JP7086902B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。

発光層を含む半導体層と蛍光体層とを積層して構成した発光装置が提案されている。（特許文献１参照）

特開２０１３－２３２５３４号公報

特許文献１に記載された発光装置では、半導体層の側面等を覆う絶縁膜と光が射出される蛍光体層とが、発光層を含む半導体層を封止する。しかし、蛍光体層と絶縁膜との接合力が十分でなく、十分な封止性能を得られない恐れがある。

本発明の態様によると、発光装置は、透明基板と、前記透明基板の第１の側に配置され、第１波長の光を発する発光部と、前記発光部、前記透明基板の周縁部、および前記透明基板の前記第１の側とは反対側の第２の側の周辺部に接して配置されている封止部と、を備え、前記透明基板の前記周辺部の少なくとも一部に凹凸形状が形成されている。

本発明によれば、発光部を封止する封止部と透明基板との接合力が強化された、封止性能の高い発光装置を実現することができる。

図１は、実施形態の発光装置を示す断面図。図１（ａ）は、第１実施形態の発光装置１の断面図。図１（ｂ）は、第２実施形態の発光装置１ａの断面図。 図２（ａ）～図２（ｃ）は、第１実施形態の発光装置の製造方法を説明するための図。 図３（ａ）～図３（ｄ）は、図２に続く第１実施形態の発光装置の製造方法を説明するための図。 図４（ａ）～図４（ｄ）は、図３に続く第１実施形態の発光装置の製造方法を説明するための図。 図５（ａ）～図５（ｄ）は、図４に続く第１実施形態の発光装置の製造方法を説明するための断面図。

（発光装置の第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態の発光装置１の断面図を示す図である。以下、図１（ａ）および図１（ｂ）に関する説明では、「上側」および「下側」とは、図１（ａ）の紙面内の上方向および下方向をそれぞれ指すものとする。また、「側面」とは、対象物体の紙面内の上下方向に直交する方向における端面を指すものとする。

発光装置１は、透明基板１１と、透明基板１１の下側に形成されている発光ダイオード（ＬＥＤ）等を含む第１の波長の光を発する発光部１０を備えている。発光部１０の構成の詳細については後述するが、発光部１０は、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の半導体を含むＬＥＤであり、透明基板１１に近い側から、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、および透明電極が順次積層されたものである。発光部１０の下側、すなわち透明基板１１とは反対側は、一例としてポリイミドから成る絶縁部材１４により封止されている。透明基板１１の周縁部、すなわち側面、および発光部１０の側面に接して、第１封止部２１が設けられている。従って、発光部１０の周囲は、透明基板１１、絶縁部材１４、および第１封止部２１により封止されている。

絶縁部材１４の下側の面および側面も、第１封止部２１により覆われている。第１封止部２１および絶縁部材１４の一部を貫通して、いずれも導体からなる柱状電極１９、導電層１７、およびシード層１５が設けられている。シード層１５は、発光部１０のｎ型電極パッド３およびｐ型電極パッド８に接続している。柱状電極１９の下端には、はんだボール２４が設けられており、外部の電源からの電力は、はんだボール２４、柱状電極１９、導電層１７、およびシード層１５を介して、発光部１０のｎ型電極パッド３およびｐ型電極パッド８に供給される。

透明基板１１の上側、すなわち発光部１０とは反対側には、波長変換部２３が形成されている。波長変換部２３は一例として蛍光材料を含み、発光部１０が発する第１の波長の光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換する。波長変換部２３の周囲には、波長変換部２３の側面に接して、第２封止部１３が設けられている。第２封止部１３は、さらに透明基板１１の上側の面の周辺部１２ｅ、および第１封止部２１とも接している。周辺部１２ｅとは、透明基板１１の上側の面のうち、第２封止部１３と接している部分であり、透明基板１１の上側の面の周辺に連続的に設けられている。
以下では、第１封止部２１、第２封止部１３、および絶縁部材１４を併せて、またはそれぞれ、封止部２２とも呼ぶ。

第２封止部１３と接する透明基板１１の上側の面の周辺部１２ｅには、図中にジグザグ線で示した凹凸形状が設けられている。この凹凸形状は、透明基板１１の表面に、一例として、展開面積比（Ｓｄｒ）が１．１以上程度の凹凸が形成されたものである。ここで展開面積比とは、凹凸形状を有する面の実際の表面積を上面視した場合の面積で除算した結果から１を引いた値である。
この凹凸形状により、透明基板１１と第２封止部１３との接合力が強化される。従って、第１実施形態の発光装置１は、発光部１０を封止する封止部２２と透明基板１１との接合力が強化された、封止性能の高い発光装置となっている。
凹凸形状は、透明基板１１の周辺部１２ｅの全ての部分に形成されていても良く、または、封止部２２との間に十分な接合力が確保できる程度に周辺部１２ｅの中に部分的に形成されていても良い。

（発光装置の第２実施形態）
図１（ｂ）は、第２実施形態の発光装置１ａの断面図を示す図である。第２実施形態の発光装置１ａの構成は、上述の第１実施形態の発光装置１の構成と殆ど共通している。従って、以下では、同一の構成には同一の符号を付して、説明を適宜省略する。

第２実施形態の発光装置１ａにおいては、透明基板１１の上側の面の凹凸形状が、透明基板１１の周辺部１２ｅのみでなく、中央部１２ｃにも形成されている点が、上述の第１実施形態の発光装置１とは異なっている。
従って、第２実施形態の発光装置１ａにおいては、発光部１０を封止する封止部２２と透明基板１１との接合力を強化できるのみでなく、透明基板１１と波長変換部２３との接合力も強化することができる。

（各実施形態の発光装置の製造方法）
以下、図２から図４を参照して、上述した各実施形態の発光装置１、１ａの製造方法について説明する。ただし、第２実施形態の発光装置１ａの製造方法は、第１実施形態の発光装置１の製造方法とほとんど共通しているので、以下では、主に第１実施形態の発光装置１の製造方法について説明を行う。
なお、以下の製造方法の説明において説明する各変形例も、上述した各実施形態の変形例に含まれる。

（工程１）
同一面内に複数の発光部１０が配置されている、被加工基板９を用意する。
図２（ａ）は、被加工基板９の断面図を示している。
なお、図２（ａ）、図２（ｂ）、および図３（ｃ）から図３（ｄ）では、上述の図１とは上下方向が逆転して示されている。以下では、「上」および「下」の語は、参照する各図の紙面上下方向に従ったものである。

複数の発光部１０は、サファイア基板等の透明基板１１ａの面上に配置されている。発光部１０はＧａＮ（窒化ガリウム）等の半導体を含むＬＥＤであり、透明基板１１ａに近い側から、ｎ型半導体層２、発光層４、ｐ型半導体層５、および透明電極６が順次積層されている。ｎ型半導体層２、発光層４、ｐ型半導体層５、および透明電極６を覆って、保護膜７が形成されている。
発光部１０には、ｎ型半導体層２に電力を供給するためのｎ型電極パッド３、およびｐ型半導体層５に電力を供給するためのｐ型電極パッド８も形成されている。ｎ型電極パッド３、およびｐ型電極パッド８の上面は保護膜７から露出している。
発光層４を含む発光部１０の少なくとも一部は、有機材料で構成されていてもよい。

発光部１０は、図２（ａ）および以降の各図の左右方向のみでなく、奥行き方向にも複数並んで形成されており、発光部１０が形成された透明基板１１ａの面に垂直な方向から見れば、その面上には複数の発光部１０が格子状に配列して形成されている。
また、図２（ａ）および以降の各図においては、左右方向に並ぶ３個の発光部１０を示しているが、発光部１０の数は左右方向および奥行き方向のいずれについても３個より多くて良く、例えば数百個以上であっても良い。

なお、図２（ａ）においては、各発光部１０に含まれるｎ型半導体層２は、透明基板１１ａの面内方向に連続して形成されている。しかし、ｎ型半導体層２は各発光部１０毎に分離して形成されていても良い。
図２（ａ）に示した被加工基板９は、透明基板上に複数のＬＥＤを形成するための公知の方法により製造することができる。

（工程２）
透明基板１１ａの、発光部１０が形成された面とは反対側の面の全面に渡って、レジスト３０を形成する。そして、所定のフォトマスクを用いてレジスト３０を露光し、現像を行うことにより、透明基板１１ａの上側の面に格子状に配列して形成されている複数の発光部１０の境界部分と対向する部分のレジストを除去する。

図２（ｂ）は、上記の露光および現像後に、それぞれの発光部１０の概ね中央部と対向する部分のみにレジスト３０が形成されている状態を示す断面図である。
一方、図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示した状態を透明基板１１ａの下方から見た下面図である。図２（ｃ）には、透明基板１１ａのレジスト３０とは反対側に形成されている発光部１０も示している。図２（ｂ）の断面図は、図２（ｃ）のＡ－Ａ線における断面を示している。

レジスト３０は、透明基板１１ａの下面に２次元の格子状に配列されている。透明基板１１ａの下面であってレジスト３０に覆われていない部分は、後に発光装置１の透明基板１１の周辺部１２ｅとなる部分であるため、ここでも周辺部１２ｅと呼ぶ。

（工程３）
図２（ｂ）および図２（ｃ）に示した透明基板１１ａの下面に対して、サンドブラスト処理を行い、レジスト３０に覆われていない周辺部１２ｅの表面に凹凸形状を形成する。一方、透明基板１１ａの下面のうちのレジスト３０に覆われている部分には、凹凸形状は形成されない。あるいは、周辺部１２ｅに凹凸形状を形成するためのエッチング処理やプラズマ処理を行っても良い。
透明基板１１ａがサファイアである場合、エッチング処理としてはリン酸等を含む溶液による処理を行う。

なお、上述の説明では、レジスト３０の除去を、露光現像により行うものとしたが、サンドブラスト処理によって複数の発光部１０の境界部分と対向する部分のレジスト３０を除去しても良い。この場合、レジスト３０の除去と透明基板１１ａへの凹凸形状の形成を、一連のブラスト処理により行うことができるので、生産性を高めることができる。また、この場合には、レジスト３０に代えて、樹脂等を使用しても良い。
凹凸形状は、その表面粗さが、一例として上述のとおり、展開面積比（Ｓｄｒ）が１．１以上である。

（工程４）
上面視で透明基板１１ａと概ね同じ大きさの、シート状の樹脂ケースを用意する。樹脂ケースは、後にその一部が前述の第２封止部１３となるものであり、一例として熱硬化性樹脂から成る。
樹脂ケースにプレス加工等を行い、透明基板１１ａ上に形成されている周辺部１２ｅと上面視で同一の形状を有する第２封止部１３を形成する。
図３（ａ）は、形成された第２封止部１３を示す上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＢ－Ｂ線における第２封止部１３の断面図である。第２封止部１３には、前述のプレス加工等により、図２（ｃ）に示した透明基板１１ａ上のレジスト３０と上面視で略同一形状となる開口１３ｈが、２次元格子状に形成されている。

（工程５）
図２（ｂ）に示した透明基板１１ａからレジスト３０を除去し、その後、図３（ｃ）に示したとおり、第２封止部１３を、透明基板１１ａの下面の周辺部１２ｅに位置整合させて、あらかじめ透明接着剤などの不図示の接着材料が塗布された透明基板１１ａの下面に押し付け、接着する。透明基板１１ａの周辺部１２ｅに形成されている凹凸形状により、強力な接合力が生じる。

（工程６）
透明基板１１ａ上に、発光部１０を覆って一例としてポリイミドから成る絶縁部材１４を形成し、フォトリソグラフィ工程により、ｎ型電極パッド３およびｐ型電極パッド８上の絶縁部材１４に、開口部を形成する。そして、絶縁部材１４上および上記の開口部に、無電解メッキまたはスパッタ等により銅等の導体を成膜することによりシード層１５を形成する。
図３（ｄ）は、シード層１５が形成された状態を示している。

（工程７）
透明基板１１ａ上に、シード層１５を覆ってレジスト１６を形成する。そして、所定のフォトマスクを用いてレジスト１６を露光し、現像を行い、レジスト１６上の所定位置に開口部を形成する。この開口部から露出したシード層１５を電極として、この開口部に銅等の導体を電解メッキすることにより導電層１７を形成する。
図４（ａ）は、導電層１７が形成された状態を示している。

（工程８）
図４（ａ）に示した状態から、レジスト１６を剥離し、シード層１５および導電層１７を覆って、新たにレジスト１８を形成する。そして、所定のフォトマスクを用いてレジスト１８を露光し、現像を行い、レジスト１８上の所定位置に開口部を形成する。この開口部から露出した導電層１７を電極として、この開口部に銅等の導体を電解メッキすることにより柱状電極１９を形成する。
図４（ｂ）は、柱状電極１９が形成された状態を示している。

導電層１７および柱状電極１９はどちらも、透明基板１１ａの面内方向（図中の左右方向および奥行方向）に配線を行うための配線層とすることができる。配線層である導電層１７および柱状電極１９により、後述するはんだボール２４を、ｎ型電極パッド３およびｐ型電極パッド８の直下以外の位置に形成することができる。

（工程９）
図４（ｂ）に示した状態から、レジスト１８を剥離し、導電層１７と重複する部分以外のシード層１５を除去する。シード層１５の除去は、導電層１７をマスクとしてシード層１５をエッチングすることにより行う。
図４（ｃ）は、シード層１５が除去された状態を示している。

（工程１０）
図４（ｄ）に示すように、複数の発光部１０の境界に沿って、絶縁部材１４、保護膜７、ｎ型半導体層２、および透明基板１１ａをダイシングソーで切断し、第１空隙部２０を形成する。この切断においては、第２封止部１３を切断はしないが、第２封止部１３の一部がダイシングソーにより部分的に切除されても良い。

第１空隙部２０は、絶縁部材１４、保護膜７、ｎ型半導体層２、および透明基板１１ａが、ダイシングソーにより切除された部分に相当する。第１空隙部２０は、発光部１０の図４（ｄ）中の左右の境界のみではなく、紙面の奥行き方向の境界にも形成する。透明基板１１ａがダイシングソーにより切断された個片を、透明基板１１と呼ぶ。
複数の発光部１０は、個々に切断された後も、透明基板１１を介して第２封止部１３により一体的に保持されている。

（工程１１）
切断された複数の発光部１０を、第１封止部２１で封止する。
図５（ａ）は、複数の発光部１０が第１封止部２１により封止された状態を示している。この封止においては、第１封止部２１を形成する封止材料を、複数の発光部１０を覆って柱状電極１９の上端面と同じ高さまで充填する。これにより、第１空隙部２０の内部にも封止材料が充填され、すなわち、複数の発光部１０、複数の透明基板１１、および複数の絶縁部材１４に接して、第１封止部２１が形成される。
第１封止部２１として、例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料を使用する。また、第１封止部２１として高反射率の特性をもったエポキシ樹脂等を使用しても良い。
第１封止部２１と柱状電極１９の上端面を研磨し、より平滑化しても良い。

（工程１２）
図５（ｂ）に示すとおり、透明基板１１の発光部１０とは反対側の面に、波長変換部２３を形成する。なお、図５（ｂ）および以降の図は、図２（ａ）から図５（ａ）までの図とは、上下方向を反転して示している。図５（ｂ）および以降の図においては、上下方向は、図１（ａ）および図１（ｂ）と一致している。

波長変換部２３は、透明基板１１の発光部１０とは反対側の面と、第２封止部１３の側面とに接して形成される。
波長変換部２３は、一例として、蛍光体を含む樹脂であり、発光部１０が発する第１の波長の光の少なくとも一部を、第１の波長とは波長の異なる第２の波長の光に変換する。

（工程１３）
図５（ｃ）に示すとおり、それぞれの発光部１０に形成されている柱状電極１９の下端面に、はんだボール２４を形成する。そして、はんだボール２４を含む第１封止部２１の下面に、ダイシング用テープ２６を貼り付ける。

（工程１４）
図５（ｄ）に示すとおり、複数の発光部１０の境界に沿って、波長変換部２３の形成されている側から、ダイシングソーにより第２封止部１３および第１封止部２１に第２空隙部２７を形成して切断する。これにより、発光部１０、透明基板１１、柱状電極１９等を含む、図１（ａ）に示した第１実施形態の発光装置１が形成される。ただし、この切断に際し、ダイシング用テープ２６は切断しない。従って、個片化された発光装置１は、はんだボール２４および柱状電極１９等を介して、ダイシング用テープ２６に保持されている。ダイシング用テープ２６から、発光装置１を剥離することにより、図１（ａ）に示した第１実施形態の発光装置１が完成する。
なお、以上の製造方法におけるそれぞれの工程は、必ずしも上述の説明の順序通りに実施される必要はなく、いくつかの工程の実効順を入れ替えて実行しても良い。

以上の製造方法において、工程２、すなわち、透明基板１１ａの発光部１０とは反対側にレジスト３０を形成する工程を省略することにより、第２実施形態の発光装置１ａを製造することができる。工程２を省略することにより、レジスト３０の形成されていない透明基板１１ａの全面に対して、工程３において凹凸形状が形成される。この結果、第２実施形態の発光装置１ａにおいては、透明基板１１の上側の面の凹凸形状が、透明基板１１の周辺部１２ｅのみでなく、透明基板１１の中央部１２ｃにも形成されている。
なお、第２実施形態の発光装置１ａのように、透明基板１１ａの中央部１２ｃにも凹凸形状を形成した場合、発光装置１ａの具体的な構成によっては、その発光特性に悪影響を与える恐れがある。従って、そのような場合には、第１実施形態の発光装置１のように、凹凸形状を、透明基板１１ａの周辺部１２ｅにのみに形成することが好ましい。

（各実施形態の発光装置に関する補足説明）
以上で説明した第１実施形態の発光装置１および第２実施形態の発光装置１ａのいずれにおいても、発光部１０が発する第１波長の光は、単一波長の光であっても良く、波長幅を有する光であっても良い。波長変換部２３は、第１波長の光の全てを第２波長の光に変換しても良く、第１波長の光の一部を第２波長の光に変換しても良い。第２波長の光は、第１波長の光とは波長が異なる光であり、単一波長の光であっても良く、波長幅を有する光であっても良い。波長変換部２３として蛍光体を含む材料を使用する場合には、一般的に第２波長は、第１波長よりも波長が長くなる。

以上で説明した、第１実施形態および第２実施形態の発光装置１、１ａにおいては、必ずしも波長変換部２３を有しなくても良い。その場合、発光装置１、１ａは発光部１０が発する第１の波長の光を放射する発光装置として機能する。

以上で説明した、第１実施形態および第２実施形態の発光装置１、１ａにおいては、必ずしもはんだボール２４を備えなくても良い。発光装置１の柱状電極１９の端面にはんだボール２４を備えることにより、発光装置１、１ａの電子基板等への実装時のコストの低減が図れる。ただし、発光装置１、１ａを実装すべき電子基板等に予めはんだが形成されている場合には、はんだボール２４は不要である。

（実施形態の発光装置の効果）
（１）以上の各実施形態の発光装置１、１ａは、透明基板１１と、透明基板１１の第１の側（下側）に配置され第１波長の光を発する発光部１０と、発光部１０、透明基板１１の周縁部、および透明基板１１の第１の側（下側）とは反対側である第２の側（上側）の面の周辺部１２ｅに接して配置されている封止部２２（第１封止部２１、第２封止部１３、絶縁部材１４）と、を備えている。そして、透明基板１１の第２の側の周辺部１２ｅの少なくとも一部に凹凸形状が形成されている。この構成により、発光部１０を封止する封止部２２と透明基板１１との接合力を強化し、封止性能の高い発光装置を実現することができる。

（２）さらに、透明基板１１の第２の側（上側）の中央部１２ｃに、第１波長の光の少なくとも一部を第２波長の光に変換する波長変換部２３を備える構成とすることで、より広範囲の波長域の光を照射する光源を実現することができる。
（３）さらに、凹凸形状が、透明基板１１の上側の面の中央部１２ｃにも形成されている構成とすることで、波長変換部２３の透明基板１１に対する接合力が強化された発光装置を実現できる。

（４）さらに、封止部２２は、発光部１０および透明基板１１の周縁部に接して配置されている第１封止部２１と、透明基板１１の第２の側（上側）の周辺部１２ｅ、および第１封止部２１に接して配置されている第２封止部１３とを含む構成とすることで、第１封止部２１および第２封止部１３に対して、それぞれ適した封止材を使用することができ、封止性能を一層向上させることができる。
例えば、第１封止部２１として反射率と流動性が高い材料を、第２封止部１３として反射率とプレス加工での打ち抜き特性が高い材料を、それぞれ用いる事もできる。

（５）さらに、凹凸形状における透明基板１１の表面粗さを、展開面積比（Ｓｄｒ）が１．１以上とすることで、封止部２２と透明基板１１との接合力を一層強化し、より封止性能の高い発光装置を実現することができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１，１ａ…発光装置、２…ｎ型半導体層、３…ｎ型電極パッド、４…発光層、５…ｐ型半導体層、６…透明電極、７…保護膜、８…ｐ型電極パッド、９…被加工基板、１０…発光部、１１，１１ａ…透明基板、１２ｅ…周辺部、１３…第２封止部、１４…絶縁部材、１５…シード層、１６，１８，３０…レジスト、１７…導電層、１９…柱状電極、２０…第１空隙部、２１…第１封止部、２２…封止部、２３…波長変換部、２４…はんだボール、２６…ダイシング用テープ、２７…第２空隙部

Claims (4)

1. 透明基板と、
   前記透明基板の第１の側に配置され、第１波長の光を発する発光部と、
   前記透明基板の前記第１の側とは反対側の第２の側の中央部に配置された、前記第１波長の光の少なくとも一部を第２波長の光に変換する波長変換部と、
   前記発光部、前記透明基板の周縁部、および前記透明基板の前記第２の側の前記中央部よりも外側の周辺部に接して配置されている封止部と、を備え、
   前記透明基板の前記周辺部の少なくとも一部に凹凸形状が形成されており、
   前記透明基板の前記第２の側の前記中央部には前記凹凸形状は形成されていない、発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置において、
   前記封止部は、
   前記発光部、および前記透明基板の周縁部に接して配置されている第１封止部と、
   前記透明基板の前記第２の側の周辺部、および前記第１封止部に接して配置されている第２封止部とを含む、
   発光装置。
3. 請求項２に記載の発光装置において、
   前記第１封止部と前記第２封止部との境界面は、前記透明基板の前記第２の側と同一平面上にある、発光装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の発光装置において、
   前記凹凸形状における前記透明基板の表面粗さが、展開面積比として１．１以上である、発光装置。

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