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公開番号2021068917
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2021007101
出願日20210120
発明の名称発光装置
出願人三菱電機株式会社
代理人特許業務法人高田・高橋国際特許事務所
主分類H01L 33/48 20100101AFI20210402BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明は発光装置に係り、表示装置または照明装置の光源としての利用に好適な発光装置に関し、色ムラおよび色ズレを抑制することが可能な発光装置を得ることを目的とする。
【解決手段】本開示に係る発光装置は、基板と、基板の上面に設けられ第1波長の光を発する発光素子を備えた発光装置であって、前記基板の上面と前記発光素子を覆う第1封止層と、前記基板の上面と垂直な方向に縦長の形状を備え、前記基板の上面と垂直な方向に延びる側面が前記第1封止層と接するように、前記第1封止層の複数の領域に配置された第2封止層と、前記第1封止層および前記第2封止層の一方に配置され、前記第1波長の光を吸収し前記第1波長と異なる波長の光を発する蛍光体と、を備え、前記第2封止層の上面は、前記第1封止層に覆われる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
基板と、基板の上面に設けられ第1波長の光を発する発光素子を備えた発光装置であって、
前記基板の上面と前記発光素子を覆う第1封止層と、
前記基板の上面と垂直な方向に縦長の形状を備え、前記基板の上面と垂直な方向に延びる側面が前記第1封止層と接するように、前記第1封止層の複数の領域に配置された第2封止層と、
前記第1封止層および前記第2封止層の一方に配置され、前記第1波長の光を吸収し前記第1波長と異なる波長の光を発する蛍光体と、
を備え、
前記第2封止層の上面は、前記第1封止層に覆われることを特徴とする発光装置。
続きを表示(約 290 文字)【請求項2】
基板と、基板の上面に設けられ第1波長の光を発する発光素子を備えた発光装置であって、
前記基板の上面と前記発光素子を覆う第1封止層と、
前記基板の上面と垂直な方向に縦長の形状を備え、前記基板の上面と垂直な方向に延びる側面が前記第1封止層と接するように、前記第1封止層の複数の領域に配置された第2封止層と、
前記第1封止層および前記第2封止層の一方に配置され、前記第1波長の光を吸収し前記第1波長と異なる波長の光を発する蛍光体と、
を備え、
前記第2封止層は前記発光素子の直上には設けられないことを特徴とする発光装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は発光装置に係り、表示装置または照明装置の光源としての利用に好適な発光装置に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、発光装置が開示されている。この発光装置では、発光素子が蛍光体を含んだ封止層で覆われている。蛍光体は、発光素子が発する光の一部を吸収し、別の波長の光を発する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2003−51622号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に示される構造では、発光素子および蛍光体が発熱することにより、封止層に熱応力が発生する。この熱応力によって、封止層の内部にクラックが発生する可能性がある。蛍光体を含む封止層にクラックが発生すると、色ムラおよび色ズレが発生する可能性がある。
【0005】
本開示は、上述の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、色ムラおよび色ズレを抑制することが可能な発光装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1の開示に係る発光装置は、基板と、基板の上面に設けられ第1波長の光を発する発光素子を備えた発光装置であって、前記基板の上面と前記発光素子を覆う第1封止層と、前記基板の上面と垂直な方向に縦長の形状を備え、前記基板の上面と垂直な方向に延びる側面が前記第1封止層と接するように、前記第1封止層の複数の領域に配置された第2封止層と、前記第1封止層および前記第2封止層の一方に配置され、前記第1波長の光を吸収し前記第1波長と異なる波長の光を発する蛍光体と、を備え、前記第2封止層の上面は、前記第1封止層に覆われる。
【0007】
第2の開示に係る発光装置は、基板と、基板の上面に設けられ第1波長の光を発する発光素子を備えた発光装置であって、前記基板の上面と前記発光素子を覆う第1封止層と、前記基板の上面と垂直な方向に縦長の形状を備え、前記基板の上面と垂直な方向に延びる側面が前記第1封止層と接するように、前記第1封止層の複数の領域に配置された第2封止層と、前記第1封止層および前記第2封止層の一方に配置され、前記第1波長の光を吸収し前記第1波長と異なる波長の光を発する蛍光体と、を備え、前記第2封止層は前記発光素子の直上には設けられない。
【発明の効果】
【0008】
本開示に係る発光装置は、第1封止層と第2封止層を備える。第1封止層と第2封止層との境界面は、各封止層の内部よりも結合力が弱い。従って、発光素子および蛍光体の発熱により第1封止層および第2封止層に熱応力が発生すると、境界面にクラックが発生し易くなる。このため、クラックの発生箇所を第1封止層と第2封止層との境界面に限定することが可能になる。従って、蛍光体が配置される第1封止層または第2封止層の内部にクラックが発生することが抑制される。このため、色ムラおよび色ズレを抑制することが可能になる。さらに、第2封止層は第1封止層の複数の領域に配置される。この構造では、第2封止層が一箇所に配置される場合と比較して、熱応力を分散することが可能になる。従って、クラックの発生がさらに抑制される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1Aは、本開示の実施の形態1に係る発光装置の断面図である。図1Bは、本開示の実施の形態1に係る二相体樹脂層の平面図である。
図2A〜図2Cは、本開示の実施の形態1の変形例に係る発光装置の断面図である。
図3Aおよび図3Bは、本開示の実施の形態1の変形例に係る発光装置の断面図である。
図4A〜図4Dは、本開示の実施の形態1の変形例に係る二相体樹脂層の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示の実施の形態に係る発光装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【0011】
実施の形態1.
図1Aは、本開示の実施の形態1に係る発光装置の断面図である。本実施の形態に係る発光装置100は、チップ型半導体発光装置である。発光装置100は、チップ基板10を備える。チップ基板10の表面には、端子電極12、14が配置される。端子電極およびチップ基板10の表面には、反射ケース16が配置される。反射ケース16は、チップ基板10の外縁を囲うように配置されている。端子電極14の表面には、発光素子20が配置される。発光素子20の上面電極は、端子電極12とボンディングワイヤ22で接続される。
【0012】
反射ケース16およびチップ基板10で囲まれた領域は、第1封止層30および第2封止層32で封止される。第1封止層30は、発光素子20を覆うように、反射ケース16の内部を封止する。第2封止層32は、第1封止層30の内部の複数の領域に配置される。本実施の形態では、第2封止層32は、発光装置100の光出射方向と平行な方向に縦長の形状を備える。ここで、発光装置100の光出射方向は、チップ基板10の表面と垂直な方向である。
【0013】
第1封止層30および第2封止層32は、透光性樹脂で形成される。第1封止層30および第2封止層32は、二相体樹脂層60を形成する。第1封止層30と第2封止層32は、熱膨張係数が異なる材料で形成される。第1封止層30および第2封止層32には、耐候性に優れた透明樹脂であるエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリアミドを使用出来る。また、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂およびそれらを組み合わせた材料を使用することで、熱衝撃による部材間の接合破壊を抑制することが可能になる。または、第1封止層30および第2封止層32にガラスを使用しても良い。
【0014】
図1Bは、本開示の実施の形態1に係る二相体樹脂層の平面図である。第2封止層32は、第1封止層30において格子点上に配置される。第2封止層32のチップ基板10の表面と平行な面における断面形状は、長方形である。図1Bにおける第1封止層30の拡大図に示すように、第1封止層30は蛍光体34を備える。蛍光体34は、第1封止層30の内部に分散され配置されている。ここで、二相体樹脂層60は平面視において、長方形の形状を備えるが、これ以外でも良い。二相体樹脂層60の形状は平面視において、円形、楕円形および正方形でも良い。
【0015】
次に、発光装置100の製造方法について説明する。まず、反射ケース16の上部から、剣山形の金型を設置する。金型は剣山形状を構成する複数のピンを備える。このとき、これらのピンは反射ケース16の内部に配置される。反射ケース16の内部において、ピンは第2封止層32を形成する位置に配置される。金型が備えるピンは、それぞれ長さが調整されている。金型が備えるピンは、配置された位置に応じて、下端が発光素子20、端子電極12、14またはチップ基板10の表面に配置される。また、ピンの上端は、反射ケース16の上端よりも上部に配置される。この時、ピンは、ボンディングワイヤ22に接触しないよう配置される。
【0016】
次に、熱硬化性の第1の透明樹脂を反射ケース16の内部に注ぎ込む。ここで、第1の透明樹脂には、予め蛍光体34が分散されている。次に、第1の透明樹脂を加熱硬化させる。この結果、第1封止層30が形成される。その後、金型を取り外す。この結果、第1封止層30は、第2封止層32を形成する位置に開口が設けられた状態となる。次に、反射ケース16内をすべて充填するように、熱硬化性の第2の透明樹脂を注ぎ込む。第2の透明樹脂は、第1封止層30とは熱膨張係数が異なる樹脂である。第2の透明樹脂は、第1封止層30に設けられた開口を埋めるように充填される。次に、第2の透明樹脂を加熱硬化させて第2封止層32を形成する。
【0017】
次に、発光装置100の発光機構について説明する。発光素子20は、端子電極12、14を介して通電される。このとき、発光素子20が備える発光層から光が放出される。発光素子20は第1波長の光を発する。蛍光体34は、第1波長の光を吸収し第1波長と異なる波長の光を発する。
【0018】
本実施の形態では、発光素子20は青色に発光する。また、蛍光体34は、青色の光を吸収して発光する。発光素子20から青色の光が発せられると、蛍光体34が青色の光を吸収して黄色に発光する。青色と黄色は補色の関係にある。従って、青色および黄色が混色することによって、発光装置100から白色光が発せられることになる。なお、発光素子20が発した光は、一部が反射ケース16、端子電極12、14またはチップ基板10に反射されながら、反射ケース16の上面に向かって出射される。
【0019】
ここで、本実施の形態では、発光装置100は1種類の蛍光体34を備えたが、複数の種類の蛍光体を備えても良い。この場合、複数の種類の蛍光体を混合することで、発光素子20の発光色の補色となる色の光が得られる。また、複数の種類の蛍光体が、互いに補色となる光を発するものとしても良い。また、本実施の形態では、発光装置100は白色光を発するものとしたが、これ以外の色でも良い。この場合、発光装置100は、発光素子20の発光色と混ざることで発光装置100の発光色が得られるような蛍光体を備えるものとする。また、第1封止層30に拡散材を混合しても良い。
【0020】
発光素子20は、光を放出するとともに、発光ロスにより発熱する。また、蛍光体34は、短波長の光を吸収して長波長の光を放出するとともに、波長変換ロスにより発熱する。特に、発光素子20の近傍に配置された蛍光体34は、発熱した発光素子20の影響によって、さらに温度が上昇する。蛍光体34で発生した熱は、蛍光体34の周辺の透明樹脂、発光素子20、端子電極14およびチップ基板10を伝わり放熱される。しかし、一般に熱硬化性の透明樹脂の熱伝導率は低い。従って、第1封止層30の温度は下がり難い。このため、発光装置100の点灯中は第1封止層30が、発光装置100において最も温度が高くなる傾向になる。従って、蛍光体34を含む第1封止層30は、発熱の影響を受け易い。このため、蛍光体34を含む第1封止層30は熱膨張し易い。
【0021】
発光装置を透明樹脂で封止した構造としては、発光素子を、蛍光体を含んだ単一の層から構成された封止層で覆った構造が考えられる。ここで、上述したように、蛍光体を含んだ封止層は、熱膨張し易い。従って、発光装置の点灯消灯によって、封止層には熱応力が発生し易い。このとき、封止層の中心部分は、最も高温になり易く、強い熱応力が発生する可能性がある。このとき、封止層の中心部分にクラックが発生する可能性がある。ここで、蛍光体を含む封止層は、発光色の色変換に寄与している。このため、蛍光体を含む封止層の内部にクラックが発生すると、色ムラおよび色ズレが生じる可能性がある。また、封止層が単一の層から構成されていると、クラックが封止層全体に進展する可能性がある。
【0022】
これに対し、本実施の形態では、第1封止層30と第2封止層32が二相体樹脂層60を形成する。二相体樹脂層60に熱応力が発生すると、二相体樹脂層60において最も結合力が弱い第1封止層30と第2封止層32の境界面にクラックが発生し易い。従って、本実施の形態では、クラックの発生箇所を第1封止層30と第2封止層32の境界面に限定することが可能になる。ここで、第1封止層30と第2封止層32の境界面は、蛍光体34を含まない。従って、境界面は色変換に寄与しない。このため、境界面に発生したクラックは、色ムラおよび色ズレを生じさせない。このため、本実施の形態では、クラックの発生による色ムラおよび色ズレを抑制することが可能になる。
【0023】
また、第1封止層30と第2封止層32の境界面に発生したクラックは、境界面に沿って進展する。このため、クラックの進展を境界面に限定することが可能になる。本実施の形態に係る第2封止層32は、発光装置100の光出射方向が長手方向となる柱状の形状を備える。このため、第1封止層30と第2封止層32の境界面は狭い範囲に限定される。従って、クラックの発生箇所を狭い範囲に限定することが可能になる。このため、クラックが封止層全体に進展することを抑制出来る。
【0024】
さらに、本実施の形態では第2封止層32は、第1封止層30の複数の領域に配置される。これにより、第2封止層32が一箇所に配置される場合と比較して熱応力を分散させることが可能になる。従って、クラックの進展を更に抑制することが可能になる。
【0025】
また、第1封止層30と第2封止層32は、熱膨張係数が異なる材料で形成される。第1封止層30は第2封止層32よりも熱膨張し易い材料で形成されている。従って、発熱の影響に対して、第2封止層32の体積膨張率は、第1封止層30の体積膨張率よりも小さい。この構成では、第1封止層30の熱膨張に対して第2封止層32がクッションのような役割を果たす。この結果、第1封止層30で発生した熱応力が第2封止層32によって緩和される。従って、第1封止層30でのクラックの発生を抑制することが可能になる。
【0026】
また、本実施の形態では、第1封止層30と第2封止層32は、熱膨張係数が異なるものとした。熱膨張係数以外にも、第1封止層30と第2封止層32は、ヤング率、弾性係数または硬度が異なるものとしても良い。この場合も、第1封止層30で生じた熱膨張を第2封止層32で吸収することが可能になる。
【0027】
以上から、本実施の形態では、熱膨張係数が異なる第1封止層30と第2封止層32によって二相体樹脂層60を形成する。これにより、第1封止層30で発生した熱応力を第2封止層32で緩和することが可能になる。また、熱応力によりクラックが発生した場合には、クラックの発生および進展を第1封止層30と第2封止層32の境界面に限定することが可能になる。従って、蛍光体34を含む第1封止層30の内部にクラックが発生することが抑制され、色ムラおよび色ズレを抑制することが可能になる。このため、高い信頼性を得ることが出来る。
【0028】
本実施の形態では、第1封止層30に蛍光体34が分散されているものとした。これに対し、第2封止層32が蛍光体34を備えても良い。また、第1封止層30および第2封止層32の両方に蛍光体34を含むものとしても良い。第2封止層32に蛍光体34を分散させる場合は、第2封止層32に拡散材を混合しても良い。
【0029】
本実施の形態では、第1封止層30と第2封止層32は、熱膨張係数が異なる材料で形成されるものとした。この変形例として、第1封止層30と第2封止層32を同じ種類の材料で形成しても良い。第1封止層30は蛍光体34を含む。従って、第1封止層30は、蛍光体34の発熱による熱量を、第2封止層32よりも多く受け取ることとなる。この結果、第1封止層30と第2封止層32が同じ種類の材料で形成されたとしても、第2封止層32の体積膨張率は第1封止層30の体積膨張率よりも小さくなる。従って、この場合も、第2封止層32により熱応力を緩和することが可能になる。
【0030】
同様に、第1封止層30と第2封止層32を同じ種類の材料で形成し、第2封止層32が蛍光体34を備えるものとしても良い。この場合、第1封止層30の体積膨張率は第2封止層32の体積膨張率よりも小さくなる。従って、第1封止層30により第2封止層32の熱応力を緩和することが可能になる。
(【0031】以降は省略されています)

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