JP6680081B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本開示に係る実施形態は、光取り出し効率を大幅に低下することなく、装置全体の高さを低くする発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
発光装置100は、X−Z面におけるパッケージ2の正面に開口を有する凹枠部22aの内正面に発光素子1が設けられ、凹枠部22a内の発光素子1は透光性部材3により覆われている。発光装置100は、発光素子1からの光が、透光性部材3を介して凹枠部22aの開口側から正面方向に出射される。凹枠部22aの開口側から正面方向とは、Y軸のマイナス方向である。発光装置100は、例えば、液晶ディスプレイのバックライト用の光源に適するように、高さ方向に扁平に形成された、所謂、サイドビュー型である。発光装置100の高さ方向とは、Z軸方向である。また、凹枠部22aの平面壁部22bの外側壁面22Bに第1充填剤42の粒子の一部が母材41から露出されている。
発光装置100の各構成について順次に詳細に説明する。
内部リード部21aは、光反射性部材22の凹枠部22aの内正面2bにおいて、光反射性部材22から露出して設けられている。光反射性部材22の凹枠部22aの内側面はX軸とY軸に平行な面である。凹枠部22aの内正面2bにおいて、内部リード部21aは2つに分断されており、一方が正極、他方が負極として用いられる。
外部リード部21bは、極性ごとに、対応する内部リード部21aと連続して形成されており、光反射性部材22の右側面、左側面から外部に露出し、光反射性部材22の底面に沿って底面側に延伸するように屈曲して設けられている。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフタルアミド樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、不飽和ポリエステルなどを用いることができる。
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂などを用いることができる。
平面壁部22bでは、前記した範囲の粒径の第1充填剤42の粒子の一部が母材41から空気中に露出することで屈折率差を大きくして、光反射性部材22の外側壁面22Bを透過しようとする光を反射する反射率を向上させることができる。
透光性部材3としては、発光素子1が発する光の波長及び前記した波長変換物質が発する光の波長に対して良好な透光性を有し、封止部材として耐候性、耐光性及び耐熱性の良好な材料が好ましい。このような材料としては、前記した光反射性部材22の母材41と同様の樹脂材料やガラスなどを用いることができる。
次に、発光装置100の動作について、図3A及び図3Bを参照して説明する。なお、図3A及び図3Bでは、代表的な光のみを例示している。
外部リード部21bに外部電源を接続することで、発光素子1が発光する。発光素子1からの光は、透光性部材3を伝播して、直接又は凹枠部22aの内正面2bや壁部の内面で反射して、凹枠部22aの透光性部材3の正面方向から外部に取り出される。
また、発光した光の一部は、凹枠部22aの壁部内、特に薄壁となる平面壁部22bを透過しようとするものもある。壁部内を透過しようとする光は、母材41から露出して母材41との屈折率差が大きい第1充填剤42の粒子が配置されている部分では、反射して光を透光性部材3側に戻すことができる。戻された光は、凹枠部22aの内面等で反射して透光性部材3の正面方向から外部に取り出される。したがって、発光装置100では、平面壁部22bを透過する光を減少させ光取り出し効率を向上させることができる。ここで凹枠部22aの薄壁の厚みが0.05mmより大きくなると第1充填剤42によって反射された光が透光性部材3側に戻ってくる光量が減るため、透光性部材3の正面方向から外部に取り出せる光量に変化がほとんどなくなる。
また、第1充填剤42の表面が母材41で被覆されている場合、光反射性部材22の母材41内を正面方向に伝播する光L2は、母材41と空気との界面における屈折率差が第1充填剤42と空気との界面における屈折率差よりも小さいので、L1と比較して多くが透過しやすい。
一般に、屈折率差のある界面に光が入射した際には、界面への入射光は、屈折率差に応じて一部が反射される。界面を挟んだ2つの媒体の屈折率をn1,n2とすると、その界面に垂直に入射する光の反射率Rは、式(1)で表すことができる。
R=(n1−n2)2/(n1+n2)2 ・・・(1)
また、相対的に高屈折率な媒体から低屈折率な媒体に光が伝播する場合は、スネルの法則により屈折率差や入射角に基づいて、界面で光が反射される。透光性部材3と空気との界面における屈折率差を大きくすることで、当該界面で全反射される光量を増加させることができる。つまり、全反射を増加させる点からも、平面壁部22bから透過する光を減らし、透光性部材3側から外部への光取り出し効率を高めることができる。
次に発光装置の製造方法について、図4〜図7Cを中心に参照しながら説明する。図4は、実施形態に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。図5Aは、パッケージ準備工程で準備されるパッケージの構成を断面にして模式的に示す正面図である。図5Bは、発光素子実装工程で発光素子をパッケージに実装した状態を断面にして模式的に示す正面図である。図5Cは、樹脂供給工程で樹脂を供給したパッケージの状態を断面にして模式的に示す正面図である。図5Dは、ブラスト加工処理の状態を、発光装置を断面にして模式的に示す正面図である。図6Aは、ブラスト加工処理の状態を一部断面にして模式的に示す模式図である。図6Bは、ブラスト加工処理の状態を一部断面にして模式的に示す模式図である。図7Aは、研磨剤を投射する方向の第1の例を示す平面図である。図7Bは、研磨剤を投射する方向の第2の例を示す平面図である。図7Cは、研磨剤を投射する方向の第3の例を示す平面図である。なお、図3A〜図6Bにおいて、パッケージ2は、光反射性部材22の母材41に含有する第1充填剤42を極端に大きく模式的に示して説明する。
(パッケージの準備工程)
パッケージ準備工程S11は、リード電極21の外部リード部21bが底面壁部22c側に配置され、光反射性部材22を側壁として囲まれて、Z軸方向を垂直方向としたときにそのZ軸方向に直交する横方向に開口する凹枠部22aを有するパッケージ2を準備する工程である。
なお、本工程で準備されるパッケージ2において、光反射性部材22の平面壁部22bの最表面(外側壁面22B)側に位置する第1充填剤42は、母材41で被覆されている。
まず、樹脂供給工程S131において、未硬化の透光性の樹脂材料を、例えば、ディスペンサを用いたポッティング法で凹枠部22aに供給する。
次に、樹脂硬化工程S132において、ヒーターやリフロー炉、オーブンなどの加熱装置を用いて加熱することで、樹脂材料を硬化させる。これによって、透光性部材3が形成される。透光性部材3が凹枠部22aに充填されたパッケージ2は、ブラスト加工処理が行われる。
加工処理の対象面に対して垂直(90°)に近い投射角度θで研磨剤74を投射すると、研磨剤74が母材41に突き刺さり、ブラスト加工処理後のパッケージ2に残存し易くなる。また、水平に近い投射角度θで研磨剤74を投射すると、研磨剤74で母材41を除去する効率が低下することがある。従って、投射角度θを前記した範囲とすることで、第1充填剤42を覆う母材41を効率よく除去することができる。
以上説明したように各工程を行うことにより、発光装置100が製造される。
つまり、発光装置100の平面壁部22bにおいて側壁が0.05mm以下の厚みを持つ第1部分22baのみの位置で第1充填剤42の一部が母材41から突出して露出する構成としてもよい。なお、第1部分22baのみにブラスト加工処理を施す場合は、第1部分22ba以外にマスクが設置されることで製造される。
<実施例1〜3>
実施例1〜3として発光装置100の試作を行い光束と表面粗さを測定する。発光装置100は実施形態、図1〜図3Bで説明したものとほぼ同様であるため、説明を省略することもある。比較例1は、ブラスト処理前の発光装置である。表面粗さRaはJIS B0651で規定される算術平均粗さを指す。
発光装置100は、リード電極21及び光反射性部材22を備え、リード電極21を内正面として正面方向に開口を有する凹枠部22aを持つパッケージ2と、パッケージ2に載置される発光素子1と、パッケージ2の凹枠部22a内に配置され発光素子1を覆う透光性部材3と、を備える。リード電極21として、銅を母材とし、母材の表面を銀で覆っているものを使用する。パッケージ2はNSSW303Gを用い、X軸方向がZ軸方向に比べて長さの長いサイドビューパッケージを使用する。
光反射性部材22の凹枠部22aの側壁は0.04mm〜0.05mmの厚みを持つ第1部分22baを有している。第1部分22baは、パッケージ2の平面壁部22bに形成されている。
第1部分22baの外側壁面22Bにおいて、第1充填剤42の粒子の一部が、光反射性部材22の母材41から露出している。
表1は、実施例1〜3、比較例1の発光装置について光束と表面粗さを測定した結果を示す。
なお、表面粗さを測定する針の先端形状はR=2μmであるため、外側壁面22Bに形成される2μmより小さい微細な凹凸は検出し難い。
2 パッケージ
2b 内正面
3 透光性部材
4 ワイヤ
21 リード電極
21a 内部リード部
21b 外部リード部
22 光反射性部材
22B 外側壁面
22a 凹枠部
22b 平面壁部
22ba 第1部分
22c 底面壁部
22d 右側壁部
22e 左側壁部
41 母材
42 第1充填剤
73 ノズル
74 研磨剤
100 発光装置
S11 パッケージ準備工程
S12 発光素子実装工程
S13 透光性部材形成工程
S14 ブラスト加工処理工程
S131 樹脂供給工程
S132 樹脂硬化工程
Claims (18)
- リード電極及び光反射性部材を備え、前記リード電極を内正面として正面方向に開口を有する凹枠部を有するパッケージと、
前記パッケージに載置される発光素子と、
前記パッケージの凹枠部内に配置され前記発光素子を覆う透光性部材と、を備え、
前記光反射性部材は、母材と、前記母材よりも屈折率の高い第1充填剤の粒子と、を含有し、
前記光反射性部材の凹枠部の側壁は0.05mm以下の厚みを持つ第1部分を有しており、前記第1部分の外側壁面において、前記第1充填剤の粒子の一部が前記母材の表面から露出し、突出している発光装置。 - 前記第1充填剤と前記光反射性部材の母材との屈折率差が、0.1以上である請求項1に記載の発光装置。
- 前記光反射性部材は、前記開口のX軸方向の長さが前記X軸方向と直交するZ軸方向の長さよりも長く、前記X軸方向が前記側壁の一つの外側壁面である実装面に平行であり、
前記第1部分は前記X軸方向に平行な外側壁面に形成されている請求項1又は請求項2に記載の発光装置。 - 前記光反射性部材は、前記開口のX軸方向の長さが前記X軸方向と直交するZ軸方向の長さよりも長く、前記X軸方向が前記側壁の一つの外側壁面である実装面に平行であり、
前記第1部分は前記実装面に対向する外側壁面に形成されている請求項1又は請求項2に記載の発光装置。 - 前記光反射性部材は、前記母材が透光性を有する樹脂である請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記光反射性部材の母材から露出している前記第1充填剤の粒子の一部と、前記母材の表面と、で形成される前記外側壁面は、JIS B0651で規定される平均粗さが0.08μm以上0.275μm以下である請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第1充填剤の粒子は、空気透過法又はFisher-Sub-Sieve-Sizers Noで規定される粒径が、0.1μm以上1μm以下である請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第1充填剤は、TiO2、CaSiO3、Al2O3、ZrO2のいずれかである請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記パッケージは、前記発光素子及び前記透光性部材を四方で囲む壁部を備えて前記凹枠部とし、前記壁部は、互いに対向して設けられる2つの薄壁部と、前記薄壁部よりも厚く、互いに対向して設けられる厚壁部と有し、前記第1充填剤の粒子が前記母材から空気中に露出する前記外側壁面を、前記薄壁部の一方とし、前記薄壁部の他方を、外部基板に実装する実装面とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の発光装置。
- リード電極及び光反射性部材を備え、前記リード電極を内正面として正面方向に開口を有する凹枠部を有するパッケージと、前記パッケージに載置される発光素子と、前記パッケージの凹枠部内に配置され前記発光素子を覆う透光性部材と、を備え、前記光反射性部材は、母材と、前記母材よりも屈折率の高い第1充填剤の粒子と、を含有し、前記光反射性部材の凹枠部の側壁は0.05mm以下の厚みを持つ第1部分を有している、ブラスト加工処理前の発光装置を準備する工程と、
前記光反射性部材の第1部分の外側壁面において、前記第1充填剤の粒子の前記母材の表面から突出する一部を前記母材から露出させるブラスト加工処理を行うブラスト加工処理工程と、を含む発光装置の製造方法。 - 前記光反射性部材は、前記開口のX軸方向の長さが前記X軸方向と直交するZ軸方向の長さよりも長く、前記X軸方向が前記側壁の一つの外側壁面である実装面に平行であり、
前記第1部分は前記実装面に対向する外側壁面に形成されている請求項10に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第1充填剤の粒子は、空気透過法又はFisher-Sub-Sieve-Sizers-Noで規定される粒径が、0.1μm以上1μm以下である請求項10又は請求項11に記載の発光装置の製造方法。
- 前記ブラスト加工処理工程は、前記光反射性部材の母材から露出している前記第1充填剤の粒子の一部と、前記母材の表面と、で形成される前記外側壁面が、JIS B0651で規定される平均粗さで0.08μm以上0.275μm以下となるようにブラスト加工処理を施す請求項10乃至請求項12のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記ブラスト加工処理工程は、ブラスト加工処理を施す前と比較して、JIS B0651で規定される表面粗さが−0.2μm以上−0.05μm以下変化するようにブラスト加工処理を施す請求項10乃至請求項13のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記ブラスト加工処理は、水と研磨剤とを含有するスラリーを投射するウェットブラスト加工処理である請求項10乃至請求項14のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記ブラスト加工処理は、前記光反射性部材の外側壁面に対して、15°以上45°以下の角度でスラリーを投射する請求項10乃至請求項15のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記ブラスト加工処理は、平面視において異なる2以上の方向から、前記スラリーを投射する請求項16に記載の発光装置の製造方法。
- 前記ブラスト加工処理は、前記光反射性部材の前記凹枠部に形成した壁部の内、他の壁部よりも薄く、互いに対向して設けられた2つの薄壁部の一方の外側壁面に対して行う請求項10乃至請求項17のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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