(57)【要約】【課題】発光装置の色むらを低減すること。【解決手段】封止樹脂１２はシリコーン樹脂からなり、蛍光体の混合された蛍光体樹脂１２Ａと、蛍光体の混合されておらず、光を透過する透明な透明樹脂１２Ｂ、Ｃで構成されている。透明樹脂１２Ｂは、隣接する発光素子１１間の隙間を埋めるように設けられている。また、発光素子１１側面のうち、他の発光素子１１と隣接する側の側面１１ｂは透明樹脂１２Ｂと接している。また、発光素子１１と基板１０との間の隙間１３を透明樹脂１２Ｂが埋めるように設けられており、透明樹脂１２Ｂがアンダーフィルも兼ねるようにしている。蛍光体樹脂１２Ａは、発光素子１１と透明樹脂１２Ｂを覆うようにして設けられている。透明樹脂１２Ｃは、蛍光体樹脂１２Ａを覆うように設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に実装された複数の発光素子と、前記基板上に前記発光素子を封止する封止樹脂と、を有した発光装置において、
前記封止樹脂は、光を透過する第１透明樹脂と蛍光体が混合された蛍光体樹脂とを有し、
前記第１透明樹脂は、各前記発光素子の間の領域に位置し、前記発光素子側面のうち、他の前記発光素子と隣接する側の側面に接しており、かつ、前記基板と前記発光素子との間の領域に位置し、
前記蛍光体樹脂は、前記発光素子および前記第１透明樹脂上を覆うようにして位置する、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体樹脂は、前記発光素子側面のうち、前記発光素子と隣接しない側の側面にも位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記封止樹脂は、前記蛍光体樹脂を覆うようにして位置し、光を透過する第２透明樹脂を有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
隣接する前記発光素子間の間隔は、１０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記基板上であって前記基板の外周に、複数の前記発光素子全体を囲うようにしてダムが設けられている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
基板上に、複数の発光素子を所定の間隔で配列して実装する実装工程と、
スクリーン印刷によって、前記発光素子の間の領域に、前記発光素子の側面のうち他の前記発光素子と隣接する側の側面に接するようにして、光を透過する第１透明樹脂を塗布するとともに、前記基板と前記発光素子の間の領域に前記第１透明樹脂を流動させて充填し、その後前記第１透明樹脂を硬化させる第１の樹脂封止工程と、
スクリーン印刷によって、前記発光素子および前記第１透明樹脂上を覆うようにして、蛍光体が混合された蛍光体樹脂を塗布し、その後前記蛍光体樹脂を硬化させる第２の樹脂封止工程と、
を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の樹脂封止工程において、前記蛍光体樹脂は、前記発光素子のうち他の前記発光素子と隣接しない側の側面にも塗布して硬化させる、ことを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２の樹脂封止工程の後、スクリーン印刷によって、前記蛍光体樹脂を覆うようにして第２透明樹脂を塗布し、その後硬化させる第３の樹脂封止工程を有する、ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記実装工程後、前記第３の樹脂封止工程前に、スクリーン印刷によって、前記基板上であって前記基板の外周に、複数の前記発光素子全体を囲うようにして樹脂を塗布し、その後硬化させることで、前記第２透明樹脂を溜めるダムを形成するダム形成工程を有する、ことを特徴とする請求項８に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記実装工程は、隣接する前記発光素子間の間隔が、１０〜１００μｍとなるように、前記発光素子を配列して実装する、ことを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に複数の発光素子が実装され、それら発光素子が蛍光体の混合された封止樹脂によって封止された発光装置に関する。また、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明やバックライトなどの白色光源として、基板上に青色発光の発光素子を複数実装し、黄色蛍光体を混合した封止樹脂によって封止した発光装置が広く知られている。この発光装置では、発光素子からの青色光の一部を黄色蛍光体によって変換し、その黄色光と、発光素子の青色光とを混合することで白色光を実現している。
【０００３】
特許文献１には、発光素子を封止する蛍光体の混合された封止樹脂に、各発光素子ごとに区切る溝を設け、その溝を透明樹脂で埋めた構造が示されている。発光素子間の側面には蛍光体の混合された封止樹脂が残存している。これにより、リング状の発光むらを解消できることが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、発光素子を蛍光体が混合された封止樹脂で封止し、さらに封止樹脂を透明な樹脂で覆った構造が示されていて、この構造により色むらを抑制できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１０９２９１号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／１０４２４７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の発光装置では、発光素子の配列パターンを反映した格子状のパターンに色むらが生じ、色品質が劣るという問題があった。特許文献１、２の発光装置によれば、ある程度は色むらを軽減することはできるが、格子状のパターンの色むらを低減するまでには至らなかった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、基板上に複数の発光素子が実装された発光装置において、発光素子の配列パターンを反映した色むらを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板と、基板上に実装された複数の発光素子と、基板上に発光素子を封止する封止樹脂と、を有した発光装置において、封止樹脂は、光を透過する第１透明樹脂と蛍光体が混合された蛍光体樹脂とを有し、第１透明樹脂は、各発光素子の間の領域に位置し、発光素子側面のうち、他の発光素子と隣接する側の側面に接しており、かつ、基板と発光素子との間の領域に位置し、蛍光体樹脂は、発光素子および第１透明樹脂上を覆うようにして位置する、ことを特徴とする発光装置である。
【０００９】
蛍光体樹脂は、発光素子側面のうち、発光素子と隣接しない側の側面にも位置していることが望ましい。色むらのさらなる低減を図ることができる。
【００１０】
封止樹脂は、前記蛍光体樹脂を覆うようにして位置し、光を透過する第２透明樹脂を有していてもよい。これにより蛍光体樹脂を保護して耐環境性を高めることができ、色むらのさらなる低減を図ることができる。
【００１１】
隣接する発光素子間の間隔は、１０〜１００μｍとすることが望ましい。この範囲であれば色むらをさらに低減することができ、また効率的に複数の発光素子を配列することができる。より望ましくは３０〜７０μｍ、さらに望ましくは４５〜５５μｍである。
【００１２】
基板上であって基板の外周に、複数の発光素子全体を囲うようにしてダムが設けられていてもよい。封止樹脂をダム内側の所定領域に精度よく形成できるとともに、ダムによって光を反射させて光を効率的に上部に取り出すことができる。
【００１３】
他の本発明は、基板上に、複数の発光素子を所定の間隔で配列して実装する実装工程と、スクリーン印刷によって、発光素子の間の領域に、発光素子の側面のうち他の発光素子と隣接する側の側面に接するようにして、光を透過する第１透明樹脂を塗布するとともに、基板と発光素子の間の領域に第１透明樹脂を流動させて充填し、その後、第１透明樹脂を硬化させる第１の樹脂封止工程と、スクリーン印刷によって、発光素子および第１透明樹脂上を覆うようにして、蛍光体が混合された蛍光体樹脂を塗布し、その後、蛍光体樹脂を硬化させる第２の樹脂封止工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法である。
【００１４】
第２の樹脂封止工程において、蛍光体樹脂は、前記発光素子のうち他の発光素子と隣接しない側の側面にも塗布して硬化させてもよい。
【００１５】
第２の樹脂封止工程の後、スクリーン印刷によって、蛍光体樹脂を覆うようにして第２透明樹脂を塗布し、その後硬化させる第３の樹脂封止工程を有していてもよい。
【００１６】
実装工程後、第３の樹脂封止工程前に、スクリーン印刷によって、基板上であって基板の外周に、複数の発光素子全体を囲うようにして樹脂を塗布し、その後硬化させることで、第２透明樹脂を溜めるダムを形成するダム形成工程を有していてもよい。
【００１７】
実装工程は、隣接する発光素子間の間隔が、１０〜１００μｍとなるように、発光素子を配列して実装する工程であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光が蛍光体を含む樹脂を透過する距離がより均一となり、色むらが低減される。また、透明樹脂がアンダーフィルも兼ねるため、製造工程を簡略化でき、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１の発光装置の構成を示した断面図。
【図２】実施例１の発光装置の構成を示した平面図。
【図３】実施例１の発光装置の製造工程を示した図。
【図４】変形例の発光装置の構成を示した断面図。
【図５】変形例の発光装置の構成を示した断面図。
【図６】比較例の発光装置の構成を示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、実施例１の発光装置の構成を模式的に示した断面図であり、図２は、実施例１の発光装置の構成を模式的に示した平面図である。図１は、図２におけるＡ−Ａでの断面図である。
【００２２】
図１、２のように、実施例１の発光装置は、基板１０と、基板１０上に実装された複数の発光素子１１と、発光素子１１を封止する封止樹脂１２と、によって構成されている。
【００２３】
基板１０は、ＡｌＮ、Ａｌ2 Ｏ3 などの熱伝導率の高い絶縁性材料からなる。基板１０の発光素子１１実装側の表面には、配線パターン１０ａが形成されている。また、基板１０の裏面（発光素子１１実装側とは反対側の表面）には、発光素子１１からの熱を効率的に外へ逃がすための放熱板１０ｂと、ビア（図示しない）を介して配線パターン１０ａと接続する裏面電極１０ｃと、が設けられている。
【００２４】
発光素子１１は、III 族窒化物半導体からなる青色発光のフリップチップ型ＬＥＤである。基板１０上には複数の発光素子１１がフリップチップ実装されていて、基板１０表面に形成された配線パターン１０ａと、発光素子１１の電極とが接続されている。たとえばＡｇナノペーストによる接続である。各発光素子１１の平面パターンは正方形である。
【００２５】
また、発光素子１１は、図２に示すように、各発光素子１１の辺を平行に揃えて４×４の正方格子状に間隔Ｄを空けて１６個の発光素子１１が配列されている。発光素子１１の一辺の長さは、たとえば３００〜１７００μｍである。
【００２６】
発光素子１１の間隔Ｄは、１０〜１００μｍとするのがよい。この範囲であれば、色むらを効果的に抑制することができ、限られた面積内に効率的に発光素子１１を配列することができ、また発光装置の作製も容易である。より望ましくは３０〜７０μｍであり、さらに望ましくは４５〜５５μｍである。また、上記と同様の理由により、発光素子１１の間隔Ｄは、発光素子１１の一辺（発光素子１１が長方形である場合には短辺）の長さの０．０１〜０．１倍とするのがよい。より望ましくは０．０３〜０．０７倍であり、さらに望ましくは０．０４５〜０．０５５倍である。
【００２７】
封止樹脂１２はシリコーン樹脂からなり、蛍光体の混合された蛍光体樹脂１２Ａと、蛍光体の混合されておらず、光を透過する透明な透明樹脂１２Ｂ、Ｃで構成されている。透明樹脂１２Ｂは本発明の第１透明樹脂に対応し、透明樹脂１２Ｃは本発明の第２透明樹脂に対応している。封止樹脂１２には光を拡散させるための拡散剤、たとえば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの粒子が混合されていてもよい。拡散剤を混合する場合、色むらの抑制の点から、蛍光体樹脂１２Ａと透明樹脂１２Ｂには拡散剤を混合せず、透明樹脂１２Ｃにのみ拡散剤を混合するのがよい。また、放熱のための熱伝動性フィラーが混合されていてもよい。また、シリコーン樹脂以外の透明樹脂を用いてもよく、たとえばエポキシ樹脂を用いてもよい。
【００２８】
透明樹脂１２Ｂは、隣接する発光素子１１間の隙間を埋めるように設けられていて、発光素子１１の上面１１ａの高さまで透明樹脂１２Ｂが埋めている。また、発光素子１１側面のうち、他の発光素子１１と隣接する側の側面１１ｂは透明樹脂１２Ｂと接している。また、発光素子１１と基板１０との間の隙間１３を透明樹脂１２Ｂが埋めるように設けられており、透明樹脂１２Ｂがアンダーフィルも兼ねるようにしている。つまり、隙間１３に設けられた透明樹脂１２Ｂは、基板１０の配線パターン１０ａと発光素子１１の電極との接続部分を熱応力や外力などから物理的に保護し、腐食などから化学的に保護している。熱応力の緩和のため、透明樹脂１２Ｂは線膨張係数が小さい材料が望ましく、フィラーの混合によって線膨張係数を調整してもよい。
【００２９】
なお、透明樹脂１２Ｂは、必ずしも発光素子１１の上面１１ａの高さまで埋めていなくともよいが、色むらの抑制のためにはなるべく上面１１ａに近い位置まで埋めるようにすることが望ましい。たとえば、基板１０表面から上面１１ａまでの高さの９０％以上の高さまで透明樹脂１２Ｂが形成されていることが望ましく、より望ましくは９５％以上である。
【００３０】
蛍光体樹脂１２Ａは、発光素子１１と透明樹脂１２Ｂを覆うようにして設けられている。すなわち、発光素子１１の上面１１ａ（基板１０側とは反対側の面）と、発光素子１１の側面のうち、他の発光素子１１と隣接していない側面１１ｃに接するようにして蛍光体樹脂１２Ａが覆っている。また、発光素子１１間を埋める透明樹脂１２Ｂの上面に接して蛍光体樹脂１２Ａが覆っている。蛍光体樹脂１２Ａに混合されている蛍光体は、発光素子１１の放射する青色光によって励起されて黄色光を発光する任意の蛍光体を用いることができる。たとえば、ＹＡＧ蛍光体、ＬｕＡＧ蛍光体、ＴＡＧ蛍光体、などのガーネット系蛍光体や、ＢＯＳ蛍光体、サイアロン蛍光体、などを用いることができる。黄色蛍光体以外にも赤色蛍光体や緑色蛍光体などを混合し色温度や演色性の調整をしてもよい。蛍光体樹脂１２Ａの厚さは、所望の色温度や演色性に応じて設計する。
【００３１】
なお、蛍光体樹脂１２Ａは、発光素子１１の側面のうち、他の発光素子１１と隣接していない側面１１ｃには設けなくともよい。ただし、色むらのさらなる低減のために設けることが望ましい。また、側面１１ｃと蛍光体樹脂１２Ａは必ずしも接している必要はなく、側面１１ｃと蛍光体樹脂１２Ａとの間に透明樹脂１２Ｂを設けてもよい。
【００３２】
透明樹脂１２Ｃは、蛍光体樹脂１２Ａを覆うように設けられている。この透明樹脂１２Ｃは、蛍光体樹脂１２Ａが空気など外部と接触しないようにすることで、蛍光体樹脂１２Ａを物理的、化学的に保護し、耐環境性を強化するものである。また、蛍光体樹脂１２Ａを透過した光を透明樹脂１２Ｃによって拡散させることで、色むらのさらなる低減を図るものである。透明樹脂１２Ｃは必ずしも必要ではないが、上記観点から設けることが望ましい。
【００３３】
以上のように封止樹脂１２が構成されることで、発光素子の配列パターンを反映した格子状のパターンの色むらを抑制することができる。これは次の理由による。
【００３４】
まず、実施例１の発光装置において、透明樹脂１２Ｂを蛍光体樹脂１２Ａに替えた比較例１の発光装置（図６参照）について考える。
【００３５】
この比較例１の発光装置では、隣接する発光素子１１間に蛍光体樹脂１２Ａが存在する。そのため、発光素子１１の上面１１ａから蛍光体樹脂１２Ａを通って外部へと放射される光と、発光素子１１の側面１１ｂから蛍光体樹脂１２Ａを通って外部へと放射される光とでは、側面１１ｂから外部へと放射される光の方が蛍光体樹脂１２Ａを透過する距離が長くなる。その結果、青色光が黄色光へと変換される割合が多くなる。すると、発光素子１１の側面１１ｂから外部へと放射される光は、上面１１ａから外部へと放射される光に比べて黄色が強くなり、その結果、発光素子１１間の隙間に応じた平面パターンである格子状のパターンに黄色が強くなり、色むらが生じていた。
【００３６】
一方、実施例１の発光装置では、発光素子１１間に蛍光体樹脂１２Ａがなく、透明樹脂１２Ｂが設けられている。透明樹脂１２Ｂは、発光素子１１の側面のうち、隣接する他の発光素子１１側の側面に接しており、発光素子１１間の隙間には蛍光体樹脂１２Ａが全く位置していない。そのため、発光素子１１の上面１１ａ側から放射される光と、側面から放射される光とでは、蛍光体樹脂１２Ａを透過する距離がおよそ等しくなる。つまり、青色光が黄色光に変換される割合は、発光素子１１からの光の放射方向によらずおよそ等しくなる。その結果、発光素子１１からの放射方向による黄色光の割合の違いがなくなり、発光素子１１間の隙間に応じた格子状のパターンの色むらは抑制される。
【００３７】
次に、実施例１の発光装置の製造方法について、図３を参照に説明する。
【００３８】
まず、基板１０上に、各発光素子１１を正方格子状に配列したパターンに実装する（図３（ａ）参照）。実装方法は従来知られている任意の方法でよいが、たとえば配線パターン１０ａの所定位置にＡｇナノペーストを塗布し、Ａｇナノペーストと発光素子１１の電極とが対向するように配置し、リフローによってＡｇナノペーストを焼結させて導電性を持たせることで、配線パターン１０ａと発光素子１１の電極とをＡｇナノペーストを介して接続する。
【００３９】
次に、スクリーン印刷により、各発光素子１１の隣接する隙間に、蛍光体を混合していないシリコーン樹脂である透明樹脂１２Ｂを塗布し、発光素子１１の上面１１ａの高さまで埋める。これにより、発光素子１１の側面のうち、他の発光素子１１と隣接する側面１１ｂに接するようにして透明樹脂１２Ｂが隙間に充填される。透明樹脂１２Ｂを所定の領域に塗布する際の版としては、たとえばポリメッシュを用いる。このとき、シリコーン樹脂の流動によって各発光素子１１と基板１０との隙間１３にも透明樹脂１２Ｂが充填されるようにする（図３（ｂ）参照）。これは、シリコーン樹脂の粘度を調整することによって可能である。たとえば、シリコーン樹脂に混合するフィラーの材料や量などによって調整可能である。このように、透明樹脂１２Ｂがアンダーフィルも兼ねるようにすることで、製造工程の簡略化を図っており、製造コストの低減を図っている。そして、その後透明樹脂１２Ｂを硬化させる。
【００４０】
次に、スクリーン印刷により、透明樹脂１２Ｂと発光素子１１の上面、および各発光素子１１が隣接しない発光素子１１の側面１１ｃを覆うようにして、蛍光体が混合されたシリコーン樹脂である蛍光体樹脂１２Ａを塗布する（図３（ｃ）参照）。そして、その後蛍光体樹脂１２Ａを硬化させる。蛍光体樹脂１２Ａを所定の領域に塗布する際の版としては、たとえばＳＵＳメッシュを用いる。
【００４１】
次に、スクリーン印刷により、蛍光体樹脂１２Ａを覆うようにして透明樹脂１２Ｃを塗布する（図３（ｄ）参照）。そして、その後透明樹脂１２Ｃを硬化させる。透明樹脂１２Ｃを所定の領域に塗布する際の版としては、たとえばポリメッシュを用いる。なお、蛍光体樹脂１２Ａ、透明樹脂１２Ｂ、Ｃの形成において、その成形精度などに応じてスクリーン印刷のメッシュ材を替えているが、同一のメッシュ材を用いてもかまわない。以上によって実施例１の発光装置が製造される。
【００４２】
なお、蛍光体樹脂１２Ａ、透明樹脂１２Ｂ、Ｃをそれぞれ個々に硬化させているが、透明樹脂１２Ｃの塗布後に蛍光体樹脂１２Ａ、透明樹脂１２Ｂ、Ｃをまとめて硬化させてもよい。また、封止樹脂１２の形成にはスクリーン印刷以外の方法も用いることは可能であるが、成形の容易さや、製造工程の簡素化などの点からスクリーン印刷が望ましい。
【００４３】
以上、実施例１の発光装置によれば、発光素子１の配列パターンを反映した格子状のパターンの色むらを抑制することができ、色品質を向上させることができる。
【００４４】
［変形例］
実施例１の発光装置において、図４のように、透明樹脂１２Ｂが、発光素子１１の上面１１ａと蛍光体樹脂１２Ａとの間の領域にも設けられていてよい。この場合も、実施例１の発光装置と同様に、格子状のパターンの色むらを抑制することができる。ただし、発光素子１１の上面１１ａに位置する透明樹脂１２Ｂの厚さは、５０μｍ以下とすることが望ましい。５０μｍより厚いと、格子状のパターンの色むらを十分に抑制できないためである。より望ましくは２０μｍ以下、さらに望ましくは１０μｍ以下である。
【００４５】
実施例１の発光装置において、図５のように、基板１０上であってその外周の領域に、複数の発光素子１１が設けられた領域全体（４×４の発光素子１１の配列全体）を囲うようにしてダム１４を設けてもよい。ダム１４は、封止樹脂１２Ｃを塗布する際に、封止樹脂１２Ｃが所定の領域からはみ出さないようにするとともに、発光素子１１から側面方向に放射される光を上方に反射させて光を有効に取り出すために設けるものである。ダム１４は、発光素子１１の実装工程後、透明樹脂１２Ｃの形成工程前に、スクリーン印刷により樹脂を塗布して形成することができる。ダム１４は、効率的に光を反射させるために白色樹脂が望ましい。たとえばシリコーン樹脂に酸化チタンなどの拡散剤を混合したものである。発光装置の小型化を図る場合には、基板１０を発光装置ごとに分離する際に、ダム１４の内側の領域で分離することで実施例１のように発光装置が最終的にダム１４を含まないようにしてもよい。
【００４６】
また、基板１０上であって、発光素子１１が位置しない領域に、白色インクを塗布してもよい。これにより光を上方に反射させて効率的に光を取り出すことができる。白色インクは、たとえばシリコーンインクを用いる。この場合、ダム１４の形成と組み合わせることで光の取り出しをより効率的に行うことができる。
【００４７】
実施例１では、複数の発光素子１１を正方格子状に配列しているが、必ずしも正方格子状である必要はない。ただし、色むらの軽減の観点や効率的な配列の観点から、発光素子１１間の間隔Ｄが一定となるような配列パターンであることが望ましい。たとえば三角格子状の配列でもよい。
【００４８】
実施例１では、発光素子としてIII 族窒化物半導体からなる青色発光素子、蛍光体として黄色蛍光体を用いているが、本発明はこれに限るものではない。ただし、これらの発光素子、蛍光体を用いた発光装置において色むらが顕著であるため、本発明の適用による色むら抑制の効果が高く望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の発光装置は、照明や表示装置などの光源として利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０：基板
１１：発光素子
１２：封止樹脂
１２Ａ：蛍光体樹脂
１２Ｂ：透明樹脂
１４：ダム
【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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【図６】
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