JP6925100B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
また、本実施形態に係る別の発光装置は、発光素子と、前記発光素子を被覆する透光性の封止樹脂と、前記封止樹脂に含有される光拡散材と、を有し、前記封止樹脂及び前記光拡散材の10℃〜50℃における屈折率の温度依存係数が、−5×10−5/℃〜−5×10−4/℃である。
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、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
図1(a)は第1実施形態に係る発光装置の一例を示す上面図であり、(b)は、図1(a)のI−I線における断面図である。
本実施形態の発光装置は、発光素子1と、発光素子1を被覆する封止樹脂2と、封止樹脂2に含有される光拡散材3と、を含む。光拡散材3を封止樹脂2に含有させることにより、発光素子1から出射された光を拡散(散乱)することができる。
本実施形態では、光拡散材として封止樹脂と略同じ屈折率温度係数を持つ材料を用いることにより、例えば25℃〜130℃の温度下であっても、図3に示すように配光特性にほとんど変化はなく、バットウイング配光を維持することができるため、本実施形態の効果をより顕著に得ることができる。
(発光素子)
発光素子としては、例えば発光ダイオードチップ等の半導体発光素子を用いることができる。半導体発光素子は、透光性基板と、その上に形成された半導体積層体とを含むことができる。透光性基板には、例えば、サファイア(Al2O3)、スピネル(MgA12O4)のような透光性の絶縁性材料や、半導体積層体からの発光を透過する半導体材料(例えば、窒化物系半導体材料)を用いることができる。
発光素子は、通常、導電部材を備える基体上に配置される。配置方法は、発光素子の電極を基体の導電部材に接合部材を介して直接接合するフリップチップ実装であってもよいし、絶縁性基板側を基板に接着し、上面の正負の電極をワイヤで接続する方式であってもよい。基体は少なくとも一対の導電部材を配置するために絶縁性を有していることが好ましい。基体の材料としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン、ポリフタルアミド(PPA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂やセラミックスが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ガラスセラミックス、窒化物系(例えば、AlN)、炭化物系(例えば、SiC)等が挙げられる。
また、基体を構成する材料に樹脂を用いる場合は、ガラス繊維や、SiO2、TiO2、Al2O3等の無機フィラーを樹脂に混合し、機械的強度の向上、熱膨張率の低減、光反射率の向上等を図ることもできる。
導電部材は、発光素子の電極と電気的に接続され、外部からの電流(電力)を供給するための部材である。すなわち、外部から通電させるための電極またはその一部としての役割を担うものである。通常、正と負の少なくとも2つ以上に離間して形成される。
導電部材は、発光素子の載置面となる、基体の少なくとも上面に形成される。導電部材の材料は、基体として用いられる材料や製造方法等によって適宜選択することができる。
封止樹脂を構成する透光性樹脂としては、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。とりわけ、発光素子1からの光取り出し効率を高めるため、屈折率の高いフェニル系シリコーン樹脂を選択することが好ましい。
光拡散材としては有機フィラーが例示される。例えば各種樹脂を粒子状としたものが挙げられる。この場合、各種樹脂としては例えば、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、エポキシ樹脂、シアナート樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ウレタン樹脂及びポリエステル樹脂などが挙げられる。
特に、光拡散材としてメチル系シリコーン樹脂、封止樹脂としてフェニル系シリコーン樹脂を用いることが好ましい。封止樹脂側にフェニル系シリコーンを使用する理由は屈折率を高く出来るためで、発光素子1からの光取り出し効率が高くなるためである。
光拡散材側にメチル系シリコーン樹脂を使用する理由は、封止樹脂より屈折率を低く出来るため、一旦フィラーに入り込んだ光がフィラー内で全反射すること無く取り出すことが出来、発光効率の低下を招きにくいためである。
発光装置は、波長変換物質を有していてもよい。波長変換物質は、例えば発光素子の周囲を覆うように、封止樹脂中において発光素子側に偏って設けられていてもよいし、封止樹脂中に分散して配置されていてもよい。
発光装置は、目的に応じて適宜その他の部材を含んでいてもよい。例えば、ツエナーダイオード等の保護素子を有していてもよいし、発光素子の周囲にアンダーフィルを有していてもよい。コネクタやその他の電子部品を有していてもよい。
発光装置は、SMD(Surface Mount Device)、CSP(Chip Scale Package)、COB(Chip on Board)、COF(Chip on Flexible)等、封止樹脂を有するものであれば、どのような発光装置であっても適用可能である。例えば、キャビティを有し、キャビティ内に封止樹脂が充填されてなる発光装置であってもよいし、平板状の基板の上に発光素子が実装され、その上に封止樹脂が凸形状に形成されてなる発光装置であってもよい。
第2実施形態では、封止樹脂2と光拡散材3の絶対的な屈折率差は第1実施形態よりも大きくなるものの、25℃と130℃での相対的な屈折率差を少なくすることにより、温度による配光特性の変化を抑制する。以下、図5を用いて説明する。
このように、用いる封止樹脂よりも一定以上屈折率の高い拡散材を添加することによってもΔn1に対するΔn2の比を、95〜105%の範囲内とすることができ、温度変化による配光特性の変化を抑制することが可能となる。
(光拡散材)
本実施形態の光拡散材としては、無機フィラーが例示される。用いる封止部材よりも屈折率が高いことが好ましく、Δn1およびΔn2が0.15以上であることが好ましい。例えばアルミナ、ジルコニア、チタニアなどが挙げられる。
以下、実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本実施例は、図1に示すようなCOF(Chip on Flexible)タイプの発光装置100である。基板10は、基体12として100μmのガラスエポキシを用い、導電部材14として35μmのCuを用いる。導電部材14は、発光素子1と接合部材18により接合される部分を露出しつつその表面をレジスト16で被覆されている。接合部材18として半田を用いて、発光素子1と導電部材14を接合する。
発光素子1は、平面視が1辺600μmの正方形で、厚みが150μmの窒化物系青色LEDを用いる。アンダーフィル20として、酸化チタンを30wt%含有したシリコーン樹脂を用い、発光素子1の下面及び側面を被覆している。
封止樹脂2の形状は、図1に示すように、上面視の外形が円形であり、断面視が略半長球状である。光軸方向の高さAが5.5mm、封止樹脂2の底面の半径Bは1.7mmとし、アスペクト比(A/B)が3.2である。
光拡散材3として、ジメチルシリコーン樹脂に換えて、無機フィラーであるAl2O3フィラー(25℃における屈折率1.76)を5wt%含有した以外は実施例1と同様に発光装置を作製する。配光特性は図6に示すように、25℃、50℃、100℃、130℃の全ての点において、0°付近の相対輝度よりも、50°〜60°付近の相対輝度が高くなっており、バットウイング配光として制御することが可能となる。温度による配光特性の変化は殆ど無いことがわかる。Δn1に対するΔn2の比は、104%である。
比較例として、実施例1の光拡散材としてSiO2フィラー(25℃における屈折率1.46)を30wt%添加し、その他は実施例1と同様にサンプルを作成する。このサンプルの25℃及び130℃の配光特性を図4に示す。これより、高温になると封止樹脂2と光拡散材の屈折率差が少なくなり、光散乱性が低下して光軸方向の輝度が高くなり、配光特性が温度によって変化することがわかる。Δn1´に対するΔn2´の比は、82%である。
1 発光素子
2 封止樹脂
3 光拡散材
10 基板
12 基体
14 導電部材
16 レジスト
18 接合部材
20 アンダーフィル
Claims (3)
- 発光素子と、
前記発光素子を被覆し、断面視において光軸方向の高さが底面の幅よりも長くなるような凸形状であるフェニル系シリコーン樹脂の封止樹脂と、
前記封止樹脂に含有されるメチル系シリコーン樹脂の光拡散材と、
前記封止樹脂中において前記発光素子側に偏って設けられ、前記発光素子から出射される光の波長を異なる波長に変換する波長変換物質と、を有し、
10℃における前記封止樹脂と前記光拡散材との屈折率差をΔn1、
50℃における前記封止樹脂と前記光拡散材との屈折率差をΔn2としたとき、
前記Δn1に対する前記Δn2の比が、97〜103%の範囲内であって、
前記封止樹脂及び前記光拡散材の10℃〜50℃における屈折率の温度依存係数が、−5×10−5/℃〜−5×10−4/℃であり、
バットウイング配光特性を有する、発光装置。 - 前記封止樹脂は、無機系のナノフィラーを含有する、請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光素子の下面及び側面を被覆するアンダーフィルを有する、請求項1または2に記載の発光装置。
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