図1は、本発明の発光ダイオード装置の一実施形態の底面図、図2および図3は、本発明の発光ダイオード装置の製造方法の一実施形態を説明する製造工程図、図4は、図2(a)の蛍光反射シートを用意する工程を説明する製造工程図、図5は、図4(b)の工程で配置されるマスクの平面図を示す。
図1および図2(c)において、この発光ダイオード装置1は、基材としてのダイオード基板2と、ダイオード基板2にフリップ実装された発光ダイオード素子3と、発光ダイオード素子3の側方に設けられる反射樹脂層4と、発光ダイオード素子3の上(厚み方向一方、図1における紙面手前側)面に積層される蛍光体層5とを備えている。
また、発光ダイオード装置1は、面方向(具体的には、図1の矢印で示される紙面左右方向および紙面前後方向)に互いに間隔を隔てて複数設けられている。つまり、複数の発光ダイオード装置1は、共通のダイオード基板2および共通の蛍光体層5を備え、1つのダイオード基板2および1つの蛍光体層5の間に、複数の発光ダイオード素子3およびその側方に設けられる反射樹脂層4が設けられており、複数の発光ダイオード装置1は、集合体シート24を形成する。
そして、図1の1点破線および図3(d)の1点破線で示すように、発光ダイオード装置1は、各発光ダイオード素子3間のダイオード基板2、反射樹脂層4および蛍光体層5を切断加工(ダイシング)することにより、個別化された発光ダイオード装置1としても得られる。
図1および図2(c)に示すように、ダイオード基板2は、略矩形平板状をなし、具体的には、絶縁基板の上に、導体層が回路パターンとして積層された積層板から形成されている。絶縁基板は、例えば、シリコン基板、セラミックス基板、ポリイミド樹脂基板などからなり、好ましくは、セラミックス基板、具体的には、サファイア(Al2O3)基板からなる。導体層は、例えば、金、銅、銀、ニッケルなどの導体から形成されている。これら導体は、単独使用または併用することができる。
また、図2(c)に示すように、導体層は、端子6を含んでいる。
端子6は、絶縁基板の上面において、面方向に間隔を隔てて形成されており、後述する電極部8に対応するパターンに形成されている。なお、端子6は、図示しないが、導体層を介して電力供給部と電気的に接続されている。
また、図1および図2(c)に示すように、ダイオード基板2には、発光ダイオード素子3が個別化される前の複数の発光ダイオード装置1(集合体シート24)において、厚み方向を貫通する貫通孔9が形成されている。
貫通孔9は、発光ダイオード素子3に対応して、上記した導体層(端子6を含む)と面方向に間隔を隔てて設けられており、具体的には、発光ダイオード素子3が形成される領域の周囲に複数設けられている。詳しくは、貫通孔9は、発光ダイオード素子3が形成される領域の右方、左方、前方および後方にそれぞれ1つ形成されている。各貫通孔9は、平面視略円形状に開口されており、左右方向および前後方向にそれぞれ整列配置されている。
各貫通孔9の内径は、例えば、25〜500μm、好ましくは、50〜100μmである。
また、ダイオード基板2の厚みは、例えば、25〜2000μm、好ましくは、50〜1000μmである。
発光ダイオード素子3は、ダイオード基板2の上面(厚み方向一方面)に設けられており、平面視略矩形状に形成されている。また、発光ダイオード素子3は、1つのダイオード基板2の上面において、面方向(左右方向および前後方向)に互いに間隔を隔てて複数整列配置されている。
発光ダイオード素子3は、図2(c)に示すように、光半導体層7と、その下面に形成される電極部8とを備えている。
光半導体層7は、発光ダイオード素子3の外形形状に対応する平面視略矩形状に形成されており、面方向に長い断面視略矩形状に形成されている。
光半導体層7は、図示しないが、例えば、下方に順次積層される緩衝層、N形半導体層、発光層およびP形半導体層を備えている。光半導体層7は、公知の半導体材料から形成されており、エピタキシャル成長法などの公知の成長法によって形成される。光半導体層7の厚みは、例えば、0.1〜500μm、このましくは、0.2〜200μmである。
電極部8は、光半導体層7と電気的に接続されており、厚み方向に投影したときに、光半導体層7に含まれるように形成されている。また、電極部8は、例えば、P形半導体層に接続されるアノード電極と、N形半導体層に形成されるカソード電極とを備えている。
電極部8は、公知の導体材料から形成されており、その厚みは、例えば、10〜1000nmである。
反射樹脂層4は、ダイオード基板2の上面において、厚み方向に投影したときに、少なくとも発光ダイオード素子3(具体的には、電極部8)が形成される領域以外の領域に形成されている。
つまり、反射樹脂層4は、発光ダイオード素子3の側面を囲むとともに、電極部8から露出する光半導体層7の下面も被覆するように配置されている。
具体的には、反射樹脂層4は、図1に示すように、各発光ダイオード素子3の左右方向両外側および前後方向両外側において、略矩形枠状に形成されており、それら枠部分が左右方向および前後方向にわたって連続して整列配置されることにより、1つダイオード基板2の上面において、平面視略格子状に形成されている。
また、図2(c)に示すように、反射樹脂層4は、発光ダイオード素子3の外側面、具体的には、各発光ダイオード素子3の左面、右面、前面(図1参照)および後面(図1参照)の各面に密着している。これによって、反射樹脂層4は、発光ダイオード素子3の上面を露出している。
なお、光半導体層7の下側には、電極部8の厚みに対応する隙間12(図2(b)参照)が形成されており、かかる隙間12にも、反射樹脂層4が充填されており、これによって、反射樹脂層4は、電極部8から露出する光半導体層7の下面および電極部8の側面にも密着している。
反射樹脂層4の上面は、発光ダイオード素子3の上面と、面方向において実質的に面一に形成されている。
一方、反射樹脂層4の下面は、ダイオード基板2の貫通孔9に対向する部分が、貫通孔9内に臨んでおり、下側にわずかに突出する突起部10とされている。
上記した反射樹脂層4は、例えば、光反射成分を含有しており、具体的には、反射樹脂層4は、樹脂と、光反射成分とを含有する反射樹脂組成物から形成されている。
樹脂としては、例えば、熱硬化性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられ、好ましくは、熱硬化性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。
光反射成分は、例えば、白色の化合物であって、そのような白色の化合物としては、具体的には、白色顔料が挙げられる。
白色顔料としては、例えば、白色無機顔料が挙げられ、そのような白色無機顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウムなどの酸化物、例えば、鉛白(炭酸鉛)、炭酸カルシウムなどの炭酸塩、例えば、カオリン(カオリナイト)などの粘土鉱物などが挙げられる。
白色無機顔料として、好ましくは、酸化物、さらに好ましくは、酸化チタンが挙げられる。
酸化チタンであれば、高い白色度、高い光反射性、優れた隠蔽性(隠蔽力)、優れた着色性(着色力)、高い分散性、優れた耐候性、高い化学的安定性などの特性を得ることができる。
そのような酸化チタンは、具体的には、TiO2、(酸化チタン(IV)、二酸化チタン)である。
酸化チタンの結晶構造は、特に限定されず、例えば、ルチル、ブルッカイト(板チタン石)、アナターゼ(鋭錐石)などであり、好ましくは、ルチルである。
また、酸化チタンの結晶系は、特に限定されず、例えば、正方晶系、斜方晶系などであり、好ましくは、正方晶系である。
酸化チタンの結晶構造および結晶系が、ルチルおよび正方晶系であれば、反射樹脂層4が長期間高温に曝される場合でも、光(具体的には、可視光、とりわけ、波長450nm付近の光)に対する反射率が低下することを有効に防止することができる。
光反射成分は、粒子状であり、その形状は限定されず、例えば、球状、板状、針状などが挙げられる。光反射成分の最大長さの平均値(球状である場合には、その平均粒子径)は、例えば、1〜1000nmである。最大長さの平均値は、レーザー回折散乱式粒度分布計を用いて測定される。
光反射成分の配合割合は、樹脂100質量部に対して、例えば、0.5〜90質量部、好ましくは、着色性、光反射性および反射樹脂組成物のハンドリング性の観点から、1.5〜70質量部である。
上記した光反射成分は、樹脂中に均一に分散混合される。
また、反射樹脂組成物には、さらに、充填剤を添加することもできる。つまり、充填剤を、光反射成分(具体的には、白色顔料)と併用することができる。
充填剤は、上記した白色顔料を除く、公知の充填剤が挙げられ、具体的には、無機質充填剤が挙げられ、そのような無機質充填剤としては、例えば、シリカ粉末、タルク粉末、アルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ケイ素粉末などが挙げられる。
充填剤として、好ましくは、反射樹脂層4の線膨張率を低減する観点から、シリカ粉末が挙げられる。
シリカ粉末としては、例えば、溶融シリカ粉末、結晶シリカ粉末などが挙げられ、好ましくは、溶融シリカ粉末(すなわち、石英ガラス粉末)が挙げられる。
充填剤の形状としては、例えば、球状、板状、針状などが挙げられる。好ましくは、優れた充填性および流動性の観点から、球状が挙げられる。
従って、シリカ粉末として、好ましくは、球状溶融シリカ粉末が挙げられる。
充填剤の最大長さの平均値(球状である場合には、平均粒子径)は、例えば、5〜60μm、好ましくは、15〜45μmである。最大長さの平均値は、レーザー回折散乱式粒度分布計を用いて測定される。
充填剤の添加割合は、充填剤および光反射成分の総量が、例えば、樹脂100質量部に対して、10〜80質量部となるように、調整され、線膨張率の低減および流動性の確保の観点から、樹脂100質量部に対して、好ましくは、25〜75質量部、さらに好ましくは、40〜60質量部となるように、調整される。
反射樹脂組成物は、上記した樹脂と、光反射成分と、必要により添加される充填剤とを配合して、均一混合することにより調製される。
また、反射樹脂組成物は、Bステージ状態として調製される。
このような反射樹脂組成物は、例えば、液状または半固形状に形成されており、その動粘度は、例えば、10〜30mm2/sである。
反射樹脂層4(突起部10を除く部分)の厚みは、発光ダイオード素子3の厚みと実質的に同一である。また、突起部10の突出長さは、後述する貫通孔9内の減圧の度合(圧力)によって適宜の長さに調整され、例えば、ダイオード基板2の厚みに対して、例えば、20〜100%である。
蛍光体層5は、図1および図2(c)に示すように、集合体シート24の外形形状に対応する平面視略矩形シート(フィルム)状に形成されており、発光ダイオード素子3および反射樹脂層4の上面(厚み方向一方面)全面に形成されている。
蛍光体層5は、例えば、蛍光体を含有する蛍光体組成物などから形成されている。
蛍光体組成物は、例えば、蛍光体および樹脂を含有している。
蛍光体としては、例えば、青色光を黄色光に変換することのできる黄色蛍光体が挙げられる。そのような蛍光体としては、例えば、複合金属酸化物や金属硫化物などに、例えば、セリウム(Ce)やユウロピウム(Eu)などの金属原子がドープされた蛍光体が挙げられる。
具体的には、蛍光体としては、例えば、Y3Al5O12:Ce(YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット):Ce)、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、Tb3Al3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Lu2CaMg2(Si,Ge)3O12:Ceなどのガーネット型結晶構造を有するガーネット型蛍光体、例えば、(Sr,Ba)2SiO4:Eu、Ca3SiO4Cl2:Eu、Sr3SiO5:Eu、Li2SrSiO4:Eu、Ca3Si2O7:Euなどのシリケート蛍光体、例えば、CaAl12O19:Mn、SrAl2O4:Euなどのアルミネート蛍光体、例えば、ZnS:Cu,Al、CaS:Eu、CaGa2S4:Eu、SrGa2S4:Euなどの硫化物蛍光体、例えば、CaSi2O2N2:Eu、SrSi2O2N2:Eu、BaSi2O2N2:Eu、Ca−α−SiAlONなどの酸窒化物蛍光体、例えば、CaAlSiN3:Eu、CaSi5N8:Euなどの窒化物蛍光体、例えば、K2SiF6:Mn、K2TiF6:Mnなどのフッ化物系蛍光体などが挙げられる。好ましくは、ガーネット型蛍光体、さらに好ましくは、Y3Al5O12:Ce(YAG)が挙げられる。
蛍光体は、単独使用または2種以上併用することができる。
蛍光体組成物における蛍光体の配合割合は、例えば、1〜50重量%、好ましくは、5〜30重量%である。また、樹脂100質量部に対する蛍光体の配合割合は、例えば、1〜100質量部、好ましくは、5〜40質量部である。
樹脂は、蛍光体を分散させるマトリックスであって、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの透明樹脂などが挙げられる。好ましくは、耐久性の観点から、シリコーン樹脂が挙げられる。
シリコーン樹脂は、主として、シロキサン結合(−Si−O−Si−)からなる主鎖と、主鎖の硅素原子(Si)に結合する、アルキル基(例えば、メチル基など)またはアルコキシル基(例えば、メトキシ基)などの有機基からなる側鎖とを分子内に有している。
具体的には、シリコーン樹脂としては、例えば、脱水縮合型シリコーンレジン、付加反応型シリコーンレジン、過酸化物硬化型シリコーンレジン、湿気硬化型シリコーンレジン、硬化型シリコーンレジンなどが挙げられる。好ましくは、付加反応型シリコーンレジンなどが挙げられる。
シリコーン樹脂の25℃における動粘度は、例えば、10〜30mm2/sである。
樹脂は、単独使用または2種以上併用することができる。
樹脂の配合割合は、蛍光体組成物に対して、例えば、50〜99質量%、好ましくは、70〜95質量%である。
蛍光体組成物は、蛍光体および樹脂を上記した配合割合で配合し、攪拌混合することにより調製される。
また、蛍光体層5を、例えば、蛍光体のセラミックス(蛍光体セラミックプレート)から形成することもできる。その場合には、上記した蛍光体をセラミックス材料とし、かかるセラミックス材料を焼結することにより、蛍光体層5(蛍光体セラミックス)を得る。
蛍光体層5の厚みは、例えば、100〜1000μm、好ましくは、200〜700μm、さらに好ましくは、300〜500μmである。
次に、上記した発光ダイオード装置1を製造する方法について、図1〜図5を参照して説明する。
この方法では、まず、図2(a)に示すように、蛍光反射シート13を用意する。
蛍光反射シート13は、蛍光体層5を発光ダイオード素子3(図2(b)参照)の上(厚み方向一方)に設け、反射樹脂層4を発光ダイオード素子3の側方に設けるための積層シートである。
蛍光反射シート13は、蛍光体層5と、蛍光体層5の上面(厚み方向一方面)に設けられる反射樹脂層4とを備えている。
そのような蛍光反射シート13は、反射樹脂層4を、蛍光体層5の上面(厚み方向一方面)に設けることによって、用意する。
反射樹脂層4を蛍光体層5の上面に設けるには、例えば、まず、図4(a)に示すように、蛍光体層5を用意する。
蛍光体層5を用意するには、蛍光体層5を蛍光体組成物から形成する場合には、例えば、上記した蛍光体組成物を、仮想線で示す第1離型基材21の上面全面に塗布して、蛍光体皮膜(図示せず)を形成する。
第1離型基材21は、例えば、ポリオレフィン(具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン)、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)などのビニル重合体、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどのポリエステル、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂などの樹脂材料などから形成されている。また、第1離型基材21は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料などからも形成されている。第1離型基材21の厚みは、例えば、10〜1000μmである。
蛍光体組成物を第1離型基材21に塗布した後、形成した蛍光体皮膜を、例えば、50〜150℃に、加熱して乾燥することにより、シート状の蛍光体層5を得る。
また、蛍光体層5を蛍光体のセラミックス(蛍光体セラミックプレート)から形成する場合には、例えば、上記した蛍光体をセラミックス材料とし、シート状に成形した後、それを焼結することにより、シート状の蛍光体層5(蛍光体セラミックス)を得る。
次いで、図4(b)に示すように、マスク20を蛍光体層5の上に配置する。
マスク20は、図5に示すように、枠部17と、枠部17の面方向内側に間隔を隔てて配置される被覆部18と、枠部17および被覆部18を架設する架設部19とを一体的に備えるパターンに形成されている。
枠部17は、平面視略矩形枠状に形成されている。また、枠部17は、架設部19を介して被覆部18を支持できる幅(強度を確保できる幅)で形成されている。
被覆部18は、上記した発光ダイオード素子3(図1の破線参照)に対応するように、互いに間隔を隔てて複数配置されている。つまり、各被覆部18は、独立して形成されている。
各被覆部18は、平面視において、その外形形状が発光ダイオード素子3(図1の破線参照)の外形形状に対応する形状(具体的には、平面視略矩形状)に形成されている。
架設部19は、枠部17および被覆部18を架設するとともに、面方向に隣接する被覆部18同士を架設している。各架設部19は、平面視略X字状をなし、例えば、面方向に隣接する4つの被覆部18(18A、18B、18Cおよび18D)の左右方向および前後方向端部を接続するように、架設している。
また、架設部19は、例えば、ワイヤーなどの線状部材からなり、被覆部18に対して顕著に狭い幅で形成されており、具体的には、例えば、100μm以下、好ましくは、50μm以下であり、通常、例えば、25μm以上である。
マスク20は、例えば、ステンレス、鉄などの金属材料、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂材料などから形成されている。好ましくは、金属材料から形成されている。
マスク20は、例えば、エッチング、レーザー加工など、公知のパターン形成法によって上記したパターンに形成されている。
マスク20の厚みは、例えば、25〜500μmである。
図4(b)に示すように、上記したマスク20を、蛍光体層5の上面に、被覆部18と、発光ダイオード素子3に対応する蛍光体層5(図1および図2(b)参照)とが厚み方向に対向配置されるように、配置(載置)する。
次いで、この方法では、図4(c)に示すように、反射樹脂組成物を、マスク20を介して蛍光体層5の上に塗布する。
反射樹脂組成物の塗布には、例えば、印刷、ディスペンサなどの塗布方法が用いられる。
これにより、反射樹脂組成物からなる反射皮膜22を、蛍光体層5の上面に、マスク20の逆パターンで形成する。
続いて、図4(c)の仮想線の矢印で示すように、マスク20を蛍光体層5から取り除く。具体的には、マスク20を上方に引き上げる。
マスク20を上方に引き上げることによって、被覆部18の上面に形成された反射皮膜22が除去される。
なお、上記したマスク20の引き上げによって、架設部19(図5参照)の周囲の反射皮膜22(具体的には、架設部19の側面に形成された反射樹脂組成物)は、わずかに流動し、それによって、架設部19が配置されていた領域は、露出することなく、反射皮膜22によって被覆(充填)される。
これによって、図2(a)および図4(d)に示すように、反射皮膜22を、被覆部18(図4(c)参照)の逆パターンで形成する。
これにより、上記したパターンの反射皮膜22からなる反射樹脂層4が得られる。
なお、反射樹脂層4は、上記したパターンの反射皮膜22を加熱することにより、Bステージ状態とされる。
加熱条件としては、加熱温度が、例えば、40〜150℃、好ましくは、50〜140℃であり、加熱時間が、例えば、1〜60分間、好ましくは、3〜20分間である。
反射樹脂層4は、後述する図2(b)の破線が参照されるように、蛍光反射シート13が上下反転され、反転された蛍光反射シート13がダイオード基板2と対向配置される時に、反射樹脂層4から露出する蛍光体層5の下面が、厚み方向に投影したときに、発光ダイオード素子3を含むパターンに形成されている。さらに、反射樹脂層4は、後述する図2(c)が参照されるように、蛍光反射シート13がダイオード基板2に積層される時に、発光ダイオード素子3の側面に対向配置されるように、発光ダイオード素子3に対応するパターンに形成されている。
その後、蛍光体層5を蛍光体組成物から形成している場合には、図4(d)の仮想線の矢印で示すように、第1離型基材21を蛍光体層5から引き剥がす。
これにより、図2(b)の上部に示すように、反射樹脂層4および蛍光体層5を備える蛍光反射シート13を用意する。
別途、この方法では、図2(b)の下部に示すように、ダイオード基板2を用意し、発光ダイオード素子3を、用意したダイオード基板2の上面(厚み方向一方面)に設ける。
ダイオード基板2を用意するには、平面視略矩形状の絶縁基板の上に、端子6を含む導体層を形成する。
発光ダイオード素子3をダイオード基板2に設けるには、電極部8と端子6とを電気的に接続して、発光ダイオード素子3をダイオード基板2にフリップチップ実装する。
また、貫通孔9をダイオード基板2に形成する。
貫通孔9は、例えば、エッチング、ドリル穿孔などの開口法によって、ダイオード基板2に厚み方向を貫通するように形成する。
次いで、この方法では、図2(b)に示すように、蛍光反射シート13を、ダイオード基板2の上方に対向配置する。
具体的には、まず、蛍光反射シート13を、図2(a)の状態から上下反転する。
続いて、反射樹脂層4が貫通孔9と対向し、かつ、反射樹脂層4から露出する蛍光体層5が発光ダイオード素子3の上面(厚み方向一方面)と対向するように、配置する。
続いて、この方法では、図2(c)に示すように、蛍光反射シート13をダイオード基板2に積層する。
具体的には、反射樹脂層4の下面を、貫通孔9の周囲のダイオード基板2に接触させるとともに、蛍光体層5を、発光ダイオード素子3の上面に接触させる。
これにより、反射樹脂層4および発光ダイオード素子3は、ともに、厚み方向において、蛍光体層5およびダイオード基板2に挟まれる。
また、反射樹脂層4の下面の一部は、貫通孔9に臨んでいる。
その後、この方法では、反射樹脂層4を押圧する。
具体的には、反射樹脂層4を、蛍光体層5および/またはダイオード基板2を介して、厚み方向に押圧する。それによって、反射樹脂層4に厚み方向に加えられた押圧力は、反射樹脂層4が蛍光体層5およびダイオード基板2に挟まれていることから、側方、具体的には、面方向外方(左方、右方、前方および後方)伝導する。これによって、反射樹脂層4が発光ダイオード素子3の側面(左面、右面、前面および後面)に密着する。
なお、このとき、反射樹脂層4は、光半導体層7の下側に、電極部8の厚みに対応して形成される隙間12(図2(b)参照)にも充填され、それによって、光半導体層7の下面および電極部8の側面に密着する。
上記した反射樹脂層4の押圧と同時に、貫通孔9内を減圧する。
具体的には、貫通孔9を、図示しない吸引ポンプ(あるいは減圧ポンプまたは真空ポンプ)などと図示しない接続部材を介して接続することによって、貫通孔9内を減圧状態とする。貫通孔9内の気圧は、例えば、300〜2000Pa、好ましくは、300〜1000Paである。
貫通孔9内を減圧することによって、反射樹脂層4は、貫通孔9に臨む部分が、貫通孔9内に進入し(引き込まれ)、貫通孔9内において突起部10を形成する。それとともに、発光ダイオード素子3の側面に密着する反射樹脂層4(の上端部)が、発光ダイオード素子3および蛍光体層5の間に流入することが防止される。
これにより、図1に示すように、複数整列配置された発光ダイオード装置1からなる集合体シート24を得る。
その後、図1の1点破線および図3(d)の1点破線に示すように、互いに隣接する発光ダイオード素子3の間において、厚み方向に沿って、ダイオード基板2、反射樹脂層4および蛍光体層5を切断加工(ダイシング)する。具体的には、左右方向に整列する各貫通孔9を結ぶ線分と、前後方向に隣接する各貫通孔9を結ぶ線分とに沿って、各貫通孔9を2等分するように、ダイオード基板2、反射樹脂層4および蛍光体層5を厚み方向に切断加工する。
これにより、複数の発光ダイオード素子3に切り分ける。すなわち、発光ダイオード素子3を個別化(個片化)する。
これにより、図3(e)に示すように、個別化された発光ダイオード素子3を備える発光ダイオード装置1を得る。
そして、上記した方法では、反射樹脂層4を発光ダイオード素子3の側面に密着させる。そのため、得られる発光ダイオード装置1では、発光ダイオード素子3から側方に発光される光は、他の部材によって吸収される前に、反射樹脂層4によって反射される。
また、蛍光体層5を発光ダイオード素子3の上面と対向配置させるので、発光ダイオード素子3から上方に発光され、蛍光体層5を通過する青色光と、蛍光体層5によって波長変換された黄色光との混色によって、高エネルギーの白色を発光することできる。
また、この方法によれば、貫通孔9内を減圧するので、反射樹脂層4が、発光ダイオード素子3の上方に流入することを防止できる。そのため、蛍光体層5を発光ダイオード素子3の上面に確実に積層することができる。
また、上記した貫通孔9内を減圧することによって、反射樹脂層4における気泡(ボイド)を除去することができる。そのため、信頼性に優れた反射樹脂層4を形成することができる。これによって、反射樹脂層4によって光を効率的に反射することができる。
その結果、光の取出効率を向上させることができる。
なお、図4(b)〜図4(d)の実施形態では、反射樹脂層4を、マスク20を用いて形成しているが、例えば、樹脂が、粉末状である場合には、樹脂組成物を、圧縮成形機によって、加熱しながら圧縮成形することによって、硬化させて、蛍光体層5の上面全面に形成した後、エッチングなどによって、反射樹脂層4を上記したパターンに形成することもできる。
また、図2および図3の実施形態では、本発明の発光ダイオード装置の製造方法における基材を、ダイオード基板2として説明しているが、例えば、図6および図7に示すように、第2離型基材23とし、別途、ダイオード基板2(図7(f)参照)を用意することにより、発光ダイオード装置1を得ることもできる。
図6および図7は、本発明の発光ダイオード装置の製造方法の他の実施形態(第2離型基材を用いる方法)を説明する製造工程図を示す。
なお、図6および図7において、上記した各部に対応する部材については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、第2離型基材23を用いて発光ダイオード装置1を製造する方法について、図6および図7を参照して説明する。
まず、この方法では、図6(a)に示すように、基材としての第2離型基材(離型基材)23を用意する。
第2離型基材23は、上記した第1離型基材21(図4(a)〜図4(d)の仮想線参照)と同様の材料から形成されている。また、第2離型基材23を、加熱により発光ダイオード素子3から容易に剥離できる熱剥離シートから形成することもできる。熱剥離シートは、例えば、図6(a)の仮想線で示すように、支持層15と、支持層15の上面に積層される粘着層16とを備えている。
支持層15は、例えば、ポリエステルなどの耐熱性樹脂から形成されている。
粘着層16は、例えば、常温(25℃)において、粘着性を有し、加熱時に、粘着性が低減する(あるいは、粘着性を失う)熱膨張性粘着剤などから形成されている。
上記した熱剥離シートは、市販品を用いることができ、具体的には、リバアルファシリーズ(登録商標、日東電工社製)などを用いることができる。
熱剥離シートは、支持層15によって、発光ダイオード素子3(図6(b)参照)を、粘着層16を介して確実に支持しながら、その後の加熱および熱膨張による粘着層16の粘着性の低下に基づいて、発光ダイオード素子3から剥離される。
第2離型基材23の厚みは、例えば、10〜1000μmである。
次いで、図6(b)の下部に示すように、発光ダイオード素子3を第2離型基材23の上面に設ける。
また、貫通孔9を第2離型基材23に形成する。貫通孔9は、例えば、エッチング、ドリル穿孔などの開口法によって第2離型基材23に厚み方向を貫通するように形成する。
次いで、図6(b)に示すように、蛍光反射シート13を、第2離型基材23の上方に対向配置する。
続いて、この方法では、図6(c)に示すように、蛍光反射シート13を第2離型基材23に積層する。
その後、反射樹脂層4を押圧するとともに、貫通孔9内を減圧する。
次いで、この方法では、図7(d)の1点破線で示すように、互いに隣接する発光ダイオード素子3の間において、厚み方向に沿って、第2離型基材23、反射樹脂層4および蛍光体層5を切断加工(ダイシング)する。具体的には、各貫通孔9を結ぶ線分に沿って、各貫通孔9を2等分するように、第2離型基材23、反射樹脂層4および蛍光体層5を厚み方向に切断加工する。
これにより、複数の発光ダイオード素子3に切り分ける。すなわち、発光ダイオード素子3を個別化(個片化)する。
その後、この方法では、図7(e)の仮想線で示すように、第2離型基材23を発光ダイオード素子3および反射樹脂層4から引き剥がす。なお、第2離型基材23が熱剥離シートである場合には、加熱により、第2離型基材23を発光ダイオード素子3および反射樹脂層4から引き剥がす。
これにより、側面が反射樹脂層4に密着され、上面が蛍光体層5に積層された発光ダイオード素子3を得る。
その後、図7(f)に示すように、発光ダイオード素子3を、ダイオード基板2にフリップ実装する。
これにより、発光ダイオード装置1を得る。
この方法では、第2離型基材23を発光ダイオード素子3および反射樹脂層4から引き剥がし、側面が反射樹脂層4に密着され、上面が蛍光体層5に積層された発光ダイオード素子3をダイオード基板2にフリップ実装する。そのため、簡単かつ確実に発光ダイオード装置1を製造することができる。
一方、図2および図3の実施形態では、ダイオード基板2にフリップ実装し、発光ダイオード素子3の側面に反射樹脂層4が密着する。そのため、第2離型基材23(図6および図7)を用い、それを発光ダイオード素子3や反射樹脂層4から引き剥がすことないので、発光ダイオード装置1(および集合体シート24)を簡便に製造することができる。
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、それらに限定されない。
実施例1(図2および図3の態様)
まず、蛍光反射シートを用意した(図2(a)参照)。
すなわち、まず、ポリエチレンテレフタレートからなる厚み50μmの第1離型基材を用意した。次いで、Y3Al5O12:Ceからなる蛍光体粒子(球形状、平均粒子径8μm)26質量部、および、シリコーン樹脂(付加反応型シリコーンレジン、動粘度(25℃)20mm2/s、旭化成ワッカーシリコーン社製)74質量部を配合して、均一攪拌することにより、蛍光体組成物を調製し、それを、用意した第1離型基材の上面全面に塗布して、蛍光体皮膜を形成した。その後、蛍光体皮膜を、100℃で乾燥させて、第1離型基材の上面全面に蛍光体層を形成した(図4(a)参照)。
次いで、ステンレスからなる厚み100μmのマスクを、蛍光体層の上面に配置した(図4(b)参照)。マスクは、枠部、被覆部および架設部を一体的に備えるパターンに形成した(図5参照)。
次いで、熱硬化性シリコーン樹脂100質量部、および、球状で、平均粒子径300nmの酸化チタン(TiO2、:ルチルの正方晶系)粒子20質量部を均一に混合することにより、反射樹脂組成物を調製し、調製した反射樹脂組成物を、印刷によって、マスクを介して蛍光体層の上に塗布した(図4(c)参照)。
これにより、反射樹脂組成物からなる反射皮膜を、マスクの逆パターンで形成した。
続いて、マスクを蛍光体層から取り除いた(図4(c)の仮想線の矢印参照)。これによって、架設部の周囲の反射皮膜がわずかに流動することによって、架設部が配置された領域に反射皮膜が充填された。これによって、反射皮膜を、被覆部の逆パターンで形成した。なお、反射皮膜を加熱によりBステージ状態とした。
その後、第1離型基材を蛍光体層から剥離した(図4(d)の仮想線の矢印参照)。
これにより、蛍光体層、および、反射皮膜からなる反射樹脂層を備える蛍光反射シート(積層シート)を用意した(図2(a)参照)。
次いで、蛍光反射シートを上下反転した(図2(b)の上部参照)。
別途、緩衝層(GaN)、N形半導体層(n−GaN)、発光層(InGaN)およびP形半導体層(p−GaN:Mg)を含む光半導体層と、アノード電極およびカソード電極を含む電極部とを備える、厚み0.1mmの発光ダイオード素子を、厚み1mmのダイオード基板の上面にフリップ実装した(図2(b)の下部参照)。なお、ダイオード基板は、サファイアからなる絶縁基板と、その上面に、銅、ニッケルおよび金からなる端子を含む導体層とを備えていた。
また、内径100μmの平面視円形状の貫通孔を、ダイオード基板にドリル穿孔によって、発光ダイオード素子の周囲に形成した。
その後、上下反転した蛍光反射シートを、ダイオード基板の上方に、反射樹脂層が貫通孔と対向するとともに、蛍光体層が発光ダイオード素子の上面と対向するように、対向配置した(図2(b)参照)。
続いて、蛍光反射シートをダイオード基板に積層した(図2(c)参照)。
具体的には、反射樹脂層の下面を、貫通孔の周囲のダイオード基板に接触させるとともに、蛍光体層を、発光ダイオード素子の上面に接触させた。
続いて、反射樹脂層を押圧するとともに、貫通口内を300Paに減圧した。
これによって、反射樹脂層が発光ダイオード素子の側面に密着するとともに、反射樹脂層において、貫通孔に臨む部分が、貫通孔に引き込まれて、突起部を形成した。
これにより、複数整列配置されたダイオード装置からなる集合体シートを得た(図1参照)。
その後、互いに隣接する発光ダイオード素子の間において、各貫通孔を結ぶ線分に沿って、各貫通孔を2等分するように、ダイオード基板、反射樹脂層および蛍光体層を切断加工した(図1の1点破線および図3(d)の1点破線参照)。これによって、複数の発光ダイオード素子に切り分けて、発光ダイオード素子を個別化した。
これによって、個別化された発光ダイオード素子を備える発光ダイオード装置を得た(図3(e)参照)。
実施例2(図6および図7の態様)
熱剥離シート(商品名「リバアルファ」、日東電工社製)からなる厚み100μmの第2離型基材を用意した(図6(a)参照)。
次いで、緩衝層(GaN)、N形半導体層(n−GaN)、発光層(InGaN)およびP形半導体層(p−GaN:Mg)を含む光半導体層と、アノード電極およびカソード電極を含む電極部とを備える、厚み0.1mmの発光ダイオード素子を第2離型基材の上面に設けた(図6(b)の下部参照)。
また、内径100μmの平面視円形状の貫通孔を、第2離型基材にドリル穿孔によって形成した。
続いて、蛍光反射シートを用意した(図6(b)の上部参照)。
すなわち、まず、以下の記載に従って用意した蛍光体層の上面に、実施例1と同様にして、反射樹脂組成物をマスクを介して塗布することにより、蛍光体層および反射樹脂層を備える蛍光反射シート(積層シート)を用意した。
<蛍光体層の用意>
Y3Al5O12:Ceからなる蛍光体粒子(球形状、平均粒子径95nm)4g、バインダー樹脂としてpoly (vinyl butyl−co−vinyl alcohol co vinyl alcohol)(シグマアルドリッチ社製、重量平均分子量90000〜120000)0.21g、焼結助剤としてシリカ粉末(Cabot Corporation社製、商品名「CAB−O−SIL HS−5」)0.012g、および、メタノール10mLを乳鉢にて混合してスラリーとし、得られたスラリーをドライヤーにてメタノールを除去し、乾燥粉末を得た。
この乾燥粉末700mgを、20mm×30mmサイズの一軸性プレスモールド型に充填後、油圧式プレス機にて約10トンで加圧することで、厚み約350μmの矩形状に成型したプレート状グリーン体を得た。
得られたグリーン体をアルミナ製管状電気炉にて、空気中、2℃/minの昇温速度で800℃まで加熱し、バインダー樹脂などの有機成分を分解除去した後、引き続き、電気炉内をロータリーポンプにて真空排気して、1500℃で5時間加熱し、厚み約280μmのYAG:Ce蛍光体のセラミックプレート(YAG−CP)からなる蛍光体層を用意した。
上記により用意した蛍光反射シート(積層シート)を第2離型基材に積層し、次いで、反射樹脂層を押圧するとともに、貫通口内を300Paに減圧した(図7(d)参照)。
次いで、互いに隣接する発光ダイオード素子の間において、各貫通孔を結ぶ線分に沿って、各貫通孔を2等分するように、第2離型基材、反射樹脂層および蛍光体層をダイシングした。これによって、複数の発光ダイオード素子に切り分けて、発光ダイオード素子を個別化した(図7(d)の1点破線参照)。
次いで、加熱によって、第2離型基材を、発光ダイオード素子および反射樹脂層から引き剥がした(図7(e)の仮想線参照)。
その後、側面が反射樹脂層に密着され、上面が蛍光体層に積層された発光ダイオード素子を、サファイアからなる絶縁基板と、その上面に、銅、ニッケルおよび金からなる端子を含む導体層とを発光ダイオード基板にフリップ実装した(図7(f)参照)。
これにより、発光ダイオード装置を得た(図7(f)参照)。