JP5169185B2

JP5169185B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5169185B2
Application number: JP2007314093A
Authority: JP
Inventors: 亮鈴木; 寛人玉置; 雅史蔵本; 忠雄林
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2027-12-05
Also published as: JP2009141030A

Description

本発明は、発光装置に係り、特に、照明器具、バックライト、車載用発光装置、ディスプレイ、動画照明補助光源、その他の一般的民生用光源などに用いられる高輝度、高信頼性の発光装置に関する。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）などの発光素子を用いた表面実装型の発光装置が知られている。

例えば、ＬＥＤチップの裏面電極が固定された表面領域を有する第１のリード電極と、該第１のリード電極とは電気的に絶縁されて配置されＬＥＤチップの表面電極とワイヤボンディングされた表面領域を有する第２のリード電極と、実質的に各リード電極のＬＥＤチップが固定される表面領域とワイヤボンディングされる表面領域を除いた部分を取り囲む合成樹脂基体と、前記合成樹脂基体上にてＬＥＤチップをカバーする透光性カバーと、を有する発光装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

このような構成の発光装置は、透光性カバーとリード電極との境界面が最小限とされていることから、境界面に温度変動があっても僅かな剪断応力しか発生せず、層間剥離のおそれを低減することができる。

しかしながら、上記発光装置を小型化しようと前記ＬＥＤチップが固定される表面領域の面積を小さくすると、実装領域の上面が合成樹脂基体の上面より下方に配置されていることから、ＬＥＤチップの電極側にバンプをもうけて実装する必要がある。このような実装方法を用いると、接合材である半田ペーストのほとんどがＬＥＤチップ側に這い上がってしまい、充分な接合強度が得られない。また、サイズの小さいＬＥＤチップを用いた場合、ＬＥＤチップの電極間の絶縁を保持することができない。

一方、二層の配線パターンがビアによって接続された多層配線基板を用い、その最上層の配線パターンとＬＥＤ素子の電極とがバンプを介して接続された発光装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特表２００２−５２０８２３号公報ＷＯ２００５／０１５６４６（図１２）

しかしながら、上記発光装置を小型化しようとするとＬＥＤ素子の電極が接続される配線パターンの面積を小さくすると、その下方にビアの位置が配置されることとなってしまう。ビアの上方に配置された配線パターンの上面は、ビア径に沿って凹みを有することから、このような表面上にＬＥＤ素子の電極を精度良く固定することは困難であり、発光装置間に光学特性のズレが生じてしまう。

本発明は、前記した問題に鑑み創案されたものであり、小型化にした際においても歩留まり良く生産できるとともに高い信頼性を有する発光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の発光装置は、上面側に開口部を有する樹脂成形体と、樹脂成形体内の側面方向に配置され前記樹脂成形体の側面から突出した外部接続部と開口部の底面から露出され開口部の内壁から離間されて配置された内部接続部とを有するリード電極と、内部接続部の上面にフリップチップ実装された発光素子チップと、前口部の内部に充填された透光性樹脂と、を有し、内部接続部の上面は、開口部の底面において、樹脂成形体より突出していることを特徴とする。

また、前記内部接続部は、前記発光素子チップと対向する領域内に配置されていることが好ましい。

また、前記内部接続部の突出高さは、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

また、リード電極は、少なくとも前記内部接続部の線膨張係数が１２．１ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。

本発明によれば、小型化にした際においても安定した発光特性を長期間維持できる発光装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の発光装置の最良の形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本実施の形態に係る発光装置１００を示している。発光装置１００は、上面側に開口部を有する樹脂成形体１２を備えており、この開口部の内部に発光素子１１が配置されている。また、樹脂成形体１２の内部には、側面方向にリード電極１３が配置されている。リード電極１３は、樹脂成形体１２の側面から外部に突出した外部接続部１３ｂと、前記開口部の底面１２ａから露出され前記開口部の内壁から離れて配置された内部接続部１３ａと、を有している。内部接続部１３ａの上面は、樹脂成形体１２の開口部の底面１２ａより突出している。発光素子１１の電極１１ａと内部接続部１３ａとは、導電性ペースト１４を介して接続されている。これにより、樹脂成形体１２の外部にて外部接続部１３ｂを介して、発光素子１１に通電することができる。なお、発光素子１１を外部環境から保護するために、樹脂成形体１２の開口部４０は、透光性樹脂によって封止されている。

（樹脂成形体１２）
樹脂成形体１２の開口部は、発光面となる。開口部が一方向に長い場合、開口部の長手方向の両側側面は開口部の底面１２ａから開口側に向かって互いに広がるように傾斜していることが好ましい。特に、前記両側側面を延長したときに、その２つの側面のなす角度θが９０°以上であることが好ましい。このような樹脂成形体１２を有する発光装置は、前記一方向に効率よく配光を広げることができることから、バックライト用光源として好適に用いることができる。特に、前記角度θは、１３５°〜１６５°であることが好ましく、これにより前記一方方向に伸びた発光を比較的均一に発光させることができる。

樹脂成形体１２の成形材料には、例えば、液晶ポリマー、ポリフタルアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、ポリフタルアミド樹脂のような高融点結晶を含有する半結晶性ポリマー樹脂は、表面エネルギーが大きく、樹脂成形体１２の開口部４０に充填する封止樹脂との密着性が良好であるので、好適である。これにより、封止樹脂を充填し硬化する工程において、樹脂の冷却過程の間に樹脂成形体と封止樹脂との界面が剥離しにくくなる。また、樹脂成形体１２が発光素子１１からの光を効率よく反射できるように、成形部材中に酸化チタンなどの白色顔料などを混合してもよい。

（リード電極１３）
リード電極１３は、樹脂成形体１２の開口部の底面１２ａより上方の樹脂成形体１２の外部に突出した内部接続部１３ａと、樹脂成形体１２の側面から外部に突出した外部接続部１３ｂとを有している。

リード電極１３の材料は、導電性であれば特に限定されないが、例えば鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が好適である。特に、リード電極の少なくとも内部接続部の線膨張係数は、１２．１ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。これにより、高温環境下で発光装置を使用した際に、リード電極の熱膨張により発光素子チップの接合部が破壊することを防ぐことができる。このようなリード電極は、具体的には、Ｆｅ、Ｆｅ合金、または４２アロイを主材料とする金属にて構成することができる。

内部接続部１３ａは、開口部の内壁から離れて配置されており、発光素子チップ１１の電極１１ａと導電性ペースト１４を介して電気的に接続されている。内部接続部１３ａは、図１に示すように、発光素子チップ１１と対向する領域内に配置されていることが好ましい。これにより、内部接続部１３ａと後述する透光性樹脂１５との接触面積を小さくすることができ、透光性樹脂１５から外部のガスが透過した際における内部接続部１３ａの酸化や硫化による変色を防ぐことができる。これにより長時間において高出力を保持することが可能となる。また、内部接続部１３ａの突出高さは、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。これにより、製造時における発光素子チップと内部接続部１３ａとの接合不良や、内部接続部１３ａ間へ導電ペースト１４が多く這い上がることによる短絡を防止することができる。特に、内部接続部１３ａの突出高さは、対向する発光素子チップ１１の電極１１ａの高さ、またはバンプを用いる場合は発光素子チップ１１の電極１１ａとバンプとを合わせた高さと、ほぼ同じであることが好ましい。これにより、内部接続部１３ａ側と発光素子チップ側１１の双方において導電性ペースト１４の這い上がり量を同様にすることができ、接合強度を高めることができる。

外部接続部１３ｂは、発光装置１００への通電に使用され、外部装置（例えば実装基板）とハンダ付けされる。図１のように、外部接続部１３ａは、樹脂成形体１２の外面に沿って折り曲げてもよいし、樹脂成形体１２から外側へガルウィング加工されていてもよい。外部接続部１３ａを折り曲げる方向は、樹脂成形体１２の発光面側となる開口側でも、樹脂成形体１２の底面側でもよい。特に、外部接続部を底面側に折り曲げると、発光装置１００の実装時にハンダが発光面に回り込むのを抑制できるので好ましい。

また、複数の発光装置を近接配置する場合、外部接続部１３ｂは、樹脂成形体１２の外面より内方に位置するとより好ましい。一般的に、発光装置１００はハンダで実装されるが、そのときにリード電極１３の外部接続部１３ｂと外部装置の電極との間にハンダフィレットが形成される。外部接続部１３ｂが樹脂成形体１２の外面より内方に位置した発光装置１００であれば、ハンダフィレットを樹脂成形体１２の外面より内方に形成できるので、隣接する他の発光装置との距離をさらに狭くすることができる。これにより、複数の発光装置からなる発光面において、均一な発光を得ることができる。

（発光素子チップ１１）
発光素子チップ１１の構成材料は、公知のものを適宜利用できるが、蛍光物質を備えた発光装置とするとき、その蛍光物質を励起する光を発光可能な半導体発光素子が好ましい。このような半導体発光素子として、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を挙げることができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適にあげられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。

本実施の形態の発光素子１１は、内部接続部１３ａとフリップチップ実装されている。つまり、発光素子１１の電極１１ａと内部接続部１３ａとは、導電性ペースト１４を介して接続されている。本実施の形態で用いられている発光素子１１は、同一面側に正および負の電極が形成されているが、上述した内部接続部１３ａと対向する電極を有していればよく、対応する面に正および負の電極がそれぞれ形成されているものであってもよい。また、正および負の電極は、必ずしも１つずつ形成されていなくてもよく、それぞれ２つ以上形成されていてもよい。特に、同一面側に正負の電極を有する発光素子チップを用いること、発光装置の小型化・薄型化を実現することができる。

また、外部接続部１３ｂが折り曲げられた発光装置を形成する場合、発光素子チップ１１は、外部接続部１３ｂの折り曲げ加工を終えた後に、内部接続部１３ａに固定されることが好ましい。これにより、外部接続部１３ｂの折り曲げ加工時の応力による発光素子チップと内部接続部１３ａの接合部の破壊を防ぐことができる。

（導電性ペースト１４）
本実施の形態の発光素子チップは、上述した内部接続部１３ａと導電ペースとを介して固定されている。具体的には、Ａｕ−Ｓｎ合金、ＳｎＡｇＣｕ合金、ＳｎＰｂ合金、ＩｎＳｎ合金、Ａｇ、ＳｎＡｇを用いることができる。また、発光素子チップの電極１１ａにＡｕなどからなる導電性バンプを形成し、前記バンプと上述した内部接続部１３ｂとを導電性ペーストを介して固定してもよい。

（透光性樹脂１５）
透光性樹脂１５は、搭載する発光素子チップ１１の光に対して透光性であればどのような樹脂材料によって形成されていてもよい。例えば、シリコーン樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂等があげられる。また、透光性樹脂１５の上面は、所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができる。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた形状にすることができる。なお、本明細書において透光性とは、発光素子チップ１１から出射された光を７０％程度以上透過させる性質を意味する。

透光性樹脂１５には、染料または顔料等の着色剤や光拡散材、波長変換部材を含有させてもよい。光拡散材は、光を拡散させるものであり、発光素子からの指向性を緩和させ、視野角を増大させることができる。また、波長変換部材は、発光素子チップ１１からの光を変換できる。これにより、発光素子チップ１１からの出射光である一次光と、一次光の少なくとも一部が波長変換部材でもって波長変換された二次光とを混色でき、この結果、所望の波長を発光可能な発光装置とできる。波長変換部材としては、例えば、蛍光物質があげられる。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、有機蛍光物質であるペリレン系誘導体、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｅｕおよび／またはＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂等の無機蛍光物質等、種々好適に用いられる。

本実施の形態において、白色光を得る場合、特にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光物質を利用すると、その含有量によって青色発光素子からの光と、その光を一部吸収して補色となる黄色系が発光可能となり白色系が比較的簡単に信頼性良く形成できる。同様に、Ｅｕおよび／またはＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂蛍光物質を利用した場合は、その含有量によって青色発光素子からの光と、その光を一部吸収して補色となる赤色系が発光可能であり白色系が比較的簡単に信頼性よく形成できる。これらの蛍光物質の他に、たとえば、特開２００５−１９６４６号公報、特開２００５−８８４４号公報等に記載の公知の蛍光物質のいずれをも用いることができる。また、リード電極１３の表面をガラスによって保護している場合、安価な硫化物蛍光体を使用する事もできる。硫化物蛍光体としてはアルカリ土類系、チオガレート系、チオシリケート系、硫化亜鉛系、酸硫化物系があり、アルカリ土類系蛍光体としてはＭＳ：Ｒｅ（Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる１種以上であり、ＲｅはＥｕ、Ｃｅから選ばれる１種以上）等があり、チオガレート系蛍光体としてはＭＮ₂Ｓ₄：Ｒｅ（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる１種以上、Ｎは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｙから選ばれる１種以上、ＲｅはＥｕ、Ｃｅから選ばれる１種以上）等があり、チオシリケート系蛍光体としてはＭ₂ＬＳ₄：Ｒｅ（Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる１種以上、ＬはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎから選ばれる１種以上、ＲｅはＥｕ、Ｃｅから選ばれる１種以上）等があり、硫化亜鉛系蛍光体としてはＺｎＳ：Ｋ（ＫはＡｇ、Ｃｕ、Ａｌから選ばれる１種以上）等があり、酸硫化物系蛍光体としてはＬｎ₂Ｏ₂Ｓ：Ｒｅ（ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｇｄから選ばれる１種以上、ＲｅはＥｕ、Ｃｅから選ばれる１種以上）等が挙げられる。

本発明の発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト等のように、極めて小型の発光部品を必要とする装置に利用可能である。

（ａ）は、実施の形態１に係る発光装置の模式的断面図であり、（ｂ）は、実施の形態１に係る発光装置の模式的上面図である。

符号の説明

１００発光装置
１２樹脂成形体
１２ａ開口部底面
１３リード電極
１３ａ内部接続部
１３ｂ外部接続部
１４導電性ペースト
１５透光性樹脂

Claims

上面側に開口部を有する樹脂成形体と、前記樹脂成形体内の側面方向に配置され前記樹脂成形体の側面から突出した外部接続部と前記開口部の底面から露出され前記開口部の内壁から離間されて配置された内部接続部とを有するリード電極と、前記内部接続部の上面にフリップチップ実装された発光素子チップと、前記開口部の内部に充填された透光性樹脂と、を有し、
前記内部接続部は、前記発光素子チップと対向する領域内に配置され、
前記内部接続部の上面は、前記開口部の底面において、樹脂成形体より突出し、その突出高さは、前記発光素子チップの電極の高さとほぼ同じであり、
前記発光素子チップと前記内部接続部は、導電性ペーストを介して接続されていることを特徴とする発光装置。
前記内部接続部の高さは、１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記リード電極は、少なくとも前記内部接続部の線膨張係数が１２．１ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。