JP2017085085A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)反射膜を準備し、
(b)半導体積層体と、第1主面側に形成された電極とを有する発光素子を準備し、
(c)前記発光素子の第1主面側で前記反射膜を押圧し、前記反射膜を変形させ、少なくとも前記発光素子の側面に前記反射膜を配置し、
(d)前記発光素子の電極を前記反射膜から露出させる発光装置の製造方法。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明のため、誇張していることがある。
(a)反射膜を準備し(図2A参照)、
(b)発光素子を準備し(図2A参照)、
(c)少なくとも発光素子の側面に反射膜を配置し(図2B参照)、
(d)発光素子の電極を反射膜から露出させる工程を含む(図2C参照)。
この製造方法では、さらに、
(e)透光性部材を形成する工程(図2D参照)及び/又は
(f)反射膜を分割する工程(図2E参照)を含んでいてもよい。
反射膜15を準備する。
反射膜は、用いる発光素子からの光に対し、透過率が1%以下の膜をさす。これにより、発光装置の側面から漏れ出す光を低減し、発光装置の発光の指向性を高めることができる。また、反射率が70%以上、80%以上又は90%以上の材料の膜であることが好ましい。これにより、光取り出し効率を高めることができる。
具体的には、反射膜は、Al、Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ni、W、Mo、Cr、Ti、Cu等の金属又はこれらの合金、Si、Ti、Zr、Nb、Ta、Al等の酸化物又は窒化物を含む誘電体(例えば、SiO2、Nb2O5、TiO2、ZrO2、Ta2O5等)、セラミックス(窒化ホウ素等)の単層膜又は積層膜が挙げられる。なかでも、Al、Ag、Cu等の金属又はこれらを含む合金の単層膜又は積層膜が好ましく、Al、Ag等の単層膜が好ましい。反射膜は、基材の上に上述のような光反射性の材料が設けられたものであってもよい。基材としては、樹脂フィルム(例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等)が挙げられる。樹脂フィルムのような可撓性を有する基材を用いることにより、反射膜に適切な柔軟性や強度を付与することができる。また、後述の押圧によって反射膜を変形させる工程において、反射膜が破損する恐れを低減することができる。さらに、基材として放熱性の高い材料を用いることにより、反射膜からの放熱性を高めることができる。
支持部材は、例えば、少なくとも反射膜を押圧する工程時において、可塑性、弾性及び/又は柔軟性を有する材料によって形成されていることが好ましい。また、半導体分野で通常使用されるダイボンダー等による押圧によって変形し得る材料によって形成されていることが好ましく、その変形を維持し得る材料によって形成されていることがより好ましい。言い換えると、支持部材は、押圧によって支持部材に凹部を形成することができることが好ましく、形成された凹部の形状を維持し得るものが好ましい。あるいは、支持部材は、それを構成する材料にかかわらず、あらかじめその表面に発光素子を収容し得る凹部が設けられたもの又は1以上の段差を有する凹部が設けられたものであってもよい(図7参照)。これにより、反射膜を、この凹部の形状に沿って変形させることができ、製造のばらつきを低減することができる。
発光素子14を準備する。発光素子は1つでもよいし、複数でもよい。
発光素子は、当該分野で用いられているもののいずれを利用することができる。
例えば、発光素子は、半導体積層体と、一対の電極とを有する。
半導体積層体は、窒化物半導体によって形成されたものが挙げられる。窒化物半導体としては、一般式がInxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)、これらの半導体にB、P、As等が混晶されたもの等が挙げられる。半導体積層体は、蛍光物質を効率的に励起できる短波長の可視光、紫外光が発光可能であるものが好ましい。具体的には、発光ピーク波長として、240nm〜560nm、好ましくは380nm〜470nmが得られるものが好ましい。
成長基板は、半導体積層体の成長後に半導体積層体から除去されてもよい。さらに、半導体積層体に、支持基板、例えば導電性基板又は別の透光性の部材または基板を接着した構造としてもよい。
発光素子14は、図2においては、第1導電型側、第2導電型側の両電極が設けられる同一面側電極構造であり、各導電側層と接続される電極13はそれぞれ電極ポスト13aを有する。電極ポスト13aは、発光素子14の電極13の一部であり、発光素子14を構成する部分及び電極13の他の部分よりも突出する部分である。このような電極ポストを設けることにより、後述する発光素子の電極を反射膜からの露出させる工程において、除去の際に電極や発光素子が損傷する恐れを低減することができ、反射膜の除去を容易に行うことができる。
光反射性材料としては、例えば、二酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化亜鉛などが挙げられる。例えば、二酸化チタンを用いる場合は、樹脂及び光反射性材料の合計重量に対して、10〜90重量%、光反射性を考慮して40重量%以上、成形性を考慮して70重量%以下の量で、光反射性材料を含有させることが好ましい。また、発光素子の光に対する透過率が30%以下、10%以下、1%以下が好ましい。発光素子からの光に対する反射率が70%、80%又は90%以上とすることが好ましい。
発光素子の第1主面を、反射膜に対面させ、発光素子の第2面側から反射膜に向かって押圧する。この押圧によって、反射膜を変形させ、発光素子の第1主面から側面にわたって反射膜を追従させて、発光素子の第1主面及び側面に反射膜を配置する。この場合、発光素子の側面に反射膜が追従する限り、押圧によって、反射膜が破断して、発光素子の第1主面の一部又は全部が反射膜から露出してもよい。なお、反射膜が追従して、被覆される発光素子の側面は、全部の側面の全体であることが好ましいが、一部の側面の全体及び/又は全部の側面の一部のみであってもよい。
接着剤は、当該分野で使用されているものを利用することができる。あるいは、発光素子の側面に接着剤を塗布してもよい。このように接着剤を配置することにより、発光素子の反射膜への押圧によって、接着剤が発光素子の第1主面及び側面に接着剤が配置される。
蛍光体及び/又は充填材は、例えば、透光性材料の全重量に対して10〜80重量%程度の量であることが好ましい。
また、反射膜は支持基板の上にスパッタまたはメッキ等の方法で成膜して形成してもよい。さらに、発光素子の平面形状に対応する凹部を備えた支持基板に、スパッタまたはメッキ等の方法で反射膜を形成することすることで、発光素子の第1主面から側面にわたって反射膜を追従する形状の反射膜を形成することができる。
発光素子14の電極13を反射膜15から露出させる。そのために、発光素子の第1主面側に配置された反射膜側から反射膜を除去することが好ましい。
反射膜を支持する支持部材を用いる場合には、この支持部材を、発光装置の一部である支持部として用いることができ、支持部材面における発光素子が押圧された面と反対側の面側から、反射膜及び支持部材を除去することが好ましい。
図2に示す実施形態では、発光素子14の電極13のうち電極ポスト13aが露出するように反射膜を除去している。
さらに、反射膜を準備し、発光素子側面に配置し、電極を反射膜から露出させるという簡便な方法によって、反射膜を確実に発光素子の側面を被覆するように配置することができ、製造工程の簡略化、製造設備の簡素化を実現し、製造コストを低減することが可能となる。
発光素子の電極の反射膜からの露出の後、さらに、発光素子の第1主面と反対面である第2主面側に透光性部材19を設けてもよい。
上述したように、第2の支持部材を用いた場合には、これを発光素子の第1主面から除去した後、透光性部材を設けることができる。また、第2の支持部材として、波長変換シート又は板を用いた場合には、波長変換シートを除去せずに透光性部材として利用することができる。
透光性部材は、発光効率及び色度調整を考慮して、10μm〜500μmが好ましく、50μm〜300μmがより好ましい。
ここでの透光性部材の厚み等は用いる材料等によって適宜調整することができる。透光性部材は、発光素子の第2主面側に、接着剤を利用して固定することができる。透光性部材自体の接着性を利用して、固定してもよい。ここで用いる接着剤は、上述した透光性部材と同等程度の透光性を有することが好ましい。
さらに、反射膜15を、少なくとも1つの発光素子又は複数の発光素子を含む発光素子群ごとに分割してもよい。この工程は、上述した工程(d)の前に行ってもよいが、製造効率等を考慮すると、その後に行うことが好ましい。また、工程(e)の前後のいずれに行ってもよいが、透光性部材を個々の発光素子ごとに配置する場合は、工程(e)の後に行うことが好ましい。
例えば、第2主面側から切断する場合には、発光素子の第1主面側において、支持部材に予め溝を形成しておいてもよい。これにより、発光素子の第2主面側から上述のような方法で切断する又は全体の厚みを減らすようにブラスト、切削、研削等することによって、第1主面側から形成した溝が貫通し、発光素子ごと又は発光素子群ごとに、反射膜を分割することができる。反射膜と支持部材とを一つの工程で分割することができ、反射膜のみならず、支持部を備える発光装置を簡便に製造することができる。
本発明の実施形態1の発光装置の製造方法により製造される発光装置10は、図1A及び1Bに示すように、主に、発光素子14と、反射膜15とを備える。
発光素子14は、透光性のサファイア基板11上に積層された半導体積層体12と、その第1主面14aに一対の電極13を備える。本実施形態の一対の電極13は、半導体積層体の第1導電型半導体層に接触する第1導電型側電極と、第2導電型半導体層に接触する第2導電型側電極と、それぞれの半導体積層体12と反対側に延伸し、第1導電型側電極と第2導電型側電極とそれぞれ接続される銅の一対の電極ポスト13aを含んでいてもよい。これら一対の電極13間には、接着剤18が配置されている。
このような発光装置では、発光素子の側面に薄膜状の反射膜が形成されるという簡便な構成により、発光素子の側面に設ける反射材料の厚みを薄くすることができるため、発光装置をより小型化することができる。また、発光素子の側面からの光漏れを抑制することができ、指向性が高い発光装置を得ることができる。
まず、図2Aに示すように、反射膜15を準備する。また、サファイア基板11上に形成された半導体積層体12と、第1主面14a側に形成された電極ポスト13aを含んでいてもよい一対の電極13とを有する発光素子14を準備する。
そして、反射膜15の発光素子14の第1主面14aが対面する領域に、硬化前の液状の接着剤18を配置する。この接着剤18は、少なくとも硬化後の状態において透光性を有する材料である。
図2Cに示すように、発光素子14の電極ポスト13aを反射膜15から露出させた後、図2Dに示すように、発光素子14の第1主面と反対面である第2主面側に透光性部材19を形成する。透光性部材19は、シート状部材を接着等によって接着することにより形成する。
この変形例の製造方法によれば、図2Fに示すように、透光性部材19を備えた発光装置10Dを簡便に製造することができる。
発光素子14の電極13を反射膜15から露出させた後、図1D又は図1Eに示すように、発光素子14の一対の電極13に対して、電極13よりも大きな金属膜13bを、それぞれ一対の電極13の表面に形成してもよい。これによって、発光装置10B、10Cの実装を容易にすることができる。
本発明の実施形態2の発光装置の製造方法により製造される発光装置20は、図3A及び3Bに示すように、発光素子14及び反射膜15を取り囲む支持部21aと、発光素子14上に配置されたYAG蛍光体を含有するガラスからなる透光性部材29を備える以外、実施形態1の発光装置10と実質的に同様の構成を有する。
この発光装置20は、主に、発光素子14と、反射膜15と、支持部21aと、透光性部材29とを備える。
支持部21aは、例えば、シリコーン樹脂によって形成されている。支持部21aは、反射膜15を取り囲むように、例えば、5〜500μm程度の幅で配置されている。
また、この発光装置20では、接着剤28として、二酸化チタンを50重量%含むシリコーン樹脂からなる樹脂を用いている。そのために、電極13間及び電極13と反射膜15との間が、光反射性を有する接着剤28で被覆されている。
このような発光装置では、実施形態1の発光装置と同様の効果を有する。また、支持部によって、発光素子及び反射膜を保護することができるため、発光装置の強度を向上させることができる。また、電極側に出射される光が光反射性を有する接着剤で反射されるために、より光の取り出し効率を向上させることができる。さらに、発光素子から出射された光を、波長変換することができる。
まず、図4Aに示すように、後述する押圧により変形可能な材料、例えば、半硬化状態のシリコーン樹脂で構成された支持部材21の上に配置した反射膜15を準備する。また、サファイア基板11上に半導体積層体12と、第1主面14a側に形成された電極13とを有する発光素子14を準備する。
反射膜15の発光素子14の第1主面14aが対面する領域に、二酸化チタンを含有した液状のシリコーン樹脂である接着剤28を配置する。
また、この実施形態では、発光素子の半導体積層体の成長基板を除去することで、発光装置の薄型化を実現することができる。また、支持部による発光装置の補強を行うことができ、さらに、発光装置の底面側と側面側に光反射性を有する部材を配置することにより、発光装置から発せられる光の指向性の向上と、発光装置の強度の向上との双方を、簡便な製造方法によって実現することができる。
(変形例3)
例えば、発光素子14として、一対の電極13を備え、電極ポスト13aを備えないものを用いた場合、発光素子14の電極13を反射膜15から露出させた後、図3Cに示すように、発光素子14の一対の電極13に対して、電極13よりも大きな金属膜13bを、それぞれ一対の電極13の表面に形成してもよい。これによって、発光装置20Aの実装を容易にすることができる。
本発明の実施形態3の発光装置30の製造方法では、まず、図5Aに示すように、樹脂からなる保護シートである支持部材31の上に配置したAgからなる反射膜15を準備する。
また、サファイア基板11上に半導体積層体12と、第1主面14a側に形成された電極13とを有する発光素子14を複数準備する。これらの発光素子14には、例えば、二酸化チタンを光反射性材料として30重量%で含有するシリコーン樹脂である光反射性部材32が、発光素子14の第1主面14a側に形成されている。この時、光反射性部材32は、電極ポスト13aを含む電極13を完全に埋め込むように、配置する。光反射性部材32は、図5Aに示すように、次工程の押圧の際に反射膜15に接触する先端部が丸みを帯びた形状とすることにより、反射膜15を押圧の際に破れにくくすることができる。
複数の発光素子14を、例えば、支持部材34上に、それぞれ離間するように複数配置し、接着する。
また、反射膜15の発光素子14の第1主面14aが対面する領域に、液状の接着剤18を配置する。この接着剤18は、少なくとも硬化後に透光性を有する。
なお、支持部材31は、そのまま発光素子14に貼り付けていてもよいが、押圧の後に剥離する。
また、この実施形態では、発光素子の半導体層の成長基板を除去して薄型を実現しながら、支持部31aによる補強を行うことができ、発光装置の強度の向上と、発光の指向性の向上の双方を簡便な製造方法によって、実現することができる。
本発明の実施形態4の発光装置40の製造方法では、図6Aに示すように、支持部材21の上に配置した反射膜15、発光素子14を準備する。
発光素子14は、図5Aと同様に、例えば、二酸化チタンを光反射性材料として30重量%で含有するシリコーン樹脂である保護部材48が、発光素子14の第1主面14a側に配置されている。また、発光素子14の側面のほぼ全面を被覆するように、第2の透光性部材50が配置されている。さらに、発光素子14は、第1主面14aとは反対側において透光性部材49が接着剤によって接着されている。この第2の透光性部材50を設けることにより、発光素子14の側面から効率よく取り出すことができる。
反射膜15の発光素子14の第1主面14aが対面する領域に、硬化後に透光性となる液状の接着剤28を配置する。
このように、簡便な方法により、上記と同様に、反射膜を発光素子の側面に確実に配置することができる。
実施形態5の発光装置60の製造方法では、図7Aに示すように、まず、側面に1つの段差を備える凹部41cを有する支持部材41を準備する。この段差は、上面視において、凹部の内面が、凹部の開口部に近い側である段差の上部において大きく、段差の下側において小さくなるように設けられている。ダイボンダーのコレット42の大きさは、上面視において凹部の内面の段差の上側の部分の外形より小さく、下側の部分の外形より大きいことが好ましい。これにより、凹部の段差の部分をダイボンダーのコレット42によって塞ぐことができるため、接着剤43の漏れを低減することができる。接着剤43が熱により硬化する材料を用いる場合は、支持部材41を、加熱部を備える実装支持部45上に配置することが好ましい。この支持部材41の上に、反射膜15を配置し、その上に接着剤43を塗布する。ここでの接着剤43は、光反射性材料が含まれていてもよく、透光性のものであってもよい。
次に、一対の電極13を備える発光素子14を準備し、ダイボンダーのコレット42にセットする。本実施形態においてダイボンダーのコレット42の先端の大きさは、上面視において発光素子41より一回り大きい。
図7Bに示すように、発光素子14を、支持部材41に対して、ダイボンダーを用いて押圧して、反射膜15とともに発光素子14を、支持部材41の凹部41cに埋め込む。また、ダイボンダーのコレット42により、支持部材41の段差に沿って、反射膜15を変形させる。これによって、発光素子14の側面と、発光素子14の電極13と、支持部材41の凹部および段差を、反射膜15で被覆させることができる。この際、支持部材41を実装支持部45により加熱し、押圧された形状で接着剤43を硬化させることが好ましい。
その後、切削装置を用いて、破線X1に沿って発光素子14の電極13を反射膜15から露出させ、破線X2に沿って透光性部材49の透光性の層の部分の一部と支持部材41の一部を切削する。
続いて、発光素子14の第1主面14a側から、発光素子14間の支持部材41に、ダイシングソー又はブレード等によって溝を形成し、その溝に沿って、発光素子14の第2主面14b側から、切削装置を用いて破線Yで溝の底面に至るまで、支持部材41を切削する。これによって、図7Dに示すように、支持部41aが外周に配置した状態で、発光素子14ごとに分割することができる。
次に、反射膜15から露出した発光素子14の電極13に対して、電極13よりも大きな金属膜13bを、それぞれ一対の電極13の表面に形成する。これによって、図7E及びFに示す発光装置60を製造することができる。
なお、複数の発光素子を、複数の凹部を有する支持部材に設ける場合には、シート等に複数の発光素子を貼り付けた状態で、複数の発光素子を支持部材と対向させた後、シート側から治具等で押圧することで、複数の発光素子を一括して支持部材に設けてもよい。
このように、簡便な方法により、上記と同様に、反射膜を発光素子の側面に確実に配置することができる。また、透光性部材の側面にも反射膜を配置することができ、上方への配光性の高い発光装置を簡便に製造することができる。また、発光部と非発光部のコントラストが良好な発光装置を製造することができる。
11 サファイア基板
12 半導体積層体
13 電極
13a 電極ポスト
13b 金属膜
14 発光素子
14a 第1主面
14b 第2主面
15、15A 反射膜
18、18A、28、43 接着剤
18a、28a 接着剤の余剰分
21、31、41 支持部材
21a、31a、41a 支持部
19、29、49 透光性部材(第2の支持部材)
32 光反射性部材
33 溝
34 支持部材
41c 凹部
42 ダイボンダーのコレット
43 透光性接着剤
45 実装支持部
48 保護部材
50 第2の透光性部材
Claims (8)
- (a)反射膜を準備し、
(b)半導体積層体と、第1主面側に形成された電極とを有する発光素子を準備し、
(c)前記発光素子の第1主面側で前記反射膜を押圧し、前記反射膜を変形させ、少なくとも前記発光素子の側面に前記反射膜を配置し、
(d)前記発光素子の電極を前記反射膜から露出させる発光装置の製造方法。 - 前記反射膜と前記発光素子の側面に接着剤を配置する請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 工程(d)において、前記発光素子の第1主面側に配置された前記反射膜を除去して、該反射膜から前記電極を露出させる請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- さらに、(e)前記発光素子の第1主面と反対面である第2主面側に透光性部材を形成することを含む請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- さらに、(f)前記反射膜を、少なくとも一つの前記発光素子を含む単位に分割することを含む請求項1から4のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 工程(a)において、前記押圧による変形を維持し得る材料から形成される又は前記発光素子を収容し得る凹部を備える支持部材をその下に有する前記反射膜を準備する請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- 工程(f)において、前記支持部材も分割する請求項6に記載の発光装置の製造方法。
- 工程(b)において、前記発光素子を、第2の支持部材上に離間させて複数配置し、
工程(c)において、前記反射膜に前記複数の発光素子を一括して押圧する請求項1から7のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
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