JP6079209B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源等に利用可能な発光装置およびその製造方法に関する。
次世代光源として注目を集めている発光ダイオード（ＬＥＤ）は、既存の光源と比べてエネルギー節減効果が非常に優れているとともに、半永久的に使用することが可能であることから、バックライト用、自動車用、電光板用、交通信号灯用、その他一般照明灯用等の応用市場が産業全般に広がりつつある。
ＬＥＤを用いた発光装置として、配線を有する実装基板に発光素子を実装して用いるものが知られている。近年、発光素子とほぼ同等のサイズを有するパッケージ、いわゆるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）や、複数の発光素子を高密度で実装する面状発光装置の開発が進められている。
かかる発光装置の一例として、高い正面輝度を確保するために、発光素子と、該発光素子の上方に配置され該発光素子からの光を波長変換する蛍光体を含む透光性部材からなる波長変換層と、該波長変換層の側面および該発光素子の側面に隣接して配置された反射部材とを有する発光装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
蛍光体層には、蛍光体と、樹脂やガラスのようなバインダーとを混合して板状に形成したものが使用されている。これに対し、発光装置の発光を所望の色度に調整するために、蛍光体層に含有される蛍光体量を多くすることが要求される場合がある。蛍光体量を多くする方法としては、蛍光体濃度を高くしたり、蛍光体層を厚くしたりする、といった方法が考えられる。しかしながら、選択される蛍光体の種類によっては、蛍光体濃度が高くなると、蛍光体層の強度が低下するという懸念がある。また、蛍光体層の厚さが増加すると蛍光体層の熱伝導性が低下する結果、光変換時の蛍光体の発熱が蛍光体層内に蓄積され、蛍光体やバインダーの熱劣化が促進され蛍光強度が低下するという問題がある。
そこで、本発明は、上記の課題を解決し、蛍光体層を薄くして、蛍光体濃度を高くすることが可能な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。
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、透光体の表面に蛍光体層を形成した透光体を用いることにより、上記の課題が解決できることを見出して本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の発光装置は、導電パターンが形成された基板と、該基板上に導電部材を介して実装された発光素子と、該発光素子の上に配置された蛍光体層と、該蛍光体層の上に配置され該蛍光体層が形成された透光体と、該発光素子、該蛍光体層および該透光体の側面に沿って配置された反射樹脂と、を有することを特徴とする。
すなわち、本発明の発光装置は、導電パターンが形成された基板と、該基板上に導電部材を介して実装された発光素子と、該発光素子の上に配置された蛍光体層と、該蛍光体層の上に配置され該蛍光体層が形成された透光体と、該発光素子、該蛍光体層および該透光体の側面に沿って配置された反射樹脂と、を有することを特徴とする。
また、本発明の発光装置の製造方法は、基板上に実装された発光素子と該発光素子の側面に沿って配置された反射樹脂を含む発光装置の製造方法であって、集合基板の上に複数の発光素子を配置する第一の工程と、蛍光体層を表面に形成させた透光体を、該蛍光体層を該発光素子の上面に向けて、該透光体を該発光素子の上に配置する第二の工程と、該発光素子の側面および該蛍光体層の側面および該透光体の側面に沿って反射樹脂を配置する第三の工程を含むことを特徴とする。
本発明によれば、蛍光体濃度を高くしても、蛍光体層を薄くすることが可能な発光装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態１
図１は、本実施の形態に係る発光装置の製造方法を用いて製造された発光装置Ａの構造の一例を示す模式図であり、図１（ａ）はその上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’方向の断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）における接着層の端部の拡大断面図を示している。発光装置Ａは、基板１と、該基板１上に導電部材７を介してフリップチップ実装された発光素子２と、該発光素子２の上面に接着層５を介して配置された蛍光体層３と、該蛍光体層３の上面に該蛍光体層３と一体として配置された透光体４と、該発光素子２、該蛍光体層３および該透光体４の側面に沿って配置された反射樹脂６とを有している。８は半導体素子であり、必要に応じて省略することもできる。
実施の形態１
図１は、本実施の形態に係る発光装置の製造方法を用いて製造された発光装置Ａの構造の一例を示す模式図であり、図１（ａ）はその上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’方向の断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）における接着層の端部の拡大断面図を示している。発光装置Ａは、基板１と、該基板１上に導電部材７を介してフリップチップ実装された発光素子２と、該発光素子２の上面に接着層５を介して配置された蛍光体層３と、該蛍光体層３の上面に該蛍光体層３と一体として配置された透光体４と、該発光素子２、該蛍光体層３および該透光体４の側面に沿って配置された反射樹脂６とを有している。８は半導体素子であり、必要に応じて省略することもできる。
発光装置Ａでは、蛍光体層３が透光体４と一体として形成されており、透光体４は蛍光体層３の支持体の役割を有している。そのため、透光体４の表面に、蛍光体濃度が高く、厚さがより薄い蛍光体層３を形成することが可能となる。これにより、蛍光体濃度を高くしても、蛍光体層３の機械強度が低下することがなく、蛍光体層３の熱伝導性を向上させることが可能となる。また、透光体および蛍光体層の平面積が発光素子の上面の面積と仮に同じ大きさでも構わないが、実際の製造工程における実装精度を考慮すると、透光体および蛍光体層の平面積が発光素子の上面の面積と仮に同じ大きさであれば、発光素子の上面で蛍光体層が配置されない部分が生じる虞がある。そこで、発光素子の上面全体に確実に蛍光体層を配置するため、透光体および蛍光体層の平面積を発光素子の上面の面積よりも大きめにする場合がある。その場合にも、透光体は、蛍光体層の全体を支持する。つまり、透光体の主面全体に配置された蛍光体層のうち、発光素子上面に配置させたとき、発光素子の上面の縁から食み出した蛍光体層の外周部も、その一部が剥離や破損することなく安定に支持することができる。
（基板）
基板１の材料としては、絶縁性材料であって、発光素子からの光や外光が透過しにくい材料が好ましい。例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド等の樹脂を挙げることができる。なお、樹脂を用いる場合には、必要に応じて、ガラス繊維、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミナ等の無機フィラーを樹脂に混合してもよい。これにより、機械的強度の向上や熱膨張率の低減、光反射率の向上を図ることができる。
基板１の材料としては、絶縁性材料であって、発光素子からの光や外光が透過しにくい材料が好ましい。例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド等の樹脂を挙げることができる。なお、樹脂を用いる場合には、必要に応じて、ガラス繊維、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミナ等の無機フィラーを樹脂に混合してもよい。これにより、機械的強度の向上や熱膨張率の低減、光反射率の向上を図ることができる。
（発光素子）
発光素子２としては、発光ダイオードが好ましく、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、蛍光体を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を挙げることができる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
発光素子２としては、発光ダイオードが好ましく、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、蛍光体を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を挙げることができる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
（蛍光体層）
蛍光体層３は、発光素子２からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を発生する。蛍光体層３には、樹脂、ガラス、無機物等の透光性材料を蛍光体のバインダーとして混合して成形したものを挙げることができる。蛍光体層３は１種で単層に形成してもよいし、２種以上の部材が混合された単層を形成してもよいし、単層を２層以上積層してもよい。なお、蛍光体層３には、必要に応じて拡散剤を添加してもよい。また、蛍光体層３は、発光素子２の上面の面積よりも大きく形成されることが好ましく、この場合、蛍光体層３は、発光素子上面に覆われていない露出部を、発光素子との接着面側の一部に有するようにして発光素子２に配置されている。
蛍光体層３は、発光素子２からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を発生する。蛍光体層３には、樹脂、ガラス、無機物等の透光性材料を蛍光体のバインダーとして混合して成形したものを挙げることができる。蛍光体層３は１種で単層に形成してもよいし、２種以上の部材が混合された単層を形成してもよいし、単層を２層以上積層してもよい。なお、蛍光体層３には、必要に応じて拡散剤を添加してもよい。また、蛍光体層３は、発光素子２の上面の面積よりも大きく形成されることが好ましく、この場合、蛍光体層３は、発光素子上面に覆われていない露出部を、発光素子との接着面側の一部に有するようにして発光素子２に配置されている。
蛍光体層３は、後述の透光体の表面に印刷などにより形成される。ここで、本形態における蛍光体層には、蛍光体層が透光体の表面に直接接しているだけでなく、接着剤等の他の部材を介して接合する場合も含まれる。例えば、圧着、融着、焼結、有機系接着剤による接着、低融点ガラス等の無機系接着剤による接着を挙げることができる。蛍光体層の形成方法には、印刷法、圧縮成形法、蛍光体電着法、蛍光体シート法等を用いることができる。印刷法は、蛍光体、バインダーおよび溶剤を含むペーストを調製し、そのペーストを透光体の表面に塗布し、乾燥することにより蛍光体層を形成する。バインダーには、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、およびポリイミド樹脂等の有機樹脂バインダーやガラス等の無機バインダーを用いることができる。圧縮成形法は、透光体の表面に、バインダーに蛍光体を含有させた蛍光体層の材料を金型で成形する方法である。蛍光体電着法は、透光体の表面に、透光性にすることが可能な導電性の薄膜を形成させておき、電気泳動を利用して、帯電した蛍光体を、薄膜上に堆積させる方法である。蛍光体シート法は、シリコーン樹脂に蛍光体を混練し、シート状に加工した蛍光体シートを用いるもので、蛍光体からの放熱性を向上させる点から、蛍光体シートの厚さは、薄ければいくらでもよいが１００μｍ以下程度の蛍光体シートを透光体に圧着して一体化する方法である。
蛍光体層３の厚さは、２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜５０μｍである。１００μｍより厚いと、放熱性が低下する傾向があるからである。放熱性の観点からは、蛍光体層は薄ければ薄い程好ましいが、余りにも薄いと蛍光体の量が少なくなるので、得たい発光の色度範囲が小さくなる傾向がある。その点も考慮して、適切な薄さに調整される。
青色発光素子と好適に組み合わせて白色系の混色光を発光させることができる代表的な蛍光体としては、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）を挙げることができる。白色に発光可能な発光装置とする場合、蛍光体層３に含まれる蛍光体の濃度を白色となるように調整する。蛍光体の濃度は、例えば、５〜５０％程度である。
また、発光素子２に青色発光素子を用い、蛍光体にＹＡＧ系蛍光体と、赤色成分の多い窒化物系蛍光体とを用いることにより、アンバー色を発光させることもできる。アンバー色とは、ＪＩＳ規格Ｚ８１１０における黄色のうちの長波長領域と黄赤の短波長領域とからなる領域や、安全色彩のＪＩＳ規格Ｚ９１０１による黄色の領域と黄赤の短波長領域に挟まれた領域の色度範囲が該当し、例えば、ドミナント波長で言えば、５８０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に位置する領域をいう。アンバー色を発光させる蛍光体は、光交換効率が低いものが多く、所望の色調を得るためには蛍光体濃度を高くすることが望まれている。また、蛍光体の発熱が他の蛍光体に比べて大きいという問題もある。本発明によれば、蛍光体層の蛍光体濃度を高くし、かつ厚さを薄くすることが可能となるので、アンバー色を発光させる蛍光体を好適に用いることができる。
ＹＡＧ系蛍光体は、ＹとＡｌを含むガーネット構造の総称であり、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された蛍光体であり、発光素子から発光される青色光で励起されて発光する。ＹＡＧ系蛍光体としては、例えば、（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａからなる群から選択される少なくとも一種の元素である。）等を挙げることができる。
また、窒化物系蛍光体は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の希土類元素により賦活される、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＩ族元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＶ族元素と、Ｎと、を含む蛍光体である。この窒化物蛍光体の組成中に、Ｏが含まれていてもよい。
窒化物系蛍光体の具体例としては、一般式、ＬＸＭＹＮ（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ）：Ｒ若しくはＬＸＭＹＯＺＮ（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ−（２／３）Ｚ）：Ｒ（Ｌは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＩ族元素である。Ｍは、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＶ族元素である。Ｒは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の希土類元素である。Ｘ、Ｙ、Ｚは、０．５≦Ｘ≦３、１．５≦Ｙ≦８、０＜Ｚ≦３である。）で表されるものを挙げることができる。
（透光体）
透光体４は、蛍光体を含む蛍光体層とは別に設けられる部材であり、その表面に形成された蛍光体層を支持する部材である。透光体４には、ガラスや樹脂のような透光性材料からなる板状体を用いることができる。ガラスとして、例えば、ホウ珪酸ガラスや石英ガラスから選択することができる。また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂から選択することができる。透光体４の厚さは、製造工程における機械的強度が低下せず、蛍光体層３に十分な機械強度を付与することができる厚さであればよい。また、透光体４の厚さは、厚すぎると、発光装置の小型化に支障をきたしたり、放熱性が低下したりするので、適切な厚さにすることが好ましい。透光体の主面は、発光素子の外形の大きさより大きいことが好ましい。透光体の主面全体に蛍光体層を配置させることにより、蛍光体層が配置された透光体を発光素子の上面に配置させたとき、多少の実装精度のずれが発生しても、発光素子の上面全体に蛍光体層を確実に配置させるためである。また、透光体４には、拡散剤を含有させてもよい。蛍光体層３の蛍光体濃度を高くすると、色むらが発生し易くなるが、拡散剤が存在すると、色むら、さらには輝度むらを抑制することができる。拡散剤には、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を用いることができる。また、発光面となる透光体４の上面は平坦な面に限定されず、微細な凹凸を有していてもよい。発光面からの出射光の散乱を促進させて輝度むらや色むらをさらに抑制することが可能となるからである。
透光体４は、蛍光体を含む蛍光体層とは別に設けられる部材であり、その表面に形成された蛍光体層を支持する部材である。透光体４には、ガラスや樹脂のような透光性材料からなる板状体を用いることができる。ガラスとして、例えば、ホウ珪酸ガラスや石英ガラスから選択することができる。また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂から選択することができる。透光体４の厚さは、製造工程における機械的強度が低下せず、蛍光体層３に十分な機械強度を付与することができる厚さであればよい。また、透光体４の厚さは、厚すぎると、発光装置の小型化に支障をきたしたり、放熱性が低下したりするので、適切な厚さにすることが好ましい。透光体の主面は、発光素子の外形の大きさより大きいことが好ましい。透光体の主面全体に蛍光体層を配置させることにより、蛍光体層が配置された透光体を発光素子の上面に配置させたとき、多少の実装精度のずれが発生しても、発光素子の上面全体に蛍光体層を確実に配置させるためである。また、透光体４には、拡散剤を含有させてもよい。蛍光体層３の蛍光体濃度を高くすると、色むらが発生し易くなるが、拡散剤が存在すると、色むら、さらには輝度むらを抑制することができる。拡散剤には、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を用いることができる。また、発光面となる透光体４の上面は平坦な面に限定されず、微細な凹凸を有していてもよい。発光面からの出射光の散乱を促進させて輝度むらや色むらをさらに抑制することが可能となるからである。
（接着層）
発光素子２と蛍光体層３の間には接着層５が介在し、発光素子２と蛍光体層３とを固着する。接着層５を構成する接着剤は、発光素子２からの出射光を蛍光体層３へと有効に導光でき、発光素子２と蛍光体層３を光学的に連結できる材料が好ましい。具体例としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、およびポリイミド樹脂等の有機樹脂を挙げることができるが、シリコーン樹脂が好ましい。接着層の厚さは、薄ければ薄いほど好ましい。放熱性が向上する点と、接着層を透過する光の損失が少なくなることで、発光装置からの光出力が向上する点からである。
発光素子２と蛍光体層３の間には接着層５が介在し、発光素子２と蛍光体層３とを固着する。接着層５を構成する接着剤は、発光素子２からの出射光を蛍光体層３へと有効に導光でき、発光素子２と蛍光体層３を光学的に連結できる材料が好ましい。具体例としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、およびポリイミド樹脂等の有機樹脂を挙げることができるが、シリコーン樹脂が好ましい。接着層の厚さは、薄ければ薄いほど好ましい。放熱性が向上する点と、接着層を透過する光の損失が少なくなることで、発光装置からの光出力が向上する点からである。
接着層５は、発光素子２と蛍光体層３の間のみならず、発光素子２の側面にも存在することが好ましい。側面の接着層は、発光素子２の側面からの出射光を反射して、蛍光体層３内に入射させて、蛍光体の光変換効率を向上させることができるからである。特に、図１（ｃ）に示すように、発光素子２の側面においては、鉛直方向の断面視で、発光素子２の側面と蛍光体層３の、発光素子側の面から形成される隅部に接着剤が延在し、その延在した接着層の厚さが発光素子２の下部方向に向かって小さくなる断面三角形状であることが好ましい。さらに、その断面三角形状の接着層に接するように反射樹脂の一部が配置されていることが好ましい。これにより、発光素子２の側面からの出射光が、その断面三角形状の接着層と反射樹脂との界面にて反射され、発光素子の上面よりも蛍光体層の面積が大きく、発光素子の上面から外へ食み出した蛍光体層３の外周部にも入射し易くなり、発光装置の発光輝度をさらに向上させることができる。このような接着層の食み出しは、主面に蛍光体層を配置した透光体を、発光素子の上面に接着する接着剤の量を調整することによって、発光素子の上面との接着に必要な接着剤量以外の余剰分を発光素子側面に食み出させることによって形成することもできる。また、透光体に配置する蛍光体層のバインダーの量を調整して、そのバインダーが半硬化の状態で、蛍光体層を発光素子の上面に押圧して、バインダーの一部を発光素子の側面に延在させることによっても形成することができる。接着層の食み出しの断面三角形状は、シリコーン樹脂などと発光素子側面や蛍光体層の表面との濡れ性や粘度を適正化することによって形成することができる。
また、蛍光体層３のバインダーにシリコーン樹脂を用いる場合には、接着層５の接着剤にもシリコーン樹脂を用いることが好ましい。蛍光体層３と接着層５の屈折率差を小さくすることができるので、接着層５から蛍光体層３への入射光を増加させることが可能となる。
（半導体素子）
半導体素子８は、発光素子２とは別に、その発光素子２に隣接して基板上に配置されるものである。このような半導体素子８として、発光装置の発光を目的としない別の発光素子の他、発光素子を制御するためのトランジスタや、以下に説明する保護素子を挙げることができる。保護素子は、発光素子２を過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化から保護するための素子である。保護素子は、具体的には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード（Zener Diode）で構成される。保護素子は、発光素子３と同様にｐ電極とｎ電極とを有する半導体素子であり、発光素子２のｐ電極とｎ電極に対して逆並列となるように、すなわち、発光素子２のｎ電極およびｐ電極が、保護素子のｐ電極およびｎ電極とそれぞれに導電部材７より電気的に接続されている。保護素子の場合も、発光素子の場合と同様に、各導電部材の上に保護素子の各電極を対向させ、熱、超音波および荷重を印加することにより、導電部材と保護素子を接合する。
半導体素子８は、発光素子２とは別に、その発光素子２に隣接して基板上に配置されるものである。このような半導体素子８として、発光装置の発光を目的としない別の発光素子の他、発光素子を制御するためのトランジスタや、以下に説明する保護素子を挙げることができる。保護素子は、発光素子２を過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化から保護するための素子である。保護素子は、具体的には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード（Zener Diode）で構成される。保護素子は、発光素子３と同様にｐ電極とｎ電極とを有する半導体素子であり、発光素子２のｐ電極とｎ電極に対して逆並列となるように、すなわち、発光素子２のｎ電極およびｐ電極が、保護素子のｐ電極およびｎ電極とそれぞれに導電部材７より電気的に接続されている。保護素子の場合も、発光素子の場合と同様に、各導電部材の上に保護素子の各電極を対向させ、熱、超音波および荷重を印加することにより、導電部材と保護素子を接合する。
これにより、発光素子３のｐｎ両電極間に過大な電圧が印加されてその電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えたとしても、発光素子２のｐｎ両電極間がツェナー電圧に保持され、このツェナー電圧以上になることがない。従って、保護素子を備えることによって、ｐｎ両電極間の電圧がツェナー電圧以上となることを防止することができ、過大な電圧が印加されることによる発光素子２の素子破壊や性能劣化の発生を適切に防止することができる。
なお、実装時の半導体素子の高さは、発光素子と蛍光体層および透光体を合わせた高さよりも低くすることが好ましい。半導体素子の外形を利用することにより、反射樹脂の最表面を上昇させてひけを抑制することができるからである。
（反射樹脂）
反射樹脂６の材料としては、絶縁材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を確保するために、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。より具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡやシリコーン樹脂などが挙げられる。また、これらの母体となる樹脂に、発光素子２からの光を吸収しにくく、かつ母体となる樹脂に対する屈折率差の大きい反射部材（例えばＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＭｇＯ）等の粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。
反射樹脂６の材料としては、絶縁材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を確保するために、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。より具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡやシリコーン樹脂などが挙げられる。また、これらの母体となる樹脂に、発光素子２からの光を吸収しにくく、かつ母体となる樹脂に対する屈折率差の大きい反射部材（例えばＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＭｇＯ）等の粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。
反射樹脂６の充填は、例えば、固定された基板１の上側において、基板１に対して上下方向あるいは水平方向などに移動（可動）させることができる樹脂吐出装置を用いて行うことができる。すなわち、樹脂が充填された樹脂吐出装置をその先端のノズルから液体樹脂を吐出しながら移動させることで、発光素子２と半導体素子８の近傍に反射樹脂６を注入する。樹脂吐出装置の移動速度は、用いる樹脂の粘度や温度等に応じて適宜調整することができる。吐出量の調整は、吐出時にかかる圧力等を一定にするなどにより調整することができる。反射樹脂の粘度は、室温（２０±５℃）で０．３５〜１３．０Ｐａ・ｓ、好ましくは３．０〜５．５Ｐａ・ｓである。
（導電材）
導電部材７としては、バンプを用いることができ、バンプの材料としては、Ａｕあるいはその合金、他の導電部材として、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等を用いることができる。なお、図１では、導電部材７にバンプを用いた例を示しているが、導電部材７はバンプに限定されず、例えば導電ペーストであってもよい。
導電部材７としては、バンプを用いることができ、バンプの材料としては、Ａｕあるいはその合金、他の導電部材として、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等を用いることができる。なお、図１では、導電部材７にバンプを用いた例を示しているが、導電部材７はバンプに限定されず、例えば導電ペーストであってもよい。
（アンダフィル）
アンダフィルは、基板上に配置された発光素子、他の半導体素子、導電部材等を、塵芥、水分、外力等から保護するための部材である。必要に応じて、発光素子２および半導体素子８と導電部材７の隙間にアンダフィルを設けてもよい。
アンダフィルは、基板上に配置された発光素子、他の半導体素子、導電部材等を、塵芥、水分、外力等から保護するための部材である。必要に応じて、発光素子２および半導体素子８と導電部材７の隙間にアンダフィルを設けてもよい。
アンダフィルの材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。また、このような材料に加えて、必要に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー、蛍光部材等を含有させることもできる。
（製造方法）
本実施の形態に係る発光装置の製造方法は、基板の上に発光素子を配置する第一の工程と、蛍光体層を表面に予め形成させておいた透光体を、該蛍光体層を該発光素子の上面に向けて、該透光体を該発光素子の上面に配置する第二の工程と、該発光素子の側面および該蛍光体層の側面および該透光体の側面に沿って反射樹脂を配置する第三の工程を含んでいる。なお、上記第一の工程と、第二の工程は、工程の順序を逆にしてもよいが、作業性を考慮すると、上記の工程の順序のほうが好ましい。図２は、本実施の形態に係る発光装置の製造方法の工程の一例を示す模式図である。図２（ａ）は、第一の工程を示し、集合基板の上に複数の発光素子２を配置する。また、配置された発光素子２の行または列方向のいずれか一方向で、発光素子とその隣の発光素子の間に半導体素子８を配置する。発光素子２と半導体素子８の配置方法は、フリップチップ実装を用いることができる。基板１の上には、正電極と負電極とに絶縁分離された導電性パターンが形成されている。ここで、フリップチップ実装とは、発光素子の電極を、バンプと呼ばれる導電部材を介して基体基板の導電パターンに対向させ接合することにより機械的および電気的接続を行う実装方法をいう。実装に際しては、バンプは基板上に設けてもよいし、発光素子２および半導体素子８に設けてもよい。なお、本形態では、半導体素子を配置しているが、必要に応じて省略することもできる。
本実施の形態に係る発光装置の製造方法は、基板の上に発光素子を配置する第一の工程と、蛍光体層を表面に予め形成させておいた透光体を、該蛍光体層を該発光素子の上面に向けて、該透光体を該発光素子の上面に配置する第二の工程と、該発光素子の側面および該蛍光体層の側面および該透光体の側面に沿って反射樹脂を配置する第三の工程を含んでいる。なお、上記第一の工程と、第二の工程は、工程の順序を逆にしてもよいが、作業性を考慮すると、上記の工程の順序のほうが好ましい。図２は、本実施の形態に係る発光装置の製造方法の工程の一例を示す模式図である。図２（ａ）は、第一の工程を示し、集合基板の上に複数の発光素子２を配置する。また、配置された発光素子２の行または列方向のいずれか一方向で、発光素子とその隣の発光素子の間に半導体素子８を配置する。発光素子２と半導体素子８の配置方法は、フリップチップ実装を用いることができる。基板１の上には、正電極と負電極とに絶縁分離された導電性パターンが形成されている。ここで、フリップチップ実装とは、発光素子の電極を、バンプと呼ばれる導電部材を介して基体基板の導電パターンに対向させ接合することにより機械的および電気的接続を行う実装方法をいう。実装に際しては、バンプは基板上に設けてもよいし、発光素子２および半導体素子８に設けてもよい。なお、本形態では、半導体素子を配置しているが、必要に応じて省略することもできる。
発光素子２のｐ電極およびｎ電極（不図示）は、基板１の同一面側に形成された正負両電極（不図示）にそれぞれ対向させて導電部材７を介して固定されている。各導電部材７の上に発光素子２の各電極を対向させ、熱、超音波および荷重を印加することにより、導電部材７と発光素子２と、基板上の導電パターンとを接合する。
図２（ｂ）は、蛍光体層を表面に予め配置させておいた透光体を、その蛍光体層の側を発光素子上面に向けて、発光素子の上に配置する第２の工程を示しており、発光素子２の上面に、接着層５を介して一体的に形成された蛍光体層３および透光体４を配置する。接着層５は、蛍光体層３と発光素子２とを接着している。さらに、蛍光体層３は、発光素子２の上面の面積よりも大きく形成されており、蛍光体層３は、発光素子上面に覆われていない露出部を有して発光素子２に接合される。そのため、発光素子２の上面に蛍光体層３を配置する際に、発光素子２の上面から食み出した接着剤は、発光素子２の側面と蛍光体層の露出部とに付着して、発光素子２の側面に接着層の食み出し部分を形成する。発光素子２の側面の接着層は、鉛直方向の断面視で、層の厚さが発光素子２の下部方向に向かって小さくなる断面三角形状を有している。これにより、発光素子２の側面からの出射光は、側面の接着層で広い範囲の角度で反射されるため、蛍光体層３の外周部にも入射し易くなり、発光装置の輝度をさらに向上させることができる。また、製造工程において、接着前の接着剤は、透光体の蛍光体層側に塗布することもできるし、発光素子の上面に塗布することもできる。さらに、その際、接着剤の一部を、発光素子の側面と蛍光体層の、発光素子側の面とからなる隅部に延在させることが好ましい。発光素子の側面に食み出した接着層の一部を断面三角形状とするためである。
図２（ｃ）は、反射樹脂を配置する第三の工程を示し、複数の該発光素子２の側面および複数の該蛍光体層３および複数の透光体４の側面に沿って反射樹脂６を配置する。反射樹脂６は、発光素子２から出射された光を反射させるためのものであり、複数の発光素子２の側面および複数の蛍光体層３並びに複数の透光体４の側面に配置されるとともに、複数の半導体素子８全体を覆っている。
また、隣接する発光素子２の間の中間領域に半導体素子８が配置されているので、半導体素子８の外形の大きさ分だけ反射樹脂６が持ち上がる結果となり、反射樹脂６のひけが抑制される。これにより、切断線９で分割して発光装置を形成したとき、半導体素子８が無い場合と比較して、蛍光体層３の側面の反射層の幅が厚くなる。その結果、蛍光体層３からの光を十分に反射することが可能となり、光の取り出し効率が向上するという効果も得られる。また、発光素子２および半導体素子８と導電部材７の隙間には、アンダフィルが充填されてもよい。
次に、図２（ｃ）に示す切断線９に沿って、発光素子２および半導体素子８を少なくとも１つずつ含むように反射樹脂および基板を切断することにより、１つの基板１上に形成させた複数の発光装置群から、個々の発光装置を分離する。
本実施の形態によれば、蛍光体層が透光体と一体として形成されており、透光体は蛍光体層の支持体の役割を有しているので、蛍光体層を厚くすることなく蛍光体濃度を高くすることが可能である。これにより、蛍光体層の機械強度を低下させることなく、蛍光体層の熱伝導性を向上させることが可能となる。
実施の形態２．
図３は、本実施の形態に係る発光装置Ｂの構造を示す模式断面図である。発光装置Ｂは、実施の形態１における接着層が存在せず、蛍光体層１０が熱硬化性のバインダーを含んでおり、蛍光体層１０を直接発光素子２に固着させた以外は、実施の形態１の発光装置と同様の構成を有する。
図３は、本実施の形態に係る発光装置Ｂの構造を示す模式断面図である。発光装置Ｂは、実施の形態１における接着層が存在せず、蛍光体層１０が熱硬化性のバインダーを含んでおり、蛍光体層１０を直接発光素子２に固着させた以外は、実施の形態１の発光装置と同様の構成を有する。
図４は、本実施の形態に係る発光装置Ｂの製造方法の工程の一例を示す模式図であり、接着層を形成せず、熱硬化性のバインダーを含む蛍光体層を直接発光素子２に固着させた以外は、実施の形態１と同様の方法により製造することができる。
図４（ａ）は、基板の上に発光素子を配置する第一の工程を示し、集合基板の上に複数の発光素子２を配置する。図４（ｂ）は、蛍光体を表面に配置させた透光体を発光素子の上に配置する第二の工程を示し、発光素子２の上面に、一体形成された蛍光体層１０および透光体４を配置する。図４（ｃ）は、反射樹脂を配置する第三の工程を示し、複数の該発光素子２の側面および複数の該蛍光体層３および複数の透光体４の側面に沿って反射樹脂６を配置する。
蛍光体層１０は、蛍光体と熱硬化性バインダーを含んでいる。この熱硬化性バインダーは、透光体表面に蛍光体層を形成した時点では、粘着性を有した半硬化の状態であり、発光素子の上面に蛍光体層を配置した後、加熱して本硬化させる。本形態に用いることのできる熱硬化性バインダーには、シリコーン樹脂を挙げることができる。
本実施の形態は、蛍光体層１０の一部が、実施の形態１でいうところの接着層の役割をするというだけで、実施の形態１と同様の効果を有し、さらに、接着層が不要となるとなるのでより低コストで発光装置を製造することが可能となる。また、発光素子からの出射光が、直接蛍光体層に入射するので、より光変換効率を向上させることが可能となる。
実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１．
（発光装置の製造）
実施例として、図１に示す発光装置を、図２に示す方法で製造した。製造時には、集合基板に対して以下の工程を行い、最後に個片化することにより、個々の発光装置を製造した。
（発光装置の製造）
実施例として、図１に示す発光装置を、図２に示す方法で製造した。製造時には、集合基板に対して以下の工程を行い、最後に個片化することにより、個々の発光装置を製造した。
表面に導電パターンが形成された基板１を準備した。本実施例では、基板１として平板状の窒化アルミニウム基板を用いた。基板１は、熱電導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の窒化アルミニウム板材を焼成して形成し、その上にＣｕ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属材料にて、発光素子との電気的接続をとるための導電パターンを形成した。各基板のサイズは、図１における縦横の長さがそれぞれ約１．８ｍｍ、約１．４５ｍｍであり、厚みが約０．４ｍｍである。導電パターンは、その厚みが約２μｍである。
次に、発光素子２および半導体素子８を基板に載置した。すなわち、集合基板の上に複数の発光素子を配置するとともに、それらの配置された発光素子とその隣の発光素子の間に半導体素子を配置した。具体的には、Ａｕからなる導電部材７を用いて、サファイア基板上に半導体層が積層されて形成された、平面形状が約１．０ｍｍ四方の略正方形であり、厚みが約０．１１ｍｍの発光素子３を、サファイア基板側が光出射面となるように一列に配置してフリップチップ実装した。Ａｕからなるバンプを予め設けた半導体素子８を導電パターンにフリップチップ実装した。
次に、透光体４の表面、すなわち一方の主面全体に蛍光体層３を印刷により塗布した。透光体４の材料には、ホウ珪酸ガラスを板状に成形したものを用いた。透光体の平面形状は、約１．１５ｍｍ四方の略正方形であり、発光素子の平面形状よりも、縦と横に約０．１５ｍｍ大きく、厚みが約0.１５ｍｍである。蛍光体層３が形成された透光体は、組成式が、（Ｓｒ,Ｃａ)ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、Ｙ2.965Ｃｅ0.035(Ａｌ0.8Ｇａ0.2)5Ｏ12との２種類の蛍光体を用い、シリコーン樹脂をバインダーとして、板状の透光体の一方の主面に印刷して、適切な大きさに切断して形成した。この蛍光体層３中の蛍光体濃度は、上記２種類の蛍光体を合わせて９０重量％であり、発光素子の上面と向かい合う蛍光体層の平面形状は、透光体の平面形状と同じく、約１．１５ｍｍ四方の略正方形であり、厚さは９０μｍであった。
次に、発光素子２の上面に、接着剤としてシリコーン樹脂を配置して、透光体に形成させた蛍光体層３と発光素子２のサファイア基板上面とを接着させた。蛍光体層３の、発光素子側の面積は、発光素子２の上面の面積よりも大きく形成されており、蛍光体層３は、接合面から露出された露出面を有するようにして接合された。
次に、発光素子２、蛍光体層３および透光体４、並びに半導体素子８の周囲に反射樹脂６を充填した。発光素子２、蛍光体層３および透光体４の側面に沿って反射樹脂６を配置するとともに、半導体素子８を反射樹脂６の中に完全に埋没させた。本実施例では、反射樹脂６は、ジメチルシリコーン樹脂に酸化チタン粒子が約３０ｗｔ％含有されたものを用いた。
次に、上記工程を経た基板１を加熱炉に収容して加熱することで、反射樹脂６を硬化させた。次に、切断線９に沿って、隣接する発光素子２と半導体素子８を含むように基板および反射樹脂を切断することにより、複数の発光装置群から、個々の発光装置を分離した。
得られた発光装置を９００ｍＡで駆動させたところ、面輝度が高く、輝度分布も均一であった。
本発明の発光装置は、自動車用、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源等に利用可能な発光装置の製造に用いることができる。
１ 基板
２ 発光素子
３ 蛍光体層
４ 透光体
５ 接着層
６ 反射樹脂
７ 導電部材
８ 半導体素子
９ 切断線
１０ 蛍光体層
Ａ，Ｂ 発光装置
２ 発光素子
３ 蛍光体層
４ 透光体
５ 接着層
６ 反射樹脂
７ 導電部材
８ 半導体素子
９ 切断線
１０ 蛍光体層
Ａ，Ｂ 発光装置
Claims (11)
- 導電パターンが形成された基板と、
該基板上に導電部材を介して実装された発光素子と、
該発光素子の上に配置された蛍光体層と、
該蛍光体層の上に配置され該蛍光体層が形成された透光体と、
該発光素子、該蛍光体層および該透光体の側面に沿って配置された反射樹脂と、
前記発光素子と前記蛍光体層との間に接着層を有し、
前記蛍光体層はシリコーン樹脂からなるバインダーを含み、前記接着層はシリコーン樹脂を含む、発光装置。 - 前記透光体および蛍光体層の面積は、前記発光素子の上面の面積よりも大きい請求項１に記載の発光装置。
- 前記発光素子の側面と前記蛍光体層の、発光素子側の面とから形成される隅部に前記接着層の一部が延在しており、その延在した接着層の断面形状が、断面三角形状である請求項２に記載の発光装置。
- 前記透光体が、拡散剤を含む請求項１記載の発光装置。
- 前記透光体が、ガラスを材料として含む請求項１から４のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記蛍光体層の厚さは、２０μｍ以上、１００μｍ以下である請求項１から５のいずれか一項に記載の発光装置。
- 基板上に実装された発光素子と該発光素子の側面に沿って配置された反射樹脂を含む発光装置の製造方法であって、
基板の上に発光素子を配置する工程と、
予め蛍光体層を表面に形成させておいた透光体を、該蛍光体層を該発光素子の上面に向けて、該透光体を該発光素子の上に接着層を介して配置する工程と、
該発光素子の側面および該蛍光体層の側面および該透光体の側面に沿って反射樹脂を配置する工程を含み、
前記蛍光体層はシリコーン樹脂からなるバインダーを含み、前記接着層はシリコーン樹脂を含む、発光装置の製造方法。 - 前記蛍光体層が熱硬化性のバインダーを含んでおり、前記透光体を該発光素子の上に配置する工程において、前記バインダーが半硬化の状態で、蛍光体層を前記発光素子の上面に接して配置した後、該蛍光体層を本硬化させる請求項７記載の製造方法。
- 前記透光体を発光素子の上に配置する工程は、接着剤にて、透光体を前記発光素子の上面に接着する工程を含む請求項７または８に記載の製造方法。
- 前記接着剤にて透光体を発光素子の上面に接着する工程は、接着剤の一部を、発光素子の側面と蛍光体層の、発光素子側の面とからなる隅部に延在させる工程を含む請求項８または９に記載の製造方法。
- 前記蛍光体層を、２０μｍ以上、１００μｍ以下の厚さに形成する請求項７から１０のいずれか一項に記載の製造方法。
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