JPWO2013061511A1 - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
発光装置は、発光素子１と波長変換層２０とを備えた発光装置である。発光装置は、透光母材４０と透光母材４０上に配置された波長変換層２０とからなる透光部材６を備えている。波長変換層２０は発光素子１には接触しておらず、発光装置内に封入されている。
Description
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）等の発光素子から出射された光を波長変換して外部に取り出す発光装置に関するものであり、特に、電子ディスプレイ用のバックライト電源や、蛍光ランプに好適に用いられる発光装置に関する。
近年、上述のような発光装置に用いられる蛍光体として、従来用いられてきた希土類賦活蛍光体に代わり、半導体微粒子蛍光体が注目を集めている。半導体微粒子蛍光体には、従来蛍光体にはなかった、発光波長を任意に制御できるという特徴がある。そのため、このような半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置は、様々な発光スペクトルを有することができる。この技術は、演色性が高く効率のよい発光装置の作製を可能にする技術として期待されている。
上述のような半導体発光素子と半導体微粒子蛍光体から構成される発光装置の作製は、現在検討が進められており、たとえば特開２００７−１０３５１２号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１には、青色および緑色蛍光体に希土類賦活蛍光体を、黄色および赤色蛍光体に半導体微粒子蛍光体を用いて作製された発光装置が開示されている。
しかしながら、例えば半導体微粒子蛍光体のような空気や水分に弱い蛍光体を含む波長変換層を有する場合、特許文献１に記載の従来の発光装置の構成では、波長変換層が外部に露出しているため、空気や水分によって半導体微粒子蛍光体の波長変換効率が低下してしまうという課題があった。
本発明における発光装置は、透光部材を有する発光装置であり、透光部材の一部は波長変換機能を有する波長変換層であり、前記波長変換層が、空気に触れることのないように、ラミネートや、保護層などで隔離されることで、耐酸化や耐湿性が低い波長変換層を用いた場合においても波長変換効率の低下が抑制される発光装置である。
具体的には、本発明における発光装置は、発光素子と波長変換層とを備えた発光装置であって、透光母材と透光母材上に配置された波長変換層とからなる透光部材を備え、波長変換層は発光素子には接触しておらず、発光装置内に封入されていることを特徴とする。
また、波長変換層は半導体微粒子蛍光体を含んでもよい。
また、凹部を有する枠体をさらに備え、発光素子は凹部上に搭載され、透光部材は凹部を覆うように、枠体上に搭載されていてもよい。
また、波長変換層は、枠体の上面と接していてもよい。
また、透光部材は、枠体と接着材により接着され、波長変換層の側面は、接着材により覆われていてもよい。
また、透光母材の端部には、切り欠き部が設けられていてもよい。
また、切り欠き部には接着材が充填されていてもよい。
また、凹部内には、酸素以外の気体が充填されていてもよい。
また、透光部材はバリア層を含み、バリア層は、波長変換層を挟んで透光母材と反対側に形成されていてもよい。
また、波長変換層は、透光母材及びバリア層によって密閉されていてもよい。
また、透光母材は透明な配線基板であって、透光母材上に配置された配線に発光素子が電気的に接続されていてもよい。
また、透光母材には貫通孔が設けられ、貫通孔には波長変換層が充填され、透光母材上に貫通孔を覆うように放熱パターンが配置されていてもよい。
また、発光素子は透光部材と接着され、発光素子の側面と透光部材の側面は面一であってもよい。
また、発光素子には放熱パターンが形成されていてもよい。
また、波長変換層の側面は、硬質化層となっていてもよい。
本発明に係る発光装置によると、耐酸化性、耐湿性が低い材料を含む波長変換層を用いた発光装置であっても、波長変換層の劣化を抑えることができる発光装置を提供することができる。また、透光部材を構成する透光母材が平板であることにより、量産性に優れた発光装置を提供することができる。
本発明の実施の形態を図面と対比しながら説明する。
（第一の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第一の実施形態の発光装置を示す断面図である。
図１（ａ）は、本発明の第一の実施形態の発光装置を示す断面図である。
枠体３は、底面とその底面を囲うような構造となっており、その中央部に凹部２を有する。枠体３の底面には第１の端子５が形成されている。枠体３の上面は凹部構造により開口され、前記凹部２の内底には発光素子１が搭載されている。発光素子１としては、例えば、ＧａＮ系の青色ＬＥＤを用いることができるが、これに限られず、他の材料からなる青色ＬＥＤや他の色の発光をするＬＥＤや有機ＥＬ等のＬＥＤ以外の発光素子を用いてもよい。前記凹部２の内底と発光素子１とはダイボンド材２１で接着されている。また発光素子１と凹部２内に形成された第２の端子２９とは接続部材３４により電気的に接続されている。凹部２の開口を塞ぐように第１の透光部材６が枠体３上に置かれている。第１の透光部材６は枠体３と接着材３６で固着されている。第１の透光部材６は、平板である透光母材４０と、波長変換層２０とから構成されている。透光母材４０の凹部開口側（発光素子１側）の面に波長変換層２０が形成されている。ここで、波長変換層２０の一部と枠体３上面とは接していることが好ましい。また、波長変換層２０の側面の全てと透光母材４０の側面の一部は、接着材３６で覆われて発光装置内に封止され、発光装置外（外気）に対して露出していない。このような波長変換層２０を密閉する構成とすることで、耐酸化性、耐湿性に弱い波長変換層を用いた発光装置であっても、波長変換層に対し気密性を持たせることができるので、結果として、波長変換層の耐湿性、耐酸化性における劣化を抑えることができ、品質的に優れた発光装置を作ることができる。
ここで例えば波長変換層２０としては、バンド端光吸収・発光を直接利用することで高い量子効率を実現する半導体微粒子蛍光体を含むものが好ましい。より具体的には、波長変換層２０は量子ドット蛍光体を含むものが好ましい。量子ドット蛍光体とは直径が数ｎｍから数十ｎｍの微粒子であって、新しい蛍光体材料として期待されている。量子ドット蛍光体は、量子サイズ効果によって同一材料の微粒子でも粒子径を制御することで可視光線領域において所望の波長帯の蛍光スペクトルを得ることが出来る。また、バンド端による光吸収・蛍光であるため、９０％程度の高い外部量子効率を示すことから、高効率・高演色性を有する発光装置を提供することができることが特徴である。量子ドット蛍光体の材料としては、例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅのようなＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ結晶、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ結晶、およびこれらの混合物よりなる群から選択されることが好ましい。また、前記混合物は、例えばＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅおよびＨｇＺｎＳＴｅよりなる群から選択されるか、またはＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＰＡｓ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓおよびＩｎＡｌＰＡｓよりなる群から選択されることが好ましい。
例として、発光素子１としてＧａＮ系の青色ＬＥＤを、波長変換層２０に含まれる半導体蛍光微粒子としてＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅのようなＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ナノ結晶、ＧａＮ、ＧａＰ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ結晶を用いた場合には、高輝度な白色光を得られる発光装置を実現できる。
本発明の第一の実施形態では波長変換層２０は凹部２内側に向かっては露出したままなので、波長変換層２０が耐酸化性に特に弱い場合は、凹部２内は不活性ガスや真空、また酸素濃度を管理した気体を充填するか、シリコーンやグリスなどの透明材料などで充填することが好ましい。
以下、各部の具体的な材料などについて述べる。
凹部２を有する枠体３は、Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ、ＡＬなどからなる金属ベースで一対成型により作成することで、気密性のよい放熱性の良好なものを作ることができる。凹部形状となる凹部を金属で形成するため、プレス金型などで打ち抜く方法が必要となってくる。
凹部を有する枠体を作る別の方法として、第１の端子５のみを金属で形成し、枠体３は樹脂で形成するという構成も考えられる。この場合は、樹脂封止金型でリードフレームを用いて枠部を形成してもよい。第１の端子５はＣｕ合金の上にＮｉ−Ａｕめっき、Ａｇめっき、はんだめっきなどを適宜選択して用いる。
発光素子１と凹部２内に形成された第２の端子２９を電気的に接続する接続部材３４は、突起電極でも金属細線でもよい。突起電極であればＡｕバンプ（めっきバンプ、スタッドバンプ）、はんだめっき（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）バンプなどが適用される。金属細線であれば、Ａｕワイヤー、ＡＬワイヤー、Ａｇワイヤー、Ｃｕワイヤーなどから選択すればよい。ただしＡｇワイヤー、Ｃｕワイヤーなどは酸化に強くないのでワイヤーに被覆加工する、あるいは不活性ガスなどを用いるなどして発光装置凹部２内の気体を調整する、または素子と凹部ワイヤー接続後、無機材料で覆うなど酸化しないような処理を行うこと等が必要になってくる。ワイヤー径は様々にあるが小型化が必要な発光装置はφ１０〜２０μｍのワイヤー径を適用することが必要になる。
また、先に記述した枠体３の凹部２の凹部深さは発光素子１の厚みと、発光素子１と電気的に接続する接続部材３４によって決まってくる。凹部２の凹部深さは、基本は発光素子１の厚み５０〜２００μｍが確保されていればよい。接続部材３４が突起電極の場合であればさらにプラス１０〜２０μｍの深さが必要となる。一方、接続部材３４が金属細線となると、発光素子１の厚みの５０〜２００μｍにプラスして最小高さでも１００μｍ程度必要になる。つまり凹部深さは１００〜４００μｍ以上は必要になってくる。
波長変換層２０の一部と枠体３上面を接続させる理由は、熱を逃がすためである。波長変換層２０が半導体微粒子蛍光体を含む場合、耐熱性の低い波長変換層２０に熱が溜まるという課題が生じるが、接する面積を熱設計により調整することで熱放散の適正化が可能となる。
第１の透光部材６の透光母材４０はガラス、透明樹脂、透明フィルム、透明シートなどからなる。例えば、ガラスは樹脂ガラス、モールドガラス、アクリルガラス、クリスタルガラスなど主に光学系に用いられるものを用いる。透明樹脂は、アクリル樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、ポリアセタール樹脂などの透過性を有する樹脂などから透過性・特性などを考慮し、適宜選択する。透明フィルム、透明シートはＰＣ（ポリカーボネイト）フィルムやポリオレフィン系フィルムなどが利用されている。フッ素樹脂の一種であるエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）フィルム、アイオノマーフィルム（ＩＯフィルム）、ポリプロピレンフィルム（ＰＰフィルム）、ポリエステルフィルム、ポリスチレンフィルム（ＰＳフィルム）、ポリアクリロニトリルフィルム（ＰＡＮフィルム）などから透過性・特性などを考慮し、適宜選択する。
第１の透光部材６としては、半導体微粒子蛍光体を含む有機樹脂等の波長変換層の他、アルファ線カット膜、波長カット膜、反射防止膜などを含んでもよい。反射防止膜としては、酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、二酸化珪素等の粉末を無機・有機樹脂に混ぜたものを用いる。アルファ線カット膜、波長カット膜の場合、ガラスやフィルムにアルファ線カット膜を蒸着する方法としては、スパッタリング、電子ビーム蒸着などがあり、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＡＴＯ（アンチモン−スズ酸化物）を無機・有機樹脂に混ぜたものを用いる。
図１（ｂ）〜図１（ｅ）は、図１（ａ）破線部内における第１の透光部材６の端部周縁のバリエーションを示す拡大断面構造図である。
本実施形態に示すように、第１の透光部材６の端部周縁は、切り欠き部７を有している。切り欠き部７の形状としては、円弧またはステップ形状が好ましい。前記円弧またはステップ形状の部分には波長変換層２０は形成されず、その内側に露出した波長変換層２０の側面は接着材３６で完全に覆われていること特徴とする。
ここで図１（ｂ）は、凹部２と接する面に波長変換層２０を形成した第１の透光部材６において、第１の透光部材６の周縁には円弧状の切り欠き部７が形成されている。円弧状の切り欠き部７は、枠体３側に向くように配置され、その切り欠き部７に接着材３６が注入され、波長変換層２０の端部が封止（シール）されている。円弧状の切り欠きが、充填された接着材との接合面積を増加し、アンカー効果をもたらす。
図１（ｃ）は、図１（ｂ）で円弧状とした切り欠き部７が階段（ステップ）状になっている。円弧状の切り欠き部７と階段（ステップ）状のこれらの形状差は加工するときのブレードの刃先形状を変更することにより変えることができる（図２参照）。第１の透光部材６の透光母材４０がクラックなどに対して弱い場合は、階段（ステップ）状ではなく円弧状の切り欠きを用いるのが良い。
図１（ｄ）および図１（ｅ）は、第１の透光部材６の周縁の円弧状の切り欠きと階段（ステップ）状の切り欠き部７についてはそれぞれ図１（ｂ）および図１（ｃ）と同じであるが、発光装置をより小型化するため、第１の透光部材６と接着材３６および、枠体３の側面は面一になっている。
このため図１（ｂ）〜図１（ｅ）は各々製造方法が異なってくる。図１（ｂ）および図１（ｃ）の形態は個片の第１の透光部材６を一つ一つ凹部枠体にマウントし封止（シール）することで形成されるのに対して、図１（ｄ）および図１（ｅ）の形態は複数の第１の透光部材６が一体化された集合体を枠体３上にマウントし封止（シール）し、その後、個々の発光装置に分離することで形成できる。
図１（ｆ）および図１（ｇ）は、図１（ａ）破線部内における第１の透光部材６の端部周縁の別のバリエーションを示す拡大断面構造図である。
第１の透光部材６の枠体３とは逆側の面における端部周縁に、円弧またはステップ形状の切り欠き部７が形成されている。前記円弧またはステップ形状の切り欠き部７と加工されていない側面の全面は、接着材３６で覆われている。
図１（ｆ）および図１（ｇ）の実施形態のメリットは、以下の通りである。すなわち、第１の透光部材６が薄化した場合、図１（ｂ）から図１（ｅ）の実施形態では、枠体３との接着強度を確保するのが難しくなってくる。そのため円弧またはステップ形状の切り欠き部７を上方に向くように第１の透光部材６を枠体３上に設置し接着材３６を同じく円弧またはステップ形状の切り欠き部７に充填することで、枠体３との接着強度を確保しつつ、容易に波長変換層２０の端部を封止（シール）できる。
図１（ｈ）、図１（ｉ）は本発明の第一の実施形態における発光装置の斜視図を模式的に示したものである。
図１（ｈ）は発光装置の外形が円形形状である。この場合、第１の透光部材６のパターンは、図１（ｂ）、図１（ｃ）、図１（ｆ）、図１（ｇ）が適用できる。つまり、第１の透光部材のサイズが発光装置の枠体よりも若干小さなサイズで貼り付けることが必要になる。発光装置の外形が円形形状であると発光特性が良くなる場合や、発光装置を実装するセット側の要求で発光装置の円形形状が必要になる場合がある。
図１（ｉ）は発光装置の外形が矩形形状である。この場合、第１の透光部材６のパターンは図１（ｂ）〜図１（ｇ）が適用できる。つまり、第１の透光部材６のサイズが発光装置の枠体よりも若干小さなサイズでもよいし、同じサイズでもよい。第１の透光部材６のサイズが、発光装置より若干小さなサイズの場合は、発光装置の枠体分離の後に第１の透光部材６を個片で貼り付けてもよいし、発光装置の枠体分離の前に第１の透光部材６を個片で貼り付けてもよい。第１の透光部材６のサイズが発光装置と同じサイズの場合は、発光装置の枠体分離の際に第１の透光部材６も同時（または直前）に分離する製法となる。透光母材４０の厚みは１０μｍ〜２００μｍの厚みで適宜設計し、波長変換層２０の厚みは０．０１μｍ〜５０μｍで適宜設計する。特に第１の透光部材６は前述したとおり、半導体微粒子蛍光体を含む有機樹脂等の波長変換層の他、アルファ線カット膜、波長カット膜、反射防止膜などを含んでもよく、多岐に渡るため、その目的の材料によって厚みや材質がそれぞれ異なることになる。
また、本発明の第一の実施形態の発光装置は、透光母材４０が平板であることにより、以下に説明するように、量産性に優れている。
以下、図２及び図３を用いて、本発明の第一の実施形態の発光装置を製造する方法を説明する。
図２は本発明の第一の実施形態における波長変換層を透光母材に形成する方法を示す断面図である。特に、図１（ｂ）〜（ｅ）に示す形状を実現する方法である。
図２（ａ）に示すように、透光母材４０となる平板を準備し、透光母材４０の一方の面に波長変換層２０を形成する。次に図２（ｂ）に示すように、発光装置の枠部に合わせた位置に、第１のブレード２６により、波長変換層２０側から円弧またはステップ形状加工の切り欠き部を形成する。この際、第１のブレード２６による加工はいわゆるハーフカットであり、波長変換層２０は完全に分離するが、透光母材４０を完全に切断するわけではない。最後に図２（ｃ）に示すように、前記切り欠き部に沿うようにして、第１のブレード２６よりも幅の狭い第２のブレード２７によって透光母材４０を完全に切断する。このようにして、波長変換層を含む透光部材を形成することができる。
なお、図１（ｅ）、（ｆ）に示す形状については、第１のブレード２６により、波長変換層２０が形成された反対側から円弧またはステップ形状加工の切り欠き部を形成すればよい。
図３は本発明の第一の実施形態における発光装置を製造する方法を示す断面図である。
まず図３（ａ）に示すように、凹部を有する枠体３が複数連なった集合体を準備する。
次に図３（ｂ）に示すように、凹部２底面に発光素子１をダイボンド材２１により固着する。さらに発光素子１と凹部２底面の第２の端子２９とを接続部材３４により電気的に接続する。
次に図３（ｃ）に示すように、発光装置の枠体３の連結部に、円弧またはステップ形状加工の切り欠き部が対応するように、波長変換層を含む第１の透光部材６を接着させる。この場合は、図２（ｂ）の工程後のハーフカットされた第１の透光部材６を用いる。この際、前記第１の透光部材６の前記切り欠き部に接着材３６を充填し接着させることで、波長変換層を含む第１の透光部材６と凹部を有する枠体が複数連なった集合体を封止する。
最後に図３（ｄ）に示すように、波長変換層を含む第１の透光部材６が接着された凹部を有する枠体が複数連なった集合体を分離する。分離する方法はいわゆるパッケージダイシングなどで利用されるブレード２７を用いる。回転ブレードの材質はダイヤモンドの粒をボンド材で固めたものが使用され、回転ブレードの幅は２０μｍ〜１００μｍであり、切削水を切削部にかけながら、１００００ｒｐｍ〜５００００ｒｐｍで高速回転させ５ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓのスピードで切断する。ブレード２７で切断する位置は、第１の透光部材の切り欠き部上である。
ここで分離の方法は、前記ブレードにより、枠体３と第１の透光部材６を同時に分割しても良い。また先に枠体３のみを分離しておき、個片化された枠体３上に、図２（ｃ）の工程後の別途個片化された第１の透光部材６を搭載する方法でもよい。
図２及び図３で説明したように、透光母材４０が平板であることにより、波長変換層２０を含む透光部材６を一括形成することができ、量産性に優れた発光装置を提供することができる。
（第二の実施形態）
図４は、本発明の第二の実施形態の発光装置を示す断面図である。
図４は、本発明の第二の実施形態の発光装置を示す断面図である。
第一の実施形態との違いは、主に透光部材の構成であり、その他の構成は第一の実施形態と共通する。
枠体３は、周囲を枠で囲われた凹部を有する。枠体３の底面には第１の端子５が形成されている。凹部２は上面が開口され、凹部２の内底には発光素子１が搭載されている。発光素子１と凹部２の内底に配置された第２の端子２９とは接続部材３４によって電気的に接続されている。凹部２の開口を塞ぐように枠部上に第２の透光部材３９が配置されている。第２の透光部材３９と枠体３とは接着材３６で固着されている。ここで、第２の透光部材３９は、バリア層８と、バリア層８の上面に形成された波長変換層２０と、波長変換層２０の上面に形成された平板である透光母材４０とから構成される。ここで波長変換層２０はバリア層８の側面を覆うような形状となっている。また、波長変換層２０は、透光母材４０によってその上面を覆われ、その側面は接着材３６で覆われている。さらに波長変換層２０の一部と枠体３の上面とが接している。これにより、波長変換層２０は、バリア層８、透光母材４０、接着材３６及び枠体３の上面により発光装置内に封止され、発光装置外（外気）に対して露出していない。このような波長変換層２０を密閉する構成とすることで、耐酸化性、耐湿性に弱い波長変換層を用いた発光装置であっても、波長変換層に対し気密性を持たせることができるので、結果として、波長変換層の耐湿性、耐酸化性における劣化を抑えることができ、品質的に優れた発光装置を作ることができる。
特に、第二の実施形態では、凹部２内側においても波長変換層２０がバリア層８でシールされているため、第一の実施形態で説明したように不活性ガスなどで充填する必要はない。また必要であれば第二の実施形態とは異なり、枠体の所定部に逃がし孔４を設置し湿気や熱を逃がすことが可能である。
図５は本発明の第二の実施形態における第２の透光部材３９を形成する製造ステップを示す断面図である。
まず図５（ａ）に示すように、バリア層８となる平板を準備する。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡＡ’線における断面図である。図５（ｂ）に示すように、上記平板は、バリア層８として分離する領域すなわち分離ライン３８上にスリット３７が形成されている。
次に図５（ｃ）に示すように、バリア層８の上面全面およびスリット３７にも入り込むように波長変換層２０を形成する。
次に図５（ｄ）に示すように、波長変換層２０の上面に透光母材４０を形成する。その後、分離ライン３８に沿って個片に分離する。
このようにして、波長変換層２０の上面全面が覆われ、側面及び底面の一部が露出した第２の透光部材３９が形成される。
第２の透光部材３９を枠体３に接着する方法としては、図３に示した方法と同様の方法を用いてもよいし、枠体３のみを分離しておき、個片化された枠体３上に、図５（ｄ）の工程後の別途個片化された第２の透光部材３９を搭載する方法でもよい。
本実施形態においても、透光母材４０が平板であることにより、波長変換層２０を含む透光部材３９を一括形成することができ、量産性に優れた発光装置を提供することができる。
（第三の実施形態）
図６（ａ）は本発明の第三の実施形態における発光装置を示す断面図である。
図６（ａ）は本発明の第三の実施形態における発光装置を示す断面図である。
本実施形態においては、発光素子１は平板である透光配線基板（透光母材）１０に突起電極３５で直接接続されている。
そのため、第三の実施形態は第一および第二の実施形態に比べ、発光装置の厚みを縮小化できる。
透光配線基板１０は一方の面に配線３２を有している。透光配線基板１０の配線３２を有する面には発光素子１が搭載されている。透光配線基板１０の配線３２上には、突起電極接続部１３が設けられている。発光素子１上には突起電極３５が設けられ、突起電極３５と突起電極接続部１３は電気的に接続されている。発光素子１と透光配線基板１０の間には透明アンダーフィル１５が充填されている。配線３２の突起電極接続部１３が配置された領域より外側の領域にはＯｕｔ−ＩＮ接続部１４が配置される。透光配線基板１０の配線３２を有する面と対向する面上には波長変換層２０が形成されている。波長変換層２０の上面全面は、バリア層８により覆われて、かつ、波長変換層２０の側面周縁は、透光配線基板１０とバリア層８の一部が重なるようにして波長変換層２０が露出しないようにダレ面３１によって覆われている。バリア層８は例えば樹脂・フィルムなどからなる。
透光配線基板１０、波長変換層２０及びバリア層８から透光部材９が構成されている。
発光素子１、透光母材（透光配線基板）１０及び波長変換層２０については、第一の実施形態及び第二の実施形態で説明した材料等を用いればよい。
波長変換層２０の全ては、透光配線基板１０とバリア層８で覆われて発光装置内に封止され、発光装置外（外気）に対して露出していない。このような波長変換層２０を密閉する構成とすることで、耐酸化性、耐湿性に弱い波長変換層を用いた発光装置であっても、波長変換層に対し気密性を持たせることができるので、結果として、波長変換層の耐湿性、耐酸化性における劣化を抑えることができ、品質的に優れた発光装置を作ることができる。
図６（ｂ）は本発明の第三の実施形態における発光装置を実装基板（セット基板）１６に実装した状態を示す図である。実装基板１６上には配線３３が形成されている。配線３３としては例えばＣｕ配線でもよい。また、実装基板１６において、発光装置の発光素子１が収納される部分はくり抜かれており、配線３３の対向する面には放熱性の高い放熱板１８（アルミ基板やＣｕ基板）が貼り付けられている。さらに放熱板１８が発光素子１からの発熱を直接逃がすため、実装基板１６のくり抜かれた部分に放熱材料１９（例えばグリスなど）が充填され、アルミ基板１８と発光素子１の背面が放熱材料１９を介して接続されている。
なお、実装基板１６上の配線と発光装置の配線およびはんだ実装される部分にはＮｉ−Ａｕめっきを施してもよい。
図７（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第三の実施形態の発光装置を製造する方法を説明する図である。
図７（ａ）は、製造途中の状態を説明する図であり、一方の面に配線を有した複数の透光配線基板１０が連結された集合体の裏面図である。各透光配線基板１０の中央部には、素子搭載領域４１が設けられている。素子搭載領域４１内でかつ配線３２上には、突起電極接続部１３が設けられている。また配線３２上には、突起電極接続部１３と電気的に接続するように、Ｏｕｔ−ＩＮ接続部１４が設けられている。
透光配線基板１０は、放熱配線パターン部１１を有することが好ましい。
図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣＣ’線での断面図である。放熱配線パターン部１１に対応する位置において透光配線基板１０には貫通孔１２が形成され、波長変換層２０と同じ材料が充填され、波長変換層２０が貫通孔１２を介して放熱配線パターン部１１に接続されている。この設計により波長変換層２０の熱蓄積を放散させることが必要な場合、必要な領域に適宜、放熱パターンを配置し、効率よく熱を逃がすことが可能となる。
図７（ｃ）〜（ｇ）は図７（ａ）のＢＢ’線での断面図である。
まず、図７（ｃ）に示すように、一方の面に配線３２を有した透光配線基板１０が複数連なった集合体基板を準備する。
次に、図７（ｄ）に示すように、透光配線基板１０の配線３２と対向する面に波長変換層２０を形成する。なお、図７（ａ）は、この状態に該当する。
次に、図７（ｅ）に示すように、波長変換層２０の上面をバリア層８で覆う。
次に、図７（ｆ）に示すように、第３のブレード２８を用いて、透光配線基板１０とバリア層８の一部が重なるようにして、かつ波長変換層２０が露出しないようにバリア層８をダレさせつつ、個片に分離する。
最後に、図７（ｇ）に示すように、透光配線基板１０の配線３２と発光素子１の突起電極３５とを電気的接続するように発光素子１を搭載する。
本実施形態においても、透光配線基板（透光母材）１０が平板であることにより、波長変換層２０を含む透光部材９を一括形成することができ、量産性に優れた発光装置を提供することができる。
（第四の実施形態）
図８は本発明の第四の実施形態における発光装置を示す断面図である。第四の実施形態は第三の実施形態の更に面積的に小型化できるものである。第３の透光部材９と発光素子１の平面的な大きさがほぼ同じであることが特徴である。このような発光装置の形態はＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）と呼ばれる。
図８は本発明の第四の実施形態における発光装置を示す断面図である。第四の実施形態は第三の実施形態の更に面積的に小型化できるものである。第３の透光部材９と発光素子１の平面的な大きさがほぼ同じであることが特徴である。このような発光装置の形態はＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）と呼ばれる。
より具体的には、発光素子１の発光面側に、発光素子１と同じ大きさかそれ以下の大きさでかつ、発光素子１の発光面領域よりも大きな第３の透光部材９が形成されている。第３の透光部材９は、平板である透光母材４０、波長変換層２０及びバリア層８が積層されて形成されている。透光母材４０としては、例えば樹脂ガラス・アクリル・フィルム透光母材を用いてもよい。透光母材４０の上面には、波長変換層２０が形成されている。波長変換層２０の上面にはバリア層８が形成されている。バリア層８としては、樹脂・フィルムを用いてもよい。発光素子１における第３の透光部材９が設置されている面には、電極２２が形成されている。発光素子１における第３の透光部材９が設置されている面の対向する面には、端子部２３が形成されている。電極２２と端子部２３は貫通ビア等の配線２４により電気的に接続されている。ここで、透光母材４０とバリア層８に挟まれるように位置する波長変換層２０の側面周縁は、透光母材４０とバリア層の一部が重なるようにして波長変換層２０が露出しないように覆われた構造である。
また、発光素子１には電極端子２３とは別に放熱パターン２５を設けることが好ましい。熱放散性がより必要な場合、発光素子１の端子２３側と同じ面に放熱パターン２５を配置し、必要な放熱容量に応じて発光素子１に形成する貫通孔の本数や径を変更して必要な熱設計を行うことが可能である。放熱パターン２５としては、例えばＣｕ配線を用いてもよい。
発光素子１、透光母材４０及び波長変換層２０については、第一の実施形態及び第二の実施形態で説明した材料等を用いればよい。
波長変換層２０の全ては、透光母材４０とバリア層８で覆われて発光装置内に封止され、発光装置外（外気）に対して露出していない。このような波長変換層２０を密閉する構成とすることで、耐酸化性、耐湿性に弱い波長変換層を用いた発光装置であっても、波長変換層に対し気密性を持たせることができるので、結果として、波長変換層の耐湿性、耐酸化性における劣化を抑えることができ、品質的に優れた発光装置を作ることができる。
図９（ａ）〜（ｅ）は本発明の第四の実施形態における発光装置を形成する製造ステップを示す断面図である。
まず、図９（ａ）に示すように、未分離状態の透光母材４０が複数連なった集合体板を準備する。透光母材４０としては、例えばガラスやアクリル、フィルムなどを用いてよい。
次に、図９（ｂ）に示すように、透光母材４０の上面に波長変換層２０を形成する。
次に、図９（ｃ）に示すように、波長変換層２０の上面をバリア層８で覆う。
次に、図９（ｄ）に示すように、第３の透光部材９となる集合体板を、未分離状態の複数の発光素子１を含むウェハ上に接着させる。
最後に、図９（ｅ）に示すように、ブレード２８を用いて、透光母材４０とバリア層８の一部が重なるようにしてかつ波長変換層２０が露出しないようにして、発光素子１ごと個片に分離する。
本実施形態においても、透光母材４０が平板であることにより、波長変換層２０を含む透光部材９を一括形成することができ、量産性に優れた発光装置を提供することができる。
次に、図１０（ａ）〜（ｃ）は、波長変換層２０が露出しないように個片化する方法を説明する断面図であり、図９（ｅ）の破線部の拡大図に相当する。なお、この方法は、第三の実施形態の発光装置の製造にも適用可能である。
まず、図１０（ａ）を用いて、透光母材４０とバリア層８の一部が重なるようにしてかつ波長変換層２０が露出しないようにバリア層８をダレさせつつ個片化する方法について、より詳細に説明する。
まず、第３のブレード２８で切断面に沿ってバリア層８の側より切断する。このときバリア層８の端面には、第３のブレード２８の回転・切断による透光母材４０方向への圧力・摩擦によりダレが形成される。このバリア層８のダレ面が透光母材４０と接触することにより、波長変換層２０がバリア層８及び透光母材４０によって密閉されることとなる。このような加工を施すことで、波長変換層２０を空気に触れないようにすることができ、波長変換層を空気や湿気より守ることができる。
また、切断はブレードではなく、一般プレス加工などで利用される金属ポンチでもよい。この場合ポンチの刃先の形状を工夫して、切断面にダレ面を形成する条件が必要となる。ブレードによる切断とは異なり大きな磨耗熱が発生しないので、バリア層８と、透光母材４０の重なり部を機械的にシールするか、困難な場合、更に熱加工を追加してバリア層８と透光母材４０の重なり部を接合してもよい。
次に、図１０（ａ）とは別の、波長変換層２０が露出しないようにバリア層８をダレさせつつ個片化する方法について図１０（ｂ）を用いて説明する。図１０（ｂ）に示すとおり、透光母材４０上に波長変換層２０を形成し、さらにその波長変換層２０の上層にバリア層８を形成する。本実施例では、切断面に沿ってレーザービーム３０を用いて切断する。レーザービーム３０には例えば、ＣＯ2レーザー、ＹＡＧレーザー、またはエキシマレーザーを用いる。レーザーは熱で材料を焼き切るので条件調整することでバリア層８を溶融しダレ面を形成する。このダレ面が透光母材４０に重なりさらに引っ付く程度の条件で焼き切る。
次に、図１０（ａ）及び（ｂ）とは別の、波長変換層２０が露出しないように個片化する方法について図１０（ｃ）を用いて説明する。図１０（ｃ）では図１０（ａ）や（ｂ）のようにダレ面を形成するのではなく、波長変換層２０の側面周縁において、側面周縁表面のみが熱硬化され硬質化した層を形成する。すなわち波長変換層２０のエッジがレーザービーム３０の溶融熱により焼き固められた層を形成する。結果として内側の波長変換層２０が露出しない構造となる。
また図示しないが本実施形態の応用として、レーザー熱や、瞬間的に高温プラズマで波長変換層２０の表面に皮膜ができ、波長変換層内部まで完全硬化しないようにして、空気や湿度に触れないようにしてもよい。この場合、バリア層８を溶かし、波長変換層２０をシールする必要はなく、波長変換層２０の表面に皮膜が形成できればバリア層８そのものも不要となる。この場合は、高温プラズマで瞬間的に波長変換層の表面に皮膜ができるような硬化材料を波長変換層材料に含有させる必要がある。
なお、第三の実施形態及び第四の実施形態で示した第３の透光部材９は、第一の実施形態及び第二の実施形態で示した枠体３上に搭載しても良い。もちろん本発明の第三の実施形態および第四の実施形態にも共通に利用できる。
なお、本発明は発光装置に限定されるものではなく、センサー・光デバイス分野などにおいて気密を必要とする電子部品全般に応用できる。例えば、赤外センサー、イメージセンサー、フォトＩＣ等である。この場合、波長変換層２０の代わりに、赤外センサーであればアルファ線カット膜、波長カット膜、反射防止膜などを用いても良く、フォトＩＣやイメージセンサーであればアルファ線カット膜、波長カット膜、反射防止膜などを用いても良い。この際、反射防止膜であれば、酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、二酸化珪素等の粉末を無機・有機樹脂に混ぜたものを用いればよい。アルファ線カット膜、波長カット膜の場合、ガラスやフィルムにアルファ線カット膜を蒸着する方法があり、スパッタリング、電子ビーム蒸着などがあり、ＩＴＯ（インジウム-スズ酸化物）、ＡＴＯ（アンチモン-スズ酸化物）を無機・有機樹脂に混ぜたものを用いればよい。
本発明によれば、電子ディスプレイ用のバックライト電源や、蛍光ランプに好適に用いられる、波長変換層の劣化が少ない発光装置が実現できる。
１ 発光素子
２ 凹部
３ 枠体
４ 逃がし孔
５ 第１の端子
６ 第１の透光部材
７ 切り欠き部
８ バリア層
９ 第３の透光部材
１０ 透光配線基板
１１ 放熱配線パターン部
１２ 貫通孔
１３ 突起電極接続部
１４ Ｏｕｔ−ＩＮ接続部
１５ 透明アンダーフィル
１６ 実装基板
１８ 放熱板
１９ 放熱材料
２０ 波長変換層
２１ ダイボンド材
２２ 電極
２３ 端子
２４ 配線
２５ 放熱パターン
２６ 第１のブレード
２７ 第２のブレード
２８ 第３のブレード
２９ 第２の端子
３０ レーザービーム
３１ ダレ面
３２ 配線
３３ 実装基板の配線
３４ 接続部材
３５ 突起電極
３６ 接着材
３７ スリット
３８ 分離ライン
３９ 第２の透光部材
４０ 透光母材
４１ 素子搭載領域
２ 凹部
３ 枠体
４ 逃がし孔
５ 第１の端子
６ 第１の透光部材
７ 切り欠き部
８ バリア層
９ 第３の透光部材
１０ 透光配線基板
１１ 放熱配線パターン部
１２ 貫通孔
１３ 突起電極接続部
１４ Ｏｕｔ−ＩＮ接続部
１５ 透明アンダーフィル
１６ 実装基板
１８ 放熱板
１９ 放熱材料
２０ 波長変換層
２１ ダイボンド材
２２ 電極
２３ 端子
２４ 配線
２５ 放熱パターン
２６ 第１のブレード
２７ 第２のブレード
２８ 第３のブレード
２９ 第２の端子
３０ レーザービーム
３１ ダレ面
３２ 配線
３３ 実装基板の配線
３４ 接続部材
３５ 突起電極
３６ 接着材
３７ スリット
３８ 分離ライン
３９ 第２の透光部材
４０ 透光母材
４１ 素子搭載領域
Claims (15)
- 発光素子と波長変換層とを備えた発光装置であって、
透光母材と前記透光母材上に配置された前記波長変換層とからなる透光部材を備え、
前記波長変換層は前記発光素子には接触しておらず、前記発光装置内に封入されていることを特徴とする発光装置。 - 前記波長変換層は半導体微粒子蛍光体を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 凹部を有する枠体をさらに備え、
前記発光素子は前記凹部に搭載され、
前記透光部材は前記凹部を覆うように、前記枠体上に搭載されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。 - 前記波長変換層は、前記枠体の上面と接していることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
- 前記透光部材は、前記枠体と接着材により接着され、
前記波長変換層の側面は、前記接着材により覆われていることを特徴とする請求項３または４に記載の発光装置。 - 前記透光母材の端部には、切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
- 前記切り欠き部には前記接着材が充填されていることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
- 前記凹部内には、酸素以外の気体が充填されていることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記透光部材はバリア層を含み、前記バリア層は、前記波長変換層を挟んで前記透光母材と反対側に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
- 前記波長変換層は、前記透光母材及びバリア層によって密閉されていることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
- 前記透光母材は透光な配線基板であって、
前記透光母材上に配置された配線に前記発光素子が電気的に接続されたことを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。 - 前記透光母材には貫通孔が設けられ、
前記貫通孔には前記波長変換層が充填され、
前記透光母材上に前記貫通孔を覆うように放熱パターンが配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。 - 前記発光素子は前記透光部材と接着され、
前記発光素子の側面と前記透光部材の側面は面一であることを特徴とする請求項１０の発光装置。 - 前記発光素子には放熱パターンが形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の発光装置。
- 前記波長変換層の側面は、硬質化層となっていることを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載の発光装置。
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