JP5262054B2

JP5262054B2 - 発光装置の製造方法

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Publication number: JP5262054B2
Application number: JP2007264619A
Authority: JP
Inventors: 圭宏木村; 敏之八木; 秀千菅野; 正人藤友; 祐一郎反田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2027-10-10
Also published as: JP2009094351A

Description

本発明は、発光装置の製造方法に係り、特に半導体発光素子の発光出力を色変換層により波長変換する構造を有する発光装置および色変換層の形成方法に関するもので、例えば白色発光装置の製造に使用されるものである。

半導体発光素子、例えば発光ダイオードチップ（ＬＥＤ素子）を用いた発光装置の構造は、現在、以下のように大別される。すなわち、ＬＥＤ素子の透明電極形成面側から光を取り出すフェイスアップ構造、ＬＥＤ素子の透明電極形成面とは反対側のサファイア基板側から光を取り出すフェイスダウン構造、ＬＥＤ素子の発光層を引き出して金属の土台に貼りあわせた張り合わせ構造である。フェイスアップ構造および張り合わせ構造では、素子上面と導電部材との間を金（Ａｕ）等の導電性ワイヤにより導通させる必要がある。

フェイスアップ構造の一例として、パッケージの凹状のカップ部の内部に収容し、ＬＥＤ素子の発光出力を受けてＬＥＤ素子の発光と補色関係の発光が可能な波長変換用の蛍光部材を含む透光性部材をカップ部内に充填した構造を有するものがある。このような発光装置を製造する際、カップ部の底面部にＬＥＤ素子を実装した後、蛍光部材を含む透光性部材をカップ部内に充填し、蛍光部材をＬＥＤ素子上およびカップ部底面上に沈降させている。

一方、ＬＥＤ素子を用いた発光装置は、エポキシやシリコーン樹脂等の透光性の封止部材に波長変換用の蛍光部材を混ぜて、ＬＥＤ素子を封止するものがある。この場合、ＬＥＤ素子と導電部材との間に導電性ワイヤをボンディングし、蛍光体を含有する封止部材を用いて上記ＬＥＤ素子および導電性ワイヤを封止すると、蛍光体が導電性ワイヤ上に積もることがある。

ところで、本願発明者は、導電性ワイヤ上に蛍光体が積もると、ＬＥＤ素子を発光させた際、導電性ワイヤ上に積もった蛍光体までも発光していまい、光学特性に色ムラ・色ズレなどの影響を与えてしまう原因の一つになっている点に気付いた。しかし、このような導電性ワイヤ上に蛍光体が積もることを積極的に解決することを課題とした発光装置は、従来、見当たらない。

なお、特許文献１には、蛍光体を含まない第１の透光性部材で発光素子およびボンディングワイヤを封止して第１の透光性樹脂層を形成し、２種類の蛍光体を予め分散混合した熱硬化性樹脂を加熱硬化させて蛍光体層を形成し、さらに、蛍光体を含まない第２の透光性部材で蛍光体層を封止して第２の透光性樹脂層を形成する方法が開示されている。しかし、このような方法では、蛍光体が均一に分散されるように蛍光体層を薄く設けることが難しく、必然的に蛍光体層の厚みが厚くなってしまい、光が蛍光体層内に閉じ込められてしまい、発光効率が低下する原因となる。特に、特許文献１中に示すように、リフレクタ上面と蛍光体層との接着部に蛍光体層が存在する構造の場合には、その部分にはＬＥＤ素子からの光が当たらず、蛍光体の色（例えば、黄色）が直接投影されてしまい、色むらの原因となる。また、特許文献１中に示すように、第１の透光性樹脂層、蛍光体層、第２の透光性樹脂層からなる３層構造を有している場合には、樹脂界面の数が多いので、樹脂界面による反射での光のロスが増えてしまうという問題、樹脂界面で剥離し易いという問題が発生する。
特開２００３−５１６２２号公報（図２、図３）

本発明は前記した従来の問題点を解決し、色ムラ・色ズレなどの光学特性に及ぼす影響が少なく、さらに、光の取り出し効率を向上させることが可能になる光学特性の優れた発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発光装置の製造方法は、発光素子載置部の周辺に導電部材が配設された支持体に対して、発光素子を前記発光素子載置部に固定する工程と、前記発光素子の上面電極と前記導電部材とを導電性細線で電気的に接続する工程と、前記支持体上で前記発光素子および前記導電性細線の全部を覆うように第１の透光性部材を配置し、当該第１の透光性部材を断面が台形状を有するように硬化あるいは半硬化させて第１の透光性封止層を形成する工程と、前記第１の透光性封止層の表面に、予め少なくとも蛍光物質を含ませた第２の透光性部材を配置し、前記蛍光物質を沈降堆積させることによって波長変換用の色変換層を含む第２の透光性封止層を形成する工程と、を具備することを特徴とする。

上記製造方法において、色変換層を含む第２の透光性封止層を形成する際、第２の透光性部材中に予め蛍光物質および光拡散用の拡散部材を混合した状態で含ませておき、第１の透光性封止層上を覆うように第２の透光性部材を配置し、蛍光物質および拡散部材を沈降堆積させるようにしてもよい。この場合、蛍光物質および拡散部材として、それぞれの粒径と比重がほぼ等しいものを用いることにより、蛍光部材と拡散部材をほぼ同時に沈降堆積させ、蛍光物質と拡散部材がほぼ均等に混合した色変換層を含む第２の透光性封止層を形成することができる。また、拡散部材として、蛍光物質よりも比重が小さいものを用いることにより、蛍光部材を拡散部材よりも下方に沈降堆積させ、蛍光物質の層、拡散部材の層の順に重なった色変換層を含む第２の透光性封止層を形成することができる。

本発明の発光装置は、発光素子載置部を有する支持体と、前記支持体の発光素子載置部の周辺に配設された導電部材と、前記支持体の発光素子載置部に実装された発光素子と、前記発光素子の上面電極と前記導電部材とを電気的に接続した導電性細線と、前記発光素子および前記導電性細線の全部を覆うように第１の透光性部材により封止した断面が台形状を有する第１の透光性封止層と、前記第１の透光性封止層の表面を覆うように第２の透光性部材により封止した第２の透光性封止層と、前記第２の透光性部材中に予め含まれていた波長変換用の蛍光物質が沈降して前記第１の透光性封止層上を覆うように堆積した色変換層と、を具備することを特徴とする。

上記発光装置において、色変換層は、蛍光物質および光拡散用の拡散部材が混合されたものであってもよく、蛍光物質の層と拡散部材の層とが重なっているものであってもよい。

請求項１の発光装置の製造方法によれば、導電性細線の表面上に蛍光部材が積もることはないので、導電性細線の表面上で蛍光部材が発光することはなく、どの配光角度から見ても色ムラ、色ズレが少ない綺麗な光学特性を有する発光装置を製造することができる。
しかも、第１の透光性封止層の断面を台形状にすることにより、発光素子上面に対する色変換層を平坦かつ均一にでき、色ムラがなく良好な配光特性が得られる。さらに、発光素子の上面角部に対する色変換層は、台形斜辺部の角度を任意に設定することにより、発光素子の発光分布に合った厚さを自由に形成することが可能である。これにより、通常の発光素子の発光分布であれば、全ての角度において良好な配光特性が得られる。また、第１の透光性封止層を薄くでき、発光素子と色変換層との距離を縮めることによって光出力の取り出し効率を高めることが可能になる。また、発光面積を小さくすることもでき、高輝度化を可能にする。

請求項２によれば、導電性細線の第１のボンディング／第２のボンディングが対応して発光素子／導電部材に対して行われる場合よりも、導電性細線を低く位置させること（低ループ化）が可能になる。これにより、第１の透光性封止層を薄く実現し、発光素子と色変換層との距離を縮めることによって光出力の取り出し効率を高めることが可能になる。さらに、発光面積を小さくすることができ、高輝度化が可能となる。

請求項３，４，５によれば、発光素子の発光出力が拡散部材によりほぼ均等に拡散し、発光出力の輝度と視野角をさらに増やすことが可能になる発光装置を実現することができる。

請求項６の発光装置によれば、導電性細線の表面上に蛍光部材が積っていないので、導電性細線の表面上で蛍光部材が発光することはなく、どの配光角度から見ても色ムラおよび色ズレが少ない綺麗な光学特性を実現することができる。
しかも、第１の透光性封止層は断面が台形形状であり、発光素子上面に対する色変換層は平坦で均一になるので、色ムラがなく良好な配光特性が得られる。さらに、発光素子の上面角部に対する色変換層は、台形斜辺部の角度を任意に設定することにより、発光素子の発光分布に合った厚さを自由に形成することが可能である。これにより、通常の発光素子の発光分布であれば、全ての角度において良好な配光特性が得られる。また、第１の透光性封止層を薄くでき、発光素子と色変換層との距離を縮めることによって光出力の取り出し効率を高めることが可能になる。また、発光面積を小さくすることもでき、高輝度化を可能にする。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、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誇張していることがある。さらに、以下の説明において、同―の名称、符号については同―もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同―の部材で構成して１つの部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に１つの部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

＜第１の実施形態＞
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の発光装置の第１の実施形態を概略的に示す斜視図および側面図である。図２（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の発光装置の製造方法の第１の実施形態において一部を取り出して側断面を概略的に示す工程説明図である。

以下、製造工程を説明する。まず、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、素子載置部20aの周辺に、導電性細線をボンディング可能なリードフレーム51, 52が配設された支持体20を製作しておく。

本例では、一対のリードフレーム51, 52およびインサート成形可能な耐熱性樹脂を用いて、支持体20をインサート形成する。この際、平面が略矩形の薄型直方体形状の支持体20の表面で素子載置部の周辺に一対のリードフレーム51, 52の内端部を露出させ、一対のリードフレーム51, 52の外端部を外部へ引き出すように成形する。なお、上記リードフレーム51, 52は、例えば平板状の熱伝導性の良い金属部材（例えば銅板）が用いられており、この銅板に対して光反射性を高めるために銀メッキ、または金メッキ等が施されている。また、リードフレーム51,52 の形状や個数は、種々選択することができる。

また、支持体20の底面側にはヒートシンク30を取り付けておく。ヒートシンク30は、金属部材からなり、支持体20に対して適宜手段により熱抵抗が小さい状態で（支持体20の底面側に例えば熱伝導率が高い接着剤である例えば銀ロウ等を介して）固定する。ヒートシンク30に用いられる材料は、熱伝導性に優れた金属を主原料とする金属材であれば特に限定されず、銅やアルミニウム、マグネシウムなどを好適に用いることができる。このようなヒートシンク30により、外部へ効率よく熱引きすることが可能になり、放熱性に優れ、信頼性が高い発光装置を容易に実現することが可能になる。

なお、支持体20の少なくとも発光素子載置部20a とヒートシンク30とを同一の金属部材により別個に、あるいは、連続的に形成するようにしてもよい。これにより、外部へより効率よく熱引きすることが可能になる。

次に、図２（ａ）に示すように、支持体20の素子載置部に、発光面側である上面に一対の電極（アノード電極およびカソード電極）を有する発光素子（本例ではＬＥＤ素子）10の下面側を例えばＡｇペースト導電性接着剤を用いてダイボンディングにより固着する。本例では、発光素子10として、ＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体からなるＬＥＤ素子を用いている。この後、ＬＥＤ素子上面の一対の電極と一対の内部リードとの間をそれぞれ導電性細線（通常、Ａｕワイヤ）60によりボンディングする。

次に、支持体20上の少なくともＬＥＤ素子10およびＡｕワイヤ60の全部を覆うように、液状のシリコーン樹脂などのような第１の透光性部材70a を注入し、これを硬化させることにより第１の透光性封止層70とする。あるいは、第１の透光性部材70a を半硬化状態にし、次の工程に移り、最終的に第１の透光性部材70a を硬化させて第１の透光性封止層70とする。

なお、第１の透光性部材70a を任意の形状（本例では断面が台形状）に硬化または半硬化させるために、支持体20上でＬＥＤ素子10およびＡｕワイヤの周辺を囲むようにカップ部（図示せず）を配設したり、支持体20上へ着脱自在な型（図示せず）を用いるようにしてもよい。

次に、図２（ｂ）に示すように、第１の透光性部材70a と同様の透明樹脂からなる第２の透光性部材80a を、硬化状態または半硬化状態の第１の透光性部材70a 上を覆うように塗布、滴下などにより配置する。この際、第２の透光性部材80a 中には、ＬＥＤ素子10から放出される光をＬＥＤ素子10の発光色とは異なる波長の光に変換する波長変換物質（例えば蛍光物質91）を予め含ませておく。

そして、図２（ｃ）に示すように、蛍光物質91を沈降堆積させることによって、第１の透光性封止層70上を覆う色変換層90を含む第２の透光性封止層80を形成する。この際、硬化状態の第１の透光性封止層70、または半硬化状態の第１の透光性部材70a の上面が平坦な形状であれば、その上面に堆積する色変換層90の厚さは均一になる。また、第１の透光性封止層70の側面が傾斜していれば、この側面に堆積する色変換層90の厚さは不均一になるが、側面が傾斜していない場合と比べてより均一なものを作ることができる。実際に、第１の透光性封止層70の断面が長方形であると、色変換層がLED素子の上面角部で途切れてしまい、LED素子の発光漏れが生じてしまうおそれがある。また、第１の透光性封止層70の断面が半球形状であると、LED素子の発光分布に対して、LED素子上面の蛍光部材の量が少なくなり、色ムラが生じてしまうおそれがある。

したがって、第１の透光性封止層70の形状が台形である場合は、LED素子上面に対する色変換層は平坦で均一になるので、色ムラがなく良好な配光特性が得られる。さらに、ＬＥＤ素子10の上面角部に対する色変換層は、台形斜辺部の角度を任意に設定することにより、ＬＥＤ素子10の発光分布に合った色変換層厚さを自由に形成することが可能である。これにより、通常のＬＥＤ素子の発光分布であれば、全ての角度において良好な配光特性が得られる。

また、第１の透光性封止層70の形状が特に台形である場合、第１の透光性封止層70を薄くでき、ＬＥＤ素子10と色変換層90との距離を縮めることによって光出力の取り出し効率を高めることが可能になる。また、発光面積を小さくすることもでき、高輝度化を可能にする。

前記した色変換層90の形成工程において、蛍光物質91の沈降の可否および所要時間は、蛍光物質91の平均粒径や第２の透光性部材80a の粘度に依存し、色変換層90の厚みは、出力光の色味に影響する。具体例として、蛍光物質91の平均粒径は10〜20um、第２の透光性部材80a の粘度は500pcs〜5000pcs のものを用い、蛍光部材91の沈降の所要時間が例えば10分から10時間の範囲内となるように設定することが好ましい。

なお、発光素子10として例えば青色ＬＥＤ素子を用い、蛍光部材91 として例えばＹＡＧ蛍光体を用いる場合には、青色ＬＥＤ素子10の発光出力がＹＡＧ蛍光体によって黄色光に変換され、青色光と黄色光との混色である白色光が出力する。

次に、リードフレーム51, 52を表面実装に適した所望の端子形状に加工する。本例では、リードフレーム51, 52の中間部を支持体20およびヒートシンク30の側面に沿って折り曲げ、さらに、リードフレーム51, 52の先端部を外側へ折り曲げて外部接続端子を形成する。

上述したような製造方法により得られた発光装置は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、支持体20上に発光部1 が形成されており、この発光部1 は発光素子の出射方向において配光を遮る部品が存在しないように構成されている。すなわち、支持体20上面の発光素子載置部周辺には複数のリードフレーム51,52 の一端部が配設されており、上面に電極を有する発光素子10が支持体20の発光素子載置部20a 上に固着されている。リードフレーム51,52 の他端部は、支持体20およびヒートシンク30の側面に沿って折れ曲がり、さらに、側方まで延在し、外部接続端子となっている。リードフレーム51,52 の一端部と発光素子10の上面電極との間は、Ａｕワイヤ60によりボンディングされている。そして、支持体20上で発光素子10およびＡｕワイヤ60の全部を覆うように第１の透光性部材70a により封止した第１の透光性封止層70が形成されている。この第１の透光性封止層70は、断面が台形
状であることが望ましい。さらに、第１の透光性封止層70上を覆うように第２の透光性部材80a を用いた第２の透光性封止層80が形成されており、この第２の透光性封止層80の底部には、色変換層90が形成されている。この色変換層90は、第２の透光性部材80a 中に予め含まれていた蛍光物質91が沈降して第１の透光性封止層70上を覆うように堆積したものである。

なお、支持体20に他の部材を複数組み立て加工し、発光装置の集合体を形成した後で個々に分割することにより、複数の発光装置を低コストで得ることができる。

以下、本実施形態の各構成について詳述する。

（支持体20）支持体は、ＬＥＤ素子10を配置させ、外部からの電流をＬＥＤ素子に供給するリード電極が付加されるので、耐熱性や絶縁性を有するものが好適に用いられる。このような支持体の具体的材料としては、ガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン（以下ＢＴレジンとも呼ぶ）、セラミックス、液晶ポリマーやポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）が好適に挙げられる。また、ＬＥＤ素子からの光を効率よく反射させるために基板を構成する樹脂に酸化チタンなどの白色顔料などを混合させることができる。

樹脂により支持体を成形させる場合は、内部に配置されるＬＥＤ素子10に電力を供給するリード電極をインサート成形などで比較的簡単に形成することができる。リード電極は、銅および銅合金等の電気良導体により形成することができる。本実施形態では、リード電極は、発熱を効率よく放出させるものが好ましく、銅電極を使用している。ＬＥＤ素子からの光の反射性を向上させるために、リード電極の表面に銀メッキ、あるいは、アルミニウム、金等の平滑な金属メッキを施すことができる。

ガラスエポキシおよびＢＴレジンにより支持体を構成させる場合は、銅張りガラスエポキシおよび銅箔を圧着したＢＴレジンに所望のパターンを作るためにケミカルエッチングを行う。これにドリル加工、パンチングプレス加工により側壁部となる穴を作ったガラスエポキシおよびＢＴレジンを接着剤で張り合わせ形成する。セラミックにより支持体を構成させる場合は、セラミック焼成前の原料となるグリーンシート上に所望のパターンで高融点金属を含有した導電性ペーストを印刷する。グリーンシートを複数重ね合わせ支持体形状にさせた後に焼成してセラミック支持体を形成する。導電性ペーストは焼成時に樹脂成分が消失し、外部との電気的接続が可能な電極層として残る。

また、支持体の変形例として、上面側に発光素子収納用の開口部（凹部）を有するパッケージの一部であってもよい。このパッケージは、樹脂製の支持体とリードフレーム51,52 を有し、支持体の上面側に発光素子収納用の開口部を有し、この開口部の内面の一部にリードフレーム51,52 の内部リードが露出し、この内部リードに電気的に連なる外部リードが支持体外部に引き出され、少なくとも内部リードにＡｇメッキが施されている。そして、開口部内にＬＥＤ素子10が実装され、ＬＥＤ素子10の電極と内部リードとの間にＡｕワイヤ60がボンディング接続される。

また、支持体の変形例として、発光素子載置部の周りを囲むようにリフレクタが搭載されて固着されていてもよい。このリフレクタは、平板状の基体の中央部が開口されており、この開口内部のテーパ状の側壁面はメッキが施されて反射面とされるのが好ましい。

（発光素子10）発光素子の種類は特に制限されるものではないが、例えば、ＭＯＣＶＤ法等によって基板上にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体を発光層として形成させたもの、一例として、サファイア基板上にｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層と、ｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層とが順次に積層された構造のものを使用する。また、半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合などを有するホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。半導体の材料やその混晶比によって発光波長を種々選択できる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることができる。また、活性層には、Ｓｉ、Ｇｅ等のドナー不純物および／またはＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされる場合もある。発光素子の発光波長は、その活性層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量を変えるか、または活性層にドープする不純物の種類を変えることにより、紫外領域から赤色まで変化させることができる。

一般に窒化物半導体（Ｉｎ_XＧａ_YＡｌ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）は、結晶成長が難しく、絶縁性のサファイア基板上に形成される。サファイア基板上に形成された窒化物半導体に電力を供給するためには正極（ｐ電極）および負極（ｎ電極）を同一面側（半導体積層面側）に形成せざるを得ず、オーミック接触をとり、かつ、効率的に電流を注入させるためには透光性の電極として金薄膜などが用いられる。このような電極は薄膜にして透光性を持たせているものの金属からなるが故に、窒化物半導体を利用したＬＥＤ素子の活性層で生成した光は部分的に反射される。

このようなＬＥＤ素子は支持体上にダイボンド機器を用いてマウントすることができる。また、ＬＥＤ素子上に設けられた電極と、金線ワイヤを利用して電気的に接続させることができる。

発光素子は、４６０ｎｍ近傍に発光ピーク波長を持つ青色発光の発光素子、４１０ｎｍ近傍に発光ピーク波長を持つ青紫色発光の発光素子、３６５ｎｍ近傍に発光ピーク波長を持つ紫外線発光の発光素子などを使用することができる。

白色発光の発光装置を実現する場合には、例えば青色発光の発光素子と、透光性被覆部材に含まれる蛍光物質としてＹＡＧ蛍光体（Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体）との組合せを使用することによって、発光素子による発光とＹＡＧ蛍光体による発光との混色によって白色発光が得られる。

（導電性細線60）導電性細線としては、発光素子の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性および熱伝導性が良いものが求められる。熱伝導率としては、0.01cal ／（S ）（cm²）（℃／cm）以上が好ましく、より好ましくは、0.5cal／（S ）（cm²）（℃／cm）以上である。また、作業性などを考慮して導電性細線の直径は、好ましくは10μｍ以上、45μｍ以下である。このような導電性細線として、具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属およびそれらの合金を用いたワイヤが挙げられる。このような導電性細線は、ワイヤボンデイング装置によって、各発光素子と内部端子との間に容易にボンディング接続させることができる。

（ダイボンド部材）発光素子10を支持体20に固定させるためのダイボンド部材（図示せず）は、両者を接着可能な部材であれば特に限定されない。特に、支持体の素子搭載部20a に金属を用いる場合には、熱引きを考慮すると、Agペ―スト、カ―ボンペ―スト、ITO ペ―ストあるいは金属バンプ等を用いることが好ましい。特に、発熱量の多いパワ―系発光装置の場合、融点が高いことから高温下にて組織的構造が変化することが少なく、力学特性の低下が少ないAu-Sn 系の共晶半田を用いることが好ましく、さらに、発光素子10の下面と素子搭載部20a の金属面が部分的に接合されていることが好ましい。これにより、ダイボンド部材により発光素子10の下面から発光される光が全反射されることによる発光素子10内部の光閉じ込めを抑制することができる。この光閉じこめの抑制は、発光素子10の光取り出し効率を向上させることができるだけでなく、発光装置の温度上昇をも抑制することができる。また、裏面（下面）に電極を有する発光素子10を用いる場合は、Agペ―スト等の導電性を有するダイボンド部材を用いるのが好ましい。

（第１の透光性部材70a ）第１の透光性部材は、発光素子10と金属細線60の全部、および支持体20の一部の上面を被覆しており、外部環境からの外力や水分などから発光素子10を保護するものである。また、発光素子10からの光を効率よく外部に放出させるためのものである。このような第１の透光性部材を構成する具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコ―ン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコ―ン樹脂、ポリアミドなどの耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。高密度に発光素子10を配置させた場合は、熱衝撃による各部材間の接合破壊を抑制するために、エポキシ樹脂、シリコ―ン樹脂やそれらを組み合わせたものなどを使用することがより好ましい。

また、第１の透光性部材は、支持体20やＬＥＤ素子10の熱膨張係数に近似したものを用い、支持体20等との剥離を防止することが望ましい。

（第２の透光性部材80a ）第２の透光性部材80a は、第１の透光性部材70a と同じ材料を用いることができるが、蛍光物質91を含有させるためには、耐熱性および耐光性に優れ、紫外線を含む短波長の高エネルギー光に曝されても着色劣化し難いシリコ―ン樹脂や変性シリコ―ン樹脂であることが好ましく、これにより色ズレや色ムラの発生が抑制される。また、第２の透光性部材80a 中には、後述するように視野角をさらに増やすために拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。また、所望外の波長をカットする目的で有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させることができる。なお、前記透光性部材70a,80a は、孔版印刷あるいはスクリーン印刷などにより形成することも可能である。

（色変換層90）色変換層90は、発光素子10からの出力光を波長変換させるものであり、発光素子10からの光をより長波長に変換させるものの方が効率がよい。色変換層90として蛍光物質91を用いる場合には、発光素子10の励起光により、黄色、赤色、緑色、青色に発光スペクトルを有する蛍光体を使用することができるほか、これらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する蛍光体も使用することができる。これらの蛍光体を種々組み合わせて使用することにより、種々の発光色を有する発光装置を製造することができる。

発光素子10からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、色変換層90として、アルミニウム酸化物系蛍光物質の―種であるＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ_0.8Ｇｄ_0.2）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｙ₃（Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂の組成式で表されるＹＡＧ蛍光体や、ＣＡ₂Ｓｉ₅Ｎ₈蛍光体が好適に用いられる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は、その含有量によってＬＥＤ素子からの青色系の光を―部吸収して補色となる黄色系の光を発するので、白色系の混色光を発する高出力な発光装置を比較的簡単に形成することができる。例えば、青色に発光するＧａＮ系化合物半導体を用いて、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ若しくは（Ｙ_0.8Ｇｄ_0.2）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅの蛍光体に照射し、波長変換を行う。発光素子10からの光と、蛍光体からの光との混合色により白色に発光する発光装置を提供することができる。

なお、支持体20の外部から発光素子10に電源を供給する手段は、リードフレーム51, 52に限らず、後述するように配線パターン等の他の導電部材を用いてもよい。また、第２の透光性部材80a 中には、蛍光物質91のほかに、後述するように光拡散用の拡散部材および／またはフィラーを含んでもよい。

＜第２の実施形態＞
図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の発光装置の製造方法の第２の実施形態により得られた発光装置の一部を取り出して概略的に示す側断面図である。

第２の実施形態では、前述した第１の実施形態において、第２の透光性部材80a 中に蛍光物質91とともに透光性の拡散部材（アルミナ、シリカなど）92を予め含有させ、撹拌などによりほぼ均等に混合しておく。この場合、蛍光物質91、拡散部材92の粒径、比重を適切に選択設定する。

（ａ）拡散部材92として蛍光部材91と同程度の粒径・比重のものを用い、蛍光物質91と拡散部材92を同時に沈降させ、ほぼ均等に堆積させることができる。これにより、図３（ａ）に示すように、蛍光物質91に拡散部材92を含有した色変換層90を形成することができるので、発光素子10の発光出力が拡散部材92により拡散し、発光出力の視野角をさらに増やすことが可能になる。また、蛍光物質91にあらゆる角度から励起光が十分に照射されるので、色ムラを軽減することができる。

なお、拡散部材92は、透光性部材70a に対して濡れ性の良い材料および形状のものを選択することが望まし。これにより、拡散部材92は沈降し易くなり、拡散部材91が蛍光物質91とより均一に混合した状態を得ることが可能になる。

（ｂ）拡散部材92として蛍光部材91よりも比重が小さいものを用い、蛍光物質91を拡散部材92よりも下方に沈降堆積させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、蛍光物質91の層、拡散部材92の層の順に重なった色変換層90を形成することができる。したがって、発光素子10の出力により励起された蛍光物質91からの光と発光素子10の出力が拡散部材92の層により拡散されるようになり、発光出力の輝度および視野角をさらに増やすことが可能になる。

なお、蛍光物質91の層と拡散部材92の層の厚さが厚いと、それだけ光が蛍光体や拡散剤に当たり易くなり、光が層の外に出難くなる。したがって、各層の厚さは薄い方が好ましい。

＜第３の実施形態＞
前述した第１の実施形態において、支持体20上に複数個のＬＥＤ素子10を実装することによって、図４に示すように複数個のＬＥＤ素子10を搭載した発光装置を実現することができる。

この際、１つの支持体上に複数のＬＥＤ素子10を固着し、それぞれの上面電極と導電部材とをＡｕワイヤ60により接続した実装状態で、これらの実装部分に対して共通に第１の透光性部材70a で封止して第１の透光性封止層70を形成するように変更してもよい。この場合には、その後の工程により第１の透光性封止層70上に第２の透光性封止層80を形成した後、個々のＬＥＤ素子10、あるいは、図４に示すように複数個のＬＥＤ素子10を単位として分割することにより、所望の発光装置を得ることが可能である。

＜第４の実施形態＞
前述した第１の実施形態において、例えば図５に示すように、第２の透光性封止層80をレンズ状などのように曲線形状・凹凸形状に変更してもよい。特に曲線形状の場合は、型を使わずポッティング等により形成することができるので、工程を簡略化することができる。また、第２の透光性封止層80は、ランバーシャン形状（図示しない）にしても良い。これにより、第２の透光性封止層80と空気層との界面による光反射を低減することができる。

＜第５の実施形態＞
前述した第１の実施形態において、例えば図６（ａ）あるいは図６（ｂ）に示すように、第１の透光性封止層70および色変換層90を断面長方形状あるいは断面半円形状に変更してもよく、ＬＥＤ素子の発光分布により適した形状を選択するのが好ましい。例えば、上面に電極面積が多いLED素子の場合、素子の上面に出る光が側面に出る光よりも少なくなる。したがって、断面半円形状にすることにより、上面よりも側面により蛍光物質が多く積もり、色ムラがなく良好な配光特性を得ることができる。

＜第６の実施形態＞
前述した第１の実施形態において、Ａｕワイヤ60のボンディング工程に際して、例えば図７に示すように、リードフレーム51,52 に対して第１のボンディングを行い、ＬＥＤ素子上面に対して第２のボンディングを行うようにしてもよい。これにより、Ａｕワイヤ60の第１のボンディング／第２のボンディングが対応してＬＥＤ素子10／リードフレーム51,52 に対して行われる場合よりも、Ａｕワイヤ60を低く位置させること（低ループ化）が可能になる。したがって、第１の透光性封止層70を薄く実現し、ＬＥＤ素子10と色変換層90との距離を縮めることによって光出力の取り出し効率を高めることが可能になる。さらに、発光面積をも小さくすることができるので、高輝度化することができる。

以下、本発明に係る発光装置の一実施例について、図８を参照しながら説明する。

支持体20は、ガラスエポキシ、セラミックス等からなる平板タイプの発光素子実装用の基板上面に、導電部材の一端部が露出するように設けられ、この導電部材の他端側は、外部（支持体側面部）に引き出され、外部端子となっている。具体的には、支持体20の発光素子載置部の周辺の表面部には、第１の配線パターン53が露出するように設けられている。さらに、支持体20には、支持体側面方向へ引き出されるように第２の配線パターン54が設けられている。これらの第１の配線パターン53と第２の配線パターン54とは、支持体内に層状に設けられており、支持体内に設けられた導電部材（金属配線、スルーホール）55により電気的に接続されている。上記第２の配線パターン54の他端側に一方のリードフレーム51の一端部が例えば銀ロウにより固着され、このリードフレーム51の他端部が外部端子となっている。なお、他方のリードフレーム52（図示せず）に対しても、上記のように第１の配線パターン、第２の配線パターン、スルーホール等（図示せず）が設けられている。

発光素子10は、青色系に発光する窒化物系半導体からなるＬＥＤ素子であり、略正方形の平面形状を有する直方体のダイスの上面に正、負の電極を有する。このＬＥＤ素子10を、フェースアップ状態で支持体20の素子搭載部20a 上に接着固定した後、ＬＥＤ素子10の
電極と第１の配線パターンがＡｕワイヤ60により電気的に接続されている。

そして、ＬＥＤ素子10とＡｕワイヤ60の全部を覆うように第１の透光性部材70a を配置して硬化または半硬化させて第１の透光性封止層70を形成する。さらに、ＹＡＧを混入させた第２の透光性部材80a を配置し、ＹＡＧを沈降・堆積させ、ＹＡＧ層90および第２の透光性封止層80を形成する。

本発明は前述した各実施の形態および実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

本発明の発光装置は、照明器具、携帯電話器の液晶表示画面のバックライト、フルカラ―大型映像装置など屋内外で使用される文字表示板、ラインセンサ―などの各種センサー、インジケータ等の光源などに使用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置を示す斜視図および側面図。本発明の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法において一部を取り出して側断面を概略的に示す工程説明図。本発明の第２の実施形態に係る発光装置の一部を取り出して色変換層の構造を概略的に示す側断面図。本発明の第３の実施形態に係る発光装置を概略的に示す側断面図。本発明の第４の実施形態に係る発光装置を概略的に示す側断面図。本発明の第５の実施形態に係る発光装置を概略的に示す側断面図。本発明の第６の実施形態に係る発光装置を概略的に示す側断面図。本発明の一実施例に係る発光装置を概略的に示す側断面図。

符号の説明

1 …発光部、10…発光素子（ＬＥＤ素子）、20…支持体、20a …発光素子載置部、30…ヒートシンク、40…支持体、51,52 …導電部材（配線パターン、リードフレーム）、60…導電性細線（Ａｕワイヤー）、70…第１の透光性封止層、70a …第１の透光性部材、80…第２の透光性封止層、80a …第２の透光性部材、90…色変換層、91 …蛍光物質、92・・・拡散部材。

Claims

発光素子載置部の周辺に導電部材が配設された支持体に対して、発光素子を前記発光素子載置部に固定する工程と、
前記発光素子の上面電極と前記導電部材とを導電性細線により電気的に接続する工程と、
前記支持体上で前記発光素子および前記導電性細線の全部を覆うように第１の透光性部材を配置し、当該第１の透光性部材を断面が台形状を有するように硬化あるいは半硬化させて第１の透光性封止層を形成する工程と、
前記第１の透光性封止層の表面に、予め少なくとも蛍光物質を含ませた第２の透光性部材を配置し、前記蛍光物質を沈降堆積させることによって波長変換用の色変換層を含む第２の透光性封止層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする発光装置の製造方法。
前記導電性細線により電気的に接続する工程は、前記導電部材に対して第１のボンディングを行い、前記発光素子の上面電極に対して第２のボンディングを行うことを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
前記第２の透光性部材は、蛍光物質および光拡散用の拡散部材を含有していることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置の製造方法。
前記蛍光物質および前記拡散部材は、それぞれの粒径と比重がほぼ等しいことを特徴とする請求項３に記載の発光装置の製造方法。
前記拡散部材は、前記蛍光物質よりも比重が小さいことを特徴とする請求項３に記載の発光装置の製造方法。