JP2007243053A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】色むらを低減でき且つ低コスト化を図れる発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】図１（ａ）に示すＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａ上に透光性を有する樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）を塗布して未硬化の樹脂層である未硬化樹脂層２ａを形成する樹脂塗布工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。樹脂塗布工程の後、未硬化樹脂層２ａの表面側から当該未硬化樹脂層２ａに蛍光体を吹き付けて注入することで蛍光体含有未硬化樹脂層２ｂを形成するブラスト工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。ブラスト工程の後、蛍光体含有未硬化樹脂層２ｂを硬化させることで色変換層３を形成する樹脂硬化工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造の発光装置を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置の製造方法に関するものである。

従来から、ＬＥＤチップとＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光体（蛍光顔料、蛍光染料など）とを組み合わせてＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの光を出す発光装置の研究開発が各所で行われている（例えば、特許文献１）。なお、この種の発光装置としては、例えば、青色光あるいは紫外光を放射するＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせて白色の光（白色光の発光スペクトル）を得る白色発光装置（一般的に白色ＬＥＤと呼ばれている）の商品化がなされている。

ここにおいて、上記特許文献１には、図４に示すように、ＬＥＤチップ１’と、ＬＥＤチップ１’がフリップチップ実装されるサブマウント基板２０’と、ＬＥＤチップ１’の光取り出し面１ａ’上に形成され蛍光体を含有する所定厚さの樹脂層からなる色変換層３０’とを備えた発光装置が提案されている。ここで、ＬＥＤチップ１’は青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであって、サファイア基板からなる結晶成長用基板１１’の一表面側に形成された発光部１２’をサブマウント基板２０’に対向させた形でサブマウント基板２０’にフリップチップ実装されており、結晶成長用基板１１’の他表面が光取り出し面となっている。

上述の図４に示した構成の発光装置では、ＬＥＤチップ１’の光取り出し面１ａ’上に厚みの均一な色変換層３０’が形成されているので、色むらを低減することができる。なお、上記特許文献１には、色変換層３０’の厚みを２０μｍ〜１１０μｍの範囲内で設定することが記載されている。

ところで、図４に示した構成の発光装置の製造にあたっては、ＬＥＤチップ１’をサブマウント基板２０’にフリップチップ実装した後で、色変換層３０’をスクリーン印刷法により形成している。
特開２００１−１５８１７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された発光装置の製造方法のように、スクリーン印刷法により色変換層３０’を形成する場合には、高価な蛍光体の使用量が多くなってコストが高くなってしまう。また、上記特許文献１には、色変換層３０’をポッティングにより形成する方法も記載されているが、色変換層３０’内で蛍光体の濃度がばらつきやすく、発光装置ごとの色ばらつきに起因した歩留まりの低下により、コストが高くなってしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、色むらを低減でき且つ低コスト化を図れる発光装置の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの光取り出し面側に設けられＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有する色変換層とを備えた発光装置の製造方法であって、ＬＥＤチップの光取り出し面上に透光性を有する樹脂を塗布して未硬化の樹脂層を形成する樹脂塗布工程と、樹脂塗布工程により形成した未硬化の樹脂層の表面側から当該樹脂層に蛍光体を吹き付けて注入することで蛍光体含有未硬化樹脂層を形成するブラスト工程と、ブラスト工程の後で蛍光体含有未硬化樹脂層を硬化させることで色変換層を形成する樹脂硬化工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、ＬＥＤチップの光取り出し面上に形成した未硬化の樹脂層に蛍光体を吹き付けて注入することで形成した蛍光体含有未硬化樹脂層を硬化させることにより色変換層を形成するので、色変換層をポッティングにより形成する場合に比べて、色変換層の濃度のばらつきを小さくできて色むらを低減できるとともに、発光装置ごとの色ばらつきを低減できて歩留まりの向上による低コスト化を図れ、また、色変換層をスクリーン印刷法により形成する場合に比べて蛍光体の使用量を低減できて低コスト化を図れる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、樹脂塗布工程とブラスト工程と樹脂硬化工程とは、ＬＥＤチップを複数個並べて行うことを特徴とする。

この発明によれば、個々のＬＥＤチップごとに樹脂塗布工程とブラスト工程と樹脂硬化工程とを行う場合に比べて、発光装置ごとの色ばらつきを低減できるとともに、低コスト化を図れる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、ブラスト工程では、ＬＥＤチップに通電してＬＥＤチップの光取り出し面側の最表面を通して放射される光の色をモニタしながら当該モニタしている色を目標の色とするように蛍光体を吹き付けて注入することを特徴とする。

この発明によれば、発光装置ごとの色ばらつきを低減できる。

請求項１の発明では、色むらを低減でき且つ低コスト化を図れるという効果がある。

本実施形態における発光装置は、図１（ｄ）に示すように、面発光型のＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａ（図１（ａ）参照）側に設けられＬＥＤチップ１から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した色変換層３とを備えている。ここにおいて、色変換層３は、蛍光体および透光性を有する樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）により形成されており、厚みが略一定となっている。

ＬＥＤチップ１は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、色変換層３の蛍光体としてはＬＥＤチップ１から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を用いている。したがって、本実施形態における発光装置は、ＬＥＤチップ１から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換層３の表面から放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、ＬＥＤチップ１の結晶成長用基板は特に限定するものではなく、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などを採用すればよい。

以下、本実施形態の発光装置の製造方法について図１（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。

まず、図１（ａ）に示すＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａ上に透光性を有する樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）を塗布して未硬化の樹脂層である未硬化樹脂層２ａを形成する樹脂塗布工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、樹脂塗布工程では、ディスペンサを用いて上記樹脂をＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａ上に塗布することで未硬化樹脂層２ａを形成するようにしてもよいし、スピンコート法により未硬化樹脂層２ａを形成するようにしてもよい。

樹脂塗布工程の後、未硬化樹脂層２ａの表面側から当該未硬化樹脂層２ａに蛍光体を吹き付けて注入することで蛍光体含有未硬化樹脂層２ｂを形成するブラスト工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、ブラスト工程では、未硬化樹脂層２ａ上にメタルマスクを配置し、ノズルを用いてＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａに略直交する方向から蛍光体を吹き付けて未硬化樹脂層２ａ内に注入することで蛍光体含有未硬化樹脂層を形成する。上述の蛍光体としては、粒子径が１μｍ〜１００μｍ程度の蛍光体微粒子を用いており、未硬化樹脂層２ａへの蛍光体の吹き付け圧力（ブラスト圧力）は０．０１ＭＰａ〜０．５ＭＰａ程度の範囲、吹き付け時間（照射時間）は０．１秒〜１０秒程度の範囲で適宜設定することにより、未硬化樹脂層２ａへの蛍光体の注入量を１ｍｇ〜１０ｍｇ程度の範囲で制御することができる。ここで、吹き付け圧力を調整することで、未硬化樹脂層２ａへの蛍光体微粒子の到達深さを制御することができ、吹き付け時間を調整することで、未硬化樹脂層２ｂ内の蛍光体の濃度を制御することができるので、所望の領域に所定濃度の蛍光体を注入することができる。なお、青色光を放射するＬＥＤチップ１のチップサイズは１〜３ｍｍ程度なので、ノズルとして口径がφ０．５〜５ｍｍ程度のノズルを用いれば効率良く均一に注入することが可能となり、ノズルとして口径がφ０．１〜１ｍｍ程度のノズルを用いれば局所的に蛍光体を注入することも可能となる。また、ブラスト工程では、上述のように１ｍｇ〜１０ｍｇ程度の微少量の蛍光体を注入するので、注入量を安定させるために未硬化樹脂層２ａの屈折率と同等の屈折率の透明微粒子と蛍光体微粒子とを混ぜて吹き付けるようにしてもよい。

ブラスト工程の後、蛍光体含有未硬化樹脂層２ｂを硬化させることで色変換層３を形成する樹脂硬化工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造の発光装置を得る。

以上説明した本実施形態の発光装置の製造方法では、ＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａ上に形成した未硬化樹脂層２ａに蛍光体を吹き付けて注入することで形成した蛍光体含有未硬化樹脂層２ｂを硬化させることにより色変換層３を形成するので、従来のように色変換層３０’（図４参照）をポッティングにより形成する場合に比べて、色変換層３の濃度のばらつきを小さくできて色むらを低減できるとともに、発光装置ごとの色ばらつきを低減できて歩留まりの向上による低コスト化を図れ、また、色変換層３０’をスクリーン印刷法により形成する場合に比べて蛍光体の使用量を低減できて低コスト化を図れる。ここにおいて、色変換層３の基礎となる未硬化樹脂層２ａの厚みは、蛍光体をＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａにより近い位置に配置するためにより薄くする方が望ましい。また、本実施形態の発光装置の製造方法によれば、ＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａが結晶成長用基板側であるか電極などに起因した凹凸が形成された発光部側であるかによらず、色変換層３を形成することができる。したがって、ＬＥＤチップ１としてフリップチップ実装して用いるものに限らず、フェースアップ実装して用いるものを採用することができる。なお、上述の製造方法において、未硬化樹脂層２ａはＬＥＤチップ１の周囲（ＬＥＤチップ１の側面）にも存在してもよく、未硬化樹脂層２ａのうちＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａ上に形成されている部位のみに蛍光体を注入すれば、色むらのほとんどない白色光を得ることが可能となる
ところで、上述の製造方法では、１個のＬＥＤチップ１に対して、樹脂塗布工程、ブラスト工程、樹脂硬化工程を行っているが、図２に示すようにＬＥＤチップ１を複数個並べてから（図２では、３５個のＬＥＤチップ１を２次元アレイ状に並べてある）、樹脂塗布工程とブラスト工程と樹脂硬化工程とをこれら複数個のＬＥＤチップ１に対して行う（つまり、樹脂塗布工程、ブラスト工程、樹脂硬化工程それぞれにおいてバッチ処理を行う）ようにしてもよく、この場合には、個々のＬＥＤチップ１ごとに樹脂塗布工程とブラスト工程と樹脂硬化工程とを行う場合に比べて、発光装置ごとの色ばらつきを低減できるとともに、低コスト化を図れる。

また、図１にて説明した発光装置の製造方法によれば、ＬＥＤチップ１として、フェースアップ実装して用いるものを採用することもできるから、例えば、図３に示すように、ＬＥＤチップ１に一対のボンディングワイヤ４をボンディングした後で未硬化樹脂層２ａを形成し、その後、ブラスト工程において、一対のボンディングワイヤ４を介してＬＥＤチップ１に通電してＬＥＤチップ１の光取り出し面１ａ側の最表面を通して放射される光の色をカラーセンサなどによりモニタしながら当該モニタしている色を目標の色とするように蛍光体を吹き付けて注入するようにしてもよく、このような製造方法を採用すれば、発光装置ごとの色ばらつきをより低減できる。

なお、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ１として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しているが、ＬＥＤチップ１の発光色は青色に限らず、例えば、赤色、緑色などでもよい。

実施形態における発光装置の製造方法の説明図である。 同上の発光装置の他の製造方法の説明図である。 同上の発光装置の別の製造方法の説明図である。 従来例を示す発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤチップ
１ａ 光取り出し面
２ａ 未硬化樹脂層
２ｂ 蛍光体含有未硬化樹脂層
３ 色変換層

Claims (3)

1. ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの光取り出し面側に設けられＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有する色変換層とを備えた発光装置の製造方法であって、ＬＥＤチップの光取り出し面上に透光性を有する樹脂を塗布して未硬化の樹脂層を形成する樹脂塗布工程と、樹脂塗布工程により形成した未硬化の樹脂層の表面側から当該樹脂層に蛍光体を吹き付けて注入することで蛍光体含有未硬化樹脂層を形成するブラスト工程と、ブラスト工程の後で蛍光体含有未硬化樹脂層を硬化させることで色変換層を形成する樹脂硬化工程とを備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
2. 樹脂塗布工程とブラスト工程と樹脂硬化工程とは、ＬＥＤチップを複数個並べて行うことを特徴とする請求項１記載の発光装置の製造方法。
3. ブラスト工程では、ＬＥＤチップに通電してＬＥＤチップの光取り出し面側の最表面を通して放射される光の色をモニタしながら当該モニタしている色を目標の色とするように蛍光体を吹き付けて注入することを特徴とする請求項１記載の発光装置の製造方法。
   

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