JP2007165787A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 均一な色度や発光強度を得ることが可能な発光装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 マウント基板と、マウント基板上に設けられた電極２ａと、電極２ａの一部の上に設けられたＬＥＤチップ３と、電極２ａ上に少なくとも設けられた蛍光体層とを具備し、電極２ａが、ＬＥＤチップ３から発せられる光の遠視野像や近視野像に対応するパターンを輪郭の少なくとも一部として有する平面形状を備えることを特徴とする発光装置。蛍光体層のパターン形状が電極２ａのパターン形状に対応しており、上記遠視野像や近視野像に対応するため、色ばらつきが小さく、かつ発光パターンも均一な白色ＬＥＤを得ることが可能となる。
【選択図】 図２
【解決手段】 マウント基板と、マウント基板上に設けられた電極２ａと、電極２ａの一部の上に設けられたＬＥＤチップ３と、電極２ａ上に少なくとも設けられた蛍光体層とを具備し、電極２ａが、ＬＥＤチップ３から発せられる光の遠視野像や近視野像に対応するパターンを輪郭の少なくとも一部として有する平面形状を備えることを特徴とする発光装置。蛍光体層のパターン形状が電極２ａのパターン形状に対応しており、上記遠視野像や近視野像に対応するため、色ばらつきが小さく、かつ発光パターンも均一な白色ＬＥＤを得ることが可能となる。
【選択図】 図２
Description
本発明は、発光装置及びその製造方法に係り、特に半導体発光素子と蛍光材料を組み合わせた発光装置及びその製造方法に関する。
近年、青色LED、紫LED、UVLED等の半導体発光素子を励起光源として、半導体発光素子からの発光の一部またはすべてを蛍光体により変換することにより白色光を発生させる小型の白色LEDに注目が集まっている。
半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置は、照明光源や液晶バックライト光源などの分野で利用されている。こうした発光装置は、例えばシリコーン樹脂やガラス等の透光性部材の材料中に蛍光体を含有させた後、発光素子が搭載された凹部内にディスペンサなどで滴下注入し、熱硬化させることにより形成される（例えば、特許文献１参照）。また、ＧａＮ等の半導体基板を用いたＬＥＤチップにおいては、ＬＥＤチップの上面の電極から導電性ワイヤーにより外部に引き出される構造となっている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−９９３４５号公報
特開２００３−２５８３１０公報
一般に、蛍光体は封止樹脂よりも比重が大きいために、蛍光体を樹脂に混入後、樹脂を加熱硬化させる過程において蛍光体が沈殿してしまい、樹脂内に均一に分布させることができない。蛍光体の不均一な密度分布は色むらの原因となってしまう。
また、励起光源であるLED素子は所定の発光パターンを有しており、蛍光体の不均一な密度分布ともあいまって、LED素子の照射領域において蛍光体から出力される光は不均一となってしまう傾向があった。
このため、照明等に使用するには、それぞれのLED素子にマッチングしたレンズ系を個々に実装する必要があり、その結果、所望の色度、発光強度を得るのにコストアップを招き、かつ性能面でも問題が多かった。
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、均一な色度や発光強度を得ることが可能な発光装置及びその製造方法を提供することである。
上述した課題を解決するために、本発明は、支持体と、この支持体の上に設けられた金属層と、この金属層の一部の上に設けられた発光素子と、前記金属層の上に少なくとも設けられ前記発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する波長変換層とを具備し、前記金属層が、前記発光素子を中心に複数の凹凸を輪郭の少なくとも一部として有する平面形状を備えることを特徴とする発光装置を提供する。
また、本発明は、支持体と、この支持体の上に設けられた金属層と、この金属層の一部の上に設けられた発光素子と、前記金属層の上に少なくとも設けられ前記発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する波長変換層とを具備し、前記金属層が、前記発光素子から発せられる光の遠視野像又は近視野像に対応するパターンを輪郭の少なくとも一部として有する平面形状を備えることを特徴とする発光装置を提供する。
また、本発明は、支持体と、この支持体の上に設けられた金属層と、この金属層の一部の上に設けられた発光素子と、前記金属層の上に少なくとも設けられ前記発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する波長変換層とを具備する発光装置の製造方法であって、前記発光素子を中心に複数の凹凸を輪郭の一部として有する平面形状を備える前記金属層を前記支持体の上にパターン形成し、前記金属層の一部の上に発光素子を配設し、蛍光体粒子を含む原料を前記発光素子の上から滴下し、前記金属層及び前記発光素子の各表面、又は前記金属層の表面に選択的に波長変換層を形成することを特徴とする発光装置の製造方法を提供する。
本発明によれば、均一な色度や発光強度を得ることが可能な発光装置及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る白色ＬＥＤの構成を示す断面図である。図１（ａ）に示すように、円形のマウント基板１の上面には電極２ａ、２ｂ、２ｃが設けられており、電極２ｂと２ｃはマウント基板１の側面を介してマウント基板１の下面に延びている。かかる構成は、上面に設けた電極２ｂと２ｃをそれぞれマウント基板１の側面及び下面に沿って折り曲げることにより得ることができる。
図１は本発明の第１の実施形態に係る白色ＬＥＤの構成を示す断面図である。図１（ａ）に示すように、円形のマウント基板１の上面には電極２ａ、２ｂ、２ｃが設けられており、電極２ｂと２ｃはマウント基板１の側面を介してマウント基板１の下面に延びている。かかる構成は、上面に設けた電極２ｂと２ｃをそれぞれマウント基板１の側面及び下面に沿って折り曲げることにより得ることができる。
マウント基板１の上面の電極２ａ上にはＬＥＤチップ３が設けられている。ＬＥＤチップ３としては、例えば青色から紫外にわたる波長の光（例えば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長の光）を発する半導体発光素子（窒化ガリウム系半導体発光素子等）を用いることができる。このＬＥＤチップ３の占有面積は電極２ａの占有面積よりも小さく、ＬＥＤチップ３の周囲には電極２ａがはみ出た配置となっている。ＬＥＤチップ３の上面の電極（図示せず。）と電極２ｂとはボンディングワイヤ５により電気的に接続されている。なお、ＬＥＤチップ３の側面は、光り取り出し効率の改善のため、チップ形成時に斜め方向に加工されている。
図２に示すように、電極２ａの平面形状は、ＬＥＤチップ３の上面及び４つの側面から発せられる光の遠視野像１６に相当する形になっている。すなわち、電極２ａは、ＬＥＤチップ３を中心に４つの凹凸を輪郭の一部として有する平面形状を備えている。それぞれの凸部のパターン形状は遠視野像１６のパターンに相当するものとなっている。ここでは、電極２ａの平面形状は、ＬＥＤチップ３の平面形状における４つの頂点のそれぞれに対応して凸状部分を備えている。これらの凸状部分のそれぞれは、その外周の輪郭が略放物線状或いは略円弧状となっている。遠視野像に相当する形にするために、電極２ａの大きさを、ＬＥＤチップ３の大きさより大きくする。この大きさは、略放物線状或いは略円弧状の輪郭の頂点において、例えばＬＥＤチップ３の対角方向の外径の約１〜１０倍程度大きく設計すれば良い。
なお、１５はＬＥＤチップ３の上面及び４つの側面から発せられる光の近視野像に相当する。この近視野像のパターン１５は、ＬＥＤチップ３の平面形状における４つの辺のそれぞれに対応して凸状部分を備えている。これらの凸状部分のそれぞれは、その外周の輪郭が略放物線状或いは略円弧状となっている。
図１に示すように、ＬＥＤチップ３の周囲における電極２ａの表面及びＬＥＤチップ３の側面に接して、蛍光体層４が選択的に形成されている。この蛍光体層４は電極２ａの上面に形成されるが、それより外側のマウント基板１の上面には形状されていない。すなわち、蛍光体層４の平面形状における外周の輪郭は電極２ａの平面形状における外周の輪郭と実質的に等しくなっている。このような蛍光体層４の平面形状は、電極２ａ（金属）とその周囲のマウント基板１の上面（主として絶縁物）とが、蛍光体層４（主として樹脂）に対して異なる表面張力を有することに基づくものであり、本発明者が初めて見いだした事実である。これについては後述する。
マウント基板１の周縁には、上方の開口部へ向かって拡がる円錐形状の側面を有する側壁部６が設けられており、この側壁部６により凹部が形成される。ＬＥＤチップ３はその円形の底部に配置されている。側壁部６の内面には反射膜７が設けられており、反射膜７は電極２ａ、２ｂ、２ｃに対して絶縁される位置に設けられている。反射膜７は必要に応じて省略することも可能である。また、凹部内の空間８には必要に応じて透光性部材が埋め込まれる。この透光性部材は、電気的絶縁性を有し、ＬＥＤチップ３から発せられる光を透過する性質を有する物質から構成される。例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の樹脂やガラス等の材料を用いることができる。９はカバー板であり、これにより封止が行われている。
本実施形態の白色ＬＥＤによれば、例えば窒化ガリウム系半導体（Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｂ（ボロン）から選ばれる元素と窒素とからなる。）からなるＬＥＤチップ３が青色から紫外にわたる波長の光を発する他に、この光を受けて蛍光体層４が異なる波長に変換された光を生ずる。これらの光の組み合わせにより、実質的に白色系の光を発する発光装置を提供することができる。かかる発光装置は高信頼性長寿命の照明光源として使用できる。高出力のＬＥＤを励起源にした白色ＬＥＤは、蛍光燈、電球等の置き換えとして使用可能である。
特に、本実施形態の白色ＬＥＤによれば、電極２ａの平面形状が、ＬＥＤチップ３から発せられる光の遠視野像１６に相当する形となっており、さらに蛍光体層４の平面形状が電極２ａの平面形状に対応している。すなわち、蛍光体層４の平面形状は遠視野像１６に対応した形状となっているので、ＬＥＤチップ３からの光の強度分布と蛍光体層４における蛍光体の密度分布とをより忠実に対応させることができ、ＬＥＤチップ３からの光の強度分布をより反映させた状態でかつ光変換における無駄を抑制して蛍光体層４を配置することができる。したがって、色ばらつきが小さく、かつ発光パターンも均一な白色ＬＥＤを得ることが可能となる。
次に、本実施形態の白色ＬＥＤを製造する方法について説明する。
まず、図１に示すＬＥＤチップ３を作製する。ＬＥＤチップ３には、例えば単色性発光ピークが可視光（例えば４５５ｎｍ）のＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ半導体層を発光層として有する窒化物系半導体発光素子を用いる。より具体的には、ＬＥＤチップ３は、洗浄したサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、窒素ガス、及びドーバントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜することにより形成することができる。ドーバントガスとしては、ｎ型ドーパントガスにＳｉＨ４等をｐ型ドーパントガスにＣｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタディエニールマグネシウム）等を用いることができ、これらを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成する。
図３は作製するＬＥＤチップ３の構造を示す断面図である。図３（ａ）はサファイア基板等の絶縁性の基板を用いた場合の構造を、図３（ｂ）はＧａＮ基板やＳｉＣ基板等の導電性の基板を用いた場合の構造を示す。
図３（ａ）に示すように、サファイア基板２１上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層２２、Ｓｉがドープされたｎ型コンタクト層となるＧａＮ層２３、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層２４（ｎ型ＡｌＧａＮ層でも良い。）を順次成膜する。次に、バリア層となるＧａＮ層（６層）、井戸層となるＩｎＧａＮ層（５層）を交互に積層し、多重量子井戸構造の発光層２５を形成する。発光層２５上には、Ｍｇがドープされたｐ型クラッド層としてｐ型ＡｌＧａＮ層２６、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層としてｐ型ＧａＮ層２７を順次積層させる。さらに、ｐ型コンタクト層２７からｎ型コンタクト層２３の表面までエッチングを行い、ｎ型コンタクト層２３の表面を露出させ、その表面にｎ側電極２９を形成する。ｐ型コンタクト層２７の表面にはｐ側電極２８を形成する。これらの電極の成膜には、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法等を用いることができる。なお、上述したようにサファイア基板２１上には低温または高温でＧａＮ層２２（或いはＡｌＮ層）をバッファ層として形成するほうが成膜上好ましい。最後に、このように形成した半導体ウェハーに対してスクライブラインを引いた後、外力により分割してＬＥＤチップ３を作製する。ここで、上述したように、チップ形成時に、光り取り出し効率の改善のためにチップ側面部分を斜め方向に加工しておくと良い。
図３（ｂ）に示した構造のＬＥＤチップ３も同様に作製することができる。すなわち、ＧａＮ基板やＳｉＣ基板等のｎ型基板３１上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層３２（ｎ型ＡｌＧａＮ層でも良い。）、多重量子井戸構造の発光層３３、ｐ型クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＮ層３４、ｐ型コンタクト層としてのｐ型ＧａＮ層３５を順次成膜し、ｐ型コンタクト層３５の表面にはｐ側電極３６を、ｎ型基板３１の表面にはｎ側電極３７を形成する。その後の工程は上述した図３（ａ）のＬＥＤチップ３の工程と同様である。なお、ＧａＮ基板やＳｉＣ基板等を用いる場合には、上記バッファ層は必須ではない。
次に、以上の製造工程で作製されたＬＥＤチップ３を、電極２ａ、２ｂ、２ｃが設けられたマウント基板１の上に設置する。ＬＥＤチップ３とマウント基板１とは、共晶ハンダ（Ａｕ-Ｓｎ）、Ｐｂ-Ｓｎ、鉛フリーハンダ等を用いて固定する。マウント基板１の材料は、ＬＥＤチップ３と熱膨張係数がほぼ等しいものを用いることが望ましく、これによりマウント基板１とＬＥＤチップ３との間に発生する熱応力を緩和することができる。例えば、半導体発光素子として窒化ガリウム系半導体発光素子を用いた場合は、例えば窒化アルミニウム、窒化ボロン、或いはダイアモンド等を使用することが好ましい。これらの材料を用いた場合は、放熱効果を高めることも可能である。さらに、放熱効果を高めるために、例えば１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導性の高いＭｇ系、Ａｌ系、Ｃｕ系等のメタルコア材料を、射出成形あるいはプレス成形によって略立方体形状等に成形し、これをパッケージに使用することもある。この場合、電極間の絶縁性、凹部底面の絶縁性等を確保することは必要であり、例えば、マウント基板１内に埋め込む等の処置を行うと良い。ただし、これらの材料、形態にとらわれる必要はなく、マウント基板１をエポキシ樹脂等のプラスチックボードから構成することも可能であり、その他マウント基板１にＳｉを用いエッチング等により凹部等を形成してもよい。
図３（ａ）のＬＥＤチップ３を用いる場合は、図１（ａ）に示すように正負一対のリード電極はそれぞれ電極２ｂ、２ｃに対応し、２ａはヒートシンクとしての金属基体に対応する。ＬＥＤチップ３のｐ側電極２８はＡｕ等のボンディングワイヤ５により電極２ｂに接続され、ｎ側電極２９は図示しないボンディングワイヤにより電極２ｃに接続される。また、図３（ｂ）のＬＥＤチップ３を用いる場合は、図１（ｂ）に示すように正負一対のリード電極はそれぞれ電極１２ｂ、１２ａに対応し、１２ａはヒートシンクとしても機能している。１２ａはマウント基板１を貫通して設けられている。ＬＥＤチップ３のｐ側電極３６はボンディングワイヤ５により電極１２ｂに接続され、ｎ側電極３７は電極１２ａに接続される。電極１２ｃは電極１２ｂと一体的に形成されている。なお、図１（ａ）、（ｂ）に示した構造は一例であり、他の構成を採用することができることは言うまでも無い。
ここで、電極２ａ、２ｂ、２ｃが設けられたマウント基板１の作製方法は次の通りである。まず、上述した正負一対のリード電極及びヒートシンクに対して金型を設置する。この金型はリード電極及びヒートシンクを側面から挟み込んで設けられるものであり、金型により閉じられた空間内に成形樹脂を流し込んで硬化させることにより、マウント基板１が形成される。マウント基板１の周縁部の側壁部６は、上記樹脂の流し込み及び硬化の工程において同時に作製しても良いし、別工程で作製しても良い。
図１（ａ）の白色ＬＥＤの場合には、正負一対のリード電極は凹部底面に露出する状態でマウント基板１と一体形成されており、これらのリード電極はマウント基板１から延出するアウタリード部を備える。このアウタリード部は、後の工程においてマウント基板１の端面で内側に折り曲げられ、その内側に折り曲げられた部分で半田付けされるように構成される。
次に、蛍光体層４を形成する。この蛍光体層４はシリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂（透光性部材）中に蛍光体が含有されたものであり、次のようにして形成する。まず、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅ（Ｐｒでも良い。）のそれぞれの酸化物を化学量論比により混合し蛍光体原料を得る。Ｓｒ（Ｂａ，Ｃａでも良い。）、Ｓｉ、及びＥｕのそれぞれの酸化物を使用して蛍光体原料を得ても良い。蛍光体原料としてＹ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅ（Ｐｒでも良い。）のそれぞれの酸化物を用いた場合はＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）：Ｃｅ（Ｐｒ）（賦活元素）からなる蛍光体（例えば（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇｄ）5Ｏ12：Ｃｅ等）が得られ、蛍光体原料としてＳｒ（Ｂａ，Ｃａでも良い。）、Ｓｉ、及びＥｕのそれぞれの酸化物を用いた場合は（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ（賦活元素）で表わされるユウロピウム賦活アルカリ土類金属シリケート系蛍光体（例えば、（Ｓｒ1.84Ｂａ0.12）2ＳｉＯ4：Ｅｕ等）が得られる。いずれも黄色系の蛍光体であり、青色発光のＬＥＤチップを用いた場合に、ＬＥＤチップから発せられる青色光とこの青色光を受けて蛍光体から発せられる黄色光との混色により白色光を得ることができる。後者ではＯ（酸素）の一部がＮ（窒素）で置き換わっていても良い。また、すべて窒素で置き換わった窒化物を用いることもできる。
この蛍光体原料にフラックスを混合して坩堝に詰め、ボールミル混合機にて２時間混合する。ボールを取り除いた後、弱還元雰囲気中で１４００℃〜１６００℃にて６時間焼成し、さらに還元雰囲気中で１４００℃〜１６００℃にて６時間焼成する。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥の各工程を行い、最後に篩を通して中心粒径をそろえる。通常は、１０μｍから２０μｍに粒度分布（中心粒径）を合わせるが、本発明では、その限りではなく、７５μｍ以下であれば問題ない。
次に、上記工程で得られた蛍光体を透光性部材（例えばシリコーン樹脂等）に例えば４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下の濃度で含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。さらに、攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置して樹脂を定温に戻し安定化させる。こうして得られた混合液をシリンダー内に移す。さらに真空中に放置し、内部の空気抜きを行う。この後、このようにして調整された蛍光体含有樹脂をマウント基板１上のＬＥＤチップ３の上からディスペンサなどで滴下して充填させる。蛍光体層の最終的な厚みが例えば８０μｍ以上２４０μｍ以下となるように充填を行う。必要に応じてマウント基板１或いはＬＥＤチップ３を加熱して、蛍光体含有樹脂の粘度を低下させてもよい。最後に、熱処理を施し、これによりＬＥＤチップ３上に樹脂層が形成される。加熱温度は、透光性部材の加熱硬化温度に応じて選択することができ、少なくとも蛍光体含有樹脂が硬化する温度まで加熱することが必要である。例えば、透光性部材としてシリコーン樹脂を用いる場合には、８０℃ないし２００℃で３０分ないし３時間の加熱により固化させることができる。なお、上述した透光性部材（例えばシリコーン樹脂等）をインクジェット方式によって塗布するようにした場合は、樹脂量の微調整が可能となり、樹脂の形状を微妙に制御することができるので、より細かい色度調整を行うことが可能となる。
ここで、本発明の重要な特徴は、上述した蛍光体を所定濃度で含む樹脂が、電極２ａ（金属）とその周囲のマウント基板１の上面（主として絶縁物）とに対して、異なる表面張力を有することに基づき、マウント基板１の上面には蛍光体層４を形成せず、電極２ａの表面に選択的に蛍光体層４を形成する点にある。かかる特徴は本発明者が初めて見いだした事実である。したがって、図２に示すように電極２ａの平面形状を、ＬＥＤチップ３の上面及び４つの側面から発せられる光の遠視野像１６に相当する形に設計することにより、蛍光体層４の平面形状を遠視野像１６に対応した形状とすることが可能となり、ＬＥＤチップ３からの光の強度分布をより反映させた状態で蛍光体層４を配置することができる。これにより、特殊な型などを使用することなく、簡便にかつ安価に蛍光体層４を所望の平面形状（例えば、略放物線状や略円弧状）で再現性良く作製することができる。なお、必要に応じてＬＥＤチップ３上にも蛍光体層４を形成しても良く、蛍光体を含む樹脂における蛍光体濃度、樹脂の粘度、樹脂の量等を調整して蛍光体層４をＬＥＤチップ３上にも形成する。
次に、側壁部６の内面に必要に応じて反射膜７を形成する。反射膜７には反射率の高い銀、金、或いはアルミを用い、蒸着、印刷、メッキ等により形成することができる。さらに、凹部内の空間８に必要に応じてシリコーン樹脂等の樹脂やガラス等の材料を埋め込む。その後、封止を行うために、カバー板９を側壁部６の開口部に接着し、これにより発光装置が完成する。
なお、発光装置の信頼性を向上させるため、互いに対向するＬＥＤチップ３とマウント基板１との間に生じた隙間にアンダフィルを充填してもよい。アンダフィルの材料は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。また、アンダフィルの熱応力を緩和させるため、さらに窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合混合物等がエポキシ樹脂に混入されてもよい。アンダフィルの量は、ＬＥＤチップ３の正負両電極とマウント基板１との間に生じた隙間を埋めることができる量である。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。図４は本実施形態のＬＥＤチップ及びその下の電極の配置を示す上面図である。本実施形態の白色ＬＥＤが第１の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点はＬＥＤチップ３の下の電極４１の形状である。図４に示すように、本実施形態の白色ＬＥＤによれば、電極４１の平面形状が、ＬＥＤチップ３から発せられる光の近視野像に相当する形となっている。すなわち、この電極４１の平面形状パターンは、ＬＥＤチップ３の平面形状における４つの辺のそれぞれに対応して凸状部分を備えている。これらの凸状部分のそれぞれは、その外周の輪郭が略放物線状或いは略円弧状となっている。近視野像に相当する形にするために、電極４１の大きさを、ＬＥＤチップ３の大きさよりわずかに大きくする。この大きさは第１の実施形態の場合よりも小さく、略放物線状或いは略円弧状の輪郭の頂点において、例えばＬＥＤチップ３の一辺に平行な方向の外径の約０．１〜１倍程度大きく設計すれば良い。本実施形態においても、蛍光体層４の平面形状は電極４１の平面形状に対応している。すなわち、蛍光体層４の平面形状は近視野像に対応した形状となっているので、ＬＥＤチップ３からの光の強度分布と蛍光体層４における蛍光体の密度分布とを忠実に対応させることができ、ＬＥＤチップ３からの光の強度分布を反映させた状態でかつ光変換における無駄を抑制して蛍光体層４を配置することができる。したがって、色ばらつきが小さく、かつ発光パターンも均一な白色ＬＥＤを得ることが可能となる。
本発明の第２の実施形態について説明する。図４は本実施形態のＬＥＤチップ及びその下の電極の配置を示す上面図である。本実施形態の白色ＬＥＤが第１の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点はＬＥＤチップ３の下の電極４１の形状である。図４に示すように、本実施形態の白色ＬＥＤによれば、電極４１の平面形状が、ＬＥＤチップ３から発せられる光の近視野像に相当する形となっている。すなわち、この電極４１の平面形状パターンは、ＬＥＤチップ３の平面形状における４つの辺のそれぞれに対応して凸状部分を備えている。これらの凸状部分のそれぞれは、その外周の輪郭が略放物線状或いは略円弧状となっている。近視野像に相当する形にするために、電極４１の大きさを、ＬＥＤチップ３の大きさよりわずかに大きくする。この大きさは第１の実施形態の場合よりも小さく、略放物線状或いは略円弧状の輪郭の頂点において、例えばＬＥＤチップ３の一辺に平行な方向の外径の約０．１〜１倍程度大きく設計すれば良い。本実施形態においても、蛍光体層４の平面形状は電極４１の平面形状に対応している。すなわち、蛍光体層４の平面形状は近視野像に対応した形状となっているので、ＬＥＤチップ３からの光の強度分布と蛍光体層４における蛍光体の密度分布とを忠実に対応させることができ、ＬＥＤチップ３からの光の強度分布を反映させた状態でかつ光変換における無駄を抑制して蛍光体層４を配置することができる。したがって、色ばらつきが小さく、かつ発光パターンも均一な白色ＬＥＤを得ることが可能となる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。図５は本実施形態のＬＥＤチップ及びその下の電極の配置を示す上面図である。本実施形態の白色ＬＥＤが第１、第２の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点はＬＥＤチップ３の下の電極５１、５２の形状である。
本発明の第３の実施形態について説明する。図５は本実施形態のＬＥＤチップ及びその下の電極の配置を示す上面図である。本実施形態の白色ＬＥＤが第１、第２の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点はＬＥＤチップ３の下の電極５１、５２の形状である。
図５（ａ）に示すように、本実施形態の白色ＬＥＤによれば、電極５１の平面形状が、ＬＥＤチップ３から発せられる光の遠視野像に近似する形となっている。すなわち、電極５１の平面形状は、ＬＥＤチップ３の４つの頂点のそれぞれに対応して凸状部分を有し、これらの４つの凸状部分の輪郭はそれぞれ４つの辺からなっている。すなわち、凸状部分は５角形である。これらの４つの凸状部分を形成するために、矩形（特に正方形）の電極パターンを形成した後に、この電極パターンの４つの辺のそれぞれ中央部にエッチングにより三角形（特に二等辺三角形）の切り欠きを入れればよい。この方法により、遠視野像に近似する平面形状を有する電極５１をより簡便に作製することが可能である。なお、電極５１の凸状部分は、図５（ａ）のような５角形に限らずｎ角形（ｎは３以上。）であればよい。さらに、切り欠きの形状は、図５（ａ）のような三角形に限らずｎ角形（ｎは３以上。）であればよい。
また、図５（ｂ）に示すように電極５２の平面形状を、ＬＥＤチップ３から発せられる光の近視野像に近似する形としても良い。電極５２の平面形状は、ＬＥＤチップ３の４つの辺のそれぞれに対応して凸状部分を有し、これらの４つの凸状部分の輪郭はそれぞれ３つの辺からなっている。すなわち、凸状部分は４角形である。かかる電極５２の平面形状は簡便に作製することが可能である。なお、電極５２の凸状部分は、図５（ｂ）のような４角形に限らずｎ角形（ｎは３以上。）であればよい。
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について説明する。図６は本実施形態のＬＥＤチップ及びその下の電極の配置を示す上面図である。本実施形態の白色ＬＥＤが第３の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点はＬＥＤチップ３の下の電極６１、６２の形状である。
本発明の第４の実施形態について説明する。図６は本実施形態のＬＥＤチップ及びその下の電極の配置を示す上面図である。本実施形態の白色ＬＥＤが第３の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点はＬＥＤチップ３の下の電極６１、６２の形状である。
図６（ａ）、（ｂ）に示すように電極６１、６２の平面形状は、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）の電極５１、５２の平面形状における凸状部分の角部を丸くしたものである。このような形状とすることにより、蛍光体を含む樹脂を電極５１、５２の平面形状における凸状部分の角部に沿って忠実に塗布しやすくなり、蛍光体層４をＬＥＤチップ３から発せられる光の遠視野像や近視野像により近い形で形成することが可能となる。なお、電極６１、６２の凸状部分間の凹状部分における隅も同様に丸くすることができ、これによっても蛍光体層４の平面形状を遠視野像や近視野像により近い形とすることが可能となる。
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について説明する。図７は本発明の第５の実施形態に係る白色ＬＥＤの構成を示す断面図である。図１と同一部分には同一符号を付して示す。本実施形態の白色ＬＥＤが第１の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点は、蛍光体層として無機蛍光体層と有機蛍光体層とを組み合わせたものを用いていることである。
本発明の第５の実施形態について説明する。図７は本発明の第５の実施形態に係る白色ＬＥＤの構成を示す断面図である。図１と同一部分には同一符号を付して示す。本実施形態の白色ＬＥＤが第１の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点は、蛍光体層として無機蛍光体層と有機蛍光体層とを組み合わせたものを用いていることである。
図７に示すように、無機蛍光体層７４ａが電極２ａ上に選択的に形成され、さらに無機蛍光体層７４ａはＬＥＤチップ３の側面から上面にかけて形成されている。無機蛍光体層７４ａ上には有機蛍光体層７４ｂが形成されており、有機蛍光体層７４ｂも電極２ａ上に選択的に形成されている。有機蛍光体層７４ｂはＬＥＤチップ３の側方に形成されている。有機蛍光体層７４ｂもＬＥＤチップ３の上面に設けても良い。
本実施形態の白色ＬＥＤによれば、無機蛍光体層７４ａと有機蛍光体層７４ｂとを組み合わせて用いることにより、より演色性の優れた白色光を得ることが可能である。すなわち、例えば青色発光の窒化ガリウム系半導体発光素子をＬＥＤチップ３として用いた場合、無機蛍光体層７４ａ中に含まれる蛍光体として第１の実施形態で述べた黄色系の蛍光体をシリコーン樹脂等に混ぜて用い、さらに有機蛍光体層７４ｂ中に含まれる蛍光体として赤色系の希土類金属錯体をフッ素系樹脂等に混ぜて用いることにより、演色性の高い白色光を得ることができる。この希土類金属錯体としては、下記式（１）に示すように、Ｅｕイオン等の希土類金属イオンに対してホスフィンオキシド化合物やアセチルアセトナト誘導体（β−ジケトン誘導体）が配位した錯体を用いることができる。
（式中、Ｘ及びＹはＯ、Ｓ、及びＳｅからなる群から選ばれた同一又は異なる原子（特にＯ。）であり、Ｒ１〜Ｒ６は、同一又は異なる、炭素数が２０以下の直鎖または分枝構造を有するアルキル基又はアルコキシ基、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ヘテロ環基、及びこれらの置換体からなる群から選ばれる。Ｒ１〜Ｒ３の組み合わせと、Ｒ４〜Ｒ６の組み合わせは同一であっても良いが、異なる方が発光強度の点で好ましい（例えば、Ｒ１〜Ｒ３のそれぞれはｎ−Ｏｃ（オクチル）基、Ｒ４〜Ｒ６のそれぞれはフェニル基等。）。Ｌｎは希土類元素（Ｅｕ。その他、後述するようにＴｂやＥｒでも良い。）、Ｒ７及びＲ９は、直鎖または分枝構造を有するアルキル基又はアルコキシ基、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ヘテロ環基、及びこれらの置換体からなる群から選ばれた同一又は異なるものであり（例えば、ｎ−Ｃ４Ｆ９基やｔ−Ｃ４Ｆ９基等のアルキル基等。）、Ｒ８は、ハロゲン原子、重水素原子、炭素数が１〜２２の直鎖又は分枝構造を有する脂肪族基である。）
この希土類金属錯体は、Ｅｕ等の希土類金属のイオンに基づく蛍光強度が大きく、特に、一つの希土類金属原子に、上記式（１）に示す中で構造が異なる複数種類（特に２種類）のリン化合物が配位すると、配位子場がより非対称となり、分子吸光係数の向上に基づき、発光強度が顕著に増加する。
この希土類金属錯体は、Ｅｕ等の希土類金属のイオンに基づく蛍光強度が大きく、特に、一つの希土類金属原子に、上記式（１）に示す中で構造が異なる複数種類（特に２種類）のリン化合物が配位すると、配位子場がより非対称となり、分子吸光係数の向上に基づき、発光強度が顕著に増加する。
なお、本実施形態では無機蛍光体層７４ａ上に有機蛍光体層７４ｂを形成したが、その逆に有機蛍光体層上に無機蛍光体層を形成した構造を採用することも可能である。
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態について説明する。図８は本実施形態のＬＥＤチップ及びその下の電極の配置を示す上面図である。本実施形態の白色ＬＥＤが第１の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点はＬＥＤチップ３の下の電極の形状である。
本発明の第６の実施形態について説明する。図８は本実施形態のＬＥＤチップ及びその下の電極の配置を示す上面図である。本実施形態の白色ＬＥＤが第１の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点はＬＥＤチップ３の下の電極の形状である。
図８に示すように、ＬＥＤチップ３の下の電極２ａ´の形状は、ＬＥＤチップ３の中心の直下に円形の開口部８１が設けられたものとなっている。本発明による発光装置では、発光素子の下の金属層の一部が当該発光素子の周囲にはみ出て存在していることが重要であり、発光素子の下面全面に対向して設けられている必要はない。本実施形態では、電極２ａ´に円形の開口部８１が設けられているが、これに限らず他の形状の開口部、例えばスリット状の開口部が設けられていても良い。
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態の白色ＬＥＤが第１の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点は、マウント基板１上の凹部全体にわたって第５の実施形態で述べた有機蛍光体層が埋め込まれていることである。すなわち、図１を用いて説明すると、マウント基板１上の凹部内の空間８には、第５の実施形態で述べた有機蛍光体層が埋め込まれる。
本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態の白色ＬＥＤが第１の実施形態の白色ＬＥＤと異なる点は、マウント基板１上の凹部全体にわたって第５の実施形態で述べた有機蛍光体層が埋め込まれていることである。すなわち、図１を用いて説明すると、マウント基板１上の凹部内の空間８には、第５の実施形態で述べた有機蛍光体層が埋め込まれる。
本実施形態の白色ＬＥＤによれば、第１の実施形態と同様に色ばらつきが小さく、かつ発光パターンも均一な白色ＬＥＤを得ることが可能となる。有機蛍光体層の平面形状は遠視野像や近視野像に対応したパターンとなっていないが、ＬＥＤチップ３からの距離が無機蛍光体層４に比べて遠く離れており、発光パターンの分布の不均一性が小さくなっているので、発光強度ばらつきや色ばらつきに対する影響は少ない。
（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態について説明する。図９は本実施形態のＬＥＤチップ、その下の電極（蛍光体層）の配置、及びボンディングワイヤの引き出し方向の関係を示す上面図である。
本発明の第８の実施形態について説明する。図９は本実施形態のＬＥＤチップ、その下の電極（蛍光体層）の配置、及びボンディングワイヤの引き出し方向の関係を示す上面図である。
図９（ａ）、（ｂ）では蛍光体層４の平面形状が、ＬＥＤチップ３から発せられる光の近視野像に相当する形となっている。図９（ａ）の配置ではボンディングワイヤ５がＬＥＤチップ３の辺の中央から外部に引き出されている。すなわち、蛍光体層４の厚みが一番厚い部分の上を経由して引き出されている。一方、図９（ｂ）の配置ではボンディングワイヤ５がＬＥＤチップ３の角から外部に引き出されている。すなわち、蛍光体層４の厚みが一番薄い部分の上を経由して引き出されている。ボンディングワイヤ５が蛍光体層４の厚みが一番薄い部分の上を経由して引き出される構造では、発光強度が大きな部分を避けてボンディングワイヤ５が引き出されることになるので、より効率よく光を外部に取り出すことが可能である。
また、図９（ｃ）、（ｄ）では蛍光体層４の平面形状が、ＬＥＤチップ３から発せられる光の遠視野像に相当する形となっている。図９（ｃ）の配置ではボンディングワイヤ５がＬＥＤチップ３の辺の中央から外部に引き出されている。すなわち、蛍光体層４の厚みが一番薄い部分の上を経由して引き出されている。一方、図９（ｄ）の配置ではボンディングワイヤ５がＬＥＤチップ３の角から外部に引き出されている。すなわち、蛍光体層４の厚みが一番厚い部分の上を経由して引き出されている。この場合も、ボンディングワイヤ５が蛍光体層４の厚みが一番薄い部分の上を経由して引き出される構造では、発光強度が大きな部分を避けてボンディングワイヤ５が引き出されることになるので、より効率よく光を外部に取り出すことが可能である。
なお、本発明は上記実施形態、実施例に限定されることは無い。例えば、ＬＥＤチップ３を形成するための基板として他の材料からなる基板を用いることもでき、例えばＹＡＧとＡｌ２Ｏ３（サファイア）とを積層した基板やＡｌ２Ｏ３（サファイア）中にＹＡＧを含ませた基板等を用いることも可能である。
また、波長変換層として蛍光体の他に着色剤を用いることも可能である。着色剤には、例えば赤色系として酸化ネオジウムを、緑色系として酸化クロムを、青色系として酸化銅を、黄色系として酸化ホルミウムを使用することができる。
また、蛍光体としては、半導体ＬＥＤチップから発光された光で励起されて発光する様々な種類の蛍光体を利用することができる。青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体を用いた場合には白色光を得ることができるが、こうした蛍光体に赤色蛍光体や黄緑色蛍光体を混ぜてもよく、これらの蛍光体を混ぜることによって、演色性が向上する。また、紫外光のＬＥＤチップを用い、上記蛍光体に加えて青色蛍光体を組み合わせて用いることもできる。本発明の実施形態にかかる発光装置は、様々な発光波長を有する任意の蛍光体に適応可能である。
赤色発光が可能な蛍光体としては、例えば（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類金属シリケート系蛍光体が挙げられる。Ｓｒの一部をＢａで置換することによって、発光スペクトルが低波長側へシフトし、Ｓｒの一部をＣａで置換することによって、発光スペクトルが長波長側へシフトする。このように組成を変化することで、発光色を連続的に調節することが可能である。または、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、およびＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された窒化物蛍光体が挙げられる。ほかには、赤色破断面を有する破断粒子から構成され、赤色領域の発光を行なう（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類シリコンナイトライド系蛍光体、規則的な結晶成長形状としてほぼ球形状を有する成長粒子から構成され、赤色領域の発光を行なう（Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕ）2Ｏ2Ｓ：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活希土類オキシカルコゲナイト系蛍光体等が挙げられる。
緑色発光が可能なものとしては、例えば、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行なう（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類シリコンオキシナイトライド系蛍光体、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行なう（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類マグネシウムシリケート系蛍光体などが挙げられる。
青色発光が可能なものとしては、例えば（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋やＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋等の蛍光体を用いることができる。
上述したような蛍光体は、単独でも２種類以上を混合して用いてもよい。また、発光チップと組み合わせて任意の色調を得ることができる。例えば、青色を発光する半導体発光素子と、黄色蛍光体とを組み合わせることによって白色光を発光する発光装置が得られるが、蛍光体を黄色蛍光体と赤色蛍光体との混合物に変更した場合には、暖色系の白色光となる。
２種類以上の蛍光体を混合調整させることによって、所望の白色系の混色光などを得ることができる。具体的には、発光チップの発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調整して、含有させることでその蛍光体間と発光チップで結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。
その他、本発明は上記実施形態や実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態や実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態や実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態や実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１…マウント基板
２ａ、２ｂ、２ｃ…電極
３…ＬＥＤチップ
４…蛍光体層
５…ボンディングワイヤ
６…側壁部
７…反射膜
８…凹部内の空間
９…カバー板
１５…近視野像
１６…遠視野像
２ａ、２ｂ、２ｃ…電極
３…ＬＥＤチップ
４…蛍光体層
５…ボンディングワイヤ
６…側壁部
７…反射膜
８…凹部内の空間
９…カバー板
１５…近視野像
１６…遠視野像
Claims (13)
- 支持体と、この支持体の上に設けられた金属層と、この金属層の一部の上に設けられた発光素子と、前記金属層の上に少なくとも設けられ前記発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する波長変換層とを具備し、前記金属層が、前記発光素子を中心に複数の凹凸を輪郭の少なくとも一部として有する平面形状を備えることを特徴とする発光装置。
- 前記金属層の平面形状における凹凸の凸部は、ｎ角形（ｎは３以上）から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記金属層の平面形状における凹凸の凹部は、ｎ角形（ｎは３以上）の切り欠きから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記金属層の平面形状における凹凸は曲線状の輪郭となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光装置。
- 前記金属層の平面形状における凹凸は円弧状の輪郭となっていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 支持体と、この支持体の上に設けられた金属層と、この金属層の一部の上に設けられた発光素子と、前記金属層の上に少なくとも設けられ前記発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する波長変換層とを具備し、前記金属層が、前記発光素子から発せられる光の遠視野像又は近視野像に対応するパターンを輪郭の少なくとも一部として有する平面形状を備えることを特徴とする発光装置。
- 前記波長変換層の平面形状における外周の輪郭は前記金属層の平面形状における外周の輪郭と実質的に等しいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の発光装置。
- 前記金属層は、前記発光素子の第１の引き出し電極であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の発光装置。
- 前記波長変換層は前記発光素子の上にも設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の発光装置。
- 前記支持体の上に第２の引き出し電極を備え、前記発光素子と前記第２の引き出し電極とを接続するボンディングワイヤが、前記波長変換層の最大厚さ部分を経由して設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の発光装置。
- 前記支持体の上に第２の引き出し電極を備え、前記発光素子と前記第２の引き出し電極とを接続するボンディングワイヤが、前記波長変換層の最小厚さ部分を経由して設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の発光装置。
- 前記波長変換層は蛍光体を含む層であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の発光装置。
- 支持体と、この支持体の上に設けられた金属層と、この金属層の一部の上に設けられた発光素子と、前記金属層の上に少なくとも設けられ前記発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する波長変換層とを具備する発光装置の製造方法であって、前記発光素子を中心に複数の凹凸を輪郭の一部として有する平面形状を備える前記金属層を前記支持体の上にパターン形成し、前記金属層の一部の上に発光素子を配設し、蛍光体粒子を含む原料を前記発光素子の上から滴下し、前記金属層及び前記発光素子の各表面、又は前記金属層の表面に選択的に波長変換層を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
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