JP2017028124A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光装置10は、基板1と、基板1上に実装された発光素子と、前記発光素子の上面を覆う、平面視で略長方形状の透光性部材4と、透光性部材4の周囲に形成された枠体と、前記枠体と透光性部材4との間に設けられ、透光性部材4の側面を覆う充填部材と、を有する、平面視で略長方形環状の光反射性部材5と、を備え、光反射性部材5の幅は、透光性部材4の短辺側が、透光性部材4の長辺側よりも狭く、前記枠体の高さは、透光性部材4の短辺側が、透光性部材4の長辺側よりも低い。
【選択図】図2
Description
この発光装置では、波長変換層(透光性部材)の側面及び発光素子の側面が、波長変換層の周囲に形成された反射部材(光反射性部材)に被覆された構成を備えている。
この発光装置では、樹脂層(透光性部材)の側面及び板状部材の側面が、樹脂層の周囲に形成された反射性樹脂部材(光反射性部材)に被覆された構成を備えている。
実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための発光装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、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、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。なお、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に誇張していることがある。
まず、本実施形態に係る発光装置について説明する。
図1は、実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。図2は、実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す平面図である。図3は、実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図であり、図2のIII−III線における断面を示す。図4は、実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図であり、図2のIV−IV線における断面を示す。
なお、図3、図4において、枠体5aと充填部材5bとは、実際には図2に示すように一体となっているが、ここでは説明の便宜上、枠体5aと充填部材5bとの境界が認識できるように境界を破線で図示している。後述する図10B、10Cについても同様である。
基板1としては、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックス等の絶縁性部材で構成される基材が挙げられる。また基板1は、金属部材の表面に絶縁膜を形成したものであってもよい。なかでも、耐熱性及び耐候性の高いセラミックスを利用したものが好ましい。セラミックス材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト等が挙げられる。
基板1の表面には、正負一対の電極となる導電パターン2a、2bが設けられており、導電パターン2a、2bそれぞれに基板1が露出した貫通孔6a、6bが設けられている。また、導電パターン2a、2bの間には中継用の導電パターン2cが設けられている(図5A参照)。貫通孔6a、6bは、導電パターン2a、2bの延出方向に沿って長い形状、つまり本実施形態では基板1の長手方向に沿って長い形状であり、その一部が光反射性部材5に覆われ、貫通孔6a、6b内において、基板1の表面と光反射性部材5とが接触している。
本実施形態では、基板1上に3個の発光素子3が実装されている。本実施形態では、発光素子3は同一面側に正負一対の電極を有するものであり、一対の電極がそれぞれAu等のバンプ8aによって基板1表面の導電パターン2a、2b、2cにフリップチップ実装されており、電極の形成された下面と対向する上面を主な光出射面としている。
透光性部材4は、発光素子3の上面を覆う部材である。本実施形態では、透光性部材4は板状であり、3個の発光素子3の上面に設けられている。そして、透光性部材4は、平面視で略長方形状に形成されている。また、本実施形態では、板状の透光性部材4を発光素子3の上面に設けているため、透光性部材4の周縁において、発光素子3の側面は透光性部材4で覆われていない。
透光性部材4に含有させることができる光拡散材としては、例えば、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を用いることができる。
光反射性部材5は、透光性部材4の周囲に形成されており、平面視で略長方形環状に形成されている。そして、本実施形態では、光反射性部材5は、透光性部材4の側面と、透光性部材4で覆われていない発光素子3の側面とを覆っている。
また、光反射性部材5の幅とは、平面視において、透光性部材4の外縁(辺)から、この外縁に隣り合う光反射性部材5の外縁(辺)までの距離を意味する。すなわち、光反射性部材5は、図2の紙面上、透光性部材4の左辺から光反射性部材5の左辺までの距離W1、及び、透光性部材4の右辺から光反射性部材5の右辺までの距離W1が、透光性部材4の上辺から光反射性部材5の上辺までの距離W2、及び、透光性部材4の下辺から光反射性部材5の下辺までの距離W2よりも短く形成されている。
本実施形態では、光反射性部材5の幅について、W1をW2よりも短く形成することで、光反射性部材5を構成する樹脂の使用量を減らすことができ、光反射性部材5の劣化が生じにくいものとなる。また、光反射性部材5と基板1との界面や、光反射性部材5と透光性部材4との界面等、光反射性部材5とその周辺の各部材との界面に剥離が生じにくくなる。そのため、発光装置10は、長期における耐熱衝撃性能が向上する。
枠体5aは、透光性部材4の周囲に形成されている。本実施形態では、平面視で、枠体5aの短辺が透光性部材4の短辺と並行、かつ枠体5aの長辺が透光性部材4の長辺と並行に、長方形環状に形成されている。
充填部材5bは、枠体5aと透光性部材4との間、及び、枠体5aと発光素子3との間に設けられて、透光性部材4の側面及び発光素子3の側面を覆っている。
また、枠体5aは、透光性部材4の短辺側の幅が、透光性部材4の長辺側の幅よりも狭く形成されている。
枠体5aに用いる光反射性材料と、充填部材5bに用いる光反射性材料とは同一であってもよいし、異なるものであってもよい。
本実施形態では、基板1上には、光反射性部材5内に埋没されたツェナーダイオード等の保護素子7がバンプ8bにより設けられている。
次に、発光装置の動作について説明する。
発光装置10を駆動すると、導電パターン2a、2b、2cを介して外部電源から発光素子3に電流が供給され、発光素子3が発光する。発光素子3が発光した光は、光反射性部材5により、発光素子3と光反射性部材5との界面、及び、透光性部材4と光反射性部材5との界面で、発光素子3及び透光性部材4内に反射される。このように、発光素子3及び透光性部材4内を光が伝播し、最終的に透光性部材4の発光面4aから、外部へと出射される。
次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
図5A、図5B、図5Cは、実施形態に係る発光装置の製造方法における基板準備工程を模式的に示す図である。図6A、図6B、図6Cは、実施形態に係る発光装置の製造方法における発光素子載置工程を模式的に示す図である。図7A、図7B、図7Cは、実施形態に係る発光装置の製造方法における透光性部材形成工程を模式的に示す図である。図8A、図8B、図8Cは、実施形態に係る発光装置の製造方法における枠体形成工程を模式的に示す図である。図9A、図9B、図9Cは、実施形態に係る発光装置の製造方法における充填部材形成工程を模式的に示す図である。図10A、図10B、図10Cは、実施形態に係る発光装置の製造方法における光反射性材料硬化工程を模式的に示す図である。
なお、図5A、図6A、図7A、図8A、図9A、図10Aは平面図である。図5B、図6B、図7B、図8B、図9B、図10Bは、それぞれ、図5AのVB−VB線における断面を示す図、図6AのVIB−VIB線における断面を示す図、図7AのVIIB−VIIB線における断面を示す図、図8AのVIIIB−VIIIB線における断面を示す図、図9AのIXB−IXB線における断面を示す図、図10AのXB−XB線における断面を示す図である。図5C、図6C、図7C、図8C、図9C、図10Cは、それぞれ、図5AのVC−VC線における断面を示す図、図6AのVIC−VIC線における断面を示す図、図7AのVIIC−VIIC線における断面を示す図、図8AのVIIIC−VIIIC線における断面を示す図、図9AのIXC−IXC線における断面を示す図、図10AのXC−XC線おける断面を示す図である。
図11は、実施形態に係る発光装置の枠体形成工程において、枠体を2段に形成する方法を説明するための模式的断面図であり、図8AのVIIIB−VIIIB線における部分拡大断面図である。
なお、各部材の材質や配置等については、前記した発光装置10の説明で述べた通りであるので、ここでは適宜、説明を省略する。
基板準備工程は、基板1上に正負一対の導電パターン2a、2b、及び中継用の導電パターン2cが形成された基板を準備する工程である。
本実施形態では、図5A、図5B、図5Cに示すように、カソード側の導電パターン2aとアノード側の導電パターン2bが、発光素子3が載置される基板1の中央部から外縁に向かって延出され、外部電源と接続される外部接続部が構成される。また、導電パターン2a、2bの間には中継用の導電パターン2cが設けられており、これによって、フリップチップ実装される3個の発光素子3が直列接続される。導電パターン2a、2b、2cは、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成できる。貫通孔6a、6bは、例えば、導電パターン2a、2bの形成の際に所定のマスクパターンを配置して形成することができる。
発光素子載置工程は、基板1上に発光素子3を載置する工程である。
図6A、図6B、図6Cに示すように、発光素子3及び保護素子7を、バンプ8a、8bによって導電パターン2a、2b、2cにフリップチップ実装する。3個の発光素子3は一列に配置され、上記したように導電パターン2a、2b、2cによって基板1上に直列接続される。発光素子3を複数実装する場合、複数の発光素子3が整列され、全体として平面視で略長方形状に実装されることが好ましい。
透光性部材形成工程は、基板1上に実装された発光素子3の上面を平面視で略長方形状の透光性部材4で覆う工程である。本実施形態では、板状の透光性部材4を発光素子3の上面に設け、透光性部材4の周縁において、発光素子3の側面が透光性部材4で覆われないように透光性部材4を形成する。
図7A、図7B、図7Cに示すように、発光素子3の上面に透光性部材4を接着する。発光素子3と透光性部材4は、接着材を介して固着することができる。この接着材は、発光素子3からの出射光を透光性部材4側へと有効に導光でき、双方の部材を光学的に連結できる材質が好ましく、例えばシリコーン樹脂等の透光性接着材料を用いる。
光反射性部材形成工程は、平面視で略長方形環状の光反射性部材5を形成する工程である。光反射性部材形成工程では、透光性部材4の短辺側に位置する光反射性部材5の幅が、透光性部材4の長辺側に位置する光反射性部材5の幅よりも狭くなるように光反射性部材5を形成する。
光反射性部材形成工程は、枠体形成工程と、アンダーフィル材配置工程と、充填部材形成工程と、を有する。
枠体形成工程は、透光性部材4の周囲に枠体5aを形成する工程である。
図8A、図8B、図8Cに示すように、枠体形成工程では、透光性部材4の短辺側に位置する枠体5aが、透光性部材4の長辺側に位置する枠体5aよりも透光性部材4に近づくように枠体5aを形成する。すなわち、図2の紙面上、透光性部材4の左辺から枠体5aの左辺までの距離W1、及び、透光性部材4の右辺から枠体5aの右辺までの距離W1が、透光性部材4の上辺から枠体5aの上辺までの距離W2、及び、透光性部材4の下辺から枠体5aの下辺までの距離W2よりも短くなるように枠体5aを形成する。
枠体5aの高さについて、このようにT1をT2よりも低く形成することで、充填部材5bの発光面4aへの這い上がりを抑制しつつ、かつ、光反射性部材5を構成する樹脂の使用量を減らすことができるため、光反射性部材5の劣化が生じにくいものとなる。
枠体5aは、樹脂の粘度によっては、高さを確保しようとすると、樹脂量を多くする必要があり、幅が広くなってしまう。発光装置10の量産性の観点から、枠体5aの幅を狭くしつつ、高さを確保するため、枠体5aは、樹脂を透光性部材4の周囲に複数周連続して吐出させて、所望の高さに形成することが好ましい。
吐出装置を用いる際には、吐出装置のニードルの移動速度を、透光性部材4の短辺側の移動速度を、透光性部材4の長辺側の移動速度よりも速くする。これにより、吐出装置から吐出される樹脂の吐出流量は一定としたままで、透光性部材4の短辺側に位置する枠体5aの高さを、透光性部材4の長辺側に位置する枠体5aの高さよりも低く形成することができる。また、このように、速度を変更することで、透光性部材4の短辺側に位置する枠体5aの幅を、吐出装置のニードルの太さは一定としたままで、透光性部材4の長辺側に位置する枠体5aの幅よりも狭くすることができる。透光性部材4の短辺側に位置する枠体5aの幅を狭くすることで、光反射性部材5の幅を狭くしつつ、透光性部材4と枠体5aとの隙間を確保することができる。そのため、透光性部材4と、透光性部材4の短辺側に位置する枠体5aとの間に樹脂が充填され易くなる。
本実施形態のように、発光素子3が基板1上に形成された導電パターン(金属めっき)上にバンプ等の導電部材を介してフリップチップ実装されている場合、基板1の発光素子3実装部と、発光素子3との隙間にアンダーフィル材を配置することが好ましい。これにより、発光素子3と基板1の熱膨張率の差による応力を吸収したり、放熱性を高めたりすることができる。アンダーフィル材は、白色樹脂のように光反射性の部材を用いることで、発光素子3から基板1方向へ出射される光を反射することができ、光束を高めることができる。
充填部材形成工程は、枠体5aと透光性部材4との間に透光性部材4の側面を覆う充填部材5bを設ける工程である。
枠体5aを硬化する前に、図9A、図9B、図9Cに示すように、枠体5aの内側に、充填部材5bとなる光反射性材料(樹脂)を充填する。本実施形態では、充填部材5bは、発光素子3及び透光性部材4の側面を覆い、充填部材5bから露出した透光性部材4の上面を発光装置10の発光面4aとする。また、充填部材5bの上面(上端)の高さが、透光性部材4の上面の高さ以下となるように形成する。
枠体5aに用いる樹脂の粘度が充填部材5bに用いる樹脂の粘度よりも高いと、光反射性部材5を構成する樹脂として高粘度の樹脂のみを用いる場合に比べて、発光素子3や透光性部材4の側面に沿って樹脂が這い上がり易くなる。そのため、発光素子3及び透光性部材4の側面を覆い易い。また、光反射性部材5を構成する樹脂として低粘度の樹脂のみを用いると、樹脂の裾野が不必要に広がり、発光装置10のサイズが大きくなる。また、これを防ぐために樹脂を堰き止める型を用いると、型を剥がす際に樹脂が引っ張られ、基板1から樹脂が剥離する場合がある。このため、本実施形態では、枠体5aを構成する樹脂として高粘度の樹脂を用い、充填部材5bを構成する樹脂として低粘度の樹脂を用いる。枠体5aを構成する樹脂は、充填部材5bを構成する樹脂よりも粘度の高い樹脂とすることで、樹脂硬化前であっても、粘度の低い充填部材5bを構成する樹脂を塞き止めるダムとして機能させることができる。なお、粘度は、例えば母材となる樹脂自体の粘度によって調整できる。この場合、母材に含有される光反射性物質は枠体5aと充填部材5bで同じものを使用してよい。
光反射性材料硬化工程は、充填部材5bを構成する樹脂の充填後、図10A、図10B、図10Cに示すように、枠体5aを構成する樹脂と充填部材5bを構成する樹脂とを硬化する工程である。枠体5aと充填部材5bとは、上記のように同一の基板1上に密着して形成されているため、これらの樹脂は同一工程で硬化できる。具体的には、枠体5aを構成する樹脂を設けた後、この樹脂を仮硬化し、充填部材5bを構成する樹脂を充填した後、枠体5aを構成する樹脂と充填部材5bを構成する樹脂とを合わせて本硬化する。ここでの仮硬化とは、樹脂が流動しない程度に形状を保った状態となるように樹脂を硬化することをいう。これによって、枠体5aと充填部材5bとが強固に密着し、その界面が認識し難い状態にて一体化される。これによって、枠体5aと充填部材5bの密着力が向上し、枠体5aと充填部材5bとの剥離を抑制できるので、信頼性の向上した発光装置10を得ることができる。好ましくは、枠体5aを構成する樹脂と充填部材5bを構成する樹脂が同一条件で硬化されるように、母材として硬化条件が実質的に等しい樹脂を用いる。
また、一般的に光反射性部材は、熱衝撃を繰り返し受けると、熱応力により、光反射性部材とその周辺の各部材との界面、例えば、光反射性部材と基板との界面や、光反射性部材と透光性部材との界面に剥離が生じる虞がある。しかしながら、本実施形態に係る発光装置10は、光反射性部材5の幅について、透光性部材4の短辺側を、透光性部材4の長辺側よりも狭く形成することで、光反射性部材5と透光性部材4との界面に係る熱応力、及び、光反射性部材5と基板1との界面に係る熱応力が低くなる。これにより、本実施形態に係る発光装置10は、光反射性部材5とその周辺の各部材との界面に剥離が生じにくいものとなる。
また、本実施形態に係る発光装置10の製造方法は、光反射性部材5の幅を全て狭くするものではないため、枠体5aと透光性部材4との間に樹脂を充填し易くなる。
また、前記した実施形態では、発光素子3の基板1への実装はフリップチップ実装としたが、フェイスアップ実装としてもよい。
2a、2b、2c 導電パターン
3 発光素子
4a 発光面
4 透光性部材
5 光反射性部材
5a 枠体
5b 充填部材
6a、6b 貫通孔
7 保護素子
8a、8b バンプ
10 発光装置
50 第1枠体
51 第2枠体
Claims (18)
- 基板と、
前記基板上に実装された発光素子と、
前記発光素子の上面を覆う、平面視で略長方形状の透光性部材と、
前記透光性部材の側面を覆う、平面視で略長方形環状の光反射性部材と、を備え、
前記光反射性部材の幅は、前記透光性部材の短辺側が、前記透光性部材の長辺側よりも狭く、
前記光反射性部材の高さは、前記光反射性部材の外縁から所定距離離れた位置において、前記透光性部材の短辺側が、前記透光性部材の長辺側よりも低い発光装置。 - 基板と、
前記基板上に実装された発光素子と、
前記発光素子の上面を覆う、平面視で略長方形状の透光性部材と、
前記透光性部材の周囲に形成された枠体と、前記枠体と前記透光性部材との間に設けられ、前記透光性部材の側面を覆う充填部材と、を有する、平面視で略長方形環状の光反射性部材と、を備え、
前記光反射性部材の幅は、前記透光性部材の短辺側が、前記透光性部材の長辺側よりも狭く、
前記枠体の高さは、前記透光性部材の短辺側が、前記透光性部材の長辺側よりも低い発光装置。 - 前記充填部材の上面の高さが、前記透光性部材の上面の高さ以下である請求項2に記載の発光装置。
- 前記枠体の幅は、前記透光性部材の短辺側が、前記透光性部材の長辺側よりも狭い請求項2又は請求項3に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の周縁において、前記光反射性部材は、前記発光素子の側面を覆う請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、蛍光体を含有する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記蛍光体がYAGであり、前記透光性部材が板状である請求項6に記載の発光装置。
- 前記発光素子が複数である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 基板上に実装された発光素子の上面を平面視で略長方形状の透光性部材で覆う透光性部材形成工程と、
前記透光性部材の周囲に枠体を形成する枠体形成工程と、前記枠体と前記透光性部材との間に前記透光性部材の側面を覆う充填部材を設ける充填部材形成工程と、を有する、平面視で略長方形環状の光反射性部材を形成する光反射性部材形成工程と、有し、
前記光反射性部材形成工程は、前記光反射性部材の幅が、前記透光性部材の短辺側が、前記透光性部材の長辺側よりも狭くなるように前記光反射性部材を形成し、
前記枠体形成工程は、前記枠体の高さが、前記透光性部材の短辺側が、前記透光性部材の長辺側よりも低くなるように前記枠体を形成する発光装置の製造方法。 - 前記充填部材形成工程は、前記充填部材の上面の高さが、前記透光性部材の上面の高さ以下となるように前記充填部材を形成する請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記枠体形成工程は、前記枠体の幅が、前記透光性部材の短辺側が、前記透光性部材の長辺側よりも狭くなるように前記枠体を形成する請求項9又は請求項10に記載の発光装置の製造方法。
- 前記充填部材形成工程は、前記発光素子の側面を覆うように前記充填部材を形成する請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記枠体形成工程は、前記透光性部材の周囲に光反射性材料を塗布して第1枠体を形成した後、前記第1枠体上に、さらに光反射性材料を塗布して第2枠体を形成することにより前記枠体を形成する請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記枠体形成工程において、前記枠体の形成に吐出装置を用い、前記吐出装置のニードルの移動速度を、前記透光性部材の短辺側の移動速度を、前記透光性部材の長辺側の移動速度よりも速くする請求項9から請求項13のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記枠体に用いる光反射性材料の粘度が、前記充填部材に用いる光反射性材料の粘度よりも高い請求項9から請求項14のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記透光性部材は、蛍光体を含有する請求項9から請求項15のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記蛍光体がYAGであり、前記透光性部材が板状である請求項16に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子が複数である請求項9から請求項17のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
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