JP5851680B2 - Light emitting module - Google Patents
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Description
本発明は、発光モジュールに関する。 The present invention relates to a light emitting module.
近年、LED(Light Emitting Diode)、LD(Laser Diode)等の半導体発光素子を用いた車両用前照灯が提案され始めている(例えば、特許文献1参照。)。車両用前照灯においては、自動車用前照灯規格(JIS D5500)で規定される白色光領域の白色光を照射する必要がある。 In recent years, vehicle headlamps using semiconductor light emitting elements such as LEDs (Light Emitting Diodes) and LDs (Laser Diodes) have been proposed (for example, see Patent Document 1). In a vehicle headlamp, it is necessary to irradiate white light in a white light region defined by the automotive headlamp standard (JIS D5500).
半導体発光素子を用いて白色光を発生させる方法としては、蛍光体を用いる方法が多く採用されている。例えば、青色LEDから出射された青色光を励起光としてYAG蛍光体に照射すると、蛍光として得られた黄色光と、蛍光体を透過した青色光とが混色して白色光を得ることができる。 As a method for generating white light using a semiconductor light emitting element, a method using a phosphor is often employed. For example, when the YAG phosphor is irradiated with blue light emitted from a blue LED as excitation light, white light can be obtained by mixing yellow light obtained as fluorescence and blue light transmitted through the phosphor.
ところで、LEDは、投入された電力が発光層で等方的に発光する。また、LEDの光が蛍光体に到達すると、その光は波長変換されて蛍光として等方的に発光する。つまり、LEDの光や蛍光体が発する蛍光は、全ての光が所望の照射方向に向けて出射されるわけではない。そのため、LEDの光や蛍光体が発する蛍光のうち、所望の照射方向とは反対側に向けて放射された光は、照明に寄与しないことになる。 By the way, the LED emits isotropically light emitted from the light emitting layer. When the light from the LED reaches the phosphor, the light is wavelength-converted and isotropically emitted as fluorescence. That is, not all light emitted from the LED light or the fluorescent light emitted from the phosphor is emitted in a desired irradiation direction. Therefore, the light emitted toward the opposite side to the desired irradiation direction out of the light emitted from the LED and the fluorescence emitted from the phosphor does not contribute to illumination.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体発光素子が発する光の利用効率を向上する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for improving the utilization efficiency of light emitted from a semiconductor light emitting element.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載される実装基板と、備える。実装基板は、半導体発光素子が搭載される側に、半導体発光素子が出射した光を反射する反射膜が成膜されており、反射膜は、全体が絶縁性の無機材料からなる。 In order to solve the above problems, a light emitting module according to an aspect of the present invention includes a semiconductor light emitting element and a mounting substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted. In the mounting substrate, a reflective film that reflects light emitted from the semiconductor light emitting element is formed on the side on which the semiconductor light emitting element is mounted. The reflective film is entirely made of an insulating inorganic material.
この態様によると、半導体発光素子が出射した光のうち実装基板に向かう光は、反射膜で反射されて所定の照射方向に照射される。そのため、光の利用効率を向上することができる。また、反射膜は、全体が絶縁性の無機材料からなるため、半導体発光素子が出射した光による劣化が抑制される。例えば、半導体発光素子が高輝度のLEDの場合であっても劣化が抑制される。また、LEDが発する光が紫外光や短波長可視光であっても、反射膜が主として無機材料で構成されているため、反射膜が樹脂成分を多く含む場合と比較して劣化が抑制され、発光モジュールの信頼性が向上する。また、反射膜の劣化が抑制されることで、所望の輝度を満たした範囲での発光モジュールの連続点灯時間が延び、長寿命化が図られる。なお、「全体が絶縁性の無機材料からなる」とは、完全に無機材料のみからなる場合だけでなく、原料製造や成膜プロセスにおいて混入する不純物が無機材料に含まれている場合であってもよい。 According to this aspect, of the light emitted from the semiconductor light emitting element, the light directed to the mounting substrate is reflected by the reflective film and irradiated in a predetermined irradiation direction. Therefore, the light use efficiency can be improved. Moreover, since the reflection film is entirely made of an insulating inorganic material, deterioration due to light emitted from the semiconductor light emitting element is suppressed. For example, even when the semiconductor light emitting element is a high-brightness LED, deterioration is suppressed. Moreover, even if the light emitted from the LED is ultraviolet light or short-wavelength visible light, since the reflective film is mainly composed of an inorganic material, deterioration is suppressed as compared with the case where the reflective film contains a large amount of resin components, Reliability of the light emitting module is improved. In addition, since the deterioration of the reflective film is suppressed, the continuous lighting time of the light emitting module in the range satisfying the desired luminance is extended, and the lifetime is extended. Note that “the whole is made of an insulating inorganic material” means not only the case where it is made entirely of an inorganic material, but also the case where the inorganic material contains impurities that are mixed in the raw material manufacturing or film formation process. Also good.
反射膜は、屈折率が1.4以上の無機材料からなってもよい。これにより、半導体発光素子から実装基板へ向かう光が反射膜で反射されやすくなる。反射された光は半導体発光素子の出射面から出射するため、光の利用効率が向上する。 The reflective film may be made of an inorganic material having a refractive index of 1.4 or more. As a result, light traveling from the semiconductor light emitting element to the mounting substrate is easily reflected by the reflective film. Since the reflected light is emitted from the emission surface of the semiconductor light emitting device, the light utilization efficiency is improved.
反射膜は、屈折率が1.4以上の第1の無機材料と、第1の無機材料よりも屈折率の高い第2の無機材料とが少なくとも積層されている多層膜であってもよい。これにより、半導体発光素子から実装基板へ向かう光が反射膜でより反射されやすくなる。反射された光は半導体発光素子の出射面から出射するため、光の利用効率が向上する。また、反射膜は、出射する光の1/4波長程度の厚みに制御した多層膜であってもよい。この場合、飛躍的に光利用効率を上げることができる。また、多層膜は、第1の無機材料および第2の無機材料とは異なる屈折率の材料からなる層を更に含んでいてもよい。 The reflective film may be a multilayer film in which a first inorganic material having a refractive index of 1.4 or more and a second inorganic material having a refractive index higher than that of the first inorganic material are stacked. Thereby, the light traveling from the semiconductor light emitting element to the mounting substrate is more easily reflected by the reflective film. Since the reflected light is emitted from the emission surface of the semiconductor light emitting device, the light utilization efficiency is improved. Further, the reflective film may be a multilayer film controlled to have a thickness of about ¼ wavelength of emitted light. In this case, the light utilization efficiency can be dramatically increased. The multilayer film may further include a layer made of a material having a refractive index different from that of the first inorganic material and the second inorganic material.
反射膜は、半導体発光素子と対向する側の表面粗さRaが0.1μm〜80μmであってもよい。これにより、半導体発光素子から実装基板へ向かう光が粗化された反射膜の表面で乱反射される。反射された光は半導体発光素子の出射面から出射するため、光の利用効率が向上する。 The reflective film may have a surface roughness Ra on the side facing the semiconductor light emitting element of 0.1 μm to 80 μm. As a result, light traveling from the semiconductor light emitting element to the mounting substrate is diffusely reflected on the roughened surface of the reflective film. Since the reflected light is emitted from the emission surface of the semiconductor light emitting device, the light utilization efficiency is improved.
半導体発光素子は、実装基板にフリップチップ接続されていてもよい。実装基板にフリップチップ接続された半導体発光素子は、実装基板との間にバンプなどの突起電極が設けられている。そのため、半導体発光素子で生じる光の一部は、突起電極の間の隙間から実装基板に向かって出射しやすい。そこで、上述した反射膜を実装基板に成膜することで、実装基板に向かう光は、再度半導体発光素子に向かって反射され、半導体発光素子の出射面から前方へ照射される。したがって、このような構成の場合、半導体発光素子が発する光の利用効率向上の効果がより顕著となる。 The semiconductor light emitting element may be flip-chip connected to the mounting substrate. The semiconductor light emitting device flip-chip connected to the mounting substrate is provided with protruding electrodes such as bumps between the mounting substrate. Therefore, part of the light generated in the semiconductor light emitting element is likely to be emitted from the gap between the protruding electrodes toward the mounting substrate. Therefore, by forming the above-described reflective film on the mounting substrate, the light directed toward the mounting substrate is reflected again toward the semiconductor light emitting element and irradiated forward from the emission surface of the semiconductor light emitting element. Therefore, in the case of such a configuration, the effect of improving the utilization efficiency of light emitted from the semiconductor light emitting element becomes more remarkable.
実装基板の反射膜と半導体発光素子との間に充填されている透光性のアンダーフィルを更に備えていてもよい。実装基板と半導体発光素子との間に隙間(空気層)があると、半導体発光素子から光が外部へ引き出されにくい。そこで、隙間に透光性のアンダーフィルを充填することで、半導体発光素子から光が外部へ引き出されやすくなる。 A translucent underfill filled between the reflective film of the mounting substrate and the semiconductor light emitting element may be further provided. When there is a gap (air layer) between the mounting substrate and the semiconductor light emitting element, light is not easily extracted from the semiconductor light emitting element. Therefore, by filling the gap with a light-transmitting underfill, light is easily extracted from the semiconductor light emitting element.
本発明によれば、半導体発光素子が発する光の利用効率を向上することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the utilization efficiency of the light which a semiconductor light emitting element emits can be improved.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate.
近年、LEDやLDを用いた各種の照明装置の開発がすすんでいる。このような照明装置の中には、特性として高い輝度が求められるものがある。例えば、LEDやLDを光源とした発光モジュールを車両のヘッドライトや照明器具に用いる場合、更なる高輝度化が求められることになる。そこで、本発明者らは、発光モジュールの高輝度化を実現すべく鋭意検討した結果、以下に述べる実施の形態に代表される発光モジュールを考案した。 In recent years, various lighting devices using LEDs and LDs have been developed. Some of these lighting devices require high luminance as a characteristic. For example, when a light emitting module using an LED or LD as a light source is used for a vehicle headlight or a lighting fixture, higher brightness is required. Thus, as a result of intensive studies to achieve high luminance of the light emitting module, the present inventors have devised a light emitting module represented by the embodiment described below.
[車両用前照灯装置]
はじめに、後述する実施の形態に係る発光モジュールが好適な用途として、高輝度化が求められている車両用前照灯装置(車両用灯具)の概略について説明する。本実施の形態の車両用前照灯装置は、ハイビーム用配光パターンの一部領域を形成可能な光を照射する灯具ユニットと、この灯具ユニットの光の照射状態を制御する照射制御部とを備える。そして、照射制御部は、ハイビーム用配光パターンの一部領域が少なくとも車幅方向に複数に分割された部分領域により形成されるように光の照射状態を制御する。また、各部分領域に対応する照射光の光度を個別に調整してハイビーム照射モードと昼間点灯照射モードを切り替えてハイビーム照射モードに適した光度分布と昼間点灯照射モードに適した光度分布を形成する。なお、各実施の形態に係る発光モジュールは、ハイビーム用配光パターンを形成する灯具ユニットだけではなく、ロービーム用配光パターンを形成する灯具ユニットにも適用できる。
[Vehicle headlamp device]
First, an outline of a vehicle headlamp device (vehicle lamp) that is required to have high luminance will be described as a suitable application of a light emitting module according to an embodiment described later. The vehicle headlamp device according to the present embodiment includes a lamp unit that emits light capable of forming a partial region of a high beam light distribution pattern, and an irradiation control unit that controls the light irradiation state of the lamp unit. Prepare. And an irradiation control part controls the irradiation state of light so that the partial area | region of the light distribution pattern for high beams may be formed by the partial area | region divided | segmented into multiple at least by the vehicle width direction. In addition, the intensity of the irradiation light corresponding to each partial area is individually adjusted to switch between the high beam irradiation mode and the daytime lighting irradiation mode to form a light intensity distribution suitable for the high beam irradiation mode and a light intensity distribution suitable for the daytime lighting irradiation mode. . The light emitting module according to each embodiment can be applied not only to a lamp unit that forms a high beam light distribution pattern, but also to a lamp unit that forms a low beam light distribution pattern.
図1は、本実施の形態に係る車両用前照灯装置を構成する灯具本体ユニットの概略構造図である。本実施の形態の車両用前照灯装置は、車両の前部の車幅方向左右両端に一対の灯具本体ユニットを含む。そして、左右の灯具本体ユニットから照射される配光パターンを車両の前方で重畳させることにより車両用前照灯装置としての照射を完成させる。図1は、左右の灯具本体ユニットのうち右側に配置される灯具本体ユニット10の構成を示す。図1では、理解を容易にするために灯具本体ユニット10を水平面で切断して上方から見た断面図を示している。なお、左側に配置される灯具本体ユニットは右側に配置される灯具本体ユニット10と左右対称の構造であり基本構造は同一である。したがって、右側に配置される灯具本体ユニット10を説明することで左側に配置される灯具本体ユニットの説明は省略する。また、以下では、便宜上、灯具の光が照射する方向を車両前方(前側)、その反対側を車両後方(後側)として説明する場合がある。
FIG. 1 is a schematic structural diagram of a lamp body unit constituting the vehicle headlamp device according to the present embodiment. The vehicle headlamp device according to the present embodiment includes a pair of lamp body units at the left and right ends in the vehicle width direction of the front portion of the vehicle. And the irradiation as a vehicle headlamp apparatus is completed by superimposing the light distribution pattern irradiated from the left and right lamp body units in front of the vehicle. FIG. 1 shows a configuration of a
灯具本体ユニット10は、透光カバー12、ランプボディ14、エクステンション16、第1灯具ユニット18、および第2灯具ユニット20を有する。ランプボディ14は、樹脂などによって細長い開口部を有するカップ型に成形されている。透光カバー12は、透光性を有する樹脂などによって成形され、ランプボディ14の開口部を塞ぐようにランプボディ14に取り付けられる。こうしてランプボディ14と透光カバー12とによって実質的に閉鎖空間となる灯室が形成され、この灯室内にエクステンション16、第1灯具ユニット18、および第2灯具ユニット20が配置される。
The
エクステンション16は、第1灯具ユニット18および第2灯具ユニット20からの照射光を通すための開口部を有し、ランプボディ14に固定される。第1灯具ユニット18は、第2灯具ユニット20より車両の車幅方向の外側に配置される。第1灯具ユニット18は、いわゆるパラボラ型の灯具ユニットであり、後述するロービーム用配光パターンを形成する。
The
第1灯具ユニット18は、リフレクタ22、光源バルブ24、およびシェード26を有する。リフレクタ22は、カップ型に形成され、中央に挿通孔が設けられている。本実施の形態では、光源バルブ24はハロゲンランプなどフィラメントを有する白熱灯によって構成されている。なお、光源バルブ24は、放電灯等他のタイプの光源が採用されてもよい。光源バルブ24は、内部に突出するようリフレクタ22の挿通孔に挿通されてリフレクタ22に固定される。リフレクタ22は、光源バルブ24が照射した光を車両前方に向けて反射させるよう、内面の曲面が形成されている。シェード26は、光源バルブ24から車両前方へ直接進行する光を遮断する。第1灯具ユニット18の構成は公知であるため、第1灯具ユニット18に関する詳細な説明は省略する。なお、第1灯具ユニット18の光源として後述の発光モジュールを用いてもよい。
The first lamp unit 18 includes a
図2は、本実施の形態の灯具本体ユニット10に含まれる第2灯具ユニット20の構成を示す図である。図2では、第2灯具ユニット20を水平面で切断して上方から見た断面図を示している。第2灯具ユニット20は、ホルダ28、投影レンズ30、発光モジュール32、およびヒートシンク38を備える。第2灯具ユニット20は、ハイビーム用配光パターンの全部または一部領域を形成可能な光を照射する灯具ユニットである。すなわち、第2灯具ユニット20は、ハイビーム照射モード時に、第1灯具ユニット18により形成されるロービーム用配光パターンの上部にハイビーム用配光パターンを形成する。ハイビーム用配光パターンがロービーム用配光パターンに追加されることで、全体として照射範囲が広くなり、遠方視認性能も向上する。また、第2灯具ユニット20は、昼間点灯照射モード時に単独で光を照射することにより、昼間など対向車や歩行者などに自車の存在を認識しやすくするための昼間点灯照射ランプ、いわゆるデイタイムランニングランプ(DRL)として機能する。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the
投影レンズ30は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、その後側焦点面上に形成される光源像を、反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。投影レンズ30は筒状に形成されたホルダ28の一方の開口部に取り付けられる。なお、発光モジュール32は、以下に示す実施の形態や実施例に係る発光モジュールに対応するものである。
The
[発光モジュール]
次に、本実施の形態に係る発光モジュールの構成について詳述する。本実施の形態に係る発光モジュールは、半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載される実装基板と、備える。実装基板は、半導体発光素子が搭載される側に、半導体発光素子が出射した光を反射する反射膜が成膜されており、反射膜は、全体が絶縁性の無機材料からなる。反射膜上には銅の配線パターンが形成されている。配線パターンの一部は電極として機能し、その電極と半導体発光素子とがバンプやボンディングワイヤにより接続されている。
[Light emitting module]
Next, the configuration of the light emitting module according to the present embodiment will be described in detail. The light emitting module according to the present embodiment includes a semiconductor light emitting element and a mounting substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted. In the mounting substrate, a reflective film that reflects light emitted from the semiconductor light emitting element is formed on the side on which the semiconductor light emitting element is mounted. The reflective film is entirely made of an insulating inorganic material. A copper wiring pattern is formed on the reflective film. A part of the wiring pattern functions as an electrode, and the electrode and the semiconductor light emitting element are connected by a bump or a bonding wire.
また、半導体発光素子の周囲または出射面上には蛍光体層が設けられており、半導体発光素子から出射された光により励起され可視光を発光する。このように構成された発光モジュールは、半導体発光素子から出射された光と、その光により励起された蛍光体層からの光とが混色されることで、例えば白色光を前方へ照射する。 In addition, a phosphor layer is provided around the semiconductor light emitting element or on the emission surface, and is excited by light emitted from the semiconductor light emitting element to emit visible light. The light emitting module configured as described above irradiates, for example, white light forward by mixing light emitted from the semiconductor light emitting element and light from the phosphor layer excited by the light.
次に発光モジュールを構成する各部材について詳述する。 Next, each member constituting the light emitting module will be described in detail.
[実装基板]
本実施の形態に係る実装基板は、その表面または上部または内部に電気配線を設けることができるものであれば、特定の種類や材質に限られない。例えば、樹脂基板、樹脂複合基板、酸化物系セラミック基板、窒化物系セラミック基板、炭化物系セラミック基板、ケイ化物系セラミック基板、ホウ化物系セラミック基板、金属基板、または、これらの材料を組み合わせた基板を実装基板として採用することができる。
[Mounting board]
The mounting substrate according to the present embodiment is not limited to a specific type or material as long as electrical wiring can be provided on the surface, upper part, or inside thereof. For example, a resin substrate, a resin composite substrate, an oxide ceramic substrate, a nitride ceramic substrate, a carbide ceramic substrate, a silicide ceramic substrate, a boride ceramic substrate, a metal substrate, or a combination of these materials Can be employed as a mounting substrate.
樹脂基板としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、アラミド、ポリカーボネート、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、天然ゴム、等の材料からなる基板が挙げられる。 As resin substrates, epoxy resin, phenol resin, acrylic resin, polyethylene terephthalate, polyimide, polyester, polyphenylene sulfide, polyether sulfone, polyether ether ketone, aramid, polycarbonate, polyarylate, liquid crystal polymer, polytetrafluoroethylene, natural rubber And a substrate made of a material such as.
樹脂複合基板としては、紙にフェノール樹脂やエポキシ樹脂を含浸させた紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスクロスやカーボンファイバークロスなどにエポキシ樹脂などを含浸させた基板、等が挙げられる。 Examples of the resin composite substrate include a paper phenol substrate in which paper is impregnated with phenol resin or epoxy resin, a paper epoxy substrate, a substrate in which glass cloth, carbon fiber cloth, or the like is impregnated with epoxy resin or the like.
酸化物系セラミック基板としては、ガラス、石英、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化鉛、二酸化鉛、五酸化タンタル、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、PZT、PLZT、酸化マグネシウム、YAG(イットリウムアルミニウムガーネット)、ThO2、BeO、Cr2O3、等の材料からなる基板が挙げられる。 Examples of oxide ceramic substrates include glass, quartz, alumina, titania, zirconia, zinc oxide, bismuth oxide, germanium oxide, lead oxide, lead dioxide, tantalum pentoxide, calcium titanate, barium titanate, lead titanate, PZT. , PLZT, magnesium oxide, YAG (yttrium aluminum garnet), ThO 2 , BeO, Cr 2 O 3 , and the like.
窒化物系セラミック基板としては、チッ化タンタル、チッ化ジルコニウム、チッ化チタニウム、チッ化ケイ素、窒化アルミニウム、HfN、Si3N4、SiAlON、等の材料からなる基板が挙げられる。また、炭化物系セラミック基板としては、炭化ケイ素、Cr3C2、TiC、NbC、ZrC、HfC、TaC、B4C、WC、などの材料からなる基板が挙げられる。また、ケイ化物系セラミック基板としては、MoSi2、WSi2、SiB6、などの材料からなる基板が挙げられる。 Examples of the nitride-based ceramic substrate include substrates made of materials such as tantalum nitride, zirconium nitride, titanium nitride, silicon nitride, aluminum nitride, HfN, Si 3 N 4 , and SiAlON. Examples of the carbide-based ceramic substrate include substrates made of materials such as silicon carbide, Cr 3 C 2 , TiC, NbC, ZrC, HfC, TaC, B 4 C, and WC. In addition, examples of the silicide ceramic substrate include a substrate made of a material such as MoSi 2 , WSi 2 , SiB 6 .
ホウ化物系セラミック基板としては、TaB2、NbB2、TiB2、UB2、ZrB2、ThB6、HfB2、UB4、VB2、CaB6、SrB6、BaB6、ThB4、WB、などの材料からなる基板が挙げられる。また、金属基板としては、鉄、銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属基板、又は以上の材料を組み合わせた基板が挙げられる。 As the boride-based ceramic substrate, TaB 2 , NbB 2 , TiB 2 , UB 2 , ZrB 2 , ThB 6 , HfB 2 , UB 4 , VB 2 , CaB 6 , SrB 6 , BaB 6 , ThB 4 , WB, etc. And a substrate made of the above material. In addition, examples of the metal substrate include metal substrates such as iron, copper, aluminum, and stainless steel, or a substrate in which the above materials are combined.
以上の各種基板から選択された実装基板を用いて本実施の形態に係る発光モジュールを作製する場合、放熱性という観点では、厚みの薄い樹脂基板(フィルム基板)、セラミック基板、金属基板が好ましい。また、絶縁性という観点では、セラミック基板が特に好ましい。 When the light-emitting module according to this embodiment is manufactured using a mounting substrate selected from the above various substrates, a thin resin substrate (film substrate), ceramic substrate, or metal substrate is preferable from the viewpoint of heat dissipation. In terms of insulation, a ceramic substrate is particularly preferable.
上述の実装基板は、半導体発光素子や蛍光体層が発した光を乱反射させるため、あるいは、接着性を上げるために表面が粗化されていてもよい。実装基板の表面の粗化は、例えば、機械研磨、研削、エッチングにより行われる。機械研磨や研削には、例えば、サンドブラスト、砥粒、やすり、ドリルなどが用いられる。エッチングには、酸素、チッ素、アルゴン、塩素などのプラズマエッチング、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ、塩酸、硫酸、クロム酸などの酸、を含んだ薬品によるエッチングが挙げられる。 The mounting substrate described above may have a roughened surface in order to diffusely reflect the light emitted from the semiconductor light emitting element or the phosphor layer, or to improve adhesion. The surface of the mounting substrate is roughened by, for example, mechanical polishing, grinding, or etching. For mechanical polishing and grinding, for example, sandblasting, abrasive grains, files, drills, and the like are used. Examples of the etching include plasma etching such as oxygen, nitrogen, argon, and chlorine, etching using chemicals including alkali such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, and acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and chromic acid.
これら実装基板の表面には、電極、絶縁膜、ソルダーレジスト、エッチングレジスト、アンダーフィル、反射材、半田ペーストなどの部材や層が、単層および/または多層で成膜されている。 On the surface of these mounting substrates, members and layers such as electrodes, insulating films, solder resists, etching resists, underfills, reflectors, and solder pastes are formed in a single layer and / or multiple layers.
[絶縁層(反射膜)]
本実施の形態に係る反射層は、電気的に絶縁性を示し、その表面に電気配線を設けることができるものがよい。特に、反射層は、全体が絶縁性の無機材料であることが好ましい。無機材料としては、例えば、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、炭化物系セラミック、ケイ化物系セラミック、ホウ化物系セラミック、または、これらの材料を組み合わせた複合材料が挙げられる。
[Insulating layer (reflective film)]
The reflective layer according to the present embodiment is preferably one that is electrically insulating and can be provided with electric wiring on the surface thereof. In particular, the entire reflective layer is preferably an insulating inorganic material. Examples of the inorganic material include oxide ceramics, nitride ceramics, carbide ceramics, silicide ceramics, boride ceramics, and composite materials obtained by combining these materials.
酸化物セラミックとしては、ガラス、石英、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化鉛、二酸化鉛、五酸化タンタル、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、PZT、PLZT、酸化マグネシウム、YAG(イットリウムアルミニウムガーネット)、ThO2、BeO、Cr2O3、等の材料が挙げられる。 Examples of oxide ceramics include glass, quartz, alumina, titania, zirconia, zinc oxide, bismuth oxide, germanium oxide, lead oxide, lead dioxide, tantalum pentoxide, calcium titanate, barium titanate, lead titanate, PZT, PLZT. , magnesium oxide, YAG (yttrium aluminum garnet), ThO 2, BeO, Cr 2 O 3, include materials etc. it is.
窒化物系セラミックとしては、チッ化タンタル、チッ化ジルコニウム、チッ化ケイ素、窒化アルミニウム、HfN、Si3N4、SiAlON、等の材料が挙げられる。また、炭化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、Cr3C2、NbC、ZrC、HfC、TaC、B4Cなどの材料が挙げられる。また、ケイ化物系セラミックとしては、MoSi2、WSi2、SiB6、等の材料が挙げられる。 Examples of the nitride ceramic include materials such as tantalum nitride, zirconium nitride, silicon nitride, aluminum nitride, HfN, Si 3 N 4 , and SiAlON. Examples of the carbide-based ceramic include silicon carbide, Cr 3 C 2 , NbC, ZrC, HfC, TaC, and B 4 C. Examples of silicide ceramics include MoSi 2 , WSi 2 , SiB 6 , and the like.
ホウ化物系セラミックとしては、TaB2、NbB2、TiB2、UB2、ZrB2、ThB6、HfB2、UB4、VB2、CaB6、SrB6、BaB6、ThB4、WB、等の材料が挙げられる。 Examples of boride-based ceramics include TaB 2 , NbB 2 , TiB 2 , UB 2 , ZrB 2 , ThB 6 , HfB 2 , UB 4 , VB 2 , CaB 6 , SrB 6 , BaB 6 , ThB 4 , WB, and the like. Materials.
そして、これらの物質を実装基板表面に単層および/または多層で成膜することで無機材料からなる絶縁性の反射膜が形成される。なお、反射膜は、完全に無機材料のみからなる場合だけでなく、原料製造や成膜プロセスにおいて混入する不純物が無機材料に含まれている場合であってもよい。また、反射膜全体として絶縁性を満たすことができれば、電気導電性の膜や電子部品が内部に設けられていてもよい。このような無機材料からなるシート状やフィルム状の反射膜を、実装基板と熱ラミネートや接着材を用いたラミネートなどによって接合することで、実装基板表面に絶縁物である反射膜を形成できる。 Then, an insulating reflective film made of an inorganic material is formed by depositing these substances on the surface of the mounting substrate in a single layer and / or multiple layers. Note that the reflective film is not limited to being made entirely of an inorganic material, but may be a case where an impurity mixed in a raw material manufacturing or film forming process is contained in the inorganic material. In addition, an electrically conductive film or an electronic component may be provided inside as long as the reflective film as a whole can satisfy insulating properties. A reflective film that is an insulator can be formed on the surface of the mounting substrate by bonding such a sheet-like or film-like reflective film made of an inorganic material to the mounting substrate by thermal lamination or lamination using an adhesive.
また、これら絶縁物は、水やケトン類などの適当な溶剤に溶解したり、加熱によって溶融しながら基板に塗布する方法で基板表面に絶縁性の反射膜を形成できる。このような成膜方法としては、ロールアプリケーター、液だまりアプリケーター、液浸アプリケーター、ファウンテンアプリケーター、押し出しアプリケーター、エアドクタコーター、ブレードコーター、ロッドコーター、ナイフコーター、スクイズコーター、含浸コーター、リバースロールコーター、トランスファロールコーター、グラビアコーター、キスロールコーター、キャストコーター、スプリコーター、カーテンコーター、カレンダコーター、押し出しコーター、静電コーター、スプレイコーター、スロットオリフィスコーター、電着コーター、等の方法が挙げられる。 These insulating materials can be dissolved in an appropriate solvent such as water and ketones, or an insulating reflective film can be formed on the substrate surface by a method of applying to the substrate while melting by heating. Such film forming methods include roll applicator, liquid reservoir applicator, immersion applicator, fountain applicator, extrusion applicator, air doctor coater, blade coater, rod coater, knife coater, squeeze coater, impregnation coater, reverse roll coater, transfer roll coater Examples thereof include a roll coater, a gravure coater, a kiss roll coater, a cast coater, a spray coater, a curtain coater, a calendar coater, an extrusion coater, an electrostatic coater, a spray coater, a slot orifice coater, and an electrodeposition coater.
また、真空蒸着、熱蒸発、スパッタ、イオンプレーティング、めっき、化学気相成長法(CVD)、物理気相成長法(PVD)、エアロゾルディポジション法(AD)、プラズマイオンアシスト法(PIA)、等を用いて基板表面に絶縁性の反射膜を形成することもできる。 Also, vacuum deposition, thermal evaporation, sputtering, ion plating, plating, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), aerosol deposition (AD), plasma ion assist (PIA), Etc. can also be used to form an insulating reflective film on the substrate surface.
反射膜は、可視光を反射するという観点からナトリウムのD線(波長589nm)での屈折率が1.4以上が好ましい。屈折率が低いと、半導体発光素子や蛍光層から実装基板に向かう光は、絶縁層(反射膜)や実装基板を透過して損失してしまう。一方、反射膜の屈折率が1.4以上の場合、半導体発光素子から実装基板へ向かう光が反射膜で反射されやすくなる。反射された光は半導体発光素子の出射面から出射するため、光の利用効率が向上する。 The reflective film preferably has a refractive index of 1.4 or more at sodium D-line (wavelength 589 nm) from the viewpoint of reflecting visible light. When the refractive index is low, light traveling from the semiconductor light emitting element or the fluorescent layer to the mounting substrate passes through the insulating layer (reflection film) or the mounting substrate and is lost. On the other hand, when the refractive index of the reflective film is 1.4 or more, the light traveling from the semiconductor light emitting element to the mounting substrate is easily reflected by the reflective film. Since the reflected light is emitted from the emission surface of the semiconductor light emitting device, the light utilization efficiency is improved.
また、反射膜は、半導体発光素子と対向する側の表面粗さRaが約0.1μmから約80μmの範囲で粗化されていることが好ましい。粗化は、反射膜の表面を直接粗化してもよいし、下地の実装基板を粗化することでその上に設けられる反射膜の表面が間接的に粗化されていてもよい。 The reflective film is preferably roughened so that the surface roughness Ra on the side facing the semiconductor light emitting element is in the range of about 0.1 μm to about 80 μm. For the roughening, the surface of the reflective film may be directly roughened, or the surface of the reflective film provided thereon may be indirectly roughened by roughening the underlying mounting substrate.
表面粗さRaが0.1μmより小さい場合、半導体発光素子からの光は、ほとんど乱反射されず、そのまま反射膜や実装基板を透過し、損失してしまう。一方、表面粗さRaが80μmより大きい場合、反射膜の表面に電気配線を形成することが困難であり、また、電気配線を形成できたとしても剥離しやすくなる。一方、反射膜の表面粗さRaが約0.1μmから約80μmであれば、半導体発光素子から実装基板へ向かう光が反射膜の表面で乱反射される。反射された光は半導体発光素子の出射面から出射するため、光の利用効率が向上する。 When the surface roughness Ra is smaller than 0.1 μm, the light from the semiconductor light emitting element is hardly diffusely reflected, and passes through the reflection film or the mounting substrate as it is and is lost. On the other hand, when the surface roughness Ra is larger than 80 μm, it is difficult to form an electrical wiring on the surface of the reflective film, and even if the electrical wiring can be formed, it is easily peeled off. On the other hand, when the surface roughness Ra of the reflective film is about 0.1 μm to about 80 μm, light traveling from the semiconductor light emitting element to the mounting substrate is irregularly reflected on the surface of the reflective film. Since the reflected light is emitted from the emission surface of the semiconductor light emitting device, the light utilization efficiency is improved.
成膜された反射膜の表面の粗化は、例えば、機械研磨、研削、エッチングにより行われる。機械研磨や研削には、サンドブラスト、砥粒、やすり、ドリルなどが用いられる。エッチングには、酸素、チッ素、アルゴン、塩素などのプラズマエッチング、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ、塩酸、硫酸、クロム酸などの酸、を含んだ薬品によるエッチングが挙げられる。 The roughening of the surface of the formed reflective film is performed by, for example, mechanical polishing, grinding, or etching. For mechanical polishing and grinding, sandblasting, abrasive grains, files, drills and the like are used. Examples of the etching include plasma etching such as oxygen, nitrogen, argon, and chlorine, etching using chemicals including alkali such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, and acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and chromic acid.
また、反射膜は、可視光の反射の観点から、それぞれ半導体発光素子の光の1/4波長程度の層厚の高屈折率膜と低屈折率膜の多層膜が好ましい。低屈折率の膜としてフッ化カルシウム、クライオライト(Na3AlF6)、フッ化ランタン、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化トリウムなどのフッ化物や三酸化シリコン、二酸化シリコンが挙げられる。 The reflective film is preferably a multilayer film of a high refractive index film and a low refractive index film each having a layer thickness of about ¼ wavelength of the light of the semiconductor light emitting element from the viewpoint of reflection of visible light. Examples of the low refractive index film include calcium fluoride, cryolite (Na 3 AlF 6 ), lanthanum fluoride, lithium fluoride, magnesium fluoride, thorium fluoride, and the like, silicon trioxide, and silicon dioxide.
組み合わせる高屈折率の膜としては、三酸化アンチモン、酸化ベリリウム、三フッ化ビスマス、酸化セリウム、二酸化ハフニウム、酸化ランタン、塩化鉛、フッ化鉛、酸化マグネシウム、酸化ネオジウム、酸化プラセオジウム、五酸化タンタル、二酸化チタン、塩化タリウム、酸化トリウム、酸化イットリウム、硫化亜鉛、二酸化ジルコニウムなどが挙げられる。 High refractive index films to be combined include antimony trioxide, beryllium oxide, bismuth trifluoride, cerium oxide, hafnium dioxide, lanthanum oxide, lead chloride, lead fluoride, magnesium oxide, neodymium oxide, praseodymium oxide, tantalum pentoxide, Examples thereof include titanium dioxide, thallium chloride, thorium oxide, yttrium oxide, zinc sulfide, and zirconium dioxide.
[アンダーフィル]
透光性のアンダーフィルは、半導体発光素子と実装基板間の隙間に浸透して形状を保持し、透光性を有するものであれば、特定の種類や材質に限られない。アンダーフィルのない発光モジュールの場合、半導体発光素子の空気との界面では光が外部へ出にくいため、半導体発光素子で生じた光の一部は内部に閉じこもったまま熱などとして消失していた。しかしながら、アンダーフィルの屈折率は空気よりも高いため、半導体発光素子の実装基板側の面をアンダーフィルが覆うことにより、半導体発光素子から光が出射されやすくなる。
[Underfill]
The light-transmitting underfill is not limited to a specific type or material as long as it has a light-transmitting property by penetrating into the gap between the semiconductor light emitting element and the mounting substrate. In the case of a light emitting module without an underfill, light is not easily emitted to the outside at the interface with the air of the semiconductor light emitting element, so that a part of the light generated in the semiconductor light emitting element disappeared as heat while being confined inside. However, since the refractive index of the underfill is higher than that of air, the underfill covers the surface of the semiconductor light emitting element on the mounting substrate side, so that light is easily emitted from the semiconductor light emitting element.
アンダーフィルとしては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、シリカ系ゾル・ゲル材、チタニア系ゾル・ゲル材、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、TPX、塩化ビニール、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエステル、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリシクロオレフィン、シルセスキオキサン、等が挙げられる。特に、光劣化性に優れるシリコーン樹脂、シリカ系ゾル・ゲル材、チタニア系ゾル・ゲル材、シルセスキオキサンがアンダーフィルとして好適である。 Underfill includes epoxy resin, acrylic resin, silicone resin, silica-based sol / gel material, titania-based sol / gel material, polystyrene, polyacrylonitrile, polytetrafluoroethylene, TPX, vinyl chloride, polycarbonate, nylon, polyester, poly Examples include sulfone, polyimide, polypropylene, polyethylene, polycycloolefin, and silsesquioxane. In particular, a silicone resin, a silica-based sol / gel material, a titania-based sol / gel material, and silsesquioxane having excellent photodegradability are suitable as the underfill.
[半導体発光素子]
本実施の形態に係る半導体発光素子は、可視光発光、紫外線発光、赤外線発光などいずれの波長範囲で発光してもかまわない。半導体発光素子としては、LEDやLDなどが挙げられる。LEDは、例えば、サファイヤ基板にn−GaN/InGaN活性層/p−GaNの順に結晶成長させ、n−GaN層とp−GaN層にそれぞれ電極パッドを作製することで製造される。
[Semiconductor light emitting device]
The semiconductor light emitting device according to the present embodiment may emit light in any wavelength range such as visible light emission, ultraviolet light emission, infrared light emission. Examples of the semiconductor light emitting element include an LED and an LD. The LED is manufactured, for example, by crystal growth on a sapphire substrate in the order of n-GaN / InGaN active layer / p-GaN and producing electrode pads on the n-GaN layer and the p-GaN layer, respectively.
[蛍光体層]
本実施の形態に係る蛍光体層としては、粉末の蛍光体を分散させた樹脂組成物やガラス組成物、蛍光セラミックが挙げられる。蛍光体としては、青色光によって励起されるYAG(Yttrium Aluminum Garnet)粉末を用いることができる。蛍光体は、青色光によって励起される蛍光体に限られず、例えば、近紫外光、紫外光によって励起される蛍光体であってもよい。
[Phosphor layer]
Examples of the phosphor layer according to the present embodiment include a resin composition, a glass composition, and a fluorescent ceramic in which a powdered phosphor is dispersed. As the phosphor, YAG (Yttrium Aluminum Garnet) powder excited by blue light can be used. The phosphor is not limited to a phosphor excited by blue light, and may be a phosphor excited by near ultraviolet light or ultraviolet light, for example.
蛍光体層の厚みは、発光モジュールとして必要とされる光の色や輝度、組み合わせる半導体発光素子(例えば、LEDチップ)の種類などを考慮して適宜設定すればよい。例えば、厚みが1μm以上であれば、LEDチップが発する光を十分波長変換することが可能となる。また、厚みが1000μm以下であれば、LEDチップの光を十分透過させることができる。 The thickness of the phosphor layer may be appropriately set in consideration of the color and brightness of light required for the light emitting module, the type of semiconductor light emitting element (for example, LED chip) to be combined, and the like. For example, if the thickness is 1 μm or more, the light emitted from the LED chip can be sufficiently wavelength-converted. Moreover, if thickness is 1000 micrometers or less, the light of an LED chip can fully be permeate | transmitted.
以下、上述の種々の構成を組み合わせた発光モジュールの輝度について各実施例および各比較例を参照して説明する。図3は、各実施例および各比較例に係る発光モジュールの構成および輝度を表にまとめた図である。なお、以下の各実施例で作製した発光モジュールのユニットの光学特性は、比較例1−1で作製した発光ユニットの値を100として、相対値で示した。自動車用灯具では100m〜200m先を照らす必要があり、輝度、光束とも比較例よりも高いことが好ましい。 Hereinafter, the luminance of the light emitting module in which the above-described various configurations are combined will be described with reference to each example and each comparative example. FIG. 3 is a table in which the configurations and luminances of the light emitting modules according to the examples and the comparative examples are summarized in a table. In addition, the optical characteristic of the unit of the light emitting module produced in each following Example was shown by the relative value by making the value of the light emitting unit produced in Comparative Example 1-1 into 100. In an automotive lamp, it is necessary to illuminate 100m to 200m ahead, and it is preferable that both luminance and luminous flux are higher than those of the comparative example.
光学特性の測定は、発光モジュールをアルミダイキャスト製ヒートシンクに取り付けて、700mAの定電流駆動を行って、安定化するまで10分間点灯させた。その後、(株)トプコン製分光放射計SR−3を用いて発光モジュール上面の輝度を測定した。全光束は、発光モジュールをφ150の積分球内で700mAの電流を10ミリ秒流して点灯させ、大塚電子(株)製分光光度計MCPD−1000を用いて測定した。 The optical characteristics were measured by attaching the light emitting module to an aluminum die cast heat sink, driving at a constant current of 700 mA, and lighting for 10 minutes until stabilized. Thereafter, the luminance of the upper surface of the light emitting module was measured using a spectroradiometer SR-3 manufactured by Topcon Corporation. The total luminous flux was measured using a spectrophotometer MCPD-1000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. with a 700 mA current flowing in a integrating sphere of φ150 for 10 milliseconds.
信頼性は、LEDパッケージを連続点灯させた際に、全光束が初期値の70%に低下する時間とした。自動車用灯具として十分な信頼性としては、3000時間以上であることが好ましい。3000時間とは自動車の実使用時に換算すると10年間に相当する。 The reliability was defined as the time required for the total luminous flux to fall to 70% of the initial value when the LED package was continuously lit. As reliability sufficient for an automotive lamp, it is preferably 3000 hours or more. 3000 hours corresponds to 10 years when converted into actual use of a car.
(実施例1−1、比較例1−1、比較例1−2)
図4は、実施例1−1に係る発光モジュールの要部を模式的に示した断面図である。図4に示す発光モジュール40は、半導体発光素子としてのLEDチップ42と、LEDチップ42を覆うように設けられ、LEDチップ42が発する光を変換する蛍光体層44と、LEDチップ42が実装される実装基板46と、配線層48と、を備える。実装基板46のLEDチップ42が搭載される側の面には、前述の反射膜50が成膜されている。
(Example 1-1, Comparative example 1-1, Comparative example 1-2)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a main part of the light emitting module according to Example 1-1. The
反射膜50の表面に形成されている配線層48の一部は、電極52,54として加工されている。電極52は、LEDチップ42の底面と導通されており、電極54は、LEDチップ42の上面にある電極と金ワイヤ56により導通されている。LEDチップ42は、いわゆる縦(VC)型LEDである。
A part of the
実施例1−1に係る発光モジュール40は、アルミニウムの実装基板46上に絶縁性の反射膜50としてシリカ膜が形成されている。シリカ膜は、テトラエトキシシランを原料としてCVD(化学気相成長)法で成膜されている。そして、このシリカ膜の上に銅配線が施されている。LEDチップ42は、450nmに発光波長の中心があり、1x1mmの大きさの青色LEDであり、導電性基板を下にして銀ペーストで電極52に固定されている。そして、LEDチップ42は、ジメチルシリコーン樹脂にYAG(イットリウムアルミニウムガーネット)蛍光体粉末を練り込んだペースト状の蛍光体層44で覆われている。蛍光体層44の厚みは200μmである。また、蛍光体層44は、図4に示すA方向から見た場合の投影面積が、LEDチップ42の約1.2倍の面積となるように、LEDチップ42の周囲を覆っている。実施例1−1に係る発光モジュールでは、信頼性は3000時間に達した。
In the
一方、比較例1−1においては、アルミニウム基板上に絶縁膜としてポリイミド樹脂(東レ(株)セミコファインSP−300)を塗布し、その上に銅配線を施して実装基板を作製した。この実装基板を用いて実施例1−1と同様の構成の発光モジュールを作製した。比較例1−1に係る発光モジュールでは、信頼性は1000時間であった。 On the other hand, in Comparative Example 1-1, a polyimide resin (Toray Industries, Inc. Semicofine SP-300) was applied as an insulating film on an aluminum substrate, and copper wiring was applied thereon to produce a mounting substrate. Using this mounting substrate, a light emitting module having the same configuration as that of Example 1-1 was manufactured. In the light emitting module according to Comparative Example 1-1, the reliability was 1000 hours.
一方、比較例1−2においては、アルミニウム基板上に絶縁膜として白色ソルダーレジスト(太陽インキ製造(株)製PSR−4000)を塗布し、その上に銅配線を施して実装基板を作製した。この実装基板を用いて実施例1−1と同様の構成の発光モジュールを作製した。比較例1−2に係る発光モジュールでは、信頼性は100時間であった。 On the other hand, in Comparative Example 1-2, a white solder resist (PSR-4000 manufactured by Taiyo Ink Manufacturing Co., Ltd.) was applied as an insulating film on an aluminum substrate, and copper wiring was applied thereon to produce a mounting substrate. Using this mounting substrate, a light emitting module having the same configuration as that of Example 1-1 was manufactured. In the light emitting module according to Comparative Example 1-2, the reliability was 100 hours.
このように、実施例1−1に係る発光モジュール40では、LEDチップ42が出射した光のうち実装基板46に向かう光は、反射膜50で反射されて所定の照射方向に照射される。そのため、光の利用効率を向上することができる。また、反射膜50は、全体が絶縁性の無機材料からなるため、LEDチップ42が出射した光による劣化が抑制される。また、LEDチップ42が発する光が紫外光や短波長可視光であっても、反射膜50が主として無機材料で構成されているため、反射膜が樹脂成分を多く含む場合と比較して劣化が抑制され、発光モジュールの信頼性が向上する。また、実施例1−1に係る発光モジュールの評価結果から明らかなように、反射膜(絶縁膜)に無機物のシリカを用いることにより、信頼性が大幅に向上した。
As described above, in the
(実施例2−1〜2−4、比較例2−1〜2−3)
実施例2−1〜2−4、比較例2−1〜2−3に係る発光モジュールは、実施例1−1に係る発光モジュールと比較して、反射膜の表面粗さが異なっている点が大きな構成の相違である。また、比較例2−1に係る発光モジュールは、反射膜の屈折率が他の発光モジュールと異なっている。
(Examples 2-1 to 2-4, Comparative examples 2-1 to 2-3)
The light emitting modules according to Examples 2-1 to 2-4 and Comparative Examples 2-1 to 2-3 are different from the light emitting modules according to Example 1-1 in that the surface roughness of the reflective film is different. Is a big difference in configuration. The light emitting module according to Comparative Example 2-1 has a reflective film with a refractive index different from that of other light emitting modules.
実施例2−1、実施例2−2の実装基板では、チッ化アルミニウム基板の表面をサンドブラスト法により表面粗さRaがそれぞれ0.1、10μmとなるように調整されており、その上に反射膜として、テトラエトキシシランを原料としたCVD(化学気相成長)法でシリカ膜が成膜されている。そして、反射膜の表面粗さが0.1、10μmであることを確認した実装基板を用いて実施例1−1と同様の構成の発光モジュールを作製した。 In the mounting substrates of Example 2-1 and Example 2-2, the surface of the aluminum nitride substrate was adjusted by the sandblasting method so that the surface roughness Ra was 0.1 and 10 μm, respectively, and reflected on the surface. As a film, a silica film is formed by a CVD (chemical vapor deposition) method using tetraethoxysilane as a raw material. And the light emitting module of the structure similar to Example 1-1 was produced using the mounting substrate which confirmed that the surface roughness of the reflecting film was 0.1 and 10 micrometers.
実施例2−3、実施例2−4の実装基板では、チッ化アルミニウム基板の表面をサンドブラスト法により表面粗さRaがそれぞれ0.1、10μmとなるように調整されており、その上に反射膜として、テトライソプロポキシチタンを原料としたCVD(化学気相成長)法で酸化チタン膜が成膜されている。そして、反射膜の表面粗さが0.1、10μmであることを確認した実装基板を用いて実施例1−1と同様の構成の発光モジュールを作製した。 In the mounting substrates of Example 2-3 and Example 2-4, the surface of the aluminum nitride substrate was adjusted by the sand blasting method so that the surface roughness Ra was 0.1 and 10 μm, respectively, and reflected on the surface. As the film, a titanium oxide film is formed by a CVD (chemical vapor deposition) method using tetraisopropoxy titanium as a raw material. And the light emitting module of the structure similar to Example 1-1 was produced using the mounting substrate which confirmed that the surface roughness of the reflecting film was 0.1 and 10 micrometers.
比較例2−1の実装基板では、チッ化アルミニウム基板の表面をサンドブラスト法により表面粗さRaが0.1μmとなるように調整されており、その上に反射膜として、フッ化マグネシウムがスパッタ法を用いて成膜されている。そして、反射膜の表面粗さが0.1μmであることを確認した実装基板を用いて実施例1−1と同様の構成の発光モジュールを作製した。 In the mounting substrate of Comparative Example 2-1, the surface of the aluminum nitride substrate is adjusted by a sandblast method so that the surface roughness Ra is 0.1 μm, and magnesium fluoride is sputtered as a reflective film thereon. Is used to form a film. And the light emitting module of the structure similar to Example 1-1 was produced using the mounting substrate which confirmed that the surface roughness of the reflecting film was 0.1 micrometer.
比較例2−2、比較例2−3の実装基板では、チッ化アルミニウム基板の表面をサンドブラスト法により表面粗さRaがそれぞれ0.05、100μmとなるようにされており、その上に反射膜として、テトラエトキシシランを原料としたCVD(化学気相成長)法でシリカ膜が製膜されている。そして、反射膜の表面粗さが0.05、100μmであることを確認した実装基板を用いて実施例1−1と同様の構成の発光モジュールを作製した。 In the mounting substrates of Comparative Example 2-2 and Comparative Example 2-3, the surface of the aluminum nitride substrate is made to have a surface roughness Ra of 0.05 and 100 μm, respectively, by a sandblast method, and a reflective film is formed thereon. As described above, a silica film is formed by a CVD (chemical vapor deposition) method using tetraethoxysilane as a raw material. And the light emitting module of the structure similar to Example 1-1 was produced using the mounting substrate which confirmed that the surface roughness of the reflecting film was 0.05 and 100 micrometers.
比較例2−1の発光モジュールは、反射膜がフッ化マグネシウム(屈折率1.38)であるため、LEDチップから実装基板に向かう光を十分反射することができなかった。一方、実施例2−1に係る発光モジュールは、反射膜がシリカ(屈折率1.45)であるため、LEDチップ42から実装基板に向かう光が十分反射され、輝度、全光束が向上した。
In the light emitting module of Comparative Example 2-1, since the reflective film was magnesium fluoride (refractive index 1.38), the light from the LED chip toward the mounting substrate could not be sufficiently reflected. On the other hand, in the light emitting module according to Example 2-1, since the reflection film is silica (refractive index 1.45), the light from the
比較例2−2と実施例2−1の比較では表面粗さが重要なことを示唆している。すなわち可視光に対し透明な絶縁膜では、LEDチップの光の波長の1/4波長以下の凹凸では乱反射せずにチッ化アルミニウム基板の下側に透過するので、輝度、全光束共に向上しない。しかし、実施例2−1、実施例2−2に係る発光モジュールでは、反射膜表面で可視光が乱反射するので、輝度、全光束共に向上した。 Comparison between Comparative Example 2-2 and Example 2-1 suggests that surface roughness is important. That is, in the insulating film transparent to visible light, the unevenness having a wavelength equal to or less than ¼ wavelength of the light of the LED chip does not diffusely reflect and transmits to the lower side of the aluminum nitride substrate, so that neither luminance nor total luminous flux is improved. However, in the light emitting modules according to Example 2-1 and Example 2-2, the visible light was irregularly reflected on the surface of the reflective film, so both the luminance and the total luminous flux were improved.
一方、比較例2−3に係る発光モジュールでは、表面粗さが大きすぎるため、LEDチップを実装基板に搭載した後にLEDチップが剥離した。 On the other hand, in the light emitting module according to Comparative Example 2-3, since the surface roughness was too large, the LED chip was peeled after the LED chip was mounted on the mounting substrate.
(実施例3−1、実施例3−2)
実施例3−1に係る実装基板では、アルミニウム基板の表面に反射膜として、それぞれLEDチップの光の1/4波長程度の厚みのシリカ(屈折率1.45)と酸化チタン(屈折率約2.2〜2.3)を交互に積層した多層膜が成膜されている。この実装基板を用いて実施例1−1と同様の構成の発光モジュールを作製した。
(Example 3-1 and Example 3-2)
In the mounting substrate according to Example 3-1, silica (refractive index of 1.45) and titanium oxide (refractive index of about 2) having a thickness of about ¼ wavelength of the light of the LED chip as a reflective film on the surface of the aluminum substrate, respectively. A multilayer film in which .2 to 2.3) are alternately laminated is formed. Using this mounting substrate, a light emitting module having the same configuration as that of Example 1-1 was manufactured.
実施例3−2に係る実装基板では、アルミニウム基板の表面をサンドブラスト法により表面粗さRaが10μmとなるように調整されており、その上に反射膜として、それぞれLEDチップの光の1/4波長程度の厚みのシリカと酸化チタンを交互に積層した多層膜が成膜されている。この実装基板を用いて実施例1−1と同様の構成の発光モジュールを作製した。 In the mounting substrate according to Example 3-2, the surface of the aluminum substrate is adjusted by the sandblast method so that the surface roughness Ra becomes 10 μm, and a reflective film is formed on the surface of the aluminum substrate as a quarter of the light of the LED chip. A multilayer film in which silica and titanium oxide having a thickness of about a wavelength are alternately laminated is formed. Using this mounting substrate, a light emitting module having the same configuration as that of Example 1-1 was manufactured.
このように、実施例3−1の反射膜は、屈折率が1.4以上の第1の無機材料と、第1の無機材料よりも屈折率の高い第2の無機材料とが交互に積層された多層膜である。そのため、LEDチップから実装基板へ向かう光が反射膜でより反射されやすくなる。反射された光は半導体発光素子の出射面から出射するため、光の利用効率が向上する。また、多層膜である反射膜のそれぞれの層の厚みを前述のように設定することで反射効率が増し、飛躍的に発光モジュールの光利用効率を上げることができる。 As described above, in the reflective film of Example 3-1, the first inorganic material having a refractive index of 1.4 or more and the second inorganic material having a refractive index higher than that of the first inorganic material are alternately stacked. A multilayer film. Therefore, the light traveling from the LED chip toward the mounting substrate is more easily reflected by the reflective film. Since the reflected light is emitted from the emission surface of the semiconductor light emitting device, the light utilization efficiency is improved. In addition, by setting the thickness of each layer of the reflective film, which is a multilayer film, as described above, the reflection efficiency can be increased, and the light utilization efficiency of the light emitting module can be dramatically increased.
以上のように、実施例3−1に係る発光モジュールは、反射膜自身が可視光を反射するので、表面が平滑でも輝度、全光束が大幅に上昇した。さらに、実施例3−2に係る発光モジュールのように、表面を粗化すると更に輝度、全光束が上昇した。 As described above, in the light emitting module according to Example 3-1, since the reflection film itself reflects visible light, the luminance and the total luminous flux are significantly increased even when the surface is smooth. Further, as in the light emitting module according to Example 3-2, when the surface was roughened, the luminance and the total luminous flux were further increased.
(実施例4−1、比較例4−1)
図5は、実施例4−1に係る発光モジュールの要部を模式的に示した断面図である。図4に示した実施例1−1に係る発光モジュールと同様の構成や作用については、説明を適宜省略する。図5に示す発光モジュール60は、いわゆるフリップチップ(FC)型のLEDチップ62と、チッ化アルミニウムの実装基板64と、銅の配線層66と、LEDチップ62と銅の配線層66の電極部とを接続する金ボール68と、LEDチップ62が発する光を変換する蛍光体層70と、を備える。実装基板64のLEDチップ62が搭載される側の面には、前述の反射膜72が成膜されている。
(Example 4-1 and Comparative example 4-1)
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating the main part of the light emitting module according to Example 4-1. The description of the same configuration and operation as those of the light emitting module according to Example 1-1 illustrated in FIG. 4 will be omitted as appropriate. The
実施例4−1に係る発光モジュール60は、チッ化アルミニウムの実装基板64上に実施例3−1の多層膜と同様の反射膜が形成されている。この多層膜の上には銅の配線層66が形成されている。LEDチップ62は、450nmに発光波長の中心があり、1x1mmの大きさの青色LEDであり、サファイヤ基板を上にして実装基板に固定されている。LEDチップ62と実装基板64とは、金ボール68を介してそれぞれの電極同士が電気接続されるとともに、互いが固定される。そして、LEDチップ42は、その上面が、ジメチルシリコーン樹脂にYAG(イットリウムアルミニウムガーネット)蛍光体粉末を練り込んだペースト状の蛍光体層70で覆われている。蛍光体層44の厚みは200μmである。また、蛍光体層70は、図5に示すB方向から見た場合の投影面積が、LEDチップ42と同等の面積となるように、加工されている。
In the
比較例4−1に係る発光モジュールは、反射膜が形成されていない点を除いて実施例4−1に係る発光モジュール60と同様の構成である。
The light emitting module according to Comparative Example 4-1 has the same configuration as that of the
実施例4−1に係る発光モジュールは、フリップチップ構造のため、LEDチップ62の上面に電極が無く、すべての電極が実装基板側に存在するので、蛍光体層70で覆う面積を小さくでき、高輝度にできる。例えば、図3に示すように、実施例3−1に係る発光モジュールの輝度に対して1.5倍程度まで高輝度化されている。
Since the light emitting module according to Example 4-1 has a flip chip structure, there is no electrode on the upper surface of the
また、実装基板64にフリップチップ接続されたLEDチップ62は、実装基板64との間に金ボール68が設けられている。そのため、LEDチップ62で生じる光の一部は、金ボール68の間の隙間から実装基板64に向かって出射しやすい。そこで、上述した反射膜72を実装基板64に成膜することで、実装基板64に向かう光は、再度LEDチップ62に向かって反射され、LEDチップ62の出射面62aから前方へ照射される。したがって、このような構成の場合、LEDチップ62が発する光の利用効率向上の効果がより顕著となる。
In addition, the
(実施例5−1)
図6は、実施例5−1に係る発光モジュールの要部を模式的に示した断面図である。図5に示した実施例4−1に係る発光モジュールと同様の構成や作用については、説明を適宜省略する。実施例5−1に係る発光モジュール80では、LEDチップ62と反射膜72との間の空間にアンダーフィル82として透明なジメチルシリコーン樹脂を流し込み、150℃で1時間加熱し、ジメチルシリコーン樹脂を熱硬化した。
(Example 5-1)
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the main part of the light emitting module according to Example 5-1. The description of the same configuration and operation as those of the light emitting module according to Example 4-1 illustrated in FIG. In the
実施例5−1に係る発光モジュールは、フリップチップ構造のため、LEDチップ62の上面に電極が無く、すべての電極が実装基板側に存在するので、蛍光体層70で覆う面積を小さくでき、高輝度にできる。加えて、透光性のアンダーフィル82の作用により、LEDチップ62の下側に漏れ出る光を効率よく実装基板側に向けて取り出せるため、その光を反射膜で反射させることによって輝度、全光束を向上できる。
Since the light emitting module according to Example 5-1 has a flip chip structure, there is no electrode on the upper surface of the
(実施例6−1)
図7は、実施例6−1に係る発光モジュールの要部を模式的に示した断面図である。図5に示した実施例4−1に係る発光モジュールと同様の構成や作用については、説明を適宜省略する。実施例6−1に係る発光モジュール90は、チッ化アルミニウムの実装基板92の一部が凹状に加工されており、その形状に沿って実装基板92上に反射膜94が形成されている。凹状に加工された部分には、LEDチップ62が搭載されている。反射膜94は、実施例3−1で説明した多層膜である。
(Example 6-1)
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a main part of the light emitting module according to Example 6-1. The description of the same configuration and operation as those of the light emitting module according to Example 4-1 illustrated in FIG. In the
実施例6−1に係る発光モジュール90は、LEDチップ62の側面から漏れ出る光も実装基板92の凹部斜面に形成された反射膜94aで反射させることで光を上方に向かわせ、輝度、全光束を向上することができる。そのため発光モジュール90は、特に、車両用灯具や照明機器に好適である。
In the
(実施例7−1)
図8は、実施例7−1に係る発光モジュールの要部を模式的に示した断面図である。図7に示した実施例6−1に係る発光モジュールと同様の構成や作用については、説明を適宜省略する。実施例7−1に係る発光モジュール100は、チッ化アルミニウムの実装基板102に4つの凹部104が形成されており、その形状に沿って実装基板102上に反射膜106が形成されている。それぞれの凹部104には、LEDチップ62が搭載されている。反射膜106は、実施例3−1で説明した多層膜である。
(Example 7-1)
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a main part of the light emitting module according to Example 7-1. The description of the same configuration and operation as those of the light emitting module according to Example 6-1 shown in FIG. In the
実施例7−1に係る発光モジュール100は、LEDチップ62の側面から漏れ出る光も実装基板102の凹部104の斜面に形成された反射膜106aで反射させることで光を上方に向かわせ、輝度、全光束を向上することができる。また、銅の配線層108は、LEDチップ62を個別に調光できるような配線パターンを有する。そのため発光モジュール100は、特に、配光を可変できる車両用灯具や、明るさを調節できる照明機器に好適である。
In the
図9は、本実施の形態に係る発光モジュールを採用しうる照明器具の断面図である。照明器具110は、発光モジュール112と、放熱基板114と、前面カバー116と、筐体118と、制御回路ユニット120と、取付部材122と、を備える。発光モジュール112は、前述の実施の形態や実施例で述べた種々の構成を取りうる。放熱基板114は、金属などの放熱性の高い材料で構成されており、発光モジュール112の発熱を吸収し外部へ放熱する役割を果たす。前面カバー116は、発光モジュール112を覆うように設けられており、発光モジュール112を保護する。また、前面カバー116は、発光モジュール112の光を前方へ透過させたり、拡散させたりできるように透明または半透明の材質で構成されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a lighting fixture that can employ the light emitting module according to the present embodiment. The
筐体118は、主に樹脂材料で構成され、制御回路ユニット120を収容している。制御回路ユニット120は、発光モジュール112の点灯を制御する。取付部材122は、制御回路ユニット120を放熱基板114や筐体118に固定する。
The
以上、本発明を各実施の形態や各実施例をもとに説明した。これら実施の形態や実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 In the above, this invention was demonstrated based on each embodiment and each Example. Those skilled in the art will understand that these embodiments and examples are merely examples, and various modifications can be made to the combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. It is where it is done.
10 灯具本体ユニット、 40 発光モジュール、 42 LEDチップ、 44 蛍光体層、 46 実装基板、 48 配線層、 50 反射膜、 52,54 電極、 56 金ワイヤ、 62 LEDチップ、 62a 出射面。 10 lamp body unit, 40 light emitting module, 42 LED chip, 44 phosphor layer, 46 mounting substrate, 48 wiring layer, 50 reflective film, 52,54 electrode, 56 gold wire, 62 LED chip, 62a emitting surface.
Claims (3)
前記半導体発光素子が搭載される実装基板と、備え、
前記実装基板は、前記半導体発光素子が搭載される側に、半導体発光素子が出射した光を反射する反射膜が成膜されており、
前記反射膜は、全体が絶縁性の無機材料からなり、
前記反射膜は、屈折率が1.4以上の第1の無機材料と、前記第1の無機材料よりも屈折率の高い第2の無機材料とが少なくとも積層されている多層膜であり、
前記半導体発光素子と前記反射膜との間に充填されている透光性のアンダーフィルを更に備えることを特徴とする発光モジュール。 A semiconductor light emitting device;
A mounting substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted;
The mounting substrate has a reflective film that reflects light emitted from the semiconductor light emitting element on the side on which the semiconductor light emitting element is mounted,
The reflective film is entirely made of an insulating inorganic material,
The reflective film is Ri multilayer der the first inorganic material having a refractive index of more than 1.4, and the higher refractive index than the first inorganic material second inorganic material is at least stacked,
Light emitting module and further comprising said Rukoto a light-transmitting underfill is filled between the reflection film and the semiconductor light emitting element.
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