JP4874510B2

JP4874510B2 - 発光装置及びその製造方法

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Publication number: JP4874510B2
Application number: JP2003136556A
Authority: JP
Inventors: 滋嗣幸田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP2004342782A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光装置及びその製造方法に関し、特に発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光することのできる発光装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、高輝度、高出力な半導体発光素子や小型且つ好感度な発光装置が開発され種々の分野に利用されている。このような発光装置は、小型、低消費電力や軽量等の特徴を生かして、例えば、光プリンターヘッド光源、液晶バックライト光源、各種メータの光源、及び各種読みとりセンサー等に利用されている。
【０００３】
発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも呼ぶ）は、小型で効率が良く鮮やかな色の発光が可能である。また、半導体素子であるため球切れがなく、初期駆動特性及び耐震性に優れ、さらにＯＮ／ＯＦＦ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。そのため、各種インジケータや種々の光源として広く利用されている。しかしながら、ＬＥＤは優れた単色性のピーク波長を有するために白色系などの発光波長を発光することが難しい。
【０００４】
そこで近年、発光素子によって発光された光を蛍光体によって色変換して出力する発光装置が用いられている。このような発光装置は、たとえば１種類の発光素子を用いて白色系など発光素子自体が発する発光色とは異なる他の発光色を発光させることができる。
【０００５】
例えば、白色系の発光装置においては、半導体発光素子から青色光を発光させる一方、半導体発光素子を封止する封止樹脂中に黄色系の光を発光する蛍光体を分散させる。これにより、蛍光体が半導体発光素子からの発光の一部を吸収し、波長変換して黄色光を発光する。これら青色光と黄色光との混色により白色系の光を発光可能な発光装置が用いられている。
【０００６】
このような発光装置として、凹部（キャビティ）を有するパッケージ内に発光素子を配置し、パッケージの凹部に蛍光体を含有する封止樹脂によって発光素子を封止する発光装置が知られている。一例として、特許文献１の従来技術欄に、図３に示すように青色ＬＥＤチップ９２がダイボンドされた基板９１に、青色ＬＥＤチップ９２を取囲むように略コーン状の凹部９３ａが設けられたレンズホルダ９３が取付けられ、凹部９３ａにＹＡＧ蛍光体が混和されたレンズ９４が形成された白色ＬＥＤランプが開示されている。この白色ＬＥＤランプにおいては、基板９１上には、エッチングなどにより回路配線９１ａが行われている。青色ＬＥＤチップ９２からは金線により回路配線９１ａに配線が行われている。レンズ９４は、凹部９３ａにＹＡＧ蛍光体が混和された、エポキシ樹脂など透明樹脂がポッティングモールドなどの手段で注入され、熱硬化が行われて形成される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−５０７９８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の発光装置においては、発光装置毎に色のバラツキがあるという問題があった。このような白色系等の色変換型発光装置が屋外あるいは屋内用のディスプレイや照明に利用される場合、特に色バラツキは問題となる。
【０００９】
このような色バラツキの大きな要因の一つとして、パッケージのキャビティ隙間、特にリード電極と樹脂部材との境界にできる隙間から蛍光体を含んだエポキシ樹脂など透明樹脂（モールド部材）が漏れ出し、キャビティ内への注入樹脂量のばらつきが発生することが挙げられる。パッケージのキャビティ隙間から蛍光体を含んだ透明樹脂が漏れ出した場合、たとえ一定の樹脂量を注入しても、キャビティ内の樹脂の量、すなわち色変換に関与できる蛍光体の量にばらつきが生じるからである。このようなばらつきは発光装置の色度ばらつきを生じさせる。
【００１０】
そこで本発明は、パッケージからモールド部材が漏れ出すことを防止できる発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発光装置は、発光素子と、該発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する色変換層と、前記発光素子が配置されるパッケージと、少なくとも前記発光素子を被覆するモールド部材とを備える発光装置であって、前記パッケージは、前記発光素子を配置する凹部を有する樹脂部材と、該樹脂部材の底面から一部が露出したリード電極とから構成されており、前記色変換層は、バインダの有機溶媒を気化させることで互いに結合した蛍光体粒子から構成され、前記パッケージ内の表面近傍における前記リード電極と前記樹脂部材との境界に少なくとも形成され、前記モールド部材は、前記色変換層上に形成されることを特徴とする。この構成によって、パッケージの表面近傍におけるリード電極と樹脂部材との間にある隙間からモールド部材が漏れ出すことを防止することができる。またこの構成によって、パッケージの凹部の底面周辺に生じる隙間からモールド部材が漏れ出すことを防止することができる。さらにこの構成によって、モールド部材の発光素子からの剥離を防止でき、発光素子からの光の取り出し効率低下を防止することができる。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る発光装置は、請求項１に記載の特徴に加えて、前記色変換層は、前記発光素子の側面に形成され、前記モールド部材は、前記発光素子の上面及び前記色変換層の上面に形成されることを特徴とする。この構成によって、モールド部材の発光素子からの剥離を防止でき、発光素子からの光の取り出し効率低下を防止することができる。
【００１３】
さらに、本発明の請求項３に係る発光装置は、請求項１又は２に記載の特徴に加えて、前記モールド部材は、蛍光体粒子を拡散させた透光性部材から構成されることを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、本発明の請求項４に係る発光装置は、請求項１から３のいずれかに記載の特徴に加えて、前記発光素子の正負一対の両電極は、サブマウントに設けた正負一対の両電極と対向させて接合され、前記サブマウントが前記リード電極に固定されることを特徴とする。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明の請求項５に係る発光装置の製造方法は、発光素子と、該発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する色変換層と、リード電極と樹脂部材とから構成され、前記発光素子が配置されるパッケージと、少なくとも前記発光素子を被覆するモールド部材とを備える発光装置の製造方法であって、蛍光体粒子を含むバインダを前記発光素子が配置されるパッケージの表面の内、少なくとも前記リード電極と前記樹脂部材との境界に塗布し、前記バインダの有機溶媒を気化させることによって互いに蛍光体粒子を結合させた色変換層を形成する色変換層形成ステップと、前記色変換層上にモールド部材を形成するモールド部材形成ステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の請求項６に係る発光装置の製造方法は、請求項５に記載の特徴に加えて、前記パッケージは、前記発光素子を配置する凹部を有しており、前記色変換層形成ステップにおいて、前記蛍光体粒子を含むバインダは、前記パッケージの前記凹部にフラットに塗布されることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明の請求項７に係る発光装置の製造方法は、請求項５又は６に記載の特徴に加えて、前記色変換層形成ステップにおいて、前記蛍光体粒子を含むバインダは前記リード電極の露出面にも塗布されることを特徴とする。この構成によって、リード電極の露出面近傍からモールド部材が漏れ出すことを防止することができる。
【００１８】
さらにまた、本発明の請求項８に係る発光装置の製造方法は、請求項５から７のいずれかに記載の特徴に加えて、前記バインダは有機溶媒にニトロセルロース、エチルセルロース又はポリエチレンオキサイド等の粘結材と結着剤とを添加したことを特徴とする。この構成によって、好適に結合した蛍光体粒子から構成される色変換層を形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置及びその製造方法を例示するものであって、本発明は発光装置及びその製造方法を以下のものに特定しない。
【００２０】
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。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誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２１】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態に係る発光装置を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の形態に係る表面実装型（ＳＭＤ型）発光装置の概略的な断面図である。発光装置は、発光素子５と、発光素子５からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する色変換層６と、リード電極２，３を有するとともに発光素子５が配置されるパッケージ１と、発光素子５をモールドするモールド部材７とを備える。
【００２２】
パッケージ１はリード電極２，３と樹脂部材１ａから構成される。パッケージ１は発光素子を配置する凹部（キャビティ）を有しており、リード電極２，３は凹部の底面から一部が露出している。パッケージ１は、例えば、発光素子５を配置する凹部を有するとともに、凹部の底面において一対のリード電極２，３の表面が露出されるようにインサート成形されて形成される。リード電極２，３は、発光素子５が配置されるパッケージ１の表面、ここでは凹部の底面に配置される。
【００２３】
発光素子５は、例えば、青色領域から紫外領域の波長の光を発光可能な窒化物半導体発光素子が用いられる。図１の例では、発光素子５は同一面側に正負一対の電極を有している。発光素子５の電極は、リード電極２，３と対向して配置されてそれぞれのリード電極に直接ボンディングされる、いわゆるフリップチップボンディングによって接続されている。
【００２４】
色変換層６は、例えば、後述する蛍光体粒子を含むバインダを発光素子５が配置されるパッケージ１の表面に塗布した後バインダの有機溶媒を気化させる方法によって、結合した蛍光体粒子から構成されるとともに、発光素子５が配置されるパッケージ１の表面に形成される。色変換層６は凹部の底面に形成されるとともに、リード電極２，３と樹脂部材１ａとの境界に少なくとも形成される。図１の例では、色変換層６は発光素子５の上面にも形成されているが、発光素子５の上面には色変換層６を形成しない構成とすることもできる。発光素子５の上面には色変換層６を形成しない構成とし、発光素子５の周辺、すなわち側面のみに色変換層６を形成することによって、光出力を向上させることができる。
【００２５】
従来の蛍光体を含む熱硬化性樹脂をキャビティに注入する方法では、リード電極と樹脂部材との間に生じる隙間等からモールド部材の熱硬化性樹脂が漏れ出す。たとえ熱硬化性樹脂の粘度を大きくしたとしても、熱硬化性樹脂は加熱硬化時粘度が大きく低下することから、隙間に蛍光体を含む樹脂が流れ込むことを防止することは困難であった。本発明においては、従来のように樹脂中に蛍光体が存在するのではなく、蛍光体粒子そのものによって色変換層を形成することから蛍光体の量を一定にすることができる。そのため、発光装置毎の色度ばらつきを大きく低減することができる。また一方では、エポキシ樹脂は金属フレームあるいは半導体チップとの密着性が悪く剥離が発生するという問題もある。シリコーンにおいてもシリコーン用の接着剤を別途使用する必要がある。本発明においては、色変換層６が結着材として作用することによって、モールド部材７の金属フレームであるリード電極２，３および発光素子５からの剥離を防止できる。モールド部材７の発光素子５からの剥離は発光素子からの光の取り出し効率低下に大きな影響を与える。
【００２６】
（発光素子）
本発明において発光素子５は、蛍光体を励起可能な波長を発光できる発光層を有する発光素子であれば特に限定されないが、このような半導体発光素子としてＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体が挙げられる。例えば、蛍光体を効率良く励起できる短波長を発光することが可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に用いられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００２７】
窒化物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上にＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ等のバッファ層を形成しその上にｐｎ接合を有する窒化物半導体を形成させる。
【００２８】
窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する発光素子の例として、バッファ層上に、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させたダブルヘテロ構成などが挙げられる。窒化物半導体は、不純物をドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーバントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーバントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化物半導体は、ｐ型ドーバントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドーバント導入後に、炉による加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。電極形成後、半導体ウェハーからチップ状にカットさせることで窒化物半導体からなる発光素子を形成させることができる。
【００２９】
本発明の発光装置において白色系の光を発光させる場合は、蛍光体からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して発光素子の発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。発光素子と蛍光体との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。なお、色変換層の蛍光体、モールド部材に比較的紫外線により劣化しにくい樹脂や無機物であるガラス等を用いた場合、４００ｎｍより短い紫外線領域或いは可視光の短波長領域を主発光波長とする発光素子を用いることもできる。紫外領域の波長を有する発光素子を利用する色変換型発光装置は、蛍光体により変換された発光色のみにより色度が決定されるため、可視光を発光する半導体発光素子を用いた場合に比較して半導体発光素子の波長などのバラツキを吸収することができ量産性を向上させることができる。
【００３０】
（パッケージ）
パッケージ１はリード電極２，３と樹脂部材１ａから構成される。リード電極２，３は、銅や鉄入り銅等の高熱伝導体を用いて構成することができる。また、リード電極の表面に銀、アルミ、銅や金等の金属メッキを施すこともできる。リード電極２，３の面積は大きいことが好ましい。放熱性を高めることができ、発光素子５の温度上昇を効果的に抑制することができるからである。例えば、正負一対のリード電極２，３と、ヒートシンクとなる金属基体（図示せず）とを側面からインサートして閉じられた金型内に成形樹脂を流し込んで硬化させることにより、パッケージ１が形成される。このようにして、リード電極２，３と、ヒートシンクと、樹脂部材１ａと、が一体に形成されたパッケージ１が得られる。パッケージ１は発光素子を配置する凹部（キャビティ）を有しており、リード電極２，３は凹部の底面から一部が露出している。
【００３１】
（色変換層）
本実施の形態において、例えば、後述する蛍光体粒子を含むバインダを発光素子５が配置されるパッケージ１の表面に塗布した後バインダを気化させる方法によって、結合した蛍光体粒子から構成されるとともに、発光素子５が配置されるパッケージ１の表面に形成される。蛍光体は、発光素子の光の一部を吸収し異なる波長の光を発光することが可能な物質から構成される。
【００３２】
発光素子として、４００ｎｍ付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能な発光素子を用いる場合、蛍光体は紫外線を吸収して可視光を発光することが可能な蛍光物質にて構成することが好ましい。このような短波長の光により赤、青、及び緑に蛍光可能な蛍光物質としては、例えば赤色蛍光体はＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体はＳｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、また緑色蛍光体は（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３が挙げられる。上記蛍光物質の他、赤色蛍光体として３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ、Ｍｇ_６Ａｓ_２Ｏ_１１：Ｍｎ、Ｇｄ_２Ｏ_２：Ｅｕ、ＬａＯ_２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＲｅ_１０（ＰＯ_４）_６Ｑ_２：Ｅｕ、Ｒｅ_１０（ＰＯ_４）_６Ｑ_２：Ｅｕ，Ｍｎ（ただしＲｅはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選択される少なくとも一種、Ｑはハロゲン元素のＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選択される少なくとも１種）、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ等を好適に用いることができる。これらの蛍光物質を粒子状にし、発光素子５が配置されるパッケージ１の表面に結合した蛍光体粒子からなる層状に形成することにより高輝度に発光可能な白色発光装置を得ることができる。また、これらの蛍光体を組み合わせて用いることにより所望の色調に発光可能な発光装置とすることができる。
【００３３】
また、本発明において、蛍光物質は、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発光された光を励起させて発光できるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質をベースとしたものを用いることができる。このような蛍光物質はブロードな発光スペクトルを有する黄色領域の発光を行うことができる。具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、ＹＡｌＯ_３：Ｃｅ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ_４Ａ_１２Ｏ_９：Ｃｅ、さらにはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることができる。
【００３４】
本明細書において、Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れか、又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
【００３５】
さらに詳しくは、一般式（Ｙ_ｚＧｄ_１−ｚ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ_１−ａＳｍ_ａ）_３Ｒｅ’_５Ｏ_１２：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種である）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。この蛍光物質は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを４５０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光スペクトルを有する。
【００３６】
またフォトルミネッセンス蛍光体は、結晶中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加すると共に、青色光によるフォトルミネッセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕを含有させることもできる。しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａ１の一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側へ、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長側へシフトすることができる。
【００３７】
Ｙの一部をＧｄで置換する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含有（置換）を０．０３から１．０にすることが好ましい。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネッセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能な発光装置を形成することができる。
【００３８】
このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【００３９】
本発明の発光装置において、このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、２種類以上の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や他の蛍光体を混合させてもよい。ＹからＧｄへの置換量が異なる２種類のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を混合することにより、容易に所望とする色調の光を容易に実現することができる。
【００４０】
（モールド部材）
発光素子５をモールドするモールド部材７は、発光素子５からの光及び蛍光体によって波長変換された光を反射散乱することが可能な光拡散部材が拡散された透光性部材から構成される。光拡散部材は、特に限定されず、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム等、種々のものを用いることができる。光拡散部材の粒径値は、中心粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは１．０μｍ以上２．５μｍ未満であり、上記粒径値を有する光拡散部材を用いると発光素子及び蛍光物質からの光を良好に乱反射させ色ムラを抑制することができ好ましい。また、光拡散部材が破砕形の場合、透過型電子顕微鏡法により測定される長辺長は１．０μｍ以上３．０μｍ未満が好ましい。透光性部材１００重量部に対して光拡散部材の含有量は、０．５重量部以上５重量部以下が好ましい。これにより、発光素子及び蛍光物質からの光の取り出し効率を低下させることなく発光装置の光度及び信頼性を向上させることができる。透光性部材の屈折率は１．４以上１．６５以下が好ましく、光拡散部材の屈折率は、透光性部材よりも高いことが好ましい。これにより光拡散部材により良好に光が反射散乱され優れた混色性を有する発光装置が得られる。透光性部材には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ジフリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ガラス等が好適に用いられる。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態に係る発光装置の製造方法を詳細に説明する。まず、上述のように形成されたパッケージ１の凹部の略中央部に発光素子５の電極を電極２，３に対向させ、フリップチップボンディングを行う。次に、蛍光体粒子を含むバインダを発光素子５が配置されるパッケージ１の表面、ここでは凹部の底面に塗布し、バインダの有機溶媒を気化させることによって色変換層６を形成する。具体的には、バインダの粘結材には、例えば、油性塗布としてニトロセルロース、エチルセルロース等が、水性塗布としてポリエチレンオキサイド、ヒドロキシエチルセルロース等が用いられる。特に、ニトロセルロース又はポリエチレンオキサイドが好適に用いられる。また結着剤には、アルカリ土類の硼酸塩等の無機物質が用いられる。
【００４２】
蛍光体粒子を含むバインダは、例えば、スクリーン印刷によって塗布される。図１の例では、蛍光体粒子を含むバインダは、発光素子５の上面およびリード電極２，３の露出面にも塗布される。その後、例えば、温度を約１００℃にして１０分程度加熱して乾燥させ、バインダの有機溶媒を気化させる。これによって、結合した蛍光体粒子から構成される色変換層６が形成される。このように形成された色変換層６は、パッケージ１の表面近傍、ここでは凹部の底面近傍におけるリード電極２，３あるいはヒートシンク等と、樹脂部材１ａとの境界に形成される。
【００４３】
その後、色変換層６が形成された凹部内に光拡散部材が拡散された透光性部材を注入し、色変換層６上にモールド部材７を形成する。ここでは、モールド部材７が、光拡散部材が拡散された透光性部材から構成される例を示したが、さらに光拡散部材に加えて蛍光体粒子を拡散させた透光性部材から構成してもよい。本発明においては、キャビティ内のモールド部材の量を一定にできることから、モールド部材に蛍光体粒子を拡散させた場合でも色度ばらつきを低減することができる。さらにまた、モールド部材７を、光拡散部材を含まない透光性部材から構成することもできる。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
図１に示すような表面実装型の発光装置を形成する。発光素子５としてのＬＥＤチップは、発光層として単色性発光ピークが可視光である４７５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体的には、ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーバントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーバントガスとしてＳｉＨ_４とＣｐ_２Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【００４５】
ＬＥＤチップの素子構造としては、サファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、次に発光層を構成するバリア層となるＧａＮ層、井戸層を構成するＩｎＧａＮ層、バリア層となるＧａＮ層を１セットとしＧａＮ層に挟まれたＩｎＧａＮ層を５層積層させた多重量子井戸構造としてある。発光層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧａＮ層を順次積層させた構成としてある（なお、サファイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある）。
【００４６】
次に、エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出させる。各コンタクト層上に、スパッタリング法を用いて正負各台座電極をそれぞれ形成させる。このようにして形成した半導体ウェハーをスクライブラインを引いた後、外力により分割し、ＬＥＤチップを形成する。
【００４７】
次に、正負一対のリード電極２，３と、ヒートシンクとなる金属基体とを側面からインサートして閉じられた金型内に成形樹脂を流し込んで硬化させることにより、パッケージ１が形成される。パッケージ１は、発光素子５を収納可能な凹部を有し、凹部底面から正負一対のリード電極２，３の主面が露出されるように一体成形されている。リード電極２，３は、パッケージ１から延出するアウタリード部を備える。このアウタリード部は、後の工程においてパッケージの端面で内側に折り曲げられ、その内側に折り曲げられた部分で半田付けされるように構成されている。
【００４８】
次に、蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅのそれぞれの酸化物を化学量論比により混合し混合原料を得る。これにフラックスを混合して坩堝に詰め、ボールミル混合機にて２時間混合する。ボールを取り除いた後、弱還元雰囲気中１４００℃〜１６００℃にて６時間焼成し、さらに還元雰囲気中１４００℃〜１６００℃にて６時間焼成する。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２）_{２．７５０}Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ_{０．２５０}からなる蛍光物質を形成する。
【００４９】
ニトロセルロース又はポリエチレンオキサイド等の粘結材と結着材とを添加したバインダに蛍光物質を含有させ、このバインダをスクリーン印刷を用い、ヘラで押圧することによってパッケージ１の凹部にフラットに塗布する。その後、温度を約１００℃にして１０分程度加熱して乾燥させ、バインダの有機溶媒を気化させる。これによって、結合した蛍光体粒子から構成される色変換層６が形成される。
【００５０】
次に、シリコーン樹脂１００重量部に対して中心粒径３μｍ、凝集度９３％、吸油量７０ｍｌ／１００ｇである軽質炭酸カルシウムを光拡散部材として３重量部含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。こうして得られた混合液をパッケージ凹部内に、凹部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、５０℃×２時間、及び１５０℃×４時間熱処理を施す。これにより、凹部の両端部上面から中央部にかけて略左右対称の放物線状に凹みを有する発光面が得られる。
【００５１】
このように形成された発光装置におけるリード電極２，３のアウタリード部は、パッケージの端面で内側に折り曲げられる。本発明の発光装置では、漏れ出したモールド部材に起因するアウタリード部折り曲げ工程における発光装置の損傷を防止することができる。パッケージからモールド部材が漏れ出して硬化することにより発光装置の外形寸法が変化することがないからである。
【００５２】
さらに、図２に示されるように、パッケージに載置される半導体素子として、発光素子１５の正負一対の両電極を、サブマウント１６に設けた正負一対の両電極と対向させバンプ１７にて接合した複合素子とすることもできる。
【００５３】
サブマウント１６の表面は、導電性部材により正電極と負電極が互いに絶縁されて設けられている。導電性部材は、反射率の高い銀や金を使用することが好ましい。サブマウント１６自体の材料は、発光素子１５を過電圧による破壊から防止する保護素子が形成されるシリコンである。また、サブマウント１６の材料は、窒化物半導体発光素子１５と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば窒化アルミニウムが好ましい。このような材料を使用することにより、サブマウント１６と発光素子１５との間に発生する熱応力を緩和することができる。保護素子として機能するサブマウント１６は、正電極を有するｐ型半導体領域と、負電極を有するｎ型半導体領域とを有し、発光素子１５の電極に対して逆並列となるように接続される。即ち、発光素子１５の負電極および正電極がサブマウント１６のｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域とそれぞれ電気的に接続される。
【００５４】
発光装置の信頼性を向上させるため、発光素子とサブマウントが対向し、両者の間に生じた隙間にはアンダフィルが充填されてもよい。アンダフィルの材料は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。また、アンダフィルの熱応力を緩和させるため、さらに窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合混合物等がエポキシ樹脂に混入されてもよい。アンダフィルの量は、発光素子の正負両電極とサブマウントとの間に生じた隙間を埋めることができる量である。
【００５５】
発光素子１５の正負両電極をサブマウント１６の正負両電極にそれぞれ対向させ固定する。まず、サブマウント１６の正負一対の両電極に対し、Ａｕからなるバンプ１７を形成する。次に、発光素子１５の電極とサブマウント１６の電極とをバンプ１７を介して対向させる。さらに、荷重、熱および超音波をかけることによりバンプ１７を溶着し、発光素子１５の電極とサブマウント１６との電極とを接合する。なお、バンプ１７の材料として、Ａｕの他、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等を用いることもできる。
【００５６】
さらに、サブマウント１６をパッケージ凹部底面から露出しているリード電極上にＡｇペースト１８を接着剤として固定し、導電性ワイヤ１９にて凹部内に露出させたリード電極とサブマウント１６に設けた導電性パターンとを接続して発光装置とする。
【００５７】
本実施例のような複合素子とすることにより、発光素子１５の電極形成面側から光が取り出せるため発光装置の光取り出し効率が向上し、サブマウント１６を保護素子とし信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の発光装置及びその製造方法は、パッケージからモールド部材が漏れ出すことを防止できる色変換型発光装置およびその製造方法を提供することができる。したがって、パッケージからモールド部材が漏れ出すことに起因する色度ばらつきを防止することができる。また、色変換層が結着材として作用することによって、モールド部材の剥離を防止できる。さらには、パッケージから漏れ出したモールド部材による外形寸法の変化に起因する発光装置の損傷等の不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る表面実装型発光装置を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る表面実装型発光装置を示す概略的な断面図である。
【図３】従来の発光装置を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
１・・・パッケージ
１ａ・・・樹脂部材
２、３・・・リード電極
５、１５・・・発光素子
６・・・色変換層
７・・・モールド部材
１６・・・サブマウント
１７・・・バンプ
１８・・・Ａｇペースト
１９・・・導電性ワイヤ
９１・・・基板
９１ａ・・・回路配線
９２・・・青色ＬＥＤチップ
９３・・・レンズホルダ
９３ａ・・・凹部
９４・・・レンズ

Claims

発光素子と、該発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する色変換層と、前記発光素子が配置されるパッケージと、少なくとも前記発光素子を被覆するモールド部材とを備える発光装置であって、
前記パッケージは、前記発光素子を配置する凹部を有する樹脂部材と、該樹脂部材の底面から一部が露出したリード電極とから構成されており、
前記色変換層は、バインダの有機溶媒を気化させることで互いに結合した蛍光体粒子から構成され、前記パッケージ内の表面近傍における前記リード電極と前記樹脂部材との境界に少なくとも形成され、
前記モールド部材は、前記色変換層上に形成されることを特徴とする発光装置。
前記色変換層は、前記発光素子の側面に形成され、前記モールド部材は、前記発光素子の上面及び前記色変換層の上面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記モールド部材は、蛍光体粒子を拡散させた透光性部材から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
前記発光素子の正負一対の両電極は、サブマウントに設けた正負一対の両電極と対向させて接合され、前記サブマウントが前記リード電極に固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
発光素子と、該発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する色変換層と、リード電極と樹脂部材とから構成され、前記発光素子が配置されるパッケージと、少なくとも前記発光素子を被覆するモールド部材とを備える発光装置の製造方法であって、
蛍光体粒子を含むバインダを前記発光素子が配置されるパッケージの表面の内、少なくとも前記リード電極と前記樹脂部材との境界に塗布し、前記バインダの有機溶媒を気化させることによって互いに蛍光体粒子を結合させた色変換層を形成する色変換層形成ステップと、
前記色変換層上にモールド部材を形成するモールド部材形成ステップと、
を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
前記パッケージは、前記発光素子を配置する凹部を有しており、前記色変換層形成ステップにおいて、前記蛍光体粒子を含むバインダは、前記パッケージの前記凹部にフラットに塗布されることを特徴とする請求項５に記載の発光装置の製造方法。
前記色変換層形成ステップにおいて、前記蛍光体粒子を含むバインダは前記リード電極の露出面にも塗布されることを特徴とする請求項５又は６に記載の発光装置の製造方法。
前記バインダは有機溶媒にニトロセルロース、エチルセルロース又はポリエチレンオキサイド等の粘結材と結着剤とを添加したことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の発光装置の製造方法。