JP7303453B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
[第1実施形態に係る発光装置の構成]
第1実施形態に係る発光装置の構成について、図1乃至図7を参照して説明する。
図1は、実施形態に係る発光装置全体を模式的に示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係る発光装置全体を模式的に示す平面図である。図3は、図2のIII-III線における断面図である。図4は、図2のIV-IV線における断面図である。図5は、図2のV-V線における断面図である。図6は、図2のVI-VI線における断面図である。図7は、第1実施形態に係る発光装置において第1凸部及び第2凸部と、透光性部材と、ワイヤとを模式的に示す平面図である。
さらに、発光装置100は、第1基板10を上面に載置する基板載置領域23を有する第2基板20と、第1基板10の素子載置領域13より外側の上面に配置される第1端子110と、第2基板20の基板載置領域23より外側の上面に配置される第2端子120とを接続するワイヤ130と、ワイヤ130を被覆する被覆部材40と、を備えることとしてもよい。この際、被覆部材40は第1凸部41に接し、第1凸部41より外側の第1基板10の上面を被覆している。
以下、各構成について説明する。
第1基板10は、平板状の支持部材と、支持部材の上面に配置された配線とを含む。第1基板10は上面に複数の発光素子1が載置される素子載置領域13を有する。素子載置領域13には、発光素子1と接続される配線が配置されている。第1基板10は、素子載置領域13よりも外側の上面に配置される配線として複数の第1端子110を有する。第1端子110は、素子載置領域13に配置された配線と電気的に接続される。第1基板10は、例えばシリコン等の半導体基板であり、上面の配線が配置されていない領域は絶縁膜で覆われている。配線は、支持部材の内部や下面にも配置されていてもよい。例えば、第1基板10は、複数の発光素子1を駆動制御するための回路が集積された集積回路(IC)基板を用いることができる。
素子載置領域13には、複数の発光素子1が行列状に載置されている。平面視における素子載置領域13は、一例として、矩形の領域とすることができる。この素子載置領域13は、ここでは長方形であり、第1端子110は、素子載置領域13を挟むように、長方形の対向する長辺に沿って列状に配置されている。
配線は、例えば、Cu,Ag,Au,Al,Pt,Ti,W,Pd,Fe,Niなどの金属又はその合金などを用いて形成することができる。このような配線は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。
第2基板20は、平板状の基材と、基材の少なくとも上面に配置された配線とを含む。第2基板20は上面に第1基板10を載置する基板載置領域23を有し、さらに基板載置領域23よりも外側の上面に第2端子120を備える。
基板載置領域23は、第1基板10が載置される領域である。この基板載置領域23は第1基板10の平面視形状と同等の面積を備える領域として設定されている。ここで、同等とは、部材公差や実装公差により生じる誤差を許容範囲として含むものとする。第1基板10が平面視で長方形であれば、基板載置領域23も長方形とすることができる。
第2端子120は、例えば、既に説明した第1基板10の配線と同様の材料及び形成方法により形成することができる。
第2基板20は、基板載置領域23の表面に、第1基板10を載置するための配線を備えていてもよい。第1基板10と第2基板20とは、Ag焼結体、半田、接着用樹脂などの接合材を介して接合することができる。
ワイヤ130としては、Au、Cu、Pt、Al等の金属及び/又は少なくともそれらの金属を含有する合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。特に、熱抵抗等に優れたAuを用いるのが好ましい。ワイヤの径は、例えば、15μm以上50μm以下が挙げられる。なお、ここでは、ワイヤ130は、それぞれ長さの異なる第1ワイヤ31、第2ワイヤ32、第3ワイヤ33を含む。第1ワイヤ31、第2ワイヤ32、第3ワイヤ33は、それぞれ同様の部材で形成することができる。
ワイヤ130は、平面視で略長方形の第1基板10の長辺を跨いで、例えば、長辺と略直交するように配置することができる。
発光素子1は、例えば、平面視形状が略矩形であり、半導体積層体と、半導体積層体の表面に配置される正負の電極と、を備える。発光素子1は同一面側に正負の電極を備えており、電極を備える面を下面として、下面を第1基板10の上面に対面させて、第1基板10上に実装されている。この場合、電極が配置された面と対向する上面が、発光素子1の主な光取り出し面となる。なお、発光装置100では、発光素子1は、第1基板10上において、行列方向に所定間隔を開けて整列して載置される。用いる発光素子1の大きさや個数は、得ようとする発光装置の形態によって適宜選択することができる。なかでも、より小さい発光素子1をより多く高密度に載置することが好ましい。これにより、照射範囲をより多い分割数で制御できるようになり、高解像度の照明システムの光源として用いることができる。例えば、平面視において1辺が40~100μmである矩形状の発光素子1が1000~20000個、全体として長方形を成すように行列状に載置されたものが挙げられる。
なお、発光素子1は、図6に示すように、第1基板10の素子載置領域13に配置された配線上に、導電性の接合部材により接合されている。発光素子1を第1基板10にフリップチップ実装する場合、接合部材として、Au,Ag,Cu,Alなどの金属材料からなるバンプを用いることができる。また、接合部材として、AuSn系合金、Sn系の鉛フリー半田などの半田を用いるようにしてもよい。この場合は、リフロー法によって、発光素子1を第1基板10に接合することができる。また、接合部材として、樹脂に導電性粒子を含有させた導電性接着材を用いることもできる。発光素子1と第1基板10との接合は、めっき法を用いて形成してもよい。めっき材料としては、例えば、Cuが挙げられる。
また、発光素子1と第1基板10との接合は、接合部材を介さずに、発光素子1の電極と第1基板10の配線とが直接接合により接合されていてもよい。
反射性部材7は、図6に示すように、第1基板10の上面及び発光素子1の側面を被覆する部材である。発光素子1の上面は反射性部材7から露出する。反射性部材7は、発光素子1の下面と第1基板10との間を被覆してもよい。反射性部材7は、発光素子1の側面から出射する光を反射して、発光装置100の発光面である透光性部材5の上面から出射させることができる。このため、発光装置100の光取り出し効率を高めることができる。また、発光素子1を個別点灯した際に、発光エリアと非発光エリアとの境界を明確にすることができる。これにより、発光エリアと非発光エリアとのコントラスト比が向上する。また、反射性部材7は、第1凸部41から離隔して配置されていてもよく、第1凸部41に接して配置されていてもよい。
透光性部材5は、透光性を有し、複数の発光素子1の上面を被覆する。透光性部材5は、複数の発光素子1の上面及び反射性部材7の上面、側面を一括して被覆する。透光性部材5の上面は発光装置100の発光面を構成する。透光性部材5は、少なくとも母材となる透光性樹脂を含み、その母材中に波長変換部材を含有してもよい。ここでは、一例として、透光性部材5に波長変換部材を含有しており、発光素子1から出射される光の少なくとも一部を波長変換して外部に取り出している。
波長変換部材を含有する透光性部材5としては、母材となる透光性樹脂に、蛍光体の粉末を含有させたものを挙げることができる。母材としては、反射性部材7の母材で例示した樹脂と同様の樹脂を用いることができる。透光性部材5の厚みは、例えば、20μm以上100μm以下程度とすることができる。なお、透光性部材5は、複数の発光素子1の上面全て及び反射性部材7を被覆して下面の外縁51が第1基板10に接する大きさに形成されている。具体的には、透光性部材5の外縁が、反射性部材7の外縁から発光素子1の厚みの少なくとも2倍以上外側に位置するような大きさ、かつ、反射性部材7の外縁から透光性部材5の厚みの少なくとも2倍以上外側に位置するような大きさ、が挙げられる。そして、透光性部材5は、第1基板10上において、後記する第1凸部41に覆われる位置まで延在して設けられている。
M2[SipAlqMnrFs] (I)
被覆部材40は、素子載置領域13よりも外側においてワイヤ130を覆う遮光性の樹脂である。なお、被覆部材40は、一例として、ワイヤ130を覆うと共に素子載置領域13を囲うように平面視で枠状に配置されている。被覆部材40は、後述する第1凸部に接するように配置されている。
枠状に配置される被覆部材40は、平面視略長方形の第1基板10の長方形の長辺側では、短辺側の領域よりもより広い幅を有する。さらに、被覆部材40の高さ(つまり第2基板20の上面から被覆部材40の上面までの距離)は、ワイヤ130の頂部130a(ここではワイヤのループトップ)の直上において最も高くなるように配置されている。言い換えると、被覆部材40は、被覆部材40の頂部40aが、ワイヤ130の頂部130aとオーバーラップするように配置されている。なお、被覆部材40の頂部40aの位置は、後記する第1凸部41の頂部41aよりも上方に位置するように配置されている。
なかでも、光吸収による樹脂の劣化を考慮して、被覆部材40は、少なくとも最表面に光反射性を有する白色樹脂を用いることが好ましい。
発光装置100は、第1基板10の上面と透光性部材5の上面とに亘って延在し、透光性部材5の上面の外縁に沿って配置される第1凸部41を備える。第1凸部41は、素子載置領域13を囲むように、平面視で枠状に配置されている。具体的には、第1凸部41は、素子載置領域13と第1端子110との間の第1基板10上において、透光性部材5の上面の外縁に沿って配置され、透光性部材5の上面の外縁51を覆うと共に第1基板10の上面に接して配置されている。これにより、発光装置100における、透光性部材5と第1基板10との密着性が向上し、信頼性に優れる発光装置100とすることができる。また、発光装置100の上面における第1凸部41で囲まれる領域に、第1基板10の上面が露出しないため、素子載置領域13に配置された配線等を塵芥、水分、外力等から保護することができる。これにより、より信頼性に優れる発光装置100とすることができる。
第1凸部41及び第2凸部42は、それぞれ、発光素子1及び透光性部材5から出射される光に対して透光性を有していても良いし、遮光性を有していても良い。第1凸部41及び第2凸部42としては、上述した被覆部材40として例示した材料を用いることができる。なお、第1凸部41及び第2凸部42を構成する樹脂は、被覆部材40を構成する樹脂よりも高い粘度のものを用いることが好ましい。樹脂の粘度は、例えば、樹脂に含有させる粘度調整用フィラーの量により調整することができる。
さらに、透光性部材5が、素子載置領域13に配置される透光性部材5の上面と、第1凸部41に被覆される透光性部材5の上面との間に段差を有することにより、つまり、透光性部材5の上面が第1凸部41に沿って、素子載置領域13よりも低い領域を有することにより、樹脂で形成された第1凸部41から染み出した樹脂成分が素子載置領域13に濡れ拡がることを抑制することができる。
次に、発光装置の製造方法について、図8、図9A~図9Hを参照して説明する。
図8は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するフローチャートである。図9A~図9Hは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法を模式的に示す平面図である。なお、発光素子1は所定の間隔を開けて載置されているが、図9Cの拡大平面図以外では、間隔を省略して示している。
発光素子1は、第1基板10上の素子載置領域13に、例えば共晶はんだ、導電ペースト、バンプ、めっき等の導電性接合部材を介してフリップチップ実装することができる。発光素子1は、素子載置領域13において、所定の間隔を開けて行列方向に整列して載置される。発光素子1は、半導体成長等の工程を経るなど、製造工程の一部または全部を経ることで準備することができる。或いは購入等により準備してもよい。
ワイヤ130は、最初に第1基板10上の第1端子110と接続した後、第2基板上の
第2端子120と接続させるのが好ましい。このような順番でワイヤ130を接続させることで、ワイヤ130の頂部を第1端子110のより近くに配置させることができる。つまり、第1基板10と第2基板20との段差に沿ってワイヤ130を形成することができるため、後述する被覆部材配置工程S18において、ワイヤ130の下方に配置される樹脂量が抑えられ、被覆部材の熱膨張に起因したワイヤ130の断線を抑制することができる。
なお、第1凸部配置工程S16及び第2凸部配置工程S17では、先に、第2凸部配置工程S17により第2凸部42を配置し、その後、第1凸部配置工程S16により第1凸部41を配置するようにしてもよい。さらに、第1凸部配置工程S16は、第2凸部配置工程S17と同時に行い、第1凸部41及び第2凸部42を略同時に配置するようにしてもよい。
[第2実施形態に係る発光装置の構成]
次に、第2実施形態に係る発光装置について、図10A乃至図10Cを参照して説明する。図10Aは、第2実施形態に係る発光装置101を模式的に示す平面図である。図10Bは、図10AのXB-XB線における断面図である。図10Cは、図10Bの一部分を拡大して示す部分拡大断面図である。なお、すでに説明した同じ構成の部材は、同じ符号の後にHの英文字を付して適宜説明を省略する。
発光装置101は、発光素子1Hと、発光素子1Hを上面に載置する素子載置領域13Hを有する第1基板10Hと、発光素子1Hを覆う透光性部材5Hであって、下面の外縁51が第1基板10Hの素子載置領域13Hの外側の上面に接する透光性部材5Hと、第1基板10Hの上面と透光性部材5Hの上面とに亘って延在し、透光性部材5Hの上面の外縁51に沿って配置される第1凸部41Hと、を備えている。
透光性部材5Hは、下面の外縁51が第1基板10Hの上面に接するように、発光素子1Hの上面から、第1基板10Hにおける素子載置領域の外側の上面まで延在して配置されている。この透光性部材5Hは、第1実施形態で説明したように、例えば、シリコーン樹脂等の透光性樹脂を用いることができる。また透光性部材5Hは、波長変換部材を含有することができる。透光性部材5Hは、平面視において、少なくとも1つの発光素子1Hの上面を内包するように配置され、かつ、第1基板10Hの上面まで延在して、下面の外縁が第1基板10Hの上面に接するように配置されている。なお、透光性部材5Hの外縁51は、発光素子1Hの厚みD1に対して、2倍以上となるように、発光素子1Hの外縁から距離W1だけ離れた位置になることが好ましい。
次に、発光装置101の製造方法について、図11、図12A乃至図12Dを参照して説明する。図11は、第2実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するフローチャートである。図12A乃至図12Dは、第2実施形態に係る発光装置の製造方法を模式的に示す断面図である。
発光装置101の製造方法は、素子載置工程S21と、透光性部材配置工程S22と、透光性部材硬化工程S23と、第1凸部配置工程S24とを含む。なお、発光装置101の製造方法は、素子載置工程S21と透光性部材配置工程S22との間に反射性部材配置工程を行うようにしてもよい。
素子載置工程S21は、発光素子1Hを第1基板10Hの素子載置領域13Hに載置する工程である。発光素子1Hは、第1基板10H上の素子載置領域13Hに、例えば共晶はんだ、導電ペースト、バンプ、めっき等の導電性接合部材を介してフリップチップ実装することができる。
透光性部材硬化工程S23は、発光素子1H上に配置された透光性部材5Hを、下面の外縁51が第1基板10H上に接するよう変形させ、透光性部材5Hを硬化させる工程である。透光性部材硬化工程S23では、透光性部材5Hを加熱により硬化している。透光性部材硬化工程S23では、未硬化のシート状の透光性部材5Hを加熱により軟化させ、発光素子1Hの上面及び側面に沿って変形させ、透光性部材5Hの下面の外縁51が第1基板10Hの上面に接した状態で硬化させている。
以上のような各工程を経ることで発光装置101を製造することができる。なお、発光装置101は、第1基板10Hを第2基板に載置して、使用することも可能である。
なお、図13に示すように、発光装置100Dは、第2基板20Dの上面に凹部24を有し、その凹部24内に基板載置領域23Dを備えるようにしてもよい。図13は、第1実施形態の変形例を模式的に示す断面図である。既に説明した構成は同じ符号を付している。このように、発光装置100Dは、第2基板20Dが基板載置領域23Dを構成する凹部24を有することで、全体の厚みを小さくできる。
さらに、すでに説明した各発光装置において、第1凸部を部分的に配置、例えば、透光性部材の対向する辺に沿って直線状に配置する構成としても構わない。この場合も、第1凸部は、透光性部材の上面の外縁と、第1基板の上面とに亘るように延在して設置される。
以上、本発明に係る発光装置及びその製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
5 透光性部材
7 反射性部材
10 第1基板
110 第1端子
13 素子載置領域
20,20D 第2基板
120 第2端子
23 基板載置領域
24 凹部
130 ワイヤ
130a ワイヤの頂部
31 第1ワイヤ
32 第2ワイヤ
33 第3ワイヤ
40 被覆部材
41 第1凸部
42 第2凸部
100,101,100D 発光装置
S11 素子載置工程
S12 反射性部材配置工程
S13 基板載置工程
S14 ワイヤ接続工程
S15 透光性部材配置工程
S16 第1凸部配置工程
S17 第2凸部配置工程
S18 被覆部材配置工程
Claims (9)
- 発光素子と、
前記発光素子を上面に載置する素子載置領域を有する第1基板と、
前記発光素子を覆うシート状の透光性部材であって、下面の外縁が前記第1基板の前記素子載置領域の外側の上面に接する前記透光性部材と、
前記第1基板の上面と前記透光性部材の上面とに亘って延在し、前記透光性部材の上面の外縁に沿って配置され、前記発光素子の上面よりも高い頂部を有する第1凸部と、を備える発光装置。 - 前記第1凸部は、前記素子載置領域を囲うように配置される請求項1に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、平面視において矩形状であり、
前記第1凸部は、平面視において矩形の枠状に配置される請求項1または請求項2のいずれかに記載の発光装置。 - 前記発光素子が、前記素子載置領域に複数整列して配置されている請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記発光素子の上面を露出し側面を覆う反射性部材を有し、
前記透光性部材は、前記発光素子及び前記反射性部材を覆う請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記第1凸部の頂部は、前記透光性部材の頂部より高い位置に配置されている請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は蛍光体を含有する請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第1基板を上面に載置する基板載置領域を有する第2基板と、
前記第1基板の前記素子載置領域より外側の上面に配置される第1端子と、前記第2基板の前記基板載置領域より外側の上面に配置される第2端子とを接続するワイヤと、
前記ワイヤを被覆する被覆部材と、をさらに備え、
前記被覆部材は前記第1凸部に接し、前記第1凸部より外側に配置される請求項1乃至7のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記第2基板の上面において、前記被覆部材に接する第2凸部を有し、
前記第2凸部は、前記第1基板を囲うように配置され、
前記被覆部材は、前記第1凸部と前記第2凸部との間に配置される請求項8に記載の発光装置。
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