JP2019192778A - 発光装置の製造方法及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、集光性を向上できる発光装置の製造方法及び発光装置を提供することを目的とする。
また、本開示に係る発光装置は、配線基板と、前記配線基板上に載置される発光素子と、前記配線基板上に配置され、前記発光素子を取り囲み、角部を有する枠体と、平面視における前記枠体の内周の角部の内側に接して又は前記枠体の角部上に形成された支柱部材と、少なくとも一部が前記枠体及び支柱部材と接触し、かつ前記枠体及び支柱部材の上面よりも高い位置にある第1透光性部材と、を備える。
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、誇張していることがある。
この実施形態の発光装置の製造方法は、
発光素子が搭載され、発光素子を取り囲む、角部を有する枠体が配置された配線基板を準備し、
平面視における前記枠体の内周の角部の内側に接して又は前記枠体の角部上に、支柱部材を形成し、
少なくとも一部が前記枠体及び支柱部材と接触し、かつ前記枠体及び支柱部材の上面よりも高い位置にある第1透光性部材を形成することを含む。
このように、第1透光性部材を形成する前に支柱部材を所定の位置に形成しておくことにより、支柱部材を第1透光性部材の躯体として機能させることができ、これによって、第1透光性部材の形状が安定して、より高さの高いレンズ形状の部材を簡便にかつ確実に形成することができる。その結果、集光性を向上させることができる。
まず、発光素子を搭載するための配線基板11を準備する。
(配線基板11)
配線基板11は、例えば、図1A等に示すように、基材13と配線12とが一体となったものが挙げられる。配線12としては、リードフレームを用いてもよい。また、基材の上面に配線が形成され、配線基板の下面には、例えば、基板内部のビアによって又は基材の側面に引き伸ばされた配線によって、電気的に接続した端子電極となる導電層が形成されていてもよい。
基材13は、例えば、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することができる。配線基板11は、劣化の少ない、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、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)、低温同時焼成セラミックス(LTCC)等が挙げられる。特に、放熱性の高いもの、例えば、熱伝導率が160W/m・K以上の部材を用いることが好ましく、窒化アルミニウムがより好ましく、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。また、基材自体の反射率を高くするために、アルミナ、イットリア、ジルコニア、チタニア、ダイヤモンド、酸化カルシウム及び硫酸バリウム等の無機材料の粒子が互いに一部分で一体化され、多数の空隙を有する多孔質材料を用いてもよい。これにより、空気とこれらの材料間の屈折率差で反射率を向上させることができる。例えば、波長450nmにおける反射率が80%以上のものが好ましく、85%以上のものがより好ましい。
基材13の厚みは、例えば、100μmから300mmが挙げられる。
配線基板11として、基材13上に、基材13と同様の材料等によって、枠体15が一体的に形成されたものを用いてもよい。このような枠体15が一体的に形成された配線基板11は、例えば、射出成形、セラミックスの焼成等、公知の方法によって形成することができる。
配線12は、W、Mo、Ti、Ni、Au、Cu、Al、Au、Ag、Pd、Rh、Pt、SnFe等を主成分とする金属又は合金層を基板に配置することによって形成することができる。具体的には、蒸着、スパッタ、印刷法等により、さらに、その上にめっき等を行ってもよい。劣化が少なく、接合部材との密着性の観点から、Auを主成分とする金属を最表面に配置することが好ましい。また、放熱性を高めるために熱伝導率の高いCuを用い、Cuを他の金属膜よりも厚くして配線を形成してもよい。例えば、25μm以上のCuを含有する層を用いることが好ましい。
配線の厚みは、例えば、5μmから80μmが挙げられる。
配線を形成する際に、あわせて、位置決め用のマーク、極性を示すマーク、温度測定用のパターン等を同時に形成してもよい。
発光素子14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。発光素子は、半導体積層体と一対の電極とを含んで形成されている。
半導体積層体は、例えば、n型半導体層、発光層(活性層)およびp型半導体層等の複数の半導体層を含む。半導体層は、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物系の半導体材料が挙げられる。
半導体積層体の厚みは、当該分野で用いられる層の厚みのいずれでもよい。
半導体積層体は、透光性基板上に形成されたものでもよいし、このような透光性基板を有さないものでもよい。透光性基板としては、通常、サファイア(Al2O3)のような透光性の絶縁性材料、半導体積層体からの発光を透過させる半導体材料(例えば、窒化物系半導体材料)による基板が挙げられる。
一対の電極は、半導体積層体の異なる面側に形成されていてもよいが、同一面側に形成されていることが好ましい。電極は、例えば、Au、Pt、Pd、Rh、Ni、W、Mo、Cr、Ti等又はこれらの合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。具体的には、半導体層側からTi/Rh/Au、W/Pt/Au、Rh/Pt/Au、W/Pt/Au、Ni/Pt/Au、Ti/Rh等のように積層された積層膜が挙げられる。膜厚は、当該分野で用いられる膜の膜厚のいずれでもよい。
発光素子14は、配線基板11上に、1つのみ配置してもよいが、2つ以上配置することが好ましい。発光素子14の配列は、用いる発光素子のサイズ、最終的に得ようとする発光装置の仕様によって任意に決定することができる、例えば、格子状に配列して、複数の発光素子の上面がひとつの発光領域を形成するように配置することができる。
また、発光素子の他に、保護素子19等が搭載されていてもよい。
枠体15は、図1A及び2Hに示すように、角部15aを有する。角部15aは、通常、2本の直線又は2つの平面によって決定される幾何的図形を指すが、本願においては、直線及び平面のみならず、2本の曲線又は2つの曲面等によって構成される連結部分をも包含する。例えば、角部15aは、連結する2本の線又は2つの面において、その線又は面の1/4の長さを占める、連結側の領域とする(図2Hの15a参照)。なお、この場合の連結する2本の線又は2つの面の連結点又は連結線を、本願においては角と称する(図2Hの15x参照)。
枠体15は、例えば、樹脂吐出装置を用いて、配線基板11上に樹脂を環状に吐出させて形成することができる。また、予め金型等で成形した枠体を配線基板11の上に転写するか、張り合わせるなどしても形成することができる。さらに、樹脂印刷法、インクジェット、3Dプリンタ等を用いて形成することができる。トランスファー成形、圧縮成形等により、配線基板とともに形成してもよい。
具体的には、このような材料(母材)として熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂が挙げられ、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、BTレジン、PPA、シリコーン樹脂等が好ましい。また、枠体の反射率を高くするために、熱硬化性樹脂及び/又は熱可塑性樹脂に対して屈折率差の大きい光反射材(例えば、TiO2,Al2O3,ZrO2,MgO,ZnO等)の粉末を、予め分散させて形成することが好ましい。
配線基板11上に保護素子19等の非発光デバイスが実装される場合には、これらのデバイスは光吸収の原因となるため、枠体15内に埋設することが好ましい。
図1B又は1D及び2Iに示すように、平面視において、枠体15の角部15aの上から内側において支柱部材16、16xを形成する。支柱部材は、図1Eに示すように、枠体15の角部15aの上にのみ形成した支柱部材16yとしてもよいし、図1Fに示すように、枠体15の角部15aの内側に形成した支柱部材16zとしていてもよい。内側に配置される場合には、角部15aに接して形成することが好ましい。なかでも、支柱部材は、上述した角15xを含んで配置されることがより好ましい。
支柱部材16、16x、16y、16zの平面視における形状は、用いる材料、形成方法によって適宜設定することができる。例えば、樹脂印刷法、インクジョット、3Dプリンタ等を利用する方法、ポッティング等によって形成することができる。支柱部材16の平面視における形状は、例えば、図2Iに示すように、略円形とすることが好ましい。この場合の支柱部材16、16x、16y、16zが占める領域は、直径100μm〜5000μm程度が挙げられる。また、支柱部材16、16x、16y、16zは、テーパー形状、つまり、先が細くなる形状であることが好ましい。
図1C又は1Gに示すように、発光素子を被覆する第1透光性部材17を形成する。第1透光性部材17は、少なくとも第1透光性部材17の一部が、枠体15及び支柱部材16、16x、16y、16zと接触し、かつ枠体15及び支柱部材16、16x、16y、16zの上面よりも高い位置になるように形成する。第1透光性部材17は、例えば、先に配置した支柱部材16、16x、16y、16zが、半硬化した時点で、それに接触するように形成することが好ましい。支柱部材が半硬化した時点で第1透光性部材と接触することで、例えば、支柱部材と第1透光性部材に同じ透光性樹脂材料を用いる場合に、支柱部材と第1透光性部材の間に界面が形成されることを抑制することができる。これにより、発光装置の光取り出し効率が向上する。ただし、支柱部材16、16x、16y、16zが略完全に硬化した後に、それに接触するように形成してもよい。支柱部材を半硬化又は完全硬化させることで、支柱部材を所望の形状に保つことができる。
第1透光性部材は、支柱部材の一部のみを含むように形成してもよく、支柱部材の全部を内部に含むように形成してもよい。支柱部材の全部を内部に含む第1透光性部材を形成することで、第1透光性部材から支柱部材が露出しないので、第1透光性部材の形状を制御しやすくなる。これにより、発光装置の配光を制御しやすくなる。
このように、支柱部材を形成した後に第1透光性部材17を形成することによって、高さの高い、半球状のレンズを備える第1透光性部材として形成することができる。これによって、発光装置の集光性を向上させることができる。
第1透光性部材17を構成する材料は、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、上述した透光性樹脂材料を適用することができる。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。なかでも、第1透光性部材17を構成する透光性樹脂を、支柱部材16を構成する透光性樹脂と同じ材料によって形成することが好ましい。このようにすることで、第1透光性部材と支柱部材の接合強度を向上させることができる。本明細書において、同じ材料とは同種類の材料という意味である。例えば、第1透光性部材17を構成する透光性樹脂と、支柱部材16を構成する透光性樹脂と、がジメチルシリコーンで形成されている場合には、第1透光性部材17を構成する透光性樹脂と、支柱部材16を構成する透光性樹脂は同じ材料で形成されていることになる。
また、第1透光性部材17の屈折率は、支柱部材16を構成する材料の屈折率より高くしてもよい。第1透光性部材17の屈折率が高いことで、発光素子の透光性基板との屈折率差が減少し、発光素子からの光を取り出しやすくなる。さらに、第1透光性部材17に当該分野で公知のフィラー、光散乱材等を含有させてもよい。第1透光性樹脂は、先に形成された枠体15及び/又は支柱部材16、16x、16y、16zが堰となるとともに、盛り上げるための躯体となるため、比較的低粘度のスラリー状の樹脂材料(例えば、25℃の粘度が0.01〜5.0Pa・s)で形成することができる。
支柱部材の形成前後、第1透光性部材17の形成前において、図1Bに示すように、発光素子14を被覆する第2透光性部材18を形成してもよい。第2透光性部材18は、上述した透光性の材料に、波長変換物質が含有されたものを用いて形成することが好ましい。
特に、図1Bに示すように、枠体15の形成後、支柱部材16の形成前に、枠体15内側に、枠体15と同等の高さあるいはそれよりも若干高め又は低めに、第2透光性部材18を形成することが好ましい。
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、酸化物系、硫化物系、窒化物系の蛍光体などが挙げられる。例えば、発光素子として青色発光する窒化ガリウム系発光素子を用いる場合、青色光を吸収して黄色〜緑色系発光するYAG系、LAG系、緑色発光するSiAlON系(βサイアロン)、赤色発光するSCASN、CASN系、KSF系蛍光体(K2SiF6:Mn)、硫化物系蛍光体等の蛍光体の単独又は組み合わせが挙げられる。波長変換物質の粒径は、例えば、2μm〜50μm程度が挙げられ、5μm〜20μmが好ましい。波長変換物質の粒径が大きいほど発光装置の光取り出し効率は高くなる傾向があるが、色むらは大きくなる傾向にある。
また、フィラー、光散乱材(硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素など)が含有されていてもよい。
この実施形態の発光装置10は、図1Cに示すように、配線基板11と、配線基板11上に載置される発光素子14と、配線基板11上に配置され、発光素子14を取り囲み、角部15aを有する枠体15と、枠体15の角部15aの上からその内側に配置された支柱部材16と、少なくとも一部が枠体15及び支柱部材16と接触し、かつ枠体15及び支柱部材16の上面よりも高い位置にある第1透光性部材17とを備える。
なお、支柱部材16は、図1Eに示すように、枠体15の角部15aの上にのみ配置されていてもよいし、図1Fに示すように、枠体15の角部15aの内側に配置されていてもよい。
この実施形態の発光装置の製造方法は、
角部を有する枠体が配置された配線基板を準備し、枠体が発光素子を取り囲むように、この配線基板に発光素子を搭載し、
平面視における枠体の内周の角部の内側に接して又は枠体の角部上に、支柱部材を形成し、
少なくとも一部が枠体及び支柱部材と接触し、かつ枠体及び支柱部材の上面よりも高い位置にある第1透光性部材を形成することを含む。
ここでの配線基板は、例えば、図4に示すように、リード21aを備えた樹脂パッケージ21bが、その上面において一体的に反射部材として枠体25を有したものを用いる以外、実質的に実施形態1と同様の製造方法である。
この実施形態3の発光装置の製造方法は、実施形態1の発光装置の製造方法と同様の効果を有する。
この実施形態4の発光装置20は、図4に示すように、リード21aを備えた樹脂パッケージ21bが、その上面において一体的に反射部材として枠体25を有した配線基板と、配線基板上に載置される発光素子14と、枠体25の角部の上からその内側に配置された支柱部材26と、少なくとも一部が枠体25及び支柱部材26と接触し、かつ枠体25及び支柱部材26の上面よりも高い位置にある第1透光性部材27とを備える。この発光装置20は、図4に示すように、第1透光性部材27の下方に、発光素子14を被覆する第2透光性部材28を備えていてもよい。
この実施形態4の発光装置も、実施形態2と同様の効果を奏する。
11、21 配線基板
12 配線
13 基材
14 発光素子
15、25 枠体
15a 角部
15x 角
16、26 支柱部材
17、27 第1透光性部材
18、28 第2透光性部材
19 保護素子
21a リード
21b 樹脂パッケージ
Claims (10)
- 発光素子が搭載され、発光素子を取り囲む、角部を有する枠体が配置された配線基板を準備し、
平面視における前記枠体の内周の角部の内側に接して又は前記枠体の角部上に、支柱部材を形成し、
少なくとも一部が前記枠体及び支柱部材と接触し、かつ前記枠体及び支柱部材の上面よりも高い位置にある第1透光性部材を形成することを含む発光装置の製造方法。 - 前記枠体が、光反射材を含有する請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1透光性部材を、前記支柱部材を形成する透光性樹脂と同じ材料によって形成する請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。
- 前記支柱部材を、テーパー形状に形成する請求項1から3のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1透光性部材を、前記支柱部材をその内部に含むように形成する請求項1から4のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 配線基板と、
前記配線基板上に載置される発光素子と、
前記配線基板上に配置され、前記発光素子を取り囲み、角部を有する枠体と、
平面視における前記枠体の内周の角部の内側に接して又は前記枠体の角部上に形成された支柱部材と、
少なくとも一部が前記枠体及び支柱部材と接触し、かつ前記枠体及び支柱部材の上面よりも高い位置にある第1透光性部材と、を備える発光装置。 - 前記枠体が、光反射材を含有する請求項6に記載の発光装置。
- 前記第1透光性部材が、前記支柱部材を形成する透光性樹脂と同じ材料によって形成されている請求項6又は7に記載の発光装置。
- 前記支柱部材は、テーパー形状を有する請求項6から8のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1透光性部材は、前記支柱部材をその内部に含む請求項6から9のいずれか1つに記載の発光装置。
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