JP2018018979A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】製造工程を簡略化した小型かつ薄型のフリップチップ実装用発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】１つの素子基板５上に複数の発光素子３を備える素子集合体２を基板６に実装する工程と、素子集合体２と基板６との間に光反射部材１０を設ける工程と、素子基板５を複数の発光素子３から除去する工程と、複数の発光素子３の間において、基板６と光反射部材１０とを切断し、複数の発光装置１を分離する工程と、をこの順に有することを特徴とするので、素子集合体２が基板６に実装された状態で、発光素子３の上面は素子基板５で覆われており、素子集合体２と基板６との間に光反射部材１０を設けるとき、光反射部材１０が発光素子の上面に付着することが防止される。
【選択図】図２

Description

本開示は、発光装置の製造方法に関する。
半導体発光素子の周囲に白色の被覆部材を設けた発光装置が知られている。
特開２０１４−１０７３０７号公報
このような構造の発光装置において、更なる工程の簡略化が要求されている。
本開示に係る発光装置の製造方法は、以下の構成を含む。
１つの素子基板上に複数の発光素子を備える素子集合体を基板に実装する工程と、前記素子集合体と前記基板との間に光反射部材を設ける工程と、前記素子基板を前記複数の発光素子から除去する工程と、前記複数の発光素子の間において、前記基板と前記光反射部材とを切断し、複数の発光装置を分離する工程と、をこの順に有することを特徴とする。
発光装置の製造工程を簡略化することができる。
本発明の一実施形態に係る素子集合体をフリップチップ実装した状態を示す図である。 素子基板と基板との間に光反射部材が充填された状態の断面図である。 素子基板が除去された状態の断面図である。 光反射部材の周縁部に残った凸部を除去した状態の断面図である。 波長変換層が形成された状態を示す断面図である。 発光素子及び基板が切断される切断位置を示す図である。 切断された発光装置の平面図である。 切断された発光装置の断面図である。 波長変換層が２層形成された発光装置を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置の製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、一実施形態、実施例において説明する内容は、他の実施形態、実施例にも適用可能である。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。
実施形態に係る発光装置の製造方法は、１つの素子基板上に複数の発光素子を備えた素子集合体を、基板の素子搭載面に実装する工程と、素子集合体と基板との間に光反射部材を設ける工程と、素子基板を複数の発光素子から除去する工程と、複数の発光素子の間において、基板と光反射部材とを切断し、複数の発光装置を分離する工程とをこの順に有する。
図１は、１つの素子基板５上に複数の発光素子３を備えた素子集合体２を基板６上に実装した状態を示す。図１Ａは上面図、図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における端面図、図１Ｃは、図１ＡのＩＣ−ＩＣ線における端面図を示す。
図１Ａでは、１つの素子基板に５個の発光素子を備えた素子集合体を、基板上に実装した状態を示している、各発光素子は、一対のｐ電極とｎ電極を有しており、それぞれが接合部材を介して基板の導電部材７と接合されるようにして実装されている。
次いで、図２に示すように、光反射部材１０を充填する。図２Ａは、光反射部材１０が充填された状態の縦断面図、図２Ｂは横断面図を示す。光反射部材１０は、ポッティング、トランスファーモールド、コンプレッションモールド等により形成される。光反射部材１０は、基板と素子基板の間であって、発光素子の側面を被覆するように形成される。詳細には、発光素子３の半導体層の側面を被覆するように配置されていることが好ましく、半導体層の全周囲を取り囲むように、半導体層に接触して配置されていることが好ましい。これによって、素子基板５を取り除いた状態で、半導体層の側面から光が漏れることを防止して、半導体層の上面から効率よく光を出射することができる。
さらに光反射部材１０は、素子基板５の外周面１１下部を覆った状態で充填されていることが好ましい。これによって、素子基板５を除去したとき、光反射部材１０の上面が、発光素子３の半導体層の上面と面一となるように光反射部材１０を形成することができる。
また、光反射部材１０は、実装された発光素子３と基板との間に充填するよう設けられることが好ましい。これにより、発光装置１の強度を高めることができる。なお、発光素子３と基板との間に配置される光反射部材１０は、発光素子３の半導体層の側面を被覆する材料と異なる材料であってもよい。これによって、半導体層の側面に配置される光反射部材と、発光素子３と基板との間に配置される光反射部材との間で、それぞれ適切な機能を付与することができる。例えば、半導体層の側面に配置される光反射部材は、反射率が高い材料とし、発光素子３と基板との間に配置される光反射部材は両者の密着性を強固とする材料とすることができる。このような構成とするには、例えば、光反射部材に含まれる光反射材の含有量が異なる２種の光反射部材を用いることができる。光反射材の含有量の少ない方を第１光反射部材、多い方を第２光反射部材とすると、発光素子と基板との間に第２光反射部材を配置した後、発光素子の側面に第２光反射部材を配置することで、２つの光反射部材で構成される光反射部材とすることができる。
つぎに、図３に示すように、半導体層を支えていた、半導体層成長用の素子基板５を除去する。素子基板５が除去された状態の縦断面図を図３Ａに示し、横断面図を図３Ｂに示す。素子基板５は、例えばこの素子基板５側から半導体層に、素子基板５を透過するレーザ光（例えば、ＫｒＦエキシマレーザ）を照射し、半導体層と素子基板５との界面で分解反応を生じさせ、素子基板５を半導体層から分離する、レーザリフトオフ法等を利用して除去することができる。
素子基板５を除去したとき、素子基板５の外周面１１下部を覆っていた光反射部材１０によって、形成された光反射部材１０の周縁部に沿って凸部１３が残ることがある。このような場合に、凸部１３は、たとえば開口部が形成されたメタルマスクで被覆され、ブラスト研削によって除去される。凸部１３が除去された状態の縦断面図を図４Ａに示し、横断面図を図４Ｂに示す。
素子基板５が除去された状態で、発光素子３の半導体層の上面１４と、光反射部材１０の上面とは面一になっており、半導体層の上面１４には光反射部材１０が付着していない。このため、半導体層の上面１４に付着した光反射部材１０を除去する工程を経ることなく、波長変換層１５を形成することができる。波長変換層１５には、粘度又は流動性を調整するために、シリカ（アエロジル）などを添加してもよい。波長変換層１５は、スプレー法、特に、間欠的にスプレーを噴射するパルススプレー方式によって形成されることが望ましい。間欠的にスプレー噴射することにより、少ない噴射量で波長変換層１５を均一に塗布することができる。波長変換層１５が形成された状態の縦断面図を図５Ａに示し、横断面図を図５Ｂに示す。
その後、図６に示す破線１６で、発光素子３及び基板６が一体で切断される。切断された発光装置１の平面図を図７Ａに示し、横断面図を図７Ｂに示す。
切断された発光装置１の光反射部材１０の長手方向に沿う１つの縁部１７は、基板６の長手方向に沿う縁部１８と一致していることが好ましい。つまり、光反射部材１０の長手方向に沿った端面の少なくとも一方は、基板６の長手方向に沿った端面の一方と同一面を形成することが好ましく、双方が同一面を形成することがより好ましい。これにより、光反射部材１０で発光装置１の外面を形成することができ、発光装置１の外形厚みを大きくすることなく、光取出し面の面積を大きくすることができ、光取り出し効率を高めることができる。短手方向の縁部１９は、基板６の短手方向に沿う縁部２０よりも外側に配置されていてもよいが、通常、基板６の縁部２０と同一面を形成するか、それよりも内側に配置されている。ここで、同一面とは、厳密な意味のみならず、光反射部材１０が若干のアール形状を有する場合には、そのアール形状の何れかが基板６の端面と一致していればよい。
基板６を切断した状態で、光取り出し面側から見た光反射部材１０の大きさは、発光素子３よりも大きい平面積であることが好ましく、特に、その最外形の長手方向の長さは、発光素子３の一辺の１．０〜４．０倍程度の長さを有する大きさが好ましい。具体的には、３００〜２０００μｍ程度が好ましく、１０００〜１５００μｍ程度がより好ましい。光反射部材１０の厚み（光取り出し面側から見た場合の発光素子３の端面から光反射部材１０の最外形までの幅、発光素子３の側面における光反射部材１０の最小幅ともいう）は、例えば、０〜１０００μｍ程度が挙げられ、５０〜５００μｍ程度、１００〜２００μｍ程度が好ましい。
なお、図７Ａ，図７Ｂに示す発光装置１は発光素子３を１つ含んでいるが、もちろんこれに限定されるものではなく、発光素子３を２つ以上含んだものでもよい。発光素子３を２つ含んだ発光装置１０１の平面図を図８Ａに示し、発光装置１０１の横断面図を図８Ｂに示す。
図９に示す発光装置１０２は、第１波長変換層１５ａと、第１波長変換層１５ａを被覆する第２波長変換層１５ｂを有している。第２波長変換層１５ｂで第１波長変換層１５ａを被覆することで、第１波長変換層１５ａに含まれる第１蛍光体を保護し、第１蛍光体の変質等を抑制することができる。その結果、第１蛍光体にその機能を十分果たさせることができる。これによって、信頼性が高い、高寿命の発光装置１０１を製造することができる。また、図９に示す第２波長変換層を、蛍光体を含まない透光性の樹脂部材とすることもできる。これにより、第１波長変換層に含まれる第１蛍光体を保護することができる。
以下、各部材について詳説する。
[基板]
基板は、絶縁性の母材と、正負一対の電極として機能する導電部材と、を備える。
（母材）
１つの発光装置における母材の形状、大きさ、厚み等は特に限定されるものではなく、適宜設定することができる。母材の厚みは、用いる材料、載置する発光素子の種類及び構造等にもよるが、例えば、４７０μｍ程度以下が好ましく、３７０μｍ程度以下、３２０μｍ程度以下、２７０μｍ、２００μｍ、１５０μｍ、１００μｍ程度以下がより好ましい。また、強度等を考慮すると、２０μｍ程度以上が好ましい。母材の曲げ強度は、基板全体の強度を確保するために、上述した基板の強度と同等、例えば、３００ＭＰａ程度以上であることが好ましく、４００ＭＰａ程度以上、６００ＭＰａ程度以上がより好ましい。
母材の平面形状は、例えば、円形、四角形等の多角形又はこれらに近い形状が挙げられる。なかでも長方形、つまり、長手方向に細長い形状が好ましい。大きさは、後述する発光素子よりも大きい平面積であることが好ましい。１つの発光装置に発光素子３が１つ搭載される場合は、発光装置の長手方向が発光素子３の一辺の１．５〜５倍程度の長さを有することが好ましく、１．５〜３倍程度の長さがより好ましい。また発光装置の短手方向は、発光素子の一辺の１．０〜２．０倍程度の長さを有することが好ましく、１．１〜１．５倍程度の長さがより好ましい。１つの発光装置に発光素子３が複数搭載される場合は、その数によって適宜調整することができる。例えば、長手方向に２個又は３個搭載される場合は、長手方向が発光素子の一辺の２．４〜６．０倍程度又は３．５〜７．０倍程度が好ましい。
基板の強度は、上述した厚みの範囲において、曲げ強度が３００ＭＰａ以上であることが好ましく、４００ＭＰａ以上であることがより好ましく、６００ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。ここでの曲げ強度は、市販の強度測定機、例えば、インストロンによる３点曲げ試験によって測定した値を意味する。
基板を構成する母材は、線膨張係数が、発光素子の線膨張係数の±１０ｐｐｍ／℃以内の範囲であれば、どのような材料によって形成されていてもよい。好ましくは、±９ｐｐｍ／℃以内、±８ｐｐｍ／℃以内、±７ｐｐｍ／℃以内、±５ｐｐｍ／℃以内である。なお、本実施形態では、線膨張係数は、ＴＭＡ法で測定した値を意味する。α１及びα２のいずれかがこの値を満たしていればよいが、両方で満たすことがより好ましい。
母材は、例えば、金属、セラミック、樹脂、誘電体、パルプ、ガラス、紙又はこれらの複合材料（例えば、複合樹脂）、あるいはこれら材料と導電材料（例えば、金属、カーボン等）との複合材料等が挙げられる。金属としては、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はこれらの合金を含むものが挙げられる。セラミックとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン又はこれらの混合物を含むものが挙げられる。複合樹脂としては、ガラスエポキシ樹脂等が挙げられる。
特に、母材は樹脂を含有するものが好ましい。樹脂は、当該分野で使用されているものであればどのようなものを利用してもよい。具体的には、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。
樹脂は、その種類にかかわらず、例えば、ガラス転移温度が、２５０℃程度以上であることが好ましく、２７０℃程度以上、２８０℃程度以上、３００℃程度以上、３２０℃程度以上がより好ましい。なお、ガラス転移温度は、例えば、試料の温度をゆっくりと上昇または下降させながら力学的物性の変化、吸熱又は発熱を測定する方法（ＴＭＡ、ＤＳＣ、ＤＴＡ等）、動的粘弾性測定試料に加える周期的な力の周波数を変えながらその応答を測定する方法のいずれでもよい。
樹脂の種類にかかわらず、線膨張係数を発光素子の線膨張係数の±１０ｐｐｍ／℃とするために、あるいは熱放射率を増大させるために、樹脂には、充填材、例えば、無機材料による充填材を含有させることが好ましい。このような充填材の種類及び量等を適宜組み合わせることによって、母材の線膨張係数を調整することができる。
充填材及び無機材料としては、例えば、六方晶窒化ホウ素で被覆されたホウ酸塩粒子、アルミナ、シリカ類（天然シリカ、溶融シリカ等）、金属水和物（水酸化アルミニウム、ベーマイト、水酸化マグネシウム等）、モリブデン化合物（酸化モリブデン等）、ホウ酸亜鉛、錫酸亜鉛、酸化アルミニウム、クレー、カオリン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、タルク、焼成クレー、焼成カオリン、焼成タルク、マイカ、ガラス短繊維（Ｅガラス、Ｄガラス等のガラス微粉末類、ガラスクロス等）、中空ガラス、リン酸ジルコニウム等の熱収縮フィラー、スチレン系、ブタジエン系、アクリル系、シリコーン等のゴムパウダー及びコアシェル型のゴムパウダー（スチレン系、ブタジエン系、アクリル系、シリコーン等）等が挙げられる。特に、熱伝導率の高い充填材又は無機材料を、大量に含有させることにより、熱放射率を調整することができる。例えば、ガラスクロスを用いる場合には、ガラスクロス中の無機材料を５０ｗｔ％以上、７０ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以上含有させることができる。
また、顔料を含有してもよい。顔料としては、カーボンブラック、酸化チタン等が挙げられる。
（導電部材）
一対の導電部材は、基板の少なくとも上面（発光素子が載置される側）に形成されていればよい。この場合、導電部材の縁部の少なくとも一部は、基板の上面の縁部の一部に一致するように形成することが好ましい。言い換えると、導電部材の端面の一部と基板の実装面の一部とが同一面となるように形成されていることが好ましい。これにより、発光装置を実装基板に実装する際に、実装基板と導電部材の端面とを接触（または限りなく近接）させることができるため、発光装置の実装性を向上させることができる。ここで同一面とは、段差がない又はほとんどないことを意味し、数μｍから十数μｍ程度の凹凸は許容されることを意味する。本願明細書において、同一面については以下同じ意味である。
導電部材は、基板の上面において、発光素子の電極と接続される素子接続部と、発光装置の外部と接続される外部接続部とを有する。外部接続部は、基板の上面に加えて、さらに基板の下面上にも設けられていることがより好ましい。例えば、導電部材は、（i）上面から、側面に延長して設けられているか（ii）母材を貫通するように設けられたビアまたはスルーホール等により上面上から下面上に延長して設けられているか、（iii）上面から、側面を通って、さらに、下面上に延長して（例えば、断面視、Ｕ字状に）設けられていることが好ましい。
基板は、電極として機能する導電部材のほか、発光素子に電気的に接続されず、例えば放熱部材、補強部材などとして機能させる導電部材を有していてもよい。
さらに、１つの発光装置に発光素子が複数配置される場合、複数の発光素子３を電気的に接続するさらなる導電部材を１以上備えていてもよい。
導電部材は、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ等の金属又はこれらの合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。なかでも、導電性及び実装性に優れているものが好ましく、実装側の半田との接合性及び濡れ性の良い材料がより好ましい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。導電部材の表面には、銀、プラチナ、錫、金、ロジウム、又はこれらの合金等の光反射性の高い被膜が形成されていてもよい。導電部材は、具体的には、Ｗ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｗ／Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｗ／ＮｉＣｏ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｇ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇ等の積層構造が挙げられる。また、部分的に厚み又は積層数が異なっていてもよい。
[素子集合体]
素子基板としては、後述する発光素子の半導体積層体の成長基板を用いることが生産性の観点から好ましい。このようなサファイア（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のような絶縁性基板、窒化物系の半導体基板等が挙げられる。素子基板の厚みは、例えば、１９０μｍ程度以下が好ましく、１８０μｍ程度以下、１５０μｍ程度以下がより好ましい。
素子基板は、表面に複数の凸部又は凹凸を有するものであってもよい。また、これに伴って、例えば、その上に形成された窒化物半導体積層体の素子基板側の表面（窒化物半導体積層体の前記電極が配置された面の反対面）に、素子基板の形状と対応する複数の凸部又は凹凸があってもよい。これにより、その高さが０．５〜２．０μｍ程度、ピッチが１０〜２５μｍ程度の凹凸を有していてもよい。素子基板は、Ｃ面、Ａ面等の所定の結晶面に対して０〜１０°程度のオフ角を有するものであってもよい。なお、素子基板は、第１半導体層との間に、中間層、バッファ層、下地層等の半導体層又は絶縁層等を有していてもよい。
素子基板は、素子集合体と基板が接合され、それらの間に光反射部材を設けた後に除去される。除去の方法としては、例えば、素子基板を透過し、半導体層に吸収されるレーザ光（例えば、素子基板がサファイア、半導体層がＧａＮ系である場合には、ＫｒＦエキシマレーザ）を、素子基板側から半導体層に照射し、半導体層と素子基板との界面において半導体層を分解させ、素子基板を半導体層から分離する、レーザリフトオフ法等を利用して行うことができる。
素子基板が除去されることで、より薄型、小型の発光装置を得ることができる。また、発光に直接寄与しない層を除去することにより、これらの層が発光層から出射される光を吸収することを抑制することができる。さらに、発光素子基板に起因する光の散乱を抑制することができる。これにより、発光効率を向上させることまたは／および発光輝度を高めることが可能となる。
（発光素子）
発光素子の大きさ、形状、発光波長は適宜選択することができる。複数の発光素子が実装される場合、行列など規則的又は周期的に配置されることが好ましい。また、複数の発光素子は、直列、並列、直並列又は並直列のいずれの形態で接続されてもよい。
発光素子は、少なくとも半導体積層体を備える。半導体積層体は、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層がこの順に積層されており、発光に寄与する積層体である。半導体積層体の厚みは、３０μｍ程度以下が好ましく、１５μｍ程度以下、１０μｍ程度以下がより好ましい。また、半導体積層体の同一面側に、正負一対の電極を備える。
半導体層の種類、材料は特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等、種々の半導体が挙げられる。具体的には、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物半導体が挙げられ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を用いることができる。各層の膜厚及び層構造は、当該分野で公知のものを利用することができる。
発光素子または半導体積層体の平面視における形状は、特に限定されるものではないが、四角形又はこれに近似する形状が好ましい。大きさは、発光装置の大きさまたは発光装置に求められる特性によって、その上限を適宜調整することができる。例えば、半導体積層体の一辺の長さが、数百μｍから２ｍｍ程度が挙げられ、具体的には、１４００×２００μｍ程度、１１００×２００μｍ程度、９００×２００μｍ程度等が挙げられる。
（電極）
一対の電極は、半導体積層体の同一面側に形成されている。これにより、基板の配線電極と、発光素子の電極とを、対向させて接合するフリップチップ実装が可能となる。
電極は、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属又はこれらの合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。具体的には、半導体層側からＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈ等のように積層された積層膜が挙げられる。
（光反射部材）
光反射部材は、１つの素子基板上に複数の発光素子を備えた素子集合体と、基板との間に設けられ、少なくとも発光素子の周囲に設けられる。その材料は特に限定されるものではなく、セラミック、樹脂、誘電体、パルプ、ガラス又はこれらの複合材料等が挙げられる。なかでも、任意の形状に容易に成形することができるという観点から、樹脂が好ましい。
樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。具体的には、エポキシ、シリコーン、シリコーン変性エポキシなどの変性エポキシ樹脂、エポキシ変性シリコーンなどの変性シリコーン、ハイブリッドシリコーン、ポリイミド、変性ポリイミド、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ、フェノール、アクリル、ＰＢＴの樹脂が挙げられる。
光反射部材は、発光素子からの光に対する反射率が６０％以上である遮光性材料、より好ましくは７０％、８０％又は９０％以上の遮光性材料であるものが好ましい。そのために、上述した材料、例えば、樹脂に、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、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化ニオブ、硫酸バリウム、各種希土類酸化物（例えば、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム）などの光反射材、光散乱材又は着色材、熱放射性部材等を含有させることが好ましい。光反射部材は、ガラスファイバー、ワラストナイトなどの繊維状フィラー、カーボン等の無機フィラーを含有させてもよい。また、放熱性の高い材料（例えば、窒化アルミニウム等）を含有させてもよい。これらの添加物は、例えば、封止部材の全重量に対して、１０〜９５重量％程度、２０〜８０重量％程度、３０〜６０重量％含有させることが好ましい。
光反射材を含有させることにより、発光素子からの光を効率よく反射させることができる。特に、基板よりも光反射率の高い材料を用いる（例えば、基板に窒化アルミニウムを用いた場合に、光反射部材として二酸化チタンを含有させたシリコーン樹脂を用いる）ことにより、ハンドリング性を保ちつつ、基板の大きさを小さくして、発光装置の光取出し効率を高めることができる。光反射材として二酸化チタンのみ含有させる場合は、光反射部材の全重量に対して、２０〜６０重量％程度含有させることが好ましく、３０〜５０重量％程度含有させることがさらに好ましい。
光反射部材は、発光素子の側面を被覆するように配置されていることが好ましく、発光素子の全周囲を取り囲むように、発光素子に接触して配置されていることが好ましい。これによって、発光素子の側面から光が漏れることを防止して、発光素子の上面から効率よく光を出射することができる。また、発光素子の側面から波長変換されていない光の抜けを低減し、配光色むらの少ない発光装置とすることができる。
また、光反射部材は、フリップチップ実装された発光素子と基板との間を充填するよう設けられることが好ましい。これにより、発光装置の強度を高めることができる。なお、発光素子と基板との間に配置される光反射部材は、発光素子の側面を被覆する材料と異なる材料であってもよい。これによって、発光素子の側面に配置される光反射部材と、発光素子と基板との間に配置される部材との間で、それぞれ適切な機能を付与することができる。例えば、発光素子の側面に配置される光反射部材は、反射率が高い材料、発光素子と基板との間に配置される部材は両者の密着性を強固にする材料とすることができる。
封止部材の平面視（光取り出し面側から見た平面視）における縁部は、基板の縁部よりも内側又は外側に配置してもよい。また、長手方向又はこれに直交する方向においてアール形状を有していてもよい。
（波長変換層）
素子集合体と基板との間に光反射部材を設けた後、素子基板を発光素子から除去した状態で、少なくとも発光素子の上面には、発光素子が発する光の波長を変換する波長変換層が形成される。
波長変換層は、発光素子からの光を波長変換する蛍光体のみからなる層であってもよいが、例えば、透光性材料に蛍光体を含有させたものを用いることができる。
蛍光体としては、少なくとも発光素子からの発光に励起されて異なる波長を発する発光をするものであれば用いることができ、例えば、（１）アルミニウムガーネット系蛍光体（例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）系蛍光体等）、（２）ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2）系蛍光体、（３）ユウロピウムで賦活されたシリケート系（（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4）蛍光体、（４）s−ＳｉＡｌＯＮ系蛍光体、（５）ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ）系又はＳＣＡＳＮ系等の窒化物系蛍光体、（６）ＬｎＳｉ3Ｎ11系、ＬｎＳｉＡｌＯＮ系等の希土類窒化物系蛍光体（Ｌｎは希土類元素）、（７）ＢａＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ系、Ｂａ3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ系等の酸窒化物系蛍光体、（８）Ｍｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体（例えば、ＫＳＦ系（Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ）蛍光体）、（９）ＣａＳ系（ＣａＳ：Ｅｕ）、ＳｒＧａ2Ｓ4系（ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ）、ＳｒＡｌ2Ｏ4系、ＺｎＳ系等の硫化物系蛍光体、（１０）クロロシリケート系蛍光体などが挙げられる。
また、半導体材料、例えば、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族半導体、具体的には、ＣｄＳｅ、コアシェル型のＣｄＳxＳｅ1-x／ＺｎＳ、ＧａＰ等のナノサイズの高分散粒子であるいわゆるナノクリスタル、量子ドット（Ｑ−Ｄｏｔｓ）と称される発光物質でもよい。量子ドット蛍光体は、不安定であるため、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、これらのハイブリッド樹脂などで粒子の表面を被覆又は安定化してもよい。
これにより、発光素子から発せられた可視波長の一次光及び波長変換層に含有された蛍光体が一次光を波長変換して発する二次光の混色光（例えば、白色系）を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置を得ることができる。発光装置が液晶ディスプレイのバックライト等に用いられる場合、青色光によって励起され、赤色発光する蛍光体（例えば、ＫＳＦ系蛍光体）と、緑色発光する蛍光体（例えば、βサイアロン蛍光体）を用いることが好ましい。これにより、発光装置を用いたディスプレイの色再現範囲を広げることができる。照明等に用いられる場合、青色発光する発光素子と黄色発光する蛍光体と赤色発光する蛍光体及び青緑色発光する発光素子又は蛍光体とを組み合わせて用いてもよい。
蛍光体の粒子の形状は、例えば、破砕状、球状、中空及び多孔質等のいずれでもよい。蛍光体は、例えば、平均粒径（メジアン径）が５０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下又は１０μｍ以下であるものが好ましい。平均粒径は、市販の粒子測定器又は粒度分布測定器等やＳＥＭで得られる画像の処理によって測定及び算出することができる。上記の平均粒径は、Ｆ．Ｓ．Ｓ．Ｓ．Ｎｏ（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ’ｓ Ｎｏ）における空気透過法で得られる粒径を指す。
蛍光体を含有させる透光性材料としては、例えば、透光性の高いシリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、シリコーン変成樹脂、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、又はこれらの樹脂を１種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂、ガラス等が挙げられる。
波長変換層は、複数の層として設けられてもよい。複数の層は、例えば、同じ蛍光体を含有した層であってもよく、それぞれ異なる種類、濃度、組成等の蛍光体を含有する層であってもよい。
特に、少なくとも、発光素子の上面、つまり、発光装置の光取り出し面上に形成される第１波長変換層と、第１波長変換層を被覆し、第１波長変換層と異なる種類の蛍光体を含有する第２波長変換層を有していてもよい。
第２蛍光体層に含まれる第２蛍光体は、第１蛍光体層に含まれる第１蛍光体よりも、耐候性が高いこと、特に耐水性が高いこと、発光波長が短いこと、劣化しにくいことが好ましい。
これにより、耐候性の低い第１蛍光体を保護し、第１蛍光体の変質等を抑制することができる。その結果、第１蛍光体にその機能を十分果たさせることができる。これによって、信頼性が高い、高寿命の発光装置を製造することができる。
本明細書において、蛍光体の発光波長とは、ピーク波長のことをいう。蛍光体は、一般的に、励起波長が同じである場合、発光波長が長波長であるほうが、波長変換の際に発熱が多くなる。そのため、第２蛍光体の発光波長が第１蛍光体の発光波長よりも短い場合、つまり、第１蛍光体の発光波長が第２蛍光体の発光波長より長い場合には、第１蛍光体からの発熱が多くなりやすいが、第１蛍光体層を発光装置や基板などの他の部材に近接した位置に配置することで、第１蛍光体からの放熱性を高めることができる。
なお、耐水性とは、水又は湿度により、蛍光体の母体が溶解、分解、潮解又は化学反応等して、元の化合物の状態から変化し、蛍光体としての物性が変化する現象に対する耐性を意味する。よって、耐水性が高いとは、蛍光体としての物性の変化の程度が小さいことをさす。
透光性材料としては、上述した遮光性部材を構成する樹脂の中等から適宜選択することができる。充填、光拡散、着色の機能を有する材料としては、上述した母材、遮光性部材で例示した添加物等の中から適宜選択することができる。
特に、第２蛍光体層を構成する透光性材料は、ガスバリア性、水蒸気透過性が、第１蛍光体層のそれよりも低い材料を用いることが好ましい。これにより、第１蛍光体層中の第１蛍光体を効果的に保護することができる。また、第１蛍光体層を構成する透光性材料は、第２蛍光体層のそれよりも放熱性が良好なもの、熱伝導率が高いものが好ましい。これにより、発光装置の信頼性を高めることができる。さらに、第１蛍光体層を構成する透光性材料の屈折率は、第２蛍光体層を構成する透光性材料のそれと同等、もしくはそれ以上であることが好ましい。これにより、蛍光体層から効果的に光を取り出すことができ、発光装置の光取出し効率を高めることができる。
上述したナノクリスタル、量子ドット等の蛍光体は、例えば、粒径１〜１００ｎｍ程度（原子１０〜５０個程度）である。このような蛍光体を用いることにより、内部散乱を抑制することができる。光の内部散乱を抑制すると、上面に対して垂直な方向への光の配光成分を増加させることができ、同時に、発光装置の側面又は下面に向かう光を抑制することができる。その結果、光取り出し効率をより向上させることができる。例えば、バックライトに適用する場合に、バックライトへの入光効率をさらに増加させることができる。このようなナノクリスタル、量子ドットと呼ばれる蛍光体は、一般的に水分や発光装置外部のガス等により変質しやすいため、第１蛍光体として用いられることが好ましい。
第１蛍光体としては、代表的に、ＫＳＦ系、ＣａＳ系、ＳｒＧａ2Ｓ4系、ＳｒＡｌ2Ｏ4系、ＣＡＳＮ系及びＱ−ｄｏｔｓからなる群から選択される蛍光体を用いることができ、第２蛍光体として、アルミニウムガーネット系、β−ＳｉＡｌＯＮ系及びクロロシリケート系からなる群から選択される蛍光体を用いることができる。
また、第１蛍光体の平均粒径は、５０μｍ程度以下、第２蛍光体の平均粒径は、３０μｍ程度以下で、第１蛍光体の平均粒径が、第２蛍光体の平均粒径よりも大きい、言い換えると、第２蛍光体の平均粒径が第１蛍光体の平均粒径より小さい組み合わせが好ましい。これにより、第１蛍光体から発せられた第１蛍光体の二次光が、第２蛍光体に当たって遮光されることを低減することができる。
波長変換層を形成する方法としては、例えば、ポッティング、電気泳動堆積法で蛍光体を付着させた後で透光性材料を含浸させる方法、圧縮成型、静電塗布法、印刷法、シート状の第１蛍光体の貼り付け等が挙げられる。この際、ポッティングや圧縮成型、印刷法等、第１波長変換層の形成材料が液状である場合には、粘度又は流動性を調整するために、粘度調整剤（例えばシリカの微粒子等）などを添加してもよい。なかでも、透光性樹脂中に蛍光体を含有させたスラリーを供給するポッティング法により形成することが好ましい。これにより、任意の位置に容易に形成することができる。また、波長変換層の厚み及び形状等の制御が容易となり、安定して発光装置を製造することができる。
なお、ポッティング法は、スプレー法等と比べ、発光装置の製造時に蛍光体に負荷されるストレスを比較的少なくすることができる。そのため、波長変換層に含有される蛍光体が、エネルギー吸収率が低い（機械的強度が低い）蛍光体であっても、その形状および特性を損なうことなく、適所に波長変換層を確実に形成することができる。
波長変換層を、ポッティングなどで結合剤である透光性材料とともに形成する場合には、波長変換層の厚み方向において、発光素子に近い位置で蛍光体の濃度を高くなるよう形成することが好ましい。このために、蛍光体の粒径を考慮して、透光性材料の粘度を調整することが好ましい。これによって、発光素子から出射された光の多くを、直接蛍光体に照射させることができ、波長変換効率を向上させ、色むら等を防止することができる。また、蛍光体と発光装置の表面との距離を大きくすることができるため、蛍光体への、外部環境（水分、ガス、紫外線、酸素等）の影響を抑制することができる。さらに、蛍光体を、例えば、基板、遮光性部材、発光素子等、発光装置の他の部材に近接させることにより、波長変換の際、蛍光体から発生する熱を効果的に放熱することができる。
このような波長変換層は、例えば、波長変換層の形成材料をポッティングした後、蛍光体が沈むまで静置する又は遠心力を加える等の方法で形成することができる。
第１波長変換層では、蛍光体含有濃度を、第２波長変換層の蛍光体含有濃度よりも小さくすることが好ましい。これにより、発光素子により近い位置に配置される第１蛍光体による一次光又は二次光の吸収を抑制することができる。
第１波長変換層の厚みは、例えば、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。第１波長変換層は、第２波長変換層の厚みよりも厚いことが好ましい。
第２波長変換層の形成方法は、いずれでもよいが、第１波長変換層上にスプレー法によって形成されることが好ましい。スプレー法は、ドライ及びウェット方式のいずれをも用いることができる。
なお、蛍光体は、波長変換層中に含有されることに限られず、発光装置のさまざまな位置や部材中に設けることができる。例えば、さらに、蛍光体を含有しない透光性部材の上に塗布、接着等された蛍光体層として設けられてもよい。
波長変換層は、さらに、充填材（例えば、拡散剤、着色剤等）を含んでいてもよい。例えば、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、ガラス、蛍光体の結晶又は焼結体、蛍光体と無機物の結合材との焼結体等が挙げられる。任意に、充填材の屈折率を調整してもよい。例えば、１．８以上が挙げられる。
充填剤の粒子の形状は、破砕状、球状、中空及び多孔質等のいずれでもよい。粒子の平均粒径（メジアン径）は、高い効率で光散乱効果を得られる、０．０８〜１０μｍ程度が好ましい。蛍光体及び／又は充填材は、例えば、透光性部材の全重量に対して１０〜８０重量％程度が好ましい。
波長変換層を形成する方法としてスプレー法を用いる場合には、特に、パルス状、すなわち間欠的にスプレーを噴射するパルススプレー方式が好ましい。間欠的にスプレー噴射することにより、単位時間当たりの蛍光体噴射量を少なくすることができる。このため、スプレー噴射のノズルを、少ない噴射量でスプレー噴射させながら低速で移動させることにより、凹凸形状を有する塗布面に均一に塗布することができる。また、パルススプレー方式では、連続スプレー方式に比べて、ノズルからのスラリーの噴出速度を低減することなく、エアの風速を低減することができる。このため、塗布面に良好にスラリーを供給することができ、かつ、塗布されたスラリーがエア流によって乱されない。その結果、蛍光体の粒子と発光素子の表面との密着性が高い塗布膜を形成することができる。そして、粒子状の蛍光体を含む薄膜の粒子層を複数の積層数で形成することができる。このような積層数の制御することによって、その厚み精度を向上させることができる。また、蛍光体の分布の偏りを抑制することができ、均一に波長変換した光を出射されることができ、発光素子の色むら等の発生を回避することができる。
波長変換層の厚みは特に限定されるものではなく、例えば、１〜３００μｍ程度、１〜１００μｍ程度、２〜６０μｍ程度、５〜４０μｍ程度とすることができる。
特に、バックライト用途においては、このような比較的薄い厚みの波長変換層は、発光素子の発光効率及びバックライトの効率をより高めることができる。例えば、上述したように、光取り出し面側へ発光を増やすことができ、バックライトへの入光効率を高めることができる。また、波長変換層中の透光性部材の量を少なくすることができる。透光性部材として熱放射率の比較的低い樹脂を用いる場合には、その割合を低減することで、蛍光体の蓄熱を減らすことができる。同時に、発光素子と蛍光体又は蛍光体同士の接触面積を増やすことができ、伝熱経路を確保できる。よって、蛍光体の放熱性を改善して、発光装置の発光効率を改善することができる。さらに、発光装置の光取り出し面と導光板の入光部とを非常に近接させて実装することができるため、より高輝度でバックライトの導光板に入光させることができ、バックライトでの効率を高めることができる。
波長変換層は、表面に凹凸を有していてもよい。このような凹凸は、どのような方法で形成されてもよいが、上述したように、粒子状の蛍光体を含む複数の粒子層が積層されている場合には、蛍光体の粒径に対応した凹凸が、波長変換層の表面に引き継がれることで形成できる。
本開示に係る発光装置の製造方法は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具、大型ディスプレイ、広告、行き先案内等の各種表示装置、さらには、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置などに利用することができる発光装置の製造方法として使用することができる。
１，１０１，１０２…発光装置
２…素子集合体
３…発光素子
４…電極
５…素子基板
６…基板
７…導電部材
１０…光反射部材
１１…外周面
１３…凸部
１４…上面
１５…波長変換層；１５ａ…第１波長変換層；１５ｂ…第２波長変換層
１６…破線
１７，１８，１９，２０…縁部

Claims (7)

  1. １つの素子基板上に複数の発光素子を備える素子集合体を基板上に実装する工程と、
    前記素子集合体と前記基板との間に光反射部材を設ける工程と、
    前記素子基板を前記複数の発光素子から除去する工程と、
    前記複数の発光素子の間において、前記基板と前記光反射部材とを切断し、複数の発光装置を分離する工程と、
    をこの順に有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  2. 請求項１に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記素子基板は前記発光素子の成長基板であり、レーザリフトオフ法によって取り除かれることを特徴とする、発光装置の製造方法。
  3. 請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記光反射部材は、光反射部材が含有された熱硬化性樹脂であることを特徴とする、発光装置の製造方法。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記素子基板が取り除かれた後、前記発光素子の上面には、前記発光素子が発する光の波長を変換する波長変換層が形成されることを特徴とする、発光装置の製造方法。
  5. 請求項４に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記波長変換層はスプレーによって形成されることを特徴とする、発光装置の製造方法。
  6. 請求項４に記載の発光装置の製造方法であって、
    前記波長変換層はポッティングで形成されることを特徴とする、発光装置の製造方法。
  7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法であって、前記発光装置は、２つ以上の発光素子を含むことを特徴とする、発光装置の製造方法。
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