JP6299176B2 - 発光装置およびその製造方法ならびにこの発光装置を備える照明装置 - Google Patents
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Description
図2に示すように、本発明の第1実施形態に係る発光装置10は、平板状の配線基板(基板)1の上に、発光素子5を載置し、その上から、当該発光素子5の図における右側の一側面(xz面、正面)を除いて、波長変換層(波長変換部材)7、反射部材4で順に被覆してなる。言い換えると、発光装置10は、正面が開口して発光素子5を収容する筐体を、配線基板1と反射部材4とで形成して、発光素子5の周囲の隙間を波長変換層7で充填してなる。さらに発光装置10は、正面に、光を透過する透明樹脂層(透光性部材)8を被覆して備える。また、発光装置10は、x方向に略対称(左右対称)な構造である。なお、本明細書において、平面(上面)は、別途記載ない限り発光素子の膜面に平行な面を指し、図面におけるxy面をいう。また、波長変換層7および透明樹脂層8は、図面において透明として、輪郭線のみを示す。なお、本明細書において、単に「被覆する」とは、対象に接している状態を指す。また、他の部材を「介在して被覆する」とは、対象を被覆する(対象に接している)前記他の部材に接している状態を指す。
発光素子5は、発光装置10における光源であり、一般的な半導体等から構成される半導体発光素子を適用できる。また、発光素子5は、波長変換層7で被覆された側と被覆されていない側とに光を出射するように、光を全方位に放射できる発光ダイオード(LED)が好ましい。さらに、発光素子5が発光した光Lbとその波長変換光Lyとの混色光を効率よく得るために、発光素子5は、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で表される窒化物系半導体を適用した、青色の光(波長430nm〜490nm)を発光するものが好ましい。
配線基板1は、発光装置10の底部として発光素子5を載置する支持体であり、また、発光装置10の製造時においても、反射部材4等を形成するための支持体である。また、配線基板1は、発光装置10の外部から発光素子5の駆動電流を供給する回路となる配線を備える。図2に示すように、配線基板1は、矩形平板状に形成された基板2と、その表面(両面)に形成された一対のリード電極3a,3cとを備える。また、本実施形態においては、配線基板1は、正面側(図2における右側)の端を合わせて発光素子5を載置する。これは後記の製造方法にて説明するように、配線基板1は、波長変換層7等と共に発光素子5の正面に合わせて研削されることによる。
波長変換層7は、発光素子5から発光した光の波長を変換するために、配線基板1上の発光素子5を被覆し、また、発光素子5を塵芥、水分、外力等から保護する。さらに波長変換層7は、配線基板1と発光素子5との間隙に充填されてもよい。ただし、波長変換層7は、発光装置10において出射面となる発光素子5の正面を避けて設けられ、発光装置10の発光効率を高くする。波長変換層7は、発光装置10において、発光素子5を正面を除いて被覆する略均一な厚さの層として外形を直方体に成形される。波長変換層7をこのような形状とし、また発光素子5を直接に被覆して設けられることにより、小型な発光装置10とすることができる。このような波長変換層7は、蛍光物質(蛍光体)を添加した液状の透光性の樹脂材料を固化させて形成される。
反射部材4は、波長変換層7を介在して発光素子5を被覆する。詳しくは、反射部材4は、配線基板1(基板2)と共に発光素子5を収容する筐体を形成するように、発光素子5の正面側を除く3側方および上方に、波長変換層7の上に設けられる。このような構造により、反射部材4は、発光素子5を外力等から保護し、またその内壁面(波長変換層7との界面)を反射面として発光素子5が発光した光を正面へ反射させて発光装置10の発光効率を向上させる。
透明樹脂層8は、発光素子5の正面(端面)を被覆して、塵芥や水分等から保護する。特に本実施形態に係る発光装置10は、製造時に正面側の面が研削されるために、発光素子5の保護膜が除去されて半導体層が露出している場合があり、この露出した半導体層を保護するために透明樹脂層8を設けることが好ましい。したがって、本実施形態に係る発光装置10は、図2において正面の全体を透明樹脂層8が被覆しているが、少なくとも発光素子5を被覆していればよい。このように、発光装置10は、透明樹脂層8が発光素子5の出射面である正面を被覆することで、発光素子5が劣化し難く耐久性に優れるので、発光効率(光の出射量)の経時劣化が抑制される。
次に、本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法の一実施形態を、図3〜5を参照して説明する。なお、製造方法を説明する本明細書の記載および図面において、各要素は加工前であっても完成した発光装置のものと同じ符号を付す。発光装置10は、配線基板1の面方向に、すなわちx,y方向のマトリクス状に発光装置10の複数台が連結した状態で製造されて、1台ずつに切断、分離して完成となる。本実施形態に係る製造方法においては、図3に示すように、配線基板1に発光素子5を実装する実装工程(発光素子載置工程)S1と、この発光素子5を蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆する波長変換層形成工程(波長変換部材形成工程)S2と、さらにその上から白色の樹脂材料で被覆する反射部材形成工程S3と、切断してy方向に分割し(S71)、正面となる面を研削、研磨して樹脂を除去して発光素子5を露出させる出射面形成工程S4と、この研磨した正面に透光性の樹脂材料で透明樹脂層8を形成する透明樹脂層形成工程(透光性部材形成工程)S5と、を行い、さらに切断してx方向に分割して(S72)、1台ずつの発光装置10が製造される。
前記した通り、発光装置10の製造時において、図4(a)に示すように、配線基板1は面方向に連続して形成され、二点鎖線の枠(図5に示す切断線P,R)で発光装置10の1台分を示す。すなわち、大判の基板2の両面に、発光装置10の複数台分の配線層3(リード電極3a,3c)のパターンが形成されている。なお、図4(a)においては、インナーリード31の形状を表すために、右側の1個の発光素子5を輪郭線(破線)で示す。また、大判の基板2には切断線上にスリット状の貫通孔2hが形成され、切断後に端面の凹みとなる。配線基板1は、基板2の貫通孔2hの内側の端面に沿って、インナーリード31とアウターリード32とが連続して形成されている。この配線基板1上に、発光素子5をフリップチップ実装する。なお、本明細書において「実装」とは、半導体発光素子等の電子部品を配線基板に接合し、かつ配線基板の配線(リード電極)に電気的に接続することをいう。
次に、図4(b)、(c)に示すように、配線基板1上の発光素子5の周囲を、蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換層7を形成する。このとき、波長変換層7は、配線基板1と発光素子5との間隙にも形成されてもよい。詳しくは、発光素子5を実装した配線基板1上に、前記発光素子5を囲む所望の内部形状(直方体)の金型を嵌装して、液状の樹脂材料を充填し、固化させて波長変換層7を形成することができる。
さらに、図5(a)、(b)に示すように、配線基板1上の全体に、液状の白色樹脂材料を吐出して表面(上面)を平坦に均し、固化させて反射部材4を形成する。
次に、発光装置10の出射面に平行かつ近傍の面が切断面となるように、配線基板1をその上の反射部材4ごと図5(a)、(b)に示す切断線Pに沿って切断し、y方向に分割する。そして、図5(c)、(d)に示すように、発光装置10の正面側の切断面を研削して、発光素子5が露出するまで、反射部材4および波長変換層7をその下の配線基板1(基板2)ごと除去し(図5(d)の二点鎖線部分)、さらに正面を研磨して発光装置10の出射面を形成する。
研磨した正面を上に向けて水平にして、この面にペースト状の透光性樹脂材料を吐出し、固化させて透明樹脂層8(図2参照)を形成する。最後に、図5(c)に示す切断線Rに沿って切断し、x方向に分割して、発光装置10が完成する。さらに必要に応じて、切断面(基板2、反射部材4)のバリ取りを行ってもよい。
第1実施形態に係る発光装置10は、発光素子5と配線基板1との間隙において、蛍光体を含有しない透光性樹脂材料または反射部材4と同じ白色樹脂材料で形成されたアンダーフィルを設けてもよい(図示せず)。このような発光装置を製造するためには、波長変換層形成工程S2において、金型で波長変換層7を成型する前に、発光素子5と配線基板1との間隙に、液状の樹脂材料を注入しておく。この樹脂材料は、この形成時に固化または半固化させてもよいし、未固化のままで波長変換層7を形成してもよい。なお、アンダーフィルは、蛍光体を添加した透光性樹脂材料で形成されてもよく、すなわち波長変換層7が2段階で形成されてもよい。
第1実施形態に係る発光装置10(図2参照)は、次の方法で製造することもできる。以下、本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法の別の実施形態を、図8を参照して説明する。
本発明の第1実施形態およびその変形例に係る発光装置10,10Aは、エッジライト方式のバックライトユニットの光源として搭載される。以下、本発明に係る照明装置(バックライトユニット)の一実施形態を、図1を参照して説明する。
第1実施形態およびその変形例に係る発光装置は、発光素子の、出射面(正面)と配線基板への実装面である底面(下面)とを除く4面に波長変換層を被覆したが、波長変換層が被覆する面数を少なくして、発光素子の発光色の光を多く出射する発光装置としてもよい。以下、第2実施形態および第3実施形態に係る発光装置について、図9および図10を参照して説明する。なお、第2実施形態以下の実施形態に係る発光装置は、各要素について、同じ名称のものは、形状が異なる以外には別途記載ない限り第1実施形態やその他の実施形態に係る発光装置の要素と同じ構成であり、さらに同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
第3実施形態に係る発光装置10Cは、図10に示すように、発光素子5の上面のみが波長変換層7Cに被覆されている。したがって、発光素子5から正面を除く3側方へ出射した光は、反射部材4ですぐに反射する。第2実施形態にて説明したように、発光素子5は上面から出射する光が最も多い傾向があるため、上面にのみ波長変換層7Cを被覆しても、十分な量の光が波長変換されて出射する。
第1〜3実施形態に係る発光装置は、発光素子の出射面が波長変換層や反射部材に被覆されないようにするために、発光素子の出射面を研削して樹脂を除去したり、金型やマスクを用いて不要な波長変換層等の形成を避けるようにして製造されるが、より簡易に、そして発光素子へのダメージが抑えられる方法で製造することもできる。以下、第4実施形態に係る発光装置について、図11を参照して説明する。
次に、本発明の第4実施形態に係る発光装置の製造方法の一実施形態を、図12〜14を参照して説明する。発光装置10Dは、第1実施形態の変形例に係る発光装置10A(図7(a)参照)と同様に、y方向に隣り合う発光装置10D,10Dの正面同士が対面するように配線層3(31A,32)のパターンが形成された配線基板1Aから製造される。
第1〜4実施形態に係る発光装置は、発光素子の一側面(端面)を出射面とする側方発光型の発光装置である。しかし、一般的に、半導体発光素子は、膜面に平行な上下面、特にフリップチップ実装対応であればパッド電極を形成した下面と反対側の上面から出射する光量が最も多い傾向がある。したがって、バックライトユニットの光源のように一方向に光を出射する発光装置は、出射方向に半導体発光素子の上面を向けて搭載するのが最も発光効率を高くし易い。以下、第5実施形態に係る発光装置について、図15を参照して説明する。
本実施形態に係る発光装置10Eは、第1〜4実施形態に係る発光装置と同様に、図16(a)に示す面方向に連続した配線基板1A(二点鎖線の枠(図16(c)に示す切断線R)で発光装置10Eの1台分を示す)から製造され、第1実施形態に係る発光装置10の製造方法(図3参照)と同じ手順で製造することができる。すなわち発光装置10Eの製造方法は、配線基板1Aに発光素子5を実装する実装工程(発光素子載置工程)S1と、この発光素子5を蛍光体を添加した透光性樹脂材料で被覆する波長変換層形成工程(波長変換部材形成工程)S2と、その上から白色樹脂材料で被覆する反射部材形成工程S3と、出射面となる上面を研削、研磨して樹脂材料を除去して発光素子5を露出させる出射面形成工程S4と、を行い、さらにx,y各方向で切断、分割する個片化工程S7を行って1台ずつの発光装置10Eが製造される。以下、本発明の第5実施形態に係る発光装置の製造方法の一実施形態を、図3および図16を参照して説明する。
第5実施形態に係る発光装置10Eは、透明樹脂層8を設ける場合に、少なくとも発光素子5の上面を被覆すればよいので、前記製造方法のように透明樹脂層形成工程S5を出射面形成工程S4の後に行わなくても、透明樹脂層8を設けることができる。以下、本発明の第5実施形態の変形例に係る発光装置およびその製造方法を、図17を参照して説明する。
第5実施形態およびその変形例に係る発光装置10E,10Fは、前記製造方法によれば、波長変換層形成工程S2で形成される波長変換層7E(7F)の外形が平面視正方形の直方体に限られず、金型によって、角丸四角形、円、あるいは発光素子5の平面視形状に応じて長方形や楕円等の所望の形状に成型され得る。ただし、波長変換層7E(7F)は、金型の離型のために、側面が鉛直な柱状、あるいはドーム型や錐台形等の上方に縮小した形状に限定される。しかし、一方向に光を出射する発光装置においては、反射部材が出射方向へ広がって開口した形状、すなわち波長変換層が上方に拡張した形状に形成されることが、発光素子から側方へ出射した光が外部へ取り出され易くなって発光効率が向上する(例えば、図6に示す第1実施形態の変形例に係る発光装置10A)ので好ましい。以下、本発明の第5実施形態の別の変形例に係る発光装置およびその製造方法の一実施形態を、図18および図19を参照して説明する。
第5実施形態およびその変形例に係る発光装置10E等のように、配線基板1A上に上面が開口した反射部材4Eを備える場合、反射部材4Eを形成した後に、その内側に波長変換層7Eを充填して形成することもできる。以下、本発明の第5実施形態に係る発光装置の製造方法の別の実施形態として、変形例に係る発光装置10Gの製造方法を、図19を参照して説明する。
第1〜5実施形態に係る発光装置は、発光素子が配線基板に実装されて、配線基板のリード電極を介して外部から駆動電流を供給されるが、配線基板を備えず、直接に発光素子の電極(端子)から駆動電流を供給されるように、電極を発光装置表面に露出させた構造とすることもできる。以下、第6実施形態に係る発光装置について、図20を参照して説明する。
前記したように、第6実施形態に係る発光装置10Hは、発光素子5Aを載置する配線基板を備えず、底面に発光素子5Aのバンプ3Bが露出していること以外は、第1実施形態に係る発光装置10と同様の構造である。したがって、発光装置10Hは、発光素子5Aを搭載した発光装置10を製造して(図3〜5参照)、配線基板1を除去すれば得られるといえる。
103 導光板(導光体)
10,10A〜10H 発光装置
1,1A 配線基板(基板)
2 基板
3 配線層
31,31A インナーリード
32 アウターリード
4,4A,4D〜4G 反射部材
5,5A 発光素子
6,6B パッド電極
7,7A〜7G 波長変換層(波長変換部材)
8,8A,8B 透明樹脂層(透光性部材)
S1 実装工程(発光素子載置工程)
S1A 治具装着工程(発光素子載置工程)
S2,S2A,S2B 波長変換層形成工程(波長変換部材形成工程)
S3 反射部材形成工程
S4 出射面形成工程
S5,S5A 透明樹脂層形成工程(透光性部材形成工程)
S6 治具離脱工程(基板離脱工程)
Claims (14)
- 発光素子と、前記発光素子が発光した光を波長変換する波長変換部材と、前記発光素子が発光した光を反射する反射部材と、を備え、前記発光素子の一の側面を出射面とする発光装置であって、
前記波長変換部材は、蛍光体を含有する樹脂または蛍光体の粒子の凝集体であり、前記発光素子の前記出射面を除く側面と上面を直接に被覆し、
前記反射部材は、前記発光素子の前記出射面を除く側面と上面のそれぞれを、前記波長変換部材を介在して被覆していることを特徴とする発光装置。 - 前記発光素子は、当該発光素子の下面に電極が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光素子を上に載置する基板を備え、前記反射部材が前記基板上に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
- 表面に、前記発光素子の前記電極が露出していることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
- 前記反射部材は、前記波長変換部材に接している請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記反射部材は、白色樹脂からなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記発光素子の前記出射面を被覆する透光性部材を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記発光素子の前記出射面と前記反射部材の一面が同一平面であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 発光素子の下面と異なる一の面を出射面とする発光装置を製造する発光装置製造方法であって、
基板上に、前記発光素子を固定する発光素子載置工程と、
前記発光素子の少なくとも、前記出射面と異なる1面を、蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換部材を形成する波長変換部材形成工程と、
前記波長変換部材と、前記発光素子の前記波長変換部材が被覆していない面と、を光を反射させる樹脂材料で被覆する反射部材形成工程と、
前記すべての樹脂材料の、前記発光素子の前記出射面を被覆する部分を除去する出射面形成工程と、を行うことを特徴とする発光装置製造方法。 - 発光素子の下面と異なる一の面を出射面とする発光装置を製造する発光装置製造方法であって、
基板上に、前記発光素子を固定する発光素子載置工程と、
前記発光素子の前記出射面と異なる1以上の面を、蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換部材を形成する波長変換部材形成工程と、
前記波長変換部材と、前記発光素子の前記出射面と異なりかつ前記波長変換部材が被覆していない面と、を光を反射させる樹脂材料で被覆する反射部材形成工程と、を行うことを特徴とする発光装置製造方法。 - 前記発光素子の前記出射面を、蛍光体を添加していない透光性の樹脂材料で被覆する透光性部材形成工程をさらに行うことを特徴とする請求項9または請求項10に記載の発光装置製造方法。
- 発光素子の一の側面を出射面とする発光装置を製造する発光装置製造方法であって、
基板上に、前記発光素子を固定する発光素子載置工程と、
蛍光体を添加していない透光性の樹脂材料で前記発光素子の出射面を被覆する透光性部材形成工程と、
前記発光素子の前記出射面と異なる1以上の面を、蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換部材を形成する波長変換部材形成工程と、
前記波長変換部材と、前記発光素子の前記出射面と異なりかつ前記波長変換部材が被覆していない面と、を光を反射させる樹脂材料で被覆する反射部材形成工程と、を行うことを特徴とする発光装置製造方法。 - 前記発光素子載置工程は、前記発光素子の電極が形成された面を下面として、前記基板に前記電極が接触するように固定し、
前記反射部材形成工程の後に、前記樹脂材料で被覆した発光素子を、前記基板から離脱する基板離脱工程をさらに行うことを特徴とする請求項9ないし請求項12のいずれか一項に記載の発光装置製造方法。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の発光装置を1以上と、前記発光装置から出射した光を導光する導光体と、を備える照明装置。
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