JP2022127787A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】製造容易性及び信頼性を担保しつつ意図しない部分からの光漏れを低減することが可能な発光装置を提供する。【解決手段】本発明の発光装置は、基板と、前記基板の上面上に配され、前記基板の周囲に沿って伸長する枠体と、前記基板上に配された支持基板及び前記支持基板の上面に形成された半導体発光層を有する発光素子と、前記発光素子の上面上に配された波長変換体と、前記発光素子及び前記波長変換体の側面を覆いかつ光反射性の粒状フィラーを含む透光性樹脂からなる光反射部と、を有し、前記光反射部は、前記光反射部の上面に沿って延在する第１の領域と、前記第１の領域の下に配されかつ前記第１の領域よりも前記粒状フィラーの含有率の低い第２の領域と、前記第２の領域の下に配されかつ前記第２の領域よりも前記粒状フィラーの含有率の低い第３の領域と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子を含む発光装置及びその製造方法に関する。
従来から、端子及び配線などの導電パターンが設けられた基板と、当該基板上に実装された半導体発光層を有する発光素子と、発光素子から放出された光の波長を変換する波長変換体と、を含む発光装置が知られている。
例えば、特許文献１には、発光素子と、発光素子の上面に接着された透光性部材と、当該透光性部材の上面を露出させるように発光素子の側面及び透光性部材の側面を覆うように形成された酸化チタン等の反射性物質を含有する樹脂からなる第１及び第２の光反射性部材と、を有する発光装置の製造方法が開示されている。
特開２０１３－１７５７５９号公報
特許文献１に記載されているような発光素子においては、光反射性部材の遮光性を高め、光反射性部材から外に光が漏れないことが好ましい。しかし、光反射性部材の遮光性を高めるために反射性粒子の濃度を高くしようとすると、当該光反射性部材の材料の流動性が下がることで製造がしにくくなる、又は、出来上がった光反射性部材にクラックが入りやすくなることで信頼性が損なわれる恐れがある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、製造容易性及び信頼性を担保しつつ意図しない部分からの光漏れを低減することが可能な発光装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
本発明に係る発光装置は、基板と、前記基板の上面上に配され、前記基板の周囲に沿って伸長する枠体と、前記基板上に配された支持基板及び前記支持基板の上面に形成された半導体発光層を有する発光素子と、前記発光素子の上面上に配された波長変換体と、前記発光素子及び前記波長変換体の側面を覆いかつ光反射性の粒状フィラーを含む透光性樹脂からなる光反射部と、を有し、前記光反射部は、前記光反射部の上面に沿って延在する第１の領域と、前記第１の領域の下に配されかつ前記第１の領域よりも前記粒状フィラーの含有率の低い第２の領域と、前記第２の領域の下に配されかつ前記第２の領域よりも前記粒状フィラーの含有率の低い第３の領域と、を含むことを特徴としている。
また、本発明に係る発光装置の製造方法は、上面上に配されかつ周囲に沿って上方に伸長する枠体を備えた基板を準備する基板準備工程と、支持基板及び前記支持基板の上面に形成された半導体発光層を有する発光素子を前記基板上に接合する素子接合工程と、波長変換体を前記発光素子の上面上に接合する波長変換体接合工程と、光反射性の粒状フィラーを含む透光性樹脂前駆体からなる原料樹脂を前記発光素子及び前記波長変換体の側面を覆うように前記枠体内に注入して充填する原料樹脂充填工程と、前記原料樹脂の上方から前記粒状フィラーと同一の材料からなる粒状体を散布して前記原料樹脂上に前記粒状体を堆積させ、当該堆積された粒状体間に前記透光性樹脂前駆体を含浸させるフィラー堆積工程と、前記堆積された粒状体に流体を吹き付けることで、表面の前記粒状体の一部を除去する余剰フィラー除去工程と、前記透光性樹脂前駆体を硬化させる樹脂硬化工程と、を含むことを特徴としている。
本発明の実施例に係る発光装置の上面図である。 本発明の実施例に係る発光装置の断面図である。 図２のＡ部を拡大した断面拡大図である。 本発明の実施例に係る発光装置の製造フローを示す図である。 本発明の実施例に係る発光装置の製造時の断面図である。 本発明の実施例に係る発光装置の製造時の断面図である。 本発明の実施例に係る発光装置の製造時の断面図である。 本発明の実施例に係る発光装置の製造時の断面図である。 本発明の実施例に係る発光装置の製造時の断面図である。 本発明の実施例に係る発光装置の製造時の断面図である。 本発明の実施例に係る発光装置の製造時の断面図である。 本発明の実施例に係る発光装置の製造時の断面図である。 本発明の変形例に係る発光装置の上面図である。 本発明の変形例に係る発光装置の断面図である。
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
図１及び図２を参照しつつ、実施例に係る発光装置１０の構成について説明する。
図１は、実施例に係る発光装置１０の上面図である。また、図２は、図１に示した発光装置１０のＣＳ１－ＣＳ１線に沿った断面図である。なお、図１においては、発光装置１０の光反射部５０の内側の構造を図示するため、その図示を省略している。
発光装置１０は、基板１１と、基板１１の上面の外周部に設けられた枠体１３を有する。また、発光装置１０は、基板１１の上面上に配された発光素子２０と、発光素子２０の上面上に配された波長変換体３０と、を有する。また、発光装置１０は、基板１１上面と枠体１３内部に充填されかつ発光素子２０及び波長変換体３０の側面を覆うように形成された光反射部５０を有する。
基板１１は、例えば、絶縁性を有する基材からなる平板形状を有する基板である。基板１１は、例えば、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の基材からなる。また、基板１１は、上面上に互いに離間するように形成された第１の配線電極１５及び第２の配線電極１７を有する。第１の配線電極１５及び第２の配線電極１７は、金属からなる電極であり、例えば、基板１１上にパターニングされて形成された銅（Ｃｕ）を主部材とした金属膜からなる。また、第１の配線電極１５は、その上面上に発光素子２０が載置される素子載置部として機能する。また、基板１１は、上面視において、第１の配線電極１５及び第２の配線電極１７の各々の形成領域に上面と下面との間を貫通する図示しない貫通孔を有している。また、貫通孔の内部には、例えば、Ｃｕを主部材とした柱状の貫通電極が形成されている。第１の配線電極１５及び第２の配線電極１７の各々は、貫通電極を介して、それぞれ基板１１の下面に形成された図示しないアノード及びカソードとしてそれぞれ機能する実装電極に接続されている。すなわち、基板１１は、第１の配線電極１５及び第２の配線電極１７が形成されている基板１１の上面が素子載置面として機能し、基板１１の下面が実装基板への実装面として機能する。
なお、本実施例においては、基板１１がＡｌＮを基材とする場合について説明するが、基板１１の基材はこれに限定されない。例えば、アルミナ、ジルコニア等の金属酸化物、窒化ケイ素等の金属窒化物からなるセラミック等の材料から形成されていてもよい。また、例えば、金属又は合金等の表面及び貫通孔内壁に絶縁膜を形成したものを基材としてもよい。
枠体１３は、基板１１の上面の外周部に設けられ、第１の配線電極１５及び第２の配線電極１７を囲繞するように形成された上面形状が環状の枠体である。枠体１３は、例えば、基板１１と同一材料であるＡｌＮからなる。基板１１は、枠体１３を設けることによって上方に向かって開口した凹形状のキャビティを形成する。下記に示す発光装置１０の各構成要素は、当該キャビティ内に配される。なお、枠体１３は、樹脂等の接着剤を用いて基板１１の上面上に接合されていてもよいし、基板１１と枠体１３とが一体的に形成されていてもよい。
言い換えれば、発光装置１０は、基板１１と、基板１１の上面上に配され、基板１１の周囲に沿って伸長する枠体１３と、を有する。
発光素子２０は、基板１１の第１の配線電極１５上に載置された、例えば、シリコン等の導電性の半導体を主材料とする支持基板２１上に積層された発光部を含む半導体層２２を有する半導体発光素子である。半導体層２２は、例えば、ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層を積層させた構造からなる。また、ｎ型半導体層の上面は、半導体層２２の上面であり、発光素子２０における光取り出し面として機能する。本実施例においては、ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）等を主材料とする窒化物半導体であり、多重量子井戸構造を有する発光層から青色の光を放射する青色発光ダイオード（ＬＥＤ）である。言い換えれば、発光装置１０は、基板１１上に配された支持基板２１及び支持基板２１の上面に形成された半導体層２２を有する発光素子２０を有する。
支持基板２１と半導体層２２との間には、光反射層２２Ｅが形成されている。当該光反射層２２Ｅは、半導体層２２の発光層から放射された光や波長変換体３０からの戻り光を反射することにより、半導体層２２の上面である光取り出し面からの光取り出し効率を向上させることが可能となる。
また、半導体層２２の上面には、図示しない約２～３μｍの凹凸からなるマイクロコーンが形成されている。当該マイクロコーンを形成することによって半導体層２２からの光取り出し効率を向上させることが可能となる。
また、発光素子２０の支持基板２１は、半導体層２２のｎ型半導体層と電気的に接続されており、発光素子２０の下面がカソード電極として機能する。発光素子２０の下面であるカソード電極は、図示しない導電性の素子接合層を介して基板１１の第１の配線電極１５と電気的に接続されている。
また、発光素子２０は、支持基板２１上に半導体層２２と離間して形成された電極パッド２３を有する。電極パッド２３は、半導体層２２のｐ型半導体層と電気的に接続されており、発光素子２０のアノード電極として機能する。電極パッド２３は、例えば、金（Ａｕ）からなる導電性のボンディングワイヤＢＷを介して基板１１の第２の配線電極１７と電気的に接続されている。
波長変換体３０は、発光素子２０の半導体層２２上に接着樹脂４０を介して配されている。また、波長変換体３０は、上面視において、半導体層２２の上面形状よりも大きい外形形状を有しかつ半導体層２２の上面を覆うように配置されている。本実施例においては、上面視における半導体層２２の中心点と波長変換体３０の中心点が一致する位置に当該波長変換体３０が配されている。波長変換体３０は、発光素子２０の各々からの放出光に対して波長変換を行う。言い換えれば、発光装置１０は、発光素子２０の上面上に配された波長変換体３０を有する。
波長変換体３０は、例えば、セリウム（Ｃｅ）をドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を主材料とする蛍光体粒子と、発光素子２０の放射光及び蛍光体粒子の放射光を透光するガラス又はアルミナ等のセラミックのバインダとを含む板状の部材を含む。本実施例においては、波長変換体３０は、ＹＡＧ蛍光体を混合したアルミナを焼結して形成された蛍光体プレートからなる。また、本実施例１においては、波長変換体３０は、発光素子２０が放射する青色の光の一部の波長変換を行い、白色の光を放射する波長変換体である。
波長変換体３０は、図２に示すように、下面の側から、幅広の第１の部分３１、第２の部分３２、第３の部分３３を一体的に備えた形状を有する。第１の部分３１は、半導体層２２の上面と対向する下面を有しかつ上方に向かって延伸し、柱状に形成されている。第２の部分３２は、第１の部分３１の上面端から上方に向かって窄むような傾斜側面を有する錐台形状に形成されている。第３の部分３３は、第２の部分３２の上面から上方に向かって延伸し、波長変換体３０の上面としての上面３０Ｔを有し、柱状に形成されている。言い換えれば、波長変換体３０は、半導体層２２の上面全体を覆う底面と底面よりも小さい上面３０Ｔとを有し、底面から上面３０Ｔに向かうに従って基板１１に平行な方向の幅が小さくなる側面形状を有する。
波長変換体３０は、発光素子２０の半導体層２２が放射する光を透過する接着樹脂４０を介して、下面が半導体層２２の上面上に接合される。また、上面３０Ｔが発光装置１０の外部に露出するように面する。すなわち、波長変換体３０は、その下面が発光素子２０によって放出された光を接着樹脂４０を介して受光する受光面として機能し、上面３０Ｔが発光装置１０の光取り出し面として機能する。
波長変換体３０が上記のように、光取り出し面である上面が光入射面である下面よりも小さいサイズで形成される。これにより、波長変換体３０は、波長変換体３０の下面から入射した光を上面３０Ｔに集光することができ、高輝度な光を出射させることが可能となる。
接着樹脂層としての接着樹脂４０は、発光素子２０から放射される光及び波長変換体３０から放射される光を透過する透光性の樹脂材料からなる接着剤である。接着樹脂４０は、例えば、シリコーン系樹脂からなる熱硬化性の樹脂である。
接着樹脂４０は、半導体層２２の上面と波長変換体３０の第１の部分３１の下面の間に所定の厚さで形成されかつ、半導体層２２の上面並びに側面及び波長変換体３０の底面の各々の面を覆うように形成されている。また、接着樹脂４０は、半導体層２２及び波長変換体３０の各々と接着することにより、発光素子２０と波長変換体３０とを固着させている。
光反射部５０は、基板１１と枠体１３とで形成されたキャビティ内部に、発光素子２０を封止しかつ波長変換体３０の側面を覆うように形成されている。光反射部５０は、発光素子２０から放出される光及び波長変換体３０から出射される光に対して反射性を有する被覆部材である。また、光反射部５０は、波長変換体３０の上面３０Ｔの端部から枠体１３の上面の端部に亘る上面５０Ｔを有する。すなわち、光反射部５０は、波長変換体３０の光取り出し面である上面３０Ｔを露出するようにキャビティ内に充填されている。
光反射部５０は、例えば、光散乱性の粒状フィラーＰを含有する透光性樹脂ＲＥからなる白色樹脂として構成される。粒状フィラーＰは、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子等の光散乱性を有する粒子である。また、透光性樹脂ＲＥは、例えば、シリコーン樹脂等の熱硬化性の透光性を有する樹脂である。言い換えれば、発光装置１０は、発光素子２０及び波長変換体３０の側面を覆いかつ光反射性の粒状フィラーＰを含む透光性樹脂ＲＥからなる光反射部５０を有する。また、粒状フィラーＰは、二酸化チタンからなり、透光性樹脂ＲＥは、シリコーン樹脂からなる。
粒状フィラーＰは、例えば、平均粒径０．２５μｍの粒度分布を有するＴｉＯ２粒子である。粒状フィラーＰの平均粒径を０．２５μｍとすることにより、青色の光（例えば、波長４５０ｎｍ）、緑色の光（例えば、波長５５５ｎｍ）及び赤色の光（例えば、波長６００ｎｍ）の各々の光を効率的に散乱させることが可能となる。なお、粒状フィラーＰは、粒度分布０．１μｍ～０．４μｍの範囲で分布するものを用いることが好ましい。
図３を用いて、光反射部５０について詳細に説明する。
図３は、図２の一点破線領域Ａで示した光反射部５０の断面拡大図である。
光反射部５０は、上面に沿って延在している第１の領域としての第１の光反射層５１、及び第１の光反射層５１の下に配され、第１の光反射層５１よりも粒状フィラーＰの含有率の低い第２の光反射層５２を含む。
第１の領域としての第１の光反射層５１は、薄膜状の透光性樹脂ＲＥに覆われた粒状フィラーＰが凝集するように形成されている。また、第２の光反射層５２は、透光性樹脂ＲＥに粒状フィラーＰが分散されるように形成されている。また、第２の光反射層５２は、下方の側（基板１１上面側）に配された第３の領域としての低濃度層５２Ａ及び上方の境界面ＢＳに沿って配された第２の領域としての遷移層５２Ｂで構成されている。言い換えれば、第１の光反射層５１は、薄膜状の透光性樹脂ＲＥに覆われた粒状フィラーＰが凝集状態となっている。
また、遷移層５２Ｂの上面（第２の光反射層５２の上面）である境界面ＢＳは、波長変換体３０の上面３０Ｔの端部から枠体１３の上面の端部に亘りかつ、凹状の面形状を有するように形成されている。また、第１の光反射層５１は、第２の光反射層５２の上面上に境界面ＢＳの凹状の表面形状を均すような上面５０Ｔを有するように形成されている。言い換えれば、第１の光反射層５１は、下向きに凸の下面形状を有している。なお、境界面ＢＳの凹状の表面形状において、当該凹部の波長変換体３０の上面３０Ｔ及び枠体１３の上面からの最大深さは約５０～１００μｍで形成されている。すなわち、第１の光反射層５１は、最大厚みが約５０～１００μｍで形成されている。また、第１の光反射層５１の上面である上面５０Ｔは、平坦であることが好ましい。上面５０Ｔが平坦、つまり表面積が小さいことにより、光漏れを低減することができる。本実施例においては、第１の光反射層５１の上面５０Ｔの表面粗さは、Ｒａ＜１．０μｍ以下である。
第２の光反射層５２は、下方の側（基板１１上面側）に配された第３の領域としての低濃度層５２Ａ及び上方の境界面ＢＳに沿って配された第２の領域としての遷移層５２Ｂで構成されている。
第３の領域としての低濃度層５２Ａは、例えば、透光性樹脂ＲＥに粒状フィラーＰが所定の濃度で分散された白色樹脂である。低濃度層５２Ａは、例えば、粒状フィラーＰが透光性樹脂ＲＥに２０～６０ｗｔ％のフィラー濃度で分散され、第２の光反射層５２の下方の側に形成されている。
第２の領域としての遷移層５２Ｂは、第２の光反射層５２の境界面ＢＳ近傍に、フィラー濃度が境界面ＢＳに向かって低濃度層５２Ａのフィラー濃度から漸次増加するように形成されている。言い換えれば、第２の光反射層５２の粒状フィラーＰの含有率は、上方に向かって漸次増加している。
すなわち、光反射部５０は、上面の側から順に、上面に沿って延在しかつ粒状フィラーＰが凝集するように形成されている第１の領域としての第１の光反射層５１と、第１の光反射層の下層に配されかつ第１の光反射層５１との境界面ＢＳに向かってフィラー濃度から漸次増加するように形成されている第２の領域としての遷移層５２Ｂと、遷移層５２Ｂの下層に配されかつ遷移層５２Ｂよりもフィラー濃度が低い第３の領域としての低濃度層５２Ａからなる。言い換えれば、光反射部５０は、光反射部５０の上面に沿って延在する第１の領域としての第１の光反射層５１と、第１の光反射層５１の下に配され、かつ第１の光反射層５１よりも粒状フィラーの含有率の低い第２の領域としての遷移層５２Ｂと、遷移層５２Ｂの下に配されかつ遷移層５２Ｂよりも粒状フィラーの含有率の低い第３の領域としての低濃度層５２Ａと、を含む。
後述の製造方法において、粒状フィラーＰを分散させた液状の透光性樹脂ＲＥの前駆体を含む原料樹脂を、基板１１及び枠体１３からなるキャビティ内に充填する。この時、原料樹脂は、表面張力によって波長変換体３０の側面上端（上面端部）及び枠体１３の内側面上端（上面端部）まで這い上がり、メニスカスによって境界面ＢＳと同様の形状の上面を形成する。
原料樹脂を充填後、原料樹脂を加熱硬化させる前に上方から粒状フィラーＰのみを散布して当該原料樹脂の上面上に粒状フィラーＰを堆積させた堆積部を形成する。原料樹脂に含まれる透光性樹脂ＲＥの前駆体は、表面張力による毛細管現象が生じ、堆積部に引き込まれる。また、堆積部に引き込まれた前駆体は、堆積部の粒状フィラーＰの各々の粒子間に含浸する。これにより、堆積部の粒状フィラーＰは、薄膜状の透光性樹脂ＲＥの前駆体によって覆われる。なお、この時散布する粒状フィラーＰは、原料樹脂に含まれる粒状フィラーＰと同一のものであり、例えば、平均粒径０．２５μｍの粒度分布を有するＴｉＯ２粒子である。
また、原料樹脂の透光性樹脂ＲＥの前駆体の含浸時、原料樹脂の境界面ＢＳ近傍においては、前駆体が堆積部に含浸しつつ移動する。この時、前駆体の移動に伴って粒状フィラーＰも境界面ＢＳへ向かって移動するが、粒状フィラーＰは堆積部に含浸しない。よって、当該原料樹脂内の前駆体の移動領域においては、原料樹脂内の粒状フィラーＰが原料樹脂の上面（境界面ＢＳ位置相当）近傍に集まりかつ、原料樹脂の上面に近いほど多く集まる。これにより、原料樹脂の前駆体が移動する領域においては、境界面ＢＳに沿ってかつ上方に向かって粒状フィラーＰの濃度が漸次増加する領域が形成される。
これを加熱し、前駆体を透光性樹脂ＲＥに熱硬化させる。これにより、原料樹脂においては、透光性樹脂ＲＥに粒状フィラーＰが所定の濃度で分散された低濃度層５２Ａ及び境界面ＢＳに沿ってかつフィラー濃度が上方に向かって漸次増加するように形成された遷移層５２Ｂを含む第２の光反射層５２が形成される。また、堆積部においては、薄膜状の透光性樹脂ＲＥに覆われた粒状フィラーＰが凝集するように形成された第１の光反射層５１が形成される。なお、遷移層５２Ｂにおいては、原料樹脂硬化後の発光装置１０にて、運用上クラックの発生しない濃度となるように原料樹脂のフィラー濃度を調整することが好ましい。
また、上述の通り、堆積部は、原料樹脂の透光性樹脂ＲＥの前駆体が含浸するものである。よって、加熱硬化後の第１の光反射層５１及び第２の光反射層５２の透光性樹脂ＲＥは、連続して一体的に形成されたものである。すなわち、境界面ＢＳは、透光性樹脂ＲＥの接合界面（例えば、シリコーン樹脂の架橋構造が途切れる界面）ではなく、粒状フィラーＰの濃度差が表れる濃度境界面である。
第１の光反射層５１は、上述の通り、薄膜状の透光性樹脂ＲＥに覆われた粒状フィラーＰが凝集するように形成されている。すなわち、第１の光反射層５１は、非常に濃度の高いフィラー濃度を有する層である。従って、第１の光反射層５１は、非常に高い屈折率を有する層である。
これにより、例えば、波長変換体３０の側面から第２の光反射層５２に入射したＬＭ１のような光は、第１の光反射層５１の凝集した粒状フィラーＰの表面により、下方へ反射又は散乱される。また、例えば、第２の光反射層５２から第１の光反射層５１に入射し、第１の光反射層５１の上面５０Ｔに達したＬＭ２のような光は、第１の光反射層５１と発光装置１０の外部の空気との屈折率差により、界面である第１の光反射層５１の上面５０Ｔで全反射される。
なお、第１の光反射層５１と発光装置１０の外部の空気との屈折率差は、Δｎ＞０．５以上、より好ましくはΔｎ＞１．０以上である。発明者らの検証によれば、第１の光反射層５１のフィラー濃度を７０ｗｔ％以上とすることにより、十分な光漏れの低減性能を有することが確認された。具体的には、本実施例の発光装置１０は、波長変換体３０の上面３０Ｔから０．２ｍｍ外方の点において、従来品である第１の光反射層５１を形成せずかつ遷移層５２Ｂも形成されない発光装置と比較して、漏れ光の相対輝度を約７５％低減する結果が得られた。言い換えれば、第１の光反射層５１の粒状フィラーＰの含有率は、７０質量パーセント以上である。また、第１の光反射層５１は、空気との屈折率差が０．５以上である。
従って、発光装置１０は、光反射部５０において、上面に亘って延在するフィラー濃度が７０ｗｔ％以上かつ空気との屈折率差がΔｎ＞０．５以上の第１の光反射層５１を有する。これにより、発光装置１０は、意図しない部分である、光反射部５０の上面５０Ｔからの光漏れを低減することが可能となる。言い換えれば、光反射部５０においては、第１の光反射層５１が光散乱性の粒状フィラーＰが凝集状態となっていることにより、光反射部５０の遮光性を高め、当該光反射部５０から発光装置１０の外部に光を漏れにくくすることが可能となる。
また、第２の光反射層５２は、境界面ＢＳに向かってフィラー濃度が漸次増加する遷移層５２Ｂが形成されている。従って、遷移層５２Ｂは、境界面ＢＳに向かって屈折率が漸次増加する。すなわち、第１の光反射層５１及び第２の光反射層５２は、境界面ＢＳにおいて、第１の光反射層５１と空気との屈折率差よりも小さい屈折率差である。加えて、第１の光反射層５１及び第２の光反射層５２の透光性樹脂ＲＥは、連続して一体的に形成されている。
これにより、ＬＭ２のように、第１の光反射層５１に入射した光は、第１の光反射層５１内で多重反射されず、戻り光として再度第２の光反射層５２に再入射しやすい。
ＬＭ１の境界面ＢＳで反射された光、及び第１の光反射層５１から戻り光として第２の光反射層５２に再入射した光は、再度波長変換体３０に入射する可能性が高まる。波長変換体３０の側面から再度入射された光が波長変換体３０の上面３０Ｔから出射されることで発光装置１０の発光効率を向上させることが可能となる。
すなわち、発光装置１０は、境界面ＢＳに向かってフィラー濃度が漸次増加する遷移層５２Ｂが形成されている。これにより、発光装置１０は、意図しない部分である、光反射部５０の上面５０Ｔからの光漏れを低減しかつ発光効率を向上することが可能となる。
なお、通常、透光性樹脂ＲＥが含有する粒状フィラーＰのフィラー濃度が高くなると、原料樹脂の流動性が乏しくなり、例えば、キャビティ内全体に原料樹脂が行き渡らずキャビティ内への充填が不十分となり空孔が発生する未充填等の問題が生じる。
本実施例においては、十分な流動性を有するフィラー濃度の原料樹脂をキャビティ内に充填した後、当該原料樹脂の上面上に粒状フィラーＰを散布することで光反射部の形成を行う。よって、発光装置１０の製造時において、フィラー濃度の高い第１の光反射層５１を形成しても、原料樹脂のキャビティ内への未充填等の問題は発生しない。従って、発光装置１０は、製造容易性を担保することが可能となる。
また、透光性樹脂ＲＥが含有する粒状フィラーＰのフィラー濃度が高くなると、発光装置１０を繰り返し駆動した際の発光素子２０の発熱等による温度変化、または物理的衝撃により、光反射部５０内でクラック等の信頼性不良が発生する可能性がある。
本実施例においては、特に、遷移層５２Ｂにおいて運用上クラックの発生しない濃度となるように原料樹脂のフィラー濃度が調整されている。従って、仮に、第１の光反射層５１にクラックが発生したとしても、光反射部５０は、第２の光反射層５２にクラックが伸展することを防ぐことができる。また、第２の光反射層５２の上面（境界面ＢＳ）が波長変換体３０の側面を覆うように形成されている。よって、例え第１の光反射層５１にクラックが発生しても、当該クラックが波長変換体３０の側面と光反射部５０との界面まで伸展することを防ぐことができ、波長変換体３０の側面と光反射部５０との剥離等の発生を防ぐことができる。従って、波長変換体周縁におけるクラックによる光漏れ故の発光装置１０の色ムラ、発光ムラ等を防ぐことができる。従って、発光装置１０によれば、発光装置の信頼性を担保することが可能となる。
本実施例によれば、発光装置１０は、製造容易性及び信頼性を担保しつつ意図しない部分からの光漏れを低減することが可能な発光装置及びその製造方法を提供することが可能となる。
次に、図４～図１２を用いて、発光装置１０の製造手順の一例について説明する。
図４は、本発明の実施例に係る発光装置１０の製造フローを示す図である。また、図５～１２は、図４に示す製造手順の各ステップにおける発光装置１０の断面図を示す。なお、図５～１２においては、図１の発光装置１０のＣＳ１－ＣＳ１線に沿った断面図を示している。
まず、図５に示すように、上面に配された環状の枠体１３を備えた基板１１を用意する基板準備工程を行う（ステップＳ１１）。基板１１には、予め第１の配線電極１５及び第２の配線電極１７が形成されている。また、枠体１３は、基板１１の上面の外周部に設けられ、第１の配線電極１５及び第２の配線電極１７を囲繞するように配される。なお、枠体１３は、樹脂等の接着剤を用いて基板１１の上面上に接合されていてもよいし、基板１１と枠体１３とが一体的に形成されていてもよい。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、上面上に配されかつ周囲に沿って上方に伸長する枠体１３を備えた基板１１を準備する基板準備工程を含む。
次に、図６に示すように、第１の配線電極１５上に発光素子２０を接合する素子接合工程を行う（ステップＳ１２）。本ステップでは、発光素子２０は、図示しない導電性の接着剤等を介して第１の配線電極１５と接合される。具体的には、例えば、第１の配線電極１５の上面上にＡｕＳｎペーストを充填したディスペンサを用いてＡｕＳｎペーストを塗布する。当該塗布したＡｕＳｎペースト上に、発光素子２０の下面に設けられたカソード電極（図示せず）とＡｕＳｎペーストとが接するように第１の配線電極１５上に載置する。
この状態の基板１１を、例えば、窒素雰囲気中で３００℃まで過熱しＡｕＳｎペースト内のＡｕＳｎ合金粒子を溶融させた後冷却し発光素子２０と第１の配線電極１５とが固着される。また、発光素子２０と第１の配線電極１５とは、ＡｕＳｎ合金により共晶接合され且つ、電気的に接続される。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、支持基板２１及び支持基板２１の上面に形成された半導体層２２を有する発光素子２０を基板１１上に接合する素子接合工程を含む。
なお、発光素子２０の固定される位置及び配向は、溶融したＡｕＳｎ合金の表面張力によってセルフアライメントがなされる。具体的には、加熱溶融したＡｕＳｎ合金と発光素子２０との間において、溶融したＡｕＳｎ合金の界面エネルギーが最小となる表面張力によって発光素子２０がセルフアライメントされる。
なお、発光素子２０と第１の配線電極１５との接合は、これに限定されず、フラックスを含まないＡｕＳｎバンプ、ＡｕＳｎシート又は各々の素子の下面に予め形成されたＡｕＳｎ蒸着層を原料とした導電性の接着剤を用いてもよい。また、銀ペースト又ははんだ等の導電性の接着剤を用いてもよい。
次に、図１に示したように、発光素子２０の電極パッド２３と第２の配線電極１７とをボンディングワイヤＢＷでそれぞれ接続する（ステップＳ１３）。本ステップでは、発光素子２０が接合された基板１１をワイヤボンディング装置セットし、Ａｕワイヤ等のボンディングワイヤＢＷを電極パッド２３及び第２の配線電極１７にボンディングする。これにより、電極パッド２３及びボンディングワイヤＢＷを介して、発光素子２０のアノード電極と第２の配線電極１７とを電気的に接続する。
次に、図７に示すように、発光素子２０の半導体層２２上に接着樹脂４０を介して波長変換体３０を接合する波長変換体接合工程を行う（ステップＳ１４）。本ステップでは、発光素子２０の半導体層２２上に接着樹脂４０の原料を充填したディスペンサを用いて接着樹脂４０の原料を塗布する。接着樹脂４０の原料を塗布する。その後、波長変換体３０を当該接着樹脂４０の原料と波長変換体３０の下面とが接するように半導体層２２上に載置する。なお、波長変換体３０の載置位置を、半導体層２２を覆うような位置に位置合わせする。また、波長変換体３０の上面３０Ｔには、予めマスクＭＫが施してある。この状態の基板１１を、加熱することで接着樹脂４０の原料を硬化させて発光素子２０と波長変換体３０とを接合する。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、波長変換体３０を発光素子２０の上面上に接合する波長変換体接合工程を含む。
次に、図８に示すように、基板１１及び枠体１３からなるキャビティ内に、第２の光反射層５２の原料となる光反射樹脂原料としての原料樹脂５２Ｍを充填する原料樹脂充填工程を行う（ステップＳ１５）。原料樹脂５２Ｍは、粒状フィラーＰを分散させた液状の透光性樹脂前駆体としての透光性樹脂ＲＥの前駆体ＲＭからなる。また、原料樹脂５２Ｍは、硬化後に低濃度層５２Ａの所定のフィラー濃度となるような含有率で粒状フィラーＰが分散されている。本ステップでは、原料樹脂５２Ｍを充填したディスペンサを用いて基板１１及び枠体１３からなるキャビティ内に注入し、発光素子２０及び波長変換体３０の側面を覆うように充填する。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、光反射性の粒状フィラーＰを含む透光性樹脂ＲＥの前駆体ＲＭからなる原料樹脂５２Ｍを発光素子２０及び波長変換体３０の側面を覆うように枠体１３内に注入して充填する原料樹脂充填工程を含む。
原料樹脂５２Ｍは、充填された際に表面張力によって波長変換体３０及び枠体１３の側面上端に這い上がり、凹状の表面形状を有するメニスカスを形成する。波長変換体３０の上面３０Ｔ及び枠体１３の上面から当該凹状の表面の最大深さが約５０～１００μｍとなるように充填量を調整する。なお、本ステップでは原料樹脂５２Ｍの加熱硬化を行わない。
次に、図９に示すように、上方から粒状体である粒状フィラーＰを原料樹脂５２Ｍ上に散布して第１の光反射層５１の原料となる凝集層５１Ｍを形成するフィラー堆積工程を行う（ステップＳ１６）。本ステップでは、例えば、粒状フィラーＰをスプレーを用いた方法でフィラー堆積部ＳＤを形成する。具体的には、原料樹脂５２Ｍの上方に設置したスプレーノズルＳＮから粒状フィラーＰを分散したエアー（空気）又は窒素層を吹き付けてフィラー堆積部ＳＤを形成する。なお、この時吹き付ける粒状フィラーＰは、原料樹脂５２Ｍに含まれる粒状フィラーＰと同一のものである。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、原料樹脂５２Ｍの上方から粒状フィラーＰと同一の材料からなる粒状体を散布して原料樹脂５２Ｍ上に粒状フィラーＰを堆積させるフィラー堆積工程を含む。また、フィラー堆積工程において、原料樹脂５２Ｍの上方から粒状フィラーＰをスプレー塗布して粒状フィラーＰを堆積させる。
なお、フィラー堆積部ＳＤは、図１０に示すように上方からふるいＳＶを用いて原料樹脂５２Ｍ上に散布して形成してもよい。ふるいＳＶを用いることによって、原料樹脂５２Ｍが飛散する又は表面形状が変わる等を防ぐことが可能となる。言い換えれば、フィラー堆積工程において、原料樹脂５２Ｍの上方から粒状フィラーＰをふるいＳＶを用いて散布して粒状フィラーＰを堆積させる。
上記のようにフィラー堆積部ＳＤを形成した後、５分程度安置させて原料樹脂５２Ｍの透光性樹脂ＲＥの前駆体ＲＭをフィラー堆積部ＳＤに含浸させる。これにより、フィラー堆積部ＳＤは、粒状フィラーＰが薄膜状の前駆体ＲＭに覆われた第１の光反射層５１の原料となる凝集層５１Ｍを含む。また、これにより、前駆体ＲＭが原料樹脂５２Ｍ及び凝集層５１Ｍに亘って一体的となり、原料樹脂５２Ｍの凹状の表面は粒状フィラーＰの濃度差が表れる濃度界面である境界面ＢＳとなる。
また、この状態の基板１１を約５分程度安置させ、原料樹脂５２Ｍからフィラー堆積部ＳＤに透光性樹脂ＲＥの前駆体ＲＭを含浸させる。これにより、原料樹脂５２Ｍには、低濃度層５２Ａのフィラー濃度となる低濃度原料層５２ＡＭ及び境界面ＢＳに沿ってかつ上方に向かってフィラー濃度が漸次増加する遷移層５２Ｂの遷移原料層５２ＢＭが形成される。なお、本ステップでは原料樹脂５２Ｍの加熱硬化を行わない。言い換えれば、フィラー堆積工程において、堆積された粒状フィラーＰ間に透光性樹脂ＲＥの前駆体ＲＭを含浸させる。
次に、図１１に示すように、凝集層５１Ｍにおいて前駆体ＲＭが含浸されてない余剰な粒状フィラーＰを除去する余剰フィラー除去工程を行う（ステップＳ１７）。本ステップでは、例えば、基板１１の上方又は側方からエアーガン等で空気等の流体を吹き付けることにより、凝集層５１Ｍの前駆体ＲＭが含浸されてない余剰な粒状フィラーＰを除去する。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、堆積された凝集層５１Ｍの粒状フィラーＰに流体を吹き付けることで、表面の粒状フィラーＰの一部を除去する余剰フィラー除去工程を含む。
これにより、フィラー堆積部ＳＤのうち、前駆体ＲＭに覆われていない余剰な粒状フィラーＰが除去される。すなわち、フィラー堆積部ＳＤは、粒状フィラーＰが薄膜状の前駆体ＲＭに覆われた第１の光反射層５１の原料となる凝集層５１Ｍのみが原料樹脂５２Ｍ上に残留する。
次に、図１２に示すように、凝集層５１Ｍの余剰な粒状フィラーＰを除去した基板１１を加熱し、前駆体ＲＭを硬化させる樹脂硬化工程を行う（ステップＳ１８）。加熱により、前駆体ＲＭが透光性樹脂ＲＥとなる。また、これにより、低濃度原料層５２ＡＭが低濃度層５２Ａとなり、遷移原料層５２ＢＭが遷移層５２Ｂとなることで、第２の光反射層５２が形成される。また、凝集層５１Ｍが第１の光反射層５１として形成される。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、透光性樹脂ＲＥの前駆体ＲＭを硬化させる樹脂硬化工程を含む。また、前駆体ＲＭの加熱硬化後、波長変換体３０のマスクＭＫを除去し、波長変換体３０の上面３０Ｔを露出させる。
上記のステップＳ１１～Ｓ１８までの工程を処理することにより、発光装置１０を製造する。
本実施例によれば、発光装置１０は、基板１１及び枠体１３で形成されたキャビティ内に、発光素子２０及び波長変換体３０の側面を覆うように形成された光反射部５０を有する。また、光反射部５０は、上面に亘って延在する粒状フィラーＰの含有率が７０質量パーセント以上の高フィラー濃度でありかつ、下面（境界面ＢＳ）の形状が下向きに凸の第１の光反射層５１を有する。また、光反射部５０は、第１の光反射層５１の下面に配され、透光性樹脂ＲＥが第１の光反射層５１と一体的に形成されている第２の光反射層５２を有する。また、第２の光反射層５２は、境界面ＢＳ近傍に境界面ＢＳに向かって粒状フィラーＰの含有率が漸次増加する遷移層５２Ｂと、遷移層５２Ｂの下に配された粒状フィラーＰの含有率が第１の光反射層５１及び遷移層５２Ｂよりも低い低濃度層５２Ａと、を有する。
これらの構成を有することにより、波長変換体３０の側面から第２の光反射層５２に入射した光は、第１の光反射層５１の密集（凝集）した粒状フィラーＰの表面によって下方方向に反射又は散乱される。また、遷移層５２Ｂから第１の光反射層５１に入射した光は、第１の光反射層５１及び発光装置１０外部の空気との界面である第１の光反射層５１の上面である上面５０Ｔで全反射される。また、境界面ＢＳにおいて、第１の光反射層５１及び遷移層５２Ｂの屈折率差が小さくかつ透光性樹脂ＲＥが連続的に形成されている。従って、第１の光反射層５１に入射した光は、第１の光反射層５１内で多重反射されることなく第２の光反射層５２（遷移層５２Ｂ）に再入射されやすい。また、第１の光反射層５１から第２の光反射層５２に再入射された光は、波長変換体３０に再入射される可能性がある。
また、本実施例によれば、発光装置１０の製造方法は、粒状フィラーＰが所定の含有率で分散された原料樹脂５２Ｍをキャビティ内に充填する。充填された原料樹脂５２Ｍが表面張力によって凹状の上面形状を有するように充填する。また、原料樹脂５２Ｍの上方から粒状フィラーＰを散布しフィラー堆積部ＳＤを形成し、原料樹脂５２Ｍに含まれる透光性樹脂ＲＥの前駆体ＲＭを当該フィラー堆積部ＳＤに含浸させる。これを加熱して前駆体ＲＭを硬化させることにより、粒状フィラーＰの含有率が高い第１の光反射層５１と、第１の光反射層５１の下に配されかつ上方に向かってフィラー含有率が漸次増加する遷移層５２Ｂと、遷移層５２Ｂの下に配された低濃度層５２Ａを形成する。
また、本実施例によれば、発光装置１０を繰り返し駆動させた際に、仮に第１の光反射層５１にクラックが発生しても、当該クラックが境界面ＢＳよりも下方（第２の光反射層５２）に伸展することを防ぐことができる。
これらの構成及び特徴を有することによって、発光装置１０は、製造容易性及び信頼性を担保しつつ意図しない部分からの光漏れを低減することが可能な発光装置及びその製造方法を提供することが可能となる。
本実施例においては、基板１１上に１の発光素子２０が配される場合について説明したが、基板１１上に複数の発光素子２０を配するようにしてもよい。
図１３は、本実施例の変形例に係る発光装置１０Ａの上面図である。また、図１４は、図１３に示した発光装置１０ＡのＣＳ２－ＣＳ２線に沿った断面図である。なお、図１３においては、発光装置１０Ａの光反射部５０の内側の構造を図示するため、その図示を省略している。
発光装置１０Ａは、実施例の発光装置１０と基本的に同様の構成である。発光装置１０Ａは、基板１１Ａ上に複数の発光素子２０が１の方向に配列され、当該配列された複数の発光素子２０の各々の半導体層２２の上面上に亘って一体的に形成された波長変換体６０を有する点について発光装置１０と異なる。
変形例の波長変換体６０においては、底面及び光取り出し面である上面６０Ｔがそれぞれ長方形の形状を有するように形成されている。すなわち、波長変換体６０の底面は、複数の発光素子２０の各々の半導体層２２に亘りかつ各々の半導体層２２を覆うように配されている。
また、変形例の発光装置１０Ａの製造方法は、実施例と同様である。これにより、図１４に示すように、光反射部５０には、上面に亘って延在しかつ下面（境界面ＢＳ）の形状が下向きに凸の第１の光反射層５１が形成されている。また、第１の光反射層５１の下には、境界面ＢＳ近傍に境界面ＢＳに向かって粒状フィラーＰの含有率が漸次増加する遷移層５２Ｂ及び遷移層５２Ｂの下に配された粒状フィラーＰの含有率が低い低濃度層５２Ａを含む第２の光反射層５２が形成されている。また、発光素子２０の向かい合う側面同士の間の領域には、低濃度層５２Ａが充填されている。
このように、第１の光反射層５１、低濃度層５２Ａ並びに遷移層５２Ｂを含む光反射部５０及びその形成方法は、複数の発光素子２０を搭載する場合にも適用可能であり、製造容易性及び信頼性を担保しつつ意図しない部分からの光漏れを低減することが可能となる。
なお、本実施及び変形例の発光装置の製造方法は、１つの事例に過ぎず、上述の方法に限定されない。例えば、図４に示したステップＳ１６のフィラー堆積工程において、炉のような閉鎖空間内に発光装置を配置し、当該閉鎖空間内に粒状フィラーＰを分散させた窒素等を対流及び循環させてフィラー堆積部ＳＤを形成してもよい。原料樹脂５２Ｍの硬化前に、当該原料樹脂５２Ｍの上面上に粒状フィラーＰを堆積できればよい。
また、本実施及び変形例においては、発光素子２０の半導体層２２が窒化物半導体を主材料とする青色ＬＥＤである場合について説明した。しかし、半導体層２２の材料はこれに限定されず、その他の色の光を放射する種々のＬＥＤやレーザの半導体発光層に適用可能である。
また、本実施例及び変形例においては、各々の発光素子の放射する光に励起されて当該放射光の波長変換を行う蛍光体を含む波長変換体３０又は６０を備える発光装置について説明した。しかし、波長変換体は、蛍光体を含まず、各々の発光素子の放射する光の波長変換を行わない投光板であってもよい。
波長変換を行う蛍光体を含む波長変換体３０を用いる場合、各々の発光素子の放射光の色及び波長変換体３０の波長変換を行う光の色は、発光装置１０が放射する光の色が所望の色となるように各々の発光素子２０の材料、波長変換体３０に含まれる蛍光体の材料及び当該蛍光体の含有量を適宜選択すればよい。
また、本実施例及び変形例においては、波長変換体３０が光取り出し面である上面が光入射面である下面よりも小さいサイズで形成される場合について説明した。しかし、波長変換体３０の形状はこれに限定されず、例えば、矩形の断面形状を有する波長変換体であってもよい。本実施例及び変形例に示された光反射部５０は、発光素子２０の光取り出し面の上方に配されたいかなる形状の波長変換体であっても適用可能である。
１０ 発光装置
１１ 基板
１３ 枠体
１５ 第１の配線電極
１７ 第２の配線電極
２０ 発光素子
２１ 支持基板
２２ 発光部
２３ 電極パッド
３０ 波長変換体
４０ 接着樹脂
５０ 光反射部
５１ 第１の光反射層５１
５２ 第２の光反射層５２
６０ 波長変換体

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板の上面上に配され、前記基板の周囲に沿って伸長する枠体と、
    前記基板上に配された支持基板及び前記支持基板の上面に形成された半導体発光層を有する発光素子と、
    前記発光素子の上面上に配された波長変換体と、
    前記発光素子及び前記波長変換体の側面を覆いかつ光反射性の粒状フィラーを含む透光性樹脂からなる光反射部と、を有し、
    前記光反射部は、前記光反射部の上面に沿って延在する第１の領域と、前記第１の領域の下に配されかつ前記第１の領域よりも前記粒状フィラーの含有率の低い第２の領域と、前記第２の領域の下に配されかつ前記第２の領域よりも前記粒状フィラーの含有率の低い第３の領域と、を含むことを特徴とする発光装置。
  2. 前記第１の領域は、薄膜状の前記透光性樹脂に覆われた前記粒状フィラーが凝集状態となっていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記第２の領域の前記粒状フィラーの含有率は、上方に向かって漸次増加していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記第１の領域の前記粒状フィラーの含有率は、７０質量パーセント以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
  5. 前記第１の領域は、空気との屈折率差が０．５以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
  6. 前記第１の領域の上面は、表面粗さがＲａ＜１．０ｕｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
  7. 前記第１の領域は、下向きに凸の下面形状を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。
  8. 前記粒状フィラーは、二酸化チタンからなり、
    前記透光性樹脂は、シリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光装置。
  9. 前記波長変換体は、前記半導体発光層の上面全体を覆う底面と前記底面よりも小さい上面とを有し、前記底面から前記上面に向かうに従って前記基板に平行な方向の幅が小さくなる側面形状を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光装置。
  10. 発光装置の製造方法であって、
    上面上に配されかつ周囲に沿って上方に伸長する枠体を備えた基板を準備する基板準備工程と、
    支持基板及び前記支持基板の上面に形成された半導体発光層を有する発光素子を前記基板上に接合する素子接合工程と、
    波長変換体を前記発光素子の上面上に接合する波長変換体接合工程と、
    光反射性の粒状フィラーを含む透光性樹脂前駆体からなる原料樹脂を前記発光素子及び前記波長変換体の側面を覆うように前記枠体内に注入して充填する原料樹脂充填工程と、
    前記原料樹脂の上方から前記粒状フィラーと同一の材料からなる粒状体を散布して前記原料樹脂上に前記粒状体を堆積させ、当該堆積された粒状体間に前記透光性樹脂前駆体を含浸させるフィラー堆積工程と、
    前記堆積された粒状体に流体を吹き付けることで、表面の前記粒状体の一部を除去する余剰フィラー除去工程と、
    前記透光性樹脂前駆体を硬化させる樹脂硬化工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  11. 前記フィラー堆積工程において、前記原料樹脂の上方から前記粒状体をスプレー塗布して前記粒状体を堆積させることを特徴とする請求項１０に記載の発光装置の製造方法。
  12. 前記フィラー堆積工程において、前記原料樹脂の上方から前記粒状体をふるいを用いて散布して前記粒状体を堆積させることを特徴とする請求項１０に記載の発光装置の製造方法。
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