JP6387677B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1(a)は実施の形態1に係る発光装置100の概略上面図であり、図1(b)は図1(a)におけるA−A断面を拡大して示す概略断面図であり、図1(c)はこの発光装置100が備える光源装置10の概略斜視図である。
図2(a)は実施の形態2に係る発光装置200の概略上面図であり、図2(b)は図2(a)におけるB−B断面を拡大して示す概略断面図である。
図4(a)は実施の形態3に係る発光装置300の概略上面図であり、図4(b)は図4(a)におけるC−C断面を拡大して示す概略断面図である。
光源装置は、配線基板と、その上面に設けられた光源部と、を少なくとも備える。光源装置は、主として、基板型(COB(チップ・オン・ボード)型)のLEDである。なお、1つの発光装置に設けられる全ての光源装置が、光源部が回路基板の孔に挿入されて、配線基板の上面が回路基板の下面に接合されていることが、導光部材を回路基板の上面に接するように配置する上で好ましいが、例えば回路基板の上面側に別の光源装置が設けられることを排除はしない。
(発光素子25)
発光素子は、少なくとも半導体素子構造を備え、基板を更に備えてもよい。基板を備えない発光素子は、側方への光出射が抑えられ、上方(正面方向)への指向性の高い発光が得られる。一方、基板を備える発光素子は、量産性に優れると共に、側面を光反射部材で覆いやすい。発光素子の上面視形状は、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い。発光素子(主に基板)の側面は、上面に対して、略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。発光素子は、同一面側に正負(p,n)両電極を有し、フリップチップ(フェイスダウン)実装される。1つの光源装置に搭載される発光素子の個数は1つでも複数でもよい。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、絶縁膜及び/又は電極を含んでもよい。発光素子の発光波長は、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、蛍光体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(主として一般式InxAlyGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される)を用いることが好ましい。発光素子の発光波長は、蛍光体の発光との補色関係や樹脂部材の劣化等の観点から、400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましい。また、蛍光体の励起、発光効率の観点から、450nm以上475nm以下がさらに好ましい。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。発光素子の基板は、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。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。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。基板の厚さは、例えば20μm以上1000μm以下であり、基板の強度や発光装置の厚さの観点において、50μm以上500μm以下であることが好ましい。
被覆部材は、発光素子を被覆する、電気的絶縁性を有し、発光素子から出射される光に対して透光性(好ましくは光透過率70%以上)を有する部材であればよい。特に、蛍光体を含有し、波長変換部材としての機能を有することが好ましい。具体的には、被覆部材は、後述の封止部材と同様の材料により構成することができる。
配線基板は、発光素子と電気的に接続される配線と、その配線を保持する基材と、を有する。配線基板は、リジッド基板のほか、フレキシブル(可撓性)基板でもよい。配線基板の厚さ(総厚)は、例えば0.03mm以上2mm以下であり、0.05mm以上1mm以下が好ましく、0.05mm以上0.5mm以下がより好ましい。なお、配線基板は、後述の回路基板と同様に保護膜を有していてもよい。
配線基板の基材は、リジッド基板であれば、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を含むセラミックス基板、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を含む金属基板、ガラスエポキシ基板、BTレジン基板、ガラス基板、樹脂基板、紙基板などが挙げられる。フレキシブル基板であれば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどのフィルムを用いることができる。
配線は、箔又は膜として、基材の少なくとも上面に形成され、基材の内部及び/又は下面にも形成されていてもよい。また、配線は、発光素子が接合されるランド部、外部接続端子部、及びこれらを接続する引き出し配線部を含むことが好ましい。外部接続端子部は、基材の側面に延伸して形成されていることで、配線基板の側面も回路基板に接合部材を介して接合でき、接合強度を高めることができる。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、銀、プラチナ、アルミニウム、ロジウム、金、錫、銅若しくはこれらの合金などの鍍金又は光反射膜が設けられていてもよく、なかでも光反射性に優れる銀又は銀合金が好ましい。
回路基板は、外部電源から光源装置への給電を担う回路配線と、その回路配線を保持する基材と、保護膜と、を有する。回路基板は、リジッド基板のほか、フレキシブル(可撓性)基板でもよい。回路基板の厚さ(総厚)は、例えば0.03mm以上2mm以下であり、0.05mm以上1mm以下が好ましく、0.05mm以上0.5mm以下がより好ましい。回路基板に設けられる孔の形状及び大きさは、特定に限定されず、光源部の挿入のしやすさ及び/又は回路配線の配置などにより決めればよい。但し、回路基板に設けられる孔の形状は、光源部の外形に沿う形状とすることが、配線基板の上面の露出領域の低減の観点から好ましい一例として挙げられる。具体的には、矩形状、多角形状、円形状、楕円形状などが挙げられ、角が丸みを帯びていてもよい。また、回路基板に設けられる孔の大きさは、光の吸収や漏れの抑制の観点では小さいほうが好ましいが、例えば光源部の外形より0.05mm以上1mm以下の範囲で大きいことが挙げられ、光源部の外形より0.05mm以上0.5mm以下の範囲で大きいことが好ましく、光源部の外形より0.05mm以上0.3mm以下の範囲で大きいことがより好ましい。
回路基板の基材は、上述の配線基板の基材と同様に構成することができる。
回路配線は、箔又は膜として、回路基板の基材の少なくとも下面に形成され、回路基板の基材の内部及び/又は上面にも形成されていてもよい。また、回路配線は、光源装置が接合されるランド部、外部接続端子部、及びこれらを接続する引き出し配線部を含むことが好ましい。具体的には、回路配線は、上述の配線基板の配線と同様に構成することができる。
保護膜は、電気的絶縁性を有し、基材及び/又は回路配線を保護する膜である。保護膜は、例えばカバーレイ、ソルダーレジスト、シルクなどである。保護膜は、インク又は塗料に顔料を含有することで、白色など任意に着色することができる。
接合部材は、各種の導電性接着材を用いることができる。具体的には、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、又は錫−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀系、金−錫系などの半田、又は低融点金属などのろう材が挙げられる。なお、光源装置と回路基板の電気的接続を別途取る場合には、接合部材は電気的絶縁性の接着材でもよい。電気的絶縁性の接着材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、又はこれらの変性樹脂などが挙げられる。
光反射部材は、発光素子から出射される光に対して光反射性(好ましくは光反射率70%以上、より好ましくは90%以上)を有する部材であればよく、また電気的絶縁性を有することが好ましい。このような光反射部材としては、例えば白色顔料と樹脂により構成することができる。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、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。樹脂は、後述の封止部材と同様の材料を用いることができ、また上述の保護膜と同様の材料を用いることもできる。このほか、白色顔料に代えて、銀、プラチナ、アルミニウム、ロジウム若しくはこれらの合金などの金属粒子を用いることができる。また。光反射部材は、これらの光反射性を有する金属の膜とすることもできる。
封止部材は、発光素子、及び配線の一部などを、封止して、埃や外力などから保護する部材である。封止部材は、電気的絶縁性を有し、発光素子から出射される光に対して透光性(好ましくは光透過率70%以上、より好ましくは85%以上)を有する部材であればよい。封止部材の具体的な母材としては、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、TPX樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの変性樹脂若しくはこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂が挙げられる。ガラスでもよい。なかでも、シリコーン樹脂又はその変性樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、固化後の体積収縮が少ないため、好ましい。封止部材は、その母材中に、充填剤及び/又は蛍光体などを含有することが好ましいが、これに限定されない。
充填剤は、拡散剤及び/又は着色剤などを用いることができる。具体的には、シリカ、酸化チタン、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、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、珪酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ワラストナイト、マイカ、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、炭化珪素、酸化アンチモン、スズ酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、窒化アルミニウム、窒化珪素、カーボンブラック、各種ガラスなどが挙げられる。充填剤の形状は、球状、不定形破砕状、針状、柱状、板状(鱗片状を含む)、繊維状、又は樹枝状などが挙げられる。また、中空又は多孔質のものでもよい。
蛍光体は、発光素子から出射され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出射する。蛍光体は、1種でもよいし、2種以上の組み合わせであってもよい。具体的には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム、ユウロピウムで賦活されたサイアロン、ユウロピウムで賦活されたシリケート、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウムなどが挙げられる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光(例えば白色系)を出射する光源装置若しくは発光装置、又は紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する光源装置若しくは発光装置とすることができる。
導光部材は、主として板状(導光板)であるが、各種レンズなどでもよい。導光部材は、板状である場合、端面を光入射面とし第1主面を光出射面としてもよいし、第2主面(第1主面と反対側:裏面)を光入射面とし第1主面を光出射面としてもよい。導光部材の母材は、発光装置から出射される光に対して透光性(好ましくは透過率70%以上、より好ましくは85%以上)を有する材料であればよい。具体的には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、PMMA樹脂、ポリノルボルネン樹脂、ポリスチレン樹脂、又はガラスなどが挙げられる。
実施例1の発光装置は、図1に示す例の構造を有し、液晶ディスプレイのエッジ型バックライト装置の光源として利用可能な発光装置である。この発光装置は、以下のような、回路基板と、光源装置と、を備える。具体的には、この発光装置は、光源装置の光源部が回路基板の孔に挿入されて、配線基板の上面が回路基板の下面に錫−銀系半田の接合部材を介して接合されて、構成されている。
光源装置は、以下のように、配線基板の上面に光源部が設けられてなる。光源部は、主として、発光素子、光反射部材、被覆部材により構成されている。
回路基板は、横方向の長さが63mm、縦方向の幅が1,3mm、厚さ(総厚)が0.4mmのガラスエポキシを基材とするリジッド基板である。回路配線は、ランド部が基材側から銅/ニッケル/金(総厚:約60μm)の積層体で構成され、ランド部以外が厚さ18μmの銅で構成されている。保護膜は、厚さ10μmの白色レジストである。回路基板は、5.1mmの間隔(中心間距離)で配列された、上面から下面に貫通する、横方向の長さ1.4mm、縦方向の幅0.5mmの上面視略矩形状の孔を12個有している。孔の側面は、下方側から、略垂直な部位と、上方側に向かって外側(側方)に45°程度傾いた部位と、を順に有している。そして、これらの孔に其々対応して上述の光源装置が設けられている。
20,21,22…光源部(25…発光素子、28,29a,29b…被覆部材)
30,31,32…配線基板(37…基材、38…配線)
40,41,42…回路基板(45…孔、47…基材、48…回路配線、49…保護膜)
50…接合部材(501…接合部材の材料)
60,61,62…光反射部材(611…光反射部材の材料、621a…光反射部材の第1材料、621b…光反射部材の第2材料)
70…封止部材
80…導光部材
100,200,300…発光装置
Claims (7)
- 上面から下面に貫通する孔を有する回路基板と、
配線基板の上面に、フリップチップ実装された発光素子と前記発光素子を被覆する被覆部材とを含む光源部が設けられた光源装置と、
光反射部材と、を備え、
前記光源装置は、前記光源部が前記回路基板の孔に挿入されて、前記配線基板の上面が前記回路基板の下面に接合されており、
前記光反射部材は、前記配線基板上における前記回路基板の孔の側面と、前記配線基板の上面と、前記被覆部材の側面と、に接して設けられており、
前記光反射部材は前記配線基板の前記被覆部材の全周にわたって設けられている発光装置。 - 前記光源部の最上位点及び前記光反射部材の最上位点は、前記回路基板の上面より下位にある請求項1に記載の発光装置
- 前記光反射部材は、前記発光素子の下面と前記配線基板の上面の間にも設けられている請求項1又は2のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記光反射部材は、白色顔料を含有する樹脂の硬化物、又は含浸した樹脂により結着された白色顔料の凝集体である請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 上面から下面に貫通する孔を有する回路基板と、
配線基板の上面に、フリップチップ実装された発光素子と前記発光素子を被覆する被覆部材とを含む光源部が設けられた光源装置と、
光反射部材と、を備える発光装置の製造方法であって、
前記光源装置の前記光源部を前記回路基板の孔に挿入し前記配線基板の上面を前記回路基板の下面に接合する第1工程と、
前記第1工程の後、前記光反射部材を、前記配線基板上における前記回路基板の孔の側面と、前記配線基板の上面と、前記被覆部材の側面と、に接して設け、
前記光反射部材は前記配線基板の前記被覆部材の全周にわたって形成する第2工程と、を備える発光装置の製造方法。 - 前記光反射部材を、白色顔料を含有する樹脂を塗布することにより形成する請求項5に記載の発光装置の製造方法。
- 前記光反射部材を、白色顔料の凝集体を形成した後、該凝集体に樹脂を含浸させることにより形成する請求項5に記載の発光装置の製造方法。
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