JP6384508B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
図1Aは、実施の形態1に係る発光装置100の概略斜視図である。図1Bは、図1Aに示す発光装置100の概略前面図である。図1Cは、図1BのA−A断面における概略断面図である。図1Dは、図1Aに示す発光装置100の概略後面図である。図1Eは、図1Aに示す発光装置100の概略側面図である。図1Fは、図1Aに示す発光装置100の概略側面図である。図2は、実施の形態1に係る別の発光装置200の概略斜視図である。
発光装置は、例えば、発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)である。上記実施の形態1の発光装置は、側面発光型(「サイドビュー型」とも呼ばれる)であるが、上面発光型(「トップビュー型」とも呼ばれる)にすることも可能である。側面発光型の発光装置は、実装方向と主発光方向が互いに垂直である。上面発光型の発光装置は、実装方向と主発光方向が互いに平行である。発光装置の前面視形状すなわち主発光方向から見た形状は、適宜選択できるが、矩形状が量産性において好ましい。特に、発光装置が側面発光型である場合の前面視形状は、長手方向と短手方向を有する長方形状が好ましい。一方、発光装置が上面発光型である場合の前面視形状は、正方形状が好ましい。また、第1発光素子及び第2発光素子も発光装置と同様の前面視形状とするのが良い。
基板は、少なくとも、基体と、その基体に保持される配線と、により構成される。
配線は、基体の少なくとも前面に形成され、基体の内部及び/若しくは側面及び/若しくは後面にも形成されていてもよい。また、配線は、第1発光素子及び第2発光素子が実装されるランド、外部回路と接続される端子配線、並びにランドどうしを接続する中間配線、ランドと端子配線間を接続するリード配線などを有することが好ましい。配線は、銅、鉄、ニッケル、タングステン、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、パラジウム、ロジウム、又はこれらの合金で形成することができる。これらの金属又は合金の単層でも多層でもよい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。また、配線の表層には、導電性接着部材の濡れ性及び/若しくは光反射性などの観点から、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、金若しくはこれらの合金などの層が設けられていてもよい。
基体は、樹脂若しくは繊維強化樹脂、セラミックス、ガラス、金属、紙などを用いて構成することができる。樹脂若しくは繊維強化樹脂としては、エポキシ、ガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン(BT)、ポリイミドなどが挙げられる。セラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン、若しくはこれらの混合物などが挙げられる。金属としては、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、若しくはこれらの合金などが挙げられる。なお、これらの基材のうち、特に第1発光素子及び第2発光素子の線膨張係数に近い物性を有する基材を使用することが好ましい。基体の厚さの下限値は、適宜選択できるが、基板の強度の観点から、0.05mm以上であることが好ましく、0.2mm以上であることがより好ましい。また、基体の厚さの上限値は、発光装置の厚さ(奥行き)の観点から、0.5mm以下であることが好ましく、0.4mm以下であることがより好ましい。
絶縁膜は、各種のソルダーレジスト若しくはカバーレイなどであってよい。
第1発光素子及び第2発光素子は、少なくとも半導体素子構造を備え、多くの場合に素子基板をさらに備える。第1発光素子及び第2発光素子としては、例えばLEDチップが挙げられる。発光素子の前面視形状は、矩形、特に正方形状又は一方向に長い長方形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよく、例えば六角形状であれば発光効率を高めることもできる。第1発光素子及び第2発光素子又はそれらの素子基板の側面は、前面に対して、垂直であってもよいし、内側又は外側に傾斜していてもよい。第1発光素子及び第2発光素子は、同一面側に正負(p,n)電極を有することが好ましい。1つの発光装置に搭載される発光素子の個数は3つ以上でもよい。透光性部材についても同様である。その場合、図2に示すように、被覆部材の凹部は、隣り合う2つの発光素子間毎に、若しくは隣り合う2つの透光性部材間毎に設けられるのが良い。複数の発光素子は、直列又は並列に接続することができる。半導体素子構造は、半導体層の積層体、即ち少なくともn型半導体層とp型半導体層を含み、また活性層をその間に介することが好ましい。半導体素子構造は、正負電極及び/若しくは絶縁膜を含んでもよい。正負電極は、金、銀、錫、白金、ロジウム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ニッケル又はこれらの合金で構成することができる。絶縁膜は、珪素、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、アルミニウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素の酸化物又は窒化物で構成することができる。第1発光素子及び第2発光素子の発光ピーク波長は、半導体材料やその混晶比によって、紫外域から赤外域まで選択することができる。半導体材料としては、波長変換物質を効率良く励起できる短波長の光を発光可能な材料である、窒化物半導体を用いることが好ましい。窒化物半導体は、主として一般式InxAlyGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される。第1発光素子及び第2発光素子の発光ピーク波長は、発光効率、並びに波長変換物質の励起及びその発光との混色関係等の観点から、400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましく、450nm以上475nm以下がよりいっそう好ましい。このほか、InAlGaAs系半導体、InAlGaP系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素などを用いることもできる。第1発光素子及び第2発光素子の素子基板は、主として半導体素子構造を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板であるが、結晶成長用基板から分離した半導体素子構造に接合させる接合用基板であってもよい。素子基板が透光性を有することで、フリップチップ実装を採用しやすく、また光の取り出し効率を高めやすい。素子基板の母材としては、サファイア、スピネル、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、硫化亜鉛、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、ダイヤモンドなどが挙げられる。なかでも、サファイアが好ましい。素子基板の厚さは、適宜選択でき、例えば0.02mm以上1mm以下であり、素子基板の強度及び/若しくは発光装置の厚さの観点において、0.05mm以上0.3mm以下であることが好ましい。
第1透光性部材及び第2透光性部材は其々、第1発光素子及び第2発光素子上に設けられ、第1発光素子及び第2発光素子から発せられる光を装置外部に透過させる部材である。第1透光性部材及び第2透光性部材は、少なくとも以下のような母材により構成される。また、第1透光性部材及び第2透光性部材は、以下のような波長変換物質を母材中に含有することで、波長変換部材として機能させることができる。但し、波長変換物質の含有は必須ではない。また、第1透光性部材及び第2透光性部材は、波長変換物質と例えばアルミナなどの無機物との焼結体、又は波長変換物質の板状結晶などを用いることもできる。
第1透光性部材及び第2透光性部材の母材は其々、第1発光素子及び第2発光素子から発せられる光に対して透光性を有するものであればよい。なお、「透光性」とは、第1発光素子及び第2発光素子の発光ピーク波長における光透過率が、好ましくは60%以上であること、より好ましくは70%以上であること、よりいっそう好ましくは80%以上であることを言う。第1透光性部材及び第2透光性部材の母材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂を用いることができる。ガラスでもよい。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル−メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。第1透光性部材及び第2透光性部材は、これらの母材のうちの1種を単層で、若しくはこれらの母材のうちの2種以上を積層して構成することができる。なお、本明細書における「変性樹脂」は、ハイブリッド樹脂を含むものとする。
波長変換物質は、第1発光素子及び第2発光素子が発する一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を発する。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光、例えば白色光を発する発光装置とすることができる。波長変換物質は、以下に示す具体例のうちの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
第1蛍光体及び第2蛍光体は、以下のような具体例の中から適宜選択することができる。例えば、第1蛍光体は緑色乃至黄色発光する蛍光体とし、第2蛍光体は赤色発光する蛍光体とすることができる。緑色発光する蛍光体としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えばY3(Al,Ga)5O12:Ce)、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えばLu3(Al,Ga)5O12:Ce)、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えばTb3(Al,Ga)5O12:Ce)系蛍光体、シリケート系蛍光体(例えば(Ba,Sr)2SiO4:Eu)、クロロシリケート系蛍光体(例えばCa8Mg(SiO4)4Cl2:Eu)、βサイアロン系蛍光体(例えばSi6−zAlzOzN8−z:Eu(0<z<4.2))、SGS系蛍光体(例えばSrGa2S4:Eu)などが挙げられる。黄色発光の蛍光体としては、αサイアロン系蛍光体(例えばMz(Si,Al)12(O,N)16(但し、0<z≦2であり、MはLi、Mg、Ca、Y、及びLaとCeを除くランタニド元素)などが挙げられる。このほか、上記緑色発光する蛍光体の中には黄色発光する蛍光体もある。また例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、Yの一部をGdで置換することで発光ピーク波長を長波長側にシフトさせることができ、黄色発光が可能である。また、これらの中には、橙色発光が可能な蛍光体もある。赤色発光する蛍光体としては、窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CASN又はSCASN)系蛍光体(例えば(Sr,Ca)AlSiN3:Eu)などが挙げられる。このほか、マンガン賦活フッ化物系蛍光体(一般式(I)A2[M1−aMnaF6]で表される蛍光体である(但し、上記一般式(I)中、Aは、K、Li、Na、Rb、Cs及びNH4からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、aは0<a<0.2を満たす))が挙げられる。このマンガン賦活フッ化物系蛍光体の代表例としては、マンガン賦活フッ化珪酸カリウムの蛍光体(例えばK2SiF6:Mn)がある。
光反射性の被覆部材は、前方への光取り出し効率の観点から、第1発光素子及び第2発光素子の発光ピーク波長における光反射率が、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりいっそう好ましい。さらに、被覆部材は、白色であることが好ましい。よって、被覆部材は、母材中に白色顔料を含有してなることが好ましい。被覆部材は、硬化前には液状の状態を経る。被覆部材は、トランスファ成形、射出成形、圧縮成形、ポッティングなどにより形成することができる。
被覆部材の母材は、樹脂を用いることができ、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル−メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。また、被覆部材の母材は、上述の第1透光性部材及び第2透光性部材の母材と同様のフィラーを含有してもよい。
白色顔料は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムのうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。白色顔料の形状は、適宜選択でき、不定形若しくは破砕状でもよいが、流動性の観点では球状が好ましい。また、白色顔料の粒径は、例えば0.1μm以上0.5μm以下程度が挙げられるが、光反射や被覆の効果を高めるためには小さい程好ましい。光反射性の被覆部材中の白色顔料の含有量は、適宜選択できるが、光反射性及び液状時における粘度などの観点から、例えば10wt%以上80wt%以下が好ましく、20wt%以上70wt%以下がより好ましく、30wt%以上60wt%以下がよりいっそう好ましい。なお、「wt%」は、重量パーセントであり、光反射性の被覆部材の全重量に対する当該材料の重量の比率を表す。
導電性接着部材としては、金、銀、銅などのバンプ、銀、金、銅、プラチナ、アルミニウム、パラジウムなどの金属粉末と樹脂バインダを含む金属ペースト、錫−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀系、金−錫系などの半田、低融点金属などのろう材のうちのいずれか1つを用いることができる。
導光部材は、発光素子と透光性部材を接着し、発光素子からの光を透光性部材に導光する部材である。導光部材の母材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル−メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。また、導光部材の母材は、上述の第1透光性部材及び第2透光性部材の母材と同様のフィラーを含有してもよい。また、導光部材は、省略することができる。
実施例1の発光装置は、図1A〜1Fに示す発光装置100の構造を有する、横3.1mm、縦0.4mm、奥行き0.7mmの側面発光型のLEDである。
11…第1ランド
12…第2ランド
13…中間配線
15…基体
16…第1端子配線
17…第2端子配線
18…第3端子配線
19…絶縁膜
21…第1発光素子
22…第2発光素子
31…第1透光性部材
32…第2透光性部材
35…母材
40…波長変換物質
41…第1蛍光体
42…第2蛍光体
50…被覆部材
50s…凹部
60…導電性接着部材
70…導光部材
100,200…発光装置
Claims (12)
- 第1ランドと、第2ランドと、前記第1ランドと前記第2ランドとの間に配置された中間配線と、を前面に含む基板と、
前記第1ランドにフリップチップ実装された第1発光素子と、
前記第2ランドにフリップチップ実装された第2発光素子と、
前記中間配線上に設けられ、前記第1発光素子の側面及び前記第2発光素子の側面を被覆する光反射性の被覆部材と、を備える発光装置であって、
前記中間配線上の前記被覆部材に凹部が形成されており、
前記凹部の底が前記第1発光素子の前面及び前記第2発光素子の前面よりも後方にあり前記中間配線の前面より前方にあって、
前記凹部の内面が当該発光装置の外表面であり、
前記基板の基体の後面は、前記凹部に対向する位置において下方向に偏った窪みを有する、発光装置。 - 前記凹部が、前面視において、前記被覆部材における前記第1ランドと前記第2ランドの配列方向に対して垂直な方向に面する2側面の少なくとも一方に達している、請求項1に記載の発光装置。
- 前記被覆部材が前記第1ランドと前記第2ランドの配列方向に長尺である、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記基板の基体の線膨張係数が15ppm/℃以下である、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前面視における前記第1ランドと前記第2ランドの配列方向に対して垂直な方向に面する前記被覆部材の側面が、同方向に面する前記基板の側面に対して当該発光装置の内側に傾斜している、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第1発光素子の前面上に接合され、前記第1発光素子の光を吸収して発光する波長変換物質を含む第1透光性部材と、
前記第2発光素子の前面上に接合され、前記第2発光素子の光を吸収して発光する波長変換物質を含む第2透光性部材と、を備え、
前記被覆部材が前記第1透光性部材の側面及び前記第2透光性部材の側面を被覆している、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記波長変換物質がマンガン賦活フッ化物蛍光体を含む、請求項6に記載の発光装置。
- 前記中間配線が前記第1発光素子及び前記第2発光素子への給電に寄与する配線である、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記基板は後面に第3端子配線を備える、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第3端子配線は、前記窪みの内面上に延伸されている、請求項9記載の発光装置。
- 前記第1透光性部材及び前記第2透光性部材は其々、導光部材を介して前記第1発光素子及び前記第2発光素子に接合されている、請求項6乃至10に記載の発光装置。
- 前記被覆部材は、下方向に面する側面が前記基板の下方向に面する側面に対して内側に傾斜している、請求項1乃至11に記載の発光装置。
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