JP2016122828A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対のリード電極20、21を有する基体と、基体上に設けられ、一対のリード電極20、21に電気的に接続された発光素子40と、基体上に設けられ、発光素子40及び一対のリード電極20、21の少なくとも一部を封止する樹脂を母材とする封止部材50と、を備え、一対のリード電極20,21は、硫黄系光沢剤を用いた銀又は銀合金めっきの反射層29を表層に有し、反射層29と封止部材50の間に、透光性の無機物の保護膜60が形成されている。
【選択図】図1B
Description
図1Aは、実施の形態1に係る発光装置の概略上面図である。図1Bは、図1AにおけるA−A断面を示す概略断面図である。
基体は、発光素子が実装される筐体や台座となる部材である。基体は、主として、パッケージ又は配線基板である。基体は、平板状のものや凹部(カップ部)を有するものなどを用いることができる。凹部は、樹脂成形体や基板母体自体を窪ませることで形成されてもよいし、略平坦な樹脂成形体や基板母体の上面に枠状の突起を別途形成することにより、その突起の内側を凹部としてもよい。凹部の上面視形状は、矩形、角が丸みを帯びた矩形、円形、楕円形などが挙げられる。なかでも、多くの基体の外形の上面視形状は矩形状であるため、凹部の上面視形状は、樹脂成形体の外形に略沿った、矩形状又は角が丸みを帯びている矩形状であることが好ましい。これにより、凹部の開口が大きく設けられやすく、発光素子から出射される光を効率良く取り出しやすい。なお、ここでの凹部の上面視形状は、極性識別用の直線状の面取り(図1Aの右上部分参照)は考慮しないものとする。凹部の側壁面は、樹脂成形体を金型から離型しやすいように、また発光素子の光を効率良く取り出すために、凹部底面から上方に向かって凹部開口径が大きくなるように傾斜(湾曲を含む)していることが好ましい(傾斜角は例えば凹部底面から95°以上120°以下)。凹部の深さは、特に限定されないが、0.1mm以上1mm以下が好ましく、0.25mm以上0.5mm以下がより好ましい。基体が配線基板である場合の母体の材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム若しくはこれらの混合物を含むセラミックス、又はエポキシ樹脂、BTレジン、ポリイミド樹脂などの樹脂若しくはこれらの繊維強化樹脂(強化繊維はガラスなど)が挙げられる。
リード電極は、発光素子に接続されて導電可能な金属部材を用いることができる。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、パラジウム、クロム、チタン、タングステン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、若しくはこれらの合金、又は燐青銅、鉄入り銅などが挙げられる。リード電極の諸形状は、上記金属の板材(母体)に、プレス、圧延、エッチングなどの加工を施すことで形成することができる。また、リード電極は、配線基板の配線であってもよい。この場合のリード電極は、めっき、スパッタ、蒸着、印刷、塗布、コファイア法、ポストファイア法などにより形成することができる。
樹脂成形体の母材は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。なお、以下に示す樹脂は、その変性樹脂、及びハイブリッド樹脂も含むものする。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステルのうちのいずれか1つが好ましい。熱可塑性樹脂としては、脂肪族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、芳香族ポリフタルアミド樹脂、ポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリカーボネート樹脂、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂などが挙げられる。なかでも、芳香族ポリフタルアミド樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂、ポリシクロヘキサンテレフタレート、ポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレートのうちのいずれか1つが好ましい。また、これらの母材中に、充填剤(強化繊維を含む)又は着色顔料として、ガラス、シリカ、酸化チタン、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、珪酸マグネシウム、ワラストナイト、マイカ、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、酸化アンチモン、スズ酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、カーボンブラックなどの粒子又は繊維を混入させることができる。なかでも、充填剤としてシリカを、着色顔料(反射材)として酸化チタン又は酸化亜鉛を用いることが好ましい。樹脂成形体は、トランスファ成形や射出成形により成形することができる。
発光素子は、発光ダイオード素子などの半導体発光素子を用いることができる。発光素子は、種々の半導体で構成される素子構造と、正負一対の電極と、を有するものであればよい。特に、紫外〜可視域の発光が可能な窒化物半導体(InxAlyGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)の発光素子が好ましい。発光素子の発光ピーク波長は、反射層の銀の粗粒化による影響の受けやすさの観点では420nm以上480nm以下が好ましく、更に発光効率、蛍光体の励起効率、蛍光体の光との混色関係などの観点から、445nm以上465nm以下の範囲が特に好ましい。このほか、緑色〜赤色発光のガリウム砒素系、ガリウム燐系半導体の発光素子でもよい。多くの発光素子は、基板を有する。基板は、透光性であることが好ましいが、これに限定されない。基板の母材としては、サファイア、スピネル、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、硫化亜鉛、酸化亜鉛、セレン化亜鉛などが挙げられる。正負一対の電極が同一面側に設けられている発光素子の場合、各電極をワイヤでリード電極と接続してフェイスアップ実装される。また、各電極を導電性接着剤でリード電極と接続するフェイスダウン(フリップチップ)実装でもよい。正負一対の電極が互いに反対の面に各々設けられている対向電極構造の発光素子の場合、下面電極が導電性接着剤でリード電極に接着され、上面電極がワイヤでリード電極と接続される。1つの基体に搭載される発光素子の個数は1つでも複数でもよい。複数の発光素子は、ワイヤ又はリード電極により直列又は並列に接続することができる。また、1つのパッケージ等の基体に、例えば青色・緑色・赤色発光の3つの発光素子が搭載されてもよい。
封止部材は、発光素子、保護素子、ワイヤなどを、封止して、外気、外力などから保護するための部材である。封止部材の母材は、電気的絶縁性を有し、発光素子及び/若しくは蛍光体から出射される光を透過可能(好ましくは透過率70%以上)であればよい。具体的には、シリコーン樹脂、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、又はこれらの変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂が挙げられる。また、封止部材は、その母材中に、充填剤や蛍光体など、種々の機能を持つ粒子が混入されてもよい。充填剤は、シリカ、ガラス、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、カーボンブラックなどが挙げられる。
保護膜は、珪素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、亜鉛、マグネシウム、タンタル、ニオブ、イットリウム、インジウム、スズ、ハフニウムからなる群より選択される少なくとも1つの元素の酸化物、窒化物、若しくは酸窒化物で構成されることが好ましい。なかでも、水蒸気透過性の比較的低い、珪素、アルミニウム、ジルコニウムからなる群より選択される少なくとも1つの元素の酸化物、窒化物、若しくは酸窒化物が特に好ましい。保護膜は、単層膜が簡便な点で良いが、多層膜とすることで水蒸気透過性をよりいっそう低下させることができる。保護膜の水蒸気透過率は、特に限定されないが、15g/m2/day以下であることが好ましく、5g/m2/day以下であることがより好ましい。 なお、この水蒸気透過率の測定は、JIS K7129に準ずるものとする。保護膜の膜厚は、特に限定されないが、水蒸気透過性、透光性の観点では、1nm以上1000nm以下であることが好ましく、5nm以上100nm以下であることがより好ましい。保護膜は、スパッタ法、蒸着法、原子層堆積法(ALD法)のうちの少なくとも1つにより形成することができる。なかでも、スパッタ法が簡便な点で好ましく、また原子層堆積法であれば、緻密で水蒸気透過性の低い膜を形成しやすい点で好ましい。
保護素子は、静電気や高電圧サージから発光素子を保護するための素子である。具体的には、ツェナーダイオードが挙げられる。
ワイヤは、発光素子の電極と、リード電極と、を接続する導線である。また、ワイヤは、保護素子の電極と、リード電極と、の接続にも用いることができる。具体的には、金、銅、銀、白金、アルミニウム、パラジウム又はこれらの合金の金属線を用いることができる。特に、封止部材からの応力による破断が生じにくく、熱抵抗などに優れる金線が好ましい。また、光反射性を高めるために、少なくとも表面が銀で構成されていてもよい。
接着剤は、発光素子をリード電極に接着する部材である。絶縁性接着剤は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、又はこれらの変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂などを用いることができる。導電性接着剤としては、銀、金、パラジウムなどの導電性ペーストや、錫−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀系、金−錫系の半田などを用いることができる。
蛍光体は、発光素子から出射される一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を出射する。具体的には、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、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、ユウロピウム及び/若しく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(カルシウムの一部をストロンチウムで置換可)、ユウロピウムで賦活されたサイアロン、ユウロピウムで賦活されたシリケート、ユウロピウムで賦活されたアルミン酸ストロンチウム、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウムなどが挙げられる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光(例えば白色光)を出射する発光装置や、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。
<実施例1>
実施例1の発光装置は、図1A,1Bに示す例の発光装置100の構造を有する、略直方体状のトップビュー式のSMD型LEDである。
比較例1の発光装置は、実施例1の発光装置において、第1及び第2のリード電極の反射層がセレン系光沢剤を用いて形成されること以外は同様に作製されたものである。
実施例1の発光装置は、順電流65mAにおいて、順電圧2.75V、初期光束Φv=35.3lm(発光効率197lm/W)で発光することができる。これは、比較例1の発光装置の初期光束に対して0.9%高い値である。
比較例2の発光装置は、実施例1の発光装置において、保護膜が設けられないこと以外は同様に作製されたものである。
実施例1及び比較例2の発光装置について、高温高湿環境下におけるライフ試験(温度85℃、湿度85%RH、順電流150mA)を行うと、例えば500時間経過後、比較例2の発光装置では、銀の粗粒化による反射層の著しい変色(黄変)と光束の大きな低下が観測される。なお、反射層の変色は、発熱源、発光源である発光素子近傍において特に顕著である。一方、実施例1の発光装置では、このような反射層の変色は殆ど観測されず、初期光束を高い割合で維持することができる。
実施例2の発光装置は、実施例1の発光装置において、発光素子を1つとすること以外は同様に作製されたものである。
実施例3の発光装置は、実施例2の発光装置において、封止部材に蛍光体を含まないこと以外は同様に作製されたものである。
比較例3の発光装置は、比較例2の発光装置において、発光素子を1つとすること以外は同様に作製されたものである。
比較例4の発光装置は、比較例3の発光装置において、封止部材に蛍光体を含まないこと以外は同様に作製されたものである。
実施例2,3及び比較例3,4の発光装置について、高温高湿環境下におけるライフ試験を行う。試験条件1は、温度90℃、湿度60%RH、順電流150mAであり、試験条件2は、温度85℃、湿度85%RH、順電流150mAである。図2A及び2Bは其々、試験条件1及び2における試験結果(実施例2、比較例3)を示すグラフである。図3A及び3Bは其々、実施例3及び比較例4の発光装置の試験条件2におけるライフ試験500時間経過後の外観を示す写真である。図2A,2Bに示すように、実施例2の発光装置は初期光束を高い割合で維持しているが、比較例3の発光装置の光束は大きく低下している。また、より高湿の条件下において、比較例3の発光装置の光束の低下が著しいことから、反射層の変色に大気中の水蒸気が大きく影響していることがわかる。さらに、図3A,3Bに示すように、光束低下の主な原因である反射層の変色(黄変)が、比較例4の発光装置では発光素子近傍において顕著に観測されるのに対し、実施例3の発光装置では殆ど観測されない。
20,21…リード電極(25…母体、27…中間層、29…反射層)
30…樹脂成形体
40…発光素子
50…封止部材
60…保護膜
70…保護素子
80…ワイヤ
85…接着剤
90…蛍光体
100…発光装置
Claims (10)
- 一対のリード電極を有する基体と、
前記基体上に設けられ、前記一対のリード電極に電気的に接続された発光素子と、
前記基体上に設けられ、前記発光素子及び前記一対のリード電極の少なくとも一部を封止する樹脂を母材とする封止部材と、を備え、
前記一対のリード電極は、硫黄系光沢剤を用いた銀又は銀合金めっきの反射層を表層に有し、
前記反射層と前記封止部材の間に、透光性の無機物の保護膜が形成されている発光装置。 - 前記発光素子は、前記リード電極上に設けられており、
前記保護膜は、前記反射層上から前記発光素子上に連続して設けられている請求項1に記載の発光装置。 - 前記リード電極上に設けられた保護素子を備え、
前記保護膜は、前記反射層上から前記保護素子上に連続して設けられている請求項1又は2に記載の発光装置。 - 前記基体は、前記一対のリード電極と一体に成形された樹脂成形体を備え、
前記保護膜は、前記反射層上から前記樹脂成形体上に連続して設けられている請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記基体は、前記一対のリード電極と一体に成形された樹脂成形体を備え、
前記樹脂成形体の母材は、熱硬化性樹脂である請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記保護膜の水蒸気透過率は、15g/m2/day以下である請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記保護膜の膜厚は、1nm以上1000nm以下である請求項1乃至6のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記保護膜は、珪素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、亜鉛、マグネシウム、タンタル、ニオブ、イットリウム、インジウム、スズ、ハフニウムからなる群より選択される少なくとも1つの元素の酸化物、窒化物、若しくは酸窒化物で構成される請求項1乃至7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記封止部材の母材は、シリコーン系樹脂である請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記一対のリード電極は、銅又は銅合金の母体を有し、更に前記母体と前記反射層の間にニッケル若しくはニッケル合金の層を有する請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発光装置。
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