JP6149727B2

JP6149727B2 - 発光装置及びその製造方法

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Publication number: JP6149727B2
Application number: JP2013273683A
Authority: JP
Inventors: 雄祐川野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2013-12-28
Filing date: 2013-12-28
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-12-28
Also published as: US9530760B2; US20150187838A1; JP2015128121A

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

複数の発光素子を備える発光装置が知られている（特許文献１、２参照）。

特表２０１１−５２１４６９号公報特開２０１２−３８９５７号公報

しかしながら、上記従来の発光装置では、発光素子から出射した光の一部が他の発光素子に入射して吸収されてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、発光素子による光の吸収が抑制された発光装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。すなわち、基体と、前記基体に実装された複数の発光素子と、を備え、前記複数の発光素子は、光反射性部材により側面が覆われていない第１発光素子と、光反射性部材により側面が覆われている第２発光素子と、を有することを特徴とする発光装置である。

本発明によれば、発光素子による光の吸収が抑制されるため、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。

実施形態１に係る発光装置の模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。実施形態１に係る発光装置の製造方法を示す模式的平面図と模式的平面図におけるＡ−Ａ断面を示す図である。実施形態２に係る発光装置の模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。実施形態２に係る発光装置の製造方法を示す模式的平面図と模式的平面図におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

［実施形態１に係る発光装置］
図１は、実施形態１に係る発光装置の模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。なお、理解を容易にするために、図１（ａ）においては、封止部材４０の一部を図示していない。

図１に示すように、実施形態１に係る発光装置は、基体１０と、基体１０に実装された複数の発光素子２１、２２と、を備え、複数の発光素子２１、２２は、光反射性部材３０により側面が覆われていない第１発光素子２１と、光反射性部材３０により側面が覆われている第２発光素子２２と、を有する発光装置である。

以下、順に説明する。

（基体１０）
基体１０は、絶縁部材と導電部材とを有している。

絶縁部材としては、例えば、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、液晶ポリマー、またはナイロンなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、またはアクリレート樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができるほか、ガラスエポキシ樹脂、セラミックス、ガラスなどを用いることができる。なお、セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素などを用いることが好ましい。特に、高反射で安価なアルミナ、ムライトを用いることが好ましい。

導電部材としては、例えば、上述した絶縁部材の上に所定のパターンで形成された導体配線や、上述した絶縁部材で固定されたリードフレームなどが挙げられる。

導体配線は、例えば、上述した絶縁部材にタングステン、モリブデンのような高融点金属の微粒子を含む導体ペーストを所定のパターンに塗布したものを焼成することにより形成することができる。あるいは、あらかじめ焼成されたセラミックスの板材に、例えば、真空蒸着、スパッタリング、鍍金などの方法で形成することができる。また、リードフレームは、発光素子の正電極及び負電極に接着され、外部電極と電気的に接続するための発光装置の電極として機能するものである。具体的には、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銅合金、ステンレス鋼、インバー合金などによって形成することができる。異種の金属をクラッドしたクラッド材であってもよい。これらのリードフレームは、表面をＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒなどの貴金属系及びそれらを含む合金でメッキすることが好ましい。

基体１０は、第２発光素子２２に光反射性部材３０を導く溝Ｘを有している。基体１０が溝Ｘを有している場合には、例えば、複数の発光素子２１、２２を囲む周辺領域Ｙに光反射性部材３０を滴下などして配置し、光反射性部材３０を当該周辺領域Ｙから第２発光素子２２にまで溝Ｘを利用して導くことが可能となるため、光反射性部材３０で第２発光素子２２の側面を覆うことが容易になる。なお、溝Ｘに配置された光反射性部材３０と周辺領域Ｙに配置された光反射性部材３０は繋がっていてもよいが、繋がっていなくてもよい。

溝Ｘの幅は、発光素子２２に光反射性部材３０を配置することができれば特に限定されないが、好ましくは１００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下とすることができる。１００μｍ以下とすることで、発光素子２２と基体１０との接合強度や発光素子２２の放熱性を確保することができる。また、溝Ｘの幅は、溝Ｘの幅方向における発光素子２２の長さに対して２０％以下の大きさ、さらに好ましくは１０％以下の大きさであってもよい。

溝Ｘの深さは、発光素子２２に光反射性部材３０を配置することができれば特に限定されないが、２０〜２００μｍ程度であることが好ましく、さらに５０〜１００μｍであることがより好ましい。２０μｍ以上であれば、光反射性部材３０を効率よく発光素子２２の側面に配置することができる。

複数の発光素子２１、２２を囲む周辺領域Ｙとは、基体１０が凹部を有する発光装置においては、例えば、凹部の内壁１２に接する領域である。この場合は、例えば、凹部の内壁１２が光反射性部材３０により覆われていることが好ましい。このようにすれば、複数の発光素子２１、２２からの光が凹部の内壁１２に向かって出射されたとしても光反射性部材３０により反射することができるため、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。

なお、基体１０は、第２発光素子２２に光反射性部材３０を導く溝Ｘを有していなくてもよい。

（複数の発光素子２１、２２）
複数の発光素子２１、２２は、基体１０に実装されている。複数の発光素子２１、２２が実装される間隔は特に限定されないが、複数の発光素子２１、２２は、例えば、０．２〜０．３ｍｍの間隔で実装される。０．２ｍｍ以上とすることで、意図しない発光素子への光反射性部材３０の這い上がりを抑制でき、０．３ｍｍ以下とすることで、複数の発光素子２１、２２からの光を光反射性部材３０によって効果的に反射させることができる。ここで、発光素子が実装される間隔とは、隣接する２つの発光素子の側面間の最短距離を意味する。

複数の発光素子２１、２２が実装される基体１０上の箇所は特に限定されないが、複数の発光素子２１、２２が基体１０上の同一平面（多少の凹凸がある面を含む。）に実装される発光装置においては、発光素子２１、２２から出射した光の一部が他の発光素子２１、２２に入射し易い。したがって、実施形態１は、このような発光装置において特に効果がある。

複数の発光素子２１、２２は、第１発光素子２１と、第２発光素子２２と、を有している。ここで、第１発光素子２１は、光反射性部材３０により側面が覆われていない発光素子であり、第１発光素子２１から出射した光は、効率的に発光装置の外部に取り出される。他方、第２発光素子２２は、光反射性部材３０により側面が覆われている発光素子であり、第２発光素子２２の側面への他の発光素子から出射した光の入射は光反射性部材３０により効率的に抑制される。なお、第２発光素子２２は、そのすべての側面が光反射性部材３０により覆われていてもよいし、一部の側面が光反射性部材３０により覆われていてもよい。第２発光素子２２のすべての側面が光反射性部材３０により覆われている場合は、主として、第２発光素子２２の上面から光が出射される。また、第２発光素子２２の一部の側面が光反射性部材３０により覆われている場合は、主として、第２発光素子２２の上面及び光反射性部材３０により覆われていない側面から光が出射される。

第２発光素子２２は、様々な向きに実装されていてもよい。もっとも、第２発光素子２２の光反射性部材３０により覆われている側面が第１発光素子２１の側面に面している場合は、第１発光素子２１から出射した光が第２発光素子２２の側面に入射し易く（主として第１発光素子２１の側面から出射した光が入射し易いが、第１発光素子２１の上面から出射した光も、出射後、散乱されて第２発光素子２２の側面に入射することがある）、実施形態１は、このような発光装置において特に効果がある。

複数の発光素子２１、２２が長手方向と短手方向を有する矩形状であって、第２発光素子２２の光反射性部材３０により覆われている側面が第２発光素子２２の長手方向に平行な側面である場合は、光反射性部材３０の面積を増加させることができる。

第２発光素子２２は、複数の第１発光素子２１に挟まれていなくてもよいが、第２発光素子２２が複数の第１発光素子２１に挟まれている発光装置においては、第１発光素子２１から出射した光が第２発光素子２２の側面に直接入射し易く、実施形態１は、このような発光装置においても特に効果がある。

第２発光素子２２は、基体１０が溝Ｘを有している場合、例えば溝Ｘが形成されていない領域に配置することができる。この場合、第２発光素子２２の一方の面及び他方の面は、溝Ｘの端部にそれぞれ隣接していることが好ましい。このようにすれば、光反射性部材３０は、例えば、複数の発光素子２１、２２を囲む周辺領域Ｙから第２発光素子２２の一方の面までは溝Ｘを通るように設けられ、第２発光素子２２の一方の面から他方の面までは第２発光素子２２の側面を沿うように設けられ、第２発光素子２２の他方の面からは溝Ｘを通るように設けることができる。なお、第２発光素子２２の一方の面及び他方の面は、第２発光素子２２の側面とは異なる面である。

第１発光素子２１や第２発光素子２２には、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）などを用いることができる。また、第１発光素子２１や第２発光素子２２を基体１０に設けられた導電部材に電気的に接続する場合には、公知の方法を用いることができ、例えば、熱伝導率などに優れた金属で構成されたワイヤにより接続することができる。

（光反射性部材３０）
光反射性部材３０は、第２発光素子２２の側面を覆っている。ただし、光反射性部材３０は、第２発光素子２２の側面の全領域を覆っていてもよいし、第２発光素子２２の側面の一部領域を覆っていてもよい。なお、溝Ｘを利用して第２発光素子２２の側面を覆う場合、溝Ｘは光反射性部材３０により覆われている。

光反射性部材３０には、光反射性物質を含む樹脂などを用いることができる。光反射性物質には、例えばＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などを用いることができる。また、樹脂には、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などを用いることができる。また、光反射性部材３０の粘度は必要に応じて適宜変更することができる。

光反射性部材３０の形状に特に限定はないが、例えば、図１（ｂ）に示すように、発光素子２２の下面から上面に向かって這い上がるような形状、つまり、発光素子２２の側面に形成された光反射性部材３０の厚さが、発光素子２２の下面から上面に向かって薄くなるような形状とすることができる。これにより、発光素子の側面に向かって出射された光を効率よく発光装置の出射側方向に反射し、光取り出し効率を向上させることができる。

（封止部材４０）
複数の発光素子２１、２２は、封止部材４０により封止されている。封止部材４０には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などを用いることができる。また、封止部材４０には、発光素子２１、２２からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発する蛍光体を含有させてもよい。

以上説明した実施形態１によれば、光反射性部材３０により側面が覆われていない第１発光素子２１のなかに、光反射性部材３０により側面が覆われている第２発光素子２２が混入されるため、光取り出し効率を大きく低下させることなく、発光素子２１、２２による光の吸収を抑制することが可能となる。したがって、発光装置全体の光取り出し効率を向上させることができる。

［実施形態１に係る発光装置の製造方法］
図２（ａ）から（ｄ）は、実施形態１に係る発光装置の製造方法を示す模式的平面図と模式的平面図におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

図２に示すように、本発明の実施形態１に係る発光装置の製造方法は、溝Ｘが形成された基体１０を準備する工程（第１工程）と、準備された基体１０に複数の発光素子２１、２２を実装する工程（第２工程）と、基体１０に光反射性部材３０を配置して、配置した光反射性部材３０を溝Ｘを利用して複数の発光素子の一部に導きその側面を光反射性部材３０で覆う工程（第３工程）と、複数の発光素子２１、２２を封止部材４０で封止する工程（第４工程）と、を有する発光装置の製造方法である。

以下、順に説明する。

（第１工程）
まず、図２（ａ）に示すように、溝Ｘが形成された基体１０を準備する。基体１０は例えば凹部１１を有しており、この場合、溝Ｘは例えば凹部１１の底面に形成される。溝Ｘは基体１０が有する絶縁部材及び導電部材のどちらか一方に、または、絶縁部材及び導電性部材の双方に形成することができる。なお、基体１０は、凹部１１の底面の少なくとも一部に光反射性部材３０を配置しやすくするための窪み部１３を有していてもよい。

溝Ｘは、例えば、複数の発光素子２１、２２を囲む周辺領域Ｙに繋がっていてもよく、この場合は、例えば、複数の発光素子２１、２２の周辺領域Ｙから発光素子まで続く凹部を形成して、これを溝Ｘとすることができる。また、溝Ｘは、発光素子２１、２２が実装されていない箇所に形成されていてもよい。溝Ｘは、直線状であってもよいし曲線上であってもよい。

（第２工程）
次に、図２（ｂ）に示すように、準備された基体１０に複数の発光素子２１、２２を実装する。

（第３工程）
次に、図２（ｃ）に示すように、基体１０に光反射性部材３０を配置して、配置した光反射性部材３０を溝Ｘを利用して複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では発光素子２２）に導き、その側面を光反射性部材３０で覆う。

光反射性部材３０を基体１０に配置する態様は特に限定されないが、この配置は、例えば滴下、塗布などにより行うことができる。光反射性部材３０を基体１０に配置する箇所は特に限定されないが、光反射性部材３０は、例えば、基体１０の凹部１１の内壁１２が光反射性部材３０で覆われるよう、基体１０の凹部１１に接した領域に配置することができる。光反射性部材３０の配置を滴下により行う場合は、基体１０の底面に形成された窪み部１３に滴下してもよく、この場合は、光反射性部材３０を精度よく配置することができる。

複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）のうち少なくとも１つの発光素子の一方の面及び他方の面は、溝Ｘの端部にそれぞれ隣接する。

この場合、光反射性部材３０は、例えば、複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）の一方の面までは溝Ｘを通るように形成し、複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）の一方の面から他方の面までは発光素子の側面に沿うように形成し、複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）の他方の面からは溝Ｘを通るように導いてもよい。なお、複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）の一方の面までは、複数の発光素子２１、２２を囲む周辺領域Ｙから溝Ｘを通るように光反射性部材３０を導いてもよい。基体１０の凹部１１の内壁１２に接した領域は、複数の発光素子２１、２２を囲む周辺領域Ｙの一例である。

また、複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）のうちの少なくとも１つの発光素子の一方の面及び他方の面が溝Ｘの端部にそれぞれ隣接しており、この隣接する溝Ｘが複数の発光素子２１、２２を囲む周辺領域Ｙに繋がっている場合には、光反射性部材３０を、複数の発光素子２１、２２を囲む周辺領域Ｙから溝Ｘを通して複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）の一方の面と他方の面とへそれぞれ導いてもよい。

複数の発光素子２１、２２を囲む周辺領域Ｙから溝Ｘを利用して複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）に導かれた光反射性部材３０は、例えば、表面張力により、複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）の側面を沿うように進むため、複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）の全側面または一部の側面を覆うことができる。

なお、複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）のうち少なくとも１つの発光素子は、その光反射性部材３０により覆われる側面が、光反射性部材３０により側面を覆われない発光素子２１の側面に面していてもよい。また、複数の発光素子２１、２２の一部（実施形態１では光反射性部材３０により側面を覆われる発光素子２２）のうち少なくとも１つの発光素子は、光反射性部材３０により側面を覆われない発光素子２１に挟まれていてもよい。実施形態１によれば、このような発光素子から出射した光の一部が他の発光素子に入射して吸収されてしまいやすい形態においても、発光素子による光の吸収が効果的に抑制される発光装置を製造することができる。

（第４工程）
次に、図２（ｄ）に示すように、複数の発光素子２１、２２を封止部材４０で封止する。

以上説明した実施形態１に係る発光装置の製造方法によれば、基体１０に形成された溝Ｘを利用して光反射性部材３０を発光素子２２に導くことができるため、上述した実施形態１に係る発光装置を、工程を増やすことがなく、歩留り良くかつ低コストで製造することができる。

なお、実施形態１では、複数の発光素子２１、２２の実装後に発光素子２２の全側面または一部の側面が光反射性部材３０により覆われる形態を一例として説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明においては、例えば、光反射性部材３０により全側面または一部の側面があらかじめ覆われた発光素子２２を基体１０に実装してもよい。

［実施形態２に係る発光装置］
図３は、実施形態２に係る発光装置の模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。図４は、実施形態２に係る発光装置の製造方法を示す模式的平面図と模式的平面図におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

図３、図４に示すように、実施形態２に係る発光装置及びその製造方法は、光反射性部材３０を第２発光素子２２に導く溝Ｘが直線状に形成されているとともに、第２発光素子２２が溝Ｘを跨ぐように配置されている点で、実施形態１に係る発光装置及びその製造方法と相違する。実施形態２に係る発光装置によっても、実施形態１に係る発光装置と同様に、発光装置全体の光取り出し効率を向上させることができる。また、実施形態２に係る発光装置の製造方法によっても、実施形態１に係る発光装置の製造方法と同様に、実施形態２に係る発光装置を、工程を増やすことがなく、歩留り良くかつ低コストで製造することができる。

以上、実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。

１０基体
１１凹部
１２凹部の内壁
１３窪み部
２１第１発光素子
２２第２発光素子
３０光反射性部材
４０封止部材
Ｘ溝
Ｙ周辺領域

Claims

基体と、前記基体に実装された複数の発光素子と、を備え、
前記複数の発光素子は、光反射性部材により側面が覆われていない第１発光素子と、光反射性部材により側面が覆われている第２発光素子と、を有し、
前記光反射性部材は、前記複数の発光素子を囲む周辺領域から前記第２発光素子の一方の面までは溝を通るように設けられており、前記第２発光素子の一方の面から他方の面までは前記第２発光素子の側面を沿うように設けられており、前記第２発光素子の他方の面からは溝を通るように設けられている発光装置。
前記第２発光素子は、前記光反射性部材により覆われている側面が前記第１発光素子の側面に面していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記第２発光素子は、前記第１発光素子に挟まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
前記基体は凹部を有し、
前記凹部の内壁が前記光反射性部材に覆われている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記第２発光素子は、前記光反射性部材を前記第２発光素子に導く溝を跨いで配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
溝が形成された基体を準備する工程と、
前記準備された基体に複数の発光素子を実装する工程と、
前記基体に光反射性部材を配置して、前記配置した光反射性部材を前記溝を利用して複数の発光素子の一部に導きその側面を前記光反射性部材で覆う工程と、
を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
前記光反射性部材により側面を覆われる少なくとも１つの発光素子は、その光反射性部材により覆われる側面が、前記光反射性部材により側面を覆われない発光素子の側面に面することを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
前記光反射性部材により側面を覆われる少なくとも１つの発光素子は、前記光反射性部材により側面を覆われない発光素子に挟まれることを特徴とする請求項６または７に記載の発光装置の製造方法。
前記光反射性部材により側面を覆われる少なくとも１つの発光素子の一方の面及び他方の面が前記溝の端部にそれぞれ隣接することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
前記溝は、前記複数の発光素子を囲む周辺領域に繋がっていることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
前記基体は、凹部を有することを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
前記基体の凹部の内壁を前記光反射性部材で覆うことを特徴とする請求項１１に記載の発光装置の製造方法。
前記光反射性部材を、前記複数の発光素子を囲む周辺領域から前記複数の発光素子の一部の一方の面までは前記溝を通るように形成し、前記複数の発光素子の一部の一方の面から他方の面までは発光素子の側面を沿うように形成し、前記複数の発光素子の一部の他方の面からは前記溝を通るように形成することを特徴とする請求項６から１２のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
前記光反射性部材により側面を覆われる少なくとも１つの発光素子を前記溝を跨ぐように配置することを特徴とする請求項６から１３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。