JP2019220662A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態に係る発光装置1000を図1Aから図8Bに基づいて説明する。発光装置1000は、基板10と、少なくとも1つの発光素子20と、第1反射部材40と、を備える。基板10は、基材11と、第1配線12と、第2配線13と、第3配線14と、ビア15と、を備える。基材11は、長手方向である第1方向と短手方向である第2方向に延長する正面111と、正面の反対側に位置する背面112と、正面111と隣接し正面111と直交する底面113と、底面113の反対側に位置する上面114と、を有する。基材11は、更に少なくとも1つの窪み16を有する。第1配線12は、基材11の正面111に配置される。第2配線13は、基材11の背面112に配置される。発光素子20は、第1配線12と電気的に接続され、第1配線12上に載置される。第1反射部材40は、発光素子20の側面202及び基板の正面111を被覆する。少なくとも1つの窪みは、背面112と底面113とに開口する。第3配線14は、窪みの内壁を被覆し第2配線と電気的に接続される。ビア15は、第1配線12、第2配線13及び第3配線14と接する。ビア15は、第1配線12、第2配線13及び第3配線14を電気的に接続する。また、ビア15は、基材11の正面111から背面112を貫通している。尚、本明細書において直交とは、90±3°を意味する。
図9A〜図12に示す本発明の実施形態2に係る発光装置2000は、実施形態1に係る発光装置1000と比較して、基板上に載置された発光素子の数、基材が備える窪み及びビアの数、絶縁膜を備える点が相違する。
図13A〜図18Bに示す本発明の実施形態3に係る発光装置3000は、実施形態2に係る発光装置2000と比較して、基板上に載置された発光素子の数、基材が備える窪み及びビアの数、基材の形状、窪みの形状、透光性部材の構成、第2反射部材及び第3反射部材を備える点が相違する。
図19に示す本発明の実施形態4に係る発光装置4000は、実施形態2に係る発光装置2000と比較して、透光性部材の構成が相違する。
基板10は、発光素子を載置する部材である。基板10は、少なくとも、基材11と、第1配線12と、第2配線13と、第3配線14と、ビア15と、により構成される。
基材11は、樹脂若しくは繊維強化樹脂、セラミックス、ガラスなどの絶縁性部材を用いて構成することができる。樹脂若しくは繊維強化樹脂としては、エポキシ、ガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン(BT)、ポリイミドなどが挙げられる。セラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン、若しくはこれらの混合物などが挙げられる。これらの基材のうち、特に発光素子の線膨張係数に近い物性を有する基材を使用することが好ましい。基材の厚さの下限値は、適宜選択できるが、基材の強度の観点から、0.05mm以上であることが好ましく、0.2mm以上であることがより好ましい。また、基材の厚さの上限値は、発光装置の厚さ(奥行き)の観点から、0.5mm以下であることが好ましく、0.4mm以下であることがより好ましい。
第1配線は、基板の正面に配置され、発光素子と電気的に接続される。第2配線は、基板の背面に配置され、ビアを介して第1配線と電気的に接続される。第3配線は、窪みの内壁を被覆し、第2配線と電気的に接続される。第1配線、第2配線及び第3配線は、銅、鉄、ニッケル、タングステン、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、パラジウム、ロジウム、又はこれらの合金で形成することができる。これらの金属又は合金の単層でも多層でもよい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。また、第1配線及び/又は第2配線の表層には、導電性接着部材の濡れ性及び/若しくは光反射性などの観点から、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、金若しくはこれらの合金などの層が設けられていてもよい。
ビア15は基材11の正面と背面とを貫通する孔内に設けられ、第1配線と前記第2配線を電気的に接続する部材である。ビア15は基材の貫通孔の表面を被覆する第4配線151と、第4配線内151に充填された充填部材152と、によって構成されてもよい。第4配線151には、第1配線、第2配線及び第3配線と同様の導電性部材を用いることができる。充填部材152には、導電性の部材を用いても絶縁性の部材を用いてもよい。
絶縁膜18は、背面における絶縁性の確保及び短絡の防止を図る部材である。絶縁膜は、当該分野で使用されるもののいずれで形成されていてもよい。例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂等が挙げられる。
発光素子20は、電圧を印加することで自ら発光する半導体素子であり、窒化物半導体等から構成される既知の半導体素子を適用できる。発光素子20としては、例えばLEDチップが挙げられる。発光素子20は、少なくとも半導体積層体23を備え、多くの場合に素子基板24をさらに備える。発光素子の上面視形状は、矩形、特に正方形状又は一方向に長い長方形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよく、例えば六角形状であれば発光効率を高めることもできる。発光素子の側面は、上面に対して、垂直であってもよいし、内側又は外側に傾斜していてもよい。また、発光素子は、正負電極を有する。正負電極は、金、銀、錫、白金、ロジウム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ニッケル又はこれらの合金で構成することができる。発光素子の発光ピーク波長は、半導体材料やその混晶比によって、紫外域から赤外域まで選択することができる。半導体材料としては、波長変換粒子を効率良く励起できる短波長の光を発光可能な材料である、窒化物半導体を用いることが好ましい。窒化物半導体は、主として一般式InxAlyGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される。発光素子の発光ピーク波長は、発光効率、並びに波長変換粒子の励起及びその発光との混色関係等の観点から、400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましく、450nm以上475nm以下がよりいっそう好ましい。このほか、InAlGaAs系半導体、InAlGaP系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素などを用いることもできる。発光素子の素子基板は、主として半導体積層体を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板であるが、結晶成長用基板から分離した半導体素子構造に接合させる接合用基板であってもよい。素子基板が透光性を有することで、フリップチップ実装を採用しやすく、また光の取り出し効率を高めやすい。素子基板の母材としては、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、硫化亜鉛、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、ダイヤモンドなどが挙げられる。なかでも、サファイアが好ましい。素子基板の厚さは、適宜選択でき、例えば0.02mm以上1mm以下であり、素子基板の強度及び/若しくは発光装置の厚さの観点において、0.05mm以上0.3mm以下であることが好ましい。
透光性部材は発光素子上に設けられ、発光素子を保護する部材である。透光性部材は、少なくとも以下のような母材により構成される。また、透光性部材は、以下のような波長変換粒子32を母材中に含有することで、波長変換粒子として機能させることができる。透光性部材の各層の母材は以下のように構成される。各層の母材は同じでよく、異なっていてもよい。透光性部材が波長変換粒子を有することは必須ではない。また、透光性部材は、波長変換粒子と例えばアルミナなどの無機物との焼結体、又は波長変換粒子の板状結晶などを用いることもできる。
透光性部材の母材31は、発光素子から発せられる光に対して透光性を有するものであればよい。なお、「透光性」とは、発光素子の発光ピーク波長における光透過率が、好ましくは60%以上であること、より好ましくは70%以上であること、よりいっそう好ましくは80%以上であることを言う。透光性部材の母材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂を用いることができる。ガラスでもよい。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル−メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。透光性部材は、これらの母材のうちの1種を単層で、若しくはこれらの母材のうちの2種以上を積層して構成することができる。なお、本明細書における「変性樹脂」は、ハイブリッド樹脂を含むものとする。また、透光性部材の母材とは、第1透光層、波長変換層、第2透光層の母材も含まれる。
波長変換粒子は、発光素子が発する一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を発する。波長変換粒子は、以下に示す具体例のうちの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
反射部材とは、第1反射部材、第2反射部材及び/又は第3反射部材を指す。反射部材は、Z方向への光取り出し効率の観点から、発光素子の発光ピーク波長における光反射率が、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりいっそう好ましい。さらに、反射部材は、白色であることが好ましい。よって、反射部材は、母材中に白色顔料を含有してなることが好ましい。反射部材は、硬化前には液状の状態を経る。反射部材は、トランスファ成形、射出成形、圧縮成形、ポッティングなどにより形成することができる。発光装置が第1反射部材、第2反射部材及び/又は第3反射部材を備る場合には、例えば、第3反射部材を描画により形成し、第1反射部材及び第2反射部材をポッティングにより形成してもよい。
反射部材の母材は、樹脂を用いることができ、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル−メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。
白色顔料は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素のうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。白色顔料の形状は、適宜選択でき、不定形若しくは破砕状でもよいが、流動性の観点では球状が好ましい。また、白色顔料の粒径は、例えば0.1μm以上0.5μm以下程度が挙げられるが、光反射や被覆の効果を高めるためには小さい程好ましい。光反射性の反射部材中の白色顔料の含有量は、適宜選択できるが、光反射性及び液状時における粘度などの観点から、例えば10wt%以上80wt%以下が好ましく、20wt%以上70wt%以下がより好ましく、30wt%以上60wt%以下がよりいっそう好ましい。なお、「wt%」は、重量パーセントであり、光反射性の反射部材の全重量に対する当該材料の重量の比率を表す。
被覆部材は、発光素子の光取り出し面を被覆し、発光素子の光を拡散させたり、発光素子のピーク波長の光とは異なるピーク波長の光に変えたりする。
被覆部材の母材には、透光性部材の母材と同様の材料を用いることができる。
被覆部材の拡散粒子には、透光性部材の拡散粒子と同様の材料を用いることができる。
導光部材は、発光素子と透光性部材を接着し、発光素子からの光を透光性部材に導光する部材である。導光部材の母材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル−メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。また、導光部材の母材は、上述の透光性部材と同様のフィラー及び/又は波長変換粒子を含有してもよい。また、導光部材は、省略することができる。
導電性接着部材とは、発光素子の電極と第1配線とを電気的に接続する部材である。導電性接着部材としては、金、銀、銅などのバンプ、銀、金、銅、プラチナ、アルミニウム、パラジウムなどの金属粉末と樹脂バインダを含む金属ペースト、錫−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀系、金−錫系などの半田、低融点金属などのろう材のうちのいずれか1つを用いることができる。
10 基板
11 基材
12 第1配線
13 第2配線
14 第3配線
15 ビア
151 第4配線
152 充填部材
16 窪み
18 絶縁膜
20 発光素子
30 透光性部材
40 第1反射部材
41 第2反射部材
42 第3反射部材
50 導光部材
60 導電性接着部材
Claims (13)
- 長手方向である第1方向と短手方向である第2方向に延長する正面と、前記正面の反対側に位置する背面と、前記正面と隣接し、前記正面と直交する底面と、前記底面の反対側に位置する上面と、を有する基材と、前記正面に配置される第1配線と、前記背面に配置される第2配線と、を備える基板と、
前記第1配線と電気的に接続され、前記第1配線上に載置される少なくとも1つの発光素子と、
前記発光素子の側面及び前記基板の正面を被覆する第1反射部材と、を備える発光装置であって、
前記基材は、前記背面と前記底面とに開口する少なくとも1つの窪み、を有し、
前記基板は、前記窪みの内壁を被覆し前記第2配線と電気的に接続される第3配線と、前記第1配線、前記第2配線及び前記第3配線と接するビアと、を備える発光装置。 - 前記背面から前記正面方向における前記窪みの深さは、前記上面側よりも前記底面側で深い請求項1に記載の発光装置。
- 前記底面において、前記窪みの中央の深さが最大である請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記背面において、前記窪みが半円形状である請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記窪みの深さの最大が前記基材の厚みの0.4倍から0.9倍である請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記窪みが複数あり、前記背面において、複数の前記窪みが第2方向に平行な基材の中心線に対して左右対称に位置する請求項1から5のいずれか1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から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第1反射部材が、前記透光性部材の側面を被覆する請求項7に記載の発光装置。
- 前記第1反射部材の短手方向の側面と前記基板の短手方向の側面とが実質的に同一平面上にある請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子を複数備え、複数の前記発光素子は第1方向に並んで設けられる請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記ビアは、第4配線と充填部材とを備え、前記充填部材が樹脂材料である請求項1から10のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記基材は前記正面と前記背面の間に位置する側面を備え、前記窪みは前記背面と前記底面と前記側面とに開口する端部窪みである請求項1から11のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記端部窪みを複数備え、背面視において前記端部窪みが基材の両端に位置する請求項12に記載の発光装置。
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