JP5870611B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子を用いる発光装置及びその製造方法、特に、発光素子が樹脂にて封止されてなる発光装置及びその製造方法に関する。
発光素子を用いた発光装置は、小型で消費電力も少なく耐用年数も長いので、液晶のバックライトや車載用など幅広い分野で使用されている。発光素子は、発光装置に組み込む際、ワイヤボンディングその他の配線の保護及び発光素子自体の保護のために樹脂で封止される。
また、発光素子から放出される光は、赤色、緑色、青色などのように限られた単色光であり、それを異なる波長に変換するための蛍光体を発光素子と組み合わせて使用する場合がある。その際、ＬＥＤから直接外部に放出される光と、発光素子から放出される光を吸収して蛍光体から放出される波長変換された光とを加色混合して白色を発光する発光装置が知られている。
蛍光体を含有した樹脂で発光素子を封止した発光装置に関する従来技術として、樹脂中の蛍光体の密度と、硬化前の樹脂の粘度を調整することにより、蛍光体の沈降と、発光素子表面への蛍光体による被覆を抑制する発光装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、発光素子の光取り出し効率の低下と、蛍光体による光伝搬損失を抑制し、発光装置の放射光強度を向上させることができる。
また、発光素子を樹脂のパッケージによって封止した半導体発光装置において、樹脂のパッケージを、共通の樹脂を生地とする封止樹脂層と発光波長変換用の蛍光物質を含有した蛍光体層の２層構造とし、色変換のための蛍光物質を発光素子に近い周りに集めておく半導体発光装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。これにより、複数の樹脂層で封止することによる樹脂界面の剥離や光学的な歪み発生を抑制するとともに、樹脂表面付近の蛍光物質が、外部からの光に晒されるのを抑えて励起による発光を阻止することができる。
しかしながら、特許文献１のような発光装置では、樹脂中で蛍光体が分散しているため、発光素子からの光は樹脂中で分散している蛍光体に複数回衝突して減衰する。また、ポッティングや印刷等で発光素子を封止した樹脂量に違いが生じるため発光装置ごとに含有する蛍光体量が異なる。したがって、発光素子からの光と、発光素子からの光を吸収して蛍光体が波長変換した光量の差が大きくなる。
そして、特許文献２のような半導体発光装置では、発光素子の発光層付近で蛍光物質が密に詰まり過ぎ、発光素子からの光が外部へ放出され難く、色むらを生じる。
そして、特許文献２のような半導体発光装置では、発光素子の発光層付近で蛍光物質が密に詰まり過ぎ、発光素子からの光が外部へ放出され難く、色むらを生じる。
そこで本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、色むらを解消した発光装置を提供することにある。
本発明によれば、前記課題は次の手段により解決される。
本発明に係る発光装置の製造方法は、蛍光体とフィラーとが含有された樹脂により凹部を有するパッケージに配置された発光素子が封止された発光装置の製造方法であって、無機粒子を設けた蛍光体とフィラーとを樹脂に含有する工程と、凹部を有するパッケージに配置された発光素子を前記樹脂で封止する工程と、前記パッケージを遠心回転させ、前記樹脂に含有された蛍光体とフィラーとを発光素子側に遠心沈降させる工程と、を具備することを特徴とする。
これにより、発光素子からの光と、発光素子からの光を吸収して蛍光体が波長変換した光とが効率良く混色し、色むらが解消された発光装置を提供することができる。
これにより、発光素子からの光と、発光素子からの光を吸収して蛍光体が波長変換した光とが効率良く混色し、色むらが解消された発光装置を提供することができる。
また、前記遠心沈降させる工程において、遠心力と重力との合力の方向を常に前記発光素子の上面の法線方向に一致させ沈降させることが好ましい。
これにより、発光装置に作用する力の方向を常に一定に保ち、無機粒子を設けた蛍光体とフィラーのそれぞれの堆積層の厚さをほぼ均一にすることができる。
これにより、発光装置に作用する力の方向を常に一定に保ち、無機粒子を設けた蛍光体とフィラーのそれぞれの堆積層の厚さをほぼ均一にすることができる。
また、前記蛍光体と前記フィラーとを前記樹脂に含有する工程において、前記樹脂にさらに前記樹脂と比重の等しい拡散剤を含有する工程を有していることが好ましい。
これにより、樹脂に拡散剤を含有して遠心沈降させる工程において、拡散剤が樹脂中に沈降することなく分散し、光を効率良く混色することができる。
これにより、樹脂に拡散剤を含有して遠心沈降させる工程において、拡散剤が樹脂中に沈降することなく分散し、光を効率良く混色することができる。
本発明に係る発光装置の製造方法は、蛍光体とフィラーとが含有された樹脂により凹部を有するパッケージに配置された発光素子が封止された発光装置の製造方法であって、無機粒子を設けた蛍光体と、前記無機粒子を設けた蛍光体よりも比重の小さいフィラーとを、前記フィラーよりも比重の小さい樹脂に含有する工程と、凹部を有するパッケージに配置された発光素子を前記樹脂で封止する工程と、前記パッケージを遠心回転させ、前記樹脂に含有された蛍光体とフィラーとを発光素子側に遠心沈降させて、前記蛍光体が堆積した蛍光体堆積層の上に、前記フィラーが堆積したフィラー堆積層を積層させる工程と、を具備すること特徴とする。
これにより、発光素子からの光と、発光素子からの光を吸収して蛍光体が波長変換した光とが効率良く混色し、色むらが解消された発光装置を提供することができる。
これにより、発光素子からの光と、発光素子からの光を吸収して蛍光体が波長変換した光とが効率良く混色し、色むらが解消された発光装置を提供することができる。
また、前記蛍光体堆積層は、前記発光素子の発光層を露出して堆積していることが好ましい。
これにより、発光層から放出される光が蛍光体で過剰に波長変換されることを防ぐことができる。
これにより、発光層から放出される光が蛍光体で過剰に波長変換されることを防ぐことができる。
本発明に係る発光装置は、蛍光体とフィラーとが含有された樹脂により凹部を有するパッケージに配置された発光素子が封止された発光装置であって、前記蛍光体を含有する第１の下層が前記凹部の底面にあり、前記蛍光体を含有する第２の下層が前記発光素子の上面にあり、前記フィラーを含有する第１の上層が前記第１の下層上にあり、かつ前記発光素子の発光層を覆い、前記フィラーを含有する第２の上層が前記第２の下層上にあり、前記樹脂が、前記発光素子と、前記第１，第２の下層と、前記第１，第２の上層とを封止していることを特徴とする。
これにより、発光素子からの光と、発光素子からの光を吸収して蛍光体が波長変換した光とが効率良く混色し、色むらが解消された発光装置を提供することができる。
これにより、発光素子からの光と、発光素子からの光を吸収して蛍光体が波長変換した光とが効率良く混色し、色むらが解消された発光装置を提供することができる。
また、前記蛍光体は、表面に無機粒子を有することが好ましい。
これにより、蛍光体の凝集を防ぎ、樹脂中での蛍光体の分散性が向上する。
これにより、蛍光体の凝集を防ぎ、樹脂中での蛍光体の分散性が向上する。
さらにまた、前記凹部の底面にサブマウントを有し、前記発光素子が前記サブマウント上に設けられ、前記サブマウントの上面に前記第１の下層の一部と前記第１の上層の一部とを有し、前記サブマウント上の第１の上層が前記発光層を覆っていることが好ましい。
これにより、波長変換される光の量を抑えることができる。
これにより、波長変換される光の量を抑えることができる。
本発明の発光装置の製造方法によれば、色むらを解消した発光装置を提供することができる。
本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置やその製造方法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、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定されるものでは決してない。実施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、単なる説明に過ぎない。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、同一の名称、符号については同一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、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する様態としても良いし、逆に一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。
＜第一の実施形態＞
第一の実施形態について図面を用いて詳述する。図１は、第一の実施形態に係る発光装置の概略図である。図３は、本発明の製造方法の一工程を示す概略図であり、無機粒子を表面に有する蛍光体を示している。
第一の実施形態について図面を用いて詳述する。図１は、第一の実施形態に係る発光装置の概略図である。図３は、本発明の製造方法の一工程を示す概略図であり、無機粒子を表面に有する蛍光体を示している。
第一の実施形態に係る発光装置は、パッケージ１０と、発光層１２を有する発光素子１１と、樹脂１３と、蛍光体堆積層１４と、フィラー堆積層１５と、ワイヤ１６と、を有する。
発光層１２を有する発光素子１１が、パッケージ１０の凹部底面にフェイスアップで配置され、発光素子１１の正負電極（図示せず）はボンディングワイヤ１６によって、パッケージに固定されている金属製の各リード電極（図示せず）に接続されている。パッケージ１０の凹部底面に固定された発光素子１１は、透光性の樹脂１３で封止されている。発光素子１１の上面、及びパッケージ１１の凹部底面で発光層１２の下側には蛍光体堆積層１４を有し、発光層１２は発光素子１１の側面において、蛍光体堆積層１４から露出している。蛍光体堆積層１４の少なくとも上面はさらにフィラー堆積層１５が設けられている。発光層１２は少なくとも蛍光体堆積層１４から露出していればよく、フィラー堆積層１５によって覆われていてもよい。すなわち、パッケージ１０の凹部の底面に蛍光体を含有する蛍光体堆積層１４からなる第１の下層が設けられ、その上面にフィラーを含有するフィラー堆積層１５からなる第１の上層が設けられる。フィラー堆積層１５からなる第１の上層は、発光素子１１の側面において発光層１２を覆っていてもよい。また、発光素子１１の上面に蛍光体堆積層１４からなる第２の下層が設けられ、その上面にフィラー堆積層１５からなる第２の上層が設けられる。さらにまた、樹脂１３が、発光素子１１と、蛍光体堆積層１４からなる第１，第２の下層と、フィラー堆積層１５からなる第１，第２の上層と、を封止している。発光層１２がフィラー堆積層１５で覆われることにより、発光層１２から発光素子１１の側面方向へ放出された光と、発光層１２から放出されパッケージ１０の凹部底面の蛍光体堆積層１４で波長変換された光とが、フィラー堆積層１５を通過する際に拡散されてより混色がなされるのでよい。
発光層１２を有する発光素子１１が、パッケージ１０の凹部底面にフェイスアップで配置され、発光素子１１の正負電極（図示せず）はボンディングワイヤ１６によって、パッケージに固定されている金属製の各リード電極（図示せず）に接続されている。パッケージ１０の凹部底面に固定された発光素子１１は、透光性の樹脂１３で封止されている。発光素子１１の上面、及びパッケージ１１の凹部底面で発光層１２の下側には蛍光体堆積層１４を有し、発光層１２は発光素子１１の側面において、蛍光体堆積層１４から露出している。蛍光体堆積層１４の少なくとも上面はさらにフィラー堆積層１５が設けられている。発光層１２は少なくとも蛍光体堆積層１４から露出していればよく、フィラー堆積層１５によって覆われていてもよい。すなわち、パッケージ１０の凹部の底面に蛍光体を含有する蛍光体堆積層１４からなる第１の下層が設けられ、その上面にフィラーを含有するフィラー堆積層１５からなる第１の上層が設けられる。フィラー堆積層１５からなる第１の上層は、発光素子１１の側面において発光層１２を覆っていてもよい。また、発光素子１１の上面に蛍光体堆積層１４からなる第２の下層が設けられ、その上面にフィラー堆積層１５からなる第２の上層が設けられる。さらにまた、樹脂１３が、発光素子１１と、蛍光体堆積層１４からなる第１，第２の下層と、フィラー堆積層１５からなる第１，第２の上層と、を封止している。発光層１２がフィラー堆積層１５で覆われることにより、発光層１２から発光素子１１の側面方向へ放出された光と、発光層１２から放出されパッケージ１０の凹部底面の蛍光体堆積層１４で波長変換された光とが、フィラー堆積層１５を通過する際に拡散されてより混色がなされるのでよい。
蛍光体堆積層１４は、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０が堆積しており、膜厚は２０〜１５０μｍである。本発明の実施形態において、無機粒子２２を表面に有するとは、無機粒子２２が蛍光体粒子２１よりも相当小さい微細な粒子であり、これが多数凝集して蛍光体粒子２１の表面全体を被覆、あるいは蛍光体粒子２１の表面を一部露出して付着していること（コーティング）を指す。
また、樹脂１３には拡散剤を含有してもよい。このとき、拡散剤は堆積せず樹脂１３中で分散されている。
発光層１２の周囲に蛍光体があると、発光層１２から放出された光の多くが蛍光体で波長変換されるため、発光装置において蛍光体で波長変換された光の色味が強くなる傾向がある。
本発明の第一の実施形態に係る発光装置は、発光素子１１の発光層１２が蛍光体堆積層１４から露出しているので、光の進行方向としては、発光素子１１からの光は直接発光装置１００の外部へ放出されるものと、発光層１２から上面へ向かい、発光素子１１の上面の蛍光体堆積層１４を通過して無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０で波長変換され発光装置１００の外部へ放出されるものと、発光層１２から発光層１２の下側に位置する蛍光体堆積層１４へ向かい、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０で波長変換され且つ反射して、発光装置１００の外部へ放出されるものと、がある。
これにより、発光層１２から放出される光が蛍光体で過剰に波長変換されることを防ぐことによって、蛍光体で波長変換された光の色味が抑えられ、混色状態を改善することができる。また、樹脂中に蛍光体を分散させた際に懸念される封止樹脂量（高さ）への依存性が低くなり、色調のばらつきが抑制される。
本発明の第一の実施形態に係る発光装置は、発光素子１１の発光層１２が蛍光体堆積層１４から露出しているので、光の進行方向としては、発光素子１１からの光は直接発光装置１００の外部へ放出されるものと、発光層１２から上面へ向かい、発光素子１１の上面の蛍光体堆積層１４を通過して無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０で波長変換され発光装置１００の外部へ放出されるものと、発光層１２から発光層１２の下側に位置する蛍光体堆積層１４へ向かい、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０で波長変換され且つ反射して、発光装置１００の外部へ放出されるものと、がある。
これにより、発光層１２から放出される光が蛍光体で過剰に波長変換されることを防ぐことによって、蛍光体で波長変換された光の色味が抑えられ、混色状態を改善することができる。また、樹脂中に蛍光体を分散させた際に懸念される封止樹脂量（高さ）への依存性が低くなり、色調のばらつきが抑制される。
＜第二の実施形態＞
次に、第二の実施形態に係る発光装置について説明する。図２は、第二の実施形態に係る発光装置の概略図である。第二の実施形態に係る発光装置は、発光素子４１がサブマウント３１上に配置される以外は、第一の実施形態と実質的に同様である。
次に、第二の実施形態に係る発光装置について説明する。図２は、第二の実施形態に係る発光装置の概略図である。第二の実施形態に係る発光装置は、発光素子４１がサブマウント３１上に配置される以外は、第一の実施形態と実質的に同様である。
サブマウント３１は、発光素子４１を配置できる上面を有していればよく、上面積が発光素子４１よりも大きいものが好ましい。サブマウント３１の上面積が発光素子４１より大きい場合、蛍光体堆積層４４及びフィラー堆積層４５は、上面視でサブマウント３１の発光素子４１から露出した部分にも存在する。すなわち、パッケージ４０の凹部底面に設けられた蛍光体堆積層４４からなる第１の下層の一部とフィラー堆積層４５からなる第１の上層の一部とが、サブマウント３１上にも堆積している。このとき、発光素子４１の側面において発光層４２は、サブマウント３１上の蛍光体堆積層４４からなる第１の下層の一部から露出して、フィラー堆積層４５からなる第１の上層の一部に覆われていてもよい。
蛍光体堆積層４４は、パッケージ４０の凹部底面よりもサブマウント３１上面の方が発光層４２に近く、面積が小さい。したがって、発光層４２からの光はサブマウント３１上面の蛍光体堆積層４４で波長変換されやすく、波長変換される光の量をさらに抑えることができる。また、サブマウント３１により、発光素子４１の放熱性が向上する。
＜第三の実施形態＞
第三の実施形態に係る発光装置は、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０において、蛍光体粒子２１の表面を、蛍光体粒子２１と材質の異なる被覆材で蛍光体の表面を略平滑な膜状に被覆し、さらに無機粒子２２をコーティングする構成とすることもできる。この構成以外は第一又は第二の実施形態と実質的に同様である。
第三の実施形態に係る発光装置は、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０において、蛍光体粒子２１の表面を、蛍光体粒子２１と材質の異なる被覆材で蛍光体の表面を略平滑な膜状に被覆し、さらに無機粒子２２をコーティングする構成とすることもできる。この構成以外は第一又は第二の実施形態と実質的に同様である。
これにより、水分やガスに対する耐久性が低い蛍光体粒子２１を被覆材で保護することができ、また無機粒子２２により樹脂硬化前の樹脂中での無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０の分散性も向上させる。
以下、本実施形態の各構成について詳述する。
（発光素子）
発光素子は、例えば、発光ダイオード等の半導体発光素子であり、当該分野で使用されているもののいずれをも使用することができる。発光素子の発光ピークは、後述のＹＡＧ系蛍光体と組み合わせて構成される場合には、例えば、４６０ｎｍに設定される。図１に示す発光装置１００では、上面に正負の電極が形成された発光素子を例示しているが、フリップチップ実装タイプの発光素子、Ｓｉ基板にＧａＮが張り合わせられて両面に電極が形成された発光素子を用いることもできる。また、目的や用途に応じて用いる発光素子の組成、発光色、大きさ、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
発光素子は、例えば、発光ダイオード等の半導体発光素子であり、当該分野で使用されているもののいずれをも使用することができる。発光素子の発光ピークは、後述のＹＡＧ系蛍光体と組み合わせて構成される場合には、例えば、４６０ｎｍに設定される。図１に示す発光装置１００では、上面に正負の電極が形成された発光素子を例示しているが、フリップチップ実装タイプの発光素子、Ｓｉ基板にＧａＮが張り合わせられて両面に電極が形成された発光素子を用いることもできる。また、目的や用途に応じて用いる発光素子の組成、発光色、大きさ、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
（パッケージ）
パッケージは、発光素子が載置可能な凹部底面を有し、凹部底面（パッケージの上面の一部）には分離された２つのリード電極（図示せず）が設けられており、そのリード電極はそれぞれ外部接続端子（図示せず）に接続されている。パッケージの凹部底面には、発光素子を配置するためのマウントを、パッケージと一体で構成してもよいし、別体のサブマウント又は台座が取り付けられていてもよい。
パッケージは、発光素子が載置可能な凹部底面を有し、凹部底面（パッケージの上面の一部）には分離された２つのリード電極（図示せず）が設けられており、そのリード電極はそれぞれ外部接続端子（図示せず）に接続されている。パッケージの凹部底面には、発光素子を配置するためのマウントを、パッケージと一体で構成してもよいし、別体のサブマウント又は台座が取り付けられていてもよい。
（無機粒子）
無機粒子は、蛍光体粒子の表面全体を被覆、あるいは蛍光体粒子の表面を一部露出して付着している（コーティング）。特にコーティングを蛍光体粒子表面全体に一様に成されている蛍光体で効果が発揮され、このとき、表面全体に亘って一様であれば、無機粒子が蛍光体粒子の表面全体を覆っていても、蛍光体粒子の表面の一部が無機粒子から露出していてもよい。コーティングは蛍光体粒子表面に均一に適用することが望ましく、均一であれば薄膜あるいは粒径１〜１０ｎｍの微粒子の凝集によるコーティングであってもよい。
無機粒子の材質としては、金属酸化物あるいは金属窒化物が好ましい。金属元素としてＡｌ、Ｓｉ、またはＩｎ、Ｇａその他希土類が挙げられ、これら元素のいずれか一つまたは複数を用いることで好適なコーティングが得られる。
また、コーティングは多層に施すことも可能であり、例えば、蛍光体粒子の表面をリン酸塩等のリンを含む化合物でコーティングした後、無機粒子でさらにコーティングすることもできる。
無機粒子は、蛍光体粒子の表面全体を被覆、あるいは蛍光体粒子の表面を一部露出して付着している（コーティング）。特にコーティングを蛍光体粒子表面全体に一様に成されている蛍光体で効果が発揮され、このとき、表面全体に亘って一様であれば、無機粒子が蛍光体粒子の表面全体を覆っていても、蛍光体粒子の表面の一部が無機粒子から露出していてもよい。コーティングは蛍光体粒子表面に均一に適用することが望ましく、均一であれば薄膜あるいは粒径１〜１０ｎｍの微粒子の凝集によるコーティングであってもよい。
無機粒子の材質としては、金属酸化物あるいは金属窒化物が好ましい。金属元素としてＡｌ、Ｓｉ、またはＩｎ、Ｇａその他希土類が挙げられ、これら元素のいずれか一つまたは複数を用いることで好適なコーティングが得られる。
また、コーティングは多層に施すことも可能であり、例えば、蛍光体粒子の表面をリン酸塩等のリンを含む化合物でコーティングした後、無機粒子でさらにコーティングすることもできる。
（蛍光体粒子）
蛍光体粒子は無機粒子によってコーティングされており、発光素子からの光により励起されてその励起光とは異なる波長の光を発光する。蛍光体粒子は、例えば、（ａ）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、（ｂ）体色が黄色である、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体が挙げられる。上記蛍光体粒子以外の蛍光体粒子であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体粒子も使用することができる。２種類以上の比重の異なる蛍光体粒子を使用してもよい。また、蛍光体粒子は、フィラー堆積層のフィラーより比重が重いものであることが好ましい。大きさが異なる蛍光体粒子、フィラーを用いてもよく、これらを混ぜることによってより密に充填した堆積層とすることができる。
蛍光体粒子は無機粒子によってコーティングされており、発光素子からの光により励起されてその励起光とは異なる波長の光を発光する。蛍光体粒子は、例えば、（ａ）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、（ｂ）体色が黄色である、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体が挙げられる。上記蛍光体粒子以外の蛍光体粒子であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体粒子も使用することができる。２種類以上の比重の異なる蛍光体粒子を使用してもよい。また、蛍光体粒子は、フィラー堆積層のフィラーより比重が重いものであることが好ましい。大きさが異なる蛍光体粒子、フィラーを用いてもよく、これらを混ぜることによってより密に充填した堆積層とすることができる。
（樹脂）
樹脂は、発光素子を封止するための部材であり、目的や用途に応じて、フェニル系シリコーン樹脂、ジメチル系シリコーン樹脂、硬質ハイブリットシリコーン樹脂等のシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂を用いることができる。樹脂には蛍光体粒子、無機粒子を表面に有する蛍光体、フィラー、拡散剤等を含有させることができる。樹脂は、後述する蛍光体堆積層の無機粒子を表面に有する蛍光体及びフィラー堆積層のフィラーより比重が軽いものであることが好ましい。
樹脂は、発光素子を封止するための部材であり、目的や用途に応じて、フェニル系シリコーン樹脂、ジメチル系シリコーン樹脂、硬質ハイブリットシリコーン樹脂等のシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂を用いることができる。樹脂には蛍光体粒子、無機粒子を表面に有する蛍光体、フィラー、拡散剤等を含有させることができる。樹脂は、後述する蛍光体堆積層の無機粒子を表面に有する蛍光体及びフィラー堆積層のフィラーより比重が軽いものであることが好ましい。
（蛍光体堆積層）
蛍光体堆積層は、無機粒子を表面に有する蛍光体を混入した樹脂で凹部を有するパッケージに配置された発光素子を封止した後、パッケージを遠心回転させることにより、樹脂中の無機粒子を表面に有する蛍光体が発光素子側に沈降した堆積物からなる。蛍光体堆積層中に樹脂が入り込んでいてもよい。蛍光体堆積層は発光素子が配置されたパッケージの底面に対してほぼ平坦である。
蛍光体堆積層は、無機粒子を表面に有する蛍光体を混入した樹脂で凹部を有するパッケージに配置された発光素子を封止した後、パッケージを遠心回転させることにより、樹脂中の無機粒子を表面に有する蛍光体が発光素子側に沈降した堆積物からなる。蛍光体堆積層中に樹脂が入り込んでいてもよい。蛍光体堆積層は発光素子が配置されたパッケージの底面に対してほぼ平坦である。
（フィラー堆積層）
フィラー堆積層は、フィラーを混入した樹脂で凹部を有するパッケージに配置された発光素子を封止した後、パッケージを遠心回転させることにより、樹脂中のフィラーが発光素子側に沈降した堆積物からなる。フィラー堆積層中に樹脂が入り込んでいてもよい。樹脂に混入されたフィラーにより、硬化前の樹脂の粘度を調整、また、硬化後の樹脂の硬さ及び線膨張係数の調整が比較的容易になる。フィラーは蛍光体堆積層の無機粒子を表面に有する蛍光体より比重が軽いものであることが好ましく、フィラー堆積層は、蛍光体堆積層の上面を被覆して堆積している。また、発光素子の正負電極（図示せず）とパッケージに固定されている金属製の各リード電極（図示せず）を接続しているボンディングワイヤの全部もしくは少なくとも一部を覆って堆積している。フィラー堆積層により、発光素子からの光（無機粒子を表面に有する蛍光体により波長変換された光を含む）を反射して光の取り出し効率を高めるとともに、ワイヤの断線を防止することができる。
フィラー堆積層は、フィラーを混入した樹脂で凹部を有するパッケージに配置された発光素子を封止した後、パッケージを遠心回転させることにより、樹脂中のフィラーが発光素子側に沈降した堆積物からなる。フィラー堆積層中に樹脂が入り込んでいてもよい。樹脂に混入されたフィラーにより、硬化前の樹脂の粘度を調整、また、硬化後の樹脂の硬さ及び線膨張係数の調整が比較的容易になる。フィラーは蛍光体堆積層の無機粒子を表面に有する蛍光体より比重が軽いものであることが好ましく、フィラー堆積層は、蛍光体堆積層の上面を被覆して堆積している。また、発光素子の正負電極（図示せず）とパッケージに固定されている金属製の各リード電極（図示せず）を接続しているボンディングワイヤの全部もしくは少なくとも一部を覆って堆積している。フィラー堆積層により、発光素子からの光（無機粒子を表面に有する蛍光体により波長変換された光を含む）を反射して光の取り出し効率を高めるとともに、ワイヤの断線を防止することができる。
フィラーとしては好ましくは樹脂の線膨張係数を小さくする点で二酸化珪素を用いるが、目的や用途に応じてアルミナ、酸化チタン、硫酸バリウム等の白色顔料でもよい。
またコントラストを高める意味では、光の透過を損なわない範囲でカーボン等の黒色顔料も用いることが出来る。これらは単独で用いてもよいし、或いは複数を混合させることもできる。また、それぞれの部材の粒径や濃度、混合比率などは適宜選択することができる。
またコントラストを高める意味では、光の透過を損なわない範囲でカーボン等の黒色顔料も用いることが出来る。これらは単独で用いてもよいし、或いは複数を混合させることもできる。また、それぞれの部材の粒径や濃度、混合比率などは適宜選択することができる。
（発光装置の製造方法）
次に、本発明に係る発光装置の製造方法について説明する。なお、以下に説明する以外の事項については、一般的な発光素子及び発光装置の製造方法と同様である。
図１は、第一の実施形態に係る発光装置の概略図であり、図２は第二の実施形態に係る発光装置の概略図である。図３〜５は本発明の製造方法の一工程を示す概略図である。
次に、本発明に係る発光装置の製造方法について説明する。なお、以下に説明する以外の事項については、一般的な発光素子及び発光装置の製造方法と同様である。
図１は、第一の実施形態に係る発光装置の概略図であり、図２は第二の実施形態に係る発光装置の概略図である。図３〜５は本発明の製造方法の一工程を示す概略図である。
本発明に係る発光装置の製造方法は、本来凝集しやすい蛍光体粒子の表面に無機粒子を設けることにより、蛍光体の凝集を防ぐことで粒度分布を狭くし、また、流体である未硬化の樹脂中における、無機粒子を表面に有する蛍光体の分散性を向上させる。これにより、遠心沈降させる工程において、無機粒子を表面に有する蛍光体は均一に沈降しやすくなり、且つほぼ均一な平面で堆積することができる。さらにまた、未硬化の樹脂中における無機粒子を表面に有する蛍光体とフィラーのそれぞれの平均粒径及び比重を設定して、遠心沈降によりフィラーよりも無機粒子を表面に有する蛍光体を優先的に沈降させる。
本発明に係る発光装置の製造方法は、発光素子１１の実装工程と、蛍光体２０の準備工程と、遠心沈降工程と、樹脂硬化工程と、を有する。
（発光素子１１の実装工程）
凹部を有するパッケージ１０の凹部底面に発光素子１１をダイボンディングした後、発光素子１１の正負の電極（図示せず）をワイヤ１６によりそれぞれパッケージ１０に設けられたリード電極（図示せず）に接続する。
凹部を有するパッケージ１０の凹部底面に発光素子１１をダイボンディングした後、発光素子１１の正負の電極（図示せず）をワイヤ１６によりそれぞれパッケージ１０に設けられたリード電極（図示せず）に接続する。
発光素子１１はパッケージ１０の凹部底面に直接ダイボンディングすることができるが、パッケージ１０の凹部底面に、サブマウント又は台座を設け、その上に配置してもよい。
（蛍光体２０の準備工程）
蛍光体粒子２１に無機粒子２２をコーティングし、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０を作製する。コーティングの方法には、化学気相反応法を用いる他、気相原料を用いる方法、液相原料を用いる方法などがある。あるいは、エチルシリケートの加水分解によって酸化ケイ素のコーティングを得るゾル−ゲル法を用いてもよい。
蛍光体粒子２１に無機粒子２２をコーティングし、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０を作製する。コーティングの方法には、化学気相反応法を用いる他、気相原料を用いる方法、液相原料を用いる方法などがある。あるいは、エチルシリケートの加水分解によって酸化ケイ素のコーティングを得るゾル−ゲル法を用いてもよい。
別のコーティング法として、溶液中で金属元素原料、共反応原料、および蛍光体粒子を撹拌し、蛍光体粒子表面に目的のコーティング物質を付着させる、あるいは中間体を付着させて窒素雰囲気下で焼成することで所望のコーティングを得る方法も利用できる。ここで、共反応原料とは、金属元素原料と反応して目的のコーティング物質を得るための原料である。
さらに、コーティングとして用いる物質の微粒子（無機粒子）と蛍光体粒子を高速撹拌し、蛍光体粒子表面にコーティング物質の微粒子を静電的に付着させる方法や、表面電位により付着させる方法、例えば、コーティング前の蛍光体粒子２１（＋）と無機粒子２２（−）の表面電位によりコーティングをすることもできる。これにより、無機粒子２２の持つ表面電位による粒子間の反発により、樹脂３０中での無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０の分散性が向上する。
コーティングは、上記手法の一または複数を用いて多層に施すことも可能である。
（遠心沈降工程）
発光素子１１の実装工程と蛍光体２０の準備工程の後、流体である未硬化の樹脂に、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０と、フィラーとを混入分散させ、樹脂３０とする。樹脂３０にはさらに拡散剤を含有させることもできる。この樹脂３０をパッケージ１０にポッティング又は印刷により充填し、発光素子１１を封止する。樹脂３０は後に、透光性を有し透明な樹脂１３と、蛍光体堆積層１４と、フィラー堆積層１５を構成する樹脂である。
発光素子１１の実装工程と蛍光体２０の準備工程の後、流体である未硬化の樹脂に、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０と、フィラーとを混入分散させ、樹脂３０とする。樹脂３０にはさらに拡散剤を含有させることもできる。この樹脂３０をパッケージ１０にポッティング又は印刷により充填し、発光素子１１を封止する。樹脂３０は後に、透光性を有し透明な樹脂１３と、蛍光体堆積層１４と、フィラー堆積層１５を構成する樹脂である。
樹脂３０をパッケージ１０に充填し発光素子１１を封止した後、樹脂３０を硬化させる前に、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０とフィラーとを、強制的な遠心力によって沈降堆積させる。この遠心沈降させる工程において、遠心力と重力との合力の方向を常に発光素子１１の上面の法線方向に一致させる。無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０及びフィラーは、樹脂３０中に均一に分散されているので、発光装置１００に作用する力の方向を、発光装置１００の上面から下面の方向に常に一定に保つことにより、綿密且つ均一な薄さで一連の層状に堆積される。無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０は発光素子１１の上面及び発光素子１１の発光層１２の下側に堆積して蛍光体堆積層１４が形成され、蛍光体堆積層１４の少なくとも上面を覆うように、フィラー堆積層１５が形成される。
蛍光体堆積層１４とフィラー堆積層１５の厚みは、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０とフィラーの量や粒径等を調整することにより所望の値に設定できる。
樹脂３０に拡散剤を含有させた場合、上記遠心沈降工程において拡散剤は沈降せず、樹脂１３中に分散している状態のままである。
（樹脂硬化工程）
そして、蛍光体堆積層１４、フィラー堆積層１５が形成された後、樹脂１３、蛍光体堆積層１４、フィラー堆積層１５を硬化させ、発光装置１００又は２００を得る。
そして、蛍光体堆積層１４、フィラー堆積層１５が形成された後、樹脂１３、蛍光体堆積層１４、フィラー堆積層１５を硬化させ、発光装置１００又は２００を得る。
＜実施例１＞
実施例１の発光装置を、図１に基づいて説明する。図１は第一の実施形態に係る発光装置の概略図であり、以下のようにして発光装置１００を作製した。
実施例１の発光装置を、図１に基づいて説明する。図１は第一の実施形態に係る発光装置の概略図であり、以下のようにして発光装置１００を作製した。
実施例１の発光装置１００は、パッケージ１０と、発光層１２を有する発光素子１１と、樹脂１３と、蛍光体堆積層１４と、フィラー堆積層１５と、ワイヤ１６と、を有する。実施例１では、樹脂１３、蛍光体粒子２１、無機粒子２２、フィラーは次のものを使用した。
（１）樹脂１３
・種類：フェニル系シリコーン樹脂
・粘度：２００〜２００００ｍＰａ・ｓ
（２）蛍光体粒子２１
・組成：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ
・比重：４．６
・平均粒径：１０．５μｍ
・中心粒径：１２．５μｍ
（３）無機粒子２２
・種類：コロイダルシリカ（ＳｉＯ２）
・平均粒径：１０〜２０ｎｍ
（４）フィラー
・組成：ＳｉＯ２
・比重：２．２
・平均粒径：６．８μｍ
（１）樹脂１３
・種類：フェニル系シリコーン樹脂
・粘度：２００〜２００００ｍＰａ・ｓ
（２）蛍光体粒子２１
・組成：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ
・比重：４．６
・平均粒径：１０．５μｍ
・中心粒径：１２．５μｍ
（３）無機粒子２２
・種類：コロイダルシリカ（ＳｉＯ２）
・平均粒径：１０〜２０ｎｍ
（４）フィラー
・組成：ＳｉＯ２
・比重：２．２
・平均粒径：６．８μｍ
実施例１では、まず、リード電極（図示せず）が形成された凹部を有するパッケージ１０の凹部底面に発光素子１１を実装して、発光素子１１の上面に形成された正負の電極（図示せず）をそれぞれリード電極にワイヤ１６を介して接続した。
一方、蛍光体粒子２１に無機粒子２２を、それぞれの表面電位を利用してコーティングし、無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０を作製した。
この無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０とフィラーとを流体である未硬化の樹脂に混入して分散させ、樹脂３０とした。樹脂３０をパッケージ１０に充填し、発光素子１１を封止した。
そして、樹脂３０を硬化させることなく、強制的な遠心力により無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０とフィラーとを沈降させた。無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０は発光素子１１の上面及び発光層１２の下側に堆積し、フィラーは無機粒子２２を表面に有する蛍光体２０の上面に堆積し、蛍光体堆積層１４及びフィラー堆積層１５を形成した。
最後に、５０℃で１２時間、５０℃から１５０℃に２時間掛けて昇温、さらに１５０℃で４時間の条件下で樹脂を硬化させ、発光装置１００を得た。
以上のようにして実施例１の発光装置１００を作製したところ、色むらの発生が抑制され、配光色度特性が改善された発光装置１００を製造することができた。
本発明の発光装置は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。
１０、４０ パッケージ
１１、４１ 発光素子
１２、４２ 発光層
１３、３０、４３ 樹脂
１４、４４ 蛍光体堆積層
１５、４５ フィラー堆積層
１６、４６ ワイヤ
２０ 無機粒子を表面に有する蛍光体
２１ 蛍光体粒子
２２ 無機粒子
３１ サブマウント
１００、２００ 発光装置
１１、４１ 発光素子
１２、４２ 発光層
１３、３０、４３ 樹脂
１４、４４ 蛍光体堆積層
１５、４５ フィラー堆積層
１６、４６ ワイヤ
２０ 無機粒子を表面に有する蛍光体
２１ 蛍光体粒子
２２ 無機粒子
３１ サブマウント
１００、２００ 発光装置
Claims (7)
- 発光素子と、凹部を有するパッケージと、蛍光体とフィラーと拡散剤が含有された樹脂と、を備えた発光装置の製造方法であって、
比重の大小関係が、（蛍光体）＞（フィラー）＞（樹脂）＝（拡散剤）である、蛍光体とフィラーと拡散剤を樹脂に含有させて粘度を調整し、それらを樹脂中で分散させる工程と、
前記凹部の底面に配置した発光素子を前記粘度が調整された樹脂で封止する工程と、
前記パッケージを遠心回転させることにより、前記蛍光体と前記フィラーとを前記発光素子の上と前記凹部の底面に向かって前記樹脂中を沈降させ、
前記凹部の底面側に、前記発光素子の発光層の高さよりも低い蛍光体堆積層を形成し、その蛍光体堆積層の上に形成されるフィラー堆積層にて前記発光層の側面を被覆するとともに、
前記拡散剤は沈降させることなく前記樹脂中に分散させる工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記蛍光体を無機粒子でコーティングする工程を有する請求項１に記載の発装置の製造方法。
- 前記遠心回転させる工程において、遠心力と重力の合力の方向を前記発光素子の上面の法線方向に一致させる請求項１または２に記載の発光装置の製造方法。
- 平均粒径の大小関係が、（蛍光体）＞（フィラー）である請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 発光素子と、その発光素子を配置する凹部を有するパッケージと、蛍光体とフィラーと拡散剤が含有された樹脂と、を備えた発光装置であって、
比重の大小関係が、（蛍光体）＞（フィラー）＞（樹脂）＝（拡散剤）であり、
前記凹部の底面側および前記発光素子の上面を覆う蛍光体堆積層の上に、フィラー堆積層が配置され、前記凹部の底面側に配置された蛍光体堆積層は、前記発光素子の発光層の高さよりも低く、前記凹部の底面側に配置された蛍光体堆積層の上に配置されたフィラー堆積層が、前記発光層の側面を被覆しており、
前記拡散剤が前記フィラー堆積層を覆う樹脂中に分散されていることを特徴とする発光装置。 - 前記蛍光体は、表面に無機粒子を有することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
- 前記凹部の底面に前記発光素子よりも大きいサブマウントを有し、前記発光素子が前記サブマウント上に配置されており、
前記サブマウントの一部を覆う蛍光体堆積層の上に前記フィラー堆積層が配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の発光装置。
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