JP6432656B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
[発光装置の構成の概要]
本発明の第一実施形態に係る発光装置100は、図1から図3に示すように、主として半導体発光素子(以下、単に「発光素子5」と記す)と、支持基材2と、平面視において支持基材2よりも大きな最大外周を有する封止部材1で構成される。図1(a)は、平面視における発光装置100を示しており、図1(b)は図1(a)におけるA−A’線で切ったときの発光装置100の断面図を示し、図2は底面視における発光装置100を示し、図3は発光装置100の底面斜視図である。
発光素子5は、例えば青色光を出射するものである。発光素子5は、支持基材2の上面に電気的に接続されて実装されており、好ましくはフリップチップボンディング又はワイヤーボンディングによって接続される。なお、発光素子5は、支持基材2の上面に直接的に設けることもできるし、支持基材2の上面に載置されたサブマウント等に間接的に設けることもできる。発光素子5は、少なくとも発光層を有し、より好適には第1導電型半導体、発光層及び第2導電型半導体がこの順に形成される半導体積層構造を備え、この半導体積層構造に電流を供給する電極が設けられた半導体発光素子構造を有している。例えば、窒化物半導体であるGaN系化合物半導体を用い、サファイア基板上に、1〜2μm程度の厚さのn型半導体層、50〜150nm程度の厚さの発光層、100〜300nm程度の厚さのp型半導体層を形成する半導体発光素子構造とすることが出来る。サファイア基板は、効率良く光を取り出すために、リフトオフ等により半導体層から剥離等をしても良い。
なお、発光素子5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い。
支持基材2は、図1及び図2に示すように、上面の少なくとも一部に発光素子5を設け、外部電極7と、表面に少なくとも一つの切り欠き3を備えている。支持基材2は、図5(a)で示すように、配線が設けられた絶縁性基板や、図5(b)、(c)で示すように、パッケージ樹脂を備えたリードフレームを用いることが出来る。リードフレームを用いる場合は、支持基材2はパッケージ樹脂のことを指し、パッケージ樹脂に切り欠き3が設けられることになる。この場合の外部電極7とは、リードフレームのアウターリード部を指し、封止部材1はリードフレームのアウターリード部の少なくとも一部を露出するように形成される。また、支持基材2の形状としては封止部材1を支えることができ、かつ二次基板等に安定して実装が出来るように重心が安定した形状であれば良く、例えば、直方体や円錐台等の形状でも良い。
支持基材2に備えられた外部電極7は、半田等を介して二次基板等に電気的に接続されるものであり、少なくとも外部電極7は封止部材1から露出される領域を有し、この領域が外部電極7の電極面である。外部電極7の電極面は、電極面の全てが封止部材1から露出していても良いし、一部だけが露出していても良い。図5で示すように、外部電極7は、例えば支持基材2の側面又は底面に備えられている。また外部電極7の形状は電極面を備えていることにより、少なくとも面を有する形状であれば良い。
切り欠き3は、支持基材2の表面に備えられており、切り欠き3の少なくとも一部に封止部材1が埋め込まれており、封止部材1と支持基材2の接合性を高めるアンカー効果を有する。支持基材2の表面とは、支持基材2の上面、側面、底面の全てを含む。切り欠き3は支持基材2の側面又は底面に形成されていることがより好ましく、高いアンカー効果を得ることが出来る。この形態によると、側面又は底面の切り欠き3に埋め込まれた封止部材1が支持基材2を支える応力を生み、外部からの衝撃に対して剥離を抑制することが出来る。具体的には、支持基材2と発光素子5を接合しているワイヤー等の断線や、封止部材1と発光素子5との間に隙間が生じる問題を防止することが出来る。
さらに切り欠き3は、図7(c)で示すように、支持基材2の上面を傾斜させるように設けてあってもよい。この形態によると、発光素子5から出射される光の光軸を任意の方向に決めることが出来る。
切り欠き3の製造工程としては、例えばダイシングカット等によって物理的に切り欠き3を設ける方法と、セラミック基板等で複数のシートに予め切り欠き3を形成して、それを積層することによって設ける方法がある。ダイシングカット等によって物理的に切り欠き3を設ける方法では、一枚の絶縁性基板やリードフレームに複数のパッケージを備えている場合、少ない工数で一度に大量に製造することが可能であり、生産性が高い。また、セラミック基板等の積層型基板で切り欠き3を設ける場合は、任意に切り欠き3の形状や位置を決めることが可能であるので、切り欠き3を複数の層で積層形成する場合により適している。
図1で示す封止部材1は、平面視において支持基材2よりも大きい最大外周を有し、上部に光を出射するレンズ部6と、レンズ部6から連続して支持基材2に沿って下方に伸びる下垂部4を備えている。レンズ部6とはレンズの表面のことを指す。下垂部4は、封止部材1と支持基材2の接合面積が増えるので、接合性・放熱性を高める役割を持つ。下垂部4の形状、長さは任意であり、少なくとも切り欠き3に埋め込まれるだけの形状、長さであれば良い。さらに下垂部4は、下垂部4の底面が支持基材2の底面よりも下の位置になる形態を取ることができ、この形態によると、二次基板等に実装したときに下垂部4の底面によって半田等の這い上がりを防止することが出来る。また、図2で示すように、封止部材1は外部電極7の電極面は少なくとも露出するように形成される。封止部材1は、発光素子5を内包するように、少なくとも発光素子5を載置している支持基材2の上面を被覆していれば良いが、好適には封止部材1の底面が支持基材2の上面よりも下側に位置することが好ましい。封止部材1の底面が支持基材2の上面と同じ位置である場合、支持基材2の上面の切り欠き3のみに封止部材1が埋め込まれることになるが、この形態によれば、支持基材2の側面又は底面の切り欠き3にも封止部材1を埋め込むことができ、本発明の効果としてより高い効果を得ることが出来る。本明細書でいう封止部材1の底面とは、レンズ部6と対面し、かつ発光装置を正面視から見た時の高さ方向において、封止部材1が支持基材2の外周を覆っている部分の一番低い面を言い、切り欠き3に埋め込まれた封止部材1は含まない。図1の発光装置100の場合、封止部材1の底面とは下垂部4の底面のことであり、光を上方に出射するレンズ部6と対面している。封止部材1の材料は、発光素子5からの光を透過可能な透光性を有するものであり、具体的な材料としてはシリコン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が挙げられる。また、封止部材1は、このような材料に加えて着色材、光拡散材、フィラー、蛍光材等を含有させることもできる。
封止部材1のレンズ部6の形状は、平面視において図1(a)で示すような略円形だけではなく、n次の多項式曲線(nは1以上)、又はその組み合わせの形状であっても良く、例えばレンズ部6の形状は、平面視においてn角形(nは3以上)や花形のような形状にすることが出来る。また正面視においても、図1(b)で示すような略円形だけではなく、n次の多項式曲線(nは1以上)、又はその組み合わせの形状であっても良い。具体的には、扇型、ドーム型の凸レンズ形状や、ウイング型の凹レンズ形状、さらにはフレネルレンズ、フタコブレンズ等のレンズ形状があるが、これらは例に過ぎずレンズ形状はこれらに限定されるものではない。
[発光装置の構成の概要]
本発明の第二実施形態に係る発光装置200は、図8(a)、(b)に示すように、主として発光素子5と、支持基材2と、平面視において支持基材2よりも大きな最大外周を有しかつ反射部12を有する封止部材1で構成される。封止部材1の構成以外は第一実施形態と同様であるので、その他の詳細を省略する。図8(a)は、平面視における発光装置200を示しており、図8(b)は図8(a)におけるA―A’線で切ったときの発光装置200の断面図を示す。
図8(b)で示すように、封止部材1は上部にレンズ部6と、レンズ部6から連続して形成された反射部12と、反射部12から連続して支持基材2に沿って下方に伸びる下垂部4を備えている。封止部材1のその他の形態、材質等は第一実施形態と同様である。
反射部12は、発光素子5から側方又は下方に出射された光の一部を反射部12で上方に全反射させ、上方へ出射される光の成分を増やす役割を持つ。発光素子5から側方又は下方に出射された光を反射部12で全反射させるためには、図9で示すように、封止部材1の屈折率nは空気の屈折率1よりも大きければ良く、屈折率nが大きいほど反射部12で全反射する光の成分が増えて上方への光の取り出し効率が良くなる。反射部12の形状は、図8(b)で示すように正面視において直線に限らず、n次の多項式曲線(nは1以上)又はその組み合わせでも良い。また、反射部12の空気層と接する面に、反射を生じさせる反射膜を別途備えても良い。この形態によると、反射部12で全反射を起こさない範囲の深い角度で入射する光についても、その一部をこの反射膜で反射させることができ、封止部材1の屈折率に限らず発光素子5からの光を効率よく反射させることが出来る。
[発光装置の構成の概要]
本発明の第三実施形態に係る発光装置300は、図10(a)、(b)に示すように、主として発光素子5と、支持基材2と、平面視において支持基材2よりも大きな最大外周を有しかつ水平方向において上方に傾斜する反射部12を有する封止部材1で構成される。反射部12の形態以外は第一実施形態、第二実施形態と同様であるので、その他の詳細を省略する。図10(a)は、平面視における発光装置300を示しており、図10(b)は図10(a)におけるA―A’線で切ったときの発光装置300の断面図を示している。
図10(b)で示すように、封止部材1は上部にレンズ部6と、レンズ部6から連続して形成され、かつ水平方向において上方に傾斜する反射部12と、反射部12から連続して支持基材2に沿って下方に伸びる下垂部4を備えている。封止部材1のその他の形態、材質等は第一実施形態、第二実施形態と同様である。
反射部12は、図10(b)に示すように、水平方向に対して上方に傾斜(0<θ<90°)するように形成される。この形態にすることによって、発光素子5から側方又は下方に出射された光のうち、延在された封止部材1の端部、つまり反射部12とレンズ部6の交点から外部に漏れる光の成分を減らすことが出来る。好適には、図11で示すように、反射部12とレンズ部6の交点は発光素子5よりも上に形成されることが好ましい。これによって、反射部12で反射された光が下方向に抜けず二次基板等に吸収されることなく、上方から効率よく光を取り出すことが出来る。
2…支持基材
3…切り欠き
4…下垂部
5…発光素子
6…レンズ部
7…外部電極
8…蛍光体層
9…白色発光素子
12…反射部
100,200,300…発光装置
Claims (9)
- 複数の外部電極を備える支持基材と、
前記支持基材の上面の少なくとも一部に設けられた発光素子と、
前記発光素子を内包し、平面視において前記複数の外部電極よりも大きな最大外周を有する封止部材と、を備え、
前記支持基材は、前記外部電極間に備えられ、前記支持基材の側面と底面とに連続した少なくとも一つの切り欠きを有し、
前記封止部材は、樹脂材料を母材とし、上部に形成されたレンズ部と、前記レンズ部から連続して形成され、前記支持基材の側面に沿って下方に伸びる下垂部と、を有しており、前記切り欠きの少なくとも一部に埋め込まれ、かつ前記外部電極の電極面を露出するように形成されている発光装置。 - 前記レンズ部の形状が、平面視及び正面視において略円形である請求項1に記載の発光装置。
- 前記封止部材が、前記レンズ部と前記下垂部との間に、前記発光素子から側方または下方に出射された光を上方に反射させる反射部を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。
- 正面視において前記反射部が水平方向に対して上方に傾斜していることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- 前記支持基材は配線を設けられた絶縁性基板である請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記絶縁性基板はAl2O3、AlN、Si3N4、またはSiCのセラミック基板である請求項5に記載の発光装置。
- 前記絶縁性基板は樹脂基板又は有機物に無機物が含有されてなるガラスエポキシ基板である請求項5に記載の発光装置。
- 前記絶縁性基板は母材自体にCr 2 O 3 、MnO 2 またはFe 2 O 3 が含有されてなる暗色系の絶縁性基板である請求項5に記載の発光装置。
- 前記発光素子から出射された光によって励起されて、前記発光素子よりも長波長の光を出射する色変換部材をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の発光装置。
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