JP6402809B2 - 発光装置 - Google Patents
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更に、発光素子の側面と樹脂パッケージの凹部の内面との距離が短いと、発光素子からの光により樹脂が劣化して変色やクラックが発生し易くなり、結果として、発光装置の寿命を含めた信頼性の低下につながることとなる。
なお、以下の説明において参照する図面は、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、例えば平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。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又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
本開示の実施形態に係る発光装置は、底面が長尺形状であり、前記底面に垂直な方向である正面方向に開口し、前記底面を囲む内壁が樹脂を主成分とする凹部を有するパッケージと、前記凹部の底面に配置され、正面視での形状が、長手方向と短手方向とを有し、全ての内角が180°未満である5角以上の多角形の発光素子と、を備え、前記凹部の底面の短手方向を上下方向とし、前記凹部の底面の長手方向を横方向とした場合において、正面視で、前記発光素子の長手方向が横方向と平行となるように、前記発光素子が配置される。
なお、前記発光素子は、平面視での形状が六角形であることとしてもよい。
また、前記六角形は、1組の対辺が互いに平行であり、前記1組の対辺が横方向と平行となるように、前記発光素子が配置されることとしてもよい。
更に、複数の前記発光素子が、横方向に1列又は2列以上に配列して配置されることとしてもよい。
また、前記複数の発光素子が、横方向に2列以上の千鳥状に配列して配置され、横方向に隣接する前記発光素子同士は、正面視で前記六角形の角と角とが対向し、上下方向に隣接する前記発光素子同士は、正面視で、前記六角形の前記1組の対辺以外の辺同士が対向するように、前記発光素子が配置されることとしてもよい。
そして、前記発光素子は、正面視において、外部と接続するための1対の電極の一方を横方向の一端の近傍に設け、前記1対の電極の他方を横方向の他端の近傍に設けることとしてもよい。
また、前記発光素子は、シリコーン系のダイボンド樹脂を用いて前記パッケージの底面に接合されることとしてもよい。
更に、前記発光素子は封止樹脂により封止され、前記ダイボンド樹脂の屈折率は、前記封止樹脂の屈折率と同等以下であることとしてもよい。
なお、前記多角形における横方向と平行な辺は、横方向と非平行且つ非垂直な多角形の辺より長いこととしてもよい。また、前記多角形における上下方向と平行な辺は、横方向と非平行且つ非垂直な多角形の辺より短いこととしてもよい。
[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〜図3Bを参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す斜視図である。図2Aは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す正面図である。図2Bは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。図2Cは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す底面図である。図2Dは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す右側面図である。図3Aは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図であり、図2AのIIIA−IIIA線における断面図である。図3Bは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図であり、図2AのIIIB−IIIB線における断面図である。
なお、図1〜図3Bの各図には座標軸を示し、便宜的に、Y軸のプラス方向に向かって見た図2Aを正面図、Z軸のマイナス方向に向かって見た図2Bを平面図(上面図)、Z軸のプラス方向に向かって見た図2Cを底面図、X軸のマイナス方向に向かって見た図2Dを右側面図とする。
発光素子1は、パッケージ2の、正面に開口を有する凹部23a内に設けられ、リード電極21,22の内部リード部21a,22aと、それぞれワイヤ4で電気的に接続されている。発光素子1は、凹部23aの底面23bにダイボンド樹脂5を用いて接合されている。更に、凹部23a内には透光性を有する封止樹脂3が設けられ、発光素子1が封止されている。
また、発光素子1が発する光は、透光性を有する封止樹脂3を介して凹部23aの開口から正面方向(Y軸のマイナス方向)に出射される。発光装置100は、例えば、液晶ディスプレイのバックライト用の光源に適するように、厚さ方向(Z軸方向)に扁平に形成されている。
また、発光素子1は、1個のみ搭載されているが、複数搭載することもできる。複数の発光素子は、同じ色又は互いに異なる色を発するものでもよい。
図4Aは、第1実施形態に係る発光装置における発光素子の構成を示す模式的平面図である。図4Bは、第1実施形態に係る発光装置における発光素子の構成を示す模式的断面図であり、図4AのIVB−IVB線における断面図である。図4Cは、第1実施形態に係る発光装置における発光素子の平面視での形状を説明するための図である。
本実施形態では、辺BC及び辺EFは、対角線ADと平行であり、辺BCの中点Hと辺EFの中点Gとを結ぶ線分GHは、対角線ADとその中心Oで直交する。従って、線分GHの長さが、発光素子1の短手方向の長さである。
また、パッド電極132及びパッド電極142の外部接続部を除き、半導体積層体12、n側電極13及びp側電極14の表面は、保護膜16で被覆されている。
下層側の光反射膜131は、半導体積層体12内を伝播してn側電極13下面に入射する光を反射することで、n側電極13による光の吸収を抑制し、外部への光取り出し効率を高めるためのものである。そのため、光反射膜131は、半導体積層体12が発する波長の光に対して、少なくともパッド電極132の下面よりも良好な光反射性を有するものが好ましく、例えば、Al、Ru、Ag、Ti、Ni又はこれらの何れかの金属を主成分とする合金を有するものを挙げることができる。
なかでも、ITOは、可視光(可視領域)において高い透光性を有し、導電率の高い材料であることから、p型半導体層12p上の上面の略全面を覆うのに好適な材料である。
なお、本実施形態において、パッド電極142は、外部接続部142a及び延伸部142bが、ともに同じ材料で構成されている。
保護膜16としては、前記した絶縁膜15と同様の材料を用いることができ、例えば、SiO2を好適に用いることができる。
パッケージ2は、リード電極21、22と、樹脂部23とを有して構成されている。パッケージ2は、外形が、発光装置100の厚さ方向であるZ軸方向に扁平に形成された略直方体形状を有しており、液晶ディスプレイのバックライト用の光源などに好適に用いられるサイドビュー型の実装に適している。
リード電極21,22は、板状の金属を用いて形成され、波形板状、凹凸を有する板状であってもよい。その厚みは均一であってもよいし、部分的に厚く又は薄くなってもよい。
発光装置100は、底面を実装基板と対向させ、半田などの導電性の接着部材を用いて、外部リード部21b,22bが実装基板の配線パターンと接合されることで実装される。
また、樹脂部23の背面には、射出成形法で樹脂部23を形成する際の、金型内へ樹脂材料を注入するゲートの痕であるゲート痕23fが形成されている。
また、凹部23a内には透光性の封止樹脂3が充填されている。
このように、発光装置100は、サイドビュー型の実装に適するようにリード電極21,22が設けられているとともに、サイドビュー型の発光装置100として、より薄型となるように樹脂部23が構成されている。
なお、上壁部23c及び下壁部23dの内側面は、発光装置100がより薄型の構造となるように傾斜を設けずに、凹部23aの底面23bに対して略垂直な面で構成されてもよい。
また、サイドビュー型の発光装置100では、発光素子1と樹脂部23との間の距離が非常に短いので、光が樹脂部23に高い強度で照射されるため、樹脂材料に耐光性が求められる。そのため、特に、化学構造にベンゼン環を含まないポリアミド樹脂、例えば、ポリアミド6C、ポリアミド9Cは、耐光性、耐熱性が優れているので好ましい。
このような光反射性物質としては、屈折率が、例えば1.8以上であって、光を効率的に散乱し高い光取り出し効率を得るためには、2.0以上であることが好ましく、2.5以上であることがより好ましい。樹脂材料との屈折率差は、例えば0.4以上であって、光を効率的に散乱し高い光取り出し効率を得るためには、0.7以上であることが好ましく、0.9以上であることがより好ましい。また、光反射性物質の粒子の平均粒径は、高い効率で光散乱効果を得られるように、0.08μm以上10μm以下であることが好ましく、0.1μm以上5μm以下であることがより好ましい。
また、より良好な反射性を得るために、発光素子1が発する光が可視光の場合には、光反射性物質としてTiO2を用いることが好ましく、紫外光の場合には、光反射性物質としてAl2O3を用いることが好ましい。
多角形ダイスを用いることで、樹脂部23に対する光の照射強度を低減させることができるため、樹脂部23の樹脂材料の劣化を抑えられる。そのため、樹脂強度が低くなる光拡散性物質を、高濃度に含有させた樹脂材料を用いることができるようになる。多角形ダイスを併せて用いることにより、光拡散性物質の含有率を、25質量%以上50質量%以下とすることが更に好ましい。
なお、封止樹脂3に含有させる波長変換物質は複数種類でもよく、波長変換物質に代えて、又は加えて、光拡散性物質を含有させてもよい。
また、平均粒径が、好ましくは0.001μm〜0.05μmの光拡散性物質の粒子と、前記した波長変換物質、特に、CASN系、SCASN系のような窒化物系蛍光体、KSF系のようなフッ化物系蛍光体、硫化物系蛍光体とを合わせて用いることにより、光取り出し効率を向上することができる。また、光取り出し効率が向上する分、波長変換物質の使用量を低減することで波長変換物質の発熱による温度上昇が抑制できるため、波長変換物質の劣化が低減され、発光装置100の信頼性を向上することができる。
特に、発光素子1が多角形ダイスであり、波長変換物質として硫化物系、フッ化物系又は窒化物系の蛍光体を有し、平均粒径が0.001μm〜10μmの光拡散性物質を含む発光装置100は、封止樹脂3や蛍光体の劣化を低減させたり、光取り出し効率を向上させたりすることができる。
ダイボンド樹脂5としては、発光素子1が発する光や熱によって変色や劣化が起き難い樹脂材料が好ましく、更に、良好な透光性を有し、封止樹脂3の屈折率と同等以下が好ましい。ダイボンド樹脂5の屈折率を封止樹脂3の屈折率と同等以下にすることで、発光素子1からダイボンド樹脂5を介して出射される光が、ダイボンド樹脂5と封止樹脂3との界面で全反射されずに、効率的に外部に取り出すことができる。このような樹脂材料としては、シロキサン骨格を有するシリコーン系のダイボンド樹脂が好ましい。シリコーン系のダイボンド樹脂としては、シリコーン樹脂、シリコーンハイブリッド樹脂、シリコーン変性樹脂が挙げられる。
特に、多角形ダイスには、封止樹脂3の屈折率と同等以下の屈折率を持つシリコーンダイボンド樹脂との組み合わせが非常に効果的である。多角形ダイスは、四角形ダイスよりも側面の面積が増えるため、発光素子1を介して出射される光も多くなり、効率よく外部へ取り出すことができるようになる。特に、多角形ダイスの場合は、ダイボンド樹脂5は、封止樹脂3の屈折率よりも低い屈折率を持つシリコーンダイボンド樹脂を用いることがより好ましい。
次に、発光装置100の動作について、図2A〜図5を参照して説明する。図5は、第1実施形態に係る発光装置において、発光素子の側面からの光取り出しを説明するための正面図である。図5において、発光素子1の細部構造、外部リード部21b,22b及びワイヤ4については、記載を省略している。
なお、説明の便宜上、発光素子1は青色光を発光し、封止樹脂3には青色光を吸収して黄色光を発光する波長変換物質が含有されているものとして説明する。
このように、辺1a,1b,1cの内で、その一部である辺1a,1cが底面23bの上辺と非平行に対向するとともに、辺1d,1e,1fの内で、その一部である辺1d,1fが底面23bの下辺と非平行に対向するように、発光素子1が凹部23aの底面23bに配置されている。
なお、本明細書において、発光素子1の長手方向と凹部23aの底面23bの長手方向とが「平行」又は「略平行」とは、平行からの傾斜角が10°以内である場合を含むものとする。
更に、外形形状が六角形である場合において、当該六角形の1組の対辺である辺1bと辺1eとは、互いに平行であるとともに、横方向と平行となるように配置することが好ましい。このように、発光素子1の外形形状を構成する辺の一部が、凹部23aの底面23bの上辺及び下辺と平行となるように配置することで、発光素子1を配置するために必要な面積に対して、発光素子1の面積の割合が小さくなり過ぎない。
次に、発光装置100の製造方法について、図6A〜図8Cを参照して説明する。図6A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6Bは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法において、発光素子配置工程の詳細を示すフローチャートである。図7A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準備工程において、ウエハを仮想的に区画する境界線を示す模式的平面図である。図7B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準備工程において、ウエハ上に発光素子が形成された状態を示す模式的平面図である。図8A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配置工程において、サブ工程である発光素子接合工程を示す模式的断面図である。図8B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配置工程において、サブ工程である配線工程を示す模式的断面図である。図8C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配置工程において、サブ工程である封止工程を示す模式的断面図である。
第1実施形態に係る発光装置100の製造方法は、発光素子準備工程S101と、パッケージ準備工程S102と、発光素子配置工程S103とが含まれる。
以下に、ウエハレベルプロセスで発光素子1を製造する工程例について説明するが、これに限定されるものではない。なお、ウエハレベルプロセスで発光素子1を製造するに際しては、例えば図7Aに示すように、個々の発光素子1を区画する仮想線である境界線BDを定め、複数の同形状の発光素子1が形成される。
具体的には、まず、サファイアなどの基板11上に、MOCVD法などにより、前記した半導体材料を用いて、n型半導体層12n、活性層12a及びp型半導体層12pを順次積層した半導体積層体12を形成する。その後、p型半導体層12pにp型化アニール処理をする。
半導体積層体12が形成されると、半導体積層体12の表面の一部の領域について、上面側からp型半導体層12p及び活性層12aの全部、並びにn型半導体層12nの一部をエッチングにより除去してn型半導体層12nが底面に露出した段差部12bを形成する。
次に、p型半導体層12pの上面において、p側のパッド電極142が設けられる領域及びその近傍に、スパッタリング法などにより、SiO2などの絶縁材料を用いて絶縁膜15を形成する。
その後、p型半導体層12pの上面の略全面を覆うように、スパッタリング法などにより、ITOなどの透光性導電材料を用いて透光性電極141を形成する。
(p側パッド電極形成工程)
更に、透光性電極141の上面の一部に、スパッタリング法などにより、Cu、Auなどの金属材料を用いてパッド電極142を形成することで、p側電極14を形成する。
また、段差部12bにおいて、スパッタリング法などにより、Alなどの光反射性の良好な金属材料を用いて光反射膜131を形成し、更に光反射膜131の上面に、スパッタリング法などにより、Cu、Auなどの金属材料を用いてパッド電極132を形成することで、n側電極13を形成する。
なお、n側電極13とp側電極14とは、何れを先に形成してもよく、一部のサブ工程、例えば、パッド電極132とパッド電極142とを同じ工程で形成するようにしてもよい。
次に、パッド電極132及びパッド電極142の上面の外部と接続するための領域に開口部16n,16pを有するように、スパッタリング法などにより、SiO2などの透光性の絶縁材料を用いて、ウエハ全体を被覆する保護膜16を形成する。
以上のサブ工程を行うことにより、図7Bに示したように、ウエハ状態の発光素子1を形成することができる。
次に、ウエハを境界線BDに沿って切断することで、発光素子1を個片化する。この個片化工程において、非矩形形状に区画される発光素子1を個片化する際には、折れ線状に切断加工することが可能なレーザダイシング法を用いることが好ましい。ウエハ上に、複数の発光素子1を折れ線状に稠密に区画することで、1枚のウエハ当たりに製造できる発光素子1をより多くすることができる。
なお、ダイシングソーを用いたダイシング法やスクライブ法を用いて、ウエハを直線状の切断加工のみで個片化できるように境界線BDを設定するようにしてもよい。
また、ウエハを切断する前に、基板11の裏面を研磨して薄肉化するようにしてもよい。これにより、容易にウエハを切断することができる。
なお、レーザダイシング法を用いてウエハを非矩形の形状に切断する手法は、例えば、特開2006−135309号公報に詳しいので、更なる説明は省略する。
パッケージ準備工程S102において、パッケージ2を準備するために、例えば、トランスファー成形法や射出成形法、圧縮成形法、押出成形法などの金型を用いた成形方法で製造するようにしてもよいし、市販のパッケージを入手するようにしてもよい。
なお、発光素子準備工程S101とパッケージ準備工程S102とは、何れを先に行ってもよく、並行して行うようにしてもよい。
金型を用いたパッケージの製造方法は、例えば、特開2008−72074号公報に詳しいので、更なる説明は省略する。
以上説明した手順により、発光装置100を製造することができる。
次に、第1実施形態に係る発光装置100に搭載される発光素子1の変形例について、図9A〜図9Eを参照して説明する。
図9Aは、第1実施形態に係る発光装置に用いられる発光素子の他の例を示す模式的平面図である。図9Bは、第1実施形態に係る発光装置に用いられる発光素子の他の例を示す模式的平面図である。図9Cは、第1実施形態に係る発光装置に用いられる発光素子の他の例を示す模式的平面図である。図9Dは、第1実施形態に係る発光装置に用いられる発光素子の他の例を示す模式的平面図である。図9Eは、第1実施形態に係る発光装置に用いられる発光素子の他の例を示す模式的平面図である。
発光素子1Aは、図4Cに示した発光素子1と同様に横長の六角形の外形形状を有しているが、横方向に平行な1組の対辺である辺BC及び辺EFが、他の辺AB、辺CD、辺DE及び辺FAよりも長く構成されている。このように、横方向に平行な対辺である辺BC及び辺EFを相対的に長くなるように構成することで、横長な底面23bに発光素子1Aを配置するために必要な面積に対して、発光素子1Aの面積の割合を大きくすることができる。また、他の辺が横方向と非平行となるように構成することで、凹部23aの上壁部23c及び下壁部23dの内側面に対する照射強度を低減することができる。
このように、n側電極13及びp側電極14は、長手方向に平行な同一直線上からずれた位置に設けるようにしてもよい。
このように、前記した六角形以外の外形形状であっても、五角以上の横長の凸多角形の外形形状を有する発光素子1Eを用いることができる。
次に、第2実施形態に係る発光装置について、図10を参照して説明する。図10は、第2実施形態に係る発光装置の構成を示す模式的正面図である。
なお、図10において、外部リード部及び封止樹脂は記載を省略している。
また、横方向に隣接する発光素子1同士は、正面視で、外形形状である六角形の角と角とが対向するとともに、側面同士が非平行に対向するように構成することで、一方の発光素子1から出射された光が他方の発光素子1の側面から入射する光量が低減され、発光装置100Aからの光の取り出し効率が向上する。
複数の発光素子1は、直列接続に限定されず、並列接続や他の接続方法であってもよい。
次に、第3実施形態に係る発光装置について、図11を参照して説明する。図11は、第3実施形態に係る発光装置の構成を示す模式的正面図である。
なお、図11において、外部リード部及び封止樹脂は記載を省略している。
また、複数の発光素子1は、列ごとの直列接続に限定されず、全ての発光素子1を直列に接続しても、全ての発光素子1を並列に接続しても、更に他の接続方法にしてもよい。
[照明装置の構成]
次に、各実施形態に係る発光装置の応用例として、これらの発光装置を用いた照明装置について、図12を参照して説明する。図12は、第1実施形態に係る発光装置を用いた照明装置の構成を示す模式的断面図である。
なお、応用例として、第1実施形態に係る発光装置100を用いる場合について説明するが、発光装置100に代えて、他の実施形態に係る発光装置100A、100Bやこれらの変形例に係る発光装置を用いることもできる。
11 基板
12 半導体積層体
12n n型半導体層
12a 活性層
12p p型半導体層
12b 段差部
13 n側電極
131 光反射膜
132 パッド電極
14 p側電極
141 透光性電極
142 パッド電極
142a 外部接続部
142b 延伸部
15 絶縁膜
16 保護膜
16n,16p 開口部
2 パッケージ
21,22 リード電極
21a,22a 内部リード部
21b,22b 外部リード部
23 樹脂部
23a 凹部
23b 底面
23c 上壁部
23d 下壁部
23e 側壁部
23f ゲート痕
3 封止樹脂
4 ワイヤ
5 ダイボンド樹脂
100,100A,100B 発光装置
200 照明装置
201 実装基板
202 導光部材
203 光反射シート
204 光拡散シート
205 プリズムシート
206 プリズムシート
207 フレーム
208 リード線
209 接合部材
Claims (7)
- 樹脂部内に設けられる外部リード部と内部リード部とを持つ一対のリードを有し、底面が長尺形状であり、前記底面に前記内部リード部が配置され、前記底面に垂直な方向である正面方向に開口し、前記底面を囲む内壁が樹脂を主成分とする凹部を有するパッケージと、
前記凹部の底面に配置され、正面視での形状が、長手方向と短手方向とを有し、全ての内角が180°未満である5角以上の多角形の発光素子と、
前記内部リード部と前記発光素子とを電気的に接続するワイヤと、
を備え、
前記凹部の底面の短手方向を上下方向とし、前記凹部の底面の長手方向を横方向とした場合において、
正面視で、前記発光素子の長手方向が横方向と平行となるように、前記発光素子が配置され、
前記発光素子は、n側電極とp側電極とを備え、前記n側電極と前記p側電極はそれぞれ前記ワイヤと接続される外部接続部を有し、前記外部接続部はそれぞれ前記発光素子の横方向における端部の近傍に設けられ、
前記p側電極は、前記外部接続部から中央及び周縁に向けて横方向と平行に延伸する延伸部を有する発光装置。 - 前記発光素子は、p型半導体層とn型半導体層とを備え、
前記p型半導体層の上面に絶縁膜が設けられ、前記絶縁膜の上面に透光性電極が設けられる請求項1に記載の発光装置。 - 前記多角形における横方向と平行な辺は、横方向と非平行且つ非垂直な多角形の辺より長く、
前記凹部の前記内壁に近接する横方向と平行な前記発光素子の辺は、前記多角形における横方向の最大径より短い請求項1又は請求項2に記載の発光装置。 - 前記多角形における上下方向と平行な辺は、横方向と非平行且つ非垂直な多角形の辺より短く、
前記凹部の前記内壁に近接する上下方向と平行な前記発光素子の辺は、前記多角形における上下方向の最大径より短い請求項1又は請求項2に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、平面視での形状が六角形である請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、平面視での形状が六角形であり、前記六角形は、1組の対辺が互いに平行であり、前記1組の対辺が横方向と平行となるように、前記発光素子が配置される請求項3に記載の発光装置。
- 複数の前記発光素子は、横方向に一列又は2列以上に配列して配置される請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の発光装置。
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