JP6825273B2

JP6825273B2 - 発光装置

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Publication number: JP6825273B2
Application number: JP2016176413A
Authority: JP
Inventors: 公博宮本
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2036-09-09
Also published as: JP2018041897A

Description

本発明は、発光装置に関する。

半導体発光素子（以下、単に「発光素子」とも称する）を用いた発光装置において、発光素子からの光に対して高い反射率を有する銀（Ａｇ）を最表面とする金属部材を備えたパッケージが知られている。Ａｇは、例えば硫黄含有ガスのような腐蝕性のガスが存在する雰囲気下において変質（硫化）し易い。これにより変色及び腐食が発生し、反射率が低下するなど、発光装置の特性を著しく低下させる。そのため、Ａｇを覆う封止樹脂としてガスバリア性の高い材料を用いること（例えば、特許文献１）、あるいは、封止樹脂を積層させることなどが知られている（例えば、特許文献２、３）。また、Ａｇの表面をガラスなどの無機材料を用いた保護膜で被覆することが知られている（例えば、特許文献４、３）。

特開２０１２−１３８４２５号公報特開２０１４−２１６３２９号公報特開２００８−２１６３２９号公報特開２００７−３２４２５６号公報特開２００９−２２４５３６号公報

Ａｇの変質を低減した発光装置が求められている。

本発明の実施形態は、以下の構成を含む。
表面にＡｇを含む金属部材と、絶縁性の基体と、を備える基板と、基板上に載置される発光素子と、金属部材の少なくとも一部、及び、発光素子を覆う封止部材と、を有し、封止部材は、発光素子を覆うジメチルシリコーン樹脂と、ジメチルシリコーン樹脂を覆う酸化ケイ素膜と、酸化ケイ素膜を覆うフェニルシリコーン樹脂と、を備える発光装置。

以上により、Ａｇの変質を低減した発光装置とすることができる。

図１は、実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図２は、実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図３は、実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は、発光装置を以下に限定するものではない。

また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本開示の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。尚、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。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

実施形態に係る発光装置は、基板と、基板上に載置される発光素子と、発光素子を覆う封止部材と、を備える。基板は表面にＡｇ（銀）を含む金属部材と、絶縁性の基体と、を備える。封止部材は、発光素子を覆うジメチルシリコーン樹脂と、ジメチルシリコーン樹脂を覆う酸化ケイ素膜と、酸化ケイ素膜を覆うフェニルシリコーン樹脂と、を備える。

上述のような３層構造の封止部材とすることで、金属部材のＡｇの変質を低減することができる。

（基板）
基板は、金属部材と絶縁性の基体と、を備える。基板は平板状又は凹部を備えていてもよい。基板は凹部を備える場合、表面にＡｇを含む金属部材は凹部の底面及び／又は凹部の側面に配置することができる。

金属部材は、少なくとも表面の一部にＡｇを含む。例えば、Ａｇ含有層のみからなる金属部材、または、母材と、その表面にＡｇを含むＡｇ含有層と、を備えた金属部材が挙げられる。

金属部材は、例えば、金属板などの母材の表面に、Ａｇを含むメッキなどを形成した板状の金属部材が挙げられる。このような導電性の母材としてはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属板などが挙げられる。また、セラミック、樹脂等の絶縁性の基体に設けられた導電配線などの金属部材が挙げられる。このような金属部材の母材としては、Ｍｏ、Ｗなどが挙げられる。

金属部材は、発光素子からの光に対して高い反射率を示す光反射部材として用いられる。Ａｇを含む金属部材の表面は、発光素子からの光が照射される位置に配置されていればよい。例えば、発光素子の下方、側方、上方など金属部材を載置することができる。

金属部材は、発光装置の電極として機能する金属部材、及び／又は、通電に寄与しない金属部材とすることができる。金属部材と発光素子とは、導電性又は絶縁性の接合部材で接合することができる。また、金属部材と発光素子は、ワイヤなどを用いて発光素子と金属部材とを電気的に接続することができる。

また、金属部材は、Ａｇを含む表面の少なくとも一部が発光素子と共にジメチルシリコーン樹脂によって封止される。

絶縁性の基体は、樹脂、セラミックス、ガラス等が挙げられる。樹脂としては、具体的には、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂組成物、変成エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、変成シリコーン樹脂組成物、シリコーン変成エポキシ樹脂、エポキシ変成シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、変成ポリイミド樹脂組成物、不飽和ポリエステル等の樹脂が挙げられ、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂が挙げられ、これらの中から少なくとも１つを含む樹脂とすることができる。また、基体は、発光素子からの光に対する反射率が６０％以上であるものが好ましく、より好ましくは７０％、８０％又は９０％以上であるものが好ましい。

また、基体には、酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、ムライトなどの光反射材が含有されていてもよい。これにより、発光素子からの光を効率よく反射させることができる。例えば、酸化チタンを用いる場合は、成形樹脂の全重量に対して、１０〜６０重量％、さらに１５〜５０重量％含有させることが好ましい。

また、基板に加えて、枠体を備えていてもよい。枠体は、例えば、酸化チタン等の光反射材を含む樹脂を、基板の上方に配置したノズルの先端から吐出させながら、枠状に描画することで形成することができる。

（発光素子）
発光素子は、素子基板上に積層された、発光層を含む半導体層から構成される。半導体層を構成するｐ層、発光層、ｎ層としては、特に限定されるものではなく、例えば、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系化合物半導体が好適に用いられる。これらの窒化物半導体層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に、発光層は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。

発光素子が有する一対の電極は、半導体層の同一面側、あるいは、半導体層を挟んで両面に配置されている。これらの一対の電極は、半導体層と、電流−電圧特性が直線又は略直線となるようなオーミック接続されるものであれば、単層構造でもよいし、積層構造でもよい。このような電極は、当該分野で公知の材料及び構成で、任意の厚みで形成することができる。

（封止部材）
封止部材は、発光素子等を塵芥、水分、外力などから保護する部材であり、金属部材の少なくとも一部と、発光素子とを覆う。詳細には、封止部材は、発光素子を覆うジメチルシリコーン樹脂と、ジメチルシリコーン樹脂を覆う酸化ケイ素膜と、酸化ケイ素膜を覆うフェニルシリコーン樹脂と、を備える。

ジメチルシリコーン樹脂は、表面にＡｇを含む金属部材と発光素子とを、一体的又は別々に覆う。ジメチルシリコーン樹脂は、フェニルシリコーン樹脂に比してガスバリア性が低いものの、耐熱衝撃性に優れている。そのため、発光素子への通電させるためにワイヤを用いる場合は、そのワイヤの全てもしくは大部分をジメチルシリコーン樹脂で覆うことで、断線しにくくすることができる。ジメチルシリコーン樹脂の厚みは、１５０μｍ〜６００μｍが好ましい。

酸化ケイ素膜は、ジメチルシリコーン樹脂を覆う。詳細には、酸化ケイ素膜は、ジメチルシリコーン樹脂と、後述のフェニルシリコーン樹脂との間に形成される。酸化ケイ素膜は、スパッタ法、蒸着法などにより形成することができる無機膜であり、かつ、透光性膜である。

上述の方法で形成される酸化ケイ素膜は、密度が２．２〜２．５ｇ／ｃｍ^３であり、薄い膜厚であっても優れたガスバリア性を示す。酸化ケイ素膜の厚みは、３０ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。このような範囲の膜厚とすることで、ジメチルシリコーン樹脂が熱によって伸縮する際、割れるなどの問題を生じにくくすることができる。さらに、上述の膜厚とすることで、発光素子からの光を吸収しにくくすることができる。

酸化ケイ素膜は、ジメチルシリコーン樹脂のみを覆ってもよく、あるいは、ジメチルシリコーン樹脂と他の部材とを覆ってもよい。例えば、発光素子を載置する基板を備える場合は、その基板の表面と、ジメチルシリコーン樹脂との両方を覆うように、酸化ケイ素膜を形成してもよい。

フェニルシリコーン樹脂は、酸化ケイ素膜を覆う。フェニルシリコーン樹脂は、ジメチルシリコーン樹脂に比して、耐熱衝撃性は劣るが、ガスバリア性は高い。また、酸化ケイ素膜に比してクラック耐性に優れている。そのため、ジメチルシリコーン樹脂上の酸化ケイ素膜を覆うようにフェニルシリコーン樹脂を形成することで、クラック耐性を向上することができる。また、凹部が浅い場合は、フェニルシリコーン樹脂中にワイヤが配置される場合がある。つまり、フェニルシリコーン樹脂でワイヤの一部を覆うことができるため、ワイヤを保護することができる。フェニルシリコーン樹脂の厚みは、１５０μｍ〜６００μｍが好ましい。

封止部材は、Ａｇを含む金属及び発光素子に加え、ワイヤ、保護素子なども覆うことができる。また、封止部材は、蛍光体を含んでいてもよい。蛍光体は、発光素子からの光を異なる波長の光に変換する。蛍光体としては、例えば、酸化物系、硫化物系、窒化物系の蛍光体などが挙げられる。例えば、発光素子として青色発光する窒化ガリウム系発光素子を用いる場合、青色光を吸収して黄色〜緑色系発光するＹＡＧ系、ＬＡＧ系、緑色発光するＳｉＡｌＯＮ系（βサイアロン）、赤色発光するＳＣＡＳＮ、ＣＡＳＮ系、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体等の蛍光体の単独又は組み合わせが挙げられる。蛍光体は、ジメチルシリコーン樹脂とフェニルシリコーン樹脂の両方に含まれていてもよく、また、どちらか一方に含まれていてもよい。好ましくは、ジメチルシリコーン樹脂に蛍光体を含む。また、封止部材は、所望に応じて着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラーなどを含有させることもできる。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る発光装置１００の概略断面図である。発光装置１００は、凹部Ｒ１を備えた基板１１０と、基板１１０上に載置される発光素子１６０と、発光素子１６０を覆う封止部材１７０と、を備える。基板１１０は、一対の電極として機能する２つ金属部材１２０と、それらを保持する基体１３０とを備えている。金属部材１２０は板状であり、導電性の母材１２０ｂと、その表面のＡｇ含有層１２０ａとを備える。Ａｇ含有層１２０ａの一部は基板１１０の凹部Ｒ１の底面に露出されている。第１底面Ｒ１ａｘは、基板１１０の上面でもある。実施形態１では、発光素子２６０は、電極である金属部材１２０の上に載置されている。

基体１３０は、凹部Ｒ１の側壁を構成する部分と、凹部の底面の一部を構成する部分とが一体的に成形されている。実施形態１では、基板の凹部Ｒ１は、第１底面Ｒ１ａｘと第１側面Ｒ１ａｙとを備えた下方凹部Ｒ１ａと、それより上の上方凹部Ｒ１ｂとで構成される。

上方凹部Ｒ１ｂは、第１底面Ｒ１ａｘよりも上側で、かつ、第１底面Ｒ１ａｘよりも外側に位置する第２底面Ｒ１ｂｘを備える。上方凹部Ｒ１ｂは、第１側面Ｒ１ａｙよりも上側で、かつ、第１側面Ｒ１ａｙよりも外側に位置する第２側面Ｒ１ｂｙを備える。第２底面Ｒ１ｂｘは、基板の側壁の上面Ｒ１ｃよりも下側に位置する。

第１底面Ｒ１ａｘに載置される発光素子１６０は、接合部材を介してＡｇ含有層１２０ａに接合されている。発光素子とＡｇ含有層１２０ａを含む金属部材１２０とは、導電性のワイヤ１５０によって接合されている。

実施形態１では、ジメチルシリコーン樹脂１７２は、下方凹部Ｒ１ａ内に配置される。酸化ケイ素膜１７４は、ジメチルシリコーン樹脂１７２を覆うと共に、上方凹部Ｒ１ｂの底面Ｒ１ｂｘも覆うように形成される。フェニルシリコーン樹脂１７６は、酸化ケイ素膜１７４を覆い、上方凹部Ｒ１ｂ内に配置される。

酸化ケイ素膜１７４は、凹部の第２側面Ｒ１ｂｙである上方凹部Ｒ１ｂの側面に配置されていてもよい。さらに、酸化ケイ素膜１７４は、凹部の側壁の上面Ｒ１ｃに形成されていてもよい。

このような構造の発光装置とすることで、Ａｇ含有層１２０ａの変質を抑制することができる。

（実施形態２）
図２は、実施形態２に係る発光装置２００の概略断面図である。発光装置２００は、金属部材２２０を３つ備えている点において、実施形態１と異なる。基板２１０は実施形態１と同様に下方凹部Ｒ２ａと上方凹部Ｒ２ｂとを備える凹部Ｒ２を備えている。金属部材２２０は、一対の電極として機能する２つの第１金属部材２２１と、通電には寄与しない１つの第２金属部材２２２と、を備える。３つの金属部材２２０は、同一の部材であり、それぞれ導電性の基体２２１ｂ、２２２ｂと、その表面のＡｇ含有層２２１ａ、２２２ａと、を備える。第２金属部材２２２は、上面に発光素子２６０が載置されており、その直下の下面において外部に露出している。これにより、発光装置２００を配線基板上に実装した際に、発光素子２６０からの熱を効率よく外部に放出することはできる放熱部材として、第２金属部材２２２を機能させることができる。

第１金属部材２２１と第２金属部材２２２は、基体２３０によって一体的に保持されて基板２１０を構成する。第１金属部材２２１と第２金属部材２２２とは、基板２１０の凹部の底面においてそれぞれ露出されている。発光素子２６０は、通電に寄与しない第２金属部材２２２の上に載置されている。発光素子２６０と第２金属部材２２２とは、導電性のワイヤ２５０によって電気的に接続されている。

実施形態２では、ジメチルシリコーン樹脂２７２は、下方凹部Ｒ２ａ内に配置され、発光素子２６０を被覆する。酸化ケイ素膜２７４は、ジメチルシリコーン樹脂２７２を覆うと共に、上方凹部Ｒ２ｂの底面も覆うように形成される。フェニルシリコーン樹脂２７６は、酸化ケイ素膜２７４を覆い、上方凹部Ｒ２ｂ内に配置される。

このような構造の発光装置とすることで、通電に寄与する第１金属部材２２１のＡｇ含有層２２１ａと、通電に寄与しない第２金属部材２２２のＡｇ含有層２２２ｂの両方の変質を抑制することができる。

（実施形態３）
図３は、実施形態３に係る発光装置３００の概略断面図である。発光装置３００は、平板状の基体３３０が絶縁性であり、この絶縁性の基体３３０の上面に形成された金属部材３２０の上に発光素子３６０が載置されている。金属部材３２０は、通電に寄与する第１金属部材３２１と、通電に寄与しない第２金属部材３２２と、を備えている。発光素子３６０は通電に寄与しない第２金属部材３２２上に載置されている。第１金属部材３２１と発光素子３６０とはワイヤ３５０によって電気的に接続されている。第１金属部材３２１と第２金属部材３２２の間、及び第１金属部材３２１とワイヤ３５０との接続部分は、枠体３４０によって覆われている。枠体３４０で囲まれた領域には、第２金属部材３２２が配置されており、第１金属部材３２１は、枠体３４０に囲まれた領域には配置されていない。第１金属部材３２１は、一部が枠体３４０に埋設されると共に、一部が枠体３４０の外側に配置されている。枠体３４０の外側に配置された第１金属部材３２１は外部接続端子として機能する。

実施形態３では、枠体３４０と基板３１０の上面と、で構成された凹部内に発光素子３６０が配置される。ジメチルシリコーン樹脂３７２は、発光素子３６０を被覆する。酸化ケイ素膜３７４は、ジメチルシリコーン樹脂３７２を被覆する。フェニルシリコーン樹脂３７６は、酸化ケイ素膜３７４を被覆する。

実施形態３では、第１金属部材３２１及び第２金属部材３２２は、１つの絶縁性の基体３３０上に設けられた薄い金属層であり、それぞれ、少なくとも表面がＡｇを含むＡｇ含有層３２１ａ、３２２ａである。ここでは、母材として例えば、下地メッキ、金属箔など、薄い金属を用いることができる。

実施形態３では、通電に寄与する第１金属部材３２１のＡｇ含有層３２１ａは、封止部材で覆われていない。通電に寄与しない金属部材３２２のＡｇ含有層３２２ａのみが、封止部材３７０で覆われている。封止部材３７０は、発光素子３６０を被覆するジメチルシリコーン樹脂３７２と、ジメチルシリコーン樹脂３７２を被覆す酸化ケイ素膜３７４と、酸化ケイ素膜３７４を被覆するフェニルシリコーン樹脂３７６とを備える。これら３層構造の封止部材３７０が、１つの枠体３４０内に形成されている。

このような構造の発光装置とすることで、通電に寄与しない金属部材３２２のＡｇ含有層３２２ａの変質を抑制することができる。

本開示に係るリード、パッケージ、発光装置は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機等、種々の発光装置に使用することができる。また、所謂サイドビュー型の発光装置など、リードを用いる全ての発光装置に適用可能である。

１００、２００、３００…発光装置
１１０、２１０、３１０…基板
１２０、２２０、３２０…金属部材
２２１、３２１…第１金属部材
２２２、３２２…第２金属部材
１２０ａ、２２１ａ、２２２ａ、３２１ａ、３２２ａ…Ａｇ含有層
１２０ｂ、２２０ｂ…母材
１３０、２３０、３３０…基体
Ｒ１、Ｒ２…基板の凹部
Ｒ１ａ、Ｒ２ａ…下方凹部
Ｒ１ａｘ…凹部の第１底面（基板の上面）
Ｒ１ａｙ…凹部の第１側面
Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂ…上方凹部
Ｒ１ｂｘ…凹部の第２底面
Ｒ１ｂｙ…凹部の第２側面
Ｒ１ｃ…凹部の側壁の上面
３４０…枠体
１５０、２５０、３５０…ワイヤ
１６０、２６０、３６０…発光素子
１７０、２７０、３７０…封止部材
１７２、２７２、３７２…ジメチルシリコーン樹脂
１７４、２７４、３７４…酸化ケイ素膜
１７６、２７６、３７６…フェニルシリコーン樹脂

Claims

表面にＡｇを含む金属部材と、絶縁性の基体と、を備える基板と、
前記基板上に載置される発光素子と、
前記金属部材の少なくとも一部、及び、前記発光素子を覆う封止部材と、
を有し、
前記基板は、第１底面を備えた下方凹部と、前記下方凹部よりも上側に位置し第１底面よりも外側に位置する第２底面を備えた上方凹部と、を有し、
前記封止部材は、
前記下方凹部内に配置され、前記発光素子を覆うジメチルシリコーン樹脂と、
前記ジメチルシリコーン樹脂、及び、前記第２底面を覆う酸化ケイ素膜と、
前記上方凹部内に配置され、前記酸化ケイ素膜を覆うフェニルシリコーン樹脂と、
を備える発光装置。
前記金属部材と前記発光素子とを電気的に接続するワイヤを備え、前記ワイヤの全て、もしくは大部分は、前記ジメチルシリコーン樹脂で覆われている請求項１記載の発光装置。
前記ジメチルシリコーン樹脂の厚みは、１５０μｍ〜６００μｍである請求項１又は請求項２記載の発光装置。
前記酸化ケイ素膜の厚みは、３０ｎｍ〜３００ｎｍである請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記フェニルシリコーン樹脂の厚みは、１５０μｍ〜６００μｍである請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。