JP2015023162A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型かつ薄型の側面発光型の発光装置であっても、実装に使用される半田等の浸入を抑制し得る構成を備える発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも第1主面上に一対の接続端子3を備える基体4と、接続端子3と接続された発光素子5と、接続端子3の一部を被覆する絶縁部材9と、発光素子5を封止する封止部材7とを備える発光装置1であって、接続端子3は、第1主面上において発光素子5と接続される素子接続部3aと、発光装置1の外部と接続される外部接続部3bとを有し、絶縁部材9は、前記封止部材と接し、素子接続部3aと外部接続部3bとの間に配置されている側面発光型の発光装置。
【選択図】図2

Description

本発明は、発光装置に関し、より詳細には側面発光型(「サイドビュータイプ」ともいう)の発光装置に関する。
従来から、電子機器の表示パネルのバックライト光源等として、側面発光型の発光ダイオード(LED)が使用されている。
例えば、凹部を備えるチップ状の母材及びこの母材の表面に形成され、発光素子と接続される一組の端子を有する基体と、発光素子とを備える発光装置であって、発光素子の下方から延設された一組の端子が、それぞれ、母材の両端面近傍の表面に周設された側面発光型の発光装置が提案されている。
特開平8−264842号公報
しかし、より小型化及び薄膜化が要求されている発光装置では、上述した基体自体の占有空間を最小限にするために、基体の平坦化及び縮小化が進められている。そのために、光取り出し面を側方に向けて実装基板に実装される側面発光型の発光装置では、発光素子が搭載された端子と同一面において、半田等が配置されて実装される。
そして、同一面に配置された半田等は、たとえ発光素子が封止部材等によって封止されていたとしても、端子表面に沿って、その一部又は半田等に含まれるフラックスが封止部材と端子との間に浸入し、発光装置の信頼性を低下させる恐れがある。
特に薄型化の要求に対応する発光装置では、発光素子が搭載された端子と、半田等で固定される端子とが近接していることから、半田等の浸入許容マージンが非常に小さく、上述した不良が発生しやすいという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型かつ薄型の側面発光型の発光装置であっても、実装に使用される半田等の浸入を抑制し得る構成を備える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、
少なくとも第1主面上に一対の接続端子を備える基体と、
前記接続端子と接続された発光素子と、
前記接続端子の一部を被覆する絶縁部材と、
前記発光素子を封止する封止部材と、を備える発光装置であって、
前記接続端子は、前記第1主面上において、前記発光素子と接続される素子接続部と、前記発光装置の外部と接続される外部接続部とを有し、
前記絶縁部材は、前記封止部材と接し、前記素子接続部と前記外部接続部との間に配置されている側面発光型の発光装置である。
本発明の発光装置によれば、小型かつ薄型の側面発光型の発光装置であっても、実装に使用される半田等の浸入を有効に抑制することができる。
本発明の一実施の形態の発光装置の概略斜視図である。 図1の発光装置のA−A’線断面図である。 図1の発光装置の平面透視図である。 図1の発光装置が実装部材に実装された状態を示す概略斜視図である。 図1の発光装置の製造方法を説明するための概略平面図である。 図5AのB−B’線断面図である。 本発明の別の実施の形態の発光装置の平面図である。 図6Aの発光装置のC−C’線断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の発光装置の平面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の発光装置の概略平面図である。 図8Aの矢印E側から見た図である。 図8AのF−F’線断面図である。 図8AのG−G’線断面図である。 図8Aの発光装置における基体の平面図である。 図8Eの基体の矢印E側から見た透視図である。 図8Eの基体の裏面透視図である。 本発明のさらに別の実施の形態の発光装置の概略平面図である。 図9Aの矢印E側から見た図である。 図9AのF−F’線断面図である。 図9AのG−G’線断面図である。 図9Aの発光装置における基体の平面図である。
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。
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。
本発明の発光装置は、側面発光型であり、いわゆるサイドビュータイプと称される発光装置である。この発光装置は、光取り出し面に隣接する面を実装面とする。この発光装置は、一対の接続端子を備える基体と、発光素子と、封止部材と、絶縁部材とを備える。
本明細書においては、発光装置の光取り出し面を上面、光取り出し面に隣接又は交差する面を側面と称し、側面のうちの1つを発光装置の実装面と称する。これに伴って、発光装置を構成する各要素又は各部材の面のうち、発光装置の光取り出し面に対応する面を第1主面(つまり、上面)と、第1主面の反対側の面を第2主面(つまり、下面)と、第1主面と第2主面に隣接又は交差する面(つまり、発光装置の側面に対応する面)を端面と称することがある。
〔基体〕
基体は、少なくとも第1主面に正負に対応する一対の接続端子を備える。これら接続端子は、通常、母材の少なくとも第1主面に形成されている。ここでの第1主面とは、基体又は母材の一方の表面を指す。
基体の形状は特に限定されないが、後述する母材の形状に相当する形状となる。例えば、少なくとも第1主面が、長手方向に長いことが好ましく、さらに、長手方向に直交する短手方向を備えることがより好ましい。
(母材)
母材は、どのような材料によって形成されていてもよい。例えば、金属、セラミック、樹脂、誘電体、パルプ、ガラス、紙又はこれらの複合材料、あるいはこれら材料と導電材料(例えば、金属、カーボン等)との複合材料等が挙げられる。金属としては、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はこれらの合金を含むものが挙げられる。樹脂としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン(BT)樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。樹脂には、酸化チタンなどの白色顔料が含有されていてもよい。なかでも、セラミック、複合樹脂であることが好ましい。
母材がこのような材料によって形成される場合には、公知の製造技術を適用することで安価に調達することができる。
セラミックは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン又はこれらの混合物を含むものが挙げられ、放熱性の高い窒化アルミ等を用いることが好ましい。複合樹脂は、ガラスエポキシ樹脂を用いることが好ましい。なお、母材は適度の強度を確保したものであってもよいし、いわゆるフレキシブル性を有するものであってもよい。
1つの発光装置における母材の形状、大きさ、厚み等は特に限定されるものではなく、適宜設定することができる。その平面形状は、例えば、円形、四角形等の多角形又はこれらに近い形状が挙げられ、なかでも長方形、つまり、長手方向に細長い形状が好ましい。大きさは、後述する発光素子よりも大きい平面積であることが好ましく、特に、発光素子の一辺の2〜5倍程度の長さを有する大きさが好ましい。厚みは、50〜300μm程度が挙げられる。
(接続端子)
一対の接続端子は、基体の少なくとも第1主面上に形成されていればよい。この場合、接続端子の縁部の一部は、基体の第1主面の縁部の一部に一致するように形成することが好ましい。言い換えると、接続端子の端面の一部と基体の端面の一部とが同一面を形成するように形成することが好ましい。これにより、発光装置の実装性を向上させることができる。ここで同一面とは、段差がない又はほとんどないことを意味し、数μmから数十μm程度の凹凸は許容されることを意味する。本願明細書において以下同じである。
接続端子は、第1主面において、発光素子の電極と接続される素子接続部と、発光装置の外部と接続される外部接続とを有する。外部接続部は、基体の第1主面に加えて、さらに基体の第2主面上に延長していることがより好ましい。
例えば、接続端子は、第1主面から、第1主面と第2主面との間に存在する面(つまり、端面)の上に延長して設けられているか、第1主面から、第1主面と第2主面との間に存在する端面の上を通って、さらに、第2主面上に延長して(例えば、断面視、U字状に)設けられていることが好ましい(図2の接続端子3、図8Cの接続端子43等参照)。ここで端面とは、第1主面と第2主面との間に存在する1つの端面の一部又は全部を意味するが、第1主面と第2主面との間に存在する特定の端面の一部又は全部に加えて、この特定の端面に隣接する1つ又は2つの端面の一部を含んでいてもよい。
通常、素子接続部は第1主面上に配置され、外部接続部は、第1主面上か、第1主面及び端面上か又は第1主面、端面及び第2主面上かに配置される。
接続端子は、基体の第1主面上、端面上及び/又は第2主面上にわたって、必ずしも同じ幅(例えば、基体の短手方向の長さ)でなくてもよく、一部のみ幅狭又は幅広に形成されていてもよい。あるいは、基体の第1主面及び/又は第2主面において、幅狭となるように、接続端子の一部が絶縁材料(例えば、母材等)により被覆されていてもよい。このような幅狭となる部位は、基体の少なくとも第1主面上に配置されることが好ましく(図3の接続端子3参照)、第1主面及び第2主面上の双方に配置されていてもよい(図8D及び図8Fの接続端子43参照)。特に、基体の第1主面上では、後述する封止部材の近傍において配置されることがより好ましい。
このような幅狭となる部位を配置することにより、接続端子に接続される、後述するような半田等又はこれらに含まれるフラックスなどが、端子表面に沿って、後述する封止部材下、さらに発光素子下にまで浸入することを抑制することができる。
また、素子接続部を、基体の長手方向に沿った端面から離間させることによって、発光素子の実装時に、後述するような半田等又はこれらに含まれるフラックスなどが、端子表面に沿って、後述する封止部材下、さらに発光素子下にまで浸入することを抑制することができる。
幅狭となる部位は、素子接続部よりも幅狭であることが好ましい。また、幅狭となる部位は、なだらかに幅狭になることが好ましい(例えば、図8Eの接続端子43参照)。
なお、接続端子が第1主面上から第2主面にそれぞれ延長する場合、必ずしも端面上を通らず、母材に設けられたスルーホールを経て延長していてもよい。
また、発光素子に電気的に接続される接続端子の他に、さらに、放熱用の端子、ヒートシンク、補強部材等を有していてもよい。これらは、第1主面、第2主面、端面のいずれに配置されていてもよく、特に、発光素子及び/又は封止部材の下方に配置されていることが好ましい。これにより、発光装置の強度を高め、信頼性を高めることができる。また、封止部材が金型を用いて成形される場合には、基体のゆがみが低減され、封止部材の成形性を向上させることができる。
放熱用の端子又は補強端子が接続端子の間に設けられる場合、絶縁性の膜で被覆されていることが好ましい。これにより、接続端子間と放熱用の端子または接続端子との半田のブリッジを防止することができる。
さらに、1つの発光装置に発光素子が複数配置される場合、複数の発光素子を電気的に接続するさらなる接続端子を1以上備えていてもよい。この場合、1つの基体に実装される発光素子の数、その配列、接続形態(並列及び直列)等によって、接続端子の形状及び位置等を適宜設定することができる(図6Bの端子25参照)。
接続端子は、例えば、Au、Pt、Pd、Rh、Ni、W、Mo、Cr、Ti、Fe、Cu、Al、Ag等の金属又はこれらの合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。なかでも、導電性及び実装性に優れているものが好ましく、実装側のはんだとの接合性及び濡れ性の良い材料がより好ましい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。接続端子の表面には、銀、プラチナ、錫、金、銅、ロジウム、又はこれらの合金などの光反射性の高い被膜が形成されていてもよい。接続端子は、具体的には、W/Ni/Au、W/Ni/Pd/Au、W/NiCo/Pd/Auなどの積層構造が挙げられる。また、部分的に厚み又は積層数が異なっていてもよい(図8B及び図9Bの接続端子43、図8C及び図9Cの凸部43b参照)。
接続端子は、それぞれ、発光素子と接続される面において略平坦であることが好ましい。また、接続端子は、発光素子が基体に搭載された場合に、発光面を水平に配置することができるように、基体の表面(発光素子と接続される面側)に水平であることが好ましい。
接続端子は、配線、リードフレーム等を利用してもよいが、基体表面において略平坦に又は基体と同一面を形成するために、メッキ等によって上述した材料の膜を形成することが好ましい。この場合の接続端子の厚みは、数μmから数百μmが挙げられる。
基体は、それ自体がコンデンサ、バリスタ、ツェナーダイオード、ブリッジダイオード等の保護素子を構成するものであってもよいし、これら素子の機能を果たす構造をその一部に備えるものでもよい。このような素子機能を果たすものを利用することにより、別途部品を搭載することなく、発光装置として機能させることができるために、静電耐圧等を向上させた高性能の発光装置を、より小型化することが可能となる。
〔発光素子〕
発光素子は、基体上に搭載されており、基体の第1主面において、第1主面上の接続端子と接続されている。
1つの発光装置に搭載される発光素子は1つでもよいし、複数でもよい。発光素子の大きさ、形状、発光波長は適宜選択することができる。複数の発光素子が搭載される場合、その配置は不規則でもよく、行列など規則的又は周期的に配置されてもよい。また、複数の発光素子は、直列、並列、直並列又は並直列のいずれの接続形態でもよい。
本発明の発光装置における発光素子は、半導体積層体として、第1半導体層(例えば、n型半導体層)、発光層、第2半導体層(例えば、p型半導体層)がこの順に積層され、同一面側(例えば、第2半導体層側の面)に、第1半導体層に電気的に接続される第1電極と、第2半導体層に電気的に接続される第2電極との双方を有する。半導体積層体は、通常、半導体層の成長用の基板上に積層されるが、発光素子として該成長用の基板を伴っていてもよいし、基板が除去されたものでもよい。
第1半導体層、発光層及び第2半導体層の種類、材料は特に限定されるものではなく、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体が挙げられる。具体的には、InAlGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物系の半導体材料が挙げられ、InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等を用いることができる。各層の膜厚及び層構造は、当該分野で公知のものを利用することができる。
半導体層の成長用の基板としては、半導体層をエピタキシャル成長させることができるものが挙げられる。このような基板の材料としては、サファイア(Al)、スピネル(MgA1)のような絶縁性基板、上述した窒化物系の半導体基板等が挙げられる。半導体層の成長用の基板として、サファイア基板のような透光性を有する基板を用いることにより、半導体積層体から除去せず発光装置に用いることができる。
基板は、表面に複数の凸部又は凹凸を有するものであってもよい。また、C面、A面等の所定の結晶面に対して0〜10°程度のオフ角を有するものであってもよい。
基板は、第1半導体層との間に、中間層、バッファ層、下地層等の半導体層又は絶縁層等を有していてもよい。
半導体層の成長用の基板は、この成長用の基板側から半導体層に、基板を透過するレーザ光(例えば、KrFエキシマレーザ)を照射し、半導体層と基板との界面で分解反応を生じさせ、基板を半導体層から分離する、レーザリフトオフ法等を利用して除去することができる。ただし、成長用の基板は、半導体層から完全に除去されたものに加えて、半導体層の端部又は隅部に若干の基板が残存していてもよい。成長用の基板の除去は、発光素子が基体に実装された前後のいずれに行ってもよい。
半導体積層体は、半導体層の成長用の基板が除去されたものである場合、より薄型化、小型化を実現する発光装置を得ることができる。また、発光に直接寄与しない層を除去することにより、これに起因する発光層から出射される光の吸収を阻止することができる。よって、より発光効率を向上させることができる。その結果、発光輝度を高めることが可能となる。
半導体積層体は、平面視における形状は特に限定されるものではなく、四角形又はこれに近似する形状が好ましい。半導体積層体の大きさは、発光装置の大きさによって、その上限を適宜調整することができる。具体的には、半導体積層体の一辺の長さが、数百μmから10mm程度が挙げられる。
(第1電極及び第2電極)
第1電極及び第2電極は、半導体積層体の同一面側(基板が存在する場合にはその反対側の面)に形成されていることが好ましい。これにより、基体の正負の接続端子と発光素子の第1電極と第2電極を対向させて接合するフリップチップ実装を行うことができる。
第1電極及び第2電極は、例えば、Au、Pt、Pd、Rh、Ni、W、Mo、Cr、Ti等の金属又はこれらの合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。具体的には、半導体層側からTi/Rh/Au、W/Pt/Au、Rh/Pt/Au、W/Pt/Au、Ni/Pt/Au、Ti/Rh等のように積層された積層膜が挙げられる。膜厚は、当該分野で用いられる膜の膜厚のいずれでもよい。
また、第1電極及び第2電極は、それぞれ第1半導体層及び第2半導体層に近い側に、発光層から出射される光に対する反射率が電極のその他の材料より高い材料層が、これら電極の一部として配置されることが好ましい。
反射率が高い材料としては、銀又は銀合金やアルミニウムを有する層が挙げられる。銀合金としては、当該分野で公知の材料のいずれを用いてもよい。この材料層の厚みは、特に限定されるものではなく、発光素子から出射される光を効果的に反射することができる厚み、例えば、20nm〜1μm程度が挙げられる。この材料層の第1半導体層又は第2半導体層との接触面積は大きいほど好ましい。
なお、銀又は銀合金を用いる場合には、銀のマイグレーションを防止するために、その表面(好ましくは、上面及び端面)を被覆する被覆層を形成することが好ましい。
このような被覆層としては、通常、導電材料として用いられている金属及び合金によって形成されるものであればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属を含有する単層又は積層層が挙げられる。なかでも、AlCuを用いることが好ましい。被覆層の厚みは、効果的に銀のマイグレーションを防止するために、数百nm〜数μm程度が挙げられる。
第1電極及び第2電極は、それぞれ第1半導体層及び第2半導体層に電気的に接続されている限り、電極の全面が半導体層に接触されていなくてもよいし、第1電極の一部が第1半導体層の上に及び/又は第2電極の一部が第2半導体層の上に位置していなくてもよい。つまり、例えば、絶縁膜等を介して、第1電極が第2半導体層上に配置されていてもよいし、第2電極が第1半導体層上に配置されていてもよい。これにより、第1電極又は第2電極の形状を容易に変更することができるため、一対の接続端子に容易に実装することができる。
ここでの絶縁膜としては、特に限定されるものではなく、当該分野で使用されるものの単層膜及び積層膜のいずれでもよい。絶縁膜等を用いることにより、第1電極及び第2電極は、第1半導体層及び/又は第2半導体層の平面積にかかわらず、任意の大きさ及び位置に設定することができる。
第1電極及び第2電極の形状は、半導体積層体の形状、基体の接続端子(より具体的には素子接続部)の形状等によって設定することができる。第1電極、第2電極及び素子接続部は、それぞれが平面視四角形又はこれに近い形状とすることが好ましい。これにより、セルフアライメント効果により、半導体積層体と基体との接合及び位置合わせを容易に行うことができる。この場合、少なくとも、基体と接続される半導体積層体の最表面において、第1電極及び第2電極の平面形状が略同じであることが好ましい。また、半導体積層体の中央部分を挟んで、第1電極及び第2電極がそれぞれ対向するように配置されていることが好ましい。
第1電極及び第2電極の第1主面(半導体層とは反対側の面)は、段差を有していてもよいが、略平坦であることが好ましい。ここでの平坦とは、半導体積層体の第2主面(第1主面と反対側の面)から第1電極の第1主面までの高さと、半導体積層体の第2主面から第2電極の第1主面までの高さとが略同じであることを意味する。ここでの略同じとは、半導体積層体の高さの±10%程度の変動は許容される。
このように、第1電極及び第2電極の第1主面を略平坦、つまり、実質的に両者を同一面に配置することにより、発光素子を基体に水平に実装することが容易となる。このような第1電極及び第2電極を形成するためには、例えば、電極上にメッキ等で金属膜を設け、その後、平坦となるよう研磨や切削を行ことで実現することができる。
第1電極及び第2電極と第1半導体層及び第2半導体層とのそれぞれの間に、両者の電気的な接続を阻害しない範囲で、DBR(分布ブラッグ反射器)層等を配置してもよい。
DBRは、例えば、任意に酸化膜等からなる下地層の上に、低屈折率層と高屈折率層とを積層させた多層構造であり、所定の波長光を選択的に反射する。具体的には屈折率の異なる膜を1/4波長の厚みで交互に積層することにより、所定の波長を高効率に反射させることができる。材料として、Si、Ti、Zr、Nb、Ta、Alからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物または窒化物を含んで形成することができる。
発光素子は、通常、第1電極及び第2電極が、接合部材によって上述した基体の接続端子と接合されている。このような接合部材は、当該分野で公知の材料のいずれをも用いることができる。具体的には、錫-ビスマス系、錫-銅系、錫-銀系、金-錫系などの半田、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、バンプ、異方性導電材、低融点金属などのろう材等が挙げられる。なかでも、半田を用いることにより、セルフアライメント効果によって、発光素子を適所に実装することが容易となり、量産性を向上させ、より小型の発光装置を製造することができる。
〔封止部材〕
封止部材は、少なくとも発光素子を被覆、固定又は封止する機能を有する部材である。その材料は特に限定されるものではなく、セラミック、樹脂、誘電体、パルプ、ガラス又はこれらの複合材料等が挙げられる。なかでも、任意の形状に容易に成形することができるという観点から、樹脂が好ましい。
樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。具体的には、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物;エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物;ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物;ポリフタルアミド(PPA);ポリカーボネート樹脂;ポリフェニレンサルファイド(PPS);液晶ポリマー(LCP);ABS樹脂;フェノール樹脂;アクリル樹脂;PBT樹脂等の樹脂が挙げられる。
封止部材は、透光性であってもよいが、発光素子からの光に対する反射率が60%以上である遮光性材料、より好ましくは70%、80%又は90%以上の遮光性材料であるものが好ましい。
そのために、上述した材料、例えば、樹脂に、二酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化ニオブ、硫酸バリウム、カーボンブラック、各種希土類酸化物(例えば、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム)などの光反射材、光散乱材又は着色剤等を含有させることが好ましい。
封止部材は、ガラスファイバー、ワラストナイトなどの繊維状フィラー、カーボン等の無機フィラーを含有させてもよい。また、放熱性の高い材料(例えば、窒化アルミ等)を含有させてもよい。
さらに、封止部材には、後述する蛍光体を含有させてもよい。
これらの添加物は、例えば、封止部材の全重量に対して、10〜40重量%程度含有させることが好ましい。
これにより、発光素子からの光を効率よく反射させることができる。特に、基体よりも光反射率の高い材料を用いる(例えば、基体に窒化アルミを用いた場合に、封止部材として二酸化チタンを含有させたシリコーン樹脂を用いる)ことにより、ハンドリング性を保ちつつ、基体の大きさを小さくして、発光装置の光取出し効率を高めることができる。
また、半導体層の成長基板又は支持体などを除去、剥離するなどプロセス中の封止部材の強度を向上させることができ、ひいては、発光装置においても強度を確保することができる。
さらに、放熱性の高い材料によって、発光装置の小型化を維持したまま、放熱性を向上させることができる。
封止部材の形状は特に限定されるものではなく、例えば、円柱、四角形柱等の多角形柱又はこれらに近い形状、円錐台、四角錐台等の多角錐台、一部がレンズ状等であってもよい。なかでも基体の長手方向に細長い形状を有していることが好ましい。また、基体の短手方向に沿った面を有することが好ましい。
封止部材は、絶縁部材と接し、発光素子と後述する絶縁部材との間に設けられていれば特に限定されないが、発光素子の全周囲を取り囲むよう設けられることが好ましい。また、フリップチップ実装された発光素子と基体との間を充填するよう設けられることが好ましい。これにより、発光装置の強度を高めることができる。また、封止部材が発光素子の全周囲を取り囲むように設けられる場合には、封止部材は、発光装置の長手方向側において厚く、短手方向側において薄く設けられることが好ましい。これにより、発光装置の薄型化を図ることができる。
封止部材の平面視における縁部は、基体の縁部よりも内側又は外側に配置してもよい。封止部材が長手方向に細長い形状である場合、その長手方向に沿う1つの縁部は、基体の長手方向に沿う縁部と一致していることが好ましい。つまり、封止部材の長手方向に沿った端面の少なくとも一方は、基体の長手方向に沿った端面の一方と同一面を形成することが好ましく、双方が同一面を形成することがより好ましい。これにより、発光装置の厚みを大きくすることなく、光取出し面の面積を大きくすることができ、光取出し効率を高めることができる。短手方向の縁部は、基体の短手方向に沿う縁部よりも外側に配置されていてもよいが、通常、内側に配置されている。
封止部材の大きさは、発光素子よりも大きい平面積であることが好ましく、特に、発光素子の一辺の2〜5倍程度の一辺長さを有する大きさが好ましい。厚みは、例えば、50〜300μm程度が挙げられる。
封止部材は、スクリーン印刷、ポッティング、トランスファーモールド、コンプレッションモールド等により形成することができる。
封止部材は、通常、発光素子の側面の全面、発光素子の基体と対向する面等を封止又は被覆するために、発光素子が基体に実装された後に形成されるが、発光素子が基体に実装される前に、発光素子の上面又は側面を被覆するように設けてもよい。
〔絶縁部材〕
絶縁部材は、封止部材と接し、接続端子の少なくとも一部を被覆するように配置され、接続端子の素子接続部と外部接続部との間に配置されていることが好ましい。これにより、後述するように、発光装置を実装基板に実装する場合に、半田が、接続端子表面に沿って浸入して、発光装置の信頼性を低下させることを回避することができる。
また、絶縁部材は、素子接続部から外部端子部の間で連結した領域を配置しないように、素子接続部と外部接続部との間の表面領域を完全に分離するよう配置されていることが好ましい。さらに、封止部材の縁部が、絶縁部材上に配置されるように接続端子の上に配置されていることが好ましい。これにより、封止部材と基体との密着性を高め、封止部材が剥離するおそれを低減することができる。特に、上述したように、封止部材が、長手方向に長い形状を有する場合、封止部材の長手方向における縁部が、絶縁部材上に配置されるように接続端子の上に配置されていることがより好ましい。これにより、基体が反る又は捩じれる場合にも、封止部材の剥離するおそれを低減することができる。なお、上述したように、接続端子は、第1主面上において、必ずしも同じ幅を有さないことがあるため、絶縁部材は、その一部が、接続端子の上のみならず、基体の上に配置される場合もある。
絶縁部材は、一対の接続端子のそれぞれを被覆するよう一対設けられてもよいし、一対の接続端子を連続して被覆してもよい。
絶縁部材は、絶縁性を有する限り、どのような材料で形成されていてもよい。例えば、上述した封止部材、後述する透光性部材で例示した材料を用いることができる。なかでも、耐熱性が高い白色のシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
絶縁部材の形状は、特に限定されるものではなく、素子接続部の隣接部位から、封止部材の外側、つまり外部接続部にまで連続した帯状に形成されていることが好ましい。
具体的には、長手方向における絶縁部材の長さは、封止部材の1/10〜1/5程度の長さが挙げられる。
なお、絶縁部材の幅は、基体及び/又は封止部材の幅と同じであるか、それ以下であることが好ましい。
このような幅とすることにより、基体及び/又は封止部材の一端面と同一面を形成でき、さらに、基体及び封止部材の対向する端面の双方と同一面を形成することができる。
特に、接続端子に幅狭となる部位が存在する場合には、その幅狭となる部位を完全に被覆することが好ましい。これによって、後述するように、発光装置を実装基板に実装する場合に、半田が、接続端子表面に沿って浸入して、発光装置の信頼性を低下させることを回避することができる。
絶縁部材は、上述した材料をシート状に成形して貼着する方法、印刷法、電気泳動堆積法、ポッティング、圧縮成型、スプレー、静電塗布法等によって形成することができる。
絶縁部材の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、10〜300μm程度が挙げられる。
封止部材が金型を用いて成形される場合には、絶縁部材は封止部材の下方から外部接続側に連続して形成されることが好ましい。これにより、封止部材を成形する金型と接続端子が接触し、接続端子の損傷を防止することができる。
〔透光性部材〕
発光装置の発光面には、透光性部材が設けられていることが好ましい。
透光性部材は、封止部材と同様の部材であってもよいが、異なる部材であってもよい。
また、発光素子が遮光性の封止部材で被覆されている場合には、透光性部材の端面は封止部材で被覆されていることがより好ましい。このような透光性部材の配置により、発光素子から取り出される光を効率的に発光面に導くことができる。
透光性部材は、発光層から出射される光の60%以上を透過するもの、さらに、70%、80%又は90%以上を透過するものが好ましい。このような部材としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、シリコーン変成樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、TPX樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂、ガラス等が挙げられる。なかでもシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂が好ましく、特に耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂がより好ましい。
透光性部材には、蛍光体が含まれていることが好ましい。
蛍光体は、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット(LAG)、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO−Al−SiO)系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート((Sr,Ba)SiO)系蛍光体、βサイアロン蛍光体、KSF系蛍光体(KSiF:Mn)などが挙げられる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光(例えば白色系)を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置とすることができる。発光装置が液晶ディスプレイのバックライト等に用いられる場合、青色光によって励起され、赤色発光する蛍光体(例えばKSF系蛍光体)と、緑色発光する蛍光体(例えばβサイアロン蛍光体)を用いることが好ましい。これにより、発光装置を用いたディスプレイの色再現範囲を広げることができる。
なお、蛍光体は、上記の部材中に含有されることに限られず、発光装置のさまざまな位置や部材中に設けることができる。例えば、発光素子を被覆するように形成されてもよく、蛍光体を含有しない透光性部材の上に塗布、接着等された蛍光体層として設けられてもよい。
透光性部材は、さらに、充填材(例えば、拡散剤、着色剤等)を含んでいてもよい。例えば、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、ガラス、カーボンブラック、蛍光体の結晶又は焼結体、蛍光体と無機物の結合材との焼結体等が挙げられる。任意に、充填材の屈折率を調整してもよい。例えば、1.8以上が挙げられ、光を効率的に散乱し高い光取り出し効率を得るために、2以上であることが好ましく、2.5以上であることがより好ましい。なかでも、酸化チタンは、水分などに対して比較的安定で且つ高屈折率であり、また熱伝導性にも優れるため、好ましい。
充填剤の粒子の形状は、破砕状、球状、中空及び多孔質等のいずれでもよい。粒子の平均粒径(メジアン径)は、高い効率で光散乱効果を得られる、0.08〜10μm程度が好ましい。
充填材は、例えば、透光性部材の線重量に対して10〜60重量%程度が好ましい。
透光性部材を形成する方法は、透光性部材をシート状に成形して、ホットメルト方式で又は接着剤により接着する方法、電気泳動堆積法、ポッティング、圧縮成型、スプレー、静電塗布法、印刷法等が挙げられる。この際、粘度又は流動性を調整するために、シリカ(アエロジル)などを添加してもよい。
透光性部材の厚みは特に限定されるものではなく、例えば、10〜300μm程度が挙げられる。
透光性部材は、配光を制御するために、その第1主面及び/又は第2主面を凸面、凹面等の凹凸面にしてもよい。
透光性部材は、発光素子が基体に実装される前に発光素子の上面に接着されて、発光装置に設けられてもよい。特に、発光素子が、半導体層の成長用の基板が除去された半導体積層体によって構成される場合には、例えば、ガラス、セラミック等の硬質な透光性部材に接着又は固定されることによって発光素子の強度が高まり、ハンドリング性、発光素子の実装の信頼性等を高めることができる。
以下に本発明の発光装置の実施形態を、図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態1
本実施形態の発光装置1は、図1〜図3に示すように、接続端子3を有する基体4と、発光素子5と、封止部材7と、絶縁部材9とを含んで構成されている。
基体4は、ガラスエポキシ樹脂の直方体状の母材2の表面(第1主面である上面2a、短手方向に延びる端面2b及び第2主面である下面2c)に、母材2側からCu/Ni/Auが積層されて構成された一対の接続端子3が形成されて構成される。基体4は、長手方向の長さが2.2mm、短手方向の幅が0.4mm、厚さが0.3mmの配線基板として機能する。
一対の接続端子3は、母材2の上面側の中央部において、互いに接近して、素子接続部3aを構成する。一対の接続端子3は、それぞれ、素子接続部3aから長手方向に延びて、母材2の上面2aから端面2bを経て下面2cに連続して形成されている。接続端子3は、素子接続部3aから延長して母材2の下面2cに連続する部位(断面視U字状の部位)が外部接続部3bとなる(図2参照)。
接続端子3の長手方向に沿った縁部は、基体4の長手方向に沿った縁部に一致しており、接続端子3の長手方向に沿った端面は、基体4の長手方向に沿った端面と同一面を形成している。
なお、接続端子3は、素子接続部3aと外部接続部3bとの間において、幅狭となる部位を有する(図3参照)。また、図示しないが、基体4の第2主面上の外部接続部3bの一部が幅狭となる部位を有する。
基体4の素子接続部3aには、1つの発光素子5がフリップチップ実装されている。
発光素子5は、サファイア基板上に窒化物半導体の積層体が形成され、積層体のサファイア基板と反対側の表面に正負一対の電極を有する。発光素子5は、その正負一対の電極が、基体4の一対の素子接続部3aに、それぞれ、Au−Sn共晶半田である接合部材6によって接続されている。
発光素子5は、長手方向の長さが0.8mm、短手方向の幅が0.3mm、厚さが0.1mmの直方体状の青色発光(発光中心波長455nm)のLEDチップである。
封止部材7は、長手方向の長さが1.2mm、短手方向の幅が0.4mm、厚さが0.3mmの略直方体状に成形されている。つまり、封止部材7の長手方向に沿った縁部は、それぞれ、基体4の長手方向に沿った縁部と一致している。
封止部材7は、発光素子5に接し、その端面の全周を被覆するように、基体4の第1主面に設けられている。また、封止部材7は、発光素子5の基体4と対向する面側においても設けられ、接合部材6の間にも配置されている。
これによって、発光素子5から上面に、効率良く光を取り出すことができる。
封止部材7は、平均粒径14μmのシリカと、無機粒子として、平均粒径0.25〜0.3μm酸化チタンとを、それぞれ、封止部材7の全重量に対して、2〜2.5wt%及び40〜50wt%で含有したシリコーン樹脂によって形成されている。
基体4上の封止部材7の両側では、接続端子3の幅狭の部位の一部と外部接続部が封止部材7から露出されている。
封止部材7の長手方向に沿った縁部は、基体4の長手方向に沿った縁部に一致しており、封止部材7の長手方向に沿った端面は、基体4の長手方向に沿った端面と同一面を形成している。
接続端子3上であって、素子接続部3aと外部接続部3bとの間において、絶縁部材9が配置されている。絶縁部材9は、長手方向の長さが0.5mm、短手方向の幅が0.4mm、厚さが0.02mmの略直方体状に成形されている。絶縁部材9は、封止部材7の端面から長手方向に0.3mm露出している。絶縁部材9は、接続端子3の幅狭となる部位とその周辺を被覆している。
封止部材7の長手方向に対向する縁部は、絶縁部材9の上に配置されており、封止部材7の長手方向に沿った縁部は、絶縁部材9の長手方向に沿った縁部と一致している。また、絶縁部材9の長手方向に沿った縁部は、基体4の長手方向に沿った縁部に一致しており、絶縁部材9の長手方向に沿った端面は、基体4の長手方向に沿った端面と同一面を形成している。
絶縁部材9は、二酸化チタンを含有する白色のシリコーン樹脂によって、形成されている。
発光素子5上、つまり、正負一対の電極と反対側の表面に、YAG:Ceの蛍光体を含有するシリコーン樹脂のシート(厚さ0.1mm)である透光性部材10が配置されている。
透光性部材10の端面は、封止部材7によって被覆されている。透光性部材10の上面と、封止部材7の上面とは同一面を形成している。
このような発光装置1は、図4に示すように、基体4の長手方向に沿った2つの端面と、封止部材7の長手方向に沿った2つの端面とが、それぞれ同一面を形成するように配置されている。これらの同一面を形成する一方の端面を、発光装置1の実装面として、表面に配線パターン52を有する実装基板51上において、側面実装型で実装される。
実装は、発光装置1の一対の外部接続部3bが、それぞれ、実装基板51の正極及び負極に対応する配線パターン52上に載置され、半田53により接続される。半田53は、U字状に屈曲した外部接続部3bにおいて、基体4の第1主面のみならず、端面及び第2主面にわたって接続され、小型の接続端子3の間で、接触面積を広げて、接続することができる。これによって、発光装置の側面にフィレットを形成することができる。その結果、発光装置の放熱性を向上させることができ、また、発光装置の実装安定性を向上させることが可能となる。
また、接続端子3において、素子接続部3aと外部接続部3bとの間に幅狭となる部位を配置することにより、外部接続部3bに接続される、半田53等又はこれに含まれるフラックスなどが、封止部材7下に浸入するのを抑制することができる。
さらに、封止部材7の長手方向に沿った端面及び基体4の長手方向に沿った端面の双方が実装基板11の表面に接している。
封止部材7は、それ自体が、発光素子5の周囲において極薄い壁状に設けられることにより、発光装置1の十分な小型化を図ることができる。さらに、封止部材7を光反射性又は遮光性の材料で成形することにより、発光素子5から放射される光のうち、横方向に出射する光を、封止部材7によって上方に反射させて取り出すことができ、光の利用効率を向上させることが可能となる。
このような発光装置1は、図5A及び図5Bに示すように、母材12に複合接続端子13が形成された複合基体14を用いて製造することができる。この複合基体14は、個片化工程後に各発光装置の基体となるものが複数個連なって構成されている。
この複合基体14は、母材12において、上面から裏面に及ぶスリット15を有している。複合接続端子13は、このスリット15の内壁を通って、複合基体14の母材12の上面から下面に連続して設けられている。
図5では、18個の発光装置を得る複合基体14を表しているが、生産効率を考慮して、より多数(数百〜数千個)の発光装置を得る複合基体14とすることができる。
このような複合基体14上に、複数の基体上に一括で絶縁部材19を形成する。その後、発光素子5を接続し、発光素子5の上に発光素子5と平面視において略同じ形状の透光性部材10を接着し、その後、発光素子5と透光性部材10の端面を被覆するよう、複数の封止部材17を一括で圧縮成型により成形した後、複合基体14と封止部材17とを分割予定線Lに沿って一方向に切断する。これによって、スリット15の配置により、スリットの延長方向にも分離され、比較的少ない工数で個片化した発光装置を得ることができる。
切断には、ダイサー、レーザなどを用いることができる。
実施の形態2
本実施形態の発光装置20は、図6A及び図6Bに示すように、接続端子23を有する基体24と、複数の発光素子5と、封止部材27とを含んで構成されている。
接続端子23は、母材22の長手方向の両側において、上面、端面及び下面に延長して配置されている。また、母材の上面においては、複数の発光素子5を、例えば、直列接続し得る端子25がさらに配置されている。
発光素子5は、複数が一列に整列して配置されている。なお、一列のみならず、行列方向に配置されていてもよい。
封止部材27は、これら複数の発光素子5を一体的に封止している。封止部材27の長手方向に沿った端面は、基体24の長手方向に沿った端面と同一面を形成している。封止部材27の短手方向に対向する縁部は、基体24の内側に配置されている。
絶縁部材29は、その上に、封止部材27の短手方向に対向する縁部を配置するように配置されている。
図示していないが、発光素子5の間において、基体24に凹部又は貫通孔が形成され、その凹部又は貫通孔に封止部材27の一部が充填されて、封止部材27が基体24に係止されていることが好ましい。これにより、封止部材27と基体24との密着性を高めて、封止部材27の基体24からの剥離を防止することができる。
上述した構成以外は実質的に実施の形態1と同様の構成を有する。よって、実施の形態1と同様の効果を示す。
さらに、この発光装置は、線状又はマトリクス状の側面発光型発光装置として利用することができる。従って、この発光装置は、個々の側面発光型発光装置を、それぞれ実装基板に実装することと比較して、実装精度を向上させることができる。また、例えば、バックライト光源として、導光板とのアライメント性を向上させることができる。
実施の形態3
この実施の形態の発光装置30は、図7に示すように、実施の形態1の発光装置が、そのまま、隣接する接続端子33、特に外部接続部33bを共有する形態で結合させたように、複数列方向又は行列方向に配列されている。つまり、隣接する発光素子5の間において、母材32にスルーホールを設け、このスルーホールを介して、基体34の接続端子33を基体34の下面側に引き出している。
このような構成以外は、実質的に実施の形態1の発光装置と同様の構成を有する。よって、実施の形態1と同様の効果を有する。さらに、実施の形態2と同様の効果を有する。
実施の形態4
この実施の形態の発光装置40は、図8A〜図8Gに示すように、母材42の第1主面から端面を経て第2主面に連続して形成された接続端子43が、Cu/Ni/Auによって形成されており、第1主面及び第2主面においては、さらにCuによる層を有しており、発光素子と接続する部位において、さらにCuによる凸部43bを有している。
なお、接続端子43は、まず、母材42の凸部43bに相当する部位にCuをメッキによって所定の形状に成膜し、その後、端面をマスクし、Cuによる凸部を含む第1主面及び第2主面にCuをメッキによって形成する。さらに、端面のマスクを除去して、第1主面、端面及び第2主面にNi/Auをメッキによって形成することにより、接続端子43を形成することができる。
また、基体は、発光素子5aの搭載領域に対応する第2主面に、補強端子43aを備えている。
基体の第2主面は、一対の接続端子43の基体の中央部に近い部分から、母材42及び補強端子43a上にわたって、絶縁性の膜45によって被覆されている。
接続端子43は、図8Eに示すように、基体の第1主面において、一部が幅狭に形成されている。図8Gに示すように、接続端子43は、第2主面においても、一部が幅狭に形成されている。
発光素子5aは、図8Cに示すように、半導体積層体と一対の電極によって形成されており、半導体層の成長用の基板が除去されている。
成長用の基板の除去は、例えば、成長用の基板を有する発光素子5を一対の接続端子に実装し、封止部材7を配置した後に、成長用の基板であるサファイア基板を、このサファイア基板側から半導体層に、レーザ光(例えば、KrFエキシマレーザ)を照射し、半導体層と基板との界面で分解反応を生じさせ、基板を半導体層から分離する、レーザリフトオフ法を利用して行われる。
この際に、封止部材7によって発光素子の半導体層を被覆し、半導体層と基体との間充填することによって、発光素子を確実に固定することができ、レーザ光の照射による応力を吸収し、サファイア基板を半導体層から効率的に除去することができる。
発光素子5aの一対の電極は、接続端子43の凸部43bと接合部材6によって接合されている。
発光素子5aの第1主面上には、透光性部材10aとして、蛍光体を含有したセラミックス板が、透光性のシリコーン樹脂の接着材によって固定されている。透光性部材10aの端面は封止部材7によって被覆されている。
絶縁部材9は、長手方向の長さが0.5mm、短手方向の幅が0.4mm、厚さが0.02mmの略直方体状に成形されている。絶縁部材9は、封止部材7の端面から長手方向に0.3mm露出している。
このような構成以外は、実質的に実施の形態1の発光装置と同様の構成を有する。よって、実施の形態1と同様の効果を有する。
実施の形態5
この実施の形態の発光装置50は、図9A〜図9Eに示すように発光素子5の上に、透光性部材10bとして、透明のガラス板と、その表面にスプレーによって塗布された蛍光体層10cとが配置されている。
これらの構成以外は、実質的に実施の形態4の発光装置と同様の構成を有する。よって、実施の形態1及び4と同様の効果を有する。
本発明の発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具、大型ディスプレイ、広告、行き先案内等の各種表示装置、さらには、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置などに利用することができる。
1、20、30、40、50 発光装置
2、12、22、32、42 母材
2a 上面
2b 端面
2c 下面
3、23、33、43 接続端子
3a 素子接続部
3b、33b 外部接続部
4、24 基体
5、5a 発光素子
6 接合部材
7、17、27 封止部材
9、19、29 絶縁部材
10、10a、10b 透光性部材
10c 蛍光体層
13 複合接続端子
14 複合基体
15 スリット
25 端子
43a 補強端子
43b 凸部
45 絶縁性の膜
51 実装基板
52 配線パターン
53 半田

Claims (7)

  1. 少なくとも第1主面上に一対の接続端子を備える基体と、
    前記接続端子と接続された発光素子と、
    前記接続端子の一部を被覆する絶縁部材と、
    前記発光素子を封止する封止部材と、を備える発光装置であって、
    前記接続端子は、前記第1主面上において、前記発光素子と接続される素子接続部と、前記発光装置の外部と接続される外部接続部とを有し、
    前記絶縁部材は、前記封止部材と接し、前記素子接続部と前記外部接続部との間に配置されている側面発光型の発光装置。
  2. 前記基体の第1主面及び封止部材は、長手方向に延長し、
    前記封止部材の長手方向における縁部が、前記絶縁部材上に配置されている請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記基体の第1主面及び封止部材は、長手方向に長い形状を有し、
    前記長手方向に沿って、前記基体の端面と前記封止部材の端面とが同一面を形成する請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 前記発光素子の第1主面上に、前記発光素子からの光に励起される蛍光体を含有する透光性部材が配置されている請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。
  5. 前記透光性部材の端面が前記封止部材に被覆されている請求項4に記載の発光装置。
  6. 前記封止部材は、遮光性材料によって形成されている請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置。
  7. 前記接続端子は、前記基体の第1主面上から該第1主面と反対側の第2主面上に延長してそれぞれ設けられている請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置。
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