JP2020013986A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態に係る発光装置1000を図1Aから図9に基づいて説明する。発光装置1000は、基板10と、少なくとも1つの第1発光素子20Aと、第1反射部材31と、第1被覆部材32と、第2被覆部材33と、第2反射部材40と、を備える。基板10は、上面111を有する基材11と、基材11の上面111に配置される第1配線12と、を備える。第1発光素子20Aは、第1光取り出し面201Aと、第1光取り出し面の反対側にある第1電極形成面203Aと、第1光取り出し面と第1電極形成面との間にある第1側面202Aと、第1電極形成面203Aに一対の第1電極21A、22Aと、を有する。第1発光素子20Aは、第1電極形成面203Aと、第1配線12と、が対向して、第1配線12上に載置される。第1発光素子20Aは、第1配線12と電気的に接続される。第1反射部材31は、第1光取り出し面201Aを露出し、基材11の上面111を被覆する。また、第1反射部材31は、反射粒子を含有する。第1被覆部材32は、第1光取り出し面201Aを露出し、第1反射部材31及び第1側面202Aの少なくとも一部を被覆する。また、第1被覆部材32は、第1反射部材31よりも反射粒子の濃度が低い。第2被覆部材33は、第1側面202Aの少なくとも一部を被覆する。第2反射部材40は、上面視において第2被覆部材33を囲む。また、第2反射部材40は、第2被覆部材33及び第1反射部材31と接する。第2反射部材40は、断面視において、第1反射部31と接する幅狭部42と、幅狭部42よりも上に配置される幅広部41と、を有する。尚、後述する第2発光素子20B、第3発光素子20C及び第1発光素子20A、を発光素子と呼ぶことがある。
基材11の厚さの下限値は、強度の観点から、0.05mm以上であることが好ましく、0.2mm以上であることがより好ましい。また、基材11の厚さの上限値は、Z方向における発光装置の厚さ(奥行き)の観点から、0.5mm以下であることが好ましく、0.4mm以下であることがより好ましい。
本発明の実施形態2に係る発光装置2000を図10に基づいて説明する。発光装置2000は、実施形態1に係る発光装置1000比較して、発光素子の数が相違する。
基板10は、発光素子を載置する部材である。基板10は、基材11と、第1配線12と、を備える。
基材11は、樹脂若しくは繊維強化樹脂、セラミックス、ガラスなどの絶縁性部材を用いて構成することができる。樹脂若しくは繊維強化樹脂としては、エポキシ、ガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン(BT)、ポリイミドなどが挙げられる。また、基材11に酸化チタン等の白色顔料を含有させてもよい。セラミックスとしては、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、若しくはこれらの混合物などが挙げられる。これらの基材のうち、特に発光素子の線膨張係数に近い物性を有する基材を使用することが好ましい。
第1配線は、基材の上面に配置され、発光素子と電気的に接続される。第1配線は、銅、鉄、ニッケル、タングステン、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、パラジウム、ロジウム、又はこれらの合金で形成することができる。これらの金属又は合金の単層でも多層でもよい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。また、第1配線の表層には、導電性接着部材の濡れ性及び/若しくは光反射性などの観点から、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、金若しくはこれらの合金などの層が設けられていてもよい。
第2配線は基板の下面に配置される。第3配線は、窪みの内壁を被覆し、第2配線と電気的に接続される。第2配線及び第3配線は、第1配線と同様の導電性部材を用いることができる。
ビア15は基材11の上面111と下面112とを貫通する孔内に設けられ、第1配線と第2配線を電気的に接続する部材である。ビア15は基材の貫通孔の表面を被覆する第4配線151と、第4配線内151に充填された充填部材152と、によって構成されてもよい。第4配線151には、第1配線、第2配線及び第3配線と同様の導電性部材を用いることができる。充填部材152には、導電性の部材を用いても絶縁性の部材を用いてもよい。
絶縁膜18は、下面における絶縁性の確保及び短絡の防止を図る部材である。絶縁膜は、当該分野で使用されるもののいずれで形成されていてもよい。例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂等が挙げられる。
第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子は、電圧を印加することで自ら発光する半導体素子であり、窒化物半導体等から構成される既知の半導体素子を適用できる。第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子としては、例えばLEDチップが挙げられる。第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子は、少なくとも半導体層を備え、多くの場合に素子基板をさらに備える。第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子は、正負電極を有する。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。半導体材料としては、窒化物半導体を用いることが好ましい。窒化物半導体は、主として一般式InxAlyGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される。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。第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子の素子基板は、主として半導体積層体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。素子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。素子基板の母材としては、サファイア、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。素子基板の厚さは、適宜選択でき、例えば0.02mm以上1mm以下であり、素子基板の強度及び/若しくは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。
第1反射部材は、第1発光素子からの光が基板に吸収されることを抑制する部材である。第1反射部材は、基材の上面を被覆し、第1発光素子からの光を反射する。発光装置の光取り出し効率の観点から、第1発光素子の発光ピーク波長における第1反射部材の光反射率は、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりいっそう好ましい。第1反射部材は、母材中に反射粒子を含有している。
第1反射部材の母材には、樹脂を用いることができ、例えばシリコーン樹脂、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、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、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が挙げられる。
反射粒子は、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、酸化ケイ素のうちの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。例えば、反射粒子として、酸化チタンの表面がジルコニア等公知の部材に被覆されているものを使用してもよい。反射粒子の形状は、適宜選択でき、不定形若しくは破砕状でもよいが、流動性の観点では球状が好ましい。また、反射粒子の粒径は、例えば0.1μm以上0.5μm以下程度が挙げられるが、光反射や被覆の効果を高めるためには小さい程好ましい。光反射性の反射部材中の反射粒子の含有量は、適宜選択できるが、光反射性及び液状時における粘度などの観点から、例えば10wt%以上80wt%以下が好ましく、20wt%以上70wt%以下がより好ましく、30wt%以上60wt%以下がよりいっそう好ましい。
第1被覆部材は、第1光取り出し面を露出し、第1反射部材及び第1側面の少なくとも一部を被覆する透光性の部材である。第1被覆部材としては、透光性の部材を用いることができ、例えば、樹脂を用いることができる。第1被覆部材に用いることができる樹脂としては、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、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。
反射粒子含有部材は、透光性の部材中に反射粒子を含有する部材である。反射粒子含有部材において反射粒子が偏在する反射部と、反射部の上に位置し反射粒子が偏在していない透光部と、を備えていてもよい。
第2被覆部材は、第1側面の少なくとも一部を被覆する部材である。第2被覆部材の母材としては、第1被覆部材と同様の材料を用いることができる。
第2反射部材は、上面視において第2被覆部材を囲む部材である。第2反射部材は、第1反射部材と同様の材料を用いることができる。
透光性部材は第1光取り出し面を被覆し、第1発光素子を保護する部材である。透光性部材の母材としては、第1被覆部材と同様の材料を用いることができる。
接着層は、透光性部材と第1発光素子の第1光取り出し面とを接着する部材のことである。第1光取り出し面が第2被覆部材で被覆されている場合には、接着層は透光性部材と第2被覆部材とを接着する部材のことである。接着層は、透光性を有する。接着層には、第1被覆部材と同様の材料を用いることができる。
波長変換部材は、発光素子が発す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発する。波長変換部材は、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。透光性部材が複数の波長変換層を備える場合には、各波長変換層に含有される波長変換部材は同じでもよく、異なっていてもよい。
次に、実施形態に係る発光装置の製造方法の一例を図11から図18に基づいて説明する。
まず、基板及び第1発光素子を準備する。基板は、上面を有する基材と、上面に配置される第1配線と、を備える。第1発光素子は、第1光取り出し面と、第1光取り出し面の反対側にある第1電極形成面と、第1光取り出し面と第1電極形成面との間にある第1側面と、第1電極形成面に一対の第1電極と、を有する。発光装置が複数の発光素子を備える場合には、複数の発光素子を準備する。基板を準備する工程と、発光素子を準備する工程はどちらを先に行ってもよい。また、基板は発光装置毎に個片化されていてもよく、個片化前の集合基板の状態のものでもよい。
図11に示すように、第1発光素子20Aの第1電極形成面203Aと基板10の第1配線12とを対向させて、第1配線12上に第1発光素子20Aを載置する。第1配線12と、第1電極21A、22Aと、を導電性接着部材60により接着させることができる。発光装置が第2発光素子20Bを備える場合には、第2発光素子20Bの第2電極形成面203Bと基板10の第1配線12とを対向させて、第1配線12上に第2発光素子20Bを載置する。
図12に示すように、上面視において、第1発光素子20Aと重なる基材11の上面111の少なくとも一部が露出するように反射粒子含有部材30を基材11の上面111に配置する。上面視において、第1発光素子と重なる基材の上面の少なくとも一部が露出する反射粒子含有部材を形成することで、第1発光素子と重なる基材の上面が露出しない反射粒子含有部材を形成する場合よりも反射粒子含有部材の量を少なくしやすくなる。これにより、後述する反射粒子含有部材を遠心力により広げる工程の後でも反射粒子含有部材が第1発光素子の第1光取り出し面に形成されることを抑制することができる。これにより、第1発光素子からの光を取り出し出しやすくなるので発光装置の光取り出し効率が向上する。
第1発光素子20Aと重なる基材11の上面111に反射粒子含有部材30を遠心力により広げる。図13に示すように、基材11の上面111に遠心力がかかる方向に基板10及び反射粒子含有部材30を含む中間体100を遠心回転させる。尚、図13に示す中間体100は簡易図面であり、中間体100が複数の第1発光素子及び/又は第2発光素子を備えていてもよい。遠心回転させる場合には、基材の上面111が基材の下面112よりも内側に位置する回転軸80を中心に中間体100を遠心回転させる。換言すると、中間体100の上面側に回転軸80が位置し、回転軸80を軸として公転するA方向に中間体100を移動させる。なお、図13におけるB方向は、基材の上面111に平行な方向である。反射粒子含有部材30に遠心力がかかることで、反射粒子含有部材30が広げられ、図14に示すように、反射粒子含有部材から露出していた基材の上面111を反射粒子含有部材30で被覆することができる。これにより、第1発光素子からの光が基板に吸収されることを抑制できるので発光装置の光取り出し効率が向上する。反射粒子含有部材から露出していた基材の上面111の少なくとも一部が反射粒子含有部材30で被覆されてもよく、第1発光素子と重なる基材の上面の全面が反射粒子含有部材30で被覆されてもよい。第1発光素子と重なる基材の上面の全面が反射粒子含有部材30で被覆されることにより、更に、第1発光素子からの光が基板に吸収されることを抑制することができる。
図15に示すように、反射粒子含有部材30を被覆する第2被覆部材33を形成する。第2被覆部材33は、第1発光素子20Aの第1側面202Aの少なくとも一部を被覆する。第2被覆部材33は、第1発光素子20Aの第1光取り出し面201を被覆してもよく、第1光取り出し面201を露出してもよい。本工程において、第2被覆部材33は、例えば、母材と波長変換部材とを含む液状樹脂材料を、反射粒子含有部材30上に滴下することによって、形成される。他の形成方法としては、例えば、第2被覆部材33は、波長変換部材を、噴霧(スプレー)法、電着法、などによって、反射粒子含有部材30上に付着させた後、母材を滴下して蛍光体に含浸させ、固化させることで、形成される。波長変換部材は、第2被覆部材の一部分に偏在していてもよいし、第2被覆部材内に均一に分散されていてもよい。
図16に示すように、第1発光素子20Aの第1光取り出し面201Aを被覆する透光性部材50を形成する。透光性部材は、予め透光性部材を準備しておき第1光取り出し面201A上に配置して第1光取り出し面201Aを被覆する透光性部材を形成してもよく、第1光取り出し面201Aを被覆するようにポッティング等公知の方法によって透光性部材を形成してもよい。第1光取り出し面201A上に透光性部材を配置する場合には、透光性の接着層34を介して第1光取り出し面201Aを被覆してもよい。
図17に示すように、第2被覆部材33を貫通し、少なくとも反射粒子含有部材30と接する切り欠き70を形成する。切り欠き70は、上面視において第1発光素子20Aを囲むように形成される。発光装置が第2発光素子20Bを備える場合には、切り欠き70は、上面視において第1発光素子20A及び第2発光素子20Bを囲むように形成される。反射粒子含有部材30が、反射粒子が偏在する第1反射部材31と、第1反射部材31上に位置し第1反射部材よりも反射粒子の濃度が低い第1被覆部材32と、を備える場合には、切り欠き70が第1反射部材及32及び第2被覆部材33を貫通し、少なくとも第1反射部材31と接する切り欠き70を形成する。切り欠き70は、第1反射部材31を貫通してもよく、貫通していなくてもよい。また、切り欠き70が第1反射部材31を貫通する場合には、切り欠き70と基材の上面111とが接していてもよい。基材11の上面111の切り欠きを凹部118とも呼ぶ。発光装置が透光性部材50を備える場合には、切り欠き70は透光性部材50を貫通するように形成される。例えば、切り欠きは、ブレードダイシング法やレーザダイシング法など公知の方法によって形成することができる。尚、本明細書において、エッチングで形成されたものも切り欠きと呼ぶ。また、切り欠きは幅狭部と幅広部を有しており、Z−方向の側に幅狭部が位置し、Z+方向の側に幅広部が位置する。幅狭部と幅広部はブレードの形状等により形成することができる。
図18に示すように、第2被覆部材33及び反射粒子含有部材30と接する第2反射部材40を形成する。第2反射部材40は、上面視において第1発光素子20Aを囲む。発光装置が第2発光素子20Bを備える場合に、第2反射部材40は、上面視において第1発光素子20A及び第2発光素子20Bを囲む。第2反射部材40は、硬化前の第2反射部材を切り欠き70に充填し、硬化前の第2反射部材を硬化することで第2反射部材40を形成することができる。切り欠き70に硬化前の第2反射部材を充填する方法としては、トランスファ成形、射出成形、圧縮成形、ポッティング等の公知の方法を用いることができる。第2反射部材40は、所望の厚みに調整するために研削等の公知の方法を用いて第2反射部材の一部を除去してもよい。発光装置が透光性部材を備える場合には、透光性部材の上面及び/又は側面を被覆するように第2反射部材を形成してもよい。透光性部材の上面の全てを被覆する第2反射部材を形成した場合には、透光性部材の少なくとも一部が第2反射部材から露出するように第2反射部材の一部を除去する。また、第2反射部材40を所望の厚みに調整するために第2反射部材の一部を除去する時に、透光性部材の一部も除去してもよい。第2反射部材の一部及び透光性部材の一部を除去する場合には、第2反射部材の上面及び透光性部材の上面が面一になるようにしてもよい。
中間体100が、集合基板の状態の場合には、図18に示すように、破線S3、破線S4に沿って、第2反射部材40及び基板10の一部を除去し各発光装置を個片化する。例えば、ブレードダイシング法やレーザダイシング法などによって、第2反射部材40及び基板10を切断することで各発光装置を個片化することができる。
10 基板
11 基材
118 凹部
12 第1配線
13 第2配線
14 第3配線
15 ビア
151 第4配線
152 充填部材
16 窪み
18 絶縁膜
20A 第1発光素子
20B 第2発光素子
20C 第3発光素子
30 反射粒子含有部材
31 第1反射部材
32 第1被覆部材
33 第2被覆部材
34 接着層
40 第2反射部材
50 透光性部材
60 導電性接着部材
70 切り欠き
80 回転軸
Claims (13)
- 上面を有する基材と、前記上面に配置される第1配線と、を有する基板と、
第1光取り出し面と、前記第1光取り出し面の反対側にある第1電極形成面と、前記第1光取り出し面と前記第1電極形成面との間にある第1側面と、前記第1電極形成面に一対の第1電極と、を有し、前記第1電極形成面と前記第1配線とが対向して前記第1配線上に載置される第1発光素子と、
前記第1光取り出し面を露出し、前記基材の上面を被覆し、反射粒子を含有する第1反射部材と、
前記第1光取り出し面を露出し、前記第1反射部材及び前記第1側面の少なくとも一部を被覆し、前記第1反射部材よりも前記反射粒子の濃度が低い第1被覆部材と、
前記第1側面の少なくとも一部を被覆する第2被覆部材と、
上面視において前記第2被覆部材を囲み、前記第2被覆部材及び前記第1反射部材と接する第2反射部材と、を備え、
前記第2反射部材は、断面視において、前記第1反射部材と接する幅狭部と、前記幅狭部よりも上に配置される幅広部と、を有する発光装置。 - 前記第1発光素子と異なる発光ピーク波長を有する第2発光素子を備える請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1被覆部材が前記第2反射部材と接する、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記第1発光素子と接する部分の前記第1被覆部材の厚みが、前記第2反射部材と接する部分の前記第1被覆部材の厚みよりも厚い請求項3に記載の発光装置。
- 前記基材の上面は外周を囲む凹部を有し、前記第2反射部材の一部は前記凹部内に配置される請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記基材の外縁と、前記第2反射部材の外側面と、が面一である、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第1発光素子は第1半導体層を備え、前記第1半導体層の側面が前記第1反射部材に被覆される、請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第1光取り出し面を被覆する透光性部材を備える、請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 上面を有する基材と、前記上面に配置される第1配線と、を備える基板を準備する工程と、
前記第1光取り出し面と、前記第1光取り出し面の反対側にある第1電極形成面と、前記第1光取り出し面と前記第1電極形成面との間にある第1側面と、前記第1電極形成面に一対の第1電極と、を有する第1発光素子を準備する工程と、
前記第1電極形成面と前記第1配線とを対向させて、前記第1配線上に第1発光素子を載置する工程と、
上面視において、前記第1発光素子と重なる前記基材の上面の少なくとも一部が露出するように前記反射粒子含有部材を前記基材の上面に配置する工程と、
前記第1発光素子と重なる前記基材の上面に前記反射粒子含有部材を遠心力により広げる工程と、
を含む発光装置の製造方法。 - 前記反射粒子含有部材を遠心力により広げる工程において、前記第1発光素子と重なる前記基材の上面の全面を前記反射粒子含有部材で被覆する、請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記反射粒子含有部材を遠心力により広げる工程の後に、前記反射粒子含有部材を被覆する第2被覆部材を形成する工程を有する、請求項9又は10に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2被覆部材を形成する工程の後に、上面視において前記第1発光素子を囲み、前記第2被覆部材及び前記反射粒子含有部材と接する第2反射部材を形成する工程を有する、請求項11に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2反射部材及び前記基板の一部を除去し個片化する工程と、を含む、請求項12に記載の発光装置の製造方法。
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