JP4447806B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光装置に関し、特に半導体発光素子を組み込んだ発光装置に関する。詳しくは発光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）などの半導体発光素子と蛍光材料とを組合わせて、蛍光材料による放出光を利用して白色発光などを行う発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤなどの半導体発光素子と蛍光体を組合わせた発光装置は、長寿命な発光装置として広く用いられはじめており、例えば液晶のバックライト光源として白色発光ＬＥＤが使われるなど、様々な用途が期待されている。
【０００３】
図７は、従来の白色発光のＬＥＤ発光装置の一例を示す断面図であり、プリント基板等の上にＬＥＤ発光装置を載置する所謂、面実装型のＬＥＤ発光装置の例を示す。ＬＥＤ発光装置９０は図７（Ａ）に示すように、ＧａＮ系化合物半導体等からなる青色発光ＬＥＤチップ９１と、ＬＥＤチップ９１を搭載する凹部９２を中央に備えた基部９３と、凹部９２内に充填された透光性樹脂９４とからなる。また、透光性樹脂９４には、ＬＥＤチップ９１から放射された光の一部を吸収して黄色系の光を放出する蛍光体９５が分散混入されている。また、基部９３の外周面および凹部９２内面には一対の外部接続電極９６、９６が設けられ、凹部９２内においてＬＥＤチップ９１と金属ワイヤーで電気的に接続されている。
このＬＥＤ発光装置９０においては、ＬＥＤチップ９１から放射された光の一部が透光性樹脂９４内に分散している蛍光体９５に吸収され、蛍光体９５は黄色系の光を放出する。これによりＬＥＤチップ９１の青色光と蛍光体９５の黄色系の光が同時に発光装置９０から照射され、白色系の発光色を得ることが可能になる。なお、ＬＥＤチップとしては一般に、紫外域から青色領域の光を発光する窒化ガリウム系化合物半導体等が使用され、透光性樹脂としてはエポキシ樹脂が用いられる。
【０００４】
また、透光性樹脂９４内に蛍光体を分散させた場合には、蛍光体の分布むらが生じやすいため色むらが発生することがある。そこで、図７（Ｂ）に示したように、蛍光体９５を含まない透光性樹脂９４’にてＬＥＤチップ９１を封止し、その上に蛍光体９５を含有する樹脂層９７を均一な厚みとなるように形成することにより、色むらを生じにくくしたものも提案されている。
このような青色発光ＬＥＤと蛍光物質とにより青色ＬＥＤからの発光を色変換させて白色発光を可能とした発光装置としては、例えば特開平５−１５２６０９号、特開平７−９９３４５号、特開平１１−３１８４５号、特開２０００−１５６５２８号公報などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の技術では、ＬＥＤチップ９１からの放射光が蛍光体９５に到達するまでの間には透光性樹脂９４内を通過しなければならない。しかしながら、透光性樹脂９４として一般的にエポキシ樹脂が使用されているため、ＬＥＤチップから放射された紫外線光等によって透光性樹脂９４が劣化し、透過率が経時的に低下する黄変現象などを生じる。そのため、特にＬＥＤチップ９１として紫外線領域の光を発光する材料を用い、且つ、かかる光路内にエポキシ樹脂を用いた発光装置においては、白色発光出力が低下し、耐久性に優れた発光装置を得ることが難しいという問題点があった。
【０００６】
また、ＬＥＤチップ９１を載置している凹部９２内に、透光性樹脂を用いることなく蛍光体を塗付等によりに配設し、それらを透光性樹脂にて封止した発光装置も提案されている。しかし、かかる場合においては蛍光体にてＬＥＤチップを埋め込むような構成となるため、蛍光体の厚み調整が困難で色調・明るさの調整が難しく、また、演色性に優れた発光装置を再現性よく得ることが難しいという問題点がある。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑み、明るさ・色の均一性に優れ、且つ、耐久性に優れた発光装置を得ることができる発光装置およびその製造方法を提供することを主たる目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の一の観点によれば、透光性の基板上に半導体発光層を設けた発光素子と、該発光素子の放射光を吸収して異なる波長の光を放出する波長変換部材と、これらを一体化して封止する透光性材料とを備えた発光装置において、上記発光素子は、発光層表面側にｐ型電極およびｎ型電極が反射性材料により形成されると共に、その各表面にはｐ型電極マウント用ボンディングパッドおよびｎ型電極マウント用ボンディングパッドが、発光層を形成した基板表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離とｎ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離が略同一となるように形成され、該マウント用ボンディングパッドを介して外部接続用電極にワイヤーを用いることなく電気的に接続されており、上記波長変換材部材は、上記基板の発光層と反対側の表面に密接して設けられ、かつ、上記発光素子と同等以上の大きさとされている、ことを特徴とする発光装置、により達成される。
【０００９】
この発明では、発光層から放射された光の殆どが透光性樹脂に入射することなく波長変換部材に到達し、波長変換された光を外部に照射する。よって、透光性樹脂が発光層からの光により劣化されることがなくなり、長期間の使用によっても発光出力の低下を抑えた発光装置を得ることができ、これにより上記した目的は達成される。
【００１０】
また、本発明の他の観点の発明によれば、透光性の基板上に半導体発光層を設けた発光素子と、該発光素子の放射光を吸収して異なる波長の光を放出する波長変換部材と、これらを一体化して封止する透光性材料とを備えた発光装置の製造方法であって、上記基板上に半導体発光層を形成する工程と、半導体発光層の上に反射性材料によりｐ型電極およびｎ型電極を形成する工程と、それらの各表面にｐ型電極マウント用ボンディングパッドおよびｎ型電極マウント用ボンディングパッドを、発光層を形成した基板表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離とｎ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離が略同一になるように形成する工程と、を順に行う発光素子チップ作製工程と、透光性の保持板の少なくとも一方の表面上に無機系バインダー中に蛍光材料を分散させた塗付液を用いて蛍光体膜を形成する工程と、伸縮シート上に蛍光体膜を設けた保持板を載置した後に切断し、その後に該伸縮シートを伸ばして波長変換部材を分割する工程とを有する波長変換部材作製工程と、発光装置の外部接続用の一対の電極に発光素子チップ作製工程を終えた上記ｐ型電極マウント用ボンディングパッドおよびｎ型電極マウント用ボンディングパッドを夫々電気的に接続する工程と、発光素子の基板の発光層と反対側表面に波長変換部材作製工程を終えた波長変換部材を載置する工程と、を有する発光素子配設工程と、発光素子配設工程の後に、発光素子、波長変換部材および外部接続用電極を透光性材料にて封止する工程とを、備えていることを特徴とする発光装置の製造方法、により上記した目的は達成される。
【００１１】
この発明によれば、均一な厚みに制御された波長変換部材を容易に得ることができ、色むらの生じにくい発光装置を再現性よく製造することができ、上記した目的を達成することができ得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図６を参照しながら、詳細に説明する。図１及び図２は本発明による発光装置の第１の実施形態を示す。なお、この実施形態は所謂面実装型もしくはチップ部品タイプと称されるＬＥＤ発光装置に適用したものである。
【００１３】
面実装型ＬＥＤ発光装置１０は、略直方体形状をなしており、図示しないプリント配線基板上に実装してプリント配線基板の法線方向に向かって光線Ｌを照射するものである。絶縁性の基体４の表面側中央部には凹部２が形成され、凹部２の中央部にはＬＥＤチップ１が取り付けられており、周辺には反射枠３が形成されている。また、凹部２内には透光性封止材料８が充填されている。基体４の裏面側には第一接続用電極および第二接続用電極が配設され、各々の他方の端部は凹部２内部にまで回り込むように形成され、ＬＥＤチップ１の電極と電気的に接続している。
【００１４】
ＬＥＤチップ１は、蛍光材料を励起可能な半導体発光素子であり、青色および／または紫外光を放射するものが好ましい。このような半導体発光素子としては、例えばＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ，ＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物、ダイヤモンド等を発光層として形成させたものを用いることができる。
例えば図２に示したＬＥＤチップ１は、紫外線光を透過するサファイアなどの基板１１の面上にＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相法）によりｎ型半導体層１２（ｎ−ＧａＮ）を形成した後、その上にｐ型半導体層１３（ｐ−ＧａＮ）を形成してｐｎ接合を形成している。また、ｎ型半導体層１２の上には、ｎ型オーミック電極１６およびｎ電極マウント用ボンディングパッド１８が形成され、ｐ型半導体層１３の上には、ｐ型オーミック電極１４およびｐ電極マウント用ボンディングパッド１７が形成されている。なお、符号１５は絶縁膜である。
【００１５】
波長変換部材７は、ＬＥＤチップ１から放射された光により励起されて発光する蛍光体等の蛍光材料を含有する部材からなり、ＬＥＤチップ１の発光面の大きさと同等以上、好適にはＬＥＤチップ１の基板１１より大きな大きさにて蛍光材料がＬＥＤチップ１側に位置するようにして上記基板１１に密接して設けられている。波長変換部材７は、発光装置１０が照射する照射光を透過可能なガラスなどの保持板２１上に蛍光体層２２を塗付形成したものであり、蛍光体層２２は光劣化する樹脂成分を含まないよう無機系バインダーを用いて塗布されている。
蛍光体層２２に含まれる蛍光材料は、励起光源であるＬＥＤチップから放射される光や、ＬＥＤ発光装置の用途等に応じた所望の発光色に応じて種々の公知の蛍光材料から適宜選択することができる。具体的な蛍光材料としては、セリウムで付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、セリウムで付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にプラセオジウムをドープした蛍光体、赤色に変換するＬａ２Ｏ２蛍光体、緑色に変換する３Ｂａ０・８Ａｌ２Ｏ３蛍光体および青色に変換するＳｒ１０（ＰＯ４）６Ｃ１２蛍光体およびこれらを混合した混合蛍光体などがある。
【００１６】
透光性封止材料８は、凹部２内に充填され、ＬＥＤチップ１および波長変換部材７を封止する。また、凹部２上に図示しない半球状等のレンズを形成してもよい。透光性封止材料８としては、ＬＥＤチップ１などを一体化するパッケージを成形しやすく、ＬＥＤチップと外部とを電気的に絶縁でき、透過率が高い材料が好ましい。更に好ましくはＬＥＤチップ１等との密着性に優れると共に耐熱性などの信頼性に優れる材料が良い。具体的な材料例としては、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられるが、用途に応じて種々の材料の中から適宜選択でき、複数の材料層の積層構造としても良い。
【００１７】
ここで、本実施形態のＬＥＤ発光装置１０の製造方法について図２および図３を用いて簡単に説明する。
【００１８】
まず、ＬＥＤチップ１の作製工程について説明する。紫外線光を透過するサファイアなどの基板１１を洗浄した後、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相法）により図示しないバッファー層およびｎ型半導体層１２（ｎ−ＧａＮ）を成長し、その上にｐ型半導体層１３（ｐ−ＧａＮ）をエピタキシャル成長して半導体発光層を形成する。
【００１９】
このようにして発光層を設けた図示しないデバイスウエハを液相エッチングまたは気相エッチングによってｎ型半導体層１２の一部を露出させ、その後、ｐ型半導体層１３上にＮｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｈなどの金属で形成したｐ型オーミック電極１４を設ける。このｐ型オーミック電極１４は紫外線光などの発光層から放射された光に対する反射率が高い材料を使い、ｐ型半導体層１３の全表面を覆うように形成することが好ましい。
ｐ型オーミック電極１４としては、例えば、ｐ型半導体層１３側から順に白金（Ｐｔ）１０オングストローム、銀（Ａｇ）３０００オングストローム、チタン（Ｔｉ）１０００オングストローム、白金（Ｐｔ）１０００オングストローム、金（Ａｕ）１０００オングストロームを順に蒸着して形成した積層電極を用いている。白金および銀は半導体層とのオーミックコンタクトを取るとともに発光光に対する反射率を高めるために形成し、最表面の金層は酸化しない表面層とし、また後に積層するボンディングパッドとの接触性を良好にするために積層している。なお、最表面の金層と接触する白金層は金層の拡散を予防するために形成し、それと接するチタン層はその白金層の拡散を予防するために用いている。
【００２０】
ｐ型オーミック電極１４を形成した後にＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの紫外線領域で透明な絶縁膜１５をｐ型半導体層１３の端面およびｐ型電極用マウント用ボンディングパッド１７を除くｐ型オーミック電極１４表面を覆うようにして形成する。このような絶縁膜１５は、デバイスウエハ全体の上に電子線蒸着法やスパッタ法、化学的気相成膜法などを用いて形成し、その一部を除去することにより得ることができる。絶縁膜を形成することでｐ−ｎのショートを予防することができるが、適宜の距離を隔ててｐ型オーミック電極１４およびｎ型オーミック電極１６を設けた場合には、絶縁膜１５を省略することもでき得る。
【００２１】
絶縁膜１５を形成した後に、紫外線波長において高い反射率のＡｇ，Ａｌなどで形成したｎ型オーミック電極１６を露出させたｎ型半導体層１２上に形成する。このｎ型オーミック電極１６は紫外線光などのＬＥＤチップ発光光の反射率が高い材料を使うことが好ましい。
ｎ型オーミック電極１６としては、例えば、ｎ型半導体層１２側から順にチタン（Ｔｉ）２０オングストロームおよびアルミニウム（Ａｌ）３０００オングストロームを順に蒸着して形成した積層電極を用いている。このような金属材料はｎ型オーミック電極１６とのオーミックコンタクトを取るとともに発光光に対する反射率を高めるために形成している。
【００２２】
続いてｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７およびｎ型電極用マウントボンディングパッド１８をＴｉ，Ｎｉ，Ａｕなどの金属材料で形成する。なお、ｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８の厚みをｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７よりも厚くして、基板１１の表面からの距離が等しくなるように調整している。
ｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７は、例えば、ｐ型半導体層１３側から順に金（Ａｕ）１０００オングストローム、白金（Ｐｔ）１０００オングストローム、金（Ａｕ）２０００オングストロームを順に蒸着して形成した積層電極を用いている。最初に形成する金層はｐ型オーミック電極１４との接続性を良好に保つために用い、最表面の金層はＬＥＤチップ１と第一接続用電極５とのＡｕ−Ｓｎ共晶電極１９を用いた接続性が良好になるために積層している。なお、最表面の金層と接触する白金層は最表面の金層が共晶化された場合の、その拡散を予防するために形成している。
【００２３】
ｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８は、例えば、ｎ型半導体層１２側から順にチタン（Ｔｉ）１０００オングストローム。金（Ａｕ）１０００オングストローム、白金（Ｐｔ）１０００オングストローム、金（Ａｕ）２０００オングストロームを順に蒸着して形成した積層電極を用いている。チタン層はｎ型オーミック電極１６との接続性を良好にするために形成している。最初に形成する金層は、基板１１表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７表面までの距離と、基板１１表面からｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８表面までの距離をほぼ等しくするための厚み調整層として形成している。また、最表面の金層はＬＥＤチップ１と第二接続用電極６とのＡｕ−Ｓｎ共晶電極１９を用いた接続性が良好になるために積層し、最表面の金層と接触する白金層は最表面の金層が共晶化された場合の、その拡散を予防するために形成している点はｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７と同一である。よって、この白金層および金層については、ｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８およびｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７の双方を同時に形成することができる。なお、これらの電極材料として反射率の高い材料を用いるのは、基体側に向かって放射された光を反射させて基板１１側から取出す光の量を増大させるためである。また、本明細書において高反射率材料とは、発光層から放射された光の主ピーク波長に対し、５０％よりも高い反射率を示す材料をいい、狭義には７０％以上の反射率を示すものをいう。例えば約４００ｎｍの波長に対し、上記したｐ型電極およびｎ型電極はいずれも７０〜８０％程度の反射率を示すが、金電極の場合には５０％未満の反射率である。
【００２４】
一方、凹部２内の第一接続用電極５および第二接続用電極６のｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７およびｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８に対向する位置には、Ａｕ−Ｓｎなどからなる共晶電極１９を形成しておく。
【００２５】
次に、ＬＥＤチップ１を基板１１側が上面となるようにして、第一接続用電極５とｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７を、第二接続用電極６とｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８を、夫々共晶電極１９を介して接続し、電気的、機械的接触特性を改善するために約３００℃にて加熱処理して、ＬＥＤチップ１を凹部２内に所謂、フリップチップ方式にて設置する。
【００２６】
続いて波長変換部材作製工程について説明する。図３は波長変換部材の作製工程を工程順に概略を示すものである。２１は保持板、２２は蛍光体層、２３は熱伸縮シートである。まず、保持板２１を用意し洗浄する（図３（Ａ））。保持板２１としてはガラス等の発光装置１０の照射光を透過可能な材料を用い、その厚みは５０〜１００μｍ程度とする。これより厚いと発光装置が大型化し、これより薄いと以後の作業においてハンドリング作業が困難になるからである。また、保持板２１は紫外線光の透過率の低い材料を用いることが好ましい。ＬＥＤチップ１から放射された光は、蛍光体層２２を通過した後に保持板２１を通過して、透光性封止材料８に到達する。したがって、透光性封止材料８を劣化させるおそれのある蛍光体層２２を通り抜けた紫外線をできる限り遮断する特性を備えることが好ましいからである。また、保持板２１に着色を施したものを用いることもでき得る。着色した保持板２１を用いることで、発光装置の色バランスを調整可能だからである。例えば励起光源であるＬＥＤチップ１の発光が紫外線光で、蛍光体層２２が所謂三波長蛍光体の場合において、赤色発光用の蛍光体による発光ピークが青色発光用および緑色発光用蛍光体による発光ピークに比べて弱い場合には、青色および緑色の領域における光を吸収する着色を施したものを用いて、白色の色調を調整することができ得る。
【００２７】
次に蛍光体層２２を形成する（図３（Ｂ））。蛍光体層２２は、蛍光体をシラノールや水ガラスを主成分とする無機系バインダー中に高濃度に分散させた混合液をスピンコート法やブレードコート法もしくはスクリーン印刷法などの方法で塗膜を作製することにより形成可能である。このとき、蛍光体の充填密度を高めるため無機系バインダー１に対して重量比で蛍光体を３〜５の割合で混合する。単に混合したのみでは粘度が高過ぎて均一に塗付することが難しいので、酢酸ｎブチル等の粘度調整剤を混合液に加えて粘度を低くして適宜調整すると好適である。塗付後１５０℃にて熱処理を行って硬化させる。このとき、粘度調整材は熱処理によって揮発する材料を用いると良い。
蛍光体は平均粒径が３〜２０μｍのものを用い、蛍光体層２２の厚みは、３０〜１００μｍ、好適には平均粒径８〜１５μｍの蛍光体を用いて４０〜５０μｍの蛍光体層とすると明るさと効率のバランスに優れた発光装置が得られる。蛍光体粒子が小さいと充填密度を高めることができるが、変換効率が好ましくなく、大き過ぎると均一性が悪くなり易いからである。また、厚みが薄いとやはり変換効率が悪くなり、厚くなると明るさが低下してくる傾向があるからである。
【００２８】
次に蛍光体層２２側を熱伸縮シート２３上に張り付け、保持板２１をスクライブ法やダイシング法にて所定の大きさに切断し（図３（Ｃ））、熱伸縮シート２３を引張って複数の波長変換部材７を作製する（図３（Ｄ））。各波長変換部材７の大きさは、ＬＥＤチップ１の辺の長さと同一もしくはそれ以上の長さを備え、ＬＥＤチップ１から放射された光の全量が入射するようにするのが好ましい。好適にはＬＥＤチップ１の辺の長さの１．２〜３倍、より好ましくは２倍の大きさとする。
【００２９】
続いて図２に示したように蛍光体層２２がＬＥＤチップ１の基板１１上に位置するようにして波長変換部材７をＬＥＤチップ１上に配設する。両者の接続には無機接着剤を用いて接合する。その後、凹部２内にエポキシ樹脂などの透光性封止材料８を充填して硬化させる。
【００３０】
面実装型ＬＥＤ発光装置１０は、以上のように構成されており、ＬＥＤチップ１から放射された光はＬＥＤ発光層を成長したサファイア基板１１を通過した後、直接に波長変換部材に入射する。
本実施形態によれば、ＬＥＤチップ１から放射された光の大部分は主光放射方向Ｌに向かって進行し、その光はエポキシ樹脂等の光劣化を生じ易い材料を通過することなく蛍光体に到達する。よって、従来例にて説明したＬＥＤ発光装置９０に比べて、光劣化発生の問題が生じにくくなる。また、均一な波長変換機能を有する波長変換部材７を比較的容易に得ることができる。更に、波長変換部材を有機材料層を介することなくＬＥＤチップ上に密接して載置可能であるから、従来の蛍光材料含有層を通過して光を取出す場合に比べて、厚みによる色むらの影響を受け難くなり色むらが生じにくくなる。
【００３１】
第２の実施形態について、図４および要部断面図である図５を用いて説明する。
【００３２】
第２の実施形態の発光装置３０は、砲弾型のレンズを備えたＬＥＤランプ形状の発光装置としている。発光装置３０は、一対のリードフレーム３１と、一方のリードフレーム３２の一端に設けた凹部３３内に載置したＬＥＤチップ１および波長変換部材７と、リードフレーム３１，３２とＬＥＤチップとを電気的に接続している金属ワイヤー３４と、これらを覆う砲弾型のレンズ３５とから構成され、ＬＥＤチップ１から放射された発光が波長変換部材７を通過する間に波長変換され、この光が主照射方向Ｌに向かって照射するものとされている。
【００３３】
リードフレーム３１，３２は、導電性および熱伝導性に優れた金属材料により形成され、一方のリードフレーム３２の一端には凹部３３が形成されている。凹部３３は略すり鉢形状をなしており、平坦部３３ａと平坦部３３ａ周囲の反射枠部３３ｂを備え、主照射方向Ｌに向かって光を反射するようにしている。
【００３４】
レンズ３５は、透光性の材料により形成され、ＬＥＤチップ１および波長変換部材７等を封止すると共に、砲弾型に形成されレンズ作用を奏するようになされている。レンズ３５に用いられる透光性材料としては、例えばエポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられるが、用途に応じて種々の材料の中から適宜選択でき、複数の材料層の積層構造としても良い。
【００３５】
ＬＥＤチップ１および波長変換部材７は、先の実施形態と同様な点は同一の符号を付し詳細な説明を省略するが、ＬＥＤチップ１の基板と波長変換部材７の蛍光体層２２とを密接して積層させている。
【００３６】
さらに、本実施形態においては、図５に示したようにＬＥＤチップ１をサブマウント３６に搭載した後に、これらをリードフレーム３２の凹部３３内に載置する構成としている。サブマウント３６は、例えば熱伝導性に優れると共にＬＥＤチップ１の半導体材料と熱膨張係数の近似した材料を用い、その表面にＬＥＤチップ１のｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７およびｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８と夫々が接続する第一接続用電極３７および第二接続用電極３８を有している。本実施形態ではシリコン（Ｓｉ）からなるサブマウントとし、その表面に絶縁層３９を介して第一接続用電極３７を設けたものとし、第二接続用電極３８はシリコン材料と導通するように形成している。
【００３７】
ここで、本実施形態のＬＥＤ発光装置３０の製造方法について簡単に説明する。まず、ｐ型電極用マウント用ボンディングパッド１７およびｎ型電極用マウント用ボンディングパッド１８を作製するまでのＬＥＤチップ１の作製工程および波長変換部材作製工程を、先の実施形態と同一の工程にて実施する。ただし、発光層を形成した基板１１表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７最表面までの距離とｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８最表面までの距離が略同一であるが、ｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７までの距離の方が絶縁層３９の厚み分、短くなるように形成されている。次に、作製したＬＥＤチップ１と波長変換部材７とを、蛍光体層２２がＬＥＤチップ１の基板１１上に位置するようにして波長変換部材７をＬＥＤチップ１上に接合して一体化する。
また、シリコンウエハ表面には、開口部を有する所定形状とした絶縁層３９を形成する。その後、絶縁層３９上および開口しているシリコン上に金蒸着等の適宜手段により、第一接続用電極３７および第二接続用電極３８をそれぞれ形成し、パターニングする。その後、第一接続用電極３７および第二接続用電極３８上にＡｕ−Ｓｎなどからなる共晶電極１９を形成し、波長変換部材とほぼ同一の大きさに切断してサブマウント３６を用意する。
【００３８】
続いて、一体化したＬＥＤチップ１のｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７，ｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８とサブマウント３６の第一接続用電極３７，第二接続用電極３８をそれぞれ共晶電極１９を介して接続し、電気的、機械的接触特性を改善するために約３００℃にて加熱処理して、一体化したＬＥＤチップ１をサブマウント３６上に所謂、フリップチップ方式にて搭載する。
【００３９】
その後、ＬＥＤチップ１および波長変換部材７が搭載されているサブマウント３６を凹部３３の平坦部３３ａに導電性接着剤等を用いて固定し、サブマウント３６に作製されている第二接続用電極３８とリードフレーム３１とを、ワイヤーボンディングにて接続する。最後にトランスファーモールド法によってエポキシ樹脂からなるレンズ３５にてこれらを被覆する。
【００４０】
ＬＥＤ発光装置３０は、以上のように構成されており、ＬＥＤチップ１から放射された光はＬＥＤ発光層を成長したサファイア基板１１を通過した後、直接に波長変換部材に入射する。
ＬＥＤチップとしてピーク波長３８０ｎｍの紫外線を発光する半導体発光素子を用いて、この実施形態の発光装置３０を作製して寿命特性を調べたところ、従来の発光装置においては透光性樹脂の黄変により５００時間未満で黄変が観測され発光出力が低下していたが、連続通電試験において１１５０時間後においても初期の発光出力に比べて約９８％という高い出力を維持していた。
【００４１】
本実施形態によれば、ＬＥＤチップ１から放射された光の大部分は主光放射方向に対して進行し、その光はエポキシ樹脂等の光劣化を生じ易い材料を通過することなく蛍光体に到達する。よって、従来例にて説明したＬＥＤ発光装置９０に比べて、光劣化発生の問題が生じにくくなる。また、均一な波長変換機能を有する波長変換部材７を比較的容易に得ることができる。更に、有機材料層を介することなくＬＥＤチップ上に密接して載置可能であるから、従来の蛍光材料含有層を通過して光を取出す場合に比べて、厚みによる色むらの影響を受け難くなり色むらが生じにくくなる。また、平坦なサブマウント３６上にＬＥＤチップ１等を搭載した後に、凹部３３内に載置するものとしているので、取付作業が容易になる。
【００４２】
尚、上記した実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲はこれらの態様に限られるものではない。例えば図６に示すように、ＬＥＤチップ１の端面から漏れる光も確実に波長変換されるようにＬＥＤチップ１の端面に蛍光体４１を無機系バインダーに高配合させた塗付液を塗付する等の手段により蛍光体層４２を設けるようにしても良い。この場合には、ＬＥＤチップ１端面から放射された光も波長変換されるものとなり、その光の分、明るい発光装置を得ることができ得る。
【００４３】
更に、砲弾型のレンズ形状としたが他の形状のレンズとした場合、面実装型ＬＥＤ発光装置の凹部内にサブマウント上に搭載したＬＥＤチップを配設した場合等の、種々の変更も当然に本発明に包含される。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば波長変換部材がＬＥＤチップの基板と密接状態にて接合されているので、ＬＥＤチップが発光する光の殆ど大部分が透光性樹脂に入射することなく波長変換部材に到達する。したがって、透光性樹脂の経時的な光劣化が抑制されるから、発光寿命特性の優れた波長変換発光装置を得ることができる。
また、均一な厚みの波長変換部材を作製し、それをＬＥＤチップの基板面と接合するようにして作製しているので、ＬＥＤチップと波長変換部材を密接して設けることができ、金属ワイヤーや透光性樹脂が両者の間に介在することなく取り付けることができる。したがって、透光性樹脂の経時的な光劣化を抑制して、発光寿命特性の優れた波長変換発光装置を製造することができる。特に蛍光体として特性の異なる赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体をブレンドしてなる混合蛍光体を用いる場合には、蛍光体層の短時間乾燥化によって蛍光体分布を均一にすることもでき、色むらの生じにくい発光装置を再現性よく製造することができ得る、といった顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第一の実施形態の面実装型ＬＥＤ発光装置の概略断面図である。
【図２】図１の面実装型ＬＥＤ発光装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明による波長変換部材の製造工程を順に説明する概略断面図である。
【図４】本発明による第二の実施形態のＬＥＤ発光装置を示す説明図である。
【図５】図４の面実装型ＬＥＤ発光装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明による他の実施形態の発光装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図７】従来の面実装型ＬＥＤ発光装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ ＬＥＤチップ
２ 凹部
３ 反射枠
４ 基体
５ 第一接続用電極
６ 第二接続用電極
７ 波長変換部材
８ 透光性封止材料
１０，３０ 発光装置
１１ 基板
１２ ｎ型半導体層
１３ ｐ型半導体層
１４ ｐ型オーミック電極
１５ 絶縁膜
１６ ｎ型オーミック電極
１７ ｐ電極マウント用ボンディングパッド
１８ ｎ電極マウント用ボンディングパッド
１９ 共晶電極
２１ 保持板
２２ 蛍光体層
２３ 熱伸縮シート
３１，３２ リードフレーム
３３ 凹部
３４ 金属ワイヤー
３５ レンズ
３６ サブマウント
３７ 第一接続用電極
３８ 第二接続用電極
３９ 絶縁層
４１ 蛍光体
９０ 面実装型ＬＥＤ発光装置
９１ ＬＥＤチップ
９２ 凹部
９３ 基部
９４ 透光性樹脂
９５ 蛍光体
９６ 電極
９７ 蛍光体含有樹脂層
【発明の属する技術分野】
本発明は発光装置に関し、特に半導体発光素子を組み込んだ発光装置に関する。詳しくは発光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）などの半導体発光素子と蛍光材料とを組合わせて、蛍光材料による放出光を利用して白色発光などを行う発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤなどの半導体発光素子と蛍光体を組合わせた発光装置は、長寿命な発光装置として広く用いられはじめており、例えば液晶のバックライト光源として白色発光ＬＥＤが使われるなど、様々な用途が期待されている。
【０００３】
図７は、従来の白色発光のＬＥＤ発光装置の一例を示す断面図であり、プリント基板等の上にＬＥＤ発光装置を載置する所謂、面実装型のＬＥＤ発光装置の例を示す。ＬＥＤ発光装置９０は図７（Ａ）に示すように、ＧａＮ系化合物半導体等からなる青色発光ＬＥＤチップ９１と、ＬＥＤチップ９１を搭載する凹部９２を中央に備えた基部９３と、凹部９２内に充填された透光性樹脂９４とからなる。また、透光性樹脂９４には、ＬＥＤチップ９１から放射された光の一部を吸収して黄色系の光を放出する蛍光体９５が分散混入されている。また、基部９３の外周面および凹部９２内面には一対の外部接続電極９６、９６が設けられ、凹部９２内においてＬＥＤチップ９１と金属ワイヤーで電気的に接続されている。
このＬＥＤ発光装置９０においては、ＬＥＤチップ９１から放射された光の一部が透光性樹脂９４内に分散している蛍光体９５に吸収され、蛍光体９５は黄色系の光を放出する。これによりＬＥＤチップ９１の青色光と蛍光体９５の黄色系の光が同時に発光装置９０から照射され、白色系の発光色を得ることが可能になる。なお、ＬＥＤチップとしては一般に、紫外域から青色領域の光を発光する窒化ガリウム系化合物半導体等が使用され、透光性樹脂としてはエポキシ樹脂が用いられる。
【０００４】
また、透光性樹脂９４内に蛍光体を分散させた場合には、蛍光体の分布むらが生じやすいため色むらが発生することがある。そこで、図７（Ｂ）に示したように、蛍光体９５を含まない透光性樹脂９４’にてＬＥＤチップ９１を封止し、その上に蛍光体９５を含有する樹脂層９７を均一な厚みとなるように形成することにより、色むらを生じにくくしたものも提案されている。
このような青色発光ＬＥＤと蛍光物質とにより青色ＬＥＤからの発光を色変換させて白色発光を可能とした発光装置としては、例えば特開平５−１５２６０９号、特開平７−９９３４５号、特開平１１−３１８４５号、特開２０００−１５６５２８号公報などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の技術では、ＬＥＤチップ９１からの放射光が蛍光体９５に到達するまでの間には透光性樹脂９４内を通過しなければならない。しかしながら、透光性樹脂９４として一般的にエポキシ樹脂が使用されているため、ＬＥＤチップから放射された紫外線光等によって透光性樹脂９４が劣化し、透過率が経時的に低下する黄変現象などを生じる。そのため、特にＬＥＤチップ９１として紫外線領域の光を発光する材料を用い、且つ、かかる光路内にエポキシ樹脂を用いた発光装置においては、白色発光出力が低下し、耐久性に優れた発光装置を得ることが難しいという問題点があった。
【０００６】
また、ＬＥＤチップ９１を載置している凹部９２内に、透光性樹脂を用いることなく蛍光体を塗付等によりに配設し、それらを透光性樹脂にて封止した発光装置も提案されている。しかし、かかる場合においては蛍光体にてＬＥＤチップを埋め込むような構成となるため、蛍光体の厚み調整が困難で色調・明るさの調整が難しく、また、演色性に優れた発光装置を再現性よく得ることが難しいという問題点がある。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑み、明るさ・色の均一性に優れ、且つ、耐久性に優れた発光装置を得ることができる発光装置およびその製造方法を提供することを主たる目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の一の観点によれば、透光性の基板上に半導体発光層を設けた発光素子と、該発光素子の放射光を吸収して異なる波長の光を放出する波長変換部材と、これらを一体化して封止する透光性材料とを備えた発光装置において、上記発光素子は、発光層表面側にｐ型電極およびｎ型電極が反射性材料により形成されると共に、その各表面にはｐ型電極マウント用ボンディングパッドおよびｎ型電極マウント用ボンディングパッドが、発光層を形成した基板表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離とｎ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離が略同一となるように形成され、該マウント用ボンディングパッドを介して外部接続用電極にワイヤーを用いることなく電気的に接続されており、上記波長変換材部材は、上記基板の発光層と反対側の表面に密接して設けられ、かつ、上記発光素子と同等以上の大きさとされている、ことを特徴とする発光装置、により達成される。
【０００９】
この発明では、発光層から放射された光の殆どが透光性樹脂に入射することなく波長変換部材に到達し、波長変換された光を外部に照射する。よって、透光性樹脂が発光層からの光により劣化されることがなくなり、長期間の使用によっても発光出力の低下を抑えた発光装置を得ることができ、これにより上記した目的は達成される。
【００１０】
また、本発明の他の観点の発明によれば、透光性の基板上に半導体発光層を設けた発光素子と、該発光素子の放射光を吸収して異なる波長の光を放出する波長変換部材と、これらを一体化して封止する透光性材料とを備えた発光装置の製造方法であって、上記基板上に半導体発光層を形成する工程と、半導体発光層の上に反射性材料によりｐ型電極およびｎ型電極を形成する工程と、それらの各表面にｐ型電極マウント用ボンディングパッドおよびｎ型電極マウント用ボンディングパッドを、発光層を形成した基板表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離とｎ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離が略同一になるように形成する工程と、を順に行う発光素子チップ作製工程と、透光性の保持板の少なくとも一方の表面上に無機系バインダー中に蛍光材料を分散させた塗付液を用いて蛍光体膜を形成する工程と、伸縮シート上に蛍光体膜を設けた保持板を載置した後に切断し、その後に該伸縮シートを伸ばして波長変換部材を分割する工程とを有する波長変換部材作製工程と、発光装置の外部接続用の一対の電極に発光素子チップ作製工程を終えた上記ｐ型電極マウント用ボンディングパッドおよびｎ型電極マウント用ボンディングパッドを夫々電気的に接続する工程と、発光素子の基板の発光層と反対側表面に波長変換部材作製工程を終えた波長変換部材を載置する工程と、を有する発光素子配設工程と、発光素子配設工程の後に、発光素子、波長変換部材および外部接続用電極を透光性材料にて封止する工程とを、備えていることを特徴とする発光装置の製造方法、により上記した目的は達成される。
【００１１】
この発明によれば、均一な厚みに制御された波長変換部材を容易に得ることができ、色むらの生じにくい発光装置を再現性よく製造することができ、上記した目的を達成することができ得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図６を参照しながら、詳細に説明する。図１及び図２は本発明による発光装置の第１の実施形態を示す。なお、この実施形態は所謂面実装型もしくはチップ部品タイプと称されるＬＥＤ発光装置に適用したものである。
【００１３】
面実装型ＬＥＤ発光装置１０は、略直方体形状をなしており、図示しないプリント配線基板上に実装してプリント配線基板の法線方向に向かって光線Ｌを照射するものである。絶縁性の基体４の表面側中央部には凹部２が形成され、凹部２の中央部にはＬＥＤチップ１が取り付けられており、周辺には反射枠３が形成されている。また、凹部２内には透光性封止材料８が充填されている。基体４の裏面側には第一接続用電極および第二接続用電極が配設され、各々の他方の端部は凹部２内部にまで回り込むように形成され、ＬＥＤチップ１の電極と電気的に接続している。
【００１４】
ＬＥＤチップ１は、蛍光材料を励起可能な半導体発光素子であり、青色および／または紫外光を放射するものが好ましい。このような半導体発光素子としては、例えばＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ，ＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物、ダイヤモンド等を発光層として形成させたものを用いることができる。
例えば図２に示したＬＥＤチップ１は、紫外線光を透過するサファイアなどの基板１１の面上にＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相法）によりｎ型半導体層１２（ｎ−ＧａＮ）を形成した後、その上にｐ型半導体層１３（ｐ−ＧａＮ）を形成してｐｎ接合を形成している。また、ｎ型半導体層１２の上には、ｎ型オーミック電極１６およびｎ電極マウント用ボンディングパッド１８が形成され、ｐ型半導体層１３の上には、ｐ型オーミック電極１４およびｐ電極マウント用ボンディングパッド１７が形成されている。なお、符号１５は絶縁膜である。
【００１５】
波長変換部材７は、ＬＥＤチップ１から放射された光により励起されて発光する蛍光体等の蛍光材料を含有する部材からなり、ＬＥＤチップ１の発光面の大きさと同等以上、好適にはＬＥＤチップ１の基板１１より大きな大きさにて蛍光材料がＬＥＤチップ１側に位置するようにして上記基板１１に密接して設けられている。波長変換部材７は、発光装置１０が照射する照射光を透過可能なガラスなどの保持板２１上に蛍光体層２２を塗付形成したものであり、蛍光体層２２は光劣化する樹脂成分を含まないよう無機系バインダーを用いて塗布されている。
蛍光体層２２に含まれる蛍光材料は、励起光源であるＬＥＤチップから放射される光や、ＬＥＤ発光装置の用途等に応じた所望の発光色に応じて種々の公知の蛍光材料から適宜選択することができる。具体的な蛍光材料としては、セリウムで付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、セリウムで付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にプラセオジウムをドープした蛍光体、赤色に変換するＬａ２Ｏ２蛍光体、緑色に変換する３Ｂａ０・８Ａｌ２Ｏ３蛍光体および青色に変換するＳｒ１０（ＰＯ４）６Ｃ１２蛍光体およびこれらを混合した混合蛍光体などがある。
【００１６】
透光性封止材料８は、凹部２内に充填され、ＬＥＤチップ１および波長変換部材７を封止する。また、凹部２上に図示しない半球状等のレンズを形成してもよい。透光性封止材料８としては、ＬＥＤチップ１などを一体化するパッケージを成形しやすく、ＬＥＤチップと外部とを電気的に絶縁でき、透過率が高い材料が好ましい。更に好ましくはＬＥＤチップ１等との密着性に優れると共に耐熱性などの信頼性に優れる材料が良い。具体的な材料例としては、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられるが、用途に応じて種々の材料の中から適宜選択でき、複数の材料層の積層構造としても良い。
【００１７】
ここで、本実施形態のＬＥＤ発光装置１０の製造方法について図２および図３を用いて簡単に説明する。
【００１８】
まず、ＬＥＤチップ１の作製工程について説明する。紫外線光を透過するサファイアなどの基板１１を洗浄した後、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相法）により図示しないバッファー層およびｎ型半導体層１２（ｎ−ＧａＮ）を成長し、その上にｐ型半導体層１３（ｐ−ＧａＮ）をエピタキシャル成長して半導体発光層を形成する。
【００１９】
このようにして発光層を設けた図示しないデバイスウエハを液相エッチングまたは気相エッチングによってｎ型半導体層１２の一部を露出させ、その後、ｐ型半導体層１３上にＮｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｈなどの金属で形成したｐ型オーミック電極１４を設ける。このｐ型オーミック電極１４は紫外線光などの発光層から放射された光に対する反射率が高い材料を使い、ｐ型半導体層１３の全表面を覆うように形成することが好ましい。
ｐ型オーミック電極１４としては、例えば、ｐ型半導体層１３側から順に白金（Ｐｔ）１０オングストローム、銀（Ａｇ）３０００オングストローム、チタン（Ｔｉ）１０００オングストローム、白金（Ｐｔ）１０００オングストローム、金（Ａｕ）１０００オングストロームを順に蒸着して形成した積層電極を用いている。白金および銀は半導体層とのオーミックコンタクトを取るとともに発光光に対する反射率を高めるために形成し、最表面の金層は酸化しない表面層とし、また後に積層するボンディングパッドとの接触性を良好にするために積層している。なお、最表面の金層と接触する白金層は金層の拡散を予防するために形成し、それと接するチタン層はその白金層の拡散を予防するために用いている。
【００２０】
ｐ型オーミック電極１４を形成した後にＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの紫外線領域で透明な絶縁膜１５をｐ型半導体層１３の端面およびｐ型電極用マウント用ボンディングパッド１７を除くｐ型オーミック電極１４表面を覆うようにして形成する。このような絶縁膜１５は、デバイスウエハ全体の上に電子線蒸着法やスパッタ法、化学的気相成膜法などを用いて形成し、その一部を除去することにより得ることができる。絶縁膜を形成することでｐ−ｎのショートを予防することができるが、適宜の距離を隔ててｐ型オーミック電極１４およびｎ型オーミック電極１６を設けた場合には、絶縁膜１５を省略することもでき得る。
【００２１】
絶縁膜１５を形成した後に、紫外線波長において高い反射率のＡｇ，Ａｌなどで形成したｎ型オーミック電極１６を露出させたｎ型半導体層１２上に形成する。このｎ型オーミック電極１６は紫外線光などのＬＥＤチップ発光光の反射率が高い材料を使うことが好ましい。
ｎ型オーミック電極１６としては、例えば、ｎ型半導体層１２側から順にチタン（Ｔｉ）２０オングストロームおよびアルミニウム（Ａｌ）３０００オングストロームを順に蒸着して形成した積層電極を用いている。このような金属材料はｎ型オーミック電極１６とのオーミックコンタクトを取るとともに発光光に対する反射率を高めるために形成している。
【００２２】
続いてｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７およびｎ型電極用マウントボンディングパッド１８をＴｉ，Ｎｉ，Ａｕなどの金属材料で形成する。なお、ｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８の厚みをｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７よりも厚くして、基板１１の表面からの距離が等しくなるように調整している。
ｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７は、例えば、ｐ型半導体層１３側から順に金（Ａｕ）１０００オングストローム、白金（Ｐｔ）１０００オングストローム、金（Ａｕ）２０００オングストロームを順に蒸着して形成した積層電極を用いている。最初に形成する金層はｐ型オーミック電極１４との接続性を良好に保つために用い、最表面の金層はＬＥＤチップ１と第一接続用電極５とのＡｕ−Ｓｎ共晶電極１９を用いた接続性が良好になるために積層している。なお、最表面の金層と接触する白金層は最表面の金層が共晶化された場合の、その拡散を予防するために形成している。
【００２３】
ｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８は、例えば、ｎ型半導体層１２側から順にチタン（Ｔｉ）１０００オングストローム。金（Ａｕ）１０００オングストローム、白金（Ｐｔ）１０００オングストローム、金（Ａｕ）２０００オングストロームを順に蒸着して形成した積層電極を用いている。チタン層はｎ型オーミック電極１６との接続性を良好にするために形成している。最初に形成する金層は、基板１１表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７表面までの距離と、基板１１表面からｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８表面までの距離をほぼ等しくするための厚み調整層として形成している。また、最表面の金層はＬＥＤチップ１と第二接続用電極６とのＡｕ−Ｓｎ共晶電極１９を用いた接続性が良好になるために積層し、最表面の金層と接触する白金層は最表面の金層が共晶化された場合の、その拡散を予防するために形成している点はｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７と同一である。よって、この白金層および金層については、ｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８およびｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７の双方を同時に形成することができる。なお、これらの電極材料として反射率の高い材料を用いるのは、基体側に向かって放射された光を反射させて基板１１側から取出す光の量を増大させるためである。また、本明細書において高反射率材料とは、発光層から放射された光の主ピーク波長に対し、５０％よりも高い反射率を示す材料をいい、狭義には７０％以上の反射率を示すものをいう。例えば約４００ｎｍの波長に対し、上記したｐ型電極およびｎ型電極はいずれも７０〜８０％程度の反射率を示すが、金電極の場合には５０％未満の反射率である。
【００２４】
一方、凹部２内の第一接続用電極５および第二接続用電極６のｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７およびｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８に対向する位置には、Ａｕ−Ｓｎなどからなる共晶電極１９を形成しておく。
【００２５】
次に、ＬＥＤチップ１を基板１１側が上面となるようにして、第一接続用電極５とｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７を、第二接続用電極６とｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８を、夫々共晶電極１９を介して接続し、電気的、機械的接触特性を改善するために約３００℃にて加熱処理して、ＬＥＤチップ１を凹部２内に所謂、フリップチップ方式にて設置する。
【００２６】
続いて波長変換部材作製工程について説明する。図３は波長変換部材の作製工程を工程順に概略を示すものである。２１は保持板、２２は蛍光体層、２３は熱伸縮シートである。まず、保持板２１を用意し洗浄する（図３（Ａ））。保持板２１としてはガラス等の発光装置１０の照射光を透過可能な材料を用い、その厚みは５０〜１００μｍ程度とする。これより厚いと発光装置が大型化し、これより薄いと以後の作業においてハンドリング作業が困難になるからである。また、保持板２１は紫外線光の透過率の低い材料を用いることが好ましい。ＬＥＤチップ１から放射された光は、蛍光体層２２を通過した後に保持板２１を通過して、透光性封止材料８に到達する。したがって、透光性封止材料８を劣化させるおそれのある蛍光体層２２を通り抜けた紫外線をできる限り遮断する特性を備えることが好ましいからである。また、保持板２１に着色を施したものを用いることもでき得る。着色した保持板２１を用いることで、発光装置の色バランスを調整可能だからである。例えば励起光源であるＬＥＤチップ１の発光が紫外線光で、蛍光体層２２が所謂三波長蛍光体の場合において、赤色発光用の蛍光体による発光ピークが青色発光用および緑色発光用蛍光体による発光ピークに比べて弱い場合には、青色および緑色の領域における光を吸収する着色を施したものを用いて、白色の色調を調整することができ得る。
【００２７】
次に蛍光体層２２を形成する（図３（Ｂ））。蛍光体層２２は、蛍光体をシラノールや水ガラスを主成分とする無機系バインダー中に高濃度に分散させた混合液をスピンコート法やブレードコート法もしくはスクリーン印刷法などの方法で塗膜を作製することにより形成可能である。このとき、蛍光体の充填密度を高めるため無機系バインダー１に対して重量比で蛍光体を３〜５の割合で混合する。単に混合したのみでは粘度が高過ぎて均一に塗付することが難しいので、酢酸ｎブチル等の粘度調整剤を混合液に加えて粘度を低くして適宜調整すると好適である。塗付後１５０℃にて熱処理を行って硬化させる。このとき、粘度調整材は熱処理によって揮発する材料を用いると良い。
蛍光体は平均粒径が３〜２０μｍのものを用い、蛍光体層２２の厚みは、３０〜１００μｍ、好適には平均粒径８〜１５μｍの蛍光体を用いて４０〜５０μｍの蛍光体層とすると明るさと効率のバランスに優れた発光装置が得られる。蛍光体粒子が小さいと充填密度を高めることができるが、変換効率が好ましくなく、大き過ぎると均一性が悪くなり易いからである。また、厚みが薄いとやはり変換効率が悪くなり、厚くなると明るさが低下してくる傾向があるからである。
【００２８】
次に蛍光体層２２側を熱伸縮シート２３上に張り付け、保持板２１をスクライブ法やダイシング法にて所定の大きさに切断し（図３（Ｃ））、熱伸縮シート２３を引張って複数の波長変換部材７を作製する（図３（Ｄ））。各波長変換部材７の大きさは、ＬＥＤチップ１の辺の長さと同一もしくはそれ以上の長さを備え、ＬＥＤチップ１から放射された光の全量が入射するようにするのが好ましい。好適にはＬＥＤチップ１の辺の長さの１．２〜３倍、より好ましくは２倍の大きさとする。
【００２９】
続いて図２に示したように蛍光体層２２がＬＥＤチップ１の基板１１上に位置するようにして波長変換部材７をＬＥＤチップ１上に配設する。両者の接続には無機接着剤を用いて接合する。その後、凹部２内にエポキシ樹脂などの透光性封止材料８を充填して硬化させる。
【００３０】
面実装型ＬＥＤ発光装置１０は、以上のように構成されており、ＬＥＤチップ１から放射された光はＬＥＤ発光層を成長したサファイア基板１１を通過した後、直接に波長変換部材に入射する。
本実施形態によれば、ＬＥＤチップ１から放射された光の大部分は主光放射方向Ｌに向かって進行し、その光はエポキシ樹脂等の光劣化を生じ易い材料を通過することなく蛍光体に到達する。よって、従来例にて説明したＬＥＤ発光装置９０に比べて、光劣化発生の問題が生じにくくなる。また、均一な波長変換機能を有する波長変換部材７を比較的容易に得ることができる。更に、波長変換部材を有機材料層を介することなくＬＥＤチップ上に密接して載置可能であるから、従来の蛍光材料含有層を通過して光を取出す場合に比べて、厚みによる色むらの影響を受け難くなり色むらが生じにくくなる。
【００３１】
第２の実施形態について、図４および要部断面図である図５を用いて説明する。
【００３２】
第２の実施形態の発光装置３０は、砲弾型のレンズを備えたＬＥＤランプ形状の発光装置としている。発光装置３０は、一対のリードフレーム３１と、一方のリードフレーム３２の一端に設けた凹部３３内に載置したＬＥＤチップ１および波長変換部材７と、リードフレーム３１，３２とＬＥＤチップとを電気的に接続している金属ワイヤー３４と、これらを覆う砲弾型のレンズ３５とから構成され、ＬＥＤチップ１から放射された発光が波長変換部材７を通過する間に波長変換され、この光が主照射方向Ｌに向かって照射するものとされている。
【００３３】
リードフレーム３１，３２は、導電性および熱伝導性に優れた金属材料により形成され、一方のリードフレーム３２の一端には凹部３３が形成されている。凹部３３は略すり鉢形状をなしており、平坦部３３ａと平坦部３３ａ周囲の反射枠部３３ｂを備え、主照射方向Ｌに向かって光を反射するようにしている。
【００３４】
レンズ３５は、透光性の材料により形成され、ＬＥＤチップ１および波長変換部材７等を封止すると共に、砲弾型に形成されレンズ作用を奏するようになされている。レンズ３５に用いられる透光性材料としては、例えばエポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられるが、用途に応じて種々の材料の中から適宜選択でき、複数の材料層の積層構造としても良い。
【００３５】
ＬＥＤチップ１および波長変換部材７は、先の実施形態と同様な点は同一の符号を付し詳細な説明を省略するが、ＬＥＤチップ１の基板と波長変換部材７の蛍光体層２２とを密接して積層させている。
【００３６】
さらに、本実施形態においては、図５に示したようにＬＥＤチップ１をサブマウント３６に搭載した後に、これらをリードフレーム３２の凹部３３内に載置する構成としている。サブマウント３６は、例えば熱伝導性に優れると共にＬＥＤチップ１の半導体材料と熱膨張係数の近似した材料を用い、その表面にＬＥＤチップ１のｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７およびｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８と夫々が接続する第一接続用電極３７および第二接続用電極３８を有している。本実施形態ではシリコン（Ｓｉ）からなるサブマウントとし、その表面に絶縁層３９を介して第一接続用電極３７を設けたものとし、第二接続用電極３８はシリコン材料と導通するように形成している。
【００３７】
ここで、本実施形態のＬＥＤ発光装置３０の製造方法について簡単に説明する。まず、ｐ型電極用マウント用ボンディングパッド１７およびｎ型電極用マウント用ボンディングパッド１８を作製するまでのＬＥＤチップ１の作製工程および波長変換部材作製工程を、先の実施形態と同一の工程にて実施する。ただし、発光層を形成した基板１１表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７最表面までの距離とｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８最表面までの距離が略同一であるが、ｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７までの距離の方が絶縁層３９の厚み分、短くなるように形成されている。次に、作製したＬＥＤチップ１と波長変換部材７とを、蛍光体層２２がＬＥＤチップ１の基板１１上に位置するようにして波長変換部材７をＬＥＤチップ１上に接合して一体化する。
また、シリコンウエハ表面には、開口部を有する所定形状とした絶縁層３９を形成する。その後、絶縁層３９上および開口しているシリコン上に金蒸着等の適宜手段により、第一接続用電極３７および第二接続用電極３８をそれぞれ形成し、パターニングする。その後、第一接続用電極３７および第二接続用電極３８上にＡｕ−Ｓｎなどからなる共晶電極１９を形成し、波長変換部材とほぼ同一の大きさに切断してサブマウント３６を用意する。
【００３８】
続いて、一体化したＬＥＤチップ１のｐ型電極マウント用ボンディングパッド１７，ｎ型電極マウント用ボンディングパッド１８とサブマウント３６の第一接続用電極３７，第二接続用電極３８をそれぞれ共晶電極１９を介して接続し、電気的、機械的接触特性を改善するために約３００℃にて加熱処理して、一体化したＬＥＤチップ１をサブマウント３６上に所謂、フリップチップ方式にて搭載する。
【００３９】
その後、ＬＥＤチップ１および波長変換部材７が搭載されているサブマウント３６を凹部３３の平坦部３３ａに導電性接着剤等を用いて固定し、サブマウント３６に作製されている第二接続用電極３８とリードフレーム３１とを、ワイヤーボンディングにて接続する。最後にトランスファーモールド法によってエポキシ樹脂からなるレンズ３５にてこれらを被覆する。
【００４０】
ＬＥＤ発光装置３０は、以上のように構成されており、ＬＥＤチップ１から放射された光はＬＥＤ発光層を成長したサファイア基板１１を通過した後、直接に波長変換部材に入射する。
ＬＥＤチップとしてピーク波長３８０ｎｍの紫外線を発光する半導体発光素子を用いて、この実施形態の発光装置３０を作製して寿命特性を調べたところ、従来の発光装置においては透光性樹脂の黄変により５００時間未満で黄変が観測され発光出力が低下していたが、連続通電試験において１１５０時間後においても初期の発光出力に比べて約９８％という高い出力を維持していた。
【００４１】
本実施形態によれば、ＬＥＤチップ１から放射された光の大部分は主光放射方向に対して進行し、その光はエポキシ樹脂等の光劣化を生じ易い材料を通過することなく蛍光体に到達する。よって、従来例にて説明したＬＥＤ発光装置９０に比べて、光劣化発生の問題が生じにくくなる。また、均一な波長変換機能を有する波長変換部材７を比較的容易に得ることができる。更に、有機材料層を介することなくＬＥＤチップ上に密接して載置可能であるから、従来の蛍光材料含有層を通過して光を取出す場合に比べて、厚みによる色むらの影響を受け難くなり色むらが生じにくくなる。また、平坦なサブマウント３６上にＬＥＤチップ１等を搭載した後に、凹部３３内に載置するものとしているので、取付作業が容易になる。
【００４２】
尚、上記した実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲はこれらの態様に限られるものではない。例えば図６に示すように、ＬＥＤチップ１の端面から漏れる光も確実に波長変換されるようにＬＥＤチップ１の端面に蛍光体４１を無機系バインダーに高配合させた塗付液を塗付する等の手段により蛍光体層４２を設けるようにしても良い。この場合には、ＬＥＤチップ１端面から放射された光も波長変換されるものとなり、その光の分、明るい発光装置を得ることができ得る。
【００４３】
更に、砲弾型のレンズ形状としたが他の形状のレンズとした場合、面実装型ＬＥＤ発光装置の凹部内にサブマウント上に搭載したＬＥＤチップを配設した場合等の、種々の変更も当然に本発明に包含される。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば波長変換部材がＬＥＤチップの基板と密接状態にて接合されているので、ＬＥＤチップが発光する光の殆ど大部分が透光性樹脂に入射することなく波長変換部材に到達する。したがって、透光性樹脂の経時的な光劣化が抑制されるから、発光寿命特性の優れた波長変換発光装置を得ることができる。
また、均一な厚みの波長変換部材を作製し、それをＬＥＤチップの基板面と接合するようにして作製しているので、ＬＥＤチップと波長変換部材を密接して設けることができ、金属ワイヤーや透光性樹脂が両者の間に介在することなく取り付けることができる。したがって、透光性樹脂の経時的な光劣化を抑制して、発光寿命特性の優れた波長変換発光装置を製造することができる。特に蛍光体として特性の異なる赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体をブレンドしてなる混合蛍光体を用いる場合には、蛍光体層の短時間乾燥化によって蛍光体分布を均一にすることもでき、色むらの生じにくい発光装置を再現性よく製造することができ得る、といった顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第一の実施形態の面実装型ＬＥＤ発光装置の概略断面図である。
【図２】図１の面実装型ＬＥＤ発光装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明による波長変換部材の製造工程を順に説明する概略断面図である。
【図４】本発明による第二の実施形態のＬＥＤ発光装置を示す説明図である。
【図５】図４の面実装型ＬＥＤ発光装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明による他の実施形態の発光装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図７】従来の面実装型ＬＥＤ発光装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ ＬＥＤチップ
２ 凹部
３ 反射枠
４ 基体
５ 第一接続用電極
６ 第二接続用電極
７ 波長変換部材
８ 透光性封止材料
１０，３０ 発光装置
１１ 基板
１２ ｎ型半導体層
１３ ｐ型半導体層
１４ ｐ型オーミック電極
１５ 絶縁膜
１６ ｎ型オーミック電極
１７ ｐ電極マウント用ボンディングパッド
１８ ｎ電極マウント用ボンディングパッド
１９ 共晶電極
２１ 保持板
２２ 蛍光体層
２３ 熱伸縮シート
３１，３２ リードフレーム
３３ 凹部
３４ 金属ワイヤー
３５ レンズ
３６ サブマウント
３７ 第一接続用電極
３８ 第二接続用電極
３９ 絶縁層
４１ 蛍光体
９０ 面実装型ＬＥＤ発光装置
９１ ＬＥＤチップ
９２ 凹部
９３ 基部
９４ 透光性樹脂
９５ 蛍光体
９６ 電極
９７ 蛍光体含有樹脂層
Claims (3)
- 透光性の基板上に半導体発光層を設けた発光素子と、
該発光素子の放射光を吸収して異なる波長の光を放出する第一の蛍光体層を含む波長変換部材と、
これらを一体化して封止する透光性材料とを備えた発光装置において、
上記発光素子は、発光層表面側にｐ型電極およびｎ型電極が反射性材料により形成されると共に、
その各表面にはｐ型電極マウント用ボンディングパッドおよびｎ型電極マウント用ボンディングパッドが、発光層を形成した基板表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離とｎ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離が同一となるように形成され、該マウント用ボンディングパッドを介して外部接続用電極にワイヤーを用いることなく電気的に接続されており、
上記波長変換材部材は、上記基板の発光層と反対側の表面に密接して設けられ、かつ、上記発光素子と同等以上の大きさとされていて、
更に、上記発光素子の発光層端面には、第二の蛍光体層が設けられていることを特徴とする発光装置。 - 上記発光素子が、該素子の上記マウント用ボンディングパッドとサブマウント上に設けられた電極が接続するように、発光層側がサブマウントと対向するようにしてサブマウント表面に搭載されており、該サブマウントを介して発光素子に給電するための電極が接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 透光性の基板上に半導体発光層を設けた発光素子と、
該発光素子の放射光を吸収して異なる波長の光を放出する第一の蛍光体層を含む波長変換部材と、
これらを一体化して封止する透光性材料とを備えた発光装置の製造方法であって、
上記基板上に半導体発光層を形成する工程と、
半導体発光層の上に反射性材料によりｐ型電極およびｎ型電極を形成する工程と、
それらの各表面にｐ型電極マウント用ボンディングパッドおよびｎ型電極マウント用ボンディングパッドを、発光層を形成した基板表面からｐ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離とｎ型電極マウント用ボンディングパッド最表面までの距離が同一になるように形成する工程と、
を順に行う発光素子チップ作製工程と、
透光性の保持板の少なくとも一方の表面上に無機系バインダー中に蛍光材料を分散させた塗付液を用いて第一の蛍光体層を形成する工程と、
伸縮シート上に第一の蛍光体層を設けた保持板を載置した後に切断し、その後に該伸縮シートを伸ばして波長変換部材を分割する工程と
を有する波長変換部材作製工程と、
発光装置の外部接続用の一対の電極に発光素子チップ作製工程を終えた上記ｐ型電極マウント用ボンディングパッドおよびｎ型電極マウント用ボンディングパッドを夫々電気的に接続する工程と、
発光素子の基板の発光層と反対側表面に波長変換部材作製工程を終えた波長変換部材を載置する工程と、
を有する発光素子配設工程と、
更に、上記発光素子の発光層端面に、第二の蛍光体層を設ける工程と、
発光素子配設工程の後に、発光素子、波長変換部材および外部接続用電極を透光性材料にて封止する工程とを、備えていることを特徴とする発光装置の製造方法。
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