JP7177326B2 - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光装置及び発光装置の製造方法に関する。
例えば、特許文献1には、発光素子と、前記発光素子からの発光の一部を異なる波長に変換するよう発光素子の周囲に配置された蛍光物質とを備える発光装置の製造方法であって、前記発光素子を載置する台座上に、所定の大きさに開口された開口領域を有する枠体を、発光素子を配置すべき位置が前記開口領域に含まれるように形成する工程と、前記発光素子の周囲に略一定の大きさの空隙が形成されるように、前記開口領域の略中心に前記発光素子を載置する工程と、前記発光素子と開口領域の側壁との間に形成された空隙に、前記蛍光物質を含有する硬化性組成物を充填して前記発光素子を被覆する工程と、を有する発光装置の製造方法が開示されている(請求項1参照)。
特開2006-49524号公報
本開示に係る実施形態は、配光色度ムラを調整する発光装置及び発光装置の製造方法を提供することを課題とする。
本開示の実施形態に係る発光装置は、基台と、前記基台上に設けられる発光素子と、前記発光素子と離間し、前記発光素子を挟んで前記基台上に配置される一または二以上の透光性部材と、前記透光性部材で挟まれた領域内に配置された前記発光素子を覆うとともに、前記透光性部材の上面の少なくとも一部及び前記透光性部材の内側面を覆う、蛍光体を含有する封止部材と、を備える。
また、本開示の実施形態に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子と離間し、前記発光素子を挟んで配置される一または二以上の透光性部材と、前記透光性部材で挟まれた領域内に設置された前記発光素子の一部を覆うとともに、前記透光性部材の上面の少なくとも一部及び前記透光性部材の内側面を覆う、蛍光体を含有する封止部材と、を備える。
また、本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、基台上に発光素子を設ける工程と、前記発光素子と離間して前記発光素子を囲むように前記基台上に透光性を有する一または二以上の透光性部材を設ける工程と、前記基台、前記透光性部材、及び、前記発光素子を、蛍光体を含有する封止部材で覆う工程と、前記透光性部材を設けた位置に沿って前記基台、前記透光性部材、及び前記封止部材を切断する工程と、を有する。
また、本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、基台上に発光素子を設ける工程と、前記発光素子と離間して前記発光素子を囲むように前記基台上に透光性を有する一または二以上の透光性部材を設ける工程と、前記基台、前記透光性部材、及び、前記発光素子を、蛍光体を含有する封止部材で覆う工程と、前記基台を前記発光素子から除去する工程と、前記透光性部材を設けた位置に沿って、前記透光性部材、及び前記封止部材を切断する工程と、を有する。
本開示の実施形態に係る発光装置及び発光装置の製造方法によれば、配光色度ムラを調整することができる。
第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。 第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図1AのIB-IB線における概略断面を示す。 第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略斜視断面図であり、図1AのIC-IC線における概略断面を示す。 第1実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。 第1実施形態に係る発光装置の製造方法における基台準備工程を示す概略断面図である。 第1実施形態に係る発光装置の製造方法における発光素子実装工程を示す概略断面図である。 第1実施形態に係る発光装置の製造方法における配線工程を示す概略断面図である。 第1実施形態に係る発光装置の製造方法における透光性部材形成工程を示す概略断面図である。 第1実施形態に係る発光装置の製造方法における封止部材形成工程を示す概略断面図である。 第1実施形態に係る発光装置の製造方法における個片化工程を示す概略断面図である。 第1実施形態の変形例に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。 第1実施形態の変形例に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図4AのIVB-IVB線における概略断面を示す。 シミュレーション対象の発光装置のパラメータ構成を説明する概略平面図である。 シミュレーション対象の発光装置のパラメータ構成を説明する概略断面図であり、図5AのVB-VB線における概略断面を示す。 透光性部材の幅が異なる各発光装置における方位角度と配光色度との関係を示すグラフである。 第2実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。 第2実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図7AのVIIB-VIIB線における概略断面を示す。 第2実施形態に係る発光装置の構成を示す他の概略断面図であり、図7AのVIIC-VIIC線における概略断面を示す。 第3実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図である。 第3実施形態の変形例に係る発光装置の構成を示す概略断面図である。 第4実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。 第4実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図1AのXB-XB線における概略断面を示す。 第4実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。 第4実施形態に係る発光装置の製造方法における基台準備工程を示す概略断面図である。 第4実施形態に係る発光装置の製造方法における発光素子固定工程を示す概略断面図である。 第4実施形態に係る発光装置の製造方法における透光性部材形成工程を示す概略断面図である。 第4実施形態に係る発光装置の製造方法における封止部材形成工程を示す概略断面図である。 第4実施形態に係る発光装置の製造方法における基台除去工程を示す概略断面図である。 第4実施形態に係る発光装置の製造方法における個片化工程を示す概略断面図である。
以下、実施形態に係る発光装置及び発光装置の製造方法について説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、本実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として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こととする。
凹形状のパッケージと、凹形状の底面に配置され青色光を放射する発光素子と、凹形状に配置され樹脂中に含有され青色光を吸収して黄色光を放射する蛍光体層と、を用いて擬似白色光を放射する発光装置がある。
ここで、発光素子から蛍光体層の外面まで長さ(光路長)が長いほど、発光素子から放射された青色光が蛍光体層の外面から放射されるまでの間に蛍光体で吸収される割合が多くなる。換言すれば発光装置から黄色光が放射される割合が高くなる。このため、蛍光体層の光路長が長いほど黄色味を帯びた放射光となる。
また、凹形状の底面に配置された発光素子に、蛍光体を含有する樹脂をポッティングにして、発光素子を封止するように蛍光体層を形成する場合、一般的に蛍光体のほうが樹脂よりも比重が大きいため、樹脂が硬化する前に蛍光体が緩やかに沈下し、硬化後の蛍光体層においては上側よりも下側のほうが蛍光体の存在比が高くなる。
このため、幅方向に対して高さ方向が短い薄型形状の発光装置においては、発光装置の上面中央付近から放射される放射光と比較して、側面及び側面近傍から放射される放射光は黄色味を帯びた放射光となり、配光色度ムラが発生する。
また、凹形状の底面に発光素子を載置する際、発光素子を保持するコレットが凹形状のパッケージにぶつからないようにするため、凹形状の側面間の距離が大きくなっている。
また、凹形状内に配置された電極と発光素子とをワイヤ接続する際、ワイヤボンディング用のボンダーが凹形状のパッケージにぶつからないようにするため、凹形状の側面間の距離が大きくなっている。凹形状の側面間の距離が大きくなるに従い、上記のような配光色度ムラが発生しやすくなる。
実施形態に係る発光装置の製造方法は、配光色度を調整することができる。また、配光色度を調整した発光装置を提供することができる。
<第1実施形態>
[発光装置の構成]
第1実施形態に係る発光装置の構成について、図1A及び図1Bを参照して説明する。図1Aは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。図1Bは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図1AのIB-IB線における概略断面を示す。図1Cは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略斜視断面図であり、図1AのIC-IC線における概略断面を示す。なお、図1Aにおいて、蛍光体5を含有する封止部材4の下方に配置される部材は、当該封止部材4及び蛍光体5を透視して記載している。
第1実施形態に係る発光装置100は、全体の形状が略直方体であって、基台1と、基台1上に設けられる発光素子2と、発光素子2と離間して基台1上に配置される透光性部材3と、透光性部材3上及び発光素子2を封止して蛍光体5を含有する封止部材4と、を主として備えて構成されている。
基台1は、支持部材11と、第1電極121及び第2電極122からなる電極12と、を備えて構成され、平板状に形成されている。
支持部材11は、電極12の2つの部材である第1電極121及び第2電極122を所定の配置で支持する部材である。支持部材11は、絶縁性の樹脂材料を用いて形成することができる。支持部材11に用いられる樹脂材料としては、例えば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂の場合、例えば、ポリフタルアミド樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、不飽和ポリエステルなどを用いることができる。熱硬化性樹脂の場合、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などを用いることができる。具体的には、EMC(epoxy molding compound)を好適に用いることができる。
電極12は、第1電極121及び第2電極122からなり、CuまたはCu系合金などの板金を打ち抜き加工することで形成することができる。なお、第1電極121及び第2電極122の表面がAgメッキされていてもよい。ちなみに、第1電極121と第2電極122とは、支持部材11により絶縁されている。
第1電極121は、基台1の中央部を含んで設けられ、発光素子2を接合(ダイボンド)するための領域として用いられる。発光素子2を第1電極121に接合することにより、発光素子2が発生する熱が第1電極121を介して外部に伝達する経路とすることができる。
発光素子2の一方の極性の電極と第1電極121の上面とは、ワイヤ6を介して電気的に接続される。また、発光素子2の他方の極性の電極と第2電極122の上面とは、他のワイヤ6を介して電気的に接続される。なお、第1電極121及び第2電極122は、下面が支持部材11から露出している。
発光素子2は、窒化物半導体を利用した高輝度青色光を放射する発光ダイオード(light emitting diode:LED)であり、正負の電極が上面(基台1と接合される面とは反対の面)側に配置されたフェイスアップ実装型の発光素子である。発光素子2の電極は、ワイヤ6を介して第1電極121及び第2電極122と電気的に接続されている。
透光性部材3は、水平方向(透光性部材3の長手方向に垂直な面で断面視した際の左右方向)における封止部材4の光路長を短くするために設けられている。封止部材4の光路長とは、発光素子2から略水平方向に放射された光が発光装置100の側面にぬける光路において、封止部材4中を通る長さをいう。透光性部材3は、発光素子2からの光の少なくとも50%(好ましくは70%)を透過するものであり、基台1上に配置されている。
透光性部材3は、一または二以上からなる。平面視において透光性部材3は四角形状、六角形状等の多角形状、枠状、環状などのように連続して形成されているものの他、線状、棒状、一部折れ曲がったり湾曲したりしている形状のように二以上から構成されるものも含まれる。
基台1上には発光素子2も設けられているが、発光素子2と透光性部材3とは、離れて配置されている。第1実施形態に係る発光装置100では、透光性部材3は、長手方向に垂直な面で断面視した際、発光素子2を挟むように配置されている。ここで、透光性部材3が発光素子2を挟むとは、所定の方向に延びる1組の透光性部材に対して、発光素子2がその間に位置することである。また、透光性部材3は、平面視した際、発光素子2の全周を囲むように配置されている。換言すれば、透光性部材3は4つの側部をもつ枠状の構造を有しており、4つの側部のうちの2つの側部が所定の方向に延びる第1の1組の対向部となり、他の2つの側部が前記所定の方向に垂直に延びる第2の1組の対向部となっている。そして発光素子2は、第1の1組の対向部で挟まれ、更に第2の1組の対向部で挟まれることにより、全周が囲まれている。
透光性部材3の4つの側部はそれぞれ内側面31を有している。内側面31は、側部の側面のうち発光素子2の側(後述する封止部材4と接する面の側)であり、側部の長手方向に垂直な面で断面視した際、封止部材4に向かって凸となる円弧状または湾曲して形成されている。また、透光性部材3の4つの側部のそれぞれは、当該側部の長手方向に垂直な面で断面視した際、下側(基台1の側)ほど水平方向の幅が広くなり、上側(基台1から離れた側)ほど水平方向の幅が狭くなるように構成されている。
一方、透光性部材3の外側面32は、透光性部材3の側面のうち発光素子2とは反対側であり、発光装置100の側面(垂直面)の一部として外に露出して形成されている。なお、露出するとは、透光性部材3の外側面32と外気の間が封止部材4で覆われていないことを示し、透光性部材3の外側面32の表面に水分の侵入を抑制するコーティング(例えば、シリカコート)が施されている場合も、露出に含めるものとする。
透光性部材3に用いられる材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などの良好な透光性を有する熱硬化性樹脂や、透光性を有するガラスを挙げることができる。具体的には、シリコーン樹脂を好適に用いることができる。
なお、透光性部材3は、光拡散材を含有していてもよい。また、透光性部材3が光拡散材を含有する場合、1質量%以上20質量%以下で光拡散材が含有されていることが望ましい。1質量%未満では好適な光拡散性を得ることができず、20質量%より大きくなると、透光性部材3の透過率が低下するため好ましくない。このため、1質量%以上20質量%以下とすることが好ましく、2質量%以上10質量%以下とすることがより好ましく、2質量%以上5質量%以下とすることがさらに好ましい。
封止部材4は、発光素子2などを、外力、埃、水分などから保護するとともに、発光素子2などの耐熱性、耐候性、耐光性を良好なものとするために設けられている。封止部材4は、発光素子2からの光の少なくとも50%(好ましくは70%)を透過するものであり、透光性部材3の内側面31、発光素子2、及び、透光性部材3と発光素子2との間の基台1の上面を覆うように設けられる。即ち、第1実施形態に係る発光装置100の上面は、封止部材4が露出している。また、発光装置100の側面(垂直面)は、下側で透光性部材3の側面が露出し、上側で封止部材4の側面が露出し、透光性部材3の側面と封止部材4の側面とが同一面に形成されている。なお、封止部材4と外気が触れる表面に水分の侵入を抑制するコーティング(例えば、シリカコート)が施されている場合も、露出に含めるものとする。
封止部材4に用いられる材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などの良好な透光性を有する熱硬化性樹脂や、透光性を有するガラスを挙げることができる。封止部材4としてシリコーン樹脂を好適に用いることができる。シリコーン樹脂として、フェニルレジン、フェニルゴム、変性シリコーン、フロロゴム、メチルゴム、フェニルゲルなども用いることができる。また、シリコーン樹脂として、屈折率1.45~1.60のフェニルシリコーン、屈折率1.40~1.50のメチルフェニルシリコーン、屈折率1.35~1.50のメチルシリコーンなども好適に使用することができる。なお、透光性部材3の材料と、封止部材4の材料は、同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。透光性部材3の材料と封止部材4の材料に同じ材料を用いることにより、透光性部材3と封止部材4の境界(内側面31)における光の屈折を防止することができるので都合がよい。一方、透光性部材3の材料と封止部材4の材料に異なる材料を用いることにより、透光性部材3と封止部材4の境界(内側面31)で光を屈折させて、例えば所望の方向の照度分布が高くなるようにすることができるので都合がよい。
また、封止部材4は蛍光体5を含有しており、蛍光体5は封止部材4中に分散されている。封止部材4は、蛍光体5の粒子を含有させることで、発光装置100の色調調整を容易にすることができる。なお、蛍光体5としては、封止部材4の材料よりも比重が大きく、発光素子2からの光を吸収し、波長変換するものを用いることができる。蛍光体5は、封止部材4の材料よりも比重が大きいと、蛍光体5を沈降させて、発光素子2の表面の近傍に配置することができる。
封止部材4に含有される蛍光体5としては、例えば、Y3Al5O12:Ce(YAG)やシリケートなどの黄色蛍光体、あるいは、CaAlSiN3:Eu(CASN)や(Sr,Ca)AlSiN3:Eu(SCASN)、K2SiF6:Mn(KSF)などの赤色蛍光体、を挙げることができる。
ワイヤ6は、発光素子2の電極と基台1の電極12とを電気的に接続する。なお、発光素子2の電極とワイヤ6の一端の接合点は、封止部材4で覆われている。また、電極12とワイヤ6の一端の接合点は、封止部材4で覆われている。
以上のように構成されている発光装置100は、発光素子2が放射した光を封止部材4に含有する蛍光体5で波長変換して、発光装置100の上面及び側面から放射する。そして、発光装置100は、透光性部材3を備えることにより、配光色度ムラを調整することができる。
[発光装置の製造方法]
次に、第1実施形態に係る発光装置100の製造方法について、図2から図3Fを参照して説明する。図2は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。図3Aは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における基台準備工程を示す概略断面図である。図3Bは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における発光素子実装工程を示す概略断面図である。図3Cは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における配線工程を示す概略断面図である。図3Dは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における透光性部材形成工程を示す概略断面図である。図3Eは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における封止部材形成工程を示す概略断面図である。図3Fは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における個片化工程を示す概略断面図である。
本実施形態に係る発光装置の製造方法は、基台準備工程S11と、発光素子実装工程S12と、配線工程S13と、透光性部材形成工程S14と、封止部材形成工程S15と、個片化工程S16と、が含まれている。
なお、本実施形態に係る発光装置の製造方法は、基台準備工程S11から封止部材形成工程S15までは、複数の基台1が連続的に形成された連結基台10の状態で用いられ、各基台1に対応する発光装置100が製造された後に、個片化工程S16において発光装置100が個片化されるが、1個のみ又は個片化された基台1を用いて発光装置100を製造するようにしてもよい。
基台準備工程S11は、発光素子2等が配置されていない複数の基台1が連結された連結基台10を準備する工程である。連結基台10(基台1)は、板金を打ち抜き加工することで、第1電極121及び第2電極122が形成されたリードフレームを形成し、当該リードフレームを支持部材11の形状に対応したキャビティを有する上下金型で挟み込み、金型のキャビティ内に樹脂を注入して樹脂成形することで形成することができる。なお、連結基台10(基台1)は、樹脂パッケージであるが、セラミックスの原材料であるグリーンシートを積層して焼成することでセラミックスパッケージを形成するようにしてもよく、セラミックスや樹脂などからなる平板状の基体上に、金属箔の貼付やメッキによって導電膜を形成し、エッチングなどによって配線パターンを形成した基板であってもよい。また、購入することで連結基台10(基台1)を準備するようにしてもよい。
発光素子実装工程S12は、コレットなどを用いて発光素子2をピックアップして所定の位置に配置し、発光素子2が配置された連結基台10(基台1)にリフロー炉などを用いて加熱処理を施すことで、発光素子2を連結基台10(基台1)に接合する工程である。
配線工程S13は、ワイヤ6を用いて、発光素子2の端子と、基台1の外部接続用電極である第1電極121及び第2電極122と、を電気的に接続する工程である。ワイヤ6は、ワイヤボンディング用のボンダーを用いて配線することができる。
透光性部材形成工程S14は、ディスペンサーを用いて、連結基台10(基台1)上に硬化性組成物を供給して、その後に硬化性組成物を硬化させ、透光性部材3の元となる透光性部材基礎体30を形成する工程である。透光性部材基礎体30は、基台1の境界1sに沿って、各発光素子2を格子状に囲むように設けられる。なお、ディスペンサーは、連結基台10(基台1)の上面の境界1sに沿って硬化性組成物を格子状にライン塗布等することにより透光性部材基礎体30を設ける。また、透光性部材基礎体30の硬化性組成物は、予め硬さが設定され、ディスペンサーからライン塗布された状態で硬化することで、湾曲した形状となる。この透光性部材基礎体30は行列の一方のみの行または列をライン塗布してもよい。
封止部材形成工程S15は、ディスペンサーを用いて、発光素子2の上面及び側面、透光性部材基礎体30の上面及び側面、発光素子2と透光性部材基礎体30の間の連結基台10(基台1)の上面に、蛍光体5を含む硬化性組成物を供給して、その後に硬化性組成物を硬化させ、封止部材4の元となる封止部材基礎体40を形成する工程である。ここで、封止部材基礎体40は、透光性部材基礎体30よりも高くする。これにより、蛍光体5を含む硬化性組成物を供給する際、格子状の透光性部材基礎体30を越えて供給されるので、生産性が向上する。
個片化工程S16は、互いに連結して形成された発光装置100を個片化(ダイシング)する工程である。発光装置100の個片化は、基台1の境界1sに沿って、カッターなどを用いて切断することで行うことができる。換言すれば、透光性部材基礎体30が配置された位置に沿って切断することにより個片化される。以上のように各工程を行うことによって、発光装置100を製造することができる。
これにより、発光素子2と透光性部材3との距離を近くすることができる。つまり、発光素子実装工程S12や配線工程S13後に、透光性部材形成工程S14を行うことで、発光素子2と透光性部材3との距離、ワイヤ6と透光性部材3との距離を近くすることができる。発光素子2と透光性部材3との距離を近くすることで、発光素子2の水平方向に配置される蛍光体5の量を調整することができ、配光色度ムラを調整することができる。
以上、第1実施形態に係る発光装置100の製造方法について説明したが、これに限定されるものではなく、説明した各工程の前や後に他の工程が含まれていてもよい。
また、透光性部材形成工程S14において、ワイヤ6と電極12(121,122)との接合点を含まないように透光性部材基礎体30を形成し、ワイヤ6と電極12(121,122)との接合点が封止部材4中に形成される(図1A及び図1B参照)ものとして説明したが、これに限られるものではない。
図4Aは、第1実施形態の変形例に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。図4Bは、第1実施形態の変形例に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図4AのIVB-IVB線における概略断面を示す。なお、図4Aにおいて、蛍光体5を含有する封止部材4の下方に配置される部材は、当該封止部材4及び蛍光体5を透視して記載している。
透光性部材形成工程S14において、ワイヤ6と電極12(121,122)との接合点を含むように透光性部材基礎体30を形成し、ワイヤ6と電極12(121,122)との接合点が透光性部材3中に形成される(図4A及び図4B参照)構成であってもよい。
このように、配線工程S13の後に、透光性部材形成工程S14においてディスペンサーを用いて、連結基台10(基台1)上に硬化性組成物を供給して、透光性部材3の元となる透光性部材基礎体30を形成することにより、透光性部材3の4つの側部それぞれについて長手方向に垂直な面で断面視した際の幅を広くすることができる。換言すれば、発光素子2の側面と、当該側面に対向する透光性部材3の側部の内側面31との距離を、図1A及び図1Bに示す構成よりも、より短くすることができる。さらに換言すれば、水平方向における封止部材4の光路長を、より短くすることができる。
[作用効果]
<光学シミュレーション>
第1実施形態(及び第1実施形態の変形例)に係る発光装置100の作用効果を説明するためシミュレーションを行った。
図5Aは、シミュレーション対象の発光装置のパラメータ構成を説明する概略平面図である。図5Bは、シミュレーション対象の発光装置のパラメータ構成を説明する概略断面図であり、図5AのVB-VB線における概略断面を示す。なお、図5Aにおいて、蛍光体5を含有する封止部材4の下方に配置される部材は、当該封止部材4及び蛍光体5を透視して記載している。図6は、透光性部材の幅W3が異なる各発光装置における方位角度θと配光色度(色度座標x)との関係を示すグラフである。ここで、図6に示すグラフの横軸は方位角度θ(±85°の範囲)を示し、縦軸は配光色度(色度座標x)を示す。なお、方位角度θは、発光素子2の光軸を基準(θ=0°)とする。また、ここでは色度として色度座標xについてのみ示すが、他の値(色度座標y、Y値等)についても同様であり省略する。
ここで、シミュレーションの各パラメータについて説明する。シミュレーション対象の発光装置100は、平面視した際、発光装置100及び発光素子2が正方形であるものとし、発光装置100の1辺の幅(換言すれば、基台1の幅)W1=3000[μm]とし、発光素子2の1辺の幅W2=650[μm]とし、基台1の中央に発光素子2が位置するものとした。
また、シミュレーション対象の発光装置100は、断面視した際、基台1の厚さt1=200[μm]とし、発光素子2の厚さt2=150[μm]とし、透光性部材3の厚さ(外側面32における高さ、発光装置100の側面において透光性部材3が露出している高さで定義する。)t3=300[μm]とし、封止部材4は基台1の上面の一部を覆い、その厚さ(基台1の上面から封止部材4の上面までの高さで定義する。)をt4=450[μm]とした。
そして、透光性部材3の4つの部分のそれぞれの幅(側部の長手方向に垂直な面で断面視した際、基台1と透光性部材3が接する幅で定義する。)W3を、0,300,500,700[μm]とパラメータ変化させながらシミュレーションを行った。なお、W3=0[μm]は、透光性部材3を備えず封止部材4で封止した発光装置の構成に相当する。また、発光素子2と透光性部材3との距離(発光素子2の側面と、当該側面に対向する透光性部材3の内側面31との最小距離で定義する。)をW23(=W1/2-W2/2-W3=1175-W3)とする。
なお、図5Bに示すように、透光性部材3の側部の内側面31の断面形状は、t3を第1半径、W3を第2半径とする楕円の1/4楕円弧であるものとした。また、発光素子2は、波長450nmの単一波長光源とした。また、透光性部材3の材料はフェニルシリコーンを用いるものとし、封止部材4の材料はフェニルシリコーンに蛍光体5としてY3Al5O12:Ce(YAG)を分散させたものを用いるものとした。また、各発光装置100は、方位角度θ=±60°における配光色度(色度座標x)が約0.345となるように封止部材中の蛍光体の粒子数を調整した。
ちなみに、青色光と黄色光からなる擬似白色光においては、黄色光の割合が増加するほど色度座標xが上昇する。また、方位角度θの変化に対して色度(色度座標x)の変化が小さいほど、換言すれば、色度(色度座標x)の最大値と最小値の差が小さいほど、配光色度ムラの少ない発光装置100であるといえる。
シミュレーションの結果、透光性部材3を備えない発光装置の構成(W3=0[μm])では、色度座標xの最大値と最小値の差が0.06(=0.38-0.32)であった。これに対し、幅W3=300[μm]の透光性部材3を備える発光装置の構成では、色度座標xの最大値と最小値の差が0.05(=0.37-0.32)であった。幅W3=500[μm]の透光性部材3を備える発光装置の構成では、色度座標xの最大値と最小値の差が0.04(=0.36-0.32)であった。幅W3=700[μm]の透光性部材3を備える発光装置の構成では、色度座標xの最大値と最小値の差が0.02(=0.35-0.33)であった。このように、透光性部材3の幅W3が大きくなるに従って、換言すれば、発光素子2と透光性部材3との距離W23が近づくに従って色度の差が小さくなるという結果が得られた。
以上のように、第1実施形態に係る発光装置100は、透光性部材3を備えることにより、配光色度ムラを調整することができる。特に、透光性部材形成工程S14に示すように、ワイヤ6の配線後に、ライン塗布等により硬化性組成物を基台1上に供給して透光性部材基礎体30(透光性部材3)を形成するので、発光素子2と透光性部材3との距離W23を発光素子2の1辺の幅W2の3/4以下(より好適には1/4程度)とすることができ、より好適に色度ムラを調整することができる。
なお、透光性部材3の側部の長手方向に垂直な面での断面視において、透光性部材3の幅W3を50μm以上とし、透光性部材3の高さ(厚さ)t3を50μm以上とすることが好ましい。これら未満の場合、配光色度ムラを調整する効果が十分に得られないためである。
また、封止部材4の厚さを発光素子2の上方に50μm以上有する、即ち、(t4-t2)を50μm以上にすることが好ましい。これら未満の場合、発光素子2などを、外力、埃、水分などから保護する十分な効果が得られないためである。
また、透光性部材3の直上の封止部材4の厚さ(t4-t3)は、30μm以上3mm以下であることが好ましく、50μm以上1mm以下であることがより好ましく、100μm以上500μm以下であることがさらに好ましい。
また、透光性部材3の幅W3に対する透光性部材3の高さ(厚さ)t3の比率は0.3以上、2.0以下であることが好ましい。このような構成により、調整後の配光色度が調整前の配光色度より悪化するのを防ぐことができる。
また、発光素子2の直上の封止部材4の厚み(t4-t2)に対する透光性部材3の側部の内側面31から当該内側面に対向する発光素子2の側面までの距離W23の比率は、0.8以上2.0以下であることが好ましい。このような構成により、垂直方向に放射される光と、水平方向に放射される光とにおける封止部材4の光路長をおおよそ等しく、または垂直方向の光路長を長めにすることができ、配光色度の調整がより簡単になる。
また、発光素子2の高さ(厚さ)t2に対する封止部材4の高さ(厚さ)t4は、1.2以上、6.0以下であることが好ましい。このような構成により、垂直方向の光路長を長くすることで、透光性部材3のW3を小さくすることができるので、配光色度の調整がより簡単になる。
<第2実施形態>
[発光装置の構成]
第2実施形態に係る発光装置100Aの構成について、図7A及び図7Bを参照して説明する。図7Aは、第2実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。図7Bは、第2実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図7AのVIIB-VIIB線における概略断面を示す。図7Cは、第2実施形態に係る発光装置の構成を示す他の概略断面図であり、図7AのVIIC-VIIC線における概略断面を示す。なお、図7Aにおいて、蛍光体5を含有する封止部材4の下方に配置される部材は、当該封止部材4及び蛍光体5を透視して記載している。
第1実施形態に係る発光装置100は、発光素子2を囲むように透光性部材3の4つの側部が設けられている。これに対し、第2実施形態に係る発光装置100Aは、2辺の透光性部材3Aを備える構成である。具体的には、透光性部材形成工程S14において、ライン塗布等により透光性部材基礎体30を形成する際、格子状ではなく並行に透光性部材基礎体30を形成する。即ち、第2実施形態に係る発光装置100Aでは、透光性部材3Aは、所定の方向に延びる1組の透光性部材であり、当該所定方向に垂直な面で断面視した際、発光素子2を挟むように配置されている。この1組の透光性部材3Aは第1実施形態に係る透光性部材3の1組の側部に相当する。このような構成によっても、透光性部材3Aが延びる方向に垂直な面内での配光色度ムラを調整することができる。
<第3実施形態>
[発光装置の構成]
第3実施形態に係る発光装置100B,100Cの構成について、図8及び図9を参照して説明する。図8は、第3実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図である。図9は、第3実施形態の変形例に係る発光装置の構成を示す概略断面図である。
第1実施形態に係る発光装置100は、透光性部材3の側部の長手方向に垂直な面で断面視した際、当該側部の内側面31が円弧状または湾曲して形成されている。同様に、第2実施形態に係る発光装置100Aは、透光性部材3Aの側部の長手方向に垂直な面で断面視した際、透光性部材3Aの内側面31が円弧状または湾曲して形成されている。これに対し、第3実施形態に係る発光装置100Bは、第1実施形態と同様に4つの側部を有する透光性部材3Bを有するが、側部は平坦な内側面311及び平坦な上面312を有し、側部の長手方向に垂直な面で断面視した際、側部の内側面311,上面312は直線状であり、側部の断面は台形となっている。また、第3実施形態の変形例に係る発光装置100Cでは、透光性部材3Cの4つの側部のそれぞれは平坦な内側面313を有し、側部の長手方向に垂直な面で断面視した際、側部の内側面313は発光装置100Cの側面から延びる直線で形成され、透光性部材3Cの側部の断面が三角形をしている。具体的には、透光性部材形成工程S14において、ライン塗布等により連結基台10(基台1)上に硬化性組成物を供給して、硬化性組成物が硬化する前に、所定の形状となるように成形してもよく、硬化性組成物が硬化した後に、所定の形状となるように加工してもよい。これにより、配光色度ムラを調整することができる。
また、透光性部材3,3A,3B,3Cの材料(硬化性組成物)と、封止部材4の材料(硬化性組成物)とが異なる場合、透光性部材3,3A,3B,3Cと封止部材4の境界で光が屈折することとなるが、透光性部材3,3A,3B,3Cと封止部材4の境界の形状、即ち、透光性部材3,3A,3B,3Cの4つの側部の内側面を適宜設計することにより、光の屈折を制御して、所望の照度分布とすることができる。
また、透光性部材3,3A,3B,3Cの内側面の形状はこれらに限られるものではない。例えば、透光性部材3の内側面に溝を切ったり、凹凸をつけたりしてもよい。
<第4実施形態>
[発光装置の構成]
第4実施形態に係る発光装置200の構成について、図10A及び図10Bを参照して説明する。図10Aは、第4実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。図10Bは、第4実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図10AのXB-XB線における概略断面を示す。なお、図10Aにおいて、蛍光体5を含有する封止部材4の下方に配置される部材は、当該封止部材4及び蛍光体5を透視して記載している。
第4実施形態に係る発光装置200は、全体の形状が略直方体であって、発光素子2と、この発光素子2と離間させて隙間を設けて囲むように配置される透光性部材3と、透光性部材3上及び発光素子2を覆う封止部材4と、を主として備えて構成されている。
第4実施形態に係る発光装置200の発光素子2は、窒化物半導体を利用した高輝度青色光を放射する発光ダイオードであり、正負の電極が底面(封止部材4で覆われる面とは反対の面)側に配置されたフェイスダウン実装型の発光素子である。発光素子2の電極に電源が接続されることで、発光素子2が発光するように構成されている。
透光性部材3は、発光素子2とは離れて配置されている。第4実施形態に係る発光装置200では、透光性部材3は4つの側部をもつ枠状の構造を有しており、4つの側部のうちの2つの側部が所定の方向に延びる第1の1組の対向部を有し、他の2つの側部が前記所定の方向に垂直に延びる第2の1組の対向部を形成を有している。そして発光素子2は、前記第1の1組の対向部で挟まれ、更に前記第2の1組の対向部で挟まれることにより、全周が囲まれているが、第2実施形態に係る発光装置100Aのように2辺の透光性部材3Aを備える構成であってもよい。透光性部材3の内側面31は、断面視した際、封止部材4に向かって凸となる円弧状または湾曲して形成されているが、第3実施形態に係る発光装置100B,100Cのように直線で形成されていてもよい。
封止部材4は、透光性部材3の4つの側部の内側面31及び発光素子2の上面及び側面を覆うように形成される。即ち、第4実施形態に係る発光装置200の上面は、封止部材4が露出している。また、発光装置200の側面(垂直面)は、下側で透光性部材3の側面が露出し、上側で封止部材4の側面が露出し、透光性部材3の側面と封止部材4の側面とが同一面に形成されている。また、発光装置200の底面は、外周部で透光性部材3の底面が露出し、中心部で発光素子2の底面(電極が設けられた面)が露出し、その間の領域では封止部材4の底面が露出し、発光素子2の底面と透光性部材3の底面と封止部材4の底面とが同一面に形成されている。
その他の構成は、第1実施形態に係る発光装置100と同様であり、重複した説明を省略する。
[発光装置の製造方法]
次に、第4実施形態に係る発光装置200の製造方法について、図11から図12Fを参照して説明する。図11は、第4実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。図12Aは、第4実施形態に係る発光装置の製造方法における基台準備工程を示す概略断面図である。図12Bは、第4実施形態に係る発光装置の製造方法における発光素子固定工程を示す概略断面図である。図12Cは、第4実施形態に係る発光装置の製造方法における透光性部材形成工程を示す概略断面図である。図12Dは、第4実施形態に係る発光装置の製造方法における封止部材形成工程を示す概略断面図である。図12Eは、第4実施形態に係る発光装置の製造方法における基台除去工程を示す概略断面図である。図12Fは、第4実施形態に係る発光装置の製造方法における個片化工程を示す概略断面図である。
第4実施形態に係る発光装置の製造方法は、基台準備工程S21と、発光素子固定工程S22と、透光性部材形成工程S23と、封止部材形成工程S24と、基台除去工程S25と、個片化工程S26と、が含まれている。
基台準備工程S21は、発光素子2等が配置されていない基台15を準備する工程である。基台15は、後述する基台除去工程S25において剥離による除去が容易なように、柔軟性のあるシート部材(例えばポリイミド)を用いる。また、シート部材の上面には、後述する発光素子固定工程S22において発光素子2を固定するための粘着層が設けられている。
発光素子固定工程S22は、コレットなどを用いて発光素子2をピックアップして基台15の所定の位置に配置し、固定する工程である。なお、基台15と発光素子2との固定は、基台15の粘着層に紫外線を照射して硬化させることにより行う。
透光性部材形成工程S23は、ディスペンサーを用いて、基台15上に硬化性組成物を供給して、その後に硬化性組成物を硬化させ、透光性部材3の元となる透光性部材基礎体30を形成する工程である。透光性部材基礎体30は、基台15上に、発光装置200の境界1sに沿って、各発光素子2を格子状に囲むように形成される。なお、ディスペンサーは、基台15の上面に発光装置200の境界1sに沿って硬化性組成物を格子状にライン塗布等することにより透光性部材基礎体30を形成する。
封止部材形成工程S24は、ディスペンサーを用いて、発光素子2の上面及び側面、透光性部材基礎体30の上面及び側面、及び基台15の上面に蛍光体5を含む硬化性組成物を供給して、その後に硬化性組成物を硬化させ、封止部材4の元となる封止部材基礎体40を形成する工程である。
基台除去工程S25は、発光素子2、透光性部材基礎体30、封止部材基礎体40、及び基台15からなる構造体から基台15を除去(剥離)する工程である。
個片化工程S26は、互いに連結して形成された発光装置200を個片化(ダイシング)する工程である。発光装置200の個片化は、境界1sに沿って、カッターなどを用いて切断することで行うことができる。換言すれば、透光性部材基礎体30配置した位置に沿って切断することにより個片化される。以上のように各工程を行うことによって、発光装置200を製造することができる。
以上のように、第4実施形態に係る発光装置200は、第1実施形態に係る発光装置100と同様に、透光性部材3を備えることにより配光色度ムラを調整することができる。
なお、前記した第1、第3、第4実施形態においては、発光装置は、単一の透光性部材を有し、この透光性部材が4つの側部を有する枠状の構造とし、連続的に形成されているとして説明した。そして4つの側部のうちの2つの側部が所定の方向に延びる第1の1組の対向部となり、他の2つの側部が前記所定の方向に垂直に延びる第2の1組の対向部となり、発光素子がこれら2組の対向部によって囲まれているとして説明した。この場合、4つの側部は枠状の構造の中に連続的に形成されているとしたが、これら4つの側部はかならずしも連続的に形成されたものでなくてもよい。例えば、発光装置は、単一の透光性部材の代わりに、4つの透光性部材を有し、そのうちの2つが前記第1の1組の対向部に相当する第1の1組の透光性部材を構成し、他の2つが前記第2の1組の対向部に相当する第2の1組の透光性部材を構成し、これらの2組の透光性部材の端部同士を近接させて枠状の構造を構成し、発光素子の周りを囲むように設置する構成としてもよい。
より一般的にいえば、透光性部材の数は前記したものに限定されず、任意の数の透光性部材によって1つの1組の対向部または2つの1組の対向部を構成し、発光素子が前記1つの1組の対向部によって挟まれるかまたは前記2つの1組の対向部によって囲まれるように構成されていればよい。
さらに、前記した第1~第4実施形態において、封止部材は、透光性部材の上面及び内側面を覆う構成として説明したが、透光性部材の上面の一部を覆う構成としてもよい。すなわち、封止部材は、例えば、透光性部材の内側から外側に向かって透光性部材の上面の一部を覆い、覆った上面の外側となる外周縁を露出するように設けることとしてもよい。なお、封止部材では、蛍光体を沈降して使用する場合、透光性部材の一部を覆うようにするときには、透光性部材の上面を覆う位置の蛍光体が存在しなくなり、発光素子の側方の蛍光体を他の部分よりも減らし、発光装置の側方からでる黄色の光を抑制して配向色度ムラをより調整し易くすることができる。
100,100A,100B,100C,200 発光装置
1 基台
15 基台
1s 境界
10 連結基台
11 支持部材
12 電極
121 第1電極
122 第2電極
2 発光素子
3,3A,3B,3C 透光性部材
30 透光性部材基礎体
31,311,312,313 内側面
32 外側面
4 封止部材
40 封止部材基礎体
5 蛍光体
6 ワイヤ

Claims (20)

  1. 基台と、
    前記基台上に設けられる発光素子と、
    前記発光素子と離間し、前記発光素子を挟んで前記基台上に配置される一または二以上で実質的に蛍光体を含有していない透光性部材と、
    前記透光性部材で挟まれた領域内に配置された前記発光素子を覆うとともに、前記透光性部材の上面の少なくとも一部及び前記透光性部材の内側面を覆う、蛍光体を含有する封止部材と、を備える発光装置であって、
    前記発光装置は、全体の形状が略直方体であり、
    前記透光性部材は、前記発光素子からの光の少なくとも70%を透過するものであり、
    前記封止部材は、前記発光素子からの光の少なくとも70%を透過するものであり、
    前記発光素子と前記透光性部材との距離は、前記距離と同じ方向となる前記発光素子の側面における一辺の幅の3/4以下であり、
    前記封止部材と接する前記透光性部材の前記内側面は、上下方向の断面視において、前記封止部材に向かって凸となる円弧状、若しくは湾曲であり、
    前記発光装置の側面は、前記透光性部材の外側面と前記封止部材の外側面とが垂直面として外に露出している発光装置。
  2. 発光素子と、
    前記発光素子と離間し、前記発光素子を挟んで配置される一または二以上で実質的に蛍光体を含有していない透光性部材と、
    前記透光性部材で挟まれた領域内に設置された前記発光素子の一部を覆うとともに、前記透光性部材の上面の少なくとも一部及び前記透光性部材の内側面を覆う、蛍光体を含有する封止部材と、を備える発光装置であって、
    前記発光装置は、全体の形状が略直方体であり、
    前記透光性部材は、前記発光素子からの光の少なくとも70%を透過するものであり、
    前記封止部材は、前記発光素子からの光の少なくとも70%を透過するものであり、
    前記発光素子と前記透光性部材との距離は、前記距離と同じ方向となる前記発光素子の側面における一辺の幅の3/4以下であり、
    前記封止部材と接する前記透光性部材の前記内側面は、上下方向の断面視において、前記封止部材に向かって凸となる円弧状、若しくは湾曲であり、
    前記発光装置の側面は、前記透光性部材の外側面と前記封止部材の外側面とが垂直面として外に露出している発光装置。
  3. 前記透光性部材の外側面と前記封止部材の外側面とは、同一面に形成されている請求項1または請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記発光装置の底面は、前記透光性部材の底面と前記封止部材の底面とが露出している請求項2に記載の発光装置。
  5. 前記基台は、導電部及び絶縁部を有し、
    前記発光素子は、前記基台と対向する面とは反対の面に電極を有し、
    前記導電部と前記電極を通電可能に接続するワイヤをさらに備える請求項1に記載の発光装置。
  6. 前記導電部と前記ワイヤとの接続部は、前記封止部材で覆われる請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記導電部と前記ワイヤとの接続部は、前記透光性部材で覆われる請求項5に記載の発光装置。
  8. 前記基台は、平板状に形成されている請求項1、請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の発光装置。
  9. 前記蛍光体は、前記封止部材中に分散されている請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の発光装置。
  10. 前記透光性部材は、光拡散材が1質量%以上20質量%以下で含有されている請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の発光装置。
  11. 前記透光性部材は、上下方向の断面視において、少なくとも50μm以上の幅と少なくとも50μm以上の高さを持ち、前記封止部材は、前記透光性部材の上方に50μm以上の厚みを有する請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の発光装置。
  12. 前記透光性部材の幅に対する前記透光性部材の高さの比率は、0.3以上、2.0以下である請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の発光装置。
  13. 前記発光素子の直上の前記封止部材の厚みに対する前記透光性部材の前記内側面から前記発光素子の側面までの距離の比率は、0.8以上2.0以下である請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の発光装置。
  14. 前記封止部材は、前記基台の上面を覆うと共に、前記発光素子の高さに対する前記封止部材の高さは、1.2以上、6.0以下である請求項2及び請求項2を引用する請求項を除く請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載の発光装置。
  15. 前記透光性部材は、前記発光素子の全周を囲むように配置されている請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の発光装置。
  16. 基台上に発光素子を設ける工程と、
    前記発光素子と離間して前記発光素子を囲むように前記基台上に透光性を有し実質的に蛍光体を含有しない一または二以上の透光性部材を設ける工程と、
    前記基台、前記透光性部材、及び、前記発光素子を、蛍光体を含有する封止部材で覆う工程と、
    前記透光性部材を設けた位置に沿って前記基台、前記透光性部材、及び前記封止部材を切断する工程と、を有し、
    前記透光性部材を設ける工程は、前記発光素子と前記透光性部材との距離を、前記距離と同じ方向となる前記発光素子の側面における一辺の幅の3/4以下となるように塗布し、
    前記切断する工程後において、前記透光性部材は、前記発光素子からの光の少なくとも70%を透過するものであり、前記封止部材は、前記発光素子からの光の少なくとも70%を透過するものであり、
    前記封止部材と接する前記透光性部材の内側面は、上下方向の断面視において、前記封止部材に向かって凸となる円弧状、若しくは湾曲である、発光装置の製造方法。
  17. 基台上に発光素子を設ける工程と、
    前記発光素子と離間して前記発光素子を囲むように前記基台上に透光性を有し実質的に蛍光体を含有しない一または二以上の透光性部材を設ける工程と、
    前記基台、前記透光性部材、及び、前記発光素子を、蛍光体を含有する封止部材で覆う工程と、
    前記基台を前記発光素子から除去する工程と、
    前記透光性部材を設けた位置に沿って、前記透光性部材、及び前記封止部材を切断する工程と、を有し、
    前記透光性部材を設ける工程は、前記発光素子と前記透光性部材との距離を、前記距離と同じ方向となる前記発光素子の側面における一辺の幅の3/4以下となるように塗布し、
    前記切断する工程後において、前記透光性部材は、前記発光素子からの光の少なくとも70%を透過するものであり、前記封止部材は、前記発光素子からの光の少なくとも70%を透過するものであり、
    前記封止部材と接する前記透光性部材の内側面は、上下方向の断面視において、前記封止部材に向かって凸となる円弧状、若しくは湾曲である、発光装置の製造方法。
  18. 前記基台は、導電部及び絶縁部を有し、
    前記発光素子は、前記基台と対向する面とは反対の面に電極を有し、
    前記発光素子を設ける工程の後、かつ、前記透光性部材を設ける工程の前に、
    前記発光素子の前記基台と対向する面とは反対の面に形成された電極と前記基台の前記導電部とを通電可能にワイヤで接続する工程と、を有する請求項16に記載の発光装置の製造方法。
  19. 前記透光性部材を設ける工程は、
    前記基台に硬化性組成物を供給することで前記透光性部材を形成する請求項16または請求項18に記載の発光装置の製造方法。
  20. 前記透光性部材を設ける工程は、
    前記導電部と前記ワイヤとの接続部が硬化性組成物で覆われるように前記基台に硬化性組成物を供給することで前記透光性部材を形成する請求項18に記載の発光装置の製造方法。
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