JP6299176B2 - 発光装置およびその製造方法ならびにこの発光装置を備える照明装置 - Google Patents

発光装置およびその製造方法ならびにこの発光装置を備える照明装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体発光素子が搭載された発光装置に関する。
発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)等の半導体発光素子は、小型で電力効率がよく鮮やかな色に発光し、また半導体素子であるため球切れ等の心配がなく、さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、半導体発光素子(以下、発光素子と記す)を光源として搭載した発光装置は、照明器具等の一般的民生用光源として、その用途に対応した構造のものが利用されている。具体的には、大画面テレビやパーソナルコンピュータ(PC)、そして携帯電話等の液晶ディスプレイ(LCD)のバックライト(エッジライト方式)の光源としては、導光板の板面に水平な方向に光を出射するように、例えば側方発光(サイドビュー)型の発光装置が用いられる。
このような発光装置として、例えば配線基板に搭載したLEDを透光性の樹脂材料で封止し、その上から、光の出射する側を空けて白色樹脂等の光を反射する絶縁材料で被覆して製造され、これにより、LEDから放射した光を反射させて一側面から光を集中して出射するものがある。また、白色光を得るために、通常、光源として青色LEDを適用し、黄色発光の、または赤色発光と緑色発光の蛍光体で光の波長を変換する。蛍光体は、透光性の樹脂材料に添加されて、LEDを封止したり、またはLEDを透明な樹脂材料で封止した上から被覆したり、あるいは封止樹脂と白色樹脂との間に反射層として設けられる(例えば特許文献1〜5)。
特開2001−196640号公報 特開2010−225755号公報 特開2007−324460号公報 特開2006−339651号公報 特開2004−087973号公報
バックライト等の照明装置の省電力化や小型化のためには、光源である発光装置の発光効率を高くして搭載個数を減らすことが好ましい。しかし、蛍光体でLEDの発光した光を波長変換すると、その際に、ある程度の光が蛍光体に吸収されたり散乱させられて減衰する。そのため、特許文献1〜5に記載された発光装置のように、LEDから全方位に発光する光を蛍光体に入射して波長変換すると、外部へ取り出される光がLEDの発光する光量に対して相当量低下することになる。
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、波長変換された光(波長変換光)を得ながら発光効率の高い発光装置、その製造方法、そして前記発光装置を備える照明装置を提供することが課題である。
本発明に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子が発光した光を波長変換する波長変換部材と、前記発光素子が発光した光を反射する反射部材とを備え、前記発光素子の下面と異なる一の面を出射面とする。前記発光装置は、前記波長変換部材が、前記発光素子の下面と異なりかつ前記出射面と異なる1以上の面を被覆し、前記反射部材が、前記発光素子の下面と異なりかつ前記出射面と異なるすべての面のそれぞれを、前記波長変換部材を介在してまたは介在せずに被覆していることを特徴とする。
このように、発光装置は、発光素子から当該発光装置外部へ光が取り出される側を避けて波長変換部材を設けることで、波長変換部材による光の減衰を抑えて光を効率よく取り出すことができる。
本発明に係る発光装置製造方法は、発光素子の下面と異なる一の面を出射面とする発光装置を製造するものである。本発明に係る発光装置製造方法は、基板上に前記発光素子を固定する発光素子載置工程と、蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で前記発光素子の少なくとも前記出射面と異なる1面を被覆して、波長変換部材を形成する波長変換部材形成工程と、前記波長変換部材および前記発光素子の前記波長変換部材が被覆していない面を光を反射させる樹脂材料で被覆する反射部材形成工程と、前記すべての樹脂材料の前記発光素子の前記出射面を被覆する部分を除去する出射面形成工程と、を行うことを特徴とする。
このような手順によれば、後から発光素子の出射面を露出させるため、基板に載置した発光素子の全体を樹脂材料で被覆すればよく、容易に発光装置を製造することができる。
本発明に係る別の発光装置製造方法は、基板上に発光素子を固定する発光素子載置工程と、前記発光素子の前記出射面と異なる1以上の面を蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換部材を形成する波長変換部材形成工程と、前記波長変換部材および前記発光素子の前記出射面と異なりかつ前記波長変換部材が被覆していない面を光を反射させる樹脂材料で被覆する反射部材形成工程と、を行うことを特徴とする。
このような手順によれば、発光素子を、出射面を避けて蛍光体を添加した樹脂材料を被覆するので、後から出射面を露出させるために樹脂材料を除去する必要がなく、出射面に露出させる発光素子へのダメージが軽減または回避される。
本発明に係るさらに別の発光装置製造方法は、発光素子の一の側面を出射面とする発光装置を製造するものである。本発明に係る発光装置製造方法は、基板上に発光素子を固定する発光素子載置工程と、蛍光体を添加していない透光性の樹脂材料で前記発光素子の出射面を被覆する透光性部材形成工程と、前記発光素子の前記出射面と異なる1以上の面を蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換部材を形成する波長変換部材形成工程と、前記波長変換部材および前記発光素子の前記出射面と異なりかつ前記波長変換部材が被覆していない面を光を反射させる樹脂材料で被覆する反射部材形成工程と、を行うことを特徴とする。
このような手順によれば、波長変換部材を形成する前に蛍光体を添加していない透光性部材で発光素子の出射面が被覆されるので、発光素子がその出射面を波長変換部材で被覆されることが避けられ、かつ透光性部材で保護されることで劣化し難く、耐久性に優れる発光装置を製造することができる。
本発明に係る照明装置は、前記の本発明に係る発光装置を1以上と、前記発光装置から出射した光を導光する導光体とを備える。
このように、照明装置は、発光効率が高い発光装置を搭載するので、搭載個数が少なくても十分な光を放出することができる。
本発明に係る発光装置によれば、発光素子の発光した光を波長変換しつつ高効率で取り出すことができる。本発明に係る発光装置製造方法によれば、前記の発光装置を容易に製造することができる。本発明に係る照明装置によれば、発光装置の搭載個数を抑えることができるので、省電力化、小型化を図ることができる。
本発明に係る照明装置の外観図である。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の外観図であり、(a)は側面断面図であって(b)のB−B線矢視断面図、(b)は水平断面図であって(a)のA−A線矢視断面図である。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する模式図であり、(a)は実装工程における平面図、(b)および(c)は波長変換層形成工程における平面図とその側面図である。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する模式図であり、(a)は反射部材形成工程における平面図、(b)は(a)のC−C線矢視断面図、(c)および(d)は出射面形成工程における正面図と断面図である。 本発明の第1実施形態の変形例に係る発光装置の側面断面図である。 本発明の第1実施形態の変形例に係る発光装置の製造方法を説明する模式図であり、(a)は波長変換層形成工程における平面図、(b)は反射部材形成工程における側面断面図であって(a)のD−D線矢視断面図に相当する。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の別の製造方法を説明する模式図であり、(a)は波長変換層形成工程における平面図、(b)は反射部材形成工程における平面図、(c)は(b)のE−E線矢視断面図である。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の外観図であって、図2(b)のB−B線矢視断面図に相当する側面断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の側面断面図である。 本発明の第4実施形態に係る発光装置の外観図であり、(a)は側面断面図であって(c)のG−G線矢視断面図、(b)は部分側面図、(c)は水平断面図であって(a)のF−F線矢視断面図である。 本発明の第4実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の第4実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する模式図であり、(a)および(b)は透明樹脂層形成工程における平面図とその側面図である。 本発明の第4実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する模式図であり、(a)および(b)は波長変換層形成工程における平面図とその側面図、(c)は反射部材形成工程における側面断面図であって(a)のH−H線矢視断面図に相当する。 本発明の第5実施形態に係る発光装置の外観図であり、(a)は平面図、(b)は側面断面図であって(a)のI−I線矢視断面図である。 本発明の第5実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する模式図であり、(a)は波長変換層形成工程における平面図であり、(b)および(c)は反射部材形成工程および出射面形成工程における側面断面図であって、(a)のJ−J線矢視断面図に相当する。 本発明の第5実施形態の変形例に係る発光装置の側面断面図であって、図15(a)のI−I線矢視断面図である。 本発明の第5実施形態の変形例に係る発光装置の側面断面図である。 図18に示す本発明の第5実施形態の変形例に係る発光装置の製造方法を説明する模式図であり、(a)および(b)は反射部材形成工程における平面図とそのK−K線矢視断面図であり、(c)および(d)は波長変換層形成工程および出射面形成工程における側面断面図であって、(a)のK−K線矢視断面図に相当する。 本発明の第6実施形態に係る発光装置の外観図であり、(a)は側面断面図であって(b)のL−L線矢視断面図、(b)は底面図である。
本発明に係る発光装置は、例えば液晶ディスプレイ等のエッジライト方式のバックライトの光源に用いられ、出射した光を導光体の端面から進入させて内部で導光させ、導光体の光放出面から放出させる。詳しくは、図1に示すように、発光装置10は、導光板(導光体)103の上面を光放出面とするバックライトユニットである照明装置100の光源として、正面(光の出射面)を導光板103の一側面(端面)に対向させて、一定間隔で複数個(図1では8個)が並べられて設けられる。以下、本発明の実施形態に係る発光装置について、図面を参照して説明する。また、適宜、図面に記載したx,y,z(図1ではX,Y,Z)で方向を表す。
本願発明者らは、このような照明装置100において、導光板103の縁に沿って設けられた発光装置10から出射した光が、導光板103の内部で拡散することにより面内で均一な輝度に調整されて放出されることから、同時に色度も均一化され、発光装置10から直接に出射する光に色ムラがあっても軽減、さらに解消され得ることに着目した。このことから、本願発明者らは、発光装置10において、主たる光の出射側となるLED(発光素子)の正面側を避けて蛍光体を配置することで、波長変換光を得ながらも、高い光の取出し効率が得られることに想到した。以下、本発明に係る発光装置、およびこの発光装置を備える照明装置を実現する実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
図2に示すように、本発明の第1実施形態に係る発光装置10は、平板状の配線基板(基板)1の上に、発光素子5を載置し、その上から、当該発光素子5の図における右側の一側面(xz面、正面)を除いて、波長変換層(波長変換部材)7、反射部材4で順に被覆してなる。言い換えると、発光装置10は、正面が開口して発光素子5を収容する筐体を、配線基板1と反射部材4とで形成して、発光素子5の周囲の隙間を波長変換層7で充填してなる。さらに発光装置10は、正面に、光を透過する透明樹脂層(透光性部材)8を被覆して備える。また、発光装置10は、x方向に略対称(左右対称)な構造である。なお、本明細書において、平面(上面)は、別途記載ない限り発光素子の膜面に平行な面を指し、図面におけるxy面をいう。また、波長変換層7および透明樹脂層8は、図面において透明として、輪郭線のみを示す。なお、本明細書において、単に「被覆する」とは、対象に接している状態を指す。また、他の部材を「介在して被覆する」とは、対象を被覆する(対象に接している)前記他の部材に接している状態を指す。
発光装置10は正面(図2における右、y方向)へ光を出射する側方発光型の発光装置である。詳しくは、図2に白抜き矢印で表すように、発光素子5から全方位に放射した光の内、正面へ出射した光は透明樹脂層8のみを透過して外部へ取り出され、それ以外の光は波長変換層7に進入して反射部材4で反射することで正面から出射する。したがって、発光装置10は、発光素子5が発光したそのままの光と波長変換層7で波長変換された光(波長変換光)との色調が異なる光を出射する。本明細書では、一例として、発光素子5は青色光Lbを発光し、波長変換層7が黄色光Lyに波長変換するものとして説明する。以下、発光装置10を構成する要素について、詳細に説明する。
(発光素子)
発光素子5は、発光装置10における光源であり、一般的な半導体等から構成される半導体発光素子を適用できる。また、発光素子5は、波長変換層7で被覆された側と被覆されていない側とに光を出射するように、光を全方位に放射できる発光ダイオード(LED)が好ましい。さらに、発光素子5が発光した光Lbとその波長変換光Lyとの混色光を効率よく得るために、発光素子5は、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で表される窒化物系半導体を適用した、青色の光(波長430nm〜490nm)を発光するものが好ましい。
本実施形態に係る発光装置10に搭載される発光素子5は、フリップチップ(フェイスダウン)実装対応のものが適用される。すなわち、図2(a)に示すように、発光素子5は、パッド電極6が設けられた面を下面にして配線基板1上に載置され、配線基板1の上面のインナーリード31(3a,3c)に、はんだ等の導電性の接合部材9で電気的に接続する。発光装置10は、このような発光素子5を適用することで、例えばフェイスアップ実装対応のようにボンディングワイヤを備えなくてよい。したがって、波長変換層7が薄く形成されてもよく、発光装置10を小型化し易く、さらに後記の製造方法にて説明するように、波長変換層7を金型で所望の形状に成型し易い。
このような発光素子5は、例えば次のように製造される。まず、光を透過するサファイア基板等の成長基板(ウェハ)上に、n型半導体層、活性層、p型半導体層を順番に成長させて積層する(図示省略)。次に、p型、n型の各半導体層上に、p側パッド電極6p、n側パッド電極6n(図4(a)参照、まとめてパッド電極6と称する)を金属電極材料で形成し、パッド電極6の開口部を空けてSi酸化物等からなる保護膜(図示省略)を被覆する。さらに必要に応じて裏面から研削して成長基板を薄肉化し、1チップに分割、個片化して発光素子5が完成する。そして、本実施形態に係る発光装置10において、発光素子5は、製造時の積層順とは上下を逆に、成長基板の側を上に向けて載置される(フェイスダウン実装)。また、発光素子5は、図4(a)に底面視(製造時における平面視)で示すように、n型半導体層へ電流が面内均一に供給されるように、2個のn側パッド電極6n,6nがそれぞれの開口部から延伸された2本の枝部を形成され、その平面(底面)視形状に合わせて、p型半導体層および活性層が除去されている。また、発光素子5において活性層から下方(パッド電極6p,6n側)へ出射した光を多く反射させるように、特に面積の広いp側パッド電極6pは、導電性酸化膜(透光性電極)を介してp型半導体層に接続し、導電性酸化膜との間に、導通を得るための多数の貫通孔を形成された、光を反射させる誘電体の多層膜を設けてもよい(図示せず)。なお、成長基板は、発光素子5を配線基板1に接合する前または接合した後に、発光素子5から剥離することもできる。
本実施形態に係る発光装置10に搭載される発光素子5は、図2(b)に示すように、平面視略正方形であるが、これに限られず、例えばx方向に長い長方形であってもよい。本実施形態において、発光素子5は、側面(端面)であるxz面の一方の面が発光装置10における光の出射面であるため、平面視のアスペクト比を高くすることで、発光装置10の光の取出し効率(発光効率)が高くなる。また、発光素子5の出射面から出射する光は、直接に発光装置10の外へ出射するため、アスペクト比を高くして出射面を相対的に広くすることで、発光装置10は青色光Lbを多く出射することができる。なお、発光装置10の出射光全体の色調は、後記の波長変換層7の仕様(厚さ、蛍光体の含有量等)によっても変化する。また、発光素子5は、n側パッド電極6nが設けられた領域には活性層がなく、またn側パッド電極6nで遮光されるので、発光装置10の発光効率をより高くするために、正面(出射面)には、n側パッド電極6n,6nが配置されている辺の側を避けて載置されることが好ましい。
(配線基板)
配線基板1は、発光装置10の底部として発光素子5を載置する支持体であり、また、発光装置10の製造時においても、反射部材4等を形成するための支持体である。また、配線基板1は、発光装置10の外部から発光素子5の駆動電流を供給する回路となる配線を備える。図2に示すように、配線基板1は、矩形平板状に形成された基板2と、その表面(両面)に形成された一対のリード電極3a,3cとを備える。また、本実施形態においては、配線基板1は、正面側(図2における右側)の端を合わせて発光素子5を載置する。これは後記の製造方法にて説明するように、配線基板1は、波長変換層7等と共に発光素子5の正面に合わせて研削されることによる。
基板2は、配線基板1を支持体とするべくある程度の強度を有する絶縁性材料で形成されたものが好ましく、また、発光素子5の発光した光や外光の透過し難い光透過率の低い材料で形成されたものが好ましい。具体的には、セラミックス(Al23,AlN等)、またはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン(bismaleimide triazine resin)、ポリフタルアミド(PPA)等の樹脂が挙げられる。これらの材料は、公知の方法で平板状に形成される。なお、基板2の形状および大きさは限定されず、製品としてユーザに提供する発光装置の形態や用途に応じて、適宜設計される。
正のリード電極3aおよび負のリード電極3c(適宜、まとめて配線層3と称する)は、基板2の上面において発光素子5のパッド電極6p,6nと接合し、基板2の下面(裏面)で発光装置10の外部からの電源に接続する端子となる。そのため、リード電極3a,3cは、それぞれ基板2の上面のインナーリード31と下面のアウターリード32とが、基板2の凹ませた端面で連続するように形成されている(図5(c)のリード電極3a参照)。あるいは、基板2が貫通孔を形成されて、インナーリード31とアウターリード32とが、この貫通孔の内周面を介して連続するように形成されていてもよい。インナーリード31は、図4(a)に示すように、発光素子5のパッド電極6p,6nと十分な面積で接合するようにこれらに合わせた形状を有し、特に広い面積で接合することで、発光素子5の熱をアウターリード32から発光装置10の外部へ放熱し易くなって好ましい。一方、アウターリード32は、発光装置10を搭載する照明装置100の配線基板102(図1参照)の電源端子に合わせた形状を有し、また前記の通り、放熱性をよくするために広い面積で形成されることが好ましい。本実施形態において、アウターリード32は、図2(a)に示すように、基板2の裏面においてy方向にリード電極3a,3cが並べて設けられる。
配線層3は、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、タングステン、クロム、チタン等の金属材料を適用することができ、熱伝導性や加工性の点から銅が特に好ましい。配線層3は、めっきや蒸着等の公知の方法で基板2の表面に成膜して、エッチング等でパターン形成することができる。配線層3の膜厚は特に規定されず、リード電極としての抵抗、発光装置10に搭載される発光素子5の駆動電圧および駆動電流等に応じて適宜設計される。さらに、上面側のインナーリード31については、表面にめっき等で高反射率の金属膜、具体的には銀、ロジウム、金、アルミニウムの膜が積層されていてもよい。あるいは、配線基板1は、発光素子5の載置領域外における、インナーリード31上も含めた表側に、白色樹脂等の比較的高反射率の絶縁膜を被覆してもよい(図示せず)。
(波長変換層)
波長変換層7は、発光素子5から発光した光の波長を変換するために、配線基板1上の発光素子5を被覆し、また、発光素子5を塵芥、水分、外力等から保護する。さらに波長変換層7は、配線基板1と発光素子5との間隙に充填されてもよい。ただし、波長変換層7は、発光装置10において出射面となる発光素子5の正面を避けて設けられ、発光装置10の発光効率を高くする。波長変換層7は、発光装置10において、発光素子5を正面を除いて被覆する略均一な厚さの層として外形を直方体に成形される。波長変換層7をこのような形状とし、また発光素子5を直接に被覆して設けられることにより、小型な発光装置10とすることができる。このような波長変換層7は、蛍光物質(蛍光体)を添加した液状の透光性の樹脂材料を固化させて形成される。
なお、本明細書において、波長変換層7が発光素子5の出射面となる正面を「避けて」または「除いて」被覆する(設けられる)とは、発光素子5の出射面上に波長変換層7がまったく存在しない状態に限定するものではなく、本発明の効果を損なわない程度の量の波長変換層7の存在は許容されるものであり、実質的な意味で用いる。このことは、例えば発光素子5の特定の面「のみ」を被覆すると記載した場合も同様であり、波長変換層7や透明樹脂層8が設けられていないとする面上に波長変換層7等がまったく存在しない状態に限定するものではない。
波長変換層7のバインダとなる樹脂材料は、透光性の樹脂材料を適用することができ、具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、またはこれらの変性樹脂等が挙げられる。また、発光装置10において、波長変換層7は、後記の製造方法にて説明するように、金型に充填して成型するので、比較的低粘度の液状の樹脂材料を用いると形成し易いが、一方で蛍光体が沈殿して成型(固化)時における下方に偏り易いため、適宜調製することが好ましい。また、これらの樹脂材料に、蛍光体の他に、発光装置10の目的や用途に応じて、着色剤、光拡散剤、フィラー等を含有させてもよい。
波長変換層7に含有させる蛍光体は、発光素子5が発光した光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換して放出する波長変換材料である。特に、本発明に係る発光装置は、発光素子5からの一部の光が波長変換層7を通過しないで当該発光素子5の発光色(青色)で出射し、波長変換層7を通過することなく出射した光Lbと波長変換層7を通過して出射した光Lyとが照明装置100の導光板103で拡散、混色する。この混色した光が所望の色調の光(例えば白色光)となるように、波長変換層7を通過した光の多くが波長変換されるように、蛍光体の種類や波長変換層7における含有量、および波長変換層7の厚さを設計する。
蛍光体は公知の材料を適用すればよく、例えばCe等で賦活された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た、窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体等を用いることができる。これらの材料から、発光素子5の発光色(青色)と組み合わせて、発光装置10から所望の色調の光が得られるように選択する。例えば、緑色や黄色を発光するYAG系蛍光体やクロロシリケート蛍光体等のシリケート系蛍光体、赤色を発光する(Sr,Ca)AlSiN3:Eu等のSCASN系蛍光体、CaAlSiN3:Eu等のCASN系蛍光体、K2SiF6:Mn等のフッ化物系蛍光体が挙げられ、また2種類以上の蛍光体を混合して用いてもよい。
(反射部材)
反射部材4は、波長変換層7を介在して発光素子5を被覆する。詳しくは、反射部材4は、配線基板1(基板2)と共に発光素子5を収容する筐体を形成するように、発光素子5の正面側を除く3側方および上方に、波長変換層7の上に設けられる。このような構造により、反射部材4は、発光素子5を外力等から保護し、またその内壁面(波長変換層7との界面)を反射面として発光素子5が発光した光を正面へ反射させて発光装置10の発光効率を向上させる。
反射部材4は、配線基板1の基板2と同様に、絶縁体で、ある程度の強度を有し、発光素子5の発光した光や外光の透過し難い光透過率の低い材料で形成されることが好ましい。さらに、反射部材4は、詳しくは後記製造方法にて説明するが、先に形成された波長変換層7を被覆して形成されるために、配線基板1上へ液状で吐出し固化させて形成することができる材料を適用する。このような材料として熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が挙げられ、具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、BTレジン、PPA、シリコーン樹脂、またはこれらの変性樹脂等が挙げられる。また、発光装置10の発光効率を高くするために、反射部材4は、反射率の高い白色であることが好ましい。さらに反射部材4は、反射率をいっそう高くするために、前記樹脂材料に、発光素子5が発光した光を吸収し難く、かつ母材である当該樹脂に対して屈折率差のある反射材料(例えばTiO2,Al23,ZrO2,MgO等)の粉末を、予め分散させて形成してもよい。
(透明樹脂層)
透明樹脂層8は、発光素子5の正面(端面)を被覆して、塵芥や水分等から保護する。特に本実施形態に係る発光装置10は、製造時に正面側の面が研削されるために、発光素子5の保護膜が除去されて半導体層が露出している場合があり、この露出した半導体層を保護するために透明樹脂層8を設けることが好ましい。したがって、本実施形態に係る発光装置10は、図2において正面の全体を透明樹脂層8が被覆しているが、少なくとも発光素子5を被覆していればよい。このように、発光装置10は、透明樹脂層8が発光素子5の出射面である正面を被覆することで、発光素子5が劣化し難く耐久性に優れるので、発光効率(光の出射量)の経時劣化が抑制される。
透明樹脂層8は、波長変換層7のバインダとする樹脂材料と同様に、シリコーン樹脂等の透光性の樹脂材料を適用することができる。ただし、透明樹脂層8は、波長変換層7とは異なり、実質的に蛍光物質を含有しない。透明樹脂層8は、発光装置10の正面を上に水平にしてその上にペースト状の樹脂材料を盛り上げて形成されてもよいし、波長変換層7のように液状の樹脂材料で金型にて成型されてもよい。また、透明樹脂層8の表面(正面)形状は、平坦(xz面に平行)でもよいし、球面(凸レンズ状)や円柱の周面のような曲面でもよい。
なお、樹脂材料からなる透明樹脂層8に代えて、誘電体多層膜を透光性部材としてもよい。誘電体多層膜は、酸化物や窒化物(SiO2,Nb25,TiO2,Al23,ZrO2,SiN,AlN等)の膜を、スパッタ等により、特定の膜厚で積層したものが挙げられる。特に、誘電体多層膜は、反射防止膜(ARコート)として形成されることが好ましい。また、本発明に係る発光装置において、透明樹脂層8等の透光性部材は必須の要素ではなく、省略することもできる。
〔第1実施形態に係る発光装置の製造方法〕
次に、本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法の一実施形態を、図3〜5を参照して説明する。なお、製造方法を説明する本明細書の記載および図面において、各要素は加工前であっても完成した発光装置のものと同じ符号を付す。発光装置10は、配線基板1の面方向に、すなわちx,y方向のマトリクス状に発光装置10の複数台が連結した状態で製造されて、1台ずつに切断、分離して完成となる。本実施形態に係る製造方法においては、図3に示すように、配線基板1に発光素子5を実装する実装工程(発光素子載置工程)S1と、この発光素子5を蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆する波長変換層形成工程(波長変換部材形成工程)S2と、さらにその上から白色の樹脂材料で被覆する反射部材形成工程S3と、切断してy方向に分割し(S71)、正面となる面を研削、研磨して樹脂を除去して発光素子5を露出させる出射面形成工程S4と、この研磨した正面に透光性の樹脂材料で透明樹脂層8を形成する透明樹脂層形成工程(透光性部材形成工程)S5と、を行い、さらに切断してx方向に分割して(S72)、1台ずつの発光装置10が製造される。
(実装工程)
前記した通り、発光装置10の製造時において、図4(a)に示すように、配線基板1は面方向に連続して形成され、二点鎖線の枠(図5に示す切断線P,R)で発光装置10の1台分を示す。すなわち、大判の基板2の両面に、発光装置10の複数台分の配線層3(リード電極3a,3c)のパターンが形成されている。なお、図4(a)においては、インナーリード31の形状を表すために、右側の1個の発光素子5を輪郭線(破線)で示す。また、大判の基板2には切断線上にスリット状の貫通孔2hが形成され、切断後に端面の凹みとなる。配線基板1は、基板2の貫通孔2hの内側の端面に沿って、インナーリード31とアウターリード32とが連続して形成されている。この配線基板1上に、発光素子5をフリップチップ実装する。なお、本明細書において「実装」とは、半導体発光素子等の電子部品を配線基板に接合し、かつ配線基板の配線(リード電極)に電気的に接続することをいう。
(波長変換層形成工程)
次に、図4(b)、(c)に示すように、配線基板1上の発光素子5の周囲を、蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換層7を形成する。このとき、波長変換層7は、配線基板1と発光素子5との間隙にも形成されてもよい。詳しくは、発光素子5を実装した配線基板1上に、前記発光素子5を囲む所望の内部形状(直方体)の金型を嵌装して、液状の樹脂材料を充填し、固化させて波長変換層7を形成することができる。
(反射部材形成工程)
さらに、図5(a)、(b)に示すように、配線基板1上の全体に、液状の白色樹脂材料を吐出して表面(上面)を平坦に均し、固化させて反射部材4を形成する。
(出射面形成工程)
次に、発光装置10の出射面に平行かつ近傍の面が切断面となるように、配線基板1をその上の反射部材4ごと図5(a)、(b)に示す切断線Pに沿って切断し、y方向に分割する。そして、図5(c)、(d)に示すように、発光装置10の正面側の切断面を研削して、発光素子5が露出するまで、反射部材4および波長変換層7をその下の配線基板1(基板2)ごと除去し(図5(d)の二点鎖線部分)、さらに正面を研磨して発光装置10の出射面を形成する。
(透明樹脂層形成工程)
研磨した正面を上に向けて水平にして、この面にペースト状の透光性樹脂材料を吐出し、固化させて透明樹脂層8(図2参照)を形成する。最後に、図5(c)に示す切断線Rに沿って切断し、x方向に分割して、発光装置10が完成する。さらに必要に応じて、切断面(基板2、反射部材4)のバリ取りを行ってもよい。
出射面形成工程S4および透明樹脂層形成工程S5は、発光装置10の複数台がx方向に連結した状態で行っているが、これに限られず、y方向に分割するときにx方向にも分割して、発光装置10の1台ずつで行ってもよい。また、反射部材形成工程S3において、波長変換層形成工程S2と同様に金型を用いて、反射部材4を発光装置10の1台ずつ区画して所望の形状に成型してもよい。このように反射部材4を形成すれば、配線基板1のみを切断して分割することができる(S71,S72)。
(変形例)
第1実施形態に係る発光装置10は、発光素子5と配線基板1との間隙において、蛍光体を含有しない透光性樹脂材料または反射部材4と同じ白色樹脂材料で形成されたアンダーフィルを設けてもよい(図示せず)。このような発光装置を製造するためには、波長変換層形成工程S2において、金型で波長変換層7を成型する前に、発光素子5と配線基板1との間隙に、液状の樹脂材料を注入しておく。この樹脂材料は、この形成時に固化または半固化させてもよいし、未固化のままで波長変換層7を形成してもよい。なお、アンダーフィルは、蛍光体を添加した透光性樹脂材料で形成されてもよく、すなわち波長変換層7が2段階で形成されてもよい。
第1実施形態に係る発光装置10は、波長変換層7が蛍光体(蛍光体の粒子)の凝集体であってもよい(図示せず)。このような波長変換層7を備える発光装置を製造するためには、波長変換層形成工程S2において、電気泳動電着等により、配線基板1上の発光素子5の表面に蛍光体を付着させて波長変換層7を形成する。このとき、発光素子5と配線基板1との間隙にも蛍光体が付着してもよいが、その前に、樹脂材料で前記のアンダーフィルを形成することが好ましい。また、発光素子5への蛍光体の密着性を高めるために、付着させた蛍光体の凝集体に液状の透光性樹脂材料を含浸させてもよい。
第1実施形態に係る発光装置10は、配線基板1が可撓性を有するフレキシブルプリント基板(FPC:Flexible printed circuits)であってもよい(図示せず)。このような配線基板1は、基板2が、ポリイミド、液晶ポリマー(LCP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等で、フィルム状に形成される。このような配線基板1を備える発光装置を製造する場合には、配線基板1が支持体としては強度が比較的低いため、実装工程S1の前等に、配線基板1を平板状の治具に剥離可能な粘着シート等により貼り合わせて支持体としてもよい。波長変換層7および反射部材4を形成した後(反射部材形成工程S3後)に、治具から配線基板1をその上の反射部材4等ごと剥離する(後記第6実施形態に係る発光装置の製造方法参照)。あるいはテープ状に連続した配線基板1を、実装工程S1、波長変換層形成工程S2、反射部材形成工程S3の各工程において、それぞれの作業台(フリップチップボンダの作業台等)に一時的に固定して作業を行うこともできる。
第1実施形態に係る発光装置10は、波長変換層7の外形が直方体に成型されているので、発光素子5から出射した光の反射面である反射部材4の内壁面を、当該発光素子5の各面に平行に形成されているが、波長変換層7の外形すなわち反射部材4の内壁面の形状は所望のものに形成することができる。以下、本発明の第1実施形態の変形例に係る発光装置およびその製造方法の一実施形態を、図6および図7を参照して説明する。第1実施形態に係る発光装置と同一の要素については同じ符号を付して説明を省略する。
図6に示すように、第1実施形態の変形例に係る発光装置10Aは、正面側へ広がって開口した反射部材4Aおよびその内側に充填された波長変換層7Aの各形状以外は、第1実施形態に係る発光装置10(図2参照)と同様の構造である。なお、図6はx方向中心線(図7(a)のD−D線に相当)における側面断面図である。また、反射部材4Aは、上方(z方向)だけでなく側方(x方向)においても正面側へ広がって開口した形状である(図示省略)。発光装置10Aは、反射部材4Aをこのような形状とすることで、図6に白抜き矢印で表すように、発光素子5から上方や側方へ出射した光が反射部材4Aの内壁面で反射して正面へ出射して外部へ取り出され易くなるので、多重反射による光の減衰が抑えられて発光効率が向上する。反射部材4Aは、発光装置10Aの発光効率上、理想的には、内壁面が、発光素子5の発光中心(活性層の中心)を焦点とする放物面に形成され得る(図示せず)。
本変形例に係る発光装置10Aは、波長変換層形成工程S2において波長変換層7Aを半ドーム状に形成する以外は、第1実施形態に係る発光装置10の製造方法と同様の手順で製造することができ、特に異なる作業について以下に説明する。
発光装置10Aの製造においては、図7(a)に示すように、配線基板1は、y方向に隣り合う発光装置10Aの正面同士が対面するように配線層3のパターンが形成されている。なお、このように向きを変えて連続した配線基板1であっても、発光素子5はパッド電極6p,6nの配置および形状がx,y各方向において略対称である(図4(a)参照)ため、平面視での向きを回転させることなく、発光装置10の製造方法における実装工程S1と同様に実装することができる。
波長変換層形成工程S2においては、前記したように隣り合う発光装置10Aの正面同士が対面していることから、図7(a)に示すように、これら2台分の波長変換層7A,7Aをまとめて1つのy方向に伸長したドーム形状(半楕円体状)に形成することができる。このような形状の波長変換層7A,7Aは、発光装置10の波長変換層7(図4(b)、(c)参照)と同様に金型で成型してもよいが、ペースト状の樹脂材料を滴下(ポッティング)することにより盛り上げて形成することができる。
次に、図7(b)に示すように、発光装置10の反射部材4と同様に反射部材4Aを形成し(反射部材形成工程S3)、図7(b)に示す切断線P,Rで切断し(S71)、二点鎖線Q(完成後の正面)に沿って正面を研削、研磨して発光素子5を露出させる(出射面形成工程S4)。そして、透明樹脂層8を形成し(透明樹脂層形成工程S5)、x方向に分割して(S72)、発光装置10Aが完成する。
このような方法で製造される発光装置10Aは、波長変換層7Aが、高粘度の樹脂材料で形成されることで、含有させた蛍光体が沈殿し難く均一に分散され易い。また、発光素子の封止に金型を用いないので、発光素子をワイヤボンディング実装してもよい(図示せず)。ただし、ワイヤが正面の側に配されないように、発光素子の実装の向き、および配線基板のインナーリードのパターンを設計する。
(第1実施形態に係る発光装置の別の製造方法)
第1実施形態に係る発光装置10(図2参照)は、次の方法で製造することもできる。以下、本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法の別の実施形態を、図8を参照して説明する。
本実施形態に係る製造方法においては、後記するように出射面形成工程S4(図3、図5(d)参照)を行わないので、発光装置10は、図8(a)の二点鎖線の枠で示すように、発光素子5の正面側にも配線基板1Aが張り出した構造とすることができる。なお、図8(a)においては、インナーリード31Aの形状を表すために、右側の1個の発光素子5を輪郭線(破線)で示す。このような配線基板1Aに、前記実施形態に係る製造方法と同様に、発光素子5をフリップチップ実装する(実装工程S1)。
波長変換層形成工程S2においては、図8(a)に示すように、波長変換層7が発光素子5の正面側(図における右側)に形成されないように、金型を、発光素子5の正面(端面)に内側の一面が接触するように嵌合する。また、樹脂材料が、金型と発光素子5の正面との微小な間隙に浸入しないように、ある程度粘度の高いものに調製されることが好ましい。また、発光素子5を保護するために、あるいはさらに樹脂材料の浸入を防ぐために、金型の内側の一面と発光素子5の正面との間にシートやフィルム等を挟んでもよい。
反射部材形成工程S3においても、図8(b)、(c)に示すように、反射部材4を発光素子5の正面側を避けて形成する。そのために、例えば図8(c)に二点鎖線(太線)で示すように、配線基板1A上の発光素子5の正面に、x方向に延伸した板状のマスクMで堰を設けて、白色樹脂材料(反射部材4)が発光素子5の正面側に回り込まないようにすればよい。
配線基板1Aおよびその上の反射部材4を図8(c)に示す切断線R等で切断してx,y各方向に分割して(S71,S72)、発光装置10が完成する。なお、x,y各方向に分割する工程S71,S72を、適宜、まとめて個片化工程S7と称する(図12参照)。さらに、その後にまたは分割前に、透明樹脂層形成工程S5を行って透明樹脂層8を形成してもよい。例えば、反射部材4を形成してマスクMを外し、マスクMがあった反射部材4,4間に透光性樹脂材料を充填して、配線基板1Aを固化した透光性樹脂材料(透明樹脂層8)ごと、または透明樹脂層8と反射部材4との境界近傍で切断し、さらに必要に応じて切断面(透明樹脂層8の表面)を研磨してもよい。
発光装置10は、このような製造方法によれば、発光素子5の出射面(端面)すなわち半導体層を研削、研磨されないので、発光素子5へのダメージが抑えられる。また、前記したように、発光素子5の正面(出射面)側に配線基板1Aを張り出して設けることができるので、発光素子5から正面斜め下へ出射した光を反射させることができる。なお、配線基板1A(1)は、図2に示すように発光素子5の正面に端を合わせてもよく、この場合は、配線基板1の切断(S71)時にブレード等で発光素子5の出射面に疵を付けないように、配線基板1の切り代を確保して切断線を設定することが好ましい。また、本実施形態に係る製造方法において、第1実施形態の変形例に係る発光装置10A(図7(a)参照)のように、y方向に隣り合う発光装置10の正面同士が対面するように配線層3のパターンが形成された配線基板1A(図13(a)参照)を適用することもできる。この場合は、反射部材工程S3において、配線基板1A上の向かい合う発光素子5,5間に挟むようにマスクMを嵌装すればよい(図示せず)。
また、本実施形態に係る製造方法で、第1実施形態の変形例に係る発光装置10A(図6参照)を製造することもできる。この場合は、実装工程S1の次に、配線基板1A(1)上に発光素子5の正面をシールするマスクMを設けて(図8(c)参照)、波長変換層形成工程S2を行って、発光素子5の上にペースト状の樹脂材料を吐出して波長変換層7Aを形成する。その上から反射部材4Aを形成し(S3)、マスクMを外せばよい(図示せず)。
以上のように、本発明の第1実施形態およびその変形例に係る発光装置は、光源である発光素子の出射面の側を避けて、光を吸収する蛍光体を含有した波長変換層を設けるので、高い発光効率となり、かつ出射面と異なる面に波長変換層を設けて、所望の色調の光を取り出すことができる。また、発光装置は、基板を底面に備えることにより、発光素子が安定して支持され、さらに基板(配線基板)に配線(リード電極)が設けられているので、発光素子の給電経路を容易に確保することができる。また、本発明の実施形態に係る発光装置製造方法によれば、前記発光装置を、マトリクス状に複数台分が連結した配線基板を支持体に用いて、容易にかつ生産性よく製造することができる。
〔照明装置〕
本発明の第1実施形態およびその変形例に係る発光装置10,10Aは、エッジライト方式のバックライトユニットの光源として搭載される。以下、本発明に係る照明装置(バックライトユニット)の一実施形態を、図1を参照して説明する。
本発明に係る照明装置100は、図1において水平に設置された矩形平板状の導光板(導光体)103と、導光板103の一側面(端面、XZ面)に沿ってX方向に並べられた複数個(ここでは8個)の発光装置10(10A)を備え、導光板103の上面全体から白色光を放出する面状の照明装置である。さらに照明装置100は、複数個の発光装置10を電気的に接続する配線基板102、ならびに導光板103および配線基板102を載置する支持台104を備える。
発光装置10は、当該発光装置10の配線基板1(1A)を下に向けて配線基板102上に一定間隔で固定されて、光の出射面(正面)を導光板103の前記一側面に対面または接触させている。すなわち、図2等におけるx,y,zの各方向は、図1におけるX,Y,Zの各方向にそれぞれ一致し、発光装置10は、導光板103に、その一側面から内部へ光を出射する。発光装置10の間隔や搭載個数は、1個あたりの光量、導光板103の大きさや形状、照明装置100の用途等に応じて、適宜設計される。
配線基板102はいわゆるプリント基板であり、上面の発光装置10を載置する位置に、アウターリード32の形状に合わせて銅等の金属膜からなる配線を備えて、はんだ等で固定された複数個の発光装置10を直列や並列に接続して、外部の電源(図示省略)へ接続させる。図1において、配線基板102は長尺の板状に表されて発光装置10を固定しているが、例えばフレキシブルプリント基板(FPC)として、発光装置10が当該配線基板102を介して支持台104で固定されてもよい。
導光板103は、光を透過させ、板状に容易に形成することができる材料からなり、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス等が適用される。さらに導光板103は、前記材料からなる板に、種々の光学膜を積層してもよい。具体的には、導光板103は、光放出面(上面)側に、拡散シート、あるいはさらにその上にプリズムレンズシートを積層して、放出する光の輝度および色調の面内均一性を高くすることができ、また、さらに偏光シートを積層してもよい。また、導光板103は、下面側に、白色PET材、またはその表面に金属膜を被覆してなる反射シート(反射膜)を積層することが好ましい。導光板103は、形状および大きさは限定されず、製品としてユーザに提供する照明装置の形態や用途に応じて、適宜設計される。
支持台104は、導光板103および配線基板102(発光装置10)を固定して支持するように、ある程度の強度を有する材料、具体的には金属材料や樹脂材料で形成されることが好ましい。図1において、支持台104は平板状に表されているが、例えば上面が開放した浅い筐体に形成されて、導光板103等を収容する構造としてもよい。
照明装置100において、発光装置10は、その正面視において発光素子5が面した領域からは青色光Lbを、その周囲の波長変換層7が面した領域からは黄色光Lyを、それぞれ出射する。発光装置10からの出射光Lb,Lyは、それぞれ導光板103の発光装置10に対面した一側面から進入し、導光板103の内部で拡散しながら混色して、均一な色調の光となって導光板103の光放出面(上面)から放出する。このように、発光装置10から色調の異なる2つの光Lb,Lyを出射しても、照明装置100は均一な色調の光を放出し、またその色調は、発光装置10の出射光Lb,Lyの光量のバランスによって決定される。
〔第2実施形態〕
第1実施形態およびその変形例に係る発光装置は、発光素子の、出射面(正面)と配線基板への実装面である底面(下面)とを除く4面に波長変換層を被覆したが、波長変換層が被覆する面数を少なくして、発光素子の発光色の光を多く出射する発光装置としてもよい。以下、第2実施形態および第3実施形態に係る発光装置について、図9および図10を参照して説明する。なお、第2実施形態以下の実施形態に係る発光装置は、各要素について、同じ名称のものは、形状が異なる以外には別途記載ない限り第1実施形態やその他の実施形態に係る発光装置の要素と同じ構成であり、さらに同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
第2実施形態に係る発光装置10Bは、図9に示すように、発光素子5の上面が波長変換層7Bを介在せずに反射部材4に被覆されていること以外は、第1実施形態に係る発光装置10(図2参照)と同様の構造である。したがって、図9のA−A線矢視断面図(水平断面図)は、図2(b)であり、図2(b)のB−B線矢視断面図が図9である。発光装置10Bは、発光素子5が、正面を除く3側面(端面)を波長変換層7Bに被覆され、上面を波長変換層7Bを介在せずに反射部材4に被覆されている。したがって、発光素子5(活性層)から上方へ出射する光は反射部材4ですぐに反射する。発光素子5は、上面が膜面に平行で、平面視形状にもよるが側面(端面)よりも面積が広いこともあり、上面から出射する光が最も多い傾向がある。発光装置10Bは、発光素子5のこのような面への波長変換層7Bの形成を避けることで、波長変換層7B(蛍光体)で吸収される光を少なくして、発光効率の高く、かつ発光素子5の発光色(青色)の光Lb(図2参照)を多く出射することができる。
発光装置10Bは、波長変換層7Bの形状が発光装置10の波長変換層7と異なるのみであるので、図3〜5を参照して説明した第1実施形態に係る発光装置10の製造方法と同様の方法で製造することができる。詳しくは、波長変換層形成工程S2にて、金型の高さ(深さ)を発光素子5の上面に合わせて、発光素子5の上面が樹脂材料に被覆されないように波長変換層7Bを形成するか、発光素子5の全体を樹脂材料で被覆して、固化させた後に上面を研削、研磨して発光素子5(成長基板)を露出させればよい。また、図6および図7に示す第1実施形態の変形例に係る発光装置10Aのように、金型を用いず、発光素子5の上にペースト状の樹脂材料を吐出して固化させた後に、研削して発光素子5の上面を露出させてもよい。また、図8を参照して説明したように、樹脂材料(波長変換層7B)で発光素子5の正面側が被覆されないように製造してもよい。
〔第3実施形態〕
第3実施形態に係る発光装置10Cは、図10に示すように、発光素子5の上面のみが波長変換層7Cに被覆されている。したがって、発光素子5から正面を除く3側方へ出射した光は、反射部材4ですぐに反射する。第2実施形態にて説明したように、発光素子5は上面から出射する光が最も多い傾向があるため、上面にのみ波長変換層7Cを被覆しても、十分な量の光が波長変換されて出射する。
発光装置10Cは、実装工程S1の前に波長変換層形成工程S2を行って、実装される前の発光素子5の上面に波長変換層7Cを形成することで、容易に製造することができる(図示せず)。詳しくは、発光素子5の製造において、1チップに分割する前にウェハ裏面(成長基板の側)に蛍光体を添加した樹脂材料を塗布して固化させた(波長変換層形成工程S2)後に、分割、個片化する。このようにして、上面に波長変換層7Cが形成された発光素子5が得られる。この発光素子5を配線基板1Aにフリップチップ実装し(実装工程S1)、その上に白色樹脂材料を吐出して反射部材4を形成する(反射部材形成工程S3)。
図10に示す発光装置10Cは、反射部材形成工程S3において、配線基板1A上にマスクM(図8(c)参照)を設けて発光素子5とその上の波長変換層7Cの正面に反射部材4が形成されないように製造されたものである。あるいは発光装置10Cは、配線基板1上の発光素子5とその上の波長変換層7Cの全体を白色樹脂材料で被覆して(反射部材形成工程S3)、配線基板1ごと研削、研磨して白色樹脂材料を除去して、正面に発光素子5および波長変換層7Cを露出させてもよい(出射面形成工程S4)。
第2、第3実施形態に係る発光装置10B,10Cは、第1実施形態に係る発光装置10,10Aと同様に、照明装置100(図1参照)の光源として、配線基板1(1A)を下に向け、光の出射面(正面)を導光板103の一側面に対面させて搭載される。
以上のように、本発明の第2、第3実施形態に係る発光装置は、光源である発光素子の出射面を除く所望の面に特定して波長変換層を設けることで、いっそう高い発光効率となり、かつ所望の色調の光を取り出すことができる。また、これらの発光装置は、第1実施形態に係る発光装置と同様に、容易にかつ生産性よく製造することができる。
〔第4実施形態〕
第1〜3実施形態に係る発光装置は、発光素子の出射面が波長変換層や反射部材に被覆されないようにするために、発光素子の出射面を研削して樹脂を除去したり、金型やマスクを用いて不要な波長変換層等の形成を避けるようにして製造されるが、より簡易に、そして発光素子へのダメージが抑えられる方法で製造することもできる。以下、第4実施形態に係る発光装置について、図11を参照して説明する。
図11に示すように、第4実施形態に係る発光装置10Dは、配線基板1A上に実装された発光素子5を、正面(図における右側)を透明樹脂層8Aが、それ以外の面を波長変換層7Dが、それぞれ被覆し、さらに波長変換層7Dの全体および透明樹脂層8Aの上を被覆するように、反射部材4Dが形成されている。詳しくは、発光素子5の正面の側に、x方向に延設した半円柱型(かまぼこ型)の透明樹脂層8Aが、当該発光素子5の正面を含む一部を埋設して形成されている。一方、第1実施形態の変形例に係る発光装置10A(図6参照)と同様に正面へ広がった半ドーム状の波長変換層7Dが、透明樹脂層8Aに塞き止められるように形成されていることで、発光素子5を、正面(出射面)を除いて被覆する。また、発光装置10Dは、図11(b)に示すように、発光素子5の正面の側において、x方向に延設、貫通した透明樹脂層8Aにより、反射部材4Dが上方で正面へ張り出して形成されている。
発光装置10Dは、第1実施形態の変形例に係る発光装置10Aと同様に反射部材4Dを正面側へ広がって開口した形状とすることで、高い発光効率とすることができる。なお、発光装置10Dは、第1〜3実施形態に係る発光装置と同様に、配線基板1Aのインナーリード31Aのアノードマーク(図13(a)参照)を除いてx方向に略対称な構造であることから、図11(c)の水平断面図では中心線から半分を示す。
(第4実施形態に係る発光装置の製造方法)
次に、本発明の第4実施形態に係る発光装置の製造方法の一実施形態を、図12〜14を参照して説明する。発光装置10Dは、第1実施形態の変形例に係る発光装置10A(図7(a)参照)と同様に、y方向に隣り合う発光装置10D,10Dの正面同士が対面するように配線層3(31A,32)のパターンが形成された配線基板1Aから製造される。
本実施形態に係る製造方法は、図12に示すように、配線基板1Aに発光素子5を実装する実装工程(発光素子載置工程)S1と、発光素子5の正面が被覆されるように向かい合う配線基板1A上の発光素子5,5間に透明樹脂層8Aを形成する透明樹脂層形成工程(透光性部材形成工程)S5Aと、発光素子5を蛍光体を添加した透光性樹脂材料で被覆する波長変換層形成工程(波長変換部材形成工程)S2Aと、その上から白色樹脂材料で被覆する反射部材形成工程S3と、を行い、さらに切断、分割する個片化工程S7を行って1台ずつの発光装置10Dが製造される。すなわち、本実施形態に係る製造方法においては、先に透明樹脂層形成工程S5Aを行って透明樹脂層8Aが発光素子5の正面を被覆することで、その後の波長変換層形成工程S2Aにて波長変換層7Dが発光素子5の正面を被覆することを避けられる。
実装工程S1においては、第1実施形態に係る発光装置10の製造方法と同様に、配線基板1Aに発光素子5をフリップチップ実装する。透明樹脂層形成工程S5Aは、図13に示すように、配線基板1A上の向かい合う発光素子5,5間に、ペースト状の透光性樹脂材料をx方向に延設して吐出し、発光素子5の少なくとも正面が被覆されるように一部を埋設する透明樹脂層8Aを形成する。
波長変換層形成工程S2Aは、第1実施形態の変形例に係る発光装置10Aの波長変換層7Aの形成(図7(a)参照)と同様に、発光素子5の上にペースト状の樹脂材料を吐出して、図14(a)、(b)に示すように波長変換層7Dを形成する。その上から全体に液状の白色樹脂材料を吐出し、固化させて、図14(c)に示すように反射部材4Dを形成する(反射部材形成工程S3)。
配線基板1Aをその上の反射部材4Dおよび透明樹脂層8Aごと図14(c)に示す切断線P,Rで切断してy方向に分割し、必要に応じて切断面(透明樹脂層8Aの表面)を配線基板1A(基板2)ごと研削、研磨して、透明樹脂層8Aを所望の厚さや表面形状とし、さらに切断してx方向に分割して(個片化工程S7)、発光装置10Dが完成する。
発光装置10Dは、このような製造方法により、発光素子5が出射面である側面(端面)すなわち半導体層を研削、研磨される、さらに金型等に接触させるような作業を避けられるので、疵等のダメージを生じ難い。また、発光素子5を被覆する波長変換層7Aの形成に金型を用いなくてもよいので、発光素子を配線基板にワイヤボンディング実装することもできる(図示せず)。
なお、透明樹脂層形成工程S5Aにおいて、樹脂材料を発光素子5,5間の1箇所毎にドーム状(半球状)になるように吐出し、二分割された半ドーム状に透明樹脂層8Aを形成してもよい。このような形状の透明樹脂層8Aとすることで、発光装置10Dは、反射部材4Dが発光素子5の上方だけでなく側方(x方向)においても正面側へ張り出して形成される(図示せず)。また、発光装置10Dは、発光素子5,5間に形成する透明樹脂層8Aを幅広に(y方向に長く)形成して、発光素子5の上面および両側面の一部まで被覆することで、波長変換層7Dが被覆する面積を減少させて、発光素子5の発光色(青色)の光Lb(図2参照)を多くすることもできる。
また、波長変換層7Dの形成(波長変換層形成工程S2A)後に波長変換層7Dおよび透明樹脂層8Aの頂面を研削して、例えば水平な面に整えて、また発光素子5の上面における波長変換層7Dを所望の厚さに薄くしてから、反射部材形成工程S3を行ってもよい。さらに発光素子5の上面(成長基板)が露出するまで波長変換層7Dを研削することで、第2実施形態に係る発光装置10B(図9参照)のように、正面を除く3側面に波長変換層7D(7B)を被覆した発光装置を製造することができる。あるいは、第3実施形態に係る発光装置10C(図10参照)のように、発光素子5の上面のみが波長変換層7Cに被覆された発光装置を製造することもできる。この場合は、実装工程S1において、発光装置10Cと同様に、予め上面に波長変換層7Cが形成された発光素子5を配線基板1Aに実装し、透明樹脂層形成工程S5Aにおいて、発光素子5とその上の波長変換層7Cの正面を被覆するように透明樹脂層8Aを形成して、次に反射部材形成工程S3を行う(図示せず)。
第4実施形態に係る発光装置10Dは、第1実施形態に係る発光装置10等と同様に、照明装置100(図1参照)の光源として、配線基板1Aを下に向け、光の出射面(正面)を導光板103の一側面に対面させて搭載される。
以上のように、本発明の第4実施形態に係る発光装置は、第1実施形態に係る発光装置と同様に、光源である発光素子の出射面を除く所望の面に特定して波長変換層を設けることで、いっそう高い発光効率となり、かつ所望の色調の光を取り出すことができる。また、この発光装置は、容易にかつ生産性よく、さらに発光素子へのダメージを抑えて製造することができる。
〔第5実施形態〕
第1〜4実施形態に係る発光装置は、発光素子の一側面(端面)を出射面とする側方発光型の発光装置である。しかし、一般的に、半導体発光素子は、膜面に平行な上下面、特にフリップチップ実装対応であればパッド電極を形成した下面と反対側の上面から出射する光量が最も多い傾向がある。したがって、バックライトユニットの光源のように一方向に光を出射する発光装置は、出射方向に半導体発光素子の上面を向けて搭載するのが最も発光効率を高くし易い。以下、第5実施形態に係る発光装置について、図15を参照して説明する。
図15に示すように、本発明の第5実施形態に係る発光装置10Eは、配線基板(基板)1Aの上に、発光素子5を載置し、その上面が露出している一方、4側面すべてに、波長変換層(波長変換部材)7E、反射部材4Eを順に被覆してなる。言い換えると、発光装置10Eは、底を配線基板1Aとし、その上に枠状の反射部材4Eを設けて、上面が開口して発光素子5を収容する筐体を形成して、発光素子5の周囲の隙間を波長変換層7Eで充填してなる。さらに、発光装置10Eは、上面(出射面)を被覆する透明樹脂層8(図2参照)を備えてもよい(図示せず)。
発光装置10Eは上方(z方向)へ光を出射する上方発光型の発光装置である。詳しくは図15(b)に白抜き矢印で表すように、発光素子5から全方位に放射した光の内、上面(図における右側)から出射した光は直接に外部へ取り出され、それ以外の光は波長変換層7Eを通過して反射部材4Eで反射することで上面へ出射する。したがって、発光装置10Eは、第1〜4実施形態に係る発光装置と同様に、発光素子5が発光したそのままの光(青色光)Lbと波長変換層7Eで波長変換された光(黄色光)Lyとの色調が異なる光を出射する。さらに、発光装置10Eは、図15(b)に示す向きに、配線基板1Aの板面を鉛直に立てて設置されることで、第1〜4実施形態に係る側方発光型の発光装置と同様に機能する。本実施形態に係る発光装置10Eは、発光素子5の光が最も多く出射する上面に反射部材4Eが開口しているので、この上面から出射する光が反射部材4Eでの反射によらずに外部へ取り出され、さらにこの上面が波長変換層7Eで被覆されていないことで、波長変換層7E(蛍光体)で吸収される光が少ない。したがって、発光装置10Eは、発光素子5の発光色(青色)の光Lbを多く出射し、発光効率を特に高くすることができる。
前記した通り、本実施形態に係る発光装置10Eを構成する要素は、反射部材4Eおよび波長変換層7Eを除いて、第1〜4実施形態における同じ符号を付された要素と同一である。特に本実施形態においては、発光素子5は、後記するように配線基板1Aへの実装後に上面を研削、研磨されるために、原則としてフリップチップ実装対応であり、また、少なくとも半導体層へのダメージを防止することができる程度の厚さの成長基板を備える(残存させる)ことが好ましい。また、発光素子5は、平面視形状が略正方形に限られず、所望の形状を適用することができ、特に厚さ(z方向長さ)に対して平面視サイズ(面積)が大きい程、発光装置10Eが相対的に発光素子5の発光色(青色)の光Lbを多く出射するものとなる。発光装置10Eにおいて、配線基板1Aは、上に波長変換層7Eおよび反射部材4Eが形成されるために、発光素子5の4側方(面内全方向)に張り出して設けられ、平面視形状が当該発光装置10Eの外形(図15(a)参照)と略一致する。
波長変換層7Eは、第1実施形態に係る発光装置10(図2参照)の波長変換層7と同様に、発光素子5を出射面(上面)を除いて被覆する、実装面である下面以外で略均一な厚さの層として外形を直方体に成形され、平面視が発光素子5よりも一回り大きな略正方形である。反射部材4Eは、発光素子5の4側面を被覆する波長変換層7Eの外側をさらに被覆する。したがって、発光装置10Eは、反射面となる反射部材4Eの内壁面(波長変換層7Eとの界面)が鉛直(z方向)となる。
本実施形態に係る発光装置10Eにおいては、発光素子5が端面すなわち半導体層を出射面(上面)に向けていないので、図15(b)に示すように発光素子5が出射面に露出していても耐久性が比較的高い。しかし、発光装置10Eは、耐久性をさらに高くするために、上面が透明樹脂層8で被覆されてもよい。また、第1実施形態にて説明したように、透明樹脂層8の表面形状を凸レンズ状等に制御して、光学的効果を付与することもできる。
(第5実施形態に係る発光装置の製造方法)
本実施形態に係る発光装置10Eは、第1〜4実施形態に係る発光装置と同様に、図16(a)に示す面方向に連続した配線基板1A(二点鎖線の枠(図16(c)に示す切断線R)で発光装置10Eの1台分を示す)から製造され、第1実施形態に係る発光装置10の製造方法(図3参照)と同じ手順で製造することができる。すなわち発光装置10Eの製造方法は、配線基板1Aに発光素子5を実装する実装工程(発光素子載置工程)S1と、この発光素子5を蛍光体を添加した透光性樹脂材料で被覆する波長変換層形成工程(波長変換部材形成工程)S2と、その上から白色樹脂材料で被覆する反射部材形成工程S3と、出射面となる上面を研削、研磨して樹脂材料を除去して発光素子5を露出させる出射面形成工程S4と、を行い、さらにx,y各方向で切断、分割する個片化工程S7を行って1台ずつの発光装置10Eが製造される。以下、本発明の第5実施形態に係る発光装置の製造方法の一実施形態を、図3および図16を参照して説明する。
第1実施形態に係る発光装置10の製造方法と同様に、発光素子5を配線基板1Aにフリップチップ実装する(実装工程S1)。なお、図16(a)に示す配線基板1Aは、第4実施形態に係る発光装置10D(図13(a)参照)と同様に、y方向に隣り合う発光装置10E,10Eの正面同士が対面するように配線層3のパターンが形成されているが、同じ向きに連続したものでもよい(図8(a)参照)。また、図16(a)においては、インナーリード31Aの形状を表すために、右側の1個の発光素子5を輪郭線(破線)で示す。
さらに発光装置10の製造方法と同様に、発光素子5を実装した配線基板1A上に、前記発光素子5を囲む金型を嵌装して、蛍光体を添加した液状の樹脂材料を充填し、固化させて、図16(a)に示すように発光素子5を被覆する波長変換層7Eを形成する(波長変換層形成工程S2)。そして、図16(b)に示すように配線基板1A上に、液状の白色樹脂材料を吐出し、固化させて反射部材4Eを形成する(反射部材形成工程S3)。なお、図16(b)では、反射部材4Eは、波長変換層7Eの上面まで被覆しているが、少なくとも発光素子5の上面の高さまで配線基板1A上の波長変換層7E,7E間を充填していればよい。
第5実施形態に係る発光装置10Eは上面が出射面であるため、出射面形成工程S4では、分割せずに配線基板1Aで連結したままで上面全体を水平に研削して、発光素子5(成長基板)が露出するまで反射部材4Eおよび波長変換層7Eを除去し(図16(c)の二点鎖線部分)、さらに上面を研磨して発光装置10Eの出射面を形成する。最後に、配線基板1Aおよびその上の反射部材4Eを図16(c)に示す切断線R等で切断し、x,y方向に分割して、発光装置10Eが完成する。
前記製造方法は、出射面形成工程S4を、個片化工程S7の前に行っているが、先に切断、分割して、1台ずつ、あるいはx方向またはy方向にのみ連結した状態で行ってもよい。また、反射部材形成工程S3の後の出射面形成工程S4にて発光素子5の上面を露出させているが、波長変換層形成工程S2にて、例えば発光素子5の上面を被覆する波長変換層7Eを研削して除去したり、または金型の深さを調整して、発光素子5の上面に波長変換層7Eが形成されないようにしてもよい。そして、出射面形成工程S4において、平板状のマスク(図示せず)で発光素子5の上面をシールして、配線基板1A上の隣り合う波長変換層7E,7E間に充填するように反射部材4Eを形成してもよい。
さらに、出射面形成工程S4の後、出射面(上面)に透明樹脂層8(図2参照)を形成する透明樹脂層形成工程S5を行ってもよい。分割前に上面全体に透光性樹脂材料を塗布して、平坦な透明樹脂層8を形成してもよいし、同じく分割前または分割後に、ペースト状の樹脂材料を吐出して凸状に形成してもよい。
(第1の変形例)
第5実施形態に係る発光装置10Eは、透明樹脂層8を設ける場合に、少なくとも発光素子5の上面を被覆すればよいので、前記製造方法のように透明樹脂層形成工程S5を出射面形成工程S4の後に行わなくても、透明樹脂層8を設けることができる。以下、本発明の第5実施形態の変形例に係る発光装置およびその製造方法を、図17を参照して説明する。
第5実施形態の変形例に係る発光装置10Fは、図17に示すように、発光素子5の上(図では右側)に当該発光素子5と同じ平面視形状の透明樹脂層8Bが被覆されている以外は、第5実施形態に係る発光装置10E(図15参照)と同様の構造である。さらに発光装置10Fは、上面全体が面一になるように、透明樹脂層8Bの上面の高さ位置に合わせて波長変換層7Fおよび反射部材4Fが形成されている。したがって、発光装置10Fは、平面図が発光装置10Eと同じ図15(a)であり、図15(a)のI−I線矢視断面図が図17である。
第5実施形態の変形例に係る発光装置10Fは、波長変換層7Fおよび反射部材4Fが、透明樹脂層8Bの厚さの分だけ発光素子5から出射方向(上)へ張り出して形成される。したがって、発光装置10Fは、発光素子5から斜め上へ出射した光を反射部材4Fの内壁面で上方(出射方向)へ反射させるので、出射光の上方(z方向)への指向性を強くすることができる。また、発光装置10Fは、第5実施形態に係る発光装置10Eよりも多くの光が波長変換層7Fに進入して黄色光Ly(図15参照)に波長変換されて出射する。
発光装置10Fは、第3実施形態に係る発光装置10Cの波長変換層7Cと同様に、実装工程S1の前に、発光素子5の上面を被覆する透明樹脂層8Bを形成する(透明樹脂層形成工程S5)ことで容易に製造することができる。すなわち、発光素子5の製造において、1チップに分割する前にウェハ裏面(成長基板の側)に透光性樹脂材料を塗布して固化させた後に、分割、個片化する。これにより、上面に透明樹脂層8Bが形成された発光素子5が得られる。この発光素子5を配線基板1Aにフリップチップ実装し(実装工程S1)、以下、第5実施形態に係る発光装置10Eと同じ製造方法にて製造することができる。なお、出射面形成工程S4においては、透明樹脂層8Bが露出すればよい。したがって、発光装置10Fは、出射面形成工程S4において、樹脂材料のみ(反射部材4F、波長変換層7F、透明樹脂層8B)を研削、研磨すればよいので、より容易に製造することができる。
(第2の変形例)
第5実施形態およびその変形例に係る発光装置10E,10Fは、前記製造方法によれば、波長変換層形成工程S2で形成される波長変換層7E(7F)の外形が平面視正方形の直方体に限られず、金型によって、角丸四角形、円、あるいは発光素子5の平面視形状に応じて長方形や楕円等の所望の形状に成型され得る。ただし、波長変換層7E(7F)は、金型の離型のために、側面が鉛直な柱状、あるいはドーム型や錐台形等の上方に縮小した形状に限定される。しかし、一方向に光を出射する発光装置においては、反射部材が出射方向へ広がって開口した形状、すなわち波長変換層が上方に拡張した形状に形成されることが、発光素子から側方へ出射した光が外部へ取り出され易くなって発光効率が向上する(例えば、図6に示す第1実施形態の変形例に係る発光装置10A)ので好ましい。以下、本発明の第5実施形態の別の変形例に係る発光装置およびその製造方法の一実施形態を、図18および図19を参照して説明する。
図18に示すように、第5実施形態の変形例に係る発光装置10Gは、上方(図における右側)へ広がって開口した反射部材4Gおよびその内部に充填された波長変換層7Gの各形状以外は、第5実施形態に係る発光装置10E(図15参照)と同様の構造である。なお、反射部材4Gは、x方向だけでなくy方向においても上方へ広がって開口した形状である(図示省略)。発光装置10Gは、反射部材4Gをこのような形状とすることで、図18に白抜き矢印で表すように、発光素子5から側方へ出射した光が反射部材4Gの内壁面で反射して上方へ出射して外部へ取り出され易くなるので、多重反射による光の減衰が抑えられて発光効率が向上する。第1実施形態の変形例にて説明したように、反射部材4Gは、発光装置10Gの発光効率上、理想的には、内壁面が、発光素子5の発光中心を焦点とする放物面に形成される(図示せず)。
(第5実施形態に係る発光装置の別の製造方法)
第5実施形態およびその変形例に係る発光装置10E等のように、配線基板1A上に上面が開口した反射部材4Eを備える場合、反射部材4Eを形成した後に、その内側に波長変換層7Eを充填して形成することもできる。以下、本発明の第5実施形態に係る発光装置の製造方法の別の実施形態として、変形例に係る発光装置10Gの製造方法を、図19を参照して説明する。
本実施形態に係る製造方法は、配線基板1Aに発光素子5を実装する実装工程(発光素子載置工程)S1と、配線基板1A上に発光素子5とその周辺とを空けて白色樹脂材料で反射部材4Gを形成する反射部材形成工程S3Aと、蛍光体を添加した透光性樹脂材料を反射部材4Gの内側に充填して発光素子5を被覆する波長変換層形成工程(波長変換部材形成工程)S2Bと、出射面となる面を研削、研磨して樹脂を除去して発光素子5を露出させる出射面形成工程S4と、を行い、さらに切断、分割して(個片化工程S7)1台ずつの発光装置10Gが製造される。このように、本実施形態に係る製造方法においては、波長変換層7Gの前に反射部材4Gを形成することで、反射部材4Gを出射方向へ広がって開口した形状に形成することができる。なお、各工程の符号は、前記実施形態に係る製造方法(図3、図12参照)における工程と区別するために付したものであり、同一の作業の工程については同じ符号を付す。
第1実施形態に係る発光装置等の製造方法と同様に、発光素子5を配線基板1Aにフリップチップ実装する(実装工程S1)。次に、図19(a)、(b)に示すように、配線基板1A上に、平面視において発光素子5とその周辺とを空けた格子状の反射部材4Gを、少なくとも発光素子5の上面の高さまで形成する(反射部材形成工程S3A)。反射部材4Gは、ペースト状の白色樹脂材料を配線基板1A上に吐出して形成することができ、あるいは、予め所望の形状に成形したものを配線基板1Aに接着してもよい。また、反射部材4Gが発光素子5の実装を妨げるものでなければ、実装工程S1の前に反射部材形成工程S3Aを行ってもよい。この場合には、配線基板1A上に発光素子5が載置される前であるので、反射部材4Gを金型で成型することもできる。
次に、図19(c)に示すように、配線基板1A上の反射部材4Gの内側を充填して発光素子5を被覆するように、蛍光体を添加した液状またはペースト状の透光性樹脂材料を吐出して、波長変換層7Gを形成する(波長変換層形成工程S2B)。なお、図19(c)では、波長変換層7Gは、反射部材4Gの上まで被覆しているが、少なくとも発光素子5の上面の高さまで配線基板1A上の反射部材4Gの内側を充填していればよい。
前記実施形態に係る製造方法(図16(c)参照)と同様に、上面全体を水平に研削して、発光素子5(成長基板)が露出するまで波長変換層7Gおよび反射部材4Gを除去し(図19(d)の二点鎖線部分)、さらに上面を研磨して発光装置10Gの出射面を形成する(出射面形成工程S4)。最後に、配線基板1Aおよびその上の反射部材4Gを図19(d)に示す切断線R等で切断し、x,y方向に分割して(個片化工程S7)、発光装置10Gが完成する。
本実施形態に係る製造方法は、第5実施形態に係る発光装置10E(図15参照)を製造することもできる。そのためには、実装工程S1の前に、反射部材形成工程S3Aにおいて、金型を用いて、反射部材4Eを鉛直な内壁面になるように、断面形状矩形に成型すればよい。また、出射面形成工程S4の後に透明樹脂層形成工程S5を行って、上面に透明樹脂層8を形成してもよい。あるいは、発光素子5の上面にのみ透明樹脂層8Bを被覆した第5実施形態の変形例に係る発光装置10F(図17参照)を製造することもできる。この場合は、発光装置10Fの前記製造方法と同様に、実装工程S1において、予め上面に透明樹脂層8Bが形成された発光素子5を配線基板1Aに実装すればよく、また、反射部材形成工程S3Aにおいて、発光装置10Fの完成時における透明樹脂層8Bの上面の高さ位置以上の高さに反射部材4Fを形成する(図示せず)。
第5実施形態およびその変形例に係る発光装置10E,10F,10G(以下、まとめて発光装置10E)は、第1実施形態に係る発光装置10等と同様に、照明装置100(図1参照)の光源として搭載される。ただし、発光装置10Eは、光の出射面が上面であり、z方向に光を出射するため、図15(b)に示すように、90°回転させて配線基板1Aを鉛直に立てて、上面(xy面)を導光板103の一側面に対面させて搭載される。すなわち、図15〜19におけるz方向が図1におけるY方向となる。したがって、照明装置100は、配線基板102を、発光装置10Eの配線基板1Aと接続するために鉛直に立てて備える(図示せず)。なお、図15(b)に示す発光装置10Eは、x方向を鉛直に立てて、y方向が照明装置100への搭載時におけるX方向となるが、発光装置10Eの平面視形状や、配線基板1A上のアウターリード32と配線基板102上の配線との位置および形状の関係に応じて、向きを変えてx,yを入れ替えてもよい。
あるいは、照明装置100は、第1実施形態に係る発光装置10を搭載した場合(図1参照)と同様に板面を水平にした配線基板102の上に、配線基板1Aを鉛直に立てた状態の発光装置10Eを載置することもできる。この場合には、発光装置10Eは、鉛直に立てた配線基板1Aが、配線基板102と接触する端面(下端)で電気的に接続可能なように、この端面にリード電極3a,3cを設ける。詳しくは、配線基板1Aについて、基板2の前記端面の2箇所に凹みを形成してその内側表面にリード電極3a,3cを設ければよい(図示せず)。
以上のように、第5実施形態およびその変形例に係る発光装置は、第1実施形態に係る発光装置と同様に、光源である発光素子の出射面を除く面に波長変換層を設けることで、高い発光効率となり、かつ所望の色調の光を取り出すことができ、さらに発光素子の光が最も多く出射する上面を出射面とすることで、特に高い発光効率となる。また、この発光装置は、容易にかつ生産性よく、さらに発光素子へのダメージを抑えて製造することができる。
〔第6実施形態〕
第1〜5実施形態に係る発光装置は、発光素子が配線基板に実装されて、配線基板のリード電極を介して外部から駆動電流を供給されるが、配線基板を備えず、直接に発光素子の電極(端子)から駆動電流を供給されるように、電極を発光装置表面に露出させた構造とすることもできる。以下、第6実施形態に係る発光装置について、図20を参照して説明する。
第6実施形態に係る発光装置10Hは、図20に示すように、底面に配線基板1のような平板状の部材を備えず、また、光源として発光素子5Aを搭載すること以外は、第1実施形態に係る発光装置10(図2参照)と同様の構造であり、正面(xz面)を出射面としてy方向(図20における右)へ光を出射する。発光装置10Hは、発光素子5Aを収容する筐体を反射部材4のみで構成し、反射部材4が正面だけでなく底面にも開口しているので、図20(b)に示すように、底面視で、発光素子5Aとその3側面を被覆する波長変換層7とが表される(図面において、波長変換層7は透明とする)。
発光素子5Aは、一対のパッド電極6p,6n(6B)にバンプ3Bが形成されていること以外は、第1〜5実施形態に係る発光装置に搭載された発光素子5と同じ構成である。バンプ3Bは、すべてのパッド電極6p,6n、すなわち1個のp側パッド電極6pおよび2個のn側パッド電極6nの計3個において、端面(下面)の高さが揃うように形成されている。このような構成により、図20(a)に示すように、発光装置10Hは、底面がバンプ3Bの端面と高さが一致し、すなわちバンプ3Bの端面が露出している。このような発光素子5Aを光源として備えることにより、発光装置10Hは、配線基板を備えなくても、発光素子5Aに駆動電流を供給すべく外部の電源(図示省略)と電気的に接続可能である。また、発光装置10Hは、発光素子5Aの下面のバンプ3Bを除く表面に、波長変換層7が被覆してバンプ3B,3B間を埋めて、下面全体を平坦な面としているが、発光素子5Aが下面をSi酸化膜や樹脂等からなる絶縁膜で被覆されて、バンプ3Bの端面と面一に形成されていてもよい(図示せず)。
(第6実施形態に係る発光装置の製造方法)
前記したように、第6実施形態に係る発光装置10Hは、発光素子5Aを載置する配線基板を備えず、底面に発光素子5Aのバンプ3Bが露出していること以外は、第1実施形態に係る発光装置10と同様の構造である。したがって、発光装置10Hは、発光素子5Aを搭載した発光装置10を製造して(図3〜5参照)、配線基板1を除去すれば得られるといえる。
そこで、本実施形態に係る発光装置10Hを製造する方法は、配線基板1を平板状の治具(基板、図示省略)に換えて、治具に発光素子5Aを固定する治具装着工程(発光素子載置工程)S1Aと、この発光素子5Aを蛍光体を添加した透光性樹脂材料で封止、被覆する波長変換層形成工程(波長変換部材形成工程)S2と、その上から白色樹脂材料で被覆する反射部材形成工程S3と、を行い、次に、発光素子5Aをこれを被覆する波長変換層7および反射部材4と共に、治具から離脱する治具離脱工程(基板離脱工程)S6を行う。その後に、切断してy方向に分割し(S71)、正面となる面を研削、研磨して樹脂を除去して発光素子5Aを露出させる出射面形成工程S4と、この研磨した正面に透光性樹脂材料で透明樹脂層8を形成する透明樹脂層形成工程(透光性部材形成工程)S5と、を行い、さらに切断してx方向に分割して(S72)、1台ずつの発光装置10Hが製造される。各工程の符号は、前記実施形態に係る製造方法(図3、図12参照)における工程と区別するために付したものであり、同一の作業の工程については同じ符号を付す。以下、本発明の第6実施形態に係る発光装置の製造方法の一実施形態を説明する。
治具装着工程S1Aは、平板状の治具の上面に、発光素子5Aを固定すると同時に、当該発光素子5Aの下面に設けられたパッド電極6p,6nのバンプ3Bの端面をこの治具でシールする工程である。治具は、例えば鋼やアルミニウム合金等の金属製で、剥離可能な粘着シート等により、発光素子5Aをバンプ3Bの端面で固着する。また、配線基板1(1A)と同様に、発光装置10Hを面(xy面)方向に連結した状態で製造するように、治具は大判の板状として、複数の発光素子5Aを所定の間隔でマトリクス状に配列して固定する。治具の平坦な上面により、後続の工程で液状の樹脂材料から形成される波長変換層7および反射部材4の底面を、バンプ3Bの端面と面一な平面に成形し、また、バンプ3Bの端面に前記樹脂材料が付着しないようにする。
発光素子5Aを固定した治具上に、第1実施形態に係る発光装置10の製造方法と同様に、発光素子5Aを囲む金型を嵌装して、蛍光体を添加した液状の樹脂材料を充填し、固化させて、波長変換層7を形成する(波長変換層形成工程S2)。さらに治具上に、液状の白色樹脂材料を吐出し、固化させて反射部材4を形成する(反射部材形成工程S3)。
次に、発光素子5Aならびにこれを被覆する波長変換層7および反射部材4は、治具から剥離される(治具離脱工程S6)が、反射部材4により、治具上に固定されていたときと同様に面方向に連結した状態を保持している。この反射部材4を切断してy方向に分割し(S71)、発光装置10Hの正面側の切断面を研削して、発光素子5Aが露出するまで、反射部材4および波長変換層7を除去し、さらに正面を研磨して発光装置10Hの出射面を形成する(出射面形成工程S4)。出射面に透明樹脂層8を被覆し(透明樹脂層形成工程S5)、反射部材4を切断してx方向に分割して(S72)、発光装置10Hが完成する。
このように、第1実施形態に係る発光装置10の製造方法において、発光素子5Aを固定(載置)する対象を発光装置10Hを構成する部品ではない治具に換えて、波長変換層7および反射部材4を形成した(工程S2,S3)後、切断、分割の前に、この治具を離脱する工程S6を挿入することで、配線基板を備えず、パッド電極6p,6nのバンプ3Bが露出した第6実施形態に係る発光装置10Hを製造することができる。したがって、第1実施形態に係る発光装置10に対する発光装置10Hと同様に、第2〜第5実施形態に係る発光装置について、配線基板1(1A)を備えない態様(図示せず)も、前記したそれぞれの製造方法に基づいて製造することができる。
第6実施形態に係る発光装置10Hは、第1実施形態に係る発光装置10と同様に、照明装置100(図1参照)の光源として、光の出射面(正面)を導光板103の一側面に対面させて搭載される。ここでは、発光装置10Hは、配線基板1のアウターリード32に代えてバンプ3Bを下に向け、照明装置100の配線基板102に接続して固定する。なお、発光装置10Hは、底面において、配線基板1(基板2)が設けられていないので、反射部材4と発光素子5Aとの間(波長変換層7)から出射する光を遮る、好ましくは反射するように、配線基板102は光を反射する構成であることが好ましい。
以上のように、第6実施形態に係る発光装置は、第1実施形態に係る発光装置と同様に、光源である発光素子の出射面を除く面に波長変換層を設けることで、高い発光効率となり、かつ所望の色調の光を取り出すことができ、さらに、表面に発光素子の電極を露出させているので、発光素子に直接に外部からの電流を容易に供給することができ、また配線基板を備えないので、いっそうの軽量化、小型化が可能となる。また、この発光装置は、本発明の実施形態に係る発光装置製造方法により、前記発光装置を、第1実施形態に係る発光装置と同様にマトリクス状に複数台分が連結した状態で製造するので、容易にかつ生産性よく製造することができる。
以上、本発明に係る発光装置およびその製造方法、ならびに照明装置について、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
100 照明装置
103 導光板(導光体)
10,10A〜10H 発光装置
1,1A 配線基板(基板)
2 基板
3 配線層
31,31A インナーリード
32 アウターリード
4,4A,4D〜4G 反射部材
5,5A 発光素子
6,6B パッド電極
7,7A〜7G 波長変換層(波長変換部材)
8,8A,8B 透明樹脂層(透光性部材)
S1 実装工程(発光素子載置工程)
S1A 治具装着工程(発光素子載置工程)
S2,S2A,S2B 波長変換層形成工程(波長変換部材形成工程)
S3 反射部材形成工程
S4 出射面形成工程
S5,S5A 透明樹脂層形成工程(透光性部材形成工程)
S6 治具離脱工程(基板離脱工程)

Claims (14)

  1. 発光素子と、前記発光素子が発光した光を波長変換する波長変換部材と、前記発光素子が発光した光を反射する反射部材と、を備え、前記発光素子の一の側面を出射面とする発光装置であって、
    前記波長変換部材は、蛍光体を含有する樹脂または蛍光体の粒子の凝集体であり、前記発光素子の前記出射面を除く側面と上面を直接に被覆し、
    前記反射部材は、前記発光素子の前記出射面を除く側面と上面のそれぞれを、前記波長変換部材を介在して被覆していることを特徴とする発光装置。
  2. 前記発光素子は、当該発光素子の下面に電極が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記発光素子を上に載置する基板を備え、前記反射部材が前記基板上に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
  4. 表面に、前記発光素子の前記電極が露出していることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
  5. 前記反射部材は、前記波長変換部材に接している請求項ないし請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記反射部材は、白色樹脂からなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 前記発光素子の前記出射面を被覆する透光性部材を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の発光装置。
  8. 前記発光素子の前記出射面と前記反射部材の一面が同一平面であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 発光素子の下面と異なる一の面を出射面とする発光装置を製造する発光装置製造方法であって、
    基板上に、前記発光素子を固定する発光素子載置工程と、
    前記発光素子の少なくとも、前記出射面と異なる1面を、蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換部材を形成する波長変換部材形成工程と、
    前記波長変換部材と、前記発光素子の前記波長変換部材が被覆していない面と、を光を反射させる樹脂材料で被覆する反射部材形成工程と、
    前記すべての樹脂材料の、前記発光素子の前記出射面を被覆する部分を除去する出射面形成工程と、を行うことを特徴とする発光装置製造方法。
  10. 発光素子の下面と異なる一の面を出射面とする発光装置を製造する発光装置製造方法であって、
    基板上に、前記発光素子を固定する発光素子載置工程と、
    前記発光素子の前記出射面と異なる1以上の面を、蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換部材を形成する波長変換部材形成工程と、
    前記波長変換部材と、前記発光素子の前記出射面と異なりかつ前記波長変換部材が被覆していない面と、を光を反射させる樹脂材料で被覆する反射部材形成工程と、を行うことを特徴とする発光装置製造方法。
  11. 前記発光素子の前記出射面を、蛍光体を添加していない透光性の樹脂材料で被覆する透光性部材形成工程をさらに行うことを特徴とする請求項または請求項10に記載の発光装置製造方法。
  12. 発光素子の一の側面を出射面とする発光装置を製造する発光装置製造方法であって、
    基板上に、前記発光素子を固定する発光素子載置工程と、
    蛍光体を添加していない透光性の樹脂材料で前記発光素子の出射面を被覆する透光性部材形成工程と、
    前記発光素子の前記出射面と異なる1以上の面を、蛍光体を添加した透光性の樹脂材料で被覆して、波長変換部材を形成する波長変換部材形成工程と、
    前記波長変換部材と、前記発光素子の前記出射面と異なりかつ前記波長変換部材が被覆していない面と、を光を反射させる樹脂材料で被覆する反射部材形成工程と、を行うことを特徴とする発光装置製造方法。
  13. 前記発光素子載置工程は、前記発光素子の電極が形成された面を下面として、前記基板に前記電極が接触するように固定し、
    前記反射部材形成工程の後に、前記樹脂材料で被覆した発光素子を、前記基板から離脱する基板離脱工程をさらに行うことを特徴とする請求項ないし請求項12のいずれか一項に記載の発光装置製造方法。
  14. 請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の発光装置を1以上と、前記発光装置から出射した光を導光する導光体と、を備える照明装置。
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