JP6281577B2

JP6281577B2 - 発光装置

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Publication number: JP6281577B2
Application number: JP2016008351A
Authority: JP
Inventors: 智紀三次; 健司小関
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: CN106981481B; US10578279B2; CN106981481A; EP3196935A1; US10928037B2; EP3196935B1; JP2017130532A; US20170205048A1; US20200158314A1

Description

本開示は発光装置に関する。

基板と、基板に搭載された複数の発光ダイオードチップと、複数の発光ダイオードチップを囲む堰部材と、堰部材で囲まれた領域に配置される蛍光層と、を有する発光ダイオードモジュールが知られている（特許文献１参照）。堰部材は樹脂部材を基板上に塗布し硬化させることにより形成される。堰部材で囲まれた領域は、発光ダイオードモジュールの発光面であり、平面視において矩形状を有する。

特開２０１３−１１８２８４号公報

しかしながら、硬化前の樹脂部材は流動性を有する。したがって、上記従来の発光ダイオードモジュールによると、堰部材で囲まれた領域の、本来は直角形状であるはずの内角部がアールを有してしまい、発光領域の面積がアールの分だけ小さくなる。

上記課題は、例えば、次の手段により解決することができる。

基板と、前記基板上に配置された発光素子と、前記発光素子を囲むよう配置された枠体と、前記枠体に囲まれた領域を封止する透光性部材と、を備え、前記枠体の内周は、平面視において、少なくとも１組の対向する２辺と、これら２辺の両端にそれぞれ配置される４つの鋭角部と、を有する発光装置である。

上記の発光装置によれば、枠体で囲まれた領域を発光面とする発光装置において、発光面内により大きな矩形領域を設けることができる。

実施形態１に係る発光装置の模式的平面図である。図１Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態１に係る発光装置の模式的正面図である。実施形態１に係る発光装置の模式的側面図である。図１Ａ中のＩＥ−ＩＥ断面を示す図である。実施形態１に係る発光装置における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図である。図１Ｆ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態２に係る発光装置における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図である。図２Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態３に係る発光装置における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図である。図３Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態４に係る発光装置における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図である。図４Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態５に係る発光装置における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図である。図５Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態６に係る発光装置における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図である。図６Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態７に係る発光装置における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図である。図７Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。

［実施形態１に係る発光装置１］
図１Ａは実施形態１に係る発光装置の模式的平面図であり、図１Ｂは図１Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。図１Ｃは実施形態１に係る発光装置の模式的正面図であり、図１Ｄは実施形態１に係る発光装置の模式的側面図である。図１Ｅは図１Ａ中のＩＥ−ＩＥ断面を示す図である。図１Ｆは実施形態１に係る発光装置における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図であり、図１Ｇは図１Ｆ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。図１Ａでは見やすさを考慮し、発光素子２０とこれを封止する透光性部材４０とを、いずれも実線で重畳的に示している。図１Ｆ、図１Ｇにおいては、理解を容易にするため、鋭角部５０の先端に形成されるアールＲの図示を省略している。

図１Ａから図１Ｇに示すように、実施形態１に係る発光装置１は、基板１０と、基板１０上に配置された発光素子２０と、発光素子２０を囲むよう配置された枠体３０と、枠体３０に囲まれた領域を封止する透光性部材４０と、を備える。枠体３０の内周Ｐは、図１Ｆに示すように、平面視において、少なくとも１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂと、これら２辺の両端にそれぞれ配置される４つの鋭角部５０と、を有する。以下、詳細に説明する。

（基板１０）
基板１０は、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、セラミックス、あるいはガラスなどの絶縁性材料を用いて構成される。セラミックスを用いる場合は、基板１０の耐熱性を高めるべく、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素などを用いることが好ましい。基板１０の形状は例えば板状である。

基板１０には導体配線を配置することができる。基板１０の表面に配置された導体配線には発光素子２０が載置される。導体配線の大きさや形状は、種々選択することができる。導体配線の材料としては、銅、アルミニウム、金、銀、錫、プラチナ、チタン、タングステン、パラジウム、鉄、ニッケル等の金属又はこれらを含む合金等が挙げられる。発光素子２０の実装に金バンプを用いる場合、導体配線の最表面に金を用いることで、バンプと導体配線との接合性が向上する。

（発光素子２０）
発光素子２０は基板１０上に配置される。具体的には、発光素子２０は基板１０に配置された導体配線上に配置される。発光素子２０には発光ダイオードを用いるのが好ましい。発光素子２０には、紫外領域から赤外領域までの間の任意の領域に発光波長がある発光素子を、目的に応じて適宜選択することができる。サファイア基板やＧａＮ基板などの成長用基板上に、窒化物半導体（例：ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ）、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等の種々の半導体などにより発光層を含む積層構造が形成されたものを、発光素子２０として用いることができる。

発光素子２０は、例えば、ｐ側電極及びｎ側電極を同一面側に備えていてもよいし、対向するように備えていてもよい。発光素子２０と基板１０上の導体配線との接続方法は、例えば、ワイヤボンディングやフリップチップ方式により行うことができる。フリップチップ方式による場合は例えば金バンプを用いることができる。発光装置１に配置される発光素子２０の数は１つであってもよいし、複数であってもよい。発光素子２０を複数備える場合は、発光ムラを抑制するために、複数の発光素子２０が行列状や千鳥配列状等のように整列して配置されていることが好ましい。

（枠体３０）
枠体３０は樹脂部材を用いて構成されている。樹脂部材には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。より具体的には、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またこれらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂などを枠体３０の材料として用いることができる。これらの樹脂部材には、発光素子２０の光を反射する光反射部材を含有することが好ましい。光反射部材としては、例えば、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、ＢＮが挙げられる。

図１Ｆ、図１Ｇにおける黒い丸は、鋭角部５０を構成する２辺５２、５４の理解を容易にするため付したものであり、枠体３０の内周Ｐの形状を構成するものではない。また、黒い丸はあくまでも便宜的に付したものであり、本実施形態では、鋭角部５０を構成する２辺５２、５４と、辺３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂと、の間に明確な境界は存在しない。なお、後述する矩形領域Ｘとは、図１Ｆにおいて点線で示す矩形の領域をいう。

図１Ｆ、図１Ｇに示すように、枠体３０の内周Ｐは、平面視において、少なくとも１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂと、これら２辺の両端にそれぞれ配置される４つの鋭角部５０と、を有する。すなわち、４つの鋭角部５０は１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘの４隅の外側にそれぞれ配置される。このようにすれば、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘの面積を枠体３０で囲まれた領域全域の面積に近づけることができる。したがって、枠体３０で囲まれた領域を発光面とする発光装置１において、発光面内により大きな矩形領域Ｘを設けることができる。その理由は次のとおりである。

すなわち、枠体３０は、例えば、樹脂吐出装置のニードルの先端から未硬化の樹脂材料を連続的に吐出し、吐出された樹脂材料を硬化することにより形成される。吐出された未硬化の樹脂材料は濡れ拡がる。樹脂材料を用いて平面上に矩形の枠体を形成する際、矩形の角部においては、ニードルの進行方向を一方向からこれに垂直な方向へ方向転換させる。そして、矩形の角部においては、一方向に沿って配置された樹脂材料の広がりとこれに垂直な方向に沿って配置された樹脂材料の広がりが集中する。これにより枠体の内周角部は、丸みを帯びた形状、いわゆるアール状となりやすい。換言すると、枠体３０に囲まれた領域の内角はアールを有しやすい。

そこで、本実施形態においては、枠体３０の内周Ｐが、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘの４隅の外側に４つの鋭角部５０を備えることにしている。このために、前記のニードルを、矩形領域Ｘの４隅の外縁に沿って直角に方向転換させるのではなく、矩形領域Ｘの４隅に到達する手前で矩形領域Ｘの外縁より外側に移動させ、４隅の外側で方向転換させる。これにより、枠体３０の内周Ｐの角部における樹脂材料の広がりが矩形領域Ｘの４隅の外側に配置される鋭角部５０の内側に集約される。したがって、枠体３０の内周Ｐの角部における樹脂材料の広がりが、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘの内側までには到達し難くなる。このため、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘの面積を枠体３０で囲まれた領域全域の面積に近づけることができる。つまり、「１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘの面積／枠体３０で囲まれた領域全域の面積」を１に近づけることができる。よって、枠体３０で囲まれた領域を発光面とする発光装置１において、発光面内により大きな矩形領域Ｘを設けることができる。

鋭角部５０は矩形領域Ｘの外側にあるため、鋭角部５０の先端（換言すると、２辺５２、５４の間。以下同じ。）にアールＲが形成されているかいないかは、矩形領域Ｘの面積には影響しない。しかるところ、鋭角部５０の先端には、本実施形態のように、アールＲが形成されていることが好ましい。このようにすれば、樹脂材料で構成された枠体３０と枠体３０が配置される基板１０との接触面積が増えるため、枠体３０と基板１０の密着性が向上する。

鋭角部５０は枠体３０で囲まれた領域の一部である。鋭角部５０を構成する２辺５２、５４はそれぞれ枠体３０の内周Ｐの一部である。鋭角部５０を構成する２辺５２、５４がなす内角ｄは鋭角である。換言すると、枠体３０で囲まれた領域のうち、２辺５２、５４がなす内角ｄが鋭角となる部分のことを、本実施形態では鋭角部５０と称する。

鋭角部５０を構成する２辺５２、５４の各々は、直線でもよいし、曲線でもよいし、これらを組み合わせたものでもよい。鋭角部５０を構成する２辺５２、５４がともに直線である場合は、２本の直線がなす角度が鋭角部５０における内角ｄとなる。また、鋭角部５０を構成する２辺５２、５４が１本の直線と１本の曲線である場合は、１本の直線と、１本の曲線上の任意点における接線がなす角度が鋭角部５０における内角ｄとなる。さらに、鋭角部５０を構成する２辺がともに曲線である場合は、２本の曲線それぞれの曲線上の任意点における接線がなす角度が鋭角部５０における内角ｄとなる。鋭角部５０を構成する２辺５２、５４の一方あるいは双方が曲線である場合は、曲線上の接線を引く位置により内角ｄの値は変動するが、曲線上のどこに接線を引いても、それらの接線がなす内角ｄが鋭角であることが好ましい。これにより、枠体３０に囲まれた領域において、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘ以外の領域の面積を小さくすることができる。

本実施形態に係る発光装置１は、２組の対向する２辺３２ａと３２ｂ、３４ａと３４ｂとを備える。２組の対向する２辺は、ともに枠体３０の内側に対して凸となる曲線である。なお、本実施形態では、鋭角部５０を構成する２辺５２、５４も、ともに枠体３０の内側に対して凸となる曲線である。

鋭角部５０を構成する２辺５２、５４のうち辺５２は１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂのうち辺３２ａの延長線上に位置しており、辺５４はもう１組の対向する２辺３４ａ、３４ｂのうち辺３４ａの延長線上に位置している。このようにすれば、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘが、もう１組の対向する２辺３４ａ、３４ｂにも接するため（すなわち、矩形領域Ｘが、２辺３２ａ、３２ｂだけではなく、２辺３４ａ、３４ｂにも接するため）、枠体３０に囲まれた領域において、矩形領域Ｘの面積をより大きなものとすることができる。

枠体３０の外周Ｑは平面視において４つの略円弧状の外周角部６０を有していることが好ましい。４つの略円弧状の外周角部６０は枠体３０の内周Ｐにおける鋭角部５０に対応して配置されている。つまり、本実施形態では、枠体３０の角部の内周Ｐ側の形状が鋭角部５０となり、外周Ｑ側の形状が外周角部６０となる。通常、平面視が矩形状である枠体においては、矩形の角部に応力が集中する。このため、枠体３０の基板１０からの剥がれは枠体３０の角部から生じやすい。しかしながら、枠体３０の４つの外周角部６０を略円弧状に形成すれば、角部における応力が緩和される。よって、枠体３０と基板１０との密着性を向上させることができる。

基板１０表面から枠体３０の上端までの高さ（基板１０の表面に他の部材を介して枠体３０が配置される場合には、当該他の部材の表面から枠体３０の上端までの高さ）は基本的には均一であることが好ましい。枠体３０に囲まれた領域には透光性部材４０が充填されるが、枠体３０の上端の高さが不均一であると、透光性部材４０の一部が枠体３０から漏れたり枠体３０を這い上がったりして、発光面（透光性部材４０の上面）の形状が安定しない虞があるからである。

ただし、枠体３０の外周角部６０は枠体３０の他の部分よりも高く形成されていてもよい。このようにすれば、発光装置１をひっくり返したり重ねたりなどする場合において、発光面が傷ついたり汚れたりすることを抑制できる。また、発光装置１を梱包する際においても、発光面が梱包材に当接してしまうことを抑制できる。なお、鋭角部５０における内角ｄが小さい場合は、鋭角部５０を形成する際にニードルの軌跡が一部重なることがある。ニードルの軌跡が重なる部分ではニードルから吐出される樹脂部材が重なるため、枠体３０の外周角部６０を枠体３０の他の部分よりも高く形成することができる。

（透光性部材４０）
透光性部材４０は、発光素子２０を塵芥、水分、及び外力などから保護すべく、枠体３０に囲まれた領域を封止する部材である。また、透光性部材４０は発光素子２０の光を透過する部材である。

透光性部材４０には、発光素子２０の光に対して耐光性を有する部材を用いることが好ましく、具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などを用いることが好ましい。透光性部材４０には、目的に応じて、蛍光体や光拡散材等のフィラーを含有させることができる。蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）やシリケート等の黄色蛍光体、あるいは、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）やＫＳＦ（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）等の赤色蛍光体を挙げることができる。光拡散材としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ等の光反射率が高い物質を好適に用いることができる。また、所望外の波長をカットする目的で、例えば、有機や無機の着色染料や着色顔料をフィラーとして用いることもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘの面積を枠体３０で囲まれた領域全域の面積に近づけることができる。つまり、「実際に形成される矩形領域Ｘの面積／枠体３０で囲まれた領域全域の面積」を１に近づけることができる。したがって、枠体３０で囲まれた領域を発光面とする発光装置１において、発光面内により大きな矩形領域Ｘを設けることができる。

以下、図２Ａから図７Ｂを参照しつつ、枠体３０の内周Ｐの形状の他の例について説明する。なお、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ、及び図７Ａ中の点線で示す矩形の領域は、図１Ｆの場合と同様に、矩形領域Ｘを示している。

［枠体３０の内周Ｐの形状の他の例：実施形態２］
図２Ａは実施形態２における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図であり、図２Ｂは図２Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態２は、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂが直線部を有する点で、実施形態１で説明した例と相違する。実施形態２によれば、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂが有する直線部が、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘの外縁と重なることにより、矩形領域Ｘの面積を、より一層、枠体３０で囲まれた領域全域の面積に近づけることができる。

［枠体３０の内周Ｐの形状の他の例：実施形態３］
図３Ａは実施形態３における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図であり、図３Ｂは図３Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態３は、２組の対向する２辺３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂそれぞれが直線部を有する点で、実施形態１と相違する。実施形態３によれば、２組の対向する２辺３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂが有する直線部が、２組の対向する２辺３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂに接する矩形領域Ｘの外縁と重なることにより、矩形領域Ｘの面積を、より一層、枠体３０で囲まれた領域全域の面積に近づけることができる。

［枠体３０の内周Ｐの形状の他の例：実施形態４］
図４Ａは実施形態４における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図であり、図４Ｂは図４Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態４は、２組の対向する２辺３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂが直線部を有するとともに、鋭角部５０を構成する２辺５２、５４がともに直線である点で、実施形態１と相違する。実施形態４においても、実施形態３と同様に、２組の対向する２辺３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂが有する直線部が、２組の対向する２辺３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂに接する矩形領域Ｘの外縁と重なることにより、矩形領域Ｘの面積を、より一層、枠体３０で囲まれた領域全域の面積に近づけることができる。

［枠体３０の内周Ｐの形状の他の例：実施形態５、６］
図５Ａは実施形態５における枠体の内周の形状の他の例を説明する模式的平面図であり、図５Ｂは図５Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。また、図６Ａは実施形態６における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図であり、図６Ｂは図６Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態５、６は、２組の対向する２辺３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂが直線部を有するとともに、鋭角部５０を構成する２辺５２、５４の一方の辺５２が直線であり、他方の辺５４が曲線である点で、実施形態１と相違する。実施形態５、６によれば、２組の対向する２辺３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂに接する矩形領域Ｘの面積を、より一層、枠体３０で囲まれた領域全域の面積に近づけることができる。また、鋭角部５０を構成する２辺のうちの一方の辺５２（実施形態６では辺５４）が、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂ（実施形態６では辺３４a、辺３４ｂ）の一部である。このようにすれば、枠体３０を形成する際のニードルの方向転換回数を少なくすることができる。

［枠体３０の内周Ｐの形状の他の例：実施形態７］
図７Ａは実施形態７における枠体の内周の形状を説明する模式的平面図であり、図７Ｂは図７Ａ中の点線で囲んだ部分を拡大して示す図である。実施形態７は、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂが直線部を有するとともに、鋭角部５０を構成する２辺５２、５４がともに直線である点で、実施形態１と相違する。実施形態７においても、１組の対向する２辺３２ａ、３２ｂに接する矩形領域Ｘの面積を、より一層、枠体３０で囲まれた領域全域の面積に近づけることができる。

以上、実施形態について説明したが、これらの説明は特許請求の範囲に記載された構成を何ら限定するものではない。

本実施形態に係る発光装置を用いた面光源装置は、例えば、ヘッドアップディスプレイ等のプロジェクター用光源、ヘッドライト等の車載用照明、照明光源、テレビ受像機やパーソナルコンピュータ等に用いられる液晶ディスプレイのバックライトユニット、小型の液晶ディスプレイや携帯電話などに利用することができる。

１発光装置
１０基板
２０発光素子
３０枠体
４０透光性部材
３２ａ、３２ｂ１組の対向する２辺
３４ａ、３４ｂ１組の対向する２辺
５０鋭角部
５２、５４鋭角部を構成する２辺
６０外周角部
Ｐ枠体の内周
Ｑ枠体の外周
Ｒアール
Ｘ矩形領域

Claims

基板と、
前記基板上に配置された発光素子と、
前記発光素子を囲むよう配置された枠体と、
前記枠体に囲まれた領域を封止する透光性部材と、を備え、
前記枠体の内周は、平面視において、少なくとも１組の対向する２辺と、これら２辺の両端にそれぞれ配置される４つの鋭角部と、を有する発光装置。
前記鋭角部を構成する２辺の少なくとも一方は曲線である請求項１に記載の発光装置。
前記鋭角部を構成する２辺はともに曲線である請求項１に記載の発光装置。
前記鋭角部の先端はアールを有する請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記枠体の外周は平面視において４つの円弧状の外周角部を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
前記１組の対向する２辺がともに直線部を備える請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記枠体の内周は２組の対向する２辺を有し、
前記２組の対向する２辺がいずれも直線部を有する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記枠体は光反射部材を含有する請求項１から７のいずれか１項に記載の発光装置。
前記発光素子を複数備える請求項１から８のいずれか１項に記載の発光装置。
前記透光性部材は蛍光体を含有する請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置。