JP6295777B2 - 発光装置及び発光装置を収容するためのエンボスキャリアテープ - Google Patents
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Description
このような発光装置の中には、例えば、実装基板の上面側方向等の特定の方向により多くの光量を得るために、半導体チップからの光を所望の方向に屈折させるレンズ(レンズとして機能する封止部)を有するものがある。レンズを備えたこの種の発光装置は、照明やバックライトをはじめとする多くの用途で用いられている。
しかし、このようにレンズを配置すると、レンズの下面の大部分は、実装基板の表面と接触することになる。この結果、発光素子を出た光の一部、とりわけ、下方に向かう光は、レンズを出て実装基板に達する。これは、レンズを形成するガラスまたは樹脂等の透光性材料の屈折率n1と基板を形成する材料の屈折率n2について、n1よりn2の方が大きいため全反射が起こらない、またはn1の方がn2より大きくてもその差が小さいため全反射が起こる臨界角が大きくなることによる。
そこで、例えば特許文献1に示されるように、平面視において基板の外側までレンズ(特にレンズの底面)を延在させた発光装置が知られている。図12(a)は、平面視において、レンズの底面が実装基板の外側まで延在している従来の発光装置1000を示す模式上面図であり、図12(b)は図12(a)のXIb−XIb断面を示す模式断面図である。発光装置1000では、実装基板4に垂直な方向(図12(a)、(b)のZ方向からの上面視)からの上面視において、レンズ109の底面129が実装基板4の外側にまで延在している。
空気は、屈折率が小さいことから、レンズ109を形成するガラスまたは樹脂等の透光性材料の屈折率n1と空気の屈折率nairとの差が大きな値となり、全反射が起こる臨界角が小さな値となる。この結果、発光素子2から底面129に達した光の大部分が反射され、底面129から外部に出る光の量を抑制することができる。
これにより、発光装置1000は高い取り出し効率、とりわけレンズ上面128からの高い取り出し効率を得ることができる。
例えば、2次基板と接触する前に発光装置1000が傾くと、傾いたままの状態で、すなわち、底面129の外周部の一部と実装基板4の下面(例えば下面の一部)が2次基板に接触した状態で発光装置1000が2次基板に実装(固定)されてしまう場合があった。
また、2次基板に発光装置1000の実装基板4の下面が接触した後、発光装置1000のレンズ109の外周部の一部に意図しない負荷(力)が付与された場合も発光装置1000は容易に傾き、底面129の外周部の一部と実装基板4の下面(例えば下面の一部)が2次基板に接触した状態で発光装置1000が2次基板に実装(固定)されてしまう場合があった。
また、喩え、実装基板4と2次基板の間との導通を確保でき、発光装置1000を発光させることができたとしても、発光装置1000が傾いているため、意図した方向(意図した角度範囲)に十分な光量を照射することができないという問題があった。
また、これらの図面は、本発明の理解を容易にするために、一部分を誇張して表示している場合がある。従って、縮尺および相対的な配置等が、本発明に係る実際の発光装置と異なる場合があることに留意されたい。
図1(a)は、本発明の1つの実施形態に係る発光装置100の模式上面図であり、図1(b)は図1(a)のIb−Ib断面を示す模式断面図である。なお、図1(a)では、上面配線パターン8aの記載は省略している(後述する図2(a)、3(a)および4(a)も同じ)。
まず発光装置100全体について説明した後、凸部32の詳細について説明する。
発光装置100は、実装基板4と、実装基板4の上に実装(載置)された発光素子2と、レンズ9とを含む。
発光素子2は、半導体層を含み、必要に応じて半導体層の外面を覆う蛍光体層6を含んでいる。半導体層は、p型半導体層とn型半導体層とを含み、その間で発光する。また、半導体層は必要に応じてp型半導体層とn型半導体層の間に活性層(発光層)を含んでよい。
なお、図1(b)から判るように、発光素子2、実装基板4および蛍光体層6は、レンズ9の下方(とりわけ、レンズ9の上面28の下方)に位置しており、図1(a)の上面図において(他の上面図も同じ)、発光素子2、実装基板4および蛍光体層6は、レンズ9を透過した状態が示されている。
より詳細には、実装基板4の上面(図1のZ方向側の主面)には2つの上面配線パターン8aが配置され、2つの上面配線パターン8aの一方が、発光素子2のp型半導体層と電気的に接続され、他方が、発光素子2のn型半導体層と電気的に接続されている。
なお、本明細書においては、図1(a)、図1(b)のように図を示す数字が同じで、数字の後の括弧内の小文字のアルファベットが異なる図を総称して「図1」のように、その数字で呼ぶことがある。
2つの上面配線パターン8aは、それぞれ、例えば貫通ビアのような基板貫通配線8bと、下面配線パターン8cとを介して、発光装置100の外部に設けた配線等と電気的に接続可能である。
このような外部の配線として、図示しない2次基板(第2の基板)に設けた配線パターンを挙げることができる。例えば、2次基板の上面に実装基板4の下面を実装することで、実装基板4の下面配線パターン8cと2次基板の配線パターンとを電気的に接続することができる。これにより、発光素子2に外部電源から電力を供給することが可能となる。
このような構成を有することにより、発光素子2からの発光を確実にレンズ9の内部に導くことができる。さらに、例えば、実装基板4の下面を2次基板の上面等の実装面に載置した場合(すなわち、発光装置100を広い基板等の上面に配置した場合)でも、レンズ9の底面29のうち、上面視(実装基板4の下面に垂直な方向(図1のZ方向)からの上面視)において実装基板4の外側にまで延在している部分(以下、「外側延在部」と言う場合がある)を、確実に、基板材料等と比べて屈折率の低い空気に接触させることができる。
下垂部79は、その幅(図1のX方向長さ)が50μm程度(例えば、0.2mm以下)と短いため、通常、この存在を無視してよい。この場合、喩え下垂部79が存在しても、この下垂部79を無視し、図示した底面29(図1でX方向に平行に延在している)を延長して、実装基板4の側面と交わる部分を実装基板4と底面29との境界としてよい。
図1に示す実施形態では、レンズ9は半球状の形状を有している。このため、上面28は球面(半球面)となっており、底面29は平面となっている(実装基板4および発光素子2が埋め込まれている部分を除く。すなわち、外側延在部が平面となっている。)。
好ましくは、実装基板4の横方向(図1のX方向)の長さおよび縦方向(同Y方向)の長さをレンズ9の外経より短くすることにより、図1に示すように実装基板4の外周全体において、レンズ9の底面29が実装基板4の外側まで延在している(すなわち、実装基板4の外周全体にレンズ9の底面29の外側延在部が形成されている。)。
しかし、これに限定されるものではなく、例えば、実装基板4の横方向の長さおよび縦方向の長さの一方をレンズ9の外径より長くし、他方をレンズ9の外径より短くする等により、実装基板4の外周の一部分において、レンズ9の底面29が実装基板4の外側まで延在してもよい。
これにより、高い取り出し効率を得ることができる。
なお、実装基板4および発光素子2は、上面視において、レンズ9の略中央に位置することが好ましい。レンズ9(とりわけ、レンズ9の上面28)から外に出る光が均一になるからである。
以下に凸部32の詳細を説明する。
外側延在部に凸部32を有することで、発光装置100が実装時に傾くことを抑制できる。
すなわち、例えば、発光装置100を2次基板の上面等の実装面に実装(載置)する場合、喩え、2次基板の上面等の実装面に接触する前に発光装置100が傾いても発光装置100が実装面に接触する際に、凸部32(複数の凸部32を有する場合は、少なくも1つの凸部32)が当該実装面と接触することで、発光装置100の傾きを是正または緩和することが可能となる。
また、発光装置100が2次基板の上面と接触後に、例えば、レンズ9の上面28の外周部の一部に作用する下向きの力のような、発光装置100を傾けようとする意図しない力が作用しても、凸部32(複数の凸部32を有する場合は、少なくも1つの凸部32)が当該実装面と接触することで、発光装置100が傾くのを抑制できる。
従って、発光装置100単体として見た場合、凸部32の高さの好ましい形態として、2つの形態の何れかであることを例示できる。
1)凸部32の高さは、レンズ9の底面29から実装基板4の底面(下面配線パターン8cを有する場合は、下面配線パターン8cの表面(図1では下面))までの距離と略等しい(例えば、凸部32の高さと、レンズ9の底面から実装基板4までの距離の差が100μm以内である)。
2)凸部32の高さは、レンズ9の底面から実装基板4の底面(下面配線パターン8cを有する場合は、下面配線パターン8cの表面(図1では下面))までの距離より少し(例えば、100〜300μm)短い。
しかし、好ましくは2つ以上、より好ましくは3つ以上(図1の実施形態では4つ)の凸部32を配置することが好ましい。より多くの方向において、発光装置100が傾いて実装されるのを抑制できるからである。
例えば、レンズ9を形成する金型に凸部32に対応する凹部を設ける等により簡単なプロセスで凸部32を形成することができるからである。
この場合、凸部32に入った光が凸部32から下方に出て行くのを抑制することを目的に、凸部32に発光素子2が発する光を反射してレンズ9内に戻すよう、反射部材を含有させてよい。このような反射部材は、例えば、光反射性の無機または有機の任意の材料であってよく、形状も粒子状、フィラー状またはフィルム状等の任意の形状であってよい。
例えば、金型の凸部32を形成するための凹部に粒子状の反射材料を予め配置した後、金型にレンズ形成材料を供給する等により、レンズ9と同じ材料により、レンズ9と一体で形成されている凸部32に反射部材を含有させることができる。
凸部32は、レンズ9と同じ材料により形成してもよく、またレンズ9と異なる任意の材料により形成してもよい。
この場合も、凸部32に入った光が凸部32から下方に出て行くのを抑制することを目的に、凸部32に発光素子2が発する光を反射してレンズ9内に戻すように、反射部材を含有させてよい。
凸部32を形成する材料と、別に反射部材を加えることで凸部32は反射部材を含有してよい。また、例えば、白樹脂のような光反射性樹脂を用いて凸部32を形成する(凸部32自体を反射部材とする)ことで、凸部32は反射部材を含有してもよい。
より詳細には、上面視において、凸部32の形状である3角形の外周のうち、発光素子2の中心(図1(a)では、4角形上の発光素子の2つ対角線の交点が発光素子2の交点)に最も距離の近い部分が、当該3角形の3つの頂点(3つの角)いずれか1つである。
図11は、凸部の上面視した形状である3角形の1つの頂点が、発光素子2の中心に最も近い位置することが好ましい理由を示す模式上面図であり、図11(a)は、発光素子2の中心に最も近い部分が凸部32の3角形状の頂点1つである場合を示し、図11(b)は、発光素子2の中心に最も近い部分が凸部32Dの3角形の頂点以外の部分である場合を示す。
なお、図11(a)は、図1(a)に相当する図であるが、理解を容易にするために図1(a)よりも大きな凸部32が配置されている場合を示す。
図11(a)に示した4つの凸部32のうちの1つ凸部32−1と、図11(b)に示した4つの凸部32Dのうちの1つ凸部32D−1とを例に説明する。凸部32と、対応するそれぞれの凸部32D(すなわち、凸部32−1と凸部32D−1)とは、上面視した時の頂点の位置が異なる(凸部32−1をZ軸方向に180度回転させると頂点の位置が凸部32D−1と同じになる)以外は同じである。
発光素子2の中心から出射した光Lのうち、角度θ1の範囲内の方向に出射した光は凸部32−1内に侵入する可能性がある。一方、発光素子2の中心から出射した光Lのうち、角度θ2の範囲内の方向に出射したは凸部32D−1内に侵入する可能性がある。より高い発光効率を得るためには、凸部32および凸部32Dに侵入する光の量が少ない方がよい。図11から明らかなように、θ1の方がθ2よりも小さい。このため、凸部32を有する発光装置の方が、凸部32Dを有する発光装置より高い発光効率を得ることができる。
なお、このようなメカニズムによる発光素子2から出た光の凸部32内への進入の抑制は、上面視した形状が3角形の場合だけでなく、4角形を含む多角形においても適用できる。すなわち、上面視における形状が多角形の凸部32は、上面視において、その形状である多角形の外周のうち、発光素子2の中心と最も距離の近い部分が、当該多角形の頂点(角)であることが好ましい。
図2(a)は、発光装置100の変形例1に係る発光装置100Aの模式上面図であり、図2(b)は図2(a)のIIb−IIb断面を示す模式断面図である。なお、本明細書および添付の図面に記載した符号が付された部材について、「発光装置100A」の「100A」のように、数字の後にアルファベットの大文字が付された符号に対応する部材は、特段の断りがない構成については、数字が同じで、アルファベットが付されていないかまたは異なるアルファベットが付された符号に対応する部材と同じ構成を有してよい。
このような、形状を有する凸部32Aは、角部を有しないため、金型内での形成および離型が容易であるという利点を有する。
図3(a)は、発光装置100の変形例2に係る発光装置100Bの模式上面図であり、図3(b)は図3(a)のIIIb−IIIb断面を示す模式断面図である。
図3に示す発光装置100Bでは、その凸部32Bの形状は長手方向がレンズ9の底面に平行な方向に延在する直方体である。
すなわち、図3(a)に示すように、凸部32Bは、上面視においてその形状が、長辺がレンズ9の半径方向と異なる方向である長方形となっている。
凸部32Bがこのような形状を有することで、図3に示す実施形態では、凸部が2つと少ないにも関わらず、より多くの方向(X−Z面での角度範囲)において、発光装置100Bが傾いて実装されるのを抑制できる。
図4(a)は、発光装置100の変形例3に係る発光装置100Cの模式上面図であり、図4(b)は図4(a)のIVb−IVb断面を示す模式断面図である。
発光装置100Cのレンズ9Cの底面29Cは、その外周部分(端部)に、実装基板4の上面に平行な方向(図4ではX方向)に対して傾斜している傾斜部を有している。
図4に示す実施形態では、底面29Cの外側延在部全体が傾斜部となっているがこの実施形態に限定されるものではない。例えば、底面29Cの外側延在部のうち実装基板4に近い側(基端側)は、実装基板4の上面に平行な平面(平面部)であって、外周側(実装基板4に遠い側(末端側))にのみ傾斜部を有してもよい。
なお、傾斜部は図4に示す断面図では直線で示されるが、この直線を図4のZ軸方向に平行な軸の周りに回転させて得られる曲面(滑らかな曲面)となっている。
なお、レンズ9Cのその他の構成は、レンズ9と同じであってよい。
なお、底面29Cの外側延在部が上述のように、平面部と傾斜部の両方を有する場合、凸部32Cは、平面部と傾斜部のいずれか一方にのみ形成してもよく、また、平面部と傾斜部の両方に形成してもよい。
レンズ9は、発光素子2が発する光、および蛍光体層6が発する光(蛍光体層6を用いる場合)に対して、透光性を有する任意の材料により形成してよい。例えば、レンズ9は、透明な樹脂またはガラス等からなる。このような樹脂として、例えば、硬質シリコーン樹脂およびエポキシ樹脂を例示できる。
レンズ9を形成するために用いるレンズ形成材料として、例えば、硬化剤を含む液状の樹脂、および溶融ガラスを例示できる。また、好ましいレンズ形成材料として、硬化剤を含むシリコーン樹脂および硬化剤を含むエポキシ樹脂を例示できる。
発光素子2は、例えば、LEDチップ等の半導体素子である。発光素子2に含まれる半導体層の具体的な例として、サファイア等の基板側から順に、n型半導体層、活性層(発光層)及びp型半導体層が積層された構成を挙げることができる。用いる半導体として、例えば窒化物半導体であるGaN系化合物半導体を例示できる。
なお、発光素子2は、これらの構成に限定されるものではなく、他の半導体材料を用いて構成してもよく、適宜、保護層や反射層などを備えてよい。
また、蛍光体は黄色蛍光体に限られず、所望の発光スペクトルを持つ蛍光体を用いてもよい。例えば窒化物、酸窒化物系の蛍光体(CASN系、SCASN系、αサイアロン系、βサイアロン系)、ハロゲン系の蛍光体(クロロシリケート系、KSF系)、硫化物系の蛍光体など、各種の蛍光体を用いてもよい。また、量子ドットを用いてもよい。
実装基板4は上面配線パターン8aおよび下面配線パターン8cに用いる金属膜としては、導電性がよく、発光素子2が発光する波長の光の反射率が高い材料が好ましい。例えば、導電性を確保するためにTi/Pt/Auなどを用いて配線パターンを形成し、反射率を向上させるために、更に表層にAg、Al、Rhなどを有する、単層膜又は多層膜を設けるようにしてもよい。
また、実装基板4の、貫通配線8bは例えば銅メッキ等により形成されたビアであってよい。
発光素子2は、例えばフリップチップ実装等の既知の方法により、実装基板4に実装(載置)されてよい。
また、発光装置100Cのレンズ9Cの底面29Cの傾斜部は、例えば、レンズ9Cを形成する金型に、傾斜部に対応する凸部を設けることにより形成してよい。
実施形態2として、本発明に係る発光装置100、100A、100Bおよび100C(以下、「発光装置100、100A、100Bおよび100C」を総称して「発光装置100等」という場合がある。)を搬送(輸送)するエンボスキャリアテープについて説明する。
図5は、実装前の発光装置を搬送するのに用いる、従来のエンボスキャリアテープ500を模式的に示す斜視図である。
樹脂等から成るテープ(基体)52にエンボス加工等で設けた、所定形状の窪みである収容部560の内部に発光装置を収容して搬送する。そして、例えばテープ52に設けた、位置決め孔54を用いて、自動実装ラインの所定の位置に配置した収容部560から、自動挿入機等により発光装置を取り出し、発光装置を2次基板の所定の位置に配置して発光装置を2次基板に実装(固定)する。
レンズ9等の外側延在部を有するレンズを有しない多くの発光装置は、その上面視した形状が、発光素子および実装基板の形状により決まるため、概ね正方形または長方形である。
これに対して、図1等から分かるように、本発明に係る発光装置の上面視した形状は円形である。
すなわち、上面視した形状が正方形または長方形である発光装置であれば、同様に上面視した形状が正方形または長方形である収容部560の側面と発光装置の側面とが、比較的広い面積で接触して、回転を防止できる。これに対して、上面視した形状が円である発光装置100等は、収容部560の側面との接触面積が小さく、発光装置100等の回転を防止できない。
図6は、本発明の1つの実施形態に係るエンボスキャリアテープ50を模式的に示す斜視図である。図7(a)は、収容部60に発光装置100を挿入した状態を示す模式上面図であり、図7(b)は、図7(a)のVIIb−VIIb断面を示す模式断面図である。
なお、図7(a)では、理解を容易にするため発光装置100のうち、レンズ9、凸部32および基板4のみを点線で示した。
収容部60の底面は、実装基板4の少なくとも一部を収容する第1凹部64と、凸部の少なくとも一部を収容する第2凹部62とを有している。
エンボスキャリアテープ50は、テープ52の収容部60が形成されていない部分に、必要に応じて位置決め孔54を有してよい。
図7に示す実施形態では、第2凹部62の上面視した形状は円であり、凸部32の上面視した形状と異なっている。第2凹部62の上面視した形状は任意の形状を有してよく、凸部32の上面視した形状と同じあってもよく、異なっていてもよい。
なお、発光装置100A’は、図8に示すように凸部32Aを2つしか有しないことを除けば発光装置100Aと同じ構成を有する。また、図9では、理解を容易にするため発光装置100A’のうち、レンズ9、凸部32Aおよび基板4のみを点線で示した。
なお、図9では、理解を容易にするため発光装置100Bのうち、レンズ9、凸部32Bおよび基板4のみを点線で示した。
収容部60Bの底面66Cの第2凹部62Bは、凸部32Bの少なくとも一部を収容できるように、上面視した形状が長方形(凸部32Bと対応した長方形)と成っている。
なお、図10(a)では、理解を容易にするため発光装置100Cのうち、レンズ9C、凸部32Cおよび基板4のみを点線で示した。
収容部60Cの底面は、発光装置100Cのレンズ9Cの底面29Cの傾斜部に対応した傾斜部(テープ52の主面のうち収容部60Cを形成していない部分に対して傾斜した傾斜部)を有してよい。
図10(b)に示す実施形態では、傾斜した底面60Cに第2凹部62Cが設けられている。
4 実装基板
6 蛍光体層
8 配線
8a 上面配線パターン
8b 基板貫通配線
8c 下面配線パターン
9、9C レンズ
28、28C レンズ上面
29、29C レンズ底面
32、32A、32B、32C、32D 凸部
50 エンボスキャリアテープ
52 テープ(基体)
54 位置決め孔
60 収容部
64 第1凹部
62、62A、62B、62C 第2凹部
66、66A、66B、66C 収容部の底面
79 下垂部
100、100A、100B、100C 発光装置
500 従来のエンボスキャリアテープ
1000 従来の発光装置
Claims (11)
- 発光装置を搬送するためのエンボスキャリアテープであって、
前記発光装置は、
発光素子と、
上面に前記発光素子が載置された基板と、
前記発光素子と前記基板の上面を封止するレンズと、を含み、
前記レンズの底面から前記基板の下面が露出し、
前記基板の上面に垂直な方向からの上面視において前記レンズの底面が前記基板の外側にまで延在している外側延在部を有し、
前記底面の前記外側延在部に凸部を有し、
前記エンボスキャリアテープは、
前記発光装置を収容するための底面に、
前記基板の少なくとも一部分を収容するための第1凹部と、
前記凸部の少なくとも一部分を収容するための第2凹部と、
を有することを特徴とするエンボスキャリアテープ。 - 発光素子と、
上面に前記発光素子が載置された基板と、
前記発光素子と前記基板の上面を封止するレンズと、を含み、
前記レンズの底面から前記基板の下面が露出し、
前記基板の上面に垂直な方向からの上面視において前記レンズの底面が前記基板の外側にまで延在している外側延在部を有し、
前記底面の前記外側延在部において、上面視による形状が3角形である凸部を有し、
上面視において、前記3角形の外周のうち前記発光素子の中心に最も距離の近い部分が、3つの頂点の何れかであることを特徴とする発光装置。 - 前記凸部を2つ以上有す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。
- 前記凸部の上面視による形状が、円または多角形であることを特徴とする請求項1または請求項1を引用する請求項3に記載の発光装置。
- 前記凸部の上面視による形状が3角形であり、上面視において、前記3角形の外周のうち前記発光素子の中心に最も距離の近い部分が、3つの頂点の何れかであることを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
- 前記凸部の上面視による形状が、長方形であることを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
- 前記凸部が、前記レンズと同じ材料で一体で作られていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記凸部が、前記発光素子の光を反射する反射部材を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記凸部の高さが、前記レンズの底面から前記基板の底面までの距離と略等しいことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の発光装置。
- 前記レンズが前記底面の外周部に、前記基板の上面に平行な方向に対して傾斜している傾斜部を有していることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 請求項2を引用する請求項3または7〜10の何れか1項に記載の発光装置を搬送するためのエンボスキャリアテープであって、
前記発光装置を収容するための底面に、
前記基板の少なくとも一部分を収容するための第1凹部と、
前記凸部の少なくとも一部分を収容するための第2凹部と、
を有することを特徴とするエンボスキャリアテープ。
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