JP5278175B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子からの光と蛍光部材からの光とで混色発光が可能な発光装置及びその製造方法に関する。

従来から、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの光とを組み合わせて混色発光が可能な発光装置が提案されている。

たとえば、特許文献１には、半導体チップの光取り出し面から発光層に向けて形成された凹溝内に蛍光体を充填することにより、光の取出しが良好であり、かつ、効率よく取り出された光を効率的に蛍光体の励起光として用いることができる旨が記載されている。

特開２００７−５９４１８号公報

しかしながら、たとえ特許文献１に記載された構成の発光装置であっても、視認角度により色ムラが生じるという問題があった。つまり、特許文献１の半導体チップを横方向から見ると、混色光ではなく半導体チップの光がそのまま視認される。上方向から見ても、蛍光体が部分的に設けられているため局所的な色ムラが生じるという問題があった。

そこで本発明は、色ムラの軽減が可能な発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、発光素子と、発光素子の上面の周縁部に連続して設けられた電極と、記電極の内側に設けられた蛍光部材と、を有することを特徴とする。

電極は、絶縁部材を介して、発光素子の上面に隣接した側面を被覆していることが好ましい。

発光素子の上面に設けられた電極と極性の異なる電極が、発光素子の下面に設けられていることが好ましい。

本発明の発光装置の製造方法は、半導体積層構造体を準備する工程と、半導体積層構造体の上面に複数の領域を除いて電極を形成する工程と、複数の領域に電極が側壁となるように蛍光部材を設ける工程と、半導体積層構造体を切断して複数の発光装置とする工程と、を含むことを特徴とする。

本発明により、色ムラが軽減され小型化が可能な混色発光の発光装置とすることができる。

本件発明に係る一発光装置を示す断面図である。 本件発明に係る一発光装置を示す平面図である。

以下に本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、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、本発明を以下に限定するものではない。

また、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、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示にすぎない。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に誇張していることがある。さらに説明を簡略化するために、同一もしくは同質の構成要件については同一の符号を付しており、その都度の説明は省略してある。

図２は本発明に係る一発光装置を上方から見たときの模式図（平面図）であり、図１は図２の線分Ｘ−Ｘにおける断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の発光装置は、発光素子１と、発光素子１の上面の周縁部に連続して設けられた電極７と、電極７の内側に設けられた蛍光部材８と、を有することを特徴とする（発光装置は、発光素子１からの光とそれに励起された蛍光部材８からの光とで混色発光する）。これにより、発光素子１の周縁部からの光が電極７にて遮られ、発光装置としての色調が電極７の内側からの混色光の色調に限定されるので、より均一な色調の混色発光を得ることができる。

すなわち、発光素子の上面の中央部から出る光と周縁部から出る光との出力は同じではなく、差が生じるのが一般的である。そのため、発光素子の上面の中央部と周縁部に同じような条件で蛍光部材を形成したとしても、発光装置を上方向から見た場合には中央部における混色光の色調と周縁部における混色光の色調とで異なってしまう。そこで、発光素子の上面の周縁部に連続した電極７を設けることにより、発光素子１の上面の周縁部から出る光をカットすることができるので、発光装置の中央部から出る光のみを視認することができる。

本発明において電極７は発光素子１からの光を遮ることを目的のひとつとするので、好ましくは２０ｕｍ以上４００ｕｍ以下、より好ましくは５０ｕｍ以上３００ｕｍ以下、さらに好ましくは６０ｕｍ以上２００ｕｍ以下、さらに好ましくは７０ｕｍ以上１５０ｕｍ以下の膜厚とすることができる。これにより、発光素子１からの光を遮ることができるとともに、電極７自体を比較的容易に形成することができる。

さらに、発光素子１の上面の電極７を側壁としてその内側に蛍光部材８を設けることにより、小型化が可能な混色発光の発光装置とすることができるので、レンズやリフレクターとの相性に優れたものとすることができる。なお、電極７は発光素子１の周縁部に完全に連続して設けられている必要はなく、実質的に連続していればよい。つまり、電極７の一部が切断されていたとしても、作用効果に影響を与えない程度であれば本件発明の技術的範囲に入るものとする。

電極７は、絶縁部材６を介して、発光素子１の上面に隣接した側面を被覆していることが好ましい。電極７で発光素子１の側面を被覆することにより、発光素子１の上面の周縁部からの光だけでなく、発光素子１の側面からの光も遮ることができるので、より均一な色調の発光装置とすることができる（絶縁部材６を介することにより電極７による短絡を防止することができる）。このような構成は、発光素子の上面からだけでなく、側面からも一定以上の光が出る発光素子において特に有効である。

すなわち、発光素子の上面の中央部から出る光と側面から出る光との出力は同じではなく、差が生じるのが一般的である。そのため、発光素子の上面の中央部と側面に同じような条件で蛍光部材を形成したとしても、発光装置を上方向から見た場合の中央部における混色光の色調と発光素子を横方向から見た場合における混色光の色調とは異なってしまう。そこで、発光素子１の側面にも電極７を設けることにより、発光素子１の側面から出る光をカットすることができ、発光装置の上面の中央部から出る光のみを視認することができる。

なお電極７は、必ずしも発光素子１の側面の全域を覆っている必要はなく、発光素子１の側面の少なくとも一部を覆っていればよい。

特に図示はしないが、本発明の発光装置の製造方法は、最終的に個々の発光素子となる半導体積層構造体を準備する工程と、半導体積層構造体の上面に複数の領域を除いて電極を形成する工程と、複数の領域に電極が側壁となるように蛍光部材を設ける工程と、半導体積層構造体を切断して複数の発光装置とする工程と、を含むことを特徴とする。これにより、所謂ウエハの状態で、電極を側壁として蛍光部材を設けることができるので、煩雑な工程がなく量産性に優れた製造方法とすることができる。

さらに、ウエハ状態で個々の発光素子の発光特性を測定し、その結果に応じて蛍光部材を使い分ければ、任意の色調とした複数の発光装置を一枚のウエハから得ることができる。

電極を有する発光素子１の構造は特に限定されるものではないが、同一面側にｐ電極及びｎ電極を備えたもの（同一面側電極の発光素子）や、一方の面にｐ電極を備え他方の面にｎ電極を備えるもの（裏面電極の発光素子）など、公知のものを利用することができる。

同一面側電極の発光素子を用いる場合、発光素子の上面の周縁部に連続してｐ電極又はｎ電極が設けられており、その内側に他方の電極が設けられた構成となる（他方の電極が設けられた領域は、他方の電極が電気的に発光素子と接続されるように発光素子の一部が露出した領域となる）。しかしこのような構成では、発光素子の上面の周縁部の内側に他方の電極が存在することになるので、発光素子の上面の周縁部の内側全体で均一な色調の混色発光を得ることが難しい。

したがって、本件発明においては発光素子の上面に一方の極性の電極が設けられ、発光素子の下面に他方の極性の電極が設けられた裏面電極の発光素子とすることが好ましい。特に、発光素子上面と反対側の下面に設けられる他方の電極は、発光素子からの光を上方に反射する部材であることが好ましい。これにより、発光素子１の下面から外に出ようとする光を蛍光部材が設けられた上面に方向転換させることができるので、より多くの均一な色調の混色光を得ることができる。

蛍光部材８は特に限定されるものではないが、蛍光体そのもの、蛍光体が含有された無機部材（ガラスなど）、蛍光体が含有された有機部材（シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）など、公知のものを用いることができる。蛍光体は特に限定されるものではないが、青色発光素子と組み合わせて白色発光とする場合、セリウムで付括されたＹＡＧ系蛍光体など、公知のものを用いることができる。
（実施の形態）
本実施の形態の発光装置では、所謂貼り合わせ基板５を有する裏面電極の発光素子１を用いている。まず、サファイア基板上に大きく分けてｎ側ＧａＮ系半導体（ＡｌＩｎＧａＮ）層、活性層、ｐ側ＧａＮ系半導体の順にエピタキシャル成長させる。ｐ化のためのアニールを行った後、ｐ側最表面のＧａＮ系半導体に活性層からの光を反射するｐ電極２となるＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔを順に成膜する。その後、ｐ電極２を成膜していない領域に二酸化珪素からなる絶縁部材３を成膜する。接着部材４となるＡｕＳｎを用いて発光素子のｐ電極２と貼り合せ基板５を貼り合せた後、サファイア基板を剥離し、ｎ側ＧａＮ系半導体を露出させる（ｎ側ＧａＮ系半導体、活性層、ｐ側ＧａＮ系半導体からなる半導体積層構造が本発明の発光素子１及び半導体積層構造体に相当する）。

次に、任意のチップサイズの発光素子になるようにドライエッチングによりにｎ側ＧａＮ系半導体側から絶縁部材３までエッチングする。アルカリ処理し、ｎ側ＧａＮ系半導体の最表面を粗面化処理し、その上に第１のｎ電極（図示せず）を形成する。第１のｎ電極は分離された個々の発光素子の上面の周縁部に連続して形成されている。

さらに第１のｎ電極の一部と発光素子側面を被覆するように絶縁部材６となる二酸化珪素を形成し、その上からさらにメッキにてＣｕやＷからなる金属を第２のｎ電極として高さ１００ｕｍで形成する。本実施の形態においては第１のｎ電極と第２のｎ電極とをあわせてｎ電極７といい、ｎ電極７は図１及び図２に示すように発光素子１の上面の周縁部と側面に形成されている。光取出し効率を向上させるために第２のｎ電極の表面にＡｇやＲｈなどの反射率の高い部材を形成することもできる。

このように形成されたｎ電極７の内部に、ｎ電極７が側壁となるようにＹＡＧ系蛍光体が含有されたシリコーン樹脂（蛍光部材８）をポッティングし、硬化させる。この際、後にワイヤーボンディング等を施す必要があるためｎ電極７の上部に樹脂が接触しないようポッティングを行う。最後にダイシングを行い、一枚のウエハから複数の発光装置を得る。

以上のようにして得られた発光装置では、視認角度による色ムラが軽減された混色発光を得ることができる。

なお、本実施の形態において、周縁部に設けられたｎ電極７の内部に、電流をより広い領域で流すために補助電極を設けることもできる。例えば、本実施の形態の第１のｎ電極を格子状に設けることでより広い範囲に電流を流すことができる。

さらに、ウエハの状態において、ウエハプローバーにて各チップの諸特性、例えば、波長、Ｖｆ、出力、Ｉｒ等を測定し、その結果に基づいて電極７の内部に蛍光部材８を配置させることもできる。これにより、一枚のウエハから、任意の色調の発光装置を複数得ることができる。

本発明は、発光素子からの光と蛍光部材からの光とを混色させて発光可能な発光装置に関する。これらの発光装置は、例えば、照明装置や表示装置などに利用することができる。

１・・・発光素子
２・・・ｐ電極
３、６・・・絶縁部材
４・・・接着部材
５・・・貼り合わせ基板
７・・・ｎ電極
８・・・蛍光部材

Claims (3)

1. 発光素子と、
   前記発光素子の上面の周縁部に連続して設けられた電極と、
   前記電極の内側のみに設けられた蛍光部材と、を有し、
   前記電極は、絶縁部材を介して、前記発光素子の上面に隣接した側面を被覆していることを特徴とする発光装置。
2. 前記発光素子の上面に設けられた電極と極性の異なる電極が、前記発光素子の下面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光素子の上面に設けられた電極の高さは、２０ｕｍ以上４００ｕｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。

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