JP2015023162A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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−Al2O3−SiO2)系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート((Sr,Ba)2SiO4)系蛍光体、βサイアロン蛍光体、KSF系蛍光体(K2SiF6: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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
切断には、ダイサー、レーザなどを用いることができる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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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