JP2008072013A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体発光素子の基体に、配線導体や反射壁として配されている銀の劣化を抑制し、信頼性の高い支持体を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体発光素子と、半導体発光素子と導通する導電部材が設けられている基体と、半導体発光素子と導電部材の少なくとも一部を封止する封止部材と、を有する発光装置であって、導電部材の少なくとも一部を被覆する被覆部材を有し、被覆部材は、導電部材側から、銀を含む第1層と、銀と異なる金属を含み第1層の少なくとも一部が露出するように設けられる第2層と、第1層及び第2層を覆い前記半導体発光素子からの光を透過可能な透光性部材を含む第3層と、を有することを特徴とする。
【選択図】図2C

Description

本発明は、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源などに利用可能な発光装置に関し、特に、高出力な半導体発光素子を搭載しても信頼性の高い発光装置に関する。
例えば、特開2004−207258号公報に開示される半導体装置について、半導体発光素子を搭載する基体は、その半導体発光素子に電力を供給するための配線導体や、半導体発光素子の光を発光観測方向に反射させるための反射壁を有している。それらの配線導体や反射壁は、例えば、セラミックスなどの基材に、タングステン、ニッケル、銀などを順に鍍金することにより金属層として形成されている。
特開2004−207258号公報。
しかしながら、基体に施された銀鍍金は、大気中の硫黄成分により硫化されて変色する場合がある。これにより銀の反射率に変化が生じ、半導体発光素子からの光が一部吸収されて、発光装置の出力低下を招くこととなる。
そこで、本発明は、配線導体や反射壁として配されている銀の劣化を抑制し、信頼性の
高い支持体を提供することを目的とする。
以上の目的を達成するため、本発明の発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子と導通する導電部材が設けられている基体と、半導体発光素子と導電部材の少なくとも一部を封止する封止部材と、を有する発光装置であって、導電部材の少なくとも一部を被覆する被覆部材を有し、被覆部材は、導電部材側から、銀を含む第1層と、銀と異なる金属を含み第1層の少なくとも一部が露出するように設けられる第2層と、第1層及び第2層を覆い前記半導体発光素子からの光を透過可能な透光性部材を含む第3層と、を有することを特徴とする。このような構成とすることで、銀を含む第1層が外的要因によって変質しにくくすることができるため、半導体発光素子からの光を、導電部材で効率良く反射させることができる。
本発明の請求項2に記載の発明は、基体は、導電部材が露出される底面と側面とを有する凹部を有し、第3層は側面にも設けられていることを特徴とする。これにより、基体と封止部材との密着性を向上させることができ、外気などが浸入しにくくすることができる。
本発明の請求項3に記載の発明は、凹部の側面は、導電部材から離間する金属部材が設けられており、被覆部材は金属部材も被覆することを特徴とする。これにより、凹部側面の反射率が高くなるため効果的に光を取り出すことができる。
本発明の請求項4に記載の発明は、基体は、導電部材の一部を内包する樹脂からなり、第1層及び第2層は、内包される導電部材の表面にも設けられていることを特徴とする。これにより、導電部材と樹脂との密着性を良くすることができ、外気などが浸入しにくくなるため、凹部の底面に設けられる第1層の劣化を抑制することができる。
本発明の請求項5に記載の発明は、第3層は、半導体発光素子の一部を被覆していることを特徴とする。これにより、第3層の上を覆う封止樹脂との屈折率を調整することで、光取り出し効率を高めることができる。
本発明の請求項6に記載の発明は、第3層は、基体の一部を被覆していることを特徴とする。これにより、第一層の端の部分を第3層が完全に覆うため、端部分で生じやすい劣化を抑制することができる。
本発明により、半導体発光素子の近傍に設けられている銀(被覆部材の第1層)の劣化、特に硫化が抑制されるため、信頼性の高い半導体装置とすることができ、半導体発光素子からの光を効率良く外部に取り出すことができる。
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための支持体を例示するものであって、本発明は、支持体を以下に限定するものではない。
また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1における発光装置100の断面図を示す。実施の形態1において、発光装置の基体101は板状のガラスエポキシ樹脂からなり、基体の上面には導電部材102A、102Bが設けられている。この導電部材102A、102Bは、基体101の下面にも設けられており、上面と下面の導電部材102A、102Bは基体内部でそれぞれ電気的に連続するように設けられている。これにより、基体に配置された半導体発光素子104の導体配線として機能する。半導体発光素子104は、樹脂や金属ペーストなどの接合部材によって導電部材102上に固定される。そして、導電性ワイヤ106により半導体発光素子104のp電極及びn電極と導電部材102とを電気的に接続している。また、これらを封止するように、基体101の上面には樹脂などの封止部材108が設けられている。
そして、実施の形態1においては、基体101の上面に露出されている導電部材102A及び102Bに被覆部材103が設けられていることを特徴とする。特に、この被覆部材103が、銀を含む第1層と、銀とは異なる金属を含み第1層表面の少なくとも一部が露出するよう設けられる第2層と、第1層と第2層とを覆い半導体発光素子からの光を透過可能な透光性部材を含む第3層と、を有することを特徴とする。このような構成の被覆部材103を設けることで、被覆部材の第1層に含まれる銀を水分などから保護しつつ、その高い反射率を損なわないようにすることができるため、半導体発光素子からの光を効率良く反射させることができる。
(被覆部材)
実施の形態1において、被覆部材は発光装置の基体に設けられている導電部材を被覆するように設けられているものであり、これにより、半導体発光素子からの光を効率良く反射させるものである。また、本発明において被覆部材は、導電部材の表面に設けられているもののみを指すものではなく、導電部材の表面から基体や他の部材の上にまで延在するように設けられているものも被覆部材とする。
また、被覆部材は、上述のように3層構造を有することを特徴とするものであるが、全ての領域に亘って3層構造でなくてもよく、部分的には1層あるいは2層構造であってもよい。
(被覆部材:第1層)
実施の形態1において、被覆部材の第1層は、半導体発光素子からの光や後述する波長変換部材からの光を、効率良く反射させるものである。具体的には、銀を含む部材であり、銀単体や、銀とアルミニウム、銅、チタンなとの合金としても良い。好ましくは、銀単体である。この第1層は、基体に設けられている導体配線である導電部材のうち、半導体発光素子が載置される側において表出されている領域のほぼ全面に設けるのが好ましい。
図1に示すように、板状の基体101を用いる場合、半導体発光素子が載置される側(上面)に設けられている導電部材の表面全面に設けるのが好ましい。これにより、半導体発光素子からの光を効率良く反射させることができる。
被覆部材の第1層の膜厚としては、光を透過しない程度の厚さがあれば良い。具体的には2μm〜20μmが好ましく、より好ましくは5μm〜15μmの範囲である。第1層は、ほぼ均一な膜厚で形成するのが好ましい。
上記のような第1層は、スパッタ、真空蒸着、PVD、イオンプレーティング、CVDなどの成膜方法や、電解鍍金、無電解鍍金、カップリング剤処理、電着塗装、上記金属元素の微粒子を含む樹脂ペーストを付着させるなどの方法により形成させることができる。特に、電解鍍金により設けることで、導電部材上に好適に形成させることができる。
(被覆部材:第2層)
被覆部材の第2層は、第1層の表面の少なくとも一部が露出されるように設けるものであり、銀と異なる金属を含むものである。これにより、第1層と第3層との密着性を向上させることができる。
第2層は、第1層の高い反射率を損なわないようにするために、第1層の一部を露出させるように設けるのが好ましい。この場合の一部とは、フォトリソグラフィなどによって所望の形状にパターニングして複数の露出部を設けるものや、スパッタなどによって、密度の低い層(疎らな層)として設けるものが挙げられる。その他にも、真空蒸着、PVD、イオンプレーティング、CVD、プライマー処理、フレーム処理、ゾルーゲル法などの成膜方法や、電解鍍金、無電解鍍金、電着塗装、上記遷移金属元素の微粒子を含む樹脂ペーストを付着させるなどの方法により形成させることができる。
各露出部(開口部)の大きさは、小さい方が好ましいので、スパッタなどによって疎らな第2層とするのが好ましい。スパッタのように、第2層とすべき部材を堆積させるような方法で設ける場合、膜厚を厚くすると第1層は完全に覆われてしまうが薄く設けると完全に第1層を覆うことはできず、第2層の金属が第1層の表面に疎らに形成された隙間がある層として設けられる。そして、このような隙間から第1層が露出するような構成とすることができる。このように、第1層の表面が完全に覆われるのではなく疎な第2層で覆うことで、第1層の反射率の低下を抑制しつつ、第1層の表面の物性を変化させることができる。
また、膜厚についても、第1層の反射率を低下しにくいように制御することが必要であり、極薄く設けるのが好ましい。これらは用いる材料によって、さらには光源などの波長によっても異なるものであるが、おおよそ1Å〜20Å程度とするのが好ましく、より好ましくは2Å〜10Å程度である。ただし、光学特性以外の特性、例えば、第1層や第3層との密着性を考慮すると、上記のような薄い膜厚とできない場合がある。そのような場合においては、膜厚はやや厚くして対処する必要がある。その場合は、光源からの光や後述する波長変換部材からの光に対する反射率が、第1層と同程度か、低下した場合でも約60%程度となるような材料を用いるのが好ましい。
このように、本発明において第2層は、反射率などの光学特性を考慮して適宜材料を選択するのが好ましく、さらには、第1層に含まれる銀のマイグレーションを抑制する機能も有するようにするのが好ましいため、銀よりもマイグレーションしにくいものが好ましい。具体的には、アルミニウム、ニッケル、チタン、タングステン、バナジウム、プラチナ、ロジウム、パラジウム、タンタル、金、ニオブ、モリブデン、イリジウム、コバルト、クロム、銅、ハフニウム、亜鉛、ジルコニウムなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を混合させて用いてもよい。2種以上を用いる場合は、同時に設けてもよく、あるいは別工程で設けてもよい。第1層と第2層の両方とも金属層とする場合は、その界面が明瞭なものに限定されることはない。すなわち、本発明の効果が得られる程度に、第1層の少なくとも一部を被覆するように第2層が配されていれば、第1層と第2層とが一部混在する金属層としてもよい。
また、第2層は、絶縁性部材とすることもできる。例えば、上記金属を含む酸化物、窒化物などを用いて第2層をとすることができる。第2層を導電性部材とする場合は、第1層の形成領域と同じ領域に設けるようにすることができるが、絶縁性部材とする場合は、半導体発光素子への導通経路を阻害しないように設ける必要がある。半導体発光素子や導電性ワイヤなどを設ける前に絶縁性の第2層を設ける場合は、導電性ワイヤなどを電気的に接続させる前に設ける位置には第2層を設けないようにする必要がある。例えば、図1に示すように、導電部材102A、102B上に被覆部材の第1層103Aを設け、その第1層103A表面のうち、半導体発光素子104と導電性ワイヤ106とを接合すべき領域以外に、第2層及び第3層を設ける。そして、第1層が露出している領域に半導体発光素子104と導電性ワイヤ106をそれぞれ電気的に接続させる。このように、あらかじめ被覆部材の第1層、第2層、第3層をあらかじめ設けておくことで、配線近く、段差部分の被覆層のムラを押さえることができるというメリットがある。尚、第2層が導電性部材の場合は、第1層と同じ領域に設けておき、半導体発光素子の下や導電性ワイヤのボンディング部にも設けられていてもよい。さらには、半導体発光素子が絶縁性基板を用いた半導体発光素子の場合は、導電性ワイヤのボンディング領域以外を第2層で被覆してもよい。
(被覆部材:第3層)
第3層は、主として第1層の変質を抑制する保護層として機能するものである。そのため、第1層と第2層とがほぼ同じ領域に設けられている場合は、それらのほぼ全面を覆うような領域に設けるのが好ましい。
さらに、第3層は、第1層の変質を抑制するだけでなく、半導体発光素子からの光を透過可能な透光性部材である。半導体発光素子からの光の透過率は70%以上であるものが好ましい。さらに、80%以上のものが好ましい。これによって第1層によって反射された光を効率良く反射させることができる。
第3層は、上記に加えて第1層や第2層との密着性に優れた部材が好ましく、また、第3層形成時に高温での加工を必要としないものが好ましい。例えば、第3層として、ガラスで封止するような場合、約500℃程度の高温加熱が必要であり、これによって第1層の銀が変質する場合がある。そのため、スパッタ法、真空蒸着、イオンプレーティングなどのPVD法(スパッタ、真空蒸着、イオンプレーティングはPVDに含まれます)、CVD法、溶射、フレーム処理、イトロ処理、ポリシリケートやポリシラザンなどの無機ポリマーやアルコキシド及びゾル-ゲル膜形成用セラミックスの前駆体によるコーティング処理、カップリング処理などによって第1層と第2層とを被覆できるような部材が好ましい。また、そのような形成方法によって、ある程度の緻密な膜を形成可能なものが好ましい。特に、第1層、第2層と同じ領域に設ける場合は、導電性のものも、絶縁性のものも用いることができる。例えば、酸化物、窒化物、フッ化物、有機物(樹脂)などの透光性部材を用いるのが好ましい。具体的にはSiO、Al、SiN、ITO、Si、SiON,AlN、AlON、In、SnO、TiO、ZnO、MgF、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを用いるのが好ましい。また、これらは単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
第3層の膜厚としては、半導体発光素子からの光を透過可能な程度で、かつ、外部から水分などが浸入しにくい程度に設ける必要がある。具体的には0.005μm〜0.5μmが好ましく、より好ましくは0.01μm〜0.3μmである。
<実施の形態2>
図2は、実施の形態2における発光装置200を示す。図2Aは発光装置の斜視図、図2Bは図2Aを発光面側から見た平面図、図2Cは図2BのX−X‘断面における断面図、図2Dは図2Cの部分断面図である。実施の形態2において、発光装置の基体201はセラミックからなり、基体の上面にカソードマーク207が設けられていることで極性が判別可能となる。そして、側面と底面を有し上面を開口部とする凹部209を有しており、凹部の底面には導電部材202A、202Bが露出するように配されている。この導電部材202A、202Bは、基体201の裏面にも露出するように設けられ、凹部209の底面の導電部材202A、202Bとは基体内部でそれぞれ電気的に連続するように設けられている。これにより、基体に配置された半導体発光素子204の導体配線として機能する。半導体発光素子204及び保護素子205は、樹脂や金属ペーストなどの接合部材によって導電部材202上に固定される。そして、導電性ワイヤ106により半導体発光素子204や保護素子205のp電極及びn電極と導電部材202とを電気的に接続している。また、これらを被覆するように、凹部内部には樹脂などの封止部材208が設けられている。
そして、実施の形態2においては、基体201の凹部の底面に露出されている導電部材202A及び202Bに被覆部材103が設けられていることを特徴とする。特に、この被覆部材203のうち、半導体発光素子からの光を透過可能な透光性部材を含む第3層が、第1層と第2層とに加えて、基体や半導体発光素子などにも亘って被覆するよう設けられていることを特徴とする。このような構成の被覆部材203を設けることで、被覆部材の第1層に含まれる銀を水分などから保護しつつ、その高い反射率を損なわないようにすることができるため、半導体発光素子からの光を効率良く反射させることができる。
(被覆部材)
実施の形態2において、図2A、図2B、図2C、図2Dに示すように、導電部材202上に被覆部材203が設けられ、この被覆部材203は、銀を含む第1層203Aと、第1層の少なくとも一部を露出し銀と異なる金属を含む第2層203Bと、第1層及び第2層を覆い半導体発光素子からの光を透過可能な透光性部材を含む第3層203Cと、を有することを特徴とする。
被覆部材は、導電部材のうち、半導体発光素子からの光や後述する色変換部材からの光が照射される領域に設けるのが好ましく、特に、半導体発光素子近傍に設けるのが好ましい。例えば、図2Cに示すように、被覆部材203は凹部209の底面に露出されている導電部材202A、202Bの表面のほぼ全面に第1層203A及び第2層203Bを設けるようにするのが好ましい。また、図2に示すように、第1層と第2層とは、ほぼ同じ領域に亘って設けるのが好ましい。そして、第3層は、導電部材202A及び202B上に設けるだけでも良く、さらに、これらに加えて凹部209の内部に露出している基体201や、半導体発光素子204をも被覆するように設けられていてもよい。このように、本発明において、被覆部材は第1層、第2層、第3層の3層構造とすることを特徴とするが、どの領域においても3層構造を必須とするものではなく、少なくとも必要な箇所において3層構造を有していればよい。
(被覆部材:第1層)
実施の形態2において、被覆部材の第1層は、実施の形態1と同様の部材を用いることができる。図2のように凹部を有する基体の場合は、その凹部の底面に露出されている領域のほぼ全面に設けるのが好ましい。例えば、図2Cに示すように、凹部を有する基体を用いる場合、凹部の底面に設けられている導電部材202のうち、半導体発光素子が載置されている導電部材202Aと、半導体発光素子に接続されている導電性ワイヤが接続される導電性部材202Bの両方の導電部材の表面のほぼ全面に設けるのが好ましい。このような構成とすることで、半導体発光素子からの光を効率良く反射することができる。
被覆部材の第1層の膜厚としては、光を透過しない程度の厚さがあれば良く、具体的には2μm〜20μmが好ましく、より好ましくは5μm〜15μmの範囲である。第1層は、ほぼ均一な膜厚で形成するのが好ましい。
上記のような第1層は、スパッタ、真空蒸着、PVD、イオンプレーティング、CVDなどの成膜方法や、電解鍍金、無電解鍍金、電着塗装、上記金属元素の微粒子を含む樹脂ペーストを付着させるなどの方法により形成させることができる。特に、電解鍍金により設けることで、導電部材上に好適に形成させることができる。
(被覆部材:第2層)
実施の形態2において被覆部材の第2層は、実施の形態1と同様に、第1層の表面の少なくとも一部を露出させるように設けるものであり、実施の形態1と同様の部材、形成方法を用いることができる。半導体発光素子や導電性ワイヤなどを設けた後に第2層を設ける場合は、図2C、図2Dにおける被覆部材の第3層と同じように、導電部材の表面だけでなく、半導体発行素子上や、基体上にも設けることができる。
(被覆部材:第3層)
第3層は、主として第1層の変質を抑制する保護層として機能するものである。したがって、少なくとも第1層のほぼ全面を覆うのが好ましく、第1層及び第2層とがほぼ同じ領域に設けられている場合は、それらのほぼ全面を覆うような領域に設けるのが好ましい。
この第3層は、実施の形態1で述べたように、導電性部材で形成する場合は第1層及び第2層と同じ領域に設けるのが好ましいが、凹部の側面や基体などのように、正負両方の導電部材に亘るように設けることもでき、その場合は絶縁性とする必要がある。
例えば、図2Cに示すように基体が凹部を有する場合、その凹部の側面にも第3層を設けることができる。これにより、封止部材と凹部の側面との密着性を向上させることができる。特に、セラミックからなる基体は、封止部材として用いられる樹脂との密着性が悪いため、その基体の表面に、被覆部材の第3層の透光性部材を設けることで、密着性を向上させることができる。
また、図2C、図2Dに示すように、導電部材202Aと導電部材202Bとの間に露出されている基体201にも設けることもできる。さらに、半導体発光素子の表面や、導電性ワイヤの上にも設けられてもよい。例えば、第1層及び第2層を設けた後に半導体発光素子を載置し、さらには導電性ワイヤも設けた後に第3層を設けるようにすることで、基体の凹部内の全体を被覆するような第3層を設けることができる。このように、第1層や第2層よりも広い領域に第3層を設けることで、第1層や第2層の端部までを保護することができるため、第1層をより劣化しにくくすることができる。
さらに、第3層は、第1層の変質を抑制するだけでなく、半導体発光素子からの光を透過可能な透光性部材である。半導体発光素子からの光の透過率は70%以上であるものが好ましい。さらに、80%以上のものが好ましい。これによって第1層によって反射された光を効率良く反射させることができる。
第3層は、上記に加えて第1層や第2層との密着性に優れた部材が好ましく、また、第3層形成時に高温での加工を必要としないものが好ましい。例えば、第3層として、ガラスで封止するような場合、約500℃程度の高温加熱が必要であり、これによって第1層の銀が変質する場合がある。そのため、スパッタ法や真空蒸着、PVD、CVDなどによって第1層と第2層とを被覆できるような部材が好ましい。また、そのような形成方法によって、ある程度の緻密な膜を形成可能なものが好ましい。特に、硫黄や水分などが浸入しにくいような例えば、酸化物、窒化物、フッ化物、などの透光性部材を用いるのが好ましい。具体的にはSiO、Al、SiN、ITO、Si、SiON,AlN、AlON、In、SnO、TiO、ZnO、MgF、などを用いるのが好ましい。また、これらは単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
第3層の膜厚としては、半導体発光素子からの光を透過可能な程度で、かつ、外部から水分などが浸入しにくい程度に設ける必要がある。具体的には0.005μm〜0.5μmが好ましく、より好ましくは0.01μm〜0.3μmである。
(基体及び導電部材)
実施の形態1、2において、基体は半導体発光素子や保護素子などの電子部品を保護するとともに、これら電子部品に外部からの電流を供給するための導電部材を備えているものである。基体の形状は、四角形又はこれに近い形状を有するものが好ましいが、特にこれに限定されるものではなく、平面視において三角形、四角形、多角形又はこれらに近い形状とすることができる。
基体の材料としては、絶縁性部材が好ましく、また、半導体発光素子からの光や、外光などが透過しにくい部材が好ましい。また、ある程度の強度を有するものが好ましく、より具体的には、セラミック、フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、BTレジンや、PPAなどが挙げられる。
例えば、図2A〜図2Dは、基体はセラミックであり、これにより耐熱性の高い基体とすることができる。セラミックとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素などが好ましい。セラミックの粉体と、バインダー樹脂を混合して得られる材料をシート状に成型して得られるセラミックグリーンシートを積層させて焼成することにより、所望の形状の基体とすることができる。このとき、セラミックグリーンシートに種々の大きさのスルーホールを形成して積層することにより、凹部を有する基体とすることができる。このような基体に配される金属の下地層は、未焼成のセラミックグリーンシートの段階で、タングステン、モリブデンのような高融点金属の微粒子を含む導体ペーストを所定のパターンに塗布したものを焼成することにより得ることができる。
尚、セラミックを材料とする基体は、上述のように、導電部材と絶縁部を一体的に形成する他、あらかじめ焼成されたセラミックの板材に、導電部材を形成することにより形成することもできる。
また、凹部を有する基体は、底面と側面とを構成する基体を上記で例示したセラミック基体ように一体的に形成する他、図1に示す板状基体(例えばガラスエポキシ樹脂基体)に、貫通孔を有する板状部材を貼り付けて凹部とし、その凹部内に半導体発光素子を載置可能な基体も用いることができる。
また、基体の材料として樹脂を用いる場合、導電部材としてリード端子を用いることで、射出成形などによって樹脂基体を成形することができる。この場合、基体の凹部の底面にリード端子が露出されるように成形した後に被覆部材を設けることで、上記セラミック基体と同様の構成とすることができる。また、樹脂の具体的な材料としては、絶縁性部材が好ましく、また、半導体発光素子からの光や、外光などが透過しにくい部材が好ましい。また、ある程度の強度を有するもので、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができ、より具体的には、フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、BTレジンや、PPAなどが挙げられる。
(封止部材)
封止部材は、板状基体の上面や、凹部を有する基体に載置された半導体発光素子や導電性ワイヤなどを、塵芥、水分や外力などから保護する部材であり、半導体発光素子からの光を透過可能な透光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂やユリア樹脂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、色変換部材(蛍光部材)などを含有させることもできる。
封止部材の充填量は、半導体発光素子、ツェナーダイオードなどの保護素子、導電性ワイヤなどが被覆される量であればよい。図2Cでは、封止部材208は、積層されたセラミック基体の最上層の下面に達するまで充填されている。これに限らず、セラミック層の最上層まで封止部材を充填することもできる。特に、基体上面に形成されるガラス層の高さを制御することで、封止部材を流出しにくくすることができ、封止部材の量が制御しやすくなって光学特性が安定する。さらに、封止部材上面の表面における平坦面を大きくすることができるため、配光特性も制御しやすくすることができる。また、凹部の側面に接触させることなく形成させることもできる。
(ダイボンド部材)
ダイボンド部材は、基体や導電部材に半導体発光素子や保護素子などを載置させるための接合部材であり、載置する素子の基板によって導電性ダイボンド部材又は縁性ダイボンド部材のいずれかを選択することができる。例えば、絶縁性基板であるサファイア上に窒化物半導体層を積層させた半導体発光素子の場合、絶縁性でも導電性でも用いることができ、SiC基板などの導電性基板を用いる場合は、導電性ダイボンド部材を用いることで導通を図ることができる。絶縁性ダイボンド部材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。これらの樹脂を用いる場合は、半導体発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、半導体発光素子裏面にAl膜などの反射率の高い金属層を設けることができる。この場合、蒸着やスパッタあるいは薄膜を接合させるなどの方法を用いることができる。また、導電性ダイボンド部材としては、銀、金、パラジウムなどの導電性ペーストや、Au−Sn共晶などの半田、低融点金属等のろう材を用いることができる。さらに、これらダイボンド部材のうち、特に透光性のダイボンド部材を用いる場合は、その中に半導体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。
(導電性ワイヤ)
半導体発光素子の電極と、支持体に設けられる導電部材とを接続する導電性ワイヤは、導電部材とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性が良いものが求められる。熱伝導度としては0.01cal/(s)(cm)(℃/cm)以上が好ましく、より好ましくは0.5cal/(s)(cm)(℃/cm)以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、好ましくは、Φ10μm以上、Φ45μm以下である。このような導電性ワイヤとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。このような導電性ワイヤは、導体配線に形成させたワイヤーボンディング領域と、半導体素子の電極と、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
(波長変換部材)
上記透光性部材中に、波長変換部材として半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光部材を含有させることもできる。
蛍光部材としては、半導体発光素子からの光を、より長波長に変換させるものの方が効率がよい。蛍光部材は、1種の蛍光物質等を単層で形成してもよいし、2種以上の蛍光物質等が混合された単層を形成してもよいし、1種の蛍光物質等を含有する単層を2層以上積層させてもよいし、2種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層を2層以上積層させてもよい。
蛍光部材としては、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)などがある。また、MSi:Euの他、MSi10:Eu、M1.8Si0.2:Eu、M0.9Si0.110:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)などもある。
また、Eu等の希土類元素により賦活され、第II族元素Mと、Siと、Alと、Nとを含む窒化物蛍光体で、紫外線乃至青色光を吸収して黄赤色から赤色の範囲に発光する。この窒化物蛍光体は、一般式がMAlSi((2/3)w+x+(4/3)y):Euで示され、さらに添加元素として希土類元素及び4価の元素、3価の元素から選ばれる少なくとも1種の元素を含む。MはMg、Ca、Sr、Baの群から選ばれる少なくとも1種である。
上記一般式において、w、x、yの範囲は好ましくは0.04≦w≦9、x=1、0.056≦y≦18とする。またw、x、yの範囲は0.04≦w≦3、x=1、0.143≦y≦8.7としてもよく、より好ましくは0.05≦w≦3、x=1、0.167≦y≦8.7としても良い。
また窒化物蛍光体は、ホウ素Bを追加した一般式MAlSi((2/3)w+x+(4/3)y+z):Euとすることもできる。上記においても、MはMg、Ca、Sr、Baの群から選ばれる少なくとも1種であり、0.04≦w≦9、x=1、0.056≦y≦18、0.0005≦z≦0.5である。ホウ素を添加する場合、そのモル濃度zは、上述の通り0.5以下とし、好ましくは0.3以下、さらに0.0005よりも大きく設定される。さらに好ましくは、ホウ素のモル濃度は、0.001以上であって、0.2以下に設定される。
またこれらの窒化物蛍光体は、さらにLa、Ce、Pr、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luの群から選ばれる少なくとも1種、又はSc、Y、Ga、Inのいずれか1種、又はGe、Zrのいずれか1種、が含有されている。これらを含有することによりGd、Nd、Tmよりも同等以上の輝度、量子効率又はピーク強度を出力することができる。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)などがある。
Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、M(POX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)などがある。
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、MX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、SrAl:R、SrAl1425:R、CaAl:R、BaMgAl1627:R、BaMgAl1612:R、BaMgAl1017:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)などがある。
アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体には、(Sr1−a−b−xBaCaEuSiO(0≦a≦1、0≦b≦1、0.005≦x≦0.1)などがある。
アルカリ土類硫化物蛍光体には、LaS:Eu、YS:Eu、GdS:Euなどがある。
Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、YAl12:Ce、(Y0.8Gd0.2Al12:Ce、Y(Al0.8Ga0.212:Ce、(Y,Gd)(Al,Ga)12の組成式で表されるYAG系蛍光体などがある。また、Yの一部もしくは全部をTb、Lu等で置換したTbAl12:Ce、LuAl12:Ceなどもある。
その他の蛍光体には、ZnS:Eu、ZnGeO:Mn、MGa:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。)などがある。
上述の蛍光体は、所望に応じてEuに代えて、又は、Euに加えてTb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Tiから選択される1種以上を含有させることもできる。
Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体とは、モル%表示で、CaCOをCaOに換算して20〜50モル%、Alを0〜30モル%、SiOを25〜60モル%、AlNを5〜50モル%、希土類酸化物又は遷移金属酸化物を0.1〜20モル%とし、5成分の合計が100モル%となるオキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体である。尚、オキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体では、窒素含有量が15wt%以下であることが好ましく、希土類酸化物イオンの他に増感剤となる他の希土類元素イオンを希土類酸化物として蛍光ガラス中に0.1〜10モル%の範囲の含有量で共賦活剤として含むことが好ましい。
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。
(半導体発光素子)
実施の形態1においては、半導体発光素子としてレーザダイオードを用いるのが好ましい。これにより、導光部材に効率良く光を導入することができる。
半導体発光素子は、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(InAlGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)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、GaAs、InP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。
蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質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(InAlGa1−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。
また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。さらには、半導体発光素子とともに、受光素子、及びそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子(例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー)、あるいはそれらを組み合わせたものを搭載することができる。
<実施の形態3>
実施の形態3における発光装置は、実施の形態3の発光装置に加えて、基体に設けられる凹部の側面に形成されている金属部材にも被覆部材が設けられていることを特徴とするものである。これにより半導体発光素子からの光が基体内部を透過するのを抑制して光の取り出し効率を向上させることができる。そして、さらにこの金属部材にも、高い反射率を維持することが可能な本発明の被覆部材を設けることで、半導体発光素子からの光を効率良く光を反射することができる。
図3Aは実施の形態3における発光装置300の断面図であり、図3Bはその部分拡大図である。凹部309の側面に設けられる金属部材310は、凹部の底面に設けられる導電部材302A、302Bとは離間するよう設けられており、その間にはセラミックからなる基体301が露出するように設けられている。このようにすることで、凹部の側面の全周囲に亘って設けることができるため、配光特性を均一にすることができる。
金属部材310は、導電部材302A、302Bと同一の部材を用いるのが好ましく、上述のように未焼成のセラミックグリーンシートの段階で、タングステン、モリブデンなどの金属を含む導電ペーストを、所定の導電部材のパターンに塗布するのと同様に設けることができる。この場合、セラミックグリーンシートに設けたスルーホールの内壁に設けるようにする。ただし、最上層及び凹部の底面の上の層については、金属部材は設けないようにしておくことで、図3A、図3Bに示すような位置に金属部材310を設けることができる。
金属部材310に設けられる被覆部材303は、導電部材302A、302Bに設けられる被覆部材303と別工程で設けることもできるが、同工程で設けるのが好ましい。セラミック基体を焼成後に、スパッタ、真空蒸着、PVD、イオンプレーティング、CVDなどの成膜方法や、電解鍍金、無電解鍍金、カップリング剤処理、電着塗装、上記金属元素の微粒子を含む樹脂ペーストを付着させるなどの方法により形成させることができる。特に、電解鍍金により設けることで、導電部材上に容易に形成させることができる。
金属部材310に設けられる被覆部材303としては、導電部材302A、302Bと同様の部材を用いることができる。また、第3層については、図3Bに示すうように、導電部材302A、302B表面から、金属部材310表面にまで亘るように連続して設けることができる。このように設けることで、第1層や第2層の端部までを第3層で保護することができるため、より劣化しにくくすることができる。
<実施の形態4>
実施の形態4は、導電部材の一部が、樹脂からなる基体に内包されるように設けられており、基体の凹部の底面に露出されている導電部材には、実施の形態2と同様の3層構造の被覆部材が設けられるとともに、基体に内包されている導電部材にも、被覆部材のうち第1層と第2層とが設けられていることを特徴とするものである。
図4は、実施の形態4における発光装置400を示す。図4Aは発光装置の斜視図、図4Bは図4AのY−Y‘断面における断面図、図4Cは図4Bの部分拡大図である。実施の形態4において、発光装置の基体401は樹脂からなり、側面と底面を有し上面を開口部とする凹部409を有している。凹部409の底面には、導電部材としてリード端子402A及び402Bが露出するように設けられている。さらにそれらの一部が基体に内包されるとともに、基体401の側面から突出するように延在している。これにより、基体401に配置された半導体発光素子404の導体配線として機能する。半導体発光素子404及び保護素子405は、樹脂や金属ペーストなどの接合部材によってリード端子402A、402B上に固定される。そして、導電性ワイヤ406により半導体発光素子404や保護素子405のp電極及びn電極とリード端子302とを電気的に接続している。また、これらを被覆するように、凹部409の内部には樹脂などの封止部材408が設けられている。
そして、実施の形態4においては、上記実施の形態2及び3で記載されているような被覆部材403が、凹部409の底面で露出しているリード端子402A、402B上に設けられていることに加え、被覆部材のうちの第1層403A及び403Bが、基体401内に内包されているリード端子402の表面にも連続して設けられていることを特徴とする。これにより、リード端子402A、402Bと、基体との密着性を向上させることができるため、水分や外気などが浸入しにくくすることができる。
基体の材料として樹脂を用いる場合、導電部材としてリード端子を用いることで、射出成形などによって樹脂基体を成形することができる。実施の形態4では、基体に内包されているリード端子の表面にも被覆部材を設けるため、本発明の被覆部材を設ける工程は基体を成形する工程の前に行う必要がある。具体的には、実質的に板状の金属板を所望の形状に加工した後に、電解鍍金や無電解鍍金などにより被覆部材の第1層を設け、その後、スパッタなどにより、第1層が露出するよう第2層を設ける。このようにして被覆部材を設けた金属板を金型内にセットし、射出成形によって樹脂からなる基体を成形する。このようにすることで、被覆部材の第1層及び第2層が、凹部の底面に露出されるリード端子だけでなく、基体に内包されている部分のリード端子の表面にも設けられることになる。
被覆部材が銀を含む第1層のみの場合は、樹脂との密着性、すなわち親和性(ぬれ性)が良くなく、また、両者の熱収縮率の違いなどにより、射出成形時における樹脂の冷却の際に第1層と樹脂との間に隙間が生じ易くなる。これに対し、実施の形態4では第1層の上に、第1層の一部が露出するような第2層を設けている、言い換えれば、第1層の一部を覆うような第2層を設けているため、樹脂との密着性を、第1層のみの場合に比して向上させることができる。これにより、隙間から水分や外気などが浸入してくるのを抑制することができ、銀を含む第1層の反射率を低下しにくくすることができる。
リード端子の形状は、特に限定されるものではない。半導体発光素子と電気的に接続可能で、かつ、一部が基体に内包されるとともに基体の外部から突出するように延設され、この延設部によって外部と電気的な接続がとれるような機能を有していればよい。
例えば、図4Aに示すような形状とすることができる。リード端子402A及び402Bは、基体401の凹部409の底面において露出されるとともに、一部が基体401に内包されており、さらに基体の側面から突出するように設けられている。
リード端子402Bは、略同一の厚みの金属部材からなるとともに、図4Bに示すように基体401に内包されている領域で一部が折り曲げられている。尚、この折り曲げる位置は、基体401から露出する領域であってもよい。
また、リード端子402Aは、その一部に、厚みが異なる厚膜領域を有しており、この厚膜領域が凹部409の底面と基体401の裏面の両方で露出されている。このような厚膜領域を設けることで、その直上に載置されている半導体発光素子から生じる熱を効率良く外部へ放出することができる。
リード端子の材料としては、鉄伝導率の比較的大きな材料を用いるものが好ましい。このような材料で形成することにより、半導体発光素子で発生する熱を効率的に逃すことができる。例えば、200W/(m・K)程度以上の熱伝導率を有しているもが好ましい。さらに、比較的大きい機械的強度を有するもの、あるいは打ち抜きプレス加工又はエッチング加工等が容易な材料が好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅等が挙げられる。
本発明に係る発光装置は、半導体発光素子からの光を効率良く反射させることができるため、光の取り出し効率に優れた発光装置であり、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、さらには、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置、などにも利用することができる。
図1は、本発明に係る発光装置の例を示す断面図である。 図1Aは、本発明に係る発光装置の例を示す斜視図である。 図2Bは、図2Aの発光装置の平面図である。 図2Cは、図2BのX−X‘断面における断面図である。 図2Dは、図2Cの部分拡大図である。 図3Aは、本発明に係る発光装置の例を示す断面図である。 図3Bは、図3Aの部分拡大図である。 図4Aは、本発明に係る発光装置の例を示す斜視図である。 図4Bは、図4Aの発光装置の平面図である。 図4Cは、図4BのY−Y‘断面における断面図である。
符号の説明
100、200、300、400・・・発光装置
101、201、301、401・・・基体
102A、102B、201A、202B、302A、302B、402A、402B・・・導電部材
103、203、303、404・・・被覆部材
203A、303A、403A・・・被覆部材の第1層
203B、303B、403B・・・被覆部材の第2層
203C、303C、403C・・・被覆部材の第3層
104、204、304、404・・・半導体発光素子
106、206、306、406・・・導電性ワイヤ
108、208、308、408・・・封止部材
205・・・保護素子
207・・・カソードマーク
209・・・凹部
210・・・金属部材

Claims (6)

  1. 半導体発光素子と、該半導体発光素子と導通する導電部材が設けられている基体と、前記半導体発光素子と前記導電部材の少なくとも一部を封止する封止部材と、を有する発光装置であって、
    前記導電部材の少なくとも一部を被覆する被覆部材を有し、
    前記被覆部材は、導電部材側から、銀を含む第1層と、銀と異なる金属を含み前記第1層の少なくとも一部が露出するように設けられる第2層と、前記第1層及び前記第2層を覆い前記半導体発光素子からの光を透過可能な透光性部材を含む第3層と、
    を有することを特徴とする発光装置。
  2. 前記基体は、前記導電部材が露出される底面と側面とを有する凹部を有し、前記被覆部材は該露出される底面に設けられるとともに、前記第3層は前記側面にも設けられている請求項1記載の発光装置。
  3. 前記凹部の側面は、前記導電部材から離間する金属部材が設けられており、前記被覆部材は前記金属部材を被覆する請求項2記載の発光装置。
  4. 前記基体は、前記導電部材の一部を内包する樹脂からなり、前記第1層及び前記第2層は、前記内包される導電部材の表面にも設けられている請求項1記載の発光装置。
  5. 前記第3層は、前記半導体発光素子の一部を被覆している請求項1乃至請求項4記載の発光装置。
  6. 前記第3層は、前記基体の一部を被覆している請求項1乃至請求項5記載の発光装置。
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