JP6155932B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関する。
従来、基板と、基板上に配置された発光素子と、発光素子の下方及び側方を取り囲む反射部材と、を備える発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２−１５６４４３号公報
しかしながら、特許文献１の発光装置では、反射部材の厚みが、上側に行くほど薄くなっているため、発光素子の出射光の一部がそのまま反射部材の薄い部分を透過してしまう場合がある。従って、出射光の色むらを抑制するにも限界があった。
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、色むらを抑制できる発光装置を提供することを目的とする。
本発明に係る発光装置は、基板上に配置される発光素子と、発光素子の側方を取り囲み、発光素子の出射面よりも高い位置に頂部を有する樹脂部材と、を有する。樹脂部材は、光反射部材を含む。絶縁層は、発光素子の出射面及び樹脂部材の頂部を含む外壁面及び内壁面を覆う。蛍光体層は、絶縁層の表面を覆う。
本発明によれば、色むらを抑制できる発光装置を提供することができる。
発光装置の構成を示す概略断面図 発光装置の一部を示す概略平面図 発光装置の製造方法を説明するための概略断面図 発光装置の製造方法を説明するための概略断面図 発光装置の製造方法を説明するための概略断面図 発光装置の製造方法を説明するための概略断面図 発光装置の製造方法を説明するための概略断面図
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（発光装置１００の構成）
実施形態に係る発光装置１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、発光装置１００の構成を示す断面図である。図２は、発光装置１００の一部を示す概略平面図である。
発光装置１００は、基板１０と、発光素子２０と、樹脂部材３０と、絶縁層４０と、蛍光体層５０と、モールド部材６０と、を備える。
基板１０は、基板本体１１と、ｎ側配線電極１２と、ｐ側配線電極１３と、を有する。
基板本体１１は、電気絶縁性の材料によって構成される。電気絶縁性の材料としては、ガラスエポキシやシリコーンガラス、アルミナや窒化アルミ等のセラミック、ＬＴＣＣ（低温焼成セラミックス）などを用いることができる。
ｎ側配線電極１２及びｐ側配線電極１３は、基板１０の表面１０Ｓ上に配置される。ｎ側配線電極１２及びｐ側配線電極１３は、それぞれ図示しない外部接続用の配線に接続されている。
発光素子２０は、ｎ側電極２１と、ｐ側電極２２と、半導体層２３と、を有する。
ｎ側電極２１は、例えばＡｕによって構成されるバンプＢ１を介してｎ側配線電極１２に接続される。ｐ側電極２２は、例えばＡｕによって構成されるバンプＢ２を介してｐ側配線電極１３に接続される。なお、発光素子２０と基板１０は、電気的かつ物理的に接続されていればよく、バンプＢ１,Ｂ２のかわりに導電性接合材料（例えば、はんだ）によって接合されていてもよい。ｎ側電極２１及びｐ側電極２２の構成材料としては、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌなどが挙げられる。
半導体層２３は、ｎ側電極２１及びｐ側電極２２上に配置される。半導体層２３は、ｎ型バッファ層２３ａと、ｎ型半導体層２３ｂと、活性層２３ｃと、ｐ型半導体層２３ｄと、を有する。ｎ型バッファ層２３ａ、ｎ型半導体層２３ｂ及びｐ型半導体層２３ｄは、例えば窒化ガリウムやアルミニウム窒化ガリウム、窒化アルミニウム等によって構成することができるが、これに限られるものではない。活性層２３ｃは、例えばインジウム窒化ガリウムによって構成することができるが、これに限られるものではない。本実施形態では、ｎ型バッファ層２３ａが発光素子２０の出射面２０Ｓを形成しているが、ｎ型バッファ層２３ａとは異なる層が出射面２０Ｓを形成していてもよい。出射面２０Ｓは、例えば、ｎ型半導体層や、成長基板（サファイア基板）などによって形成されていてもよい。発光素子２０の出射面２０Ｓは、出射面２０Ｓよりも高い位置（上側）に頂部３１を有する樹脂部材３０によって囲まれている。出射面２０Ｓは、絶縁層４０によって覆われる。
樹脂部材３０は、発光素子２０の側方を取り囲む。樹脂部材３０は、発光素子２０の側面の全周を覆っている。樹脂部材３０は、後述するサファイア基板７０のレーザーリフトオフ工程（図５（ｃ）参照）において半導体層２３を支持する。そのため、樹脂部材３０は、基板１０と発光素子２０の間に充填されていることが好ましい。
樹脂部材３０は、さらに、発光素子２０の各側面と接して設けられ、基板１０から離れるほど（上側ほど）細くなるように（厚みが薄くなるように）形成される。そして、樹脂部材３０の頂部３１は、発光素子２０の出射面２０Ｓよりも高い位置（上側）に位置している。すなわち、発光素子２０の出射面２０Ｓを底面とし、樹脂部材３０を壁部とする凹部３２が形成される。このような凹部３２は、後述するように、サファイア基板７０の側面にまで達する樹脂部材３０を形成した後、半導体層２３からサファイア基板７０を除去することで、サファイア基板７０の厚み分だけ出射面２０Ｓが低くなることで形成される。樹脂部材３０のうち、発光素子２０の出射面２０Ｓから頂部３１までの距離（高さ）は、サファイア基板７０の厚みと同程度であり、１０μｍ〜１５０μｍ程度である。
樹脂部材３０は、外壁面３０Ｓと、内壁面３０Ｔと、を有する。本実施形態において、外壁面３０Ｓと内壁面３０Ｔ（発光素子の側面よりも上側の内壁面）は、絶縁層４０によって覆われている。
樹脂部材３０は、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂から選択される少なくとも１種の絶縁性材料によって構成することができる。特に、耐熱性や耐光性の高いシリコーン樹脂が好適である。また、白色の酸化チタン、酸化珪素、或いはアルミナなどの充填材を樹脂部材３０に混合することによって、発光装置１００の光取り出し効率が高められていてもよい。また、これらの充填材を混合することにより、樹脂部材３０の強度を高めることができるため、後述するサファイア基板７０のレーザーリフトオフ時や発光装置１００の完成後において半導体層２３の保持強度を高めることができる。その結果、基板１０が剥離した際や発光装置１００の使用時における信頼性を高めることができる。
絶縁層４０は、少なくとも発光素子２０の出射面２０Ｓと、樹脂部材３０の頂部３１を含む外壁面３０Ｓと内壁面３０Ｔとを覆う。絶縁層４０は、透光性を有する。絶縁層４０は、例えばＳｉ、Ａｌのうち少なくとも一種の元素の酸化物（具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など）によって構成することができる。絶縁層４０の厚さは、例えば０．１μｍ〜５μｍ程度とすることができる。
この絶縁層４０は、単層であってもよく、複数層が積層された構造でもよい。特に、後述の蛍光体層５０を電着又は静電塗装で形成させる場合は、複数層とするのが好ましい。この場合、まず、絶縁層（図６（ａ）の絶縁層４０ａを参照）を設け、その後蛍光体層５０を形成するまえに導電性を有する層（図６（ｂ）の導電層４０ｂを参照）を設けてから蛍光体層５０を形成し、その後、酸化処理などの絶縁化処理を行うことで、導電層を絶縁層とする。このように、当初は絶縁層の上に導電層という積層構造であり、のちに絶縁化処理されることで、絶縁層の上に絶縁層という複数層からなる絶縁層としてもよい。さらに、このような、工程内において導電性を絶縁化して得られる絶縁層は、絶縁化された後に、透光性であることも必要である。このような材料としては、アルミニウム（絶縁化後、絶縁性で透光性の酸化アルミニウムとなる）が挙げられる。
また、絶縁層の上に形成される導電層は、透光性であればその導電性を保持したままであってもよい。なお、導電性を保持したまま用いる場合は、前述の絶縁層の上に設けることが必要であり、基板１０の外部接続用の配線に接してショートを起こさない位置に設ける。このような透光性の導電層としては、は、例えばＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎのうち少なくとも一種の元素の酸化物（具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２など）によって構成することができる。また、透光性導電層は、メッシュ状もしくは格子状に形成された透光性の金属膜や、光が透過する程度の厚みのＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属膜によって構成することもできる。透光性導電層の厚さは、光吸収性、電気抵抗及び出射光の波長などを考慮して任意に設定しうるが、例えば０．３μｍ以下とすることができる。
蛍光体層５０は、樹脂部材３０の頂部を含む内壁面３０Ｔ及び外壁面３０Ｓの上に形成されている絶縁層４０の表面を覆う。本実施形態において、蛍光体層５０は、図２に示すように、絶縁層４０の表面の全面を覆っている。また、蛍光体層５０は、その絶縁層４０の上に透光性の導電層が設けられる場合はその表面を覆っていてもよい。このように発光素子２０の出射面２０Ｓだけでなく、その周囲に設けられる樹脂部材３０の表面にも蛍光体層５０が設けられることで、色ムラを低減することができる。詳細には、樹脂部材３０の厚みが薄い領域、特に、基板から離れた位置（上側）であって、樹脂部材３０の頂部３１を含む外壁面３０Ｓ及び内壁面３０Ｔを覆うことで、その樹脂部材３０の厚みが光を透過する程度に薄い場合であっても、発光素子２０からの光を確実に蛍光体層５０に照射することができるため、色ムラを低減することができる。
蛍光体層５０の厚みは、出射面２０Ｓの上、樹脂部材３０の上において、略均一な膜厚とすることが好ましい。特に、図１に示すように、発光素子２０の出射面２０Ｓから樹脂部材３０の頂部３１までの距離（高さ）よりも、蛍光体層５０の厚みを薄くするのが好ましく、この厚みで、樹脂部材の表面を被覆するのが好ましい。具体的には、蛍光体層５０の厚みは、５μｍ〜５０μｍ程度であることが好ましい。樹脂部材３０の頂部３１近傍は、樹脂部材３０自体の厚みが薄いため、蛍光体層５０を厚く設けると、光の取り出し効率が低下するため好ましくない。
蛍光体層５０は、発光素子２０からの出射光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を発する。蛍光体層５０は、例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素を含む窒化物系蛍光体や酸窒化物系蛍光体によって構成することができる。蛍光体層５０は、１種の蛍光体を含有していてもよいし、複数種の蛍光体を含有していてもよい。蛍光体層５０は、単層構造であってもよいし、複層構造であってもよい。
モールド部材６０は、基板１０上に発光素子２０を封止する。モールド部材６０は、埃、水分、或いは外力から発光素子２０を保護する。モールド部材６０は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ガラスなどによって構成することができる。モールド部材６０には、着色剤、光拡散剤及びフィラーなどが含有されていてもよい。なお、モールド部材６０を砲弾形や凸レンズ形に形成することによって、モールド部材６０をレンズとして機能させることができる。
（発光装置１００の製造方法）
発光装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３乃至図７は、発光装置１００の製造方法を説明するための図である。
まず、半導体層２３を有する発光素子を準備する。図３及び図４は、発光素子の製造方法の一例を示しているが、本実施の形態において、「発光装置」の製造方法としては、「発光素子」の製造工程は必ずしも必須ではなく、あらかじめ作成された発光素子を用いてもよい。
まず、図３（ａ）に示すように、下地基板としてのサファイア基板７０を準備する。サファイア基板７０の主面は、平坦な面でもよく、あるいは、ディンプル（凹凸）が形成されていてもよい。ディンプルに応じて発光素子２０の出射面２０Ｓに凹凸が形成されることによって、出射面２０Ｓに平行に進む光を出射面２０Ｓに垂直な方向に反射することができる。
次に、図３（ｂ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法によって、サファイア基板７０上にｎ型バッファ層２３ａ、ｎ型半導体層２３ｂ、活性層２３ｃ及びｐ型半導体層２３ｄを順次形成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層２３ｄの全面にレジスト層８０を形成し、所定の形状に開口部を有するマスク（不図示）を介して紫外線を露光し、現像することでレジスト層８０の一部に開口部８０ａを形成する。この開口部８０ａ内には、ｐ型半導体層２３ｄの上面が露出されている。
その後、図４（ａ）に示すように、エッチングすることで、レジスト層８０の開口部８０ａ内のｐ型半導体層２３ｄと、活性層２３ｃと、ｎ型半導体層２３ｂの一部とが除去される。このようにして、ｎ型半導体層２３ｂの一部が露出された露出面を形成する。
次に、レジスト層８０を除去し、エッチングされずに残ったｐ型半導体層２３ｄを露出させる。そして、図４（ｂ）に示すように、ｐ型半導体層２３ｄの上面の略全面を開口部９０ａとするレジスト層９０をｐ型半導体層２３ｄ及びｎ型半導体層２３ｂの上に設け、その開口部９０ａ内、すなわちｐ型半導体層２３ｄの上面（略全面）にオーミック電極２２ａを形成する。その後、レジスト層９０を除去する。
次に、オーミック電極２２ａの上面及びｎ型半導体層２３ｂの露出面（上面）に開口部を有する保護膜（不図示）を形成する。保護膜は、ｐ側電極２２とｎ側電極２１とが短絡しないよう絶縁性であり、発光素子２０からの光を透過する透光性を有する膜である。このような保護膜を形成した後、図４（ｃ）に示すように、オーミック電極２２ａの上面にｐ側パッド電極２２ｂを形成すると同時に、ｎ型半導体層２３ｂの露出面にｎ側パッド電極（ｎ側電極２１）を形成する。オーミック電極２２ａとｐ側パッド電極２２ｂは、ｐ側電極２２を構成する。尚、ｎ側とｐ側のパッド電極の材料は、異なる工程で形成することもできる。また、保護膜は、上記の工程のほか、ｐ側、ｎ側のパッド電極を形成した後に設けてもよい。
次に、半導体層２３及びサファイア基板７０を個々の発光素子２０となるようにスクライブ等によって切断する。
以下、あらかじめ準備した発光素子を用いる場合も、共通して行われる工程について説明する。
次に、図５（ａ）に示すように、バンプＢ１を介してｎ側電極２１を基板１０のｎ側配線電極１２に接続するとともに、バンプＢ２を介してｐ側電極２２を基板１０のｐ側配線電極１３に接続する。尚、バンプＢ１，Ｂ２は、基板１０側に設けてもよく、発光素子２０側に設けてもよい。さらに、バンプＢ１，Ｂ２があらかじめ形成された発光素子２０を用いる場合は、バンプＢ１，Ｂ２を形成する工程を省略することもできる。
次に、図５（ｂ）に示すように、ポッティング、印刷、トランスファモールド、圧縮成形等によって、発光素子２０と基板１０の間（発光素子２０の下側）に樹脂部材３０を形成する。この際、ポッティングを用いて樹脂部材３０を形成する場合は、発光素子２０の側面からサファイア基板７０の側面にかけて這い上がるように、粘度や使用量を調整して樹脂部材３０を形成する。ただし、次工程のレーザ照射に影響がないよう、出射面２０Ｓ上には樹脂部材３０を形成しないことが好ましい。また、印刷、トランスファモールド、圧縮成形などで樹脂部材を設ける場合は、発光素子２０の上面を覆う程度にまで樹脂部材３０を設けてもよく、その後にブラストなどにより樹脂部材３０の一部を除去する。これにより、図５（ｂ）に示すような、基板１０の上面からサファイア基板７０の側面にかけて傾斜した形状の、換言すれば、上側にいくほど幅（厚み）が狭くなるような形状の樹脂部材３０を形成する。
次に、図５（ｃ）に示すように、サファイア基板７０を透過するレーザ光（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ）を、サファイア基板７０の上面側（半導体層２３が形成されている面の反対側）から照射して、サファイア基板７０と半導体層２３の界面（出射面２０Ｓ）で分解反応を生じさせることによって、サファイア基板７０を半導体層２３から分離させる。これによって、発光素子２０の出射面２０Ｓよりも高い位置に頂部３１を有する樹脂部材３０が形成される。
次に、図６（ａ）に示すように、発光素子２０の上面と樹脂部材３０の表面全体を覆うように絶縁層４０ａを形成する。このとき、基板１０の表面１０Ｓの一部にも絶縁層４０ａが形成されてもよい。また、マスクを設けるなどにより、絶縁層４０ａの形成領域を制限してもよい。
次に、図６（ｂ）に示すように、基板１０の表面１０Ｓと絶縁層４０ａの表面の全体を覆うように導電層４０ｂを形成する。
次に、図６（ｃ）に示すように、電着法又は静電塗装法によって、導電層４０ｂの表面の全体を覆うように蛍光体層５０を形成する。尚、導電層４０ｂとして、光を透過しにくい部材を用いる場合は、透明化（透光性化）処理が必要である。例えば、導電層４０ｂとしてアルミニウムを用いた場合、このままでは発光素子２０からの光を吸収してしまう。そのため、酸化処理を行って、アルミニウムを酸化アルミニウムに変質させる。
次に、図７に示すように、導電層４０ｂに対して絶縁化処理を施すことによって、絶縁層４０ａと絶縁化された導電層４０ｂによって構成される絶縁層４０が形成される。
次に、ポッティング法、圧縮成形法、射出成形法、或いは印刷法によって、モールド部材６０を形成する。この際、蛍光体層５０にモールド部材６０を含浸させてもよい。以上によって、図１に示す発光装置１００が完成する。
（作用及び効果）
本実施形態において、樹脂部材３０は、発光素子２０の下方及び側方を取り囲む。樹脂部材３０は、発光素子２０の出射面２０Ｓを底面とする凹部３２を有する。蛍光体層５０は、少なくとも発光素子２０の出射面２０Ｓと樹脂部材３０の頂部３１を含む外壁面３０Ｓと内壁面３０Ｔを覆っている。従って、出射面２０Ｓからの出射光と外壁面３０Ｓ反射光の色が同系色になり色むらが抑制される。
（他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。
半導体層２３は、ｎ型バッファ層２３ａと、ｎ型半導体層２３ｂと、活性層２３ｃと、ｐ型半導体層２３ｄと、を有することとしたが、これに限られるものではない。半導体層２３は、ｎ型バッファ層２３ａを有していなくてもよい。また、半導体層２３は、サファイア基板７０上にｐ型半導体層２３ｄ、活性層２３ｃ、ｎ型半導体層２３ｂの順で積層された逆導電型であってもよい。
発光装置１００は、発光素子２０を１つだけ備えることとしたが、複数の発光素子２０を備えていてもよい。この場合、樹脂部材３０は、各発光素子２０の出射面２０Ｓを底面とする複数の凹部３２を有し、蛍光体層５０は、各絶縁層４０と樹脂部材３０を覆っていればよい。
本発明に係る発光装置は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機などに使用することができる。
１０…基板
１１…基板本体
１２…ｎ側配線電極
１３…ｐ側配線電極
２０…発光素子
２０Ｓ…出射面
２１…ｎ側電極
２２…ｐ側電極
２３…半導体層
３０…樹脂部材
４０…絶縁層
５０…蛍光体層
６０…モールド部材
７０…サファイア基板
８０…レジスト層
１００…発光装置

Claims (3)

  1. 基板と、
    前記基板上に配置される発光素子と、
    前記発光素子の側方を取り囲み、前記発光素子のうち半導体層の出射面よりも高い位置に頂部を有する樹脂部材と、
    を有する発光装置であって、
    前記樹脂部材は、光反射部材を含み、
    前記半導体層の前記出射面と直接接触して前記出射面を覆うとともに、前記樹脂部材の前記頂部を含む外壁面及び内壁面を覆う絶縁層と、
    前記絶縁層の表面を覆う蛍光体層と、
    を備える発光装置。
  2. 前記絶縁層は、前記基板の表面の少なくとも一部を覆い、
    前記蛍光体層は、前記絶縁層の表面の全面を覆う、
    請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記樹脂部材は、前記基板から離れるほど薄く形成されている、
    請求項１又は２に記載の発光装置。
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