JP6299423B2 - 発光装置の製造方法及び発光装置 - Google Patents
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Description
このような発光装置は、発光素子を備えており、その発光素子の周囲を光反射性の部材で被覆している。これによって、発光素子の側方への発光を上方に反射させ、上方向への発光効率の向上を図っている。その一方、発光素子の周囲を取り囲む光反射性の部材が反射光の乱光を招き、上方に取り出された光に迷光が含まれ、集光特性の劣化を招くことがある。
その一対策として、発光素子の側面と光反射性の部材との間に透明樹脂を逆テーパーの円弧状に配置することにより、横方向への出射光を円弧状の透明樹脂で上方に反射させ、上方への光取り出し効率を高める発光装置が提案されている(例えば、特許文献1)。
(1)上面視において長辺と短辺とを有し、かつ、一対の電極を備える第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有し、前記第1主面及び前記第2主面に隣接し、前記長辺を含む側面及び短辺を含む側面を有する発光素子を準備する工程、
前記発光素子を、一対の接続端子と母材とを備える基体に載置する工程、
前記発光素子の長辺又は短辺を含む側面を、前記発光素子の第1主面から第2主面にかけて傾斜する面を有する透光性部材で被覆する工程及び
前記発光素子の短辺又は長辺を含む側面及び前記透光性部材の傾斜する面を、光反射性部材で被覆する工程を含む発光装置の製造方法。
(2)一対の接続端子及び母材を備える基体と、
前記接続端子と接続され、上面視において長辺と短辺を有する発光素子と、
前記発光素子の長辺又は短辺を含む側面を被覆する透光性部材と、
前記発光素子の短辺又は長辺を含む側面を被覆する光反射性部材とを備える発光装置。
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。
この発光装置は、少なくとも、一対の接続端子及び母材を備える基体と、発光素子と、透光性部材と、光反射性部材とを備える。
本発明の実施形態の発光装置の製造方法は、
(a)発光素子を準備する工程、
(b)発光素子を基体に載置する工程、
(c)発光素子を透光性部材で被覆する工程、
(d)発光素子と透光性部材とを、光反射性部材で被覆する工程を任意の順序で含む。例えば、工程(a)から(d)をこの順に行ってもよいし、(a)、(c)、(b)、(d)をこの順に行ってもよい。
発光素子の側面を透光性樹脂で被覆する工程、
透光性樹脂を加工して、発光素子の第1主面から第2主面にかけて傾斜する面を有する透光性部材を形成する工程、
発光素子の上に蛍光体層を形成する工程、
透光性部材の上に蛍光体層を形成する工程、
光反射性部材の上に蛍光体層を形成する工程、
発光素子の短辺を含む側面とともに長辺を含む側面を透光性樹脂で被覆し、長辺を含む側面に被覆された透光性樹脂を除去する工程などの1以上を任意の順序で含んでいてもよい。
まず、発光素子を準備する。発光素子は1つでもよいし、複数でもよい。
発光素子は、通常、半導体積層体、好ましくは、窒化物半導体積層体と、一対の電極とを備える。
発光素子は、上面視において長辺と短辺とを有する。
発光素子において、一対の電極を備える面を第1主面とし、この第1主面と反対側の第2主面とし、これら第1主面と第2主面との双方に隣接する面を側面とする。以下、発光素子の長辺を含む側面を長側面、短辺を含む側面を短側面と称することがある。
(半導体積層体)
半導体積層体は、第1半導体層(例えば、n型半導体層)、発光層、第2半導体層(例えば、p型半導体層)がこの順に積層されており、発光に寄与する積層体である。半導体積層体の厚みは、30μm程度以下が好ましく、15μm程度以下、10μm程度以下がより好ましい。
半導体層の成長用の基板としては、半導体層をエピタキシャル成長させることができるものが挙げられる。このような基板の材料としては、サファイア(Al2O3)、スピネル(MgA12O4)のような絶縁性基板、上述した窒化物系の半導体基板等が挙げられる。基板の厚みは、例えば、190μm程度以下が好ましく、180μm程度以下、150μm程度以下がより好ましい。
基板は、C面、A面等の所定の結晶面に対して0〜10°程度のオフ角を有するものであってもよい。
基板は、第1半導体層との間に、中間層、バッファ層、下地層等の半導体層又は絶縁層等を有していてもよい。
一方、半導体層の成長用の基板は、最終的に、半導体積層体から除去してもよい。
このような基板の除去は、レーザリフトオフ法等を利用して行うことができる。具体的には、基板側から半導体層に、基板を透過するレーザ光(例えば、KrFエキシマレーザ)を照射し、半導体層と基板との界面で分解反応を生じさせ、基板を半導体層から分離する。ただし、成長用の基板は、半導体層から完全に除去されたものに加えて、半導体層の端部又は隅部に若干の基板が残存していてもよい。成長用の基板は、発光素子が基体に実装された前後のいずれかで除去することができる。
また、成長用の基板を除去した後に、除去された成長用の基板と同程度の厚みを有する透光性部材を形成してもよい。
半導体積層体の同一面側(例えば、第2半導体層側の面、第1主面)に、第1半導体層に電気的に接続される第1電極(正又は負)と、第2半導体層に電気的に接続される第2電極(負又は正)との双方を有することが好ましい。これにより、基体の正負の接続端子と発光素子の第1電極と第2電極を対向させて接合するフリップチップ実装を行うことができる。
第1電極及び第2電極は、例えば、Au、Pt、Pd、Rh、Ni、W、Mo、Cr、Ti等又はこれらの合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。具体的には、半導体層側からTi/Rh/Au、W/Pt/Au、Rh/Pt/Au、W/Pt/Au、Ni/Pt/Au、Ti/Rh等のように積層された積層膜が挙げられる。膜厚は、当該分野で用いられる膜の膜厚のいずれでもよい。
このような発光素子は、当該分野で公知の方法によって製造することができる。
発光素子は、基体にフリップチップ実装されることが好ましい。
発光素子は、そのまま基体に実装してもよいし、後述するように、あらかじめ、発光素子を透光性部材で被覆した後、透光性部材で被覆された発光素子を基体に実装してもよい。
(基体)
基体は、一対の接続端子と母材とを備える。
基体において、発光素子に面する面を第1主面とし、この第1主面と反対側の第2主面とし、これら第1主面と第2主面との双方に隣接する面を側面とする。基体の形状は特に限定されず、後述する母材の形状に相当する形状となる。例えば、少なくとも第1主面が、長辺と短辺とを有することが好ましい。なお、長辺を含む側面を長側面、短辺を含む側面を短側面と称することがある。
基体の厚みは、後述する母材の厚みによって調整することができる。例えば、最も厚い部位の厚みは、500μm程度以下が好ましく、300μm程度以下がより好ましく、200μm程度以下がさらに好ましい。また、40μm程度以上が好ましい。
また、基体の第1主面の最表面は、白色レジスト、DBR、高反射性フィラー層等を用いて反射層を設けることが好ましい。これにより、透光性樹脂と基体とが接する場合に、基体の光吸収に起因する光のロスを最小限とすることができる。
母材は、例えば、線膨張係数が発光素子の線膨張係数の±10ppm/℃以内の範囲であるものが好ましく、±9ppm/℃以内、±8ppm/℃以内がより好ましい。これによって、発光素子を基体に実装する場合に、発光素子と基体との線膨張係数の差異に起因する、発光素子の基体(接続端子)からの剥がれ又は発光素子への不要な応力負荷を効果的に防止することができる。その結果、フリップチップ実装によって、発光素子の電極を基体の接続端子に直接接続することができ、より小型/薄型の発光装置を提供することが可能となる。
本明細書では、線膨張係数は、TMA法で測定した値を意味する。α1及びα2のいずれかがこの値を満たしていればよいが、両方で満たすことがより好ましい。
樹脂は、当該分野で使用されているものであればどのようなものを利用してもよい。例えば、線膨張係数を発光素子の線膨張係数の±10ppm/℃とするために、線膨張係数の小さいものを利用することが好ましい。
具体的には、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン(BT)樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。また、例えば、特開2013−35960号、WO2011/132674A1、WO2012/121224A1、WO2012/165423A1等に記載されている樹脂、ナフタレン系のエポキシ樹脂が含有されたBT樹脂及びそれらの組成物、特開2010−114427号等に記載されている液晶ポリマー及びそれらの組成物を利用してもよい。なお、これらには、当該分野で公知の添加剤、モノマー、オリゴマー、プレポリマー等が含有されていてもよい。なかでも、BT樹脂又はその組成物が好ましい。
充填材及び無機材料としては、例えば、六方晶窒化ホウ素で被覆されたホウ酸塩粒子、アルミナ、シリカ類(天然シリカ、溶融シリカ等)、金属水和物(水酸化アルミニウム、ベーマイト、水酸化マグネシウム等)、モリブデン化合物(酸化モリブデン等)、ホウ酸亜鉛、錫酸亜鉛、酸化アルミニウム、クレー、カオリン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、タルク、焼成クレー、焼成カオリン、焼成タルク、マイカ、ガラス短繊維(Eガラス、Dガラスなどのガラス微粉末類、ガラスクロス等)、中空ガラス、リン酸ジルコニウム等の熱収縮フィラー、ゴムパウダー及びコアシェル型のゴムパウダー(スチレン系、ブタジエン系、アクリル系、シリコーン等)等が挙げられる。
特に、熱伝導率の高い充填材又は無機材料を大量に含有させることにより、熱放射率を調整することができる。例えば、ガラスクロスを用いる場合には、ガラスクロス中の無機材料を50重量%以上、70重量%以上、90重量%以上含有させることができる。
母材の色を調整するために、樹脂には顔料を含有させてもよい。顔料としては、黒色のカーボンブラック、白色の酸化チタン等が挙げられる。
サイズの小さい発光装置では、発光素子自体が発光装置に対して相対的に大きくなるため、発光素子からの発熱、蛍光体によるストークス発熱などによって、発光装置が過度に発熱することが懸念される。このような熱は、バックライトの導光板を劣化、変形させるなどの悪影響を招くことがある。そこで、熱放射係数の大きいカーボンブラックなどの黒色の材料を母材(樹脂)に含有させることにより、発光素子及び蛍光体からの熱を、放熱することができる。
母材の厚みは、用いる材料、載置する発光素子の種類及び構造等にもよるが、例えば、470μm程度以下が好ましく、370μm程度以下、320μm程度以下、270μm、200μm、150μm、100μm程度以下がより好ましい。また、強度等を考慮すると、20μm程度以上が好ましい。
母材の曲げ強度は、基体全体の強度を確保するために、上述した基体の強度と同等、例えば、300MPa程度以上であることが好ましく、400MPa程度以上、600MPa程度以上がより好ましい。
一対の接続端子は、基体の少なくとも第1主面上に形成されていればよい。この場合、接続端子の縁部の少なくとも一部は、基体の第1主面の縁部の一部に一致するように形成することが好ましい。言い換えると、接続端子の端面の一部と基体の実装面の一部とが同一面となるように形成されていることが好ましい。これにより、発光装置を実装基板に実装する際に、実装基板と接続端子の端面とを接触(又は限りなく近接)させることができる。その結果、発光装置の実装性を向上させることができる。ここで同一面とは、段差がない又はほとんどないことを意味し、数μmから十数μm程度の凹凸は許容されることを意味する。本願明細書において、同一面については以下同じ意味である。
例えば、接続端子は、(i)第1主面から、第1主面と第2主面との間に存在する面の上に延長して設けられているか、(ii) 母材を貫通するように設けられたビア又はスルーホール等により第1主面から第2主面上まで延長して設けられているか、(iii)第1主面から、第1主面と第2主面との間に存在する面の上を通って、さらに、第2主面上に延長して(例えば、断面視、U字状に)設けられていることが好ましい。ここで第1主面と第2主面との間に存在する面とは、第1主面と第2主面との間に存在する1つの端面の一部又は全部を指してもよいし、第1主面と第2主面との間に存在する2つ以上の端面の一部又は全部であってもよい。
通常、素子接続部は第1主面上に配置され、外部接続部は、(i)第1主面上か、(ii)第1主面及び端面上か、(iii)第1主面、端面及び第2主面上か、(iv)第1主面及び第2主面上に配置される。
また、素子接続部を、基体の長手方向に沿った端面から離間させることによって、発光素子の実装時に、上記と同様に、フラックスの浸入を抑制することができる。
放熱用の端子又は補強端子が導電性であって、一対の接続端子の間に設けられる場合、放熱用の端子又は補強端子は絶縁性の膜で被覆されていることが好ましい。これにより、接続端子と放熱用の端子又は補強端子との接合部材のブリッジを防止することができる。
接合方法は、当該分野で公知の接合部材を用いて、公知の方法によって行うことができる。接合部材としては、導電性の接合部材が挙げられる。具体的には、例えば、錫-ビスマス系、錫-銅系、錫-銀系、金-錫系などの半田(具体的には、AgとCuとSnとを主成分とする合金、CuとSnとを主成分とする合金、BiとSnとを主成分とする合金等)、共晶合金(AuとSnとを主成分とする合金、AuとSiとを主成分とする合金、AuとGeとを主成分とする合金等)銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、バンプ、異方性導電材、低融点金属などのろう材等が挙げられる。なかでも、半田を用いることにより、上述した接続端子の形状、突出パターンの位置及び大きさと相まって、高精度のセルフアライメント効果を発揮させることができる。よって、発光素子を適所に実装することが容易となり、量産性を向上させ、より小型の発光装置を製造することができる。成長用基板を除去する場合、異方性導電ペースト又は異方性導電フィルムを用いることが好ましい。接合部材は、発光素子を接続端子に固定した場合に、窒化物半導体積層体の厚みの1/4〜3倍程度の厚みとなるように設定されていることが好ましく、同等〜3倍程度がより好ましい。これによって、より高精度のセルフアライメント効果を発揮させることができ、より小型化/薄型化が可能となる。例えば、接合部材は、2〜50μm程度の厚みが好ましく、5〜30μm程度がより好ましい。
一実施形態では、基体に載置された発光素子の側面を透光性部材で被覆する。この被覆は、発光素子の長辺又は短辺を含む側面を透光性樹脂で被覆した後、この透光性樹脂を加工して、発光素子の第1主面から第2主面にかけて傾斜する面を有する透光性部材を形成することによって行うことができる。
また、別の実施形態では、発光素子をシート上に配列し、上記と同様に、発光素子の長辺又は短辺を含む側面を透光性樹脂で被覆した後、この透光性樹脂を加工して、発光素子の第1主面から第2主面にかけて傾斜する面を有する透光性部材を形成した後、透光性部材が形成された発光素子をシートから剥離し、基体に実装してもよい。
〔透光性部材〕
透光性部材は、発光層から出射される光の60%以上を透過するもの、さらに、70%、80%又は90%以上を透過するものが好ましい。このような部材としては、例えば、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、TPX樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等の透光性樹脂等が挙げられる。なかでもフッ素系樹脂、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂が好ましく、特に耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂がより好ましい。なかでも、1.3以上、2.4以下の屈折率を有するものが好ましい。1.3以上、1.8以下がさらに好ましく、1.4以上、1.6以下がより好ましい。これによって、光取り出し効率を向上することができる。
また、透光性部材には無機物も用いることができる。その際は、発光素子側面に無機物を接着させる形態となる。発光素子側面に無機物を接着させた後、レーザ加工を施すか、あらかじめ加工した無機物を発光素子に接着させる。
充填材は、例えば、透光性部材の全重量に対して0〜50重量%程度が好ましい。
発光素子の透光性樹脂での被覆は、例えば、スクリーン印刷、ポッティング、トランスファーモールド、コンプレッションモールド等を利用して行うことができる。この際、粘度又は流動性を調整するために、シリカ(アエロジル)などを添加してもよい。
発光素子を透光性樹脂で被覆する場合、発光素子の側面及び上面の全部を被覆してもよいし、そのうちの一部のみを被覆してもよい。つまり、発光素子の長側面のみを透光性樹脂で被覆してもよいし、発光素子の短側面のみを透光性樹脂で被覆してもよい。短側面及び/又は長側面が複数存在する場合には、少なくとも1面が被覆されていればよい。また、発光素子の短側面と長側面とを透光性樹脂で被覆してもよいし、発光素子の上面を透光性樹脂で被覆してもよい。その後、任意に、短側面における透光性樹脂を選択的に除去してもよいし、長側面における透光性樹脂を選択的に除去してもよい。発光素子の上面に透光性樹脂を被覆した場合には、発光素子の上面の透光性樹脂を除去することが好ましい。
なかでも、最終的に、短側面又は長側面のいずれか一方が全面において透光性樹脂で被覆され、他方が全面において透光性樹脂で被覆されない形態とすることが好ましい。
透光性樹脂を、発光素子の第1主面(光取り出し面)から第2主面(基体側の面)にかけて傾斜する面を有するように加工して透光性部材を形成する。ここでの傾斜する面は、1つの発光素子において1面でもよいし、1つの発光素子の1側面において1面でもよいし(図4Aの28参照)、1つの発光素子又は1つの発光素子の1側面において2面以上でもよい(図2Cの18参照)。また、規則的又は不規則的で連続的な傾斜が好ましいが、規則的又は不規則的で段階的な傾斜でもよく、いずれの形態であっても、平面状、曲面状、これらの組み合わせのいずれの面であってもよい。さらに、1つの発光素子の1側面の厚み方向の全部が傾斜していてもよいし、一部が傾斜し、他の一部が垂直面(図4D、図4Eの28b参照)又は若干逆方向に傾斜していてもよい。透光性樹脂の傾斜する面は、発光素子の第2主面に向かって広がる傾斜となるように行うことが好ましい。傾斜は、例えば、発光素子の第1主面に対して10〜80度、より好ましくは30〜80度程度が挙げられる(図2Bのα参照)。このような形状により、発光素子から出射される光の多重反射を防止して、乱光の発生を回避し、より光取り出し効率を向上させることができる。また、配光を制御することができる。
このような方法を利用することにより、透光性樹脂を選択的に任意の形状に容易に加工することができる。なかでもレーザアブレーションが好ましく、特に、短パルスレーザを発光素子の第1面に対して傾斜した方向から照射する方法が好ましい。例えば、透光性部材の傾斜面の傾斜角度に応じてミラー等でレーザ光を制御することにより、所望の傾斜角度とすることができる。
レーザ光は焦点のビーム径が小さい方が好ましく、高エネルギーの短パルスである程加工面の精度がよいため好ましい。そのためビーム径を絞ることができる短波長であることが好ましい。また、レーザを絞らずマスクにより加工領域を限定してもよい。
このような厚み範囲とすることにより、より小型化を実現しながら、光取り出し効率、配光性等を向上させることができる。また、発光装置の用途に応じて、複数の発光素子を配列する場合において、発光素子間のピッチを最小限に止めて、明るさを確保することができる。
なお、透光性部材の上面は、発光素子の上面と同一面を形成することが好ましい。
基体に実装された発光素子の長辺を含む側面及び透光性部材の傾斜する面を、光反射性部材で被覆する。
〔光反射性部材〕
光反射性部材は、少なくとも発光素子の一部を封止(被覆)又は発光素子を基体に固定する機能を有する部材である。その材料は、例えば、セラミック、樹脂、誘電体、パルプ、ガラス又はこれらの複合材料等が挙げられる。なかでも、任意の形状に容易に成形することができるという観点から、樹脂が好ましい。
そのために、上述した材料、例えば、樹脂に、二酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化ニオブ、酸化亜鉛、硫酸バリウム、各種希土類酸化物(例えば、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム)などの光反射材、光散乱材又はカーボンブラック等の着色材等を含有させることが好ましい。
光反射性部材は、ガラスファイバー、ワラストナイトなどの繊維状フィラー、カーボン等の無機フィラーを含有させてもよい。また、放熱性の高い材料(例えば、窒化アルミニウム等)を含有させてもよい。さらに、光反射性部材には、後述する蛍光体を含有させてもよい。
これらの添加物は、例えば、光反射性部材の全重量に対して、10〜95重量%程度、20〜80重量%程度、30〜60重量%程度含有させることが好ましい。
光反射性部材を放熱性の高い材料で形成することによって、発光装置の小型化を維持したまま、放熱性を向上させることができる。
例えば、発光素子の側面に配置される光反射性部材は反射率が高い材料、発光素子と基体との間に配置される部材は両者の密着性を強固とする材料とすることができる。
光反射性部材の厚み(光取り出し面側から見た場合の発光素子の側面から光反射性部材の最外形までの幅又は発光素子の側面における光反射性部材の最小幅ともいう)は、例えば、1〜1000μm程度が挙げられ、50〜500μm程度、100〜200μm程度が好ましい。
発光素子を基体上に搭載した場合、光反射性部材の上面が、発光素子の上面と同一面を形成することが好ましい。
光反射性部材は、スクリーン印刷、ポッティング、トランスファーモールド、コンプレッションモールド等により形成することができる。成形機を用いる場合は離型フィルムを用いてもよい。
発光装置は、その光取り出し面に、蛍光体層を形成することが好ましい。
この場合、少なくとも発光素子の第2主面の全体に、任意に、さらに透光性部材の上及び/又は光反射性部材の上に蛍光体層を形成することが好ましい。これにより、発光素子から出射される光の全てを蛍光体層に導入することができる。
量子ドット蛍光体は、不安定であるため、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)などの樹脂で表面修飾又は安定化してもよい。これらは透明樹脂(例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等)に混合されて成形されたバルク体(例えば、板状体)であってもよいし、ガラス板の間に透明樹脂とともに封止された板状体であってもよい。
蛍光体及び/又は充填材は、例えば、透光性部材の全重量に対して10〜80重量%程度が好ましい。
具体的には、スラリーとして、第2蛍光体:シリコーン樹脂:n−ヘプタンとを質量比で、2〜40:5〜20:10〜200で混合したものを用いることができる。このような比で混合することにより、スプレーしやすく、発光素子に蛍光体を均一に付着させることができる。なお、パルススプレー法以外のスプレー法においても、このような混合比を好適に適用できる。
なかでも、スプレー法によって積層する場合には、蛍光体層は、半導体積層体の全厚みの20倍以下の厚みであることが好ましく、10倍以下がより好ましく、6倍以下、4倍以下、3倍以下がさらに好ましい。このような厚みとすることにより、光の波長変換を十分に行いながら、より小型で薄膜の発光装置を提供することができる。
別の観点から、蛍光体層は、発光素子の側面における光反射性部材の厚みの2倍以下の厚みを有することが好ましく、最小幅の2倍以下とすることがより好ましく、同等以下がさらに好ましい。このような比較的薄い厚みとすることにより、後述するように、光反射性部材での被覆の有無にかかわらず、発光素子から出射される光を、蛍光体層の側面(側面)から出射させることなく、光取り出し面の1方向にのみ、光を取り出すことができる。よって、光取り出し効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態の発光装置は、上述したように、基体と、発光素子と、透光性部材と、光反射性部材とを備える。任意に、蛍光体層を有していてもよい。
基体は、一対の接続端子及び母材を備える。
発光素子は、基体の接続端子と接続され、上面視において長辺と短辺を有する。
透光性部材は、発光素子の短辺を含む側面を被覆し、傾斜面を有する。
光反射性部材は、発光素子の長辺を含む側面及び透光性部材の傾斜面を被覆する。
蛍光体層は、少なくとも発光素子の全上面を被覆することが好ましく、任意に、透光性部材及び/又は光反射性部材の上面を被覆する。
以下に本発明の発光装置の製造方法及び発光装置の実施形態を、図面に基づいて具体的に説明する。
〔発光素子の準備〕
まず、発光素子12を準備する。
発光素子12は、サファイアからなる基板7上に積層されたn型半導体層、発光層及びp型半導体層からなる半導体積層体17とn型半導体層に接続された第1電極、p型半導体層に接続された第2電極とを備える。半導体積層体17の平面形状は、長方形である。図示しないが、第1電極の一部は、絶縁膜(例えば、SiO2)を介して第2半導体層上にも及んでいる。第1電極19及び第2電極20は、基体11の接続端子と接合する面が、略同一の平面積を有しており、略面一である。
発光素子は、当該分野で公知の方法によって製造されたものである。
次いで、図1Aに示すように、基体11を準備する。
基体11は、略直方体の酸化亜鉛セラミックスからなる母材11aと、母材の一面及び側面を通って他面に及ぶ一対の接続端子15、16を備える。基体11は、平面形状が長方形であり、その大きさは、1.8×0.3mm、厚みは0.2mmである。
続いて、図1Bに示すように、基体11の一対の接続端子15、16上に共晶半田(Au−Sn)からなる接合部材22を配置する。基体11は、平面視において、発光素子12よりもサイズが大きく、基体の外周よりも内側に発光素子が配置される。
図1Cに示すように、発光素子12の第1電極19及び第2電極20を、基体11の一対の接続端子15、16上に載置し、発光素子12の光取出し面と基体の裏面とが略平行になるように接合する。接合は、当該分野で公知の条件によって行う。
図1Dに示すように、基体11に載置された発光素子12の2つの短側面を透光性樹脂18aで、例えば、トランスファーモールド法又は圧縮成形により被覆する。発光素子12の2つの長側面は、透光性樹脂18aで被覆されていない。さらに、発光素子12の上面は、透光性樹脂18aで被覆されていない。
透光性樹脂18aは、シリコーン樹脂からなる。
図1Eに示すように、発光素子の2つの短側面を被覆した透光性樹脂18aを、発光素子12の第1主面(光取り出し面)に対して斜め方向から短パルスレーザを照射することにより加工し、透光性部材18を形成する。この斜め方向からのパルスレーザの照射は、さらに、1つの短側面に対して、2方向からの斜め短パルスレーザによって行う。
この加工により、透光性樹脂18aは、発光素子12の第1主面に対して50度の角度(図2Bのα参照)を有する傾斜する面を有する透光性部材18とすることができる。また、この傾斜する面は、発光素子12の短側面に対して40度の角度(図2Cのβ参照)を有する。
透光性部材18の傾斜する面は、20μm以下、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下の表面粗さRaを有する。表面粗さRaは表面粗さ測定器、原子間力顕微鏡(AFM)、レーザーマイクロスコープによって測定することができる。
ここで加工した透光性部材18は、平面視では、図2Cに示すように、発光素子の短辺を含んで三角形状である。
続いて、図1Fに示すように、透光性部材18が形成された発光素子12の全側面を直接又は間接的に被覆するように、例えば、トランスファー成形法や圧縮成形法により、光反射性部材13を形成する。特に、透光性部材と発光素子との密着が弱い場合には、トランスファー成形よりも圧縮成形のほうが好ましい。光反射性部材13aは、発光素子12と基体11との間にも配置する。
光反射性部材13、13aは、シリコーン樹脂(SMC)と、フィラーである二酸化珪素(30重量%)及び反射材(拡散材)である二酸化チタン(30重量%)とからなる。
ここで、光反射性部材13は、透光性部材18の傾斜する面の全部を被覆し、透光性部材18の上面、発光素子12の上面と面一である。
蛍光体層2は、発光素子12の上面の全面、透光性部材18の上面及び光反射性部材13の上面を被覆している。蛍光体層2の平面形状は、図2Cに示すように、光反射性部材13の平面形状と一致している。
これによって、発光装置10を製造することができる。
これによって、発光素子から出射される光の多重反射を防止することができるため、光の減衰、迷光の発生等を抑制した信頼性の高い発光装置を簡便かつ確実に製造することができる。
実装は、発光装置10の一対の接続端子15、16が、それぞれ、実装基板51の正極及び負極に対応する配線パターン52上に載置され、半田53により接続される。半田53は、U字状に屈曲した接続端子15、16において、基体11の第1主面のみならず、側面及び第2主面にわたって、接触面積を広げて接続されている。これによって、発光装置の側面にフィレットを形成することができ、発光装置の放熱性及び実装安定性を向上させることができる。
この実施形態の発光装置の製造方法では、図4Aに示す発光装置23を得るために、以下に示す工程以外は、実質的に実施形態1と同様の製造方法によって製造することができる。
上述した発光素子を透光性樹脂で被覆する場合、基体11に載置された発光素子12の短側面及び長側面の全てを透光性樹脂18aで被覆し、その後、ブラスト法又はウエットエッチング法により、長側面の上、任意に発光素子12の上面に配置する透光性樹脂18aを除去する。
その後、発光素子の2つの短側面を被覆した透光性樹脂18aを、発光素子12の第1主面(光取り出し面)に対して斜め方向から短パルスレーザを照射することにより加工し、透光性部材18を形成する。この斜め方向からのパルスレーザの照射は、1つの短側面に対して、1方向からの斜め短パルスレーザによって行う。
この加工により、透光性樹脂18aは、発光素子12の第1主面に対して50度の角度(図2Bのα参照)を有する傾斜する面を有する透光性部材18とすることができる。
ここで加工した透光性部材18は、平面視では、図4Aに示すように、発光素子の短辺を含んで四角形である。
上述した以外の発光装置の構造は実施形態1と同様である。
この実施形態の発光装置の製造方法では、図4Bに示す発光装置30を得るために、以下に示す工程以外は、実質的に実施形態1と同様の製造方法によって製造することができる。
上述した発光素子を透光性樹脂で被覆する場合、基体11に載置された発光素子12の短側面及び長側面の全てを透光性樹脂で被覆し、その後、ブラスト法又はウエットエッチング法により、短側面の上、任意に発光素子12の上面に配置する透光性樹脂を除去する。
この加工により、透光性樹脂は、発光素子12の第1主面に対して50度の角度(図2Bのα参照)を有する傾斜する面を有する透光性部材38とすることができる。
ここで加工した透光性部材38は、平面視では、図4Bに示すように、発光素子12の長辺を含んで四角形である。
得られた発光装置は、例えば、発光素子を大きく見せることができ、照明用に好適に利用することができる。
この実施形態の発光装置の製造方法では、図4Cに示す発光装置40を得るために、以下に示す工程以外は、実質的に実施形態1と同様の製造方法によって製造することができる。
上述した発光素子を透光性樹脂で被覆する場合、基体11に載置された発光素子12の短側面及び長側面の全てを透光性樹脂で被覆し、その後、ブラスト法又はウエットエッチング法により、短側面の上、任意に発光素子12の上面に配置する透光性樹脂を除去する。
その後、発光素子の2つの長側面を被覆した透光性樹脂を、発光素子12の第1主面(光取り出し面)に対して斜め方向から短パルスレーザを円弧状に移動させながら照射することにより加工し、透光性部材48を形成する。
ここで加工した透光性部材48は、平面視では、図4Cに示すように、発光素子の長辺を含んで半円形である。
上述した以外の発光装置の構造は実施形態1と同様である。
得られた発光装置は、例えば、発光素子を大きく見せることができ、照明用に好適に利用することができる。
この実施形態の発光装置の製造方法では、図5A及び図5Bに示すように、母材21aに複合接続端子25が形成された複合基体21を用いて、複数の発光装置を製造することができる。この複合基体21は、個片化工程後の各発光装置の基体が、複数個連なって構成されている。
図5Aでは、18個の発光装置を得る複合基体21を表しているが、生産効率を考慮して、より多数(数百〜数千個)の発光装置を得る複合基体21とすることができる。
その後、透光性樹脂に、斜め方向からの短パルスレーザを照射することにより、実施形態1の変形例1と同様に透光性部材を形成する。
続いて、これらの複数の発光素子に対して、光反射性部材13を一括でトランスファー成形又は圧縮成形により成形し、成形体を取り出す。
その後、露出した発光素子12の上面に、上述したようなパルススプレー法によって、蛍光体層を形成する。
続いて、複合基体21と光反射性部材13とを分割予定線Lに沿って一方向に切断する。これによって、スリット26の配置により、スリットの延長方向にも分離され、比較的少ない工数で個片化した発光装置を得ることができる。
切断には、ダイサー、レーザなどを用いることができる。
このような製造方法においても、実施形態1と実質的に同様の効果を得ることができる。
この実施形態の発光装置の製造方法では、図6A及び図6Bに示す発光装置50を得るために、以下に示す工程以外は、実質的に実施形態1及びその変形例1と同様の製造方法によって製造することができる。
次いで、基体11に載置された発光素子12の短側面及び長側面の全てを透光性樹脂で被覆し、その後、マスクを用いたブラスト法により、発光素子12の上面に配置する透光性樹脂を除去する。これにより、透光性樹脂の上面と発光素子12の上面を面一にする。
その後、透光性樹脂の上面及び発光素子12の上面を被覆する蛍光体層2をパルススプレー法によって形成する。
その後、蛍光体層2が形成された透光性部材28及び発光素子12の全側面を直接又は間接的に被覆するように、例えば、モールド法により、光反射性部材63を形成する。光反射性部材63は、発光素子12と基体11との間にも配置され、蛍光体層2の側面を被覆するように配置される。
これによって、発光装置50を製造することができる。
これによって、発光素子から出射される光の多重反射を防止することができるため、光の減衰、迷光の発生等を抑制した信頼性の高い発光装置を簡便かつ確実に製造することができる。
蛍光体層の側面を斜めにすることにより、複数の発光素子を狭ピッチで配列することができ、より一層の小型化と明るさとを両立することができ、特に、車載用途(ヘッドライト用途等)に好適に利用することができる。
この実施形態の発光装置50Aの製造方法では、図7A及び図7Bに示す発光装置50Aを得るために、以下に示す工程以外は、実質的に実施形態1及び3と同様の製造方法によって製造することができる。
続いて、発光素子12の短側面の間に配置された透光性樹脂は加工せず、透光性部材28aとしたまま、発光素子12の1つの短側面(外側)を被覆する透光性樹脂を、発光素子12の第1主面(光取り出し面)に対して斜め方向から短パルスレーザを照射することにより加工し、透光性部材28を形成する。
その後、蛍光体層2を形成することにより、発光装置50Aを製造することができる。
このような製造方法においても、実施形態1と実質的に同様の効果を得ることができる。
この実施形態の発光装置の製造方法では、図2Aに示す発光装置10を得るために、まず、発光素子12の1つ又は複数をシート54上に配列する。
次いで、図8Aに示すように、各発光素子12の少なくとも2つの短側面を透光性樹脂18aで被覆する。
図8Bに示すように、発光素子の2つの短側面を被覆した透光性樹脂18aを、発光素子12の第1主面(光取り出し面)に対して斜め方向から短パルスレーザを照射することにより加工し、透光性部材18を形成する。ここでの加工は、レーザ光照射、ブラスト法、メニスカス等のいずれを利用してもよい。
続いて、図8Cに示すように、透光性部材18で短側面が被覆された発光素子12を、基体11に実装する。
その後、図8Dに示すように、透光性部材18が形成された発光素子12の全側面を被覆するように、光反射性部材13を形成する。
続いて、実施形態1と同様に蛍光体層を形成することによって、発光装置10を製造することができる。
7 基板
10、23、23A、30、40、50、50A 発光装置
11 基体
11a、21a 母材
12 発光素子
13、13a、63 光反射性部材
15、16 接続端子
17 半導体積層体
18、28、28a、38、48、58 透光性部材
18a 透光性樹脂
19 第1電極
20 第2電極
21 複合基体
22 接合部材
25 複合接続端子
26 スリット
28b 垂直面
51 実装基板
52 配線パターン
53 半田
54 シート
Claims (17)
- 上面視において長辺と短辺とを有し、かつ、一対の電極を備える第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有し、前記第1主面及び前記第2主面に隣接し、前記長辺を含む側面及び短辺を含む側面を有する発光素子を準備する工程、
前記発光素子を、一対の接続端子と母材とを備える基体に載置する工程、
前記発光素子の長辺又は短辺を含む側面を、前記発光素子の第1主面から第2主面にかけて傾斜する面を有する透光性部材で被覆する工程及び
前記発光素子の短辺又は長辺を含む側面及び前記透光性部材の傾斜する面を、光反射性部材で被覆する工程を含む発光装置の製造方法。 - 前記傾斜する面を有する透光性部材を、レーザアブレーションによって形成する請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 前記傾斜する面を有する透光性部材を、マスクを利用したブラストによって形成する請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 前記傾斜する面を有する透光性部材を、前記発光素子の第2主面に向かって広がる傾斜となるように形成する請求項1から3のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- さらに、前記発光素子の第2主面上に蛍光体層を形成する請求項1から4のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- さらに、前記透光性部材の上又は前記光反射性部材の上に蛍光体層を形成する請求項1から5のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子の側面の前記透光性部材での被覆を、
前記発光素子の長辺又は短辺を含む側面を透光性樹脂で被覆し、
前記透光性樹脂を加工して、前記発光素子の第1主面から第2主面にかけて傾斜する面を有する透光性部材を形成することによって行う請求項1から6のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。 - 前記発光素子の長辺又は短辺を含む側面の前記透光性樹脂での被覆を、
前記発光素子の短辺を含む側面とともに長辺を含む側面を前記透光性樹脂で被覆し、
前記長辺又は短辺を含む側面に被覆された前記透光性樹脂を除去することによって行う請求項7に記載の発光装置の製造方法。 - 一対の接続端子及び母材を備える基体と、
一対の電極を備える第1主面と、該第1主面と反対側の第2主面とを有し、前記接続端子と接続され、上面視において長辺と短辺を有する発光素子と、
前記発光素子の長辺又は短辺を含む側面を被覆し、前記発光素子の第2主面に向かって広がる傾斜となる傾斜面を有する透光性部材と、
前記発光素子の短辺又は長辺を含む側面を被覆する光反射性部材とを備える発光装置。 - 前記透光性部材は、前記発光素子の長辺又は短辺を含む側面に、前記発光素子の第2主面に向かって広がる傾斜となる2つの傾斜面を有する請求項9に記載の発光装置。
- 前記発光素子の第2主面に配置された蛍光体層をさらに有する請求項10に記載の発光装置。
- 前記蛍光体層は、前記透光性部材の上面を被覆する請求項11に記載の発光装置。
- 前記蛍光体層は、前記光反射性部材の上面を被覆する請求項11又は12に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、1.3以上2.0以下の屈折率を有する請求項9から13のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記透光性部材の傾斜面は、20μm以下の表面粗さRaを有する請求項9から14のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、前記発光素子の第2主面にさらに配置されている請求項9、10、12から15のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記光反射部材は、前記透光性部材の傾斜面をさらに被覆する請求項9から16のいずれか1つに記載の発光装置。
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