JP7148811B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光装置の製造方法に関する。
液晶表示装置のバックライトとして用いられる面状発光装置の光源として、導光板の側面に配置される発光装置(LED)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2019-036713号公報
本開示は、発光面が他の部材等に接触することを低減可能な発光装置を提供することを目的とする。
本開示は、以下の構成を含む。
透光性部材を準備する工程と、
前記透光性部材の上面上に水溶性樹脂部材を配置し、積層体を形成する工程と、
主発光面と、前記主発光面の反対側に電極を備える発光素子を準備する工程と、
前記主発光面上に、導光部材を配置する工程と、
前記導光部材上に、前記水溶性樹脂部材が上になるように前記積層体を載置し、加熱し冷却することで前記積層体を反らせて上面に凹部を形成する工程と、
前記発光素子及び前記積層体を埋設するよう封止部材を形成する工程と、
前記封止部材を、前記積層体の前記水溶性樹脂部材が露出するまで除去する工程と、
前記露出された水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材を露出させる工程と、
を備える発光装置の製造方法。
以上により、発光面が他の部材等に接触することを低減可能な発光装置を提供することができる。
実施形態に係る発光装置の概略斜視図である。 実施形態に係る発光装置の概略斜視図である。 図1BのIC-IC線における概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示す概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の概略端面図である。 実施形態に係る発光装置の概略端面図である。
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する発光装置の製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするため、誇張していることがある。また、基板、基材、透光性部材、封止部材等の部材は、硬化の前後において、また、切断の前後において、同じ名称を用いるものとする。
[実施形態1]
図1A及び図1Bは、実施形態に係る発光装置の製造方法を用いて得られる発光装置100の一例を示す概略斜視図であり、図1Cは図1BのIC-IC線における概略断面図である。
発光装置100は、基板10と発光素子20と透光性部材30と封止部材60とを含む。基板10は、基材11と、導電部材12とを有する。
発光素子20は、発光層を含む半導体層を備える半導体積層体21と、半導体積層体21の下面に設けられる一対の素子電極22とを備える。発光素子20の素子電極22は、基板10の導電部材12と導電性接合部材40を介して接続される。
透光性部材30は、発光素子20の上に配置される透光性の部材であり、発光装置100の光取り出し面を構成する。透光性部材30の側面は、後述の封止部材60に覆われている。そして、本実施形態において、透光性部材30の上面30Uは、凹部30Rを備える。
上述のような、上面に凹部を備える透光性部材を備える発光装置を得る製造方法について、図面を参照しながら説明する。
実施形態1に係る発光装置の製造方法は、それぞれ発光素子を含む複数の発光装置を集合状態で形成した後に個々の発光装置に分離する発光装置の製造方法である。詳細には、発光装置の製造方法は、透光性部材を準備する工程と、透光性部材の上面に水溶性樹脂部材を配置して積層体を形成する工程と、発光素子を準備する工程と、発光素子上に導光部材を配置する工程と、導光部材上に積層体を載置し積層体の上面に凹部を形成する工程と、発光素子と積層体を埋設する封止部材を形成する工程と、水溶性樹脂部材が露出するまで封止部材を除去する工程と、露出された水溶性樹脂部材を除去し、透光性部材を露出させる工程と、を含む。
以下、各工程について詳細に説明する。
(透光性部材準備工程)
透光性部材準備工程は、発光素子20上に載置可能な大きさの透光性部材30を準備する工程である。図2Aに示す透光性部材30は、上面30U及び下面30Dは平坦な面であり、均一な厚みの透光性部材30である。また、後述において個片化される前の大きさの透光性部材30を例示している。さらに、図2Aでは、透光性部材30として、第1透光性部材31と第1透光性部材31上に積層される第2透光性部材32とを備える積層構造の透光性部材30を例示している。このような積層構造の透光性部材30を、以下の工程を経て形成する場合を例に挙げて説明する。尚、透光性部材30は、以下の工程の一部のみを経て準備してもよく、あるいは、透光性部材30を購入して準備する場合は、以下の工程を省略してもよい。
積層構造の透光性部材30は、例えば、ウエハシート等の支持部材1000上に、印刷、スプレー、ポッティング等により液状の第1透光性部材31を形成し、その上に第2透光性部材32を形成し、その後に加熱により硬化して、図2Aに示すような積層構造の透光性部材30を形成してもよい。このとき、第1透光性部材31を形成した後に仮硬化し、仮硬化した第1透光性部材31上に第2透光性部材32を形成した後に、本硬化して積層構造の透光性部材30を形成してもよい。尚、仮硬化は、120℃~140℃で加熱し、Bステージ状態とする工程を指す。また、本硬化は、140℃~160℃で加熱し、Cステージ状態とする工程を指す。
また、別の方法として、支持部材上に第1透光性部材31を形成して仮硬化させ、同様に、別の支持部材上に第2透光性部材32を形成する。そして、仮硬化させた状態の第1透光性部材31と第2透光性部材32とを積層させて、本硬化させてもよい。あるいは、支持部材上に第1透光性部材31を形成して本硬化し、さらに、別の支持部材上に第2透光性部材32を形成して本硬化し、これら本硬化した第1透光性部材31と第2透光性部材32とを接着剤等で両者を貼り合わせてもよい。
本実施形態において、第2透光性部材32の線膨張係数は、第1透光性部材31の線膨張係数よりも大きい。これにより、後述の積層体載置工程において加熱し冷却される際に、透光性部材30の上面30Uが凹状に反って凹部30Rを形成することができる。このように、透光性部材30の上面30Uが凹部30Rとなるようにするには、第1透光性部材31と第2透光性部材32とを以下のような組み合わせとすることが好ましい。例えば、第1透光性部材31及び第2透光性部材32がそれぞれ添加物を含まない場合、すなわち樹脂のみからなる場合、第2透光性部材32の樹脂材料の線膨張係数が、第1透光性部材31の樹脂材料の線膨張係数より大きいものを選択することができる。
また、第1透光性部材31と第2透光性部材32とが、同じ樹脂を用い、この樹脂材料中に添加物を含む場合、第2透光性部材32の線膨張係数を、第1透光性部材31の線膨張係数よりも大きくする組み合わせとしては、例えば以下のようなものが挙げられる。
(1A)第1透光性部材は樹脂中に波長変換物質を含み、第2透光性部材は樹脂のみからなる
(2A)第1透光性部材及び第2透光性部材は樹脂中に波長変換物質を含み、第2透光性部材中の波長変換物質含有量が第1透光性部材の波長変換物質含有量よりも少ない
(3A)第1透光性部材と第2透光性部材は樹脂中の波長変換物質含有量は同じであり、第1透光性部材のフィラー含有量が、第2透光性部材の含有量よりも多い
(4A)第1透光性部材と第2透光性部材は樹脂中の波長変換物質含有量が同じであり、第2透光性部材の厚みが、第1透光性部材の厚みより厚い
なお、第1透光性部材31と第2透光性部材32との境界は、明確でない場合があってもよい。また、単一の層からなる透光性部材中に波長変換物質等の粉体を含む場合であって、それらの粉体が透光性部材中に均一に分散しているのではなく、下側に沈降するなどにより偏在した透光性部材であってもよい。この場合、単一の層ではあるが、実質的に波長変換物質の量が多い下側と、波長変換物質の量が少ない上側と、の2層構造の透光性部材であるともいえる。このような透光性部材も、上側の線膨張係数が、下側の線膨張係数よりも大きいため、加熱冷却により反りが発生し、上面に凹部を備える透光性部材とすることができる。
なお、第1透光性部材31は、単一の層であってもよく、2層構造等の積層構造であってもよい。例えば、第1透光性部材が2層構造である場合であって、第1透光性部材の下層と、第1透光性部材の上層との両方が波長変換物質を含む場合、下層と上層とを合わせた特性が、上記に当てはまることで、上面に凹部を備える透光性部材とすることができる。また、第1透光性部材の下層が波長変換部材を含まない場合は、第1透光性部材の下層が第2透光性部材の厚みよりも薄くすることで、上面に凹部を備える透光性部材とすることができる。
(積層体形成工程)
積層体準備工程は、透光性部材30の上面30U上に水溶性樹脂部材80を配置して積層体90を形成する工程である。図2Aに示すように、透光性部材30の上面30Uは平坦な面である。この平坦な透光性部材30の上面30U上に、水溶性樹脂部材80を形成する。水溶性樹脂部材80の形成方法としては、印刷、スプレー、ポッティング等の方法が挙げられる。これにより、大面積の積層体90が得られる。
次に、図2Cに示すように、ダイサー等の切断刃1100を用いて積層体90を切断することで、図2Dに示すような、所望の大きさに個片化された積層体90を得る。個片化された積層体90の上面は平坦な面である。尚、ここでは、大面積の透光性部材30を形成した後に個片化して所望の大きさの透光性部材30を得る方法を例示しているが、これに限らない。例えば、最初から所望の大きさの透光性部材30を形成し、個片化工程を省略することができる。
(発光素子準備工程)
発光素子20を準備する。発光素子20としては、公知の発光ダイオードを例示する。発光素子20は、主に発光を取り出す主発光面と、主発光面と反対側の電極形成面に一対の電極を有する。このような発光素子20は、例えば、図3Aに示すように、基板10上に配置された導電性接合部材40上に載置され、固定される。ここでは、基板10として、絶縁性の基材11と、その基材11の上面等に設けられた導電部材12と、を備える基板10を例示している。基板10は、発光装置100の一部に含まれる。あるいは、基板は、製造工程内のみで用いられ、最終的には除去される基板であっても構わない。以下、発光装置100の一部となる基板10を用いる場合を例に挙げて説明する。
発光素子20を基板10上に載置する前に、溶融性の導電性接合部材40を、基板10の上面の導電部材12の上に配置する。図3Aに示す導電部材12は、上面の一部が凸部となっている例を示している。ただしこれに限らず、凸部を備えない導電部材であってもよい。
次に、発光素子20の素子電極(p側電極とn側電極)22が、それぞれ導電部材12の凸部に対向するように、発光素子20を基板10上に載置する。そして、発光素子20を載置した基板10を、リフロー炉などの加熱装置内に配置し、加熱することで導電性接合部材40を溶融させた後、冷却して硬化させる。加熱温度は、導電性接合部材40の融点よりも高い温度であり、例えば、290~330℃程度とすることができる。この加熱溶融させたとき、導電部材12が凸部を備えることで、セルフアライメント効果により、図3Bに示すように、凸部に対して高い位置精度で発光素子20が実装される。
(導光部材配置工程)
次に、図3Cに示すように、発光素子20の主発光面上に、接着剤となる液状の導光部材50を配置する。導光部材50を配置する方法としては、ピンを用いて転写する方法、ディスペンサを用いてポッティングする方法等を挙げることができる。
(積層体配置工程)
積層体配置工程は、発光素子20上の導光部材50上に積層体90を配置する工程である。積層体90は、コレット等によって吸着してピックアップし、発光素子20の発光面上の導光部材50上に配置する。詳細には、積層体90は、水溶性樹脂部材80が上側となり、透光性部材30が下側になるようにし、透光性部材30の下面と発光素子20の上面とを対向させて配置する。
導光部材50上に積層体90を載置することで、発光素子20の上面に配置されていた導光部材50は、発光素子20の上面からはみ出して発光素子20の側面まで覆うように広がる。また、積層体90は、平面視において発光素子20の上面よりも面積が大きいため、積層体90の外縁部においては、その下方に発光素子20が位置していない。このように下方に発光素子20が位置していない積層体90の下面にも、導光部材50が接するように広がっている。換言すると、積層体90の下面の全面に、導光部材50が接している。
次に、加熱し、冷却することで導光部材50を硬化させる。このとき、積層体90も同様に加熱され、冷却される。上側に位置する第2透光性部材31が、下側に位置する第1透光性部材31よりも線膨張係数が大きいため、冷却時に縮み易い。そのため、図3Eに示すように、積層体90の上面が凹状になるように反る。詳細には、積層体90を構成する第1透光性部材31、第2透光性部材32、水溶性樹脂部材80のそれぞれも上面が凹状になるように反っている。また、積層体90の下面も同様に反っている。
(封止部材形成工程)
封止部材形成工程は、発光素子20と、発光素子20の側面に配置される導光部材50と、発光素子20の上に配置される積層体90とを埋設するように封止部材60を形成する工程である。封止部材60は、図3Fに示すように、積層体90の上面が被覆される高さで形成することが好ましい。封止部材60を形成する方法としては、例えば、トランスファ成形、圧縮成形、ポッティング、印刷等の方法を用いることができる。
(積層体露出工程)
積層体露出工程は、積層体90の上面を覆う封止部材60を除去して積層体90の水溶性樹脂部材80を露出させる工程である。封止部材60を除去する方法としては、研削若しくはブラストなどが挙げられる。これにより、図3Gに示すように、積層体90が露出される。ここでは、封止部材60を除去する際に、水溶性樹脂部材80の一部も同時に除去されている。そのため、露出された水溶性樹脂部材80の上面と封止部材60の上面とは同一平面となる。このように、透光性部材30の直上において水溶性樹脂部材80の全面が露出されるようにすることが好ましい。これにより、後述の工程において、透光性部材30の上面30Uの全面を凹部30Rとすることができる。また、透光性部材30の上の水溶性樹脂部材80の一部を除去し、透光性部材30の一部が露出されてもよい。これにより、後述の工程において、透光性部材30の上面30Uの一部が、封止部材60の上面と同一面上となる平坦な面とすることができる。これにより、配光を狭角化することができる。
(水溶性樹脂部材除去工程)
次に、露出された水溶性樹脂部材を除去する。除去する方法としては、常温又は25℃~40℃に加熱された純水を吹き付ける、又は、純水中に水溶性樹脂部材80を露出させた状態で基板10ごと浸漬させる方法が挙げられる。これにより、図3Hに示すように、水溶性樹脂部材80が除去され、透光性部材30が露出された状態となる。露出された透光性部材30の上面30Uは凹部30Rを備えている。そのため、透光性部材30の上面30Uの少なくとも一部は、封止部材60の上面よりも低くなっている。
(個片化工程)
個片化工程は、発光素子20間において、封止部材60及び基板10を切断して個々の発光装置100に分離する工程である。図1A等に示すように、例示する発光装置100は2つの発光素子20を備えている。ただし、これに限らず、1つの発光装置は1又は3以上の発光素子を備えていてもよい。切断する方法としては、例えば、ダイサー等の回転刃を用いる方法、レーザ光を照射する方法を挙げることができる。
以上説明した実施形態の発光装置の製造方法によれば、透光性部材30の上面30Uに凹部30Rを備える発光装置を得ることができる。
[実施形態2]
実施形態2に係る発光装置の製造方法も、実施形態1と同様に、それぞれ発光素子を含む複数の発光装置を集合状態で形成した後に個々の発光装置に分離する発光装置の製造方法である。実施形態2において、発光装置の製造方法は、上面に凹部を備えた透光性部材を準備する工程と、透光性部材の凹部を含む上面上に水溶性樹脂部材を配置して積層体を形成する工程と、発光素子を準備する工程と、発光素子上に導光部材を配置する工程と、導光部材上に積層体を載置する工程と、発光素子と積層体を埋設する封止部材を形成する工程と、水溶性樹脂部材が露出するまで封止部材を除去する工程と、露出された水溶性樹脂部材を除去し、透光性部材を露出させる工程と、を含む。
実施形態1では、上面が平らな透光性部材を準備し、工程内において透光性部材を反らせることで透光性部材の上面に凹部を形成したのに対し、実施形態2では、あらかじめ上面に凹部を備える透光性部材を準備する点が異なる。以下、主に実施形態1と異なる点について説明する。図4は、実施形態2に係る発光装置の製造方法で得られる発光装置100Aの一例であり、透光性部材30Aが積層構造ではなく単層構造である例を示している。
(透光性部材準備工程)
実施形態2において、透光性部材準備工程は、上面に凹部を備える透光性部材を準備する工程である。まず、図5Aに示すように、上金型1200及び下金型1300を準備する。上金型1200の下面は凸部1210を備えている。このような上下金型を、図5Bに示すように型閉する。金型内には空間が形成される。次に、図5Cに示すように上金型1200と下金型1300の間の注入口1310から液状の透光性部材30Aを注入し、加熱硬化する。冷却後に型開することで、図5Dに示すような、上面30AUに凹部30ARを備える透光性部材30Aが得られる。その後、切断して図5Eに示すような個片化された小片の透光性部材30Aを得る。ここで得られる透光性部材30Aは、上面30AUは凹部30ARを備える面であり、下面30ADは平らな面である。尚、最初から小片の透光性部材30Aを成形可能な金型を準備してもよく、その場合は、個片化工程を省略することができる。
凹部を備える透光性部材を形成する方法としては、上述のような射出成型のほか、圧縮成形、トランスファ成形、印刷等が挙げられる。また、透光性部材は上述のような単層構造のほか、積層構造とすることもできす。積層構造の場合は、上述のように成型された凹部を備える透光性部材を、別途成形した平板状又は凹部を備える形状のものを、貼り合わせる等により形成することができる。
図4に示す例では、透光性部材30Aの上面30AUの全体が凹部30ARであり、断面視において曲線である。透光性部材30Aの上面30AUの凹部30ARは、全体的になだらかな曲面とすることが好ましい。ただし、これに限らず、透光性部材30Aの上面30AUは、断面視において直線の部分を備えていてもよい。また、透光性部材30Aの上面30AUの一部が、封止部材60の上面と同一面上にある平坦な部分を備えていてもよい。
また、図4に示す例では、発光装置100Aは2つの透光性部材30Aを備えており、各透光性部材30Aは、それぞれ1つの凹部30ARを備える。凹部30ARの最深部は、発光素子20の中央部の上方に位置している。これにより、配光を狭角化することができる。ただし、これに限らず、凹部30ARの最深部は、発光素子20の中央部以外の上方に位置していてもよい。
透光性部材30Aの上面30AUの凹部30ARの深さは、例えば、透光性部材30Aの厚みの5%~10%程度とすることができる。具体的には、透光性部材30Aの厚みが100μm~200μmの場合、凹部30ARの深さは、5μm~20μmとすることができる。
次に、透光性部材30Aの凹部30ARに水溶性樹脂部材を形成する。尚、水溶性樹脂部材は、透光性部材30Aを個片化する前、又は、個片化した後のいずれかにおいて形成することができる。好ましくは、透光性部材30Aを個片化する前に水溶性樹脂部材を形成する。
その他の工程は、実施形態1と同様である。実施形態2においても、積層された透光性部材を用いる場合は、最初に形成された凹部30ARの形状が、製造工程内において変形し、さらに深さが深い凹部とすることができる。
[実施形態3]
実施形態3に係る発光装置の製造方法は、それぞれ発光素子を含む複数の発光装置を集合状態で形成した後に個々の発光装置に分離する発光装置の製造方法である。実施形態3では、実施形態1における導光部材上に積層体を載置し積層体の上面に凹部を形成する工程に変えて、導光部材上に積層体を載置し積層体の上面に凸部を形成する工程を備える点が異なり、その他の工程については実施形態1と同じである。
図6は、実施形態3に係る製造方法で得られる発光装置の一例である。発光装置100Bの透光性部材30Bは、上面30BUに凸部30BPを備える。透光性部材30Bは、第1透光性部材31Bとその上の第2透光性部材32Bとを備える。透光性部材30Bの下面30BDは、上側に凸状となるようになっている。
このように、透光性部材30Bの上面30BUが凸部30BPとなるようにするには、第1透光性部材31Bと第2透光性部材32Bとを以下のような組み合わせとすることが好ましい。例えば、第1透光性部材31B及び第2透光性部材32Bがそれぞれ添加物を含まない場合、すなわち樹脂のみからなる場合、第2透光性部材32Bの樹脂材料の線膨張係数が、第1透光性部材31Bの樹脂材料の線膨張係数より小さいものを選択することができる。
また、第1透光性部材31Bと第2透光性部材32Bとが、同じ樹脂を用い、この樹脂材料中に添加物を含む場合、第2透光性部材32Bの線膨張係数を、第1透光性部材31Bの線膨張係数よりも小さくする組み合わせとしては、例えば以下のようなものが挙げられる。
(1B)第1透光性部材は樹脂のみからなり、第2透光性部材は樹脂中に波長変換物質を含む
(2B)第1透光性部材及び第2透光性部材は樹脂中に波長変換物質を含み、第2透光性部材中の波長変換物質含有量が第1透光性部材の波長変換物質含有量よりも多い
(3B)第1透光性部材と第2透光性部材は樹脂中の波長変換物質含有量は同じであり、第1透光性部材のフィラー含有量が、第2透光性部材の含有量よりも少ない
(4B)第1透光性部材と第2透光性部材は樹脂中の波長変換物質含有量が同じであり、第2透光性部材の厚みが、第1透光性部材の厚みより薄い
また、第1透光性部材が2層構造の場合は、第1透光性部材の下層が波長変換部材を含まず、かつ、第1透光性部材の上層が波長変換部材を含む場合、例えば、以下に示すような条件を満たすことで、上面が凸状の透光性部材とすることができる。
(5B)第1透光性部材の下層が波長変換部材を含まず、第1透光性部材の上層が波長変換部材を含む場合であって、第1波長変換部材の下層の厚みが、第1波長変換部材の上層の厚みと同じか、それよりも厚い
(6B)第1透光性部材の下層が波長変換部材を含まず、第1透光性部材の上層が波長変換部材を含む場合であって、第1波長変換部材の下層の厚みが、第1波長変換部材の上層の厚みと同じか、それよよりも薄く、かつ、第2透光性部材の厚みが、第1透光性部材の下層の厚みよりも薄い
[実施形態4]凸状ブロック載せる
実施形態2に係る発光装置の製造方法は、それぞれ発光素子を含む複数の発光装置を集合状態で形成した後に個々の発光装置に分離する発光装置の製造方法である。実施形態3では、実施形態2における上面に凹部を備えた透光性部材を準備する工程に変えて、上面に凸部を備えた透光性部材を準備する工程を備え、その凸部上に水溶性樹脂部材を配置して積層体を形成する工程を備える点が異なり、その他の構成については実施形態2と同じである。
図7は、実施形態4に係る製造方法で得られる発光装置の一例である。発光装置100Cの透光性部材30Cは、上面30CUに凸部30CPを備える。透光性部材30Cの下面30CDは、平らな面である。
透光性部材30Cの上面30CUの凸部30CPの高さ(最も低い位置と最も高い位置との差)は、例えば、透光性部材30Cの厚みの5%~10%程度とすることができる。具体的には、透光性部材30Cの厚みが100μm~200μmの場合、凸部30CPの高さは、5μm~20μmとすることができる。
以下、実施形態に係る発光装置における各構成要素について説明する。
(基板)
基板は、製造工程内において、発光素子を載置する部材である。基板が発光装置の一部として機能する場合は、基板は、絶縁性の基材と、導電部材と、を備える。また、基板が製造工程内においてのみ用いられ、最終的には除去される場合は、基板は、絶縁性又は導電性の基材のみから構成されていてもよい。
基材は、樹脂若しくは繊維強化樹脂、セラミックス、ガラスなどの絶縁性部材を用いて構成することができる。樹脂若しくは繊維強化樹脂としては、エポキシ、ガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン(BT)、ポリイミドなどが挙げられる。セラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン、若しくはこれらの混合物などが挙げられる。これらの基材のうち、発光素子の線膨張係数に近い物性を有する基材を使用することが好ましい。基材の厚さの下限値は、適宜選択できるが、基材の強度の観点から、0.05mm以上であることが好ましく、0.2mm以上であることがより好ましい。また、基材の厚さの上限値は、発光装置の厚さ(奥行き)の観点から、0.5mm以下であることが好ましく、0.4mm以下であることがより好ましい。また、製造工程内のみで用いられる基材としては、上記の絶縁性部材のほかに、導電部材として、例えば、銅、鉄、アルミニウム等の金属板を用いることができる。
導電部材は、銅、鉄、ニッケル、タングステン、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、パラジウム、ロジウム、又はこれらの合金で形成することができる。これらの金属又は合金の単層でも多層でもよい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。また、導電部材の表層には、導電性接合部材の濡れ性、光反射性などの観点から、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、金若しくはこれらの合金などの層が設けられていてもよい。
(発光素子)
発光素子は、電圧を印加することで自ら発光する半導体素子であり、窒化物半導体等から構成される既知の半導体素子を適用できる。発光素子としては、例えばLEDチップが挙げられる。発光素子は、少なくとも半導体積層体を備え、多くの場合に素子基板をさらに備える。発光素子の上面視形状は、矩形、特に正方形状又は一方向に長い長方形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよく、例えば六角形状であれば発光効率を高めることもできる。発光素子の側面は、上面に対して、垂直であってもよいし、内側又は外側に傾斜していてもよい。また、発光素子は、正負電極を有する。正負電極は、金、銀、錫、白金、ロジウム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ニッケル又はこれらの合金で構成することができる。発光素子の発光ピーク波長は、半導体材料やその混晶比によって、紫外域から赤外域まで選択することができる。半導体材料としては、波長変換物質を効率良く励起できる短波長の光を発光可能な材料である、窒化物半導体を用いることが好ましい。窒化物半導体は、主として一般式InAlGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される。発光素子の発光ピーク波長は、発光効率、並びに波長変換物質の励起及びその発光との混色関係等の観点から、400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましく、450nm以上475nm以下がよりいっそう好ましい。このほか、InAlGaAs系半導体、InAlGaP系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素などを用いることもできる。発光素子の素子基板は、主として半導体積層体を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板であるが、結晶成長用基板から分離した半導体素子構造に接合させる接合用基板であってもよい。素子基板が透光性を有することで、フリップチップ実装を採用しやすく、また光の取り出し効率を高めやすい。素子基板の母材としては、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、硫化亜鉛、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、ダイヤモンドなどが挙げられる。なかでも、サファイアが好ましい。素子基板の厚さは、適宜選択でき、例えば0.02mm以上1mm以下であり、素子基板の強度及び/若しくは発光装置の厚さの観点において、0.05mm以上0.3mm以下であることが好ましい。
(導電性接合部材)
導電性接合部材は、発光素子の素子電極と基板の導電部材とを電気的に接続する部材である。導電性接合部材としては、金、銀、銅などのバンプ、銀、金、銅、プラチナ、アルミニウム、パラジウムなどの金属粉末と樹脂バインダを含む金属ペースト、錫-ビスマス系、錫-銅系、錫-銀系、金-錫系などの半田、低融点金属などのろう材のうちのいずれか1つを用いることができる。
(導光部材)
導光部材は、発光素子と透光性部材を接着し、発光素子からの光を透光性部材に導光する部材である。導光部材の母材は、シリコーン樹脂、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、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル-メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。また、導光部材の母材は、上述の透光性部材と同様のフィラーを含有してもよい。また、導光部材は、省略することができる。
(透光性部材)
透光性部材は発光素子上に設けられ、発光素子を保護する部材である。透光性部材は、少なくとも以下のような母材により構成される。また、透光性部材は、波長変換物質を母材中に含有することで、波長変換物質として機能させることができる。透光性部材が、波長変換物質を含有する層と、波長変換物質を実質的に含有しない層を備えている場合も、各層の母材が以下のように構成される。尚、各層の母材は同じでも異なっていてもよい。但し、透光性部材が波長変換物質を有することは必須ではない。また、透光性部材は、波長変換物質と例えばアルミナなどの無機物との焼結体、又は波長変換物質の板状結晶などを用いることもできる。
透光性部材の母材は、発光素子から発せられる光に対して透光性を有するものであればよい。なお、「透光性」とは、発光素子の発光ピーク波長における光透過率が、好ましくは60%以上であること、より好ましくは70%以上であること、よりいっそう好ましくは80%以上であることを言う。透光性部材の母材は、シリコーン樹脂、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、又はこれらの変性樹脂を用いることができる。ガラスでもよい。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル-メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。透光性部材は、これらの母材のうちの1種を単層で、若しくはこれらの母材のうちの2種以上を積層して構成することができる。なお、本明細書における「変性樹脂」は、ハイブリッド樹脂を含むものとする。
透光性部材の母材は、上記樹脂若しくはガラス中に各種のフィラーを含有してもよい。このフィラーとしては、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。フィラーは、これらのうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。特に、熱膨張係数の小さい酸化珪素が好ましい。また、フィラーとして、ナノ粒子を用いることで、発光素子が発する光の散乱を増大させ、波長変換物質の使用量を低減することもできる。なお、ナノ粒子とは、粒径が1nm以上100nm以下の粒子とする。また、本明細書における「粒径」は、例えば、D50で定義される。
波長変換物質は、発光素子が発する一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を発する。波長変換物質は、以下に示す具体例のうちの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
緑色発光する波長変換物質としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えばY(Al,Ga)12:Ce)、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えばLu(Al,Ga)12:Ce)、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えばTb(Al,Ga)12:Ce)系蛍光体、シリケート系蛍光体(例えば(Ba,Sr)SiO:Eu)、クロロシリケート系蛍光体(例えばCaMg(SiOCl:Eu)、βサイアロン系蛍光体(例えばSi6-zAl8-z:Eu(0(z(4.2))、SGS系蛍光体(例えばSrGa:Eu)などが挙げられる。黄色発光の波長変換物質としては、αサイアロン系蛍光体(例えばM(Si,Al)12(O,N)16(但し、0(z≦2であり、MはLi、Mg、Ca、Y、及びLaとCeを除くランタニド元素)などが挙げられる。このほか、上記緑色発光する波長変換物質の中には黄色発光の波長変換物質もある。また例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、Yの一部をGdで置換することで発光ピーク波長を長波長側にシフトさせることができ、黄色発光が可能である。また、これらの中には、橙色発光が可能な波長変換物質もある。赤色発光する波長変換物質としては、窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CASN又はSCASN)系蛍光体(例えば(Sr,Ca)AlSiN:Eu)などが挙げられる。このほか、マンガン賦活フッ化物系蛍光体(一般式(I)A[M1-aMn]で表される蛍光体である(但し、上記一般式(I)中、Aは、K、Li、Na、Rb、Cs及びNHからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、aは0(a(0.2を満たす))が挙げられる。このマンガン賦活フッ化物系蛍光体の代表例としては、マンガン賦活フッ化珪酸カリウムの蛍光体(例えばKSiF:Mn)がある。
(水溶性樹脂部材)
水溶性樹脂部材は、製造工程内のみにおいて用いられるものであり、水に溶解させることで除去可能な部材である。水溶性樹脂部材の材料としては、例えば、ポリビニルピロリドン系樹脂等が挙げられる。分子量の異なるポリビニルピロリドン系樹脂の配合比を調整することで、硬化前の粘度等を調整することができる。また、水溶性樹枝部材は、水溶性樹枝部材のみで構成されてもよく、あるいは、水溶性樹脂を主成分とし、有機溶剤等、他の部材を含んでいてもよい。有機溶剤としては、例えば、シクロヘキサン等が挙げられる。水溶性樹脂部材の厚みは、例えば、5μm~20μmとすることができる。
(封止部材)
封止部材は、発光素子及び透光性部材の側面を直接又は間接的に被覆する。封止部材としては、母材である樹脂と、光反射材と、を含む樹脂材料を用いることができる。封止部材は、上方への光取り出し効率の観点から、発光素子の発光ピーク波長における光反射率が、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりいっそう好ましい。さらに、封止部材は、白色であることが好ましい。
封止部材の母材は、樹脂を用いることができ、例えばシリコーン樹脂、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、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル-メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。また、封止部材の母材は、上述の透光性部材と同様のフィラーを含有してもよい。
白色顔料は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素のうちの1種を単独で、又はこれらのうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。白色顔料の形状は、適宜選択でき、不定形若しくは破砕状でもよいが、流動性の観点では球状が好ましい。また、白色顔料の粒径は、例えば0.1μm以上0.5μm以下程度が挙げられるが、光反射や被覆の効果を高めるためには小さい程好ましい。封止部材中の白色顔料の含有量は、適宜選択できるが、光反射性及び液状時における粘度などの観点から、例えば10wt%以上80wt%以下が好ましく、20wt%以上70wt%以下がより好ましく、30wt%以上60wt%以下がよりいっそう好ましい。なお、「wt%」は、重量パーセントであり、封止部材の全重量に対する当該材料の重量の比率を表す。
100、100A、100B、100C…発光装置
10…基板
11…基材
12…導電部材
20…発光素子
21…半導体積層体
22…素子電極
30、30A、30B、30C…透光性部材
30U、30AU、30BU、30CU…上面
30R、30AR…凹部
30D、30AD、30BD、30CD…下面
30BP、30CP…凸部
31、31B…第1透光性部材
32、32B…第2透光性部材
40…導電性接合部材
50…導光部材
60…封止部材
80…水溶性樹脂部材
90…積層体
1000…支持部材
1100…切断刃
1200…上金型
1210…凸部
1300…下金型
1310…注入口

Claims (8)

  1. 透光性部材を準備する工程と、
    前記透光性部材の上面上に水溶性樹脂部材を配置し、積層体を形成する工程と、
    主発光面と、前記主発光面の反対側に電極を備える発光素子を準備する工程と、
    前記主発光面上に、導光部材を配置する工程と、
    前記導光部材上に、前記水溶性樹脂部材が上になるように前記積層体を載置し、加熱し冷却することで前記積層体を反らせて上面に凹部を形成する工程と、
    前記発光素子及び前記積層体を埋設するよう封止部材を形成する工程と、
    前記封止部材を、前記積層体の前記水溶性樹脂部材が露出するまで除去する工程と、
    前記露出された水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材の上面の凹部を露出させる工程と、
    を備える発光装置の製造方法。
  2. 前記透光性部材は、第1透光性部材と、前記第1透光性部材上に積層される第2透光性部材と、を備える、請求項1記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記第1透光性部材の線膨張係数は、前記第2透光性部材の線膨張係数よりも小さい、請求項2に記載の発光装置の製造方法。
  4. 上面に1つの凹部を備えた透光性部材を準備する工程と、
    前記透光性部材の凹部を含む上面上に水溶性樹脂部材を配置して積層体を形成する工程と、
    発光素子を準備する工程と、
    前記発光素子上に導光部材を配置する工程と、
    前記導光部材上に前記積層体を載置する工程と、
    前記発光素子と前記積層体を埋設する封止部材を形成する工程と、
    前記水溶性樹脂部材が露出するまで封止部材を除去する工程と、
    露出された前記水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材を露出させる工程と、
    を備える発光装置の製造方法。
  5. 透光性部材を準備する工程と、
    前記透光性部材の上面上に水溶性樹脂部材を配置し、積層体を形成する工程と、
    主発光面と、前記主発光面の反対側に電極を備える発光素子を準備する工程と、
    前記主発光面上に、導光部材を配置する工程と、
    前記導光部材上に、前記水溶性樹脂部材が上になるように前記積層体を載置し、加熱し冷却することで前記積層体を反らせて上面に凸部を形成する工程と、
    前記発光素子及び前記積層体を埋設するよう封止部材を形成する工程と、
    前記封止部材を、前記積層体の前記水溶性樹脂部材が露出するまで除去する工程と、
    前記露出された水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材の上面の凸部を露出させる工程と、
    を備える発光装置の製造方法。
  6. 前記透光性部材は、第1透光性部材と、前記第1透光性部材上に積層される第2透光性部材と、を備える、請求項5記載の発光装置の製造方法。
  7. 前記第1透光性部材の線膨張係数は、前記第2透光性部材の線膨張係数よりも大きい、請求項6に記載の発光装置の製造方法。
  8. 上面に1つの凸部を備えた透光性部材を準備する工程と、
    前記透光性部材の部を含む上面上に水溶性樹脂部材を配置して積層体を形成する工程と、
    発光素子を準備する工程と、
    前記発光素子上に導光部材を配置する工程と、
    前記導光部材上に前記積層体を載置する工程と、
    前記発光素子と前記積層体を埋設する封止部材を形成する工程と、
    前記水溶性樹脂部材が露出するまで封止部材を除去する工程と、
    露出された前記水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材を露出させる工程と、
    を備える発光装置の製造方法。
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