特開 2024-60900 発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024060900

(43)【公開日】2024-05-07

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/54 20100101AFI20240425BHJP

   H01L 33/56 20100101ALI20240425BHJP

   H01L 33/60 20100101ALI20240425BHJP

【ＦＩ】

H01L33/54

H01L33/56

H01L33/60

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022168470

(22)【出願日】2022-10-20

(71)【出願人】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】溝渕 尚嗣

(72)【発明者】

【氏名】矢羽田 孝輔

(72)【発明者】

【氏名】林 欣司

【テーマコード（参考）】

5F142

【Ｆターム（参考）】

5F142AA12

5F142AA58

5F142AA67

5F142AA75

5F142CE06

5F142CE13

5F142CE22

5F142CE32

5F142CG05

5F142DA02

5F142DA12

5F142DA73

5F142EA02

5F142EA18

5F142FA46

5F142HA03

(57)【要約】

【課題】シリコーン樹脂上に設けられたＡｌ膜のクラックや反応生成物による反射率の低下が抑えられた、光取出効率に優れる発光装置を提供する。
【解決手段】発光素子１０と、発光素子１０を封止する、シリコーン樹脂を母材とする封止部材１１と、封止部材１１上のＳｉＯ_２膜からなる密着層１２と、密着層１２上のＡｌ膜からなる反射層１３と、を備えた、発光装置１を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子と、
前記発光素子を封止する、シリコーン樹脂を母材とする封止部材と、
前記封止部材上のＳｉＯ_２膜からなる密着層と、
前記密着層上のＡｌ膜からなる反射層と、
を備えた、
発光装置。

【請求項2】

前記密着層の厚さが１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の範囲内にある、
請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記反射層の厚さが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の範囲内にある、
請求項１又は２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記反射層の上のＳｉＯ_２膜、Ｔｉ膜、Ｔａ膜、又はＣｒ膜からなる保護層を備えた、
請求項１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】

従来、発光素子から発せられる光を反射する金属膜を備えた発光装置が知られている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載の発光装置においては、発光素子の上にシリコーン樹脂などからなる透光部が設けられ、その上に金属膜からなる光反射部が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１７４１９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の発光装置のように、樹脂層の上に金属膜が設けられる場合であって、樹脂層の材料として特許文献１にも初めに挙げられている代表的な樹脂材料であるシリコーン樹脂が用いられ、金属膜の材料として反射率に優れるＡｌが用いられる場合、樹脂層と金属膜との熱膨張率の差によってクラックが発生しやすい。また、この場合、シリコーン樹脂とＡｌの間に反応が生じ、界面に反応による生成物が生成される。このようなＡｌ膜のクラックや反応による生成物が発生すると、Ａｌ膜の反射率が低下し、発光装置の光取り出し効率が低下する。

【0005】

本発明の目的は、シリコーン樹脂上に設けられたＡｌ膜のクラックや反応生成物による反射率の低下が抑えられた、光取出効率に優れる発光装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記の発光装置を提供する。

【0007】

［１］発光素子と、前記発光素子を封止する、シリコーン樹脂を母材とする封止部材と、前記封止部材上のＳｉＯ_２膜からなる密着層と、前記密着層上のＡｌ膜からなる反射層と、を備えた、発光装置。
［２］前記密着層の厚さが１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の範囲内にある、上記［１］に記載の発光装置。
［３］前記反射層の厚さが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の範囲内にある、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。
［４］前記反射層の上のＳｉＯ_２膜、Ｔｉ膜、Ｔａ膜、又はＣｒ膜からなる保護層を備えた、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、シリコーン樹脂上に設けられたＡｌ膜のクラックや反応生成物による反射率の低下が抑えられた、光取出効率に優れる発光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係るフリップチップ型である発光素子の構造の一例を示す下面図である。

【図3】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る発光装置の配光角と発光強度の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（発光装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置１の垂直断面図である。発光装置１は、発光素子１０と、発光素子１０を封止する、シリコーン樹脂を母材とする封止部材１１と、封止部材１１上のＳｉＯ_２膜からなる密着層１２と、密着層１２上のＡｌ膜からなる反射層１３と、反射層１３の上の保護層１４を備える。

【0011】

発光素子１０は、典型的にはＬＥＤチップである。また、発光素子１０は、典型的にはフリップチップ型の素子であるが、フェイスアップ型の素子であってもよい。発光素子１０がフリップチップ型である場合、図１に示されるｐ側パッド電極１０１ａとｎ側パッド電極１０１ｂが、プリント基板などの実装対象の電極に接続される。

【0012】

図２は、フリップチップ型である発光素子１０の構造の一例を示す下面図である。図２に示される例においては、発光素子１０は、ｐ側パッド電極１０１ａに接続されるｐ側コンタクト電極１０２ａと、ｎ側パッド電極１０１ｂに接続されるｎ側コンタクト電極１０２ｂを有する。また、発光素子１０は、発光層及びそれを上下方向から挟むｐ型コンタクト層とｎ型コンタクト層を含む半導体層をサファイア基板などの基板１０４上に有する。ｐ側コンタクト電極１０２ａは、ｐ型コンタクト層に電流を均一に拡散させるためのＩＴＯなどからなる透明電極１０３を介してｐ型コンタクト層に接続され、ｎ側コンタクト電極１０２ｂは、ｎ型コンタクト層に接続される。

【0013】

また、発光素子１０の下面は図示されない保護膜に覆われており、その保護膜の表面上にｐ側パッド電極１０１ａとｎ側パッド電極１０１ｂが設けられている。保護膜は、発光素子１０を分割しやすくするためや、半導体層の端部を保護するために設けられる。なお、図２においては、ｐ側パッド電極１０１ａとｎ側パッド電極１０１ｂの下に位置するｐ側コンタクト電極１０２ａ、ｎ側コンタクト電極１０２ｂ、及び透明電極１０３の輪郭を点線で示しているが、これらの線はｐ側パッド電極１０１ａとｎ側パッド電極１０１ｂの上から段差として視認できる。

【0014】

封止部材１１は、上述のように、シリコーン樹脂を母材とし、例えば、発光素子１０が発する光を変換する蛍光体を含む。例えば、発光素子１０の発する光が青色光、例えば波長が４３０～４７０ｎｍの光であって、封止部材１１がＹＡＧ蛍光体などの黄色蛍光体を含む場合、発光装置１は白色の光を発する。

【0015】

封止部材１１は、通常、発光素子１０の側面と上面を覆い、また、封止部材１１の平面方向の中心に発光素子１０が位置するように設けられる。封止部材１１の形状は特に限定されないが、典型的には直方体である。この場合、封止部材１１の側面が直方体の発光素子１０の側面に平行になるように設けられる。

【0016】

密着層１２は、封止部材１１と反射層１３の間に設けられる膜であり、密着層１２を設けることにより、反射層１３のクラックの発生による反射率の低下を抑えることができる。

【0017】

シリコーン樹脂の線膨張係数はおよそ２００×１０^－６～４００×１０^－６ｐｐｍ、Ａｌの線膨張係数はおよそ２３．６×１０^－６ｐｐｍであるため、Ａｌ膜からなる反射層１３の線膨張係数とシリコーン樹脂を母材とする封止部材１１の線膨張係数の差はかなり大きい。このため、封止部材１１の上に反射層１３を直接形成した場合、反射層１３の形成時の昇温による封止部材１１と反射層１３の膨張、その後の降温による収縮を経て金属膜である反射層１３にクラックが発生しやすい。

【0018】

封止部材１１上にＳｉＯ_２膜からなる密着層１２を介して反射層１３が形成された発光装置１においては、Ａｌの線膨張係数とおよそ０．５×１０^－６ｐｐｍであるＳｉＯ_２の線膨張係数の差が、Ａｌの線膨張係数とシリコーン樹脂の線膨張係数の差よりも格段に小さいために、反射層１３の形成時の昇温とその後の降温を経ても反射層１３にクラックが生じ難い。

【0019】

また、密着層１２を設けることにより、封止部材１１と反射層１３の界面に生成される生成物による反射層１３の反射率の低下を抑えることができる。

【0020】

封止部材１１の上に反射層１３を直接形成した場合、封止部材１１を構成するシリコーン樹脂と反射層１３を構成するＡｌの間に反応（Ａｌの酸化などが考えられる）が生じ、封止部材１１と反射層１３の界面に反応による生成物が生成される。この生成物の反射率がＡｌの反射率よりも低いために、この生成物の発生が反射層１３の反射率を低下させることになる。

【0021】

封止部材１１上にＳｉＯ_２膜からなる密着層１２を介して反射層１３が形成された発光装置１においては、封止部材１１と反射層１３が接触していないため、両者の反応による生成物の発生が抑えられる。なお、反射層１３と密着層１２との間では反応は生じず、また、密着層１２の上に高品質の反射層１３を形成できることが確認されている。

【0022】

密着層１２の厚さは、密着層１２がアイランド状に形成されて反射層１３と封止部材１１が部分的に接触することを防ぐため、１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、ＳｉＯ_２膜からなる密着層１２は、Ａｌ膜からなる反射層１３よりもクラックが生じ難いが、厚さが大きすぎると応力により割れやすくなるため、封止部材１１との熱膨張率の差によりクラックが発生するおそれがある。このため、密着層１２の厚さは３００ｎｍ以下であることが好ましい。密着層１２は、例えば、スパッタや蒸着により形成される。

【0023】

反射層１３は密着層１２の上に形成されるため、上述のクラックや封止部材１１との反応による生成物の発生による反射率の低下が抑えられている。例えば、封止部材１１の上に密着層１２を介して形成され、表面を保護層１４で保護された反射層１３の５００ｎｍの波長を有する光に対する反射率がおよそ７８％であり、ガラスの上に成膜されたクラックや反応による生成物のないＡｌ膜の反射率と同等であることが実験により確かめられている。一方で、封止部材１１の上に直接形成した反射層１３の５００ｎｍの波長を有する光に対する反射率はおよそ３７％であり、クラックや封止部材１１との反応による生成物によると考えられる著しい低下がみられた。

【0024】

反射層１３は、厚さが小さすぎると発光素子１０が発する光の一部を透過するおそれがあり、具体的には、およそ９０ｎｍ以下になると透過が生じ始める。このため、光の透過を抑えるために、反射層１３の厚さは５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。また、反射層１３は、厚さが大きすぎると応力により割れやすくなるため、密着層１２との熱膨張率の差によりクラックが発生するおそれがある。このため、反射層１３の厚さは３００ｎｍ以下であることが好ましい。反射層１３は、例えば、スパッタや蒸着により形成される。

【0025】

なお、Ａｌ膜からなる反射層１３の厚さは、ＴｉＯ_２などの反射材を含む樹脂膜からなる反射層の厚さ（例えば６０μｍ以上）と比較して、格段に小さい。このため、反射層１３を用いることにより、樹脂膜からなる反射層を用いる場合と比較して、発光装置１を薄くすることができる。

【0026】

保護層１４は、反射層１３の表面を保護するための層である。保護層１４を設けることにより、反射層１３の形成後のクラック、傷、酸化の発生を抑えることができる。保護層１４は、例えばＳｉＯ_２膜、Ｔｉ膜、Ｔａ膜、又はＣｒ膜からなる。保護層１４の厚さは、保護層１４がアイランド状に形成されて反射層１３の表面が部分的に露出することを防ぐため、１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、保護層１４の厚さが大きすぎると応力により割れやすくなるため、反射層１３との熱膨張率の差によりクラックが発生するおそれがある。このため、保護層１４の厚さは３００ｎｍ以下であることが好ましい。保護層１４は、例えば、スパッタや蒸着により形成される。

【0027】

発光装置１は、典型的には、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）と呼ばれる、そのサイズを光源である発光素子のサイズにできる限り合わせたパッケージである。

【0028】

封止部材１１の外形は、典型的には直方体であり、この場合の厚さは、例えば５０～４００μｍであり、平面形状である正方形又は長方形の一辺の長さは、例えば１５０～１２００μｍである。密着層１２、反射層１３、及び保護層１４は、典型的には、封止部材１１の上面と同じ形状、面積を有する。すなわち、発光装置１の典型的な形状は、厚さが５０～４００μｍ、平面形状である正方形又は長方形の一辺の長さが１５０～１２００μｍの直方体である。

【0029】

（発光装置の配光特性）
発光装置１においては、発光素子１０が発する光が反射層１３や発光装置１が実装される基板に反射されて、封止部材１１の側面から斜め上方に取り出される。このため、発光装置１は、上方向の発光強度が比較的小さく、広角側に発光強度のピークを有する、いわゆるバットウィング形状の配光特性を有する。すなわち、配光角と発光強度の関係において、配光角が０°よりも大きい範囲に発光強度のピークが存在する。

【0030】

図３（ａ）、（ｂ）は、発光装置１の配光角と発光強度の関係を示すグラフである。図３（ａ）、（ｂ）は、発光素子１０の中心を含み、発光素子１０の平面方向に垂直な面内の配光曲線を示している。図３（ａ）の配光曲線を含む面と図３（ｂ）の配光曲線を含む面とは互いに直交しており、いずれも直方体の封止部材１１の一側面に平行である。図３（ａ）、（ｂ）に示される配光角は、発光装置１の高さ方向（図１における上方向）を０°、高さ方向に直交する方向（図１における水平方向）を９０°としている。

【0031】

図３（ａ）、（ｂ）の発光特性を有する発光装置１の構成は以下の通りである。発光素子１０は、平面形状が一辺の長さが２１８μｍの正方形であり、厚さが１００μｍである、フリップチップ実装された青色発光のＬＥＤチップである。封止部材１１は、ＹＡＧ蛍光体を含むシリコーン樹脂からなり、その外形は厚さ２００μｍの直方体である。発光素子１０は、その側面と上面を封止部材１１に覆われ、封止部材１１の平面方向の中心に、側面が封止部材１１の側面と平行になるように設置されている。密着層１２は、厚さ２１０ｎｍのＳｉＯ_２膜である。反射層１３は、厚さ１５５ｎｍのＡｌ膜である。保護層１４は、厚さ１９０ｎｍのＳｉＯ_２膜である。また、封止部材１１、密着層１２、反射層１３、及び保護層１４の平面形状は、一辺が６００μｍの正方形である。

【0032】

図３（ａ）、（ｂ）は、配光角がおよそ７０°～９０°の範囲内に発光強度のピークが存在し、発光装置１がバットウィング形状の配光特性を有することを示している。

【0033】

（発光装置の製造方法）
以下に、発光装置１の製造工程の一例について説明する。まず、支持基板上にチップ固定用テープを張り、その上に複数の発光素子１０としてのＬＥＤチップを配列する。次に、複数の発光素子１０が固定されたチップ固定用テープの上に蛍光体入りシリコーン樹脂を塗布して硬化させ、封止部材１１を形成する。次に、封止部材１１の上に密着層１２としてのＳｉＯ_２膜、反射層１３としてのＡｌ膜、保護層１４としてのＳｉＯ_２膜を順に積層する。次に、積層された封止部材１１、密着層１２、反射層１３、保護層１４をＣＳＰサイズにダイシングして、発光装置１を個片化する。その後、個片化された複数の発光装置１を支持基板及びチップ固定用テープから剥離する。

【0034】

（実施の形態の効果）
上記の本発明の実施の形態によれば、封止部材１１の上に密着層１２を介して反射層１３を形成することにより、封止部材１１と反射層１３の熱膨張率の差に起因する反射層１３のクラックの発生や、封止部材１１と反射層１３の反応による生成物の生成を抑え、それらに起因する反射層１３の反射率の低下を抑えることができる。これにより、光取出効率に優れる発光装置１を提供することができる。

【0035】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。

【0036】

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

【符号の説明】

【0037】

１ 発光装置
１０ 発光素子
１１ 封止部材
１２ 密着層
１３ 反射層
１４ 保護層

【図1】

【図2】

【図3】