0.3mm以下であることが好ましい。
透光性部材は発光素子上に設けられ、発光素子を保護する部材である。透光性部材は、少なくとも以下のような母材により構成される。また、透光性部材は、以下のような波長変換物質32を母材中に含有することで、波長変換物質として機能させることができる。透光性部材が、波長変換物質を含有する層と、波長変換物質を実質的に含有しない層を備えている場合も、各層の母材が以下のように構成される。尚、各層の母材は同じでも異なっていてもよい。但し、透光性部材が波長変換物質を有することは必須ではない。また、透光性部材は、波長変換物質と、例えばアルミナなどの無機物との焼結体、又は波長変換物質の板状結晶などを用いることもできる。
透光性部材の母材31は、発光素子から発せられる光に対して透光性を有するものであればよい。なお、「透光性」とは、発光素子の発光ピーク波長における光透過率が、好ましくは60%以上であること、より好ましくは70%以上であること、よりいっそう好ましくは80%以上であることを言う。透光性部材の母材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂を用いることができる。ガラスでもよい。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル-メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。透光性部材は、これらの母材のうちの1種を単層で、若しくはこれらの母材のうちの2種以上を積層して構成することができる。なお、本明細書における「変性樹脂」は、ハイブリッド樹脂を含むものとする。
波長変換物質は、発光素子が発する一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を発する。波長変換物質は、以下に示す具体例のうちの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
光反射性の被覆部材は、上方への光取り出し効率の観点から、発光素子の発光ピーク波長における光反射率が、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりいっそう好ましい。さらに、被覆部材は、白色であることが好ましい。よって、被覆部材は、母材中に白色顔料を含有してなることが好ましい。被覆部材は、硬化前には液状の状態を経る。被覆部材は、トランスファ成形、射出成形、圧縮成形、ポッティングなどにより形成することができる。
被覆部材の母材は、樹脂を用いることができ、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル-メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。また、被覆部材の母材は、上述の透光性部材と同様のフィラーを含有してもよい。
白色顔料は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素のうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。白色顔料の形状は、適宜選択でき、不定形若しくは破砕状でもよく、更に、流動性の観点では球状が好ましい。また、白色顔料の粒径は、例えば0.1μm以上0.5μm以下程度が挙げられるが、光反射や被覆の効果を高めるためには小さい程好ましい。光反射性の被覆部材中の白色顔料の含有量は、適宜選択できるが、光反射性及び液状時における粘度などの観点から、例えば10wt%以上80wt%以下が好ましく、20wt%以上70wt%以下がより好ましく、30wt%以上60wt%以下がよりいっそう好ましい。なお、「wt%」は、重量パーセントであり、光反射性の被覆部材の全重量に対する当該材料の重量の比率を表す。
導光部材は、発光素子と透光性部材を接着し、発光素子からの光を透光性部材に導光する部材である。導光部材の母材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル-メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。また、導光部材の母材は、上述の透光性部材と同様のフィラーを含有してもよい。また、導光部材は、省略することができる。
導電性接着部材とは、発光素子の電極と、第1配線と、を電気的に接続する部材である。導電性接着部材としては、金、銀、銅などのバンプ、銀、金、銅、プラチナ、アルミニウム、パラジウムなどの金属粉末と樹脂バインダを含む金属ペースト、錫-ビスマス系、錫-銅系、錫-銀系、金-錫系などの半田、低融点金属などのろう材のうちのいずれか1つを用いることができる。
10 基板
11 基材
12 第1配線
13 第2配線
15 ビア
151 第3配線
152 充填部材
18 絶縁膜
20 発光素子
30 透光性部材
40 被覆部材
50 導光部材
60 導電性接着部材
Claims (11)
- 少なくとも1つの第1凹部を有する基材、第1配線、及び、前記第1配線と電気的に接続された第2配線を含む基板と、
前記第1配線上に載置され、前記第1配線と電気的に接続された少なくとも1つの発光素子と、
光反射性の被覆部材と、
を備え、
前記基材は、
略長方形の上面と、
前記上面の反対側に位置する下面と、
前記上面の長辺と隣接し、前記上面と直交する第1長側面と、
前記第1長側面の反対側に位置する第2長側面と、
前記上面の短辺と隣接し、前記上面と直交する第1短側面と、
前記第1短側面の反対側に位置する第2短側面と、
を有し、
前記第1配線は、前記上面に配置されており、
前記第2配線は、前記下面に配置されており、
前記被覆部材は、前記発光素子の側面及び前記基材の上面を被覆しており、
前記少なくとも1つの第1凹部は、前記上面、前記第1長側面、前記第2長側面及び前記第1短側面に開口しており、かつ、
前記第1長側面側に開口する第1部分と、
前記第2長側面側に開口する第2部分と、
前記第1短側面側に開口する第3部分と、
を含み、
前記略長方形の長辺に平行な第1方向において、前記第1部分の幅および前記第2部分の幅は、前記第3部分の幅よりも大きく、
前記第1配線は、前記第1方向に前記第1凹部に向けて延びる配線延伸部を有し、
上面視において、前記配線延伸部は、前記発光素子と重なっていない部分を含んでおり、かつ、前記第1方向と直交する第2方向において前記第1部分と前記第2部分との間に位置する部分を含み、
前記第1凹部の表面は、前記被覆部材に被覆されている、発光装置。 - 前記第1凹部は、前記下面に開口している、請求項1に記載の発光装置。
- 上面視において、前記第1凹部は、前記発光素子から離間している、請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記少なくとも1つの第1凹部は、複数の第1凹部を含み、
上面視において、前記発光素子は、複数の前記第1凹部間に位置している、請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第1凹部の前記第3部分は、前記第2方向に延び、前記第1部分と前記第2部分とを接続する形状を有している、請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記被覆部材の線膨張率は、前記基材の線膨張率よりも高い、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子上に位置する透光性部材をさらに備える、請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記被覆部材は、前記透光性部材の側面を被覆している、請求項7に記載の発光装置。
- 前記第1配線は、凸部を有している、請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第2配線は、凸部を有している、請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記被覆部材は、前記発光素子と接しており、かつ、前記発光素子と前記基板との間に位置する部分を含む、請求項1から10のいずれか1項に記載の発光装置。
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