JP5849602B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、基材に反射膜が形成された導電部材を備える発光装置に関するものである。

発光素子を光源とする発光装置において、発光素子の周囲に銀等を含む反射膜を設けて出力を向上させ、さらに反射膜の上にスパッタ、ＣＶＤ等により無機材料からなる保護膜を形成して反射膜の変色等を抑制する試みがなされている（例えば特許文献１）。

特開２００９−２２４５３８

しかしながら、従来の方法では、反射膜により一旦出力を向上させることができるものの、使用時等において、光出力が低下するという問題があった。つまり、反射膜が劣化して暗色に変色することで、暗色部において発光素子からの光の一部が吸収され光出力が低下する場合があった。

本発明は、反射膜の劣化を抑制することで高い光出力を維持することを目的とする。

一形態に係る発光装置は、凹部を有するパッケージと、凹部内に載置された発光素子と、凹部内において部分的に露出した第１導電部材及び第２導電部材と、第１導電部材の上面を被覆する保護膜と、凹部内に充填された充填部材と、を備える。第１導電部材は、第１基材を有すると共に、上側から見て第１基材上に第１反射膜が設けられた第１領域と第１基材上に第１反射膜が設けられていない第２領域とを有する。さらに、発光素子は、第１反射膜と第１ワイヤで接続されている。

図１は、第１実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 図２は、図１の発光装置を上側から見た図である。 図３は、第２実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 図４は、図３の発光装置を上側から見た図である。

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、実施の形態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、単なる例示にすぎない。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していることがある。

＜第１実施形態＞
図１に、本実施形態に係る発光装置１００の概略断面図を示す（図２のＸ−Ｘにおける断面図である）。また、図２は発光装置１００を上側から見た図である。各図に示すように、発光装置１００は、凹部を有するパッケージ３と、凹部内に載置された発光素子１と、凹部の底面において部分的に露出した第１導電部材２−１及び第２導電部材２−２と、第１導電部材２−１の上面を被覆する保護膜５と、凹部内に充填された充填部材６と、を備える。第１導電部材２−１は、第１基材２−１ｂを有すると共に、上側から見て第１基材上に第１反射膜２−１ａが設けられた第１領域Ａと第１基材上に第１反射膜が設けられていない第２領域Ｂとを有する。さらに、発光素子１は、第１反射膜２−１ａと第１ワイヤ４−１で接続されている。

第１反射膜２−１ａは硫化等により劣化して暗色に変色する傾向にあるが、反射膜の無い第２領域Ｂを形成することで第１反射膜２−１ａの劣化の進行を抑制できる。これにより、光出力の低下を抑制することができる。また、第１反射膜２−１ａの劣化が第１ワイヤ４−１まで進行すると、最悪の場合、第１ワイヤ４−１が断線し不灯になる場合もあるが、係る問題の発生も抑制することができる。以下、詳細に説明する。

まず、発光装置１００では、保護膜５により第１導電部材２−１が被覆されているので、理論的には、劣化を誘発する元素に反射膜２−１ａが晒される恐れはない。しかし実際には、発光素子１の発光等により発光装置１００全体に熱がかかり、主として第１導電部材２−１の周縁（上側から見たときのパッケージ３と第１導電部材２−１との境目）において、保護膜５に亀裂が入ることがある。通常、パッケージ３と第１導電部材２−１とは異なる材料で構成されており、両者は異なる熱膨張係数を有するからである。このため、第１導電部材２−１の周縁及びその近傍では第１反射膜２−１ａが劣化しやすい。さらに、時間の経過に伴い、第１反射膜２−１ａの劣化が第１導電部材２−１の外側から内側へ進行する場合がある。そこで、発光装置１００では、第１導電部材２−１上に第１反射膜２−１ａの無い第２領域Ｂを設けてある。これにより、亀裂近傍から生じる第１反射膜２−１ａの劣化が第１ワイヤ４−１の接続部位まで進行するのを、反射膜の無い第２領域Ｂで阻止することができる。

以下に、発光装置１００の主な構成要素を説明する。本明細書では、説明の便宜上、発光装置１００の表面側（図１の上方）を上側とし、それと反対の側（図１の下方）を下側とする。

（発光素子１）
発光素子１としては、例えば窒化物半導体からなる青色発光が可能なＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることができる。ＬＥＤの場合、ｐ電極（正電極）及びｎ電極（負電極）の両方が半導体部の一方の側に設けられたタイプと、半導体部を介するように半導体部の一方の側にｐ電極が設けられ他方の側にｎ電極が設けられたタイプがある。図１〜図４は前者の場合を図示したものであり、発光素子１は、第１ワイヤを介して第１導電部材２−１に接続され、第２ワイヤを介して第２導電部材２−２に接続される。一方、後者のタイプの場合、発光素子１は、第１ワイヤを介して第１導電部材２−１に接続され、ハンダ等の導電接着部材を介して第２導電部材２−２に接続されることになる。

（導電部材２）
発光装置１００は、第１導電部材２−１と第２導電部材２−２とを少なくとも有する。以下では、第１導電部材２−１と第２導電部材２−２とを合わせて単に導電部材２という。第１導電部材２−１及び第２導電部材２−２に使用する材料、構成、大きさ等は同様に構成することもできるし異にすることもできる。

発光装置１００では、パッケージ３の凹部の底面に、第１導電部材２−１と第２導電部材２−２とが互いに対向するように設けられている（図１及び図２参照）。第１導電部材２−１は、第１基材２−１ｂを有すると共に、上側から見て第１基材上に第１反射膜２−１ａが設けられた第１領域Ａと第１基材上に第１反射膜が設けられていない第２領域Ｂとを有する。

第１基材２−１ｂとしては、例えば銅、銅合金、鉄又は鉄合金を板状に加工したものを用いることができる。詳細に図示していないが、第１基材２−１ｂは、単一の層から構成されていても良いし、例えば板状の金属の上に反射膜と異なる１以上の導電膜が積層された複数の層から構成されていても良い。

第１反射膜２−１ａとしては、発光素子１からの光（より詳細には、発光素子１の発光スペクトルのうちピークの波長）に対して第１基材２−１ｂよりも反射率の高い部材を用いることができる。第１反射膜２−１ａの材料としては例えば、銀、アルミニウムを用いることができ、特に銀を含む材料とすることが好ましい。銀を含む材料は、反射率は高いものの劣化しやすい材料である。しかし、第２領域Ｂにより第１反射膜２−１ａの劣化を抑制できるので、銀の高い反射率を最大限に活かすことができる。

第２領域Ｂは、第１導電部材２−１を上側から見たときに、第１ワイヤ４−１の接続部と、第１ワイヤの接続部に最も近い第１導電部材の周縁上の１点と、を結ぶ直線上に少なくとも設けることができる。つまり、第１ワイヤの接続部と第１導電部材の周縁上の１点を最短距離で結ぶ直線上に第１反射膜２−１ａの無い第２領域Ｂを形成することができる。これにより、第１反射膜２−１ａの劣化が第１ワイヤの接続部位まで短時間で進行するのを抑制することができるので、より信頼性の高い発光装置とすることができる。発光装置１００では、図２において第１ワイヤ４−１の接続部と左側真横に位置する第１導電部材の周縁上の１点とが最短距離にあるので、両者を結ぶ直線を横切るようして第２領域Ｂが直線状に設けられている。

図１及び図２に示すように、第２導電部材２−２（より正確には第２反射膜２−２ａ）上には、発光素子１を載置することができる。第１導電部材２−１ではなく第２導電部材２−２に発光素子１を載置するようにすれば、第１導電部材２−１には第１ワイヤを接続するだけでよい。したがって、発光装置１００を上側から見たときに、第１導電部材の面積は第２導電部材よりも小さくなるのが一般的である。そうすると、第１導電部材２−１の周縁から第１ワイヤの接続部までの距離が短くなるのでどうしても第１反射膜２−１ａの劣化の影響を受けやすい。しかし、第１導電部材２−１に第２領域Ｂを設けていれば、第１反射膜２−１ａの劣化が第１ワイヤの接続まで進行することを抑制できるので、より信頼性を向上させることができる。

第２領域Ｂは、例えば、反射膜成型後の金型等での切り込み、反射膜形成前のマスキングによる部分メッキ、又は反射膜形成後のマスキングによるエッチング処理により形成することができる。なお、図１では、金型での切り込みにより第２領域Ｂを形成しているため、反射膜だけでなく基材の一部も除去された構成となっているが、他の製法により基材の一部を除去しないようにすることもできる（図３も同様）。

（パッケージ３）
図１および図４に示す発光装置１００におけるパッケージ３は、基部３ａ及び側壁３ｂよりなる。パッケージ３では、基部３ａから側壁３ｂが突出することにより凹部が形成されており、凹部内には導電部材２が部分的に露出されている。

通常、パッケージ３は、導電部材２と一体に形成される。パッケージ３の材料としては、耐光性、耐熱性に優れた電気絶縁性のものが用いられ、例えばポリフタルアミドなどの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ガラスエポキシ、セラミックスを用いることができる。

（保護膜５）
保護膜５は、反射膜２−１ａの劣化を抑制するためのものであり、通常は、凹部の底面に露出した第１導電部材２−１、第２導電部材２−２及びその間に介在するパッケージ３の一部を連続的に被覆する。保護膜５は、例えば原子層堆積法（以下、単に「ＡＬＤ」（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）ともいう））により形成することができる。ＡＬＤにより、スパッタ又は蒸着等と比較して、良質な保護力に優れる保護膜５を形成することができる。

ただし、ＡＬＤにより形成した保護膜５は、他の方法で形成した場合よりも膜質が良いため、導電部材２の内側では反射膜の劣化が生じにくいものの、導電部材２とパッケージ３との境目及びその近傍から反射膜の劣化が目立ちやすい。導電部材２とパッケージ３との熱膨張係数の差により、導電部材２の周縁近傍において保護膜に亀裂が入るためと考えられる。しかし、第１導電部材２−１に第２領域Ｂを設けていれば、反射膜の劣化の進行することを抑制できるので、より信頼性を向上させることができる。

保護膜５を形成する際、マスク等を施さなければ、ワイヤ４やパッケージ３等の全面に保護膜が形成されることになる。この場合であっても、例えば、ブラスト処理によりパッケージ３の側面及び裏面の保護膜を除去することができる。なお、図１及び図３においては、実際はワイヤ４の表面、側壁３ｂ内部及び側壁上部にも保護膜５が形成されているが図示していない。

（充填部材６）
パッケージ３の凹部には充填部材６が充填される。充填部材６は、発光素子１を封止するためのものであり、発光素子１からの光を外部に透過するものであればその材料は限定されない。充填部材６の材料としては、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。さらに、充填部材６には、発光素子１からの光により発光する蛍光部材を含有させることもできる。蛍光部材としては公知のものを用いることができ、発光素子１が青色発光する場合は、黄色に発光するＹＡＧ系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体、ストロンチウムシリケート系蛍光体等とすることで、発光装置全体として白色光を得ることができる。

＜第２実施形態＞
図３及び図４に、本実施形態に係る発光装置２００を示す。図３は発光装置２００の概略断面図（図４のＸ−Ｘにおける断面図である）であり、図４は発光装置２００を上側から見た図である。発光装置２００は、次に説明する事項が発光装置１００と異なるが、他は発光装置１００と同様である。

発光装置２００では、第１導電部材２−１において第２領域Ｂが広範囲に設けられている。つまり、発光装置２００では、第１導電部材を上側から見たときに、第２領域Ｂが第１導電部材２−１の周縁に沿って設けられている。ここでいう周縁とは、上側から見てパッケージ３と第１導電部材２−１との境目のことである。これにより、第１導電部材２−１においてあらゆる方向からの第１反射膜２−１ａの劣化を抑制することができる。さらに、第１ワイヤの接続部を取り囲むように第２領域Ｂを形成し且つ第２領域Ｂを第１ワイヤ４−１の接続部位からできるだけ離すことで（つまり、第２領域Ｂを第１導電部材２−１の周縁又はその近傍に設けることで）、第１反射膜２−１ａが劣化する領域を少なくすることができる。これにより、第１ワイヤ４−１の断線予防だけでなく、光出力の低下を効果的に抑制することができる。

さらに、発光装置２００では、第２導電部材２−２に第３領域Ｃと第４領域Ｄが設けられている。つまり、第２導電部材２−２は、第２基材２−２ｂを有すると共に、上側から見て第２基材上に第２反射膜２−２ａが設けられた第３領域Ｃと第２基材上に第２反射膜が設けられていない第４領域Ｄとを有する。第２導電部材２−２に第４領域Ｄを形成することで第２反射膜２−２ａの劣化の進行を抑制することができるため、光出力の低下をさらに抑制することができる。

発光素子１は、第２ワイヤ４−２で第２反射膜２−２ａと接続されている。この場合、上側から見たときに、第４領域Ｄは、第２導電部材２−２を第２ワイヤ４−２の接続部と、第２ワイヤの接続部に最も近い第２導電部材の周縁上の１点と、を結ぶ直線上に少なくとも設けることができる。発光装置２００では、図４において第２ワイヤ４−２の接続部とから左側真横に位置する第２導電部材の周縁上の１点とが最短距離にあるので、両者を結ぶ直線を横切るようして第４領域Ｄが設けられている。ここでは、第２導電部材２−２を上側から見たときに、第４領域Ｄが第２導電部材２−２の周縁に沿って設けられている。これにより、発光装置２００における第１導電部材２−１と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る発光装置は、照明用光源、ディスプレイ用光源等、種々の発光装置に使用することができる。

１００・・・発光装置
１・・・発光素子
２・・・導電部材
２−１・・・第１導電部材
２−１ａ・・・第１反射膜
２−１ｂ・・・第１基材
２−２・・・第２導電部材
２−２ａ・・・第２反射膜
２−２ｂ・・・第２基材
３・・・パッケージ
３ａ・・・基部
３ｂ・・・側壁
４・・・ワイヤ
４−１・・・第１ワイヤ
４−２・・・第２ワイヤ
５・・・保護膜
６・・・充填部材
Ａ・・・第１領域
Ｂ・・・第２領域
Ｃ・・・第３領域
Ｄ・・・第４領域

Claims (9)

1. 凹部を有するパッケージと、前記凹部内に載置された発光素子と、前記凹部内において部分的に露出した第１導電部材及び第２導電部材と、前記第１導電部材の上面を被覆する保護膜と、前記凹部内に充填された充填部材と、を備える発光素子であって、
   前記第１導電部材は、第１基材を有すると共に、上側から見て前記第１基材上に第１反射膜が設けられた第１領域と前記第１基材上に前記第１反射膜が設けられていない第２領域とを有し、
   前記発光素子は、前記第１反射膜と第１ワイヤで接続されており、
   前記第１導電部材を上側から見たときに、前記第２領域は、前記第１ワイヤの接続部と、前記第１ワイヤの接続部に最も近い前記第１導電部材の周縁上の１点と、を結ぶ直線上に少なくとも設けられていることを特徴とする発光装置。
2. 前記第１導電部材を上側から見たときに、前記第２領域は、前記第１導電部材の周縁に沿って設けられることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光素子は、前記第２導電部材上に載置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記発光装置は、前記第２導電部材の上面を被覆する保護膜を備え、
   前記第２導電部材は、第２基材を有すると共に、上側から見て前記第２基材上に第２反射膜が設けられた第３領域と前記第２基材上に前記第 反射膜が設けられていない第４領域とを有し、
   前記発光素子は、前記第２反射膜と第２ワイヤで接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記第２導電部材を上側から見たときに、前記第４領域は、前記第２ワイヤの接続部と、前記第２ワイヤの接続部に最も近い前記第２導電部材の周縁上の１点と、を結ぶ直線上に少なくとも設けられていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記第２導電部材を上側から見たときに、前記第４領域は、前記第２導電部材の周縁に沿って設けられることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 前記第１反射膜は、銀を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の発光装置。
8. 前記第２反射膜は、銀を含むことを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の発光装置。
9. 前記保護膜は、原子層堆積法により形成されたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の発光装置。

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