JP2007019096A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 コストの低廉化を図ることができるとともに、生産性を高めることができる発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 素子搭載面を内部に有し、光取出側に開口するケース3と、ケース3内の素子搭載面上に搭載され、発光層8を含む積層体4を有するLED素子2とを備えた発光装置1において、積層体4の外面であって、LED素子2の光取出面5Aを除く部位を覆うようなコーティング材11がケース内3に充填され、コーティング材11には、発光層8の発光によって積層体4からケース3内に出射される漏洩光を受けてLED素子2内に反射するための光反射粒子11Aが含有されている。
【選択図】 図1
【解決手段】 素子搭載面を内部に有し、光取出側に開口するケース3と、ケース3内の素子搭載面上に搭載され、発光層8を含む積層体4を有するLED素子2とを備えた発光装置1において、積層体4の外面であって、LED素子2の光取出面5Aを除く部位を覆うようなコーティング材11がケース内3に充填され、コーティング材11には、発光層8の発光によって積層体4からケース3内に出射される漏洩光を受けてLED素子2内に反射するための光反射粒子11Aが含有されている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、発光層を含む積層体を有する発光ダイオード素子を備えた発光装置及びその製造方法に関する。
近年、発光装置には、水銀ガスによる環境(人体)への悪影響をなくすという考えから、また紫外光の照射による構成部品の劣化を防止するとともに、消費電力コストを低減し、かつ良好な色再現性を得るという観点等から、水銀ガスを内封してなる冷陰極蛍光管に代わり、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)素子を備えたものが採用されている。
一般に、この種の発光装置には、発光部としての発光層及びこの発光層からの光を光取出側に出射するサファイア基板を有するLED素子を備え、このLED素子を素子搭載基板上にフリップ実装してなるものが知られている。
このような発光装置においては、発光層が発光すると、この光がサファイア基板を透過してその光取出面から大気中に出射される。
ところが、この種の発光装置においては、その放射光が光取出面のみならず、光取出面以外の部位(例えば発光層の外面)からも出射されるため、光取出側に取り出される放射光が様々な方向に散乱して良好な指向性が得られないばかりか、高い輝度が得られないという不都合がある。
そこで、上述した不都合を回避するために、LED素子の周面部及び素子搭載側部を光反射膜で被覆してなる発光装置が従来より提案されている(例えば特許文献1)。
特許第3326545号公報
しかしながら、従来の発光装置(特許文献1)によると、LED素子をパッケージングする工程より前の素子レベルの製造工程で光反射膜を形成するため、製造工程が複雑になり、コストが嵩むばかりか、生産性が低下するという問題があった。
従って、本発明の目的は、コストの低廉化を図ることができるとともに、生産性を高めることができる高輝度な発光装置及びその製造方法を提供することにある。
(1)本発明は、上記目的を達成するために、素子搭載面をケース内部に有し、光取出側に開口するケースと、前記ケース内部の素子搭載面上に搭載され、発光層を含む積層体を有する発光ダイオード素子とを備えた発光装置において、前記積層体の外面であって、前記発光ダイオード素子の光取出面を除く部位を覆うようなコーティング材が前記ケース内部に充填され、前記コーティング材には、前記発光層の発光によって前記積層体から前記ケース内部に出射される漏洩光を受けて前記発光ダイオード素子内に反射するための光反射粒子が含有されていることを特徴とする発光装置を提供する。
(2)本発明は、上記目的を達成するために、素子搭載面をケース内部に有し、光取出側に開口するケースと、前記ケース内部の素子搭載面上に搭載され、発光層を含む積層体を有する発光ダイオード素子とを備えた発光装置の製造方法において、前記ケース内部の素子搭載面上に前記発光ダイオード素子を搭載する工程と、前記積層体の外面であって、前記発光ダイオード素子の光取出面を除く部位を覆うようなコーティング材を前記ケース内部に充填する工程とを備え、前記コーティング材には、前記発光層の発光によって前記積層体から前記ケース内部に出射される漏洩光を受けて前記発光ダイオード素子内に反射するための光反射粒子が予め含有されていることを特徴とする発光装置の製造方法を提供する。
本発明によると、輝度が高い発光装置のコストの低廉化を図ることができるとともに、生産性を高めることができる。
[実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図である。図2は、本発明の実施の形態に係る発光装置のLED素子を説明するために示す断面図である。
図1は、本発明の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図である。図2は、本発明の実施の形態に係る発光装置のLED素子を説明するために示す断面図である。
〔発光装置の全体構成〕
図1において、符号1で示す発光装置は、光源としてのLED素子2と、このLED素子2の一部(素子搭載側部)を収容可能なケース3とから大略構成されている。
図1において、符号1で示す発光装置は、光源としてのLED素子2と、このLED素子2の一部(素子搭載側部)を収容可能なケース3とから大略構成されている。
(LED素子2の構成)
LED素子2は、図1及び図2に示すように、pコンタクト電極2A及びn側電極2Bを有する積層体4を備えたフリップチップ型の青色LED素子からなり、ケース3内の素子搭載面上に搭載されている。LED素子2の積層体4は、光取出面5Aを有するサファイア(Al2O3)基板5上にバッファ(AlN)層6及びn型半導体(GaN)層7・発光層8・p型半導体(GaN)層9を順次結晶成長させることにより形成されている。LED素子2の平面縦横寸法は、縦寸法及び横寸法をそれぞれ約1mmとする平面サイズに設定されている。LED素子2の熱膨張率αはα=7×10−6/℃に設定されている。
LED素子2は、図1及び図2に示すように、pコンタクト電極2A及びn側電極2Bを有する積層体4を備えたフリップチップ型の青色LED素子からなり、ケース3内の素子搭載面上に搭載されている。LED素子2の積層体4は、光取出面5Aを有するサファイア(Al2O3)基板5上にバッファ(AlN)層6及びn型半導体(GaN)層7・発光層8・p型半導体(GaN)層9を順次結晶成長させることにより形成されている。LED素子2の平面縦横寸法は、縦寸法及び横寸法をそれぞれ約1mmとする平面サイズに設定されている。LED素子2の熱膨張率αはα=7×10−6/℃に設定されている。
pコンタクト電極2Aは、ロジウム(Rh)からなり、p型半導体層9の表面上に配設されている。n側電極2Bは、アルミニウム(Al)からなり、n型半導体層7の外部露出面上に配設されている。サファイア基板5の光取出面5A上には、LED素子2からの放射光(青色光)を受けて励起されることにより、波長変換光(黄色光)を放射するYAG(YttriumAluminum Garnet)等の蛍光体を含む樹脂からなるシート状の蛍光体層10が配設されている。蛍光体層10は、光取出側に露出する光出射面10Aを有し、サファイア基板5の光取出面5A全体を覆うように構成されている。
(ケース3の構成)
ケース3は、図1に示すように、LED素子2を搭載するための素子搭載部3A及びLED素子2の一部を収容可能なカバー部3Bを有し、全体が光取出側に開口するセラミックス(Al2O3)製の有頭(有底)角箱によって形成されている。
ケース3は、図1に示すように、LED素子2を搭載するための素子搭載部3A及びLED素子2の一部を収容可能なカバー部3Bを有し、全体が光取出側に開口するセラミックス(Al2O3)製の有頭(有底)角箱によって形成されている。
ケース3内には、積層体4の外面であって、LED素子2(サファイア基板5)の光取出面5Aを除く部位を覆うようなシリコーン等のコーティング材11が充填されている。コーティング材11には、発光層8の発光によって積層体4の外面(光取出面5Aを除く領域)からケース3内に出射される漏洩光を受けてLED素子2内に反射するための光反射粒子11Aがフィラーとして含有されている。コーティング材11としては、シリコーンの他にエポキシ樹脂等の樹脂材料が用いられる。また、光反射粒子11Aとしては、高反射率をもつAl2O3やTiO2等のセラミックス材料が用いられる。光反射粒子11Aの平均1次粒子径は10〜100nm程度の寸法に設定されている。
ケース3には、素子搭載部側から光取出側(ケース開口)に向かって広がる略截頭角錐状の内部空間12が設けられている。ケース3の熱膨張率αはα=7×10−6/℃に設定されている。
素子搭載部3Aの内面は、素子搭載面として機能し、LED素子2(サファイア基板5)の光取出面5Aと平行な面で形成されている。素子搭載部3Aの内面上には、LED素子2のpコンタクト電極2A及びn側電極2Bにそれぞれ金(Au)からなるスタッドパッド13,14を介して接続するタングステン(W),ニッケル(Ni),アルミニウム(Al),白金(Pt),チタン(Ti)など単層又は積層あるいは半田材料からなる第1配線パターン15,16が形成されている。両第1配線パターン15,16及びpコンタクト電極2A・n側電極2Bの各表面には、スタッドパッド13,14との良好な付着性を得るためにニッケル(Ni)めっき処理が施されていることが好ましい。素子搭載部3Aの外面上には、LED素子2に対して電源電圧を供給するためのタングステン(W),ニッケル(Ni),アルミニウム(Al),白金(Pt),チタン(Ti)など単層又は積層あるいは半田材料からなる第2配線パターン17,18が形成されている。
素子搭載部3Aには、内外両面に開口するビアホール19,20が設けられている。ビアホール19,20内には、第1配線パターン15と第2配線パターン17とに及び第1配線パターン16と及び第2配線パターン18とにそれぞれ接続するタングステン(W)からなるビアパターン21,22が形成されている。カバー部3Bには、素子搭載部3Aの内面(素子搭載面)に対し傾斜角a(a=30〜60°)をもって傾斜面23が設けられている。
〔発光装置1の動作〕
LED素子2に電源から電圧が印加されると、発光層8において発光し、この放射光がサファイア基板5の光取出面5Aから蛍光体層10を介して第1放射光として光取出側に、また積層体4から第2放射光(漏洩光)としてケース3内のコーティング材11中にそれぞれ出射される。これら放射光のうち積層体4からコーティング材11中に出射される第2放射光はLED素子2(コーティング材11と積層体4との間の界面)近傍の光反射粒子11Aで反射され、これら反射光のうち大部分(約95%)の反射光がLED素子2内に戻り、第1放射光と共に光取出面5Aから蛍光体層10を介して出射される。この場合、蛍光体層10においては、LED素子2から放射される第1放射光及び第2放射光(共に青色光)を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を放射する。このため、LED素子2から放射される青色の放射光と蛍光体層10から放射される黄色の波長変換光とが混合して白色光となる。
LED素子2に電源から電圧が印加されると、発光層8において発光し、この放射光がサファイア基板5の光取出面5Aから蛍光体層10を介して第1放射光として光取出側に、また積層体4から第2放射光(漏洩光)としてケース3内のコーティング材11中にそれぞれ出射される。これら放射光のうち積層体4からコーティング材11中に出射される第2放射光はLED素子2(コーティング材11と積層体4との間の界面)近傍の光反射粒子11Aで反射され、これら反射光のうち大部分(約95%)の反射光がLED素子2内に戻り、第1放射光と共に光取出面5Aから蛍光体層10を介して出射される。この場合、蛍光体層10においては、LED素子2から放射される第1放射光及び第2放射光(共に青色光)を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を放射する。このため、LED素子2から放射される青色の放射光と蛍光体層10から放射される黄色の波長変換光とが混合して白色光となる。
次に、本実施の形態に係る発光装置の製造方法につき、図3(a)〜(d)を用いて説明する。
図3(a)〜(d)は、本発明の実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明するために示す図である。図3(a)はLED素子の実装工程を、図3(b)はコーティング材の充填工程を、図3(c)は蛍光体層の形成工程を、図3(d)は剥離シートの剥離工程をそれぞれ説明するために示す断面図である。
本実施の形態に示す発光装置の製造方法は、「LED素子の実装」及び「コーティング材の充填」・「蛍光体層の形成」・「剥離シートの剥離」の各工程が順次実施されるため、これら各工程を順次説明する。
「LED素子の実装」
図3(a)に示すように、第1配線パターン15,16及び第2配線パターン17,18・ビアパターン21,22が予め形成されたケース3内の素子搭載面上にスタッドパッド13,14を介してLED素子2を搭載する。この場合、LED素子2がケース3内の素子搭載面上に搭載されると、LED素子2のpコンタクト電極2A及びn側電極2Bがそれぞれスタッドパッド13,14を介して素子搭載部3Aの第1配線パターン15,16に接続される。
図3(a)に示すように、第1配線パターン15,16及び第2配線パターン17,18・ビアパターン21,22が予め形成されたケース3内の素子搭載面上にスタッドパッド13,14を介してLED素子2を搭載する。この場合、LED素子2がケース3内の素子搭載面上に搭載されると、LED素子2のpコンタクト電極2A及びn側電極2Bがそれぞれスタッドパッド13,14を介して素子搭載部3Aの第1配線パターン15,16に接続される。
「コーティング材の充填」
図3(b)に示すように、針状のノズルN(図3(a)に2点鎖線で示す)から光反射粒子11A含有のコーティング材11をケース3内に充填する。この際、ケース3内へのコーティング材11の充填は、積層体4の外面であって、LED素子2の光取出面5Aを除く部位を覆うように行う。ここで、光取出面5Aにコーティング材11が付着することがあるが、この場合には研磨によって光取出面5A上のコーティング材11を取り除き、光取出面5Aを外部に露出する。その後、コーティング材11を熱硬化する。
図3(b)に示すように、針状のノズルN(図3(a)に2点鎖線で示す)から光反射粒子11A含有のコーティング材11をケース3内に充填する。この際、ケース3内へのコーティング材11の充填は、積層体4の外面であって、LED素子2の光取出面5Aを除く部位を覆うように行う。ここで、光取出面5Aにコーティング材11が付着することがあるが、この場合には研磨によって光取出面5A上のコーティング材11を取り除き、光取出面5Aを外部に露出する。その後、コーティング材11を熱硬化する。
「蛍光体層の形成」
図3(c)に示すように、例えばスクリーン印刷によってシート状の蛍光体層10が予め配設された剥離シートSを用い、この剥離シートSの蛍光体層10をLED素子2の光取出面5A上に貼付する。この場合、蛍光体層10がLED素子2の光取出面5A上に貼付されると、光取出面5Aの全体が蛍光体層10で被覆される。
図3(c)に示すように、例えばスクリーン印刷によってシート状の蛍光体層10が予め配設された剥離シートSを用い、この剥離シートSの蛍光体層10をLED素子2の光取出面5A上に貼付する。この場合、蛍光体層10がLED素子2の光取出面5A上に貼付されると、光取出面5Aの全体が蛍光体層10で被覆される。
「剥離シートの剥離」
図3(d)に示すように、剥離シートSを蛍光体層10から剥離する。この場合、剥離シートSが蛍光体層10から剥離されると、蛍光体層10の光出射面10Aが光取出側に露出される。
このようにして、発光装置1を製造することができる。
図3(d)に示すように、剥離シートSを蛍光体層10から剥離する。この場合、剥離シートSが蛍光体層10から剥離されると、蛍光体層10の光出射面10Aが光取出側に露出される。
このようにして、発光装置1を製造することができる。
[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
(1)積層体4の外面であって、LED素子2の光取出面5Aを除く部位を覆うような光反射粒子11A含有のコーティング材11がケース3内に充填されているため、積層体4からコーティング材11中に出射される漏洩光は光反射粒子11Aにおいて反射され、これら反射光のうち大部分の反射光がLED素子2内に戻り、光取出面5Aから蛍光体層10を介して出射される。これにより、LED素子2から放射される放射光の良好な指向性を得るとともに、その高輝度化を図るために、LED素子の周面部及び素子搭載側部を光反射膜で被覆することを必要とせず、このため製造加工が簡単になり、コストの低廉化を図ることができるとともに、生産性を高めることができる。
(2)ケース3には、素子搭載部側から光取出(ケース開口)側に向かって広がる略截頭角錐状の内部空間12が設けられているため、コーティング材11をケース3内に充填し易くなり、コーティング材11の良好な充填作業性を得ることができる。
(3)光取出面5Aに形成される微小な凹凸部にシート状の蛍光体層10が密着してサファイア基板5上に配設されているため、LED素子2からの放射光が蛍光体層10内で効果的に拡散され、均一な明るさをもった出射光を得ることができる。
以上、本発明の発光装置を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
(1)本実施の形態では、LED素子2から放射される放射光(青色光)を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を放射する蛍光体層10である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、LED素子から放射される放射光(紫色光:波長370〜390nm)を受けて励起されることにより白色の波長変換光を放射する蛍光体層であってもよい。
(2)本実施の形態では、蛍光体層付きの青色LED素子2である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図4に示すように蛍光体層の付いてない青色LED素子41であってもよく、この他赤色あるいは緑色等の単色LED素子であっても勿論よい。
(3)本実施の形態では、傾斜面23が素子搭載部3Aの内面(素子搭載面)に対し傾斜角a(a≒45°)をもって傾斜する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図5に示すように素子搭載部3Aの内面(素子搭載面)に対し傾斜角b(b>90°)をもって傾斜する傾斜面51であってもよい。この場合、素子搭載部3Aとカバー部3Bとを別部材とすることにより、ケース3が形成される。これにより、コーティング材11によってLED素子2を素子搭載部3A上に圧接するような状態で搭載することになり、LED素子2における各層の剥離発生を抑制することができる。また、傾斜面51の傾斜角bがb>90°であることは、ケース3の開口面サイズを縮小することができるため、発光装置1の小型化を図ることもできる。
(4)本実施の形態では、フリップチップ型のLED素子2を備えた発光装置1である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、フェイスアップ型のLED素子を備えた発光装置であってもよい。
1…発光装置、2,41…発光ダイオード(LED)素子、2A…pコンタクト電極、2B…n側電極、3…ケース、3A…素子搭載部、3B…カバー部、4…積層体、5…サファイア基板、5A…光取出面、6…バッファ層、7…n型半導体層、8…発光層、9…p型半導体層、10…蛍光体層、10A…光出射面、11…コーティング材、11A…光反射粒子、12…内部空間、13,14…スタッドパッド、15,16…第1配線パターン、17,18…第2配線パターン、19,20…ビアホール、21,22…ビアパターン、23,51…傾斜面、N…ノズル、S…剥離シート、a,b…傾斜角
Claims (6)
- 素子搭載面をケース内部に有し、光取出側に開口するケースと、
前記ケース内部の素子搭載面上に搭載され、発光層を含む積層体を有する発光ダイオード素子とを備えた発光装置において、
前記積層体の外面であって、前記発光ダイオード素子の光取出面を除く部位を覆うようなコーティング材が前記ケース内部に充填され、
前記コーティング材には、前記発光層の発光によって前記積層体から前記ケース内部に出射される漏洩光を受けて前記発光ダイオード素子内に反射するための光反射粒子が含有されていることを特徴とする発光装置。 - 前記光取出面上には、前記発光ダイオード素子から放射される放射光を受けて励起されることにより波長変換光を放射するシート状の蛍光体層が配設されている請求項1に記載の発光装置。
- 前記ケースには、素子搭載面側から光取出側に向かって広がる内部空間が設けられている請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記ケースには、素子搭載面側から光取出側に向かって狭まる内部空間が設けられている請求項1又は2に記載の発光装置。
- 素子搭載面をケース内部に有し、光取出側に開口するケースと、
前記ケース内部の素子搭載面上に搭載され、発光層を含む積層体を有する発光ダイオード素子とを備えた発光装置の製造方法において、
前記ケース内部の素子搭載面上に前記発光ダイオード素子を搭載する工程と、
前記積層体の外面であって、前記発光ダイオード素子の光取出面を除く部位を覆うようなコーティング材を前記ケース内部に充填する工程とを備え、
前記コーティング材には、前記発光層の発光によって前記積層体から前記ケース内部に出射される漏洩光を受けて前記発光ダイオード素子内に反射するための光反射粒子が予め含有されていることを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記ケース内部に前記コーティング材を充填する工程後に、前記発光ダイオード素子から放射される放射光を受けて励起されることにより波長変換光を放射する蛍光体層が予め配設された剥離シートを用い、前記剥離シートの蛍光体層を前記発光ダイオード素子の光取出面上に形成する工程と、
前記剥離シートを前記蛍光体層から剥離する工程とをさらに備えた請求項5に記載の発光装置の製造方法。
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