JP2012099544A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の向上した発光装置を安価に製造可能な製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 発光装置１０の製造方法は、発光素子３が載置された基材１上に、前記発光素子３を囲む枠状の第１の光反射性樹脂５ａを形成する第１の光反射性樹脂形成工程と、前記第１の光反射性樹脂５ａと前記発光素子３との間に、前記第１の光反射性樹脂５ａより粘度の低い第２の光反射性樹脂５ｂを充填し、前記第２の光反射性樹脂５ｂによって前記発光素子３の側面を被覆する第２の光反射性樹脂充填工程と、を有し、前記第２の光反射性樹脂充填工程の後、さらに、前記第１の光反射性樹脂５ａと前記第２の光反射性樹脂５ｂとを硬化する樹脂硬化工程を備える。
【選択図】図５

Description

本件発明は、発光素子の側面を光反射性樹脂で被覆した発光装置の製造方法に関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）、レーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等の半導体発光素子は、各種の光源として利用されている。特に近年は、蛍光灯に代わる照明用の光源として、より低消費電力で長寿命の次世代照明として発光ダイオードが注目を集めており、更なる発光出力の向上及び発光効率の改善が求められている。また、車のヘッドライトなどの投光器、投光照明のように、高輝度であって、且つ、特定の配光分布、例えばランバーシャンと呼ばれる半球状の配光分布を有する光源も求められている。配光分布を制御するために、発光素子の側面を光反射部材で被覆した発光装置が提案されている。

このような発光装置として、例えば特許文献１に記載される発光装置９００が提案されており、この発光装置９００の断面図を図１０に示す。発光装置９００は、ＬＥＤ素子９０１と、このＬＥＤ素子９０１を搭載するセラミックス製のケース９０４からなる。ケース９０４は、光取出側に開口しており、開口内部にＬＥＤ素子９０１が載置される。さらに、ケース９０４内には、光反射粒子を含有するコーティング材９０３が充填されており、ＬＥＤ素子９０１における光取出面を除く外面領域は、このコーティング材９０３でもって被覆されている。

加えて、成形されたコーティング材９０３の外面上であって、かつ光取出面上には、シート状の蛍光体層９０２が配設されている。蛍光体層９０２は、ＬＥＤ素子９０１からの放射光（青色光）を受けて励起されることにより、波長変換光（黄色光）を放射するＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）等の蛍光体を含む樹脂からなる。また、蛍光体層９０２は、ＬＥＤ素子９０１の光取出面全体を覆うように構成され、さらに光取出側に露出する発光面を有する。これにより、ＬＥＤ素子９０１からの一次光（青色光）と、この一次光の一部が波長変換された二次光（黄色光）とが混色されて、発光面より白色光が得られる。

また、特許文献２および特許文献３には、平坦な基板上に発光素子を実装した発光装置が提案されている。特許文献２に記載される発光装置９１０を図１１に示す。発光装置９１０は、基板９１１上に、発光素子９１２と、その上面に設けられた発光素子９１２からの光を波長変換する蛍光体を含む光透過性部材９１３を有し、発光素子９１２および光透過性部材９１３の側面が光反射性材料９１４によって被覆されている。

特開２００７−１９０９６号公報 WO ２００９／０６９６７１ 特開２００９−２１８２７４号公報

上記の通り、特許文献１〜３には、発光素子の側面を被覆する光反射性樹脂を形成する方法が提案されている。しかし、特許文献１に記載のように、放熱性の良好なセラミックス製のケースに開口を設け、開口内に光反射性樹脂を充填する場合、セラミックスシートを一部除去する等によって開口を形成する必要がある。これによって工程が増加するため、また、セラミックスに開口を形成する際の加工精度が良好でないため、歩留まり低下やコスト増大が生じることがある。

また、特許文献２および特許文献３には、開口を設けず平坦な基板上に光反射性樹脂を形成する方法が提案されているが、生産性が十分ではなかった。例えば、光反射性樹脂を堰き止める枠体を基板と同様の材料で形成すると、上記の特許文献１と同様に、歩留まり低下やコスト増大が生じる場合がある。また、枠体を用いて光反射性樹脂を成型し、その後に枠体を除去する方法を用いると、枠体を除去する際に、枠体と共に光反射性樹脂の一部が基板から剥離する場合がある。

そこで本件発明は、光反射性樹脂と基板との剥離を抑制でき、信頼性の向上した発光装置を安価に製造可能な、新たな発光装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本件発明の発光装置の製造方法は、発光素子が載置された基材上に、前記発光素子を囲む枠状の第１の光反射性樹脂を形成する第１の光反射性樹脂形成工程と、前記第１の光反射性樹脂と前記発光素子との間に、前記第１の光反射性樹脂より粘度の低い第２の光反射性樹脂を充填し、前記第２の光反射性樹脂によって前記発光素子の側面を被覆する第２の光反射性樹脂充填工程と、を有し、前記第２の光反射性樹脂充填工程の後、さらに、前記第１の光反射性樹脂と前記第２の光反射性樹脂とを硬化する樹脂硬化工程を備える。

上記の発光装置の製造方法は、以下の構成を組み合わせることができる。
前記第１の光反射性樹脂および前記第２の光反射性樹脂は同じ樹脂材料からなる。
前記第１の光反射性樹脂形成工程において、前記第１の光反射性樹脂を、その高さが、前記発光素子の上面と略同一かそれより低くなるように形成し、前記第２の光反射性樹脂充填工程において、前記発光素子の上面が前記第２の光反射性樹脂から露出するように前記第２の光反射性樹脂を充填する。
前記発光素子の上に透光性部材が配置されており、前記第２の光反射性樹脂充填工程において、前記発光素子及び前記透光性部材の側面が前記第２の光反射性樹脂によって被覆され、且つ、前記透光性部材の上面が前記第２の光反射性樹脂から露出されるように、前記第２の光反射性樹脂を充填する。
前記第１の光反射性樹脂形成工程において、前記第１の光反射性樹脂を、その高さが、前記透光性部材の上面と略同一かそれより低くなるように形成する。
前記透光性部材は、蛍光体を含有する。
前記第１の光反射性樹脂および前記第２の光反射性樹脂は、透光性の樹脂からなる母材中に、該母材の屈折率と異なる粒子を分散させてなる。
前記第１の光反射性樹脂の母材はシリコーン樹脂であり、前記第２の光反射性樹脂の母材は、前記第１の光反射性樹脂の母材より粘度の低いシリコーン樹脂である。
前記粒子は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉよりなる群から選択された少なくとも一種を含む酸化物、または、ＡｌＮ、ＭｇＦである。

本件発明によれば、第２の光反射性樹脂を充填した後で、第１の光反射性樹脂と第２の光反射性樹脂を硬化するため、第１の光反射性樹脂と第２の光反射性樹脂が一体化して形成される。これによって、第１の光反射性樹脂と第２の光反射性樹脂の密着力を向上でき、また、第１の光反射性樹脂および第２の光反射性樹脂と基材との密着力を向上でき、各部材の剥離を抑制でき、信頼性の向上した発光装置を安価に製造可能な発光装置の製造方法を提供することができる。

図１は、実施の形態１に係る発光装置を示す模式斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る発光装置を示す模式平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線における模式断面図である。 図４は、実施の形態１に係る発光装置の製造方法を説明する模式断面図である。 図５は、実施の形態１に係る発光装置の製造方法を説明する模式断面図である。 図６は、実施の形態１に係る発光装置の製造方法を説明する模式平面図である。 図７は、実施の形態１に係る発光装置の製造方法を説明する模式平面図である。 図８は、実施の形態２に係る発光装置を示す模式断面図である。 図９は、実施の形態３に係る発光装置を示す模式平面図である。 図１０は、従来の発光装置を示す模式断面図である。 図１１は、従来の発光装置を示す模式断面図である。

以下、本件発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。各図面は模式図であり、そこに示された配置、寸法、比率、形状等は実際と異なる場合がある。また、各実施形態において他の実施形態と同一の符号を用いた部材は、同一又は対応する部材を表しており、説明を省略する場合がある。

本件明細書において、「上」、「下」という用語は、発光装置の発光を取り出す側とその逆側を指す用語としても用いる。例えば、「上方」は、発光装置の発光を取り出す方向を指し、「下方」は、その逆の方向を指す。また、「上面」とは発光装置の発光を取り出す側にある面を指し、「下面」とはその逆側の面を指す。

＜実施の形態１＞
図１〜３は、本件発明の実施の形態１に係る発光装置１０を示す模式図である。図１は模式斜視図、図２は模式平面図、図３は図２のＡ−Ａ線における模式断面図である。発光装置１０は、基材１上に、発光素子３と、発光素子３の上面に設けられた透光性部材４と、発光素子３および透光性部材４の側面を被覆する光反射性樹脂５と、を有する。光反射性樹脂５から露出した透光性部材４の上面が、発光装置の発光面４ａであり、発光面４ａから光が取り出される。発光装置１０は、導電パターン２ａ、２ｂの光反射性樹脂５から延出され露出された部分を外部電源と接続される外部接続部として用いることができ、バンプ８ａ、８ｂを介して発光素子３および保護素子７に電流が供給される。

基材１の表面には、正負一対の導電パターン２ａ、２ｂが設けられており、導電パターン２ａ、２ｂそれぞれに基材１が露出した貫通孔６ａ、６ｂが設けられている。貫通孔６ａ、６ｂは、導電パターン２ａ、２ｂの延出方向に沿って長い形状、つまり本実施形態では基材１の長手方向に沿って長い形状であり、その一部が光反射性樹脂５に被覆され、貫通孔６ａ、６ｂ内において、基材１の表面と光反射性樹脂５とが接触している。また、基材１上には、光反射性樹脂５内に埋没されたツェナーダイオード等の保護素子７が設けられている。本実施形態では、同一面側に正電極と負電極が形成され、これらの電極が形成された面を基材に実装するフェースダウン素子であり、Ａｕ等のバンプ８ａ、８ｂによって基材１表面の導電パターン２ａ、２ｂにフリップチップ実装されている。

（製造方法）
本実施形態の発光装置１０の製造方法について、図４〜図７を用いて説明する。図４および図５は、本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する模式断面図であり、図６および図７は、本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する模式平面図である。

まず、図４（ａ）、図６（ａ）に示すように、基材１上に正負一対の導電パターン２ａ、２ｂを形成する。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、カソード側の導電パターン２ａとアノード側の導電パターン２ｂが、発光素子３が載置される基材１の中央部から外縁に向かって延出され、外部電源と接続される外部接続部が構成される。導電パターン２ａ、２ｂは、幅広とすることで、外部電源からの電流を発光素子３へと効率的に流すことができ、好ましくは発光素子３の幅より広い幅とする。また、図６（ａ）に示すように、導電パターン２ａ、２ｂの間には中継用の導電パターン２ｃが設けられており、これによって、フリップチップ実装される４個の発光素子が直列接続される。

次に、図４（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、発光素子３および保護素子７を、バンプ８ａ、８ｂによって導電パターン２ａ、２ｂにフリップチップ実装する。４個の発光素子３は一列に配置され、上記したように導電パターン２ａ、２ｂ、２ｃによって直列接続される。

次に、図４（ｃ）、図６（ｃ）に示すように、発光素子３の上面に透光性部材４を接着する。発光素子３と透光性部材４は、接着材（図示せず）を介して固着することができる。この接着材は、発光素子３からの出射光を透光性部材４側へと有効に導光でき、双方の部材を光学的に連結できる材質が好ましく、例えばシリコーン樹脂などの透光性接着材料を用いる。また、発光素子３と透光性部材４との固着には、熱圧着による結晶接合等も採用できる。

また、このように、発光素子３が基材１上に形成された導電パターン（金属めっき）上にバンプ等の導電部材を介してフリップチップ実装されている場合、基板の発光素子搭載部と、発光素子との隙間にアンダーフィル材（図示せず）を配置することが好ましい。これにより、発光素子と基板の熱膨張率の差による応力を吸収したり、放熱性を高めたりすることができる。アンダーフィル材は、白色樹脂のように光反射性の部材を用いることで、発光素子から基板方向へ出射される光を反射することができ、光束を高めることができる。

アンダーフィル材は、後の工程でこれらを被覆して形成される第２の光反射性樹脂５ｂよりも低弾性あるいは低線膨張の材料を用いると、発光素子と基板との接合部における樹脂膨張収縮応力の緩和が可能となり、電気的な接合信頼性が向上するため好ましい。このようなアンダーフィル材は、例えばＪＩＳ−Ａ硬度（ゴム硬度）１０以下とすることが好ましい。この場合、第２の光反射性樹脂５ｂに機械強度の高い材料を使用し、アンダーフィル材が外部に露出しないよう、第２の光反射性樹脂５ｂでアンダーフィル材を完全に覆う構成とすることが好ましい。これにより、発光素子３およびアンダーフィル材部分の外的応力に対する耐久性を確保できる。なお、このようにアンダーフィル材と第２の光反射性樹脂５ｂを異なる材料とする場合は、第２の光反射性樹脂５ｂを充填する前にアンダーフィル材を硬化することが好ましい。これにより、互いの樹脂が混合することを防止できるので、互いの樹脂の性能を損なうことがない。

次に、図５（ａ）、図７（ａ）に示すように、発光素子３および保護素子７を囲む枠状の第１の光反射性樹脂５ａを形成する。第１の光反射性樹脂５ａは、例えば、空気圧で液体樹脂を連続的に、あるいはドット状に吐出可能な樹脂吐出装置を用いて形成することができる。第１の光反射性樹脂５ａは、好ましくは、貫通孔６ａ、６ｂを横断するように形成する。これによって、貫通孔６ａ、６ｂの内側で露出した基材１と第１の光反射性樹脂５ａが接することができ、第１の光反射性樹脂５ａと基材１との密着性を向上できる。貫通孔６ａ、６ｂ内に露出した基材１の表面は、第１の光反射性樹脂５ａからなる枠の内側に充填される樹脂（第２の光反射性樹脂５ｂ）とも接することが好ましく、また、製造時のずれを考慮して、第１の光反射性樹脂５ａの形成位置は、貫通孔６ａ、６ｂの中心近傍か、それよりも基材１の外縁側とすることが好ましい。

第１の光反射性樹脂５ａは、その高さが、光を取り出す発光面となる透光性部材４の上面と同程度かそれより低くなるように形成することが好ましい。このように形成することで、後の工程で形成する低粘度の第２の光反射性樹脂５ｂの這い上がりを利用して発光素子３と透光性部材４の側面を被覆でき、第２の光反射性樹脂５ｂが透光性部材４の上面に乗り上げて光の出射を阻害することを抑制できる。また、第１の光反射性樹脂５ａを高く形成しようとすると、樹脂の量が多くなり幅も広くなるため、この観点からも、第１の光反射性樹脂５ａの高さは透光性部材４の上面と同程度かそれより低くすることが好ましい。このように、第１の光反射性樹脂５ａの高さは、発光装置の発光面と同程度かそれより低くすることが好ましい。また、第１の光反射性樹脂５ａの高さは、発光素子３および透光性部材４を被覆させる第２の反射性樹脂５ｂが溢れない程度に高くする。好ましくは、基材１の表面または導電パターン２ａ、２ｂから発光面４ａまでの高さの半分以上とする。

第１の光反射性樹脂５ａの粘度を高くすることで、幅の増大を抑制してその高さを高くできるが、一方で粘度が高くなると生産性が低下する。特に、樹脂吐出装置を用いて液体樹脂を吐出すことにより第１の光反射性樹脂５ａを形成する場合には、吐出した樹脂の始点と終点を重ねることで枠を形成するが、樹脂の粘度が高いと、重なり部分に隙間が残されたり、重なり具合に差が生じたりする。第１の光反射性樹脂５ａの粘度は、例えば、図５（ａ）に示すように、断面形状が略半円形状であって、その裾野が基材１上に濡れ広がる程度とする。

第１の光反射性樹脂５ａを硬化する前に、図５（ｂ）、図７（ｂ）に示すように、第１の光反射性樹脂５ａからなる枠の内側に、第１の光反射性樹脂５ａよりも粘度の低い第２の光反射性樹脂５ｂを充填する。第２の光反射性樹脂５ｂは、図５（ｂ）に示すように、発光素子３および透光性部材４の側面を被覆し、第２の光反射性樹脂５ｂから露出した透光性部材４の上面を発光装置１０の発光面４ａとする。また、第２の光反射性樹脂５ｂが第１の光反射性樹脂５ａの枠から溢れないように、第２の光反射性樹脂５ｂの表面のうち最も低い部分が第１の光反射性樹脂５ａの高さと同程度か、もしくはそれよりも低くなるように第２の光反射性樹脂５ｂを充填する。第２の光反射性樹脂５ｂの充填量は、発光素子３および透光性部材４の側面をほぼ完全に被覆する程度に調整する。各部材の表面状態や第２の光反射性樹脂５ｂの粘度にもよるが、例えば基材１の表面または導電パターン２ａ、２ｂから発光面４ａまでの高さの半分以上とする。光漏れを防止するためには、特に発光源である発光素子３の側面において第２の光反射性樹脂５ｂを厚く形成することが好ましい。このため、第２の光反射性樹脂５ｂの表面のうち最も低い部分が発光素子３の上面より高くなるように、第１の光反射性樹脂５ａを少なくとも発光素子３の上面より高く形成し、第２の光反射性樹脂５ｂの充填量を調整することが好ましい。

また、保護素子７による光吸収を防止するため、保護素子７は第２の光反射性樹脂５ｂによって完全に被覆される。このとき、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂによって、発光素子３の近傍や保護素子７の近傍など、正負一対の導電パターン２ａ、２ｂが対面する部分が被覆されるように形成することが好ましく、これによって塵の付着等による短絡を防止することができる。

第２の光反射性樹脂５ｂは、発光素子３および透光性部材４の側面を確実に被覆するため、第１の光反射性樹脂５ａよりも粘度の低い樹脂材料を選択する。光反射性樹脂を構成する樹脂として高粘度の樹脂のみを用いると、発光素子３や透光性部材４の側面に沿って這い上がり難く、完全に側面を被覆することが困難である。一方、低粘度の樹脂のみを用いると、樹脂の裾野が不必要に広がり、発光装置のサイズが大きくなる。また、これを防ぐために樹脂を堰き止める型を用いると、型を剥がす際に樹脂が引っ張られ、基材から樹脂が剥離する場合がある。このため、本実施形態では、第１の光反射性樹脂５ａとして高粘度の樹脂を用い、第２の光反射性樹脂５ｂとして低粘度の樹脂を用いる。第１の光反射性樹脂５ａは、第２の光反射性樹脂５ｂよりも粘度の高い樹脂とすることで、樹脂硬化前であっても、粘度の低い第２の光反射性樹脂５ｂを塞き止めるダムとして機能させることができる。なお、粘度は、例えば母材となる樹脂自体の粘度によって調整できる。この場合、母材に含有されるフィラーは第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂで同じものを使用してよい。

第２の光反射性樹脂５ｂの充填後、図５（ｃ）、図７（ｃ）に示すように、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂとを硬化し、光反射性樹脂５とする。第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂとは、上記のように同一の基材１上に密着して形成されているため、同一工程で硬化できる。これらの樹脂は略同時に硬化されることが好ましいが、硬化開始と硬化完了が同時でなくてもよい。これによって、第１の光反射性樹脂と第２の光反射性樹脂との境界に界面が形成されず、一体化される。これによって、第１の光反射性樹脂と第２の光反射性樹脂の密着力が向上でき、剥離を抑制できるので、信頼性の向上した発光装置を得ることができる。好ましくは、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂが同一条件で硬化されるように、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂの母材として硬化条件が実質的に等しい樹脂を用いる。

以下に、本実施形態における発光装置１０の各部材及び構造について説明する。

（基材１）
基材１としては、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックスなどの絶縁性部材で構成される基板が挙げられる。また、絶縁部材を形成した金属であってもよいし、金属部材に絶縁部材を形成しているものであってもよい。特に、本実施形態では、第１の光反射性樹脂５ａによって枠を形成し、その内側に第２の光反射性樹脂５ｂやその他の樹脂を充填できるため、基材１は平板上の基板とすることが好ましい。また、その表面に発光素子３との接続をとるための導体配線（導電パターン）を形成することができるものが好ましく、そのような材料として、耐熱性および耐候性の高いセラミックスからなることが好ましい。セラミックス材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが好ましい。また、光反射性樹脂５との密着性の点からも、セラミックス材料を用いることが好ましい。セラミックス材料は、金属材料からなる導電パターンよりも、光反射性樹脂５との密着性が高く、さらには光反射性樹脂５との熱膨張係数差が小さいため熱応力を緩和させることが可能となる。これにより発光装置の封止気密性が向上し、温度サイクル時の熱ストレスによる光反射性樹脂の剥離が防止され、発光装置の信頼性の向上が期待できる。また、基材１は、発光素子３からの熱を適切に放熱するために、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。

また、本実施形態では、基材１上において４個の発光素子３が実装されているが、発光素子３の搭載個数はこれに限定されるものではなく、所望とする発光装置の大きさや必要とされる輝度に応じて適宜変更することができる。

（導電パターン２ａ、２ｂ）
正負一対の導電パターン２ａ、２ｂは、基材１上に、光反射性樹脂５に被覆された樹脂被覆部から基材１の外縁に向かって延出された形状で形成される。導電パターン２ａ、２ｂは、幅広とすることで、外部電源からの電流を発光素子３へと効率的に流すことができ、好ましくは発光素子３の幅より広い幅とする。導電パターン２ａ、２ｂの材料としては、基材１表面に形成可能であり、発光装置の正極および負極として用いることのできる材料を選択する。例えば、バンプと同じＡｕを用いる。導電パターン２ａ、２ｂは、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成できる。また、本実施形態の導電パターン２ａ、２ｂは、光反射樹脂５によって被覆された樹脂被覆部から基材１の外縁へ向かって延伸し、基材１の外縁にほぼ到達した位置で、さらに基材１の外縁に沿って連続して延伸している。これによって、外部電源と接続される外部接続部を大面積とでき、外部電源と接続し易い発光装置とできる。また、導電パターン４ａ、４ｂに用いられる金属材料は、外来光を反射し易いため、図２に示すように、光反射性樹脂５から露出した導電パターン６ａ、６ｂの図２中における下端の位置は発光面４ａの図２中における下端の位置と略同一とすることが好ましい。これによって、図２中における発光面４ａの下端よりも下側において、外来光からの照り返しを抑制でき、所望の照射パターンを得ることができる。

（貫通孔６ａ、６ｂ）
導電パターン２ａ、２ｂには、それぞれ、導電パターン２ａ、２ｂの延出方向に沿って長い形状であって基材１が露出した貫通孔６ａ、６ｂが設けられる。導電パターン２ａ、２ｂの延出方向は、導電パターン２ａ、２ｂが光反射性樹脂５で被覆された樹脂被覆部から基材１の外縁に向かって延伸した方向であり、本実施形態では基材１の長手方向と一致する。貫通孔６ａ、６ｂは、例えば、導電パターン２ａ、２ｂの形成の際に所定のマスクパターンを配置して形成することができる。貫通孔６ａ、６ｂは、少なくとも光反射性樹脂５で被覆される位置に設けられ、貫通孔６ａ、６ｂの内側で基材１と光反射性樹脂５が接触する。製造過程においては、貫通孔６ａ、６ｂは、第１の光反射性樹脂５ａが形成される位置に、好ましくは第１の光反射性樹脂５ａおよび第２の光反射性樹脂５ｂの両方が形成される位置に形成される。このように、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂの両方が共通の貫通孔６ａ、６ｂを被覆するように各部材を配置することで、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂの基材１との密着性を向上でき、剥離を抑制できる。

光反射性樹脂５は、導電パターン２ａ、２ｂ（金属）よりも基材１（特に樹脂やセラミックス）との密着性が良好であるため、基材１の表面を貫通孔６ａ、６ｂにより一部露出させることで、基材１と光反射性樹脂５との密着性を向上でき、光反射性樹脂５の剥離を抑制できる。さらに、貫通孔６ａ、６ｂを導電パターンの延出方向に沿って長い形状としているので、導電パターン２ａ、２ｂを流れる電流が阻害され難く、且つ、光反射性樹脂５との接着面積を大きくできる。また、このような貫通孔６ａ、６ｂを設けることで、導電パターン２ａ、２ｂの幅広化による基材１と光反射性樹脂５との密着性の低下を抑制できるので、導電パターン２ａ、２ｂを幅広に設けることができ、電流が流れ易く、電気抵抗が低い発光装置を得ることができる。

貫通孔６ａ、６ｂは、好ましくは導電パターン２ａ、２ｂの延出方向と略平行な方向に長い形状とし、さらに好ましくは、図２に示すように、導電パターン２ａ、２ｂの延出方向を長手方向とする略長方形状とする。また、図７（ａ）に示すように、貫通孔６ａ、６ｂは、枠状の第１の光反射性樹脂５ａの延伸方向に対して垂直方向に長い形状とすることが好ましい。貫通孔６ａ、６ｂの短手方向の幅は、少なくとも、貫通孔６ａ、６ｂ内で基材１と光反射性樹脂５とが接触可能な程度あればよく、導電パターン２ａ、２ｂにおける電流の流れを阻害し難いように幅狭とすることが好ましい。貫通孔６ａ、６ｂの短手方向の幅は、発光素子３の幅よりも小さくでき、また、第１の光反射性樹脂５ａの幅よりも小さくできる。また、貫通孔６ａ、６ｂの短手方向の幅は、貫通孔６ａ、６ｂが配置された部分における導電パターン２ａ、２ｂの幅の５％〜２０％程度とすることが好ましく、複数配置する場合は、複数の貫通孔６ａの幅の合計を導電パターン２ａの半分以下、さらには２０％〜４０％程度とすることが好ましい。このような貫通孔６ａ、６ｂは、複数設けることで、電流の流れを阻害しないように、基材１と光反射性樹脂５との接着面積を大きくでき、基材１と光反射性樹脂５との密着力を向上できる。複数の貫通孔６ａ、６ｂは略同一の間隔で配置することが好ましく、正負一対の導電パターン２ａ、２ｂにそれぞれ同一の数を同様に配置することが好ましい。例えば、本実施形態では、図６（ａ）に示すように、正負一対の導電パターン２ａ、２ｂにそれぞれ４個ずつの貫通孔６ａ、６ｂを設けている。

（発光素子３）
発光素子３としては、発光ダイオードを用いるのが好ましい。発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。蛍光体を有する発光装置とする場合には、その蛍光体を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。

本実施形態１の発光素子３は、同一面側に正負一対の電極を有するものであり、一対の電極がバンプ８ａを介して基材１の導電パターン２ａ、２ｂにフリップチップ実装されており、電極の形成された下面と対向する上面を主な光出射面としている。このような発光素子３は、バンプ８ａや導電ペーストなどの導電部材を用いて導電パターン２ａ、２ｂに電気的に接続されるため、金属ワイヤなどで接続されるフェースアップ型の発光素子と比較して、導電パターン２ａ、２ｂとの接続面積を大きくできる。これによって、幅広で形成した導電パターン２ａ、２ｂによる電流を阻害されずに発光素子３へ電流を流し易くできる。このため、発光素子３は、フリップチップ実装される発光素子、例えば、導電パターン側に正負一対の電極を有するフェースダウン型の発光素子を用いることが好ましい。

発光素子３は、例えば、透光性の成長用のサファイア基板上に窒化物半導体を積層させて形成された発光素子であり、サファイア基板が発光素子３の上面側となり、主な光出射面となる。なお、成長用基板は除去してもよく、例えば、研磨、ＬＬＯ（Laser Lift Off）等で除去することができる。なお、このような成長用基板はサファイア基板に限定されるものではなく、適宜変更可能である。なお、発光素子３は複数でも単数でもよい。

（透光性部材４）
透光性部材４は、発光素子３から出射される光を透過して外部に放出することが可能な材料であり、光拡散材や、入射された光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を含有させてもよい。具体的には、例えば、蛍光体の単結晶、多結晶もしくは蛍光体粉末の焼結体等の蛍光体インゴットから切り出したものや、樹脂、ガラス、無機物等に蛍光体粉末を混合して焼結したものが挙げられる。透光性部材４の厚みは、特に限定されるものではなく、適宜変更可能であるが、例えば、５０〜３００μｍ程度である。発光素子３の上面に透光性部材４を設けることで、発光素子３単独よりも、基材１の表面または導電パターン２ａ、２ｂから発光装置の発光面４ａまでの距離を大きくできるので、光反射性樹脂５による発光面４ａの被覆を抑制できる。また、保護素子７を設ける場合には、透光性部材４を設けることで発光面４ａを保護素子７の上面よりも高くでき、保護素子７を光反射性樹脂５によって完全に埋没させることができるので、保護素子７による光吸収を防止できる。

青色発光素子と好適に組み合わせて白色系の混色光を発光させることができ、波長変換部材に用いられる代表的な蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系、ＢＯＳ（Barium ortho-Silicate）系等の蛍光体などが好適に用いられる。白色に発光可能な発光装置とする場合、透光性部材４に含有される蛍光体の濃度によって白色となるよう調整される。蛍光体の濃度は、例えば、５〜５０％程度である。透光性部材４の厚みが薄いほうが光取り出し効率が良くなるが、薄くなるほど強度が下がるため、また、基材１表面から発光面４ａまでの距離が小さくなるため、適宜調整されるのが好ましい。さらに、波長変換部材を含有する透光性部材４と青色発光素子とを接合する接着材に赤色蛍光体を含有させることで、ＪＩＳ規格に沿うように、電球色に発光する発光装置とすることができる。

透光性部材４は、発光素子からの光を入射する面となる下面と、発光素子からの光を出射する面となる上面（図３においては発光面４ａ）とを有している。透光性部材４の上面および下面は、互いに略平行な平坦面であってもよいし、平坦面に凹凸形状を有する構造であってもよいし、曲面を有してもよい。例えば、透光性部材４はレンズ形状であってもよく、レンズ状の透光性部材４の側面を光反射性部材５によって被覆する構造としてもよい。好ましくは、透光性部材４は、光反射性部材５によって側面が被覆され易く上面が被覆され難い板状とする。

発光素子３を複数個搭載する場合には、発光素子３のそれぞれに対して透光性部材を接合してもよいし、図６（ｃ）に示すように、複数の発光素子３に対して１つの透光性部材４を接合させてもよい。また、後述する図８に示す実施の形態２に係る発光装置２０のように、透光性部材を省略して、発光素子３の上面を発光装置の発光面３ａとすることもできる。

（光反射性樹脂５、第１の光反射性樹脂５ａ、第２の光反射性樹脂５ｂ）
光反射性樹脂５は、本実施形態では、発光素子３および透光性部材４の側面を被覆しており、具体的には、発光素子３および透光性部材４の周囲を包囲する枠状の第１の光反射性樹脂５ａを形成し、第１の光反射性樹脂５ａと発光素子３および透光性部材４の間に第２の光反射性樹脂５ｂを充填し、これらを硬化して形成される。このとき、少なくとも発光素子３の上面（光取出面）は光反射性樹脂５から露出させることにより、透光性部材４に光を入光することが可能なように形成される。光反射性樹脂５は、発光素子３からの光を反射可能な部材からなり、発光素子３と光反射性樹脂５との界面、および、透光性部材４と光反射性樹脂５との界面で、発光素子３からの光を発光素子３および透光性部材４内に反射させる。このように、発光素子３および透光性部材４内を光が伝播し、最終的に透光性部材４の上面４ａから、外部へと出射される。

光反射性樹脂５の上面は、発光装置の発光面４ａである透光性部材４の上面の高さよりも低いことが好ましい。発光面４ａから出射された光は、横方向にも広がりを持つ。光反射性樹脂５の上面が、発光面４ａの高さよりも高い場合には、発光面４ａから出射された光が光反射性樹脂５に当たって反射され、配光のばらつきが生じる。よって、透光性部材４の側面は光反射性樹脂５で覆いつつ、側面の外周を覆う光反射性樹脂５の高さを低くすることで、出射された光を外部に直接取り出すことができるため、好ましい。

光反射性樹脂５としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂からなる母材に反射性物質を含有させることで形成することができる。反射性物質の材料としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉのいずれかを含む酸化物、または、ＡｌＮ、ＭｇＦなどを用いることができる。好ましくは酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用いる。好ましくは、反射性物質として、母材の屈折率と異なる粒子を母材中に分散させる。その含有濃度、密度により光の反射量、透過量が異なるため、発光装置の形状、大きさに応じて、適宜濃度、密度を調整するとよい。例えば、比較的小さい発光装置の場合には、第１の光反射部材の肉厚を小さくする必要があり、その薄肉部で光の漏れを抑制するために、反射性物質の濃度を高くすることが好ましい。一方で、光反射性樹脂５の塗布、成形などの製造工程において、反射性物質の濃度が高くなると製造上の困難性がある場合には、その濃度を適宜調整する。例えば、反射性物質（粒子）の含有濃度を３０ｗｔ％以上、その肉厚を２０μｍ以上とするのが好ましい。

第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂは、それぞれ、高粘度の樹脂と低粘度の樹脂とすることが好ましく、その材料として、上記の光反射性樹脂５と同様のものを用いることができる。第１の光反射性樹脂５ａの粘度は、２００〜１２００Ｐａ・ｓが好ましく、さらには２００〜９００Ｐａ・ｓ、３５０〜４００Ｐａ・ｓとすることが好ましい。第２の光反射性樹脂５ｂの粘度は、２０Ｐａ・ｓ以下が好ましく、４Ｐａ・ｓ以上が好ましく、さらには４〜８Ｐａ・ｓとすることが好ましい。また、第１の光反射性樹脂５ａの粘度は、このような第２の光反射性樹脂５ｂの粘度より２００Ｐａ・ｓ以上大きくし、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂとの粘度差は例えば４００Ｐａ・ｓ程度とする。また、反射性物質を含有させることよって樹脂の粘度は変化する。第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂとにそれぞれ酸化チタン粒子を約３０ｗｔ％含有させる場合は、第１の光反射性樹脂５ａの母材として粘度が２３０〜２７０Ｐａ・ｓの樹脂を用い、第２の光反射性樹脂５ｂの母材として粘度が２．７〜５．３Ｐａ・ｓの樹脂を用いることが好ましい。第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂは、同じ樹脂材料を用いることが好ましく、これによって、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂの密着性を向上でき、また、実質的に同一の条件で硬化させることができる。同じ樹脂材料であっても粘度の異なるものがあるため、例えば、高粘度のジメチルシリコーン樹脂を第１の光反射性樹脂５ａの母材として用い、低粘度のジメチルシリコーン樹脂を第２の光反射性樹脂５ｂの母材として用いる。耐熱性の点からは、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。母材に含有させる反射性物質等のフィラーは、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂで異なるものを用いることができるが、好ましくは同じものを用いる。例えば、上記の粘度が異なるジメチルシリコーン樹脂にそれぞれ酸化チタンの粒子を３０ｗｔ%含有させたものを第１の光反射性樹脂５ａおよび第２の光反射性樹脂５ｂとして用いることができる。

また、第１の光反射性樹脂５ａに替えて、反射性物質を含有しない透光性の樹脂材料を用いて枠を形成し、その枠の内側に第２の光反射性樹脂５ｂを充填することもできる。しかし、枠を透光性の第１樹脂とすると、第２の光反射性樹脂５ｂ中の反射性物質が第１樹脂にまで拡散し、第２の光反射性樹脂５ｂ中の反射性物質の濃度が低下し、第２の光反射性樹脂５ｂの反射率が低下する場合がある。このため、枠は光反射性の樹脂（第１の光反射性樹脂５ａ）とすることが好ましい。また、枠に光反射性の樹脂を用いることで、導電パターン２ａ、２ｂの露出領域と樹脂との境界が容易に判別でき、導電パターン２ａ、２ｂの外部電源と接続可能な領域が容易に特定できる。

＜実施の形態２＞
図８に、本実施の形態２の発光装置２０の模式断面図を示す。本実施の形態２の発光装置２０は、透光性部材を設けず、発光素子３の上面を発光装置の発光面３ａとする点が、実施の形態１の発光装置１０と異なる。このように、透光性部材を省略することもできる。

本実施の形態２の発光装置２０の製造方法は、透光性部材が省略された以外は実施の形態１と同様の方法を用いることができる。なお、光反射性樹脂５を形成する際には、発光素子３を囲む第１の光反射性樹脂の高さは、発光装置の発光面３ａとなる発光素子３の上面と同程度かそれより低くすることが好ましい。これによって、後の工程で形成する低粘度の第２の光反射性樹脂の這い上がりを利用して発光素子３の側面を被覆でき、第２の光反射性樹脂が発光面３ａに乗り上げて光の出射を阻害することを抑制できる。また、これによって第１の光反射性樹脂の樹脂量が節約できる。

＜実施の形態３＞
図９に、本実施の形態３の発光装置３０の模式平面図を示す。本実施の形態３の発光装置３０は、正負一対の導電パターン３２ａ、３２ｂを光反射樹脂５によって被覆された樹脂被覆部から基材１の外縁へ向かって延伸させ、基材１の外縁にほぼ到達した位置で終端させた点が、実施の形態１の発光装置１０と異なる。このように、正負一対の導電パターンは、少なくとも外部電源と接続可能な程度に樹脂被覆部から基材の外縁へ向かって延伸されていればよい。

以下、本発明に係る実施例を本発明の製造方法にそって詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

実施例として、図１〜３に示す発光装置を図４〜７に示す方法で製造する。なお、図１〜７は個々の発光装置を示すが、製造時においては集合基板に対して以下の工程を行い、最後に個片化することにより、個々の発光装置を作成する。

まず、表面に導電パターン２ａ、２ｂ、２ｃが形成された基材１を準備する。本実施例では、基材１として平板状の窒化アルミニウム基板を用いる。基材１は、熱電導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の窒化アルミニウム板材を焼成して形成し、その上にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを順に蒸着で施して、発光素子３との電気的接続をとるための導電パターン２ａ、２ｂ、２ｃを形成している。正負一対の導電パターン２ａ、２ｂにそれぞれ貫通孔６ａ、６ｂが設けられている。基材１のサイズは、図２における縦横の長さがそれぞれ約６．５ｍｍ、約１２ｍｍであり、厚みが約１ｍｍである。導電パターン２ａ、２ｂ、２ｃは、その厚みが約０．９μｍであり、図６（ａ）における貫通孔６ａ、６ｂが配置された部分の幅が約２．２μｍである。貫通孔６ａ、６ｂは、その幅が約０．１５ｍｍ、その長さが約１ｍｍであり、貫通孔６ａ、６ｂの幅は導電パターン２ａ、２ｂの幅の約６．８％である。貫通孔６ａ、６ｂは、導電パターン２ａ、２ｂにそれぞれ同一サイズのものが等間隔に４個ずつ、合計８個配置されており、４個の貫通孔６ａの幅の合計は導電パターン２ａの幅の約２７％である。

次に、発光素子３および保護素子７を基材１に載置する。この窒化アルミニウム基板の配線である導電パターン２ａ、２ｂに、Ａｕからなるバンプ８ａを用いて、サファイア基板上に半導体層が積層されて形成された、平面形状が約１ｍｍ四方の略正方形であり、厚みが約０．１１ｍｍの発光素子３を４個、サファイア基板側が光出射面となるように一列に配置してフリップチップ実装する。保護素子７も発光素子３と同様に、Ａｕからなるバンプ８ｂを用いて導電パターン２ａ、２ｂにフリップチップ実装する。

次に、発光素子３の上面に、透光性部材４を接合する。本実施例においては、接着材としてシリコーン樹脂を用い、熱硬化させることで透光性部材４と発光素子３のサファイア基板とを接合面で接着させる。本実施例における透光性部材４は、ガラス中にＹＡＧが分散されてなる厚さ約０．１８ｍｍの蛍光体板である。透光性部材４の下面の面積は、発光素子３の上面の面積よりも大きく形成されており、透光性部材４は、接合面から露出された露出面を有するようにして接合される。

次に、発光素子３および透光性部材４、並びに保護素子７の周囲を囲む枠状の第１の光反射性樹脂５ａを形成する。本実施例において、第１の光反射性樹脂５ａは、ジメチルシリコーン樹脂に酸化チタン粒子が約３０ｗｔ%含有されてなる。第１の光反射性樹脂５ａは樹脂吐出装置を用いて吐出され、その高さは約０．２３ｍｍであり、基材１表面から発光面４ａまでの高さ約０．３ｍｍとの差は約０．０７ｍｍであり、第１の光反射性樹脂５ａの高さは基材１表面から発光面４ａまでの高さの約７７％である。第１の光反射性樹脂５ａは、コーンプレート型回転粘度計（Ｅ型粘度計）で測定すると、母材として用いるジメチルシリコーン樹脂の粘度が約２７０Ｐａ・ｓであり、酸化チタン粒子含有後の粘度が約４００Ｐａ・ｓである。

次に、第１の光反射性樹脂５ａによって形成した枠の内側に第２の光反射性樹脂５ｂを充填し、発光素子３および透光性部材４の側面を一体的に被覆する。保護素子７は第２の光反射性樹脂５ｂによって完全に埋没される。第２の光反射性樹脂５ｂは、コーンプレート型回転粘度計（Ｅ型粘度計）で測定した粘度が約４Ｐａ・ｓであるジメチルシリコーン樹脂に酸化チタン粒子が約３０ｗｔ%含有されてなる。第２の光反射性樹脂５ｂの酸化チタン粒子含有後の粘度は約６Ｐａ・ｓである。

そして、第１の光反射性樹脂５ａおよび第２の光反射性樹脂５ｂを硬化する。本実施例では、上記工程を経た基材１を加熱炉に収容して加熱することで、第１の光反射性樹脂５ａおよび第２の光反射性樹脂５ｂをほぼ同時に硬化し、一体化された光反射性樹脂５とする。このようにして得られる発光装置１０は、透光性部材４や光反射性部材５を含めた厚みが約１．３ｍｍである。

このようにして発光装置１０を製造することで、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂが一体化して形成されるので、第１の光反射性樹脂５ａと第２の光反射性樹脂５ｂの密着力を向上できる。また、第１の光反射性樹脂５ａおよび第２の光反射性樹脂５ｂと基材との密着力を向上でき、各部材の剥離を抑制でき、信頼性の向上した発光装置１０を安価に製造することができる。また、貫通孔６ａ、６ｂを配置した導電パターン２ａ、２ｂとすることで、電流を流れ易くでき、且つ、光反射性樹脂５と基材１との密着性の低下を抑制することができる。

本件発明は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレターなど、種々の光源に使用することができる。

１ 基材
２ａ、２ｂ、２ｃ、３２ａ、３２ｂ 導電パターン
３ 発光素子
３ａ、４ａ 発光面
４ 透光性部材
５ 光反射性樹脂
５ａ 第１の光反射性樹脂
５ｂ 第２の光反射性樹脂
６ａ、６ｂ 貫通孔
７ 保護素子
８ａ、８ｂ バンプ
１０、２０、３０ 発光装置

Claims (9)

1. 発光素子が載置された基材上に、前記発光素子を囲む枠状の第１の光反射性樹脂を形成する第１の光反射性樹脂形成工程と、
   前記第１の光反射性樹脂と前記発光素子との間に、前記第１の光反射性樹脂より粘度の低い第２の光反射性樹脂を充填し、前記第２の光反射性樹脂によって前記発光素子の側面を被覆する第２の光反射性樹脂充填工程と、を有し、
   前記第２の光反射性樹脂充填工程の後、さらに、前記第１の光反射性樹脂と前記第２の光反射性樹脂とを硬化する樹脂硬化工程を備える発光装置の製造方法。
2. 前記第１の光反射性樹脂および前記第２の光反射性樹脂は同じ樹脂材料からなる請求項１に記載の発光装置の製造方法。
3. 前記第１の光反射性樹脂形成工程において、前記第１の光反射性樹脂を、その高さが、前記発光素子の上面と略同一かそれより低くなるように形成し、前記第２の光反射性樹脂充填工程において、前記発光素子の上面が前記第２の光反射性樹脂から露出するように前記第２の光反射性樹脂を充填する請求項１または２に記載の発光装置の製造方法。
4. 前記発光素子の上に透光性部材が配置されており、前記第２の光反射性樹脂充填工程において、前記発光素子及び前記透光性部材の側面が前記第２の光反射性樹脂によって被覆され、且つ、前記透光性部材の上面が前記第２の光反射性樹脂から露出されるように、前記第２の光反射性樹脂を充填する請求項１または２に記載の発光装置の製造方法。
5. 前記第１の光反射性樹脂形成工程において、前記第１の光反射性樹脂を、その高さが、前記透光性部材の上面と略同一かそれより低くなるように形成する請求項４に記載の発光装置の製造方法。
6. 前記透光性部材は、蛍光体を含有する請求項４または５に記載の発光装置の製造方法。
7. 前記第１の光反射性樹脂および前記第２の光反射性樹脂は、透光性の樹脂からなる母材中に、該母材の屈折率と異なる粒子を分散させてなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
8. 前記第１の光反射性樹脂の母材はシリコーン樹脂であり、前記第２の光反射性樹脂の母材は、前記第１の光反射性樹脂の母材より粘度の低いシリコーン樹脂である請求項７に記載の発光装置の製造方法。
9. 前記粒子は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉよりなる群から選択された少なくとも一種を含む酸化物、または、ＡｌＮ、ＭｇＦである請求項７または８に記載の発光装置の製造方法。

Images