JP7089159B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態1に係る発光装置1000A、1000B、1000Cを図1Aから図8に基づいて説明する。発光装置1000Aは、基板10と、第1発光素子20Aと、第2発光素子20Bと、導光部材50と、第1反射部材40と、を備える。基板10は、基材11と、第1配線12と、を備える。基材11は、上面111と、上面111の反対側に位置する下面112と、上面111と下面112の間に位置する側面113と、を有する。更に、基材11は、基材11の上面111及び基材11の側面113に開口し、基材11の上面111の外周を囲む凹部115を備える。第1配線12は、基材11の上面111に配置される。第1発光素子20Aは、第1配線12と電気的に接続され、第1配線12上に載置される。第1発光素子20Aの発光ピーク波長は430nm以上490nm未満である。第2発光素子20Bは、第1配線12と電気的に接続され、第1配線12上に載置される。第2発光素子20Bの発光ピーク波長は490nm以上570nm以下である。導光部材50は、第1発光素子20A、第2発光素子20B及び基材11の上面111を被覆し、基材11の凹部115から離間する。第1反射部材40は、上面視において環状であり、基材11の凹部115内に配置され、基材11の上面111及び導光部材50を囲む。また、第1反射部材40は、導光部材50と接する。基材11の側面113の少なくとも一部と、第1反射部材40の外側面412の少なくとも一部と、が面一である。尚、本明細書において、面一とは、±5μm程度の変動は許容されることを意味する。
本発明の実施形態2に係る発光装置2000A、2000Bを図9から図12に基づいて説明する。発光装置2000Aは、実施形態1に係る発光装置1000Aと比較して、基材が備える窪み、ビア及び第1反射部材が相違する。発光装置2000Bは、実施形態1に係る発光装置1000Aと比較して、基材が備える窪み、ビア、第1反射部材及び発光素子の数が相違する。
基板10は、発光素子を載置する部材である。基板10は、基材11と、第1配線12と、を備える。基材11は、基材の上面及び基材の側面に開口し、基材の上面の外周を囲む凹部を備える。基材10は、更に、窪み16、第2配線13、第3配線14、及び、ビア15を備えていてもよい。
基材11は、樹脂若しくは繊維強化樹脂、セラミックス、ガラスなどの絶縁性部材を用いて構成することができる。樹脂若しく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)、ポリイミドなどが挙げられる。また、基材11に酸化チタン等の白色顔料を含有させてもよい。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、若しくはこれらの混合物などが挙げられる。これらの基材のうち、特に発光素子の線膨張係数に近い物性を有する基材を使用することが好ましい。基材の厚さの下限値は、適宜選択できるが、基材の強度の観点から、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、基材の厚さの上限値は、発光装置の厚さ(奥行き)の観点から、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。
第1配線は、基板の上面に配置され、発光素子と電気的に接続される。第1配線は、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。これらの金属又は合金の単層でも多層でもよい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。また、第1配線の表層には、導電性接着部材の濡れ性及び/若しくは光反射性などの観点から、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、金若しくはこれらの合金などの層が設けられていてもよい。
第2配線は基板の下面に配置される。第3配線は、窪みの内壁を被覆し、第2配線と電気的に接続される。第2配線及び第3配線は、第1配線と同様の導電性部材を用いることができる。
ビア15は基材11の上面と下面とを貫通する孔内に設けられ、第1配線と第2配線を電気的に接続する部材である。ビア15は基材の貫通孔の表面を被覆する第4配線151と、第4配線内151に充填された充填部材152と、によって構成されてもよい。第4配線151には、第1配線、第2配線及び第3配線と同様の導電性部材を用いることができる。充填部材152には、導電性の部材を用いても絶縁性の部材を用いてもよい。
絶縁膜18は、下面における絶縁性の確保及び短絡の防止を図る部材である。絶縁膜は、当該分野で使用されるもののいずれで形成されていてもよい。例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂等が挙げられる。
第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子は、電圧を印加することで自ら発光する半導体素子であり、窒化物半導体等から構成される既知の半導体素子を適用できる。第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子としては、例えばLEDチップが挙げられる。第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子は、少なくとも半導体積層体を備え、多くの場合に素子基板をさらに備える。第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素の上面視形状は、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、その他の形状であってもよく、例えば六角形状であれば発光効率を高めることもできる。第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子の側面は、上面に対して、垂直であってもよいし、内側又は外側に傾斜してもよい。また、第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子は、正負電極を有する。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。第1発光素子の発光ピーク波長は、430nm以上490nm未満である。第2発光素子の発光ピーク波長は、490nm以上570nm以下である。半導体材料としては、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。このほか、InAlGaAs系半導体、InAlGaP系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素などを用いることもできる。第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子の素子基板は、主として半導体積層体を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板であるが、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であってもよい。素子基板が透光性を有することで、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。素子基板の母材としては、サファイア、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。素子基板の厚さは、適宜選択でき、例えば0.02mm以上1mm以下であり、素子基板の強度及び/若しくは発光装置の厚さの観点において、0.05mm以上0.3mm以下であることが好ましい。
透光性部材は発光素子上に設けられ、発光素子を保護する部材である。透光性部材は、少なくとも以下のような母材により構成される。また、透光性部材は、以下のような波長変換部材を母材中に含有することで、波長変換部材として機能させることができる。透光性部材の各層の母材は以下のように構成される。各層の母材は同じでもよく、異なっていてもよい。透光性部材が波長変換部材を有することは必須ではない。
透光性部材の母材は、発光素子から発せられる光に対して透光性を有するものであればよい。なお、「透光性」とは、第1発光素子の発光ピーク波長における光透過率が、好ましくは60%以上であること、より好ましくは70%以上であること、よりいっそう好ましくは80%以上であることを言う。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を用いることができる。ガラスでもよい。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、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。透光性部材は、これらの母材のうちの1種を単層で、若しくはこれらの母材のうちの2種以上を積層して構成することができる。なお、本明細書における「変性樹脂」は、ハイブリッド樹脂を含むものとする。尚、透光性部材の母材とは、第1拡散層、透光層、波長変換層、第2拡散層の母材も含まれる。
波長変換部材は、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。波長変換部材は、以下に示す具体例のうちの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。透光性部材が複数の波長変換層を備える場合には、各波長変換層に含有される波長変換部材は同じでもよく、異なっていてもよい。
第1反射部材は、Z方向への光取り出し効率の観点から、第1発光素子の発光ピーク波長における光反射率が、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりいっそう好ましい。さらに、第1反射部材は、白色であることが好ましい。よって、第1反射部材は、母材中に白色顔料を含有してなることが好ましい。第1反射部材は、硬化前には液状の状態を経る。第1反射部材は、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形成することができる。
第1反射部材の母材は、樹脂を用いることができ、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、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。
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、酸化ケイ素のうちの1種を単独で、又はこれらのうちの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、適宜選択でき、不定形若しくは破砕状でもよいが、流動性の観点では球状が好ましい。また、白色顔料の粒径は、例えば0.1μm以上0.5μm以下程度が挙げられるが、光反射や被覆の効果を高めるためには小さい程好ましい。光反射性の反射部材中の白色顔料の含有量は、適宜選択できるが、光反射性及び液状時における粘度などの観点から、例えば10wt%以上80wt%以下が好ましく、20wt%以上70wt%以下がより好ましく、30wt%以上60wt%以下がよりいっそう好ましい。なお、「wt%」は、重量パーセントであり、光反射性の反射部材の全重量に対する当該材料の重量の比率を表す。
第2反射部材は、発光素子と基板の間に位置する部材である。第2反射部材には、第1反射部材と同様の反射部材を用いることができる。
被覆部材は、発光素子の光取り出し面を被覆し、発光素子の光を拡散させたり、発光素子のピーク波長の光とは異なるピーク波長の光に変換したりする。
被覆部材の母材には、透光性部材の母材と同様の材料を用いることができる。
被覆部材の拡散粒子には、透光性部材の拡散粒子と同様の材料を用いることができる。
導光部材は、発光素子及び基材の上面を被覆する部材である。導光部材の母材は、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、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。また、導光部材の母材は、上述の透光性部材と同様のフィラーを含有してもよい。
導電性接着部材とは、発光素子の電極と第1配線とを電気的に接続する部材である。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のうちのいずれか1つを用いることができる。
10 基板
11 基材
115 凹部
12 第1配線
13 第2配線
14 第3配線
15 ビア
151 第4配線
152 充填部材
16 窪み
18 絶縁膜
20A 第1発光素子
20B 第2発光素子
20C 第3発光素子
30 透光性部材
40 第1反射部材
41 第2反射部材
50 導光部材
60 導電性接着部材
Claims (9)
- 上面、前記上面の反対側に位置する下面、及び、前記上面と前記下面との間に位置する側面を有する基材、並びに、前記上面に配置される第1配線を含む基板であって、前記基材は、前記上面及び前記側面に開口し前記上面の外周を囲む凹部を有する、基板と、
前記第1配線と電気的に接続され、前記第1配線上に載置される、発光ピーク波長が430nm以上490nm未満である第1発光素子と、
前記第1配線と電気的に接続され、前記第1配線上に載置される、発光ピーク波長が490nm以上570nm以下である第2発光素子と、
前記第1発光素子、前記第2発光素子及び前記上面を被覆し、前記凹部から離間する導光部材と、
前記凹部内に配置され、前記上面及び前記導光部材を囲み、前記導光部材と接する環状の第1反射部材と、
を備え、
上面視において、前記基板、前記第1発光素子及び前記第2発光素子のそれぞれは、長方形状を有し、
前記基板の長方形状の長辺は、第1方向に沿って延び、
前記第1発光素子及び前記第2発光素子は、前記第1方向に並んで配置されており、
前記第1発光素子の長方形状の短辺の1つは、前記第2発光素子の長方形状の短辺の1つと対向しており、
前記基材の側面の少なくとも一部及び前記第1反射部材の外側面の少なくとも一部は、面一である、発光装置。 - 透光性部材をさらに備え、
前記透光性部材は、前記導光部材を介して前記第1発光素子の上面及び前記第2発光素子の上面を被覆する、請求項1に記載の発光装置。 - 前記透光性部材は、波長変換部材を含有している、請求項2に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、
第1拡散層と、
前記第1拡散層上に配置される透光層と、
前記透光層上に配置される波長変換層と、
前記波長変換層上に配置される第2拡散層と、
を有する、請求項3に記載の発光装置。 - 前記第1反射部材は、
前記基板の長方形状の長辺側の第1反射部と、
前記基板の長方形状の短辺側の第2反射部と、
を有し、
上面視において、前記第1反射部の幅は、前記第2反射部の幅よりも大きい、請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記基材は、前記下面と前記側面とに開口する窪みを有し、
上面視において、前記第2反射部は、前記窪みから離間する、請求項5に記載の発光装置。 - 上面視における前記第1反射部材の幅は、10μm以上50μm以下である、請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記基板と前記第1発光素子の下面との間に位置する第2反射部材をさらに備える、請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第1方向において、前記第1発光素子及び前記第2発光素子と並んで配置される第3発光素子をさらに備え、
前記第3発光素子の発光ピーク波長は、前記第1発光素子の発光ピーク波長と同じである、請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置。
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