(57)【要約】【課題】静電気放電保護素子を配置することにより生じる光損失が低減され、光取り出し効率が改善された発光装置を提供する。【解決手段】凹部を有する実装部材と、前記凹部内に設けられた発光素子と、前記凹部内に設けられ、前記発光素子と並列に接続された静電気放電保護素子と、前記発光素子からの放出光を反射可能なフィラーが混合され、前記静電気放電保護素子を覆い前記発光素子を覆わないように設けられた透光性樹脂層と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。【選択図】図２
2011023557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する実装部材と、
前記凹部内に設けられた発光素子と、
前記凹部内に設けられ、前記発光素子と並列に接続された静電気放電保護素子と、
前記発光素子からの放出光を反射可能なフィラーが混合され、前記静電気放電保護素子を覆い前記発光素子を覆わないように設けられた透光性樹脂層と、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子からの放出光を吸収して波長変換光を放出可能な蛍光体粒子が混合され、前記発光素子及び前記透光性樹脂層を覆うように前記凹部内に充填された封止樹脂層をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記凹部は、前記発光素子が接着された第１の底面と、前記静電気放電保護素子が接着され前記第１の底面よりも下方に設けられた第２の底面と、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。
【請求項４】
前記凹部は、前記発光素子が接着された第１の底面と、前記静電気放電保護素子が接着され前記第１の底面よりも上方に設けられた第２の底面と、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。
【請求項５】
前記静電気放電保護素子は、前記発光素子と互いに反対極性となるように接続されたツェナーダイオード、またはバリスタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置や画像表示装置は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることが多い。白色ＬＥＤを表面実装型（ＳＭＤ：Surface-Mounted  Device）とすると、薄型及び小型化が容易となり基板に高密度実装することができる。
【０００３】
ＳＭＤ型白色ＬＥＤは、例えば、ＬＥＤチップ、ＬＥＤチップが接着されるリードフレーム、ＬＥＤチップが収容される凹部が設けられた成型体、蛍光体が混合され成型体の凹部に充填された樹脂、などを備えている。
【０００４】
化合物半導体の積層体からなるＬＥＤチップは、Ｓｉ素子と比較するとＥＳＤ（Electrostatic  Discharge:静電気放電）により破壊を生じやすい。ＬＥＤとツェナーダイオードとが互いに逆極性となるように並列接続すると、外部から大きなＥＳＤが加わっても、ＬＥＤを保護することができる。
【０００５】
しかしながら、ＥＳＤ耐量を高めるために設けるツェナーダイオードのサイズは大きくなり、ＬＥＤからの放出光を遮ったり吸収したりするので光取り出し効率を低下させることがある。
【０００６】
薄型化を図りつつ、光取り出し効率の低下を防止する発光装置の技術開示例がある（特許文献１）。この例では、ツェナーダイオードをＬＥＤよりも低い位置に設け、光取り出し効率の低下を防止している。
しかしながら、この例を用いても光取り出し効率の改善が十分とは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８５１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
静電気放電保護素子を備えつつ、高い光取り出し効率が可能とされる発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、凹部を有する実装部材と、前記凹部内に設けられた発光素子と、前記凹部内に設けられ、前記発光素子と並列に接続された静電気放電保護素子と、前記発光素子からの放出光を反射可能なフィラーが混合され、前記静電気放電保護素子を覆い前記発光素子を覆わないように設けられた透光性樹脂層と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
静電気放電保護素子を備えつつ、高い光取り出し効率が可能とされる発光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図
【図２】第１の実施形態にかかる発光装置の模式図
【図３】比較例にかかる発光装置の模式図
【図４】金属の反射率のグラフ図
【図５】第２の実施形態にかかる発光装置の模式図
【図６】第３の実施形態にかかる発光装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかる発光装置の部分切断模式斜視図、図１（ｂ）はその実装部材を構成する第１セラミック層の模式斜視図、図１（ｃ）は第２セラミック層の模式斜視図、図１（ｄ）は第３セラミック層の模式斜視図、である。なお、図１（ａ）は、実装部材に設けられた凹部に樹脂を充填する前の状態を表す。
【００１３】
また、図２（ａ）は図１に表す第１の実施形態の発光装置の模式平面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図２（ｃ）はＢ−Ｂ線に沿った模式断面図、である。
【００１４】
発光装置は、実装部材２６と、その凹部２７内に設けられた発光素子１０ａ、１０ｂと、凹部２７内に設けられ、発光素子１０と互いに反対極性となるように並列に接続された静電気放電保護素子１４と、反射性を有するフィラー５２が混合され、静電気放電保護素子１４を覆い発光素子１０を覆わないように設けられた透光性樹脂層５０と、発光素子１０からの放出光を吸収して波長変換光を放出可能な蛍光体粒子６２と、蛍光体粒子６２が分散配置され、発光素子１０及び透光性樹脂層５０を覆うように凹部２７内に充填された封止樹脂層６０と、を備えている。発光素子１０ａ、１０ｂは、凹部２７の第１の底面２７ａに接着されている。静電気放電保護素子１４は、凹部２７の第２の底面２７ｂに接着されている。
【００１５】
なお、反射性を有するフィラー５２は、例えば粒子状とされる。このようなフィラー５２の材料として、チタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）を含むチタン酸塩、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む酸化チタン（ＴｉＯｘ）、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、及びＡｌとＳｉＯ２とを組み合わせたものなどがある。Ｋ２ＴｉＯ３やＴｉＯｘなどを用いると、紫外〜可視光の広い波長範囲において反射率を高く保つことができる。
【００１６】
本実施形態の実装部材２６は、アルミナなどのセラミック焼成体からなるものとする。セラミック焼成体は、図１（ｂ）に表すように貫通孔２０ａを有する第１セラミック層２０、図１（ｃ）に表すように発光素子１０ａ、１０ｂが接着される第２セラミック層２２、及び図１（ｄ）に表すように基板となり静電気保護素子１４が接着される第３セラミック層２４が積層された構造である。
【００１７】
第３セラミック層２４の上面及び側面には、メタライズされた厚膜などからなる第２導電部３２が設けられ、ツェナーダイオードなどの静電気放電保護素子１４が接着される。また、第２導電部３２は、第３セラミック層２４の隅部に設けられた側面部３２ｃを介して、さらに下面に設けられた導電部３２ｄに接続されている。
【００１８】
第２セラミック層２２は、貫通孔２２ａを有しており、また上面及び側面に第１導電部３０が設けられている。第１導電部３０は、２つの発光素子１０ａ、１０ｂのチップを接着するための接着領域３０ｂ、ワイヤボンディング領域３０ａ、３０ｄを有している。なお、第１導電部３０は、側面部３０ｅ、及び第３セラミック層２４の隅部に設けられた側面部３０ｆを介して、第３セラミック層２４の下面の導電部３０ｇに接続されている。
【００１９】
第２セラミック層２２の上に積層される第１セラミック層２０は、貫通孔２０ａを有している。貫通孔２０ａの側壁２０ｂに傾斜を設けると、アルミナのようなセラミック層は反射率が高いので光を上方に向けて反射可能となり光取り出し効率を高めることができるので好ましい。
【００２０】
ＩｎＧａＡｌＮ系材料からなる発光素子１０は、紫外〜青色〜緑色波長範囲の光を放出可能である。発光素子１０がサファイヤのような基板の上に形成されている場合、発光素子１０のサファイヤ基板側を接着領域３０ｂの上に接着し、ボンディングワイヤにより発光素子１０のカソード電極と第１導電部３０のワイヤボンディング領域３０ｄとを接続することができる。また発光素子１０のアノード電極と、第２導電部３２のワイヤボンディング領域３２ｂと、をボンディングワイヤにより接続することができる。
【００２１】
なお、本明細書において、「ＩｎＧａＡｌＮ」とは、ＢｘＩｎｙＧａｚＡｌ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる組成式で表される材料であり、ｐ型不純物やｎ型不純物が添加されたものも含むものとする。
【００２２】
また、発光素子１０がＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるものとすると、緑〜赤色波長範囲の可視光を放出できる。可視光をそのまま放出光として用いる場合は、蛍光体粒子を備えてなくともよい。
【００２３】
なお、本明細書において、「ＩｎＧａＡｌＰ」とは、Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる組成式で表される材料であり、ｐ型不純物やｎ型不純物が添加されたものも含むものとする。
【００２４】
本図において、発光素子１０は、チップが２つ並列接続された構成としている。もしチップサイズに比例して光出力が増大すればサイズの大きい１チップとすればよい。しかし、サファイヤ基板上に半導体積層体が設けられ、一方の電流経路がチップ表面に略平行方向となる構造では、チップサイズに比例した光出力を得ることは困難である。このために、複数のチップの並列動作とするほうが効率低下を抑制しつつ光出力を高めることが容易となる。この場合、チップサイズとしては、例えば、２５０μｍ×５００μｍなどとすることができる。
【００２５】
静電気放電保護素子１４は、ＥＳＤなどの大電流あるいは高電圧に対して、発光素子１０を保護する役割を有する。例えば静電気放電保護素子１４がツェナーダイオードである場合、発光素子１０と逆極性となるように並列に接続する。すなわち、ツェナーダイオード１４のアノード電極は、第１の導電部３０のワイヤボンディング領域３０ｃとボンディングワイヤにより接続され、カソード電極は第２導電部３２の接着領域３２ａと、導電性接着剤や半田材などにより接続されている。なお、発光素子１０の極性及び静電気放電保護素子１４の極性を、ともに反対極性としてもよい。
【００２６】
このようにすると、発光素子１０に最大定格直流逆電圧を越える逆方向サージ電圧が加わったとしてもツェナーダイオード１４を介してバイパスされるので発光素子１０が保護可能である。また、順方向サージ電圧により最大定格順電流を越える順方向サージ電流が発光素子１０に流れようとしても、ツェナーダイオード１４を介してバイパスされるので発光素子１０の保護が容易となる。
【００２７】
発光素子１０を保護するには、ツェナーダイオード１４のｐｎ接合面積が小さすぎないことが好ましい。２５０μｍ×５００μｍの発光素子１０ａ、１０ｂを２つ並列する場合、例えば４００μｍ×４００μｍのサイズのツェナーダイオードであれば、サージ耐量を要求レベルに維持することが容易となる。
【００２８】
実装部材２６の凹部２７を構成する第２セラミック層２２に設けられた貫通孔２２ａには、反射性を有するフィラー５２が混合され、シリコーンなどからなる透光性樹脂５０が、ツェナーダイオード１４を覆うように形成されている。このために、発光素子１０からの放出光の一部Ｇ１は、透光性樹脂層５０の表面近傍で上方に反射される。図１（ｂ）のように透光性樹脂層５０の表面が凹部２７の第１の底面２７ａよりも上方へ盛り上がっていると反射を高めることが容易となる。
【００２９】
また、第１セラミック層２０の貫通孔２０ａも実装部材２６の凹部２７を構成している。貫通孔２２ａに充填された透光性樹脂層５０及び発光素子１０を覆うように、凹部２７内に、例えば蛍光体粒子６２などが混合された透光性樹脂が充填されて封止樹脂層６０を構成する。この場合、透光性樹脂層５０を半硬化または硬化ののち封止樹脂層６０を塗布するとよい。
【００３０】
蛍光体粒子６２は、発光素子１０からの放出光を吸収し、波長変換光を放出する。発光素子１０が、波長４５０ｎｍの青紫色光を放出し、蛍光体粒子６２が波長５６０ｎｍ近傍の黄色光を放出可能な珪酸塩などからなるものとすると、これらの混合色として、白色光や白熱電球色を得ることができる。側壁２０ｂに適正な傾斜角を設けると、光取り出し効率を高めることができるので好ましい。なお、波長変換光も、フィラー５２が混合された透光性樹脂層５０の表面近傍において反射されるので光取り出し効率を高めることができる。放出光が紫外〜青紫色の波長範囲とする場合、蛍光体粒子６２は、ＹＡＧ（Yttrium−Aluminum  Garnet）からなる材料であってもよい。
【００３１】
下面の導電部３０ｇ及び側面導電部３０ｆは、第１導電部３０を構成している。また、下面の導電部３２ｄは第２導電部３２を構成している。このように、導電部３０ｇ、３２ｄをそれぞれ設けると、配線基板などへ電気的接続することが容易となる。
【００３２】
図３（ａ）は比較例にかかる発光装置の模式平面図、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。
発光素子１１０ａ、１１０ｂは、それぞれ２５０μｍ×５００μｍなどのサイズとされ、セラミックなどからなる実装部材１２６上に設けられた導電部１３０ｂに金属半田などで接着されている。また、ツェナーダイオード１１４は、４００μｍ×４００μｍなどのサイズとされ、導電部１３０ｅに金属半田などで接着されている。また、導電部１３０ａ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅは、ワイヤボンディング領域とされる。
【００３３】
ツェナーダイオード１１４の材料はシリコンとすることが多い。シリコンのバンドギャップ波長は略１．１１μｍであるので、青色光及び黄色光を含む可視光を吸収する。例えば、本図のように、発光素子１１０からの放出光Ｇ１１がツェナーダイオード１１４の側面や上面から入射しやすいと、その内部において光吸収を生じるので光取り出し効率が低下する。
【００３４】
また、ツェナーダイオード１１４の電極表面をＡｕとすると、ワイヤボンディングが容易となり信頼性を高めることができる。しかしながら、Ａｕの反射率は、短波長範囲において低下する。
【００３５】
図４は、放出光波長に対する反射率の依存性の一例を表すグラフ図である。縦軸は反射率（％）、横軸は放出光の波長（μｍ）、である。
Ａｕの反射率は、青紫色の波長０．４５μｍにおいて略５０％、黄色光の波長０．５６μｍにおいて略７０％であり、ＡｌやＡｇの反射率よりも低い。すなわち、発光素子１１０から、ツェナーダイオード１１４のＡｕ電極に入射する光は十分に反射されない。このために光取り出し効率が低下する。
【００３６】
これに対して、本実施形態では、発光素子１０からの放出光は静電気放電保護素子１４を覆うフィラーにより反射される。このために静電気保護素子１４による光吸収が低減され光取り出し効率を高めることが可能である。
【００３７】
また、ツェナーダイオード１４のチップを実装部材２６の凹部２７内に接着し、かつ発光素子１０のそれぞれの電極とワイヤボンディングするには、図１のようにツェナーダイオード１４のサイズの少なくとも数倍のサイズが必要である。アルミナなどからなるセラミック層の表面に設けられる導電部は、チップ接着やボンディングを確実にするために厚膜の表面にＡｕメッキ膜が設けられることが多い。しかしながら、図４に表すように、Ａｕの反射率は低い。本実施形態では、図２（ｃ）のように、導電部３２の表面は反射性フィラー５２が混合された透光性樹脂５０で覆われるので反射率が高められ、光取り出し効率がさらに改善できる。
【００３８】
さらに、本実施形態では、ツェナーダイオード１４が接着される第２の底面２７ｂは発光素子１０が接着される第１の底面２７ａよりも下方にあるので、容易に液状の透光性樹脂５０充填することができる。
【００３９】
静電気放電保護素子としては、ツェナーダイオードの他に、例えばバリスタ（variable  resistor）などを用いることができる。バリスタは、酸化亜鉛やチタン酸ストロンチウムなどにさらに添加物を加えセラミックを２枚の電極で挟んで形成できる。バリスタは非直線性抵抗を示し、加わる電圧が高くなるとその電気抵抗が急激に低下する。このために静電気をバイパスし、発光素子をサージから保護することができる。電極を含むバリスタ表面の反射率は低いので、発光素子の近傍に配置すると光取り出し効率が低下する。
【００４０】
以上のように、第１の実施形態では、発光素子１０からの放出光に対して反射性を有するフィラー５２が混合された透光性樹脂５０により、静電気放電保護素子１４による光吸収及びそれを配置するための低反射性導電部による光取り出し効率の低下を抑制できる。このようにして、サージ耐量が改善され、光取り出し効率が高められた発光装置が提供される。画像表示装置のバックライト光源や大型表示装置などでは、サージが印加されやすい外部環境において使用されることが多く、また使用数量が多い。本実施形態の発光装置は、このような用途において有効である。
【００４１】
図５（ａ）は、第２の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図５（ｂ）はＡ−Ａ線に沿ったその模式断面図、である。
実装部材２６は凹部２７を有している。凹部２７の底面は、発光素子１０ａ、１０ｂが接着される第１の底面２７ｃと、ツェナーダイオード１４が接着される第２の底面２７ｄと、を有している。第３セラミック層２５の上には第１導電部３６が設けられている。第１導電部３６は、発光素子１０が接着される接着領域３６ｂ、ワイヤボンディング領域３６ａ、３６ｃ、３６ｄ、側面部３６ｅを有している。接着領域３６ｂ、ワイヤボンディング領域３６ａ、３６ｂ、３６ｄ、の少なくとも一部を含む第３セラミック層２５の表面は、第２セラミック層２３に設けられた貫通孔から露出しており第１の底面２７ｃを構成する。
【００４２】
第２セラミック層２３の上には第２導電部３４が設けられている。第２導電部３４は、ツェナーダイオード１４が接着される接着領域３４ａ及びワイヤボンディング領域３４ｂ、を有している。接着領域３４ａ及びワイヤボンディング領域３４ｂの少なくとも一部を含む第２セラミック層２３の表面は第２の底面２７ｄを構成する。本実施形態では、第２の底面２７ｄは、第１の底面２７ｃよりも上方に設けられる。  
【００４３】
第２セラミック層２３上の第２導電部３４の接着領域３４ａに接着されたツェナーダイオード１４を覆うように、反射性を有するフィラー５２が混合された透光性樹脂層５０が設けられている。第２セラミック層２３の側壁２３ａに傾斜を設けると、発光素子１０ａ、１０ｂからの放出光Ｇ２を上方に向かって反射させることができる。また、透光性樹脂層５０は、放出光Ｇ１及び波長変換光を反射し光取り出し効率を高めることができる。なお、発光素子１０ａ、１０ｂから凹部２７の側壁へ向かう光Ｇ３は上方に向かって反射されるので光取り出し効率を高めることができる。
【００４４】
なお、第２セラミック層２３の上に設けられた第２導電部３４のワイヤボンディング領域３４ｂの上を透光性樹脂層５０で覆うと光取り出し効率をさらに高めることができる。  また、下面の導電部３６ｇは第１導電部３６を構成している。また、下面の導電部３４ｄは第２導電部３４を構成している。このために、配線基板などへ電気的接続することが容易となる。
【００４５】
図６（ａ）は、第３の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ線の沿ったその模式断面図、である。
実装部材はセラミックなどの材料に限定されない。鉄系または銅系合金などからなるリード８０、８２と、樹脂成型体８４と、を組み合わせて実装部材７０としてもよい。発光素子１０は、第１のリード８０上に導電性接着剤や金属共晶半田などを用いて接着されている。また、静電気放電保護素子１４は、第２のリード８２の上に導電性接着剤や金属共晶半田などを用いて接着されている。
【００４６】
第１のリード８０と、第２のリード８２と、は熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂などを用いて一体成型されている。この場合、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂に反射性を有するＫ２ＴｉＯ３などを混合した成型体８４とすると、成型体８４の凹部７１の側壁８４ａが発光素子１０からの放出光を上方に向けて反射するので光取り出し効率を高めることができる。
【００４７】
第２のリード８２に接着された静電気放電保護素子１４は、反射性を有するフィラー５２が混合された透光性樹脂層５０により覆われている。この場合、成型体８４に突起部８４ｂを設けると、フィラー５２が混合された液状透光性樹脂８６を充填する工程が容易になる。透光性樹脂８６を加熱などにより半硬化または硬化したのち、蛍光体粒子６２が混合された封止樹脂８８を用いて凹部７１を充填し、さらに封止樹脂８８を硬化する。
【００４８】
このように、凹部７１の略同一な底面上に発光素子１０及び静電気放電保護素子１４を接着しても実装部材７０の凹部７１において放出光を反射しつつ、静電気放電保護素子１４による放出光の吸収を低減できる。この結果、光取り出し効率を改善することができる。
【００４９】
また、第１のリード８０と、第２のリード８２と、の間には、発光素子１０と互いに逆並列接続となるように、静電気放電保護素子１４として機能するツェナーダイオードを接続することができる。本実施形態の発光装置は、モールド型発光装置の製造工程により製造できるので高い量産性とすることができる。その結果として価格低減が容易となる。
【００５０】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明を構成する実装部材、発光素子、静電気放電保護素子、透光性樹脂層、封止樹脂層、フィラー、蛍光体粒子の材質、形状、サイズ、配置などに関して当業者が各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５１】
１０  発光素子、１４  静電気放電保護素子、２６、７０  実装部材、２７、７１  凹部、５０  透光性樹脂層、５２  フィラー、６０  封止樹脂層、６２  蛍光体粒子、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３  放出光  
【図１】
2011023557.tif 000003
【図２】
2011023557.tif 000004
【図３】
2011023557.tif 000005
【図４】
2011023557.tif 000006
【図５】
2011023557.tif 000007
【図６】
2011023557.tif 000008