(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態に係る製造方法について、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、本発明の発光装置の製造方法を以下に限定するものではない。なお、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に誇張していることがある。
【0010】
本開示の一実施形態に係る発光装置の製造方法は、
図1Aから
図6Bに示すように、上面に発光素子20を載置するための載置領域を有する基板10を準備する工程と、基板10上の載置領域に発光素子20を実装する工程と、基板10上に載置領域を囲む枠体30を形成する工程とを有する。枠体30を形成する工程は、基板10上に載置領域を囲む第1枠体31を配置する工程と、第1枠体31上に、第1枠体31よりも大きい径を有し、第1枠体31と同じ太さの第2枠体32を配置する工程と、を含む。
本実施形態に係る製造方法によって製造された発光装置100は、
図6A及び
図6Bに示すように、平面視で略矩形状である平板状の基板10と、基板10の上面に実装された平面視形状が略矩形状である2つの発光素子20と、発光素子20の上面に設けられた平面視形状が略矩形状の1枚の蛍光体板50と、基板10の上面に設けられ、発光素子20を取り囲む枠体30と、枠体30内に配置され発光素子20の側面と蛍光体板50の側面とを被覆する封止部材40と、を備える。
【0011】
本実施形態では、第1枠体より大きい径を有し、第1枠体と同じ太さの第2枠体を第1枠体上に配置する。このように、同じ太さの枠体を、枠の直径を大きくしながら積層することにより、基板との接触面積を抑えながら高さ方向に枠体を延伸することができる。枠体の高さを確保しつつ枠体と基板との接触面積を抑えることにより、発光装置100を小型化することができる。
以下、各工程について詳細に説明する。
【0012】
(基板10を準備する工程)
図1A及び
図1Bに示すように、平板状の基板10を準備する。基板10は上面に発光素子20を載置するための載置領域を備える。なお、載置領域とは、後述する素子載置工程にて発光素子が実装される領域のことを意味し、基板10の状態では明確な境界はない。
基板10は、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、セラミックス、あるいはガラスなどの絶縁性材料を用いて構成される。セラミックスを用いる場合は、基板10の耐熱性を高めるべく、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素などを用いることが好ましい。基板10は、例えば、平面視が略矩形の平板状である。
【0013】
基板10は、後述する発光素子20を載置するために、上面に少なくとも一対の導体配線60を備える。つまり基板10は、発光素子が載置される載置領域の少なくとも一部に導体配線60を備える。導体配線の大きさや形状は種々選択することができる。導体配線の材料としては、銅、アルミニウム、金、銀、錫、プラチナ、チタン、タングステン、パラジウム、鉄、ニッケル等の金属又はこれらを含む合金等が挙げられる。発光素子20の実装に金バンプを用いる場合、導体配線の最表面に金を用いることで、バンプと導体配線との接合性が向上する。導体配線は少なくとも基板の上面に配置されていればよいが、基板内部の孔等を介して基板の裏面に配置されていてもよい。さらに基板10は、基板上面に発光装置の極性を示すカソードマークCMが設けられている。
【0014】
(発光素子を実装する工程)
図2Aおよび
図2Bに示すように、基板10の載置領域に発光素子20を実装する。具体的には、発光素子20は、基板10の上面に形成された導体配線60上に実装される。発光素子20は、1つの発光装置において1つでもよいが複数含まれていてもよい。本実施形態では2つの発光素子が基板10上に実装されているものとする。
発光素子を実装する工程は、後述する枠体を形成する工程の後に行ってもよいが、枠体を形成する工程より前に行うことが好ましい。発光素子20を平板状の基板10に実装した後に発光素子20を取り囲む枠体30を形成することで、あらかじめ枠体30が形成された基板10の枠体30内に発光素子を配置する場合よりも、発光素子20と枠体30の内側面との間の距離を近づけることが可能となる。発光素子20と枠体30との距離を近づけることで、小型化が可能な構成を有する発光装置100を製造することができる。
【0015】
発光素子20には発光ダイオード等の半導体発光素子を用いることができる。発光素子20には、紫外領域から赤外領域までの間の任意の領域に発光波長がある発光素子を、目的に応じて適宜選択して用いることができる。例えば、サファイア基板やGaN基板などの成長用基板上に、窒化物半導体(例:InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN)、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の種々の半導体などにより発光層を含む積層構造が形成されたものを、発光素子20として用いることができる。
【0016】
発光素子20は、正負一対の電極を同一面側に備えていてもよいし、正負一対の電極を対向する面に各々備えていてもよい。本実施形態では、発光素子20は同一面側に正負一対の電極を有する構造とすることにより、基板10の導体配線60上にフリップチップ実装されているものとする。この場合、一対の電極が形成された面と対向する面が発光素子20の光取り出し面となる。フリップチップ実装は、半田等の導電性を有するペースト状の接合部材、薄膜状又はバンプ状の接合部材等を用いて発光素子20の電極と基板上の導体配線とが電気的に接合される。あるいは、発光素子がフェイスアップ実装される場合には、一対の電極が形成された面側を発光素子20の主な光取り出し面としてもよい。
【0017】
(保護素子実装工程)
本実施形態に係る発光装置100において、保護素子80を基板10に搭載してもよい。保護素子80は、発光素子20を静電放電から保護するなどの目的で設けられる。保護素子80としては、例えば、ツェナーダイオード、バリスタ、抵抗、キャパシタなどを用いることができる。
発光装置100が保護素子80を有する場合、保護素子80の基板10への実装は、枠体30を形成する前に行うことが好ましい。さらに、保護素子80は、発光素子20からの光が保護素子80に吸収されるのを抑制するために、保護素子80は、枠体30の内側に実装され、封止部材40で埋設されることが好ましい。
【0018】
(蛍光体板配置工程)
本実施形態では、
図3A及び
図3Bに示すように発光素子20の上面に蛍光体板50を配置する工程を含む。蛍光体板50は、上面が下面よりも小さい面積の蛍光体板を用いることが好ましい。複数の発光素子20が1つの蛍光体板50によって被覆されている場合、蛍光体板50の下面は、複数の発光素子20それぞれの光取り出し面の全部を被覆することが好ましい。これにより、発光素子20の光出射面の全てを蛍光体板50で被覆することができ、光のロスを低減することができる。
【0019】
蛍光体板50の上面の面積は、発光装置100が備える一つ以上の発光素子の上面面積の和よりも小さいことが好ましい。例えば、
図3Bに示すように上面の面積を下面の面積よりも小さくすることにより、蛍光体板50の下面から入射された発光素子20からの出射光を、より小さな面積である上面(つまり発光装置100の発光面)から放出させることができる。つまり、発光装置100は、蛍光体板50により発光素子からの出射光が絞られるため高輝度となり、より遠くを照らすことが可能となる。
【0020】
蛍光体板50は、発光素子20の光取り出し面を被覆し、発光素子20から出射される光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を含有する板状の部材である。蛍光体板50は、例えば蛍光体の焼結体や、樹脂、ガラス、他の無機物等に蛍光体粉末を含有させたものが挙げられる。蛍光体の焼結体としては、蛍光体だけを焼結して形成したものでもよいし、蛍光体と焼結助剤との混合物を焼結して形成したものでもよい。蛍光体と焼結助剤との混合物を焼結する場合、焼結助剤としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、又は酸化チタン等の無機材料を用いることが好ましい。これにより、発光素子20が高出力であったとしても、光や熱による焼結助剤の変色や変形を抑制することができる。蛍光体板50は、光透過率が高いほど、後述の封止部材40との界面において、光を反射させやすいことから、輝度を向上させることができるため好ましい。なお、蛍光体板50は、発光素子20からの光出力が大きい場合には、無機物のみで構成されることがより好ましい。
【0021】
蛍光体板50に含有させる蛍光体としては、発光素子20からの発光で励起可能なものが使用される。例えば、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。青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体の具体例としては、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(例えばY
3(Al,Ga)
5O
12: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(例えばLu
3(Al,Ga)
5O
12: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(例えばCaO−Al
2O
3−SiO
2:Eu)、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体(例えば(Sr,Ba)
2SiO
4:Eu)、βサイアロン系蛍光体(例えばSi
6−zAl
zO
zN
8−z:Eu(0<Z<4.2))、CASN系蛍光体(例えばCaAlSiN
3:Eu)、SCASN系蛍光体(例えば(Sr,Ca)AlSiN
3:Eu)等の窒化物系蛍光体、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウム系蛍光体(例えば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。白色に発光可能な発光装置とする場合、蛍光体板に含有される蛍光体の種類、濃度によって白色となるよう調整される。
蛍光体板50は光拡散材を含んでいてもよく、光拡散材としては、例えば、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を用いることができる。
【0022】
発光素子20と蛍光体板50とは接着材70で接合することができる。接着材70は、蛍光体板50の下面と発光素子20の上面とを接合する。
接着材70は、エポキシ又はシリコーンのような周知の接着剤、高屈折率の有機接着剤による接着、低融点ガラスによる接着などで行うことができる。接着材70は、発光素子20の上面と併せて発光素子20の側面にまで設けられることが好ましい。接着材70が、発光素子20の上面から側面まで延在して設けられることで、発光素子20の側面側からの光も合せて蛍光体板50に入射させることができ、発光装置100の光取り出し効率を上げることができる。なお、蛍光体板50と発光素子20との接合は、圧着、焼結、水酸基接合法、表面活性化接合法、原子拡散結合法などの直接接合法などによる直接接合を用いてもよい。
【0023】
(枠体を形成する工程)
図4Aから6Bに示すように、基板10上に枠体30を形成する。枠体30は樹脂部材を用いて構成される。具体的には、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またこれらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂などを枠体30の材料として用いることができる。これらの樹脂材料には発光素子20の光を反射する光反射性部材を含有することができる。光反射性部材としては、例えば、TiO
2、Al
2O
3、ZrO
2、MgO、BN等が挙げられる。
【0024】
(第1枠体を形成する工程)
図4Aに示すように、基板10上に発光素子20の載置領域を囲む第1枠体31を配置する。
第1枠体31は、例えば、基板10の上方に樹脂吐出装置のニードルを配置し、ニードルの先端から基板10上に未硬化の樹脂材料を吐出させながら、ニードルが載置領域の周囲を1周移動することにより形成される。ニードルから吐出された未硬化の樹脂材料は基板10上で濡れ広がり、
図4Bに示すように、断面視形状が略半円形状の第1枠体31として基板10上に配置される。硬化前の樹脂材料が基板上で濡れ広がることにより、樹脂材料と基板とが接する面積が増えて、第1枠体31と基板10との密着性が向上する。
【0025】
(第2枠体を形成する工程)
次に、
図5A及び
図5Bに示すように、第1枠体31上に、第1枠体31よりも大きい枠径を有し、第1枠体31と同じ太さの第2枠体32を配置する。第2枠体32は、第1枠体31と同様に、樹脂吐出装置のニードルの先端から第1枠体上に未硬化の樹脂材料を連続的に吐出することで形成される。第1枠体31よりも大きい径を有する第2枠体32は、例えば、第2枠体を形成する樹脂材料を吐出する際のニードルの軌道を、第1枠体形成時より外側にて載置領域の周囲を1周移動するように設定することで形成することができる。また、第1枠体と同じ太さの第2枠体は、ニードルの内径の大きさや、ニードルの移動速度を適宜設定することで形成することができる。なお、平坦な基板10上に配置される第1枠体31と断面視略半円形状の第1枠体上に配置される第2枠体32とでは、濡れ広がり硬化した後に、それぞれの平面視における太さが異なることがあるが、本実施形態においては、第1枠体31と同じ太さの第2枠体32とは、少なくとも配置時に同じ太さで配置されていればよい。例えば、第1枠体を形成する樹脂材料と同じ粘度の樹脂材料を同じ内径のニードルから同じ速度で吐出させることで第1枠体と同じ太さの第2枠体を第1枠体上に配置することができる。
【0026】
第1枠体31上に配置された第2枠体32は、第1枠体31とともに硬化されることが好ましい。つまり、第1枠体31と第2枠体32との硬化工程は同時に行うことが好ましい。これにより、第1枠体31と第2枠体32との密着性が向上するとともに、製造工程も簡略化されるため好ましい。第1枠体31と第2枠体32とが硬化されて、枠体30が形成される。
【0027】
上述したように、基板上に未硬化の樹脂材料を配置した後に硬化して枠体を形成する製造方法においては、例えば吐出する樹脂材料の粘度を高くすることで樹脂材料の濡れ広がりが抑えられ、枠体の高さをより高く形成することができる。しかしながら、濡れ広がる樹脂量が少ないと、樹脂材料と基板との接触面積が小さくなり基板と枠体との密着性が低下する。また、吐出する樹脂材料の粘度を低くすることで、樹脂材料が広がりやすくなり、枠体と基板との密着性は向上するが、樹脂材料が基板上に広がった分だけ枠体の高さは低くなる。このため、枠体を形成する樹脂材料の粘度は、枠体の断面形状が略半円形状となるように、その裾野が基板10上に濡れ広がる程度とすることが好ましい。このような枠体を形成するための樹脂材料の粘度は、例えば200〜800Pa・s程度である。
【0028】
つまり、枠体と基板との密着性を考慮すると、基板上における枠体(例えば第1枠体31)の断面形状は略半円形状であることが好ましい。ここで、略半円形状とは、枠体の幅(つまり断面視における略半円形状の底辺の長さ)と高さ(つまり基板上面から枠体頂部までの距離)との比が1:0.4〜0.6程度のものを含む。言い換えると、通常、1つの枠体が基板上で安定して自立するためには、枠体の高さの1.7倍以上、好ましくは2倍程度の幅が必要であるといえる。
【0029】
枠体の高さを高くするために、複数の枠体を順次積層していくと、枠体を積み重ねるごとに枠体はバランスを保てなくなり倒れやすくなる。特に、枠体の平面視形状が円形または六角形以上の多角形など円形に近い形状であると、枠体は内側へ倒れやすい傾向にある。
そこで、本実施形態では、第1枠体31と同じ太さの第2枠体32を、第1枠体31より枠径(つまり枠の直径)を大きくしながら第1枠体31上に積層していく。つまり、断面視における第2枠体32の重心が、第1枠体31の直上で、かつ、第1枠体31の重心よりも外側に位置するように第2枠体32を配置していく。このように、積層される第2枠体32の断面視における重心位置を外側にずらすことで、枠体30の内側への倒れこみを抑制することが可能となり、枠体30と基板10との接触面積を抑えながら、枠体30をより高くすることができる。
【0030】
このように積層された枠体30は、例えば、第2枠体32を形成する樹脂材料を吐出するニードルの軌道を、第1枠体31を形成する際の軌道よりもわずかに外側を描くように設定することで実現できる。なお、この際のニードル軌道は、基板10上に配置される第1枠体31の太さ(または基板上で濡れ広がった後の第1枠体31の外半径と内半径の差)よりも短い距離だけ外側を描くように設定することが好ましい。これにより、基板10と、第2枠体32との接触面積を小さく抑えることが可能となり、枠体30をより小型化することができる。
なお、第2枠体32の一部は第1枠体31の外側において基板と接していることが好ましい。第2枠体32の一部が第1枠体31の外側で基板10と接することで、枠体30の内側への倒れこみが抑制できる。例えば、枠体30のうち、第2枠体32が基板10と接する割合は、断面視における枠体30の底辺の長さの1/40〜1/7程度が挙げられる。
このように第1枠体31と第2枠体32とを積み重ねて形成することで、枠体30と基板10との接触面積を抑えつつ、枠体30をより高く(例えば発光素子20の上面より高く)形成することができる。このように形成された枠体30の、幅(つまり断面視における枠体の底辺の長さ)と高さ(つまり基板上面から枠体頂部までの距離)との比は、例えば1:0.6〜1.0程度である。
【0031】
第1枠体31形成工程と第2枠体32形成工程とは連続して行われることが好ましく、例えば、樹脂材料を吐出するニードルを、
図7の矢印に示すように、第1枠体31形成後に、第1枠体31の終点から第2枠体32の始点へと樹脂材料を吐出させながら移動させることで形成することができる。これにより、第2枠体を、第1枠体と同じ粘度の樹脂材料を用いて、同じ内径のニードルから連続して吐出させることができるため、製造工程をより簡略化することができる。
【0032】
また、より高い枠体を形成するために、第2枠体32上にさらに第3枠体を積層してもよい。第3枠体は、第1枠体上に配置される第2枠体と同様に、第2枠体よりも大きい枠径を有し、第2枠体と同じ太さで配置される。第2枠体上にさらに第3枠体を形成することで、より高さの高い枠体30を形成することができる。なお、この際、第3枠体の一部は第2枠体の外側で基板10と接していることが好ましい。
【0033】
なお、第1枠体を形成する樹脂材料と第2枠体を形成する樹脂材料の粘度は必ずしも同じ粘度である必要はなく、例えば、第2枠体を形成する樹脂材料に、第1枠体を形成する樹脂材料よりも粘度の高い樹脂材料を用いることで、第1枠体上における第2枠体の濡れ広がりが抑えられ、同じ粘度の第2枠体を積層した時よりも、枠体30を高く形成することができる。
【0034】
(枠体内に封止部材を配置する工程)
次に、
図6A及び
図6Bに示すように、枠体30で囲まれた領域に封止部材40を配置する。本実施形態では発光素子20の上面に蛍光体板50を配置しているため、封止部材40は、蛍光体板50の上面を露出し、発光素子20および蛍光体板50の側面を被覆している。封止部材40は、例えば、基板10上の蛍光体板50と枠体30との間に封止部材40を形成する樹脂材料を滴下することにより配置することができる。
封止部材40は発光素子20を塵芥、水分、ガス、外力などから保護するために、枠体30に囲まれた領域を封止する部材である。封止部材40の材料としては、発光素子20の光に対して耐光性を有する部材を用いることが好ましく、具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などを用いることが好ましい。
封止部材40には、目的に応じて、光反射部材等のフィラーを含有させることができる。光反射部材としては、例えば、TiO
2、Al
2O
3、ZrO
2、MgO、BN等の光反射率が高い物質を好適に用いることができる。
【0035】
本実施形態に係る発光装置100のように、発光装置100が発光素子の上面を覆う蛍光体を備える場合、枠体30の高さは、6Bに示すように、基板上に実装される発光素子20の上面よりも高く、蛍光体板50の上面よりも低いことが好ましい。枠体30がこのような高さを有することにより、発光素子20と枠体30の内側面との間の距離を近づけたとしても、封止部材が蛍光体板の上面を覆うことなく、枠体内に封止部材を配置することができる。これにより、小型化が可能な構成を有する発光装置100を製造することができる。
【0036】
以上、本発明に係る発光装置及びその製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。