JP2012079817A - 発光装置および発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材上1に、発光素子2と、発光素子2の周囲に配置された光反射性の枠6と、枠6の内側に充填された、蛍光体9を含有する封止樹脂7と、を備える発光装置であって、基材1上に、蛍光体9が堆積した第1蛍光体領域10aが設けられ、第1蛍光体領域10aは少なくとも発光素子2と枠6との間に配置されており、枠6は、少なくとも第1蛍光体領域10aより上側において凸状に湾曲し、当該凸状の湾曲部分に連続して凹状に湾曲して基材1に設けられ、さらに、前記凸状の湾曲部分に蛍光体9が付着した第2蛍光体領域10bを有し、かつ前記凹状の湾曲部分に蛍光体9が堆積していることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
発光素子による光と蛍光体による波長変換された光とを組み合わせ、それらの混色を得る発光装置の場合、その照射面において、外周付近に波長変換光が強い部分(黄色蛍光体の場合は“イエローリング”と呼ばれている)が発生し易い。その原因としては、例えば、(1)発光素子の配光の偏り(上面から出射する光が多く、側面から出射する光が少ない)、(2)発光素子の配光と蛍光体の分布との不一致(発光素子の発光と蛍光体による波長変換光のバランスが一部で崩れている)等が考えられる。
このような構成によれば、凸状の湾曲部分の蛍光体の量や、発光素子と枠との間における蛍光体の量がより適度になる。
このような構成によれば、発光素子と導電部材とがワイヤによって電気的に接続された発光装置において、ワイヤに接続する導電部材のワイヤとの接続部分が枠に被覆されていることで、枠と発光素子の間におけるワイヤのボンディング領域が不要となる。これにより、枠を発光素子の近くに配置することができるため、枠と発光素子の間における蛍光体の量がより低減される。
このような構成によれば、発光素子からの発光の全体を蛍光体によって波長変換することができる。
このような製造方法によれば、凸状の湾曲部分の蛍光体の量や、発光素子と枠との間における蛍光体の量をより適度にすることができる。
このような製造方法によれば、発光素子と導電部材とをワイヤによって電気的に接続する構成の発光装置であって、枠を発光素子の近くに配置し、枠と発光素子の間における蛍光体の量をより低減した発光装置を製造することができる。
本発明の実施形態に係る発光装置100について、図1〜図4を参照しながら詳細に説明する。以下の説明では、まず発光装置100の全体構成について説明した後に、各構成について説明する。なお、説明の便宜上、図2における枠6は、外形のみを線で示し、透過させた状態で図示している。他の実施形態で説明する図5についても、同様に透過させた状態で図示している。
発光装置100は、例えば、LED電球、スポットライト等の照明器具等に利用される装置である。発光装置100は、図1、図2に示すように、基材(ここでは基板)1上に、基材1の実装領域1aに配置された発光素子2と、発光素子2の周囲に配置された光反射性の枠(以下、適宜、光反射樹脂という)6と、枠6の内側に充填された封止樹脂7と、を主に備える。さらに、ここでは、基材1上に形成された正極3および負極4を構成する導電部材40と、保護素子5と、発光素子2や保護素子5等である電子部品と、正極3や負極4等を接続するワイヤWと、実装領域1aに形成された金属膜30と、中継配線部8と、を備えた構成としている。
基材1は、発光素子2や保護素子5等の電子部品を配置するためのものである。基材1は、図1および図2に示すように、矩形平板状に形成されている。また、基材1上には、図2に示すように複数の発光素子2を配置するための実装領域1aが区画されている。なお、基材1のサイズは特に限定されず、発光素子2の数や配列間隔等、目的および用途に応じて適宜選択することができる。
実装領域1aは、複数の発光素子2を配置するための領域である。実装領域1aは、図2に示すように、基材1の中央の領域に区画されている。実装領域1aは、互いに対向する辺を有する所定形状で形成されており、より具体的には、図2に示すように、角部を丸めた略矩形状に形成されている。なお、実装領域1aのサイズは特に限定されず、発光素子2の数や配列間隔等、目的および用途に応じて適宜選択することができる。
金属膜30は、実装領域1a上に形成される膜である。実装領域1aは、複数の発光素子2を配置するために基材1上に区画した領域、すなわち基材1と同じ材料で構成された領域としてもよいが、例えば、実装領域1a上に光を反射する金属膜30を形成し、当該金属膜30を介して複数の発光素子2を配置することが好ましい。このように実装領域1a上に金属膜30を形成してその上に複数の発光素子2を配置することで、基材1の実装領域1a側に向う光も金属膜30によって反射することができる。従って、出射光のロスを軽減することができ、発光装置100の光の取り出し効率を向上させることができる。
発光素子2は、電圧を印加することで自発光する半導体素子である。発光素子2は、図2に示すように、基材1の実装領域1aに複数配置され、当該複数の発光素子2が一体となって発光装置100の発光部20を構成している。なお、発光素子2は、図示しない接合部材によって実装領域1aに接合されており、その接合方法としては、例えば接合部材として樹脂や半田ペーストを用いる接合方法を用いることができる。なお、図示された発光部20は単に発光素子2を載置させる領域を示すものであり、発光部20における発光とは、発光素子2から出される光であることはいうまでもない。
導電部材(金属部材)40は正極3および負極4を構成するものであり、基材1上の複数の発光素子2や保護素子5等の電子部品と、外部電源とを電気的に接続し、これらの電子部品に対して外部電源からの電圧を印加するためのものである。すなわち、導電部材40(正極3および負極4)は、外部から通電させるための電極、またはその一部としての役割を担うものである。
中継配線部8は、正極3と負極4の間における配線を中継するためのものである。中継配線部8は、図2に示すように、基材1上の導電部材(金属部材)で構成されている。中継配線部8は、図2に示すように、実装領域1aの周囲において、当該実装領域1aの一辺、すなわち右側の辺に沿って直線状に形成されている。
保護素子5は、複数の発光素子2からなる発光部20を、過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化から保護するための素子である。保護素子5は、具体的には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード(Zener Diode)である。保護素子5は、図示は省略したが、前記した発光素子2と同様にp電極とn電極とを有する半導体素子であり、発光素子2のp電極2aとn電極2bに対して逆並列となるように、ワイヤWによって負極4の配線部4bと電気的に接続される。
光反射性の枠である光反射樹脂6は、発光素子2から出射された光を反射させるためのものである。光反射樹脂6は、図2に示すように、配線部3b,4bの一部、中継配線部8、保護素子5およびこれらに接続されるワイヤWを覆うように形成される。そのため、配線部3b,4b、中継配線部8およびワイヤWを、前記あるいは後記したように光を吸収しやすいAuで形成した場合であっても、発光素子2から出射された光が配線部3b,4b、中継配線部8およびワイヤWには到達せずに光反射樹脂6によって反射される。従って、出射光のロスを軽減することができ、発光装置100の光の取り出し効率を向上させることができる。さらに、配線部3b,4bの一部、中継配線部8、保護素子5およびこれらに接続されるワイヤWを光反射樹脂6によって覆うことによって、これらの部材を塵芥、水分、外力等から保護することができる。また、光反射樹脂6をワイヤWのボンディング領域を被覆する位置に配置することで、光反射樹脂6と発光素子2の間にワイヤWのボンディング領域を確保することが不要となり、光反射樹脂6を発光素子2の近くに配置することができる。
図3、図4(b)に示すように、枠である光反射樹脂6は、少なくとも蛍光体領域10a(以下、適宜、第1蛍光体領域10aという)より上側において凸状に湾曲し、当該凸状の湾曲部分に連続して凹状に湾曲して基材1に設けられている。すなわち、光反射樹脂6は、横方向(幅方向)における断面(例えば図1のX−X断面)の形状が、その内側の上部が略楕円弧状をしており、かつ、その内側の下部が基材1方向に向かうにつれて広がり、発光素子2側に突出した状態となって突出部6aを形成している。そして第1蛍光体領域10aが凹状の湾曲部分に接し、凹部に蛍光体9が堆積している。また、光反射樹脂6の内側の上部が凸状に湾曲しているため、後記するように、封止樹脂7中を沈降してきた蛍光体9がこの湾曲部分に付着し、蛍光体領域10b(以下、適宜、第2蛍光体領域10bという)を形成している。これら蛍光体領域10a,10bは、例えば、封止樹脂7中の他の領域、具体的には封止樹脂7中に浮遊した状態で存在する部位よりも、蛍光体9が高濃度で存在する。
封止樹脂(封止部材)7は、蛍光体9を含有するものであり、基材1に配置された発光素子2およびワイヤW等を、塵芥、水分、外力等から保護するための部材である。封止樹脂7は、図1、図2に示すように、基材1上において、光反射樹脂6で囲った実装領域1a内に樹脂を充填することで形成される。
図4(a)は、封止樹脂7を堰き止めるダムを設けるために、基材1上に広がり難く高く形成し易い高粘度の樹脂を用いて光反射樹脂60を形成した場合の一例である。図4(a)に示すように、光反射樹脂60の形状が、その内側の上部(第1蛍光体領域10aより上側)において、光反射樹脂60を形成する樹脂より粘度の低い樹脂を用いた場合の図4(b)の光反射樹脂6の形状に比べて傾斜が急で凸状の湾曲が少なく、またその内側の下部(第1蛍光体領域10aと接する部分)において凹状に湾曲していない場合、封止樹脂7中を沈降してきた蛍光体9が光反射樹脂6の表面に付着することなく、発光素子2と光反射樹脂6との間の基材1上に堆積される。なお、仮に上部に蛍光体9が付着する場合があっても、その量は、図4(b)の形状の場合と比較して僅かであるため、第1蛍光体領域10aの蛍光体9の量を低減させる効果はほとんどない。これに対し、図4(b)に示すように、光反射樹脂6の形状が、その内側の上部(第1蛍光体領域10aより上側)において、図4(a)の形状と比較して傾斜が緩く凸状に湾曲しており、かつその内側の下部(第1蛍光体領域10aと接する部分)において凹状に湾曲している場合、封止樹脂7中を沈降してきた蛍光体9が光反射樹脂6の表面、すなわち凸状の湾曲部分に付着して第2蛍光体領域10bを形成するとともに、発光素子2と光反射樹脂6との間の基材1上に堆積し、第1蛍光体領域10aを形成する。
封止樹脂7中に、波長変換部材として発光素子2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体(蛍光部材)を含有させる。蛍光体としては、発光素子2からの光をより長波長に変換させるものが好ましい。また、蛍光体は1種の蛍光体(蛍光物質)を用いてもよいし、2種以上の蛍光体(蛍光物質)が混合されたものを用いてもよい。
ワイヤWは、発光素子2や保護素子5等の電子部品と、正極3、負極4および中継配線部8等を電気的に接続するための導電性の配線である。ワイヤWの材料としては、Au、Cu(銅)、Pt(白金)、Al(アルミニウム)等の金属、および、それらの合金を用いたものが挙げられるが、特に、熱伝導率等に優れたAuを用いるのが好ましい。なお、ワイヤWの径は特に限定されず、目的および用途に応じて適宜選択することができる。
次に、本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法について、ここでは図1〜3の形態のものを例にとり、適宜、図面を参照しながら説明する。
以下、各工程について説明する。なお、発光装置100の構成については前記説明したとおりであるので、ここでは適宜、説明を省略する。
基材作製工程は、めっき用配線が形成された基材1を作製する工程である。基材作製工程では、基材1上の実装領域1aや、正極3および負極4となる部位を所定の形状にパターニングすることで形成する。また、基材作製工程では、電解めっきによって基材1上の実装領域1aに金属膜30を形成するためのめっき用配線を形成する。
めっき工程は、前記めっき配線が形成された基材1上に、少なくとも正極3および負極4を構成する導電部材40を形成する工程であり、好ましくは無電解めっきにより正極3および負極4を構成する導電部材40を形成するとともに、基材1上の実装領域1a上に、電解めっきにより金属膜30を形成する工程である。また、正極3および負極4を形成するときと同様の工程で中継配線部8を構成する導電部材が形成される。
ダイボンディング工程は、基材1上に発光素子2を載置する工程である。ダイボンディング工程は、発光素子載置工程と、加熱工程と、からなる。
発光素子載置工程は、基材1上(ここでは金属膜30上)に、接合部材(図示省略)を介して、発光素子2を載置する工程である。
発光素子2は、接合部材により、基材1上の金属膜30と接合する。なお、発光素子2の裏面には、予め、フラックスを塗布しておいてもよい。ここで、接合部材は、金属膜30と発光素子2との間に介在するように設ければよいため、金属膜30のうち、発光素子2を載置する領域に設けてもよく、発光素子2側に設けてもよい。あるいは、その両方に設けてもよい。
加熱工程は、発光素子2を載置した後に、接合部材を加熱し、発光素子2を基材1上(金属膜30上)に接合する工程である。
接合部材は絶縁性部材であってもよく、加熱工程における加熱は、接合部材の少なくとも一部が揮発する温度よりも高い温度で行う。また、接合部材が熱硬化性樹脂を含有する場合は、熱硬化性樹脂の硬化が起こる温度以上に加熱することが好ましい。このようにすることで、発光素子2を熱硬化性樹脂で接着固定することができる。さらに、接合部材として、例えばロジンを含有する樹脂組成物と、低融点の金属とを用いた場合において、金属膜30上に、この低融点の金属が載置されている場合、この低融点の金属が溶融する温度以上に加熱することが好ましい。
例えば、接合部材に樹脂組成物を用いた場合、加熱により樹脂組成物の一部を揮発によって消失させた後に、残留した樹脂組成物を、さらに洗浄等によって除去してもよい(残留接合部材洗浄工程)。特に、樹脂組成物がロジン含有の場合には、加熱後に洗浄するのが好ましい。洗浄液としては、グリコールエーテル系有機溶剤等を用いるのが好ましい。
保護素子接合工程は、正極3の配線部3b上に保護素子5を載置して接合する工程である。
保護素子5の接合は、発光素子2の接合と同時に行ってもよいが、発光素子2の接合よりも先、あるいは後に行ってもよい。保護素子5を載置、接合する方法は、前記ダイボンディング工程と同様であるので、ここでは説明を省略する。
ワイヤボンディング工程は、ダイボンディング工程の後に、発光素子2と、この発光素子2に電圧を印加する導電部材40とをワイヤWによって電気的に接続する工程である。すなわち、導電部材40の正極3と、発光素子2上部にある電極端子(パッド電極)とを、ワイヤWで電気的に接続する工程である。同じく、発光素子2上部にある電極端子(パッド電極)と導電部材40の負極4とを、ワイヤWで電気的に接続する工程である。さらにこの工程では、複数の発光素子2を、それぞれ電極端子(パッド電極)を介して接続する。また、保護素子5と負極4との電気的な接続もこの工程で行えばよい。すなわち、保護素子5上部にある電極端子と負極4とをワイヤWで接続する。ワイヤWの接続方法は、特に限定されるものではなく、通常用いられる方法で行えばよい。
光反射樹脂形成工程は、発光素子2の周囲に光反射性の枠(光反射樹脂)6を設ける工程である。ここでは、ワイヤボンディング工程の後に、実装領域1aの周縁に沿って、導電部材40の一部、すなわち、少なくとも正極3および負極4の配線部3b,4bの一部である、導電部材40のワイヤWとの接続部分を被覆するように光反射樹脂6を形成する工程である。
そしてこの工程では、光反射性の枠(光反射樹脂)6を、少なくともその内側の上部において凸状に湾曲し、その内側の下部において当該凸状の湾曲部分に連続して凹状に湾曲して基材1に形成する。すなわち、光反射樹脂6が、少なくとも第1蛍光体領域10aより上側において凸状に湾曲し、第1蛍光体領域10aと接する部分において凹状に湾曲するように形成する。
すなわち、樹脂が充填された樹脂吐出装置をその先端のノズルから液体樹脂を吐出しながら移動させることで、実装領域1aの周縁の一部を覆うように光反射樹脂6を形成していく。樹脂吐出装置の移動速度は、用いる樹脂の粘度や温度等に応じて適宜調整することができる。形成された複数の光反射樹脂6がそれぞれ略同じ幅となるようにするには、少なくとも樹脂を吐出中は一定の速度で移動させるのが好ましい。移動中に樹脂の吐出を一時中断する場合等は、その間の移動速度は変更することもできる。樹脂の吐出量についても、一定とするのが好ましい。さらに、樹脂吐出装置の移動速度と樹脂の吐出量ともに、一定とするのが好ましい。吐出量の調整は、吐出時にかかる圧力等を一定にする等により調整することができる。
封止部材充填工程は、枠(光反射樹脂)6の内側に、蛍光体9を含有する封止樹脂を充填する工程である。すなわち、発光素子2、金属膜30およびワイヤW等を被覆する透光性の封止樹脂7を、基材1上に形成された光反射樹脂6からなる枠(壁部)の内側に樹脂を注入し、その後加熱や光照射等によって硬化することで形成する工程である。
すなわち、前記に示す発光装置の形態は、本発明の技術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、本発明は、発光装置を前記の形態に限定するものではない。また、特許請求の範囲に示される部材等を、実施の形態の部材に特定するものではない。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。
例えば、他の実施形態として以下の構成としてもよい。
図5を参照して、他の実施形態に係る発光装置101について説明する。なお、前記した発光装置100と同一構成のものについては同一の符号を付して、以下では主に相違点についてのみ説明する。
図5に示すように、発光装置100では実装領域1aが略矩形状であったのに対し、発光装置101では実装領域1aが円形を呈している。そして、この円形の実装領域1aに、複数の発光素子2が載置されている。そして、光反射樹脂6は、基材1上において発光部20が形成された実装領域1aを囲うように円状に形成されている。また、光反射樹脂6は、配線部3b,4bの一部、保護素子5およびこれらに接続されるワイヤWを覆うように形成されている。なお、符号AMはパッド部3aが正極3であることを示すアノードマーク、符号70は、発光素子2のボンディング位置を認識するための認識マーク、符号80は発光装置101の温度計測ポイントであり、これらもめっき等により形成される。
光反射樹脂6の形状について、前記した発光装置100の製造方法では、1種類の樹脂の粘度を調整したり、基材1(金属膜30)表面の粗さを調整したりすることで、前記したような凸部と凹部を有する光反射樹脂6を形成した。このように、1種類の樹脂で光反射樹脂6を形成すれば、樹脂描画の工程が1回で済むため、1種類の樹脂で光反射樹脂6を形成することが好ましい。しかしながら、以下の2つの方法のように、粘度の異なる2種類の樹脂を使用することで、このような形状の光反射樹脂6を形成することもできる。
1a 実装領域
2 発光素子
2a p電極
2b n電極
3 正極
3a パッド部
3b 配線部
4 負極
4a パッド部
4b 配線部
5 保護素子
6 枠(光反射樹脂)
6a 突出部
7 封止樹脂
8 中継配線部
9 蛍光体
10a 蛍光体領域(第1蛍光体領域)
10b 蛍光体領域(第2蛍光体領域)
16a,16b 樹脂
20 発光部
30 金属膜
40 導電部材
60 枠(光反射樹脂)
70 認識マーク
80 温度計測ポイント
100,101 発光装置
AM アノードマーク
CM カソードマーク
W ワイヤ
Claims (8)
- 基材上に、発光素子と、前記発光素子の周囲に配置された光反射性の枠と、前記枠の内側に充填された、蛍光体を含有する封止樹脂と、を備える発光装置であって、
前記基材上に、前記蛍光体が堆積した第1蛍光体領域が設けられ、当該第1蛍光体領域は少なくとも前記発光素子と前記枠との間に配置されており、
前記枠は、少なくとも前記第1蛍光体領域より上側において凸状に湾曲し、当該凸状の湾曲部分に連続して凹状に湾曲して前記基材に設けられ、
さらに、前記凸状の湾曲部分に前記蛍光体が付着した第2蛍光体領域を有し、かつ前記凹状の湾曲部分に前記蛍光体が堆積していることを特徴とする発光装置。 - 前記第2蛍光体領域は、前記第1蛍光体領域よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- さらに、前記基材上に、前記発光素子に電圧を印加する導電部材を備え、前記発光素子と前記導電部材とが導電性のワイヤによって電気的に接続され、かつ前記導電部材の前記ワイヤとの接続部分が前記枠で被覆されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光装置。
- 前記第1蛍光体領域は、さらに前記発光素子の側面および上面を連続して被覆していることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記発光素子が、前記基材上に複数個載置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。
- 基材上に発光素子を載置するダイボンディング工程と、
前記発光素子の周囲に光反射性の枠を設ける光反射枠形成工程と、
前記枠の内側に、蛍光体を含有する封止樹脂を充填する封止樹脂充填工程と、を含み、
前記光反射枠形成工程において、前記光反射性の枠を、少なくともその内側の上部において凸状に湾曲し、その内側の下部において当該凸状の湾曲部分に連続して凹状に湾曲して前記基材に形成し、
前記封止樹脂充填工程において、前記蛍光体を沈降させ、前記蛍光体が前記基材上に堆積するとともに前記凸状の湾曲部分に付着し、かつ前記凹状の湾曲部分に前記蛍光体を堆積することを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記封止樹脂充填工程において、前記凸状の湾曲部分の蛍光体を、前記発光素子と前記枠との間の前記基材上の蛍光体よりも薄く形成することを特徴とする請求項6に記載の発光装置の製造方法。
- 前記ダイボンディング工程の後に、前記発光素子と、この発光素子に電圧を印加する導電部材とを導電性のワイヤによって電気的に接続するワイヤボンディング工程を有し、前記光反射枠形成工程において、前記導電部材の前記ワイヤとの接続部分を被覆するように前記枠を形成することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の発光装置の製造方法。
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