JP2020107728A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示に係る実施形態は、発光効率が高い発光装置及び発光装置の製造方法を提供することを課題とする。
本開示に係る実施形態の発光装置の製造方法は、発光効率が高い発光装置を製造することができる。
[発光装置]
図1Aは、実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。図1Bは、図1AのIB−IB線における断面図である。図1Cは、図1AのIC−IC線における断面図である。
更に、発光装置100は、複数の発光素子20の周囲に設けられた第2反射材を含有する第2被覆部材60を備えている。
以下、発光装置100の各構成について説明する。
基板10としては、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子20から出射される光や外光等を透過しにくい材料を用いることが好ましい。例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト等のセラミックス、PA(ポリアミド)、PPA(ポリフタルアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、又は、液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、又は、フェノール樹脂等の樹脂を用いることができる。なお、基板はキャビティを有する構造としてもよい。
配線部3としては、例えば、Fe、Cu、Ni、Al、Ag、Au、Al、Pt、Ti、W、Pd等の金属又は、これらの少なくとも一種を含む合金を用いて形成することができる。このような配線部3は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。
発光素子20の厚み(例えば半導体層22の下面から支持基板21の上面までの高さ)は、例えば、100μm以上300μm以下である。
発光素子20は、一つの面に一対の素子電極23を備え、基板10上で配線部3にフリップチップ実装されている。
光透過性部材30間の距離は、10μm以上200μm以下であることが好ましい。光透過性部材30間の距離が10μm以上であれば、基板10上に発光素子20を載置し易くなる。一方、200μm以下であれば、透光層40bが光透過性部材30側面を被覆し易くなる。
蛍光体としては、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、YAG(Y3Al5O12:Ce)やシリケート等の黄色蛍光体、CASN(CaAlSiN3:Eu)やKSF(K2SiF6:Mn)等の赤色蛍光体、あるいは、クロロシリケートやBaSiO4:Eu2+等の緑色蛍光体を用いることができる。
拡散材としては、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等を用いることができる。
なお、発光素子20の側面とは、ここでは、支持基板21の側面と半導体層22の側面とを合わせた部分である。
第1樹脂の粘度は、室温(20±5℃)で、0.3Pa・s以上15Pa・s以下であることが好ましい。第1樹脂の粘度が0.3Pa・s以上であれば、ポッティングにより基板10の上面に第1樹脂を容易に配置し易い。また、第1樹脂の粘度が15Pa・s以下であれば、遠心力による第1被覆部材40の形状変化が容易となる。更に遠心力により第1反射材を沈降させ易くなる。なお、上述した効果を得るためのより好ましい第1樹脂の粘度は、0.5Pa・s以上6Pa・s以下である。
なお、ここでの第1樹脂の粘度は、第1反射材を含有した状態の粘度であり、後述するように、遠心力によって第1樹脂に含有される第1反射材を沈降させる前の粘度である。
第1反射材としては、第1樹脂に用いる樹脂材料よりも比重の大きいものを用いることが好ましい。第1反射材と樹脂材料との比重差により、遠心力で第1反射材を基板10の上面側に沈降させ易くなる。更に、第1反射材に粒径の大きいものを使用することにより、より早く第1反射材を基板10の上面側に沈降させることができる。
また、遠心力を用いることで第1反射材が高密度に配置されるため、粒子間の間隔が小さくなり、光の漏れや光透過が抑制され、含有層40aにおける光反射率を向上させることができる。
第1反射材の粒径は、0.1μm以上1.0μm以下であることが好ましい。第1反射材の粒径が0.1μm以上であれば、遠心力により第1反射材を沈降させ易くなる。また、第1反射材の粒径が1.0μm以下であれば、可視光を光反射させ易い。第1反射材の粒径は、上記観点から、より好ましくは0.4μm以上0.6μm以下である。
発光装置100を駆動すると、配線部3を介して外部電源から発光素子20に電流が供給され、発光素子20が発光する。発光素子20が発光した光は、上方へ進む光は、光透過性部材30を介して発光装置100の上方の外部に取り出される。また、下方へ進む光は、含有層40aで反射され、光透過性部材30を介して発光装置100の外部に取り出される。また、発光素子20と枠体50との間に進む光は、第2被覆部材60及び枠体50で反射され、光透過性部材30を介して発光装置100の外部に取り出される。また、発光素子20間に進む光は、含有層40aで反射され、光透過性部材30を介して発光装置100の外部に取り出される。この際、光透過性部材30間に透光層40bが設けられているため、光透過性部材30の上面及び光透過性部材30間の透光層40bが発光装置100の発光面となる。これにより、光透過性部材30間において、光透過性部材30の側面から出射される光を透光層40bを介して外部に放出させることが可能となり、発光装置100の光取り出し効率が向上し、発光効率が向上する。
次に、実施形態に係る発光装置の製造方法の一例について説明する。
図2は、実施形態に係る発光装置の製造方法のフローチャートである。図3Aは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、発光素子を載置する工程を示す断面図である。図3Bは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、枠体を形成する工程を示す断面図である。図3Cは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、第1被覆部材を形成する工程を示す模式図であり、基板の上面を第1樹脂で被覆し、遠心力によって第1反射材を沈降させる工程を示す模式図である。図3Dは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、第1被覆部材を形成する工程を示す断面図であり、遠心力によって第1反射材を沈降させた後の状態を示す断面図である。図3Eは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、第2被覆部材を形成する工程を示す断面図である。
なお、各部材の材質や配置等については、前記した発光装置100の説明で述べた通りであるので、ここでは適宜、説明を省略する。
発光素子を準備する工程S101は、光透過性部材30を上面に有する発光素子20を準備する工程である。
この工程S101では、例えば、発光素子20の上面(光取り出し面側)に、所定形状の光透過性部材30を接合する。発光素子20に光透過性部材30を接合する場合、直接接合で接合させてもよく、導光部材を介して接合するようにしてもよい。
発光素子を載置する工程S102は、光透過性部材30が上になるように発光素子20を基板10上に複数載置する工程である。
この工程S102では、複数の発光素子20を基板10の上面に載置する。発光素子20は、電極形成面を実装面として、導電性接着材により基板10の上面にフリップチップ実装されている。導電性接着材としては、例えば共晶はんだ、導電ペースト、バンプ等を用いればよい。
なお、発光素子を準備する工程S101と発光素子を載置する工程S102とは、明確に区別されていなくてもよく、例えば、基板10上に発光素子20を載置した後で、発光素子20と光透過性部材30とを接合してもよい。
枠体を形成する工程S103は、複数の発光素子20の周囲に枠体50を形成する工程である。
枠体50は、例えば、空気圧で液体樹脂を連続的に吐出可能な吐出装置(樹脂吐出装置)を用いて基板10上の所望の位置に形成することができる(特開2009−182307号公報参照)。
第1樹脂を準備する工程S104は、2液硬化性の樹脂材料の主剤と第1反射材とを混合し、一定時間以上経過後に硬化剤を混合する工程である。
このようにして作製した第1樹脂を用いることで、第1反射材と樹脂材料とのなじみを良くし、遠心力により第1反射材を沈降させ易くすることができる。硬化剤混合前の温度は室温程度とする。
2液硬化性の樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
2液硬化性の樹脂材料の主剤と第1反射材とを混合して経過させる時間は、第1反射材をより沈降させ易くする観点から、好ましくは2時間以上である。また、経過させる時間は、製造時間を短縮させる観点から、好ましくは8時間以下である。なお、硬化剤を混合した後は、第1樹脂が硬化する前に次工程に移る。
なお、未硬化の第1樹脂に対する第1反射材の含有濃度は、例えば15質量%以上60質量%以下程度である。
第1被覆部材を形成する工程S105は、基板10の上面を第1反射材を含有する第1樹脂で被覆して第1被覆部材40を形成する工程である。
この工程S105では、例えば、ポッティングにより、基板10の上面に未硬化の第1樹脂を配置する。この際、第1樹脂は、基板10の上面における枠体50と発光素子20との間に配置する。第1樹脂は基板10の上面を濡れ広がり、隣接する発光素子20間における基板10の上面を被覆する。
回転軸90は、基板10の上面の略中心を通る垂直線上に位置する基板10の上面に平行な軸であり、かつ、基板10に対して基板10の上面側に位置する。これにより、基板10の上面方向に遠心力が働き、第1樹脂の基板10の高さ方向への広がりが抑制されると共に、第1樹脂に含有されている第1反射材が基板10の上面側(図3Cにおける矢印C方向)に強制的に沈降される。
この際、第1樹脂を硬化させる温度は、40℃以上200℃以下が挙げられる。硬化させる温度を高くすることで、第1樹脂を硬化させる時間を短縮でき、効率的である。
基板10を遠心回転させる際の回転速度や回転数は、第1反射材の含有量や粒径等にもよるが、例えば200xg以上の遠心力がかかるように、回転数や回転半径を調整すればよい。
なお、遠心力により、集合基板が回転半径の円周に沿って撓むような可撓性を有する樹脂基板10を用いる場合は、上記ずれが生じにくくなるため、非可撓性の基板10の集合基板よりも大きい集合基板で遠心回転することができる。これにより、一回の処理数を多くすることができる。このような可撓性を有する集合基板としては、例えばリードで連結した樹脂基板が挙げられる。
第2被覆部材を形成する工程S106は、複数の発光素子20の周囲に、第2反射材を含有する第2樹脂を配置して第2被覆部材60を形成する工程である。
この工程S106では、ポッティングやスプレー等により、枠体50と発光素子20との間に第2樹脂を配置する。その後、例えば、120℃以上200℃以下の温度で第2樹脂を硬化させ、第2被覆部材60を形成する。
図4Aは、他の実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図である。図4Bは、他の実施形態に係る発光装置の構成の一部を模式的に示す断面図である。
導光部材70は、発光素子20から光を取り出し易くし、発光素子20からの光を光透過性部材30に導光する部材である。発光装置100Aは、導光部材70を備えることで、光束及び光の取り出し効率を向上させることができる。
導光部材70としては、例えば、透光性の樹脂材料を用いることができる。導光部材70に用いる樹脂材料としては、例えば、光透過性部材30の樹脂に用いる樹脂材料として例示したものが挙げられる。
導光部材70は、シリカ、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化亜鉛、窒化硼素等の拡散剤が含有されていてもよい。これにより、光透過性部材30に、より均等に光を入射することができ、発光装置100Aの色ムラを抑制することができる。
導光部材70は、発光素子20の側面の一部を被覆していてもよいが、前記効果を高めるために、発光素子20の側面の略全てを被覆していることが好ましい。また、導光部材70は光透過性部材30と発光素子20との間に配置されてもよい。
なお、導光部材70を光透過性部材30と発光素子20との間にも配置させる場合、発光素子20の上面に光透過性部材30を接合する工程と、発光素子20の側面に導光部材70を形成する工程とは、同時に行うことができる。
また、発光装置の製造方法は、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間、あるいは前後に、他の工程を含めてもよい。例えば、製造途中に混入した異物を除去する異物除去工程等を含めてもよい。
また、枠体を形成する工程は、発光素子を載置する工程の後、第1樹脂を準備する工程の前に行うものとしたが、枠体を形成する工程は、第1樹脂を準備する工程の後、第1被覆部材を形成する工程の前に行ってもよく、第2被覆部材を形成する工程の前に行ってもよい。また、枠体を形成する工程は、発光素子を載置する工程の前に行ってもよい。
10 基板
20 発光素子
21 支持基板
22 半導体層
23 素子電極
30 光透過性部材
40 第1被覆部材
40a 含有層
40b 透光層
50 枠体
60 第2被覆部材
70 導光部材
90 回転軸
100,100A 発光装置
A 基板の回転方向
B 基板の上面に平行な方向
C 第1反射材が沈降する方向
Claims (14)
- 光透過性部材と、
前記光透過性部材を上面に有する発光素子と、
前記発光素子を複数載置する基板と、
前記基板上であって前記発光素子間及び前記光透過性部材間に設けられた第1被覆部材と、を備え、
前記第1被覆部材は、前記発光素子間に形成され第1反射材を含有する含有層と、前記光透過性部材間に形成される透光層と、を備える発光装置。 - 前記発光装置は、複数の前記発光素子の周囲に設けられた第2反射材を含有する第2被覆部材を更に備える請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、前記基板上に、複数の前記発光素子の周囲に設けられた枠体を備え、前記第2被覆部材は前記枠体と前記発光素子との間に設けられる請求項2に記載の発光装置。
- 前記透光層は、前記光透過性部材の側面を前記発光素子側から半分以上被覆する請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記光透過性部材間の距離が10μm以上200μm以下である請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、前記発光素子の側面を被覆する導光部材を更に備える請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記光透過性部材は、波長変換部材を含有する請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の発光装置。
- 光透過性部材を上面に有する発光素子を準備する工程と、
前記光透過性部材が上になるように前記発光素子を基板上に複数載置する工程と、
前記基板の上面を第1反射材を含有する第1樹脂で被覆して第1被覆部材を形成する工程と、を含み、
前記第1被覆部材を形成する工程は、遠心力によって前記第1樹脂に含有される前記第1反射材を沈降させて、前記第1反射材を含有する含有層を前記発光素子間に形成すると共に、透光層を前記光透過性部材間に形成する発光装置の製造方法。 - 前記第1被覆部材を形成する工程の後、複数の前記発光素子の周囲に、第2反射材を含有する第2樹脂を配置して第2被覆部材を形成する工程を含む請求項8に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子を基板上に複数載置する工程の後であって、前記第2被覆部材を形成する工程の前に、複数の前記発光素子の周囲に枠体を形成する工程を含む請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子を準備する工程は、前記発光素子の上面に前記光透過性部材を接合する工程と、前記発光素子の側面に導光部材を形成する工程と、を含む請求項8乃至請求項10のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1樹脂の粘度が、0.3Pa・s以上15Pa・s以下である請求項8乃至請求項11のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1被覆部材を形成する工程の前に、前記第1樹脂を準備する工程を含み、
前記第1樹脂を準備する工程は、2液硬化性の樹脂材料の主剤と前記第1反射材とを混合し、2時間以上経過後に硬化剤を混合する請求項8乃至請求項12のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記光透過性部材は、波長変換部材を含有する請求項8乃至請求項13のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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