JP6269356B2

JP6269356B2 - 発光装置

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Publication number: JP6269356B2
Application number: JP2014140821A
Authority: JP
Inventors: 祐太岡
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: JP2016018895A

Description

本開示は、発光装置に関し、特に半導体発光素子及び保護素子を備える発光装置に関する。

半導体発光素子（以下、発光素子）を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光装置が知られている。発光装置には、発光素子を保護するためツェナーダイオード等の保護素子を備えているものが知られており、発光素子からの光が保護素子に吸収されないよう、発光素子の光が届かない位置に保護素子を載置することが知られている。

特開２００９−２５３１６９号公報特開２００２−２１７４５８号公報

基板に保護素子を収納するための構造を備えることで、基板自体のコストが高くなるという問題がある。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、低コストの発光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本開示に係る発光装置は、基板と、前記基板の上面に実装された保護素子と、前記保護素子の上を覆う、少なくとも２以上の蓋体と、前記蓋体の上面に実装された発光素子とを備えていることを特徴とする。

本開示に係る発光装置によれば、保護素子を搭載した発光装置を、低コストで得ることができる。

本発明の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。本発明の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。図２に示す蓋体に搭載された発光素子を模式的に示す斜視図である。発光素子を搭載する前の蓋体を模式的に示す斜視図である。図３Ｂに示す蓋体の天板部を模式的に示す斜視図である。図３Ｂに示す蓋体の底面図である。図２に示す基板の平面図である。本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法を模式的に示す断面図である。

（実施形態１）
発光装置１は、図１及び図２に示すように、基板２と、保護素子３と、保護素子３を覆う蓋体４と、発光素子５とを主に備えている。以下では、ＸＹＺ座標系を用いて発光装置１の各部材の位置及び方向を説明する。ここで、Ｘ方向及びＹ方向は、発光装置１の幅方向及び奥行き方向を示し、Ｘ及びＹ方向に直交したＺ方向は、発光装置１の高さ方向を示す。

図１に示すように、基板２の上に保護素子３が実装されている。保護素子３を覆うように、基板２上には複数の蓋体４が設けられている。各蓋体４の上には発光素子５がそれぞれ実装されている。また、実施形態１では、各発光素子５は蛍光体層６でそれぞれ被覆されている。蓋体４、発光素子５、蛍光体層６及び基板２の上面は封止部材７で被覆されている。

（基板２）
基板２は、発光素子５、保護素子３等の電子部品を実装する母材であり、絶縁性又は導電性の支持体２ａと、通電のための導電配線（以下、配線）２１，２２，２３，２４を備えている。図２に示すように、基板２の形状は、例えば、平板状である。このように、発光素子５からの光が保護素子３に照射されにくくなる構造を、基板２自体には備えていないシンプルな構造とすることで、基板２のコストを抑制できる。また、用途によっては保護素子３を必要としない発光装置もあり、そのような発光装置にも使用できる汎用性のある基板を用いることができる。

基板２の材料としては、例えば、プリント配線したガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムなどのセラミックス基板、ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics）基板等を用いることができる。また、銅、アルミニウム又はこれらの合金などの金属基板を用いることもできる。以下では、一例として基板２は、プリント配線したセラミックス基板であるものとして説明する。

基板２には、図１に示すように、上面及び下面に、正負一対の電極として機能する配線２１，２２，２３，２４が設けられている。基板２の下面の配線２１，２２と上面の配線２３，２４とは、基板２の内部に設けられたビア又は、基板２側面の配線により電気的に接続されている。また、下面の配線２１，２２は必ずしも必要ではなく、上面の配線２３，２４で外部と導通させてもよい。

（保護素子３）
保護素子３は、発光素子５を過電圧から保護するための、抵抗、トランジスタ又はコンデンサ等のいずれか又は、その２つ以上のものである。保護素子３は、図１等に示すように、基板２の上面の例えば、中央に実装されている。図１に例示した保護素子３は、ツェナーダイオードであって、同一面側にカソード及びアノードを有しており、このような保護素子３を用いることで、ワイヤを不要とし、発光装置１の高さ方向等のサイズを小型化することができる。

保護素子３のアノード及びカソードは、配線２３，２４に向かい合うようにして配置され、金又は半田等の導電性接合部材３１，３２により、配線２３，２４の上に接合されている。導電性接合部材３１，３２は、保護素子３側に設けてもよく、又は、配線２３，２４側に設けていてもよい。導電性接合部材３１，３２は、バンプ、メッキ、蒸着等で設けることができる。

（蓋体４）
蓋体４は、保護素子３の上を覆い、発光素子５からの光が保護素子３に照射されにくくするための部材である。さらに、発光素子５を搭載するための基台となる部材でもある。さらに、発光素子５に通電するための配線を備えていてもよい。

蓋体４は、図１及び図２に示すように、天板部８と、脚部９とを備えている。天板部８は、保護素子３の上方を覆う部分であって、脚部９の上方に位置する。複数の蓋体４は、図示するように、互いの天板部８が近接するように配置されている。

図１に示すように、蓋体４は、各天板部８の下側で、かつ、脚部９の内側に、空間を有している。蓋体４を複数配置した際に、各空間にわたって保護素子３が収容可能なような高さ及び大きさ（空間の容量）を有していればよく、保護素子３と接するか、又は、離間するように配置される。

各天板部８は、それぞれが保護素子３の一部を覆うように配設されている。ここでは、４つの蓋体４の天板部８のそれぞれが、保護素子３の一部を覆っている。
図４Ａに示すように天板部８を合わせた形状は正方形である。なお、天板部８は、その位置、形状、面積、厚み、材料を適宜設定することができる。

図２等に示す例では、各蓋体４は、僅かに離間して配置されているが、接して配置してもよい。その場合、天板部８のみ、又は、脚部９のみ、あるいは、天板部８と脚部９の両方が、接していてもよい。

脚部９は、天板部８の下部に位置する。脚部９は、ここでは、上面視四角形の天板部８の４辺のうちの、隣り合う２辺に形成されている。これに限らず、天板部８の４辺のうちの、１辺に形成してもよく、また、対向する２辺に形成してもよい。また、脚部９の幅又は厚みは、上面から下面にわたって同じであってもよく、異なっていてもよく、凹凸、段差、切り欠き、孔等があってもよい。

蓋体４の材料としては、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックス基板、銅、アルミニウム又はこれらの合金などの金属基板等を用いることができる。特に、蓋体４の上面に実装する発光素子５の高耐熱性、高耐光性が望まれる場合、セラミックスとすることが好ましい。また、基板２側へ放熱するために熱伝導性の高いものが好ましい。また、蓋体４は、配線を備えていてもよい。

蓋体４の上面（天板部８の上面）には、発光素子５が実装されている。図３Ａに、４つの蓋体４と、その上に載置された発光素子５及び蛍光体層６を示し、図３Ｂは４つの蓋体４を示す。また、図３Ａから一例として取り出した、発光素子５及び蛍光体層６が搭載された蓋体４の脚部８を望む斜視図を図３Ｃに示す。

発光装置１において、発光素子５及び、蓋体４の平面形状は、基板２と同様に矩形であるものとした。ＸＹ平面に投影したときに、各蓋体４のそれぞれの面積は、発光素子５の面積よりも僅かに大きく、基板２の面積は、各蓋体４を合わせた全体の面積よりも十分に大きい。

また、ＸＹ平面に投影したときに、各発光素子５の中心から等距離に位置する点と、各蓋体４の中心から等距離に位置する点と、基板２の中心とが一致するように配置されている。このように発光装置１内で各部材を密集させることで発光装置１の幅方向及び奥行き方向のサイズを小型化することができる。

図２及び図３Ａに示すように、個々の発光素子５の上面及び側面は個々の蛍光体層６で被覆されている。各蓋体４の素子搭載部を除いた周辺部の幅は均一なので、各蛍光体層６は、素子搭載部を除いた周辺部においてＸ方向及びＹ方向の膜厚が等しい。

蓋体４の上面には、発光素子５からの光又は蛍光体層６を介して放出される光を良好に反射する反射層が形成されていてもよい。さらに、天板部８の下面、脚部９の側面に反射層を設けてもよい。反射層としては、絶縁性、導電性のいずれでもよい。具体的には、導電性の反射層としては、銀又はアルミニウム等の金属が挙げられ、絶縁性の反射層としては、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の白色部材、白色部材を含有した白色樹脂等を挙げることができる。導電性の反射層（銀、アルミニウム等の金属）は、配線４３，４４（図３Ｂ参照）の最表面に設けて、導電部材（配線）としての機能を兼用してもよい。

以下では、一例として、蓋体４は、プリント配線したセラミックス基板であるものとして説明する。
蓋体４の上面及び下面には、図３Ｂ及び図４Ａに示すように、正負一対の電極として機能する配線がそれぞれ形成されている。配線４１と配線４３とは、例えば、各蓋体４の内部に設けられた図示しない上下導通配線により電気的に接続されている。同様に、配線４２と配線４４とは、電気的に接続されている。

図１に例示したフェイスダウン型の発光素子５は、図示を省略するがｎ電極（カソード）及びｐ電極（アノード）を有している。以下では、配線４３が発光素子５のｎ電極に対応し、配線４４が発光素子５のｐ電極に対応するものとして説明する。また、Ｙ軸方向の奥側の発光素子５のｎ電極及びｐ電極が、Ｙ軸方向の手前側の発光素子５と同様の向きで配置されているものとする。この前提において、蓋体４の上面側の配線４３，４４のパターン形状の一例を図３Ｂに示す。

（発光素子５）
発光素子５は、フェイスアップ型又はフェイスダウン型の発光素子である。以下では、図１に例示したフェイスダウン型の発光素子であるものとして説明する。フェイスダウン型の発光素子５を用いることで、ワイヤを不要とし、発光装置１の高さ方向等のサイズを小型化することができる。

発光素子５の発光色としては、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの光）の発光素子としては、窒化物系半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）等を用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたもの、又はＶ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。

（蛍光体層６）
発光素子５からの光を異なる波長に変換する蛍光体を含有した蛍光体層６を備えてもよい。蛍光体層６は、例えば、蛍光体含有樹脂で構成されている。蛍光体の色、材料等は任意である。蛍光体層６には、複数種類の蛍光体を混合して用いてもよい。

蛍光体層６は、発光素子５の近傍に設けるのが好ましく、例えば、図１に示すように、発光素子５の表面を被覆するように形成するのが好ましい。蛍光体層６は、蓋体４の上面において発光素子５が搭載されていない領域にも積層されていてもよい。蛍光体層６は、例えば、スプレー、ポッティング、印刷、圧縮成形、トランスファモールドなどで形成したり、あるいは、蛍光体を含有したシートを貼り付けるなどで形成することができる。

（封止部材７）
封止部材７は、発光素子５又は蛍光体層６を、外力、埃、水分などから保護すると共に、発光素子５の耐熱性、耐候性、耐光性を良好なものとするために設けられている。封止部材７の材料としては、熱硬化性樹脂、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等の透明な材料を挙げることができる。このような材料に加えて、所望に応じて着色剤、光拡散剤、その他のフィラー等を含有させることもできる。封止部材７は、単一の部材で形成することもできるし、あるいは、２層以上の複数の層として形成することもできる。封止部材７にレンズ機能をもたせる場合、図１に示すように封止部材７の表面を盛り上がらせて砲弾型形状、凸レンズ形状、又は凹レンズ形状としてもよい。

以下、発光装置１を製造する方法について図５等を参照して説明する。発光装置１を個別に製造することも可能であるが、以下、発光装置１を複数個まとめて製造する場合について説明する。図５は、発光装置１を製造する工程を示す模式的な断面図であって、図２のＡ−Ａ線断面に対応した断面図である。ただし、図５（ｄ）は、図２のＢ−Ｂ線断面に対応した断面図である。なお、各発光装置１に個片化する前の製造工程において、各発光装置１の構成要素と同質の材料には同様の符号を付して説明する。

発光素子５及び蛍光体層６を搭載した蓋体４を複数準備すると共に、別途、複数個の発光装置１を作製する大きさを有し、発光装置１に対応した個数の保護素子３を搭載した基板２を準備する。次いで、保護素子３を実装した基板２の上に各蓋体４を固着する。

本実施形態に係る発光装置の製造方法は、下記の第１〜第５工程を含む。
≪第１工程≫
第１工程は、図５（ａ）に示すように、下面側に凹部８０を有する基台４０を準備する工程である。基台４０は、後述の第４工程（切断工程）によって蓋体４となる部材であり、基台４０の凹部８０は、蓋体４の天板部８の下方に設けられる空間となる。ここでは、配線４１，４２，４３，４４を備えた基台４０を用いる。

≪第２工程≫
第２工程は、基台４０の上面に発光素子５を実装する工程である。図５（ｂ）に示すように、凹部８０を有する基台４０の上面側に配線４３，４４の位置に対応して発光素子５２を実装する。発光素子５には、ｎ電極及びｐ電極にそれぞれバンプ５１，５２を形成しておき、配線４３，４４に接合する。バンプは、配線４３，４４上に形成していてもよい。

≪第３工程≫
第３工程は、発光素子５を被覆するように蛍光体層６を形成する工程である。この第３工程では、図５（ｃ）に示すように、複数の発光素子５が実装された基台４０に蛍光体含有樹脂６０を一体的に形成する。蛍光体含有樹脂６０は、例えば、スプレーコーティング法により形成される。隣り合う発光素子５の間に蛍光体含有樹脂６０が所定の高さまで形成されることによって発光素子５の上面及び側面を覆うように形成される。

≪第４工程≫
第４工程は、発光素子５が実装された基台４０を厚み方向に切断する工程である。これにより、複数の蓋体４が形成される。

複数の切断線Ｌ１は、基台４０の上面に順に並んだ４つの配線４１，４２，４３，４４を１組とする区切りに対応した切断線である。複数の切断線Ｌ３は、基台４０の凹部８０の中央の位置に対応した切断線である。なお、切断する順番は特に限定されない。

図５（ｃ）に示す凹部８０を含む基台４０部分において、切断線Ｌ３及びその両側の切断線Ｌ１，Ｌ１で基台４０を切断すると、図５（ｄ）に示すように、発光素子５が実装された蓋体４が得られる。各蓋体４は天板部８及び脚部９を含むように分割されている。

上記第１〜第４工程とは別に、図５（ｅ）に示すように、配線基板２０を準備する。配線基板２０の材料をセラミックスとした場合、配線基板２０は、図５（ａ）に示す基台４０と同様な方法で製造することができる。この場合、図５（ｅ）に示すように、配線基板２０には、上面と下面とに連通する配線２１，２２，２３，２４が形成され、上面及び下面には、必要な発光装置１の個数に応じて、多数の配線２１，２２，２３，２４の組合せが形成される。図５（ｅ）に示す配線基板２０は、下面側の配線２１，２２の１組に対応して、上面側の配線２３，２４が形成されている。

発光装置１を個片化する際には、配線基板２０をダイシングラインＬ２で切断する。
なお、図５（ｅ）に示すように、配線基板２０の上面側に所定間隔で保護素子３を実装しておく。

≪第５工程≫
第５工程は、第４工程に続いて、蓋体４に実装された発光素子５とは別途準備された、保護素子３を搭載した配線基板２０の上に蓋体４を搭載する工程である。保護素子３を４個の蓋体４で覆った後の断面図を図５（ｆ）に示す。なお、図５（ｆ）は、図２のＡ−Ａ線断面に対応した断面図である。この第５工程では、複数の保護素子３が実装された配線基板２０の上面に実装された保護素子３の上面を、蓋体４を形成する天板部８で覆い脚部９の下面を配線基板２０に固着する。

かかる手順によれば、保護素子３を複数の蓋体４で覆うように載置することで、各蓋体４を保護素子３に位置合わせし易くなる。
また、かかる手順によれば、発光素子５を被覆するように蛍光体層６を形成した後で、保護素子３が実装された配線基板２０に発光素子５を搭載する。よって、蛍光体層６を形成した発光素子５を、色合いが良好かどうかといった所定の基準で選別してから、保護素子３が実装された配線基板２０に発光素子５を搭載することができる。

続いて、複数の保護素子３が実装された配線基板２０の上に各蓋体４を搭載した後で、発光装置１を個片化するときのダイシングラインＬ２（図５（ｅ）参照）で配線基板２０を切断する。これにより、個々の基板２とする。次に、封止部材７（図１参照）を形成する。この場合、例えば、金型を用いて液状の封止樹脂を硬化させることで、基板２の上面と、蓋体４と、発光素子５及び蛍光体層６とを覆うように封止部材７を形成する。これにより、発光装置１を完成させる。

以上説明したように、実施形態１に係る発光装置１は、保護素子３を覆う蓋体４を発光素子５の実装基板として用いることとした。これにより、発光素子５の配光に悪影響を及ぼさないように発光素子５の下側に保護素子３を設けることができる。また、保護素子３の上に蓋体４を介在させて発光素子５を実装するので、保護素子３と発光素子５とを同じ基板に実装する場合に比べて、基板の構造を複雑化することがないため、汎用性のある基板を用いて、比較的安価に発光装置を得ることができる。

また、実施形態１に係る発光装置１は、複数の蓋体４で保護素子３を覆うこととしたので、蓋体４を位置合わせし易くなる。また、発光装置１は、保護素子３を覆う蓋体４の上に合計４個の発光素子５を備えているので、小型でありながら光強度を高めることができる。

そして、この蓋体４の上面には反射層として配線４３，４４が形成されているので、発光素子５から下に向かう光を反射し、保護素子３が吸収する光の量を低減することができる。したがって、発光素子５からの光を効率よく発光装置１の外部に取り出すことができる。

（その他の工程）
上記の発光装置の製造方法においては、第５工程にて、蓋体４を配線基板２０の上面に固着する前に、発光色を検査する工程を含んでもよい。

以上説明した前記実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置及びその製造方法を例示したものであって、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、各実施形態の部材に特定するものでは決してない。各実施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は、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

１発光装置
２基板
３保護素子
４蓋体
５発光素子
６蛍光体層
７封止部材
８天板部
９脚部
２０配線基板
２１，２２，２３，２４配線
３１，３２導電性接合部材
４０基台
４１，４２配線
４３，４４配線（反射層）
５１，５２バンプ
６０蛍光体層

Claims

基板と、
前記基板の上面に実装された保護素子と、
前記保護素子の上を覆う、少なくとも２以上の蓋体と、
前記蓋体の上面に実装された発光素子とを備え、
前記蓋体は天板部の下側かつ脚部の内側に所定の空間を有し、前記蓋体を複数配置した際に、各空間にわたって前記保護素子が収容可能であることを特徴とする発光装置。
前記発光素子を被覆する蛍光体層と、
前記発光素子からの光を反射する反射層とを備え、
前記反射層は、前記発光素子と前記蓋体との間に設けられている請求項１に記載の発光装置。
前記蓋体は、配線を備えている請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
前記反射層は、導電性を有する請求項２に記載の発光装置。