JP2017157611A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<発光装置1の構成>
図1及び図2に示すように、第1実施形態に係る発光装置1は、支持部材10と、導体配線20と、発光素子40と、導光部材50と、光反射部材70と、を備えている。この発光装置1は、発光素子40の光取り出し面41からの光を、光反射部材70で周囲が覆われた導光部材50を介して光出射面53から照射する。導光部材50は、発光素子40の光取り出し面41と接合される光入射面51aを有する第1導光部材51と、発光素子40の光取り出し面41と離間し、第1導光部材51の光入射面51aと隣り合う面60aを有し、第1導光部材51からの光を異なる波長の光に変換する波長変換部材60と、波長変換部材60からの光を外部に放出する光出射面53を備える第2導光部材52と、を順に備える。導光部材50の光出射面53は、光反射部材70から露出し、発光装置1の光出射面として発光素子40から出射された光を外部に放出する。
以下、各構成について順次説明する。なお、場合により、発光装置1の高さ方向をX軸方向とし、発光装置1の幅方向をY軸方向とし、発光装置1の奥行方向をZ軸方向として説明する。
この導体配線20は、発光装置の一般的なパッケージ基板配線を利用できる。そのような配線としては、金属材料を用いることができ、例えば、Ag、Al、Ni、Rh、Au、Cu、Ti、Pt、Pd、Mo、Cr、W等の単体金属又はこれらの金属を主成分とする合金を好適に用いることができる。さらに好ましくは、光反射性に優れたAg、Al、Pt、Rh等の単体金属又はこれらの金属を主成分とする合金を用いることができる。
波長変換部材60は、光透過率が高いほど、光反射部材70との界面において、光を反射させやすいことから、輝度を向上させることができるため好ましい。なお、波長変換部材60は、信頼性の観点から、無機物のみで構成されることがより好ましい。
金属層72は、光学多層膜71の上に形成されているので、導光部材50から光学多層膜71を透過した光を反射することができる。光学多層膜71と金属層72とを組み合わせることで、入射光を効率よく反射することができる。この金属層72は、例えばALD法、スパッタリング法、蒸着法等によって形成することができる。
金属層72を設けることで、金属層72を被覆する樹脂部材73の厚みを薄くすることができる。
第1実施形態に係る発光装置1の製造方法について説明する。発光装置1の製造方法は、第1導光部材51と波長変換部材60と第2導光部材52とを順に配置した導光部材50を準備する工程と、第1導光部材51と発光素子40とを接合する工程と、発光素子40及び導光部材50を光反射部材70で被覆する工程と、導光部材50の光出射面53として光反射部材70から第2導光部材52の表面の一部を露出させる工程と、を含んでいる。
まず、波長変換部材60Aと、第1導光部材51Aと、第2導光部材52Aとを準備する。波長変換部材60Aは、例えばYAG系蛍光体の焼結体を板状にしたものである。第1導光部材51A及び第2導光部材52Aは例えばガラスブロックである。なお、波長変換部材60Aやガラスブロックの寸法は、導光部材50の完成品の寸法やカット個数等を考慮して予め設定される。
一例として、波長変換部材60Aは、第1導光部材51Aや第2導光部材52Aに直接接合されている。ここで、直接接合とは、接合したい界面を、接着材を用いることなく原子の結び付きで接合される接合である。この直接接合は、一般的に常温接合と分類される接合方式が好ましい。
表面活性化接合は、超高真空中で不活性イオンを接合界面に照射することにより、表面を清浄、活性化し接合する。
原子拡散接合は、同じく超高真空中で金属をスパッタリングし、その金属の拡散により接合する。スパッタ膜を非常に薄くすることで、光取り出しに影響なく接合できることも確認できている。
水酸基接合は接合界面に水酸基を形成し、水酸基の水素結合で接合する。
上記した3つの常温接合であるが、必要に応じて加熱処理を行うことで結合力が増す場合がある。その場合、加熱は、400℃以下、好ましくは300℃以下、より好ましくは200℃以下まで、加熱してもよい。
なお、導光部材集合体50Aの分割及び導光スライス部材50Sの分割は、例えばブレードやレーザーを用いて行うことができる。
発光素子40として、予め、成長基板上に、n側半導体層、活性領域、p側半導体層、n電極、p電極及び所定の保護膜層等が形成されたLEDチップを準備しておく。発光素子40は、GaN等の窒化物系半導体から形成され、成長基板としてサファイアの単結晶基板が用いられる。
まず、ALD法を用いて、図4Bに示すように、導光部材50の表面、発光素子40の周囲、並びに支持部材10の上面、導体配線20及びバンプ30を、光反射性を有する光学多層膜71で一体的に被覆する。なお、図4B〜図4Dでは、導光部材50の光出射面53(図1参照)となる側の端面も光学多層膜71等の光反射部材70で被覆された状態を示したが、後の工程で光反射部材70は、この光出射面53が露出するように部分的に除去される。また、導体配線20の一部を予めマスクしてから光学多層膜71等の光反射部材70を形成した後に前記マスクを除去することで、図1に示すような光反射部材70の開口70aを形成する。
本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、このような製造工程を経て、波長変換部材60中での光損失を低減する発光装置1を簡易に製造することができる。
これに対して、本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法では、波長変換部材60ではなく、第2導光部材52を切断又は研磨する。そのため、波長変換部材60のサイズは変わらず、また、第2導光部材52はガラス等の光を透過させる材料で構成されていることから、色度への影響もほとんどなく、前記した問題を未然に防ぐ効果を奏する。
<発光装置1Bの構成>
次に、第2実施形態に係る発光装置について、図5を参照して説明する。
第2実施形態に係る発光装置1Bは、光出射面53Bが第2導光部材52Bの上面に配置されている点が、第1実施形態に係る発光装置1と相違している。つまり、第2実施形態に係る発光装置1Bでは、光出射面53Bは、発光素子40の光取り出し面41と同じ方向(X軸方向)に配置される。以下では、第1実施形態に係る発光装置1と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
第2実施形態に係る発光装置1Bは、支持部材10と、導体配線20と、発光素子40と、導光部材50Bと、光反射部材70Bと、を主に備えている。
第2実施形態に係る発光装置1Bにおいても、発光素子からの放射光が波長変換部材60を通過する前にその放射光を小さく絞ることができる。これにより、波長変換部材を通過した後に光を小さく絞る従来技術と比較して、発光素子40からの光が光出射面53Bに到達するまでに、波長変換部材60中における光散乱が低減され、より光取り出し効率に優れた発光装置1Bを提供することができる。
第2実施形態に係る発光装置1Bの製造方法について説明する。第2実施形態に係る発光装置1Bの製造方法は、複数の導光部材50Bを準備する工程と、第2導光部材52Bの表面の一部を露出させる工程とが第1実施形態に係る発光装置1の製造方法と相違している。
まず、準備した複数の導光スライス部材50Sにおいて対向する2つの分割面(導光部材集合体50Aの分割面)に対して斜めになるように第2導光部材52の端面を加工する。ここで、導光スライス部材50Sの分割面の一方は、後の工程で発光素子40と第1導光部材51との接合面となる。つまり、ここでは、第2導光部材52の端面を発光素子40と第1導光部材51との接合面に対して斜めに加工して傾斜面54(図6B)を形成する。これにより、第2導光部材52B(図6B)が形成される。このとき、図6Aに示すように、導光スライス部材50Sにおいて、後工程で発光素子40を接合される側の面の方が狭くなるように傾斜面54Sを形成する。
次に、発光素子40を支持部材10上に実装する工程は、第1実施形態に係る発光装置1の製造方法において前記した工程と同様なので説明を省略する。
一例として、発光素子40及び導光部材50Bを光反射部材70Bで被覆する準備として、光出射面53Bを形成する領域を保護するためのマスクを形成する。光出射面53Bを形成する領域とは、導光部材50Bにおいて第2導光部材52Bの傾斜面54に連なる上面の一部領域のことである。ここでは、図6Bに示すように、第2導光部材52Bの上面の一部分に、マスクとして、従来公知の方法でレジスト5を形成する。レジスト5は、平面視で第2導光部材52Bの少なくとも1つのエッジから離間するように形成されることが好ましく、光出射面53Bの面積を小さく絞るためには、レジスト5は、平面視で第2導光部材52Bの全てのエッジから離間するように形成されることが好ましい。
次に、第3実施形態に係る発光装置について、図7Aを参照して説明する。
第3実施形態に係る発光装置1Cは、光反射部材70Bと、ヒートシンク81と、を備える点が、第1実施形態に係る発光装置1と相違している。光反射部材70Bは、第2実施形態に係る発光装置1Bが備える光反射部材70Bと同じものである。以下では、第1実施形態に係る発光装置1と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
ヒートシンク81は、導光部材50において、発光素子40が接合されていない領域に設けられている。ヒートシンク81は、例えば導光部材50の上面に形成される。四角柱の形状の導光部材50であれば、四角柱の他の側面に設けても構わないし、この四角柱において光出射面53と対向する面に設けても構わない。ヒートシンク81は、例えば導光部材50に接合してもよいし、光反射部材70Bに接合してもよい。光反射部材70Bに接合するときには、図7Aに示すように、光学多層膜71に接合してもよい。
上記実施形態に係る発光装置に光学素子を後付けすることもできる。
図8Aに示すように、発光装置1Eは、第1実施形態に係る発光装置1において、導光部材50の光出射面53に光学素子91を接合したものである。
図8Bに示すように、発光装置1Fは、第2実施形態に係る発光装置1Bにおいて、導光部材50Bの光出射面53Bに光学素子92を接合したものである。
上記構成の発光装置1E,1Fは、光学素子91,92によって配光特性を制御することができる。
10 支持部材
40 発光素子
41 光取り出し面
50,50B 導光部材
50A 導光部材集合体
50S 導光スライス部材(導光部材)
50S1,50S2 研磨面
51,51A 第1導光部材
51a 光入射面
52,52A,52B 第2導光部材
53,53B 光出射面
54 傾斜面
60,60A,60S 波長変換部材
70,70B 光反射部材
71 光学多層膜
72 金属層
73 樹脂部材
81 ヒートシンク
82 金属板
91,92 光学素子
Claims (21)
- 光取り出し面を有する発光素子と、
前記光取り出し面と接合される光入射面を有する第1導光部材、及び、前記発光素子と離間し、前記光入射面と隣り合う面を有し、前記第1導光部材からの光を異なる波長の光に変換する波長変換部材、及び、前記波長変換部材からの光を外部に放出する光出射面を備える第2導光部材を順に備える導光部材と、
前記光出射面を露出させ、前記発光素子及び前記導光部材を覆う光反射部材と、を備える発光装置。 - 前記光出射面の面積は前記光入射面の面積よりも小さい請求項1に記載の発光装置。
- 前記導光部材は四角柱である請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記光反射部材は前記光出射面の外縁全周を囲んでいる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記光反射部材は、
前記発光素子及び前記導光部材を覆う光学多層膜と、
前記光学多層膜の少なくとも一部を被覆する樹脂部材と、を備える請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記光反射部材は、
前記発光素子及び前記導光部材を覆う光学多層膜と、
前記光学多層膜を被覆する金属層と、
前記金属層の少なくとも一部を被覆する樹脂部材と、を備える請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記光取り出し面が前記発光素子の上面に配置され、
前記光出射面が前記第2導光部材の上面に配置され、
前記第2導光部材は、前記発光素子の前記光取り出し面に対して傾斜した傾斜面を備える請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記導光部材は、前記発光素子が接合されていない領域にヒートシンク又は金属板を備える請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記光出射面に光学素子を設けた請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記光入射面に複数の前記発光素子が接合された請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の発光装置。
- 第1導光部材と波長変換部材と第2導光部材とを順に配置した導光部材を準備する工程と、
前記第1導光部材と発光素子とを接合する工程と、
前記発光素子を支持部材上に実装する工程と、
前記発光素子及び前記導光部材を光反射部材で被覆する工程と、
前記導光部材の光出射面として前記光反射部材から前記第2導光部材の表面の一部を露出させる工程と、を有する発光装置の製造方法。 - 前記光反射部材で前記発光素子と前記導光部材とを被覆する工程は、
前記発光素子及び前記導光部材を光学多層膜で覆う工程と、
前記光学多層膜の少なくとも一部を樹脂部材で覆う工程と、を有する請求項11に記載の発光装置の製造方法。 - 前記光反射部材で前記発光素子と前記導光部材とを被覆する工程は、
前記発光素子及び前記導光部材を光学多層膜で覆う工程と、
前記光学多層膜を金属層で覆う工程と、
前記金属層の少なくとも一部を樹脂部材で覆う工程と、を有する請求項11に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第2導光部材の表面の一部を露出させる工程は、
前記光反射部材の一部を除去する工程を含む請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記導光部材を準備する工程は、前記第2導光部材の端面を前記発光素子と前記第1導光部材との接合面に対して斜めに加工して傾斜面を形成する工程を含み、
前記第2導光部材の表面の一部を露出させる工程は、前記第2導光部材の前記傾斜面に連なる上面の一部を露出させる工程を含む請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記光出射面に光学素子を接合する工程をさらに有する請求項11から請求項15のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 第1導光部材と波長変換部材と第2導光部材とを順に配置した導光部材集合体を形成し、前記導光部材集合体を一方向に分割することで、前記第1導光部材と前記波長変換部材と前記第2導光部材との順に配置された複数の導光部材を準備する工程と、
前記第1導光部材と複数の発光素子とを接合する工程と、
複数の前記発光素子及び前記導光部材を光反射部材で被覆する工程と、
前記導光部材の光出射面として前記光反射部材から前記第2導光部材の表面の一部を露出させる工程と、を有する発光装置の製造方法。 - 前記複数の導光部材を準備する工程は、
前記導光部材集合体を前記一方向に分割した後に、前記一方向に直交する方向に分割することで、前記複数の導光部材を準備する請求項17に記載の発光装置の製造方法。 - 前記複数の導光部材を準備する工程の後に、
前記導光部材において対向する2つの分割面を研磨することで一対の研磨面を形成する工程をさらに有し、
前記第1導光部材と複数の前記発光素子とを接合する工程は、前記第1導光部材の研磨面に複数の前記発光素子を接合する請求項17又は請求項18に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第2導光部材の表面の一部を露出させる工程は、
前記光反射部材の一部を除去する工程を含む請求項17から請求項19のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記複数の導光部材を準備する工程は、前記第2導光部材の端面を前記導光部材集合体の分割面に対して斜めに加工して傾斜面を形成する工程を含み、
前記第2導光部材の表面の一部を露出させる工程は、前記第2導光部材の前記傾斜面に連なる上面の一部を露出させる工程を含む請求項17から請求項19のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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