JP2009054891A

JP2009054891A - 発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2009054891A
Application number: JP2007221826A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Tanaka; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】色変換層の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能な発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】支持基板（例えば、石英基板など）７０の一表面側（図１（ａ）における下面側）に色変換層１２を形成した後、支持基板７０とＬＥＤチップ１１との間に色変換層１２が位置するように配置し、図１（ｂ）に示すように、支持基板７０を透過するレーザ光ＬＢを支持基板７０の他表面側（図１（ａ），（ｂ）における上面側）から照射し色変換層１２と支持基板７０との界面で吸収させて色変換層１２をＬＥＤチップ１１上に転写し、支持基板７０をＬＥＤチップ１１から離すことにより図１（ｃ）に示すような発光素子１０を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光素子の製造方法に関するものである。

従来から、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する蛍光体および透光性材料からなる色変換層とを組み合わせ所望の混色光（例えば、白色光）を得るようにした発光素子の研究開発が各所で行われている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここにおいて、上記特許文献１，２には、ＬＥＤチップの一表面側にインクジェット法により色変換層を形成する技術が記載されている。
特開２００３−４６１２４号公報特開２００６−８６１９１号公報

ところで、上記特許文献１，２に開示された発光素子の製造方法のように、インクジェット法によりＬＥＤチップ上に色変換層を直接形成する技術では、ＬＥＤチップの一表面に電極が形成されている場合でも、所望の領域に色変換層を形成することができるという利点があるが、色変換層を薄膜化した場合に表面が荒れてしまい色むらの原因になるという問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、色変換層の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能な発光素子の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成されＬＥＤチップに積層された色変換層とを備えた発光素子の製造方法であって、支持基板の一表面側に色変換層を形成した後、支持基板とＬＥＤチップとの間に色変換層が位置するように配置し、支持基板を透過するレーザ光を支持基板の他表面側から照射し色変換層と支持基板との界面で吸収させて色変換層をＬＥＤチップ上に転写することを特徴とする。

この発明によれば、支持基板の一表面側に色変換層を形成した後、支持基板とＬＥＤチップとの間に色変換層が位置するように配置し、支持基板を透過するレーザ光を支持基板の他表面側から照射し色変換層と支持基板との界面で吸収させて色変換層をＬＥＤチップ上に転写するので、インクジェット法により色変換層をＬＥＤチップ上に直接形成する場合に比べて色変換層の表面の平坦性を向上でき、色変換層の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能な発光素子を提供することができる。

請求項１の発明では、色変換層の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能になるという効果がある。

本実施形態における発光装置１は、図３に示すように、可視光（本実施形態では、青色光）を放射するＬＥＤチップ１１と、ＬＥＤチップ１１が実装された実装基板２０と、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１１の実装面側において実装基板２０との間にＬＥＤチップ１１を囲む形で配設されたドーム状の光学部材４０と、光学部材４０と実装基板２０とで囲まれた空間でＬＥＤチップ１１を封止した封止樹脂からなる封止部５０とを備え、ＬＥＤチップ１１の一表面（光取り出し面）側に、ＬＥＤチップ１１から放射される可視光によって励起されてＬＥＤチップ１１よりも長波長の可視光を放射する蛍光体および透光性材料からなる色変換層１２が積層されている。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１１と色変換層１２とで発光素子１０を構成している。

本実施形態における発光装置１では、ＬＥＤチップ１１として、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用い、色変換層１２の蛍光体として、ＬＥＤチップ１１から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体を採用しており、ＬＥＤチップ１１から放射され色変換層１２および封止部５０を透過した青色光と、色変換層１２の蛍光体である黄色蛍光体から放射され封止部５０を透過した黄色光とが光学部材４０の光入射面４０ａへ入射して光学部材４０の光出射面４０ｂから出射されることとなり、白色光を得ることができる。

ＬＥＤチップ１１は、厚み方向の一表面側（図３における上面側）に一方の電極１１ａ（図１参照）が形成されるとともに、厚み方向の他表面側（図３における上面側）に他方の電極１１ｂ（図１参照）が形成されている。ここにおいて、各電極１１ａ，１１ｂは、下層側のＮｉ膜と上層側のＡｕ膜との積層膜により構成されている。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１１として、側面からは青色光がほとんど放射されないものを用いている。

実装基板２０は、ＬＥＤチップ１１が一表面側に搭載される矩形板状のサブマウント部材３０と、熱伝導性材料により形成されサブマウント部材３０が一面側の中央部に固着される矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１の一面側（図３における上面側）に例えばポリオレフィン系の固着シート（図示せず）を介して固着される矩形板状のフレキシブルプリント配線板により形成され中央部にサブマウント部材３０を露出させる矩形状の窓孔２４を有する配線基板２２とで構成されている。したがって、ＬＥＤチップ１１で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０および伝熱板２１に伝熱されるようになっている。

上述の伝熱板２１は、Ｃｕからなる金属板２１ａを基礎とし、当該金属板２１ａの厚み方向の両面にＡｕ膜からなるコーティング膜２１ｂが形成されている。

一方、配線基板２２は、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材２２ａの一表面側に、ＬＥＤチップ１１への給電用の一対の配線パターン２３，２３が設けられるとともに、各配線パターン２３，２３および絶縁性基材２２ａにおいて配線パターン２３，２３が形成されていない部位を覆う白色系の樹脂からなるレジスト層２６が積層されている。ここにおいて、ＬＥＤチップ１１は、上記一方の電極１１ａがボンディングワイヤ１４を介して一方の配線パターン２３と電気的に接続され、上記他方の電極１１ｂがサブマウント部材３０の電極パターン３１およびボンディングワイヤ１４を介して他方の配線パターン２３と電気的に接続されている。なお、各配線パターン２３，２３は、絶縁性基材２２ａの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材２２ａの材料としては、ＦＲ４、ＦＲ５、紙フェノールなどを採用してもよい。

レジスト層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各配線パターン２３，２３の一部が露出し、配線基板２２の周部において各配線パターン２３，２３の他の一部が露出するようにパターニングされており、各配線パターン２３，２３は、配線基板２２の窓孔２４近傍において露出した部位が、ボンディングワイヤ１４が接続される端子部２３ａを構成し、配線基板２２の周部において露出した円形状の部位が外部接続用電極部２３ｂを構成している。なお、配線基板２２の配線パターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成され、最上層がＡｕ膜となっている。

また、サブマウント部材３０は、熱伝導率が比較的高く且つ電気絶縁性を有するＡｌＮにより形成されており、平面サイズをＬＥＤチップ１１のチップサイズよりも大きく設定してあり、伝熱板２１とＬＥＤチップ１１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１１に働く応力を緩和する応力緩和機能と、ＬＥＤチップ１１で発生した熱を伝熱板２１においてＬＥＤチップ１１のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能とを有している。したがって、本実施形態における発光装置１では、ＬＥＤチップ１１と伝熱板２１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１１に働く応力を緩和することができるとともに、ＬＥＤチップ１１で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱板２１を介して効率良く放熱させることができる。

本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しているが、サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉ、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）などを採用してもよい。また、サブマウント部材３０の一表面側には、ＬＥＤチップ１１におけるサブマウント部材３０側の上記他方の電極１１ｂと接合される上述の電極パターン３１が形成され、当該電極パターン３１の周囲に可視光を反射する反射膜３２が形成されている。したがって、ＬＥＤチップ１１から放射された可視光がサブマウント部材３０に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。ここにおいて、電極パターン３１は、Ａｕを主成分とするＡｕとＳｎとの合金（例えば、８０Ａｕ−２０Ｓｎ、７０Ａｕ−３０Ｓｎなど）により形成されている。また、反射膜３２は、Ａｌにより形成されているが、Ａｌに限らず、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕなどにより形成してもよい。

また、本実施形態における発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２のレジスト層２６の表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してあり、ＬＥＤチップ１１や黄色蛍光体から放射された可視光が配線基板２２の窓孔２４の内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができる。なお、実装基板２０としては、配線パターン（回路パターン）が形成されたアルミナ基板を用いてもよい。

上述の封止部５０の材料である封止樹脂としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、例えばエポキシ樹脂などを用いてもよい。

光学部材４０は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材４０をシリコーン樹脂により形成してあるので、光学部材４０と封止部５０との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、封止部５０の材料がエポキシ樹脂の場合には、光学部材４０もエポキシ樹脂により形成することが好ましい。

上述の色変換層１２は、蛍光体および透光性材料により形成されているが、本実施形態では、蛍光体として上述のように黄色蛍光体を採用し、透光性材料としてシリコーン樹脂を採用している。なお、色変換層１２の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、エポキシ樹脂などを採用してもよい。また、色変換層１２の周部には、ＬＥＤチップ１０の上記一方の電極１１ａを露出させる切欠部が形成されている。

以上説明した発光装置１では、ＬＥＤチップ１１から放射される青色光によって励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体および透光性材料により形成された色変換層１２がＬＥＤチップ１１の上記一表面側に積層されていることにより、色変換層１２の黄色蛍光体で発生した熱をＬＥＤチップ１１を通して実装基板２０側へ放熱させることができるので、放熱性を向上できる。また、上述の発光装置１は、光学部材４０の光出射面４０ｂを球面の一部により構成してあり、光学部材４０と封止部５０とで構成されるレンズ部が半球状の形状となっているので、点光源として利用することができる。

ところで、上述のＬＥＤチップ１１と色変換層１２とで構成される発光素子１０の製造にあたっては、例えば、図１（ａ）に示すように、支持基板（例えば、石英基板など）７０の一表面側（図１（ａ）における下面側）に色変換層１２を形成した後、支持基板７０とＬＥＤチップ１１との間に色変換層１２が位置するように配置し（支持基板７０に対してＬＥＤチップ１１を相対的に配置し）、図１（ｂ）に示すように、支持基板７０を透過するレーザ光ＬＢを支持基板７０の他表面側（図１（ａ），（ｂ）における上面側）から照射し色変換層１２と支持基板７０との界面で吸収させて色変換層１２をＬＥＤチップ１１上に転写し、支持基板７０をＬＥＤチップ１１から離すことにより図１（ｃ）に示すような発光素子１０を製造することができる。なお、色変換層１２へのレーザ光ＬＢの照射範囲は、適宜の光学系を利用して調整すればよく、支持基板７０自体を所定の照射範囲へレーザ光ＬＢを導光する形状に設計してもよい。また、支持基板７０においてＬＥＤチップ１１の上記一表面側の電極１１ａに対応する部位に図２に示すように切欠部７１を設ければ、色変換層１２とＬＥＤチップ１１との距離をより短くできる。

上述の支持基板７０の上記一表面側に色変換層１２を形成するにあたって、支持基板７０の平坦な上記一表面上に色変換層１２を、例えば、スクリーン印刷法、回転塗布法（スピンコート法）、インクジェット法などにより形成すればよい。また、支持基板７０の上記一表面に、色変換層１２の所望の厚さ寸法に対応した所定深さの凹部を形成し、当該凹部内に色変換層１２を形成するようにしてもよい。また、支持基板７０として石英基板を用いているが、支持基板７０は、石英基板に限らず、上記レーザ光ＬＢに対して透明な基板であればよい。また、レーザ光ＬＢの光源としては、例えば、紫外レーザを用いればよい。また、色変換層１２と支持基板７０との間に、上記レーザ光ＬＢを吸収する材料からなるレーザ吸収層を設けてもよく、色変換層１２のレーザ吸収率が低い場合には上記レーザ吸収層を設けることが好ましい。上記レーザ吸収層としては、ＬＥＤチップ１１の発光波長で透明な材料を用いればよく、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ガラスなどを用いればよい。また、上記レーザ吸収層の材料は、金属ナノ粒子でもよく、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの粒径が３０〜３００ｎｍのナノ粒子を配置させてもよい。

本実施形態の発光素子１０の製造方法によれば、上記特許文献１，２のようにインクジェット法により色変換層をＬＥＤチップ上に直接形成する場合に比べて、色変換層１２の表面の平坦性を向上でき、色変換層１２の薄膜化を図りつつ色むらを低減可能な発光素子１０を提供することができる。

なお、ＬＥＤチップ１１の発光色と色変換層１２における蛍光体の発光色との組み合わせは特に限定するものではなく、例えば、色変換層１２に用いる蛍光体は、黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを併用すれば演色性の高い白色光を得ることができる。また、ＬＥＤチップ１１として、紫外光を放射するＬＥＤチップを採用して、蛍光体として、赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体とを併用するようにしても白色光を得ることができる。

実施形態における発光素子の製造方法の説明図である。同上における発光素子の製造方法の説明図である。実施形態における発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１０発光素子
１１ＬＥＤチップ
１２色変換層
７０支持基板

Claims

ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成されＬＥＤチップに積層された色変換層とを備えた発光素子の製造方法であって、支持基板の一表面側に色変換層を形成した後、支持基板とＬＥＤチップとの間に色変換層が位置するように配置し、支持基板を透過するレーザ光を支持基板の他表面側から照射し色変換層と支持基板との界面で吸収させて色変換層をＬＥＤチップ上に転写することを特徴とする発光素子の製造方法。