JP2017069416A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
これに対して、特許文献2には、実装基板のポリイミドからなる基体と配線部とを接着する接着剤層に光を遮光する物質を含有させることにより、基体への光照射を抑制して、基体の劣化を防ぐことが記載されている。
また、特許文献2に記載の発光装置において、遮光性物質として光反射性物質を用いた場合、反射した光による接着剤の分解や、多重反射して基体に照射される光により基体の劣化が進行するというおそれがある。
本開示に係る実施形態は、樹脂を用いた実装基板の劣化を抑制可能な発光装置を提供することを課題とする。
従来、樹脂材料は、発光素子から光照射されることで劣化することが知られていた。本願の発明者は、高湿度環境下で光照射を受けることで、樹脂材料の光照射による劣化の程度が顕著になることを見いだした。
ここで、温湿度環境と光照射による樹脂材料の劣化の程度との関係を調べた実験(耐光性評価)について、図11を参照して説明する。図11は、耐光性評価用の照明装置の構成を示す断面図である。
耐光性評価用の照明装置200は、基板211上に配線212が設けられた実装基板上に、接合部材203を用いてLEDチップ202がフリップチップ型で実装されている。また、実装基板の上面は、LEDチップ202が設けられた領域の近傍を除き、光反射膜213が設けられている。LEDチップ202の側面及び下面には、白色樹脂からなるアンダーフィル205が設けられており、LEDチップ202の上面から光が放出されるように構成されている。実装基板上には、白色顔料を含有したPETからなるスペーサ220を介してカバーガラス230が設けられており、当該カバーガラス230の上面が評価対象となる試料Sの載置台となっている。また、試料Sは、シリコーンゴムシート240及び押さえ治具250によって端部で保持されるように構成されている。
なお、LEDチップ202は、平面視形状が一辺600μmの正方形であり、発光スペクトルの発光ピーク波長が450nmの青色LEDを用いている。また、カバーガラス230は、厚さが0.12mm〜0.17mm程度のものを用いている。
支持部材に相当する樹脂材料の試料S(試料1,2)として、市販の2種類のPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを用いる。
試料Sを照明装置200の載置台であるカバーガラス230上に配置し、LEDチップ202を点灯して試料Sに光を連続照射する。
試料Sであるフィルムが劣化して穴あき(割れ、穿孔など)が発生するまでに要する光の照射時間を測定する。
光照射する際の環境条件として、3種類の温湿度の条件下で実験を行う。
但し、試料1は、東レ(株)製の「ルミラー(登録商標)T60」の膜厚が50μmのものを用いた。
また、試料2は、帝人デュポンフィルム(株)製の「テトロン(登録商標)UF」の膜厚が50μmのものを用いた。
実験結果を表1に示す。但し、表1において、「dry」は、湿度条件が40%RH以下であることを示している。
[発光装置の構成]
第1実施形態に係る発光装置の構成について、図1A〜図3を参照して説明する。
図1Aは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。図1Bは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図であり、図1Aにおける領域IBの拡大図である。図2は、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図であり、図1BのII−II線における断面を示す。図3は、第1実施形態に係る発光装置に用いられる発光素子の構成例を示す断面図である。
なお、図1A及び図1Bは平面図であるが、防湿性部材が配置されている領域にハッチングを施して示している。また、図3においては、n側電極23及びp側電極25が設けられた面が上方となるように示しており、図2とは上下を逆に示している。また、図1A〜図2、後記する図5D〜図10では、発光素子2の構成は簡略化して示している。
なお、実装基板1はフレキシブル基板であるが、支持部材11に樹脂を用いるものであればリジッド基板であってもよい。
支持部材11の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、粘土鉱物を含有する樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、又はガラスエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。
支持部材11は、フレキシブル基板用に可撓性を有するためには、厚さが4μm〜300μm程度のものを用いることが好ましい。
また、配線12は、発光素子2のn側電極23及びp側電極25の形状に合わせて、n側電極23及びp側電極25のそれぞれを両端から挟むように、引っ込み部(切り欠き)12bが設けられている。引っ込み部12bを設けることにより、接合部材3として半田を用いたリフロー法で発光素子2を実装する際に、セルフアライメント効果を利用して発光素子2の位置合わせができるように構成されている。
配線12は、Cu,Al又はその合金などの金属箔や金属粉を用いて形成することができる。実装基板1をフレキシブル基板とするためには、配線12の膜厚は、10μm〜50μm程度とすることが好ましい。
p型半導体層22pの上面の略全面には、良好な導電性と光反射性とを有する全面電極24が設けられており、更に全面電極24の一部にp側電極25が設けられている。また、半導体積層体22の表面は、直接又は全面電極24を介して、露出部22bの上面の一部及び全面電極24の上面の一部を除き絶縁膜26によって被覆されている。また、n側電極23及びp側電極25は、絶縁膜26の開口部26n,26pから当該絶縁膜26の外側に延在するように設けられている。
なお、発光装置100において、4個の発光素子2が配線12を介して、直列に電気接続されているが、発光素子2の個数や電気接続の態様はこれに限定されるものではなく、発光素子2は、少なくとも1個が設けられていればよい。
接合部材3としては、Auワイヤを用いたワイヤバンプや、Au,Cuなどの金属材料からなるメッキバンプを用いることができる。接合部材3としてこのような金属バンプを用いる場合は、発光素子2を実装基板1に接合する前に、接合部材3を、予め発光素子2のn側電極23及びp側電極25と、又は各配線12と、接合するように設けておいてもよい。この場合は、超音波接合法によって、発光素子2を実装基板1に接合することができる。
また、接合部材3としては、AuSn系合金、Sn系の鉛フリー半田などの半田を用いるようにしてもよい。この場合は、リフロー法によって、発光素子2を実装基板1に接合することができる。
前記したように、支持部材11として用いられる樹脂材料は、高湿度環境において発光素子から光照射されることで劣化の程度が顕著になる。また、発光素子2が光反射性を有する全面電極24を備えていても、発光素子2の下面側から漏れる光があるため、支持部材11に光が照射される。また、配線12が設けられた領域は、当該配線12である金属膜で遮光されるため、配線12が設けられた支持部材11の上面は直接に光が照射されず、劣化が起こり難くなっている。
防湿性部材4は、前記した光反射膜13に用いるのと同様の光反射性物質の粒子を含有させて、光反射性を高めるようにしてもよい。防湿性部材4は、発光素子2からの光の反射率は50%以上であることが好ましい。防湿性部材4は、発光素子2からの光の反射率が高い方が良いが、発光素子2からの光の反射率を80%未満とし、光反射性物質の含有量を抑えることで、支持部材11と防湿性部材4との接合を高めることができる。
また、防湿性部材4は、発光素子2から所定の距離d、例えば2mm以上、好ましくは5mm以上、より好ましくは10mm以上離れた領域まで延在するように設けてもよい。発光素子2の光出力が高くなるに従って、発光素子2からの距離dが遠くなっても強い光で支持部材11が照射され、支持部材11の光劣化が生じるおそれがあるからである。
また、実装基板1が可撓性を有するために、防湿性部材4の膜厚は、前記した水蒸気透過度を満たす範囲で薄くすることが好ましく、例えば、100μm程度以下とすることが好ましい。また防湿性部材4は50μm程度以下とすることが好ましい。発光素子2と支持部材11との距離を短くすることができ、発光素子2の高さを低く抑えることができる。また防湿性部材4は膜厚が一定のものを使用する。
防湿性部材4は、有機材料、無機材料又は有機材料と無機材料とのハイブリッド材料を用いて形成することができる。
防湿性部材4として用いることができる有機膜としては、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、シリコーン樹脂若しくはその誘導体、フッ化炭素(フッ素樹脂)、又はパラキシリレンから選ばれる少なくとも1種からなる有機膜を挙げることができる。
アンダーフィル5は、前記した光反射膜13と同様の材料を用いることができる。
なお、透光性部材6は、発光素子2の全体を封止するように設けられることが好ましいが、発光素子2の一部を被覆するように設けられてもよい。また、透光性部材6は、レンズを構成するような形状で形成されてもよい。
具体的には、例えば、YAG(Y3Al5O12:Ce)やシリケートなどの黄色蛍光体、あるいは、CASN(CaAlSiN3:Eu)やKSF(K2SiF6:Mn)などの赤色蛍光体、を挙げることができる。
透光性部材6に含有させるフィラーとしては、例えば、SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、MgOなどの粒子を好適に用いることができる。また、所望外の波長の光を除去する目的で、例えば、有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させるようにしてもよい。
次に、第1実施形態に係る発光装置の製造方法について、図4〜図5Fを参照して説明する。
図3は、第1実施形態に係る発光装置に用いられる発光素子の構成例を示す断面図である。図4は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。図5Aは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における配線パターン形成工程を示す断面図である。図5Bは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における光反射膜形成工程を示す断面図である。図5Cは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における防湿性部材形成工程を示す断面図である。図5Dは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における発光素子実装工程を示す断面図である。図5Eは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法におけるアンダーフィル形成工程を示す断面図である。図5Fは、第1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示す断面図である。
防湿性部材4は、樹脂材料を用いる場合には印刷法や塗布法などによって、無機材料を用いる場合にはスパッタリング法やCVD法(化学的気相成長法)などによって形成することができる。
以上の工程を行うことによって、発光装置100を製造することができる。
次に、第2実施形態に係る発光装置について、図6を参照して説明する。図6は、第2実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
第2実施形態に係る発光装置100Aは、第1実施形態に係る発光装置100において、実装基板1及び防湿性部材4に代えて、支持部材11と防湿性部材4Aとが一体的に形成された実装基板1Aを用いるものである。
支持部材11は、シート状の防湿性部材4Aで上面全体が隙間なく被覆されているため、発光素子2からの光が照射される可能性がある上面からの水蒸気の浸透が抑制することができる。このため、光照射による支持部材11の劣化をより効果的に抑制することができる。
防湿性部材4Aは、第1実施形態における防湿性部材形成工程S103に代えて、配線パターン形成工程S101の前に、支持部材11の上面を被覆するように形成される。
なお、防湿性部材4Aは、シート状の防湿性材料を支持部材11の上面に貼付又は圧着することで形成することができる。また、防湿性部材4Aは、液状の防湿性材料を支持部材11の上面に塗布することで形成することもできる。
他の部材についての工程は、第1実施形態と同様であるから説明は省略する。
第3実施形態に係る発光装置について、図7を参照して説明する。図7は、第3実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
第3実施形態に係る発光装置100Bは、第1実施形態に係る発光装置100において、防湿性部材4に代えて、又は、加えて、防湿性部材4Bを備えるものである。
なお、防湿性部材4Bは、透光性部材6の外面だけでなく、実装基板1Aの上面全体を連続して被覆するように設けてもよい。これによって、支持部材11の上面からの水蒸気の浸透を、より効果的に抑制することができる。特に、防湿性部材4Bは透光性部材6の外面全体を連続して被覆しており、これに加えて、更に、支持部材11上の配線間に設けられる防湿性部材4を配置することにより、光照射による支持部材11の劣化を更に効果的に抑制することができる。
防湿性部材4Bは、第1実施形態における防湿性部材形成工程S103に代えて、透光性部材形成工程S106の後で、透光性部材6の外面を被覆するように形成される。
また、防湿性部材4Bを、透光性部材6の外面だけでなく、実装基板1の上面全体を被覆するように設ける場合は、透光性部材6の形状に合わせて貼付や塗布をする必要がないため、防湿性部材4Bを形成する工程を簡略化することができる。
他の部材についての工程は、第1実施形態と同様であるから説明は省略する。
第4実施形態に係る発光装置について、図8を参照して説明する。図8は、第4実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
第4実施形態に係る発光装置100Cは、第1実施形態に係る発光装置100において、防湿性部材4の上面側を被覆する第1光反射性部材71を更に備えるものである。
第1光反射性部材71は、アンダーフィル5と同様の材料を用いることができるが、光反射性物質の含有量を多くして、アンダーフィル5よりも高い光反射率を有することが好ましい。具体的には、第1光反射性部材71は、発光素子2からの光の80%以上を反射することが好ましい。第1光反射性部材71は、アンダーフィル5と異なり、発光素子2との密着性を考慮する必要がなく、発光素子2を実装後に発光素子2の下面側に充填する必要もないため、アンダーフィル5よりも薄膜でありながら、高い光反射率を備えるように形成することができる。
他の部材についての工程は、第1実施形態と同様であるから説明は省略する。
第5実施形態に係る発光装置について、図9を参照して説明する。図9は、第5実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
第5実施形態に係る発光装置100Dは、第1実施形態に係る発光装置100において、支持部材11と防湿性部材4との間に第2光反射性部材72を更に備えるものである。
なお、第2光反射性部材72は、光反射膜形成工程S102の前後の何れで形成してもよい。
他の部材についての工程は、第1実施形態と同様であるから説明は省略する。
第6実施形態に係る発光装置について、図10を参照して説明する。図10は、第6実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
第6実施形態に係る発光装置100Eは、第1実施形態に係る発光装置100において、実装基板1及び防湿性部材4に代えて、防湿性材料からなる支持部材11Eを用いた実装基板1Eを備えるものである。
支持部材11Eは、フレキシブル基板の基体として十分な強度を持つ範囲で薄く形成することが好ましく、厚さが4μm以上50μm以下とすることが好ましい。
図6に示した形態の発光装置を、以下の条件で作製した。
また、当該発光装置の作製に用いた支持部材の耐光性を、前記した照明装置200を用いて評価した。
上面全体が防湿性部材で被覆された支持部材として、ユニチカ(株)製の「エンブレット(登録商標) DC KPT−12」を用いる。KPT−12は、厚さ12μmのPETフィルム(支持部材に相当)の片面に、膜厚1.5μmのポリ塩化ビニリデン層(防湿性部材に相当)を設けたフィルムである。なお、このフィルムの水蒸気透過率は、15g/(m2・day)である。また、この水蒸気透過率は、JIS K7129に基づき、40℃,90%RHの環境下で赤外線センサを用いて測定した値である。
前記したKPT−12フィルムからなる支持部材のポリ塩化ビニリデン層上に、厚さ35μmの銅箔を貼付し、エッチング法によって所定のパターンとすることで配線を形成し、実装基板とする。なお、図6における光反射膜13に相当する部材は設けない。
実装基板の配線上に、発光素子として平面視形状が一辺600μmの正方形であるLEDチップを、接合部材としてSnCu系の半田を用いてフリップチップ実装する。なお、LEDチップは、発光スペクトルの発光ピーク波長が450nmである青色LEDである。
発光素子の周囲にアンダーフィル材料を塗布する。なお、アンダーフィル材料として、シリコーン樹脂に、平均粒径が0.25μmの酸化チタンを30質量%の含有率で練り込んだ樹脂材料を用いる。
透光性部材としてシリコーン樹脂を用いて、発光素子を封止するとともに、ドーム形状に成型する。
図10に示した形態の発光装置を、以下の条件で作製した。
また、当該発光装置の作製に用いた支持部材の耐光性を、前記した照明装置200を用いて、85℃、85%RHの環境下で評価した。
防湿性を有する支持部材として、住友精化(株)製の「タフクレースト」を用いる。用いた支持部材は、膜厚が50μmであり、粘度鉱物であるタルクの層状結晶をポリイミドに含有させたフィルムである。なお、このフィルムの水蒸気透過率は、2g/(m2・day)(測定法はJIS K7129に基づく)である。評価結果を表2における試料4として示す。
また、比較例として、ポリイミド単体のフィルムについても同じ環境下で評価した。その評価結果を表2における試料5として示す。なお、試料5として用いたポリイミドフィルムは、東レ・デュポン(株)製の「カプトン(登録商標)Hタイプ」で膜厚25μmのものを用いた。また、試料5の水蒸気透過率は、84g/(m2・day)(測定法はJIS K7129に基づく)である。
支持部材として、前記したタフクレーストのフィルムを用い、他の部材として、前記した実施例1と同じものを用いて、発光装置を作製する。
このようにして作製した発光装置は、支持部材への水蒸気の侵入が抑制され、高温高湿環境下での発光素子(LEDチップ)からの光による支持部材の劣化を抑制するのに効果的である。
1E 実装基板
11 支持部材
11C 支持部材
12 配線
12a 隙間
12b 引っ込み部
13 光反射膜
13a 開口部
14 端子
2 発光素子
21 基板
22 半導体積層体
22n n型半導体層
22a 活性層
22p p型半導体層
22b 露出部
23 n側電極
24 全面電極
25 p側電極
26 保護膜
26n,26p 開口部
3 接合部材
4,4A,4B 防湿性部材
5 アンダーフィル
6 透光性部材
71 第1光反射性部材
72 第2光反射性部材
100,100A,100B,100C,100D,100E 発光装置
Claims (28)
- 樹脂からなる支持部材と、
前記支持部材上に設けられる一対の配線と、
同一面側に一対の電極を持ち、前記一対の配線の間を跨いで配置され、前記一対の電極と前記一対の配線とが対向し電気的に接続される発光素子と、
少なくとも、平面視において前記発光素子が配置された領域であって、かつ、前記一対の配線の間の領域について、前記支持部材の上面を隙間なく被覆する、膜状の防湿性部材と、を備え、
前記防湿性部材は、前記支持部材よりも高い防湿性を有する発光装置。 - 前記防湿性部材は、水蒸気透過率が20.0g/(m2・day)以下である請求項1に記載の発光装置。
- 前記支持部材は、シート状であり、可撓性を有する請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記支持部材は、厚みが均一である請求項3に記載の発光装置。
- 前記支持部材は、前記一対の配線下の領域から前記一対の配線の間の領域にかけて上面が平坦である請求項4に記載の発光装置。
- 前記防湿性部材は、前記支持部材の上面全体を被覆するシート状であり、
前記一対の配線は、前記防湿性部材上に設けられる請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の発光装置。 - 前記防湿性部材は、平面視において、前記発光素子が配置される領域及びその周囲の領域に配置される請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記周囲の領域は、平面視において、前記発光素子から2mm以内の領域である請求項7に記載の発光装置。
- 前記防湿性部材部材の上面側を被覆する第1光反射性部材を備える請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記支持部材と前記防湿性部材との間に、前記支持部材を被覆する第2光反射性部材を備える請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記発光素子を被覆する透光性部材を備える請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記発光素子を被覆する透光性部材を備え、
前記防湿性部材は、透光性を有し、前記透光性部材の外側全体を被覆する請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の発光装置。 - 前記支持部材と前記発光素子との間に、前記支持部材を被覆する第2光反射性部材を備える請求項12に記載の発光装置。
- 前記第1光反射性部材は、透光性を有する樹脂に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、硫酸バリウムから選ばれる少なくとも1種が含有されてなる、請求項9に記載の発光装置。
- 前記第2光反射性部材は、透光性を有する樹脂に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、硫酸バリウムから選ばれる少なくとも1種が含有されてなる、請求項10又は請求項13に記載の発光装置。
- 前記第1光反射性部材は、前記発光素子からの光を80%以上反射する、請求項9又は請求項14に記載の発光装置。
- 前記第2光反射性部材は、前記発光素子からの光を80%以上反射する、請求項10、請求項13又は請求項15の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、波長変換物質が含有されている、請求項7又は請求項13に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、レンズを有している、請求項11、請求項12又は請求項18の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記支持部材は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、粘土鉱物を含有する樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、又はガラスエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種からなる、請求項1乃至請求項19の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記防湿性部材は、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、シリコーン樹脂若しくはその誘導体、又はパラキシリレンから選ばれる少なくとも1種からなる、請求項1乃至請求項20の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記防湿性部材は、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化炭化ケイ素、炭化窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、窒化炭素、粘土鉱物、又はダイヤモンドライクカーボンから選ばれる少なくとも1種が含有されてなる、請求項1乃至請求項20の何れか一項に記載の発光装置。
- 絶縁性及び可撓性を有するシート状の支持部材と、
前記支持部材上に設けられる一対の配線と、
同一面側に一対の電極を持ち、前記一対の配線の間を跨いで配置され、前記一対の電極と前記一対の配線とが対向し電気的に接続される発光素子と、を備え、
前記支持部材は、水蒸気透過率が20.0g/(m2・day)以下である発光装置。 - 前記支持部材は、厚さが4μm以上50μm以下である請求項23に記載の発光装置。
- 少なくとも、平面視において前記発光素子が配置された領域であって、かつ、前記一対の配線の間の領域について、前記支持部材の上面を被覆する光反射性部材を有する、請求項23又は請求項24に記載の発光装置。
- 前記支持部材は、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、シリコーン樹脂若しくはその誘導体、又は粘土鉱物を含有する樹脂から選ばれる少なくとも1種からなる、請求項23乃至請求項25の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記光反射性部材は、透光性を有する樹脂に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、硫酸バリウムから選ばれる少なくとも1種が含有されてなる、請求項25又は請求項25を引用する請求項26に記載の発光装置。
- 前記光反射性部材は、前記発光素子からの光を80%以上反射する、請求項25、請求項25を引用する請求項26又は請求項27の何れか一項に記載の発光装置。
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