JP6720887B2

JP6720887B2 - 発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP6720887B2
Application number: JP2017017900A
Authority: JP
Inventors: 和田　聡; 聡和田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: JP2018125464A

Description

本発明は、発光装置の製造方法に関する。

従来、蛍光体を含む波長変換部材と発光素子とを接着剤で接着した発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この接着剤は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの透光性の熱硬化性樹脂がよいとされている。

また、従来、蛍光体を含む波長変換部材と発光素子とを表面活性化接合法により接合した発光装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この表面活性化接合法は、発光素子及び波長変換部材の接合面をイオンビームやプラズマなどでスパッタエッチングを行い、両接合面を活性化させた後に、その接合面にて発光素子及び波長変換部材を直接接合することをいうとされている。

特開２０１０−２１９３２４号公報国際公開第２０１１／１２６０００号

しかしながら、特許文献１、２に開示されているような技術によると、波長変換部材と発光素子の接合に接着剤の塗布や表面活性化処理が必要なため、発光装置の製造に要する時間が増加する。

また、複数の発光素子に波長変換部材を接合する場合には、接着剤や表面活性化接合法による接合処理は複数の発光装置について個別に行う必要があるため、発光装置の製造時間の増加がより顕著になる。

本発明の目的の１つは、短時間で波長変換部材を発光素子に接合することのできる発光装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［７］の発光装置の製造方法を提供する。

［１］フェイスダウン実装された発光素子の素子基板上に、蛍光体を含むスラリーを塗布する工程と、前記スラリーを焼成させて、前記蛍光体を含む無機材料からなる波長変換部材を形成する工程と、を含む、発光装置の製造方法。

［２］前記素子基板の面積よりも面積が小さくなるように前記波長変換部材を形成し、前記素子基板の上面の前記波長変換部材に覆われていない露出領域、前記波長変換部材の側面、及び前記発光素子の側面を覆うように光反射部材を形成する工程、を含む、上記［１］に記載の発光装置の製造方法。

［３］前記光反射部材の前記露出領域及び前記波長変換部材の側面を覆う部分を無機材料により形成し、前記光反射部材の前記発光素子の側面を覆う部分を反射フィラーを含む樹脂により形成する、上記［２］に記載の発光装置の製造方法。

［４］スクリーン印刷により前記素子基板上に前記スラリーを塗布する、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。

［５］前記スクリーン印刷に開口部の側面が傾斜したマスクを用いて、上面の面積が下面の面積よりも小さい錐台状の前記波長変換部材を形成する、上記［４］に記載の発光装置の製造方法。

［６］前記素子基板上に塗布された前記スラリーをフォトエッチング加工によりパターニングし、上面の面積が下面の面積よりも大きい逆錐台状の前記波長変換部材を形成する、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。

［７］前記波長変換部材を構成する無機材料がセラミックスである、上記［１］〜［６］のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。

本発明によれば、短時間で波長変換部材を発光素子に接合することのできる発光装置の製造方法を提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図２は、図１の線分Ａ−Ａで示される位置で切断された発光装置の垂直断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を示す垂直断面図である。図４は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態に係る発光装置の製造工程を示す垂直断面図である。図６は、第３の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。図７（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施の形態に係る発光装置の製造工程を示す垂直断面図である。図８は、第４の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。図９は、第５の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。

〔第１の実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置１の上面図である。また、図２は、図１の線分Ａ−Ａで示される位置で切断された発光装置１の垂直断面図である。なお、図１では、後述する光反射部材３１の図示が省略されている。

発光装置１は、配線１２が基板１１の表面に設けられた配線基板１０と、配線基板１０上にフェイスダウン実装された発光素子２０と、発光素子２０上に形成された波長変換部材３０と、波長変換部材３０の側面及び発光素子２０の露出面を覆う光反射部材３１を有する。

発光素子２０は、例えば、素子基板２１と、発光層及びそれを挟むクラッド層を含む発光機能層２２と、発光機能層２２に接続された素子電極２３を有するフリップチップ型のＬＥＤチップである。また、発光素子２０は、レーザーダイオード等のＬＥＤチップ以外の発光素子であってもよい。発光装置１に含まれる発光素子２０の数は特に限定されない。

発光素子２０は、フェイスダウン実装されるため、素子基板が上方（配線基板１０の反対側）を向いている。発光素子２０の素子電極２３は、配線基板１０の配線１２に接続される。

基板１１は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３基板、ＡｌＮ基板等のセラミック基板、表面が絶縁膜で覆われたＡｌ基板やＣｕ基板等の金属基板、又はガラスエポキシ基板であり、配線１２は、Ｃｕ等の導電材料からなる。

波長変換部材３０は、蛍光体を含むセラミックスからなる。このセラミックスとしては、例えば、アルミナを用いることができる。波長変換部材３０はセラミックスを母材とするため、樹脂を母材とする波長変換部材と比べて耐熱性に優れ、また、発光素子２０の素子基板２１との線膨張係数差が小さいために素子基板２１から剥がれ難い。

波長変換部材３０に含まれる蛍光体の種類や蛍光色は特に限定されない。発光素子２０は、波長変換部材３０に含まれる蛍光体の励起光源として機能し、発光素子２０の発光色と波長変換部材３０の発光色の混色が発光装置１の発光色になる。例えば、発光素子２０の発光色が青色であり、波長変換部材３０の発光色が黄色である場合、発光装置１の発光色は白色になる。

光反射部材３１は、発光素子２０の素子基板２１の上面の波長変換部材３０に覆われていない露出領域、波長変換部材３０の側面、及び発光素子２０の側面を覆っている。

光反射部材３１は、例えば、反射フィラーを含むシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂やガラスからなる。樹脂からなる光反射部材３１をポッティングにより形成する場合は、発光装置１は発光素子２０を囲むように配置されたダム３２を有することが好ましい。

また、波長変換部材３０の面積が素子基板２１の面積と等しい場合には、素子基板２１の上面が露出しないため、光反射部材３１は、波長変換部材３０の側面及び発光素子２０の側面を覆う。

（発光装置の製造方法）
以下に、発光装置１の製造方法の一例について述べる。

図３（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の製造工程を示す垂直断面図である。

まず、図３（ａ）に示されるように、配線基板１０上に発光素子２０を実装する。発光素子２０の素子電極２３と配線基板１０の配線１２とをバンプ、ハンダ、表面活性化法等により接合する。

次に、図３（ｂ）に示されるように、スクリーン印刷により発光素子２０の素子基板２１上に蛍光体を含むセラミックインク等のスラリー４０を塗布する。具体的には、メタルマスク等のマスク４１をその開口部４２が素子基板２１上に位置するように設置し、スキージ４３によってスラリー４０を開口部４２に塗り込む。

次に、図３（ｃ）に示されるように、加熱によりスラリー４０を焼成させて、蛍光体を含むセラミックスからなる波長変換部材３０を得る。このとき、パルスランプ加熱等の表面加熱が可能な方法を用いることにより、耐熱性の低い部材や接合部におけるハンダ等の温度の上昇を抑えることができる。

このスクリーン印刷を用いた方法によれば、複数の発光素子２０上の波長変換部材３０を一括して形成することができる。また、素子基板２１上に塗布したスラリー４０を焼成することにより波長変換部材３０が素子基板２１に接合されるため、接合のために接着剤や表面処理等を必要としない。

その後、ポッティングやスクリーン印刷により、素子基板２１の上面の波長変換部材３０に覆われていない露出領域、波長変換部材３０の側面、及び発光素子２０の側面を覆うように光反射部材３１を形成する。

ガラスからなる光反射部材３１を形成する場合は、プレス機を用いた加熱圧着により、発光素子２０及び波長変換部材３０を封入する。その後、波長変換部材３０が露出するまで波長変換部材３０を研磨する。波長変換部材３０は耐熱性に優れるため、過熱圧着時の温度にも耐えることができる。ただし、発光素子２０の素子電極２３と配線基板１０の配線１２との接合にハンダ等の耐熱性に乏しい接着部材を用いることができないため、金バンプ等の耐熱性に優れる接着部材や、表面活性化法を用いる。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、波長変換部材の形状において第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図４は、第２の実施の形態に係る発光装置２の垂直断面図である。図４に示される発光装置２の断面の切断位置は、図２に示される発光装置１の断面の切断位置に対応している。

発光装置２は、配線１２が基板１１の表面に設けられた配線基板１０と、配線基板１０上にフェイスダウン実装された発光素子２０と、発光素子２０上に形成された波長変換部材３０ａと、波長変換部材３０ａの側面及び発光素子２０の露出面を覆う光反射部材３１を有する。

波長変換部材３０ａは、上面の面積が下面の面積よりも小さい錐台状の形状を有する。波長変換部材３０ａは、第１の実施の形態の波長変換部材３０と同じ材料からなる。

波長変換部材３０ａを錐台状にすることによって、万が一、波長変換部材３０ａと光反射部材３１との間に隙間が生じてしまった場合であっても、その隙間が素子基板２１の上面に対して傾斜するため、発光素子２０から発せられた光が直接外部へ漏れるおそれが少ない。

また、波長変換部材３０ａを錐台状にすることによって、上面の面積を小さくし、発光面積を小さくすることができる。

（発光装置の製造方法）
以下に、発光装置２の製造方法の一例について述べる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態に係る発光装置２の製造工程を示す垂直断面図である。

まず、図５（ａ）に示されるように、配線基板１０上に発光素子２０を実装する。

次に、図５（ｂ）に示されるように、スクリーン印刷により発光素子２０の素子基板２１上に蛍光体を含むセラミックインク等のスラリー４０を塗布する。このとき、側面が傾斜した開口部４２ａを有するマスク４１ａを用いる。

次に、図５（ｃ）に示されるように、加熱によりスラリー４０を焼成させて、蛍光体を含むセラミックスからなる波長変換部材３０ａを得る。

その後、ポッティングやスクリーン印刷により、素子基板２１の上面の波長変換部材３０ａに覆われていない露出領域、波長変換部材３０ａの側面、及び発光素子２０の側面を覆うように光反射部材３１を形成する。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、波長変換部材の形状において第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図６は、第３の実施の形態に係る発光装置３の垂直断面図である。図６に示される発光装置３の断面の切断位置は、図２に示される発光装置１の断面の切断位置に対応している。

発光装置３は、配線１２が基板１１の表面に設けられた配線基板１０と、配線基板１０上にフェイスダウン実装された発光素子２０と、発光素子２０上に形成された波長変換部材３０ｂと、波長変換部材３０ｂの側面及び発光素子２０の露出面を覆う光反射部材３１を有する。

波長変換部材３０ｂは、上面の面積が下面の面積よりも大きい逆錐台状の形状を有する。波長変換部材３０ｂは、第１の実施の形態の波長変換部材３０と同じ材料からなる。

波長変換部材３０ｂを逆錐台状にすることによって、万が一、波長変換部材３０ｂと光反射部材３１との間に隙間が生じてしまった場合であっても、その隙間が素子基板２１の上面に対して傾斜するため、発光素子２０から発せられた光が直接外部へ漏れるおそれが少ない。

さらに、波長変換部材３０ｂを逆錐台状にすることによって、素子基板２１中から波長変換部材３０ｂと光反射部材３１との間の隙間へ進入した光が波長変換部材３０ｂの側面に進入しやすくなるため、第２の実施の形態の錐台状の波長変換部材３０ａよりも、発光素子２０から発せられた光が直接外部へ漏れることをより効果的に抑えることができる。

（発光装置の製造方法）
以下に、発光装置３の製造方法の一例について述べる。

図７（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施の形態に係る発光装置３の製造工程を示す垂直断面図である。

まず、図７（ａ）に示されるように、配線基板１０上に実装された発光素子２０上に、スクリーン印刷法等により、スラリー４０を塗布する。このとき、図７（ａ）に示されるように、発光素子２０の実装領域の全体を覆うようにスラリー４０を塗布することが好ましい。

次に、図７（ｂ）に示されるように、フォトリソグラフィー等により、スラリー４０上にエッチングマスク４４を形成する。エッチングマスク４４のパターンは、波長変換部材３０ｂの形成位置に対応する。

次に、図７（ｃ）に示されるように、エッチングによりスラリー４０をパターニングする。このとき、ウェットエッチング等の異方性の小さいエッチング法を用いることにより、エッチングマスク４４の下のスラリー４０を逆錐台状に残すことができる。

次に、図７（ｄ）に示されるように、加熱によりスラリー４０を焼成させて、蛍光体を含むセラミックスからなる波長変換部材３０ｂを得る。

このフォトエッチング加工を用いた方法によれば、複数の発光素子２０上の波長変換部材３０を一括して形成することができる。また、素子基板２１上に塗布したスラリー４０を焼成することにより波長変換部材３０が素子基板２１に接合されるため、接合のために接着剤や表面処理等を必要としない。

その後、ポッティングやスクリーン印刷により、素子基板２１の上面の波長変換部材３０ｂに覆われていない露出領域、波長変換部材３０ｂの側面、及び発光素子２０の側面を覆うように光反射部材３１を形成する。

〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態は、光反射部材の構成において第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図８は、第４の実施の形態に係る発光装置４の垂直断面図である。図８に示される発光装置４の断面の切断位置は、図２に示される発光装置１の断面の切断位置に対応している。

発光装置４は、配線１２が基板１１の表面に設けられた配線基板１０と、配線基板１０上にフェイスダウン実装された発光素子２０と、発光素子２０上に形成された波長変換部材３０と、波長変換部材３０の側面及び発光素子２０の露出面を覆う光反射部材３３を有する。

光反射部材３３は、波長変換部材３０の側面及び発光素子２０の素子基板２１の上面の波長変換部材３０に覆われていない露出領域を覆うセラミック部３３ａと、発光素子２０の側面を覆う、セラミック部３３ａと連続した樹脂部３３ｂを有する。

セラミック部３３ａは、アルミナ等のセラミックスからなり、波長変換部材３０の母材であるセラミックスと同じセラミックスからなることが好ましい。セラミック部３３ａは、例えば、スクリーン印刷により形成される。

樹脂部３３ｂは、白色のフィラーを含むシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。樹脂部３３ｂは、ポッティングやスクリーン印刷等により形成される。

セラミック部３３ａは、波長変換部材３０の母材と同様にセラミックスからなるため、波長変換部材３０との線膨張係数差が小さく、波長変換部材３０から剥がれ難い。このため、発光素子２０から発せられた光が直接外部へ漏れるおそれが少ない。

また、セラミック部３３ａと樹脂部３３ｂとの間に剥離が生じた場合であっても、これらの間の隙間は素子基板２１の上面の縁の近くに生じるため、発光素子２０から発せられた光が直接外部へ漏れるおそれは少ない。

〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態は、波長変換部材の配置において第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

（発光装置の構成）
図９は、第５の実施の形態に係る発光装置５の上面図である。なお、図９では、光反射部材３１の図示を省略している。

発光装置５は、配線１２が基板１１の表面に設けられた配線基板１０と、配線基板１０上にフェイスダウン実装された発光素子２０と、発光素子２０上に形成された波長変換部材３０ｃと、波長変換部材３０ｃの側面及び発光素子２０の露出面を覆う光反射部材３１を有する。

発光装置５においては、近接して並べられた複数の発光素子２０上の波長変換部材３０ｃは、１組の発光面として配置が決定される。このため、波長変換部材３０ｃは大きさや形状が均一ではない。

図９に示される例では、４つの波長変換部材３０ｃが１組の長方形の発光面として配置されており、両端の２つの波長変換部材３０ｃの面積がそれらの間の２つの波長変換部材３０ｃの面積よりも小さい。このように配置される波長変換部材３０ｃは、例えば、発光装置５の発光面積を小さくしたいときに有効である。

波長変換部材３０ｃは、第１の実施の形態の波長変換部材３０と同じ材料からなる。また、波長変換部材３０ｃは、第１の実施の形態の波長変換部材３０と同様に、スクリーン印刷等により形成することができる。波長変換部材３０ｃのように大きさや形状が均一ではない波長変換部材であっても、スクリーン印刷であれば、対応する開口パターンを有するマスク４１を用いて一括して形成することができる。

（実施の形態の効果）
上記第１〜第５の実施の形態によれば、波長変換部材がセラミックスを母材とするため耐熱性に優れ、また、発光素子の素子基板との線膨張係数差が小さいために素子基板から剥がれ難い。

また、スクリーン印刷やフォトエッチング加工により、複数の発光素子上の波長変換部材を一括して形成することができる。また、素子基板上に塗布したスラリーを焼成することにより波長変換部材が素子基板に接合されるため、接合のために接着剤や表面処理等を必要としない。このため、短時間で波長変換部材を発光素子に接合することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、上記実施の形態では、波長変換部材３０が蛍光体を含むセラミックスからなるとしたが、波長変換部材３０を構成するセラミックスを焼成により得られる他の無機材料に置き換えることができる。

例えば、波長変換部材３０を蛍光体を含むガラスで形成する場合、図３（ｂ）に示される工程において、スクリーン印刷により発光素子２０の素子基板２１上に蛍光体を含む金属アルコキシドをスラリー４０として塗布する。そして、加熱によりスラリー４０を乾燥させた後、加熱により焼成させ、蛍光体を含むガラスからなる波長変換部材３０を得る。

また、同様に、発光装置４の光反射部材３３に含まれるセラミック部３３ａも他の無機材料に置き換えることができる。例えば、波長変換部材３０を構成するセラミックスを他の無機材料に置き換える場合、セラミック部３３ａも波長変換部材３０を構成するものと同じ無機材料で置き換えることが好ましい。

また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２、３、４、５発光装置
１０配線基板
１１基板
１２配線
２０発光素子
２１素子基板
２２発光機能層
２３素子電極
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ波長変換部材
３１、３３光反射部材
３２ダム
３３ａセラミック部
３３ｂ樹脂部
４０スラリー
４１、４１ａマスク
４２、４２ａ開口部
４３スキージ
４４エッチングマスク

Claims

フェイスダウン実装された発光素子の素子基板上に、蛍光体を含むスラリーを塗布する工程と、
前記スラリーを焼成させて、前記蛍光体を含む無機材料からなる波長変換部材を、前記素子基板の面積よりも面積が小さくなるように形成する工程と、
前記素子基板の上面の前記波長変換部材に覆われていない露出領域、前記波長変換部材の側面、及び前記発光素子の側面を覆うように光反射部材を形成する工程と、
を含み、
前記光反射部材の前記露出領域及び前記波長変換部材の側面を覆う部分を無機材料により形成し、前記光反射部材の前記発光素子の側面を覆う部分を反射フィラーを含む樹脂により形成する、
発光装置の製造方法。
スクリーン印刷により前記素子基板上に前記スラリーを塗布する、
請求項１に記載の発光装置の製造方法。
前記スクリーン印刷に開口部の側面が傾斜したマスクを用いて、上面の面積が下面の面積よりも小さい錐台状の前記波長変換部材を形成する、
請求項２に記載の発光装置の製造方法。
前記素子基板上に塗布された前記スラリーをフォトエッチング加工によりパターニングし、上面の面積が下面の面積よりも大きい逆錐台状の前記波長変換部材を形成する、
請求項１に記載の発光装置の製造方法。
前記波長変換部材を構成する無機材料がセラミックスである、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。