JP6343923B2

JP6343923B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP6343923B2
Application number: JP2013260757A
Authority: JP
Inventors: 山田　元量; 元量山田; 智則尾▲崎▼; 慎也近藤; 元孝伊延; 藤川　康夫; 康夫藤川
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: JP2015119013A

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来、配線部が配置された基板に複数の発光素子が接合される発光装置が提案された（特許文献１参照）。

特開２００５−３２２９３７号公報

しかしながら、上記従来の発光装置では、配線部間において露出する基板の表面が発光素子の出射光を受けて劣化（例：変色、強度低下）し、発光装置の絶縁耐圧を低下させ得るという問題があった。

そこで、本発明は、配線部間において露出する基体の表面に発光素子の出射光が当たることを抑制する発光装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。すなわち、樹脂を有する基体と、前記基体上に間隔をあけて配置された複数の配線部と、前記配線部間の領域を跨ぐように前記配線部に接合された発光素子と、前記配線部間の領域に設けられ前記発光素子が前記配線部に接合されている部分を覆う樹脂部と、を備えた発光装置であって、前記樹脂部は、前記発光素子の出射光を吸収する光吸収材を有することを特徴とする発光装置である。

本発明によれば、基体の劣化を抑制して発光装置の絶縁耐圧を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る発光装置の模式図であり、図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ部分の拡大図である。本発明の実施形態に係る発光装置の模式的端面図であり、図２（ａ）は図１（ｂ）中のＢ−Ｂ端面を示す図であり、図２（ｂ）は図１（ｂ）中のＣ−Ｃ端面を示す図である。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る発光装置の模式図であり、図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ部分の拡大図である。図２は、本発明の実施形態に係る発光装置の模式的端面図であり、図２（ａ）は図１（ｂ）中のＢ−Ｂ端面を示す図であり、図２（ｂ）は図１（ｂ）中のＣ−Ｃ端面を示す図である。なお、理解を容易にするため、図１（ｂ）においては、樹脂部４０に覆われている部分を破線で示している。また、理解を容易にするため、光反射層７０は、図２においてのみ図示しており、図１においては図示していない。

図１、２に示すように、本発明の実施形態に係る発光装置１００は、樹脂を有する基体１０と、基体１０上に間隔をあけて配置された複数の配線部２０と、配線部２０間の領域Ｘを跨ぐように配線部２０に接合された発光素子３０と、配線部２０間の領域Ｘに設けられ発光素子３０が配線部２０に接合されている部分を覆う樹脂部４０と、を備えた発光装置であって、樹脂部４０は、発光素子３０の出射光を吸収する光吸収材を有する発光装置である。

以下、順に説明する。

［基体１０］
基体１０には、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などの絶縁性樹脂を用いることができる。基体１０は、樹脂を有していればよく、樹脂のみで構成されていてもよいし、例えば、細長いテープ状の銅箔やアルミニウム箔などが絶縁性樹脂などで被覆されることにより構成されていてもよい。なお、基体１０が樹脂のみで構成されている場合には、発光素子３０の出射光を受けて基体１０が劣化しやすいが、本発明の実施形態によれば、このような劣化が抑制される。

基体１０には、例えば長尺部材を用いることができる。この場合、基体１０の長手方向と短手方向の長さの比は、例えば、６：１、３０：１、１００：１とすることができる。具体的には、長手方向の長さが１１５０ｍｍで、短手方向の長さが１５ｍｍの部材などは、基体１０の一例となる。

基体１０の厚みは、例えば、１０μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。基体１０の厚みが数十μｍ程度と薄い場合、発光素子３０の出射光は、基体１０の表層を劣化させるだけではなく、基体１０に貫通孔を形成してしまうことがあるが、本発明の実施形態によれば、このような劣化や貫通孔の形成を抑制することができる。

基体１０は、可撓性を有していてもよい。基体１０が可撓性を有する場合は、発光装置１００をロールツーロール工法で製造することができる。また、発光装置１００をリールなどによってロール状に巻き取った状態で保管することができる。また、発光装置１００を曲面に沿わせて取り付けることもできる。

［複数の配線部２０］
複数の配線部２０は、基体１０上に間隔をあけて配置されている。配線部２０間の領域Ｘは、基体１０の表面や接着材５０（後述）などが露出しているため、発光素子３０の出射光を受けて劣化しやすいが、本発明の実施形態によれば、このような劣化が抑制される。

配線部２０には、例えば銅やアルミニウムなどの金属または合金の単層または積層構造の導電性薄膜を用いることができる。

配線部２０の厚みは、例えば８μｍ〜２００μｍとすることができる。この程度の厚みであれば、基体１０が可撓性を有する場合において、基体１０の可撓性を損なわない。

配線部２０は、その平面視における角に丸みを帯びていてもよい。このようにすれば、配線部２０の接着性（耐剥離性）を向上させて信頼性を高めることができる。角の曲率半径は、例えば、半径１００μｍ以上とすることができる。

配線部２０は、基体１０の表面上においてできるだけ広い面積で設けてもよい。このようにすれば、配線部２０から熱が効率的に放熱されるため、発光装置１００の放熱性を高めることができる。

配線部２０は、接着材５０を介して基体１０に配置されていてもよい。接着材５０には、例えばエポキシ系、イミド系、アミド系、アクリル系、シリコーン系などの樹脂を用いることができる。接着材５０の厚みは、例えば１μｍ〜５０μｍとすることができる。

接着材５０は、配線部２０が配置されている領域のみならず、配線部２０間の領域Ｘにも形成することができる。この場合、接着材５０は、発光素子３０の出射光を吸収する光吸収材を有していてもよい。このようにすれば、基体１０の劣化がより抑制される。

配線部２０は、外部配線（外部電源と接続される配線）に接続される端子部としても機能する。端子部は、例えば、基体１０の主面側の端部に形成することができる。外部配線は、基体１０上に設けられる公知のコネクタなどに接続されていてもよい。

複数の配線部２０は、例えば、基体１０の長手方向及び／又は短手方向に並べることができる。また、配線部２０の平面形状は、基体１０のサイズや必要な発光素子３０の数などに応じて適宜変更することができる。

配線部２０間の領域Ｘは、配線部２０が厚みを有しているため、例えば溝状となる。この場合、溝の幅は、例えば配線部２０の幅より狭く、具体的には、例えば０．０５ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることができる。

配線部２０間の領域Ｘの平面形状は、例えば、直線状、曲線状、波線状、それらが組み合わされた形状などとすることができる。

［複数の発光素子３０］
複数の発光素子３０は、配線部２０間の領域Ｘを跨ぐように配線部２０に接合されている。すなわち、配線部２０間の領域Ｘにより離間されている一方の配線部２０と他方の配線部２０とに正負の電極がそれぞれ接続される。１つの配線部２０間の領域Ｘを１つの発光素子３０が跨いでいてもよいし、１つの配線部２０間の領域Ｘを２つ以上の発光素子３０が跨いでいてもよい。

複数の発光素子３０は、直列、並列、直並列、並直列などの任意の接続方法で、互いに電気的に接続することができる。

発光素子３０は、ワイヤボンディングのようにワイヤによって接続する方法やフリップチップ実装などにより配線部２０に接合することができる。フリップチップ実装により接合される場合、発光素子３０は、接合部材６０を介して配線部２０に接続される。接合部材６０には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系やＡｕ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系などの半田やＡｕなどの金属、異方性導電ペースト、Ａｇペーストなどを用いることができる。なお、ダイボンディングにより配線部２０に接合する場合、ダイボンディングに用いるダイボンド材は、発光素子３０の出射光を吸収する光吸収材を有していてもよい。このようにすれば、基体１０の劣化がより抑制される。

発光素子３０には、その出射光が５００ｎｍ以下の波長を有するものを用いることができる。ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などの樹脂は、当該波長の光が当たると劣化しやすいが、本発明の実施形態によれば、これらの樹脂を有する基体１０の劣化を抑制することができる。

発光素子３０は、例えば、半導体構造と、ｐ側電極と、ｎ側電極と、絶縁材料層と、を有している。半導体構造は、例えば、透光性を有するサファイア基板上に順次積層されたｎ型層、活性層、及びｐ型層を有している。ｎ型層、活性層、及びｐ型層は、例えば窒化ガリウム系半導体によって構成することができる。

発光素子３０には、直接的にまたは間接的に波長変換部材を設けることができる。例えば、発光素子３０の表面に電着法やスプレー塗布によって任意の波長の光を発する波長変換部材を形成してもよいし、後述するように樹脂部４０や封止部材８０に波長変換部材を含有させてもよい。

［樹脂部４０］
樹脂部４０は、配線部２０間の領域Ｘに設けられ発光素子３０が配線部２０に接合されている部分を覆っている。樹脂部４０は、例えば、発光素子３０と基体１０との間に充填される樹脂材料（アンダーフィル材料）などにより構成することができる。

樹脂部４０には、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂、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などを用いることができる。

樹脂部４０は、発光素子３０が配線部２０に接合されている部分を覆っていればよく、発光素子３０の側面（発光素子３０の活性層の側面）を覆っている必要はない。樹脂部４０が発光素子３０の側面（発光素子３０の活性層の側面）を覆っていない場合は、基体１０の反対側へより多くの光が取り出せるため、発光素子３０の出射光が基体１０に当たることを抑制することができる。なお、発光素子３０の側面に撥水剤（撥油剤）を塗ってから樹脂部４０を設ければ、樹脂部４０が発光素子３０の側面（発光素子３０の活性層の側面）を覆わない形状を比較的容易に形成することができる。

（光吸収材）
樹脂部４０は、発光素子３０の出射光を吸収する光吸収材を有している。これにより、基体１０に向かう発光素子３０の出射光が樹脂部４０により吸収され、発光素子３０の出射光が基体１０に当たることを抑制することができる。

光吸収材を有する樹脂部４０の吸収係数は、例えば、５００（ｃｍ^−１）以上である。この場合は、厚みが１０ｕｍの樹脂部４０に入射した光のうち６１％が樹脂部４０を透過する。

光吸収材は、樹脂部４０において例えば均一分散されている。発光素子３０の出射光が光吸収材に当たる確率は高くなるため、発光素子３０の出射光が基体１０に当たることを抑制することができる。あるいは、基体１０に当たる発光素子３０の出射光の光量を維持しつつ、光吸収材の使用量を減らすことができる。光吸収材にカーボンブラックなどの電気導電性を有する部材を用いる場合には、その使用量を少なくすることで発光装置１００の絶縁耐圧をより向上させることができる。また、光吸収材としては、金属部材以外のものを用いることが好ましい。

光吸収材には、例えば、カーボンブラック、顔料、染料などを用いることができる。また、光吸収材の形状は、例えば球形、鱗片、針状などである。また、光吸収材の粒径や長さなどは、例えば１ｎｍ〜５０μｍ程度である。

（光反射材）
樹脂部４０は、さらに、発光素子３０の出射光を反射する光反射材を有していてもよい。このようにすれば、光反射材により発光素子３０の出射光を拡散させて、発光素子３０の出射光の光路長が長くなるため、発光素子３０の出射光が光吸収材に当たる確率が高くなり、発光素子３０の出射光が基体１０に当たることを抑制することができる。あるいは、基体１０に当たる発光素子３０の出射光の光量を維持しつつ、光吸収材の使用量を減らすことができる。光吸収材にカーボンブラックなどの電気導電性を有する部材を用いる場合には、その使用量を少なくすることで発光装置１００の絶縁耐圧をより向上させることができる。

光反射材は、例えば、基体１０側により少なく設けることができる。このようにすれば基体１０側へ漏れる光量を抑制しつつ、光取り出し面側への光量をより多くすることが出来る。

光反射材には、例えば、樹脂部４０との屈折率差による拡散反射作用のあるものを用いることができる。具体的には、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、ＢａＳＯ_４などの白色フィラーやサブミクロンオーダーの気孔などを用いることができる。また、干渉や金属膜を利用したミラー材料なども光反射材として用いることができる。

（波長変換材）
樹脂部４０は、さらに、発光素子３０の発光波長を基体１０が劣化しにくい波長に変換する波長変換材を有していてもよい。このようにすれば、劣化しやすい波長の光が基体１０に当たることを抑制することができる。あるいは、基体１０に当たる発光素子３０の出射光の光量を維持しつつ、光吸収材の使用量を減らすことができる。光吸収材にカーボンブラックなどの電気導電性を有する部材を用いる場合には、その使用量を少なくすることで発光装置１００の絶縁耐圧をより向上させることができる。

波長変換材としては、例えば酸化物系蛍光体、窒化物系蛍光体、硫化物系蛍光体、フッ化物系蛍光体などを用いることができる。

以上説明した本発明の実施形態に係る発光装置１００によれば、発光素子３０が配線部２０に接合されている部分を覆う樹脂部４０が配線部２０間の領域Ｘに設けられ、この樹脂部４０が光吸収材を有するものとされる。このため、配線部２０間において露出する基体１０の表面に発光素子３０の出射光が当たることを抑制することができる。したがって、本発明の実施形態に係る発光装置１００によれば、基体１０の劣化を抑制して発光装置１００の絶縁耐圧を向上させることができる。

なお、本発明の実施形態に係る発光装置１００は、さらに、光反射層７０や封止部材８０などを備えていてもよい。

［光反射層７０］
光反射層７０は、基体１０や配線部２０を覆うように設けられている。光反射層７０は、基体１０表面の略全面を覆っているが、発光素子３０が配置される領域Ｘには、配線部２０の一部と配線部２０間の領域Ｘの一部とが露出するように開口Ｙが形成される。

光反射層７０には、発光素子３０の出射光や波長変換部材により波長変換された光を反射する材料を用いることができる。このような材料としては、例えば、シリコーン系樹脂に酸化チタンを含有させた白レジストと呼ばれる絶縁性の白色インクを一例として挙げることができる。

［封止部材８０］
封止部材８０は、発光素子３０を封止している。１つの封止部材８０が１つの発光素子３０を封止していてもよいし、１つの封止部材８０が２つ以上の発光素子３０を封止していてもよい。

封止部材８０には、透光性樹脂（例えば、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂など）や透光性のガラスなどを用いることができる。

封止部材８０は、光散乱材（硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素など）を有していてもよい。

封止部材８０は、発光素子３０の出射光を吸収して異なる波長の光を出す波長変換部材を有していてもよい。このようにすれば、所望の発光色の発光装置１００を得ることができる。波長変換部材は、封止部材８０の内部に含有されていてもよいし、封止部材８０の表面にのみ設けられていてもよい。封止部材８０の表面にのみ設けられる場合はスプレー塗布などの方法で封止部材８０の表面に波長変換層を形成することができる。また、発光素子３０の近傍に波長変換材を含有した層を設け、その層を覆うように２層目の層を形成するなどし、封止部材８０を複数層として形成してもよい。

封止部材８０が有する波長変換部材としては、例えば、酸化物系、硫化物系、フッ化物系、或いは窒化物系の蛍光体などを一例として挙げることができる。

例えば、発光素子３０に青色発光する窒化ガリウム系発光素子３０を用いる場合には、青色光を吸収して黄色〜緑色発光するＹＡＧ系またはＬＡＧ系の蛍光体や、緑色発光するＳｉＡｌＯＮ系、クロロシリケート系、βサイアロン系の蛍光体や赤色発光するＳＣＡＳＮ系、ＣＡＳＮ系またはＫＳＦ系の蛍光体を、単独又は組み合わせて波長変換部材として用いることができる。このようにすれば、白色光を発光する発光装置１００を得ることができる。

また、液晶ディスプレイやテレビのバックライト等の表示装置に用いる発光装置１００では、ＳｉＡｌＯＮ系蛍光体、クロロシリケート系またはβサイアロン系とＳＣＡＳＮ蛍光体またはＫＳＦ系蛍光体を組み合わせて波長変換部材として用いることができる。このようにすれば、色再現性の高い表示装置を得ることができる。

また、照明用途に用いる発光装置１００では、ＹＡＧ系またはＬＡＧ系の蛍光体とＳＣＡＳＮ系またはＣＡＳＮ系の蛍光体を組み合わせて波長変換部材として用いることができる。このようにすれば、演色性の高い照明装置を得ることができる。

なお、波長変換部材は、発光装置１００の外部、例えば発光装置１００が発光源として用いられる表示装置や照明装置に設けることもできる。例えば、封止部材８０に波長変換部材を含めることなく、または封止部材８０に波長変換材に含めつつ、封止部材８０を透過して出射された光を波長変換する波長変換部材を表示装置や照明装置に別途設けることもできる。このような別途設けられた波長変換部材としては、例えば、発光装置１００全体の上部を覆うように配置されたシート状や板状のものを一例として挙げることができる。

基体１０には２５μｍ厚みのポリイミドシートを、配線部２０には３５μｍ厚のＣｕを用い、基体１０と配線部２０とを接着材５０で接着する。接着材５０には熱硬化性のエポキシ系接着材５０を用いた。接着材５０の厚みは、約１０μｍとした。

基体１０に平面視が６００μｍ角の発光素子３０（λｄ＝４５０ｎｍ）を接合部材６０としてＳｎＣｕ半田を使用してフリップチップ実装し、シリコーン樹脂に平均粒径０．２５μｍの酸化チタンを３０ｗｔ％練り込んだアンダーフィル材料を樹脂部４０として発光素子３０の周りに塗布する。樹脂部４０には、カーボンブラックを１ｗｔ％含有させた。その後、封止部材８０としてシリコーン樹脂をドーム状に成型した。

このようにして形成した発光装置１００では、発光素子３０の出射光が基体１０に当たることが抑制されており、基体１０の裏側への光漏れも少ない。なお、ポリイミドは、これに含まれるイミド基中のＣ−Ｎ結合部の分解波長が４４８．９ｎｍであるため、出射光が４５０ｎｍ付近の波長を有する発光素子３０を用いる場合に劣化分解し、基体１０に穴があき絶縁耐圧が低下するが、本実施例によれば、上記のとおり、この劣化が効果的に抑制され絶縁耐圧を確保することが出来る。

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。

１００発光装置
１０基体
２０配線部
３０発光素子
４０樹脂部
５０接着材
６０接合部材
７０光反射層
８０封止部材
Ｘ配線部間の領域
Ｙ開口

Claims

樹脂を有する基体と、前記基体上に間隔をあけて配置された複数の配線部と、前記配線部間の領域を跨ぐように前記配線部に接合された発光素子と、前記配線部間の領域に設けられ前記発光素子が前記配線部に接合されている部分を覆う樹脂部と、を備えた発光装置であって、
前記樹脂部は、前記発光素子の出射光を吸収する光吸収材と、前記発光素子の出射光を反射する光反射材と、を有するとともに、前記発光素子の側面を覆い、
前記光吸収材は、カーボンブラックであることを特徴とする発光装置。
前記基体は、可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記基体は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）の少なくとも１種を有し、
前記発光素子の出射光は、少なくとも５００ｎｍ以下の波長を有することを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
前記樹脂部は、波長変換材を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。