JP5264584B2

JP5264584B2 - 半導体発光装置の製造方法

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Publication number: JP5264584B2
Application number: JP2009070687A
Authority: JP
Inventors: 康之川上; 康之三宅
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: JP2010225793A

Description

本発明は、ＬＥＤチップと、色変換層としての蛍光体層とを備えた半導体発光装置の製造方法に関する。

ＬＥＤチップに、色変換層として樹脂部材に蛍光体を分散させた蛍光体層を組み合わせたＬＥＤ光源は、近年高出力化が進んでいる。これに伴いＬＥＤ内で多量の熱が発生するようになっている。この発熱がＬＥＤ特性に悪影響を及ぼすことを回避するため、ＬＥＤの発熱を他の部材に伝導させ冷却すること（熱引き）を考慮したＬＥＤ光源の設計が望まれている。

また、高出力のＬＥＤ光源は、樹脂部材に分散された蛍光体の発熱も増大する。蛍光体は励起光を吸収し、より低エネルギーの発光を示すため、励起光と発光のエネルギー差は熱となり、蛍光体を加熱する。さらに蛍光体は、温度の上昇とともに、吸収したエネルギーを熱に変える非輻射過程によるエネルギー緩和の割合が増大するため、加熱された蛍光体ほどさらに非輻射過程により加熱が進み、結果として蛍光体の温度上昇ともに発光効率が低下することが一般的に知られている。高出力のＬＥＤ光源ではこの現象が顕著に現れ、ＬＥＤの高出力化を妨げる要因となる。この観点から、蛍光体の熱引きも重要性が増している。

蛍光体の発熱をＬＥＤに伝導させ冷却するために、樹脂中に分散している蛍光体を、樹脂よりも熱伝導率の高いＬＥＤチップに接するように配置する構造が知られている。これにより、発光輝度を高くすることができる。

特許文献１には、蛍光体をＬＥＤチップに接するように配置する方法として、蛍光体層の形成時に樹脂を加熱し、蛍光体の自重を使って重力により沈降させる方法が開示されている。

また、特許文献２には、蛍光体層の形成時に樹脂を加熱し、ＬＥＤチップとは逆側の樹脂の先端部に蛍光体を沈降させる方法が開示されている。

特許文献１および２では、樹脂の加熱方法が明示されていないが、焼成炉を用いるのが一般的である。

一方、ＬＥＤチップを覆う蛍光体層を形成する方法としては、メタルマスク印刷法が知られている（例えば特許文献３、４）。この方法は一般的な蛍光体層形成方法である滴下注入法よりも蛍光体層の厚みや蛍光体濃度を調整し易いため、ＬＥＤ光源の発光色度の角度依存性（色むら）や各ＬＥＤ光源の発光色度ばらつき（色ばらつき）を抑制し歩留まりを改善できる長所がある。

特開２００１−７７４３３号公報（段落「００３２」、「００３３」参照）特開２０００−４９３８９号公報（段落「００１９」、「００２０」参照）米国特許第７０４９１５９号公報特許第３３６７０９６号公報

歩留まり良く、輝度が高い半導体発光装置を作製するには、メタルマスク印刷法でＬＥＤチップを覆うように蛍光体層を形成し、かつ、蛍光体層中の蛍光体をＬＥＤチップに接するように配置した構造を形成することが望ましい。しかしながら、メタルマスク印刷の後、焼成炉で加熱して樹脂を硬化させたところ、以下の課題があることが判った。

(1)印刷後、メタルマスクを外した状態で加熱して蛍光体を沈降させ、さらに加熱して樹脂を硬化させた場合、色むらや色ばらつきが生じた。これは加熱により樹脂の粘度が低下した際に、蛍光体層の形状が熱で歪んでしまい、ＬＥＤチップ周辺の蛍光体層の膜厚にバラツキが生じたためである。蛍光体の発光効率を上げるために蛍光体層の膜厚を薄くすればするほど膜厚ばらつきが大きくなるため、色むらや色ばらつきが顕著になる。

(2)印刷中もしくは印刷直後にメタルマスクを外さずに蛍光体層を加熱して、蛍光体を沈降させ、さらに、加熱して樹脂を硬化させた場合、形成された蛍光体層の形状には歪が生じなかったが、印刷に用いたメタルマスク自体が歪んでしまい、繰り返し使用する量産に耐えられないことが判った。

本発明の目的は、蛍光体層中の蛍光体を沈降させることができ、かつ、色むらや色バラツキを抑制することのできる半導体発光装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では以下のような製造方法を提供する。すなわち、半導体発光素子と、半導体発光素子に近接した位置に蛍光体粒子を含有する蛍光体層とを有する半導体発光装置の製造方法であって、半導体発光素子の上に、所定の開口を有するメタルマスクを配置し、蛍光体粒子を分散させた未硬化の樹脂を印刷法により塗布し、蛍光体分散樹脂ペースト層を形成する工程と、メタルマスクを配置したままの状態で、蛍光体分散樹脂ペースト層に電磁波を照射することにより、蛍光体分散樹脂ペースト層を加熱して、蛍光体粒子を沈降させる工程と、蛍光体分散樹脂ペースト層の未硬化の樹脂を硬化させる工程とを有する。このように電磁波を照射して蛍光体分散樹脂ペースト層を加熱することにより、蛍光体を沈降させることができる。この加熱方法は、周囲の雰囲気を加熱する焼成炉とは異なり、メタルマスクを高温にしないため、メタルマスクの歪みを防止できる。

電磁波の波長は、蛍光体の吸収波長を含むことが好ましい。電磁波により蛍光体を加熱し、蛍光体の熱により樹脂を加熱することができるためである。例えば、電磁波波長は、蛍光体の吸収ピーク波長を含むものを選択する。

また、電磁波の波長は、樹脂の吸収波長から外れていることが好ましい。樹脂の劣化を防ぐためである。

また、電磁波の波長は、未硬化の樹脂の固有吸収波長を含み、電磁波により樹脂を加熱する構成にすることも可能である。

電磁波は、例えば、外部の電磁波光源から照射することが可能である。また、例えば、電磁波として、基板に搭載されている半導体発光素子が発する光を用いることも可能である。

蛍光体粒子は、真密度が４．０g／cm³以上であるが好ましい。沈降効果が高まるためである。

蛍光体の沈降後、電磁波をさらに照射することにより、樹脂を硬化させることが可能である。

第１の実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す説明図。図１の製造方法により製造された、蛍光体が沈降した半導体発光装置の断面図。第２の実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す説明図。（ａ）第３の実施形態の半導体発光装置の製造方法で用いることのできる（ａ）蛍光体の吸収波長を示すグラフ、（ｂ）樹脂の吸収波長を示すグラフ。比較例３の製造方法で製造された、蛍光体が分散された半導体発光装置の断面図。

本発明の一実施の形態の半導体発光装置の製造方法について図面を用いて説明する。

本発明は、樹脂中に蛍光体を分散させた蛍光体層をメタルマスクを用いた印刷法によりＬＥＤの周囲に形成する半導体発光装置の製造方法において、印刷中もしくは印刷直後のメタルマスクを外さない状態で、蛍光体層を選択的に加熱する。

具体的な蛍光体層の加熱方法としては、メタルマスクを用いた印刷法により、未硬化の樹脂材料中に蛍光体が分散した蛍光体層を形成し、次に蛍光体の吸収ピーク付近の波長の電磁波を照射することにより蛍光体を加熱し、その蛍光体の熱で周囲の樹脂材料も加熱して樹脂材料の粘度を低下させる。これにより蛍光体粒子を沈降させる。最終的には蛍光体がチップに接触した状態で樹脂を硬化させるものである。

また、別の蛍光体層の加熱方法としては、未硬化の樹脂材料中に蛍光体が分散した蛍光体層を形成した後、樹脂材料の固有吸収波長を含む電磁波を照射することにより、未硬化の樹脂材料を加熱し樹脂材料の粘度を低下させる。これにより蛍光体粒子を沈降させる。最終的には蛍光体がチップに接触した状態で樹脂を硬化させるものである。

以下、第１および第２の実施形態では、電磁波を蛍光体層に照射することにより蛍光体を加熱し、間接的に未硬化の樹脂材料を加熱する方法を、第３の実施形態では、電磁波を照射することにより未硬化の樹脂材料を直接加熱する蛍光体層の加熱方法について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の半導体発光装置の製造方法について図１、図２を用いて説明する。

まず、ＬＥＤチップ340をボンディングした基板330の上にメタルマスク350を配置する。メタルマスク350には、所定形状の開口が設けられている。

所定の未硬化の樹脂310に、所定量の蛍光体粒子320を分散させた蛍光体ペーストを用意し、印刷法により、メタルマスク350の開口に塗布（充填）し、ＬＥＤチップ340を覆う蛍光体ペースト層10を形成する。

メタルマスク350を外さない状態で、蛍光体ペースト層10に蛍光体の吸収ピーク付近の波長の電磁波361を光源360から照射し、蛍光体320に吸収させることにより蛍光体320を加熱する。このとき蛍光体320の吸収ピークとは、紫外からマイクロ波領域までの蛍光体320の吸収スペクトルに現れる吸収の極大ピークを指す。

電磁波により蛍光体320が加熱されるに伴い、その蛍光体320の熱で周囲の樹脂310も加熱され、樹脂310の粘度低下が起きる。この粘度低下により、蛍光体320の粒子は自重により沈降し、ＬＥＤチップ340に接触した状態になる。

さらに電磁波361を照射することにより蛍光体320を加熱すると、樹脂310の硬化が始まり、最終的には、図２のように、蛍光体320がＬＥＤチップ340に接触した状態で蛍光体層20を形成することができる。

最後に、メタルマスク350を外すことにより、図２のように蛍光体320がＬＥＤチップ340に接触した蛍光体層20を備えた半導体発光装置が完成する。

本実施形態の製造方法において、照射する電磁波361は、蛍光体320の吸収ピーク波長と一致する波長であることが望ましい。但し、吸収ピークの裾で励起する場合、蛍光体320による吸収率は低いが同時に量子効率も低くなるため、エネルギーが熱になる非輻射過程でのエネルギー緩和の割合が増え、加熱に有利になる場合もある。

なお、蛍光体320の吸収ピークから大きく外れると、電磁波361の大部分が蛍光体320を透過もしくは散乱してしまう。また、樹脂310に電磁波361が吸収されると樹脂310を劣化させる可能性があるため、樹脂310の吸収波長から電磁波361の波長が外れていることが望ましい。さらに、ＬＥＤチップ340や基板330で電磁波361が吸収された場合、ＬＥＤチップ340等の故障の原因となる予期せぬ熱履歴を残す可能性がある。よって、蛍光体320の吸収ピークから大きく外れず、かつ、樹脂310やＬＥＤチップ340や基板330の吸収波長から外れることが好ましい。

照射する電磁波としては、波長400nm以上で、かつ、蛍光体320の発光波長より短い範囲の可視光が望ましい。波長400nmより短い紫外光は、光子のエネルギーが高いため加熱に有利であるが、樹脂310等の蛍光体320以外の部材に吸収され、吸収量がわずかであっても劣化が生じる可能性がある。赤外光は、キセノンランプ等の実用的な光源の発光スペクトルがブロードであるため、蛍光体320の吸収ピークに対応した単色光を照射し、蛍光体のみを加熱することが困難である。

具体的には、蛍光体320として例えばＹＡＧ(Y₃Al₅O₁₂）蛍光体やオルトシリケート蛍光体を使用する場合には、電磁波361は、波長440〜470nmの青色光を照射することが望ましい。

本実施形態の製造方法より、電磁波361により蛍光体320のみを加熱する。この場合、樹脂310を介して、メタルマスク350の温度も上昇してしまうが、従来のように焼成炉等を用いて周囲雰囲気を加熱している場合とは異なり、本実施形態においては周囲温度は常温である。このため、メタルマスク350から周囲の雰囲気に放熱することが可能であり、メタルマスク350本体の温度は、マスクに歪を与える程高温にならないことが確認されている。メタルマスク350が熱伝導性の良い金属で作製されている場合、周囲の雰囲気への放熱を効果的に行うことができるため好ましい。

蛍光体320としては、ＹＡＧに代表されるガーネット構造を持つ蛍光体、シリケート蛍光体、アルミネート蛍光体、スカンジネート蛍光体、サイアロンに代表される酸窒化物蛍光体、ニトリドシリコンナイトライドやニトリドアルミシリコンナイトライ料に代表される窒化物蛍光体、ハロシリケート蛍光体、ハロボレート蛍光体、硫化物蛍光体等が挙げられる。

これらの中でも真密度が４．０g／cm³以上の比較的密度が大きい蛍光体が望ましい。これは密度が大きいほど樹脂中での沈降が速やかに進むため、すべての蛍光体をＬＥＤチップ上に容易に沈降させることが出来るためである。このような密度が大きい蛍光体としてＹＡＧ蛍光体やオルトシリケート蛍光体が挙げられる。

樹脂310としては、熱硬化性樹脂を用いることが望ましい。熱硬化性樹脂に限らず、加熱により粘度が下がる樹脂であれば、紫外線硬化性樹脂、常温硬化性樹脂、二液硬化性樹脂を用いることも可能である。紫外線硬化性樹脂を用いる場合、電磁波を照射して加熱し、蛍光体を沈降させた後、紫外線を照射し硬化させる工程とする。

具体的な樹脂310としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、フッ素樹脂などを使用できる。特に、シリコーン樹脂が望ましい。シリコーン樹脂は、耐熱性、耐候性に優れ、長期にわたり光透過性を保つことができ、さらに硬化時の体積収縮が少ないので寸法安定性にも優れるためである。また蛍光体ペーストの粘度を調整するために、シリカ粒子等を混合することも可能である。

照射する電磁波３６１の光源３６０としては、ＬＥＤ、ＳＬＤ、ＬＤ、気体レーザー、放電灯等が挙げられる。なかでも単色光を発するＬＥＤ、ＳＬＤ、ＬＤが望ましい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、電磁波361を外部光源360から照射したが、本発明は、この方法に限られるものではなく、ＬＥＤチップ340を発光させることにより、蛍光体320を加熱することも可能である。色変換層である蛍光体層20に含有される蛍光体320は、ＬＥＤチップ340からの光を吸収し、励起される性質を有するものが用いられているため、蛍光体320の吸収ピークとＬＥＤチップ340の発光波長は、ほぼ一致している。

例えば、基板330上にあらかじめＬＥＤチップへの給電回路を形成しておき、図３のように、蛍光体ペースト層10内部のＬＥＤチップ340を発光させ、ＬＥＤチップ340の発した光（電磁波361）を蛍光体ペースト層10内部の蛍光体320に照射することも可能である。その発光で蛍光体320を加熱することにより未硬化の樹脂310を加熱し、蛍光体320を沈降させ、さらに樹脂310の硬化を実現する。なお、ＬＥＤ340を実装した基板330を周囲から断熱することにより、短時間のうちに硬化後の蛍光体層20を形成可能となる。

上述してきた第１および第２の実施形態の製造方法によれば、電磁波361により蛍光体320を加熱することにより、間接的に未硬化の樹脂310を加熱することができる。これにより、蛍光体ペースト層10のメタルマスク350を外さなくても、メタルマスク350が高温に加熱されることを防ぎつつ、樹脂310の粘度を低下させて蛍光体320を沈降させることができる。さらに加熱することにより、樹脂310を硬化させることができる。メタルマスク350の熱は、常温の周囲雰囲気へ放熱されるため、メタルマスク350に歪を生じさせるほどの高温にはならず、繰り返し使用することができる。よって、量産に適している。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の半導体発光装置の製造方法について図１、図２を用いて説明する。第３の実施形態の製造方法は、第１の実施の形態と同様の工程であるが、樹脂材料の固有吸収波長を含む電磁波を照射することにより、樹脂材料を加熱する。

メタルマスク350を用いて蛍光体ペースト層10を印刷法により形成する工程までは、第１の実施形態と同様である。次に、メタルマスク350を外さない状態で、蛍光体ペースト層10の未硬化の樹脂310の固有吸収波長付近の電磁波361を光源360から照射し、未硬化の樹脂310に吸収させることにより未硬化の樹脂310を加熱する。

これにより、樹脂310の温度を硬化温度以下の所定温度まで加熱すると樹脂310の粘度低下が起きる。この粘度低下により、蛍光体320の粒子は自重により沈降し、ＬＥＤチップ340に接触した状態になる。

さらに電磁波361を照射することにより樹脂310の温度を樹脂310の硬化温度まで加熱すると、樹脂310の硬化が始まり、最終的には、図２のように、蛍光体320がＬＥＤチップ340に接触した状態で蛍光体層20を形成することができる。

本実施形態の製造方法において、照射する電磁波361は、未硬化の樹脂310の固有吸収波長の少なくとも一部の波長を含む波長であることが望ましい。

図４（ａ）、（ｂ）に示したように、一般的に、樹脂材料の固有吸収波長は、赤外域に存在する。よって、照射する電磁波361の波長は赤外であることが好ましい。また、半導体発光装置が可視光を発光する装置である場合、蛍光体の吸収波長は、可視光から紫外光の波長域にある。このため、本実施形態の赤外光の電磁波361を照射した場合、多くは樹脂310に吸収され、樹脂310を直接加熱する。

樹脂310としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、フッ素樹脂などを使用できる。具体的には、樹脂310として例えばシリコーン樹脂を使用する場合には、固有吸収波長が、図４（ｂ）のように波長9μｍ以上10μｍ以下に存在するため、電磁波361は、波長9μｍ以上10μｍ以下であることが望ましい。樹脂310としてエポキシ樹脂を使用する場合には、固有吸収波長が、図４（ｂ）のように波長8μｍ以上9μｍ以下に存在するため、電磁波361は、波長8μｍ以上9μｍ以下であることが望ましい。

本実施形態の製造方法より、電磁波361により樹脂310を加熱すると、樹脂310を介してメタルマスク350の温度も上昇するが、焼成炉等を用いる場合と異なり周囲温度は常温であるため、メタルマスク350本体の温度は、マスクに歪を与える程高温にならない。メタルマスク350が熱伝導性の良い金属で作製されている場合、周囲の雰囲気への放熱を効果的に行うことができるため好ましい。

蛍光体320としては、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。樹脂310としては、熱硬化性樹脂を用いることが望ましい。熱硬化性樹脂に限らず、加熱により粘度が下がる樹脂であれば、紫外線硬化性樹脂、常温硬化性樹脂、二液硬化性樹脂を用いることも可能である。紫外線硬化性樹脂を用いる場合、電磁波を照射して加熱し、蛍光体を沈降させた後、紫外線を照射し硬化させる工程とする。

上述の第１〜第３の実施形態では、蛍光体ペースト層10にメタルマスク350をつけたまま蛍光体ペースト層10を加熱するため、硬化後の蛍光体層２０に歪みが生じない。これにより、蛍光体の発光効率を上げるために蛍光体層の膜厚を薄くした場合であっても、膜厚にばらつきが生じることを抑制でき、色むらや色ばらつきを低減した半導体発光装置を製造することができる。

なお、本発明は、青色を発光するＬＥＤチップと青色光に励起されて黄色光を発する蛍光体を組み合わせた半導体発光装置に限定されるものではなく、例えば、青色を発光するＬＥＤチップと、青色光に励起されて緑色光を発する蛍光体と、同じく青色光に励起されて赤色光を発する蛍光体の２種類を組み合わせた白色ＬＥＤ光源や、青色を発光するＬＥＤチップと青色光に励起されて緑色光を発する蛍光体を組み合わせた緑色ＬＥＤ光源等、白色以外の光を発する半導体発光装置も適用できることは明らかである。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１として、図１に示した第１の実施形態の製造方法により半導体発光装置を製造した。

まず、上面の一辺の長さが０．３ｍｍ、他辺が０．５ｍｍのＬＥＤチップ340をセラミックス製基板330上に配置して、ボンディングした。このＬＥＤチップ340にメタルマスク350を被せ、メタルマスク印刷の手法を用いてＬＥＤチップ340の側面及び上面を覆うように蛍光体ペースト層10を形成した。

用いた蛍光体ペーストは、未硬化のシリコーン樹脂310に対して、蛍光体320としてＹＡＧ蛍光体粒子を１０wt％から３０wt％混合し、分散させたものである。

メタルマスク350は、ステンレス製であり、その厚さは、ＬＥＤチップ340の厚さと、ＬＥＤチップ340上に配置すべき蛍光体層20の厚さとを足し合わせた厚さにほぼ等しいものを使用した。メタルマスク350の開ロ部は、矩形であり短辺の長さが０．９ｍｍ、長辺が１．２ｍｍとした。

蛍光体ペースト層10を形成した後、光源360として青色ＬＤから波長４５０ｎｍの光を、メタルマスク350を外さない状態で、蛍光体ペースト層10に照射した。これにより、蛍光体ペースト層10に分散された蛍光体320を沈降させ、さらに照射し続けることでシリコーン樹脂310を十分硬化させ、図２のように、蛍光体320がＬＥＤチップ340に接触した蛍光体層20を形成した。最後に、メタルマスク350を外し、半導体発光装置を完成させた。

この方法で作製した半導体発光装置は、蛍光体層20の歪は生じず、後述の比較例３の蛍光体を沈降させていない半導体発光装置と比べて、１０％程度光束が増加していた。また発光色バラツキがなかった。メタルマスク350の歪みも生じておらず、繰り返し使用可能であった。

（実施例２）
実施例２として、上述の第２の実施形態の製造方法により、半導体発光装置を製造した。

メタルマスク印刷の手法を用いて蛍光体ペースト層10を製造する工程までは、実施例１と同様である。蛍光体ペーストの組成およびメタルマスクの構成も実施例１と同じである。

メタルマスク350を外さない状態で、蛍光体ペースト層10内の青色ＬＥＤチップ340を発光させた。これによりＬＥＤチップ340から波長４５０ｎｍの光を蛍光体層に照射し、蛍光体ペースト層10に分散された蛍光体320を沈降させ、さらに照射し続けることでシリコーン樹脂310を十分硬化させた。これにより、蛍光体320が沈降した蛍光体層20を形成した。

この方法で作製した半導体発光装置は蛍光体層20に歪が生じず、後述する比較例３の蛍光体を沈降させていない半導体発光装置と比べて、１０％程度光束が増加していた。また発光色のバラツキがなく、メタルマスク350の歪みも生じなかった。

（実施例３）
実施例３では、蛍光体としてＹＡＧ蛍光体以外のものを用い、その他は実施例２と同じ手順で半導体発光装置を製造した。具体的にはオルトシリケート蛍光体に代表されるシリケート蛍光体、アルミネート蛍光体、スカンジネート蛍光体、サイアロンに代表される酸窒化物蛍光体、ニトリドシリコンナイトライドやニトリドアルミシリコンナイトライドに代表される窒化物蛍光体、ハロシリケート蛍光体、ハロボレート蛍光体、硫化物蛍光体を用いて、実施例２の製造方法により半導体発光装置を製造した。

上記蛍光体のいずれを用いた場合でも、メタルマスク350に歪みを生じさせることがなく、蛍光体320が沈降した蛍光体層20を形成できた。また、蛍光体層20に歪みが生じなかった。

ただし、沈降効果については、蛍光体によって差が現れた。沈降効果が大きいのはシリケート蛍光体、硫化物蛍光体等であり、効果が小さいものは酸窒化物蛍光体、窒化物蛍光体等である。これらのことから、真密度が４．０g／cm³以上と比較的大きい蛍光体は、沈降効果が大きいことが明らかになった。

（実施例４）
実施例４として、第３の実施形態の製造方法により半導体発光装置を製造した。

メタルマスク印刷の手法を用いて蛍光体ペースト層10を製造する工程までは、実施例１と同様である。蛍光体ペーストとして、未硬化のシリコーン樹脂310に対して、蛍光体320としてＹＡＧ蛍光体粒子を１０wt％から３０wt％混合し、分散させたものを用いる点も実施例１と同じである。

蛍光体ペースト層10を形成した後、光源360として赤外線を放射する装置を用い、波長９μｍ付近の光を、メタルマスク350を外さない状態で、蛍光体ペースト層10に照射した。これにより、蛍光体ペースト層10の未硬化のシリコーン樹脂310の温度を８０℃程度に２０分保ち、蛍光体ペースト層10に分散された蛍光体320を沈降させた。このとき、メタルマスク350の温度は、５０℃以下であり、歪まなかった。

さらに波長９μｍ付近の赤外線を光源360から放射し、シリコーン樹脂310をの温度を１５０℃程度に１０分保ち、シリコーン樹脂310を仮硬化させた。この時点においてもメタルマスク350の温度は５０℃以下であり、歪まなかった。

仮硬化後、メタルマスク350をはずして、１５０℃で２時間加熱し、シリコーンを十分硬化させた。このときの加熱は、焼成炉でおこなった。

これにより、図２のように、蛍光体320がＬＥＤチップ340に接触した蛍光体層20を形成した。

（実施例５）
実施例５として、第３の実施形態の製造方法により半導体発光装置を製造した。

実施例５は、実施例４と同様の製造方法であるが、実施例４とは蛍光体ペーストの樹脂および赤外線の波長が異なる。すなわち、実施例５では、未硬化のエポキシ樹脂に対して、蛍光体320としてＹＡＧ蛍光体粒子を１０wt％から３０wt％混合し、分散させたものを蛍光体ペーストとして用いる。

実施例１と同様に、蛍光体ペースト層10を形成した後、光源360として赤外線を放射する装置を用い、波長８μｍ付近の光を、メタルマスク350を外さない状態で、蛍光体ペースト層10に照射した。これにより、蛍光体ペースト層10の未硬化のエポキシ樹脂310の温度を８０℃程度に２０分保ち、蛍光体ペースト層10に分散された蛍光体320を沈降させた。このとき、メタルマスク350の温度は、５０℃以下であり、歪まなかった。

さらに波長９μｍ付近の赤外線を光源360から放射し、エポキシ樹脂310をの温度を１５０℃程度に１０分保ち、エポキシ樹脂310を仮硬化させた。この時点においてもメタルマスク350の温度は５０℃以下であり、歪まなかった。

仮硬化後、メタルマスク350をはずして、１５０℃で２時間加熱し、エポキシ樹脂を十分硬化させた。このときの加熱は、焼成炉で行った。

（比較例１）
比較例１として、メタルマスク印刷後メタルマスクを外した状態にして、蛍光体ペースト層を焼成炉により加熱することにより、蛍光体粒子を沈降させ半導体発光装置を製造した。

本比較例１では、蛍光体ペースト層10を印刷した後、メタルマスク350を外した。この状態で、焼成炉で樹脂の温度を８０度程度に２０分間保ち、蛍光体ペースト層10に分散された蛍光体320を沈降させた。さらに１５０度で２時間加熱し、シリコーン樹脂310を十分硬化させ、蛍光体層20を形成した。

本比較例１により製造した半導体発光装置は、蛍光体層20の形状が熱により歪んでいた。このため、ＬＥＤチップ340周辺の蛍光体層20の膜厚にバラツキが生じ、発光色にもばらつきが生じていた。

（比較例２）
比較例２として印刷直後にメタルマスクを外さずに、蛍光体ペースト層を焼成炉で加熱することにより蛍光体を沈降させ、半導体発光装置を製造した。

本比較例２では、蛍光体ペースト層10を印刷した後、メタルマスク350を外さずに、焼成炉に蛍光体ペースト層10付き基板330を入れ、蛍光体ペースト層10の温度を８０度程度に２０分間保った。これにより、ペースト層10に分散された蛍光体320を沈降させた。さらに、焼成炉の温度を上げ、１５０度で２時間加熱し、シリコーン樹脂310を十分硬化させ蛍光体層20を形成した。

これにより製造した半導体発光装置は、蛍光体層20の形状が熱により歪んでいた。このため、ＬＥＤチップ340周辺の蛍光体層20の膜厚にバラツキが生じてしまい、発光色にバラツキが生じた。また、メタルマスク350を外さずに焼成炉で加熱したために、メタルマスク350が歪んでしまった。

（比較例３）
比較例３として、粘度の高い樹脂を用いて、メタルマスク印刷により蛍光体ペースト層を形成した後、蛍光体を沈降させることなく硬化させることにより、図５の構造の半導体発光装置を製造した。

蛍光体ペーストとしては、シリコーン樹脂に対して、ＹＡＧ蛍光体粒子を１０wt％から３０wt％、粘度調整を目的としたシリカ粒子を５wt％混合したペーストを使用した。

メタルマスク印刷の手法を用いて蛍光体ペースト層10を製造する工程までは、実施例１と同様である。メタルマスクの構成も実施例１と同じである。

本比較例３では、蛍光体ペースト層10を印刷した後、メタルマスク350を外してから、焼成炉により１５０度で２時間加熱し、シリコーン樹脂310を十分硬化させ、蛍光体層20を形成した。

本比較例により製造した図５の構造の半導体発光装置は、蛍光体層20の形状は保たれているが、蛍光体320の粒子は樹脂310の中に分散された状態のままであった。

10…蛍光体ペースト層、20…蛍光体層、310…樹脂、320…蛍光体、330…基板、340…ＬＥＤチップ、360…電磁波の光源、361…電磁波。

Claims

半導体発光素子と、該半導体発光素子に近接した位置に蛍光体粒子を含有する蛍光体層とを有する半導体発光装置の製造方法であって、
前記半導体発光素子の上に、所定の開口を有するメタルマスクを配置し、蛍光体粒子を分散させた未硬化の樹脂を印刷法により塗布し、蛍光体分散樹脂ペースト層を形成する工程と、
前記メタルマスクを配置したままの状態で、前記蛍光体分散樹脂ペースト層に電磁波を照射することにより前記蛍光体分散樹脂ペースト層を加熱して、前記蛍光体粒子を沈降させる工程と、
前記蛍光体分散樹脂ペースト層の未硬化の樹脂を硬化させる工程とを有し、
前記電磁波の波長は、前記蛍光体の吸収波長を含み、かつ、前記樹脂の吸収波長から外れており、前記沈降させる工程は、前記電磁波により前記蛍光体を加熱し、前記蛍光体の熱により前記樹脂を加熱することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法において、前記電磁波の波長は、前記蛍光体の吸収ピーク波長を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
請求項１または２に記載の半導体発光装置の製造方法において、前記電磁波を外部の電磁波光源から照射することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法において、前記電磁波として、前記半導体発光素子が発する光を用いることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法において、前記蛍光体粒子は、真密度が４．０g／cm³以上であることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法において、前記樹脂を硬化させる工程は、前記電磁波をさらに照射することにより、前記樹脂を硬化させることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。