JP6852745B2 - 発光装置の製造方法および発光装置 - Google Patents
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Description
しかしながら上記技術では、反射材の沈降について高精度な調整が必要であり、反射材の層がカップの底面から側面の上端まで連続して配置されない場合も想定される。そのため、上記特許文献の発光装置の発光効率は高いものの、さらなる改善の余地がある。
本開示に係る実施形態の発光装置は、発光効率が高い。
図1Aは、実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。図1Bは、図1AのIB−IB線における断面図である。図1Cは、実施形態に係る発光装置の構成の一部を模式的に示す断面図である。
発光装置100は、凹部15を有するパッケージ10と、凹部15の底面に載置された発光素子20と、凹部15の側面を被覆して形成される第1反射層30と、第1反射層30に当接して凹部15の底面を被覆して形成される第2反射層40と、第2反射層40および発光素子20上に配置された、蛍光体51を含有する光透過層50と、備えている。
基板部2a、第1壁面部2b、第2壁面部2cは、段差が内側に形成されるように設けられている。第1壁面部2bおよび第2壁面部2cは、外周側面を同一な側面とし、内周側面が第2壁面部2cよりも第1壁面部2bが内側に位置するように形成されている。第1壁面部2bが第2壁面部2cよりも内側に位置することで、後述する第1反射層30が傾斜し易くなる。なお、凹部15の側面は段差ではなく底面から開口に向かって幅が大きくなる傾斜面であってもよい。
第2配線部5は、基板部2aの下面に設けられ、発光装置100の外部電極として、外部電源と電気的に接続される。
ビア4は基板部2aを貫通する貫通孔内に、第3配線部6は基板部2aの側面に、それぞれ設けられ、第1配線部3と第2配線部5とを電気的に接続している。第1配線部3と第2配線部5とが電気的に接続されれば、ビア4と第3配線部6とのどちらかは省略することができる。
また、第1配線部3、第2配線部5および第3配線部6は、表面にめっき層7が形成されていてもよい。めっき層7は、例えば、Au、Ag、Cu、Pt、または、これらの一種を含む合金を用いることができる。めっき層7がこれらの材料であれば、発光素子20からの光の反射率をより高めることができる。
発光素子20の厚み(例えば半導体層22の下面から基板21の上面までの高さ)は、例えば、100μm以上300μm以下である。
発光素子20から出射される光が凹部15の底面や側面で透過、吸収されないように、凹部15内の表面は第1反射層30および第2反射層40で被覆されることが好ましく、凹部15内の表面全てが第1反射層30および第2反射層40で被覆されることがより好ましい。また、発光素子20から出射される光の取り出しを妨げないように、発光素子20の上面および側面は第1反射層30および第2反射層40で被覆されないように、発光素子20の表面は第2反射層40から露出することが好ましい。
第1反射層30に対する第1反射材31の含有濃度は、例えば10質量%以上50質量%以下である。
第1反射層30が凹部15の側面を被覆することで、凹部15の側面による光の透過および吸収を防止することができる。
第2反射層40が凹部15の底面を被覆することで、めっき層7や基板部2aによる光の透過および吸収を防止することができる。
なお、発光素子20の側面とは、ここでは、基板21の側面と半導体層22の側面とを合わせた部分である。
第2反射層40は断面視において、第2反射材41が底面側に偏って配置されている。
第2反射層40は、第2反射材41を含有する含有層40aと透光層40bとを凹部15の底面側から順に備えることが好ましい。含有層40aは第2反射材41が沈降してできた層であり、第2反射層40の深さ方向において、第2反射材41が高濃度に配置される領域である。透光層40bは第2反射材41が沈降することにより上方にできる樹脂を主体とする層である。つまり、含有層40aと透光層40bとの間には明確な界面は形成されていない。
発光素子20の半導体層22の側面の少なくとも一部が含有層40aに対向しないように設けられていることで、発光素子20の側面からの光取り出し効率が向上し、発光素子20の側方の領域における配光色度を改善することができる。
なお、発光素子20の側面の少なくとも一部が含有層40aに対向しないように第2反射層40が設けられているとは、発光素子20の全ての側面において、各側面のそれぞれの少なくとも一部が含有層40aに対向しないように第2反射層40が設けられているという意味である。
第2反射層40における含有層40aの厚み割合が小さくなるほど、含有層40a中における第2反射材41の濃度を高くすることができる。含有層40aに対する第2反射材41の含有濃度は、第1反射層30に対する第1反射材31の含有濃度よりも大きいことが好ましい。第2反射層40は発光素子20の側面を露出させるため、より薄い層で配置されることが好ましい。このため、含有層40aにおける第2反射材41の含有濃度を高くすることで、発光素子20の側面を露出させることによる光取り出し効率の向上と、凹部15の底面における光の透過および吸収の抑制を両立させることができる。含有層40aに対する第2反射材41の含有濃度は、例えば50質量%以上70質量%とすることができる。
また、発光素子20の側面の一部が含有層40aに対向する場合、含有層40aの厚みは、発光素子20の側面の厚みの1/4以下が好ましく、1/6以下がより好ましく、1/8以下がさらに好ましい。
第1樹脂と第2樹脂とは、同じ樹脂材料を用いてもよいし、異なる樹脂材料を用いてもよい。
なお、ここでの第2樹脂の粘度は、第2反射材41を含有した状態の粘度であり、後述するように、遠心力によって第2樹脂に含有される第2反射材41を沈降させる前の粘度である。
第1反射材31と第2反射材41とは、同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
また、遠心力を用いることで第2反射材41が高密度に配置されるため、粒子間の間隔が小さくなり、光の漏れや光透過が抑制され、第2反射層40における光反射率を向上させることができる。
第2反射材41の粒径は、0.1μm以上1.0μm以下であることが好ましい。第2反射材41の粒径が0.1μm以上であれば、遠心力により第2反射材41を沈降させ易くなる。また、第2反射材41の粒径が1.0μm以下であれば、可視光を光反射させやすい。第2反射材41の粒径は、上記観点から、より好ましくは0.4μm以上0.6μm以下である。
第3樹脂に用いる樹脂材料としては、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等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。第3樹脂に用いる樹脂材料は、第1樹脂および第2樹脂と同じ樹脂材料であってもよいし、異なる樹脂材料であってもよい。また、第1樹脂および第2樹脂に耐熱性の高い樹脂を用い、第3樹脂に硬質の樹脂を用いることもできる。
シリコーン樹脂は、エポキシ樹脂よりも一般に450nm以上500nm以下付近での耐光性が高く、また、エポキシ樹脂はシリコーン樹脂よりも硬質である。そのため、第1樹脂および第2樹脂にシリコーン樹脂を用い、第3樹脂にエポキシ樹脂を用いてもよい。
蛍光体51の粒径は、例えば、3μm以上50μm以下が挙げられる。
蛍光体51は、第3樹脂中に分散されていてもよい。第3樹脂中に蛍光体51を分散することで、発光装置100から放出される光の配向のバラツキを低減することができる。
発光装置100を駆動すると、第1配線部3、ビア4、第2配線部5および第3配線部6を介して外部電源から発光素子20に電流が供給され、発光素子20が発光する。発光素子20が発光した光は、上方へ進む光L1は、発光装置100の上方の外部に取り出される。また、下方へ進む光L2は、含有層40aで反射され、凹部15の開口方向に放出されて発光装置100の外部に取り出される。また、横方向へ進む光L3は、第1反射層30で反射され、凹部15の開口方向に放出されて発光装置100の外部に取り出される。これにより発光素子20から出射された光が凹部15の底面および側面から漏れるのを極力抑えることができ、光取り出し効率を向上させることができる。また、色ムラを低減させることができる。
次に、実施形態に係る発光装置の製造方法の一例について説明する。
図2は、実施形態に係る発光装置の製造方法のフローチャートである。図3Aは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、発光素子を載置する工程を示す断面図である。図3Bは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、第1反射層を形成する工程を示す断面図である。図3Cは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、第1反射層を形成する工程を示す平面図である。図3Dは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、第2反射層を形成する工程を示す模式図であり、パッケージの凹部の底面を第2樹脂で被覆し、遠心力によって第2反射材を沈降させる工程を示す模式図である。図3Eは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、第2反射層を形成する工程を示す断面図であり、遠心力によって第2反射材を沈降させた後の状態を示す断面図である。図3Fは、実施形態に係る発光装置の製造方法において、光透過層を配置する工程を示す断面図である。
発光素子を載置する工程S101は、凹部15を有するパッケージ10の凹部15の底面に発光素子20を載置する工程である。
この工程S101では、発光素子20を凹部15の底面に載置する。発光素子20は、電極形成面を実装面として、導電性接着材により凹部の底面の略中央にフリップチップ実装されている。導電性接着材としては、例えば共晶はんだ、導電ペースト、バンプ等を用いればよい。また、発光素子20はフェイスアップ実装されていてもよく、この場合、非導電性の接着材を用いてもよい。
第1反射層を形成する工程S102は、凹部15の側面を第1反射材31を含有する第1樹脂で被覆して第1反射層30を形成する工程である。
この工程S102では、例えば、ポッティングにより、凹部15の側面を被覆する第1樹脂を配置する。第1樹脂の凹部15への配置は、第1樹脂が充填された樹脂吐出装置の先端のノズルから未硬化の樹脂材料を凹部15の底面の外縁近傍(好ましくは側面との境界)に吐出することで行うことができる。未硬化の第1樹脂は凹部15の側面に濡れ広がり、凹部15の側面を被覆する。この際、凹部15の底面にも第1樹脂が流動するため、第1樹脂は凹部15の底面の外縁の一部を被覆している。ここでは、第1樹脂が発光素子20の側面から離間して、かつ、凹部15の側面の上方に這い上がるように、第1樹脂の粘度および形成位置を調整しておくことが好ましい。第1反射層30をポッティングにより形成する場合、第1樹脂の粘度は、例えば室温(20±5℃)で、1Pa・s〜50Pa・sに調整される。
なお、硬化前の第1樹脂には第1反射材31が混合されており、第1樹脂中に含有される第1反射材31の含有濃度は、10質量%以上50質量%以下とすることが好ましい。
第1樹脂は、第1樹脂をポッティングにより凹部15の底面の外縁近傍に配置することで、第1樹脂が凹部15の側面に濡れ広がる。なおこの際、第1反射層30は、第1反射材31が第1樹脂中に分散した状態である。
その後、例えば、120℃以上200℃以下の温度で第1樹脂を硬化させ、第1反射層30を形成する。第1樹脂の硬化は、第1樹脂が凹部15の側面に濡れ広がった後で、パッケージが静置した状態で行うことが好ましい。
この工程S102では、第1反射層30は、平面視で、内縁部分が円形になるように形成される。
第2樹脂を準備する工程S103は、2液硬化性の樹脂材料の主剤と第2反射材41とを混合し、一定時間以上経過後に硬化剤を混合する工程である。
このようにして作製した第2樹脂を用いることで、第2反射材41と樹脂材料とのなじみを良くし、遠心力により第2反射材41を沈降させ易くすることができる。硬化剤混合前の温度は室温程度とする。
2液硬化性の樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
2液硬化性の樹脂材料の主剤と第2反射材41とを混合して経過させる時間は、第2反射材41をより沈降させ易くする観点から、好ましくは2時間以上である。また、経過させる時間は、製造時間を短縮させる観点から、好ましくは8時間以下である。なお、硬化剤を混合した後は、第2樹脂が硬化する前に次工程に移る。
第2反射層を形成する工程S104は、第1反射層30に当接して、凹部15の底面を第2反射材41を含有する第2樹脂で被覆して第2反射層40を形成する工程である。
この工程S104では、例えば、第1樹脂と同様に、ポッティングにより、凹部15の底面に未硬化の第2樹脂を配置する。この際、第2樹脂は、凹部15の底面における凹部15の側面と発光素子20との間に配置する。なお、好ましくは、第1反射層30に接するように第2樹脂を配置する。これにより、第2樹脂の発光素子20側への流動を抑制することができるため、遠心回転させる前に第2樹脂が発光素子20の側面へ這い上がってしまうことを抑制することができる。発光素子20の側面への第2樹脂の這い上がりは、遠心回転で第2樹脂の形状が変化することにより解消されるが、第2樹脂の粘度や遠心回転速度によっては、第2樹脂が発光素子20の側面に残ってしまう虞がある。このため、遠心回転させる前の第2樹脂は、発光素子20の側面を被覆していないことが好ましい。
パッケージ10を遠心回転させる際の回転速度や回転数は、第2反射材41の含有量や粒径等にもよるが、例えば200xg以上の遠心力がかかるように、回転数や回転半径を調整すればよい。
なお、遠心力により、集合基板が回転半径の円周に沿って撓むような可撓性を有する樹脂パッケージ10を用いる場合は、上記ずれが生じにくくなるため、非可撓性のパッケージ10の集合基板よりも大きい集合基板で遠心回転することができる。これにより、一回の処理数を多くすることができる。
なお、回転を止めてから硬化させることも可能であるが、回転が止まると、濡れ性により樹脂が発光素子20の側面に広がりやすくなってしまう。このため、パッケージ10を回転させながら第2樹脂を硬化させることで、第2樹脂が発光素子20の側面に這い上がることを防止することができる。発光素子20の側面が第2樹脂から露出することにより、光取り出し効率をより向上させることができるとともに、発光装置100の配光色度をより良好にすることができる。
なお、第2樹脂を構成する樹脂材料としては、回転するパッケージ10を40℃以上の温度に保つことで少なくとも仮硬化状態が得られる樹脂材料を選択することが好ましい。
第2反射材41を沈降させながら第2樹脂を硬化させる方法としては、例えば、熱風をかけたり、パネルヒータ等を用いたりすることが挙げられる。
光透過層を配置する工程S105は、第2反射層40および発光素子20上に、蛍光体51を含有する第3樹脂による光透過層50を配置する工程である。
この工程S105では、ポッティングやスプレー等により、凹部15内に第3樹脂を配置する。また、蛍光体51は、第3樹脂中で自然沈降し、発光素子20の上面、第1反射層30の内側面、および第2反射層40の上面に配置される。その後、例えば、120℃以上200℃以下の温度で、第3樹脂を硬化させ、光透過層50を形成する。
図4は、他の実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図である。図5は、他の実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図である。図6は、他の実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図である。図7Aは、他の実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。図7Bは、図7AのVIIB−VIIB線における断面図である。図8Aは、他の実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す平面図である。図8Bは、図8AのVIIIB−VIIIB線における断面図である。図8Cは、図8AのVIIIC−VIIIC線における断面図である。図9Aは、他の実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す平面図である。図9Bは、図9AのIXB−IXB線における断面図である。
このような構成とすることで、発光素子20側面での反射による一次光のロスを低減することができる。また、発光素子20の側面から取り出せる一次光が増えることで、蛍光体51の多重励起が抑制され、発光装置100Aの配光色度をより改善することができる。
バンプ60としては、例えばAuバンプを用いることができる。
このような構成とすることで、発光素子20側面での反射による一次光のロスを低減することができる。また、発光素子20の側面から取り出せる一次光が増えることで、蛍光体51の多重励起が抑制され、発光装置100Bの配光色度をより改善することができる。
ポスト70としては、例えばCuポストを用いることができる。
このような構成とすることで、発光素子20側面での反射による一次光のロスを低減することができる。また、発光素子20の側面から取り出せる一次光が増えることで、蛍光体51の多重励起が抑制され、発光装置100Cの配光色度をより改善することができる。
発光素子20をフェイスアップ実装することで、発光素子20の半導体層22を光取り出し面側に配置することができ、半導体層22が含有層40aに対向しないようにすることができる。
このような構成とすることで、発光素子20側面での反射による一次光のロスを低減することができる。また、発光素子20の側面から取り出せる一次光が増えることで、蛍光体51の多重励起が抑制され、発光装置100Dの配光色度をより改善することができる。
第1反射層30の湾曲部32は、平面視で、X方向の一方側(図面上、左側)および他方側(図面上、右側)に形成され、パッケージ10Bの長手方向の両側に設けられている。これにより、第1反射層30は、凹部15の短辺側の側面を被覆するように設けられている。湾曲部32は、その凹湾曲部分が発光素子20の側面の略中央に対向するように形成されている。また、湾曲部32は、湾曲した部位の最深部が発光素子20の側面の略中央に対向する位置になるように形成されている。
また、第1反射層30の間隙部33は、Y方向の一方側(図面上、上側)および他方側(図面上、下側)において、発光素子20に対向する部位に第1反射層30がない隙間を形成するように設けられている。すなわち、平面視で、湾曲部32の端部32aがY方向に並行な発光素子20の側面の延長線上の位置、あるいは延長線上の位置よりも外側にある。これにより、Y方向の凹部15の側面のうち、発光素子20に対向する部位は、第1反射層30に対向することなく凹部15の側面に光透過層50を介して対向している。
なお、発光装置100Eは、保護素子90を備えている。保護素子90は、例えば、ツェナーダイオードである。
このような構成とすることで、X方向の他方側の発光素子20の側面から、X方向の他方側の第1反射層30までの距離が長くなり、発光装置100Fの配光色度が向上する。
また、例えば、前記した発光装置の製造方法は、第1反射層を形成する工程の後に、第2樹脂を準備する工程を設けるものとしたが、第2樹脂を準備する工程は、発光素子を載置する工程と第1反射層を形成する工程との間に行ってもよく、発光素子を載置する工程の前に行ってもよい。また、第2樹脂を準備する工程は設けないものであってもよい。
2a 基板部
2b 第1壁面部
2c 第2壁面部
2d 支持部材
3 第1配線部
3a 第1リード
3b 第2リード
3c 第1リード
3d 第2リード
4 ビア
5 第2配線部
6 第3配線部
7 めっき層
10,10A,10B,10C パッケージ
15 凹部
16 塗布位置
20 発光素子
21 基板
22 半導体層
23 ワイヤ
24 ワイヤ
30 第1反射層
31 第1反射材
32 湾曲部
32a 湾曲部の端部
33 間隙部
40 第2反射層
40a 含有層
40b 透光層
41 第2反射材
50 光透過層
51 蛍光体
60 バンプ
70 ポスト
80 回転軸
90 保護素子
100,100A,100B,100C,100D,100E,100F 発光装置
A パッケージの回転方向
B 凹部の底面に平行な方向
C 第2反射材が沈降する方向
L1,L2,L3 光
Claims (13)
- 凹部を有するパッケージの前記凹部の底面に発光素子を載置する工程と、
前記凹部の側面を第1反射材を含有する第1樹脂で被覆して第1反射層を形成する工程と、
前記第1反射層に当接して、前記凹部の底面を第2反射材を含有する第2樹脂で被覆して第2反射層を形成する工程と、
前記第2反射層および前記発光素子上に、蛍光体を含有する第3樹脂による光透過層を配置する工程と、を有し、
前記第2反射層を形成する工程は、前記第1反射層に接するように前記第2樹脂を配置する工程を含み、
前記第2反射層を形成する工程は、遠心力によって前記第2樹脂に含有される前記第2反射材を沈降させて前記第2反射材を含有する含有層と透光層とをこの順に前記凹部の底面に形成するとともに、前記発光素子の側面の少なくとも一部に前記含有層が対向しないように前記第2反射層を形成し、
形成された前記第2反射層から前記発光素子の側面の少なくとも一部が露出し、露出した前記側面が前記光透過層で被覆されている発光装置の製造方法。 - 凹部を有するパッケージの前記凹部の底面に発光素子を載置する工程と、
前記凹部の側面を第1反射材を含有する第1樹脂で被覆して第1反射層を形成する工程と、
前記第1反射層に当接して、前記凹部の底面を第2反射材を含有する第2樹脂で被覆して第2反射層を形成する工程と、
前記第2反射層および前記発光素子上に、蛍光体を含有する第3樹脂による光透過層を配置する工程と、を有し、
前記第2反射層を形成する工程は、前記第1反射層に接するように前記第2樹脂を配置する工程を含み、
前記第2反射層を形成する工程は、前記第2樹脂を前記凹部の底面における前記凹部の側面と前記発光素子との間にポッティングにより配置し、前記凹部の底面が外側になるような回転軸で前記パッケージに遠心力をかけることにより、前記第1反射層から露出する前記凹部の底面全てを被覆するように前記第2樹脂の形状を変化させるとともに、遠心力がかかった状態で前記第2樹脂を硬化させ、
形成された前記第2反射層から前記発光素子の側面の少なくとも一部が露出し、露出した前記側面が前記光透過層で被覆されている発光装置の製造方法。 - 前記第2反射材の沈降は、前記凹部の底面が外側になるような回転軸で前記パッケージに遠心力をかけることにより行う請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2反射層を形成する工程は、前記第2反射材を沈降させながら前記第2樹脂を硬化させる請求項1または請求項3に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2樹脂を硬化させる温度が40℃以上200℃以下である請求項2または請求項4に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2反射材が酸化チタンである請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記酸化チタンの粒径が、0.1μm以上1.0μm以下である請求項6に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2樹脂の粘度が、0.3Pa・s以上15Pa・s以下である請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2反射層を形成する工程の前に、前記第2樹脂を準備する工程を含み、
前記第2樹脂を準備する工程は、2液硬化性の樹脂材料の主剤と前記第2反射材とを混合し、2時間以上経過後に硬化剤を混合する請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。 - 凹部を有するパッケージと、
前記凹部の底面に載置された発光素子と、
第1反射材を含有する第1樹脂により前記凹部の側面を被覆して形成される第1反射層と、
前記第1反射層に当接して、第2反射材を含有する第2樹脂により前記凹部の底面を被覆して形成される第2反射層と、
前記第2反射層および前記発光素子上に配置された、蛍光体を含有する第3樹脂による光透過層と、を備え、
前記第1反射層は、前記第1反射材が前記第1樹脂中に分散しており、前記第2反射層は、前記第2反射材を含有する含有層と透光層とがこの順に前記凹部の底面に設けられており、前記発光素子の側面の少なくとも一部が前記含有層に対向せず、
前記第2反射層から前記発光素子の側面の少なくとも一部が露出し、露出した前記側面が前記光透過層で被覆されている発光装置。 - 前記第1反射層は、平面視で、矩形または正方形に形成された前記凹部の側面が一方向で対向するX方向において、前記発光素子に向けて凹状に湾曲して形成される湾曲部と、
前記X方向と直交するY方向における前記凹部の側面の少なくとも一部が前記発光素子と対向するように間隙を有して形成される間隙部と、を有する請求項10に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、平面視で、前記凹部の底面の中央に載置され、
前記パッケージおよび前記発光素子は、平面視で、前記発光素子から前記X方向の前記凹部の側面までの距離と、前記発光素子から前記Y方向の前記凹部の側面までの距離とが異なる請求項11に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、平面視で、前記凹部の底面の中央から前記凹部の一方側にずれた位置に載置され、
前記第1反射層は、平面視で、対向する前記凹部の一方向の側面において、一方の側面から他方の側面に向かって湾曲する湾曲部を有し、前記湾曲部は、湾曲した部位の最深部が前記発光素子に対向する位置にある請求項10に記載の発光装置。
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