JP2018107285A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1電極11と第2電極12とを備える第1面15と、第1面15と対向する第2面16と、側面17とを持つ発光素子10と、発光素子10の第1面10が離型性基材に接するように載置する工程と、発光素子10の第2面16と側面17とを波長変換部材20で覆う工程と、波長変換部材20で覆われた発光素子10を離型性基材から剥がす工程と、発光素子10の第1電極11、第2電極12と接続するように発光素子10の第1電極11、第2電極12の少なくとも一部と波長変換部材20上の一部とを覆う第1導電部材31、第2導電部材32を形成する工程と、を有し、平面視における第1導電部材31の面積及び第2導電部材32の面積はそれぞれ発光素子10の面積よりも大きい。
【選択図】図1
Description
特許文献2には、薄板金属からなる基板に一対の電極を形成し、一方の電極側に発光ダイオード素子を載置することが記載されている。
特許文献4には、接続電極上に、白色反射部材、LED素子、蛍光体層、ガラスが積層された半導体発光装置が記載されている。
そこで、本実施形態に係る発光装置は、放熱性に優れた薄型の発光装置を提供すること、及び、その製造方法を提供することを目的とする。
なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、例えば正面図や平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
第1実施形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係る発光装置を示した概略斜視図である。図2は、第1実施形態に係る発光装置の断面を示した概略斜視断面図である。図3は、第1実施形態に係る発光装置の断面を拡大した概略斜視断面図である。発光素子の第1電極、第2電極が設けられている側を発光素子及び発光装置において下面側と称呼し、その逆側を上面側と称呼する。
発光素子10は、第1電極11と第2電極12とを備える。発光素子10は第1面15と、第1面15と対向する第2面16と、側面17とを持つ。ここでは直方体の発光素子10を用いて説明するため、発光素子10は4つの側面17を持ち、第1面15及び第2面16と接している。第1電極11と第2電極12は第1面15に設けられている。
以上の構成を採ることで、放熱性に優れた薄型の発光装置100を提供することができる。
波長変換部材20の上面の面積は特に限定されないが発光素子10からの光を効率良く放出できる大きさが好ましい。例えば、波長変換部材20の上面の面積は、発光素子10の第2面16の面積の1.5倍から20倍とすることができ、2倍から10倍が好ましい。波長変換部材20の厚みは発光素子10の厚みよりも大きければ特に限定されないが0.2mm〜1.0mmが好ましく、0.3mm〜0.6mmがさらに好ましい。波長変換部材20の厚みを変えることにより色調を変えることができるからである。波長変換部材20の上面は平坦であることが好ましい。発光装置100全体の厚みを抑えることができるからである。ただし、波長変換部材20の上面を凸レンズ形状とすることもできる。これにより発光素子10からの光を集めることができる。凸レンズ形状は高さを抑えたものとすることもできる。
波長変換部材20は蛍光体21が透光性部材22中に分散されているものを使用することができる。ただし透光性部材を使用せず蛍光体21のみを使用することもできる。
第1導電部材31及び第2導電部材32は波長変換部材20の下面側に配置されている。第1導電部材31及び第2導電部材32は同一面積、同一形状としてもよいが、アノード、カソードが認識できるように異なる面積、異なる形状としてもよい。また、導電部材30の一部にカソードマークを設けてもよい。
また、第1導電部材31と第2導電部材32との間は短絡しない間隔であればよく、例えば1mm以上、好ましくは0.1mm以上である。
第1導電部材31及び第2導電部材32は、絶縁部材40よりも背面視において外周部に近い側が露出されている。第1導電部材31は外部電極と接続するため、発光装置100の背面側において絶縁部材40から第1導電部材31が露出している。発光装置100の背面側において第1導電部材31と第2導電部材32とは離れている方が好ましい。短絡を防止するためである。
絶縁部材40は、発光素子10からの光や波長変換部材20からの光に対して高い反射率を有する部材を使用することが好ましい。絶縁部材40の反射率は、可視光領域において50%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上である。例えば、発光素子10の発光波長における反射率が70%以上であることが好ましい。
絶縁部材40の面積は、発光素子10の面積よりも大きいことが好ましい。発光素子10から下面側に放出される光を効率良く上面側に反射させるためである。絶縁部材40の面積は、波長変換部材20の面積の30%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上である。ただし、絶縁部材40は、波長変換部材20の下面からはみ出していないことが好ましい。
絶縁部材40は、背面視における第1導電部材31と第2導電部材32との距離を離すことができる。
一方、絶縁部材40の厚みを抑えることで発光装置100全体の厚みを抑えることができる。
第2実施形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図4は、第2実施形態に係る発光装置を示した概略平面図である。図5は、第2実施形態に係る発光装置を示した概略断面図である。図5は図4のV−V線の断面図である。第2実施形態に係る発光装置は、波長変換部材が異なる以外は第1実施形態とほぼ同じ構成を採り、第1実施形態に係る発光装置とほぼ同じ構成を採るところについては説明を省略することもある。
発光装置200は、発光素子110、波長変換部材120、第1導電部材131、第2導電部材132、絶縁部材140を備える。波長変換部材120は逆台形形状を成す。つまり波長変換部材120の下面側の面積よりも、上面側の面積の方が大きい。波長変換部材120の側面は上方に傾斜する。これにより発光素子110から側方に出射された光は波長変換部材120の側面に照射し、上方に反射され、発光装置200の上方から放出される光量が増える。
第3実施形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図6は、第3実施形態に係る発光装置を示した概略背面図である。第3実施形態に係る発光装置は、第1導電部材、第2導電部材、絶縁部材が異なる以外は第1実施形態とほぼ同じ構成を採り、第1実施形態に係る発光装置とほぼ同じ構成を採るところについては説明を省略することもある。
第4実施形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図7は、第4実施形態に係る発光装置を示した概略断面図である。第4実施形態に係る発光装置は、波長変換部材の外周に反射部材を設けた以外は第1実施形態とほぼ同じ構成を採り、第1実施形態に係る発光装置とほぼ同じ構成を採るところについては説明を省略することもある。
発光装置400は、発光素子310、波長変換部材320、第1導電部材331、第2導電部材332、絶縁部材340、反射部材350を備える。反射部材350は平面視において波長変換部材320の外周を覆っている。ただし、反射部材350は平面視における波長変換部材320の外周全部を覆っている必要はなく、例えば対向する2辺のみ、又は1辺のみとすることもできる。
第5実施形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図8は、第5実施形態に係る発光装置を示した概略断面図である。第5実施形態に係る発光装置は、発光素子と第1導電部材、第2導電部材とをワイヤで接続すること、波長変換部材の形状が異なること以外は第1実施形態とほぼ同じ構成を採り、第1実施形態に係る発光装置とほぼ同じ構成を採るところについては説明を省略することもある。
また、第1電極411と第1導電部材431とを離間して形成することもできる。これにより第1導電部材431の面積を小さくすることができる。
(発光素子)
発光素子は、発光装置における光源であり、例えば発光ダイオード(LED)である。発光素子は、任意の波長の光を発光するものを選択することができ、波長430〜475nmに発光ピーク波長を持つ青色を発光するものが好ましい。発光素子として、例えば窒化物系半導体InXAlYGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)を用いることができる。発光素子は、波長λ0=450nmをピークとする青色光を発光するように設計されたものであり、実際に発光した光のピーク波長λは、設計値λ0と同値またはその近傍の値である。
平面視において発光素子は正方形や矩形などの四角形に限定されず、三角形や五角形、六角形などの多角形のものも使用することができる。
離型性基材70は、シート、基板などで表面に粘着性があり、発光素子10を載置しただけで保持可能であり、加熱やUV光照射などにより粘着力を失い容易に発光素子10や波長変換部材20を剥離させる。具体的には、ポリエステルなどの樹脂フィルムの表面に、熱により膨張するマイクロカプセルを含むゴム系粘着剤が塗布されたシートやUV光照射により硬質化し粘着性を失うアクリル系粘着剤が塗布されたシートを用いることが好ましい。樹脂フィルムに代わり、硬質プラスチック板、金属板、セラミックス板なども代用することができる。
波長変換部材は蛍光体を透光性部材に含有させたものを使用することができる。また、波長変換部材は蛍光体のみでもよい。
透光性部材は絶縁性で光を透過する材料で形成され、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの樹脂やガラスなどの無機物を使用することができる。熱硬化性樹脂では例えばシリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、シリコーン変成樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が使用される。フレキシビリティを発光装置へ付与するため、蛍光体を充填した後の曲げ弾性率が1000MPaを超えないものが使用できる。熱可塑性樹脂ではポリフタルアミド、ポリブチレンテレフタレート、液晶ポリマーなどが使用される。無機物ではソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどが使用される。
平面視において波長変換部材は正方形や矩形などの四角形に限定されず、三角形や五角形、六角形などの多角形のものも使用することができる。また、発光素子の形態と相似の形態とすることもできる。
第1導電部材、第2導電部材は、金、銀、銅、アルミニウム等の金属粉を樹脂材料や溶剤へ分散した導電性ペーストを使用することができる。樹脂材料としては、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、シリコーン変成樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が使用される。を使用することができる。第1導電部材、第2導電部材は厚みが一定であることが好ましいが、厚みが異なるものも使用することができる。また、発光素子との接続に金、銀、銅、半田等のバンプと薄膜状のものとを組み合わせたものであってもよい。
絶縁部材は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの樹脂やガラスなどの無機物を使用することができる。熱硬化性樹脂では例えばシリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、シリコーン変成樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が使用される。熱可塑性樹脂ではポリフタルアミド、ポリブチレンテレフタレート、液晶ポリマーなどが使用される。無機物ではソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどが使用される。ただし、耐熱性に優れたシリコーン樹脂やガラスを用いることが好ましい。また、絶縁部材は反射性を持たせるために光反射性部材を樹脂等に含有させたものでもよい。さらに絶縁部材は金属部材を絶縁物で表面コートしたものでもよい。金属部材を用いることで熱伝導の高い構成とすることができる。
反射部材は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの樹脂やガラスなどの無機物を使用することができる。熱硬化性樹脂では例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が使用される。熱可塑性樹脂ではポリフタルアミド、ポリブチレンテレフタレート、液晶ポリマーなどが使用される。無機物ではソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどが使用される。ただし、耐熱性に優れたシリコーン樹脂やガラスを用いることが好ましい。反射部材は熱硬化性樹脂等に光反射性物質を含有させたものを使用することが好ましい。光反射性物質としては、Ti,Zr,Nb,Al,Siの酸化物や、AlN,MgF2,BN等を適用することができ、酸化チタンが好ましい。
波長変換部材には蛍光体の他に、光反射性物質や遮光部材を含有してもよい。光反射性物質を含有することにより発光素子からの光の分散性を向上させることができる。また、遮光部材を含有することにより外部からの光が波長変換部材に照射された際、波長変換部材のテカリを防止することができる。
ワイヤは、金、銀、銅、アルミニウム、これらの合金等を使用することができる。
第1実施形態に係る発光装置の製造方法について、図面を用いて説明する。図9A〜図9Fは、第1実施形態に係る発光装置の製造工程の一部を示す概略断面図である。
発光素子10は1個でも良いが複数個を用いることにより生産性が向上する。発光素子10は離型性基材上に等間隔に複数行、複数列、配置する。
離型性基材70は粘着性のあるポリエステルフィルムを用いることが好ましいが、所定の樹脂、無機物、基板、金属板などを用いても良い。
また離型性基材70に載置された発光素子10を囲うように、離型性基材70上に枠体を配置し、枠体で囲まれた発光素子10又は離型性基材70上に波長変換部材20を配置してもよい。この枠体は発光素子10を個々に囲むものでも良く、複数の発光素子10をまとめて囲むものでもよい。枠体を設けることで波長変換部材20の高さの調整が容易だからである。枠体を用いて発光素子10を個々に囲む場合は、後に枠体を切り出し、反射部材として使用することもできる。枠体は樹脂、無機物、金属など貫通孔を有する板状のものを使用することが好ましいが、枠体を反射部材として使用する場合は樹脂、無機物等に光反射性物質を含有しておくことが好ましい。
この発光素子10の離型性基材70への載置において、発光素子10の第1面15及び第2面16に離型性基材を貼り付け、貼り合わせることもできる。
硬化又は固化前の波長変換部材20は流動性を有しており、発光素子10や離型性基材70上に拡がる。波長変換部材20は発光素子10と離型性基材70との隙間に入り込まず、発光素子10の第1面に波長変換部材20が付着することはない。
(c)波長変換部材20を硬化又は固化した後、波長変換部材20で覆われた発光素子10を離型性基材70から剥がす。
離型性基材70に粘着性のあるシリコーン樹脂を用いた場合、離型性基材70の材料が発光素子10に残存しないため好ましい。発光素子10を離型性基材70から剥がすため、発光素子10の第1面15と波長変換部材20の下面とは面一となる。
ここで、発光素子10の第1電極11及び第2電極12が露出するように、波長変換部材20で覆われた発光素子10の第1面15側にマスクを施し、マスクから露出された第1電極11に第1導電部材31を形成し、また、マスクから露出された第2電極12に第2導電部材32を形成することが好ましい。これにより精度良く簡易に所定形状を有する第1導電部材31を形成することができる。マスクはフォトレジスト膜を形成し、レーザー等で露光し、洗浄し、所定の位置に開口部を設ける方法により形成することができる。また、所定の貫通孔を持つ金属板や樹脂板などを用いることもできる。
マスクを用いる方法の他に、発光素子10の第1電極11に原料となる粒子や液状、半液状の第1導電部材31を塗布し、発光素子10の第2電極12に原料となる粒子や液状、半液状の第2導電部材32を塗布することもできる。例えばインクジェットなどである。マスクの形成及び除去が不要であるため、簡易に第1導電部材31等を形成することができる。
第1導電部材31は導電性インクを用いて印刷することもできる。
以上の工程により、簡易に第1実施形態に係る発光装置を製造することができる。
第5実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。第1実施形態に係る発光装置と同じ構成を採るところは説明を省略することもある。
上記(a)〜(c)は同様である。
(d2)発光素子410の第1電極411と第1導電部材431とを第1ワイヤ461で接続し、また、発光素子410の第2電極412と第2導電部材432とを第2ワイヤ462で接続する。第1ワイヤ461は発光素子410の第1電極411を先に接合し、次に第1導電部材431を後で接合することが好ましい。第1ワイヤ461は1本に限られず複数本使用してもよい。第2ワイヤ462についても第1ワイヤ461と同様である。
以上により、第5実施形態に係る発光装置を製造することができる。
実施例1、2、比較例1に係る発光装置について図面を用いて説明する。図10Aは、実施例1に係る発光装置及び熱履歴を示した概略斜視図である。図10Bは、実施例2に係る発光装置及び熱履歴を示した概略斜視図である。図10Cは、比較例1に係る発光装置及び熱履歴を示した概略斜視図である。図11は、実施例1,2、比較例1に係る発光装置におけるジャンクション温度を示すグラフである。実施例1及び2に係る発光装置は第1実施形態に係る発光装置と概ね同じである。
発光素子10は1辺が650μmの正方形形状である。波長変換部材20は一辺が3mmの正方形であり、厚さは0.45mmである。実施例1の絶縁部材40の厚みは100μmであり、実施例2の絶縁部材40の厚みは200μmである。
実施例1及び2、比較例1の発光装置の放熱状態についてシミュレーションを行った。設定条件は発光素子の発熱量は32mW、雰囲気温度は25℃である。比較例1のリードフレームの底面、実施例1及び2の絶縁部材の底面からの熱伝達係数は90W/m2K、それ以外の外表面の熱伝達係数は5W/m2Kである。比較例1のリードフレームの熱伝導率は350W/mKであり、実施例1及び2の導電部材の熱伝導率は40W/mKである。
実施例1の発光装置よりも実施例2の発光装置の方がさらに発熱温度が低い。これは絶縁部材40の厚みが放熱に寄与しているからである。
11 第1電極
12 第2電極
15 第1面
16 第2面
17 側面
20 波長変換部材
21 蛍光体
22 透光性部材
30 導電部材
31 第1導電部材
32 第2導電部材
40 絶縁部材
70 離型性基材
100 発光装置
Claims (15)
- 第1電極と第2電極とを備える第1面と、前記第1面と対向する第2面と、側面とを持つ発光素子と離型性基材とを用い、前記発光素子の前記第1面が前記離型性基材に接するように載置する工程と、
前記発光素子の前記第2面と前記側面とを波長変換部材で覆う工程と、
前記波長変換部材で覆われた前記発光素子を前記離型性基材から剥がす工程と、
前記発光素子の前記第1電極と接続するように前記発光素子の前記第1電極の少なくとも一部と前記波長変換部材上の一部とを覆う第1導電部材を形成し、また、前記発光素子の前記第2電極と接続するように前記発光素子の前記第2電極の少なくとも一部と前記波長変換部材上の一部とを覆う第2導電部材を形成する工程と、
を有し、
平面視における前記第1導電部材の面積及び前記第2導電部材の面積はそれぞれ前記発光素子の面積よりも大きい発光装置の製造方法。 - 前記第1導電部材及び前記第2導電部材を形成する工程は、
前記発光素子の前記第1電極及び前記第2電極が露出するように、前記波長変換部材で覆われた前記発光素子の前記第1面側にマスクを施し、
前記マスクから露出された前記第1電極に前記第1導電部材を形成し、また、前記マスクから露出された前記第2電極に前記第2導電部材を形成する、請求項1に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第1導電部材及び前記第2導電部材を形成した後、前記マスクを除去する、請求項2に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1導電部材及び前記第2導電部材を形成する工程は、
前記発光素子の前記第1電極に第1導電部材を塗布し、前記発光素子の前記第2電極に第2導電部材を塗布する、請求項1に記載の発光装置の製造方法。 - 前記波長変換部材で覆う工程は、
前記離型性基材に載置された前記発光素子を囲うように、前記離型性基材上に枠体を配置し、前記枠体で囲まれた前記発光素子又は前記離型性基材上に前記波長変換部材を配置する、請求項1乃至4の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記波長変換部材で覆う工程は、
前記離型性基材に載置された前記発光素子を囲うように、液状もしくは半液状の透光性樹脂に蛍光体を分散した前記波長変換部材を配置し硬化し、前記発光素子又は前記離型性基材上に前記波長変換部材を配置する、請求項1乃至5の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第1導電部材及び前記第2導電部材を形成する工程の後、
前記第1導電部材の少なくとも1部及び前記第2導電部材の少なくとも1部、前記第1電極と前記第2電極との間の前記第1面に絶縁部材を配置する工程を有する、請求項1乃至6の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記絶縁部材の配置は、反射性物質が含有された絶縁性の樹脂ペーストを用いる、請求項7に記載の発光装置の製造方法。
- 第1電極と第2電極とを備える第1面と、前記第1面と対向する第2面と、側面とを持つ発光素子と離型性基材とを用い、前記発光素子の前記第1面が前記離型性基材に接するように載置する工程と、
前記発光素子の前記第2面と前記側面とを波長変換部材で覆う工程と、
前記波長変換部材で覆われた前記発光素子を前記離型性基材から剥がす工程と、
前記波長変換部材上の一部を覆うようにそれぞれ第1導電部材及び第2導電部材を形成する工程と、
前記発光素子の前記第1電極と前記第1導電部材とを第1ワイヤで接続し、また、前記発光素子の前記第2電極と前記第2導電部材とを第2ワイヤで接続する工程と、
前記第1ワイヤ及び前記第2ワイヤの全周を覆い、かつ、前記第1導電部材の少なくとも1部及び前記第2導電部材の少なくとも1部、前記第1電極と前記第2電極との間の前記第1面に絶縁部材を配置する工程と、
を有し、
平面視における前記第1導電部材の面積及び前記第2導電部材の面積はそれぞれ前記発光素子の面積よりも大きい発光装置の製造方法。 - 第1電極と第2電極とを備える第1面と、前記第1面と対向する第2面と、側面とを持つ発光素子と、
前記発光素子の前記第2面と前記側面とを覆う波長変換部材と、
前記第1電極と電気的に接続され、前記波長変換部材と接し、かつ、前記第1面に形成される第1導電部材と、
前記第2電極と電気的に接続され、前記波長変換部材と接し、かつ、前記第1面に形成される第2導電部材と、
前記第1電極の少なくとも1部と前記第2電極の少なくとも1部と前記第1電極と前記第2電極との間の第1面に配置される絶縁部材と、
を有し、
前記第1面と前記波長変換部材の下面とは面一であり、
前記波長変換部材は前記発光素子の前記第1面を覆っていない発光装置。 - 前記第1面と前記波長変換部材とは段差が5μm以下である請求項9又は10に記載の発光装置。
- 平面視において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材は前記発光素子よりも外側に形成されている請求項9乃至11の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、前記第1電極と前記第1導電部材とを接続する第1ワイヤと、前記第2電極と前記第2導電部材とを接続する第2ワイヤと、を更に有し、
前記第1ワイヤ及び前記第2ワイヤは前記絶縁部材に全面覆われている請求項9乃至12の何れか一項に記載の発光装置。 - 平面視において、前記波長変換部材の外周は反射部材によって覆われている請求項9乃至13の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、曲げ弾性率が1000MPa以下である請求項9乃至14の何れか一項に記載の発光装置。
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