JP2016225514A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(a)は実施の形態1に係る発光装置100の概略上面図であり、図1(b)はそのA−A断面における概略断面図である。
発光装置は、実施の形態1のようなチップ・サイズ・パッケージ(CSP;Chip Size Package)型のほか、PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)等のパッケージ型、又はチップ・オン・ボード(COB;Chip On Board)型であってもよい。また、発光装置は、実施の形態1のような上面発光(トップビュー)型に限らず、主発光面に対する外部接続端子の配置関係によって、側面発光(サイドビュー)型にすることもできる。
発光素子は、少なくとも半導体素子構造を備え、多くの場合に基板をさらに備える。発光素子は、例えば発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)チップが挙げられる。発光素子の上面視形状は、矩形、特に正方形状又は一方向に長い長方形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよい。発光素子(主に基板)の側面は、上面に対して、垂直であってもよいし、内側又は外側に傾斜していてもよい。発光素子は、同一面側に正負(p,n)電極を有することが好ましいが、正/負電極を互いに反対の面に有する対向電極構造でもよい。1つの発光装置に搭載される発光素子の個数は1つでも複数でもよい。複数の発光素子は、直列又は並列に接続することができる。半導体素子構造は、半導体層の積層体、即ち少なくともn型半導体層とp型半導体層を含み、また活性層をその間に介することが好ましい。半導体素子構造は、正負電極及び/又は絶縁膜を含んでもよい。正負電極は、金、銀、錫、白金、ロジウム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ニッケル又はこれらの合金で構成することができる。絶縁膜は、珪素、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、アルミニウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素の酸化物又は窒化物で構成することができる。発光素子の発光波長は、半導体材料やその混晶比によって、紫外域から赤外域まで選択することができる。半導体材料としては、蛍光物質を効率良く励起できる短波長の光を発光可能な材料である、窒化物半導体(主として一般式InxAlyGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される)を用いることが好ましい。発光素子の発光波長は、発光効率、並びに蛍光物質の励起及びその発光との混色関係等の観点から、400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましく、450nm以上475nm以下がよりいっそう好ましい。このほか、InAlGaAs系半導体、InAlGaP系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素などを用いることもできる。発光素子の基板は、主として半導体素子構造を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板であるが、結晶成長用基板から分離した半導体素子構造に接合させる接合用基板であってもよい。基板が透光性を有することで、フリップチップ実装を採用しやすく、また光の取り出し効率を高めやすい。基板の母材としては、サファイア、スピネル、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、硫化亜鉛、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、ダイヤモンドなどが挙げられる。なかでも、サファイアが好ましい。基板の厚さは、例えば0.02mm以上1mm以下であり、基板の強度や発光装置の厚さの観点において、0.05mm以上0.3mm以下であることが好ましい。
光透過部材の発光素子の光及び/又は蛍光物質の光に対する透過率は、70%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましい。光透過部材は、少なくとも最外層を含む2層以上で構成される。つまり、光透過部材は、波長変換層と最外層以外に1以上の層を含んでもよく、また波長変換層に替えて波長変換機能を実質的に有さない層を含んでもよい。なお、光透過部材の隣接する2層の境界は、観測される場合と観測されない場合がある。
波長変換層は、少なくとも樹脂と蛍光物質により構成される。
波長変換層の樹脂は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、TPX樹脂、ポリノルボルネン樹脂、並びにこれらの変性樹脂及びハイブリッド樹脂のうちの少なくとも1つを用いることができる。なかでも、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッドシリコーン樹脂のうちのいずれか1つであることが好ましい。波長変換層の樹脂は、蛍光物質の粒子同士を結着させる結着剤として機能することができる。
蛍光物質は、発光素子から出射される一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を出射する。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光(例えば白色光)を出射する発光装置とすることができる。蛍光物質は、以下に示す具体例のうちの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。具体的な蛍光物質としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えばY3(Al,Ga)5O12:Ce)、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えばLu3(Al,Ga)5O12:Ce)、シリケート系蛍光体(例えば(Ba,Sr)2SiO4:Eu)、クロロシリケート系蛍光体(例えばCa8Mg(SiO4)4Cl2:Eu)、βサイアロン系蛍光体(例えばSi6−zAlzOzN8−z:Eu(0<Z<4.2))、窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CASN又はSCASN)系蛍光体(例えば(Sr,Ca)AlSiN3:Eu)、フッ化珪酸カリウム系蛍光体(例えばK2SiF6:Mn)などが挙げられる。このほか、蛍光物質は、量子ドットを含んでもよい。量子ドットは、粒径1nm以上100nm以下程度の粒子であり、粒径によって発光波長を変えることができる。量子ドットは、例えば、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化鉛、セレン化鉛、又はテルル化カドミウム・水銀などが挙げられる。
最外層の表面は、発光装置の外面の一部を構成する。最外層は、少なくとも樹脂とチクソ性付与剤により構成される。最外層は、蛍光物質を実質的に含まないことが好ましい。実質的にチクソ性付与剤が配合された樹脂のみで構成される最外層は、好ましい一例である。
最外層の樹脂は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、TPX樹脂、ポリノルボルネン樹脂、並びにこれらの変性樹脂及びハイブリッド樹脂のうちの少なくとも1つを用いることができる。シリコーン系の樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル−メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂、並びにこれらの変性樹脂及びハイブリッド樹脂のうちの少なくとも1つを用いることができる。
チクソ性付与剤は、最外層の樹脂にチクソ性を付与する又は増大させる。チクソ性付与剤は、無機物でも有機物でもよい。具体的には、シリカ、ベントナイト、ステアリン酸アミド、ひまし油などを用いることができる。なかでも、透光性の観点から、シリカが好ましい。
被覆部材は、例えば「モールドアンダーフィル」などと呼ばれるもの、又は樹脂パッケージであってよい。被覆部材は、少なくとも樹脂の母材を含み、更にその母材中に白色顔料を配合することが好ましく、また任意で充填剤を配合してもよい。被覆部材の母材は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビスマレイミドトリアジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、並びにこれらの変性樹脂及びハイブリッド樹脂のうちの少なくとも1つを用いることができる。熱可塑性樹脂は、脂肪族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリカーボネート樹脂、並びにこれらの変性樹脂及びハイブリッド樹脂のうちの少なくとも1つを用いることができる。白色顔料は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。白色顔料は、これらのうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、白色顔料は、後述の充填剤とは異なるものとする。白色顔料の形状は、特に限定されず、不定形(破砕状)でもよいが、流動性の観点では球状が好ましい。充填剤は、有機物でもよいが、熱膨張係数がより低い観点において、無機物を用いることが好ましい。充填剤は、シリカ、ガラス、ワラストナイト(珪酸カルシウム)、マイカ、タルク、チタン酸カリウム、酸化アルミニウムなどが挙げられる。充填剤は、これらのうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。充填剤の形状は、特に限定されず、不定形(破砕状)でもよいが、流動性の観点では球状が好ましい。また、強化剤として機能させる充填剤は、繊維状又は板状(鱗片状)が好ましい。
導光部材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、TPX樹脂、ポリノルボルネン樹脂、並びにこれらの変性樹脂及びハイブリッド樹脂のうちの少なくとも1つを用いることができる。なかでも、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッドシリコーン樹脂のうちのいずれか1つであることが好ましい。導光部材は、上述の蛍光物質を配合してもよい。また、導光部材は、省略してもよい。
外部接続端子は、突起電極(バンプ又はピラー)でもよいし、リード電極(個片化されたリードフレーム)でもよく、また発光素子の正負電極を兼ねてもよい。外部接続端子は、金属又は合金の小片で構成することができる。具体的には、例えば、金、銀、銅、鉄、錫、白金、亜鉛、ニッケル、アルミニウム、タングステン、及びはこれらの合金が挙げられる。なかでも、銅は、熱伝導性に優れ、比較的安価であるため、銅又は銅合金が特に好適である。また、金は、また化学的に安定であり表面酸化が少なく接合しやすい性質を有するため、金又は金合金も好ましい。外部接続端子は、半田接合性の観点から、表面に金又は銀などの被膜を有してもよい。
噴霧装置は、各種スプレー装置を用いることができる。特に、パルス式スプレー装置が好ましい。パルス式スプレー装置は、空気圧による間欠吐出が可能であり、散布量を調整しやすいため、微小空間にも成膜でき、また均質な膜を形成しやすい。
実施例1の発光装置は、図1(a)及び(b)に示す例の発光装置100の構造を有する、横幅1.7mm、縦幅1.7mm、厚さ0.28mmの直方体状の上面発光・CSP型のLED装置である。発光素子10は、サファイア基板と、窒化物半導体のn型層、活性層、p型層が順次積層された半導体素子構造と、を有し、青色(発光ピーク波長455nm)発光可能な、横幅1mm、縦幅1mm、厚さ0.15mmのLEDチップである。光透過部材40は、発光素子10の上方即ちサファイア基板に接続している。光透過部材40は、発光素子10の上面、被覆部材50の上面、導光部材55の上面に接する波長変換層20と、その波長変換層20上を被覆する最外層30と、の2層により構成されている。波長変換層20は、樹脂21としてフェニル−メチルシリコーン樹脂(硬化物)と、蛍光物質25としてYAG系蛍光体、LAG系蛍光体、SCASN系蛍光体と、を含む厚さ0.08mmの層である。最外層30は、樹脂31として樹脂21と同じフェニル−メチルシリコーン樹脂(硬化物)と、チクソ性付与剤35として日本アエロジル社製の粒径12nmのシリカの粒子と、を含む厚さ0.01mmの層である。チクソ性付与剤35の配合量は、9.1wt%である。被覆部材50は、発光素子10の側方においては導光部材55を介して発光素子10の周囲を被覆し、発光素子10の下方においては直接発光素子10を被覆している。被覆部材50は、酸化チタンを60wt%含有するフェニル−メチルシリコーン樹脂(硬化物)である。導光部材55は、発光素子10の側面に接し、発光素子10の周囲を被覆している。導光部材55は、被覆部材50と同じフェニル−メチルシリコーン樹脂(硬化物)である。一対の外部接続端子60は、発光素子10の下方に接続している。一対の外部接続端子60は其々、厚さ0.04mmの銅の母体の表面にニッケル/金の被膜が形成された小片であって、発光素子10の正負電極に接続している。一対の外部接続端子60は、下面が被覆部材50から露出されている。より詳細には、一対の外部接続端子60の下面と被覆部材50の下面は、実質的に同一面をなし、本発光装置の下面を構成している。
比較例1の発光装置は、最外層の樹脂31にチクソ性付与剤35を配合しないこと以外は、実施例1の発光装置と同様に作製する。
20…波長変換層
21…樹脂
25…蛍光物質
30…最外層
31…樹脂
35…チクソ性付与剤
40…光透過部材
50…被覆部材
55…導光部材
60…外部接続端子
70…樹脂と蛍光物質を含むスラリー
80…樹脂とチクソ性付与剤を含むスラリー
90,92…噴霧装置
100…発光装置
Claims (11)
- チクソ性付与剤を配合した樹脂を発光素子上に噴霧して堆積させた後硬化させることにより、前記発光素子の光を外部に透過させる光透過部材の最外層を、表面に凹凸を生じさせて形成する発光装置の製造方法。
- 前記樹脂は、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッドシリコーン樹脂のうちのいずれか1つである請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 前記噴霧は、パルス式スプレー法で行う請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。
- 前記チクソ性付与剤の配合量は、1wt%以上30wt%以下である請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記最外層の厚さは、3μm以上20μm以下である請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記チクソ性付与剤は、シリカのナノ粒子である請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記光透過部材は、前記発光素子と前記最外層の間に、樹脂と蛍光物質を含む波長変換層を有する請求項1乃至6のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記最外層の前記樹脂は、前記波長変換層の前記樹脂と同種である請求項7に記載の発光装置の製造方法。
- 前記波長変換層は、前記樹脂と前記蛍光物質を噴霧して堆積させた後、前記樹脂を硬化させることにより形成する請求項7又は8に記載の発光装置の製造方法。
- 前記噴霧は、パルス式スプレー法で行う請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光装置は、前記発光素子の上方に接続した前記光透過部材と、前記発光素子の周囲を被覆する被覆部材と、前記発光素子の下方に接続し、少なくとも下面が前記被覆部材から露出された一対の外部接続端子と、を備える請求項1乃至10のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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