JP2015192105A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献1には、互いに離間された複数個の発光素子が、1個の光透過部材の受光面側に導光部材を介して接合された発光装置も開示されている。
そして、特許文献2には、サファイア基板を備えた発光素子と、ガラスから成る波長変換部材とが表面活性化接合法では接合し難いため、ガラス表面に接合部材として酸化アルミニウムをスパッタなどで形成し、酸化アルミニウムとサファイア基板とを表面活性化接合法により接合することが開示されている。
そのため、光透過部材に含有される蛍光体の温度が上昇して発光色変換の効率が低下すると共に、その発熱により発光装置の構成部材が劣化するという問題がある。
そのため、光透過部材には、発光素子の上面を覆う部分と、その部分から延出された庇状の部分とが生じる。
すると、発光素子の上面から光透過部材を介して放射される光が白色光であるのに対して、発光素子の側面から光透過部材の庇状の部分を介して放射される光が黄色光になり、光透過部材の表面における色度の面内分布が不均一になるおそれがある。
そのため、各発光素子の上面から光透過部材を介して放射される光が白色光であるのに対して、各発光素子の側面から間隙を通過した後に光透過部材を介して放射される光が黄色光になり、光透過部材の表面における色度の面内分布が不均一になるおそれがある。
そして、各発光素子の厚み(高さ)にバラツキがある場合には、各発光素子の上面と1個の光透過部材との距離にも、各発光素子毎のバラツキが生じるため、光透過部材に温度分布が発生し、光透過部材に熱応力によるクラックが発生して破損するおそれがある。
そのため、発光素子の放射光が接合面で不要に反射または吸収されてしまい、発光素子の放射光を波長変換部材にスムーズに入射させることが困難になることから、光取り出し効率が低下するという問題がある。
また、特許文献2の技術において、発光素子と波長変換部材との間に接合部材を形成した場合には、発光素子の放射光が接合部材によって反射または吸収されるため、発光素子の放射光を波長変換部材にスムーズに入射させることが困難になる。
第1の局面は、
複数個の発光素子が平面方向に配列された平板状の発光素子群を作製する第1工程と、
発光素子群における発光素子の光放射面側に、蛍光体を含有する透光性材料から成る発光色変換部材を直接固定する第2工程と、
積層された発光素子群および発光色変換部材を複数個のチップに分割し、発光色変換部材が光放射面に直接固定された発光素子を作製する第3工程と、
発光素子を実装基板の表面上に実装する第4工程と、
光反射材料を含有する反射部材を実装基板の表面上に形成し、反射部材により発光素子および発光色変換部材を囲繞して被覆する第5工程と、
反射部材を研磨して発光色変換部材の表面を露出させ、発光色変換部材の表面と反射部材の表面とを面一にすることにより、発光装置を作製する第6工程とを備えた発光装置の製造方法である。
そのため、発光色変換時に変換されなかった光エネルギーが熱エネルギーになって蛍光体が発熱するが、蛍光体の温度が上昇して発光色変換の効率が低下すると共に、その発熱により発光装置の構成部材が劣化することから、蛍光体の発熱を効率的に放熱する必要がある。
そして、第3工程では、積層された発光素子群および発光色変換部材を複数個のチップに分割し、発光色変換部材が光放射面に直接固定された発光素子を作製する。
そして、第1の局面では、1個の発光色変換部材が1個の発光素子の上面のみを覆うため、個々の発光素子の厚み(高さ)にバラツキがある場合でも、発光色変換部材に温度分布が発生しないことから、発光色変換部材に熱応力によるクラックが発生するのを防止できる。
さらに、第5工程および第6工程により、反射部材が発光色変換部材の側面と密着するため、発光素子からの放熱に加えて、反射部材からも発光色変換部材に含有される蛍光体の熱を放熱可能となり、前記作用・効果をより高めることができる。
第2の局面は、
複数個の発光素子が平面方向に配列された平板状の発光素子群を作製する第1工程と、
発光素子群における発光素子の光放射面側に、蛍光体を含有する透光性材料から成る発光色変換部材を直接固定する第2工程と、
光散乱材料を含有する透光性材料から成る光散乱部材を発光色変換部材に直接固定する第3工程と、
積層された発光素子群と発光色変換部材と光散乱部材とを複数個のチップに分割し、発光色変換部材と光散乱部材とがこの順番で光放射面に直接固定された発光素子を作製する第4工程と、
発光素子を実装基板の表面上に実装する第5工程と、
光反射材料を含有する反射部材を実装基板の表面上に形成し、反射部材により発光素子と発光色変換部材と光散乱部材とを囲繞して被覆する第6工程と、
反射部材を研磨して光散乱部材の表面を露出させ、発光色変換部材の表面と光散乱部材の表面とを面一にすることにより、発光装置を作製する第7工程とを備えた発光装置の製造方法である。
第3の局面は、第1の局面または第2の局面において、
反射部材は、光反射材料を含有する透光性材料から成る光反射層と、光吸収材料を含有する透光性材料から成る光吸収層とが積層された2層構造であり、
光反射層は、発光素子を囲繞してその側面と密着し、
光吸収層は、発光色変換部材を囲繞してその側面と密着する。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは必ずしも一致しないことがある。
第1実施形態の発光装置10の製造方法について、図1〜図3を参照しながら説明する。
工程1(図1(A)を参照):平板状の結晶成長用基板(成長基板)11の裏面側全面に、発光素子構造を構成する半導体層(半導体積層部)12を形成し、半導体層12に複数個の電極13を形成し、放射光を散乱させるための微細な凹凸(図示略)を結晶成長用基板11の表面(光放射面)側全面に形成する。
尚、電極13は、後述するLED(Light Emitting Diode)チップ15のアノード側電極およびカソード側電極となる。
また、結晶成長用基板11の表面側全面に微細な凹凸を形成するには、各種粗面加工(例えば、プレス加工、サンドブラスト加工、エッチング加工など)を施せばよく、微細な凹凸を形成しなくてもよい。
発光色変換部材14は、LEDチップ15の放射光を発光色変換するための蛍光体を含有する透光性材料(例えば、ガラス、アクリル系樹脂やナイロン系樹脂などの熱可塑性樹脂材料、エポキシ系樹脂やシリコン系樹脂などの熱硬化性樹脂材料、ゾルゲルガラス、アルミナなどの透明無機材料の焼結体など)によって形成されている。
尚、発光色変換部材14は、発光波長の異なる蛍光体を含有する層を複数層積層させた多層構造にしてもよい。
発光色変換部材14がガラスまたは熱可塑性樹脂材料から成る場合には、平板状のガラスまたは熱可塑性樹脂材料を、結晶成長用基板11に加熱プレスすればよい。
発光色変換部材14が熱硬化性樹脂材料から成る場合には、各種塗布法(例えば、静電塗布法、スピンコート法、スクリーン印刷法など)を用い、液状の熱硬化性樹脂材料を結晶成長用基板11に塗布した後に、その熱硬化性樹脂材料を硬化させればよい。
工程4(図1(D)を参照):スクライブ・ダイシングにより、積層された結晶成長用基板11と半導体層12と発光色変換部材14とを複数個のチップに分割して個片化し、発光色変換部材14が光放射面(上面)に直接固定されたLEDチップ15を作製する。
LEDチップ15は、結晶成長用基板11と、結晶成長用基板11の光放射面の反対面側に形成されて発光素子構造を構成する半導体層12と、半導体層12に形成されてLEDチップ15のアノード側電極およびカソード側電極となる電極13とを備える。
実装基板16は、例えば、絶縁材料(例えば、窒化アルミニウムなどのセラミックス材料、合成樹脂材料など)のバルク材から成る基板や、金属材料(例えば、アルミニウム合金、純銅、銅系合金、銅・モリブデン・銅の積層材など)の表面に絶縁層が設けられた基板などによって形成されている。
LEDチップ15の電極13は、実装基板16の表面側に形成された配線パターン(図示略)に対して、各種接合方法(例えば、ハンダ付け、スタッドバンプ接合、金属微粒子接合、陽極接合、表面活性化接合、異方性導電接着材を用いた接合など)を用い、電気的に接続されると共に取付固定されている。
表面配線引出タイプでは、外部電極が実装基板16の表面側に形成されている。
裏面導通タイプでは、外部電極が実装基板16の裏面側に形成され、外部電極と配線パターンとが実装基板16に貫通形成されたビアホールを介して接続されている。
反射部材17は、LEDチップ15および発光色変換部材14を囲繞して被覆し、LEDチップ15および発光色変換部材14の側面と密着すると共に、発光色変換部材14の上面を覆う。
反射部材17は、LEDチップ15の放射光を反射するための光反射材料(例えば、酸化シリコン、酸化チタンなど)を含有する透光性材料(例えば、ガラス、熱可塑性樹脂材料、熱硬化性樹脂材料、ゾルゲルガラスなど)によって形成されており、絶縁性を有する。
但し、反射部材17の形成温度を、発光色変換部材14の形成温度以下にすることにより、反射部材17の形成工程が発光色変換部材14に悪影響を与えないようにする必要がある。
このとき、プレス加工機のプレス金型(図示略)に所定形状の凹みを設けておくことにより、反射部材17を適宜な形状に形成してもよい。
反射部材17がゾルゲルガラスから成る場合には、各種塗布法を用い、ゾルゲルガラスの液状の形成材料をLEDチップ15および実装基板16に塗布し、前記のようにゾルゲルガラスを形成すればよい。
反射部材17の研磨時にはLEDチップ15に外力が印加されるため、LEDチップ15が実装基板16から位置ズレを起こすおそれがあるが、それを防止するには、LEDチップ15を囲繞する反射部材17を硬い材料(例えば、ガラスなど)によって形成することで、LEDチップ15を強固に固定保持しておくことが望ましい。
反射部材17と発光色変換部材14とを同時に研磨する場合には、発光色変換部材14の表面と反射部材17の表面とが面一になるよう均一に研磨するため、反射部材17および発光色変換部材14を同一の透光性材料によって形成しておくことが望ましい。
そして、反射部材17および発光色変換部材14を同一の透光性材料によって形成すれば、各部材14,17の密着性が向上するため、各部材14,17の研磨時に各部材14,17の界面が剥離するのを防止できる。
発光装置10では、LEDチップ15(発光素子)から放射された励起光である一次光(青色光)と、その一次光の一部が発光色変換部材14中の蛍光体で励起されることにより発光色変換(波長変換)された二次光(黄色光)とが混色されて混色光(白色光)が生成され、その混色光が発光色変換部材14を介して外部へ放射される。
そのため、発光色変換時に変換されなかった光エネルギーが熱エネルギーになって蛍光体が発熱するが、蛍光体の温度が上昇して発光色変換の効率が低下すると共に、その発熱により発光装置の構成部材が劣化することから、蛍光体の発熱を効率的に放熱する必要がある。
そして、第1実施形態の工程4では、積層された結晶成長用基板11と半導体層12と発光色変換部材14とを複数個のチップに分割し、発光色変換部材14が光放射面に直接固定されたLEDチップ15を作製する。
そして、発光装置10では、1個の発光色変換部材14が1個のLEDチップ15の上面のみを覆うため、個々のLEDチップ15の厚み(高さ)にバラツキがある場合でも、発光色変換部材14に温度分布が発生しないことから、発光色変換部材14に熱応力によるクラックが発生するのを防止できる。
さらに、第1実施形態の第5工程および第6工程により、反射部材17が発光色変換部材14の側面と密着するため、LEDチップ15からの放熱に加えて、反射部材17からも発光色変換部材14に含有される蛍光体の熱を放熱可能となり、前記作用・効果をより高めることができる。
第2実施形態の発光装置20の製造方法について、図1,図4,図5を参照しながら説明する。
工程1(図1(A)を参照)、工程2(図1(B)を参照)、工程3(図1(C)を参照):第1実施形態の工程1〜工程3と同じである。
光散乱部材21は、LEDチップ15の放射光を散乱するための光散乱材料(例えば、シリカ、酸化チタンなど)を含有する透光性材料(例えば、ガラス、熱可塑性樹脂材料、熱硬化性樹脂材料、ゾルゲルガラス、アルミナなどの透明無機材料の焼結体など)によって形成されている。
尚、LEDチップ15の放射光を散乱するボイド(気泡)が内部に形成された前記透光性材料によって光散乱部材21を形成してもよい。
透光性材料がガラスや透明無機材料の焼結体の場合には、焼成時に自然に生成されるボイドを利用可能なため、生産性を向上できる。
さらに、ボイドが内部に形成された光散乱部材21は割れ易いため、後述する工程5において光散乱部材21を分割するのが容易になる。
但し、光散乱部材21の形成温度を、発光色変換部材14の形成温度以下にすることにより、光散乱部材21の形成工程が発光色変換部材14に悪影響を与えないようにする必要がある。
そして、発光装置20の光取り出し効率を高めるには、光散乱部材21の屈折率を1.5以上にすることが望ましく、発光色変換部材14の屈折率よりも低くすることが望ましい。
工程6(図4(C)を参照):LEDチップ15を実装基板16の表面側に実装・搭載する。
反射部材17は、LEDチップ15と発光色変換部材14と光散乱部材21とを囲繞して被覆し、LEDチップ15と発光色変換部材14と光散乱部材21との側面と密着すると共に、光散乱部材21の上面を覆う。
このとき、反射部材17の形成温度を、発光色変換部材14および光散乱部材21の形成温度以下にすることにより、反射部材17の形成工程が発光色変換部材14および光散乱部材21に悪影響を与えないようにする必要がある。
このとき、反射部材17の研磨と同時に、光散乱部材21を所定の膜厚になるように研磨することで、光散乱部材21による所望の光散乱効果を得られるように調整してもよい。
尚、反射部材17と光散乱部材21とを同時に研磨する場合には、工程4において、光散乱部材21の表面を平坦にする必要はない。
第3実施形態の発光装置30の製造方法について、図1,図2(A),図6を参照しながら説明する。
工程1(図1(A)を参照)、工程2(図1(B)を参照)、工程3(図1(C)を参照)、工程4(図1(D)を参照)、工程5(図2(A)を参照):第1実施形態の工程1〜工程5と同じである。
反射部材31は、光反射層31aと光吸収層31bとが積層された2層構造であり、絶縁性を有する。
光反射層31aは、発光色変換部材14およびLEDチップ15を囲繞してそれらの側面と密着する。
光吸収層31bは、発光色変換部材14を囲繞し、発光色変換部材14の側面の上端近傍と密着すると共に、発光色変換部材14の上面を覆う。
光吸収層31bは、LEDチップ15の放射光を吸収するための光吸収材料(例えば、黒色顔料など)を含有する透光性材料(例えば、ガラス、熱可塑性樹脂材料、熱硬化性樹脂材料、ゾルゲルガラスなど)によって形成されている。
反射部材31がガラスまたは熱可塑性樹脂材料から成る場合には、平板状のガラスまたは熱可塑性樹脂材料を、LEDチップ15および実装基板16に加熱プレスすればよい。
ここで、平板状のガラスまたは熱可塑性樹脂材料には、光反射層31aと光吸収層31bとが予め積層された2層構造のものを使用すればよい。
尚、第3実施形態において、光吸収層31bは、発光色変換部材14の側面の上端近傍だけでなく、発光色変換部材14の側面全体、さらにはLEDチップ15の側面をも覆うように構成してもよい。
このようにすれば、前記迷光を更に効果的に吸収・遮光することができる。
また、反射部材31から光反射層31aを省き、反射部材31を光吸収層31bだけにしてもよい。換言すれば、反射部材31のすべてを光吸収部材に置き換えてもよい。
第4実施形態の発光装置10の製造方法について、図7および図8を参照しながら説明する。
第4実施形態は、第1実施形態の発光装置10を複数個同時に製造する製造方法である。
工程2(図7(B)を参照):複数個(図示例では3個)の短冊状の反射部材17を実装基板16の表面上に形成し、一列に並んで配置されたLEDチップ15を1個の反射部材17によって被覆する。
工程4(図8(A)、図8(B)を参照):スクライブ・ダイシングにより、積層された結晶成長用基板11と半導体層12と発光色変換部材14と反射部材17とを、スクライブラインSLに沿って複数個の個片に分割し、複数個(図示例では9個)の発光装置10を同時に作製する。
第5実施形態の発光装置40の製造方法について、図9および図10を参照しながら説明する。
図10(C)に示すように、第5実施形態の発光装置40において、図3に示した第1実施形態の発光装置10と異なるのは、その外観だけである。
工程2(図9(B)を参照):複数個(図示例では2個)の短冊状の反射部材17を実装基板16の表面上に形成し、二列に並んで配置されたLEDチップ15を1個の反射部材17によって被覆する。
工程4(図10(A)、図10(B)を参照):スクライブ・ダイシングにより、積層された結晶成長用基板11と半導体層12と発光色変換部材14と反射部材17とを、スクライブラインSLに沿って複数個の個片に分割し、複数個(図示例では12個)の発光装置40を同時に作製する。
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
尚、結晶成長用基板11は、発光素子構造を構成しない場合には除去してもよく、結晶成長用基板11が除去された半導体層12に対して、適宜な支持基板を接着した構造にしてもよい。そして、支持基板として発光色変換部材14を用いてもよい。
本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
11…結晶成長用基板(発光素子群の構成要素)
12…半導体層(発光素子群の構成要素)
13…電極(発光素子群の構成要素)
14…発光色変換部材
15…LEDチップ(発光素子)
16…実装基板
17,31…反射部材
21…光散乱部材
31a…光反射層
31b…光吸収層
Claims (3)
- 複数個の発光素子が平面方向に配列された平板状の発光素子群を作製する第1工程と、
前記発光素子群における前記発光素子の光放射面側に、蛍光体を含有する透光性材料から成る発光色変換部材を直接固定する第2工程と、
積層された前記発光素子群および前記発光色変換部材を複数個のチップに分割し、前記発光色変換部材が光放射面に直接固定された前記発光素子を作製する第3工程と、
前記発光素子を実装基板の表面上に実装する第4工程と、
光反射材料を含有する反射部材を前記実装基板の表面上に形成し、前記反射部材により前記発光素子および前記発光色変換部材を囲繞して被覆する第5工程と、
前記反射部材を研磨して前記発光色変換部材の表面を露出させ、前記発光色変換部材の表面と前記反射部材の表面とを面一にすることにより、発光装置を作製する第6工程と
を備えた発光装置の製造方法。 - 複数個の発光素子が平面方向に配列された平板状の発光素子群を作製する第1工程と、
前記発光素子群における前記発光素子の光放射面側に、蛍光体を含有する透光性材料から成る発光色変換部材を直接固定する第2工程と、
光散乱材料を含有する透光性材料から成る光散乱部材を前記発光色変換部材に直接固定する第3工程と、
積層された前記発光素子群と前記発光色変換部材と前記光散乱部材とを複数個のチップに分割し、前記発光色変換部材と前記光散乱部材とがこの順番で光放射面に直接固定された前記発光素子を作製する第4工程と、
前記発光素子を実装基板の表面上に実装する第5工程と、
光反射材料を含有する反射部材を前記実装基板の表面上に形成し、前記反射部材により前記発光素子と前記発光色変換部材と前記光散乱部材とを囲繞して被覆する第6工程と、
前記反射部材を研磨して前記光散乱部材の表面を露出させ、前記発光色変換部材の表面と前記光散乱部材の表面とを面一にすることにより、発光装置を作製する第7工程と
を備えた発光装置の製造方法。 - 前記反射部材は、光反射材料を含有する透光性材料から成る光反射層と、光吸収材料を含有する透光性材料から成る光吸収層とが積層された2層構造であり、
前記光反射層は、前記発光素子を囲繞してその側面と密着し、
前記光吸収層は、前記発光色変換部材を囲繞してその側面と密着する、
請求項1または請求項2に記載の発光装置の製造方法。
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