JP6572757B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。

近年、光源として発光ダイオードやレーザーダイオード等の発光素子を搭載した発光装置は、各種の照明や表示装置に利用されている。

このような発光装置として、例えば、支持基板の上に導体配線を配置し、当該導体配線と、発光素子の下面に設けた電極とを接合部材を介して電気的に接続するものが知られている。また、発光素子を導体配線上に実装する際の精度を向上させるため、支持基板上であって発光素子の周りに枠体を近接するように設けているものがある（特許文献１）。

特開２００６−１１４６３５号公報

しかし、このような発光素子の周りに枠体が近接して設けられた発光装置では、発光素子と支持基板との接合強度が十分ではなく、例えば繰り返し振動する環境下において使用した場合に、支持基板から発光素子が剥離する虞があった。

上記課題を解決するため、本発明の実施形態に係る発光装置は、上面に導体配線が設けられた支持基板と、接合部材を介して前記導体配線の上面に配置された発光素子と、前記支持基板の上面に設けられた枠体であって、上面側から見て、前記発光素子に近接して前記発光素子を取り囲む内側面に複数の凹部を有する枠体と、を含み、前記導体配線は、前記発光素子の直下に位置する直下部と、上面側から見て前記直下部から前記複数の凹部のうち一部の凹部の内側に延在する延在部と、を有することを特徴とする。

本発明の実施形態に係る発光装置によれば、繰り返し振動する環境下での使用であっても発光素子の剥離を抑制することができる発光装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のうち、発光素子を除いた態様を模式的に示す平面図である 図３は、図１のＡ−Ａ線における模式的な断面図である。 図４は、図１のＢ−Ｂ線における模式的な断面図である。 図５は、図３のＸ部における模式的な拡大図であり、第１凹部２２の近傍における接合部材５０の態様を示す。 図６は、図４のＹ部における模式的な拡大図であり、第２凹部２４の近傍における接合部材５０の態様を示す。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。 図８は、図７のＣ−Ｃ線における模式的な断面図である。

本発明者らは、従来の発光装置において導体配線に発光素子を実装する際に、導体配線上の余剰な接合部材が発光素子の外周の全体から外側に広がるため、発光素子の直下にある接合部材のフラックス成分が十分に揮発せず、発光素子と導体配線との接合強度が十分に得られないことに着眼した。
本発明者らは鋭意検討した結果、支持基板上の導体配線において、発光素子の直下に位置する直下部と、当該直下部から、枠体が有する複数の凹部のうちの一部の凹部の内側まで延在する延在部とを設けることによって、接触不良を抑制し、かつ繰り返し振動する環境下での使用による発光素子の剥離も抑制できることを見出した。
すなわち、余剰な接合部材は支持基板よりも濡れ性の高い延在部に優先的に広がるので、延在部が内側に延在しない凹部と発光素子の側面との間に十分な空間が確保される。この結果、発光素子の直下にある接合部材のフラックス成分が揮発し易くなり、発光素子と導体配線との間の接合強度が向上するため、発光素子の剥離を抑制することができる本発明の発光装置に至ったものである。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。以下に説明する発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態において説明する内容は、他の実施の形態にも適用可能である。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「横」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す平面図であり、図２は、発光装置１００のうち発光素子１０を除いた態様を模式的に示す平面図であり、点線で示す部分は、発光素子１０が実装される範囲を示している。図３および図４は、それぞれ図１のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線における発光装置１００を模式的に示す断面図である。図５は、図３のＸ部における模式的な拡大図であり、第１凹部２２の近傍における接合部材５０の態様を示している。図６は、図４のＹ部における模式的な拡大図であり、第２凹部２４の近傍における接合部材５０の態様を示している。

図１に示すように、発光装置１００は、支持基板４０と、支持基板４０の上面に設けられた導体配線３０と、導体配線３０の上面に配置された発光素子１０と、支持基板４０の上面であって、上面側から見て発光素子１０を取り囲んで設けられた枠体２０とを含んでいる。
上面側から見て、枠体２０は、複数の凹部２１を含んでいる。複数の凹部２１は、導体配線３０の一部が内側に延在している第１凹部２２と、導体配線３０が内側に延在してしない第２凹部２４とを含んでいる。これによって後述するように、発光装置１００の短絡を抑制（以下において、短絡抑制効果と称することがある）し、かつ発光素子１０と導体配線３０との接合強度を向上させ、繰り返し振動する環境下での使用であっても導体配線３０から発光素子１０が剥離するのを抑制（以下において、剥離抑制効果と称することがある）することができる。
以下に、各構成部材について詳述する。

（発光素子）
発光素子１０は、上面側から見た外縁形状が略矩形であると共に、対向する２つの第１側面と、互いに対向する２つの第２側面と、を有し、実装面側である下面にはｎ側電極およびｐ側電極がそれぞれ形成されている。発光素子１０は、ｎ側電極及びｐ側電極を介して導体配線３０と電気的に接続されている。このような発光素子１０としては、当該分野で一般的に用いられている発光素子を用いることができる。例えば、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）の窒化物半導体材料を用いた発光素子が挙げられる。

（接合部材５０）
接合部材５０は、発光素子１０の電極を導体配線３０の上面に接合するための部材である。接合部材５０としては、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ａｕ−Ｓｎ系の導電性ペーストが挙げられる。

（導体配線３０）
図２に示すように、導体配線３０は、第１導体配線３６と、第１導体配線３６と電気的に分離している第２導体配線３８とを含む。第１導体配線３６は、発光素子１０のｎ側またはｐ側のいずれか一方の電極と電気的に接続され、第２導体配線３８は、発光素子１０の他方の電極と電気的に接続されている。第１導体配線３６は、発光素子１０の直下に位置する直下部３２と、当該直下部３２から枠体２０の複数の凹部２１のうち一部の凹部（所謂、第１凸部２２）の内側に延在する延在部３４から構成されている。第２導体配線３８は、直下部３２から構成されている。

図３に示すように、第１導体配線３６の延在部３４は、発光素子１０の側面１２より外側であって第１凹部２２の内側まで延在している。さらに図５に示すように、発光素子１０の下面には電極１４が設けられており、電極１４と第１導体配線３６とは、接合部材５０を介して電気的に接続されている。第１導体配線３６が延在部３４を有することにより、第１導体配線３６に接合部材５０が過剰に供給された場合であっても、発光素子１０を導体配線３０に実装する際、余剰の接合部材５０が、上面視で直下部３２の周囲（特に、第１導体配線３６の直下部と第２導体配線３８の直下部との間）にある支持基板４０上に広がることなく、支持基板４０よりも濡れ性の高い延在部３４上に広がる。このため、余剰の接合部材５０が第１導体配線３６から第２導体配線３８へ広がることを防止できる結果、発光装置１００の短絡を抑制することができる。

また、延在部３４は、直下部３２から第１凹部２２の内部まで延在していれば、曲線を有する形状、矩形状等の任意の形状であってよい。延在部３４は、上面側から見て、第１凹部２２と同形状であることが好ましい。このような形状であれば、延在部３４の面積を大きくすることができ、より多量の余剰な接合部材５０が延在部３４上へ広がることができるので、短絡抑制効果をより向上させることができる。

第１導体配線３６は、延在部３４を１つだけ有してもよいが、複数有することが好ましい。延在部３４を複数有することにより、より多量の余剰な接合部材５０が広がることができるので、短絡抑制効果をより向上させることができる。また、延在部３４を複数有する場合には、上面側から見て、発光素子１０の１つの側面の位置から外側に１つの延在部３４が延在してもよく、また１つの側面の位置から外側に複数の延在部３４が延在してもよい。

図２に示すように、第１導体配線３６が延在部３４を２つ有している場合、第１導体配線３６の延在部３４は、発光素子１０の側面１２のうち対向する２つの側面それぞれの位置において、第１導体配線３６の直下部３２から外側に延在しているのが好ましい。すなわち、発光素子１０は、上面側からみた外縁形状が略矩であるとともに、互いに対向する２つの第１側面と、互いに対向する２つの第２側面と、を有しており、上面側から見て、複数の凹部２１は、延在部３４が内側に延在し且つ２つの第１側面のそれぞれに対向して設けられた第１凹部２２を有する。このように、発光素子１０の対向する２つの側面（所謂、第１側面）から外側に延在部３４が延在していることにより、延在部３４は一箇所に偏ることがない。そして、余剰の接合部材５０が、第１導体配線３６の左右方向に均等に広がる結果、発光素子１０の位置ずれをより抑制することができるため、接触不良の少ない発光装置１００とすることができる。

延在部３４の面積は、第１導体配線３６の面積に対して５％以上であることが好ましい。延在部３４がこのような大きさであれば、短絡抑制効果を充分に得ることができる。第１導体配線３６の面積に対する延在部３４の面積は、より好ましくは、１０％以上である。ここで「延在部３４の面積」とは、延在部３４が複数個存在する場合は、複数の延在部３４の面積の総面積である。また、「延在部３４の面積」とは、上面視して、発光素子１０の外側面１２よりも外側（すなわち、図２において、発光素子１２の実装範囲を示す点線よりも外側）に存在する延在部３４の面積をいう。

図２に示すように、発光装置１００では、第２導体配線３８よりも大きい面積を有する第１導体配線３６の直下部３２から延在部３４が延在している。このように、第２導体配線３８よりも面積の大きい第１導体配線３６に延在部３４が含まれることにより、第２導体配線３８の直下部３２から延在部３４が延在する場合に比べて、より多くの量の余剰の接合部材５０が延在部３４に広がることができるので、短絡抑制効果をより向上させることができる。延在部３４は、第１導体配線３６に含まれる形態の他に、第１導体配線３６と第２導体配線３８のそれぞれから延在していてもよい。

導体配線３０の材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、又はこれらの合金が挙げられる。特に、発光素子１０からの光を効率良く反射可能な材料であるＡｌ、Ａｇ又はこれらの合金を最表面に有することが好ましい。

（枠体２０）
図１に示すように、枠体２０は、内側面２６と外側面２８とを有しており、内側面２６に複数の凹部２１が形成されている。枠体２０の内側面２６は、発光素子１０の側面１２と近接して設けられているため、枠体２０が発光素子１０を導体配線３０の上面に実装する際のガイドとなり、発光素子１０の位置ずれを抑制することができる。この結果、接触不良の少ない、電気的に信頼性の高い発光装置１００を簡便に得ることができる。また、複数の凹部２１を構成する側面を除く枠体２０の内側面２６の形状は、発光素子１０の側面１２の形状と略同一であることが好ましく、これにより発光素子１０の位置ずれをより抑制することができる。

また図２に示すように、複数の凹部２１は、導体配線３０の延在部３４が内側に延在する第１凹部２２と、延在部３４が内側に延在しない第２凹部２４とを、それぞれ少なくとも１つ以上有する。これにより発光装置１００は、前述した短絡抑制効果に加えて、剥離抑制効果を有することができる。

より具体的には、図４および図６に示すように、第２凹部２４に対向する発光素子１０の側面（所謂、第２側面）１２の下方では、第１導体配線３６が発光素子１０の側面１２よりも外側に延在していない。前述したように、余剰の接合部材５０は、上面側から見て直下部３２の周囲にある支持基板４０上に広がることなく、支持基板４０よりも濡れ性の高い延在部３４上に優先的に広がる。このため、図６に示すように、第２凹部２４に対向する発光素子１０の側面１２の下方において、余剰な接合部材５０は第１導体配線３６の直下部３２の外縁より外側に広がらない。すなわち、第２凹部２４はその内側に導体配線の延在部３４が延在していないため、第２凹部２４と発光素子１０との間には、発光素子１０の直下にある接合部材５０のフラックス成分が十分に揮発するための空間が存在することになる。この結果、発光素子１０の電極１４と第１導体配線３６との間の接合強度が向上し、それにより発光素子１０の剥離抑制効果を得ることができる。

また、図１に示すように、複数の凹部２１は、延在部が内側に延在せず且つ発光素子１０の互いに対向する２つの側面（所謂、第２側面）のそれぞれに対向して設けられた第２凹部２４を有しているのが好ましい。このように、発光素子１０が有する対向する２つの側面のそれぞれに対向するように第２凹部２４を設けることにより、すなわち、発光素子１０の側面１２に対して第２凹部２４を一箇所または一方向に偏ることなく設けることにより、発光素子１０の直下にある接合部材５０のフラックス成分は、上面側から見て、発光素子１０の上下方向から均等に揮発することができる。この結果、発光素子１０は、接合部材５０による接着剤としての効果を、一箇所または一方向に偏ることなく、上面側から見て上部および下部から均等に受けることができるので、発光装置全体として、剥離抑制効果をより高めることができる。

さらに、第２凹部２４のそれぞれは、上面側から見て、発光素子１０の中心（すなわち、発光素子１０が矩形状である場合は、２本の対角線の交点）に対して、略点対称の関係となるように形成することが好ましい。複数の第２凹部２４をこのように形成することにより、発光素子１０の直下にある接合部材５０のフラックス成分は、発光素子１０の側面１２に対して、一箇所または一方向に偏ることなく均等に揮発することができる。この結果、発光素子１０は、接合部材５０による接着剤としての効果を、一箇所または一方向に偏ることなく、上面側から見て上部および下部からより均等に受けることができるので、発光装置全体として、剥離抑制効果をさらに高めることができる。

また、第２凹部２４は、上面側から見て発光素子１０の１つの側面に対して複数の第２凹部２４が設けられてもよいし、発光素子１０の複数の側面のそれぞれに対して第２凹部２４が１つずつ設けられてもよい。いずれの形態であっても、延在部３４が延在する第１凹部２２を少なくとも１つ有することに加えて、延在部３４が延在しない第２凹部２４を少なくとも１つ有することにより、発光装置１００は、短絡抑制効果に加えて、剥離抑制効果を得ることができる。

第２凹部２４は、導体配線３０が延在していなければ、上面側から見て、曲線を有する形状、矩形状等の任意の形状であってよい。第２凹部２４は、矩形状であることが好ましい。このような形状であれば、第２凹部２４が形成する空間を大きくすることができ、発光素子１０の直下にある接合部材５０のフラックス成分がより揮発しやすくなるため、剥離抑制効果をより向上させることができる。

枠体２０は、セラミックや樹脂などで形成することができる。光反射性の高いアルミナが好ましいが、表面に反射膜を形成すればこれに限らない。樹脂であれば、スクリーン印刷等を用いるほか、成形体を支持基板４０に接着してもよい。この枠体２０は、発光素子１０を実装後に取り外すこともできる。

（支持基板４０）
支持基板４０としては、公知の任意の材料を用いてもよい。例えば、ポリフタルアミド、液晶ポリマー、ポリイミドなどの熱可塑性樹脂、またはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂のいずれかを使用することができる。また、セラミックスを使用することもできる。特に、絶縁性、耐熱性及び耐光性に優れ、導体配線３０との密着性が良好なエポキシ樹脂が好適に用いられる。なお、ガラス、セラミックス等の無機物等を母材として用いてもよい。支持基板４０は光反射性を有していると好ましく、上述の母材に、例えば、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム等の光反射材料を含有していると好ましい。その他、着色剤等を添加してもよい。

（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態に係る発光装置２００について、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。発光装置２００の各要素について、特段の説明の無いものについては、第１の実施形態の対応する要素と同じ構成を有してもよい。

発光装置２００は、発光素子１０と枠体２０との間に充填され、発光素子１０の少なくとも側面１２を覆う絶縁性部材６０を有する点において、第１の実施形態に係る発光装置１００と異なる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図であり、図８は、図７のＣ−Ｃ線における模式的な断面図である。図７および図８に示すように、発光装置２００は、発光素子１０と枠体２０との間に充填され、発光素子１０の少なくとも側面１２を覆う絶縁性部材６０を有する。発光装置２００は、このような絶縁性部材６０を有することにより、発光素子１０の側面１２が絶縁性部材６０により横方向（すなわち、図７における上下左右の方向）から支持されるので、発光装置２００を振動する環境で使用した場合であっても、発光素子１０の横方向への位置ずれを抑制することができるので、発光素子１０に対する剥離抑制効果をより高めることができる。また、このような絶縁性部材６０を有することにより、発光素子１０は、その側面１２において絶縁性部材６０と面接触または面接合するため、発光装置２００を振動する環境で使用した場合であっても、絶縁性部材６０との面接触または面接合により生じる摩擦抵抗または接合力により、発光素子１０の縦方向（すなわち、図８における上下の方向）への位置ずれを抑制することができ、発光素子１０に対する剥離抑制効果をより高めることができる。

絶縁性部材６０は、発光素子１０の少なくとも側面１２を覆うように充填されていれば、発光素子１０の剥離抑制効果を高めることができる。発光装置２００の絶縁性部材６０の形態は、これに限定されない。すなわち、発光素子１０の少なくとも側面１２を覆うように充填されていれば、発光素子１０の上面の全体を覆うように充填されてもよい。絶縁性部材６０をこのような形態にすることで、発光素子１０の側面および上面は、絶縁性部材６０により支持されるため、発光装置２００を振動する環境で使用した場合であっても、発光素子１０の横方向および縦方向へのずれを抑制することができるので、発光素子１０に対する剥離抑制効果をさらに高めることができる。

絶縁性部材６０に好適な材料としては、樹脂、セラミック、パルプ、ガラスがあり、特に樹脂が好ましい。絶縁性部材６０に好適な樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、これらの変性樹脂又はこれらの樹脂を１種以上含むハイブリッド樹脂等などが挙げられる。

絶縁性部材６０は、透光性材料であってもよいが、発光素子１０からの光に対する反射率が６０％以上の反射性材料であることが好ましく、７０％、８０％又は９０％以上の反射性材料であることがより好ましい。これにより、絶縁性部材６０を透過する光を低減し、発光素子１０の発光面からの光取出し効率を高めることができる。反射性材料としては、絶縁性部材６０の材料（例えば、樹脂）に、二酸化チタン、二酸化ケイ素などの光反射材を含有しているものが挙げられる。

絶縁性部材６０は、添加物として、ガラスファイバー、ワラストナイトなどの繊維状フィラー、カーボン等の無機フィラー、放熱性の高い材料（例えば、窒化アルミニウム）を含有させてもよい。これにより、絶縁性部材６０の強度、硬度、放熱性を高めることができる。これらの添加物は、例えば、絶縁性部材６０の全重量に対して、１０〜９５重量％程度含有させることが好ましい。

１００、２００：発光装置
１０：発光素子
１２：発光素子の側面
１４：電極
２０：枠体
２１：凹部
２２：第１凹部
２４：第２凹部
２６：枠体の内側面
２８：枠体の外側面
３０：導体配線
３２：直下部
３４：延在部
３６：第１導体配線
３８：第２導体配線
４０：支持基板
５０：接合部材
６０：絶縁性部材

Claims (5)

1. 上面に導体配線が設けられた支持基板と、
   接合部材を介して前記導体配線の上面に配置された発光素子と、
   前記支持基板の上面に設けられた枠体であって、上面側から見て、前記発光素子に近接して前記発光素子を取り囲む内側面に複数の凹部を有する枠体と、
   を含み、
   前記導体配線は、前記発光素子の直下に位置する直下部と、上面側から見て前記直下部から前記複数の凹部のうち一部の凹部の内側に延在する延在部と、を有し、
   上面側から見て、前記枠体の前記内側面のうち、前記複数の凹部を構成する側面を除いた内側面は、上面側から見て、前記発光素子と略同一の形状であることを特徴とする発光装置。
2. 前記発光素子は、上面側から見て略矩形状であると共に、互いに対向する２つの第１側面と、互いに対向する２つの第２側面と、を有し、
   上面側から見て、前記複数の凹部は、前記延在部が内側に延在し且つ前記２つの第１側面のそれぞれに対向して設けられた第１凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 上面側から見て、前記複数の凹部は、前記延在部が内側に延在せず且つ前記２つの第２側面のそれぞれに対向して設けられた第２凹部を有することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記発光素子と前記枠体との間に充填された絶縁性部材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記導体配線は、前記発光素子のｎ側又はｐ側のいずれか一方の電極と電気的に接続された第１導体配線と、前記発光素子の他方の電極と電気的に接続され、かつ前記第１導体配線と分離している第２導体配線と、を含み、
   前記第１導体配線は、前記第２導体配線より大きい面積を有しており、
   前記延在部は、前記第１導体配線に含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。

Images