JP4826470B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、信頼性の高い発光装置を提供することを目的とする。
前記第1の反射面および前記第2の反射面のうち一方が、前記発光素子の載置面に対して略垂直であることが好ましい。これにより、発光装置をさらに小型化することができる。
前記封止部材は、前記第1の反射面の下端より低くなるように設けられていることが好ましい。これにより、発光装置をさらに小型化することができると共に、封止部材から射出された発光素子からの光を反射部材で効率よく利用することができる。
第1の実施の形態に係る発光装置は、以下の構成を採る。図1乃至3は、第1の実施の形態に係る発光装置を示す概略図である。図1は、第1の実施の形態に係る発光装置の概略平面図(図2)におけるX−X′線にて切断した際に得られる概略断面図を示す。図2は、第1の実施の形態に係る発光装置の概略平面図を示す。図3は、第1の実施の形態に係る発光装置における反射部材16と封止部材12とが離間した部分の拡大断面図を示す。
発光素子11は、導電性部材13を有する基板15に載置されている。本例では、ダイボンド部材(図示しない)を介して導電性部材13に固着されている。発光素子11と導電性部材13とはワイヤ14により電気的に接続されている。反射部材16は、発光素子11を囲むように基板15(発光素子11の載置面側)に設けられており、接着部材17により基板15と接着されている。このとき、接着部材17は、反射部材16の下端から発光素子11側に突出された突出部を有しており、その突出部は封止部材12により覆われている。さらに、封止部材12は、発光素子11およびワイヤ14を被覆し、かつ、反射部材16から離間して基板15に配置されている。また、封止部材12には、蛍光物質18を含有することができ、発光素子11からの光を波長変換し外部へ放出することができる。
さらに、第1の実施の形態に係る発光装置は、基板15と反射部材16との間に発生する隙間など(基板15および反射部材16のそれぞれの接着面にある微細な凹凸や、導電性部材13と基板15による段差など)を、接着部材17により埋めることができる。これにより、基板15と反射部材16との密着性の低下や、隙間から発光素子11からの光が外部に漏れることを抑制することができる。
基板15は、発光素子11の載置面側(表面側)、および、載置面と対向する面側(裏面側)に、導電性部材13がパターン形成されている。基板15は貫通孔を有しており、その内部にまで導電性部材13が形成されている。これにより、基板15の表面側および裏面側に設けられた各導電性部材13のパターンを電気的に接続することができる。
また、導電性部材13には、発光素子11を配置するための載置部(図示しない)を有することができる。これより、発光素子11からの熱を効率的に外部へ放出できるため、ヒートシンクとしても用いることができ好ましい。
ただし、本明細書における載置部は、発光素子11を配置することができる部位のことであり、導電性部材13上に限定されることなく、導電性部材13を絶縁して保持する基板15などの絶縁体上でもよい。
また、導電性部材13とは別に、発光素子11と電気的に接続されていない放熱部材(図示しない)を載置部とすることもできる。これにより、ヒートシンクとして、さらに放熱性の高い材料を選択することができる。放熱部材の材料としては、熱伝導性に優れた金属を主原料とする金属材であれば特に限定されず、銅や鉄、アルミニウム、マグネシウム、などを好適に用いることができる。
導電性部材13は、基板15の表面側から裏面側まで連続的に形成されている。この導電性部材13の配線パターンは、発光素子11の個数、種類、大きさなどにより、適宜変更することができる。導電性部材13の材料は、導電性を有していれば特に限定されず、高い熱伝導性を有していることが好ましい。このような材料として、銅、鉄、タングステン、クロム、チタン、コバルト、モリブデンやこれらの合金などが挙げられる。また、導電性部材13の最表面は、載置する発光素子10からの光に対して高い反射率を有する部材、例えば金、銀、アルミニウムなどで被覆されていることが好ましい。また、外部に露出している導電性部材には、酸化もしくは硫化防止膜が形成されていることが好ましい。
発光素子11は、好適には発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)のような半導体発光素子を用いることができる。
発光素子11は、所望に応じて適宜複数個用いることができ、載置部にダイボンド部材(図示しない)を用いて固定される。また、発光素子11には、同一面側に正負の電極を有し、その電極と導電性部材13とがワイヤ14により電気的に接続されるものの他、表面と裏面とに電極を有するものも使用することができる。この場合、裏面側の電極と第1の導電性部材とは半田や銀ペースト等のダイボンド部材を用いて電気的に接続し、表面側の電極と第2の導電性部材とはワイヤ14を介して電気的に接続されている。また、図には示さないが、発光素子11はフリップチップ実装するものも用いることができる。
複数の発光素子11を有する場合は、各発光素子11を直列および並列的に接続することができる。また、それぞれの発光素子11間をワイヤ14により接続し、電気的導通を直接とることもできる。これにより、導電性部材13を介してそれぞれの発光素子11をワイヤ14で接続する必要がなくなるため、ワイヤ14を接続するための導電性部材13の面積を減らすことができる。したがって、封止部材12の密着性の向上や発光装置の小型化が可能となる。
ワイヤ14は、通常、発光素子11の表面に形成された電極と導電性部材13との間を電気的に接続する(ワイヤボンディングする)ために用いられる部材である。そのため、ワイヤ14は、発光素子11の電極とのオーミック性が良好であるか、機械的接続性が良好であるか、電気伝導性及び熱伝導性が良好なものであることが好ましい。熱伝導率(100℃時)としては、10W・m−1・K−1程度以上が好ましく、さらに100W・m−1・K−1程度以上がより好ましい。作業性などを考慮すると、ワイヤ14の直径は、10μm〜45μm程度であることが好ましい。このようなワイヤ14の材料としては、例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金が挙げられる。なかでも、接合信頼性、接合後の応力緩和等の観点から、金が好ましい。
ダイボンド部材は、発光素子11を載置部に固定させるための部材であり、発光素子11を接着可能な部材であれば特に限定されない。特に、熱引きを考慮すると、Agペースト、カーボンペースト、ITOペーストあるいは金属バンプ等を用いることが好ましい。特に、発熱量の多いパワー系発光装置の場合、融点が高いことから高温下にて組織的構造が変化することが少なく力学特性の低下が少ないAu−Sn系の共晶はんだを用いることが好ましい。さらに、載置部を導電性部材13に有する場合、発光素子11の下面と導電性部材13とは、部分的に接合されていることが好ましい。これにより、発光素子11の下面から放出される光が全反射されることによる発光素子11内部の光閉じこめを抑制することができる。この光閉じこめの抑制は、発光素子11の光取り出し効率を向上させることができるだけでなく、発光装置の温度上昇をも抑制することができる。
封止部材12は、基板15の表面側において、発光素子11、導電性部材13、ワイヤ14、接着部材17を被覆しており、外部環境からの外力や水分などから各部材を保護するものである。また、封止部材12は、印刷などの成形方法により、発光素子11の周囲に略均一な厚さで設けることができる。他には、封止部材12を滴下(ポッティング)することにより表面張力が働き、半球状に設けることもできる(図示しない)。これにより、レンズ効果を得ることができ、発光素子11からの光をより効率的に放出することができる。
また、封止部材12は、接着部材17の突出部を被覆することにより、封止部材12の密着性を向上することができる。封止部材12は、少なくともその外周部分にて接着部材17を被覆しており、基板15の表面側において、導電性部材13が外部に露出しないよう設けることが好ましい。これにより、導電性部材13が酸化や硫化などにより劣化し、輝度が低下することを抑制することができる。
蛍光物質18は、発光素子11からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。
本実施の形態において、蛍光物質18は、封止部材12中に均一に含有されているが、これに限定されず、発光素子11の周辺に沈降させて配置することもできる。
反射部材16は、基板15の表面側に、発光素子11からの光を反射するように設けられる。例えば、反射部材16は、載置部を囲むように基板15の外周部に設けられることが好ましい。
また、反射部材16は、その上面16aの下側に第1の反射面16bを有しており、上面16aと第1の反射面16bの上端とは接している。さらに、反射部材16は、第1の反射面16bの下端と接するように第2の反射面16cを有している。また、第2の反射面の下側にはさらに新たな反射面を有することができ、その反射面は複数有することもできる(図示しない)。
第1の反射面16bと第2の反射面16cとは、発光素子11の載置面に対する角度が互いに異なる。これにより、色ムラを抑制するために封止部材12と反射部材16とを離間させたとしても発光装置を小型化することができる。さらに、発光素子11が設けられる載置部を十分確保できるため、発光素子11を複数設けることができる。通常、発光装置の小型化や、複数の発光素子11を設ける場合は、発光素子11からの熱がこもりやすくなるため、封止部材12の剥離や導電性部材13の劣化などがさらに発生し易くなる。このため、本発明の効果が有効に作用する。
また、反射部材16は、第1の反射面16bおよび第2の反射面16cのうち一方が、発光素子11の載置面に対して略垂直であることが好ましい。これにより、発光装置をさらに小型化することができ、本発明の効果がさらに有効に作用する。
また、第1の反射面16bの下端より低くなるよう、封止部材12を設けることが好ましい。これにより、発光装置を小型化できると共に、封止部材12の上面12aから射出される光を、第1の反射面16bにさらに効率よく照射することができる。
また、反射部材16の反射面には、金属膜(図示しない)を有することができる。これにより、発光素子11からの光を効率よく反射することができる。このような金属膜の材料としては、高い反射率を有するものが好ましいが、これに限定されない。外部に露出している金属膜は、導電性部材13と同様に、酸化もしくは硫化防止膜が形成されていることが好ましい。
また、発光装置の発光面側から見て、基板15および反射部材16からなる凹部(開口部)の形状は、特に限定されるものではなく、円形、楕円形、四角形、八角形等様々な形状とすることができる。さらに、凹部は複数設けることもできる。
接着部材17は、導電性部材13および基板15の少なくとも一部を被覆しており、かつ、反射部材16を基板15の表面側に固定(接着)している。これにより、基板15と反射部材16との間にできる隙間(基板15および反射部材16のそれぞれの接着面にある微細な凹凸や、導電性部材13と基板15とによる段差など)を埋めることができる。
基板15と反射部材16との間に設けられた接着部材17は、反射部材16の下端から発光素子11側に突出しており、その突出部は少なくとも一部が封止部材12により覆われている。このとき、接着部材17の突出部は、導電性部材13が外部に露出しないように封止部材12に覆われるほうが好ましい。これにより、封止部材12の密着性を向上できる他、導電性部材13の劣化(酸化、硫化等)を防止することができる。
また、接着部材17は、複数設けることができる。つまり、接着部材17の機能を適宜分離することができるため、各部材に対して最適な材料を選択することができる。これにより、接着部材17と接している部材の全ての部材に対して、密着力の高い材料を選択する必要もなくなるため、最も密着性に優れた材料を選択することができる。
また、反射部材16に金属膜を設けた場合、接着部材17の突出部は、金属膜と導電性部材13とを電気的に隔離する(絶縁する)ことができる。つまり、製造工程上で金属膜と導電性部材13とが接する他、マイグレーション等が発生することにより、ショートしてしまう問題を防止することができる。
ただし、本実施の形態は、第1の接着部材17aのみを用いることにより、反射部材16と基板15とを接着することもできるが、複数の接着部材17a、17bを用いることにより、密着性を向上させるための材質を適宜選択することもできる。つまり、第1の接着部材17aを基板15の上面側(表面側)に設けることにより、基板15の表面にある微細な凹凸や、導電性部材13および基板15による段差を埋める。さらに、第2の接着部材17bにより、反射部材16の下面にある微細な凹凸を埋めると共に、第1の接着部材17aと反射部材16と接着する。このように、一の部材の機能を複数の部材で分担して実現しているため、基板15と反射部材16とを接着するための最適な材料を選択することができる。
本実施の形態には、発光装置の一部として又は封止樹脂12の表面に付属するように、例えば、発光素子11の光の出射方向(発光素子11の上方)に、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリアミド等からなるレンズを備えることができる。このとき、レンズの一部は、反射部材16と封止部材12との離間部にまで入り込み、かつ、封止部材12を覆うように設けることが好ましい。これにより、発光素子11からの光を目的に応じた配光にすることができると共に、封止部材12の密着性を向上させることができる。
反射部材16の形状以外は、第1の実施の形態と実質的に同様の構造を有している。なお、同じ構造については説明を省略する部分もある(以下の実施例でも同様とする)。
反射部材16において、第1の反射面16bは、発光素子11が配置される載置面に対して略垂直である。このとき、第2の反射面16cは、載置面に対する角度θ1が、0°<θ1<90°であることが好ましく、更に好ましくは30°<θ1<60°である。これにより、封止部材の側面12bから放出される光を、少なくとも第2の反射面16cで発光装置の上面方向へ射出することができるため、発光効率を向上することができる。
また、封止部材12は、第1の反射面16bの下端より低くなるように設けることが好ましい。これにより、反射部材16の効果をさらに得ることができる。
実施の形態に係る発光装置の製造方法について、その一例を第1の実施の形態を用いて説明する。
(2)基板15の載置部に発光素子11を実装し、発光素子11の電極と導電性部材13とをワイヤ14により電気的に接続する。
(3)封止部材12により、発光素子11、ワイヤ14を被覆し、かつ、基板15の上面側で導電性部材13が外部に露出しないように第1の接着部材17aの少なくとも一部を被覆する。
(4)封止部材12により被覆されていない第1の接着部材17aの上面に、第2の接着部材17bを設ける。
(5)第1および2の反射面が形成された反射部材16を、第2の接着部材17bの上面に接着する。
(6)基板15および反射部材16からなる凹部内に、透光性部材(例えば、エポキシ樹脂など)を流し込み、金型により任意の形状にレンズを形成する。
以上の工程を経ることにより、本実施の形態に係る発光装置を製造することができる。
ただし、製造工程(1)、(2)において、第1の接着部材17aは、基板15に実装した発光素子11の電極と導電性部材13とをワイヤ14により電気的に接続した後に、設けることもできる。
また、製造工程(4)、(5)において、反射部材16の下面(接着面)に第2の接着部材17bを設けた後、第2の接着部材17bにより反射部材16を第1の接着部材17aの上面に接着することもできる。
(1)導電性部材13の配線パターンが形成された基板15において、発光素子11を実装し、ワイヤ14により導電性部材13と発光素子11の電極とを電気的に接続する。
(2)接着部材17を発光素子11が実装された載置部の周囲に配置すると供に、半硬化する。
(3)封止部材12により、発光素子11、ワイヤ14を被覆し、かつ、基板15の上面側で導電性部材13が外部に露出しないように接着部材17の少なくとも一部を被覆する。
(4)第1および2の反射面が形成された反射部材16を接着部材17の上面に配置し、接着部材17を硬化することにより、反射部材16と基板15とを接着する。
(5)基板15および反射部材16からなる凹部内に、透光性部材(例えば、エポキシ樹脂など)を流し込み、金型により任意の形状にレンズを形成する。
図1に示すように、実施例1は、発光素子11と封止部材12と導電性部材13とワイヤ14と基板15と反射部材16と接着部材17と蛍光物質18とを備えて構成されている。
なお、発光素子11として窒化ガリウム系化合物半導体、封止部材12としてシリコーン樹脂、導電性部材13として銅、ワイヤ14として金、基板15としてガラスエポキシ樹脂、反射部材16としてポリフタルアミド(PPA)、接着部材17としてエポキシ樹脂、蛍光物質18としてイットリウム・アルミニウム酸化物系(YAG系)蛍光体を用いる。
反射部材16は、第1および第2の接着部材17a、17bにより、発光素子11を囲むよう基板15の表面側に固定(接着)する。図2に示すように、反射部材16は、発光装置の発光面側からみて凹部の形状が略四角形状である。このとき、図3に示すように、第1の接着部材17aは、導電性部材13および基板15の一部を被覆しており、反射部材16の下端よりも発光素子11側に突出している。さらに、第1の接着部材17aの上部には、反射部材16を接着するための第2の接着部材17bを設けている。
また、反射部材16は、その上面16aの下側に第1の反射面16bを有しており、上面16aと第1の反射面16bの上端とは接している。さらに、反射部材16は、第1の反射面16bの下端と接するように第2の反射面16cを有している。このとき、発光素子11の載置面に対する第1の反射面16bの角度θ11は約55°、第2の反射面16cの角度θ12は約90°である。
封止部材12は、基板15の表面側に設けられた導電性部材13が外部に露出しないよう、発光素子11、ワイヤ14等の部材を被覆し、かつ、第1の接着部材17aの突出部をも被覆する。このとき、封止部材の側面12bは、第2の反射面16cから約100μm離間させている。封止部材の上面12aは、第1の反射面16bと第2の反射面16cとが交差する部分(第1の反射面16bの下端)よりも低く設けている。また、封止部材12には、蛍光物質18を含有させており、発光素子11からの光を波長変換し放出する。
以上のようにして作製した発光装置は、高い信頼性を得ることができると共に、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図4に示すように、反射部材16の形状以外は、実施例1と同様にして発光装置を作製する。具体的には、反射部材16において、発光素子11の載置面に対する第1の反射面16bの角度θ11が約90°であり、第2の反射面16cの角度θ12が約50°である。
これにより、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図5、図6、図7に示すように、レンズを設けている以外は、実施例1と同様にして発光装置を作製する。また、各図には光の行路も示している。
これにより、実施例1と同様の効果を得ることができる。さらに、発光素子11からの光を調節し、発光装置の配光を適宜変更することができると共に、封止部材12の密着性を向上することができる。
図8a、図8bは、発光素子11、導電性部材13、ワイヤ14の具体的な配置を示したものである。これ以外は、実施例1と同様にして発光装置を作製する。
具体的には、実施例4に係る発光装置には、発光素子11を複数(4つ)設けており、それらの発光素子11が異なる導電性部材13にそれぞれ載置している。また、それぞれの発光素子11は、その各側面が反射部材16の各反射面に対して略平行(発光装置の発光面側からみて)となるように、発光装置の凹部内に配置している。
図9a、図9b、図9cに示すように、接着部材17の形状以外は、実施例1と同様にして発光装置を作製する。図9a、図9cにおいて、接着部材17は、基板15との接触面と、それに対向する面と、のいずれか一方の面を突出させて張り出し部を形成し、その張り出し部の内部に封止部材12の一部を食い込ませている。張り出し部分は、エッチングなどの従来の方法により形成することができる。また、図9bのように、複数の接着部材を用いて張り出し部を成形することもできる。これらにより、実施例1と同様の効果を得ることができる。さらに、封止部材12の密着性が向上する。
12、12a、12b、102、102a、102b、112 封止部材
13、103、113 導電性部材
14、104、114 ワイヤ
15、105、115 基板
16、16a、16b、16c、106、106a、106b、116、116a、116b 反射部材
17a、17b 接着部材
18、108、118 蛍光物質
Claims (5)
- 基板と、
前記基板に配置された発光素子と、
前記発光素子の光を反射させる反射部材と、
前記基板および前記反射部材を接着する接着部材と、
前記発光素子を被覆し、且つ、前記反射部材から離間して前記基板に配置された封止部材と、を有する発光装置であって、
前記接着部材は、前記反射部材の下端から前記発光素子側に突出された突出部を有し、その突出部が前記封止部材により覆われていることを特徴とする発光装置。 - 前記反射部材は、第1の反射面および第2の反射面を少なくとも有し、
前記第1の反射面の上端は前記反射部材の上面と接し、前記第1の反射面の下端は前記第2の反射面と接しており、
前記第1の反射面および前記第2の反射面は、前記発光素子の載置面に対して角度が互いに異なることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記第1の反射面および前記第2の反射面のうち一方が、前記発光素子の載置面に対して略垂直であることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
- 前記封止部材は、前記第1の反射面の下端より低くなるように設けられていることを特徴とする請求項2又は3に記載の発光装置。
- 請求項1乃至4のいずれか一つに記載の発光装置において、さらに、レンズを有し、
前記レンズの一部は、前記反射部材と前記封止部材との離間部にまで入り込み、かつ、前記封止部材を覆うように設けられていることを特徴とする発光装置。
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