JP6512258B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
また、本発明の発光装置の製造方法によれば、支持体で半導体発光素子をかさ上げした状態でスプレー塗布するため、光取り出し面である半導体発光素子の上面及び側面に均一な膜厚の波長変換層を形成することができる。更に、側面下部の波長変換層の膜厚が薄く形成されるため、波長変換層形成後の個片化を不要又は簡便に行うことができる。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
[発光装置の構成]
まず、図1(a)を参照して、本発明の第1実施形態に係る発光装置の構成について説明する。図1(a)に示すように、本実施形態に係る発光装置100は、支持体10と、支持体10上に設けられた半導体発光素子1(以下、適宜「発光素子」と呼ぶ)と、発光素子1の上面及び側面、並びに支持体10の側面上部を被覆する蛍光体層(波長変換層)7とを備えて構成されている。
また、発光装置100は、発光素子1が発光した光(例えば、青色光)と、発光素子1が発光した光の一部を蛍光体層7が波長変換した光(例えば、黄色光)とを混色して、混色光(例えば、白色光)を上面及び側面から出力するものである。
また、本実施形態における発光素子1は、半導体積層体3と、n側電極4n及びp側電極4pとが設けられた面を実装面とし、発光素子1の蛍光体層7が設けられた成長基板2側を光取り出し面とするフェイスダウン実装型の発光装置である。
また、本実施形態に係る発光装置100は、支持体10がフェイスダウン実装型の発光素子1を載置した状態で実装基板(例えば、図2の実装基板9参照)に実装される。そのために、支持体10は、樹脂層11と、導電部材12n,12pと、パッド電極13n,13pと、を備えて構成されている。
発光素子1は、成長基板2の下面側に、n型半導体層3nとp型半導体層3pとを積層した半導体積層体3を備えている。半導体積層体3は、電流を通電することにより発光するようになっており、n型半導体層3nとp型半導体層3pとの間に発光層3aを備えることが好ましい。
また、発光素子1のパッド電極であるn側電極4n及びp側電極4pを除き、半導体積層体3及びカバー電極5bの表面は、絶縁性及び透光性を有する保護層6で被覆されている。
カバー電極5bとしては、良好な導電性とバリア性とを有する金属材料を用いることができ、例えば、Al、Ti、W、Auなどを用いることができる。また、カバー電極5bは、これらの金属材料を単層で、又は積層したものが利用できる。
また、保護層6は、光が取り出される半導体積層体3の側面を被覆するため、発光素子1が発光した波長の光に対して、良好な透光性を有することが好ましい。更に、保護層6は、蛍光体層7が波長変換した後の波長の光に対しても良好な透光性を有することが好ましい。
図1(a)に示した例では、蛍光体層7は、発光装置100がフェイスダウン実装された状態で、発光素子1の上面(すなわち、成長基板2の上面)の全面及び側面(すなわち、成長基板2の側面及び保護層6を介した半導体積層体3の側面)の全面、並びに支持体10の側面上部を被覆するように設けられている。
なお、図1(a)において、HA〜HEは、発光装置100の厚さ方向の位置(高さ)を示す記号として使用している。また、図1(b)、図6(a)、図8、図9及び図10においても同様に、HA〜HEは厚さ方向の位置を示す記号として使用している。
なお、側面上部7b1の厚さは、上面部7aの厚さと同程度に形成されることが好ましいが、これより薄く形成されてもよい。例えば、上面部7aの厚さを60μmとした場合に、側面上部7b1の厚さが10〜40μm程度であってもよい。
ここで、発光素子1の側面において、光が出射される部位となる成長基板2の側面及び半導体積層体3の側面については、少なくとも均一な厚さの側面上部7b1が設けられることが好ましい。
また、好ましくは、側面下部7b2を下方ほど膜厚が徐々に薄くなるテーパ形状に構成し、更に好ましくは、下端の位置HDにおいて、厚さが「0」となるような先細り形状とする。先細り形状とすることで、例えば、製造工程において発光装置100を取り扱う際に、蛍光体層7の先端部に他の部材や治具が触れるようなことがあっても、蛍光体層7が支持体10及び発光素子1から剥離し難くすることができる。また、前記した側面下部7b2の下端である位置HDを位置HEより上方とすることに加えて、側面下部7b2を側面上部7b1より膜厚を薄く形成することにより、過剰な蛍光体層7により側面下部7b2が蛍光体の発光色で高強度に発光することを防止できる。
このような樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂若しくはこれらの樹脂を少なくとも1種以上含む樹脂、又はハイブリッド樹脂などを好適に用いることができる。
また、蛍光体は、溶剤及び熱硬化性樹脂とともに処方されるスラリーがスプレー塗布可能なように、フィッシャーサブシーブサイザーズナンバー(F.S.S.S.法)測定法による平均粒径が2.5〜30μm程度とすることが好ましい。
また、青色発光素子と黄色発光の蛍光体との組み合わせ、青緑色発光素子と赤色発光の蛍光体との組み合わせでは効率のよいLEDを、青色発光素子と緑色発光の蛍光体及び赤色発光の蛍光体との組み合わせでは色再現性の高いLEDを、また、青色発光素子と黄色発光の蛍光体及び赤色発光の蛍光体との組み合わせでは演色性の高いLEDを作成することができる。
このような無機フィラーの平均粒径は、前記した蛍光体の平均粒径の範囲と同程度の範囲のものとすることができる。
無機材料比率=(蛍光体質量+無機フィラー質量)/(蛍光体質量+無機フィラー質量+樹脂質量)
この無機材料比率は特に限定されるものではないが、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、更に好ましくは60質量%以上とすることで、波長変換及び/又は光拡散させるために十分な量の蛍光体及び/又は無機フィラーを備えることができる。
また、無機材料比率を99質量%以下、より好ましくは90質量%以下、更に好ましくは85質量%以下とすることで、蛍光体層7に含有される樹脂によって十分な強度で無機材料同士及び無機材料と支持体付き発光素子20とを接着させることができる。
本実施形態における支持体10は、樹脂層11と、導電部材12n,12pと、パッド電極13n,13pとを備えている。
支持体10の上面には、フェイスダウン実装型の発光素子1が、半導体積層体3、n側電極4n及びp側電極4pが形成された面と対向するように載置され、n側電極4nと導電部材12nと、及び、p側電極4pと導電部材12とがそれぞれ電気的に接続されている。
また、本実施形態における支持体10は、平面視で発光素子1とほぼ同じ形状で形成されている。
支持体10を前記した形状とすることにより、スプレー塗布によって蛍光体層7を形成する際に、支持体10の側面に形成される蛍光体層7の側面部7bを、短く、又は/及び厚さを下方ほど薄く形成することができる。
本実施形態における樹脂層11には、絶縁性の樹脂を用いることができ、例えば、フェノール樹脂組成物、熱硬化性ポリイミド樹脂組成物、ユリア樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、及びこれらのハイブリッド樹脂などの熱硬化性樹脂が好適に用いることができる。より好ましくは、耐熱・耐光性に優れた樹脂のシリコーン樹脂やエポキシ樹脂をベースとして用いたフォトリソグラフィ法で使用されるレジスト樹脂組成物、各種成形工程で充填されるモールディング樹脂組成物を挙げることができる。これらの樹脂組成物には反射率や機械強度を上げたり、線膨張係数を低下させるため無機フィラーが充填されていてもよい。樹脂組成物としての線膨張係数は、30ppm以下が好ましい。
なお、本実施形態では、支持体10の本体として樹脂層11を用いたが、樹脂材料に代えてガラスやその他の無機材料を用いるようにしてもよい。
これによって、樹脂層11は、反射膜として機能し、発光素子1の下面側から漏出する光を反射して発光素子1内に戻すことができる。その結果、光取り出し面から取り出される光の取り出し効率を向上させることができる。
無機フィラーとしては、前記した蛍光体層7に含有させる光拡散性の無機フィラーと同様のものを用いることができる。
導電部材12n,12pとしては、Au,Cu,Ag,Alなどの電気伝導率の高い金属又はそれらを主成分とする合金を用いることが好ましい。
パッド電極13n,13pとしては、電気伝導率が高く、耐腐食性に優れたAu又はAuを主成分とする合金を用いることが好ましい。
次に、図1(b)を参照して、本発明の第1実施形態の変形例に係る発光装置について説明する。
図1(b)に示した第1実施形態の変形例に係る発光装置100Aは、図1(a)に示した発光装置100に対して、発光素子1に代えて、成長基板2を有さない発光素子1Aを備えることが異なる。発光装置100Aの他の構成は、発光装置100と同様であるから、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
次に、図2を参照して、前記した発光装置100を、実装基板に実装した状態である実装基板付きの発光装置について説明する。
図2に示すように、実装基板付きの発光装置110は、実装基板9に複数の発光装置100が実装されたものである。なお、実装基板9に実装される発光装置100の個数は特に限定されるものではなく、1個以上が実装されていればよい。また、実装される発光装置は、図1(a)に示した発光装置100に限定されるものではなく、発光装置100に代えて、図1(b)に示した発光装置100Aを用いることもできる。
なお、負極側配線電極92n及び正極側配線電極92pは、それぞれ不図示の給電端子と接続されており、当該給電端子を介して外部電源から電力が供給されるように構成されている。
次に、図2を参照(適宜図1(a)参照)して、実装基板付きの発光装置110の動作について説明する。なお、説明の便宜上、発光素子1は青色光を発光し、蛍光体層7は黄色光を発光するものとして説明する。
なお、発光素子1内を下方向に伝播する光は、全面電極5aによって上方向に反射され、発光素子1の上面又は側面から出射する。
そして、発光装置100の外部に取り出された黄色光及び青色光が混色することにより、白色光が生成される。
なお、発光装置100の側面から下方向に取り出された光は、反射層95によって上方向に反射され、発光装置110から出射される。
また、発光装置100に代えて、発光装置100Aを用いた場合は、半導体積層体3の上面から出射した青色光が、直接に蛍光体層7に入射すること以外は同様であるから、説明は省略する。
次に、図3を参照して、図2に示した発光装置110の製造方法について説明する。
図3に示すように、発光装置110の製造方法は、発光素子準備工程S11と、支持体形成工程S12と、個片化工程S13と、発光素子選別工程S14と、発光素子配列工程S15と、蛍光体層形成工程(波長変換層形成工程)S16と、実装工程S17と、を含み、この順で各工程が行われる。
以下、図4及び図5を参照(適宜図1、図2及び図3参照)して、各工程について詳細に説明する。なお、図4及び図5の各図において、発光素子1の詳細な構成(例えば、保護層6、半導体積層体3の積層構造など)については、記載を省略している。
半導体積層体3が形成されると、半導体積層体3の表面(図1において下面)の一部の領域について、p型半導体層3p、発光層3a及びn型半導体層3nの一部をエッチングにより除去してn型半導体層3nが底面に露出した段差部3bを形成する。
次に、段差部3bの底面にパッド電極であるn側電極4nを形成する。また、p型半導体層3p及び発光層3aを有する発光領域となる領域には、p型半導体層3pの下面の略全面を覆う反射性を有する全面電極5a及び全面電極5aの表面を被覆するカバー電極5bと、カバー電極5bの下面の一部にパッド電極であるp側電極4pを形成する。
更に、n側電極4n及びp側電極4pを除くウエハの表面全体に、例えば、スパッタリングにより、絶縁性のSiO2などの保護層6を形成する。
以上により、図4(a)に示すように、ウエハ状態の発光素子1が形成される。
(樹脂層形成工程)
第1サブ工程である樹脂層形成工程では、図4(b)に示すように、ウエハ上の全面に、支持体10の母体となる樹脂層11の被膜を形成する。樹脂層11は、スプレー塗布法、スピンコート法、キャスト法などにより形成することができる。樹脂層11の材料としては、前記したポリイミドなどの樹脂材料を用いることができる。
なお、また、樹脂層11に用いる樹脂材料は、感光性ポリイミドなどの感光性樹脂を用いることが好ましい。これによって、次の第2サブ工程において、フォトプロセスにより樹脂層11に貫通孔11n,11pを形成することができる。
第2サブ工程である貫通孔形成工程では、図4(c)に示すように、樹脂層形成工程で形成した樹脂層11に、貫通孔11n,11pを形成する。貫通孔11n及び貫通孔11pは、それぞれn側電極4n及びp側電極4pを露出させるためのものである。
貫通孔11n,11pは、前記したように樹脂層11を感光性を有する樹脂で形成した場合は、フォトプロセスを用いて形成することができる。すなわち、樹脂層11の上面の、n側電極4n及びp側電極4pの直上領域に開口を有するマスクを用いるなどして上方から露光した後、未露光部を現像により除去することで、貫通孔11n,11pを形成することができる。なお、樹脂層11がネガ型現像される場合は、貫通孔11n,11pを形成する領域を露光すればよい。
また、樹脂層11が感光性を有さない場合は、マスク及びエッチングを用いたフォトリソグラフィ法等により、貫通孔11n,11pを形成することができる。
第3サブ工程である導電部材形成工程では、図4(d)に示すように、貫通孔形成工程で形成した貫通孔11n,11pの内部に導電部材12n,12pを形成し、更に、導電部材12n,12pの上面にパッド電極13n,13pを形成する。
導電部材12n,12p及びパッド電極13n,13pは、例えば、電解メッキ法により形成することができる。そのために、まず、貫通孔11n,11pの内面を含めた樹脂層11の表面全体に、金属材料(例えば、Ni、Au)を用いてスパッタ法などによりシード層を形成する。次に、当該シード層を一方の電極として電解メッキを行うことにより、貫通孔11n,11p内を含めた樹脂層11の表面に、例えば、金属(例えば、Cu)の層を積層させることができる。ここで、貫通孔11n,11p内に充填された金属が導電部材12n,12pとなる。
パッド電極13n,13pを形成する場合は、続けて、支持体10の上面に、パッド電極13n,13pを形成する領域に開口を有するレジストマスクを形成し、スパッタ法や電解メッキ法等により金属層を形成する。その後に、レジストマスクとともにその上面に積層された金属層を除去することにより、パッド電極13n,13pが形成される。
例えば、導電部材12n,12pを、電解メッキ法等のウェットプロセスやスパッタリング法等のドライプロセスにより成長させた後、一旦、レジストマスクを剥離し、その後にEMC(エポキシモールディングコンパウンド)やSMC(シリコーンモールディングコンパウンド)で樹脂層11を形成することも可能である。このようにすることで、要求される機能に適した樹脂の選択が可能となる。
また、ウエハ状態の支持体付き発光素子20の割断は、ダイシング法、スクライブ法などにより、行うことができる。
なお、ウエハを割断する前に、成長基板2の裏面を研磨して薄肉化するようにしてもよいし、割断線Xに沿って、樹脂層11の厚さ方向に掘られた溝を設けておいてもよい。このような溝は、前記した貫通孔形成工程において貫通孔の形成と同様にして設けることができる。これにより、ウエハ状態の支持体付き発光素子20を容易に割断することができる。
なお、成長基板2を剥離した後に、半導体積層体3の上面を研磨し、更にウェットエッチングなどにより半導体積層体3の上面を粗面化して凹凸形状を形成するようにしてもよい。これによって、発光装置100Aからの光取り出し効率を向上させることができる。
シート40としては、塩化ビニルなどの樹脂からなる半導体ウエハのダイシング用のシートを用いることができ、例えば、日東電工社製のダイシングテープV−8−Sを挙げることができる。
図6(b)に示すように、支持体を有さない場合は、発光素子1の上面から、その載置面であるシート40の上面までの距離が短いため、発光素子1の上面、側面及びシート40上まで連続した蛍光体層7が形成される。そのため、蛍光体層7が形成された発光素子1を改めて個片化するために、樹脂からなる層である蛍光体層7を切断する工程が必要となる。
なお、発光素子1の下端部に蛍光体層7が形成されないような条件でスプレー塗布すると、発光素子1の側面に形成される蛍光体層7を十分な厚さで形成することができず、また、厚さのむらが大きくなる。更に、発光素子1の側面の下部には蛍光体層7が設けられないため、発光素子1から光(例えば、青色光)がそのまま漏出することになる。
更にまた、蛍光体層7を切断する際に、切断部にバリが発生し、蛍光体層7の剥がれの原因ともなる。
蛍光体層形成工程S16において、個片化された状態を維持したまま発光装置100を形成することができるため、発光装置100上に形成される蛍光体層7とシート40上に形成される蛍光体層7cとを切断するなどして個片化する工程が不要となる。
また、蛍光体層7の側面下部7b2にバリなどが生じることなく、薄く形成することで、発光装置100を実装基板に実装する際に、狭ピッチで実装することができ、部品の実装密度を向上させることができる。
なお、パルススプレー方式及び仮硬化処理の詳細については、後記する。
また、溶剤としては、n−ヘキサン、n−ヘプタン、トルエン、アセトン、イソプロピルアルコールなどの有機溶剤を用いることができる。
また、本硬化とは、熱硬化性樹脂が架橋反応する温度以上(硬化温度以上)の所定温度で、所定時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を架橋反応により硬化させることをいうものである。また、本硬化処理を行うことにより、蛍光体層7に含有される溶剤は略完全に蒸発する。
熱硬化性樹脂:シリコーン樹脂(LPS3541)
溶剤:n−ヘプタン
蛍光体:熱硬化性樹脂:溶剤(質量比)=15:10:15
これを繰り返すことで、蛍光体を含有する樹脂の薄膜の塗布層を積層した蛍光体層7を形成することができる。
図7に示すスプレー装置30は、塗布液として固形粒子を含有するスラリーの塗布に適した装置である。すなわち、塗布液であるスラリーを常時撹拌することでスラリーに含有される固形粒子を沈降させることなく、スラリー中に常に一様に分散させ、固形粒子が一様に分散されたスラリーをスプレー噴射するように構成されている。
このために、図7に示すスプレー装置30は、2本のシリンジ31,32と、シリンジ31,32の下端部を接続する流通路33と、流通路33の中ほどに設けられたノズル付きバルブ34とを備えて構成されている。
また、シリンジ32の上端部からは、シリンジ31と同様に、不図示のバルブを介して内部に圧縮空気32bが導入される。そして、シリンジ32内のスラリーSLは、導入された圧縮空気32bによって、プランジャ32aを介して加圧される。
シリンジ31及びシリンジ32の各上端部からは、それぞれ異なる圧縮空気源から圧縮空気が供給される。そして、シリンジ31に導入される圧縮空気31bの圧力と、シリンジ32に導入される圧縮空気32bの圧力とが、異なる位相(例えば、逆位相)で脈動するように圧縮空気が供給される。これによって、スプレー装置30は、シリンジ31,32内のスラリーSLを、流通路33を介して互いに往復させることができ、その結果として、当該スラリーSLを撹拌することができる。
但し、スラリーの撹拌・供給方式はこれに限定されず、ノズルとシリンジの間に循環ポンプを設置し、ループ状にスラリーを循環させることで撹拌しながら供給することも可能であり、塗布の目的やスラリーの性状に合わせて選択される。
パルススプレー方式とは、前記したように、スプレーSPをパルス状に、すなわち間欠的に噴射する方式である。スプレー装置30において、ノズル付きバルブ34の、バルブ開度を調整することにより、スプレーSPの噴射量を制御することができる。簡単には、バルブの開度を「開」と「閉」との2段階とし、開閉を所定の周期及びデューティ比で制御することによりパルススプレーを行うことができる。
バルブ開閉のタイミングは、スラリーSLと圧縮空気とについて同じとしてもよいし、圧縮空気の方が長く開状態となるようにしてもよい。
また、単位時間当たりのスプレーSPの噴射量を精度よく維持するためには、バルブ開閉の周期は30〜3600回/分程度とすることが好ましい。
(参考文献1)特開昭61−161175号公報
(参考文献2)特開2003−300000号公報
蛍光体層形成工程S16において、スプレー塗布した蛍光体層7を硬化させるための加熱装置60の加熱方式は特に限定されず、図5(b)に示すように、シート40の下面に接触させるヒータを用いたものや、赤外線を照射するものなど、適宜な方式のヒータやオーブンなどを用いることができる。
また、複数回のスプレー塗布により蛍光体を含有する樹脂の薄膜を積層することで蛍光体層7を形成する場合は、1又は2以上の所定数の薄膜を積層するごとに蛍光体層7を仮硬化させ、すべての薄膜を積層した後に本硬化させるように、加熱装置60による加熱温度及び/又は加熱時間を調整する。
(スプレー塗布による塗布膜形成)
蛍光体層7として、1層当たりの塗布量が約0.7mg/cm2として、3層積層する。
(仮硬化)
仮硬化処理として、3層積層するごとに、オーブンを用いて150℃で5分間の加熱処理を行う。
(本硬化)
本硬化処理として、前記した条件の仮硬化を行いながら合計9層積層して蛍光体層7を形成した場合、オーブンを用いて180℃で4時間加熱処理を行う。
なお、図5(c)に示した例では、ピン51はシート40を突き破って発光装置100を押し上げるように説明したが、シート40として延伸性を有するエキスパンドシートを用いて、ピン51がシート40とともに発光装置100を押し上げるようにしてもよい。
以上の工程によって、実装基板付きの発光装置110が完成する。
次に、図8を参照(適宜図1及び図2参照)して、本発明の第1実施形態に係る発光装置の他の変形例について説明する。
本発明の発光装置は、図1(a)に示した発光装置100又は図1(b)に示した発光装置100Aのようなフェイスダウン実装型に限定されるものではない。図8(a)に示した変形例の発光装置100Bはフェイスアップ実装型であり、図8(b)に示した変形例はバーティカル実装型のものである。
図8(a)に示すように、フェイスアップ実装型の発光装置100Bは、発光素子1Bの半導体積層体3が設けられた面が光取り出し面となり、成長基板2の下面に支持体10Bが設けられている。発光素子1Bと支持体10Bとが接合された支持体付き発光素子20Bの上面及び側面には、蛍光体層7が設けられている。また、蛍光体層7の上面部7aには、n側電極4n及びp側電極4pが露出しており、ワイヤボンディングなどにより、例えば図2に示した実装基板9の負極側配線電極92n及び正極側配線電極92pとそれぞれ接続できるように構成されている。
また、樹脂層11に代えて、ガラスや金属などの無機材料層を用いてもよい。
図8(b)に示すように、バーティカル実装型の発光装置100Cは、成長基板2が剥離され、代わりにp型半導体層3p側に全面電極5a及びカバー電極5bを介して導電性の支持基板2Cが設けられた発光素子1Cを備えている。発光素子1Cは、n型半導体層3n側が光取り出し面となっており、支持基板2Cの下面側に支持体10Cが設けられている。発光素子1Cと支持体10Cとが接合された支持体付き発光素子20Cの上面及び側面には、蛍光体層7が設けられている。また、蛍光体層7の上面部7aには、n側電極4nが露出しており、ワイヤボンディングなどにより、例えば図2に示した実装基板9の負極側配線電極92nと接続できるように構成されている。
また、樹脂層11は、ガラスなどの絶縁性の無機材料を用いてもよく、支持体10Cの全体を金属層で構成してもよい。
(フェイスアップ実装型)
次に、図8(a)を参照(適宜図2参照)して、発光装置100Bの動作について説明する。なお、発光装置100Bは、図2に示した実装基板9に前記したように実装されているものとし、説明の便宜上、発光素子1Bは青色光を発光し、蛍光体層7は黄色光を発光するものとして説明する。また、発光装置100Bから出射後の光の経路は、図1に示した発光装置100を用いた場合と同様であるから説明を省略する。後記する発光装置100Cの動作の説明においても同様である。
また、発光素子1B内を下方向に伝播する光は、支持体10Bの光反射性の無機フィラーを有する樹脂層11によって上方向に反射され、発光素子1Bの上面又は側面から出射する。
次に、図8(b)を参照(適宜図2参照)して、発光装置100Cの動作について説明する。
図8(b)に示した発光装置100Cは、図2に示した実装基板9及び不図示のボンディングワイヤ、並びにパッド電極13p及び導電部材12pを介して、発光装置100Cのp側電極を兼ねる支持基板2C及びn側電極4n間に電流が供給されると、発光素子1Bの発光層3aが青色光を発光する。
また、半導体積層体3内を下方向に伝播する光は、全面電極5aによって上方向に反射され、半導体積層体3の上面又は側面から出射する。
次に、発光装置100B及び発光装置100Cの製造方法について説明する。発光装置100B及び発光装置100Cは、何れも図3に示した発光装置100の製造方法と同様に、発光素子準備工程S11から蛍光体層形成工程S16の各工程を順次に行うことにより製造することができる。
更にまた、個片化工程S13、発光素子選別工程S14、発光素子配列工程S15及び蛍光体層形成工程S16は、何れも発光装置100についての対応する工程と同様であるから説明は省略する。
以下、支持体形成工程S12について説明する。
まず、フェイスアップ実装型の発光装置100Bについて説明する。
支持体形成工程S12において、ウエハ状態の発光素子1Bの成長基板2の裏面側に、スピンコート法、スプレー塗布法、キャスト法などにより樹脂層11を形成する。これによって、ウエハ状態の支持体付き発光素子20Bが形成される。更に、樹脂層11の裏面を切削や研磨することにより、樹脂層11の厚さを調整するようにしてもよい。
次に、バーティカル実装型の発光装置100Cについて説明する。
支持体形成工程S12において、ウエハ状態の発光素子1Cの支持基板2Cの裏面側に、スピンコート法、スプレー塗布法、キャスト法などにより樹脂層11を形成する。そして、発光装置100の支持体10と同様にして、樹脂層11に貫通孔を形成し、当該貫通孔内に導電部材12pを形成するとともに、導電部材12pの下端にパッド電極13pを形成する。これによって、ウエハ状態の支持体付き発光素子20Cが形成される。
また、電極部上を含めて、スプレー塗布により蛍光体層7を形成した後、電極部上の蛍光体層7を、レーザーアブレーションなどにより除去することで、電極部を露出させることもできる。
[発光装置の構成]
次に、図9を参照して、第2実施形態に係る発光装置について説明する。
図9に示すように、第2実施形態に係る発光装置100Dは、支持体10の側面に、光反射性を有する反射性樹脂層14を備え、蛍光体層7が、反射性樹脂層14の外側を被覆するように設けられている。
支持体10の樹脂層11として、透光性を有する材料を用いる場合において、発光素子1の下面及び側面から漏出して樹脂層11内を伝播する光を反射して発光素子1内へ戻すことにより、発光素子1の光取り出し面である上面からの光取り出し効率を向上させるものである。
なお、ここで透光性を有する樹脂材料には、当該樹脂に入射した光の一部を吸収するものも含まれる。
図9に示した例では、反射性樹脂層14の上端の位置HBは、半導体積層体3の上面の位置となっている。すなわち、反射性樹脂層14は、樹脂層11の側面全部に加えて、半導体積層体3の側面の全部を被覆している。従って、発光装置100Dは、反射性樹脂層14で被覆されていない成長基板2の上面及び側面から光が取り出される。
なお、反射性樹脂層14の上端の位置は、少なくとも樹脂層11の側面の上端と同じか、これよりも上方であればよく、成長基板2の側面の上端の位置HAから下端の位置までの間であってもよい。
本実施形態に係る発光装置100Dは、図1(a)に示した第1実施形態に係る発光装置100とは、発光素子1が発光して支持体10の樹脂層11内に伝播した光が、反射性樹脂層14で反射されて発光素子1内に戻され、光取り出し面から取り出されること以外は同様であるから、詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る発光装置100Dは、図3に示した第1実施形態に係る発光装置100の製造方法において、発光素子配列工程S15と蛍光体層形成工程S16の間に、支持体10の側面に反射性樹脂層14を形成する工程を行うことにより製造することができる。
例えば、支持体10の所定の表面(側面又は側面及び下面)に反射性を有するフィラー及び樹脂を含有したスラリーを塗布し、支持体10の所定の表面のみを被覆するようにスラリーのメニスカスを形成し、当該スラリーを乾燥することで、反射性樹脂層14を形成することができる。
まず、支持体10の側面又は側面及び下面の所望の領域に、例えば、空圧式ディスペンサで反射性を有するフィラーと熱硬化性樹脂とを含有した高粘性のスラリーを塗布する。ここで、反射性樹脂層14の原料であるスラリーは、蛍光体層7の原料であるスラリーよりも高粘性であることが好ましい。
そして、当該反射性樹脂層14が未硬化の状態で、蛍光体層7の原料であるスラリーをスプレー塗布する。そして、反射性樹脂層14及び蛍光体層7を加熱することで仮硬化させる。このとき、反射性樹脂層14及び蛍光体層7が何れも未硬化の状態で接触した後に仮硬化させるため、2つの樹脂からなる層を、高い密着性で、かつ強固に接合させることができる。また、反射性樹脂層14の原料であるスラリーを高粘度とすることにより、後から塗布される蛍光体層7と過剰に混ざり合うことがなく、所望の領域に精度よく蛍光体層7を形成することができる。
なお、発光装置100Dは、発光装置100と同様にして実装基板9(図2参照)に実装することができる。
[発光装置の構成]
次に、図10(a)を参照して、第3実施形態に係る発光装置について説明する。
図10(a)に示すように、第3実施形態に係る発光装置100Eは、図1(b)に示した発光装置100Aに対して、支持体10に代えて支持体10Eを備えることが異なる。支持体10Eは、樹脂層11が、発光素子1Aの下面に加えて、側面を被覆するように設けられている。また、樹脂層11は、透光性の樹脂に光反射性を有するフィラーを含有させることで良好な反射性を付与された樹脂により形成されるものである。
従って、蛍光体層7の側面部は波長変換に利用されないため、蛍光体層7の側面の下端の位置HDが、支持体10Eの側面の下端の位置HEと同じか、位置HEより上方であればよく、側面上部7b1及び側面下部7b2は短い方が好ましい。
他の構成は、図1(b)に示した発光装置100Aと同様であるから詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る発光装置100Eは、図1(b)に示した発光装置100Aとは、発光素子1Aの側面から出射する光の経路が異なる。発光装置100Aは、発光素子1Aの側面から出射する光が蛍光体層7を介して外部に取り出される。これに対して、発光装置100Eは、発光素子1Aの側面から出射する光は、側面を被覆する樹脂層11により反射されて発光素子1A内に戻され、発光素子1Aの上面から蛍光体層7を介して外部に取り出される。他の経路については、発光装置100Aの樹脂層11として光反射性を有する樹脂を用いた場合と同様であるから詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る発光装置100Eは、発光装置100Aの製造方法の一部を変更することにより製造することができる。
まず、発光素子準備工程S11(図3参照)において、図11(a)に示すように、成長基板2上に配列して形成される発光素子1同士の境界領域3cについて、半導体積層体3をエッチングにより完全に除去して成長基板2を露出させるようにする。
以降は、発光装置100Aと同様に支持体形成工程S12の各サブ工程を行い、成長基板2を剥離した後に、個片化工程S13で割断線Xに沿って、発光素子1の側面部に樹脂層11が残るようにダイシングすることにより発光装置100Eが完成する。
なお、発光装置100Eは、発光装置100と同様にして実装基板9(図2参照)に実装することができる。
[発光装置の構成]
次に、図10(b)を参照して、第4実施形態に係る発光装置について説明する。
図10(b)に示すように、第4実施形態に係る発光装置100Fは、図1(a)に示した発光装置100に対して、支持体10に代えて支持体10Fを備えることが異なる。支持体10Fは、樹脂層11が、発光素子1の下面に加えて、側面を被覆するように設けられている。また、発光装置100Fは、平面視で、成長基板2が支持体10Fの樹脂層11よりも内側となるように構成されている。また、樹脂層11は、透光性の樹脂に光反射性を有するフィラーを含有させることで良好な光反射性を付与された樹脂により形成されるものである。
このため、蛍光体層7の側面上部7b1の下端の位置HCは、発光素子1の側面において光が出射する下端の位置HBである成長基板2の下端と同じか、位置HBより下方であればよく、側面下部7b2の下端の位置HDは、支持体10Fの下端の位置HEと同じか、位置HEより上方であればよい。
本実施形態に係る発光装置100Fは、図1(a)に示した発光装置100とは、発光素子1の半導体積層体3の側面から出射する光の経路が異なる。発光装置100は、半導体積層体3の側面から出射する光が蛍光体層7を介して外部に取り出される。これに対して、発光装置100Fは、半導体積層体3の側面から出射する光は、当該側面を被覆する樹脂層11により反射されて発光素子1内に戻され、発光素子1の上面又は成長基板2の側面から蛍光体層7を介して外部に取り出される。他の経路については、発光装置100の樹脂層11として光反射性を有する樹脂を用いた場合と同様であるから詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る発光装置100Fは、発光装置100の製造方法の一部を変更することにより製造することができる。
前記した発光装置100Eの製造方法と同様に、発光素子準備工程S11(図3参照)において、成長基板2上に配列して形成される発光素子1同士の境界領域3c(図11(a)参照)について、半導体積層体3をエッチングにより完全に除去して成長基板2を露出させるようにする。
また、個片化工程S13(図3参照)を行う前に、例えば、境界領域をダイシングにより完全に個片化する前に、成長基板2について、割断線Xに沿って樹脂層11より内側になるように溝を形成する。この溝はダイヤモンドブレードなどでダイシングしてもよいし、ワイヤーカットやレーザースクライブ・アブレーションなどの方法で形成してもよい。また、成長基板2がSiCやGaNの場合は、光取り出しを有利にするために、より複雑な形状に加工することができる。このような形状にすることで、スプレー塗布におけるかさ上げの効果を維持できるとともに、例えば、成長基板2の下面に逃げる光を、樹脂層11によって上面に反射させて取り出すことができるため発光効率のよいLEDとすることができる。
その他の工程は、発光装置100と同様に行うことにより、発光装置100Fを製造することができる。
なお、発光装置100Fは、発光装置100と同様にして実装基板9(図2参照)に実装することができる。
また、支持体10で発光素子1をかさ上げした状態で、発光素子1の上方からスプレー塗布することで蛍光体層7を形成する本発明の工法によれば、どのような構造の発光素子1に対しても簡便に、発光素子1の露出面の全体に均一な厚さの蛍光体層を形成することが可能となる。
2 成長基板
2C 支持基板
3 半導体積層体
3n n型半導体層
3a 活性層
3p p型半導体層
3b 段差部
4n n側電極
4p p側電極
5 全面電極
5a 全面電極
5b カバー電極
6 保護層
7 蛍光体層(波長変換層)
7a 上面部
7b 側面部
7b1 側面上部
7b2 側面下部
7c シート部蛍光体層
9 実装基板
91 支持基板
92n 負極側配線電極
92p 正極側配線電極
93n 負極用接続層
93p 正極用接続層
94 実装領域
95 反射層
10、10B、10C、10E、10F 支持体
11 樹脂層
12n、12p 導電部材
13n、13p パッド電極
14 反射性樹脂層
20、20A、20B、20C、20E、20F 支持体付き発光素子
30 スプレー装置
31、32 シリンジ
31a、32a プランジャ
31b、32b 圧縮空気
33 流通路
34 ノズル付きバルブ
40 シート
50 コレット
51 ピン
60 加熱装置
SL スラリー
SP スプレー
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F 発光装置
110 発光装置(実装基板付き発光装置)
Claims (4)
- 半導体積層体を備えた半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が載置される支持体と、
前記半導体発光素子の上面及び側面と前記支持体の側面とを連続して被覆する波長変換層とを有し、
前記半導体発光素子は、前記支持体と接する面に少なくとも一の電極を有し、
前記波長変換層は、前記半導体積層体の側面において均一な厚みを有し、かつ前記支持体の側面を被覆する部位の、少なくとも下部における厚さが、前記半導体発光素子の上面及び側面を被覆する部位の厚さよりも薄く、かつ前記支持体の側面を被覆する部位の厚さが、下方ほど薄くなるテーパ形状を有し、
前記支持体は、樹脂層を備え、当該樹脂層は、少なくとも前記半導体発光素子が発光する波長の光に対して反射性を有するフィラーを含有し、前記樹脂層を厚さ方向に貫通する導電部材を有し、前記導電部材の一端が前記半導体発光素子の電極と電気的に接続され、前記導電部材の他端が前記樹脂層から露出し、前記導電部材の他端と電気的に接続され、かつ前記導電部材の平面積よりも大きな平面積を有するパッド電極を備えていることを特徴とする発光装置。 - 前記支持体は、平面視で、前記支持体が前記半導体発光素子と重なるか又は内側に位置する請求項1に記載の発光装置。
- 前記半導体発光素子は、上面の少なくとも一部が半導体層である請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記波長変換層は、前記支持体の下端において厚さがゼロとなるテーパ形状を有する請求項1〜3の何れか一項に記載の発光装置。
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