JP6699580B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本開示は、発光装置に関する。
従来から、基板上に間隙をあけて配設された複数個の半導体発光素子と、複数個の半導体発光素子に対して個別に設けられた蛍光体板と、半導体発光素子の上面と蛍光体板の下面とを接着固定する透明な接着部材と、半導体発光素子および蛍光体板を取り囲み、光反射性の微粒子を含有する反射層とを備える発光装置が提案されている。
特開２０１５−０７９８０５号公報
このような発光装置は、２つの半導体発光素子に挟まれた反射層に熱応力が籠りやすく、それにより反射層等に破損を生じさせるおそれがある。
本発明の一実施の形態は、複数の発光素子の周囲を被覆する光反射性の被覆部材等の破損を抑えることができる発光装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施の形態の発光装置は、
第１ランド及び第２ランドを上面に有する基板と、
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、
前記第１発光素子の側面、前記第２発光素子の側面及び前記基板の上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、
前記第１発光素子及び第２発光素子間の前記被覆部材には凹部が設けられており、前記凹部の底面は前記基板内に配置されている。
本発明の一実施の形態の発光装置によれば、被覆部材等のクラックを効果的に抑えることができる。
本発明の一実施の形態を示す発光装置の概略平面図である。 図１Ａに示す発光装置のＡ−Ａ’線概略断面図である。 図１Ａに示す発光装置のＢ−Ｂ’線概略断面図である。 図１Ａに示す発光装置における要部の概略拡大図である。 図１Ａに示す発光装置の変形例における要部の概略拡大図である。 本発明の別の実施の形態を示す発光装置の概略断面図である。 本発明の他の実施の形態を示す発光装置の概略斜視図である。 図３Ａに示す発光装置の概略下面図である。 図３Ａに示す発光装置のＣ−Ｃ’線概略断面図である。
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、本発明を以下のものに限定しない。また、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。
なお、本願において、上下又は上下面は、図１Ｂに図示した状態での発光装置及び各部材の上下方向と一致した方向に面する。
本願における発光装置１は、例えば、図１Ａ〜１Ｅに示すように、基板１０と、第１発光素子２１と、第２発光素子２２と、被覆部材５０とを備えている。基板１０は、上面１０ａに、第１ランド１１と、第２ランド１２と、を有し、第１発光素子２１は、第１ランド１１にフリップチップ実装されている。つまり、第１発光素子２１の一面に設けられた正負電極が、導電性接着部材６０を介して第１ランド１１に接続されている。第２発光素子２２は、第２ランド１２にフリップチップ実装されている。つまり、第２発光素子２２の一面に設けられた正負電極が導電性接着部材６０を介して第２ランド１２に接続されている。被覆部材５０は、第１発光素子２１の側面、第２発光素子２２の側面及び基板１０の上面１０ａを被覆している。第１発光素子２１及び第２発光素子２２の間には、被覆部材５０から基板１０に及ぶ凹部５０ｓが設けられている。従って、この凹部５０ｓは、その底面５０ｂが基板１０内に配置されている。
このような構成を有する発光装置１は、凹部５０ｓによって、第１発光素子２１と第２発光素子２２間の被覆部材５０に伸び代が与えられ、この伸び代によって、被覆部材のクラック(破損)の原因となる第１発光素子２１と第２発光素子２２間の被覆部材５０の上方向への変形を緩和することができる。これにより、被覆部材５０等における破損の発生を抑えることができる。また、凹部５０ｓは、発光装置１の位置決めガイドとして利用することもできる。
また、凹部５０ｓの底面を基板１０内に配置することで、凹部５０ｓの下方において被覆部材５０を確実に存在させないようにすることができる。これにより、被覆部材５０等における破損の発生を抑えることができる。また、凹部５０ｓを、被覆部材５０を切断することによって形成する場合、凹部５０ｓの底面を基板１０内に配置するよう切断することで、容易に確実に基板１０の上面１０ａにおける被覆部材５０を存在させないようにすることができる。
発光装置１は、側面発光型であってもよいし、上面発光型であってもよい。側面発光型の発光装置とは、例えば、発光装置１が回路基板等に実装された際に、該回路基板等と対向する発光装置１の側面と、発光装置１の主発光方向が互いに略垂直である構成を指す。上面発光型の発光装置とは、例えば、実装方向と主発光方向が互いに略平行である構成を指す。
発光装置の平面形状は適宜選択できるが、矩形状とすることで、量産性が高まるため好ましい。特に、発光装置がバックライト用の光源として用いられる場合の平面形状は、長手方向と短手方向を有する長方形が好ましい。発光装置がフラッシュ用の光源として用いられる場合には、平面形状は正方形が好ましい。
（被覆部材５０）
被覆部材５０は、少なくとも、第１発光素子２１と、第２発光素子２２との間に設けられ、及び基板１０の上面１０ａを被覆する部材である。被覆部材５０は、発光装置の光取り出し効率を向上させる観点から、光反射性であることが好ましい。光反射性とは、例えば、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％以上であることを意味する。
被覆部材５０の形状は、例えば、平面形状が四角形等の多角形、円又は楕円形等が挙げられる。なかでも、四角形が好ましく、後述する第１ランドと第２ランドとが配列された方向に長尺である四角形であることがより好ましい。これにより、発光装置をバックライト用の光源として好ましく用いることができる。また、被覆部材５０は、第１ランド及び前記第２ランドの配列方向に延伸して設けられ、かつ、上面５０ａ及び下面５０ｂｂに隣接する第１側面と、この第１側面の反対側の（対向する）第２側面と、上面５０ａ、下面５０ｂｂ及び第１側面とそれぞれ隣接する第３側面と第４側面とを有することが好ましい。この場合、第１側面は、第１ランドと第２ランドの配列方向に長尺であることが好ましい。
以下、本明細書では、各部材の側面のうち、発光装置１が実装される際に回路基板等と対向する側の面を第１側面と呼ぶ。
被覆部材５０の平面形状は、図３Ａに示すように、発光装置１の平面形状とほぼ一致していることが好ましい。これにより、発光装置を小型にすることができる。
被覆部材５０における第１側面、第２側面、第３側面、及び第４側面の少なくともいずれか１つは、発光装置の内側に又は外側に傾斜していることが好ましい。特に、上面に向かって内側に傾斜していることが好ましく、第１側面、第２側面、つまり、上面視における第１ランドと第２ランドとの配列方向に対して垂直な方向に面する被覆部材５０の側面が、上面に向かって内側に傾斜していることがより好ましい。これにより、発光装置１の回路基板などへの実装時に回路基板と対向する被覆部材５０の第１側面と回路基板面との接触が抑えられ、発光装置１の実装が安定しやすい。また、実装後に被覆部材５０が熱膨張した際、回路基板との接触による応力を抑えることができる。さらに、実装過程等において、被覆部材５０の第２側面と吸着ノズル（コレット）との接触が抑えられ、発光装置１の吸着時の被覆部材５０の損傷を抑制することができる。また、発光装置１が照明ユニットなどに組み込まれた際、被覆部材５０の側面が傾斜を有していれば、該被覆部材５０の側面と同じ側にある基板１０の側面が優先的に周辺部材と接触することとなり、被覆部材５０の応力歪みを抑えることができる。これらの結果、被覆部材５０のクラックの発生をより一層低減することができる。傾斜は、基板１０の上面の法線方向に対して、０．３〜３°であることが好ましく、０．５〜２°であることがより好ましく、０．７〜１．５°であることがさらに好ましい。
なお、被覆部材５０の第１側面、第２側面、第３側面、第４側面は、発光装置１の外側面を構成する側面を指す。被覆部材５０が凹部５０ｓによって分断されている場合においても、第３側面及び第４側面は、凹部５０ｓを構成する面ではなく、発光装置１の外側面を構成する面を指す。
被覆部材５０の平面形状が、第１ランド及び第２ランドが配列された方向に長尺である四角形である場合、被覆部材５０の第１側面は、後述する基板の第１側面（つまり、第１側面）と実質的に同一面を形成することが好ましい。ただし、被覆部材の側面が上述した傾斜を有する場合は、被覆部材５０と基板１０との第１側面同士の境界において、段差が存在せず、略面一であることが好ましい。ここでの略とは、数十μｍ程度の段差は許容されることを意味する。なお、ここでは、第１側面における被覆部材５０と基板１０との境界のみが面一であってもよいが、第１側面及び第２側面の双方において面一であることが好ましい。
第１発光素子または第２発光素子の間において、被覆部材５０の第１発光素子または第２発光素子の側面から垂直な方向への幅は、約５０μｍ以上であることが好ましい。これにより、発光素子からの光を十分に遮光することができる。また、１５０〜３００μｍ程度であれば、被覆部材５０の強度が高まり好ましい。
被覆部材５０は、母材と光反射性物質とから構成されることが好ましい。
（被覆部材の母材）
被覆部材５０は、液状の状態から硬化して固体となる母材を用いることが製造が容易であり、好ましい。これにより、被覆部材５０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容易に形成することができる。
被覆部材の母材としては、樹脂を用いることができる。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る点で好ましい。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。
被覆部材５０が樹脂を母材として構成される場合、被覆部材５０の線膨張係数は、後述する基板１０、第１発光素子２１及び第２発光素子２２を構成する材料よりも高い。ここで、被覆部材を構成する材料が複数存在する場合、例えば、母材に後述する光反射性物質、フィラー等が含有されている場合、それらの複合材料の線膨張係数を意味する。
（光反射性物質）
光反射性物質としては、例えば、白色顔料が挙げられる。
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、酸化ジルコニウム等が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。白色顔料の形状は、不定形又は破砕状でもよいが、流動性の観点から、球状であるものが好ましい。白色顔料の粒径は、例えば、０．１〜０．５μｍ程度が挙げられるが、光反射及び被覆の効果を高めるために小さい程好ましい。被覆部材中の光反射性物質の含有量は、光反射性及び液状時における粘度などの観点から、被覆部材の全重量に対して１０〜８０ｗｔ％が好ましく、２０〜７０ｗｔ％がより好ましく、３０〜６０ｗｔ％がさらに好ましい。
被覆部材は、さらに、フィラーを含有してもよい。フィラーとしては酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。特に、熱膨張係数の小さい酸化珪素が好ましい。
（凹部５０ｓ）
凹部５０ｓは、上述したように、第１発光素子及び第２発光素子間における被覆部材５０に配置されており、その底面５０ｂは、基板１０内に配置されている。
凹部５０ｓは、平面視において、被覆部材５０が四角形である場合、対向する（反対側の）第１側面と第２側面とを連結する方向に延長していることが好ましい。この場合、凹部５０ｓの端は、側面に達していなくてもよいが、少なくとも一方の側面に達していることが好ましく、双方の側面に達していることが好ましい。凹部５０ｓが被覆部材の一対の側面に達していることにより、被覆部材５０の表面積が増加するため、放熱性を向上させることができ、被覆部材５０におけるクラックを効果的に低減することができる。また、凹部５０ｓは、第１側面と第２側面に対して直交するように延長していることがより好ましい。特に、被覆部材５０が長方形である場合、凹部５０ｓは、長手方向に沿って伸びるに直交するように、短手方向に延長していることが好ましい。被覆部材５０の熱膨張量は被覆部材５０の長手方向に大きくなるため、被覆部材５０を、長手方向を分断する形態で凹部５０ｓを設けることにより、被覆部材５０に負荷される熱応力を緩和させることができる。その結果、被覆部材におけるクラックの発生を低減することができる。
また、凹部５０ｓの底面５０ｂが基板１０内に配置されていることにより、被覆部材のみならず、基板からの放熱をも確保することができ、クラックの発生を効果的に低減することができる。
凹部５０ｓは、平面視において、第１発光素子２１と第２発光素子２２の間の被覆部材５０の中央部に設けられることが好ましい。凹部５０ｓの平面形状は、線状、線状に並んだ点状等のいずれでもよい。また、曲線状、波線状、破線状、折れ線状のいずれでもよい。さらに、凹部５０ｓの側面は、被覆部材５０の上面から基板側の下面にわたって、垂直であることが好ましいが、傾斜していてもよい。また、テーパー状、逆テーパー状であってもよい。つまり、長手方向に沿った断面図において、凹部５０ｓの側面が、基板１０の上面１０ａに対して垂直であってもよく、傾斜していてもよい。
凹部５０ｓは、第１発光素子２１と第２発光素子２２の間に１つのみならず、複数設けられていてもよい。
凹部５０ｓの上面視における幅（図１Ｅに示すＷ）は、凹部５０ｓを挟む被覆部材５０が熱膨張によって伸びる量によって適宜選択できる。被覆部材５０が発光装置の使用時、製造工程又は組み込み工程等に加わる熱によって膨張した場合に、凹部５０ｓが残る程度に設定することが好ましい。例えば、凹部５０ｓの幅Ｗの下限値は、０．０１ｍｍ以上であることが好ましく、０．０３ｍｍ以上であることがより好ましく、０．１ｍｍ以上であることがより好ましい。また、凹部５０ｓの幅Ｗの上限値は、適宜選択できるが、第１発光素子２１と第２発光素子２２間の被覆部材５０の肉厚の確保の観点から、０．４ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。凹部５０ｓの長さ（図１Ａ中、Ｌ）は、０．３ｍｍ以上であることが好ましく、被覆部材５０の上面から下面までの全長にわたることがより好ましい。凹部５０ｓの底面５０ｂは、基板１０の上面１０ａからの深さ（図１Ｅ中、Ｄ）が、０．０１ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であることがより好ましい。また、別の観点から、基板１０の凹部５０ｓが配置されていない厚み(図１Ｅ中、Ｔ）は、０．３ｍｍ以上であることが好ましく、０．４ｍｍ以上であることがより好ましい。底面５０ｂは、図１Ｄに示すように、平坦な面であってもよいし、図１Ｅに示すように曲面を有する底面１５０ｂであってもよい。
このような形状の凹部５０ｓが配置されることにより、被覆部材５０におけるクラック、特に、第１発光素子２１、第２発光素子２２、後述する第１透光性部材３１、第２透光性部材３２の各側面と直接接する部位におけるクラックの発生を効果的に低減することができる。
なお、被覆部材５０の上面は、平坦であってもよいし、硬化前の表面張力による這い上がり及び／又は硬化収縮などにより凸面又は凹面であってもよい。ここで、凹部５０ｓは、このような硬化収縮によう凹面とは別に形成されるものである。
被覆部材５０において、凹部５０ｓは、回転円盤状のダイシングソーによる切削、引き切り型又は押し切り型のカッターによる切断、金型による成形等によって形成することができる。切削や切断により、被覆部材５０から基体１０にわたる凹部５０ｓを容易に形成することができる。
製造工程中、複数の発光素子２１、２２または複数の被覆部材５０を行列状に形成し、それぞれ異なる発光装置の一部となる隣接する被覆部材５０を連続して線状に切断することで、凹部５０ｓを形成してもよい。これにより、容易に凹部５０ｓを形成することができ好ましい。
後述するように、１つの発光装置に搭載される発光素子が３以上である場合には、凹部５０ｓは、隣接する２つの発光素子間にそれぞれ配置することが好ましい。
（基板１０）
基板１０は、発光素子を実装するためのものであり、その上面１０ａに一対の第１ランド１１と、一対の第２ランド１２とを含む。また、これらランド間を連結する、または引きまわす配線が、基板１０の上面１０ａ、内部、上面に対向する下面１０ｂ等に配置されていてもよい。
基板１０は、例えば、樹脂、繊維強化樹脂、セラミックス、ガラス、金属、紙等を用いて構成することができる。樹脂又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）、ポリイミド等が挙げられる。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、窒化チタン又はこれらの混合物等が挙げられる。金属としては、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はこれらの合金などが挙げられる。なかでも、絶縁性の材料からなることが好ましい。また、これらセラミックス、樹脂又はガラス等の中に、フィラー等が含有されていてもよい。
基板は、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ものを用いて形成することが好ましい。これにより、基板と第１発光素子及び第２発光素子との剥離、第１発光素子及び第２発光素子が基板の熱膨張係数との差によって破壊されるおそれを低減することができる。なお、基板は、線膨張係数が小さいほど、基板１０に実装された第１発光素子２１及び第２発光素子２２が動きにくく、両素子に挟まれた位置の被覆部材５０に掛かる熱応力が増大しやすくなる。よって、本実施形態の凹部５０ｓにより被覆部材５０の熱応力の籠りを緩和する技術的意義が高くなる。このため、基板の線膨張係数は、１５ｐｐｍ／℃以下であることが好ましく、１０ｐｐｍ／℃以下であることがより好ましく、５ｐｐｍ／℃以下であることがさらに好ましく、１ｐｐｍ／℃以上であることが好ましい。なお、基板の線膨張係数とは、上述したセラミックス、樹脂又はガラスのみならず、フィラー等が含有されている場合には、それらの複合材料による基板の線膨張係数とする。
基板１０の形状は、例えば、平面形状が四角形等の多角形、円又は楕円形等が挙げられる。なかでも、四角形が好ましく、第１ランドと第２ランドとが配列された方向に長尺である四角形であることがより好ましい。また、基板１０は、上面１０ａ及び反対側の下面１０ｂと、第１ランド及び第２ランドの配列方向に延伸し、上面１０ａ及び下面１０ｂに隣接する第１側面と、第１側面の反対側の（対向する）第２側面と、上面１０ａ、下面１０ｂ及び第１側面とそれぞれ隣接する第３側面と第４側面とを有しており、第１側面は、第１ランドと第２ランドの配列方向に長尺であることが好ましい。
基板の厚みは、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、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。
基板１０の上面１０ａには、上述したように、凹部５０ｓの一部が形成されているが、下面１０ｂは、略平坦であってもよく、また、図３Ｃに示すように、窪み１３が配置されていてもよい。窪み１３の深さは、基板の強度を確保することができる程度であり、例えば、基板の厚みの５〜５０％程度が挙げられる。窪み１３の位置は、基板の上面からの透視において、凹部５０ｓと重なっていてもよいし、重なっていなくてもよいし、２以上の窪み１３を有しており、全て又は一部が重なっていてもよいが、図３Ｃに示すように、基板の基体１５の下面は、凹部５０ｓに対向する位置に窪みを有していることが好ましい。このような窪みと凹部５０ｓの組み合わせによって、被覆部材５０の好ましい応力分散構造を構成することができ、被覆部材５０の主要部におけるクラックの発生をいっそう抑制しやすくできる。
窪み１３は、基板の下面からの平面視において、第１側面と第２側面のそれぞれに接するように配置されていてもよいし、図３に示すように、一つの辺（例えば第１側面のみ）と接するように配置されていてもよいし、基板の辺の内側に、辺から離間して配置されていてもよい。なかでも、第１側面のみと接するように配置されていることが好ましい（図３Ｃ参照）。凹み１３の形状は、基板の下面において、四角形等の多角形、円、楕円形又は半円形等のいずれでもよい。厚み方向には、下面に直交する方向に延長していてもよいし、下面に対して傾斜する方向に延長していてもよい。傾斜の程度は、下面に対して±１０度が挙げられる。
窪み１３の内面には配線の一部が設けられていることが好ましい。これにより、窪み１３内に半田等の接合材料を保持するように実装することで、発光装置３を強固に実装することができる。
（第１ランド１１及び第２ランド１２）
第１ランド１１、第２ランド１２は、いずれも導電性材料によって形成されていればよく、公知の電極材料の単層又は積層構造とすることができる。例えば、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。なかでも、放熱性の観点から、銅又は銅合金を用いることが好ましい。また、第１ランド及び第２ランドの表面には、導電性接着部材等の濡れ性及び／又は光反射性などを確保するという観点から、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、金又はこれらの合金などの層が設けられていてもよい。第１ランド１１及び第２ランド１２は同じ材料及び／又は構造でなくてもよいが、が同じ材料及び／又は構造であることが好ましい。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等が挙げられる。
配線は、第１ランド及び第２ランドと同様に、導電性材料によって形成されていればよく、これらと同じ材料で形成されていてもよい。例えば、第１ランド１１及び第２ランド１２は、基板側からＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ等の積層材料によって形成することができる。第１ランド１１及び第２ランド１２の厚みは、適当な電気抵抗が得られる程度の厚みがあればよく、第１ランド及び第２ランドと同じ厚みであってもよいし、これらの厚みよりも薄くても、厚くてもよい。
第１ランド及び第２ランドは、基板１０の上面において、一列に配列されていることが好ましい。一対の第１ランド又は第２ランドは、用いる発光素子の電極形態によって、一列の配列方向とは異なる方向に配列されていてもよいが、一列と同じ配列方向に配列されていることが好ましい。このように配列される場合には、発光装置の小型化及び薄型化を実現しながら、発光装置を用いる用途に対して最適な配光を与えることができる。
第１ランド及び第２ランドの形状は、用いる発光素子の電極形態によって調整することができ、平面形状が四角形等の多角形、円又は楕円形等が挙げられる。なかでも、四角形が好ましい。第１ランドと第２ランドとの距離は、用いる発光素子の電極形態及び大きさ、被覆部材５０の厚み等によって調整することができる。
（第１発光素子２１及び第２発光素子２２）
第１発光素子２１及び第２発光素子２２は、少なくとも半導体素子構造を備える。半導体素子構造は、半導体層の積層体、つまり、少なくともｎ型半導体層とｐ型半導体層を含み、活性層をその間に介することが好ましい。半導体材料としては、窒化物半導体、ＩｎＡｌＧａＡｓ系半導体、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素等が挙げられる。なかでも、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、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。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、４００〜５３０ｎｍが好ましく、４２０〜４９０ｎｍがより好ましく、４５０〜４７５ｎｍがさらに好ましい。
半導体素子構造は、半導体積層体に加え、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を有していてもよいし、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を有していてもよい。素子基板としては、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。素子基板は透光性を有することにより、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。素子基板の厚さは、例えば０．０２〜１ｍｍが挙げられる。
また、半導体素子構造は、正負電極及び／又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発光素子としては、例えばＬＥＤチップが挙げられる。
発光素子は、平面形状が、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、六角形状等であってもよい。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、上面及び／又は下面に対して、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。この場合、発光素子の発光波長は、同じでもよいし、異なっていてもよい。
（透光性部材）
発光装置は、発光素子の上に、透光性部材を有することが好ましい。透光性部材は、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り、複数の発光素子に対して１つであってもよいが、それぞれの発光素子に対して１つ配置されることが好ましい。例えば、発光装置は、第１発光素子２１の上面上に接合される第１透光性部材３１、第２発光素子２２の上面上に接合される第２透光性部材３２を備えることが好ましい。
透光性部材は、発光素子の発光ピーク波長における光透過率が、６０％以上、好ましくは８０％以上又は９０％以上であるものが好ましい。
透光性部材は、例えば、透光性を有する母材により形成することができる。透光性部材は、発光素子の光を吸収して発光する波長変換物質及び／又はフィラーを含むことが好ましい。また、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てもよい。
透光部材は、透光性の母材のみ、透光性の母材と波長変換物質及び／又はフィラー、透光性の母材と、別の波長変換物質及び／又はフィラー等の２以上の積層構造であってもよい。
被覆部材５０と透光性部材３１、３２との熱膨張係数の差は、被覆部材５０と発光素子２１、２２との熱膨張係数の差よりも小さいことが好ましい。これにより、透光性部材３１、３２の側面部における被覆部材５０の熱応力の籠りを低減し、被覆部材５０のクラックの発生を低減することができる。例えば、被覆部材５０の母材が樹脂である場合、透光性部材３１、３２の母材も樹脂であることが好ましい。
一方、高信頼性の発光装置とするために、透光性部材の母材をガラス、アルミナなどの無機物の焼結体を用いて形成すると、被覆部材５０と透光性部材との熱膨張係数の差は比較的大きくなる。この場合には、透光性部材の側面において被覆部材に凹部５０ｓを設けることにより、被覆部材５０の熱応力の籠りを緩和することができ、被覆部材５０のクラックの発生を低減することができる。
（透光性部材の母材）
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、ガラス等が挙げられる。なかでも、耐熱性及び耐光性に優れることからシリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂が好ましい。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種又は２種以上を積層して構成することができる。
（フィラー）
フィラーとしては、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。フィラーは、これらのうちの１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。特に、熱膨張係数の小さい酸化珪素が好ましい。また、フィラーとして、ナノ粒子を用いることで、第１発光素子及び第２発光素子の青色光のレイリー散乱を含む散乱を増大させ、波長変換物質の使用量を低減することができる。なお、ナノ粒子とは、粒径が１〜１００ｎｍの粒子とする。「粒径」は、例えば、Ｄ50で定義することができる。
（波長変換物質）
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物質である。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。
波長変換物質としては、緑色発光する蛍光体として、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、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。
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。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。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、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）、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））等が挙げられる。マンガン賦活フッ化物系蛍光体としては、マンガン賦活フッ化珪酸カリウムの蛍光体（例えばＫ2ＳｉＦ6：Ｍｎ）が挙げられる。なかでも、波長変換物質は、マンガン賦活フッ化物蛍光体を含むことが好ましい。マンガン賦活フッ化物系蛍光体は、スペクトル線幅の比較的狭い発光が得られ、色再現性の観点において好ましい反面、水分により劣化しやすい性質を有している。よって、本実施形態のように凹部５０ｓにより被覆部材５０の熱応力の籠りを緩和し、被覆部材５０のクラックの発生を抑え、そのクラックからの水分の浸入を低減する技術的意義が高い。波長変換物質は、１種であってもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、透光性部材は、蛍光体含有部と蛍光体とを実質的に含まない部分を有していてもよい。蛍光体含有部の上方に蛍光体を実質的に含まない部分を配置する場合には、蛍光体を水分等の外部環境から保護することができる。
透光性部材のうち、水分により劣化しやすいマンガン賦活フッ化物系蛍光体を含有する蛍光体含有部は、透光性部材の発光素子の上面を形成する部分よりも発光素子に近い側に設けることが好ましい。一方、被覆部材５０のクラックは、発光素子と被覆部材との熱膨張係数の差によって発生するために、発光素子の近傍において発生する可能性が高い。そのため、透光性部材が上述のような構成を有する場合には、本実施形態のように凹部５０ｓにより被覆部材５０の熱応力の籠りを緩和し、被覆部材５０のクラックの発生を抑え、そのクラックからの水分が浸入するおそれを低減する技術的意義が高い。
発光素子が複数ある場合、透光性部材は、同じ波長変換物質を含んでいてもよいし、異なる波長変換物質を含んでいてもよい。例えば、第１発光素子の上に第１発光素子からの光を吸収して第１発光素子からの光と混合した白色系の光を出力可能な第１透光性部材を設け、第２発光素子の上に第２発光素子からの光を吸収して第２発光素子からの光と混合した橙色系の光を出力可能な第２透光性部材を設けてもよい。
透光性部材は、発光素子の上面上に、接合部材を介して接合されている。接合部材は、透光性を有し、発光素子と透光性部材との密着性を確保し得る接着剤等が挙げられる。接合部材としては、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、耐熱性及び耐光性に優れるシリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂が好ましい。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、接合部材は、透光性部材と同様にフィラーを含有してもよい。
透光性部材が、発光素子の上面上に接合されている場合、透光性部材の側面は、被覆部材で被覆されていることが好ましい。この場合、透光性部材の側面の一部のみを被覆していてもよいが、全ての側面を被覆していることが好ましい。また、透光性部材の上面３１ａ、３２ａは、被覆部材の上面５０ａと同一面を構成することが好ましい。
第１発光素子２１及び第２発光素子２２の上面上に、それぞれ発熱源となる波長変換物質を含む第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２が接合されていると、基板上の被覆部材５０に負荷される熱応力が増大しやすくなる。よって、本実施形態のように凹部５０ｓにより被覆部材５０の熱応力の籠りを緩和する技術的意義が高い。特に、他の発光装置用蛍光体に比べて発熱量が多いマンガン賦活フッ化物系蛍光体を用いる場合、本実施形態のように凹部５０ｓにより被覆部材５０の熱応力の籠りを緩和する技術的意義が高い。
なお、透光性部材が発光素子の上面上に接合される場合、透光性部材を接合する接合部材が、発光素子の側面の一部を被覆することがある。このような場合には、被覆部材は、接合部材を介して発光素子の側面の全部を被覆するように配置することが好ましい。
＜実施の形態１＞
この発光装置１は、図１Ａ〜１Ｄに示すように、横３．１ｍｍ、縦０．４ｍｍ、奥行き０．７ｍｍの側面発光型のＬＥＤである。
基板１０は、線膨張係数が約３ｐｐｍ／℃のＢＴ樹脂製（例えば三菱瓦斯化学社製：ＨＬ８３２ＮＳＦ ｔｙｐｅＬＣＡ）の直方体状の小片であり、その大きさは、横３．１ｍｍ、縦０．４ｍｍ、奥行き（厚さ）０．３６ｍｍである。基板１０の上面１０ａには、第１ランド１１及び第２ランド１２が配置されており、基板１０の上面１０ａ側から銅／ニッケル／金が積層されて構成されている。第１ランド１１及び第２ランド１２は、それぞれ、正極端子と負極端子の対で構成されている。第１ランド１１の正極端子と第２ランド１２の負極端子は、配線１３によって接続されている。基板１０は２つの貫通ビアを有しており、上面上に形成された配線１３が、下面１０ｂに形成された配線１８と、貫通ビアを介して電気的に接続されている。基板１０の下面には、さらに、基板の側面を通って第１ランドの負極端子と電気的に接続した配線１６、第２ランドの正極端子と電気的に接続した配線１７が形成されている。下面１０ｂの各配線１６、１７、１８の一部は、ソルダーレジストである絶縁膜１９に被覆されている。
第１ランド１１及び第２ランド１２上には、それぞれ、第１発光素子２１及び第２発光素子２２が導電性接着部材６０を介してフリップチップ実装されている。第１発光素子２１及び第２発光素子２２はそれぞれ、サファイア基板上に窒化物半導体のｎ型層、活性層、ｐ型層が順次積層された、青色（発光ピーク波長４５２ｎｍ）発光可能な、横１．１ｍｍ、縦０．２ｍｍ、奥行き（厚さ）０．１２ｍｍの直方体状のＬＥＤチップである。導電性接着部材６０は、奥行き（厚さ）０．０１５ｍｍの金−錫系半田（Ａｕ：Ｓｎ＝７９：２１）である。
第１発光素子２１及び第２発光素子２２の上面上には、それぞれ、第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２が接合部材７０を介して接着されている。第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２は、それぞれ、フィラーとして酸化珪素のナノ粒子を含有するフェニル−メチルシリコーン樹脂である母材中に、波長変換物質としてユーロピウム賦活βサイアロンの第１蛍光体及びマンガン賦活フッ化珪酸カリウムの第２蛍光体を含有する。第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２は、それぞれ、横１．２１ｍｍ、縦０．２４ｍｍ、奥行き（厚さ）０．１６ｍｍの直方体状の小片である。第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２は、それぞれ、第１発光素子２１及び第２発光素子２２側から、母材と第１蛍光体からなる層、母材と第２蛍光体からなる層、母材からなる層が積層されている。接合部材７０は、奥行き（厚さ）０．００５ｍｍのジメチルシリコーン樹脂の硬化物である。
基板１０の上面上には、第１ランド１１、第２ランド１２、第１発光素子２１、第２発光素子２２、第１透光性部材３１及び第２透光性部材３２の側方の全周を包囲するように、光反射性の被覆部材５０が形成されている。被覆部材５０は、フェニル−メチルシリコーン樹脂中に、白色顔料として酸化チタンを６０ｗｔ％含有している。被覆部材５０の上面５０ａは、第１透光性部材３１の上面及び第２透光性部材３２の上面と実質的に同一面を構成している。被覆部材５０の最大外径は、基板１０の上面１０ａの外径に一致している。つまり、被覆部材５０の長手方向に沿って延長する側面は、基板１０の長手方向に沿って延長する側面と同一面を構成する。
被覆部材５０は、第１発光素子２１及び第２発光素子２２間のほぼ中央に、長手方向に沿って延長する側面と直交する凹部５０ｓが形成されている。凹部５０ｓは、平面視において、幅（図１中、Ｗ）が０．０５ｍｍであり、長さ（図１中、Ｌ）は、０．４ｍｍある。凹部５０ｓの底面５０ｂは、基板１０の上面１０ａからの深さ（図１中、Ｄ）が、約０．０８ｍｍである。基板１０の凹部５０ｓが配置されていない厚み(図１中、Ｔ）は、約０．２８ｍｍ以上である。凹部５０ｓの側方から第１発光素子２１及び第２発光素子２２までの被覆部材５０の厚みは、０．３ｍｍである。本実施形態において、被覆部材５０の熱膨張係数は約１１０ｐｐｍ／℃、第１発光素子２１及び第２発光素子２２の熱膨張係数は約６〜７ｐｐｍ／℃である。
本実施形態の被覆部材５０の熱膨張量は被覆部材５０の長手方向に大きくなるが、このような発光装置１によれば、被覆部材５０を、長手方向を分断する形態で凹部５０ｓを設けることにより、第１発光素子２１と第２発光素子２２間の被覆部材５０に伸び代が与えられ、この伸び代によって、被覆部材５０に負荷される熱応力を緩和させて、被覆部材５０の熱応力の籠りを低減させることができる。その結果、被覆部材におけるクラックの発生を低減することができる。
また、凹部５０ｓの底面５０ｂが基板１０内に配置されていることにより、被覆部材のみならず、基板からの放熱をも確保することができ、より一層、クラックの発生を低減することができる。
さらに、凹部５０ｓは、発光装置１の位置決めガイドとして利用することもできる。
＜実施の形態２＞
この発光装置２は、図２に示すように、発光素子が６個、長手方向に配列している以外、発光装置１と実質的に同様の構成を有する。
この発光装置２は、発光装置１と同様の効果を有する。
＜実施の形態３＞
この発光装置３は、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに示すように、被覆部材５０が、基板２０の上面２０ａ全体を被覆している。また、第１ランド１１及び第２ランド１２の端部が発光装置の外部に露出しておらず、被覆部材５０によって被覆されている。第１ランド１１及び第２ランド１２と接続された配線２６、２７は、基板２０を貫通するビアホール内に形成されている。また、基板２０の下面２０ｂは、凹部５０ｓに対向する位置に１つの第１の窪み１３と、凹部５０ｓに対向しない位置に２つの第２の窪み１３とを有している。第１の窪み１３及び第２の窪み１３は基板２０の短手方向の一方に偏って形成されている。配線２８はこれら窪みの内面上にも延伸して形成されている。第１の窪み１３及び第２の窪み１３は、略半円柱形状である。基板２０の下面に設けられた各配線の一部は、ソルダーレジストである絶縁膜１９に被覆されている。
また、上面視における第１ランド１１と第２ランド１２との配列方向に対して垂直な方向に面する被覆部材５０の側面５０ｄが、同方向に面する基板２０の側面に対して、発光装置の内側に傾斜している。
上記以外は、発光装置１と実質的に同様の構成を有する。
この発光装置３は、発光装置１と同様の効果を有する。また、第１ランド１１及び第２ランドの端部が被覆部材５０によって被覆されていることにより、第１ランド１１及び第２ランド１２の端部から被覆部材５０が剥離するおそれを低減でき、信頼性の高い発光装置３とすることができる。また、凹部５０ｓの対応する位置における基板２０の下面２０ｂに第１の窪み１３を配置することによって、被覆部材５０の応力を良好に分散することができる。これにより、被覆部材５０の主要部におけるクラックの発生をよりいっそう抑制することができる。
本発明の一実施の形態に係る発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト装置、各種照明器具、大型ディスプレイ、広告や行き先案内等の各種表示装置、プロジェクタ装置、さらには、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置などに利用することができる。
１、２、３ 発光装置
１０、２０ 基板
１０ａ、２０ａ 上面
１０ｂ、２０ｂ 下面
１１ 第１ランド
１２ 第２ランド
１３ 窪み
１６、１７、１８、２６、２７、２８ 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
３１ａ 上面
３２ａ 上面
５０ 被覆部材
５０ａ 上面
５０ｂ、１５０ｂ 底面
５０ｂｂ 下面
５０ｄ 側面
５０ｓ 凹部
６０ 導電性接着部材
７０ 接合部材

Claims (11)

  1. 第１ランド及び第２ランドを上面に有し、該上面と反対側の下面に配線が配置された基板と、
    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、
    前記第１発光素子の側面、前記第２発光素子の側面及び前記基板の上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、
    前記第１発光素子及び第２発光素子間の前記被覆部材には凹部が設けられており、前記凹部の底面は前記基板内に配置され、
    前記基板の下面には、前記第１ランド及び前記第２ランドの配列方向に延長する前記基板の一方の側面のみと接し、内面には前記配線の一部が設けられた窪みが配置されている発光装置。
  2. 前記被覆部材の材料の線膨張係数が前記基板の材料の線膨張係数よりも高い請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記被覆部材及び前記基板は、
    前記上面及び反対側の下面と、
    前記第１ランド及び前記第２ランドの配列方向に延伸し、前記上面及び前記下面に隣接する第１側面と、
    前記第１側面の反対側の第２側面と、
    前記上面、前記下面及び前記第１側面とそれぞれ隣接する第３側面と第４側面とを有し、
    前記被覆部材及び前記基板の前記第１側面は、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。
  4. 前記被覆部材の第１側面と、前記基板の第１側面とが略面一である請求項３に記載の発光装置。
  5. 前記凹部が、上面視で、前記被覆部材における前記第１側面及び前記第２側面の少なくとも一方に達している請求項４に記載の発光装置。
  6. 前記凹部は、前記被覆部材の長手方向において略中央の位置に、前記長手方向と交差するように設けられている請求項３〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
  7. 前記第１発光素子の上面上に接合され、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発光素子の上面上に接合され、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１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
  8. 前記第１ランド及び第２ランドは、前記配線に接続されている請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光装置。
  9. 前記被覆部材の前記第１側面は前記基板の前記第１側面と略面一であり、前記被覆部材の前記第２側面は前記基板の前記第２側面と略面一である請求項３〜８のいずれか１つに記載の発光装置。
  10. 前記基板の基体の下面において、前記凹部に対向する位置に、前記窪みが位置する請求項１〜９のいずれか一つに記載の発光装置。
  11. 上面視における前記第１ランドと前記第２ランドとの配列方向に対して垂直な方向に沿った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前記発光装置の内側に傾斜している請求項１〜１０のいずれか一つに記載の発光装置。
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