JP2014187081A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 従来の発光装置では、発光素子から出射される光を十分に反射できないという問題があった。
【解決手段】 本発明の発光装置100は、金属部材14と、金属部材14の上に接して配置された白色レジスト20と、を有し、接合面が絶縁性の部材からなる発光素子10が、白色レジスト20の上に接合部材28を介して配置されることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光装置に関する。
発光ダイオードのような発光素子を用いた発光装置は、室内照明灯の一般照明、車載照明、液晶ディスプレイのバックライト等を含む多くの分野で用いられている。
そして、これらの発光装置で求められる性能は日増しに高まっており、更なる高出力(高輝度)化が要求されている。
上述したような高出力化に対応して、発光素子からの光を効率良く反射させるために、特許文献1及び特許文献2に例示されるように、発光素子の近傍に白色レジスト層を形成して光を反射させることにより、発光効率を向上させる構成が知られている。
具体的には、基板上に形成された電極を白色レジストで被覆し、発光素子が載置される部分において白色レジスト層に開口部を設けることで、電極と発光素子とを電気的に接続している。
特開2007−201171号公報 特開2007−243226号公報
しかしながら、従来の発光装置では、発光素子から出射される光を十分に反射できないという問題があった。
そこで、本発明は、発光素子の下にも白色レジストを設けることで、発光素子からの光を反射し、光取り出し効率を向上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。
本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。すなわち、本発明の発光装置は、金属部材と、前記金属部材の上に接して配置された白色レジストと、を有し、接合面が絶縁性の部材からなる発光素子が、前記白色レジストの上に接合部材を介して配置されることを特徴とする。
本発明の実施形態に係る発光装置の模式的断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の模式的平面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の模式的断面図である。 本発明の実施形態の一例を説明する部分説明図である。 本発明の一実施例を説明する図である。 本発明の一実施例を説明する図である。
以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の実施形態に係る発光装置100の模式的断面図である。図1に示すように、本発明の実施形態に係る発光装置100は、金属部材14と、金属部材14の上に接して配置された白色レジスト20と、発光素子10と、を有している。
金属部材14は、絶縁性基板12の上面に配置されており、絶縁性基板12の下面に配置された外部電極16とビア18により導通されている。白色レジスト20は、少なくとも発光素子10が載置される部分(以下、ダイアタッチ部ともいう)に配置されており、発光素子10の下面から出射される光を光取り出し面側、すなわち、発光素子10の上面側に反射させる役割を持つ。
白色レジスト20は、金属部材14の上に接して配置されているため、この金属部材14を介して白色レジスト20に伝わる熱を金属部材14に逃がすことができる。従来、一般的に使用されている白色レジストはエポキシ樹脂を含んでおり、樹脂材料内部に多数の炭素−炭素2重結合を含むため、光や熱による劣化によって白色レジストの反射率が低下する。このため、ダイアタッチ部においては白色レジストに開口部を設け、発光素子と白色レジストは直接接しないように形成されていた。
本実施形態においては、発光素子10の下面は、絶縁性の部材(例えば、サファイア基板など)とされており、この絶縁性の部材側を接合面として白色レジスト20の上に接合部材28を介して接合されている。発光素子から出射された光は、接合面において白色レジスト20により反射されて、発光素子の上面側に光が取り出される。
白色レジスト20は、その厚みによっては発光素子10からの光を透過する。そのため、発光素子からの光がそのまま絶縁性基板12側に透過若しくは吸収されないように、金属部材14を発光素子からの光に対して反射率の高い材料で形成することが好ましい。これにより、白色レジスト20のみならず金属部材14によっても光を反射させて光取り出し効率を向上させることができる。
そのため金属部材14は、最表面にAgを含有することが好ましい。Agは発光素子からの光の反射率が高い一方で、硫化による変色やそれに伴う光取り出し効率の低下の問題があるが、本実施形態のように白色レジスト20で表面を被覆することによりガスバリア性が向上し、硫化を抑制することができる。
白色レジスト20の材料は、例えば、TiO等の反射性粒子と有機物ないし無機物のバインダーとを混錬したものである。いわゆる白色レジストや白色インク、セラミックスインク等が該当する。
有機物のバインダーとしては、好ましくは耐熱性・耐光性に優れたシリコーン樹脂やフッ素樹脂等が用いられ、フッ素樹脂を用いることが特に好ましい。反射性粒子は、発光素子10からの光を吸収しにくく、かつ母体となる樹脂に対する屈折率差の大きい反射部材(例えばTiO,Al,ZrO,MgO等の無機材料)等の粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。
白色レジスト20の厚みは、5μm〜50μmであることが好ましい。白色レジスト20は2層以上の積層により形成されていてもよい。
金属部材14の厚みは、5μm〜100μmであることが好ましい。特に、30μm〜40μm程度が適している。厚みが熱いほど放熱性向上に寄与するが、100μm以下とすることにより、従来から用いられているリードフレームよりも薄く形成することができるため、発光装置の薄型化に寄与することができる。
白色レジスト20は、発光素子10の接合面の全面に対応するように形成されていることが好ましく、さらに発光素子10の接合面の周囲にまで及んで形成されていることが特に好ましい。発光素子10の下面の全部が白色レジスト20に接していることで、発光素子10からの光を効率良く反射することができる。また、発光素子10の光は発光素子の下面のみならず、側面や上面など、発光素子の全周から出射されるため、接合面の周囲に白色レジスト20が形成されることにより、これらの光を効率良く反射させることができる。
一方、白色レジスト20は金属部材14よりも熱伝導率が悪いため、図4に示すように、白色レジスト20と発光素子10との接合面のうち、一部の白色レジスト20を開口して金属部材14が白色レジスト20から露出されるようになっていてもよい。(図4では白色レジスト20と発光素子10との接合面のうち、中央付近の一部の前記白色レジストが開口されて金属部材14が露出されている)なお、白色レジスト20が開口された部分は、接合部材28が充填されていることが好ましい。
白色レジスト20に発光素子10が載置されるため、白色レジストは発光素子10の電極にワイヤボンドするのに適した硬さを備えていることが好ましい。具体的には塗膜硬度が5H以上であることが好ましい。柔らかすぎるとワイヤボンド時の超音波が伝わりにくく、ボンディング不良が生じるためである。
発光素子10は、封止部材26で被覆されていることが好ましい。本実施形態においては、絶縁性基板12の上面に光反射性部材からなる枠体22を設け、絶縁性基板12の上に、上面視が円形の開口を有する凹部が形成されている。言い換えると、凹部の側壁が枠体22により形成されている。発光素子10は、この凹部の底面に載置されている。上述のとおり、少なくとも発光素子10の接合面においては白色レジスト20が配置されるが、凹部の底面の全てが白色レジスト20で被覆されていることが好ましい。
本実施形態において、発光素子10の上面に形成された電極と、導電部材14とはワイヤ24によって電気的に接続されている。導電部材14のワイヤ接続領域は白色レジスト20が開口されている。導電部材14とワイヤ24とを接続した後、白色レジスト20の開口部を埋めるように枠体22を形成する。これにより、ワイヤ24は導電部材14との接続領域において枠体22に埋設される。このように白色レジスト20の開口を光反射部材で覆うことにより、導電部材14の反射率が高くない場合であっても光取り出し効率の低下を抑制することができる。
なお、本実施形態においては1つの発光素子が載置されているが、複数載置されたマルチチップタイプとされていても良いことは言うまでもない。
以下、各部材について詳細に説明する。
[絶縁性基板]
絶縁性基板12には、ある程度の強度を有する材料を好ましく用いることができる。このような絶縁性部材としては、例えば、FR−4、セラミックス(Al、AlNなど)、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン、ポリフタルアミド(PPA)などの樹脂を一例として挙げることができる。これらの樹脂に、ガラス繊維や、SiO、TiO、Alなどの無機フィラーを混合すれば、機械的強度の向上、熱膨張率の低減、及び光反射率の向上などを図ることができる。
絶縁性基板12の形状は、特に限定されない。図1では、平面板状のものを一例として示したが、例えば絶縁性基板自体が凹部(キャビティ)を有しているなど、平面板状以外にも様々な形状をした絶縁性基板を用いることができる。
なお、絶縁性基板12の放熱性を高めるために、絶縁性基板の表面に金属(例えばCu箔等)のめっきを施したり、導通用のビアのみならず放熱用のビアやスルーホールを形成したりしてもよい。
[金属部材]
金属部材14は、絶縁性基板12の表面に形成されており、配線としても用いられる。そのため、アノードとカソードの2つに離間して少なくとも一対形成される。金属部材14は発光装置の実装面となる外部電極16と、ビア18等によって導通される。
金属部材14の材料は、絶縁性基板12として用いられる材料や製造方法等によって適宜選択することができる。例えば、絶縁性基板14の材料としてセラミックを用いる場合は、金属部材14の材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する材料が好ましく、例えば、タングステン、モリブデンのような高融点の金属を用いるのが好ましい。さらに、その上にめっき等により、別の金属材料を被覆してもよい。例えば、銀、金、ニッケル、パラジウム、銅、錫等より選択される金属めっきまたはこれらを組み合わせた合金めっきである。好ましくは、白色レジスト20を介して発光素子の周辺に配置される部分には反射率の高い銀を用いる。また、ワイヤ24と接続される領域では、ワイヤと良好な密着性を有する材料を選択してもよい(例えば、金)。
[発光素子]
発光素子10には、例えば発光ダイオードを用いることができる。発光素子10は、サファイアなどの絶縁性の成長基板(絶縁性の部材)に半導体層(例えば窒化物半導体層)が積層された発光素子が好適に用いられ、絶縁性の部材を白色レジスト側に配置し、接合部材28を介して実装する。本実施形態において、発光素子10は絶縁性の白色レジスト20の上に載置されるため、発光素子10の電極は白色レジストとの接合面となる面の反対側の面に、正負一対以上の電極を有することが好ましい。この電極にワイヤボンドすることにより、導電部材14と発光素子10とが電気的に接続される。複数の発光素子を使用する場合にあっては、発光素子の電極同士をワイヤ24で接合してもよい。ワイヤ24は、電気伝導性を有する金属等の各種材料であってよい。好ましくは、金、銅、アルミニウム、銀、または金合金、銀合金などからなる。
発光素子10の絶縁性の部材は透光性であることが好ましい。例えば、サファイア等の透光性基板である。透光性とすることにより、半導体層から出る光を下方向に伝搬して発光素子10の直下において白色レジスト20に光を照射して、効率良く反射させることができるからである。
[接合部材]
接合部材28は、発光素子10を白色レジスト20に接合する部材である。本実施形態においては、接合部材が導電性である必要はなく、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂や不飽和ポリエステルなどの樹脂などが好適に挙げられる。これらは、単独又は2種類以上混合して使用することもできる。また、金、銀、銅やカーボンなどの導電性材料を含有させても良い。
[枠体]
枠体22は、発光素子10からの光を反射させるリフレクタとして、また、後述する封止部材26を充填する凹部として、任意に形成されていてもよい。
具体的な材料としては、上述したようにリフレクタ若しくは凹部として用いることができるものであれば特に限定されないが、透光性の樹脂に光反射性物質を高充填したものを使用することが好ましい。樹脂材料としては、熱可塑性樹脂、または熱硬化性樹脂を用いるが熱硬化性樹脂を用いるのが好ましく、そのうち、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも1種により形成することが好ましい。
枠体22の形成方法としては、金型を用いた射出成形やトランスファー成形、成形済の枠体を貼り付ける、樹脂吐出装置から液体樹脂を吐出して枠体を描く、等の種々の方法を採ることができる。ワイヤの一部を枠体22で埋設する場合は、樹脂吐出装置を用いる方法が簡便であるため好ましい。
[封止部材]
発光素子10は、任意に封止部材26に被覆される。封止部材26の材質は、例えば熱可塑性樹脂、または熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂のうち、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種により形成することが好ましく、特にエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂が好ましい。
封止部材26は、所定の機能を持たせるため、フィラー、拡散剤、顔料、蛍光物質、反射性物質からなる群から選択される少なくとも1種を混合することもできる。封止部材26中には拡散剤を含有させてもよい。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、酸化珪素等を好適に用いることができる。また、所望外の波長をカットする目的で、封止部材26に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、封止部材26は、発光素子10からの光を吸収し、波長変換する蛍光物質を含有させることもでき、青色の発光素子と黄色の蛍光物質を用いて白色に発光可能な発光装置とすることができる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について説明する。図2に示すように、本実施形態に係る発光装置200は、白色レジスト20を2層の積層により形成している。また、枠体22として、金型を使用して成形した樹脂リフレクタを形成している。その他の点については第1実施形態と同様であり、本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
具体的には、発光素子10の下部に形成されている白色レジスト20は、20aと20bが積層されてなる。白色レジストは20μm程度では透過する光も存在するため、厚く形成することが好ましいが、光反射材を高充填しているために印刷等の方法では厚く形成するのが困難であるため、2層以上に積層して形成することが好ましい。
なお、白色レジストの熱伝導率は導電部材よりも悪いため、厚く形成すると熱抵抗の上昇を招く。そのため、白色レジストを2層以上に形成する場合は、例えば1W程度以下で駆動させることが好ましい。
さらに、白色レジストを積層した部分、とりわけダイス直下においては、金属部材が埋め込まれたビア18等を形成し、実装面に位置する絶縁性基板12の裏面に設けた放熱端子30と接続させることで熱抵抗の上昇を抑制することが好ましい。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態について説明する。図3に示すように、本実施形態に係る発光装置300は、絶縁性基板としてセラミックスを使用しており、外部電極16はセラミックス基板の上面にめっき等で形成されている。その他の点については第1実施形態と同様であり、本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
<実施例1>
(集合基板の準備)
絶縁性基板として、板厚が1.6mmの板状のFR−4基板を用いる。
図5に示すように、発光装置100は、隣接する発光装置100同士が縦方向(Y方向)に繋がった状態で形成されており、横方向(X方向)に隣接する発光装置100同士が開口32によって離間されている。開口32は、絶縁性基板の縦方向(Y方向)に延在されている。
本実施例において、開口32は、縦方向の発光装置同士の連結部Bに接するように第1の孔34が形成されており、発光装置の電極とされる部分の端部に接するように2つの第2の孔36が形成されている。これらの第1の孔34及び第2の孔36を繋ぐように基板を切削等することで開口32が形成される。
次に、絶縁性基板12全体に、無電解のPdメッキ(0.05μm程度)を施す。これにより、第2の孔36の内側面にメッキ層が形成される。その上から、絶縁性基板12全体にCuメッキ(20μm程度)を施す。その後、不要な部分の金属をエッチングにより除去し、ダイアタッチ部及びその裏面にCu箔が形成され、第2の孔36部分で表面と裏面のCuパターンが電気的に接続された絶縁性基板12を形成する。
次に、Cu箔の上にメッキを施す。図5においてハッチングされている部分がメッキ部を示す。本実施例では、Ni(3μm)、Pd(0.05μm)、Ag(1μm)の順で積層する。このように形成されたメッキ部のうち、ダイアタッチ部に位置する部分及び基板の表面に、フッ素樹脂からなる白色レジスト20を20μmの厚さで形成する。
(発光素子の実装)
上記のように形成された絶縁性基板12のダイアタッチ部に発光素子10を、接合部材を介して実装し、ワイヤ24により金属部材14と電気的に接続して外部電極16と導通する。その後、金属部材14とワイヤ24との接続部分を被覆し、かつダイアタッチ部を囲むように、光反射材を含有するシリコーン樹脂で反射枠体22を形成し、硬化する。枠体内の底面は、その全面が白色レジスト20により被覆される。
(発光素子の封止)
形成された枠体22に、封止部材26として蛍光体が含有されたシリコーン樹脂を充填し、発光素子10を封止する。
(発光装置の個片化)
縦方向に連結された発光装置を図5の点線の位置でダイシングして、平面視の外形が6.5mm×5mmの個々の発光装置400とする。(図5において枠内Aで示すのが1つの発光装置となる部分となる)
このようにして作成された発光装置400を図6に示す。図6(A)は発光装置の上面図であり、図6(B)は図6(A)のB−B線における断面図である。発光装置400は、発光素子10の下部に白色レジスト20を有しているため、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。この発光装置を測定したところ、発光効率が185lm/Wであった。
<比較例>
実施例1において、白色レジスト20を形成しない以外は同様にして発光装置を作成した。つまり、ダイアタッチ部にはAgが露出されている。この発光装置の発光効率を測定したところ、165lm/Wであった。
<実施例2>
ダイアタッチ部に位置する部分に白色レジストを2層重ね、ダイアタッチ部の下部に放熱用のビアを形成する以外は実施例1と同様にして発光装置を形成する。
本実施例によれば、実施例1よりも光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
<実施例3>
絶縁性基板としてFR−4の代わりに板厚1mmのアルミナからなる基板を用いる以外は実施例1と同様にして発光装置を形成する。このアルミナ基板は、熱導電率が35W/m・K程度のものを使用し、上面に外部電極が形成されている。
本実施例では、無機材料の基板を用いるために、熱や光による劣化が少なく、信頼性の高い発光装置とすることができる。
100、200、300、400 発光装置
10 発光素子
12 絶縁性基板
14 金属部材
16 外部電極
18 ビア
20 白色レジスト
20a 第1レジスト層
20b 第2レジスト層
22 枠体
24 ワイヤ
26 封止部材
28 接合部材
30 放熱端子
32 開口
34 第1の孔
36 第2の孔

Claims (8)

  1. 金属部材と、
    前記金属部材の上に接して配置された白色レジストと、を有し、
    接合面が絶縁性の部材からなる発光素子が、前記白色レジストの上に接合部材を介して配置されることを特徴とする発光装置。
  2. 前記発光素子は、透光性基板上に半導体層を有していることを特徴とする発光装置。
  3. 前記金属部材は、絶縁性基板上に配置された金属層であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記白色レジストの厚みは5μm〜50μmであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
  5. 前記金属部材の厚みは、5μm〜100μmであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記金属部材は少なくともその表面がAgであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 前記白色レジストは、前記発光素子の接合面の全面に対応するように形成されている請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の発光装置。
  8. 前記白色レジストと前記発光素子との接合面のうち、中央付近の一部の前記白色レジストが開口されて前記金属部材が露出されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の発光装置。
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