JP7086903B2 - 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サファイア等の透光性基板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。発光層を含む半導体層と蛍光体層との間に配置されたサファイア等の透光性基板により、発光装置の機械的強度を高めることができる。（特許文献１参照）

特開２０１１－１９９１９３号公報

特許文献１に記載された発光装置は、透光性基板（透過基板）と蛍光体層（波長変換部）との接合力が十分でなく、蛍光体層が透光性基板から剥離し、これにより発光装置としての耐久性が低下してしまう恐れがある。

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、前記透明基板の前記第１の側とは反対側の第２の側であって、少なくとも一部が前記発光部と対向する第１領域に接して形成されている、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第２の側の前記第１領域よりも外側の第２領域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第１領域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、波長変換部の透明基板に対する接合力が強化された、耐久性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（ｅ）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。

（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。発光部１０の側面、および絶縁部材１４に接して、第１封止部２２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２２により封止されている。

第１封止部２２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とは反対側の面であって、発光部１０と概ね対向する領域である第１領域１２ｃに接して、波長変換部２５が形成されている。波長変換部２５は、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２５の周囲には、波長変換部２５の側面に接して、第２封止部２３が設けられている。第２封止部２３はさらに、透明基板１１の上側の面の第１領域１２ｃ以外の部分である第２領域１２ｅ、透明基板１１の周縁部、すなわち側面、および第１封止部２２とも接している。
以下では、第１封止部２２、第２封止部２３、および絶縁部材１４を併せて、またはそれぞれ、封止部３０とも呼ぶ。

波長変換部２５と接する透明基板１１の上側の面の第１領域１２ｃ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。
波長変換部２５は一例として透明樹脂と蛍光材料とを含み、波長変換部２５を構成する透明樹脂が、透明基板１１の第１領域１２ｃの凹凸形状に入り込むことにより、透明基板１１と波長変換部２５との接合力が強化される。

なお、凹凸形状は、第１領域１２ｃの全ての部分に形成されていても良く、または、波長変換部２５との間に十分な接合力が確保できる程度に第１領域１２ｃの中に部分的に形成されていても良い。
また、第１領域１２ｃは、その全面に渡って発光部１０と対向していても良く、部分的に発光部１０と対向していても良い。すなわち、第１領域１２ｃは、少なくとも一部が前記発光部と対向する第１領域に接して形成されていれば良い。

（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、透明基板１１の上側の面の第１領域１２ｃが、第２領域１２ｅに対して窪んでいる点が、上述の第１実施形態の発光装置１とは異なっている。

第２実施形態の発光装置１ａでは、透明基板１１の概ね中央に配置される第１領域１２ｃの厚さを薄くすることができる。これにより、第１領域１２ｃに第１実施形態の発光装置１と同じ厚さの、すなわち高効率の波長変換に必要な厚さの波長変換部２５を配置しても、発光装置１ａの厚さ（上下方向の長さ）を小型化することができる。
一方、透明基板１１の周辺に配置される第２領域１２ｅの厚さを厚く保つことにより、透明基板１１に十分な機械強度を持たせることができるため、発光装置１ａの機械的強度も十分に高く保つことができる。

（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ける各変形例も、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）から図２（ｅ）、および図３（ａ）、図３（ｂ）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２（ｂ）は、シード層１５が形成された状態を示している。

（工程３）
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２（ｃ）は、導電層１７が形成された状態を示している。

（工程４）
図２（ｃ）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２（ｄ）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５）
図２（ｄ）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２（ｅ）は、シード層１５が除去された状態を示している。

（工程６）
図３（ａ）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、およびｎ型半導体層２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、透明基板１１ａを切断はしないが、透明基板１１ａ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３（ａ）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。
複数の発光部１０は、個々に切断された後も、透明基板１１により一体的に保持されている。

（工程７）
切断された複数の発光部１０を、第１封止部２２で封止する。
図３（ｂ）は、複数の発光部１０が第１封止部２２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２２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、および複数の絶縁部材１４に接して、第１封止部２２が形成される。
第１封止部２２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２２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。

（工程８）
図３（ｃ）に示したとおり、複数の発光部１０の境界に沿って、透明基板１１ａをダイシングソーで切断し、第２空隙部２１を形成する。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。この切断においては、第１封止部２２を切断はしないが、第１封止部２２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。
なお、図３（ｃ）および以降の図は、図２（ａ）から図３（ｂ）までの図とは、上下方向を反転して示している。図３（ｃ）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。

（工程９）
切断された複数の透明基板１１を、第２封止部２３で封止する。
図３（ｄ）は、複数の透明基板１１が第２封止部２３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２封止部２３を形成する封止材料が、第１封止部２２および複数の透明基板１１の全面を覆うように充填する。これにより、第２空隙部２１の内部にも封止材料が充填され、すなわち、複数の透明基板１１に接して第２封止部２３が形成される。
第２封止部２３として、例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料を使用する。

（工程１０）
図４（ａ）に示すように、第２封止部２３のうち、複数の透明基板１１の第１領域１２ｃの直上に形成されている部分を、ブラスト処理により除去し、開口２８を形成する。開口２８以外の部分には、第２封止部２３が残存している。
第２封止部２３の除去に際し、透明基板１１の第１領域１２ｃには、上述のブラスト処理により、凹凸形状が形成される。あるいは、第２封止部２３を削除した後に、残存する第２封止部２３をマスクとして、第１領域１２ｃ上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、上述の凹凸形状の形成をブラスト処理で行う場合には、第２封止部２３の除去と、透明基板１１の第１領域１２ｃに対する凹凸形成を、連続してブラスト処理で行うことができるため、生産性を高めることができる。

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１１）
図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示した開口２８の内部に、波長変換部２５を形成する。すなわち、波長変換部２５は、透明基板１１の発光部１０とは反対側の面であって、概ね発光部１０と対向する第１領域１２ｃ、および第２封止部２３の側面と接するように形成される。
波長変換部２５は、一例として透明樹脂と蛍光材料とを含み、波長変換部２５を構成する透明樹脂が、透明基板１１の第１領域１２ｃの凹凸形状に入り込むことにより、透明基板１１と波長変換部２５との接合力が強化される。

（工程１２）
図４（ｃ）に示したとおり、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２２の下面に、ダイシング用テープ２６を貼り付ける。

（工程１３）
図４（ｄ）に示したとおり、複数の発光部１０の境界に沿って、波長変換部２５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２３および第１封止部２２を切断することにより、第３空隙部２７が形成される。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、いくつかの工程の順番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１０、すなわち第２封止部２３の一部に開口２８を形成する工程において、透明基板１１の厚さが、第１領域１２ｃにおいて第２領域１２ｅよりも薄くなるように、透明基板１１を部分的に彫り込んで除去しても良い。透明基板１１の部分的な除去も、上述のブラスト処理やリソグラフィにより行うことができる。
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の上側の面の第１領域１２ｃが、第２領域１２ｅに対して窪んで形成されている。

（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２５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２５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、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が、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、透明基板１１の第１の側とは反対側の第２の側（上側）であって、少なくとも一部が発光部１０と対向する第１領域１２ｃに接して形成されている、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２５と、発光部１０、透明基板１１の周縁部、および透明基板１１の第２の側（上側）の第１領域１２ｃよりも外側の第２領域１２ｅに接して配置されている封止部３０（第１封止部２２、第２封止部２３、絶縁部材１４）と、を備えている。そして、透明基板１１の第１領域１２ｃ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、波長変換部２５の透明基板１１に対する接合力が強化された、耐久性の高い発光装置を実現することができる。
また、透明基板１１を有することにより、機械的強度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１領域１２ｃの全体に凹凸形状が形成されている構成とすることにより、波長変換部２５の透明基板１１に対する接合力が一層強化された、耐久性のさらに高い発光装置を実現することができる。
（３）さらに、透明基板１１の第２の側（上側）は、第１領域１２ｃが第２領域１２ｅよりも窪んでいる構成とすることで、透明基板１１に高い機械的強度を持たせつつ第１領域１２ｃを薄くすることができ、発光装置１ａの厚さ（上下方向の長さ）を小型化することができる。
（４）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） として１．１以上とすることで、波長変換部２５の透明基板１１に対する接合力を一層強化し、より耐久性の高い発光装置を実現することができる。

（５）さらに、封止部３０は、発光部１０に接して配置されている第１封止部２２と、透明基板１１の第２領域１２ｅ、および第１封止部２２に接して配置されている第２封止部２３とを含む構成とすることで、第１封止部２２および第２封止部２３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。

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、１２ｃ…第１領域、１２ｅ…第２領域、１４…絶縁部材、１５…シード層、１６，１８…レジスト、１７…導電層、１９…柱状電極、２０…第１空隙部、２１…第２空隙部、２２…第１封止部、２３…第２封止部、２４…はんだボール、２５…波長変換部、２６…ダイシング用テープ、２７…第３空隙部、３０…封止部

Claims (5)

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の側の第１領域に接して形成されている、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第２の側の前記第１領域よりも外側の第２領域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第２の側には前記第１領域にのみ凹凸形状が形成されており、
   前記封止部は、
   前記発光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領域、および前記第１封止部に接して配置されている第２封止部とを含み、
   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１の側と同一平面上にある、発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置において、
   前記凹凸形状がブラスト処理により形成された凹凸形状である、発光装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の発光装置において、
   前記透明基板の前記第２の側は、前記第１領域が前記第２領域よりも窪んでいる、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。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の発光装置において、
   前記第１封止部と第２封止部とが、異なる材料により構成されている、発光装置。

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