JP2020092251A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本開示に係る実施形態は、光取出し性及び密着性に優れた発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
<発光装置>
はじめに、第1実施形態に係る発光装置について説明する。
図1Aは、第1実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す平面図である。図1Bは、図1AのIB−IB線における断面図である。図1Cは、図1Bを部分的に拡大した断面図である。図2は、第1実施形態に係る発光装置において、樹脂枠及び第1樹脂を省略して描いた平面図である。図3は、第1実施形態に係る発光装置において、第1樹脂を省略して描いた平面図である。
図2に示すように、基体20は、第1リード20Aと、第2リード20Bと、第1リード20Aと第2リード20Bとを離間した状態で支持する樹脂部材20Cと、を有している。
第1リード20Aは、例えば、基体20の中央にほぼ多角形に形成され発光素子40を載置する載置部21Aと、基体20の一端側に配置される端子部23Aと、載置部21Aと端子部23Aとを接続する接続部22Aと、を有している。接続部22Aの幅W22は、載置部21Aの幅W21及び端子部23Aの幅W23よりも狭くなっている。端子部23Aの幅W23は、載置部21Aの幅W21よりも広く基体20と同等となっている。なお、接続部22Aは、発光素子40のワイヤ60が接続する領域を有する。ここで、第1リード20A及び第2リード20Bにおいて、幅とは、載置部21Aの中心と接続部22Aの中心とを結ぶ直線に対し直交する方向の最大長さをいう。
また、載置部21Aは、ほぼ八角形に形成されている。そして、載置部21Aは、接続部22Aの幅W22と同じ長さの第1辺21A1と、第1辺21A1に平行でかつ対向する第2辺21A2と、第1辺21A1及び第2辺21A2に直交する第3辺21A3と、第1辺21A1及び第2辺21A2に直交し第3辺21A3と対向する第4辺21A4と、第1辺21A1と第3辺21A3とを結ぶ傾斜した第5辺21A5と、第1辺21A1と第4辺21A4とを結ぶ傾斜した第6辺21A6と、第2辺21A2と第3辺21A3とを結ぶ傾斜した第7辺21A7と、第2辺21A2と第4辺21A4とを結ぶ傾斜した第8辺21A8と、を有している。さらに、載置部21Aは、第3辺21A3及び第4辺21A4に辺から突出して形成された凸部を有している。
発光素子40は、第1リード20Aの載置部21Aの上面に載置される。発光素子40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、上面に発光面を有する。発光素子40は、基体20側に配置されるサファイア等からなる素子基板41と、素子基板41に設けられた窒化物半導体等から構成される半導体層42と、を備えることが好ましい。発光素子40の発光波長は、可視域(380〜780nm)を含め、窒化物半導体の組成により、紫外域から赤外域まで選択することができる。例えば、ピーク波長430〜490nmの発光素子40では、窒化物半導体として、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等を用いることができる。また、発光素子40はサブマウントを介して第1リード20Aの上面に配置されてもよい。
発光素子40が両面電極の場合は、発光素子40と第1リード20Aとの接合部材として、導電性の接合部材であればよく公知の接合部材を用いてよい。例えば、導電性の接合部材としては銀、金、パラジウム等の導電性ペーストや、Au−Sn共晶等の半田、低融点金属等のろう材等が挙げられる。
図3に示すように、樹脂枠50は、発光素子40を囲むように、基体20の上面に設けられた環状の枠体である。樹脂枠50の内縁と外縁の形状は、上面視において円形状、楕円形状、正方形、六角形、八角形等の多角形状、多角形状の角部を面取りした形状等、様々な形状にしてもよい。樹脂枠50が発光素子40を囲むように設けられるため、樹脂枠50の内側に設けられる第1樹脂30となる未硬化状態の原料を樹脂枠50の内側に止めることができる。樹脂枠50は、樹脂枠50の元となる未硬化の原料を、樹脂枠50を形成したい領域に配置し、当該原料を硬化させることにより形成される。
また、樹脂枠50の断面径D(図3参照)の大きさは、樹脂枠50の内側には第1リード20Aの載置部21Aが露出し、樹脂枠50の外側には第1リード20A及び第2リード20Bの一部と樹脂部材20Cの一部とが露出するように、適宜設定される。
そして、反射材層32は、樹脂枠50の頂点Pの下側に入り込んだ状態となる。その結果、発光素子40からの光が樹脂枠50の下部に潜り込む光を反射材層32によって光取出し方向である上方に反射されるため、発光装置10の光取出し性が向上する。
第1樹脂30は、樹脂枠50の内側、すなわち樹脂枠50で囲まれた領域に設けられ、発光素子40の側面の一部と樹脂枠50の内側面の一部と基体20の上面とを覆う、反射材を含有する樹脂層である。第1樹脂30が発光素子40の側面の一部を覆い、側面全体を覆っていないため、発光素子40から側方に出射された光が遮られることがなく、発光装置10の光取出し性が向上する。第1樹脂30が樹脂枠50の側面の一部を覆うため、第1樹脂30と樹脂枠50との密着性が向上する。
樹脂層31の基体20からの高さh1は、樹脂層31の基体20からの高さh2よりも高いことが好ましい。これにより、樹脂枠50と樹脂層31との接触面積がさらに増加するため、樹脂枠50と第1樹脂30との密着性がさらに向上する。
樹脂層31の樹脂枠50側の傾斜領域31Bの傾斜具合は、傾斜角度30〜60度であることが好ましい。また、発光素子40側の傾斜領域31Bの傾斜具合についても同様である。傾斜領域31Bの傾斜具合が前記であると、第1樹脂30と樹脂枠50あるいは発光素子40との接触面積が増加するため、密着性が向上する。
保護素子80は、例えば、発光素子40に逆方向の電圧が印加されたときに、逆方向に流れる電流を阻止したり、発光素子40の動作電圧よりも高い順方向の電圧が印加されたときに、発光素子40に過電流が流れるのを阻止したりする。保護素子80としては、保護回路や静電保護素子が挙げられ、具体的には、ツェナーダイオードが利用できる。
次に、第1実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
図4は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の流れを示すフローチャートである。図5Aは、図2のVA−VA線における断面図であって、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の第1工程において発光素子を載置した基体を模式的に示す断面図である。図5Bは、図3のVB−VB線における断面図であって、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の第2工程において樹脂枠を形成した基体を模式的に示す断面図である。図5Cは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の第3工程において第1樹脂を注入した基体を模式的に示す断面図である。図5Dは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の第4工程において第1樹脂を樹脂層と反射材層とに分離する方法を模式的に示す断面図である。
図5Aに示すように、第1工程S1は、第1リード20Aと第2リード20Bとが樹脂部材20Cに支持された基体20の上面に発光素子40を載置する工程である。好ましくは、第1リード20Aの載置部21Aに発光素子40を載置する。
第1工程S1では、発光素子40の基体20への搭載は公知の方法で行い、公知の接合部材を用いて、発光素子40の素子基板41側の下面と基体20の上面とを接合する。次に、発光素子40のn電極43を、ワイヤ60を介して第1リード20Aに電気的に接続する。また、図示しないが、発光素子40のp電極44を、ワイヤ60を介して第2リード20Bに電気的に接続する。なお、図示しない保護素子80を、ワイヤ60を介して第1リード20Aに電気的に接続してもよい。ワイヤボンディングの方法としては、ボールボンディング、ウェッジボンディング等の公知の方法を用いてもよい。
図5Bに示すように、第2工程S2は、発光素子40を囲むように、基体20の上面に樹脂枠50を形成する工程である。第2工程S2では、樹脂枠50の母体となる母材樹脂を未硬化の状態で、基体20の上面の樹脂枠50を形成したい領域に公知の方法で配置し、母材樹脂を硬化させることにより樹脂枠50を形成する。なお、樹脂枠50が、硬化後に枠の形状になるように、母材樹脂の粘度は予め調整されている。
図5Cに示すように、第3工程S3は、第1樹脂30が発光素子40の側面の一部と樹脂枠50の内側面の一部と基体20の上面とを覆うように、樹脂枠50の内側に、反射材を含有する第1樹脂30を注入する工程である。
第3工程S3では、第1樹脂30の母体となる母材樹脂を未硬化状態で樹脂枠50の内側にポッティングやスプレー等で注入する。この母材樹脂の注入量は、発光素子40の半導体層に到達しないように調整される。その後、次の第4工程を行った後に母材樹脂を硬化させる。また、第3工程S3では、未硬化状態の母材樹脂を樹脂枠50の内側に注入する際、ノズル90を樹脂枠50の直上に配置し、未硬化状態の母材樹脂が樹脂枠50の内側面に沿って基体20の上面及び発光素子40の側面に流れるように注入することが好ましい。なお、未硬化状態の母材樹脂の注入は、基体20の上面の中央から行ってもよい。
図5Dに示すように、第4工程S4は、基体20に公転による遠心力をかけ、第1樹脂30を、反射材を含有する反射材層32と、反射材を含有しない樹脂層31と、に分離する工程である。
第4工程S4では、基体20の上面側に回転軸Sを有するように、基体20を公転させる。基体20の上面が内側になるような回転軸Sで遠心力をかける。基体20の上面側の回転軸Sは、基体20の上面に対し平行であり、樹脂枠50を横切る方向であり、かつ、基体20の上方に位置する。基体20の公転により、第1樹脂30に含有されている反射材が基体20の上面側に強制的に沈降される。すなわち、反射材が基体20の上面を覆うように層状に配置される。なお、また、反射材層32の上面の形状は、回転速度等により決定される遠心力の大きさ等により調整することができ、反射材層32の上面は、平坦であることが好ましい。なお、第4工程S4では、公転方向への回転の後、基体20の長さ方向の中心に垂直な方向に回転軸を有するように、自転方向に基体20を回転させてもよい。この自転方向の回転により、樹脂層31の傾斜領域31Bの基体20からの高さh1、h2(図1C参照)をより高く形成できる。
また、傾斜領域31Bの這い上がりは、第4工程S4後に第1樹脂30を硬化する時にも生じる。
[第2実施形態]
<発光装置>
はじめに、第2実施形態に係る発光装置ついて説明する。図6は、第2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。なお、第1実施形態に係る発光装置と同一構成については、同一符号を付して、説明を省略する。
第2樹脂70は、発光素子40の半導体層42の上面と、第1樹脂30の樹脂層31の上面を覆う樹脂層で、断面視において樹脂枠50の高さを超えない高さで樹脂枠50の内側面に接するように設けられている。
第2樹脂70の材料としては、透光性を有する樹脂材料又はガラス材料等を用いることができる。特に、第2樹脂70の材料に樹脂材料を用いることが好ましい。第1樹脂30及び樹脂枠50がそれぞれ樹脂材料を含有しているので、第2樹脂70も樹脂材料であることで、第2樹脂70と第1樹脂30との密着性、及び、第2樹脂70と樹脂枠50との密着性を向上させることができる。第2樹脂70の樹脂材料としては、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの変性樹脂やこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等を用いることができる。特に、第2樹脂70の材料としては耐光性に優れたジメチル系シリコーン樹脂、フェニル系シリコーン樹脂が好ましい。第2樹脂70は、蛍光体を含むことが好ましく、光拡散剤を含んでもよい。また、第2樹脂70が蛍光体を含有する場合には、第2樹脂70の上面形状は、発光効率を考慮して、蛍光体と発光素子40との距離が近くなるように中央が下に向かって湾曲する形状が好ましい。
蛍光体としては、発光素子40からの光で励起して、発光素子40から出射あるいは第1樹脂30で反射した光の波長を変換可能な蛍光体の粒子が使用される。例えば、青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG:Ce)、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(LAG:Ce)、ユウロピウムおよび/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体(CaO−Al2O3−SiO2:Eu,Cr)、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体((Sr,Ba)2SiO4:Eu)、βサイアロン蛍光体、CASN系蛍光体、SCASN系蛍光体等の窒化物系蛍光体;KSF系蛍光体等のフッ化物系蛍光体、硫化物系蛍光体、塩化物系蛍光体、ケイ酸塩系蛍光体、リン酸塩系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な波長の発光装置10を製造することができる。
光拡散剤の材料として、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などを用いることができる。特に、酸化チタンは、水分などに対して比較的安定でかつ高屈折率であるため好ましい。
次に、第2実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。図7は、第2実施形態に係る発光装置の製造方法の流れを示すフローチャートである。なお、第1実施形態に係る発光装置の製造方法と同一の工程については、第1実施形態と同一の符号を付して、これらの説明を省略する。
第5工程S5は、第2樹脂70が発光素子40の上面、及び、第1樹脂30の樹脂層31の上面を覆うように樹脂枠50の内側に第2樹脂70を注入する工程である。好ましくは、第2樹脂70を樹脂枠50の内側面と第2樹脂70が接するように注入する。第2樹脂70の注入方法は、第1樹脂30と同様にポッティングやスプレー等によって行う。
なお、第2樹脂70は、一例として、中央が下に向かって湾曲するように形成することとして説明したが、一様に同じ高さとなるように形成してもよい。また、第2樹脂70は、第2樹脂70が発光素子40の直上で高くなるように中央が上に向かって湾曲するように形成してもよい。
<発光装置>
次に、第3実施形態に係る発光装置ついて説明する。図8Aは、第3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8Bは、第3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8Cは、図8BのVIIIC−VIIIC線における断面を模式的に示す断面図である。
発光装置10Bは、母材201と、母材201の上面に形成された配線層202とを有する基体200と、基体200の上面に載置された発光素子40と、発光素子40を囲むように、基体200の上面に設けられた樹脂枠50と、樹脂枠50の内側に設けられ、発光素子40の側面の一部と樹脂枠50の内側面の一部と基体200の上面とを覆う、反射材を含有する第1樹脂30と、を備えている。そして、第1樹脂30は、反射材を含有する反射材層32と、反射材層32の上面に設けられ反射材を含有しない樹脂層31と、を有している。さらに、反射材層32は、基体200の上面を覆うように反射材が配置され、樹脂層31の上面は、断面視において、平坦領域31Aと、基体200の上面からの高さが樹脂枠50の内側面に近づくにつれて高くなる傾斜領域31Bと、を有している。
この発光装置10Bは、基本的には発光装置10と同じ構成を備えており、基体200の構成が異なるので、異なる部分を主に説明し、その他の既に説明した部分は適宜省略する。
母材201は、絶縁部材で板状に形成されている。ここでは、母材201は、放熱性が高い材料を用いるのが好ましく、さらに、高い遮光性や基材強度を備える材料であることがより好ましい。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどのセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン(bismaleimide triazine resin)、ポリフタルアミド(PPA)などの樹脂、金属(アルミニウムや銅など)、さらに、樹脂と金属又はセラミックスとで構成される複合材などが挙げられる。また、透過性が高い材料を母材201として使用する場合には、遮光性を備えるように公知の遮光材料を含有させる。
第1樹脂30は、樹脂枠50の内側、すなわち樹脂枠50で囲まれた領域に設けられ、発光素子40の側面の一部と樹脂枠50の内側面の一部と基体200の上面とを覆う、反射材を含有する樹脂層である。この第1樹脂30も既に説明した構成及び材質で形成されている。
また、発光素子40は、基体200の樹脂枠50内に複数が設置され、ワイヤにより第1配線電極202A3、第2配線電極202B3あるいは第3配線電極202C1〜202C4のいずれかに接続されている。
さらに、基体200の上面には、カソードとアノードと区別するための電極識別マークM10を形成する共に、樹脂枠50を設けるときの目安となる複数の目安マークM11を形成しても構わない。
なお、その他の構成、例えば、第2樹脂70が発光素子40と第1樹脂30を樹脂枠50内において覆うように設けられてもよいこと等、すでに説明した構成と同等である。
このように形成された発光装置10Bは、既に説明した発光装置10、10Aと同等の効果を奏する。
つぎに発光装置10Bの製造方法について説明する。なお、発光装置10Bは、図4で既に説明した製造方法と同等の製造工程により製造されることになる。
発光装置10Bの製造方法は、基体200の上面に発光素子40を載置する第1工程S1と、発光素子40を囲むように、基体200の上面において、第1接続配線202A3、第2接続配線202B3及び第3接続配線202C1〜202C4の上面を円環状に覆うように樹脂枠50を形成する第2工程S2と、樹脂枠50の内側面に反射材を含有する第1樹脂30を注入して、第1樹脂30が発光素子40の側面の一部と樹脂枠50の内側面の一部と基体200の上面とを覆うようにする第3工程と、基体200に公転による遠心力をかけ、第1樹脂30を、反射材を含有する反射材層32と、反射材を含有しない樹脂層31と、に分離する第4工程S4と、を含むように形成される。なお、発光素子40を載置する第1工程では、発光素子40、第1接続配線202A3、第2接続配線202B3及び第3接続配線202C1〜202C4が電気的に接続できるようにワイヤを介して接続されることになる。そして、各工程は、既に説明した各工程と同等の作業を行うため、説明を省略する。
20,200 基体
20A 第1リード
21A 載置部
21A1 第1辺
21A2 第2辺
21A3 第3辺
21A4 第4辺
21A5 第5辺
21A6 第6辺
21A7 第7辺
21A8 第8辺
22A 接続部
23A 端子部
20B 第2リード
20C 樹脂部材
30 第1樹脂
31 樹脂層
31A 平坦領域
31B 傾斜領域
32 反射材層
40 発光素子
41 素子基板
42 半導体層
43 n電極
44 p電極
50 樹脂枠
60 ワイヤ
70 第2樹脂
80 保護素子
201 母材
202 配線層
S1 第1工程
S2 第2工程
S3 第3工程
S4 第4工程
S5 第5工程
Claims (13)
- 第1リードと第2リードとが樹脂部材により支持された基体と、
前記基体の上面に載置された発光素子と、
前記発光素子を囲むように、前記基体の上面に設けられた樹脂枠と、
前記樹脂枠の内側に設けられ、前記発光素子の側面の一部と前記樹脂枠の内側面の一部と前記基体の上面とを覆う、反射材を含有する第1樹脂と、を備え、
前記第1樹脂は、前記反射材を含有する反射材層と、前記反射材層の上面に設けられ前記反射材を含有しない樹脂層と、を有し、
前記反射材層は、前記基体の上面を覆うように前記反射材が配置され、
前記樹脂層の上面は、断面視において、平坦領域と、前記基体の上面からの高さが前記樹脂枠の内側面に近づくにつれて高くなる傾斜領域と、を有する発光装置。 - 母材と、前記母材の上面に形成された配線層とを有する基体と、
前記基体の上面に載置された発光素子と、
前記発光素子を囲むように、前記基体の上面に設けられた樹脂枠と、
前記樹脂枠の内側に設けられ、前記発光素子の側面の一部と前記樹脂枠の内側面の一部と前記基体の上面とを覆う、反射材を含有する第1樹脂と、を備え、
前記第1樹脂は、前記反射材を含有する反射材層と、前記反射材層の上面に設けられ前記反射材を含有しない樹脂層と、を有し、
前記反射材層は、前記基体の上面を覆うように前記反射材が配置され、
前記樹脂層の上面は、断面視において、平坦領域と、前記基体の上面からの高さが前記樹脂枠の内側面に近づくにつれて高くなる傾斜領域と、を有する発光装置。 - 前記樹脂層の前記樹脂枠側の側面全体が前記樹脂枠と接する請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、前記基体側に配置される素子基板と、前記素子基板に設けられた半導体層と、を備え、
前記発光素子の側面を覆う前記第1樹脂の上面は、断面視において前記基体からの高さが前記半導体層の下面の高さよりも低い請求項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と前記第1樹脂の上面とを覆う第2樹脂と、をさらに備える請求項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2樹脂は、蛍光体を含有する請求項5に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、前記第1リードの上面に載置され、
前記樹脂枠は、前記第1リードと前記樹脂部材の連結部を覆うように設けられた請求項1に記載の発光装置。 - 前記反射材は、酸化チタンである請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記樹脂枠と前記第1樹脂とは、同一材料の母材樹脂を含有する請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記樹脂枠の内側面は、断面視において、前記発光素子に対面する側に凸となる湾曲形状を有する請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記樹脂枠の内側面を覆う前記第1樹脂の上面は、断面視において、前記基体の上面からの高さが前記湾曲形状の頂点の位置よりも低い請求項10に記載の発光装置。
- 基体の上面に発光素子を載置する第1工程と、
前記発光素子を囲むように、前記基体の上面に樹脂枠を形成する第2工程と、
前記樹脂枠の内側に反射材を含有する第1樹脂を注入して、前記第1樹脂が前記発光素子の側面の一部と前記樹脂枠の内側面の一部と前記基体の上面とを覆うようにする第3工程と、
前記基体に公転による遠心力をかけ、前記第1樹脂を、前記反射材を含有する反射材層と、前記反射材を含有しない樹脂層と、に分離する第4工程と、を含む発光装置の製造方法。 - 前記第4工程の後に、前記発光素子の上面と前記樹脂層の上面に第2樹脂を注入する第5工程をさらに含む請求項12に記載の発光装置の製造方法。
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