JP2008085296A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明器具、ディスプレイ、携帯電話のバックライト、動画照明補助光源、その他の一般的民生用光源などに用いられる表面実装型発光装置に関する。 The present invention relates to a surface-mounted light-emitting device used for a lighting fixture, a display, a backlight of a mobile phone, a moving image illumination auxiliary light source, and other general consumer light sources.
発光素子を用いた表面実装型発光装置は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、この発光素子は半導体素子であるため球切れなどの心配がない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード(LD)などの発光素子を用いる発光装置は、各種の光源として利用されている。 A surface-mounted light-emitting device using a light-emitting element emits light of a bright color that is small and power efficient. In addition, since this light emitting element is a semiconductor element, there is no fear of a broken ball. Further, it has excellent initial driving characteristics and is strong against vibration and repeated on / off lighting. Because of such excellent characteristics, light-emitting devices using light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) are used as various light sources.
このような表面実装型発光装置において、静電耐圧に対してより強いものが要求される場合、発光装置内にツェナーダイオード等の保護素子が発光素子に隣接して電気的に接続されている。図8は、先行技術の一例として示す発光装置800の模式的な断面図を示す。図9は、先行技術の別の一例として示す発光装置900の模式的な断面図を示す。
In such a surface-mounted light-emitting device, when a device that is stronger against electrostatic withstand voltage is required, a protective element such as a Zener diode is electrically connected in the light-emitting device adjacent to the light-emitting element. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a light-
例えば、図8に示すように、絶縁性基板803の平面に第1の電極802aおよび第2の電極802bが設けられ、第1の電極802aの先端部に上面側に正負一対の電極を有するLEDチップ801が固定されている。LEDチップ801の一方の電極は、第1の電極802aと、他方の電極は第2の電極802bと、それぞれワイヤにて接続されている。また、第2の電極の先端部に上下両面にそれぞれ電極を有する保護素子チップ804が載置され、保護素子804の上面側の電極は第1の電極802aとワイヤ808にて接続され、下面側の電極は第2の電極と導電性接着剤にて接続されている。このように接続されたLEDチップ801と保護素子804は、透光性部材805にて封止されている。
さらに上記特許文献1では、図9の発光装置のように、保護素子804の高さが発光素子801の高さより低くなるように、保護素子804の下に凹部906を形成して凹部内906に保護素子804を載置すれば、保護素子804による光の遮断の影響を少なくすることができることが開示されている。
Further, in Patent Document 1, a
しかしながら図9のような発光装置は、図8の発光装置に比べて信頼性が著しく低下する傾向にある。具体的には、凹部内906の保護素子804から該保護素子804よりも上方にある電極802aへワイヤ808を持ち上げてボンディングするため、ワイヤ808の下方に配置される透光性部材805の量が増大する。このため、製造過程や使用時における発光装置の熱サイクルにより、透光性部材805の膨張と収縮の繰り返しによるワイヤ808への負荷が大きくなることから、ワイヤ808が著しく劣化してしまう。
However, the light emitting device as shown in FIG. 9 tends to be significantly less reliable than the light emitting device of FIG. Specifically, since the
そこで本発明は、優れた信頼性と光学特性とを有することが可能な発光装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a light emitting device that can have excellent reliability and optical characteristics.
本発明の発光装置は、平面上に第1の電極および第2の電極が備えられた絶縁性基板と、上記平面上に載置され且つ上記第1の電極および第2の電極と電気的に接続された発光素子と、上記平面側から窪んだ第1の凹状開口部内に載置された保護素子と、上記発光素子と上記保護素子と封止する透光性部材と、を有する発光装置であって、上記第1の凹状開口部は、底面に上記第1の電極および第2の電極とそれぞれ電気的に繋がった第3の電極および第4の電極を有し、上記保護素子は、上記第3の電極および第4の電極と電気的に接続されていることを特徴とする。 The light emitting device of the present invention includes an insulating substrate provided with a first electrode and a second electrode on a plane, and is placed on the plane and electrically connected to the first electrode and the second electrode. A light-emitting device having a connected light-emitting element, a protective element placed in a first concave opening recessed from the plane side, and a light-transmitting member that seals the light-emitting element and the protective element. The first concave opening has a third electrode and a fourth electrode that are electrically connected to the first electrode and the second electrode, respectively, on the bottom surface. It is characterized by being electrically connected to the third electrode and the fourth electrode.
また、上記保護素子は、上記第3の電極または第4の電極の少なくとも一方とワイヤにて電気的に接続されている場合、上記ワイヤは、上記第1の凹状開口部内に収容されていてもよい。 Further, when the protection element is electrically connected to at least one of the third electrode or the fourth electrode by a wire, the wire may be accommodated in the first concave opening. Good.
また、上記絶縁性基板は、上記平面側に上記第1の凹状開口部とほぼ同形状の第2の凹状開口部を有し、上記第1の凹開口部および上記第2の凹状開口部は、それぞれ上記絶縁性基板の底面側に設けられた一対の外部接続用電極と対向していてもよい。上記発光素子は、上記第1の凹状開口部と上記第2の凹状開口部の間に配置されていることが好ましい。 The insulating substrate has a second concave opening substantially the same shape as the first concave opening on the plane side, and the first concave opening and the second concave opening are These may be opposed to a pair of external connection electrodes provided on the bottom surface side of the insulating substrate. The light emitting element is preferably disposed between the first concave opening and the second concave opening.
また、上記外部接続用電極の配置方向は、上記ワイヤの張り方向に対してほぼ垂直であってもよい。または、上記絶縁性基板を平面視して、上記発光素子または上記保護素子に接続するワイヤの張り方向は、上記第1の凹状開口部または上記第2の凹状開口部における長手方向の中心軸と略同じ方向であることが好ましい。 Further, the arrangement direction of the external connection electrodes may be substantially perpendicular to the wire tension direction. Alternatively, when the insulating substrate is viewed in plan, the tension direction of the wire connected to the light emitting element or the protective element is the central axis in the longitudinal direction of the first concave opening or the second concave opening. It is preferable that the directions are substantially the same.
上記透光性部材は、上記発光素子の上に配置された凸部と、その凸部の側方にて上記絶縁性基板上を延在された平坦部と、を有していることが好ましい。 The translucent member preferably includes a convex portion disposed on the light emitting element and a flat portion extending on the insulating substrate at a side of the convex portion. .
上記発光素子は、その発光素子からの光の少なくとも一部を吸収し他の光に変換する波長変換部材にて被覆されており、上記波長変換部材を覆うように、上記透光性部材の凸部が設けられていることが好ましい。上記平坦部の厚みは、上記波長変換部材の厚みより薄いことが好ましい。 The light-emitting element is covered with a wavelength conversion member that absorbs at least part of light from the light-emitting element and converts it into other light, and the convex of the translucent member is covered so as to cover the wavelength conversion member. It is preferable that a portion is provided. The thickness of the flat portion is preferably thinner than the thickness of the wavelength conversion member.
上記透光性部材の凸部は、上記平坦部の上面から突出された厚肉の部位であり、その凸部と上記平坦部の境界線が、上記第1の凹状開口部または上記第2の凹状開口部の上に配置され、上記境界線を含む透光性部材の一部が上記第1の凹状開口部または上記第2の凹状開口部内に延材されていることが好ましい。 The convex part of the translucent member is a thick part protruding from the upper surface of the flat part, and the boundary line between the convex part and the flat part is the first concave opening or the second part. It is preferable that a part of the translucent member disposed on the concave opening and including the boundary line is extended into the first concave opening or the second concave opening.
本発明の発光装置によれば、保護素子を発光素子載置面から窪んだ凹状開口部内にて電気的に接続することから、優れた信頼性と光学特性とを有することができる。また、本発明は、透光性部材を絶縁性基板へ強固に固定するため、保護素子を収容するための凹状開口部を、アンカー効果を得るための形状として兼用することができる。このように、本発明は、保護素子を収容するための凹状開口部とは別に、態々、アンカー用の凹状開口部を絶縁性基板に設ける必要がないので、静電耐圧に優れた小型の発光装置とすることができる。 According to the light emitting device of the present invention, since the protective element is electrically connected in the concave opening recessed from the light emitting element mounting surface, it is possible to have excellent reliability and optical characteristics. Further, in the present invention, since the translucent member is firmly fixed to the insulating substrate, the concave opening for accommodating the protective element can also be used as a shape for obtaining the anchor effect. As described above, according to the present invention, it is not necessary to provide a concave opening for an anchor in the insulating substrate separately from the concave opening for accommodating the protective element. It can be a device.
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、本発明の技術的思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明の発光装置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。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、特に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。なお、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、詳細な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。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the form shown below illustrates the light-emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the light-emitting device of the present invention is not limited to the following.
Further, the present specification by no means specifies the members shown in the claims as the members of the embodiments. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to the description unless otherwise specified. It's just an example. In addition, the size, positional relationship, and the like of members illustrated in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Further, in the following description, the same name and reference sign indicate the same or the same members, and detailed description will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
図1は、本発明の発光装置の模式的斜視図であり、図2は、図1の模式的平面図である。また、図3は、第二の実施の形態における発光装置の模式的斜視図であり、図4は、図3のA−A線における模式的な断面図であり、図5は、図3の模式的な底面図である。さらに、図6および図7は、それぞれ第三の実施の形態および第四の実施の形態における発光装置の模式的な斜視図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view of a light emitting device of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view of FIG. 3 is a schematic perspective view of the light emitting device according to the second embodiment, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3, and FIG. It is a typical bottom view. Furthermore, FIG. 6 and FIG. 7 are schematic perspective views of the light emitting devices in the third embodiment and the fourth embodiment, respectively.
本発明の発光装置は、主として、発光素子101と、その発光素子101と電気的に接続される第1の電極102aおよび第2の電極102bと、保護素子104と、保護素子104と電気的に接続される第3の電極107aおよび第4の電極107bと、これらが搭載された凹状開口部106と、を備えた絶縁性基板103と、発光素子101および保護素子104を封止する透光性部材と105とから構成される。すなわち、本発明は、凹状開口部に配置された保護素子の電気的接続を、その凹状開口部内にて行うべく、凹状開口部内に正負一対の電極を設けたことを特徴とする。
The light-emitting device of the present invention mainly includes a light-emitting
(絶縁性基板103)
本実施の形態の発光装置100において、絶縁性基板103は、平面が略長方形である薄型直方体であり、端部に平面側から凹んだ凹状開口部106が形成されている。絶縁性基板の表面には、発光素子101を載置するための光反射面110と該光反射面110を挟むように第1の電極102aおよび第2の電極102bが離間して形成されている。また、凹状開口部106の底面には、第1の電極102aおよび第2の電極102bとそれぞれ電気的に繋がった第3の電極107aおよび第4の電極107bが離間して形成されている。ここで、本発明において、絶縁性基板103、凹状開口部106、および各電極の形状や個数は、目的に合わせて種々選択することができる。さらに、発光素子101の載置面下方にヒートシンクを挿入してもよく、これにより、発光装置に蓄積された熱を実装する回路基板側に効率よく熱引きすることができる。
(Insulating substrate 103)
In the
絶縁性基板103の材料として、樹脂基板や、有機物に無機物が含有されてなるガラスエポキシ基板などのハイブリッド基板、セラミック基板などの無機物基板などを用いることができる。特に、高耐熱性、高耐候性が望まれる場合、ハイブリッド基板や無機物基板を用いることが好ましい。
As a material for the insulating
本発明の発光装置は、絶縁性基板103に他の部材を複数組み立て加工し発光装置の集合体を形成した後、個々に分割することで、複数の発光装置をコスト安く得ることができる。また、高いコントラストが要求される発光装置を形成する場合は、絶縁性基板の母材自体にCr2O3、MnO2、TiO2、Fe2O3などを含有させることにより、暗色系の絶縁性基板とすることが好ましい。
In the light-emitting device of the present invention, a plurality of light-emitting devices can be obtained at low cost by separately assembling a plurality of other members on the insulating
セラミック基板の主材料は、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが好ましい。これらの主材料に焼結助剤などが加え、焼結することでセラミック基板が得られる。例えば、原料粉末の90〜96重量%がアルミナであり、焼結助剤として粘度、タルク、マグネシア、カルシア及びシリカ等が4〜10重量%添加され1500から1700℃の温度範囲で焼結させたセラミックスや原料粉末の40〜60重量%がアルミナで焼結助剤として60〜40重量%の硼珪酸ガラス、コージュライト、フォルステライト、ムライトなどが添加され800℃〜1200℃の温度範囲で焼結させたセラミックス等が挙げられる。このようなセラミック基板は、焼成前のグリーンシートの段階で種々の形状に加工することができる。 The main material of the ceramic substrate is preferably alumina, aluminum nitride, mullite or the like. A ceramic substrate is obtained by adding a sintering aid to these main materials and sintering. For example, 90 to 96% by weight of the raw material powder is alumina, and 4 to 10% by weight of viscosity, talc, magnesia, calcia, silica and the like are added as sintering aids and sintered at a temperature range of 1500 to 1700 ° C. 40-60% by weight of ceramics and raw material powder is alumina, and 60-40% by weight of borosilicate glass, cordierite, forsterite, mullite, etc. are added as sintering aids and sintered at a temperature range of 800 ° C to 1200 ° C. The ceramics etc. which were made to mention are mentioned. Such a ceramic substrate can be processed into various shapes at the stage of the green sheet before firing.
(第1の凹状開口部106)
本実施の形態の絶縁性基板103は、発光素子101が搭載される領域以外の平面側から窪んだ第1の凹状開口部106を有している。第1の凹状開口部106の底面には、後述する第3の電極107aおよび第4の電極107bが露出している。保護素子104の発光素子実装面側の電極は、第3の電極107aとワイヤ108にて電気的に接続されている。一方、保護素子104の底面側の電極は、第4の電極107bと導電部材にて接着および固定されている。ここで、保護素子104と第3の電極107aおよび第4の電極107bとの電気的に接合する方法は、保護素子の種類によって種々選択することができ、例えば同一面側に両電極を有する保護素子の場合、ワイヤを用いることなくフリップチップ実装してもよいし、両電極が平面側となるように実装しそれぞれの電極と第3の電極および第4の電極とをワイヤにて接続してもよい。
(First concave opening 106)
The insulating
第1の凹状開口部106は、平面視が略長方形で形成されているが、これに限定されるものではなく、第1の凹状開口部106の内部、好ましくは第1の凹状開口部106の底面に保護素子104を載置することが可能で、かつ、保護素子と電気的な接続をとる第3の電極107aおよび第4の電極107bが露出していればよい。第1の凹状開口部106の平面視は、円、楕円、三角形、四角形、又はこれらに近似する形状が挙げられる。また、大きさ及び深さ等は、搭載する保護素子104の数、ボンディング方法等によって適宜調整することができる。
本形態の凹状開口部は、保護素子を収容するためだけでなく、凹状開口部内に透光性部材の一部を延材させることによって、透光性部材を絶縁性基板に固定するためのアンカーとしても利用することができる。これにより、本形態の発光装置は、絶縁性基板から透光性部材が剥離することがなく、信頼性に優れた発光装置とすることができる。なお、本形態の凹状開口部の底面または側面は、エンボス加工やプラズマ処理をすることが好ましい。このような表面処理により、凹状開口部の底面または側面の接着面積が増加するため、後述する透光性部材との密着性を向上させることができるからである。
The first
The concave opening of this embodiment is an anchor for fixing the translucent member to the insulating substrate by extending a part of the translucent member in the concave opening as well as for accommodating the protective element. Can also be used. Accordingly, the light-emitting device of this embodiment can be a light-emitting device with excellent reliability without the light-transmitting member being peeled from the insulating substrate. Note that the bottom surface or the side surface of the concave opening of this embodiment is preferably embossed or plasma treated. This is because such a surface treatment increases the adhesion area of the bottom surface or the side surface of the concave opening, thereby improving the adhesion with a translucent member described later.
(第2の凹状開口部210)
また、図3に示すように、絶縁性基板103の平面において、上記第1の凹状開口部の他に第2の凹状開口部を設けてもよい。このような凹状開口部に透光性部材の一部を延材させて配置することによりアンカー効果が得られるため、絶縁性基板103と、透光性封止部材105との密着性を向上させることができる。上記第1の凹状開口部と第2の凹状開口部とは、絶縁性基板103と透光性封止部材105の密着力を各方位均等に働かせる観点から、ほぼ同形状であることが好ましい。さらに、同じ観点から、発光素子は、第1の凹状開口部と第2の凹状開口部の間に配置され、電極やワイヤを含む各部材が発光素子を中心にして略対称な配置パターンとされていることが好ましい。なお、第1の凹状開口部106と同様に、第2の凹状開口部210内にも保護素子や他の種類の半導体素子を搭載することができる。その際、素子との電気的接続を凹状開口部内にて行うべく、第2の凹状開口部210内に正負一対の電極を設けることができる。
(外部接続用電極109a,109b)
絶縁性基板の裏面に設けられた外部接続用電極109a,109bは、半田により実装基板の導体配線に接続される電極とすることができる。また、外部接続用電極109a,109bは、発光装置から実装基板への放熱経路ともなるため、外部接続用電極109a,109bの上方の部位は、最も温度変化の影響を受ける領域であり、それぞれ熱膨張係数が異なる透光性部材と絶縁性基板との接着界面における剥離が生じやすい。そこで、上記第1の凹状開口部および第2の凹状開口部は、絶縁性基板の底面側に設けられた一対の外部接続用電極109aおよび外部接続用電極109bと、それぞれ対向していることが好ましい。すなわち、外部接続用電極が設けられた絶縁性基板の端部と同じ側の端部に、凹状開口部も設けられていることが好ましい。これにより、最も熱サイクルの影響を受ける領域である外部接続用電極109a,109bの上方部分の絶縁性基板103と透光性部材105との密着性および信頼性を強化することができる。ここで、第2の凹状開口部210は、保護素子が搭載されていてもいなくてもよく、第1の凹状開口部106と同様にどのような形状、大きさ、深さであってもよい。また、第1の凹状開口部106と同様に、接着面積を増加させるような加工等が施されていることが好ましい。
(Second concave opening 210)
Further, as shown in FIG. 3, a second concave opening may be provided in addition to the first concave opening in the plane of the insulating
(
The
(保護素子104)
保護素子104は、1つでもよいし、2つ以上の複数個でもよい。ここで、保護素子104は、特に限定されるものではなく、発光装置に搭載される公知のもののいずれでもよい。例えば、過熱、過電圧、過電流、保護回路、静電保護素子等が挙げられる。具体的には、ツェナーダイオード、トランジスタのダイオード等が利用できる。
(Protective element 104)
There may be one
(電極102a,102b,107a,107b,109a,109b)
本発明の発光装置は、少なくとも絶縁性基板の平面側から底面側まで電気的に繋がったカソード電極とアノード電極とを有しており、それらの一部が絶縁性基板の平面、第1の凹状開口部の底面、および絶縁性基板の底面から露出している。これらの形状は、特に限定されず、搭載する発光素子101や保護素子104の個数や種類、大きさ、また、回路基板の配線形状などにより、適宜変更することができる。
(
The light emitting device of the present invention has at least a cathode electrode and an anode electrode that are electrically connected from the plane side to the bottom side of the insulating substrate, and a part of them is a plane of the insulating substrate, the first concave shape. It is exposed from the bottom surface of the opening and the bottom surface of the insulating substrate. These shapes are not particularly limited, and can be appropriately changed depending on the number, type, and size of the light-emitting
電極102a,102b,107a,107b,109a,109bの材料は、導電性を有していれば特に限定されず、高い熱伝導性を有していることが好ましい。このような材料として、タングステン、クロム、チタン、コバルト、モリブデンやこれらの合金などが挙げられる。
The material of the
また、第1の電極102aおよび第2の電極102bと第3の電極107aおよび第4の電極107bは、後述する透光性部材105に被覆されていることが好ましく、これにより、電極が外部環境から保護されるため、発光装置の信頼性低下を抑制することができる。一方、外部接続用電極109a,109bは、表面に露出していることから、金やステンレスなどの酸化防止性の金属で構成されていることが好ましく、このような材料からなる酸化防止膜が表面に形成されていても同様の効果が得られる。
The
また、第1の電極102aおよび第2の電極102bは、少なくともその最表面が、搭載される発光素子101からの光に対して高い反射率を有する部材にて構成されていることが好ましい。具体的材料として、例えば、クロムや銀やアルミニウムなどの高光反射性金属があげられる。これにより、発光装置の光の取り出し効率を高めることができる。また、第1の電極102aおよび第2の電極102bの表面に、銀色又は白色の表面処理等によって鏡面状態に仕上げることでも同様の効果を得ることができる。
In addition, it is preferable that at least the outermost surfaces of the
(発光素子101)
発光素子は、通常、半導体発光素子であり、特に、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子であればどのようなものでもよい。例えば、基板上に、InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等の窒化物半導体、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、活性層を含む積層構造が形成されたものが挙げられる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合、PN接合などのホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造、多重量子井戸構造としてもよい。活性層には、Si、Ge等のドナー不純物またはZn、Mg等のアクセプター不純物がドープされる場合もある。得られる発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、活性層のInGaNのIn含有量、活性層にドープする不純物の種類を変化させるなどによって、紫外領域から赤色まで変化させることができる。
(Light emitting element 101)
The light emitting element is usually a semiconductor light emitting element, and any element may be used as long as it is an element called a so-called light emitting diode. For example, a stacked structure including an active layer is formed on a substrate by various semiconductors such as nitride semiconductors such as InN, AlN, GaN, InGaN, AlGaN, InGaAlN, III-V group compound semiconductors, II-VI group compound semiconductors. What was formed is mentioned. Examples of the semiconductor structure include a homostructure such as a MIS junction, a PIN junction, and a PN junction, a hetero bond, and a double hetero bond. Alternatively, the semiconductor active layer may have a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which a thin film in which a quantum effect is generated is formed. The active layer may be doped with donor impurities such as Si and Ge or acceptor impurities such as Zn and Mg. The emission wavelength of the resulting light-emitting element can be changed from the ultraviolet region to red by changing the semiconductor material, the mixed crystal ratio, the In content of InGaN in the active layer, the type of impurities doped in the active layer, etc. .
発光素子101は、絶縁性基板103の平面上に接合部材によって固定される。発光素子101は、絶縁性基板103の平面に直接実装されてもよいが、ヒートシンクを介して実装したり、第1の電極102aや第2の電極102bの平面に実装したり、発光素子101と絶縁性基板103との界面に光反射面110を形成したりしてもよく、これにより発光装置の放熱性や光取り出し効率を高めることができる。また、同一面側に両電極を有する発光素子の場合、第1の電極および第2の電極と導電部材を介してフリップチップ実装することもでき、これにより発光装置を薄く形成することができる。
The
接合部材は、例えば、青色または緑色の発光色を有し、サファイア基板上に窒化物半導体を成長させて形成された発光素子の場合には、エポキシ樹脂、シリコーン等があげられる。また、発光素子からの光取り出し向上を考慮して、発光素子の裏面に、鍍金やスパッタリングなどの形成方法により、光反射率の高いアルミニウムや銀やロジウムを配置することができる。さらに、発光素子101からの光や熱による劣化を考慮して、AuとSnとを含む共晶材、低融点金属等のろう材、導電性ペーストなどを接合材料として用いてもよい。さらに、GaAs等からなり、赤色発光を有する発光素子のように、両面に電極が形成された発光素子の場合や、同一面に両電極を有する発光素子をフリップチップ実装する場合、第1の電極102aまたは第2の電極102bの平面上に銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、金属バンプ、またはAu−Sn等の共晶材料によって固定することができる。
For example, in the case of a light emitting element having a blue or green emission color and formed by growing a nitride semiconductor on a sapphire substrate, the bonding member may be an epoxy resin, silicone, or the like. In consideration of improvement in light extraction from the light emitting element, aluminum, silver, or rhodium having high light reflectance can be disposed on the back surface of the light emitting element by a forming method such as plating or sputtering. Further, in consideration of deterioration due to light and heat from the
本発明の発光装置において、一つの絶縁性基板に搭載される発光素子は、1つであってもよいし、複数でもよい。この場合、光度を向上させるために、同じ発光色の光を発する発光素子を複数個組み合わせてもよい。また、例えば、フルカラー表示に対応した発光装置において、発光色の異なる複数の発光素子を種々組み合わせることにより、色再現性を向上させることができる。また、複数の発光素子を用いる場合、図6の発光装置のように、発光素子ごとに第1の電極302aおよび第2の電極302bを形成することが好ましく、これにより発光素子ごとに放熱経路が確保され、複数の発光素子を搭載することにより生じる発光装置の高温化を抑制することができる。
In the light emitting device of the present invention, the number of light emitting elements mounted on one insulating substrate may be one or plural. In this case, in order to improve luminous intensity, a plurality of light emitting elements that emit light of the same emission color may be combined. In addition, for example, in a light-emitting device that supports full-color display, color reproducibility can be improved by variously combining a plurality of light-emitting elements having different emission colors. In the case of using a plurality of light-emitting elements, it is preferable to form the
(透光性部材105)
本実施の形態において、透光性部材105は、発光素子101および保護素子104を封止しており、これらを外力や水分などの外部環境から保護するものである。また、発光素子101からの光を効率よく外部に放出させるためのものでもある。このような、透光性部材105を構成する具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリアミドなどの耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。高密度に発光素子101を配置させた場合は、熱衝撃による各部材間の接合破壊を抑制するために、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やそれらを組み合わせたものなどを使用することがより好ましい。また、透光性部材105中には、視野角をさらに増やすために拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。また、所望外の波長をカットする目的で有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させることができる。
さらに、図7に示されるように、本形態の発光装置は、透光性部材305の一部に、発光素子101からの光の少なくとも一部を波長変換させる蛍光物質などの波長変換部材410を含むこともできる。波長変換部材410は、透光性部材305の形成と同時に一体的に形成される他、スクリーン印刷や孔版印刷など周知の成型技術によって、透光性部材305の形成に先立って形成させることもできる。
(Translucent member 105)
In the present embodiment, the
Further, as shown in FIG. 7, in the light emitting device of this embodiment, a
透光性部材105の形状は、発光素子101と保護素子104とを覆っていれば特に限定されず、目的に応じて種々変更することができる。例えば、図6の発光装置のように、発光装置の発光に指向性を持たせたり発光素子からの光を散光させたりしたい場合、所望とする光が得られるように設計された凸部を有する透光性部材を用いるが、その凸部の側方に延在する平坦部を設けることが好ましい。これにより、発光装置のハンドリングがしやすくなる。また、透光性部材の側方方向へのズレの確認がしやすく、そのズレ範囲を前記平坦部のサイズ内に治めることにより、量産性良く製造することができる。
The shape of the
透光性部材105中に蛍光物質を含有させる場合、透光性部材105は耐熱性および耐光性に優れ、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であることが好ましく、これにより色ズレや色ムラの発生が抑制される。本形態に利用することができる蛍光物質は、発光素子101の光を変換させるものであり、発光素子101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。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、アルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるYAG:Ce蛍光体やCa2Si5N8蛍光体が好適に用いられる。特に、YAG:Ce蛍光体は、その含有量によってLEDチップ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ため、白色系の混色光を発する高出力な発光ダイオードを、比較的簡単に形成することができる。
図6または図7に示されるように、本形態の発光装置における透光性部材305は、凸部305aと平坦部305bとを有する。透光性部材305の平坦部305bは、絶縁性基板103における両端部の上面に延材された薄肉の部位である。また、透光性部材305の凸部305aは、上記平坦部305bの上面から突出された厚肉の部位であり、発光装置から出射する光を光学制御するため、例えば、蒲鉾型などのレンズ形状を有することがある。そして、本形態の透光性部材305は、上記平坦部305bと凸部305aとの間に、それを境に部材の厚みが異なる境界線305cを有する。このような透光性部材305の凸部305aと平坦部305bとの境界線305cは、第1の凹状開口部106または第2の凹状開口部210の上に配置され、さらに、その境界線305cを上面に含む透光性部材305の一部が、絶縁性基板103の端部上面から第1の凹状開口部106または第2の凹状開口部内210に延材されていることが好ましい。なお、「透光性部材の凸部と平坦部との境界線が凹状開口部の上に配置される」とは、絶縁性基板を平面視して、透光性部材の凸部と平坦部との境界線が、凹状開口部の開口形状の少なくとも一部を横断するように、透光性部材が配置されていることをいう。
本発明の第三および第四の形態における発光装置について、以下、詳細に説明する。まず、透光性部材と絶縁性基板との密着性を確保する点から言えば、凹状開口部の内部または上部に配置される透光性部材は、できるだけ厚肉であるほうが好ましい。すなわち、透光性部材の厚肉部である凸部を凹状開口部上に配置させることにより、透光性部材全体の絶縁性基板に対する密着性を確保することが好ましい。
しかしながら、透光性部材の凸部は、発光装置から出射される光を光学制御するための部位であり、その凸部が凹状開口部上に配置されると、凹状開口部内に進入する光も生じてくるため、発光装置の光学特性に影響を及ぼすことがある。
一方、凹状開口部に配置される部位が、凸部と比べて薄肉である平坦部のみであると、透光性部材の凸部と平坦部の接続強度が維持できなくなり、透光性部材全体と絶縁性基板の密着性が確保できなくなる虞がある。
そこで、本発明の第三および第四の形態における発光装置は、透光性部材の凸部と平坦部の中間に位置する接続部(上記境界線305cを上面に含む部位)を凹状開口部に配置させたものである。すなわち、比較的光学特性に影響を及ぼさない凸部の端を凹状開口部に配置し、その凸部の端と平坦部の端を、凹状開口部内に延材された透光性部材の一部で接続させる。このように、凹状開口部の形状を巧みに利用することにより、透光性部材の凸部および平坦部の接続部における肉厚を稼ぐ。これにより、発光装置の光学特性を良好に保ちながら、透光性部材と絶縁性基板との密着性を確保して、透光性部材の絶縁性基板からの剥離や脱落を防止することができる。
When the fluorescent material is contained in the
As shown in FIG. 6 or FIG. 7, the
The light emitting devices in the third and fourth embodiments of the present invention will be described in detail below. First, from the viewpoint of ensuring the adhesion between the translucent member and the insulating substrate, it is preferable that the translucent member disposed inside or above the concave opening is as thick as possible. That is, it is preferable to secure the adhesiveness of the entire translucent member to the insulating substrate by disposing the convex portion, which is a thick portion of the translucent member, on the concave opening.
However, the convex part of the translucent member is a part for optically controlling the light emitted from the light emitting device, and when the convex part is arranged on the concave opening part, the light entering the concave opening part is also emitted. Therefore, the optical characteristics of the light emitting device may be affected.
On the other hand, if the part disposed in the concave opening is only a flat part that is thinner than the convex part, the connection strength between the convex part and the flat part of the translucent member cannot be maintained, and the entire translucent member There is a risk that the adhesion of the insulating substrate cannot be ensured.
Therefore, in the light emitting devices according to the third and fourth embodiments of the present invention, the connection portion (the portion including the
(波長変換部材410)
また、図7のように、透光性部材105と発光素子101との間に、別途、波長変換部材410を設けてもよい。この場合、波長変換部材410は、保護素子104を被覆しないように発光素子101の周辺のみを被覆し、さらにその上方の透光性部材105の形状が波長変換部材104を覆うように凸部を有していることが好ましい。波長変換部材104の上に凸部の最頂部が位置することが好ましい。これにより、波長変換部材104の側方から発光された光を効率よく取り出すことが可能な発光装置が得られる。さらに、波長変換部材104を凸部と凸部の側方に延在する平坦部とを有する透光性部材で封止している場合は、上記平坦部の厚みは、上記波長変換部材の厚みより薄いことが好ましい。これにより、波長変換部材104の側方から発光された光を、透光性部材の平坦部による光損失を少なくして、効率よく取り出すことができる。
(Wavelength conversion member 410)
Further, as shown in FIG. 7, a
(ワイヤ108)
本発明において、発光素子101および保護素子104と電極102a,102b,107a,107bとの電気的接合手段は、特に限定されないが、ワイヤを用いる場合は発光素子101および保護素子104との電極とのオーミック性が良好であるか、機械的接続性が良好であるか、電気伝導性及び熱伝導性が良好なものであることが好ましい。熱伝導率としては、0.01cal/S・cm2・℃/cm程度以上が好ましく、さらに0.5cal/S・cm2・℃/cm程度以上がより好ましい。作業性などを考慮すると、ワイヤの直径は、10μm〜45μm程度であることが好ましい。このようなワイヤとしては、例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金が挙げられる。ワイヤは、発光素子とワイヤボンディング用の金属部材と、ワイヤボンディング機器によって容易に接続することができる。
(Wire 108)
In the present invention, the means for electrically connecting the light-emitting
保護素子104の電気的接合手段にワイヤ108を用いている場合、ワイヤ108は凹状開口部内106に収容されていることが好ましい。これにより、ワイヤの断線が低減された、さらに信頼性の高い発光装置が得られる。
When the
外部接続用電極109a,109bの熱サイクルの影響により、絶縁性基板103は外部接続用電極109a,109bの配置方向に変形してしまうことから、最も熱サイクルの影響を受けやすい外部接続用電極109a,109bの上方に保護素子104を載置した場合、保護素子104のワイヤ108の張り方向は外部接続用電極109a,109bの配置方向に対してほぼ垂直であることが好ましい。さらに、発光素子101の導通手段としてワイヤを用いている場合も、発光素子101のワイヤの張り方向を外部接続用電極109a,109bの配置方向に対してほぼ垂直とすることが好ましい。
本形態の透光性部材は、例えば、トランスファーモールド法、ライン塗布法、孔版印刷またはスクリーン印刷などの種々の成型方法により形成することができる。このような形成方法において、透光性部材の材料は、絶縁性基板上における所定の方向へ連続的に供給されることにより配置される。このとき、透光性部材の材料の供給および配置の方向と、上記発光素子または上記保護素子に接続するワイヤの張り方向とを略同じくすることにより、供給される透光性部材の材料がワイヤに及ぼす衝撃を和らげることができるため、ワイヤの金属疲労が低減できる。さらに、絶縁性基板を平面視して、発光素子または保護素子に接続するワイヤの張り方向は、上記第1の凹状開口部または上記第2の凹状開口部の開口形状における長手方向の中心軸と略同じ方向であることが好ましい。これにより、ワイヤに及ぼす衝撃を和らげることができるだけでなく、ワイヤの張り方向に連続的に供給される材料が、そのワイヤ周辺に滞留することなく凹状開口部内に円滑に充填されることとなる。そのため、透光性部材の材料がワイヤに及ぼす衝撃を相対的に和らげることができ、さらに信頼性の高い発光装置とすることができる。ここで、凹状開口部の開口形状における長手中心軸方向が導電性ワイヤの張る方向と略同じ方向とは、両方向が平行な場合だけでなく、両方向に±10°程度の差があるものも許容範囲として含むものとする。
The insulating
The translucent member of this embodiment can be formed by various molding methods such as transfer molding, line coating, stencil printing, or screen printing. In such a forming method, the material of the translucent member is arranged by being continuously supplied in a predetermined direction on the insulating substrate. At this time, the direction of supply and arrangement of the material of the translucent member is substantially the same as the tension direction of the wire connected to the light emitting element or the protection element, so that the material of the translucent member supplied is a wire. Since the impact on the wire can be reduced, the metal fatigue of the wire can be reduced. Further, when the insulating substrate is seen in plan view, the tension direction of the wire connected to the light emitting element or the protective element is the central axis in the longitudinal direction in the opening shape of the first concave opening or the second concave opening. It is preferable that the directions are substantially the same. Thereby, not only the impact on the wire can be reduced, but also the material continuously supplied in the wire tension direction can be smoothly filled into the concave opening without staying around the wire. Therefore, the impact exerted on the wire by the material of the translucent member can be moderated relatively, and a more reliable light-emitting device can be obtained. Here, the direction in which the longitudinal central axis in the opening shape of the concave opening portion is substantially the same as the direction in which the conductive wire is stretched is not limited to the case where both directions are parallel, but also allows a difference of about ± 10 ° in both directions. It shall be included as a range.
照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源などに使用することができる。 It can be used for illumination light sources, various indicator light sources, in-vehicle light sources, display light sources, liquid crystal backlight light sources, and the like.
100、200、300、400・・・発光装置
101、301、801・・・発光素子
102a、302a、802a・・・第1の電極
102b、302b、802b・・・第2の電極
103、803・・・絶縁性基板
104、804・・・保護素子
105、305、805・・・透光性部材
305a・・・透光性部材の凸部
305b・・・透光性部材の平坦部
305c・・・透光性部材の凸部と平坦部の境界線
106、906・・・第1の凹状開口部
107a・・・第3の電極
107b・・・第4の電極
108・・・ワイヤ
109a、109b、809a、809b・・・外部接続用電極
110・・・光反射面
210・・・第2の凹状開口部
410・・・波長変換部材
100, 200, 300, 400 ... light emitting
Claims (10)
前記第1の凹状開口部は、その底面に、前記第1の電極および第2の電極とそれぞれ電気的に繋がった第3の電極および第4の電極を有しており、
前記保護素子は、前記第3の電極および第4の電極と電気的に接続されていることを特徴とする発光装置。 An insulating substrate provided with a first electrode and a second electrode on a plane; a light-emitting element mounted on the plane and electrically connected to the first electrode and the second electrode; A light-emitting device comprising: a protective element placed in a first concave opening recessed from the plane side; and the light-emitting element and a translucent member that seals the protective element,
The first concave opening has a third electrode and a fourth electrode electrically connected to the first electrode and the second electrode, respectively, on the bottom surface thereof,
The light-emitting device, wherein the protective element is electrically connected to the third electrode and the fourth electrode.
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