JP6750252B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は発光装置の製造方法に関する。

半導体発光素子（以下、発光素子）と蛍光体とを備えた白色ＬＥＤ（発光ダイオード）が知られている。得られた白色ＬＥＤが、目的とする色度からずれている場合、蛍光体を追加又は除去することにより色度を調整する方法が知られている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００９−２８３８８７号公報 特開２０１５−１４４２３４号公報

しかしながら、色度を調整する方法として、より簡単な方法が求められている。

前記課題を解決するため、本発明の実施形態は、以下の構成を含む。
発光素子と、該発光素子を被覆する波長変換部材と、発光素子及び波長変換部材を被覆する透光性部材と、発光素子と電気的に接続される接続端子を備える基板と、を備えた中間体を準備し、台座上に載置する工程と、接続端子に通電し、中間体の発光色の色度を検査する工程と、中間体に、シロキサン結合を有する有機ケイ素化合物を含むプラズマを気密性のない収容部内において大気圧下で中間体の上方に位置するノズルから照射して接続端子を覆わず、かつ、透光性部材の表面にシロキサン化合物を形成する工程と、を含む発光装置の製造方法。

以上の構成により、簡単な方法で色度を調整することができる。

図１は、実施形態に係る発光装置の中間体を示す概略断面図である。 図２は、実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置の製造方法を例示するものであって、本発明は、発光装置の製造方法を以下に限定するものではない。

また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。尚、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。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

図２は、実施形態に係る発光装置の製造方法によって得られる発光装置１００を示す。発光装置１００は、発光素子２０と、発光素子２０を被覆する波長変換部材３０と、発光素子２０と波長変換部材３０を被覆する透光性部材４０と、発光素子２０と電気的に接続される接続端子１４と、透光性部材４０の表面に形成されるシロキサン化合物５０と、を備える。

このような発光装置の製造方法は、発光素子２０と、発光素子２０を被覆する波長変換部材３０と、発光素子２０及び波長変換部材３０を被覆する透光性部材４０と、発光素子２０に電気的に接続される接続端子１４と、を備えた中間体１００Ａを準備する工程と、接続端子１４に通電し、中間体１００Ａの発光色の色度を検査する工程と、中間体１００Ａにシロキサン結合を有する有機ケイ素化合物を含むプラズマを照射して透光性部材４０の表面にシロキサン化合物５０を形成する工程と、を含む。
以下、各工程について説明する。

（中間体を準備する工程）
図１は、実施形態に係る発光装置の製造方法において、準備された中間体１００Ａを示す。中間体１００Ａは、発光素子２０と、発光素子２０を被覆する波長変換部材３０と、発光素子２０と波長変換部材３０とを被覆する透光性部材４０と、発光素子２０と電気的に接続される接続端子１４と、を有する。

図１では、発光素子２０を載置させる基板１０を備える中間体１００Ａを例示している。図１に示すような、基板を備える中間体の場合は、基板の下面配線１４が、外部と接続させるための接続端子として機能する。接続端子１４は、基板１０の上面（母材１２の上面）の上面配線１６と電気的に接続されており、この上面配線１６と発光素子２０の電極２４とが電気的に接続されている。

また、発光素子を載置する基板を備えない中間体を用いることもできる。この場合は、発光素子の電極と基板を介さずに電気的に接続される導電部材が、接続端子として機能する。基板を介さずに電気的に接続される接続端子としては、例えば、発光素子の電極にメッキやスパッタなどにより形成された導電膜が挙げられる。また、発光素子の側面及び電極形成面（電極以外）を覆う樹脂部材を備え、発光素子の電極上から樹脂部材上に延在するようにメッキやスパッタなどにより形成した導電膜などが挙げられる。

中間体は、上述の構成部材（発光素子、波長変換部材、透光性部材、接続端子）を備えた中間体を購入して準備することができる。あるいは、各構成部材の一部又は全部を購入して組み立てて準備してもよく、さらには、各構成部材の一部又は全部を製造して組み立てて準備してもよい。中間体を組み立てて準備、あるいは、製造して準備する工程については、後述する。

（接続端子に通電して発光色の色度を検査する工程）
接続端子に通電させることで、中間体の発光色の色度を検査する。通電は、中間体の接続端子にプローブなどを接触させて行う。中間体の検査は、個片化された中間体で行ってもよく、あるいは、中間体の集合体（２以上の中間体が連なった状態のもの）で行ってもよい。集合体で検査を行う場合は、個々の中間体に個別に通電可能なように、接続端子を電気的に独立させた状態で行う。

中間体に通電させて得られる発光色の色度は、発光素子からの光と、波長変換部材からの光との混色光であり、例えば、ｘ＝０．３４５、ｙ＝０．３５５などの数値情報として得られる。そして、目的とする色度との差を計算により求め、これにより、後述のシロキサン化合物を形成する際の条件が決定される。

（シロキサン化合物を形成する工程）
準備された中間体の透光性部材の表面に、シロキサン化合物を形成する。まず、大気圧プラズマ処理装置（以下、「プラズマ処理装置」とも称する）を準備する。プラズマ処理装置は、中間体を収容可能な収容部と、その空間に配置されるプラズマノズルと、を備える。

プラズマ処理装置の収容部は、中間体を載置する台座を備えている。さらに、収容部内において中間体またはプラズマノズルが移動可能なように移動手段を備えている。例えば、台座上に載置した中間体の上方を、位置高さが一定で横方向に動くようにプラズマノズルを設置することができる。

本実施形態では、大気圧下でプラズマ処理を行うため、プラズマ処理装置の収容部は加圧又は減圧等の機能を必要としない。また、キャリアガスとして空気等の人体に対して無害なガスを用いるため、気密性も必要としない。そのため、簡単な構造の収容部とすることができる。例えば、プラズマノズル又は中間体の移動に支障がない作業スペースと、そのような作業スペースを取り囲む壁と、を備えた収容部とすることができる。

収容部に備えられる台座は、その上に載置される中間体と共にプラズマが照射されることもあるため、耐候性、耐熱性等の高い材料を用いることが好ましい。例えば、ステンレスなどが挙げられる。

収容部に配置されるプラズマノズルは、ジェネレータと呼ばれる装置と接続されており、ジェネレータで制御されたガス（有機ケイ素化合物を含むガス）がプラズマノズルの内部に供給される。プラズマノズルは、ジェネレータで制御されたガスが供給されるガス供給口と、プラズマ化したガスを外部に照射する先端部（プラズマ照射口）とを備える。さらに、プラズマノズルの内部にはプラズマ発生部が備えられている。プラズマノズルの内部に供給されたガスは、プラズマ発生部で発生したプラズマに晒された後、プラズマノズルの先端部から有機ケイ素化合物を含むプラズマ化したガスとして外部に照射（プラズマ照射）される。

以上のようなプラズマ装置処理の収容部内に中間体を載置する。中間体は、透光性部材が上側となるように台座上に載置される。中間体は、プラズマノズルの可動範囲内に複数個を載置することができ、プラズマノズルを横移動させながら順次プラズマ照射していくことができる。

プラズマ化された有機ケイ素含有ガスを透光性部材の上方から照射する。プラズマガスとしては空気、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）等を用いることができる。これらは、キャリアガスであり、且つ、プラズマガスでもあるため、単独で用いることができる。有機ケイ素化合物を含むガス（原料ガスとも称する）としては、直鎖シロキサン、又は環状シロキサンを用いることができる。具体的には、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、オクラメチルトリシロキサン、等を挙げることができる。特に、ヘキサメチルジシロキサンが好ましい。

プラズマ処理装置の条件により、シロキサン化合物の膜厚を制御することがきできる。例えば、プラズマノズルの先端部と中間体との距離、プラズマノズルの移動速度（プラズマ照射時間）、印可電圧、原料ガスの導入量、プラズマ照射回数等を調整することで、シロキサン化合物の膜厚を制御することができる。

プラズマ発生部と中間体の距離は、例えば、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲とすることができ、好ましくは１０ｍｍ程度である。プラズマノズルの移動速度は、例えば、７０ｍｍ／ｓ〜８００ｍｍ／ｓの範囲とすることができ、好ましくは１００ｍｍ／ｓ〜８００ｍｍ／ｓである。印可電圧は、例えば、２５０Ｖ〜３２０Ｖの範囲とすることができ、好ましくは２８０Ｖである。原料ガスの導入量は、例えば、１ｇ／ｈ〜８０ｇ／ｈの範囲とすることができ、好ましくは、１０ｇ／ｈ〜４０ｇ／ｈである。

処理回数としては、例えば、１回〜３回とすることができ、好ましくは１回である。尚、プラズマ照射回数、とは、プラズマノズルを所定の移動速度で中間体の上方を照射させる、という作業を１回とし、その作業を、繰り返し行う回数を指す。

以上により、中間体の透光性部材の表面にシロキサン化合物を形成することができる。実施形態に係る方法では、プラズマ処理装置内に、有機ケイ素化合物を含むガスを導入すればよいため、比較的簡単にシロキサン化合物を形成することができる。

以下、各部材について説明する。

（発光素子）
発光素子としては、発光ダイオードを用いるのが好ましい。発光素子は、ピーク波長が４４５ｎｍ〜４５８ｎｍである、青色発光可能な発光素子を用いる。発光素子は、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、あるいはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などの種々の半導体を用いて透光性の成長用基板上に発光層を含む積層構造が形成されたものを用いることが好ましい。成長用基板としては、サファイアが好ましい。また、成長基板を除去した発光素子を用いてもよい。

発光素子の電極の形状は特に限定されず、電極は略矩形や円形などの種々の形状に形成することができる。発光素子の電極の材料は特に限定されるものではない。後述のように発光素子の電極が、接続端子として用いられる場合は、電極は十数μｍ〜３００μｍが好ましい。また、電極としては、電気良導体を用いることができ、例えばＣｕ等の金属が好適である。

（波長変換部材）
波長変換部材は、発光素子の上に設けられている。波長変換部材は、発光素子から出射された光を吸収し、発光素子から出射された光とは異なる波長の光を発する蛍光体を含んでおり、発光素子からの光を異なる波長に変換する。例えば、発光素子からの青色光を吸収し、緑色光〜赤色光に変換することができる。

波長変換部材は、発光素子上に配置され、かつ、透光性部材の表面から離間して配置されることが好ましい。これにより、シロキサン化合物による色度調整効果を得られやすくすることができる。

発光素子上に配置される波長変換部材は、発光素子の表面に接して直接覆ってもよく、あるいは、透光性の樹脂などを介して間接的に覆ってもよい。発光素子の上面のみ、あるいは、発光素子の上面及び側面を覆うなど、中間体の構造に応じて形成する領域を選択することができる。また、発光素子が基板上に載置される場合は、その基板の上面に波長変換部材が形成されていてもよい。

波長変換部材は、発光素子の表面を略均一な厚みで形成することが好ましい。例えば、電着法、シート貼り付け、印刷等によって形成することができる。波長変換部材の厚みは、例えば、１０μｍ〜２００μｍ程度であることが好ましい。このように波長変換部材の厚みを略等しくすることで、色ムラの少ない発光色を得ることができる。波長変換部材は発光素子の側面にも形成することができる。

波長変換部材に含まれる蛍光体としては、発光素子からの光で励起されるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体・サイアロン系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。

詳細には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）；セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ：Ｃｅ）；ユウロピウムおよび／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体（ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２）；ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４）；βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体、ＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体；ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）；硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な色の発光装置（例えば白色系の発光装置）を製造することができる。

なお、蛍光体の形状は、特に限定されないが、例えば、球形又はこれに類似する形状であることが好ましく、具体的には０．１μｍ〜１００μｍの平均粒径、特に１μｍ〜３０μｍ、更に、１μｍ〜１０μｍの平均粒径を有する形状であることがより好ましい。

本発明において、蛍光体の平均粒径とは、電気抵抗法によりコールターマルチサイザーII(コールター社製)を用いて粒径分布を測定した場合の、５０％粒子径（体積基準）を示す。電気抵抗法は、分散させた粉体が電極間を通過する際の電気抵抗と粒径との相関性を利用する方法であることから、粒子が強く凝集しており一次粒子にまで分散させることが難しい場合は、凝集した二次粒子の粒径を測定することになる。

（透光性部材）
透光性部材は、発光素子及び波長変換部材を覆い、これらの部材を保護する部材である。発光素子からの光及び波長変換部材からの光は、共に透光性部材の内部を通過して外部に放出される。つまり、透光性部材は発光面として機能している。

透光性部材は、１又は２以上で構成されていてもよい。２以上で構成される場合、例えば、第１透光性部材と、その第１透光性部材を覆う第２透光性部材とするなどとすることができる。このように２以上で構成される透光性部材は、それぞれ異なる形成方法、異なる組成等で形成することができる。

例えば、第１透光性部材として、発光素子の表面に波長変換部材を固定させるために、ポッティング、スプレー等によって流動性のある樹脂を形成し、その一部を波長変換部材に含浸させるようにして第１透光性部材を形成させる。その後、第２透光性部材として、圧縮成形、トランスファモールドなどにより、金型等を用いてレンズ形状を備えた第２透光性部材を、第１透光性部材を覆うように形成させる。このように、波長変換部材を固定させるための第１透光性部材と、レンズ形状として配向等を制御するための第２透光性部材とするなど、それぞれ異なる機能や目的のために、透光性部材を２以上で構成してもよい。

透光性部材は発光素子及び波長変換部材からの光を透過させる部材を用いて形成される。具体的には、発光素子から出射される光の６０％以上を透過する部材が好ましく、より好ましく７０％以上を透過させる部材、更に好ましくは８０％以上を透過させる部材、特に好ましくは９０％以上を透過する部材である。このような部材としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変成樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、トリメチルペンテン樹脂、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樹脂を挙げることができる。

（接続端子）
中間体は、発光素子と電気的に接続される接続端子を備える。接続端子は、正極用及び負極用となるよう、互いに電気的に離間する少なくとも２つを有する。これにより中間体の発光色の色度を検査することができる。中間体が、発光素子を載置する基板を備える場合は、基板に設けられる配線が接続端子として機能する。また、中間体が基板を備えない場合は、発光素子の電極に接して形成される導電膜が接続端子として機能する。

基板は、発光素子や保護素子などの電子部品を配置するためのものであり、絶縁性の母材と、接続端子として機能する配線とを備える。さらに、母材の上面に、発光素子が載置され、母材の下面に接続端子として機能する一対の下面配線が配置される場合は、母材の上面に、発光素子の電極と接続される一対の上面配線を備える。上面配線と下面配線とは母材の内部のビア、又は母材の側面の側面配線などによって、電気的に接続される。また、基板の上面配線を接続端子とすることもできる。例えば、Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｂｏａｒｄ（ＣＯＢ）タイプの発光装置のように、基板の上面のうち、透光性部材で覆われない領域に、接続端子を備えていてもよい。

基板の母材としては、ガラスエポキシ樹脂や熱可塑性樹脂などのほか、好ましくはアルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックスがあげられる。

接続端子は、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等によって形成することができる。また、基板の上面に設けられる接続端子は、発光素子からの光を効率よく取り出すために、その表面が銀又は金などの反射率の高い材料で覆われているのが好ましい。導電部材の厚みは、例えば、５μｍ〜８０μｍ程度の厚みであることが好ましい。

発光素子の電極に形成される導電膜としては、Ｃｕなどが挙げられる。

（シロキサン化合物）
シロキサン化合物は透光性であり、透光性部材の表面に形成されることで、色度変化させることができる。

例えば、青色光を発光する発光素子と、青色光によって励起されて黄色光を発光する蛍光体を用いた中間体を例に挙げて説明する。透光性部材よりも高屈折率の部材を透光性部材の表面に形成することで、シロキサン化合物と透光性部材の界面で発光素子からの青色光を反射して戻り光を多くすることができる。この戻り光により蛍光体が再度励起されるため、中間体の発光色の色度が、蛍光体の発光色に起因する色度側、すなわち黄色側に色度が変化する（イエローシフト）。尚、蛍光体からの黄色光も界面で反射されて戻り光となるが、この黄色光が更に異なる色度には変化しない。

また、透光性部材よりも低屈折率の部材を透光性部材の表面に形成することで、発光素子からの青色光を外部に取り出しやすくすることができる。そのため、中間体の発光色の色度が、発光素子の発光色に起因する色度側、すなわち青色側に変化する（ブルーシフト）。

つまり、透光性部材の上面に、シロキサン化合物を形成した発光装置は、その透光性部材とシロキサン化合物との組み合わせにより、シロキサン化合物の方が高屈折率になる場合と、低屈折率になる場合がある。

例えば、透光性部材として屈折率が１．５のシリコーン樹脂を用い、原料ガスとしてヘキサメチルジシロキサンを用いてシロキサン化合物を形成する場合は、シロキサン化合物の屈折率は１．４５である。つまり、シロキサン化合物の透過率の方が透光性部材の透過率よりも低い。そのため、膜厚を９０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲とすることで、青色光を取り出しやすい。これにより中間体の色度よりも青色側に変化（ブルーシフト）した発光装置を得ることができる。尚、この膜厚の範囲内においては、膜厚が大きいほど、ブルーシフトの量は大きい。

なお、透光性部材の屈折率とシロキサン化合物の屈折率の差が小さい場合は、色度変化の効果が表れにくい場合がある。また、透光性部材よりも低屈折率の部材を透光性部材の表面に形成する場合であっても、膜厚が厚すぎると戻り光が発生してイエローシフトが生じる。そのため、色度を変化させるために必要な膜厚などは、これらも含めて好ましい範囲を選択することができる。

また、プラズマ化された有機ケイ素含有ガスを照射することにより形成されるシロキサン化合物は、その内部又は表面に、部分的に白濁したように見える部分が形成される場合がある。これは、シロキサン化合物生成時の条件によって形成されるものであり、例えば、プラズマノズルの移動速度を遅くしたり、処理回数を増やしたりすることにより、白濁部分を多くすることができる。この白濁部分は、戻り光を増やしやすい部分であるため、イエローシフトの要因の１つとなる。屈折率、膜厚に加え、製造条件も調整することで、色度の変化を制御することができる。

色度の変化量は、例えば、発光素子として主ピークが４４５ｎｍ〜４５８ｎｍの青色系の発光素子を用い、蛍光体として黄色系蛍光体であるＹＡＧ蛍光体を用いた場合、ｘ＝０．００１〜０．００２程度、ｙ＝０．００１〜０．００２程度の色度を変化させることができる。また、シロキサン化合物の膜厚を９０ｎｍ〜５２０ｎｍとすることで、青色側に色度を変化させ、シロキサン化合物の膜厚を５２０ｎｍ以上とすることで、黄色側に色度を変化させることができる。

本開示に係る発光装置の製造方法は、各種表示装置、照明器具など、広範囲の用途に利用することができる。

１００…発光装置
１００Ａ…中間体
１０…基板
１２…母材
１４…下面配線（接続端子）
１６…上面配線
２０…発光素子
２２…積層構造体
２４…電極
３０…透光性部材
４０…波長変換部材
５０…シロキサン含有部材

Claims (3)

1. 発光素子と、該発光素子を被覆する波長変換部材と、前記発光素子及び前記波長変換部材を被覆する透光性部材と、前記発光素子と電気的に接続される接続端子を備える基板と、を備えた中間体を準備し、台座上に載置する工程と、
   前記接続端子に通電し、前記中間体の発光色の色度を検査する工程と、
   前記中間体に、シロキサン結合を有する有機ケイ素化合物を含むプラズマを気密性のない収容部内において大気圧下で前記中間体の上方に位置するノズルから照射して前記接続端子を覆わず、かつ、前記透光性部材の表面にシロキサン化合物を形成する工程と、
   を含む発光装置の製造方法。
2. 前記波長変換部材は、前記発光素子上に配置されると共に、前記透光性部材の表面から離間して配置される請求項１記載の発光装置の製造方法。
3. 前記発光素子は青色光を発光し、前記波長変換部材は前記青色光を吸収して黄色光を発光し、前記シロキサン化合物は、厚みが９０ｎｍ〜５２０ｎｍである請求項１又は請求項２に記載の発光装置の製造方法。

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