(57)【要約】      （修正有）【課題】発光装置の周壁体による光の反射量を向上させることで、発光装置のＬＥＤ搭載表面に対向する方向の発光量を増加させることができるとともに色温度特性を向上でき、小型化及び加工が容易な発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】電極１２を有する基板１１と、前記基板上に搭載された発光素子１３と、基板の発光素子搭載面上に設けられ、発光素子を収容するキャビティを基板とともに画定する周壁体１４Ａと、を有し、前記周壁体は、光反射性を有する粒子を内部に分散させた樹脂で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する基板と、
前記基板上に搭載された発光素子と、
前記基板の発光素子搭載面上に設けられ、前記発光素子を収容するキャビティを前記基板とともに画定する周壁体と、を有し、
前記周壁体は、光反射性を有する粒子を内部に分散させた樹脂で形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記基板は、ガラス織布にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板から構成され、前記周壁体は、ガラス粒子を分散したエポキシ樹脂で構成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記透光性樹脂は蛍光体粒子を含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。
【請求項４】
前記周壁体を形成する樹脂は、ガラス粒子をさらに含有することを特徴とする請求項1乃至３に記載の発光装置。
【請求項５】
発光装置を製造する方法であって、
電極が形成された基板に、前記基板のＬＥＤ素子搭載面とともにキャビティを形成するキャビティ構造体を設けるステップと、
前記キャビティ内で露出している基板表面に発光素子を搭載するステップと、を含み、
前記キャビティ構造体は、光反射性を有する粒子を内部に分散させた樹脂で形成されていることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記基板は、ガラス織布にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板から構成され、前記キャビティ構造体は、ガラス粒子を分散したエポキシ樹脂で構成され、前記キャビティ構造体を設けるステップにおいて、前記基板と前記キャビティ構造体は、接着剤を介して貼り合わされることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及びその製造方法に関し、特に発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を有する発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、良好な加工性及びコスト面の観点から、プリント基板を加工した発光装置が製造されている。このような発光装置では、はんだ実装において瞬間的にではあるが例えば、２６０℃程度の温度に晒されることから、耐熱性が良好で熱膨張の小さいガラスエポキシ基板が使用されている。従来の発光装置においては、スルーホール等を利用して基板表裏面に回路（電極パターン層）を形成した基板に、ＬＥＤ素子が搭載されている基板面と対向する方向に放射される光（放射光）の取り出し効率を向上させるために、円形や四角形にくり抜かれた開口部を有する基板を貼り合わせ、これをマトリクス状に切断することによって周壁体を有する発光装置が製造されていた。
【０００３】
このような周壁体を有する従来の発光装置としては、発光体としてＬＥＤ素子を使用し、樹脂と、樹脂表面に形成された金属反射層とからなっている周壁体を有する発光装置が知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、発光体にＬＥＤ素子を使用し、周壁体にガラス織布に反射性粒子を含有している樹脂を含浸させて形成したガラスエポキシ基板を使用している発光装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４４３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、金属反射層を備えた周壁体を有している発光装置においては、発光装置を小型化した際に、金属反射膜とＬＥＤ素子が搭載されている基板表面の配線との間の絶縁確保が困難となり、発光装置の小型化の障害となっていた。また、金属反射膜と周壁体によって囲まれたキャビティ内に注入される封止樹脂との界面で剥離が生じたり、温度変化によって封止樹脂にクラックが入り、ボンディングワイヤが切断される等の問題が生じたりして製造時の歩留まりが悪化していた。
【０００７】
また、ガラスエポキシ基板からなる周壁体を有している発光装置においては、周壁体の側部に露出したガラス繊維を通じて光が基板と平行方向に導かれることで光が外部に漏出してしまい、発光装置のＬＥＤ素子が搭載されている面に対向する方向に放射される光の取り出し効率が低下してしまうという問題がある。この光漏れは、発光装置を小型化するためにキャビティ構造体の周辺壁部の厚さを薄くするほど顕著となり、発光装置の小型化の障害となっていた。また、このような周壁体を有する発光装置の製造においては、ダイシングの際に強固なガラス繊維を切断する必要が有り、当該ガラス繊維の切断が製造時の加工性を低下させる要因となっていた。
【０００８】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、光取り出し効率の高い発光装置を提供することを目的とする。また、小型化が容易であり、製造時の加工容易性及び歩留まりを向上させることが可能な発光装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発光装置は、電極を有する基板と、基板上に搭載された発光素子と、基板の発光素子搭載面上に設けられ、発光素子を収容するキャビティを基板とともに画定する周壁体と、を有し、上記周壁体は、光反射性を有する粒子を内部に分散させた樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の発光装置を製造する方法は、電極が形成された基板に、基板のＬＥＤ素子搭載面とともにキャビティを形成するキャビティ構造体を設けるステップと、キャビティ内で露出している基板表面に発光素子を搭載するステップと、を含み、上記キャビティ構造体は、光反射性を有する粒子を内部に分散させた樹脂で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光装置及び発光装置の製造方法によれば、発光装置の周壁体による光の反射量を向上させることで、発光装置のＬＥＤ搭載表面に対向する方向の発光量を増加させることができる。また、小型化及び加工が容易な発光装置を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の発光装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例１の発光装置の平面図である。
【図３】本発明の実施例１の発光装置の製造過程の断面図である。
【図４】本発明の実施例１の発光装置の製造過程の一工程の平面図である。
【図５】比較例の発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１のＬＥＤ素子を発光素子として用いた発光装置の断面図であり、図２は、本発明の実施例１の発光装置の光放射面から見た平面図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、発光装置１０は、基板１１と、電極１２と、ＬＥＤ素子１３と、周壁体１４Ａと、封止樹脂１５と、を備えている。基板１１上には電極１２が形成され、ＬＥＤ素子１３は基板１１上にダイボンディングにより搭載され、電極１２とボンディングワイヤ１６によって電気的に接続されている。周壁体１４Ａは、基板１１上に設けられ、周壁体１４Ａと基板１１とによってＬＥＤ素子１３を露出させるキャビティ（凹部）１７が画定され（図３）、キャビティ１７には封止樹脂１５が充填されている。
【００１６】
基板１１は、厚さ０．１ｍｍのガラスエポキシ基板であり、複数のスルーホールを有する。ガラスエポキシ基板は、ガラス繊維を布状に編んだガラス織布に、エポキシ樹脂を含浸させて構成される。電極１２は、基板１１に形成されており、ＬＥＤ素子１３の搭載面は、Ｃｕ箔／Ｃｕメッキ／Ｎｉメッキ／Ａｇメッキが形成されている。また、ＬＥＤ素子１３の搭載面と反対側の面には、Ｃｕ箔／Ｃｕメッキ／Ｎｉメッキ／Ａｇメッキ／Ａｕメッキが形成されており、スルーホール内にはＣｕメッキが形成されている。
【００１７】
ＬＥＤ素子１３は、基板１１上の所定位置に樹脂系接着剤やはんだ等によって固定載置されている。ＬＥＤ素子１３は、例えば、青色ＬＥＤ素子である。また、ＬＥＤ素子１３は、ボンディングワイヤ１６によって基板１１上の電極１２に接続されている。
【００１８】
周壁体１４Ａは、キャビティ１７がＬＥＤ素子１３を露出させるように、エポキシ接着剤によって基板１１上に固定されている。後述するように、周壁体１４Ａは、光反射性粒子が分散されたエポキシ樹脂により形成されている。
【００１９】
封止樹脂１５は、周壁体１４Ａ及び基板１１によって画定されたキャビティ１７内にＬＥＤ素子１３を埋設するように設けられている。封止樹脂１５は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体を分散させた有機変性シリコーン硬化樹脂からなっている。なお、封止樹脂１５は、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂等の他の光透過性樹脂でもよく、ＹＡＧ蛍光体以外の他の蛍光体や散乱材を含有してもよい。
【００２０】
次に、図３及び図４を参照して、図１及び図２に示す発光装置１０の製造方法について詳細に説明する。図３（ａ）−（ｄ）は、発光装置１０の製造方法の各工程を示す断面図である。図４は、当該製造方法の１工程（図３（ｂ））を示す平面図である。すなわち、図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図が図３（ｂ）である。
【００２１】
発光装置１０の製造においては、まず図３（ａ）に示すように、表面に電極１２が形成された平板状のガラスエポキシ基板１１を用意して、開口部を有する平板状のキャビティ構造体１４を接着剤（図示せず）により基板１１上に貼り合わせた。キャビティ構造体１４は、酸化チタンや硫酸バリウム粒子等からなる光反射性粒子を分散させたエポキシ樹脂により形成された枠体である。また、エポキシ樹脂には、熱膨張を抑制するためのガラス粒子も分散されている。尚、周壁体１４Ａには、ガラス繊維（繊維状のガラス）は混合されていない。また、接着剤には、エポキシ樹脂に酸化チタン等を混合したものを使用した。なお、光反射性粒子は、一様に分散されているのが反射性の観点から好ましい。より詳細には、キャビティ構造体１４は、長辺の長さＬ１が１．８ｍｍ、短辺の長さＬ２が１．４ｍｍの長方形であるキャビティ１７を、基板１１とともに形成する周壁体１４Ａからなる枠体である。また、キャビティ構造体１４のＬＥＤ素子１３が搭載される表面に対して垂直な方向の厚さＨ１は０．４ｍｍである。本実施例では、キャビティ１７は、マトリクス状（図では３行３列）に配列されている。図４に示すように、また、キャビティ周囲を囲む周壁体１４Ａを形成する壁部は、キャビティ構造体１４の最外部における厚さＷ１が０．１ｍｍであり、キャビティ１７の各々の間の厚さＷ２が０．３ｍｍである。
【００２２】
次に、図３（ｂ）に示すように、キャビティ１７内の露出した基板１１上に、一辺の長さが０．９ｍｍ、厚さ１７０μｍの青色ＬＥＤ素子１３を、１つのキャビティ１７に対して１個、コレットを用いて載置してダイボンディングし、ＬＥＤ素子１３と電極１２とボンディングワイヤ１６によるワイヤボンディングによって電気的に接続した。なお、キャビティ１７内には、２つ以上のＬＥＤ素子を配しても良い。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、蛍光体を含む封止樹脂１５を、ディスペンス法等により、ＬＥＤ素子１３が埋設されるようにキャビティ１７に充填した。次に、基板全体を１５０℃の炉内に投入し、５時間加熱して封止樹脂１５を硬化させた。封止樹脂１５は、ＹＡＧ蛍光体を含む有機変性シリコーン樹脂であり、有機変性シリコーンに対するＹＡＧ蛍光体の割合は、２２ｗｔ％とした。なお、封止樹脂１５は、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂等の他の光透過性樹脂からなっていても良く、光透過性樹脂が、ＹＡＧ蛍光体以外の他の蛍光体や散乱材を含有していてもよい。また、封止樹脂１５は、硬化後のショアＡ硬さが７０以上または硬化後のショアＤ硬さが５０以上であるのが好ましい。
最後に、図３（ｄ）に示すようにＬＥＤ素子１３が搭載された基板を所定の大きさに切断した。切断方法は、通常のダイシング手法を使用した。完成した発光装置１０を発光面から見た上面図が図２である。完成した発光装置１０の寸法は、長辺Ｌ３が２．０ｍｍ、短辺Ｌ４が１．６ｍｍ、電極及び接着剤の厚さを含めた厚さＨ２は０．７ｍｍであった。
【００２４】
本発明の発光装置１０の効果を確認するために形成した比較例の発光装置２０について以下に説明する。比較例の発光装置２０は、本発明の実施例１のキャビティ構造体を使用せずに、図５に示すようにガラス織布に反射性粒子を含有している樹脂を含浸させて形成した周壁体２１を用いた点を除いては、上記実施例と同様とした。周壁体２１は、ガラス織布層２１Ａ及び反射性粒子含有樹脂層２１Ｂを有する。
【００２５】
すなわち、比較例の発光装置２０は、ＬＥＤ素子への給電のための電極を有するガラスエポキシ基板上に、ガラス織布に酸化チタン粒子や硫酸バリウム粒子等を含有する樹脂を含浸させた周壁体２１を有し、周壁体２１がガラス織布層２１Ａ及び反射性粒子含有樹脂層２１Ｂを有している。なお、周壁体の形状や大きさ等、その他の点は実施例1と同じである。また、実施例１に使用されたのと同一の構造及び特性を有するＬＥＤ素子が、実施例１と同じ位置にダイボンディングされており、キャビティ内が実施例１と同一の材料からなる封止樹脂によってＬＥＤ素子を埋設せしめるように充填されている。また、実施例１及び比較例の発光装置の封止樹脂内の蛍光体量はいずれも２２ｗｔ％とした。
【００２６】
なお、実施例１の発光装置１０の周壁体及び比較例の発光装置２０の周壁体２２の反射性粒子含有樹脂層の反射率に有意な差が無いことも確認した。すなわち、基板のＬＥＤ素子搭載面に平行な周壁体１４Ａ及び周壁体２１の主面（反射性粒子含有樹脂層２１Ｂ）の反射率には、４００ｎｍから７００ｎｍの間の波長範囲において有意な差が無いことを測定により確認した。
【００２７】
実施例１及び比較例の発光装置を発光させた際の比較結果を表１に示す。なお、ＬＥＤ素子の発光輝度が同一となる駆動電流によって実施例１及び比較例のそれぞれのＬＥＤ素子を駆動した。なお、２０個のサンプルについて測定し、その平均値で示している。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１は、実施例１及び比較例の発光装置の放射面（素子搭載面）からの放射光の光度（カンデラ、ｃｄ）、相関色温度（ケルビン、Ｋ）及び全光束（ルーメン、ｌｍ）を比較して示している。
【００３０】
表１に示すように、実施例１の発光装置の光度（ＩＥ）及び全光束（ＬＥ）は、比較例の光度（ＩＣ）及び全光束（ＴＣ）に比べて１．０７倍（すなわち７％の増加）であった。比較例の発光装置においては、ＬＥＤ素子からの放射光がガラス織布層２１Ａによって横方向（放射面に水平な方向）に導波されて失われるため光度及び全光束が小さい。さらに、比較例の発光装置より実施例１の発光装置の方が黄色みの強い発光が得られた。これは、実施例１においては、周壁体によって反射されるＬＥＤ放射光成分が増加していることを意味している。すなわち、周壁体による反射成分がさらに封止樹脂内を通過して、放射面から放射されるため、封止樹脂内における光路長が長く黄色みの強い光の成分が増加していることを意味している。
【００３１】
そこで、比較例の発光装置の色温度を、比較例の封止樹脂に含まれるＹＡＧ蛍光体の量を増加させることにより、実施例１と同様の色温度になるように調整して再度比較実験を行った。その実験結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
2011171345.tif 000004
【００３３】
表２は、実施例１及び比較例の発光装置の封止樹脂内の蛍光体濃度（重量％、ｗｔ％）放射面（素子搭載面）からの放射光の光度（ｃｄ）を比較して示している。相関色温度（Ｋ）も参考として示している。
【００３４】
表２に示すように、実施例１の発光装置は、比較例に発光装置に比べて、同様の色温度を得るための蛍光体の量を約８％減らすことができ、かつ約５％の光度増加を達成することができた。
【００３５】
本発明の発光装置においては、ＬＥＤ素子から放射される光を反射させるための周壁体を、光反射性粒子を分散させた樹脂によって形成している。これにより、従来の発光装置よりも、小型化時の絶縁性が高くかつ歩留まりの高い発光装置を実現することができる。また、周壁体を貫通して失われる光を減少させることができるので、従来の発光装置よりも発光装置の発光効率を増加させることができる。また、周壁体に反射されて蛍光体を含有した封止樹脂内における光路長が長い光の量の割合が増加するため、従来の発光装置よりも少ない蛍光体で発光色（色温度）の調整が可能である。さらに、本発明の発光装置の製造においては、光反射性粒子を分散させた樹脂からなるキャビティ構造体を用いているため、加工が高精度にでき、かつ容易である。例えば、従来のガラス織布を用いた発光装置の場合のように、キャビティ形成やダイシングの際に強固なガラス繊維を切断する必要がない。
【００３６】
なお、実施例１においては、基板１１にガラスエポキシ基板を用いたが、他の樹脂基板またはセラミック基板等を用いてもよい。また、実施例１においては、ＬＥＤ素子１３と電極１２との電気的接続はワイヤボンディング接続を用いたが、ＬＥＤ素子１３の裏面にバンプを設け、フリップチップ接続を行ってもよい。また、ＬＥＤ素子１３の発光波長は、上記実施例に記載の波長に限らない。この場合、発光素子の発光波長に応じて、好適な光反射率が得られるように適宜光反射性粒子の材料等を選択すればよい。また、キャビティの形状は、長方形としたが、円形等任意の形状とすることが可能である。また、上記実施例においては、３行３列の９個の発光装置を１枚の基板から製造する場合を例に示したが、これに限らない。さらに、上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、使用される発光素子等に応じて、適宜選択することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０    発光装置
１１    基板
１２    電極
１３    ＬＥＤ素子
１４    キャビティ構造体
１４Ａ  周壁体
１５    封止樹脂
１６    ボンディングワイヤ
１７    キャビティ
２０    比較例の発光装置
２１    比較例の周壁体
２１Ａ  ガラス織布層
２１Ｂ  反射性粒子含有樹脂層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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