JP6372664B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は発光装置およびその製造方法に関する。
従来、実装基板に対してフリップチップの態様で実装される発光素子と、発光素子の上面よりも広い面積を有する光透過部材とを接着材で貼り合わせた構造を有する発光装置であって、発光素子と光透過部材の間からはみだした接着材により、発光素子の側面と光透過部材の端部とを結ぶ傾斜面を有する接着材層を形成した発光装置が存在する。このような構成によれば、発光素子の側面から出射される光を接着材層の傾斜面で上方へ反射させることによって、発光装置から上方への光の取り出し効率を向上させることができる。そのような発光装置の例として特許文献１（特許第５５３９８４９号公報）に記載のものを挙げることができる。
上述の構成において、実装基板側の接着材層の端部の位置が実装基板から上方へ離れ過ぎると、発光素子の側面を接着材層により十分に覆うことができず、発光素子の側面からの光の取り出し効率が低下するという問題がある。逆に、実装基板側の接着材層の端部の位置が実装基板側に寄り過ぎて、接着材が実装基板にまで到達する程になると、接着材層内を通る光が実装基板側へ漏れてしまい、やはり光の取り出し効率が低下するという問題がある。
本発明は上記に鑑み、発光素子と、光透過部材とを接着材で貼り合わせる構造を有する発光装置の光の取り出し効率の低下を抑制することをその目的の一つとする。
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
すなわち、本発明の１つの局面に係る発光装置は、サファイア基板と半導体層とを有する半導体発光素子と、実装基板と、光透過部材と、を備える発光装置であって、サファイア基板と光透過部材とが接着材で接着され、半導体発光素子は実装基板に対してフリップチップの態様で実装され、サファイア基板の実装基板側に粗面化周縁部が形成されている、発光装置である。
すなわち、本発明の１つの局面に係る発光装置は、サファイア基板と半導体層とを有する半導体発光素子と、実装基板と、光透過部材と、を備える発光装置であって、サファイア基板と光透過部材とが接着材で接着され、半導体発光素子は実装基板に対してフリップチップの態様で実装され、サファイア基板の実装基板側に粗面化周縁部が形成されている、発光装置である。
上記局面の構成によれば、サファイア基板と光透過部材の間からはみだしてサファイア基板の側面を伝って流れる（垂れる）硬化前の接着材の流れを、粗面化周縁部の粗面（すなわち、凹凸面）により堰き止めることができる。これにより、接着材の硬化によりサファイア基板の側面の周囲に形成される接着材層の傾斜面の実装基板側の端部を、粗面化周縁部上に位置させることができる。粗面化周縁部がサファイア基板の実装基板側に形成されているため、接着材層が実装基板に接触しない範囲内で、接着材層の傾斜面の実装基板側の端部を実装基板に対して極力接近させることができる。よって、実装基板側の接着材層の端部の位置が実装基板から上方へ離れ過ぎたり、接着材層が実装基板まで到達したりするという問題の発生を抑制することができる。これにより、発光素子の側面からの光を効率的に上方へ反射させて取り出すことができ、発光装置全体としての光の取り出し効率の低下を抑制することができる。
本発明の別の局面によれば、粗面化周縁部は、サファイア基板の実装基板側の側面を粗面化することで形成される。その場合、サファイア基板は、実装基板側から、粗面化周縁部、劈開面、レーザ加工面を順に有するものとしてもよい。
本発明の更に別の局面によれば、サファイア基板の実装基板と対向する面の全体が粗面化され、半導体層の周縁部を除去することにより、粗面化周縁部が形成される。
本発明の更に別の局面によれば、サファイア基板の実装基板と対向する面の全体が粗面化され、半導体層の周縁部を除去することにより、粗面化周縁部が形成される。
本発明の更に別の局面によれば、粗面化周縁部を、サファイア基板と比して濡れ性の劣る材料により被覆する。これにより、粗面化周縁部による接着材の堰き止め効果をより高めることができる。サファイア基板と比して濡れ性の劣る材料として、ＳｉＯ２を用いてもよい。
以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の間で相当する構成要素は同じ符号を用いると共に、同一の構成については重複説明を省略する。また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実際のものとは必ずしも一致しないことがある。また、以下の説明において上下左右等という場合は主として図中における方向をいうものであり、本発明の装置および素子の実際の使用状態における方向とは無関係である。
（第１実施形態）
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る発光装置１の概略の断面図である。図示するように、発光装置１は、発光素子１０、光透過部材２０、接着材層３０、バンプ４０、ダム５０、反射材料層６０、実装基板７０を有する。発光素子１０は、上面に配線が形成された実装基板７０の上に、複数のバンプ４０を介して実装されている。発光素子１０の上には、発光素子１０の全体を覆う大きさの光透過部材２０が、透明の接着材からなる接着材層３０により接着され搭載されている。発光素子１０の外側にはダム５０が形成され、発光素子１０とダム５０との間の空間は反射材料層６０により充填されている。反射材料層６０は、発光素子１０、光透過部材２０、および、接着材層３０の外周側面を覆っている。
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る発光装置１の概略の断面図である。図示するように、発光装置１は、発光素子１０、光透過部材２０、接着材層３０、バンプ４０、ダム５０、反射材料層６０、実装基板７０を有する。発光素子１０は、上面に配線が形成された実装基板７０の上に、複数のバンプ４０を介して実装されている。発光素子１０の上には、発光素子１０の全体を覆う大きさの光透過部材２０が、透明の接着材からなる接着材層３０により接着され搭載されている。発光素子１０の外側にはダム５０が形成され、発光素子１０とダム５０との間の空間は反射材料層６０により充填されている。反射材料層６０は、発光素子１０、光透過部材２０、および、接着材層３０の外周側面を覆っている。
（発光素子１０）
発光素子１０はフリップチップタイプのものが好ましく、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体層１１（エピタキシャル層）が、サファイア基板１２上に形成されているものを採用することができる。ただし、本発明の実施態様はこれに限らず、発光素子１０の半導体層１１として上記の他、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）系、炭化珪素（ＳｉＣ）系等を用いることができ、基板としてそれぞれに適したものを用いることができる。発光素子１０の発光色としては、蛍光体を励起して蛍光との合成により白色を取り出すことができる青色、紫色または紫外光が好ましいが、これらに限定されない。発光素子１０の実装個数は１個に限らず、複数個でもよい。複数個の発光素子１０を実装する場合は、所定のチップ間間隔をおいて配列することが好ましい。
発光素子１０はフリップチップタイプのものが好ましく、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体層１１（エピタキシャル層）が、サファイア基板１２上に形成されているものを採用することができる。ただし、本発明の実施態様はこれに限らず、発光素子１０の半導体層１１として上記の他、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）系、炭化珪素（ＳｉＣ）系等を用いることができ、基板としてそれぞれに適したものを用いることができる。発光素子１０の発光色としては、蛍光体を励起して蛍光との合成により白色を取り出すことができる青色、紫色または紫外光が好ましいが、これらに限定されない。発光素子１０の実装個数は１個に限らず、複数個でもよい。複数個の発光素子１０を実装する場合は、所定のチップ間間隔をおいて配列することが好ましい。
（光透過部材２０）
光透過部材２０は、本実施形態の説明においては蛍光体を含み透光性を有する蛍光体板として説明するが、本発明の適用においてはこれに限られない。例えば、光透過部材２０はレンズや導光体等としてもよく、蛍光体を含んでいても含んでいなくてもよい。透光性を有する部材であって本発明の適用が可能なものであれば任意の部材を光透過部材２０とすることができる。光透過部材２０の上面は光取り出し面として機能する。
本実施形態に係る蛍光体板としての光透過部材２０は、蛍光体の単結晶、蛍光体の多結晶、蛍光体の焼結体、樹脂又はガラスに蛍光体を分散させ又は塗布したもの等とすることができる。なお、光透過部材２０を発光素子１０に接着するため、光透過部材２０としては剛性を有し、接着等により変形しないものを用いることが好ましく、焼結体やガラスなどの無機部材であることが好ましい。蛍光体は、発光素子１０の発光により励起されて所定の色の蛍光を発するものであり、蛍光色は、例として、発光素子１０の発光色との合成で白色を取り出せるような蛍光色とすることができる。例えば、発光素子１０として青色発光素子を用いる場合には、黄色蛍光体を単独で用いたり、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを組み合わせて用いたりすることができる。
光透過部材２０は、本実施形態の説明においては蛍光体を含み透光性を有する蛍光体板として説明するが、本発明の適用においてはこれに限られない。例えば、光透過部材２０はレンズや導光体等としてもよく、蛍光体を含んでいても含んでいなくてもよい。透光性を有する部材であって本発明の適用が可能なものであれば任意の部材を光透過部材２０とすることができる。光透過部材２０の上面は光取り出し面として機能する。
本実施形態に係る蛍光体板としての光透過部材２０は、蛍光体の単結晶、蛍光体の多結晶、蛍光体の焼結体、樹脂又はガラスに蛍光体を分散させ又は塗布したもの等とすることができる。なお、光透過部材２０を発光素子１０に接着するため、光透過部材２０としては剛性を有し、接着等により変形しないものを用いることが好ましく、焼結体やガラスなどの無機部材であることが好ましい。蛍光体は、発光素子１０の発光により励起されて所定の色の蛍光を発するものであり、蛍光色は、例として、発光素子１０の発光色との合成で白色を取り出せるような蛍光色とすることができる。例えば、発光素子１０として青色発光素子を用いる場合には、黄色蛍光体を単独で用いたり、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを組み合わせて用いたりすることができる。
（接着材層３０）
接着材層３０を形成する接着材として、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の透明な樹脂を用いることができる。接着材の粘度（Ｐａ・ｓ）は０．０５〜５０とすることが好ましい。接着材層３０は、所定の粒径のビーズ３１を含有するものとしてもよい。ビーズ３１は、発光素子１０の上面と光透過部材２０の下面との間に挟まれてスペーサの役割を果たし、接着材層３０の膜厚を決定するために用いられる。
接着材層３０を形成する接着材として、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の透明な樹脂を用いることができる。接着材の粘度（Ｐａ・ｓ）は０．０５〜５０とすることが好ましい。接着材層３０は、所定の粒径のビーズ３１を含有するものとしてもよい。ビーズ３１は、発光素子１０の上面と光透過部材２０の下面との間に挟まれてスペーサの役割を果たし、接着材層３０の膜厚を決定するために用いられる。
（バンプ４０）
バンプ４０は、スタッドバンプ、線状バンプ、ソルダーバンプ等とすることができ、その材料は金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀−スズ合金（Ａｇ／Ｓｎ）等とすることができる。発光素子１０を実装基板７０の配線パターンに接合する手段としては、バンプ４０に代えて、ハンダ、導電ペースト、金属微粒子、表面活性化、接着材等による方法を用いることもできる。ハンダとしては特に、金−スズ（Ａｕ／Ｓｎ）ハンダを用いることが好ましい。発光素子１０で生じた熱を実装基板７０へより効率的に放熱できるためである。
バンプ４０は、スタッドバンプ、線状バンプ、ソルダーバンプ等とすることができ、その材料は金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀−スズ合金（Ａｇ／Ｓｎ）等とすることができる。発光素子１０を実装基板７０の配線パターンに接合する手段としては、バンプ４０に代えて、ハンダ、導電ペースト、金属微粒子、表面活性化、接着材等による方法を用いることもできる。ハンダとしては特に、金−スズ（Ａｕ／Ｓｎ）ハンダを用いることが好ましい。発光素子１０で生じた熱を実装基板７０へより効率的に放熱できるためである。
（ダム５０）
ダム５０の材料としては樹脂等を用いることができ、樹脂としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。樹脂は、反射材料層６０の反射材料がダム５０を這い上がりやすい点および密着性が良好な点で、反射材料層６０の材料である樹脂と同種の樹脂とすることが好ましい。ダム５０の樹脂にも光反射性物質を含有させてもよい。ダム５０の枠形状としては四角枠状、長円枠状、楕円枠状、円枠状等、任意の形状とすることができる。ダム５０の断面形状としては、半円状、Ｖ字状、矩形状等、任意である。
ダム５０の材料としては樹脂等を用いることができ、樹脂としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。樹脂は、反射材料層６０の反射材料がダム５０を這い上がりやすい点および密着性が良好な点で、反射材料層６０の材料である樹脂と同種の樹脂とすることが好ましい。ダム５０の樹脂にも光反射性物質を含有させてもよい。ダム５０の枠形状としては四角枠状、長円枠状、楕円枠状、円枠状等、任意の形状とすることができる。ダム５０の断面形状としては、半円状、Ｖ字状、矩形状等、任意である。
（反射材料層６０）
反射材料層６０を形成する反射材料は樹脂に光反射性物質を含有させたものとすることができる。樹脂としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。光反射性物質としてはＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉ等の酸化物や、ＡｌＮ、ＭｇＦ等を用いることができる。特に、発光素子１０で生じた熱に対する耐熱性、光の反射性の観点から、シリコーン樹脂とＴｉＯ２の組み合わせが好ましい。
反射材料層６０を形成する反射材料は樹脂に光反射性物質を含有させたものとすることができる。樹脂としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。光反射性物質としてはＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉ等の酸化物や、ＡｌＮ、ＭｇＦ等を用いることができる。特に、発光素子１０で生じた熱に対する耐熱性、光の反射性の観点から、シリコーン樹脂とＴｉＯ２の組み合わせが好ましい。
（実装基板７０）
実装基板７０の材料としては、セラミック（窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ等）、樹脂、表面を絶縁被覆した金属等、任意の材料を用いることができる。実装基板７０の形状は四角形、円形、三角形等、任意である。配線パターンの材料としては、金、銀、銅、アルミニウム等を用いることができる。
実装基板７０の材料としては、セラミック（窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ等）、樹脂、表面を絶縁被覆した金属等、任意の材料を用いることができる。実装基板７０の形状は四角形、円形、三角形等、任意である。配線パターンの材料としては、金、銀、銅、アルミニウム等を用いることができる。
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す発光装置１の要部として、発光素子１０、光透過部材２０、接着材層３０、バンプ４０のみに着目し、それらの断面の一部を拡大して示す図である。図示するように、サファイア基板１２の下面にはドライエッチング、ウェットエッチング等の手段により凹凸が形成され、その凹凸が形成された面（すなわち、粗面）の上に半導体層１１がエピタキシャル成長により形成されている。また、発光素子１０の側面に対向する位置に存在する接着材層３０の部分は発光素子１０の側面に対して傾斜する傾斜面３２を有し、傾斜面３２は反射面として機能する。
後述する発光装置１の製造工程のように、発光素子１０の上面（半導体層１１と反対側の面）と光透過部材２０の下面は、接着材層３０を形成する接着材により接着される。そのとき、サファイア基板１２と光透過部材２０の間からはみだしてサファイア基板１２の側面を伝って硬化前の接着材が流れる（垂れる）。すると、未硬化の接着材の表面張力により、発光素子１０の側面と光透過部材２０の端部を結ぶようにメニスカスが形成され、これにより接着材層３０の傾斜面３２が形成される。
さらに、接着材層３０の周囲に未硬化の反射材料層６０の材料を充填することにより、傾斜面３２の形状に沿う形状の反射材料層６０が形成される。反射材料層６０は発光素子１０の下部のバンプ４０の間隙にも充填される。
発光装置１において、発光素子１０の上面から上方へ出射される光は接着材層３０および光透過部材２０を透過する。その際、一部の光は蛍光体に吸収され、蛍光体から蛍光が発せられる。発光素子１０の出射光と蛍光は光透過部材２０を透過して、光透過部材２０の上面（発光面）から出射される。
発光装置１において、発光素子１０の上面から上方へ出射される光は接着材層３０および光透過部材２０を透過する。その際、一部の光は蛍光体に吸収され、蛍光体から蛍光が発せられる。発光素子１０の出射光と蛍光は光透過部材２０を透過して、光透過部材２０の上面（発光面）から出射される。
発光素子１０の側面から出射される光は接着材層３０に入射し、反射材料層６０と接着材層３０との境界の傾斜面３２によって上方に反射され、光透過部材２０を通過して上面から出射される。このように発光素子１０の側面から出射される光の多くは発光素子１０の内部に戻らないため発光素子１０によって吸収されない。また、発光素子１０の側面と反射材料層６０までの距離は短いため、接着材層３０による吸収の影響もほとんど受けない。
発光素子１０の下面から出射される光は発光素子１０の底面で反射材料層６０により反射されて上方に向かい、接着材層３０および光透過部材２０を透過して上面から出射される。
発光素子１０の下面から出射される光は発光素子１０の底面で反射材料層６０により反射されて上方に向かい、接着材層３０および光透過部材２０を透過して上面から出射される。
このように、図１の発光装置１は発光素子１０の側面から出射された光を、発光素子１０の側面の周囲に近接して形成された傾斜面３２によって反射して上方から出射することができる。これにより、発光素子１０の上方からの光の取り出し効率を向上させることができる。特に、発光素子１０の側面から出射された光の多くは、発光素子１０の内部に戻されることなく、接着材層３０を短い距離だけ通過した後、反射材料層６０により反射されて上方に向かうため、光の取り出し効率が向上する。
図１（Ｃ）は図１（Ｂ）に示す発光装置１の要部を更に拡大して模式的に示す断面図である。図示するように、本実施形態のサファイア基板１２の実装基板７０側には粗面化周縁部１３が形成されており、この粗面化周縁部１３上に傾斜面３２の下端部が位置する構造となっている。粗面化周縁部１３は、サファイア基板１２の実装基板７０側の角部の全周縁の側面を粗面化することで形成される。このような構成によれば、サファイア基板１２と光透過部材２０の間からはみだしてサファイア基板１２の側面を伝って流れる硬化前の接着材の流れを、粗面化周縁部１３の粗面（凹凸面）により堰き止めることができる。
すなわち、硬化前の接着材が粗面化周縁部１３よりも実装基板７０側へ越えて行くことを抑制することができる。これにより、接着材層３０を形成する接着材が実装基板７０まで到達しない範囲内で、実装基板７０側の硬化後の接着材層３０の下端部の位置を実装基板７０に極力接近させることができる。これにより、発光素子１０の側面からの光を効率的に上方へ反射させて取り出すことができ、発光装置１全体としての光の取り出し効率の低下を抑制することができる。
次に、粗面化周縁部１３についてより詳細に説明する。図２（Ａ）は、図１の発光素子１０およびバンプ４０を示す正面図である。本実施形態の発光素子１０は分割予定ラインに沿ってレーザを照射し、改質部を形成することで分割するレーザスクライブを経て製造される。そのため、サファイア基板１２の側面は、実装基板７０へ実装される側から順に、粗面化周縁部１３、第１劈開面１４、レーザ加工面（改質部）１５、第２劈開面１６を有する。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）中における発光素子１０の左下角部を拡大して示す図である。ただし、本発明の発光素子１０はレーザスクライブを経ずに製造されてもよい。
発光素子１０がレーザスクライブを経て製造される場合、レーザ加工面１５は粗面化周縁部１３よりも大きな凹凸を有する。その場合、発光素子１０と光透過部材２０とを接着材（以下、硬化前の接着材を「接着材３０’」とする）により接着する際、サファイア基板１２と光透過部材２０の間からはみだした比較的多量の接着材３０’がサファイア基板１２の第２劈開面１６に沿って比較的勢いよく流れる（垂れる）。そのとき、第２劈開面１６を越えて更に流れる接着材３０’の流れの勢いを、大きな凹凸を有するレーザ加工面１５で弱めることができる。図２（Ｃ）の実線アは、その時点における接着材３０’の流れの先頭の形状の一例を模式的に表すものである。
レーザ加工面１５の凹凸によって勢いを弱められた接着材３０’の一部は第１劈開面１４を越えて粗面化周縁部１３に到達し、粗面化周縁部１３の比較的小さな凹凸によって堰き止められる。図２（Ｃ）の点線イは、その時点における接着材３０’の流れの先頭の形状の一例を模式的に表すものである。このように、レーザ加工面１５がある場合には、粗面化周縁部１３に到達する接着材３０’の量が比較的少量となり、その流れの勢いも弱められているため、粗面化周縁部１３により接着材３０’を堰き止める効果が確実に得られる。結果として、サファイア基板１２の側面全体を接着材層３０で確実に覆うことができ、反射面としての傾斜面３２による反射の効果を確実に得ることができる。
上述のとおり、粗面化周縁部１３は、サファイア基板１２の実装基板７０側の側面を粗面化することで形成される。具体的には、サファイア基板１２の実装基板７０側の角部の全周縁の側面をドライエッチングやレーザ照射等の手段により削ることで粗面化し、粗面化周縁部１３を形成する。粗面化周縁部１３は、例えば、発光素子１０を劈開等により分割する前のウェハの状態において、ウェハの分割予定線に沿ってドライエッチングやレーザ照射等によって半導体層１１とともにサファイア基板１２の一部を除去することで形成できる。
粗面化周縁部１３の幅（図２（Ｂ）中の上下方向における幅ｗ）は１〜４０μｍの範囲内であることが好ましい。接着材３０’を確実に堰き止めるため、粗面化周縁部１３の幅ｗは５〜２５μｍの範囲内とすることがより好ましい。この場合の粗面化周縁部１３の幅ｗとは、サファイア基板１２の側面と直行する方向に見た場合の粗面化周縁部１３の見かけ上の幅とする（図２（Ｂ）中に符号ｗにより示す）。粗面化周縁部１３の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１〜２０μｍの範囲内であることが好ましい。粗面化周縁部１３の表面がサファイア基板１２の側面に対して成す角度θは５〜５０°の範囲内であることが好ましい。劈開面１４と粗面化周縁部１３とで構成される角により、表面張力による這い上がりを堰き止めることができるからである。これらの構成により粗面化周縁部１３による好適な接着材の堰き止め効果が得られる。
粗面化周縁部１３を、サファイア基板１２と比して濡れ性の劣る材料により被覆してもよい。これにより、粗面化周縁部１３において接着材を堰き止める効果が向上する。当該材料の膜厚として１０００〜２０００Åの範囲内とすることが好ましい。そうすることで、粗面化周縁部１３の凹凸が表面に現れるためである。サファイア基板１２と比して濡れ性の劣る材料としてＳｉＯ２等を用いることができる。粗面化周縁部１３と同様、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体層１１も、半導体層１１と比して濡れ性の劣る材料により被覆してもよい。粗面化周縁部１３を乗り越えてしまった接着材３０’を半導体層１１の近傍で留め、実装基板７０に垂れることを確実に防止するためである。半導体層１１と比して濡れ性の劣る材料としてＳｉＯ２等を用いることができる。粗面化周縁部１３や半導体層１１の被覆は塗布、蒸着、スパッタリング等、公知の方法によりなされ得る。
次に、本実施形態の発光装置１の製造方法について図３（Ａ）〜（Ｅ）を用いて説明する。まず、図３（Ａ）のように、実装基板７０の上面の配線パターンに、フリップチップタイプの発光素子１０を、バンプ４０を介して実装する。
次に、図３（Ｂ）のように、発光素子１０の上面に、接着材３０’（未硬化）をディスペンサ１００等で適量だけポッティング（滴下）し、その上に光透過部材２０を搭載し、加圧する。
これにより、図３（Ｃ）のように未硬化の接着材３０’が発光素子１０の側面の少なくとも一部を覆いつつ表面張力を保つことによって、発光素子１０の側面と光透過部材２０の端部を結ぶ傾斜面３２が形成される。接着材３０’を所定硬化処理により硬化させ、接着材層３０を形成する。
次に、図３（Ｂ）のように、発光素子１０の上面に、接着材３０’（未硬化）をディスペンサ１００等で適量だけポッティング（滴下）し、その上に光透過部材２０を搭載し、加圧する。
これにより、図３（Ｃ）のように未硬化の接着材３０’が発光素子１０の側面の少なくとも一部を覆いつつ表面張力を保つことによって、発光素子１０の側面と光透過部材２０の端部を結ぶ傾斜面３２が形成される。接着材３０’を所定硬化処理により硬化させ、接着材層３０を形成する。
次に、図３（Ｄ）のように、実装基板７０の上面にダム５０を樹脂等で形成する。
さらに、図３（Ｅ）のように、発光素子１０、接着材層３０および光透過部材２０と、ダム５０との間に、ディスペンサなどで反射材料（未硬化）を注入する。このとき、発光素子１０の下部のバンプ４０の周囲にも反射材料が十分充填されるように注入する。また、接着材層３０の傾斜面３２および光透過部材２０の側面に、反射材料（未硬化）が隙間なく密着するように充填する。これにより、接着材層３０の傾斜面３２に沿う形状の傾斜面を有する反射材料層６０を形成することができる。最後に、反射材料を所定の硬化処理により硬化させ、反射材料層６０を形成する。以上により、本実施形態の発光装置１が製造される。
さらに、図３（Ｅ）のように、発光素子１０、接着材層３０および光透過部材２０と、ダム５０との間に、ディスペンサなどで反射材料（未硬化）を注入する。このとき、発光素子１０の下部のバンプ４０の周囲にも反射材料が十分充填されるように注入する。また、接着材層３０の傾斜面３２および光透過部材２０の側面に、反射材料（未硬化）が隙間なく密着するように充填する。これにより、接着材層３０の傾斜面３２に沿う形状の傾斜面を有する反射材料層６０を形成することができる。最後に、反射材料を所定の硬化処理により硬化させ、反射材料層６０を形成する。以上により、本実施形態の発光装置１が製造される。
なお、光透過部材２０は、上面および下面のいずれか一方、または両方に粗面を設け、光散乱を生じさせる構造としてもよい。ただし、光透過部材２０の上面を粗面にする場合、粗面を設ける領域のサイズ、粗面の粗さ、粗面を構成する凹凸の形状・密度などを調整し、接着材層３０や反射材料層６０を形成する工程で未硬化樹脂が光透過部材２０の上面に這い上がってこないようにすることが望ましい。
（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態に係る発光素子１０’の一部のみを模式的に示す部分正面図であり、図２（Ｂ）に示す第１実施形態に係る発光素子１０の部分正面図に対応する図である。本実施形態においては、図４に示すように、サファイア基板１２の実装基板７０と対向する面の全体が粗面化されており、サファイア基板１２の粗面が露出するように半導体層１１の周縁部を除去することにより、粗面化周縁部１３が形成される。このような構成の発光素子１０’によっても粗面化周縁部１３において未硬化の接着材を堰き止めることができる。このような粗面として、半導体層１１を結晶性良く成長させるために錐形状または錐台形状の凸部を周期的に形成した加工基板の凹凸を適用できる。発光素子１０の側面において、サファイア基板１２と半導体層１１との間に段差があることで、より確実に接着材３０’を堰き止めることができる。よって、本実施形態の発光素子１０’を第１実施形態の発光素子１０と同様の態様で用いることができ、同様の効果を奏し得る。
図４は本発明の第２実施形態に係る発光素子１０’の一部のみを模式的に示す部分正面図であり、図２（Ｂ）に示す第１実施形態に係る発光素子１０の部分正面図に対応する図である。本実施形態においては、図４に示すように、サファイア基板１２の実装基板７０と対向する面の全体が粗面化されており、サファイア基板１２の粗面が露出するように半導体層１１の周縁部を除去することにより、粗面化周縁部１３が形成される。このような構成の発光素子１０’によっても粗面化周縁部１３において未硬化の接着材を堰き止めることができる。このような粗面として、半導体層１１を結晶性良く成長させるために錐形状または錐台形状の凸部を周期的に形成した加工基板の凹凸を適用できる。発光素子１０の側面において、サファイア基板１２と半導体層１１との間に段差があることで、より確実に接着材３０’を堰き止めることができる。よって、本実施形態の発光素子１０’を第１実施形態の発光素子１０と同様の態様で用いることができ、同様の効果を奏し得る。
（変形例）
図５は、第１実施形態および第２実施形態の変形例に係る発光装置１’、１”を模式的に示す断面図である。変形例の発光装置１’、１”は、反射材料層６０が多層構造となっている。すなわち、図５（Ａ）に示す発光装置１’の反射材料層６０は、上層側の第１層６１と下層側の第２層６２の二層構造となっており、第２層６２が実装基板７０の表面、発光素子１０、接着材層３０、および、光透過部材２０の側面を覆っている。このような構成において、第１層６１と比べ光反射率の高い樹脂を第２層６２に用いることで、発光素子１０や光透過部材２０の側面から漏れる光を確実に反射させることができる。さらに、外部からの硫化ガスなどによる劣化（特に電極の劣化）を防ぐため、電極および実装基板７０に近い下層６２のガス透過率を低くすることが好ましい。
図５は、第１実施形態および第２実施形態の変形例に係る発光装置１’、１”を模式的に示す断面図である。変形例の発光装置１’、１”は、反射材料層６０が多層構造となっている。すなわち、図５（Ａ）に示す発光装置１’の反射材料層６０は、上層側の第１層６１と下層側の第２層６２の二層構造となっており、第２層６２が実装基板７０の表面、発光素子１０、接着材層３０、および、光透過部材２０の側面を覆っている。このような構成において、第１層６１と比べ光反射率の高い樹脂を第２層６２に用いることで、発光素子１０や光透過部材２０の側面から漏れる光を確実に反射させることができる。さらに、外部からの硫化ガスなどによる劣化（特に電極の劣化）を防ぐため、電極および実装基板７０に近い下層６２のガス透過率を低くすることが好ましい。
発光装置１’が組み込まれる照明装置の光学系によっては、発光部（光透過部材２０の表面）以外からの光、例えば、反射材料層６０の表面で反射した光は迷光となり、照明品質に悪影響を及ぼす恐れがある。そこで、第１層６１を反射率が低く、光吸収係数の高い黒色などの有色のものとすることが好ましい。迷光が影響しない場合は、光の利用効率を上げるべく、反射率が高いものを第１層６１として用いてもよい。
一方、図５（Ｂ）に示す発光装置１”の反射材料層６０は、上層側の第１層６１、中間層としての第２層６２、下層側の第３層６３の三層構造となっており、第２層６２が接着材層３０および光透過部材２０の側面を覆い、第３層６３が実装基板７０の表面および発光素子１０を覆っている。このような構成において、第１層６１と比べ光反射率の高い樹脂を第２層６２および第３層６３に用いることで、発光素子１０や光透過部材２０の側面から漏れる光を確実に反射させることができる。さらに、外部からの硫化ガスなどによる劣化（特に電極の劣化）を防ぐため、電極および実装基板７０に近い第２層６２や第３層６３（特に第３層６３）のガス透過率を低くすることが好ましい。
また、第３層６３は相対的に低い粘度を有するものとしてもよく、これにより未硬化の反射材料が発光素子１０の下方の隙間に入り込みやすくなり、ボイドの発生を抑制することができる。第３層６３と比較して第２層６２が高い粘度を有するものとすれば、第２層６２に多くの量の光反射性物質を分散させることができ、好適である。
発光装置１”が組み込まれる照明装置の光学系によっては、発光部（光透過部材２０の表面）以外からの光、例えば、反射材料層６０の表面で反射した光は迷光となり、照明品質に悪影響を及ぼす恐れがある。そこで、第１層６１を反射率が低く、光吸収係数の高い黒色などの有色のものとすることが好ましい。迷光が影響しない場合は、光の利用効率を上げるべく、反射率が高いものを第１層６１として用いてもよい。
本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報の内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
１、１’、１” 発光装置
１０、１０’ 発光素子
１１ 半導体層（エピタキシャル層）
１２ サファイア基板
１３ 粗面化周縁部
１４ 第１劈開面（劈開面）
１５ 被レーザ加工部
１６ 第２劈開面
２０ 光透過部材
３０ 接着材層
３０’ 接着材（未硬化）
３１ ビーズ
３２ 傾斜面
４０ バンプ
５０ ダム
６０ 反射材料層
７０ 実装基板
１００ ディスペンサ
１０、１０’ 発光素子
１１ 半導体層（エピタキシャル層）
１２ サファイア基板
１３ 粗面化周縁部
１４ 第１劈開面（劈開面）
１５ 被レーザ加工部
１６ 第２劈開面
２０ 光透過部材
３０ 接着材層
３０’ 接着材（未硬化）
３１ ビーズ
３２ 傾斜面
４０ バンプ
５０ ダム
６０ 反射材料層
７０ 実装基板
１００ ディスペンサ
Claims (9)
- サファイア基板と半導体層とを有する半導体発光素子と、
実装基板と、
光透過部材と、を備える発光装置であって、
前記サファイア基板と前記光透過部材とが接着材で接着され、
前記半導体発光素子は前記実装基板に対してフリップチップの態様で実装され、
前記サファイア基板の前記実装基板側に粗面化周縁部が形成されている、発光装置において、
前記サファイア基板は、その側面において、前記実装基板側から、前記粗面化周縁部、劈開面、レーザ加工面を順に有し、
前記レーザ加工面の凹凸は、前記粗面化周縁部の凹凸よりも大であり、
前記接着材が前記半導体発光素子の側面を前記粗面化周縁部まで覆い、そこで堰止められている、発光装置。 - 前記粗面化周縁部の幅は１〜４０μｍの範囲内である、請求項１に記載の発光装置。
- 前記粗面化周縁部の表面が前記サファイア基板の前記側面に対して成す角度は５〜５０°の範囲内である、請求項１または２に記載の発光装置。
- 前記サファイア基板の前記実装基板と対向する面の全体が粗面化される、請求項１〜３の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記粗面化周縁部の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１〜２０μｍの範囲内である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記粗面化周縁部を、前記サファイア基板と比して濡れ性の劣る材料により被覆した、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記サファイア基板と比して濡れ性の劣る前記材料はＳｉＯ２である、請求項６に記載の発光装置。
- 請求項１に記載の発光装置を製造する方法であって、
前記粗面化周縁部を、前記半導体発光素子となるウェハの表面に予め形成する形成ステップと、
前記ウェハに対してレーザを照射して、前記サファイア基板にレーザ加工部を形成する照射ステップと、
該照射ステップの後に、前記ウェハを分割し、レーザ加工面、劈開面、前記粗面化周縁部をその側面に形成された前記半導体発光素子を作成する分割ステップと、
前記半導体発光素子を前記実装基板に対して実装する実装ステップと、
前記サファイア基板と前記光透過部材とを接着材で接着し、該接着材が前記半導体発光素子の側面を前記粗面化周縁部まで覆うようにする接着ステップと、を有する方法。 - 前記形成ステップは、前記ウェハの半導体層とサファイア基板の一部を除去して前記サファイア基板を露出させることにより前記粗面化周縁部を形成する、請求項８に記載の方法。
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