JP5772007B2 - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子がフリップチップ実装された発光装置に関する。

従来、発光素子がフリップチップ実装された発光装置において、発光素子と基板との間に反射性材料からなるアンダーフィルを注入する発明が提案された（特許文献１、２参照）。この発光装置によれば、発光素子から基板に向けて出射された光をアンダーフィルにて反射させ、発光装置を明るくできるとされる。

特開２００７−１０９９４８号公報 特開２００８−１４０８７３号公報

しかしながら、図９に示すように、アンダーフィル３１は、発光素子３０（半導体層３０ｂ、半導体層３０ｂを成長させるための成長用基板３０ａ）の側面に付着しやすい。このため、上記従来の発光装置では、発光素子（より具体的には、発光素子の半導体層）の側面から出射されるはずの光が、発光素子の側面に付着したアンダーフィルによって発光素子の内部へ反射されてしまい、発光素子の内部にて吸収されてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、発光素子から基板に向けて出射された光を効率よく反射させることが可能な新たな発光装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。

本発明は、配線が形成された基板に発光素子がフリップチップ実装された発光装置であって、前記配線上に形成された絶縁性光反射層と、前記絶縁性光反射層を貫通して前記配線に達し、前記配線と前記発光素子とを接続するバンプと、を備えることを特徴とする発光装置である。

また、本発明は、上記の発光装置において、前記発光素子と前記絶縁性光反射層との間に透明樹脂が充填されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発光装置において、前記発光素子を封止する封止材を備え、前記封止材に蛍光体粒子が含有されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発光装置において、前記発光素子と前記絶縁性光反射層との間に空気が充填されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記発光素子と前記絶縁性光反射層との間に前記蛍光体粒子を含有しない封止材が充填されていることを特徴とする上記の発光装置である。

本発明によれば、発光素子から基板に向けて出射された光を効率よく反射させることが可能な新たな発光装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の第５実施形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る発光装置を作製する方法の一例について説明する図である。 本発明の実施例１に係るパッケージを説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は配線を強調して示す図である。 本発明の実施例２に係る発光装置を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は配線を強調して示す図、（ｄ）は切断の様子を示す図である。 従来の発光装置において、アンダーフィルが発光素子の側面に付着する様子を説明する図である。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。

［本発明の第１実施形態に係る発光装置１］
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の断面図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る発光装置１は、発光素子１０と、配線１２が形成された基板１１と、絶縁性光反射層１３と、バンプ１４と、を備えている。以下、順に説明する。

（発光素子１０）
発光素子１０としては、ｐ電極とｎ電極とが同一面側に形成されたＬＥＤチップなどを用いる。発光素子１０は、半導体層１０ｂと、半導体層１０ｂを成長させるための成長用基板１０ａと、を有している。発光素子１０は、配線１２が形成された基板１１にフリップチップ実装される。

（基板１１）
基板１１としては、樹脂やセラミック等を用いることができる。例えば、樹脂の場合は、ＦＲ−４やＣＥＭ−３等のリジット基板や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、液晶ポリマー、ナイロン等のフレキシブル基板、セラミックの場合は、窒化アルミニウム、アルミナ、ガラス等を用いることができる。

基板１１には、配線１２が形成されている。配線１２としては、基板１１よりも反射率が高い金属（銀メッキされた銅やアルミニウムなど）を用いる。なお、アルミニウムは銀メッキをしなくても、ＬＥＤチップから放出された光に対する反射率が高いため、低コストで基板全面の反射率を高めるに当たり、特に好ましく用いることができる。

（絶縁性光反射層１３）
絶縁性光反射層１３は、配線１２上に形成される。絶縁性光反射層１３としては、シリコーン樹脂と酸化チタンの粉末を混合させたものを用いる。ＬＥＤチップから放出された光に対する耐光性に優れ、反射率も高いためである。

（バンプ１４）
バンプ１４は、絶縁性光反射層１３を貫通して配線１２に達し、配線１２と発光素子１０とを接続する。バンプ１４は、圧接接合や超音波接合などの接合方法により、絶縁性光反射層１３を突き破って絶縁性光反射層１３を貫通し、配線１２に達し、配線１２に接続される。

なお、絶縁性光反射層１３の厚みｄ１とパンプ１４の高さｄ２との関係については、例えば次のように考える。

すなわち、絶縁性光反射層１３の厚みｄ１を５μｍより小さくすると、発光素子１０としてのＬＥＤチップから放出された光に対する絶縁性光反射層１３の反射率が低くなる。他方、絶縁性光反射層１３の厚みｄ１を２０μｍより大きくすると、バンプ１４によって絶縁性光反射層１３を突き破りにくくなる。

また、バンプ１４の高さｄ２を「ｄ１＋５μｍ」より小さくすると、発光素子１０としてのＬＥＤチップが絶縁性光反射層１３に接触するおそれがある。他方、ｄ２を「ｄ１＋３０μｍ」以下とすればバンプ材料のコストを抑えることができる。

以上から、絶縁性光反射層１３の厚みｄ１とパンプ１４の高さｄ２との関係については、絶縁性光反射層１３の厚みｄ１をパンプ１４の高さｄ２より薄くすることが好ましく、さらに、絶縁性光反射層１３の厚みｄ１を５μｍ〜２０μｍとし、バンプ１４の高さｄ２を「ｄ１＋５μｍ」〜「ｄ１＋３０μｍ」とすることがより好ましい。

なお、超音波接合により接合すれば、バンプ１４と配線１２との接着強度が増す。

本発明の第１実施形態に係る発光装置１によれば、発光素子１０から基板１１に向けて出射された光が絶縁性光反射層１３により反射される。絶縁性光反射層１３は、発光素子１０に接触していないため、発光素子１０の側面から出射される光を遮らない。

なお、ｐ電極とｎ電極とが同一面側に形成されたＧａＮ系の発光素子は、活性層（発光層）が発光素子の表面側に形成されていることが多い。このため、ＧａＮ系の発光素子を基板にフリップチップ実装した場合は、発光素子の活性層（発光層）が基板に接近するため、アンダーフィルが発光素子の活性層（発光層）側面に付着しやすく、活性層（発光層）から出射した光がアンダーフィルによって遮光されやすい。

しかしながら、本発明の第１実施形態における絶縁性光反射層１３は、発光素子１０に接触しないため、活性層（発光層）が基板に接近するＧａＮ系の発光素子を用いる場合であっても、発光素子１０の側面から出射される光を遮らない。

［本発明の第２実施形態に係る発光装置２］
図２は、本発明の第２実施形態に係る発光装置の断面図である。
図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る発光装置２は、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に透明樹脂１５が充填されている点で、本発明の第１実施形態に係る発光装置１と相違する。

発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に透明樹脂１５を充填すれば、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との接着強度が増す。

また、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に半導体層１０ｂの側面を覆うように透明樹脂１５を充填すれば、半導体層１０ｂの側面に塵などが付着することを防ぐことができる。このため、発光素子１０の半導体層１０ｂから出射した光が、半導体層１０ｂの側面に付着した塵などにより反射されることなく半導体層１０ｂの側面から出射し、光取り出し効率が良くなる。

このような透明樹脂１５の材料としては、透光性シリコーンや透光性エポキシ、例えば、信越化学株式会社のＬＳＰ−８４３３や稲畑産業株式会社のＥＨ１６００−Ｇ２等を用いることができる。

［本発明の第３実施形態に係る発光装置３］
図３は、本発明の第３実施形態に係る発光装置の断面図である。
図３に示すように、本発明の第３実施形態に係る発光装置３は、発光素子１０を封止する封止材１６を備え、封止材１６に蛍光体粒子が含有されている点で、本発明の第１実施形態に係る発光装置１と相違する。

本発明の第３実施形態に係る発光装置３によれば、蛍光体粒子を含有する封止材１６で発光素子１０が封止されるため、例えば発光素子１０として青色光を発するＬＥＤチップを用い、青色光を受けて黄色光を発する蛍光体粒子を封止材１６に含有させることにより、発光素子１０から出射された光を効率良く白色光に変換することができる。

封止材１６は、絶縁性光反射層１３や発光素子１０との密着性が良好なものが好ましい。封止材１６としては例えば透明樹脂を用いることができ、このような透明樹脂の材料としては、透光性シリコーンや透光性エポキシ、具体的には、信越化学株式会社のＫＪＲ−９０２２Ｘ−５やＬＰＳ−３４１９やＬＰＳ−５５４７、稲畑産業株式会社のＥＨ１６００−Ｇ２等が挙げられる。

［本発明の第４実施形態に係る発光装置４］
図４は、本発明の第４実施形態に係る発光装置の断面図である。
図４に示すように、本発明の第４実施形態に係る発光装置４は、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に空気１７が充填されている点で、本発明の第３実施形態に係る発光装置３と相違する。

蛍光体粒子を含有する封止材１６の未硬化時の粘度を高くすれば（例えば、５万［ｍＰａ・ｓ］以上）、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に空気１７が容易に充填されるため、本発明の第４実施形態に係る発光装置４の構成は、容易に実現することができる。

発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に空気１７を充填することにより、発光素子１０から出た光が再び発光素子内に戻ってしまうことを防止することができる。また、樹脂等を充填しない分、部材費を低減することができる。

発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間には、上述した透明樹脂１５と空気１７が混在するように設けられてもよい。これにより、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との接着強度が適度に増し、透明樹脂１５等を完全に充填しない分、部材費を低減できる。

［本発明の第５実施形態に係る発光装置５］
図５は、本発明の第５実施形態に係る発光装置の断面図である。
図５に示すように、本発明の第５実施形態に係る発光装置５は、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間隔ｄ３が封止材１６に含有されている蛍光体粒子の直径より小さく、絶縁性光反射層１３との間に蛍光体粒子を含有しない封止材１８が充填されている点で、本発明の第３実施形態に係る発光装置３と相違する。

発光素子と絶縁性光反射層との間隔ｄ３を封止材１６に含有されている蛍光体粒子の直径より小さくすれば（例えば、直径が２０μｍである蛍光体粒子を用いる場合に、発光素子と絶縁性光反射層との間隔ｄ３を１０μｍとする）、蛍光体粒子を含有する封止材の未硬化時の粘度を低くすることによって（例えば、５千［ｍＰａ・ｓ］以下）、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に蛍光体粒子を含有しない封止材１８を充填することができる。

発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に蛍光体粒子を含有しない封止材１８を充填すれば、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との接着強度が増す。

また、発光素子１０の半導体層１０ｂの側面に蛍光体粒子が存在すると、発光素子１０の半導体層１０ｂの側面から出射した光が蛍光体粒子で反射されて発光素子１０の半導体層１０ｂに戻ってしまう場合がある。

発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に半導体層１０ｂの側面を覆うように蛍光体粒子を含有しない封止材１８を充填すれば、発光素子１０の半導体層１０ｂの側面には、蛍光体粒子を含有しない封止材１８が存在することとなる。このため、発光素子１０の半導体層１０ｂの側面から出射する光が、発光素子１０の半導体層１０ｂの側面に存在する蛍光体粒子で反射され半導体層１０ｂに戻ってしまうことを防止することができる。

また、発光素子１０と絶縁性光反射層１３との間に封止材１８を充填することにより、発光素子１０の半導体層１０ｂの下面から出射する光が、再び半導体層１０ｂに戻ってしまうことを防止することができる。

［単品、パッケージ］
以上、本発明の第１実施形態〜第５実施形態に係る発光装置１〜５について説明したが、各実施形態に係る発光装置は、個々に独立した単品として用いることもできるし、一つの基板の上に２つ以上の発光装置が実装されたパッケージとして用いることもできる。

パッケージとして用いる場合、各発光装置を配置する間隔は、５０μｍ〜３０００μｍとすることが好ましい。

また、パッケージとして用いる場合、絶縁性光反射層１３と封止材１６は、発光装置ごとに個別に形成することもできるが、２つ以上の発光装置に対して一体に形成することもできる。

［発光装置を作製する方法の一例］
次に、本発明の第１実施形態に係る発光装置を一例として取り上げて、本発明の実施形態に係る発光装置を作製する方法の一例について説明する。

図６は、本発明の第１実施形態に係る発光装置を作製する方法の一例について説明する図である。

図６に示すように、本発明の第１実施形態に係る発光装置１は、例えば次のようにして作製することができる。

（１）まず、バンプ１４よりも厚みが薄い絶縁性光反射層１３を基板１１にスクリーン印刷し、硬化させる。
（２）絶縁性光反射層１３を硬化した後、複数の発光素子１０を所定の位置に配置する。
（３）次に、圧接接合や超音波接合などによって、発光素子１０のバンプ１４で絶縁性光反射層１３を突き破り、発光素子１０のバンプ１４を絶縁性光反射層１３に貫通させて配線１２に接続する。
（４）そして、封止材１６で発光素子１０を封止する。
なお、各発光装置をパッケージではなく単品として用いる場合は、封止された複数の発光素子１０を個々に切断する。

以上説明した作製方法によれば、発光素子１０のバンプ１４で絶縁性光反射層１３を突き破ることにより、発光素子１０のバンプ１４を絶縁性光反射層１３に貫通させて、本発明の第１実施形態に係る発光装置１を容易に作製することができる。

以上、各実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。

例えば、各図面において、発光素子１０の半導体層１０ｂの幅が、半導体層１０ｂを成長させるための成長用基板１０ａの幅よりも小さい場合の例を示しているが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、発光素子１０の半導体層１０ｂの幅と、成長用基板１０ａの幅とを等しくするように変形してもよい。

次に、本発明の第５実施形態に係る発光装置を一例として取り上げて、パッケージとしての本発明の実施形態に係る発光装置を実施例１として説明する。

図７は、本発明の実施例１に係るパッケージを説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は配線を強調して示す図である。

図７に示すように、本発明の実施例１のパッケージは、９個の発光装置を連ねたものである。

この場合、発光素子は３並列の３直列接続となる。絶縁性光反射層１３と封止材１６は、９個の発光装置に対して一体に形成している。

次に、本発明の第５実施形態に係る発光装置を一例として取り上げて、単品としての本発明の実施形態に係る発光装置を実施例２として説明する。

図８は、本発明の実施例２に係る発光装置を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は配線を強調して示す図、（ｄ）は切断の様子を示す図である。図８（ｄ）中の破線は、切断線を示す。

図８に示すように、本発明の実施例２に係る発光装置は、９個の発光装置が連なった基板を切断線に沿って個々に切断して得られる。

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。

１ 発光装置
２ 発光装置
３ 発光装置
４ 発光装置
５ 発光装置
１０ 発光素子
１０ａ 半導体層を成長させるための成長用基板
１０ｂ 半導体層
１１ 基板
１２ 配線
１３ 絶縁性光反射層
１４ バンプ
１５ 透明樹脂
１６ 封止材
１７ 空気
１８ 蛍光体粒子を含有しない封止材
３０ 発光素子
３０ａ 半導体層を成長させるための成長用基板
３０ｂ 半導体層
３１ アンダーフィル
ｄ１ 絶縁性光反射層の厚み
ｄ２ バンプの高さ
ｄ３ 発光素子と絶縁性光反射層との間隔

Claims (5)

1. 配線が形成された基板に発光素子がフリップチップ実装された発光装置であって、
   前記配線上に形成された絶縁性光反射層と、
   前記絶縁性光反射層を貫通して前記配線に達し、前記配線と前記発光素子とを接続するバンプと、
   前記発光素子を封止する透明樹脂と、を備え、
   前記透明樹脂は、前記発光素子の周囲においては蛍光体粒子を含有し、前記発光素子と前記絶縁性光反射層との間においては蛍光体粒子を含有せず、
   前記蛍光体粒子の直径は、前記発光素子と前記絶縁性光反射層との間隔よりも大きい、
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記絶縁性光反射層が前記発光素子に接触していないことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 配線上に絶縁性光反射層が設けられた基板に発光素子とバンプを配置し、
   前記バンプで前記絶縁性光反射層を突き破り、前記絶縁性光反射層を貫通するバンプで前記発光素子を前記基板に形成された配線に接続し、
   前記発光素子と前記絶縁性光反射層との間隔よりも直径の大きい蛍光体粒子を有する透明樹脂で前記配線に接続された発光素子を封止する、
   ことを特徴とする発光装置の製造方法。
4. 前記透明樹脂の未硬化時の粘度は、約５千［ｍＰａ・ｓ］以下である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。
5. 前記絶縁性光反射層が前記発光素子に接触していないことを特徴とする請求項３または４に記載の発光装置の製造方法。
   

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