JP2008071955A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、液晶のバックライト光源や、各種表示装置(ディスプレイ)、センサ光源などに利用される発光装置の改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement in a light-emitting device used for a liquid crystal backlight source, various display devices (displays), sensor light sources, and the like.
各種光源として使用される発光装置には、発光ダイオード(以下、「LED」という)や半導体レーザなどの発光素子が利用されている。
この発光素子を駆動するために所定の基板やパッケージ内に実装する場合、フェイスダウン実装、すなわち、素子面を下にしてその電極部に接するようにバンプなどを配置して、前記基板などに実装したフェイスダウン実装が行われている。フェイスダウン実装は、ワイヤボンディングを行う必要がなく、狭隘なスペースに、機械的な接合と電気的な接合を兼用して行うことができる利点を有している。
例えば、特許文献1では、発光素子を反射性のカップ(パッケージに形成したカップ)内にフェイスダウン実装した例が記載されている。
Light emitting devices used as various light sources use light emitting elements such as light emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) and semiconductor lasers.
When mounted on a predetermined substrate or package to drive this light emitting device, mount it on the substrate or the like with face-down mounting, that is, by placing bumps etc. in contact with the electrode part with the device surface facing down A face-down implementation has been made. The face-down mounting does not require wire bonding, and has an advantage that it can be performed in a narrow space using both mechanical bonding and electrical bonding.
For example,
また、このようなLEDは、通電により発光する際に熱を生じる。特に高精細な表示装置などを得ようとする場合に、これら発光素子を搭載した発光装置を基板等に高密度に実装すると、発光素子が生成する熱により装置自体の特性が悪化したり、周囲の部材や部品に熱的悪影響を与えることになる。 Further, such an LED generates heat when it emits light when energized. In particular, when trying to obtain a high-definition display device, etc., if a light-emitting device equipped with these light-emitting elements is mounted on a substrate or the like at high density, the characteristics of the device itself deteriorate due to heat generated by the light-emitting elements, Adversely affect the members and parts.
そこで、図4に示すような発光装置1も考えられる。
図4において、発光装置1は、セラミックス製の絶縁基板2と、互いに間隔を設けて、絶縁基板2の表裏を貫通して設けた正負の電極3,4とを有している。
各電極3,4は、絶縁基板2の表面側に電極パッド3a,4aを備え、下面には実装端子3b,4bを有している。
電極パッド3a,4aには、それぞれ金属バンプ6,6を介して、発光素子5が、その電極部を下面に向けるようにして、フェイスダウン実装(フリップチップボンディング)されている。
さらに、発光素子5はモールド樹脂7により被覆されている。
Therefore, a
In FIG. 4, the
Each
The
Further, the
このような発光装置1にあっては、比較的大きく形成した電極3,4が絶縁基板を貫通して設けられているので、発光素子5が発光することにより生成される熱は、金属バンプ6,6を介して、大きな電極3,4に伝達され、絶縁基板2に放熱される。
これにより、発光にともなう熱による発光素子5の動作不良などの悪影響を防止することができるものである。
In such a
As a result, adverse effects such as malfunction of the
ところで、図4の発光装置1においては、発光素子5の素子面上に設けられた電極配置に対応するように、正負の電極3,4が互いにW1の間隔を開けて設けられているので、該発光素子5の発光による光L1の一部が、正負の電極3,4の間隔W1を抜けて、下方に向かう。
ここで、絶縁基板2を構成するセラミックスは多孔質材料であるから、発光素子5の発光による光が、正負の電極3,4の間隔W1から下方に逃げるために、光の取り出し効率が悪化する。
By the way, in the
Here, since the ceramic constituting the
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、発光にともなう熱による悪影響を排除し、しかも光の取り出し効率を良好にした発光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a light-emitting device that eliminates the adverse effects of heat associated with light emission and that has good light extraction efficiency.
上記の目的は、第1の発明にあっては、平面に正負の各電極を有する絶縁基板と、該絶縁基板の厚み方向に形成された各貫通孔と、前記正負の各電極から前記各貫通孔内に形成された電極延長部と、該電極の一方の電極の平面内に接合された発光素子とを有し、前記一方の電極から延長された前記電極延長部の水平断面積が、前記発光素子の底面積よりも大きく、かつ前記発光素子が、蛍光体を介して光を射出させるように透明な封止部材で封止されている発光装置により、達成される。 In the first invention, the above object is to provide an insulating substrate having positive and negative electrodes in a plane, each through hole formed in the thickness direction of the insulating substrate, and each through hole from each positive and negative electrode. An electrode extension formed in the hole, and a light emitting element bonded in the plane of one of the electrodes, and a horizontal cross-sectional area of the electrode extension extended from the one electrode is This is achieved by a light emitting device that is larger than the bottom area of the light emitting element and in which the light emitting element is sealed with a transparent sealing member so as to emit light through a phosphor.
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記電極延長部の水平断面の縦寸法をT1、横寸法をN1とし、前記発光素子の縦寸法T2、横寸法をN2とした場合に、T2>T1および/またはN2>N1とされていることを特徴とする。 According to a second invention, in the configuration of the first invention, when the vertical dimension of the horizontal section of the electrode extension is T1, the horizontal dimension is N1, and the vertical dimension T2 and the horizontal dimension of the light emitting element is N2, T2> T1 and / or N2> N1.
第3の発明は、第1または2のいずれかの発明の構成において、前記絶縁基板が、窒化珪素(Si3N4)により形成されていることを特徴とする。 A third invention is characterized in that, in the configuration of either the first or second invention, the insulating substrate is formed of silicon nitride (Si 3 N 4 ).
本発明によれば、発光にともなう熱による悪影響を排除し、しかも光の取り出し効率を良好にした発光装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light-emitting device that eliminates the adverse effects of heat associated with light emission and that has good light extraction efficiency.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Note that the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these forms.
図1は実施形態に係る発光装置の概略斜視図、図2は図1のA−A線切断概略端面図、図3は図1の概略上面図である。
これらの図において、発光装置20は、絶縁基板21と、該絶縁基板21を厚み方向に貫通して設けたもので、正負に分極された第1の電極22と、第2の電極23を有している。
図1に示されているように、少なくとも第1の電極22は、絶縁基板21の表面(上面)32において、広い面積の電極パッド22aを有している。この実施形態では、第2の電極23の絶縁基板21の表面に露出した電極パッド23aは第1の電極22の電極パッド22aよりも小さい。
1 is a schematic perspective view of the light emitting device according to the embodiment, FIG. 2 is a schematic end view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic top view of FIG.
In these drawings, the
As shown in FIG. 1, at least the first electrode 22 has an
電極パッド22aの上には、発光素子24がダイボンディングにより接合されている。特に、発光素子24は、その素子面を上に向けて、例えば、樹脂系の接着部材を用いて、ダイボンディングにより接合されるとともに、該発光素子24の上方に露出した電極部は、ボンディングワイヤ26,27により、それぞれ電極パッド22aと電極パッド23aに対して、電気的に接続されている。また、第1の電極22と第2の電極23は絶縁基板21の下面に露出されて、それぞれ実装端子22b,23bとされている。そして、発光素子24は、後述する手法により、蛍光体31により被覆されている。
A
発光素子24が接合された電極パッド22aは絶縁基板21を貫通する延長部22dを有し、この延長部22dが絶縁基板21の裏面で上記実装端子22bと一体に接続されている。
延長部22dの水平断面積、すなわち図3で点線で示す面積は、発光素子24の底部の面積より大きい。
The
The horizontal sectional area of the
また、好ましくは、第1の電極22の延長部22dの外形は、発光素子24の外形よりも大きくされている。
具体的には、図3に示すように、第1の電極22の延長部22dの水平断面の縦寸法をT1、横寸法をN1とし、前記発光素子の縦寸法T2、横寸法をN2とした場合に、T2>T1および/またはN2>N1とされている。
Preferably, the outer shape of the
Specifically, as shown in FIG. 3, the vertical dimension of the horizontal section of the
このような構成によれば、発光素子24が、広い面積でなる電極パッド22aに接合されている。電極パッド22aは、通常、光反射性の金属膜、すなわち反射金属膜で形成されているから、該発光素子24の下面から出る光は、この電極パッド22aで上方に向かって反射される。このため下方側、すなわち、絶縁基板21側に光が透過して進行することがなく、光取り出し効率が向上する。
しかも発光素子24が、該発光素子24からの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するYAG:Ce蛍光体などの蛍光物質を含有する塗料などにより覆われていることにより、白色系の光で発光することができ、透明な封止部材28を介して、明るい白色の照明光を射出させることができる。
According to such a configuration, the
In addition, the
しかも、発光素子24は、第1の電極22の広い面積で形成した電極パッド22aに接合されているので、該発光素子24が発光して生成された熱は、電極パッド22aに効率よく伝達される。そして、第1の電極22は、絶縁基板21を貫通して延長部22dとなり、裏面に露出されているので、その熱は絶縁基板21に伝達・放熱されることになる。
特に、第1の電極22の延長部22dの水平断面積を発光素子24の底面積よりも大きくすることにより、きわめて多量の熱を迅速に伝達できるとともに、実装端子22bを介して、図示しない二次基板側に、あるいは絶縁基板21に対して、効率よく放熱することができる。
以上により、発光素子である発光素子24およびその周辺部材へ熱がこもり熱的悪影響が及ぶことを防止することができる。
Moreover, since the
In particular, by making the horizontal cross-sectional area of the extended
As described above, it is possible to prevent heat from being accumulated in the light-emitting
次に、本実施形態の好ましい構成について、より詳細に説明する。
絶縁材料でなる絶縁基板21は、通常基板として広く用いられているガラスエポキシ基板の他、セラミックスもしくは合成樹脂、有機物に無機物が含有されたハイブリッド材料、もしくはセラミックスで形成することができる。
この本実施形態では、セラミックスが選択されている。
Next, a preferable configuration of the present embodiment will be described in more detail.
The
In this embodiment, ceramics is selected.
絶縁基板21を、例えば、窒化珪素(Si3N4)で形成する場合には、熱伝達率が70乃至80(W/m2h℃)と、比較的高く、放熱性に優れるとともに、可撓性があることで、成形性、加工性に優れている点を利用して製造が容易となる。
また、絶縁基板21を、窒化アルミニウム(AlN)により形成すると、その200(W/m2h℃)を超える良好な熱伝導率により、特に放熱機能に優れた発光装置を得ることができる。
When the
In addition, when the
さらに、絶縁基板21を、シリコンカーバイド(SiC)により形成すると、300(W/m2h℃)の良好な熱伝導率により、特に放熱機能に優れた発光装置を得ることができるという利点がある。
また、絶縁基板21を、金属浸透複合材料(Al/C、Al/SiC、Cu/Moなど)により形成すると、150−350(W/m2h℃)の高い熱伝達率を有するだけでなく、成形性・加工性にも優れているという利点がある。
Furthermore, when the
In addition, when the
ここで、絶縁基板21は、上記各材料や、あるいは、酸化アルミニウム(アルミナ)(Al2O3)によるセラミックスグリーンシートなどで形成することができ、その焼結前に電極などが貫通するための貫通孔を形成し、該貫通孔内にタングステンメタライズを形成するための導電ペーストを印刷などにより充填することができる。また、同時に導電ペーストは、電極パッド22a,22b,23a,23bを形成すべき箇所にも塗布しておく。そして、上記焼結後に金メッキなどを施すことにより、各電極パッドと、実装端子とを形成することができるとともに、この電極パッドと実装端子とを絶縁基板21を貫通して導通させることができる。
Here, the
なお、導電ペーストは、タングステンやモリブデンなど高融点金属を樹脂バインダーに含有させたペースト状の材料であり、例えばスクリーン印刷などの手法により焼結前のグリーンシート成形物に塗布し、セラミックス材料の焼結とともに、メタライズ部を形成することができるものである。 The conductive paste is a paste-like material in which a high-melting-point metal such as tungsten or molybdenum is contained in a resin binder. A metallized part can be formed together with the conclusion.
さらに、絶縁基板21は、耐熱樹脂により形成することができる。
耐熱樹脂にはガラスクロスを混入することが好ましい。すなわち、例えば、ガラスクロスを基材としたシリコーン樹脂や、ガラス繊維のフィラーを混入したエポキシ樹脂などを用いることができる。
このような材料を用いることで、安価で加工し易い絶縁基板を作製可能であるという利点がある。
Furthermore, the insulating
It is preferable to mix glass cloth into the heat resistant resin. That is, for example, a silicone resin based on glass cloth, an epoxy resin mixed with glass fiber filler, or the like can be used.
By using such a material, there is an advantage that an insulating substrate that is inexpensive and easy to process can be manufactured.
さらに、図1ないし図3を参照して理解されるように、第1の電極22の電極パッド22aは広い面積とするだけでなく、発光装置20のほぼ中央部に形成している。これにより、電極パッド22aに接合される発光素子24も発光装置20のほぼ中心に位置させることができるので、発光装置20はいずれかの方向に偏ることなくバランス良く照明光を照射することができるものである。
また、第1の電極22の電極パッド22aは、その周囲に沿ってほぼL字状に回り込むように形成された引き回し部22cを有しており、該引き回し部22cであるパッドに保護素子が実装されている。これは発光素子24に大きな電流が流れて破壊されることを防止するための例えば、ツェナーダイオード25である。このツェナーダイオード25は、発光素子24への通電回路へ並列に介装されている。
Furthermore, as can be understood with reference to FIGS. 1 to 3, the
Further, the
ここで、発光装置20で使用する発光素子24としては、ひとつの素子が図示されているが、ひとつに限らず、複数個の発光素子を用いることができる。
この発光素子としては、広く用いられているものを利用することができるが、複数用いる場合は、赤色系発光素子と、緑色系発光素子とともに、発光波長が430nmから490nmである青色系発光素子を用いることが必要である。また、好ましくは、発光素子24を図1のように、同色発光の発光素子を複数個用いることもできる。場合には、青色系発光素子を含むようにすることが好ましい。
このような発光素子24としては、広く用いられているものを利用することができるが、青色系発光素子としては、InGaNの半導体を発光層として形成した発光ダイオード(LED)を好適に利用することができる。
Here, although one element is illustrated as the
As this light emitting element, a widely used one can be used. When a plurality of light emitting elements are used, a blue light emitting element having an emission wavelength of 430 nm to 490 nm is used together with a red light emitting element and a green light emitting element. It is necessary to use it. Preferably, a plurality of light emitting elements of the same color can be used as the
As such a
このような発光素子24からの光が下方へ漏れないように反射させるための反射金属膜としての電極パッド22aは、その光反射率が70%以上となる反射金属膜を形成することが好ましい。
このような金属膜としては、金、アルミニウム、銀、パラジウム、ロジウムなどを主成分とする合金からなる反射金属膜を形成することが好ましい。金は波長430nmから490nmの光に対して、ほぼ70%の反射率を有している。金による反射金属膜は、絶縁基板21の上面に対して、スパッタリングで形成することができる。あるいは、タングステンメタライズ上に、ニッケルの下地を形成し、その後にメッキすることなどにより形成することができる。
The
As such a metal film, it is preferable to form a reflective metal film made of an alloy mainly composed of gold, aluminum, silver, palladium, rhodium or the like. Gold has a reflectivity of approximately 70% for light having a wavelength of 430 nm to 490 nm. The reflective metal film made of gold can be formed on the upper surface of the insulating
電極パッド22a表面の反射金属膜としてアルミニウムをスパッタリングなどで形成することもできる。このアルミニウムは波長430nmから490nmの光に対して、ほぼ92%の反射率を有しており、金等よりも安価に形成できる利点がある。
また、銀は波長430nmから490nmの光に対して、ほぼ96%の反射率を有しており、絶縁基板21の上面32に対して、スパッタリングやニッケルの下地を形成後にメッキすることなどにより形成することができる。あるいは銀ペーストなどによるメタライズを形成することによっても形成可能である。
Aluminum can also be formed by sputtering or the like as the reflective metal film on the surface of the
Further, silver has a reflectance of approximately 96% with respect to light with a wavelength of 430 nm to 490 nm, and is formed by plating the
また、前記反射金属膜としての電極パッド22a上に図示しない硫化防止膜が形成されていることが好ましく、これにより、高温高湿下での使用による硫化に起因する反射性の低下を抑制することができる。硫化防止膜は、SiO2,SiC,Si,又はそれらのいずれかを主成分とする材料を用いることができる。ここで主成分とするとは、材料中にSiO2,SiC,又はSiを90mol%以上含有することを意味し、好ましくは95mol%以上である。
硫化防止膜の膜厚は、3〜22nmとすることが好ましい。3nm以上あれば、スパッタリングにより形成された膜がほぼ均一になるので硫化防止機能を発揮するが、これよりも薄いと、部分的に欠陥を生じる確率が急に高くなってしまう。また、22nmを超えると、膜厚の増加と共に反射金属膜の反射率が低下してしまう。
Further, it is preferable that an anti-sulfurization film (not shown) is formed on the
The film thickness of the sulfidation preventive film is preferably 3 to 22 nm. If the thickness is 3 nm or more, the film formed by sputtering becomes almost uniform and exhibits a function of preventing sulfidation. However, if the thickness is smaller than this, the probability that a defect is partially generated suddenly increases. On the other hand, if the thickness exceeds 22 nm, the reflectivity of the reflective metal film decreases as the film thickness increases.
次に、図1および図2に示す封止部材28について説明する。
封止部材28は、発光素子24を気密的および液密的に覆い保護するものであり、透明な合成樹脂が用いられる。このような樹脂としては、エポキシ樹脂や、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリアミドなど半導体に用いる封止樹脂を好適に使用できる。また、樹脂以外にも透明なガラスなどを用いてもよい。樹脂を用いる場合には、耐熱性や耐光性に優れ、紫外線を含む短波長の高エネルギー光に曝されても着色劣化しにくいシリコーン樹脂や変性シリコーン樹脂を用いることが好ましい。
このような封止部材28は、図示されているように、発光素子24の表面だけでなく、電極パッド22a,引き回し部22cおよび、絶縁基板21の表面が露出した領域である上面32にも接触するように形成されている。これにより、封止部材28はセラミック製の上面32と強固に結合して、剥離したり、破壊されたりしにくくされている。
Next, the sealing
The sealing
As shown in the drawing, such a sealing
ここで、封止部材28としての封止樹脂には、発光素子24からの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するYAG:Ce蛍光体などの蛍光物質を含有させることにより、白色系の光を発光することが可能な高出力な発光装置20を形成することができる。
さらに、透明な封止部材28には、視野角を増加するためチタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等の拡散剤を混入してもよい。
また、封止部材28には、特定の波長をカットするための着色料を混入させてもよい。
Here, the sealing resin as the sealing
Furthermore, a diffusing agent such as barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, or silicon oxide may be mixed in the
The sealing
さらには、図2に示されているように、絶縁基板21の電極パッド22a上に、発光素子24を接着部材などを用いて接合し、かつ発光素子24の電極部をワイヤボンディング26,27により電気的に接続した後、絶縁基板21の表面(上面32)側に露出した全ての表面に対して、電着により蛍光体31を付着させてもよい。この蛍光体31としては、例えば、YAGに代表される一般的な蛍光体などを使用することができる。
その後で、封止部材28をモールドすることにより、この電着した蛍光体31が落剥することが好適に防止される。
Further, as shown in FIG. 2, the
Thereafter, by molding the sealing
本発明は上述の実施形態に限定されない。上述の実施形態における各構成は、必要により、その一部を省略したり、他の構成と入れ換えて、異なる構成の組み合わせのもとで実施されてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration in the above-described embodiment may be implemented under a combination of different configurations, if necessary, by omitting a part thereof or replacing other configurations.
20・・・発光装置、21・・・絶縁基板、22・・・第1の電極、22a・・・電極パッド、22b・・・実装端子、23・・・第2の電極、23a・・・電極パッド、23b・・・実装端子、28・・・封止部材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該絶縁基板の厚み方向に形成された各貫通孔と、
前記正負の各電極から前記各貫通孔内に形成された電極延長部と、
該電極の一方の電極の平面内に接合された発光素子と
を有し、
前記一方の電極から延長された前記電極延長部の水平断面積が、前記発光素子の底面積よりも大きく、
かつ前記発光素子が、蛍光体を介して光を射出させるように透明な封止部材で封止されている
ことを特徴とする発光装置。 An insulating substrate having positive and negative electrodes in a plane;
Each through-hole formed in the thickness direction of the insulating substrate;
An electrode extension formed in each through hole from each of the positive and negative electrodes;
A light emitting element bonded in the plane of one of the electrodes,
The horizontal cross-sectional area of the electrode extension extending from the one electrode is larger than the bottom area of the light emitting element,
And the said light emitting element is sealed with the transparent sealing member so that light may be inject | emitted through fluorescent substance. The light-emitting device characterized by the above-mentioned.
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