JP2023095228A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023095228000001
【課題】フィレットを大きくすることができる発光装置及び発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】発光装置100は、光取出し面となる第1面2及び第1面2の反対側となる第2面3、第1面2と第2面3とが繋がる側面4を有し、第2面3に素子電極9を有する発光素子1と、素子電極に電気的に接続する配線22を有する基板20と、素子電極と配線との間に配置される金属ポスト10、122と、発光素子からの光が透過する透光性部材5と、発光素子の第1面及び透光性部材の間に配置される接着樹脂8と、を備えており、接着樹脂の一部が、前記発光素子の側面と、前記発光素子の第2面の周縁と、に配置される。
【選択図】図3

Description

本開示は、発光装置及び発光装置の製造方法に関する。
従来、発光素子の上面に波長変換層が搭載された発光装置が知られている。例えば、特許文献1では、発光素子の上面に未硬化の透明な透明材料を配置し、透明材料の上に板状光学層を配置し、発光素子と板状光学層とを重ね合わせた後、発光素子の側面に接するフィレットを形成させて透明材料を硬化する発光装置の製造方法が知られている。
特開2012-004303号公報
本開示は、フィレットを大きくすることができる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。
発光装置は、光取出し面となる第1面及び前記第1面の反対側となる第2面、前記第1面と前記第2面とが繋がる側面を有し、前記第2面に素子電極を有する発光素子と、前記素子電極に電気的に接続する配線を有する基板と、前記素子電極と前記配線との間に配置される金属ポストと、前記発光素子からの光が透過する透光性部材と、前記発光素子の第1面及び前記透光性部材の間に配置される接着樹脂と、を備えており、前記接着樹脂の一部が、前記発光素子の側面と、前記発光素子の第2面の周縁と、に配置される。
発光装置の製造方法は、光取出し面となる第1面及び前記第1面の反対側となる第2面、前記第1面と前記第2面と繋がる側面を有し、前記第2面に素子電極を有する発光素子と、基板と、を準備し、前記素子電極と前記基板とを金属ポストを介して電気的に接合した発光素子配置基板を準備する工程と、前記発光素子の光取出し面となる第1面に接着樹脂を配置する工程と、前記接着樹脂に透光性部材を配置する工程と、前記基板上及び前記発光素子を直接的又は間接的に覆う光反射部材を配置する工程と、を含み、前記透光性部材を配置する工程は、前記接着樹脂を、前記発光素子の第1面と透光性部材との間と、前記発光素子の側面と、前記発光素子の第2面の周縁と、に配置する。
本開示によれば、フィレットを大きくした発光装置及び発光装置の製造方法を提供することができる。
第1実施形態に係る発光装置の全体を模式的に示す斜視図である。 図1のII-II線における断面図である。 図2の一部を拡大してフィレットの状態を模式的に示す断面図である。 第1実施形態に係る発光装置のフィレットと金属ポストとの位置関係を模式的に示す模式図である。 第1実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。 図5AのVB-VB線での断面を拡大して模式的に示す拡大断面図である。 図5AのVC-VC線での断面を拡大して模式的に示す拡大断面図である。 第1実施形態に係る発光装置のフィレットの状態の変形例を示す断面図である。 第1実施形態で用いる発光素子の金属ポストの変形例を示し、フィレットと金属ポストの位置関係を模式的に示す模式図である。 図7の金属ポストでのフィレットの状態を示す断面図である。 図7の金属ポストの側面にフィレットが配置された例を示す断面図である。 図8Bの金属ポストの凹部とフィレットとの状態を模式的に示す模式図である。 第1実施形態に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。 第2実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。 フィレットの変形例を例示する断面図である。 フィレットの変形例を例示する断面図である。 フィレットの変形例を例示する断面図である。 フィレットの変形例を例示する断面図である。 金属ポストの変形例を模式的に示す模式図である。
発光装置及びその製造方法について、以下に図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す形態は、本開示に係る技術的思想を具現化するための発光装置及び発光装置の製造方法を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、本開示に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。なお、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に誇張又は簡略化していることがある。また、「覆う」とは直に接する場合に限らず、間接的に、例えば他の部材を介して覆う場合も含む。
<第1実施形態>
[発光装置]
発光装置100を、図1乃至図5Cを参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る発光装置の全体を模式的に示す斜視図である。図2は、図1のII-II線における断面図である。図3は、図2の一部を拡大してフィレットの状態を模式的に示す断面図である。図4は、第1実施形態に係る発光装置のフィレットと金属ポストとの位置関係を模式的に示す模式図である。図5Aは、第1実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。図5Bは、図5AのVB-VB線での断面を拡大して模式的に示す拡大断面図である。図5Cは、図5AのVC-VC線での断面を拡大して模式的に示す拡大断面図である。
図1乃至図5Aに示すように、発光装置100は、光取出し面となる第1面2及び第1面2の反対側となる第2面3、第1面2と第2面3とが繋がる側面4を有し、第2面3に素子電極9を有する発光素子1と、素子電極9に電気的に接続する配線22を有する基板20と、素子電極9と配線22との間に配置される金属ポスト10と、発光素子1からの光が透過する透光性部材5と、発光素子1の第1面2及び透光性部材5の間に配置される接着樹脂8と、を備えており、接着樹脂8の一部が、発光素子1の側面4と、発光素子1の第2面3の周縁とに配置される。
発光装置100は、一例として、基板20の上面と、接着樹脂8の側面と、透光性部材5の側面と、金属ポスト10の側面と、を覆う光反射部材11をさらに備え、かつ、レンズ30を発光素子1に対面する透光性部材5の上面に備える構成として説明する。以下発光装置100の各構成について説明する。
(発光素子)
発光素子1は、光取出し面となる第1面2と、第1面2の反対側の底面となる第2面3と、第1面2及び第2面3を繋ぐ面となる側面4とにより、一例として直方体形状に形成され、第2面3に素子電極9を備えている。発光素子1は、半導体構造体を備えている。
半導体構造体は、n側半導体層と、p側半導体層と、n側半導体層とp側半導体層とに挟まれた活性層と、を含む。活性層は、単一量子井戸(SQW)構造としてもよいし、複数の井戸層を含む多重量子井戸(MQW)構造としてもよい。半導体構造体は、窒化物半導体からなる複数の半導体層を含む。窒化物半導体は、InAlGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)からなる化学式において組成比x及びyをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含む。活性層の発光ピーク波長は、目的に応じて適宜選択することができる。活性層は、例えば可視光または紫外光を発光可能に構成されている。
半導体構造体は、n側半導体層と、活性層と、p側半導体層と、を含む発光部を複数含んでいてもよい。半導体構造体が複数の発光部を含む場合、それぞれの発光部において、発光ピーク波長が異なる井戸層を含んでいてもよいし、発光ピーク波長が同じ井戸層を含んでいてもよい。なお、発光ピーク波長が同じとは、5nm以下のばらつきがある場合も含む。複数の発光部の発光ピーク波長の組み合わせは、適宜選択することができる。例えば、半導体構造体が2つの発光部を含む場合、それぞれの発光部が発する光の組み合わせとして、青色光と青色光、緑色光と緑色光、赤色光と赤色光、紫外光と紫外光、青色光と緑色光、青色光と赤色光、または、緑色光と赤色光などの組み合わせが挙げられる。例えば、半導体構造体が3つの発光部を含む場合、それぞれの発光部が発する光の組み合わせとして、青色光、緑色光、及び赤色光とする組み合わせが挙げられる。各発光部は、他の井戸層と発光ピーク波長が異なる井戸層を1以上含んでいてもよい。
発光素子1の素子電極9は、第1素子電極9a及び第2素子電極9bが第2面3に間を空けて配置されている。発光素子1は、一例として、素子電極9に金属ポスト10を配置して、発光素子1の第2面と接続する基板20との間が所定間隔以上となるようにしている。なお、金属ポスト10は、予め発光素子1の素子電極9側に配置されていることや、あるいは、基板20の配線22に予め配置されていることとしてもよく(図12参照)、ここでは、素子電極9に配置されている例を先に説明する。
(金属ポスト)
金属ポスト10は、素子電極9に配置され、基板20の配線22に電気的に接続して発光素子と基板20とを導通させるためのものである。金属ポスト10は、第1素子電極9aに配置される第1金属ポスト10aと、第2素子電極9bに配置される第2金属ポスト10bと、を備えている。
第1金属ポスト10a及び第2金属ポスト10bのそれぞれは、第1素子電極9a及び第2素子電極9bの面積と、同等あるいは同等以上に大きな面積となるように配置されている。第1金属ポスト10a及び第2金属ポスト10bは、一例として扁平した直方体になるように配置され、四方の側面が平坦な垂直面で形成されている。この金属ポスト10は、導電性の金属、例えば、Cu、Auあるいは、それぞれの合金等からなる金属材料を用いることができる。
金属ポスト10は、一例として、基板20の上面から発光素子1の第2面3までの距離hが20μm以上で110μm以下の範囲となるように配置されることが好ましい。金属ポスト10により距離hが20μm以上であると、後記する接着樹脂8の一部で形成される第2フィレット8bが配置し易くなる。また、金属ポスト10により距離hが110μm以下では第2フィレット8bの形成がし易くなる。この金属ポスト10は、印刷や、メッキ等により発光素子1の第2面3側に形成することができる。
(透光性部材)
透光性部材5は、ここでは、一例として、板状で平面視が矩形に形成され、蛍光体を含有する波長変換層6と、波長変換層6に接合する透光性の透光層7とを備えている。この透光性部材5は、発光素子1からの光の少なくとも一部を吸収し、異なる波長に波長変換するものである。透光性部材5は、後記する接着樹脂8を介して、波長変換層6が発光素子1の第1面2に対向するように配置されている。また、透光性部材5は、発光素子1の光取出し面である第1面2よりも大きい面が、当該発光素子1の第1面2に接合されている。すなわち、透光性部材5の外縁は、平面視において、発光素子1の外縁よりも外側に位置する大きさのものが配置されている。
波長変換層6としては、例えば樹脂、ガラス、無機物等の透光性材料を蛍光体のバインダーとして混合して成形したものを用いることができる。バインダーとしては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の有機樹脂バインダー、ガラス等の無機バインダーを用いることができる。また、蛍光体としては、例えば青色発光素子と好適に組み合わせて白色系の混色光を発光させることができる代表的な蛍光体である、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG系蛍光体)を用いることができる。そして、白色に発光可能な発光装置100とする場合、波長変換層6に含まれる蛍光体の濃度を、白色に発光可能となるように調整する。また、蛍光体の濃度は、例えば5%~50%程度とすることが好ましい。
さらに、発光素子1に青色発光素子を用い、蛍光体にYAG系蛍光体と、赤色成分の多い窒化物系蛍光体と、を用いることにより、アンバー色を発光させることもできる。アンバー色とは、例えばドミナント波長でいえば、580nm~600nmの範囲に位置する領域のことである。
YAG系蛍光体は、YとAlとを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された蛍光体であり、発光素子1から発光される光で励起されて発光する。YAG系蛍光体としては、例えば(Re1-xSm(Al1-yGa12:Ce(0≦x<1,0≦y≦1、ただしReは、Y,Gd,Laからなる群から選択される少なくとも一種の元素である)等を用いることができる。
また、窒化物系蛍光体は、Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Luからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の希土類元素と、Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Znからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第II族元素と、C,Si,Ge,Sn,Ti,Zr,Hfからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第IV族元素と、Nと、を含む蛍光体である。なお、この窒化物蛍光体の組成中にOが含まれていてもよい。窒化物系蛍光体は、例えば、下記式(1A)で表される組成を有する第1窒化物蛍光体と、下記式(1B)で表される組成を有する第2窒化物蛍光体と、からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
Si:Eu (1A)
(式(1A)中、Mは、Ca、Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも1種を含むアルカリ土類金属元素である。)
SrCaAlSi:Eu (1B)
(式(1B)中、q、s、t、u、vは、それぞれ0≦q<1、0<s≦1、q+s≦1、0.9≦t≦1.1、0.9≦u≦1.1、2.5≦v≦3.5を満たす。)
蛍光体の組成を表す式中、コロン(:)の前は母体結晶及び蛍光体の組成1モル中の各元素のモル比を表し、コロン(:)の後は賦活元素を表す。
蛍光体は、下記式(1C)で表される第1フッ化物蛍光体、及び下記式(1C)とは組成が異なる下記式(1C’)で表される組成を有する第2フッ化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
[M 1-bMn4+ ] (1C)
(式(1C)中、Aは、K、Li、Na、Rb、Cs及びNH から成る群から選択される少なくとも1種を含み、その中でもKが好ましい。Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を含み、その中でもSi、Geが好ましい。bは、0<b<0.2を満たし、cは、[M 1-bMn4+ ]イオンの電荷の絶対値であり、dは、5<d<7を満たす。)
A’c’[M1-b’Mn4+ b’d’] (1C’)
(式(1C’)中、A’は、K、Li、Na、Rb、Cs及びNH からなる群から選択される少なくとも1種を含み、その中でもKが好ましい。M’は、第4族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を含み、その中でもSi、Alが好ましい。b’は、0<b’<0.2を満たし、c’は、[M1-b’Mn4+ b’d’]イオンの電荷の絶対値であり、d’は、5<d’<7を満たす。)
透光層7は、例えば樹脂、ガラス、無機物等の透光性材料により板状に形成されている。この透光層7は、波長変換層6と同等の大きさで波長変換層6の上面に下面が当接するように配置されている。透光層7は、例えばガラスや樹脂のような透光性材料からなる板状体を用いることができる。そして、ガラスとしては、例えばホウ珪酸ガラス、石英ガラス等を用いることができ、樹脂としては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。なお、透光層7には、光拡散部材を含有させてもよい。前記した波長変換層6の蛍光体濃度を高くすると色ムラが発生し易くなるが、透光層7に光拡散部材を含有させることで、色ムラ、さらには輝度ムラを抑制することができる。光拡散部材としては、例えば酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を用いることができる。
なお、透光性部材5は、波長変換層6と透光層7との2層により構成されている例を示したが、蛍光体を含む1層となる単層であってもよく、あるいは単層を2層以上積層してもよい。例えば、特開2018-172628号公報に開示されるように、YAG系蛍光体を含む焼結体を透光性部材5とすることもできる。また、透光性部材5には、必要に応じて光拡散部材を添加してもよい。そして、透光性部材5の厚さは、例えば20μm~100μm、好ましくは20μm~50μmとすることができる。透光性部材5が100μmより厚い場合、放熱性が低下する傾向がある。また、放熱性の観点から波長変換層6は薄ければ薄い程好ましいが、あまりにも薄いと蛍光体の量が少なくなり、発光の色度範囲が小さくなる傾向がある。これらを考慮して、透光性部材5は、上記した適切な厚さにとする。
(接着樹脂)
接着樹脂8は、その一部により透光性部材5と発光素子1とを接着する接着層8A1を形成すると共に、他の一部によりフィレット8A2を形成するように配置される。このフィレット8A2を大きくすることにより、フィレットの凸曲線S1が外側に広がり、より多くの光を透光性部材5の方向へ反射させることができる。そのため、発光装置100の光取り出し効率を向上させることができる。フィレット8A2を構成する接着樹脂8としては、発光素子1からの出射光を透光性部材5へと有効に導光でき、発光素子1と透光性部材5を光学的に連結できる透光性材料を用いることが好ましい。接着樹脂8としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の有機樹脂を用いることができ、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。なお、発光素子1と透光性部材5との間に形成された接着層8A1の厚さは薄ければ薄い程好ましく、これにより放熱性が向上するとともに、発光素子1と透光性部材5との間の接着樹脂8を透過する光の損失が少なくなるため、発光装置100の光出力が向上する。
フィレット8A2は、透光性部材5の下面周縁と発光素子1の側面との間に配置される第1フィレット8aと、発光素子1の第2面3の周縁に配置される第2フィレット8bとを一例として備えている。フィレット8A2は、前記したように、金属ポスト10により、発光素子1の第2面3と基板20との間の距離hを従来のものに比較して大きくして、後記する製造工程において、第1フィレット8aの体積を増やすために、発光素子1の第1面2に滴下される接着樹脂8の滴下量を増加させていることで配置している。そして、増加させた接着樹脂8の一部が、第1フィレット8aを外側に向かって断面視で凸曲線S1となるように配置する。さらに、第1フィレット8aで保持しきれなかった接着樹脂8の一部が第2フィレット8bとして、発光素子1の第2面3の周縁にまで配置される。
第1フィレット8aは、特に、平面視が4角形の発光素子1の側面4の位置と比較して、発光素子1の4つの角の位置での体積を増やすことができ難い。そのため、発光素子1の側面4と角部でいずれも断面視において凸曲線S1となるように接着樹脂8の滴下量を増やす必要があり、増やしたことで基板20側に落下することがないように発光素子1の第2面3の周縁で接着樹脂8を受けるようにしている。
接着樹脂8は、発光素子1の上面との接着に必要な接着層8A1の量以外の余剰分の接着樹脂8を発光素子1の側面まで延在させることで、第1フィレット8a及び第2フィレット8bを有するフィレット8A2を形成することができる。なお、第1フィレット8aの断面三角形状及び第2フィレット8bは、シリコーン樹脂等と発光素子1の側面や透光性部材5の下面との濡れ性や粘度を適正化することによって形成することができる。
第1フィレット8aは、厚みの最大値として、例えば、35μm~70μmの範囲で配置される。第1フィレット8aの厚みは、断面視において発光素子1の側面4からの凸曲線S1までの距離が最大に遠くなる位置での最大値である。
また、第2フィレット8bは、第1フィレット8aの厚みの最大値に対して、好ましくは、1/10以下の厚みになるように配置される。したがって、第2フィレット8bの厚みは、3.5μm~7μmの範囲で配置される。なお第2フィレット8bの厚みとは、発光素子1の第2面3からの厚みである。
第2フィレット8bの厚みは、断面視において一定の厚みであっても、先細りする状態の厚みであってもよい。そして、第2フィレット8bは、発光素子1の第2面3の周縁であれば、図4に示すように、発光素子1の第2面の最外周縁から金属ポスト10に側面までの範囲D1内において好ましくは配置されている。
フィレット8A2は、特に、第1フィレット8aの体積を、発光素子1の側面4の位置及び、発光素子1の4つの角の位置において増加させることで、光束をアップすることが可能となる。また、フィレット8A2では、発光素子1の側面4及び角の位置での第1フィレット8aの状態をほぼ同等にすることで、発光素子1から発光する増加した光束を均等にすることが可能となる。
接着樹脂8のフィレット8A2は、接着樹脂8の一部が回り込むように発光素子1の第2面3に第2フィレット8bを備える。これにより、光反射部材11に含まれる樹脂の濡れ性(接着性)が良化する。この理由として、半導体である発光素子1の第2面(裏面)3と樹脂の濡れ性よりも、接着樹脂8と光反射部材11を形成する樹脂の濡れ性が、同じ樹脂材料であることで良好であることが考えられる。そのため、例えば、フィレット8A2が存在することで、光反射部材11の反射効率を低下させるボイド等の不具合を光反射部材11の樹脂の中に発生させる虞が少なくなる。
(光反射部材)
光反射部材11は、基板20の上面と、接着樹脂8の側面と、透光性部材5の側面と、金属ポスト10の側面と、を覆い、透光性部材5の上面を露出するように配置されている。この光反射部材11は、発光素子1からの光を反射するためのものである。光反射部材11は、発光素子1から出射された光を透光性部材5の波長変換層6に入射させることができる。光反射部材11は、より詳細には透光性部材5およびフィレット8A2の第1フィレット8aのそれぞれの側面に加えて、第2フィレット8b、発光素子1の下面にも配置されている。また、光反射部材11は、断面視において、透光性部材5の上端縁から外側に向かってなだらかに下方に傾斜するように形成され、発光装置100の側面の一部を構成している。光反射部材11は、断面視において透光性部材5の上端縁側では後記するレンズ30の平板部32よりも位置が高く、徐々にレンズの平板部32の下端面に連続するように配置されている。
光反射部材11としては、絶縁材料を用いることが好ましく、あるいはある程度の強度を確保するために、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。光反射部材11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、アクリル樹脂、フェノール樹脂、BTレジン、PPA、の1種以上を含む樹脂またはハイブリッド樹脂と光反射部材とを用いて形成することができる。なかでも、耐熱性、電気絶縁性に優れ、柔軟性のあるシリコーン樹脂をベースポリマーとして含有する樹脂が好ましい。光反射部材11としては、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、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、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト等が挙げられる。なかでも酸化チタンは、水分等に対して比較的安定でかつ高屈折率であるため好ましい。
(基板)
基板20は、発光装置100を構成する各部材を設置するためのものである。ここで、基板20は、基材21の上面に、発光素子1の金属ポスト10と電気的に接続するための配線(導電パターン)22が配置されると共に、基材21の下面に、外部の電源と発光装置100とを電気的に接続するための外部接続電極(導電パターン)23が、正電極23aと負電極23bとに絶縁分離されて形成されている。そして、基板20は、ここでは、正電極23aと負電極23bとの間に離隔して放熱板24を配置している。基板20は、配線22と、外部接続電極23とを、図面上には現れていない、ビア配線等により電気的に接続している。
基板20の基材21の材料としては、発光素子1からの光や外光が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましく、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、LTCC等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン、ポリフタルアミド等の樹脂材料を用いることができる。また、絶縁性材料と金属部材との複合材料を用いることもできる。なお、基板20の基材21の材料として樹脂を用いる場合、必要に応じてガラス繊維、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミナ等の無機フィラーを樹脂に混合してもよい。これにより、機械的強度の向上や熱膨張率の低減、光反射率の向上を図ることができる。なお、基板20の厚さは特に限定されず、目的および用途に応じて任意の厚さで形成することができる。
(レンズ部)
レンズ30は、透光性部材5の上面に配置されている。レンズ30は、上方に凸曲面となる半球状の平凸レンズに形成されている。レンズ30は、半球状の凸レンズ部31と、凸レンズ部31の下端に連続する平板部32とから構成されている。このレンズ30のレンズ中心は、発光素子1の素子中心に合わせるように配置されている。また、平板部32は、平面視において、矩形に形成され、凸レンズ部31よりも大きく形成され、平面視における基板20の形状とほぼ一致する大きさに形成されている。平板部32の高さ方向における位置は、透光性部材5の上面よりも低い位置になるように配置さている。そのため、透光性部材5の上端面から横方向に進む光は、レンズの凸レンズ部31の部分から外部に送られる。
レンズ30は、発光素子1からの光を、凸レンズ部31を通して発光装置100の外部へ出射している。レンズ30は、発光素子1からの光を上方側に集光して出射させることができる。
レンズ30の材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂等の耐候性に優れた透光性樹脂やガラス等が挙げられる。レンズ30は透光性を有する部材又は透明体である。レンズ30は、拡散材等のフィラーを含有してもよい。レンズ30がフィラーを含有することで、配光変化を小さくすることができる。フィラーとしては、例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が挙げられる。
レンズ30は、着色剤を含有してもよい。例えば、青色の着色剤、緑色の着色剤、又は、赤色の着色剤を含有することで、青色光を発光する発光装置100、緑色光を発光する発光装置100、及び、赤色光を発光する発光装置100とすることができる。これらの発光装置100を用いることで、フルカラー表示が可能な光源装置を製造することができる。
着色剤としては、例えば、銅フタロシアナート、C.I.ピグメントグリーン36、N,N’-ジメチル-3,4:9,10-ペリレンビスジカルボイミドを用いることができる。また、着色剤として、顔料及び染料のいずれか1つを含むものを用いてもよい。
顔料としては特に限定されるものではないが、例えば、無機系材料や有機系材料を用いたものが挙げられる。
なお、顔料及び染料は、基本的に発光素子1からの光を異なる波長に変換しないものがよい。後述するように、波長変換部材を含有させた場合に、波長変換部材に影響を及ぼさないためである。
レンズ30は、光安定剤を含有してもよい。光安定剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、サリシレート系、シアノアクリレート系、ヒンダードアミン系等が挙げられる。
[発光装置の動作]
発光装置100を駆動すると、外部接続電極23を介して外部電源から発光素子1に電流が供給され、発光素子1が発光する。発光素子1により上方に向かう光は、透光性部材5の波長変換層6により波長が変換されて、例えば、白色の光として凸レンズ部31を介して外部に照射される。また、発光素子1から横方向に向かう光は、透光性部材5の上端面の位置が凸レンズ部31の位置であるので、凸レンズ部31を介して外部に照射される。そして、発光素子1からの光は、フィレット8A2の第1フィレット8aがここでは、図5A乃至図5Cに示すように、発光素子1の4辺の側面及び4つの角の部分においてほぼ同等の体積で配置されているため、光束をより強くすることができると共に、第1フィレット8aを介して送られる光の光束をほぼ均一にすることができる。
[変形例1]
次に、フィレット8A2の変形例について、図6を参照して説明する。図6は、第1実施形態に係る発光装置のフィレットの状態の変形例を示す断面図である。なお、図1乃至図5Cにおいて、既に説明した構成は、同じ符号を付して説明を省略する。
接着樹脂8は、さらに発光素子1の第2面3から金属ポスト10の側面に連続して配置される第3フィレット8cを備えている。つまり、フィレット8A2は、第1フィレット8aと、第2フィレット8bと、第3フィレット8cと、を備えている。第3フィレット8cは、第2フィレット8bから連続して配置され、金属ポスト10の側面の一側を覆うように配置されている。この第3フィレット8cは、発光素子1の外縁側となる3方向における金属ポスト10の側面に配置される。すなわち、第1金属ポスト10aの3方向の側面と、第2金属ポスト10bの3方向の側面と、である。また、第3フィレット8cは、金属ポスト10の側面の一部又は全部を覆うように配置されてもよい。なお、第3フィレット8cは、発光素子1の第2面3において、第1金属ポスト10aと第2金属ポスト10bとの間の領域に入り込んで第2フィレット8bの延長部分を形成するようになってもよい。第3フィレット8cが配置されることで、接着樹脂8の受け入れ領域が広がり、接着樹脂8の滴下量の調整がしやすくなる。
[変形例2]
さらに、金属ポスト10の変形例について、図7乃至図8Cを参照して説明する。図7は、第1実施形態で用いる発光素子の金属ポストの変形例を示し、フィレットと金属ポストの位置関係を模式的に示す模式図である。図8Aは、図7の金属ポストでのフィレットの状態を示す断面図である。図8Bは、図7の金属ポストの側面にフィレットが配置された例を示す断面図である。図8Cは、図8Bの金属ポストの凹部とフィレットとの状態を模式的に示す模式図である。なお、既に説明した構成は、同じ符号を付して適宜説明を省略する。
金属ポスト10Eは、凹部10c1を第1金属ポスト10cの3方の側面に形成すると共に、凹部10d1を第2金属ポスト10dの3方の側面に形成している。この凹部10c1は、金属ポスト10Eの側面に一定間隔で断面が半円形状に形成されている。そのため、フィレット8A2の第2フィレット8bは、図7で示すように、発光素子1の第2面3の最外周縁から金属ポスト10Eの側面及び凹部10c1内及び凹部10d1内に入り込む範囲D2内において配置することができる。
[変形例3]
また、フィレット8A2は、図8B及び図8Cに示すように、金属ポスト10Eの側面に配置する第3フィレット8cを第2フィレット8bから連続するように配置してもよい。
金属ポスト10Eは、側面に凹部10c1、10d1を備えることで、接着樹脂8の収納許容量を増やすことができ、第1フィレット8aの断面積を大きくすることができ易くなる。
[発光装置の製造方法]
次に、発光装置の製造方法について、図9を参照して説明する。図9は、発光装置の製造方法を例示するフローチャートである。
発光装置100の製造方法は、光取出し面となる第1面及び第1面の反対側となる第2面、第1面と第2面と繋がる側面を有し、第2面に素子電極を有する発光素子と、基板と、を準備し、発光素子の素子電極と基板とを金属ポストを介して電気的に接合した発光素子配置基板を準備する工程(準備工程)S11と、発光素子の光取出し面となる第1面に接着樹脂を配置する工程(接着樹脂を配置する工程)S12と、接着樹脂に透光性部材を配置する工程(透光性部材を配置する工程)S13と、基板上及び発光素子を直接的又は間接的に覆う光反射部材を配置する工程(光反射部材を配置する工程)S14と、を含む。そして、透光性部材を配置する工程S13は、接着樹脂を、発光素子の第1面と透光性部材との間と、発光素子の側面と、発光素子の第2面の周縁と、に配置する。なお、発光装置の製造方法では、光反射部材を配置する工程S14の後に、上方に凸曲面となるレンズを透光性部材の上面に配置する工程(レンズを配置する工程)S15をさらに行うこととして説明する。
(準備工程)
準備工程S11は、光取出し面となる第1面2及び第1面2の反対側となる第2面3、第1面2と第2面3と繋がる側面4を有し、第2面3に素子電極9を有する発光素子1と、基板20と、を準備し、発光素子1の素子電極9と基板20とを金属ポスト10を介して電気的に接合した発光素子配置基板を準備する工程である。準備工程S11では、発光素子1の素子電極に金属ポスト10を例えばメッキや、スクリーン印刷により20μm以上110μm以下の範囲内で配置する。ここで使用される発光素子1は、裏面となる第2面3に素子電極9を備え、平面視において矩形のものが用いられる。基板20は、板厚方向にビア配線を備え、上面に発光素子1と接続する配線22と、下面に外部接続電極23及び放熱板24を備えるものが準備される。そして、基板20の配線22に発光素子1の金属ポスト10を、導電性の接着部材を介して接続して発光素子配置基板を準備する。なお、発光素子配置基板は、一例として、複数の発光素子1を接続して発光装置100が複数個片化できる領域を備えているものである。発光素子配置基板では、発光素子1が行列方向に所定の間隔を空けて整列した状態となっている。また、金属ポスト10は、予め発光素子1の素子電極9に配置されていることとして説明する。ただし、後記する図12に示すように、基板21の配線22の一部に金属ポスト122として配置する構成としても構わない。
(接着樹脂を配置する工程)
接着樹脂を配置する工程S12は、発光素子1の光取出し面となる第1面2に接着樹脂8を配置する工程である。この工程S12は、発光素子配置基板の発光素子1の第1面2に接着樹脂8の適量を、ノズルを備える供給装置により滴下する。なお、供給装置のノズルが行列方向に移動して発光素子1の第1面2に接着樹脂8を滴下するか、あるいは、載置台上の発光素子配置基板が載置台側の移動機構により移動して行列方向に整列する複数の発光素子1の第1面2に接着樹脂8を滴下している。なお、滴下される接着樹脂8の粘度や滴下量は、予め設定されている。一例として、接着樹脂8の滴下量は、フィレット8A2の第1フィレット8aが発光素子1の4辺及び4つの角の部分において、断面視で外側に向かって凸曲線S1となる量であり、かつ、第2フィレット8b又は第3フィレット8cが配置されることで、基板上に接着樹脂8が漏れ落ちることがない量である。また、この工程S12では、発光素子1の角の部分に第1フィレット8aを発光素子1の側面4と同等の断面視の状態になりやすくするために、発光素子1の第1面に滴下した接着樹脂の配置が発光素子の対角線に沿った状態となり、発光素子1の4つの角の部分により近い位置に適した接着樹脂8の一部が配置されることが好ましい。
(透光性部材を配置する工程)
透光性部材を配置する工程S13は、接着樹脂8に透光性部材5を配置する工程である。この工程13では、透光性部材5は、予め、透光層7と波長変換層6とが接合された状態となっているものを使用することが好ましい。なお、透光性部材5は、透光性の板状の部材に印刷法により蛍光体を含有する波長変換部材を塗布することで、透光層7及び波長変換層6を形成し、個片化することで、発光素子1の第1面2に配置する大きさとしている。この工程S13では、透光性部材5をハンドラ等によりピックアップして一つ一つの発光素子1の第1面2の上に所定の押圧力で押圧しながら配置し、その後乾燥させる。そして、この工程S13により、透光性部材5が配置されることにより、透光性部材5の下面と発光素子1の第1面2との間に接着樹脂8により接着層8A1を配置する。接着樹脂8は、透光性部材5の下面周縁と、発光素子1の側面4とに接続して第1フィレット8aが配置されると共に、第1フィレット8aから連続して発光素子1の第2面3の周縁に第2フィレット8bが配置される。そして、この工程S13により第1フィレット8aが外側に向かって断面視でフィレット外縁が凸曲線S1となる。なお、第1フィレット8aは、発光素子1の側面4の位置及び、発光素子1の角の位置において、ほぼ同等の断面積の状態に配置することができる。
(光反射部材を配置する工程)
光反射部材を配置する工程S14は、基板20上及び発光素子1を直接的又は間接的に覆う光反射部材11を配置する工程である。この工程S14では、例えば固定された基板20の上側において、基板20に対して上下方向あるいは水平方向等に移動させることができる樹脂吐出装置を用いて光反射部材11を構成する樹脂等を透光性部材5の上面が露出するように充填する。
(レンズを配置する工程)
レンズを配置する工程S15は、上方に凸曲面となるレンズ30を透光性部材5の上面に配置する工程である。この工程S15では、レンズ30の平板部32の下面を透光性部材5の上面に透光性の接着剤を介して接着している。
なお、この工程S15が終了した後に、個片化工程が行われ、レンズ30ごとに切断されることで発光装置100が製造されることになる。
発光装置100の製造方法では、接着樹脂8により接着層8A1を介して発光素子1と透光性部材5とを接着すると共に、発光素子1の側面4及び第2面3に第1フィレット及び第2フィレットを備えるフィレット8A2を配置することで、第1フィレットの断面視でフィレット外縁が凸曲線S1となるように第1フィレットの断面積を大きくすることができる。そのため、光束を向上させることができる発光装置100の提供を実現することができる。
なお、透光性部材を配置する工程S13では、図6に示すように、フィレット8A2が、第1フィレット8a、第2フィレット8b、第3フィレット8cを備えるようにしてもよい。接着樹脂8は、フィレット8A2が第3フィレット8cを備えるように許容されることで粘度の調整が自由度を増すことができる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る発光装置200について、図10を参照して説明する。図10は、第2実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。なお、既に説明した構成は同じ符号を付して適宜説明を省略する。
発光装置200は、第1実施形態の発光装置100の構成と比較してレンズ30がない状態となっている。この発光装置200は、光取出し面となる第1面2及び第1面2の反対側となる第2面3、第1面2と第2面3とが繋がる側面4を有し、第2面3に素子電極9を有する発光素子1と、素子電極9に配置される金属ポスト10と、金属ポスト10に接続する配線22を有する基板20と、発光素子1からの光が透過する透光性部材5と、発光素子1の第1面2及び透光性部材5の間に配置される接着樹脂8と、を備えている。そして、接着樹脂8の一部が、発光素子1の側面4と、発光素子1の第2面3の周縁とに配置される構成としている。
そして、接着樹脂8は、発光素子1の第1面2と透光性部材5の下面(波長変換層6の下面)との間に配置される接着層8A1と、発光素子1側に配置されるフィレット8A2とを形成している。そして、フィレット8A2は、透光性部材5の下面の周縁と発光素子1の側面4との間となる空間に配置される第1フィレット8aと、第1フィレット8aに連続して発光素子1の第2面3の周縁に配置される第2フィレット8bとを備えている。なお、フィレット8A2は、さらに第3フィレット8cを金属ポスト10、10Eの側面に配置するものであってもよい。
この発光装置200は、レンズ30を使用することなく設置される光源装置等に使用することが可能となる。
なお、発光装置200の製造方法は、既に説明した工程S11~S14を行い、その後個片化する工程を行うことで製造することが可能となる。
以上、説明したように、発光装置100,200では、フィレット8A2の断面積を大きくすることができるので、光束の向上を行うことができる。なお、発光装置100,200のフィレット8A2の第1フィレット8aについて、発光素子1の角の部分および側面4の部分での断面視でフィレット外縁が外側に向かって凸曲線S1としたが、例えば、図11A乃至図11Dに示すようなフィレット外縁の状態としてもよい。図11A乃至図11Dは、フィレットの変形例を例示する断面図である。
接着樹脂8は、成分的に粘度等を制限される場合があり、粘度が低い場合であっても、その粘度の低い状態において、従来のフィレットより大きくすること可能となる。そのため、図11A及び図11Bで示すように、フィレット8A2は、第1フィレット8aの断面視におけるフィレット外縁が直線S2となり、発光素子1の側面4の位置及び角の位置においてほぼ均等になることとしてもよい。また、図11C及び図11Dに示すように、フィレット8A2は、第1フィレット8aの断面視におけるフィレット外縁が内側に向かう凹曲線S3となり、発光素子1の側面4の位置及び角の位置においてほぼ均等になることとしてもよい。第1フィレット8aは、いずれの状態でも、第2フィレット8bあるいは第3フィレット8cを備えることで、第1フィレット8aが接着樹脂8の成分の状態にかかわらず従来よりも大きくすることが可能となる。なお、図11A乃至図11Dは、金属ポストの状態を図4で示す構成として説明したが、金属ポストの状態を図7で示す状態であっても図11A乃至図11Dのフィレット8A2の構成としてもよい。
また、図12に示すように、金属ポスト122は、配線22の一部に配置することとしてもよい。金属ポスト122は、第1配線22aの一部に配置される第1金属ポスト122aと、第2配線22bの一部に配置される第2金属ポスト122bとを備える。そして、金属ポスト122は、配線22と同じ材料で形成されることが好ましい。金属ポスト122は、配線22を基材21にメッキ等により配置することができる。なお、金属ポスト122と、発光素子1の素子電極9とは、半田などの接合部材を用いて接合させることが好ましい。金属ポスト122は、既に説明した金属ポスト10と同様に、基板20の上面から発光素子1の第2面3までの距離が20μm以上で110μm以下の範囲となるように配置される。そして、金属ポスト122は、図7で示すように、凹部を形成する構成としてもよい。なお、金属ポスト122が配線22の一部に配置される場合には、フィレット8A2は、第1フィレット8a及び第2フィレット8bを有することとなる。
本開示に係る発光装置及び光源装置は、屋外用ディスプレイに好適に利用することができる。その他、本開示に係る発光装置及び光源装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具、屋内用ディスプレイ、広告や行き先案内等の各種表示装置等に利用することができる。
100 発光装置
1 発光素子
2 第1面(光取出し面)
3 第2面(素子裏面)
4 側面
5 透光性部材
6 波長変換層
7 透光層
8 接着樹脂
8A1 接着層
8A2 フィレット
8a 第1フィレット
8b 第2フィレット
8c 第3フィレット
9 素子電極
9a 第1素子電極
9b 第2素子電極
10、10E、122 金属ポスト
10a、10c 第1金属ポスト
10b、10d 第2金属ポスト
10c1、10d1 凹部
20 基板
21 基材
22 配線
22a 第1配線
22b 第2配線
23 外部接続電極
23a 正電極
23b 負電極
24 放熱板
30 レンズ
31 凸レンズ部
32 平板部

Claims (17)

  1. 光取出し面となる第1面及び前記第1面の反対側となる第2面、前記第1面と前記第2面とが繋がる側面を有し、前記第2面に素子電極を有する発光素子と、
    前記素子電極に電気的に接続する配線を有する基板と、
    前記素子電極と前記配線との間に配置される金属ポストと、
    前記発光素子からの光が透過する透光性部材と、
    前記発光素子の第1面及び前記透光性部材の間に配置される接着樹脂と、を備えており、
    前記接着樹脂の一部が、前記発光素子の側面と、前記発光素子の第2面の周縁と、に配置される発光装置。
  2. 前記透光性部材の外縁は、平面視において、前記発光素子の外縁よりも外側に位置する大きさであり、
    前記接着樹脂は、前記透光性部材の下面及び前記発光素子の側面において外側に向かって断面視で凸曲線となると共に、前記発光素子の第2面の周縁に前記発光素子の側面から連続して配置される請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記接着樹脂は、さらに前記発光素子の第2面から前記金属ポストの側面に連続して配置される請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記金属ポストは、平面視において、前記発光素子の側面に対向する位置に前記金属ポストの側面を備え、前記金属ポストの側面の少なくとも一部に凹部を備える請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の発光装置。
  5. 前記金属ポストは、素子電極の一方に配置される第1金属ポストと、素子電極の他方に配置される第2金属ポストと、を備え、前記発光素子の外縁側となる前記第1金属ポストの側面及び前記発光素子の外縁側となる前記第2金属ポストの側面に前記凹部を備える請求項4に記載の発光装置。
  6. 前記凹部は前記金属ポストの側面に複数配置されている請求項4又は請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記発光素子の前記第2面と前記基板との距離が20μm以上110μm以下である請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の発光装置。
  8. 前記透光性部材は、蛍光体を含む波長変換層と、透光性の透光層と、を有し、前記波長変換層が前記発光素子の第1面に対向するように配置される請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の発光装置。
  9. 前記発光装置は、前記基板の上面と、前記接着樹脂の側面と、前記透光性部材の側面と、前記金属ポストの側面と、を覆う光反射部材をさらに備え、
    前記光反射部材は、前記透光性部材の上面を露出するように配置されている請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の発光装置。
  10. 前記発光装置は、前記透光性部材の上面に、上方に凸曲面となるレンズをさらに備える請求項9に記載の発光装置。
  11. 前記接着樹脂は、前記発光素子の第2面において、前記発光素子の側面の厚みの最大値に対して、1/10以下の厚みで配置される請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の発光装置。
  12. 前記金属ポストは、前記素子電極側に予め配置されている請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の発光装置。
  13. 前記金属ポストは、前記基板の配線側に予め配置されている請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の発光装置。
  14. 光取出し面となる第1面及び前記第1面の反対側となる第2面、前記第1面と前記第2面と繋がる側面を有し、前記第2面に素子電極を有する発光素子と、基板と、を準備し、前記素子電極と前記基板とを金属ポストを介して電気的に接合した発光素子配置基板を準備する工程と、
    前記発光素子の光取出し面となる第1面に接着樹脂を配置する工程と、
    前記接着樹脂に透光性部材を配置する工程と、
    前記基板上及び前記発光素子を直接的又は間接的に覆う光反射部材を配置する工程と、を含み、
    前記透光性部材を配置する工程は、前記接着樹脂を、前記発光素子の第1面と透光性部材との間と、前記発光素子の側面と、前記発光素子の第2面の周縁と、に配置する発光装置の製造方法。
  15. 前記光反射部材を配置する工程の後に、上方に凸曲面となるレンズを前記透光性部材の上面に配置する工程をさらに行う請求項14に記載の発光装置の製造方法。
  16. 前記発光素子配置基板を準備する工程は、前記発光素子の第2面と前記基板との距離が20μm以上110μm以下である請求項14又は請求項15に記載の発光装置の製造方法。
  17. 前記発光素子配置基板を準備する工程において、前記金属ポストは、その側面の少なくとも一部に凹部を備えており、
    前記透光性部材を配置する工程において、前記接着樹脂を、前記発光素子の第2面の周縁から連続して前記金属ポストの凹部に入り込む位置、又は、前記発光素子の第2面の周縁から連続して前記金属ポストの側面に配置する請求項14乃至請求項16の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
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