JP4973279B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、リフレクタ等の樹脂部の凹部の底面に発光素子を搭載した発光装置及びその製造方法に関する。
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた発光装置として、凹部を有し凹部底面に正のリード電極及び負のリード電極の一部を露出させてなる成形体パッケージを用い、その凹部にＬＥＤチップが収納され、凹部にＬＥＤチップを封止する透光性樹脂が充填されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光装置では、正負のリード電極がそれぞれＬＥＤ素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に成形樹脂によって覆われている。これにより、リード電極と透光性樹脂との界面における水分の気化膨張により信頼性及び発光特性を劣化させることがないというものである。
また、この種の発光装置として、リードを含む実装部材の上における半導体発光素子の周囲に、半導体発光素子の発光層の側面を覆わないように、光反射性フィラーを混合した樹脂層を設けたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の発光装置では、発光素子の発光層の側面から放出された光が樹脂層の表面付近で光反射性フィラーにより散乱され、上方に取り出すことができるとされている。
また、発光チップをカップ形状のリードフレームのカップの底面に載置し、チップのサファイア基板とリードフレームとを接着剤で接着した構造の発光装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の発光装置では、透明な接着剤が発光チップの側面にまで回り込み、発光チップのリードフレーム側への発光は接着剤を透過してカップの底面及び側面に到達して発光観測面側に反射されるとされている。
特開２００１−２４２２８号公報 特開２００４−５５６３２号公報 特開平７−８６６４０号公報
しかし、特許文献１から３に記載の発光装置では、いずれも発光素子の側面から光が出射するため、搭載部の発光素子近傍には、発光素子の側面から出射した光が直接入射することとなる。搭載部における発光素子の側面から出射した光が直接入射する部分は、発光素子の発光部からの距離が比較的短く、入射光による劣化が生じやすい。これにより、搭載部をなすリードフレーム、樹脂等の表面が劣化するという問題がある。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光素子が搭載される搭載部の表面の劣化を抑制できるようにした発光装置及びその製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明では、発光素子と、前記発光素子が搭載される搭載部と、前記発光素子の下面と前記搭載部の上面との間に介在するとともに前記発光素子の側面を覆い、無機フィラーを含み、前記発光素子の発光波長に対して遮光性を有し、絶縁性を有する遮光材と、を備え、前記遮光材の前記無機フィラーは、光触媒作用を有するＴｉＯ ２ の粒子であり、前記遮光材は、前記ＴｉＯ ２ の粒子を含むシリコーン樹脂であり、前記発光素子はフェイスアップ型であり、出射する光が取り出されるための孔を有したリフレクタ部によって取り囲まれていて前記孔に満たされたシリコーン樹脂によって封止されており、前記遮光材は、前記発光素子と前記搭載部との間に介在するダイボンド材であることを特徴とする発光装置が提供される。
この発光装置によれば、発光素子の側面に設けられた遮光材が、発光素子の側面からの光を遮光する。これにより、搭載部における発光素子の近傍では、発光素子から出射した光が搭載部の表面に直接入射することはない。また、遮光材が絶縁性を有することから、発光素子の側面を遮光材で覆う構成であっても、リーク電流が遮光材に流れることはない。
また、前記目的を達成するため、本発明では、発光素子と、前記発光素子が搭載される搭載部と、前記発光素子の下面と前記搭載部の上面との間に介在するとともに前記発光素子の側面を覆い、無機フィラーを含み、前記発光素子の発光波長に対して遮光性を有し、絶縁性を有する遮光材と、を備え、前記遮光材の前記無機フィラーは、光触媒作用を有するＴｉＯ ２ の粒子であり、前記遮光材は、前記ＴｉＯ ２ の粒子を含むシリコーン樹脂であり、前記発光素子はフリップチップ型であり、出射する光が取り出されるための孔を有したリフレクタ部によって取り囲まれていて前記孔に満たされたシリコーン樹脂によって封止されており、前記遮光材は、前記発光素子と前記搭載部との間に介在するアンダーフィル材であることを特徴とする発光装置が提供される。
また、前記目的を達成するため、本発明では、請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置を製造するにあたり、前記搭載部の上面に前記遮光材を塗布する塗布工程と、前記遮光材が前記発光素子の側面を覆うように前記搭載部に前記発光素子を搭載する搭載工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法が提供される。
この発光装置の製造方法によれば、発光素子の搭載部への搭載時に発光素子の側面を覆うことができ、製造工数を増大させることなく発光素子の側面の遮光が実現される。そして、製造された発光装置は、搭載部における発光素子の近傍では、発光素子の側面から出射した光が搭載部の表面に直接入射することはない。
本発明によれば、発光素子が搭載される搭載部の表面の劣化を抑制することができる。
図１及び図２は本発明の一実施形態を示し、図１は発光装置の断面図である。
（発光装置の構成）
図１に示すように、この発光装置１は、装置の下部をなし絶縁材からなる底部１０と、底部１０上に互いに離隔するよう配置される金属製の第１リードフレーム１１Ａ及び第２リードフレーム１１Ｂと、搭載部としての第１リードフレーム１１Ａに搭載されるＬＥＤ素子１３と、ＬＥＤ素子１３の下面と第１リードフレーム１１Ａの上面との間に介在するダイボンド材１５と、底部１０の上方に配置されるＬＥＤ素子１３の側方を包囲するリフレクタ部１２と、を備えている。本実施形態においては、底部１０及びリフレクタ部１２は、例えば、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：熱可塑性プラスチック）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ：結晶性ポリスチレン）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ナイロン等の熱可塑性樹脂からなり、各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂと底部１０及びリフレクタ部１２とは例えばインジェクション成形を利用して製造される。
底部１０及びリフレクタ部１２は、全体として略直方体状を呈し、各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂが底部１０及びリフレクタ部１２から外側に露出している。本実施形態においては、各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂは、例えば、アルミニウム、銀、銅等からなり、底部１０の側面及び下面に沿うよう曲げ加工が施されている。各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂの間には底部１０の樹脂材が入り込んでおり、ＬＥＤ素子１３の近傍では各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂ及び底部１０の上面が面一となるよう構成されている。
リフレクタ部１２には、上下に貫通する孔１２ａが形成されており、孔１２ａを通じて後述するＬＥＤ素子１３の光が取り出されるようになっている。リフレクタ部１２の孔１２ａは、上面視にて円形であり、上方へ向かって拡がるよう形成されている。リフレクタ部１２の孔１２ａは、ＬＥＤ素子１３を封止する封止材１６で満たされている。封止材１６は、熱や光による黄変の比較的少ない材料、例えば、シリコーン樹脂が用いられている。尚、封止材１６としてガラス等のような樹脂以外の透光性部材を用いてもよい。
発光素子としてのＬＥＤ素子１３は、上面側に一対の電極１３０Ａ，１３０Ｂが形成されるフェイスアップ型であり、各電極はワイヤ１４Ａ，１４Ｂにより各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂに電気的に接続されている。本実施形態においては、ＬＥＤ素子１３は、上面と下面が同じ形状であり、断面にて四角形状に形成されている。本実施形態においては、ＬＥＤ素子１３として、ＧａＮ系半導体からなり青色光を発するものが用いられる。
ＬＥＤ素子１３は、ダイボンド材１５により第１リードフレーム１１Ａに固定されている。遮光材としてのダイボンド材１５は、無機フィラーを含み、ＬＥＤ素子１３と第１リードフレーム１１Ａとの間に介在するとともにＬＥＤ素子１３の側面を覆っている。本実施形態においては、ダイボンド材１５は、無機フィラーとして例えばＴｉＯ２の粒子を含有するシリコーン樹脂からなり、ＬＥＤ素子１３に対して遮光性を有するとともに絶縁性を有している。ダイボンド材１５におけるＴｉＯ２の粒子の粒径及び濃度は、例えば２０ｎｍ及び２０重量％である。
（発光装置の製造方法）
次に、発光装置の製造方法について説明する。
図２は、発光装置の製造方法を示し（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ工程説明図である。
まず、図２（ａ）に示すように、第１リードフレーム１１Ａ及び第２リードフレーム１１Ｂが設けられた底部１０及びリフレクタ部１２を成形する（パッケージ成形工程）。
次いで、図２（ｂ）に示すように、第１リードフレーム１１Ａにダイボンド材１５を塗布する（塗布工程）。このときのダイボンド材１５の塗布量は、後述の搭載工程にてＬＥＤ素子１３の側面にダイボンド材１５がまわりこむ量である。
次に、図２（ｃ）に示すように、第１リードフレーム１１Ａの上面に、ＬＥＤ素子１３を位置決めして搭載する（搭載工程）。これにより、ＬＥＤ素子１３の側面がダイボンド材１５により覆われる。この後、ダイボンド材１５を硬化させる（遮光材硬化工程）。
次に、図２（ｄ）に示すように、ＬＥＤ素子１３上の電極１３０Ａ，１３０Ｂと各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂとを金線等のワイヤ１４Ａ，１４Ｂで接続する。
次に、図２（ｅ）に示すように、リフレクタ部１２の孔部１２ａ内にシリコーン樹脂からなる封止材１６を充填してＬＥＤ素子１３を封止する（封止工程）。この後、封止材１６を硬化させる（封止材硬化工程）。
（発光装置の動作）
次に、発光装置１の動作について説明する。直流電源装置（図示せず）の出力端子の極性と各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂの極性を合わせて、各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂに電圧を印加すると、ワイヤ１４Ａ，１４Ｂを介してＬＥＤ素子１３に電流が流れ、ＬＥＤ素子１３の発光層から青色光が放射される。
このとき、ＬＥＤ素子１３の側面はダイボンド材１５により覆われているので、ＬＥＤ素子１３の発光層から側面へ入射する光は、ダイボンド材１５により遮られて各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂの上面へ入射しない。すなわち、ＬＥＤ素子１３の上面から光が出射して、封止材１６を介して青色光が外部へ放出される。本実施形態においては、ダイボンド材１５が反射性を有するＴｉＯ２からなることから、ＬＥＤ素子１３の発光層から側面へ入射する光についても、ダイボンド材１５により反射されてＬＥＤ素子１３の内部を通じてＬＥＤ素子１３の上面から封止材１６へ入射する。
（本実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）この発光装置１によれば、第１リードフレーム１１Ａに搭載したＬＥＤ素子１３の側面に設けられたダイボンド材１５が、ＬＥＤ素子１３の側面からの光を遮光する。これにより、各リードフレーム１１Ａ，１１ＢにおけるＬＥＤ素子１３の近傍では、ＬＥＤ素子１３の発光層から側面へ入射する光が各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂの表面に直接入射することはない。また、各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂの間に露出している底部１０にも光が直接入射することはない。従って、ＬＥＤ素子１３の側方から各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂ及び底部１０に光が直接入射することがなくなり、比較的短い距離での光の入射を抑止して各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂ及び底部１０の劣化を抑制し、発光装置１の寿命を延ばすことができる。
（２）また、ダイボンド材１５が絶縁性を有することから、ＬＥＤ素子１３の側面をダイボンド材１５で覆う構成であっても、リーク電流がダイボンド材１５に流れることはない。すなわち、ＬＥＤ素子１３と各リードフレーム１１Ａ，１１Ｂのダイボンド材１５による短絡を防止することができる。
（３）また、ダイボンド材１５が反射性を有することから、ＬＥＤ素子１３から側方へ出射されるべき光を、ＬＥＤ素子１３の上面から取り出すことができ、ＬＥＤ素子１３から放射される光の指向性を高めるとともに光量を増大させることができる。
（４）また、ダイボンド材１５がシリコーン樹脂で主鎖がＳｉ系であり、ＣとＣの２重結合を含まないことから、ダイボンド材１５の光照射による劣化が抑制される。
（５）また、無機フィラーとしてＴｉＯ２を用いたことで、光触媒作用を得ることができ、ダイボンド材１５の光による劣化が抑制される。
（６）また、ＬＥＤ素子１３の第１リードフレーム１１Ａへの搭載時にＬＥＤ素子１３の側面を覆うことができ、製造工数を増大させることなくＬＥＤ素子１３の側面の遮光が実現される。
尚、前記実施形態においては、ＬＥＤ素子１３としてフェイスアップ型を示したが、フリップチップ型であってもよいことは勿論である。この場合、ＬＥＤ素子と搭載部との間に介在するアンダーフィル材を遮光材とし、アンダーフィル材によりＬＥＤ素子の側面を覆うことが好ましい。
また、ＬＥＤ素子１３として青色光を発するものを示したが、例えば緑色光や赤色光を発するものを用いてもよい。また、青色、緑色及び赤色の３つのＬＥＤ素子が別個のリード部に搭載され、白色光を発する発光装置であってもよい。また、ＬＥＤ素子１３としてＧａＮ系半導体材料からなるものを用いた発光装置１を説明したが、例えばＺｎＳｅ系やＳｉＣ系のように他の半導体材料からなる発光素子であってもよい。
また、前記実施形態においては、上面と下面が同じ広さのＬＥＤ素子１３を用いたものを示したが、例えば図３に示すように、下面より上面が広く、断面にて下辺が上辺よりも短い台形状のＬＥＤ素子１３を用いてもよい。この発光装置１によれば、ＬＥＤ素子１３の側面が上方へ向かって拡がるよう傾斜することから、ＬＥＤ素子１３の発光層から側面へ入射する光を上側へ反射させることができる。従って、ＬＥＤ素子１３内に閉じ込められる光量を減じ、光吸収に伴う発熱及びこれに伴う劣化を抑制することができる。
また、前記実施形態においては、底部１０及びリフレクタ部１２が樹脂からなる発光装置１を示したが、底部１０及びリフレクタ部１２の少なくとも一方がセラミックからなる発光装置に本発明を適用可能なことはいうまでもない。
また、前記実施形態においては、ダイボンド材１５としてシリコーン樹脂を用いたが、例えばエポキシ樹脂等であってもよく、ダイボンド材１５の材質は任意に変更することができる。また、ダイボンド材１５に含有させる無機フィラーとしてＴｉＯ２の粒子を用いたものを示したが、無機フィラーの材質は任意であり、例えばＢＮ、ＢａＳＯ４等の粒子を含有させるようにしてもよい。
また、前記実施形態においては、ＬＥＤ素子１３の青色光が波長変換されることなく装置外部へ放射されるものを示したが、例えば、封止材１６にＬＥＤ素子１３から出射する青色光により励起されると黄色光を発する蛍光体を含有させ、青色光と黄色光の組合せにより白色光が装置外部へ放射されるようにしてもよい。また、ＬＥＤ素子１３として、紫色または紫外光を発するものを用い、封止材１６に赤色光、緑色光及び青色光を発する蛍光体をそれぞれ混入させて白色光を得るようにしてもよい。
また、前記実施形態においては、発光素子としてＬＥＤ素子１３を用いた発光装置１を説明したが、発光素子はＬＥＤ素子に限定されるものではないし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
本発明の一実施形態を示す発光装置の断面図である。 発光装置の製造方法を示し（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ工程説明図である。 本発明の変形例を示す発光装置の断面図である。
符号の説明
１ 発光装置
１０ 底部
１１Ａ 第１リードフレーム
１１Ｂ 第２リードフレーム
１２ リフレクタ部
１２ａ 孔部
１３ ＬＥＤ素子
１４Ａ ワイヤ
１４Ｂ ワイヤ
１５ ダイボンド材
１６ 封止材
１３０Ａ 電極
１３０Ｂ 電極

Claims (5)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子が搭載される搭載部と、
    前記発光素子の下面と前記搭載部の上面との間に介在するとともに前記発光素子の側面を覆い、無機フィラーを含み、前記発光素子の発光波長に対して遮光性を有し、絶縁性を有する遮光材と、を備え、
    前記遮光材の前記無機フィラーは、光触媒作用を有するＴｉＯ ２ の粒子であり、
    前記遮光材は、前記ＴｉＯ ２ の粒子を含むシリコーン樹脂であり、
    前記発光素子はフェイスアップ型であり、出射する光が取り出されるための孔を有したリフレクタ部によって取り囲まれていて前記孔に満たされたシリコーン樹脂によって封止されており、
    前記遮光材は、前記発光素子と前記搭載部との間に介在するダイボンド材であることを特徴とする発光装置。
  2. 前記発光素子は下面より上面が広いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 発光素子と、
    前記発光素子が搭載される搭載部と、
    前記発光素子の下面と前記搭載部の上面との間に介在するとともに前記発光素子の側面を覆い、無機フィラーを含み、前記発光素子の発光波長に対して遮光性を有し、絶縁性を有する遮光材と、を備え、
    前記遮光材の前記無機フィラーは、光触媒作用を有するＴｉＯ ２ の粒子であり、
    前記遮光材は、前記ＴｉＯ ２ の粒子を含むシリコーン樹脂であり、
    前記発光素子はフリップチップ型であり、出射する光が取り出されるための孔を有したリフレクタ部によって取り囲まれていて前記孔に満たされたシリコーン樹脂によって封止されており、
    前記遮光材は、前記発光素子と前記搭載部との間に介在するアンダーフィル材であることを特徴とする発光装置。
  4. 前記発光素子は下面より上面が広いことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置を製造するにあたり、
    前記搭載部の上面に前記遮光材を塗布する塗布工程と、
    前記遮光材が前記発光素子の側面を覆うように前記搭載部に前記発光素子を搭載する搭載工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
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