JP2009054891A - Method of manufacturing light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDチップ(発光ダイオードチップ)を利用した発光素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting element using an LED chip (light emitting diode chip).
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蛍光体および透光性材料からなる色変換層とを組み合わせ所望の混色光(例えば、白色光)を得るようにした発光素子の研究開発が各所で行われている(例えば、特許文献1,2参照)。 Conventionally, an LED chip is combined with a color conversion layer made of a phosphor and a translucent material that is excited by light emitted from the LED chip and emits light of an emission color different from that of the LED chip. For example, research and development of light-emitting elements capable of obtaining white light (for example, see Patent Documents 1 and 2).
ここにおいて、上記特許文献1,2には、LEDチップの一表面側にインクジェット法により色変換層を形成する技術が記載されている。
ところで、上記特許文献1,2に開示された発光素子の製造方法のように、インクジェット法によりLEDチップ上に色変換層を直接形成する技術では、LEDチップの一表面に電極が形成されている場合でも、所望の領域に色変換層を形成することができるという利点があるが、色変換層を薄膜化した場合に表面が荒れてしまい色むらの原因になるという問題があった。 By the way, in the technique of directly forming the color conversion layer on the LED chip by the ink jet method as in the method for manufacturing the light emitting element disclosed in Patent Documents 1 and 2, electrodes are formed on one surface of the LED chip. Even in this case, there is an advantage that the color conversion layer can be formed in a desired region, but there is a problem that when the color conversion layer is thinned, the surface becomes rough and uneven color is caused.
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、色変換層の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能な発光素子の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light-emitting element capable of reducing color unevenness while reducing the thickness of a color conversion layer.
請求項1の発明は、LEDチップと、LEDチップから放射される光によって励起されてLEDチップよりも長波長の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成されLEDチップに積層された色変換層とを備えた発光素子の製造方法であって、支持基板の一表面側に色変換層を形成した後、支持基板とLEDチップとの間に色変換層が位置するように配置し、支持基板を透過するレーザ光を支持基板の他表面側から照射し色変換層と支持基板との界面で吸収させて色変換層をLEDチップ上に転写することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a color formed by an LED chip, a phosphor that is excited by light emitted from the LED chip and emits light having a longer wavelength than the LED chip, and a light-transmitting material is stacked on the LED chip. A method for manufacturing a light emitting device comprising a conversion layer, after forming a color conversion layer on one surface side of a support substrate, and placing the color conversion layer between the support substrate and the LED chip, Laser light that passes through the support substrate is irradiated from the other surface side of the support substrate, absorbed at the interface between the color conversion layer and the support substrate, and the color conversion layer is transferred onto the LED chip.
この発明によれば、支持基板の一表面側に色変換層を形成した後、支持基板とLEDチップとの間に色変換層が位置するように配置し、支持基板を透過するレーザ光を支持基板の他表面側から照射し色変換層と支持基板との界面で吸収させて色変換層をLEDチップ上に転写するので、インクジェット法により色変換層をLEDチップ上に直接形成する場合に比べて色変換層の表面の平坦性を向上でき、色変換層の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能な発光素子を提供することができる。 According to the present invention, after the color conversion layer is formed on the one surface side of the support substrate, the color conversion layer is disposed between the support substrate and the LED chip, and the laser light transmitted through the support substrate is supported. Irradiated from the other surface side of the substrate and absorbed at the interface between the color conversion layer and the support substrate, and the color conversion layer is transferred onto the LED chip. Thus, it is possible to provide a light-emitting element that can improve the flatness of the surface of the color conversion layer and reduce color unevenness while reducing the thickness of the color conversion layer.
請求項1の発明では、色変換層の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能になるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to reduce color unevenness while reducing the thickness of the color conversion layer.
本実施形態における発光装置1は、図3に示すように、可視光(本実施形態では、青色光)を放射するLEDチップ11と、LEDチップ11が実装された実装基板20と、実装基板20におけるLEDチップ11の実装面側において実装基板20との間にLEDチップ11を囲む形で配設されたドーム状の光学部材40と、光学部材40と実装基板20とで囲まれた空間でLEDチップ11を封止した封止樹脂からなる封止部50とを備え、LEDチップ11の一表面(光取り出し面)側に、LEDチップ11から放射される可視光によって励起されてLEDチップ11よりも長波長の可視光を放射する蛍光体および透光性材料からなる色変換層12が積層されている。なお、本実施形態では、LEDチップ11と色変換層12とで発光素子10を構成している。
As shown in FIG. 3, the light emitting device 1 in the present embodiment includes an
本実施形態における発光装置1では、LEDチップ11として、青色光を放射するGaN系青色LEDチップを用い、色変換層12の蛍光体として、LEDチップ11から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体を採用しており、LEDチップ11から放射され色変換層12および封止部50を透過した青色光と、色変換層12の蛍光体である黄色蛍光体から放射され封止部50を透過した黄色光とが光学部材40の光入射面40aへ入射して光学部材40の光出射面40bから出射されることとなり、白色光を得ることができる。
In the light emitting device 1 according to the present embodiment, a GaN-based blue LED chip that emits blue light is used as the
LEDチップ11は、厚み方向の一表面側(図3における上面側)に一方の電極11a(図1参照)が形成されるとともに、厚み方向の他表面側(図3における上面側)に他方の電極11b(図1参照)が形成されている。ここにおいて、各電極11a,11bは、下層側のNi膜と上層側のAu膜との積層膜により構成されている。なお、本実施形態では、LEDチップ11として、側面からは青色光がほとんど放射されないものを用いている。
The
実装基板20は、LEDチップ11が一表面側に搭載される矩形板状のサブマウント部材30と、熱伝導性材料により形成されサブマウント部材30が一面側の中央部に固着される矩形板状の伝熱板21と、伝熱板21の一面側(図3における上面側)に例えばポリオレフィン系の固着シート(図示せず)を介して固着される矩形板状のフレキシブルプリント配線板により形成され中央部にサブマウント部材30を露出させる矩形状の窓孔24を有する配線基板22とで構成されている。したがって、LEDチップ11で発生した熱が配線基板22を介さずにサブマウント部材30および伝熱板21に伝熱されるようになっている。
The
上述の伝熱板21は、Cuからなる金属板21aを基礎とし、当該金属板21aの厚み方向の両面にAu膜からなるコーティング膜21bが形成されている。
The
一方、配線基板22は、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材22aの一表面側に、LEDチップ11への給電用の一対の配線パターン23,23が設けられるとともに、各配線パターン23,23および絶縁性基材22aにおいて配線パターン23,23が形成されていない部位を覆う白色系の樹脂からなるレジスト層26が積層されている。ここにおいて、LEDチップ11は、上記一方の電極11aがボンディングワイヤ14を介して一方の配線パターン23と電気的に接続され、上記他方の電極11bがサブマウント部材30の電極パターン31およびボンディングワイヤ14を介して他方の配線パターン23と電気的に接続されている。なお、各配線パターン23,23は、絶縁性基材22aの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材22aの材料としては、FR4、FR5、紙フェノールなどを採用してもよい。
On the other hand, the
レジスト層26は、配線基板22の窓孔24の近傍において各配線パターン23,23の一部が露出し、配線基板22の周部において各配線パターン23,23の他の一部が露出するようにパターニングされており、各配線パターン23,23は、配線基板22の窓孔24近傍において露出した部位が、ボンディングワイヤ14が接続される端子部23aを構成し、配線基板22の周部において露出した円形状の部位が外部接続用電極部23bを構成している。なお、配線基板22の配線パターン23,23は、Cu膜とNi膜とAu膜との積層膜により構成され、最上層がAu膜となっている。
In the
また、サブマウント部材30は、熱伝導率が比較的高く且つ電気絶縁性を有するAlNにより形成されており、平面サイズをLEDチップ11のチップサイズよりも大きく設定してあり、伝熱板21とLEDチップ11との線膨張率差に起因してLEDチップ11に働く応力を緩和する応力緩和機能と、LEDチップ11で発生した熱を伝熱板21においてLEDチップ11のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能とを有している。したがって、本実施形態における発光装置1では、LEDチップ11と伝熱板21との線膨張率差に起因してLEDチップ11に働く応力を緩和することができるとともに、LEDチップ11で発生した熱をサブマウント部材30および伝熱板21を介して効率良く放熱させることができる。
The
本実施形態では、サブマウント部材30の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するAlNを採用しているが、サブマウント部材30の材料はAlNに限らず、例えば、複合SiC、Si、Al2O3(アルミナ)などを採用してもよい。また、サブマウント部材30の一表面側には、LEDチップ11におけるサブマウント部材30側の上記他方の電極11bと接合される上述の電極パターン31が形成され、当該電極パターン31の周囲に可視光を反射する反射膜32が形成されている。したがって、LEDチップ11から放射された可視光がサブマウント部材30に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。ここにおいて、電極パターン31は、Auを主成分とするAuとSnとの合金(例えば、80Au−20Sn、70Au−30Snなど)により形成されている。また、反射膜32は、Alにより形成されているが、Alに限らず、Ag、Ni、Auなどにより形成してもよい。
In the present embodiment, AlN having a relatively high thermal conductivity and insulating properties is adopted as the material of the
また、本実施形態における発光装置1では、サブマウント部材30の厚み寸法を、当該サブマウント部材30の表面が配線基板22のレジスト層26の表面よりも伝熱板21から離れるように設定してあり、LEDチップ11や黄色蛍光体から放射された可視光が配線基板22の窓孔24の内周面を通して配線基板22に吸収されるのを防止することができる。なお、実装基板20としては、配線パターン(回路パターン)が形成されたアルミナ基板を用いてもよい。
In the light emitting device 1 according to the present embodiment, the thickness dimension of the
上述の封止部50の材料である封止樹脂としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、例えばエポキシ樹脂などを用いてもよい。
As the sealing resin that is the material of the sealing
光学部材40は、透光性材料(例えば、シリコーン樹脂など)の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材40をシリコーン樹脂により形成してあるので、光学部材40と封止部50との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、封止部50の材料がエポキシ樹脂の場合には、光学部材40もエポキシ樹脂により形成することが好ましい。
The
上述の色変換層12は、蛍光体および透光性材料により形成されているが、本実施形態では、蛍光体として上述のように黄色蛍光体を採用し、透光性材料としてシリコーン樹脂を採用している。なお、色変換層12の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、エポキシ樹脂などを採用してもよい。また、色変換層12の周部には、LEDチップ10の上記一方の電極11aを露出させる切欠部が形成されている。
The
以上説明した発光装置1では、LEDチップ11から放射される青色光によって励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体および透光性材料により形成された色変換層12がLEDチップ11の上記一表面側に積層されていることにより、色変換層12の黄色蛍光体で発生した熱をLEDチップ11を通して実装基板20側へ放熱させることができるので、放熱性を向上できる。また、上述の発光装置1は、光学部材40の光出射面40bを球面の一部により構成してあり、光学部材40と封止部50とで構成されるレンズ部が半球状の形状となっているので、点光源として利用することができる。
In the light emitting device 1 described above, the
ところで、上述のLEDチップ11と色変換層12とで構成される発光素子10の製造にあたっては、例えば、図1(a)に示すように、支持基板(例えば、石英基板など)70の一表面側(図1(a)における下面側)に色変換層12を形成した後、支持基板70とLEDチップ11との間に色変換層12が位置するように配置し(支持基板70に対してLEDチップ11を相対的に配置し)、図1(b)に示すように、支持基板70を透過するレーザ光LBを支持基板70の他表面側(図1(a),(b)における上面側)から照射し色変換層12と支持基板70との界面で吸収させて色変換層12をLEDチップ11上に転写し、支持基板70をLEDチップ11から離すことにより図1(c)に示すような発光素子10を製造することができる。なお、色変換層12へのレーザ光LBの照射範囲は、適宜の光学系を利用して調整すればよく、支持基板70自体を所定の照射範囲へレーザ光LBを導光する形状に設計してもよい。また、支持基板70においてLEDチップ11の上記一表面側の電極11aに対応する部位に図2に示すように切欠部71を設ければ、色変換層12とLEDチップ11との距離をより短くできる。
By the way, in manufacturing the
上述の支持基板70の上記一表面側に色変換層12を形成するにあたって、支持基板70の平坦な上記一表面上に色変換層12を、例えば、スクリーン印刷法、回転塗布法(スピンコート法)、インクジェット法などにより形成すればよい。また、支持基板70の上記一表面に、色変換層12の所望の厚さ寸法に対応した所定深さの凹部を形成し、当該凹部内に色変換層12を形成するようにしてもよい。また、支持基板70として石英基板を用いているが、支持基板70は、石英基板に限らず、上記レーザ光LBに対して透明な基板であればよい。また、レーザ光LBの光源としては、例えば、紫外レーザを用いればよい。また、色変換層12と支持基板70との間に、上記レーザ光LBを吸収する材料からなるレーザ吸収層を設けてもよく、色変換層12のレーザ吸収率が低い場合には上記レーザ吸収層を設けることが好ましい。上記レーザ吸収層としては、LEDチップ11の発光波長で透明な材料を用いればよく、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ガラスなどを用いればよい。また、上記レーザ吸収層の材料は、金属ナノ粒子でもよく、Au、Ag、Cuなどの粒径が30〜300nmのナノ粒子を配置させてもよい。
In forming the
本実施形態の発光素子10の製造方法によれば、上記特許文献1,2のようにインクジェット法により色変換層をLEDチップ上に直接形成する場合に比べて、色変換層12の表面の平坦性を向上でき、色変換層12の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能な発光素子10を提供することができる。
According to the method for manufacturing the
なお、LEDチップ11の発光色と色変換層12における蛍光体の発光色との組み合わせは特に限定するものではなく、例えば、色変換層12に用いる蛍光体は、黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを併用すれば演色性の高い白色光を得ることができる。また、LEDチップ11として、紫外光を放射するLEDチップを採用して、蛍光体として、赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体とを併用するようにしても白色光を得ることができる。
Note that the combination of the emission color of the
10 発光素子
11 LEDチップ
12 色変換層
70 支持基板
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