JP6278035B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置の製造方法に関する。
発光装置は、凹部を有する支持体の底面に発光素子が配置されるものがある。このような発光装置について、発光素子からの光を効率よく外部に取り出すため、例えば、特許文献１に開示される発光装置は、発光素子の光を反射させる光反射壁を発光素子の近くに形成している。この光反射壁は、例えば、光拡散材を含む光反射樹脂を発光素子の近くに配置して硬化させることにより形成される。
特開２０１４−８２４５３号公報
しかしながら、発光素子を配置した凹部の隅々まで光反射樹脂を作業性よく配置することが困難な場合がある。光反射樹脂が配置されていない部分が生じると、その部分で光を反射することができなくなり、発光素子からの光を効率よく発光装置の外部へ取り出すことができない。
そこで、本発明は、発光素子の周辺に光反射壁を容易に形成する方法を提供することを目的とする。
以上の目的を達成するために本発明の一形態に係る発光装置の製造方法は、凹部を有する支持体を準備する工程と、凹部の底面に発光素子を配置する工程と、凹部の底面に第一の光反射樹脂を配置する工程と、第一の光反射樹脂よりも粘度が高い第二の光反射樹脂を凹部に配置する工程と、第一の光反射樹脂および第二の光反射樹脂を硬化させて光反射側壁を形成する工程を含む。
本発明の一形態に係る発光装置の製造方法によれば、発光素子の周辺に光反射壁を容易に形成することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための上面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための上面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための上面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図である。
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、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置の製造方法を例示するものであって、本発明は発光装置の製造方法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、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。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、単なる説明例にすぎない。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誇張していることがある。
図１から３は、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための上面図である。図４は、本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図である。本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法は、図１から４に示されるように、凹部を有する支持体５の底面に発光素子３と、その周囲に光反射壁（図３の斜線部）が配置された発光装置の製造方法である。本製造方法は、図１に示されるように凹部を有する支持体５を準備する工程と、凹部の底面に発光素子３を配置する工程と、図２に示されるように凹部の底面に第一の光反射樹脂１を配置する工程と、図３に示されるように第一の光反射樹脂１よりも粘度が高い第二の光反射樹脂２を凹部に配置する工程と、第一の光反射樹脂１および第二の光反射樹脂２を硬化させて光反射側壁を形成する工程を含む。
本実施形態では、粘度が低い第一の光反射樹脂を用いることにより、凹部の底面の比較的広い領域を光反射性樹脂で覆うとともに、粘度が高い第２の光反射性樹脂を用いることにより凹部の底面から離れた高い位置にも光反射性樹脂を形成することができる。その結果、光取り出し効率が高い発光装置を得ることができる。以下、本形態の各構成について詳述する。
＜支持体準備工程＞
支持体５は、発光素子３を配置する凹部を有し、発光素子３に接続される配線電極６を備える。配線電極６の表面は、耐湿性や光反射率を考慮して金メッキや銀メッキを施すことができる。配線電極６の表面が金メッキの場合には、発光素子３からの光が金メッキに吸収されないようにするため、金メッキの表面が後述する二種類の光反射樹脂１、２で被覆されることが好ましい。
支持体５として、樹脂パッケージや、セラミックスパッケージを利用することができる。支持体５がセラミックスパッケージの場合には、セラミックスの光透過率が比較的高いことから、本形態の光反射樹脂により凹部内が被覆されていることが好ましい。これにより、発光装置の発光面以外の支持体外側面から光が漏れることを抑制することができる。
凹部は、その開口方向から見て、開口の概形が長方形や正方形であり、その長方形や正方形の角に曲線を含んでいてもよい。あるいは、開口の概形が楕円でもよい。ここで、開口の概形が長方形の場合は、図１に示されるように、凹部の底面の略中央に配置された発光素子３と凹部の側面との距離が異なる二対の領域を有する。すなわち、凹部の側面は、発光素子３を挟んで向かい合う２つの第一の領域５１と、それらと異なる方向から上記発光素子３を挟んで向かい合う２つの第二の領域５２とから構成されており、第一の領域５１と発光素子３との距離が第二の領域５２と発光素子３との距離よりも小さい。ここで、発光素子３と凹部の各領域との距離は、発光素子３の側面と凹部の各領域との最短距離を言うものとする。
＜発光素子等配置工程＞
支持体５の凹部の底面に発光素子３を配置する。支持体５に配置する発光素子３としては、半導体を材料とする半導体発光素子を用いることができる。また、図５に示される封止部材８に蛍光体を含む場合は、その蛍光体を効率良く励起できる短波長の発光が可能な窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることが好ましい。ただし、発光素子３の半導体の組成や発光色は上記に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。また、発光素子３は、可視光領域の光だけではなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子で構成することもできる。
発光素子３以外の半導体素子４としては、ツェナーダイオードのような保護素子や、発光素子３を制御するためのトランジスタ等を挙げることができる。これらの半導体素子４は、発光素子３の発光特性に悪影響を与えないように、発光素子３からある程度離れた凹部の底面に配置される。図１に示されるように、凹部の隅に半導体素子４を配置すると、光反射性樹脂を吐出するノズルが半導体素子４の近くまで届きにくいことがある。しかし、そのような場合であっても比較的粘度が低く、流動性が高い後述の第一の光反射樹脂１であれば、半導体素子４を被覆し易い。また、発光素子３以外の半導体素子４を光反射樹脂で被覆することにより、発光装置の発光特性に悪影響を与えないようにすることができる。
発光素子配置工程は、発光素子３や半導体素子４の電極を、支持体５の配線電極６へワイヤ７で接続するためのワイヤボンディング工程を含むことができる。ワイヤ７の材料として、金、銀、銅またはアルミニウム等の金属材料から選択することができる。なお、発光素子や半導体素子の電極を配線電極に、例えば、それらの金属材料を含む導電性材料を使って接続する場合は、ワイヤは必須ではない。
ワイヤ７の材料が、例えば、金のように発光素子３からの光の一部を吸収する材料を含む場合には、これらの部材の少なくとも一部が後述する光反射樹脂で覆われていることが好ましい。これにより、光反射樹脂で光を反射させることができるので、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。また、ワイヤ７の一部は、比較的粘度が低く、流動性が高い後述の第一の光反射樹脂１で被覆するほうが作業し易い。
＜光反射壁形成工程＞
光反射壁形成工程は、発光素子等配置工程の後、図２に示されるように粘度が比較的低い第一の光反射樹脂１を発光素子３の周囲に配置する工程と、図３に示されるように粘度が第一の光反射樹脂１よりも高い第二の光反射樹脂２を発光素子３の周囲に配置する工程とから構成される。以下、それぞれの工程について説明する。
後述する第二の光反射樹脂２は、粘度が高く調整されているため、流動性が低く、光反射樹脂を配置し難い部分が凹部内に生じる場合がある。このような部分として、例えば、支持体の凹部の側面と底面とで形成される隅や、発光素子と凹部の側面との距離が比較的小さい部分が挙げられる。このような場合であっても、比較的粘度が低い光反射樹脂をノズルから吐出させ、その後で光反射性樹脂の流動性を利用して光反射性樹脂を広げることで、広い領域に光反射性樹脂を配置することができる。第一の光反射樹脂の粘度は、例えば、凹部の底面に配置させた場所から、凹部の底面および側面により形成される隅を伝って流動し、この隅を覆いながら発光素子を包囲する状態にまで広がるように調整することができる。この第一の光反射樹脂１は、図１に示されるように比較的スペースが広く光反射樹脂を配置させ易い場所である第二の領域５２と発光素子３との間に第一の光反射樹脂１をノズルからの吐出により供給した後、その光反射樹脂の表面張力による流動性を利用して、比較的スペースが狭く光反射樹脂を配置させ難い第一の領域５１と発光素子３との間に第一の光反射樹脂５１を延在させることもできる。
第一の光反射樹脂１の粘度は、流動して発光素子３に這い上がったりせず、発光素子３の側面と適切な間隔をとるような粘度に適切に調整しておくことが好ましい。第一の光反射樹脂１の粘度は、例えば、１Ｐａ・ｓ以上２０Ｐａ・ｓ以下とすることができる。発光素子３の発光面に光反射樹脂が這い上がらないようにすることで、発光素子３を光反射樹脂が覆うことによる光取り出しの低下を抑制することができる。
光反射樹脂を凹部内にできるだけ広く配置させるため、第一の光反射樹脂１が流動しやすいように粘度を比較的低くしたい一方で、低くし過ぎると流動性が大きくなり発光素子３に接触してしまう。そのため、第一の光反射樹脂１は、凹部内への広がりがある程度制限される場合がある。発光素子３の周囲に第二の光反射樹脂２を配置させる工程は、上記の第一の光反射樹脂１を配置しきれなかった個所へ第二の光反射樹脂２を配置する工程である。また、この工程は、発光素子３の周囲に光反射壁を形成させるため、ある程度粘度を高くした光反射樹脂を配置する工程でもある。この光反射壁は、発光素子３からの光を反射させて発光装置の外部に取り出せるような形状に形成させる必要がある。そのような形状を樹脂の硬化前から維持できるように、第二の光反射樹脂２の粘度は、樹脂の流動によって形が崩れないように、ある程度高くしておく必要がある。
第二の光反射樹脂２の粘度は、例えば、２０Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下であり、好ましくは、３０Ｐａ・ｓ以上６０Ｐａ・ｓとすることができる。第二の光反射樹脂２による形状は、発光素子３の光を反射して発光装置の外部に取り出すのに適した形状であれば限定されない。光反射壁の形状は、例えば、図４に示されるように、支持体５の凹部内に露出する面が外側に凸の曲面（図４（ｂ））、同じく凹の曲面（図４（ｃ））または平坦な傾斜面（図４（ａ））とすることができる。第二の光反射樹脂２を硬化させて発光素子３よりも高い光反射壁を形成することが好ましい。これにより発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。また、第二の光反射性樹脂２は、第二の光反射樹脂２を凹部に配置した後、それに型を当てることで成型することもできる。
第一の光反射樹脂１と第二の光反射樹脂２を配置させる工程の順序は、作業性を考慮して適宜選択することができる。また、第一の光反射樹脂１と第二の光反射樹脂２の硬化は、同時に行うこともできるし、別々に行うこともできる。発光素子３の発光面を流動性の高い低粘度の光反射樹脂が覆わないように、第一の光反射樹脂１を先に配置して仮硬化させた後、第二の光反射樹脂２を配置して、その第二の光反射樹脂２を硬化させることが好ましい。
光反射樹脂の配置は、第一または第二の光反射樹脂１、２が充填された樹脂吐出装置の先端のノズルから液体樹脂を支持体５の凹部の底面に向かって吐出することで行うことができる。例えば、固定された支持体５に対して上下方向あるいは水平方向などに可動な樹脂吐出装置を用いて行うことができる。あるいは、固定された樹脂吐出装置に対して上下方向あるいは水平方向などに支持体を移動させ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の先端のノズルから液体樹脂を吐出しながら支持体５と樹脂吐出装置を相対的に移動させることで、配置する場所を変えながら発光素子３の周囲に光反射樹脂を配置することができる。樹脂吐出装置からの吐出を断続的または連続的に行うことで、光反射樹脂を凹部内に複数点状に配置させたり、線状に配置させたりすることもできる。同じ樹脂吐出装置を使って第一の光反射樹脂１と第二の光反射樹脂２を入れ替えることにより、あるいは、第一の光反射樹脂１と第二の光反射樹脂２それぞれについて、異なる樹脂吐出装置を使用することにより、第一の光反射樹脂と第二の光反射樹脂それぞれ凹部に配置することができる。
光反射樹脂により形成される光反射壁は、粘度を調整するためのフィラーや光を反射させるための光拡散材を含み、発光素子３の周囲に配置されることで、発光素子３の光を発光装置の外部に反射させる。この光反射壁は、光反射樹脂を材料としており、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。また、光反射樹脂は、これらの樹脂に、粘度の調整を主な目的としたフィラーや、光拡散材を含む。フィラーや光拡散材の材料として、例えば、ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＭｇＯを挙げることができる。また、これらのフィラーや光拡散材の粒径や樹脂に対する濃度を調整することにより、また樹脂そのものの材料の特性により、光反射樹脂全体の粘度を調整することができる。フィラーの粒径として、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることができ、樹脂に対する含有濃度は、３重量％以上８重量％以下とすることができる。また、光拡散材の粒径として、１６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下とすることができ、樹脂に対する含有濃度は、３０重量％以上６０重量％以下とすることができる。
＜封止部材形成工程＞
封止部材形成工程は、図４に示されるように支持体５の凹部内にて、発光素子３と、ワイヤ７を覆うように封止部材８を形成する工程である。すなわち、封止部材８は、発光素子３およびワイヤ７を覆うように凹部に樹脂を注入し、その後硬化させることで形成される。
封止部材８は、凹部に配置された発光素子３およびワイヤ７を、塵芥、水分、外力等から保護するための部材であり、必要に応じて省略することもできる。封止部材８は、支持体５の凹部において、発光素子３、ワイヤ７および光反射壁の上に封止部材８の材料を充填することで形成される。
封止部材８の材料としては、光の透過率が高いものが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ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、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー等を含有させることもできる。
封止部材８は、発光素子３からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光体を含有することもできる。蛍光体の具体的な材料としては、例えば、ＹＡＧ系蛍光体や、Ｅｕ，Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される、窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体を用いることができる。
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
図１から３は、本実施例に係る発光装置の製造方法における各工程を順番に説明するための上面図である。図４（ｂ）は、本実施例に係る発光装置の断面図である。図３および図４（ｂ）に示されるように、本実施例にかかる発光装置は、凹部を有する支持体５と、凹部の底面に配置された発光素子３と、その発光素子３の隣に配置されたツェナーダイオード４と、発光素子３の周囲に形成された光反射壁（図３の斜線部）と、それらの部材の上に形成された封止部材８とを備える。
支持体５は、アルミナを主な材料としており、凹部を形成するように種々の形状を含むセラミックスシートを積層させ、焼成することにより形成される。凹部の底面には上面に金メッキが施された配線電極６が設けられている。配線電極６は、凹部の底面にて発光素子３およびツェナーダイオード４の電極とワイヤ７にて接続されており、支持体の下面にも延長され、外部の電極と接続可能となっている。このように本実施例の発光装置は、発光素子３の光を吸収または透過し易い材料を含む部材から構成されており、このような構成の発光装置に反射率が高い光反射壁を形成することにより、光の吸収または透過を抑制して、光取り出し効率が高い発光装置とすることができる。
発光素子３は、発光ピーク波長が、約４５０ｎｍの窒化物系半導体発光素子である。封止部材８は、ＹＡＧ系蛍光体を含むシリコーン樹脂によって形成されており、ＹＡＧ系蛍光体は、発光素子３からの光を受けて発光し、発光装置は、発光素子３の光とＹＡＧ系蛍光体の混色光を発光することができる。以下、本実施例の発光装置の製造方法について詳細に説明する。
支持体の凹部の底面に発光素子をＡｕＳｎ共晶ペーストにて接着する。図１から３に示されるように、本実施例の支持体５に形成された凹部は、開口方向から見て、その開口および底面の概形は、縦が約１．３５ｍｍであり、横が約２．５ｍｍの長方形である。外形が６５０μｍ×６５０μｍの正方形であり、厚さが１５０μｍの発光素子を、その各辺が上記長方形の各辺と平行となるように凹部の略中央に配置したとき、凹部の側面は、発光素子３を挟んで向かい合う２つの第一の領域５１と、それらと９０°異なる方向から発光素子を挟んで向かい合う２つの第二の領域５２を含む。ここで、第一の領域５１と発光素子３の側面との距離は、約０．３５ｍｍであり、第二の領域５２と発光素子３との距離、約０．９２ｍｍよりも約０．５７ｍｍ小さい。
図１に示されるように、発光素子３の隣にツェナーダイオード４を配置した後、発光素子３の電極とツェナーダイオード４の電極をそれぞれ金ワイヤ７で、配線電極６に接続した。
シリコーン樹脂（粘度：４．５Ｐａ・ｓ）にシリコーン樹脂に対する含有濃度が３０重量％の二酸化チタン（粒径：２５０ｎｍ）を含み、粘度が６．０Ｐａ・ｓとなるように調整された第一の光反射樹脂１を作製した。
この第一の光反射樹脂１を、発光素子３と凹部の第二の領域５２の間に形成された二か所のスペース（第二の領域５２から約４００ｎｍ離れた位置を中心）に、樹脂吐出装置を使って二回に分けて点状に配置した。この第一の光反射樹脂１は、流動性が高く、その表面張力の影響により、その一部が発光素子３と第二の領域５２との間に形成されたスペースから、発光素子３と第一の領域５１との間に形成されたスペースに向かって、凹部の隅を伝って、発光素子３の側面から距離を取りながら、発光素子３を包囲する状態にまで広がった。また、ツェナーダイオード４とワイヤの一部もこの第一の光反射樹脂１により被覆した。第一の光反射樹脂１は、配置させた後、時間を経るほど広がるので、暫く放置して所定の位置に広がった時点を見計らって仮硬化させた。図２は、第一の光反射樹脂１を配置した後の状態を示す上面図である。
フィラーとして粒径が１２ｎｍの二酸化ケイ素をシリコーン樹脂に対して５重量％を含む以外は、上記第一の光反射樹脂１と同様にして、粘度が３０Ｐａ・ｓとなるように調整された第二の光反射樹脂２を作製した。
この第二の光反射樹脂２を、発光素子３と凹部の側面の第二の領域５２の間に形成された二か所のスペース（第二の領域から約５００ｎｍ離れた位置を中心）に、樹脂吐出装置を使って、上記第一の光反射樹脂１の一部とツェナーダイオード４を覆うように二回に分けて点状に配置した。この第二の光反射樹脂２は、第一の光反射樹脂１よりも凹部の底面及び側面に対する液状の樹脂の濡れ性は低く、接触角が比較的小さい。このため、第二の光反射樹脂２を配置した後、その第一の領域５１に平行な方向における断面が、凹部の開口方向に向かって凸となる形状を維持した。このように第二の光反射樹脂を配置させた後、仮硬化させた。図３は、第二の光反射樹脂２を配置した後の状態を示す上面図である。また、図４（ｂ）は、その断面図である。
封止部材８の材料として、シリコーン樹脂とＹＡＧ系蛍光体を混合した材料を用意し、その材料を支持体５の凹部内に、発光素子３、第一の光反射樹脂１および第二の光反射樹脂２を被覆するように充填させた。
第一の光反射樹脂１、第二の光反射樹脂２および封止部材８の樹脂を硬化させることにより、第一の領域５１と発光素子３の間と、第二の領域５２と発光素子３の間に、それぞれ光反射壁と、それらの上に封止部材８を形成した。第一の光反射樹脂１および第二の光反射樹脂２による光反射壁は、その上端が支持体上面にまで達しており、その凹部底面からの高さは約４００μｍであった。また、発光素子の凹部底面からの高さは約１５０μｍであった。また、第一の光反射樹脂１および第二の光反射樹脂２により形成された光反射壁の内側の縁は、小さいところで発光素子の側面から約０．１５ｍｍだけ離間されており、光反射樹脂が発光素子の発光面を被覆することはなかった。また、第二の光反射樹脂を硬化させることにより形成された光反射壁は、その表面、すなわち、凹部内に露出する面が外側に凸の曲面であった。
このようにして形成させた発光装置は、光反射壁を有しない他は本実施例と同様に構成した発光装置と比較して光束が約２４％向上した。また、第二の光反射樹脂による光反射壁を有さず、第一の光反射壁による光反射壁のみを形成した他は本実施例と同様に構成した発光装置と比較して、光束が約７％向上した。
本発明は、光取り出し効率が高い発光装置を得る製造方法として、好適に利用することができる。
１・・・第一の光反射樹脂、２・・・第二の光反射樹脂、３・・・発光素子、４・・・半導体素子、５・・・支持体、６・・・配線電極、７・・・ワイヤ、８・・・封止部材、５１・・・第一の領域、５２・・・第二の領域。

Claims (11)

  1. 凹部を有する支持体を準備する工程と、
    前記凹部の底面に発光素子を配置する工程と、
    前記凹部の底面に第一の光反射樹脂を配置する工程と、
    前記第一の光反射樹脂よりも粘度が高い第二の光反射樹脂を前記凹部に配置する工程と、
    前記第一の光反射樹脂および前記第二の光反射樹脂を硬化させて光反射側壁を形成する工程を含む発光装置の製造方法。
  2. 前記凹部の側面は、前記発光素子を挟んで向かい合う２つの第一の領域と、それらと異なる方向から前記発光素子を挟んで向かい合う２つの第二の領域とから構成されており、
    前記第一の領域と前記発光素子との距離が前記第二の領域と前記発光素子との距離よりも小さく、
    前記第一の領域と前記発光素子との間に前記第一の光反射樹脂を配置し、
    前記第二の領域と前記発光素子との間に前記第二の光反射樹脂を配置する請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記第一の光反射樹脂を前記第二の領域と前記発光素子との間に供給した後、前記第一の領域と前記発光素子との間に延在させる請求項２に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記第一の光反射樹脂および前記第二の光反射樹脂を前記発光素子から間隔を空けて配置する請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記凹部の底面に、前記発光素子とは異なる半導体素子を配置した後、前記第一の光反射樹脂により前記半導体素子を被覆する請求項１から４のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記支持体は、前記凹部の底面に金メッキを有する配線電極を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
  7. 前記発光素子の電極を前記配線電極とワイヤで接続した後、
    前記ワイヤの少なくとも一部を前記第一の光反射樹脂で被覆する請求項６に記載の発光装置の製造方法。
  8. 前記第二の光反射樹脂を硬化させて前記発光素子よりも高い光反射壁を形成する請求項１から７のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
  9. 前記第一の光反射樹脂および前記第二の光反射樹脂は、光拡散材を含む請求項１から８のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
  10. 前記第二の光反射樹脂は、前記第一の光反射樹脂よりもフィラーの含有濃度が高い請求項１から９のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
  11. 前記支持体は、セラミックスパッケージである請求項１から１０のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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