JP2010272847A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光素子101と、発光素子101から出射される光を透過して外部に放出する透光性部材102とを有し、透光性部材102の外周側面は、上面から下面に向かって広がる傾斜面107を有し、透光性部材の下面の面積は、前記発光素子の上面の面積よりも大きく形成されて前記透光性部材の下面および前記発光素子の上面が接合されており、前記透光性部材の下面であって、前記発光素子と接合されていない部分および傾斜面107が光反射性樹脂103により被覆されている。
【選択図】図1
Description
図1に、本実施の形態1の発光装置100の概略断面図を示す。図1に示す発光装置100は、発光素子101と、発光素子101から出射される光を透過して外部に放出する透光性部材102とを有し、透光性部材102の外周側面は、上面から下面に向かって広がる傾斜面107を有し、透光性部材102の下面の面積は、発光素子101の上面の面積よりも大きく形成されて透光性部材102の下面および発光素子101の上面が接合されており、透光性部材102の下面であって、発光素子101と接合されていない部分および傾斜面107が光反射性樹脂103により被覆されている。以下に、本発明における発光装置100の各部材及び構造について説明する。
本発明に用いられる発光素子101は、特に限定されず、公知のものを利用できるが、本発明においては、発光素子101として発光ダイオードを用いるのが好ましい。
本発明における透光性部材102は、発光素子101から出射される光を透過して外部に放出することが可能な材料であり、入射された光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を有することができる。具体的には、例えば、蛍光体の単結晶、多結晶もしくは蛍光体粉末の焼結体等の蛍光体インゴットから切り出したものや、樹脂、ガラス、無機物等に蛍光体粉末を混合して焼結したものが挙げられる。透明度が高いほど、後述の光反射性樹脂103との界面において、光を反射させやすいことから、輝度を向上させることができるため、好ましい。透光性部材102の厚みは、特に限定されるものではなく、適宜変更可能であるが、例えば、50〜300μm程度である。
例えば図1に示すように、発光素子101は、光取り出し面となる発光素子101の上面と、透光性部材102の下面とが、接合面106aにおいて接合されている。接合は、例えば、圧着、焼結、エポキシ又はシリコーンのような周知の接着剤による接着、高屈折率の有機接着剤による接着、低融点ガラスによる接着などで行うことができる。なお、ここでいう「接合」とは、直接接合しているものに限らず、接着剤やその他の部材を介して接合されているものも含むものとする。ここで、透光性部材102の下面の面積は、発光素子101の上面の面積よりも大きく形成されている。これにより、発光素子101の光出射面よりも大きな面をもって透光性部材102で受光することができ、光のロスを少なくすることができる。また、透光性部材102を、発光素子101の上方に配置させる際に、多少の位置ずれが生じたとしても、発光素子の上面をすべて透光性部材の下面106で覆うことができるため、実装ずれによる輝度の変化が殆どないため、歩留まりを向上できる。ここでいう面積とは、透光性部材102の下面および発光素子101の上面が平坦面であるときは、その表面積をいうが、平坦面でない場合には、透光性部材102の上面側から見て、透光性部材102と発光素子101とが重なる部分の面積をいうものとする。つまり、透光性部材の上面108側から見て、発光素子101の上面が、透光性部材102によって内包される形で覆われる大きさに形成される。このように形成すると、透光性部材102は、その下面であって、前記発光素子と接合されていない部分、言い換えると、発光素子101の上面と、透光性部材102の下面とが接合されている接合面106aから露出されている部分(以下、露出面106bともいう)を有することになる。露出面106bの面積は、接合面106aに対して、10〜100%であることが好ましい。
本発明における透光性部材102の外周側面は、図1に示すように、上面から下面に向かって広がる傾斜面107を有している。このような傾斜面107と、前述の露出面106bとを光反射性樹脂103で被覆することにより、透光性部材102を光反射性部材103で係止することができ、透光性部材102が剥がれたり脱落したりするおそれがない。
本発明において、光反射性樹脂103は、図1に示すように、透光性部材102の傾斜面107および露出面106bを覆う。少なくとも、発光素子101の光取出面は光反射性樹脂103から露出させることにより、透光性部材102に光を入光することが可能なように形成される。光反射性樹脂103は、発光素子101からの光を反射可能な部材からなり、透光性部材102と光反射性樹脂103との界面で、発光素子101からの光を透光性部材102内に反射させる。このように、透光性部材102内を光が伝播し、最終的に透光性部材102の上面108から、外部へと出射される。
発光素子101は基板104に載置される。基板104の材料としては、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックスなどの絶縁性部材が挙げられる。また、絶縁部材を形成した金属であってもよいし、金属部材に絶縁部材を形成しているものであってもよい。特に、その表面に発光素子101との接続をとるための導体配線(図示しない)を形成することができるものが好ましく、そのような材料として、耐熱性および耐候性の高いセラミックスからなることが好ましい。セラミックス材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが好ましい。なお、セラミックスからなる支持基板であっても、セラミックス以外の絶縁性材料からなる絶縁層をその一部に有していてもよい。このような材料としては、例えば、BTレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等が挙げられる。発光素子101からの熱を適切に放熱するために、熱伝導率が150W/m・K以上であることが好ましい。
図2に、本実施の形態2の発光装置200を示す。本実施の形態2の発光装置200は、透光性部材102が、その側面に、傾斜面107及び逆傾斜面110を有している点が、実施の形態1の発光装置100と異なる。このように、上方に向かって広がるように傾斜する、逆傾斜面110を備えることにより、発光素子101からの光を効率よく上面108方向に反射することができ、輝度の高い発光装置とすることができる。また、透光性部材102の外周側面全てを傾斜面で形成することにより、外周側面の面積を広くすることが可能であり、光反射性樹脂103との接合面積をより大きくすることができることから、放熱性が良く、好ましい。
図3に、本実施の形態3の発光装置300を示す。本実施の形態3の発光装置300は、透光性部材102が、その側面に、透光性部材102の下面に対して略垂直な垂直面111を有している点が、実施の形態1の発光装置100と異なっており、透光性部材の上面108側の角部に傾斜面107が形成されている。本実施の形態3に示す透光性部材102は、鋭角で形成される角部を有さない。透光性部材102に鋭角で形成される角部が形成されていると、製造時の熱履歴や使用時の温度上昇により発光装置の各構成部材が熱変形した際に、該角部に応力が集中し、透光性部材102が破損するなどのおそれがある。本実施の形態のように、透光性部材102が、鋭角で形成される角部を有さないように形成されることにより、応力が特定の箇所に集中することを緩和することができる。
図4に、本実施の形態4の発光装置400を示す。本実施の形態4の発光装置400は、透光性部材102が、その側面に、傾斜面107及び上面108に対して略垂直な垂直面110を有している点、及び、基板104が平板ではなく、キャビティ構造となっている点が、実施の形態1の発光装置100と異なっている。このようなキャビティを有することにより、光反射性樹脂103を容易に形成することができる。
図5に、本実施の形態5の発光装置500を示す。本実施の形態5の発光装置500は、透光性部材102が、その側面に、傾斜面107及び上面108に対して略垂直な垂直面110を有している。傾斜面107は、平板状の透光性部材の角部を面取りするような形で形成されている。本実施の形態においても、実施の形態3と同様に、鋭角の角部を有さないため、透光性部材102にかかる応力を緩和することができる。また、角部が面取りされているため、光反射性樹脂103にボイドが発生することを抑制することができる。光反射性樹脂103を形成する際に、角部においてボイドが発生しやすいため、透光性部材102と光反射性樹脂102との界面において発生しやすい。しかしながら、透光性部材102と光反射性樹脂102との界面においてボイドが発生すると、界面で反射されるべき光が、ボイドによって反射されず、光取り出し効率が低下する。本実施の形態の透光性部材102のように、角部を面取りすることにより、ボイドの発生を抑制することができる。
実施例1として、図1に示す発光装置を製造する。
まず、発光素子101を基板104に載置する。本実施例では、基板104として窒化アルミニウムを用いる。熱電導率が170W/m・K程度の窒化アルミニウム板材の表面に、発光素子101との電気的接続をとるための配線をタングステンをパターン印刷後、焼成して形成し、その上にニッケル、パラジウム、金メッキを順に施して形成している。この窒化アルミニウム集合基板の配線に、金からなるバンプ108を用いて、サファイア基板上に半導体層が積層されて形成された1mm×1mmの発光素子101を、サファイア基板側が光出射面となるようにしてフリップチップ実装する。なお、図1は個々の発光装置を示すが、製造時においては集合基板に対して以下の第二〜三の工程を行い、最後に個片化することにより、個々の発光装置を作成する。
次に、発光素子101の上面に、側面に傾斜面107を有する透光性部材102を接合する。透光性部材102の外周側面には、上面から下面に向かって広がる傾斜面107を有している。透光性部材102の上面及び下面は、略平坦に形成されており、透光性部材102の上面108と傾斜面107とのなす角度θ1が、45°で形成されている。本実施例においては、接着材としてシリコーン樹脂を用い、熱硬化させることで透光性部材102と、発光素子101のサファイア基板とを接合面106aにて接着させる。本実施例における透光性部材102は、YAGとアルミナを混合して焼結することで形成された蛍光体板である。透光性部材102が無機材料から形成されるため、劣化が少なく、信頼性の高い発光装置とすることができる。透光性部材102の下面の面積は、発光素子の上面の面積よりも大きく形成されており、透光性部材102は、接合面106aから露出された露出面106bを有するようにして接合される。
次に、トランスファーモールド成形により、露出面106b及び透光性部材の傾斜面107とを、光反射性樹脂103により、一体的に被覆する。本実施例において、光反射性樹脂103は、シリコーン樹脂に酸化チタンが30wt%含有されてなる。また、酸化チタンを含有させた本実施例の光反射性樹脂103の熱伝導率は1W/m・K程度である。透光性部材102の熱を光反射性樹脂103を介して、効果的に放熱することが可能である。さらに、発光素子101の側面109も光反射性樹脂103によって露出面106b及び透光性部材の傾斜面107と一体的に被覆されている。
最後に、前記第一の工程乃至第三の工程にて加工された集合基板をダイシングにより個々に切断し、実施例1に係る発光装置100を得る。
101…発光素子
102…透光性部材
103…光反射性樹脂
104…基板
105…導電部材
106a…接合部
106b…露出部
107…傾斜面
108…上面
109…側面
110…逆傾斜面
111…垂直面
112…ベベルカット用刃
Claims (16)
- 上面を光取り出し面とする発光素子と、
上面と下面を有し、前記発光素子から出射される光を下面から入射して、上面を介して外部に放出する透光性部材と、
前記透光性部材の少なくとも一部を被覆する光反射性樹脂と、
を備える発光装置であって、
前記透光性部材の外周側面は、上面方向から下面方向に向かって広がる傾斜面を下面に接するように有し、前記透光性部材の下面の面積は、前記発光素子の上面の面積よりも大きく形成されており、
前記透光性部材の下面および前記発光素子の上面が接合されており、
前記透光性部材の下面であって、前記発光素子と接合されていない部分および前記傾斜面が、前記光反射性樹脂により被覆されていることを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記透光性部材の外周側面がすべて傾斜面に形成されていることを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記透光性部材の外周側面は、
上面から外周側面の中間まで鉛直面が形成されており、
該中間から下面まで、前記傾斜面が形成されていることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から3のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記透光性部材の上面及び下面が各々略平坦面で、互いに略平行に形成されていることを特徴とする発光装置。 - 請求項4に記載の発光装置であって、
前記透光性部材の上面が、前記光反射性樹脂と略同一平面に形成されていることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から5のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記傾斜面が略平坦面であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記透光性部材の下面が、
前記発光素子の上面と接合されている接合面と、
前記接合面から露出されている露出面と
を有し、
前記透光性部材の露出面と、前記傾斜面とのなす角度θ2が鋭角であり、
前記透光性部材の上面と、前記傾斜面とのなす角度θ1が鈍角であることを特徴とする発光装置。 - 請求項7に記載の発光装置であって、
前記露出面の面積が、接合面に対して10〜100%であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から8のいずれか一に記載の発光装置であって、さらに、
前記発光素子及び光反射性樹脂を載置する基板を備えることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から9のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記透光性部材は、蛍光体が含有されてなることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から10のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記発光素子の側面が、前記光反射性樹脂により被覆されていることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から11のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記発光素子が、その上面と対向する下面に一対の電極を設けていることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から12のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記傾斜面は、前記透光性部材の外周側面の約50%以上であることを特徴とする発光装置。 - 上面を光取り出し面とする発光素子と、
上面と下面を有し、前記発光素子から出射される光を下面から入射して、上面を介して外部に放出する透光性部材と、
前記透光性部材の少なくとも一部を被覆する光反射性樹脂と、
を備える発光装置であって、
前記透光性部材の外周側面は、上面から外周側面の中間まで前記傾斜面が形成されており、
該中間から下面まで、鉛直面が形成されており、
前記透光性部材の下面および前記発光素子の上面が接合されており、
前記透光性部材の下面であって、前記発光素子と接合されていない部分および前記傾斜面が、前記光反射性樹脂により被覆されていることを特徴とする発光装置。 - 上面を光取り出し面とする発光素子と、
上面と下面を有し、前記発光素子から出射される光を下面から入射して、上面を介して外部に放出する透光性部材と、
前記透光性部材の少なくとも一部を被覆する光反射性樹脂と、
を備える発光装置であって、
前記透光性部材の外周側面は、上面から外周側面の中間まで前記傾斜面が形成されており、
該中間から下面まで、前記傾斜面と逆方向の傾斜を有する逆傾斜面が形成されており、
前記透光性部材の下面および前記発光素子の上面が接合されており、
前記透光性部材の下面であって、前記発光素子と接合されていない部分および前記傾斜面が、前記光反射性樹脂により被覆されていることを特徴とする発光装置。 - 請求項15に記載の発光装置であって、
前記傾斜面と前記逆傾斜面とのなす角度が鋭角であることを特徴とする発光装置。
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