JP2008516414A - 発光光源及びその製造方法並びに発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＬＥＤベアチップ等の発光素子と基板との間の空隙をなくすことができ、出力光の色度が均一で、発光効率の高い発光光源を提供する。
【解決手段】発光素子（１）と、導体パターン（４）を含む基板（２）と、蛍光体と透光性母材とを含む蛍光体層材料（３）とを含み、発光素子（１）は導体パターン（４ｂ）に接続され、蛍光体層材料（３）は発光素子（１）を被覆し、発光素子（１）と基板（２）との間に蛍光体層材料（３）の少なくとも透光性母材が配置されている発光光源とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、発光素子、特に発光ダイオードベアチップを用いた発光光源及びその製造方法と、その発光光源を用いた発光装置に関する。
近年、次世代の照明光源として、発光ダイオードベアチップ（以下、ＬＥＤベアチップという。）を用いた発光光源が注目されている。これは、ＬＥＤベアチップを用いた発光光源が、従来の白熱電球や蛍光灯等と比べて、長寿命であり、Ｈｇレスで環境にやさしいためである。また、ＬＥＤベアチップ自体が小さいため、発光光源を小型化、軽量化できるためである。
ＬＥＤベアチップを用いた発光光源としては、例えば、ＬＥＤベアチップと、ＬＥＤベアチップに接続された基板と、蛍光体を含みＬＥＤベアチップを被覆した蛍光体層とを含む発光光源等がある。このような発光光源には、発光色が青色系のＬＥＤベアチップと、蛍光体層に含まれ黄色系の発光をする蛍光体とを用いて白色の出力光を得る発光光源もあり、特に注目されている。
一方、ＬＥＤベアチップと基板とを電気的に接続する方法としては、非導電性ペーストを介して基板に接着したＬＥＤベアチップと基板とを複数の金ワイヤーで接続する方法、導電性ペースト又はＡｕ−Ｓｎの共晶接合を介して基板に接着したＬＥＤベアチップと基板とを金ワイヤーで接続する方法、バンプを介してＬＥＤベアチップと基板とをフリップチップ接続する方法等がある。上述したＬＥＤベアチップを用いた発光光源を照明光源として使用する場合、ワイヤーで電気的に接続する方法は照射面に対してワイヤーの影が投影されやすいため、ワイヤーを使用しないフリップチップ接続する方法がより適している。
このフリップチップ接続する方法は、一般に、金若しくははんだで構成されたバンプを介して、ＬＥＤベアチップと基板上の導体パターンとを電気的に接続する方法である。尚、このバンプは、ＬＥＤベアチップ、又は、基板上に形成された導体パターンに直接形成されている。また、ＬＥＤベアチップと基板とを接続した後、さらにアンダーフィルをＬＥＤベアチップと基板との間の空隙に充填する方法もある（例えば、特許文献１参照。）。アンダーフィルとは、一般に液状の材料であり、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂で構成されている。これにより、ＬＥＤベアチップと基板との接合を補強できる。また、アンダーフィルが無機フィラーをさらに含むことにより、バンプにかかる応力を緩和でき、例えば、その後の工程及び実使用において加えられる熱によって、ＬＥＤベアチップが基板上の導体パターンから剥離するのを防止できる。
特開２００３−１０１０７５号公報
しかし、アンダーフィルは、ＬＥＤベアチップの側面に駆け上がる場合や、ＬＥＤベアチップと基板との間以外に広がる場合がある。これらの場合、蛍光体層の形状も安定せず、つまりＬＥＤベアチップを覆う蛍光体層の厚さが均一にならず、出力光の色度が均一にならないという問題がある。
さらに、アンダーフィルと蛍光体層との材料が異なる場合、特に蛍光体層が接着性に劣るシリコーン樹脂を含む場合、アンダーフィルと蛍光体層との界面が剥離しやすいという問題もある。
また、蛍光体層を構成する材料は、ＬＥＤベアチップを覆うように立体的に蛍光体層を形成し、その形状を保持するため、高い粘度が必要となる。そのため、アンダーフィルを用いない場合、従来の方法では、ＬＥＤベアチップと基板との間に、蛍光体層を構成する材料はほとんど流れ込まず、そこに空隙が生じる。
上記空隙が残ったまま蛍光体層を加熱硬化させると、空隙に含まれる空気が熱により膨張して、ＬＥＤベアチップを覆った蛍光体層を圧迫し、蛍光体層の形状を変化させたり、空気の抜けた貫通穴を形成させることがある。この場合、ＬＥＤベアチップを覆う蛍光体層の厚さは均一にならず、出力光の色度が均一にならなかったり、発光効率が低下する等の問題が生じる。
また、ＬＥＤベアチップと基板との間に空隙が存在すると、水分が蓄積され、基板の電極間及びＬＥＤベアチップのｐｎジャンクション間にイオンマイグレーションが生じたり、ＬＥＤベアチップが劣化する原因となる。
本発明は、アンダーフィルを用いなくても、ＬＥＤベアチップ等の発光素子と基板との間の空隙をなくした発光光源及びその製造方法を提供し、さらにその発光光源を用いた発光装置を提供するものである。
本発明の発光光源は、発光素子と、導体パターンを含む基板と、蛍光体と透光性母材とを含む蛍光体層材料とを含み、前記発光素子は前記導体パターンに接続され、前記蛍光体層材料は前記発光素子を被覆している発光光源であって、前記発光素子と前記基板との間に前記蛍光体層材料の少なくとも前記透光性母材が配置されていることを特徴とする。
また、本発明の発光装置は、上記発光光源を複数備えていることを特徴とする。
また、本発明の発光光源の製造方法は、発光素子を、導体パターンを含む基板上に空隙を介して接続する第１の工程と、大気圧よりも低圧雰囲気において、前記基板に接続された発光素子を、蛍光体と透光性母材とを含む蛍光体層材料で被覆する第２の工程と、前記低圧雰囲気よりも高圧雰囲気とすることにより、前記発光素子を被覆した蛍光体層材料に含まれる少なくとも前記透光性母材を、前記発光素子と前記基板との間に充填する第３の工程とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、アンダーフィルを用いなくても、発光素子と基板との間の空隙をなくすことができる。したがって、蛍光体層に形状の変化や空気の抜けた貫通穴の形成がなく、蛍光体層の厚さが均一な発光光源及びそれを用いた発光装置を提供できる。
また、本発明によれば、アンダーフィルを用いないので、従来の工程からアンダーフィルを充填する工程を省略できタクトの短縮になるし、アンダーフィルと蛍光体層との界面が剥離することもなく、本発明の発光光源の合理的な製造方法を提供できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合もある。
＜本発明の発光光源の製造方法と発光光源の実施の形態＞
図１〜図４は、本発明の発光光源の製造方法の一例を示す断面図である。
最初に、図１に示すように、発光素子１を、バンプ５を用いて、基板２上の導体パターン４ｂに空隙を介して接続し（第１の工程）、基板２の表面上に発光素子１を囲むようにマスク１５を配置する。
この発光素子１は、Ｐ電極とＮ電極の両方を下面に有する、いわゆる、片面電極タイプであり、Ｐ電極及びＮ電極が導体パターン４ｂにバンプ５を介して電気的に接続されている。発光素子１は、電気エネルギーを光に換える光電変換素子であれば、材料や構造等によって特に限定されず、例えば、ＬＥＤ、レーザーダイオード（ＬＤ）、面発光ＬＤ、無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、有機ＥＬ素子等を用いることができる。
基板２は、いわゆる、金属ベース基板であって、樹脂膜８と、２層の絶縁層７ａ及び７ｂ（全体で絶縁層７という。）と、絶縁層７ａの裏面に貼着された金属ベース６とを備える。絶縁層７ａ及び７ｂの表面には、発光素子１に給電するための導体パターン４ａ及び４ｂ（全体で導体パターン４という。）がそれぞれ形成されている。導体パターン４ａ及び４ｂは、絶縁層７ｂを挟んで、例えばビアホール等（図示せず。）によって電気的に接続されている。なお、金属ベース６は、絶縁層７を補強すると共に、発光素子１の発光時に生じる熱を放出する機能を有している。
樹脂膜８は、導体パターン４ｂの保護と、導体パターン４ｂと反射板９（後述）との絶縁を確保している。樹脂膜８の材質は、電気的に絶縁を保つ材料であれば特に限定されず、例えば、一般的に使用されている白色のエポキシ樹脂から構成されるレジスト等を用いることができる。ここで、樹脂膜８を白色にしている理由は、発光素子１から発せられた光を効率良く外部へと取り出すためである。また、樹脂膜８は、発光素子１の位置に対応する部分に孔（窓開け）が形成されている。この孔は、例えば、一度絶縁層７ｂ全体の表面上に樹脂膜を形成した後、該当部分の樹脂膜を取り除くことによって形成される。
絶縁層７の材質は、電気的に絶縁を保つ材料であれば特に限定されず、例えば、セラミック材料、ガラスエポキシ材料及び熱硬化性樹脂等を用いることができる。また、無機フィラーをさらに含んでいてもよい。この熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等が使用でき、この無機フィラーとしては、例えば、熱伝導性の高いシリカフィラーやアルミナフィラー等が使用できる。
マスク１５は、蛍光体層材料成形用の型であり、発光素子１の位置に対応する部分に孔を備え、基板２に被せたときにその各孔に発光素子１が入る。
上記第１の工程において、発光素子１と基板２とを接続する方法は特に限定されない。すなわち、発光素子１に含まれる電極と、基板２に含まれる導体パターン４とを電気的に接続する方法であって、発光素子１と基板２との間に空隙ができる一般的な接続方法を用いればよい。特に、バンプ５を用いて接続する方法は、発光光源の照射方向に光出力を遮るものがないのでより好ましい。
なお、本実施の形態における基板２は、発光素子１をより高密度に実装するために２層の絶縁層７ａ、７ｂを用いた多層構造を有しているが、多層構造にする必要が無ければ、１層の絶縁層を用いた単層構造であってもよし、３層以上の多層構造でもよい。また、基板２は、上述の材料等によって限定されない。
次に、図２に示すように、大気圧よりも低圧雰囲気において、スキージ１６を用いて、基板２に接続された発光素子１を蛍光体層材料３で被覆する（第２の工程）。
上記低圧雰囲気とは、例えば、圧力２０Ｐａ以上１００Ｐａ以下の雰囲気である。
蛍光体層材料３は、蛍光体と透光性母材とを少なくとも含み、蛍光体層材料３が発光素子１を覆うように立体的な形状を保持できるものであれば特に限定されない。
上記蛍光体は、発光素子１の放つ光によって少なくとも励起して発光するものであれば特に限定されず、例えば、Ｃｅ3+で付活したガーネット系蛍光体（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+等）、Ｅｕ2+で付活したアルカリ土類金属オルト珪酸塩系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+等）、Ｅｕ2+で付活したＣａ−αサイアロン系蛍光体、Ｅｕ2+で付活したチオガレート系蛍光体（ＣａＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+等）、等を用いることができる。この蛍光体は、１種類であってもよいし、複数であってもよい。
上記発光素子１が放つ励起光の波長は特に限定されず、例えば、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域に発光ピークを有する青色光、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長領域に発光ピークを有する近紫外光等を使用できる。具体的には、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長領域に発光ピークを有する近紫外光を放つ発光素子を用いて、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体を励起して、白色光を放つ発光光源とすることもできる。
上記透光性母材は、熱や紫外線等を加えることによって硬化する性質を持ち透光性を有する材料、又は、ガラス等の無機透明材料であって、少なくとも蛍光体を分散できる材料であれば特に限定されず、例えば、樹脂や低融点ガラス等を用いることができる。この透光性母材は、発光素子１の発光ピーク波長における分光透過率が７０％以上であればより好ましい。また、上記樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂から選ばれる少なくとも１種の樹脂を用いれば、透光性に優れているのでより好ましい。特にシリコーン樹脂は、弾性が大きく、発光素子を外力から保護でき、また耐熱性及び耐光性に優れるので、よりいっそう好ましい。
上記第２の工程において、発光素子１を被覆する方法は、マスクとスキージを用いる、いわゆるスクリーン印刷方式に特に限定されない。
なお、本実施の形態の製造方法では、蛍光体層材料３は無機フィラーをさらに含んでもよい。無機フィラーは、一般に充填剤として用いられ、かつ、光透過率が高い材料であれば特に限定されず、例えば、二酸化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化チタン及び酸化マグネシウム等を用いることができる。特に、二酸化珪素は分光透過率が高く、増粘効果を有するので、熱硬化前の蛍光体層の粘度調整材として好ましい。粘度調整材として使用する二酸化珪素の１次粒子の粒径は約１５ｎｍと微細であり、その平均粒径は１００ｎｍ以下である。さらに、この１次粒子とは別に、平均粒径が１００ｎｍ〜１０μｍの二酸化珪素をも用いた場合、その二酸化珪素の熱伝導性効果により、ＬＥＤベアチップの発熱を効率的に外部に逃がすことができると同時に、蛍光体層の熱膨張収縮率を低減させ、ＬＥＤベアチップへの応力の抑制に効果がある。特に、平均粒径が１００ｎｍ〜１０μｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜５μｍの無機フィラーを使用すると、ＬＥＤベアチップと基板との間の約１０μｍの隙間にフィラーが充填され、上記効果が効率的に得られる。
また、無機フィラーとして、屈折率の高い窒化珪素、サファイア、ジルコニア等を使用した場合、ＬＥＤベアチップとの屈折率差が小さくなり、ＬＥＤベアチップから外に光を取り出しやすくなる。
次に、図３に示すように、上記第２の工程の低圧雰囲気よりも高圧雰囲気とすることにより、発光素子１を被覆した蛍光体層材料３を、発光素子１と基板２との間の空隙に充填する（第３の工程）。このとき、蛍光体層材料３の表面は、空隙に充填された分だけ凹む（以下、この凹んだ部分を凹部という。）。
上記高圧雰囲気とは、例えば、圧力が１０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下の雰囲気である。すなわち、第２の工程から圧力を上げることにより、発光素子１と基板２との間の空隙に、蛍光体層材料３が真空差圧により充填される。
ここで充填するとは、完全に空隙を埋めた状態に限定されず、例えば、発光光源を使用したときに蛍光体層材料３に形状の変化や貫通穴の形成が起こらない程度に、空隙を埋めればよい。具体的には、例えば、発光素子１と基板２との間の空隙の体積の７０％以上が蛍光体層材料３で充填されればよい。
また、上述の発光素子１と基板２との間に充填された蛍光体層材料３は、少なくとも透光性母材を含んでいればよく、発光素子１と基板２との間の空隙の高さが上記蛍光体の粒径よりも小さい等の場合、蛍光体が充填されないこともある。
なお、本実施の形態の製造方法では、上記第２の工程において蛍光体層材料３が無機フィラーを含むとき、発光素子１と基板２との間の空隙を充填した蛍光体層材料３にも無機フィラーを含んでいてもよい。発光素子１と基板２との間に無機フィラーをさらに含む場合、発光素子１と基板２との接合にかかる応力を緩和し、また、発光素子１で発生する熱を効率よく基板に放熱するのでより好ましい。
次に、図４に示すように、上記第３の工程の高圧雰囲気を維持して、スキージ１６を用いて、蛍光体層材料３の表面の凹部に、さらに蛍光体層材料３を補填して、次に、大気圧雰囲気において、マスク１５を取り外す。
蛍光体層材料３を補填する工程は、蛍光体層材料３の表面を平坦にし、より蛍光体層材料３の厚さを均一にするために行う。しかし、例えば凹部が非常に小さい等の理由により、必要がなければこの工程は省略できる。
最後に、図５に示すように、まず蛍光体層材料３を硬化させ、続いて基板２の表面上に反射板９を装着した後、蛍光体層材料３と反射板９とを覆うレンズ板１０を形成する。これにより、本実施の形態の発光光源が完成する。
上記蛍光体層材料３を硬化させる方法は、蛍光体層材料３の性質、特に透光性母材の性質によって決まり、例えば加熱や光の照射等による方法がある。例えば、透光性母材にシリコーン樹脂を用いた場合、１３５℃で６０分間加熱すればよい。
反射板９は、発光素子１の実装位置に対応して反射孔が設けられ、例えば、アルミニウム等の金属板、白色の樹脂、セラミック及び表面がメッキされた樹脂等を用いることができる。反射板９にアルミニウムの金属板を用いた場合に、例えば、陽極酸化して酸化膜を形成すると、反射率を向上させることができると共に、電気的な絶縁性も確保できるのでより好ましい。
レンズ板１０は、発光素子１の実装位置に対応して半球状に突出した凸レンズを備え、例えば、トランスファーモールド法、キャスティング法及びインジェクションモールド法によって形成される。レンズ板１０には、透光性を有する材料、例えば、エポキシ樹脂、ガラス、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、非結晶ポリエステル、非結晶ポリオレフィン、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂及びフッ素樹脂等を用いることができる。
なお、本実施の形態の製造方法では、一つの発光光源のみを示したが、同様の複数の発光光源を同時に製造することもできる。
本発明の発光光源は、発光素子１と基板２との間の空隙に蛍光体層材料３を充填できる。したがって、蛍光体層材料３に形状の変化や空気の抜けた貫通穴の形成等がなく、蛍光体層材料３の厚さを均一にできる。
＜本発明の発光光源の製造方法の他の実施の形態＞
図６〜図９は、本発明の発光光源の製造方法の他の一例を示す工程断面図である。図６〜図９において、図１〜図４に示した同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図７及び図９において示したディスペンサ１７は断面にしていない。
最初に、図６に示すように、発光素子１を、バンプ５を用いて、基板２上の導体パターン４ｂに空隙を介して接続し（第１の工程）、基板２の表面上に発光素子１を囲むようにカップ状の反射板９を配置する。反射板９は、発光素子１の実装位置に対応して反射孔が設けられている。
次に、図７に示すように、大気圧よりも低圧雰囲気において、ディスペンサ１７を用いて反射板９の反射孔内に蛍光体層材料３をポッティングし、基板２に接続された発光素子１を蛍光体層材料３で被覆する（第２の工程）。
上記低圧雰囲気とは、例えば、圧力が２０Ｐａ以上１００Ｐａ以下の雰囲気である。
次に、図８に示すように、上記第２の工程の低圧雰囲気よりも高圧雰囲気とすることにより、発光素子１を被覆した蛍光体層材料３を、発光素子１と基板２との間の空隙に充填する（第３の工程）。このとき、蛍光体層材料３の表面は、空隙に充填された分だけ低下する。
上記高圧雰囲気とは、例えば、圧力が１０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下の雰囲気である。すなわち、第２の工程から圧力を上げることにより、発光素子１と基板２との間の空隙に、蛍光体層材料３が真空差圧により充填される。
次に、図９に示すように、上記第３の工程の高圧雰囲気を維持して、ディスペンサ１７を用いて、蛍光体層材料３の表面に、さらに蛍光体層材料３を補填する。
最後に、蛍光体層材料３を硬化させ、続いて、蛍光体層材料３と反射板９とを覆うレンズ板を形成する。これにより、前述の図５に示すように、本実施の形態の発光光源が完成する。
＜本発明の発光光源の他の実施の形態＞
図１０は、本発明の発光光源の他の一例を示す断面図である。図１０において、図５に示した発光光源と同じ構成部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態の発光光源は、サブマウントからなるサブ基板１２をさらに備えたこと以外は、図５に示した発光光源と同様の構成であり、同様の効果を有する。
図１０に示すように、この発光光源は、発光素子１と、導体パターン４を含む基板２と、蛍光体と透光性母材とを含む蛍光体層材料３と、反射板９と、レンズ板１０とを備え、さらに、表面に導体パターン１３を備えるサブ基板１２と、ワイヤー１４とを備える。
発光素子１は、バンプ５を介して導体パターン１３の上に配置され、導体パターン１３に電気的に接続されている。蛍光体層材料３は、発光素子１と導体パターン１３の一部とを覆うように配置され、さらに蛍光体層材料３は、発光素子１とサブ基板１２との間にも充填されている。サブ基板１２は、基板２上の導体パターン４ｂの上に配置されている。また、導体パターン１３は、ワイヤー１４によって導体パターン４ｂに接続されている。さらに、反射板９とレンズ板１０とは、基板２の上に配置されている。
サブ基板１２は、基板２上の導体パターン４ｂの上に、一般的な方法で、例えば導電性ペーストを用いる方法等でダイボンドされている。また、サブ基板１２上の導体パターン１３の一部は、導体パターン４ｂに、ワイヤー１４を用いて接続されている。これにより、発光素子１は基板２に電気的に接続されることとなる。
ワイヤー１４は、一般的にワイヤーボンディングに用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、金線等を用いることができる。
サブ基板１２と発光素子１と蛍光体層材料３との構造は、上記構造に限定されない。また、発光素子１は、裏面の電極を備える片面電極タイプを用いたが、表裏面に電極を備える両面電極タイプ等を用いることもできる。
このような構成にすることによって、本実施の形態の発光光源は、上述した効果に加えて以下のような効果がある。まず、発光素子１がサブ基板１２に予め接続されているため、サブ基板１２に実装されている発光素子１が正常に点灯するか等の検査を基板２に接続する前に行うことができる。予め検査することによって、例えば、発光光源としての製造歩留まりを向上させることができる等の効果が得られる。また、出力光の光色が均一になりにくい場合、より要望に見合った光色を出力するものを選別して使用できる等の効果もある。
図１１は、本発明の発光光源のさらに他の一例を示す断面図である。図１１において、図５に示した発光光源と同じ構成部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態の発光光源は、反射板９を備えなかったこと以外は、図５に示した発光光源と同様の構成であり、同様の効果を有する。
図１１に示すように、この発光光源は、発光素子１と、導体パターン４を含む基板２と、蛍光体と透光性母材とを含む蛍光体層材料３と、レンズ板１０とを備える。
発光素子１は基板２に接続されている。蛍光体層材料３は発光素子１と導体パターン４ｂの一部とを覆うように配置され、さらに蛍光体層材料３は、発光素子１と基板２との間にも充填されている。さらに、レンズ板１０は、基板２の上に配置されている。レンズ板１０は、発光素子１、蛍光体層材料３を覆っており、その部分が半球状の凸レンズとなっている。
＜本発明の発光装置の実施の形態＞
図１２は、本発明の発光光源を用いた発光装置の一例を示す斜視図である。また、図１３はこの発光装置の分解斜視図である。図１２及び図１３において、図５に示した発光光源と同じ構成部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態の発光装置は、図５に示した発光光源を複数用いた構成であり、図５に示した発光光源と同様の効果を有する。
図１３に示すように、この発光装置は、６４個の前述の発光素子１（図５）をそれぞれ覆う蛍光体層材料３を表面に備えた基板２と、この基板２の表面に配置される接続端子１１及び反射板９と、反射板９と蛍光体層材料３とを覆うレンズ板１０とを備える。
接続端子１１は、基板２の表面上に形成され、前述の導体パターン４（図５）を介して発光素子１に給電するものである。ここでは３２個の発光素子１が、前述の導体パターン４ｂ（図５）で直列に接続され、さらに接続端子１１ａと１１ｂとに接続されている。また、残りの３２個の発光素子１は、同様にして接続端子１１ｃと１１ｄとに接続されている。
反射板９は、発光素子１から発せられた光を所定方向に反射させるものであり、蛍光体層材料３の配置位置に対応して６４個の反射孔が設けられている。
レンズ板１０は、反射された光を所望方向に集光させ、蛍光体層材料３の配置位置に対応して半球状に突出した６４個の凸レンズが設けられている。
なお、蛍光体層材料３の形状を円柱状にしているのは、発光素子１から発せられた光を蛍光体層材料３から外部に放射する部分が限定でき、発光素子１を１つとして考えた時に、点光源により近づけることができるためである。
＜本発明の発光装置の他の実施の形態＞
図１４は、本発明の発光光源を用いた発光装置の他の一例を示す卓上スタンド型の照明装置の斜視図である。図１４において、照明装置１８は、本発明の発光光源を備えた発光部１９を備え、スイッチ２０によってＯＮ−ＯＦＦ制御や光量制御が可能である。
図１５は、本発明の発光光源を用いた発光装置の他の一例を示す平板型の画像表示装置の斜視図である。図１５において、画像表示装置２１は、本発明の発光光源を備えた発光部２２を備えている。
図１６は、本発明の発光光源を用いた発光装置の他の一例を示すセグメント式の数字表示装置の斜視図である。図１６において、数字表示装置２３は、本発明の発光光源を備えた発光部２４を備えている。
以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明する。
（実施例）
本実施例では、発光装置として、図１２及び図１３に示す発光装置と同じ構成である、６４個のＬＥＤベアチップを含むカード型発光装置を作製した。また、本実施例の発光装置は、図５に示した発光光源と同じ構成の発光光源を複数用いた構成であり、図５は本実施例の一部断面図として、図１〜図４は、本実施例の製造方法を示す一部断面図として参照できる。
最初に、基板２を以下のように作製した。まず、アルミニウム板（大きさ３ｃｍ×３ｃｍ、厚さ１ｍｍ）からなる金属ベース６に、無機フィラーを含むエポキシ樹脂と銅箔（厚さ１０μｍ）とを重ね、加熱圧着することによって絶縁層７ａ（厚さ１００μｍ）を形成した。その後、銅箔をエッチングして、所望の導体パターン４ａを形成した。これらの上に、さらに無機フィラーを含むエポキシ樹脂と銅箔（厚さ１０μｍ）とを重ね、加熱圧着することによって絶縁層７ｂ（厚さ１００μｍ）を形成した。次に、銅箔をエッチングして、所望の導体パターン４ｂを形成し、導体パターン４ａと導体パターン４ｂとをビアホールを通じて電気的に接続した。最後に、図１に示すように、白色のエポキシ樹脂を塗布した後ＬＥＤベアチップを実装する位置に窓明けをして樹脂膜８を形成し、基板２を完成させた。
次に、以下のように、発光素子１であるＬＥＤベアチップを基板２に接続し、蛍光体層材料３で発光素子１を被覆した。まず、ＬＥＤベアチップ（縦、横略３００μｍ、高さ略１００μｍ、発光ピーク波長４６０ｎｍ）にバンプ５を介して、基板２上の導体パターン４ｂに載置した。このバンプ５を超音波を印加することによって溶融させ、ＬＥＤベアチップと導体パターン４ｂとを接続した。続いて、スクリーン印刷方式を用いて、基板２に接続されたＬＥＤベアチップを蛍光体層材料３で被覆した。
蛍光体層材料３による被覆は、次のように行った。まず、図１に示したように、マスク１５を基板２の表面に配置した。このマスク１５は、蛍光体層材料３を充填するための型であり、ＬＥＤベアチップのそれぞれの位置に対応する部分に孔を備え、基板２に被せたときにその各孔にＬＥＤベアチップが入る構造になっている。
次に、圧力３０Ｐａの低圧雰囲気において、図２に示すように、スキージ１６を用いて、ＬＥＤベアチップを、スクリーン印刷法を用いて、蛍光体層材料３で被覆した。この蛍光体層材料３は、シリコーン樹脂からなる透光性母材に、乾燥炉で脱水処理したＥｕ2+で付活したアルカリ土類金属オルト珪酸塩系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+）からなる蛍光体と乾燥炉で脱水処理した二酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる無機フィラーとを加えたものである。また、蛍光体層材料３は圧力６６７Ｐａ（＝５Ｔｏｒｒ）の低圧雰囲気で撹拌して気泡を押し出したものを用いた。低圧雰囲気で撹拌することにより、スクリーン印刷した後の蛍光体層材料３内の気泡をより少なくすることができる。
続いて、図３に示したように、圧力６５ｋＰａの高圧雰囲気において、蛍光体層材料３を、真空差圧によりＬＥＤベアチップと基板２との間に充填した。ＬＥＤベアチップと基板２との間は高さ１０μｍ以上あり、透光性母材だけでなく、蛍光体と無機フィラーもＬＥＤベアチップと基板２との間の空隙に充填された。このとき蛍光体層材料３の表面に、この空隙を充填した分だけ凹部ができた。
さらに、図４に示したように、高圧雰囲気（圧力６５ｋＰａ）を維持して、スキージ１６を用いて、さらに蛍光体層材料３で蛍光体層材料３の表面の凹部を補填して、蛍光体層材料３の表面を平坦にした。次に、大気圧雰囲気（１００ｋＰａ）において、マスク１５を取り外し、さらに１３５℃で６０分間加熱してシリコーン樹脂を硬化させて蛍光体層を形成した。
引き続き、以下のように本実施例の発光装置を完成させた。まず、樹脂膜８の上にアルミニウムに陽極酸化した反射板９を装着した後、エポキシ樹脂からなるレンズ板１０を、蛍光体層材料３と反射板９とを覆うように形成した。また、基板を作製する際、同時に、基板２の表面上に、導体パターン４を介して発光素子１に給電するための接続端子１１を形成した。
反射板９には、各ＬＥＤベアチップに対応して逆円錐筒状の反射孔が設けられている。また、反射板９の装着には接着剤を用いた。具体的には、反射板９の裏面に接着剤を塗布して、反射板９の各反射孔に各蛍光体層材料３が入るように装着した。
レンズ板１０は、レンズ板を成形するための型（図示せず）を上記の反射板９が装着された基板２上に配置して、その型の中にエポキシ樹脂を注入して形成した。
導体パターン４ｂはＬＥＤベアチップを３２個ずつ直列に接続するように形成され、接続端子１１ａと１１ｂ及び接続端子１１ｃと１１ｄにそれぞれ接続するように形成した。
以上の工程により、本実施例における６４個のＬＥＤベアチップを含むカード型発光装置を得た。
（比較例）
本比較例の発光装置は、常時大気圧下でＬＥＤベアチップを蛍光体層材料３で被覆したこと以外は、実施例１の発光装置と同じ条件で製造した。
以下、実施例と比較例の発光装置を比較する。
これらの発光装置における蛍光体層１００個（ＬＥＤベアチップ１個につき蛍光体層１個と数えた。）の側面を、オリンパス社製の金属顕微鏡を用いて調べた。その結果、比較例の発光装置には、蛍光体層６５個に空気の抜けた貫通穴が観察され、３５個に空気層の膨張した形跡が観察されたのに対して、実施例には、貫通穴及び膨張した形跡が全く観察されなかった。この貫通穴及び膨張した形跡は、蛍光体層材料を加熱して硬化させたときに、ＬＥＤベアチップと基板との間にある空気が膨張して形成されると考えられ、出力光の色度が均等にならない原因の１つである。以上より、本発明の実施例の発光装置では、貫通穴及び膨張した形跡が全く観察されず、比較例に比べて顕著な差を示した。
また、これらの発光装置に接続端子を介して微小な順方向電流を流し、順方向電圧の減少を調べた。具体的には、ＬＥＤベアチップ３２個ずつを直列に接続した実施例及び比較例の発光装置に、温度６０℃、相対湿度９５％の恒温恒湿下で１０００時間、４０ｍＡの電流を流し続けた後、１０μＡの電流を流して電圧を測定した。その結果、比較例では８０Ｖから７５Ｖに電圧が減少したのに対して、実施例では電圧が減少しなかった。時間の経過に従って電圧が減少するのは、発光光源の内部にある空隙に、特にＬＥＤベアチップと基板との間にある空隙に水分等が蓄積されているためだと考えられる。この水分等の蓄積はイオンマイグレーションの原因の一つである。以上より、本発明の実施例の発光装置では、時間の経過に従って電圧が減少することなく、比較例に比べて顕著な差を示した。
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上記以外の形態としても実施が可能である。本出願に開示された実施形態は一例であって、これらに限定はされない。本発明の範囲は、上述の明細書の記載よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれるものである。
以上説明したように本発明は、発光素子と基板との間の空隙をなくすことにより、出力光の色度が均一で、かつ、発光効率を向上させた発光光源及びその製造方法、並びにその発光光源を用いた発光装置を提供できる。
図１は、本発明の発光光源の製造方法の一例を示す断面図である。 図２は、本発明の発光光源の製造方法の一例を示す断面図である。 図３は、本発明の発光光源の製造方法の一例を示す断面図である。 図４は、本発明の発光光源の製造方法の一例を示す断面図である。 図５は、本発明の発光光源の一例を示す断面図である。 図６は、本発明の発光光源の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図７は、本発明の発光光源の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図８は、本発明の発光光源の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図９は、本発明の発光光源の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図１０は、本発明の発光光源の他の一例を示す断面図である。 図１１は、本発明の発光光源の他の一例を示す断面図である。 図１２は、本発明の発光装置の一例を示す斜視図である。 図１３は、本発明の発光装置の一例を示す分解斜視図である。 図１４は、本発明の発光光源を用いた発光装置の他の一例を示す卓上スタンド型の照明装置の斜視図である。 図１５は、本発明の発光光源を用いた発光装置の他の一例を示す平板型の画像表示装置の斜視図である。 図１６は、本発明の発光光源を用いた発光装置の他の一例を示すセグメント式の数字表示装置の斜視図である。

Claims (20)

  1. 発光素子と、導体パターンを含む基板と、蛍光体と透光性母材とを含む蛍光体層材料とを含み、前記発光素子は前記導体パターンに接続され、前記蛍光体層材料は前記発光素子を被覆している発光光源であって、
    前記発光素子と前記基板との間に前記蛍光体層材料の少なくとも前記透光性母材が配置されていることを特徴とする発光光源。
  2. 前記発光素子と前記基板との間に前記蛍光体がさらに配置されている請求項１に記載の発光光源。
  3. 前記発光素子は、バンプを用いて前記導体パターンに接続されている請求項１に記載の発光光源。
  4. 前記透光性母材は、前記発光素子の発光ピーク波長における分光透過率が７０％以上である特性を有する請求項１に記載の発光光源。
  5. 前記透光性母材は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の発光光源。
  6. 前記蛍光体層材料は、無機フィラーをさらに含む請求項１に記載の発光光源。
  7. 前記無機フィラーは、二酸化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化チタン及び酸化マグネシウムから選ばれる少なくとも１種である請求項６に記載の発光光源。
  8. 発光光源を複数備えた発光装置であって、
    前記発光光源は、発光素子と、導体パターンを含む基板と、蛍光体と透光性母材とを含む蛍光体層材料とを含み、
    前記発光素子は、前記導体パターンに接続され、
    前記蛍光体層材料は、前記発光素子を被覆し、
    前記発光素子と前記基板との間には、前記蛍光体層材料の少なくとも前記透光性母材が配置されていることを特徴とする発光装置。
  9. 前記発光素子と前記基板との間に前記蛍光体がさらに配置されている請求項８に記載の発光装置。
  10. 前記発光素子は、バンプを用いて前記導体パターンに接続されている請求項８に記載の発光装置。
  11. 前記透光性母材は、前記発光素子の発光ピーク波長における分光透過率が７０％以上である特性を有する請求項８に記載の発光装置。
  12. 前記透光性母材は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂から選ばれる少なくとも１種である請求項８に記載の発光装置。
  13. 前記蛍光体層材料は、無機フィラーをさらに含む請求項８に記載の発光装置。
  14. 前記無機フィラーは、二酸化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化チタン及び酸化マグネシウムから選ばれる少なくとも１種である請求項１３に記載の発光装置。
  15. 発光素子を、導体パターンを含む基板上に空隙を介して接続する第１の工程と、
    大気圧よりも低圧雰囲気において、前記基板に接続された発光素子を、蛍光体と透光性母材とを含む蛍光体層材料で被覆する第２の工程と、
    前記低圧雰囲気よりも高圧雰囲気とすることにより、前記発光素子を被覆した蛍光体層材料に含まれる少なくとも前記透光性母材を、前記発光素子と前記基板との間に充填する第３の工程とを含むことを特徴とする発光光源の製造方法。
  16. 前記第３の工程において、前記発光素子を被覆した蛍光体層材料に含まれる蛍光体が、前記発光素子と前記基板との間にさらに充填される請求項１５に記載の発光光源の製造方法。
  17. 前記第３の工程の後に、前記発光素子を被覆した蛍光体層材料に前記蛍光体層材料を補填する工程をさらに含む請求項１５に記載の発光光源の製造方法。
  18. 前記第２の工程は、圧力２０Ｐａ以上１００Ｐａ以下の低圧雰囲気で行い、前記第３の工程は、圧力１０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下の高圧雰囲気で行う請求項１５に記載の発光光源の製造方法。
  19. 前記第１の工程において、前記発光素子と前記基板とをバンプを用いて接続する請求項１５に記載の発光光源の製造方法。
  20. 前記蛍光体層材料は、無機フィラーをさらに含む請求項１５に記載の発光光源の製造方法。
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