JP2009200379A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子への透湿を抑制することで、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制することが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】サブマウント素子２０ａおよび発光素子２０ｂで構成された複合素子２と、複合素子２が搭載されたリードフレーム４と、複合素子２を封止する封止部５とを備え、封止部５は、複合素子２を封止する封止層５１と、封止層５１全体を覆うように、ガラス材で形成された保護層５２と、保護層５２上に形成された樹脂層５３とから構成され、封止層５１は、水溶性樹脂を含有したシリコーンで形成されている。水溶性樹脂は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オキサゾリンポリマーのいずれかから形成することができる。また、樹脂層５３は、３層の調光層から形成され、第１調光層と、第２調光層と、第３調光層とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基体に搭載された発光素子を封止する封止層を備えた発光装置に関する。

従来の発光装置は、リードフレームやプリント配線基板などに発光素子が搭載され、発光素子を保護する目的で樹脂により形成された封止部により封止されている。この封止部がエポキシ系樹脂により形成されていると、エポキシ系樹脂は発光素子からの熱により黄変による劣化が発生し、透明度が低下することが知られている。また、青色や紫外線を発光する発光素子からの光によってもエポキシ系樹脂は黄変することが知られている。

そのため、封止部を形成する封止材料として、エポキシ系樹脂の代わりにシリコーンが用いられることがある。しかし、シリコーンは透湿性を有しているので、反射電極に銀などを使用している場合には、外気からの湿気を含み発光素子の周辺まで水分が至ることで、銀がイオン化しマイグレーションが発生するおそれがある。そうなると発光素子が発光不良となるおそれがある。

ところで、特許文献１には、多数のＴＦＴ、配線、およびマトリックス状に配置された有機ＥＬ素子が基板面上に形成されたガラス基板と、このガラス基板の周辺部にシール材により接着され、周辺部を残して凹状にくりぬかれたキャップ状の封止基板と、封止基板の内側の素子基板に対応する面に付着形成された乾燥剤とを備えた表示装置が記載されている。そして、この特許文献１には、乾燥剤として、ＣａＯ、ＢａＯ、シリカゲルなどの例が記載されている。
特開２００４−１８６０４８号公報

しかし、吸湿を目的としてＣａＯなどの乾燥剤を封止部に含有させると、乾燥剤は白色の粉末であるため、封止部の透過率が低下して光の進行を阻害するので、輝度低下を招く結果となる。従って、乾燥剤は、封止部内の吸湿には適していないものと思われる。

発光装置は、これからも益々、高輝度化を図るために大電流化が図られたり、短波長化が図られたりするものと思われるので、封止部の劣化による輝度低下を抑制することが必要である。

そこで本発明は、発光素子への透湿を抑制することで、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制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。

本発明の発光装置は、基体に搭載された発光素子を封止する封止層は、水溶性樹脂を含有したシリコーンにより形成されていることを特徴とする。

本発明は、基体に搭載された発光素子を封止する封止層が、水溶性樹脂を含有したシリコーンにより形成されていることにより、発光素子への透湿を抑制することができるので、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制することが可能である。

本願の第１の発明は、発光素子と、発光素子が搭載された基体と、発光素子を封止する封止層とを備えた発光装置において、封止層は、水溶性樹脂を含有したシリコーンで形成されていることを特徴としたものである。

本発明の発光装置は、発光素子を封止する封止層を形成する封止材料として、シリコーンに水溶性樹脂を含ませることで、水溶性樹脂に湿気を保持させることができるので、発光素子周囲全体に水分が至ることで発生するマイグレーションの発生を抑制することができる。また、シリコーンは透明で、かつ耐熱性も高いため、黄変することによる輝度低下を抑制することができる。

本願の第２の発明は、第１の発明において、水溶性樹脂は、シリコーンより親水性が高い、親水性官能基を有する樹脂であることを特徴としたものである。

本願の第２の発明においては、水溶性樹脂を、少なくともシリコーンより親水性が高く、親水性官能基を有する樹脂とすることができる。

本願の第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、水溶性樹脂は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オキサゾリンポリマーのいずれかを含むことを特徴としたものである。

本願の第３の発明においては、水溶性樹脂を、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オキサゾリンポリマーのいずれかを含むものとすれば、シリコーンより親水性が高いので、封止層に湿気を効果的に吸収させることができる。

本願の第４の発明は、第１の発明から第３の発明のいずれかにおいて、封止層は、不透湿性の透明部材で形成された保護層により覆われていることを特徴としたものである。

本願の第４の発明においては、不透湿性の透明部材で形成された保護層により封止層を覆うことで、外部の湿気が封止層へ侵入することを防止する。従って、保護層は、封止層により発光素子を封止した後に、封止層内の水分の度合いが増加することを防止することができる。

本願の第５の発明は、第４の発明において、保護層は、ガラス材で形成されたガラス層であることを特徴としたものである。

本願の第５の発明においては、保護層をガラス材で形成されたガラス層とすることで、光の進行を阻害せず、不透湿性を確保することができる。このガラス層に、発光素子からの光に励起され、波長変換して発光する蛍光体を、添加物として含有させたりすることができる。

本願の第６の発明は、第４の発明または第５の発明において、保護層上に１層以上の樹脂層が設けられていることを特徴としたものである。

本願の第５の発明においては、保護層上に１層以上の樹脂層を設けることで、この樹脂層に蛍光体を含有させることができる。また、ガラス層とは異なる屈折率の樹脂層を形成することで、発光素子からの光を拡散させたり集光させたりすることができる。ガラス層を蛍光体を含有した蛍光層とするとガラス層は脆くなるので、樹脂層によりガラス層を保護させることが可能である。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る発光装置を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置を示す平面図である。図２は、図１に示す発光装置のＡ−Ａ線断面図である。図３は、サブマウント素子に発光素子を搭載した状態を示す回路図である。図４は、図１に示す発光装置に搭載された発光素子の概略断面図である。図５は、図１に示す発光装置の封止部を説明するための部分拡大図である。

図１および図２に示すように、発光装置１は、複合素子２と、凹状に形成されたパッケージ３と、リードフレーム４と、複合素子２を封止する封止部５とを備えている。

複合素子２は、パッケージ３の底部３１に配置され、サブマウント素子２０ａと、このサブマウント素子２０ａに搭載された発光素子２０ｂとを備えている。

サブマウント素子２０ａは、発光素子２０ｂを、金バンプ（図示せず）を介在させて、表面電極（図示せず）に導通搭載して、過度な電圧が発光素子２０ｂに印加しないよう、ｎ型のシリコーン基板２０ａｘの一部にｐ型の半導体領域２０ａｙを設けたツェナーダイオードである。このサブマウント素子２０ａに発光素子２０ｂを搭載した状態の回路図を図３に示す。本実施の形態では、サブマウント素子２０ａをツェナーダイオードＺとしたが、ダイオード、コンデンサ、抵抗、またはバリスタや、絶縁基板に配線パターンが形成されたプリント配線基板とすることも可能である。このサブマウント素子２０ａは、ワイヤ接続電極２０ａｚにワイヤＬ１，Ｌ２によって電源が供給される。

発光素子２０ｂは、例えば、図４に示すような青色を発光するＬＥＤとすることができる。発光素子２０ｂは、基板２１に、ｎ層２２と、発光層２３と、ｐ層２４とが順次積層されている。そして、ｎ層２２上にｎ側電極２５が形成され、ｐ層２４上に、反射電極２６とｐ側電極２７とが形成されている。

基板２１は、窒化ガリウム系半導体であるｎ型ＧａＮで形成され、一辺が約１ｍｍ、厚みが２００μｍの平面視してほぼ正方形状の直方体状に形成されている。

ｎ層２２は、基板２１にＧａＮやＡｌＧａＮ等を積層して形成され、層厚が０．５μｍ〜５μｍとしたｎ型半導体層である。ｎ層２２と基板２１の間にＧａＮやＩｎＧａＮ等で形成したバッファ層を設けることも可能である。

発光層２３は、ｎ層２２に、井戸層となるＩｎＧａＮ等を０．００１μｍ〜０．００５μｍの層厚とし、障壁層となるＧａＮ等を０．００５μｍ〜０．０２μｍの層厚とし、これらを交互に積層した多重量子井戸構造で積層したものである。

また、ｐ層２４は、発光層２３にＡｌＧａＮを積層して形成され、層厚が０．０５μｍ〜０．５μｍとしたｐ型半導体層である。

ｎ側電極２５は、ｎ層２２に、発光層２３とｐ層２４とを積層した後に、ドライエッチングにより発光層２３とｐ層２４とｎ層２２の一部とを除去して、ｎ側電極２５を形成する領域を露出させたｎ層２２上に形成されている。

反射電極２６は、ｐ層２４上にＡｇで形成され、発光層２３からの光を基板２１へ反射するものである。反射電極２６は、ｐ層２４や、ｐ側電極２７とのコンタクト性を向上させるために、Ａｇ層を含む多層としてもよい。

ｐ側電極２７は、反射電極２６上に形成されている。このように構成された発光素子２０ｂは、サブマウント素子２０ａにフリップチップ実装されている。

パッケージ３は、平面視して略矩形状に形成され、複合素子２を底部３１に搭載する凹部３２が形成された収納部である。このパッケージ３は、本実施の形態ではパッケージ３を樹脂成型品としているが金属製とすることができる。パッケージ３は、傾斜面となっている凹部３２の周壁面３３に、金属光沢や白色塗装を施すことで、発光素子２０ｂからの照射光を反射する反射面とすることができる。

リードフレーム４は、パッケージ３の一端側から突出した第１脚部４１と、他端側から突出した第２脚部４２とを備え、発光素子２０ｂを含む複合素子２を搭載する基体として機能するものである。

第１脚部４１には、複合素子２がダイボンドされると共にサブマウント素子２０ａから配線される一方のワイヤＬ１がワイヤボンドされる搭載部４１ａが基端に設けられている。第２脚部４２には、サブマウント素子２０ａから配線される他方のワイヤＬ２がワイヤボンドされるワイヤ接続部４２ａが基端に設けられている。

図５に示すように、封止部５は、複合素子２（図２参照）を封止する封止層５１と、封止層５１上に形成された保護層５２と、保護層５２上に形成された樹脂層５３とを備えている。

封止層５１は、シリコーンに水溶性樹脂であるポリビニルアルコールを含有させたものを、パッケージ３にポッティングすることで形成されている。本実施の形態では、水溶性樹脂としてポリビニルアルコールを使用しているが、カルボキシル基、ヒドロキシル基、オキサゾリン基、アミノ基などの親水性官能基を有する樹脂であれば使用できる。しかし、少なくともシリコーンより親水性が高い樹脂が望ましいので、水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコールとする以外に、ポリビニルピロリドンやオキサゾリンポリマーなどとするのが望ましい。封止層５１は、これらの水溶性樹脂を組み合わせたり、全部を使用したりして、シリコーンに含有させて形成することも可能である。

保護層５２は、封止層５１への水分の侵入から保護する目的で、パッケージ３の開口部に設けられたガラス層である。保護層５２は、常温硬化ガラス材で形成され、発光素子２０ｂからの照射光に励起され波長を変換する蛍光体が含有されている。常温硬化ガラス材は、主成分である金属アルコキシドに、アルキルシラン、ヒドロキシルシラン、シリコーンモノマー、セラミック前駆体ポリマー（ポリシラザン）等を添加したものである。蛍光体としては、珪酸塩蛍光体やＹＡＧ系蛍光体が使用できる。この保護層５２は、封止層５１への水分の侵入を抑制できればよいので、不透湿性を有する透明部材であれば使用することができる。保護層５２を常温硬化ガラス材で形成する以外に、通常の板ガラス材や、板ガラス材を加熱し、表面を、均一に、かつ急激に冷却することで形成される強化ガラスを使用することもできる。

樹脂層５３は、３層の調光層で形成されている。この３層の調光層は、内側に位置する第１調光層５３ａと、中間層である第２調光層５３ｂと、外側に位置する第３調光層５３ｃとから構成され、それぞれが異なる屈折率を有するシリコーンをポッティングすることで形成されている。本実施の形態では、第１調光層５３ａの屈折率を１．６、第２調光層５３ｂの屈折率を１．５、第３調光層５３ｃの屈折率を１．４と、内側から外側に向かうに従って屈折率が小さくなるように設定されている。これらの屈折率は、シリコーンに屈折率を調整する添加剤、例えばチタンなどの重金属を混合することで設定することができる。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る発光装置１の製造方法を、図面に基づいて説明する。

図１および図２に示すように、まず、パッケージ３をトランスファー法にてリードフレーム４に成型した後、複合素子２をリードフレーム４の搭載部４１ａに搭載する。次に、サブマウント素子２０ａのワイヤ接続電極２０ａｚと、搭載部４１ａおよびワイヤ接続部４２ａとに、それぞれワイヤＬ１，Ｌ２を配線する。

そして、シリコーンにポリビニルアルコールを含有させたものをパッケージ３内の凹部３２にポッティングして加熱することで硬化させて封止層５１を形成する。その際に、封止層５１が空気中の湿気を吸収するが、封止層５１は水溶性樹脂であるポリビニルアルコールを含有しているので、ポリビニルアルコールが湿気を保持することで、発光素子２０ｂ周囲全体に水分が至ることで発生するマイグレーションの発生を抑制することができる。また、シリコーンは透明で、かつ耐熱性も高いため、黄変することによる輝度低下を抑制することができる。従って、発光装置１は、発光素子２０ｂへの透湿を抑制することで、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制することが可能である。よって、発光装置１は、高い信頼性を維持し続けることができる。

次に、封止層５１上に液状の常温硬化ガラスを滴下する。そして、常温硬化ガラスを加熱することで硬化を促進させて保護層５２を形成する。この保護層５２は、不透湿性を有しているので、封止層５１への水分の侵入を遮断することができる。従って、保護層５２は、封止層５１により複合素子２を封止した後に、封止層５１内の水分の度合いが増加することを防止することができる。

保護層５２を形成すると、次に樹脂層５３を形成する。図５に示すように、樹脂層５３は、まず、保護層５２上に屈折率が１．６のシリコーンをポッティングして、加熱によりシリコーンを硬化させることで第１調光層５３ａを形成する。同様に、第１調光層５３ａ上に、屈折率が１．５のシリコーンをポッティングして、加熱によりシリコーンを硬化させることで第２調光層５３ｂを形成する。最後に、第２調光層５３ｂ上に、屈折率が１．４のシリコーンをポッティングして、加熱によりシリコーンを硬化させることで第３調光層５３ｃを形成する。シリコーンは、透湿性を有しているが、封止層５１との間には保護層５２が介在しているので、封止層５１へ水分が浸透することはない。

次に、発光装置１の使用状態を、図５に基づいて説明する。発光素子２０ｂ（図５では図示せず）からの照射光は、封止層５１および保護層５２をそのまま通過したり、またはパッケージ３の周壁面３３に反射して通過したりする光と、保護層５２に含有された蛍光体を照射する光となる。保護層５２に含有された蛍光体を照射することで、蛍光体が励起され波長変換して黄色の光となる。従って、発光素子２０ｂからの青色の光と蛍光体からの黄色の光とが混色することで白色の光となって保護層５２から出射される。

保護層５２から出射された光は、樹脂層５３へ進行する。樹脂層５３では、内側から外側に向かうに従ってそれぞれの屈折率が小さくなるように形成されているので、保護層５２を通過した光は、第１調光層５３ａから第３調光層５３ｃへ進行する際に、それぞれの界面で屈折して、徐々に広がるような照射光となる。従って、樹脂層５３により照射範囲を広くするような配光特性を得ることが可能である。

なお、本実施の形態では、封止層５１と保護層５２との間には、何も介在させていないが、所望とする色に波長変換する蛍光体を含有させたり、所望とする屈折率とするための添加剤を含有させたりした樹脂層を介在させることも可能である。

また、本実施の形態では、保護層５２上に形成された樹脂層５３として３層に形成されたものを例に説明したが、１層や２層、４層以上でもよい。そして、それぞれの層に蛍光体を含有させることも可能である。

更に、本実施の形態では、内側から外側に向かうに従って、徐々に屈折率が小さくなるように樹脂層５３が形成されているが、反対に屈折率が大きくなるように樹脂層を形成することも可能である。そうすることで、発光素子２０ｂからの照射光を中心に集光するように配光させる特性を得ることができる。

基体は、リードフレームとする以外にプリント配線基板でもよい。その場合には、封止層が成型可能なキャビティを有する金型でプリント配線基板を型締めして、最初に封止層を形成し、次に、封止層全体を覆うような保護層が成型可能なキャビティが形成された金型で保護層を形成した後に、保護層上面に樹脂層を形成することで、同様の効果を得ることができる発光装置とすることができる。

本発明は、発光素子への透湿を抑制することで、発光不良が防止でき、かつ輝度低下を抑制することが可能なので、基体に搭載された発光素子を封止する封止層を備えた発光装置に好適である。

本発明の実施の形態に係る発光装置を示す平面図 図１に示す発光装置のＡ−Ａ線断面図 サブマウント素子に発光素子を搭載した状態を示す回路図 図１に示す発光装置に搭載された発光素子の概略断面図 図１に示す発光装置の封止部を説明するための部分拡大図

符号の説明

１ 発光装置
２ 複合素子
３ パッケージ
４ リードフレーム
５ 封止部
２０ａ サブマウント素子
２０ａｘ ｎ型のシリコーン基板
２０ａｙ ｐ型の半導体領域
２０ｂ 発光素子
２１ 基板
２２ ｎ層
２３ 発光層
２４ ｐ層
２５ ｎ側電極
２６ 反射電極
２７ ｐ側電極
３１ 底部
３２ 凹部
３３ 周壁面
４１ 第１脚部
４１ａ 搭載部
４２ 第２脚部
４２ａ ワイヤ接続部

Claims (6)

1. 発光素子と、前記発光素子が搭載された基体と、前記発光素子を封止する封止層とを備えた発光装置において、
   前記封止層は、水溶性樹脂を含有したシリコーンで形成されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記水溶性樹脂は、前記シリコーンより親水性が高い、親水性官能基を有する樹脂である請求項１記載の発光装置。
3. 前記水溶性樹脂は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オキサゾリンポリマーのいずれかを含む請求項１または２記載の発光装置。
4. 前記封止層は、不透湿性の透明部材で形成された保護層により覆われている請求項１から３のいずれかの項に記載の発光装置。
5. 前記保護層は、ガラス材で形成されたガラス層である請求項４記載の発光装置。
6. 前記保護層上に１層以上の樹脂層が設けられている請求項４または５記載の発光装置。

Images