JP2010199547A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持体と、支持体の表面に設けられた、銀含有金属を有する金属部材と、支持体上に載置された発光素子と、金属部材と発光素子とを導通させる導電性ワイヤと、支持体上に設けられ、発光素子からの光を反射させる光反射樹脂と、金属部材の表面の少なくとも一部を被覆する絶縁部材と、を有し、絶縁部材を、発光素子の側面と接するように設けている。これにより、発光素子からの光が支持体から漏れるのを抑制し、光取り出し効率の高い発光装置が得られる。
【選択図】図2C
Description
本実施の形態の発光装置100を、図1A、図1Bに示す。図1Aは発光装置100の斜視図、図1Bは図1Aに示す発光装置100のIB−IB’断面における断面図を示す。本実施の形態において、発光装置100は、上面に金属部材103A、103B、103Cが配された略矩形の支持体101と、支持体101上に設けられる金属部材103A上に載置された複数の発光素子104とを有している。電極として用いる金属部材103A、103Bは、発光素子104と導電性ワイヤ105を介して直接或いは間接的に導通(電気的に接続)されている。金属部材103Cは、電極として機能する金属部材103A、103Bと同一材料からなるが、電気的に接続させるものではなく、発光装置の極性を示す目印(カソードマーク/アノードマーク)として設けられている。
光反射樹脂は、発光素子からの光を効率よく反射可能な部材であり、本実施の形態においては、図1A及び図1Bに示すように発光素子104の周囲を取り囲むように設けられる。これらの光反射樹脂は、金属部材103A、103Bの一部を被覆するように設けられており、光反射樹脂と金属部材との間に設けられる絶縁部材107が、発光素子104の上まで連続するように設けられている。このような構成は、発光素子を金属部材上に載置後に、絶縁部材107を支持体101上の全面に設け、その後に光反射樹脂102を形成することで容易に設けることができる。このようにすることで、光反射樹脂内に埋もれている金属部材上にも絶縁部材を設けることができるため、銀の変色をより効果的に抑制できる。また、絶縁部材107がパッシベーション膜として機能し、Agのマイグレーションを抑制できる。また、構成部材によっては光反射樹脂102等の樹脂部との密着力を上げることができる。
絶縁部材は、光反射樹脂と金属部材との間に設けられるとともに、発光素子の上まで連続するよう設けられるものである。尚、ここで「連続するよう設ける」とは、図1B等に示すように、粉末状、或いは針状の絶縁部材が、部分的に空隙を有しつつも略全体に設けられている状態を含み、例えばスパッタや蒸着等によって形成される、無機粉体からなる膜(層)を含む。そして、これら絶縁部材によって金属部材表面に設けられる、銀に対して変質作用を有するガスや水分等が遮断することができる。そのため、光反射樹脂によって出力効率を高めた発光装置において、その優れた効果を下げかねない銀の劣化を効率よく抑制することができる。また、導電性ワイヤを金属部材に接続した後に絶縁部材を設けることで、図1Bに示すように導電性ワイヤ105上にも連続するような絶縁部材を形成することができる。これにより、導電性ワイヤと封止部材、光反射樹脂等との密着性を向上させることができる。
支持体は、上面に凹部の開口部を有するものであり、導体配線としての金属部材を配するとともに、発光素子や保護素子等が載置可能な絶縁性の略板状部材である。具体的な材料としては、セラミックス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等をあげることができる。特に、セラミックスを主な材料として用いることで、耐候性、耐熱性に優れた支持体とすることができる。
本実施の形態において、金属部材は、銀含有金属を有するものであり、支持体の上面に形成され、支持体の内部や表面等を介して裏面にまで連続するよう設けられ、外部と電気的な接続が取れるような機能を有するものである。金属部材の大きさや形状は、種々選択することができ、光反射樹脂102に端部が埋設されるように大きく形成することもできる。好ましくは、光反射樹脂で囲まれた領域では、支持体が露出しないよう、すなわち、金属部材が光反射樹脂内側において全面に形成されるように設けるのが好ましい。これにより、セラミック等の支持体から裏面側に光が漏れ出すことを抑制することができる。また、外部とは電気的な接続が無く、光反射材として機能する物も含む。具体的には、銀含有金属に加え、銅、アルミニウム、金、白銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅等が挙げられ、これらを単一で、又は複数の層状に形成させることができる。特に、銀含有金属を表面に形成するのが好ましく、更に銀を表面に鍍金したものが好ましい。
封止部材は、凹部(光反射樹脂で囲まれた領域)内に充填されるものであり、発光素子や保護素子、導電性ワイヤ等の電子部品を、塵芥、水分や外力等から保護する部材である。また、発光素子からの光を透過可能な透光性を有し、且つ、それらによって劣化のしにくい耐光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等発光素子からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。更に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも1種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。さらにまた、これらの有機物に限られず、ガラス、シリカゲル等の無機物も用いることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー、波長変換部材(蛍光部材)等を含有させることもできる。封止部材の充填量は、上記電子部品が被覆される量であればよい。
ダイボンド部材は、支持体や金属部材上に発光素子や保護素子等を載置させるための接合部材であり、載置する素子の基板によって導電性ダイボンド部材又は絶縁性ダイボンド部材のいずれかを選択することができる。例えば、絶縁性基板であるサファイア上に窒化物半導体層を積層させた半導体発光素子の場合、ダイボンド部材は絶縁性でも導電性でも用いることができ、SiC基板等の導電性基板を用いる場合は、導電性ダイボンド部材を用いることで導通を図ることができる。絶縁性ダイボンド部材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。これらの樹脂を用いる場合は、半導体発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、半導体発光素子裏面にAl膜等の反射率の高い金属層を設けることができる。この場合、蒸着やスパッタあるいは薄膜を接合させる等の方法を用いることができる。また、導電性ダイボンド部材としては、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を用いることができる。さらに、これらダイボンド部材のうち、特に透光性のダイボンド部材を用いる場合は、その中に半導体発光素子からの光を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光部材を含有させることもできる。
発光素子の電極と、支持体に設けられる金属部材(導電部材)とを接続する導電性ワイヤは、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。特に、熱抵抗等に優れた金を用いるのが好ましい。尚、図1B等に示すように、導電性ワイヤ105を、発光素子104間において連続するように設けることもできるし、各発光素子ごとに支持体の導電部材と接続するように設けることもできる。
上記封止部材/レンズ部材中に、波長変換部材として半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光部材を含有させることもできる。
本発明においては、半導体発光素子として発光ダイオードを用いるのが好ましい。
実施の形態2の発光装置200を、図2A、図2B、図2Cに示す。これらの図において図2Aは発光装置200の斜視図、図2Bは図2Aに示す発光装置200の封止部材206が透けた状態を示す平面図、図2Cは図2Aに示す発光装置200のIIC−IIC’断面における断面図を、それぞれ示す。実施の形態2において、発光装置200は、底面と側面とを有する凹部が設けられた支持体201と、凹部底面に設けられた金属部材203Aの上に載置される複数の発光素子204と、金属部材203Bと発光素子204とを電気的に接続させるための導電性ワイヤ205と、発光素子104及び導電性ワイヤ等を被覆する封止部材106とを有する。凹部は、発光素子204が載置される第1の凹部208と、この第1の凹部208内であって第1の凹部の底面よりも低い位置に底面を有する第2の凹部209と、を有している。そして、第2の凹部209の底面に設けられる金属部材203Bを覆うように光反射樹脂202が設けられており、この金属部材203Bと光反射樹脂202との間に設けられる絶縁部材207が、発光素子204の上にまで連続するよう設けられている。これにより絶縁部材207がパッシベーション膜として機能し、Agのマイグレーションを抑制できる。また、構成部材によっては光反射樹脂202等の樹脂部との密着力を上げることができる。
実施の形態2発光装置200において、凹部は、発光素子が載置される第1の凹部208と、この第1の凹部内であって第1の凹部の底面よりも低い位置に底面を有する第2の凹部209を有している。以下、それぞれの凹部について詳説する。
第1の凹部は、底面に金属部材が設けられており、この上に発光素子が載置される。そして、第1の凹部の底面より低い位置に底面を有する第2の凹部を有している。言い換えれば、本形態の凹部は、2段階の凹部が形成されていることになり、開口径の大きい第1の凹部の中に、それよりも開口径の小さい第2の凹部が形成された形状を有している。
第2の凹部は、第1の凹部の中にさらに設けられる凹部であり、第1の凹部の底面よりも低い位置に底面を有している。そして、実施の形態2においては、第2の凹部の底面に金属部材が設けられているとともに、第2の凹部内に光反射樹脂が充填されている。そして、この金属部材と光反射樹脂との間に絶縁部材を有し、絶縁部材は発光素子の上まで連続するよう設けられている。
実施の形態2において、金属部材は第1の凹部の底面及び第2の凹部の底面に設けられる。特に、第1の凹部の底面のほぼ全面に設けるのが好ましく、これによって光が支持体に入射するのを防ぎ光の損失を低減させることができる。この場合、第2の凹部の底面の金属部材を一対の電極として用いることで、第1の凹部の底面に設けられる金属部材を電極として機能させる必要はなく、単なる高反射率部材として、或いは、高放熱部材として機能させる部材として用いることができる。このような広い面積で設けられる金属部材をガスが透過しにくい絶縁部材で覆うことで、劣化を抑制することができる。好ましい材料としては、実施の形態1と同様の材料をあげることができる。第1の凹部に設けられる金属部材203Aと、第2の底面に設けられる金属部材203Bとは、同じ材料を用いてもよく、或いは別の材料を用いるのが好ましい。発光素子からの光の多くが照射される位置、すなわち、第1の凹部に設けられる金属部材203Aは、表面が銀又は銀含有金属とするのが好ましく、特に銀が好ましい。
実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、絶縁部材が光反射樹脂と金属部材との間に設けられるとともに、発光素子の上まで連続するように設けられている。この絶縁部材は、図2Cに示すように、第1の凹部の側面や第2の凹部の側面にも形成されており、更には支持体201の上面にも設けられている。ガスが透過しにくい緻密な膜である絶縁部材が、比較的空隙の多い材料、例えばセラミック等からなる支持体の表面を覆うことで、封止部材206を透過するガスの他、支持体側面や上面等からのガスの透過を抑制することができる。なお、絶縁部材を第2の凹部の底面や側面に、第1の凹部底面と同じ厚みに均一に形成するのは困難である場合が多い。例えばスパッタや蒸着等の乾式方法では、第2の凹部内部は影になって薄くなり易く、液状コート剤を用いる湿式方法では逆に、液が溜まって厚くなり過ぎた部位に亀裂や剥離が発生する場合がある。しかし第2の凹部は光反射樹脂で充填されるため、必ずしも第2の凹部の内部全体に絶縁部材を形成する必要はなく、仮に第2の凹部内で銀含有金属(銀めっき)の変色が発生しても影響は無い。よって、絶縁部材を形成するには、様々な方法から最も簡便な手段を選定すればよい。
実施の形態3の発光装置300の断面図を、図3に示す。実施の形態3において、発光装置300の外観は図1Aに示す発光装置100と同様の形状をしており、異なるのは絶縁部材307の形成される位置である。すなわち、実施の形態3では、表面に銀含有金属を有する金属部材303(303A、303B、303C)が配された支持体301と、支持体上に載置された発光素子304と、金属部材303B上と発光素子304とを導通させる導電性ワイヤ305と、光反射樹脂302で囲まれた凹部領域内に充填される封止部材306と、支持体301上に設けられ発光素子304からの光を反射させる光反射樹脂302と、この光反射樹脂302の表面に絶縁部材307を有している。この絶縁部材307は、発光素子304の上まで連続するように設けられている。このような構成とすることで、金属部材の銀めっきが劣化するのを抑制すると共に、絶縁部材307がパッシベーション膜として機能し、Agのマイグレーションを抑制できる。また、構成部材によっては光反射樹脂302等の樹脂部との密着力を上げることができる。また、特に光反射樹脂302の母体樹脂に、酸化により劣化・着色し易い樹脂を用いていても、絶縁部材307が酸素を遮断するため、光反射樹脂302の劣化・着色を抑制することができる。
実施の形態4の発光装置400の断面図を、図4に示す。実施の形態4において、発光装置400の外観や内部構造は図2A、図2Bに示す発光装置200と同様の形状をしており、異なるのは絶縁部材407の形成される位置である。すなわち、実施の形態4では、表面に銀含有金属を有する金属部材403(403A、403B)が配された支持体401と、支持体上に載置された発光素子404と、金属部材403B上と発光素子404とを導通させる導電性ワイヤ405と、光反射樹脂402で囲まれた凹部領域内に充填される封止部材406とを有している。凹部は、発光素子404が載置される第1の凹部408と、この第1の凹部408内であって第1の凹部の底面よりも低い位置に底面を有する第2の凹部409と、を有している。そして、第2の凹部409の底面に設けられる金属部材403Bを覆うように光反射樹脂402が設けられており、この光反射樹脂402の表面に絶縁部材407を有し、絶縁部材407が発光素子404の上まで連続するように設けられている。このような構造とすることで、金属部材の銀めっきが劣化するのを抑制すると共に、絶縁部材407がパッシベーション膜として機能し、Agのマイグレーションを抑制できる。また、構成部材によっては光反射樹脂402等の樹脂部との密着力を上げることができる。また、特に光反射樹脂402の母体樹脂に、酸化により劣化・着色し易い樹脂を用いていても、絶縁部材407が酸素を遮断するため、光反射樹脂402の劣化・着色を抑制することができる。
実施の形態5の発光装置300の断面図を、図5に示す。実施の形態5において、発光装置500の外観は図1Aに示す発光装置100と同様の形状をしており、異なるのは絶縁部材507の形成される位置である。すなわち、実施の形態5では、表面に銀含有金属を有する金属部材503(503A、503B、503C)が配された支持体501と、支持体上に載置された発光素子504と、金属部材503B上と発光素子504とを導通させる導電性ワイヤ505と、光反射樹脂502で囲まれた凹部領域内に充填される封止部材506と、支持体501上に設けられ発光素子504からの光を反射させる光反射樹脂502と、金属部材503と光反射樹脂502の間に絶縁部材507を有している。この絶縁部材507は、発光素子504と接するよう連続するように設けられている。実施の形態5では、絶縁部材は発光素子の上には設けられておらず、発光素子の側面に接するように設けられている。このような構成とすることで、金属部材の銀めっきが劣化するのを抑制すると共に、絶縁部材507がパッシベーション膜として機能し、Agのマイグレーションを抑制できる。また、構成部材によっては光反射樹脂502等の樹脂部との密着力を上げることができる。
実施の形態6の発光装置600の断面図を、図6に示す。実施の形態6において、発光装置600の外観や内部構造は図2A、図2Bに示す発光装置200と同様の形状をしており、異なるのは絶縁部材607が形成される位置である。すなわち、実施の形態6では、表面に銀含有金属を有する金属部材603(603A、603B)が配された支持体601と、支持体上に載置された発光素子604と、金属部材603B上と発光素子604とを導通させる導電性ワイヤ605と、光反射樹脂602で囲まれた凹部領域内に充填される封止部材606とを有している。凹部は、発光素子604が載置される第1の凹部608と、この第1の凹部608内であって第1の凹部の底面よりも低い位置に底面を有する第2の凹部609と、を有している。そして、第2の凹部609の底面に設けられる金属部材603Bを覆うように光反射樹脂602が設けられており、この光反射樹脂602の表面に絶縁部材607を有し、絶縁部材607が発光素子604と接するよう連続するように設けられている。実施の形態6では、絶縁部材は発光素子の上には設けられておらず、発光素子の側面に接するように設けられている。このような構造とすることで、金属部材の銀めっきが劣化するのを抑制すると共に、絶縁部材607がパッシベーション膜として機能し、Agのマイグレーションを抑制できる。また、構成部材によっては光反射樹脂602等の樹脂部との密着力を上げることができる。
101、201、301、401、501、601…支持体
102、202、302、402、502、602…光反射樹脂
103、103A、103B、103C、203、203A、203B、303、303A、303B、303C、403、403A、403B、503、503A、503B、503C、603、603A、603B…金属部材
104、204、304、404、504、604…発光素子
105、205、305、405、505、605…導電ワイヤ
106、206、306、406、506、606…封止部材
107、207、307、407、507、607…絶縁部材
208、408、608…第1の凹部
209、409、609…第2の凹部
210…保護素子
Claims (15)
- 支持体と、
前記支持体の表面に設けられた、銀含有金属を有する金属部材と、
前記支持体上に載置された発光素子と、
前記金属部材と前記発光素子とを導通させる導電性ワイヤと、
前記支持体上に設けられ、前記発光素子からの光を反射させる光反射樹脂と、
前記金属部材の表面の少なくとも一部を被覆する絶縁部材と、
を有し、
前記絶縁部材が、前記発光素子の側面と接するように設けられていることを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記支持体は、底面と側面とを有する凹部を有し、
該凹部は、
前記発光素子が載置される第1の凹部と、
該第1の凹部内であって、前記第1の凹部よりも低い位置に底面を有する第2の凹部と
を有し、
前記光反射樹脂が、前記第2の凹部内の金属部材上に設けられていることを特徴とする発光装置。 - 請求項2に記載の発光装置であって、
前記第2の凹部の、前記第1の凹部と連なる側面を、前記絶縁性部材で被覆してなることを特徴とする発光装置。 - 請求項2又は3に記載の発光装置であって、
前記光反射樹脂が、前記第2の凹部から上方に延び、前記第1の凹部よりも高い位置まで延長されてなることを特徴とする発光装置。 - 支持体と、
前記支持体の表面に設けられた、銀含有金属を有する金属部材と、
前記支持体上に載置された発光素子と、
前記金属部材と前記発光素子とを導通させる導電性ワイヤと、
前記支持体上に設けられ、前記発光素子からの光を反射させる光反射樹脂と、
前記金属部材の表面の少なくとも一部を被覆する絶縁部材と、
を有し、
前記絶縁部材が、前記金属部材の表面と前記発光素子の上面とが連続するように設けられていることを特徴とする発光装置。 - 請求項5に記載の発光装置であって、
前記絶縁部材が、前記金属部材と前記光反射樹脂との間に介在するよう設けられており、該絶縁部材が前記発光素子の上面と連続していることを特徴とする発光装置。 - 請求項5に記載の発光装置であって、
前記絶縁部材が、前記光反射樹脂の表面に設けられており、該絶縁部材が前記発光素子の上面と連続していることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から7のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記絶縁性部材が、前記発光素子の上面から連なって、前記導電性ワイヤの表面を被覆するよう設けられることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から8のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記絶縁性部材が、前記支持体の上面の略全体を被覆することを特徴とする発光装置。 - 請求項1から9のいずれか一に記載の発光装置であって、さらに、
前記支持体の上面で、前記発光素子、導電性ワイヤのほぼ全面、及び絶縁性部材の少なくとも一部を封止する封止部材を備えることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から10のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記絶縁性部材が、透光性を有することを特徴とする発光装置。 - 請求項1から11のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記絶縁性部材が、無機化合物であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から12のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記絶縁性部材が、SiO2であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1から13のいずれか一に記載の発光装置であって、
前記発光素子が、前記金属部材上に載置されており、
前記金属部材が、電極として機能することを特徴とする発光装置。 - 発光装置の製造方法であって、
第1の凹部と、該第1の凹部内であって、前記第1の凹部よりも低い位置に底面を有する第2の凹部とを有する支持体を設ける工程と、
前記支持体の上面に金属部材を設ける工程と、
前記金属部材の上面に発光素子を設け、前記金属部材と前記発光素子とを導電性ワイヤで接続する工程と、
前記第2の凹部内の底面を被覆する前記金属部材の表面から、前記第1の凹部と連なる側面、前記第1の凹部における前記金属部材の表面、前記発光素子の表面、前記導電性ワイヤと連なるように、絶縁性部材で被覆する工程と、
前記第2の凹部に前記発光素子からの光を反射させる光反射樹脂を設ける工程と、
を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
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