JP2017054894A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 発光素子1と、発光素子1の側面を被覆し、発光素子1の上面を露出して配置された光反射部材2と、光反射部材2上であって、発光素子1の上面の外周を取り囲むように形成された枠体4と、枠体4内に配置された透光性部材3と、光反射部材2、枠体4、及び透光性部材3を被覆する透光性の封止部材5と、を有し、封止部材5は鍔部7を有し、枠体4の一部が鍔部7で被覆される発光装置。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明に係る実施形態1の発光装置100の上面図であり、図2は、図1のA−A線についての断面図であり、図3は、実施形態1の発光装置の下面図である。
本実施形態の発光装置は、上面を発光面とし、発光面の反対側の下面に電極が設けられた発光素子1と、発光素子1の側面を被覆し、発光素子1の上面を露出して配置された光反射部材2と、光反射部材2の上であって、発光素子1の上面の外周を取り囲むように形成された枠体4とを含む。さらに、発光装置100は、枠体4内に配置された、すなわち枠体4で囲まれた領域に充填された透光性部材3を有し、光反射部材2、枠体4、及び透光性部材3を被覆する封止部材5を有する。
また、基板8の外縁と封止部材5の外縁が上面視にて一致するように、基板8と封止部材5の端面が面一とされていることが好ましい。
実施形態1に係る発光装置の製造方法は、上述した実施形態1の発光装置を製造する方法であって、発光素子載置工程と、光反射部材形成工程と、枠体形成工程と、透光性部材形成工程と、封止部材形成工程と、を含む。以下、図5〜10を用いて説明する。
発光素子載置工程では、図5に示すように、基板81を準備し、基板81に発光素子1を載置する。基板81は板状であり、上面に配線9が形成され、下面に端子電極18となる金属部材が形成されている。配線と端子電極は、基板内部のビア等によって電気的に接続されている。図5(a)は上面図であり、図5(b)は側面図である。次に、図6(a)、図6(b)に示すように基板81の上面に、接合部材を介して発光素子1をフリップチップ実装する。図6(a)は上面図であり、図6(b)は側面図である。なお、発光素子1と基板81の配線9との接続はバンプ、半田、導電ペースト、異方性導電ペースト等の接合部材を用いることができる。なお、発光素子1の載置前、または載置後に、保護素子16を実装してもよい。通常、基板81は後の工程で分割するまでは、複数の基板8が連なった集合体とされている。ここでは、ふたつの基板8が連なった図面を用いて説明する。
発光素子1を基板上に載置した後、光反射部材2との応力を緩和するため、任意に基板の上面と発光素子1の下面との間にアンダーフィルを充填してもよい。アンダーフィルを形成することで、基板の上面と発光素子の下面の間に光反射部材2が入らないため、信頼性が向上する。光反射部材2が発光素子1の下面に入ると、光反射部材2が熱により膨張し、発光素子1を持ちあげるおそれがあるためである。また、アンダーフィルにも光反射機能を持たせることで、基板8方向に出射される光を反射することができるため好ましい。
次に、図7に示すように、発光素子1の上面が露出するように、発光素子1の側面を光反射部材2で被覆する。図7(a)は上面図であり、図7(b)は図7(a)におけるB−B線断面図である。保護素子16の上面は、発光素子1の上面よりも低い位置に配置されており、保護素子16はその全てが光反射部材2に埋設されることが好ましい。これにより、保護素子16による光吸収を抑制することができる。発光素子1の上面と光反射部材2の上面は同じ高さ、すなわち面一とされることが好ましい。
光反射部材2は、集合基板の外周にダム材を設け、ダム材内に光反射性部材を含有した樹脂材料を流し込むことで形成することができる。隣接する発光素子1の間に確実に充填されるように、粘度等を調整する。
次に、図8に示すように、発光素子1の上面を取り囲むように枠体4を形成する。図8(a)は上面図であり、図8(b)は図8(a)のC−C線断面図である。枠体4は、例えば、樹脂吐出装置を用いて光反射部材2上に樹脂を環状に吐出させて形成することができる。その他にも、予め金型等で成形した枠体を光反射部材2の上に転写したり貼り合せたり、インクジェットや3Dプリンター等を用いて形成してもよい。本実施形態では発光素子1の上面の外縁の100μm程度外側を、発光素子1の上面の外縁に沿って形成することで、平面視において四隅が丸みを帯びた四角環状に形成する。
次に、図9に示すように、枠体4内に透光性部材3を配置する。図9(a)は上面図であり、図9(b)は図9(a)のD−D線断面図である。本実施形態では、蛍光体及び拡散材を含有させた樹脂材料を枠体4で取り囲まれた領域にポッティングして、枠体4内に充填する。その後、自然沈降させることにより、蛍光体が発光素子1の上面に接触するように沈降配置させることで、発光素子近傍に蛍光体層14、その上に拡散層12を形成する(図4参照)。
次に、図10に示すように、光反射部材2、枠体4、及び透光性部材3の上に封止部材5を形成する。図10(a)は上面図であり、図10(b)は図10(a)の側面図である。なお、説明をわかりやすくするために、光反射部材2を透過して示すことで、発光素子1や保護素子16が見えるように示している。封止部材5の形成方法としては、トランスファー成形や圧縮成形、樹脂の塗布(ポッティング)、キャスティングケースによる成形等、種々の方法を用いることができる。ここで、封止部材5は、レンズ部6と鍔部7を有するように形成され、鍔部7の下部に枠体4の一部が位置するように配置される。さらに、圧縮成形により封止部材5を形成する際に、鍔部7にエアベント20を形成することが好ましい。これにより、レンズ形状の安定化ができる。
最後に、隣接するレンズ部6とレンズ部6の間(図10に示すX−X線)の鍔部7をダイシング等の方法により切断することで、実施形態1の発光装置を得る。これにより、封止部材5と光反射部材2と基板8の端面が同一面となる。切断面がそのまま発光装置の外縁となるため取れ数を向上させることができる。
実施形態2の発光装置200は、図12に示すように、発光素子1を載置する基板を有さない点で、実施形態1の発光装置100と異なっている。基板を有さないため、光反射部材2の下面から、電極21が露出されている。
以上のように構成された実施形態2の発光装置は、基板を有さないため、薄型化および小型化できる。また、小型化により高密度実装が可能となる。
実施形態2に係る発光装置の製造方法は、実施形態1に係る発光装置の製造方法に比較して、図13に示すように、基板8に替えて支持体24を使用する点以外は実施形態1の製造方法と同様に構成される。そして、封止部材5を形成した後に支持体24を図13の点線で示すように、剥離(除去)する点以外は実施形態1の製造方法と同様にして形成することができる。
実施形態3の発光装置300は、主としてバックライト等の光源として好適に用いることができるものである。封止部材5の形状が実施形態1とは異なっている。
図14は、発光装置300と、封止部材5に接して設けられる光学部材30の断面図である(光学部材の厚み方向の断面を示す)。図14に示すように、封止部材5は導光板や光ガイドフィルム等の光学部材30と接続可能な平坦面を有している。実施形態3では、封止部材5は上方(基板8の裏面とは反対側)に向かって外側に広がるような形状とされている。封止部材5の側面は曲面とされている。また、封止部材5は基板8とは接触せず、枠体4の外側において露出された光反射部材2の上面と、枠体4の外壁と、透光性部材3の上面とを被覆する。これにより、光質の良い光を光学部材に効率よく入射させることができる。
エッジタイプの導光板に封止部材5を接触させる場合は、発光装置は薄型であることが好ましい。この場合の薄型とは、紙面奥方向(すなわち、導光板の厚み方向)の長さをいう。この場合、基板8に搭載する発光素子1は平面視長方形であることが好ましく、枠体も発光素子に合わせて発光素子の長手方向に長く、短手方向に短くする。薄型化を実現するために、長手方向の枠体は、短手方向の枠体よりも枠体が細く形成されていてもよい。
(基板8)
発光素子1が載置される基板は、通常、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックス(HTCC、LTCC)などの絶縁性材料、絶縁性材料と金属部材との複合材料等によって形成される。基板は、耐熱性及び耐候性の高いセラミックス又は熱硬化性樹脂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、ムライトなどが挙げられる。特に、放熱性の高い窒化アルミニウムが好ましい。これらのセラミックス材料に、例えば、BTレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等の絶縁性材料を組み合わせて形成された基板でもよい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、トリアジン誘導体エポキシ樹脂、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、ウレタン樹脂などを利用することができる。なかでも、トリアジン誘導体エポキシ樹脂を用いることがより好ましい。基板の形状は、表面が平坦な板状体であることが好ましい。
基板は、通常、その表面及び/又は内部に発光素子と接続される配線を有する。配線は、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等によって形成することができる。配線の厚みは、例えば、数μmから数百μmが挙げられる。
発光素子1としては、例えば発光ダイオードチップ等の半導体発光素子を用いることができる。半導体発光素子は、透光性基板と、その上に形成された半導体積層体とを含むことができる。透光性基板には、例えば、サファイア(Al2O3)のような透光性の絶縁性材料や、半導体積層体からの発光を透過する半導体材料(例えば、窒化物系半導体材料)を用いることができる。
光反射部材は、絶縁体であり、ある程度の強度を有する光反射性樹脂により構成することができる。
光反射性樹脂とは、発光素子からの光に対する反射率が高く、例えば、反射率が70%以上の樹脂を意味する。
光反射性樹脂としては、例えば透光性樹脂に、光反射性物質を分散させたものが使用できる。光反射性物質としては、例えば、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、ムライトなどが好適である。光反射性物質は、粒状、繊維状、薄板片状などが利用できるが、特に、繊維状のものは光反射部材の熱膨張率を低くして、例えば、発光素子との間の熱膨張率差を小さくできるので、好ましい。光反射性樹脂に含まれる樹脂材料としては、特に、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性の透光性樹脂であるのが好ましい。
枠体4は、その内壁面で発光素子1から側方へ出射した光を上方へ反射させて発光装置の発光効率を向上させるための反射板として機能させることができる。
透光性部材は、発光ダイオード等を搭載した一般的な発光装置の封止に用いられる透光性樹脂材料を適用することができ、具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が挙げられる。また、透光性樹脂は、先に形成された枠体が堰になるので、比較的低粘度の液状の樹脂材料(例えば、25℃のときの粘度が0.01〜5.0Pa・s)で形成することができるため、小さな領域であっても充填を容易とすることができる。
波長変換物質としては、少なくとも発光素子から出射された光によって励起されて、異なる波長の発光をするものであればよい。例えば、
(i)アルミニウムガーネット系等のガーネット系蛍光体(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)系蛍光体等)、
(ii)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、
(iii)ユウロピウムで賦活されたシリケート系((Sr,Ba)2SiO4)蛍光体、
(iv)β−SiAlON系蛍光体、
(v)CASN(CaAlSiN3:Eu)系又はSCASN系等の窒化物系蛍光体、
(vi)LnSi3N11系、LnSiAlON系等の希土類窒化物系蛍光体(Lnは希土類元素)、
(vii)BaSi2O2N2:Eu系、Ba3Si6O12N2:Eu系等の酸窒化物系蛍光体、
(viii)マンガンで賦活フッ化物錯体蛍光体(例えば、KSF系(K2SiF6:Mn)蛍光体)、
(iX)CaS系(CaS:Eu)、SrGa2S4系(SrGa2S4:Eu)、SrAl2O4系、ZnS系等の硫化物系蛍光体、
(X)クロロシリケート系蛍光体などが挙げられる。
支持体は、発光素子1を載置し、少なくとも光反射部材2の成形後に除去されるものである。これにより、発光装置をより小型化することができる。材料は特に限定されるものではなくシート形状、板形状であればよい。
封止部材を構成する透光性部材としては、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。
2 光反射部材
3 透光性部材
4 枠体
5 封止部材
6 レンズ部
7 鍔部
8 基板
9 配線
16 保護素子
18 端子電極
20 エアベント
21 電極
24 支持体
30 光学部材
100、200、300 発光装置
Claims (9)
- 発光素子と、
前記発光素子の側面を被覆し、前記発光素子の上面を露出して配置された光反射部材と、
前記光反射部材上であって、前記上面の外周を取り囲むように形成された枠体と、
前記枠体内に配置された透光性部材と、
前記光反射部材、前記枠体、及び前記透光性部材を被覆する透光性の封止部材と、を有し、
前記封止部材は鍔部を有し、前記枠体の一部が前記鍔部で被覆される、発光装置。 - 前記透光性部材は、波長変換物質を含有する請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光素子の上面及び前記光反射部材の上面が略面一である、請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記光反射部材に保護素子が埋設されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は複数であり、隣接する前記発光素子間の間隔は、1〜300μmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子が載置される基板を有し、前記基板はその下面に端子電極を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記光反射部材の下面から、端子電極が露出されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材が拡散材を含有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、前記発光素子側に蛍光体が沈降されてなる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の発光装置。
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