JP2014072212A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップの上方に蛍光体層を有する、発光特性に優れた発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る発光装置１０は、基板１１と、基板１１上に搭載されたＬＥＤチップ１２と、ＬＥＤチップ１２上の、蛍光体粒子を含み、透光性無機材料からなる板材であるガラス板１５ａ及びガラス板１５ａの基板１１の反対側の面に接する樹脂を含む蛍光体含有樹脂層１５ｂを有する蛍光体層１５と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

従来の発光装置として、蛍光体粒子を含む透光性材料や、蛍光体結晶からなる板状の蛍光体層をＬＥＤ素子の上方に有するものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１、２に記載された発光装置によれば、ＬＥＤ素子から直接取り出される光の色と蛍光体層から発せられる蛍光の色との混合色が発光装置の発光色となる。

特開２００７−１２３４３７号公報 国際公開第２００９／０６９６７１号

本発明の目的の一つは、ＬＥＤチップの上方に蛍光体層を有する、発光特性に優れた発光装置及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様において、基板と、前記基板上に搭載されたＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップ上の、蛍光体粒子を含み、透光性無機材料からなる板材及び前記板材の前記基板と反対側の面に接する樹脂を含む樹脂層を有する蛍光体層と、を有する発光装置を提供する。

上記発光装置において、前記蛍光体粒子は前記樹脂層に含まれてもよい。

上記発光装置において、前記蛍光体粒子は前記板材に含まれてもよい。

上記発光装置において、前記板材の屈折率よりも前記樹脂の屈折率が小さいことが好ましい。

上記発光装置において、前記板材が前記ＬＥＤチップに接し、前記ＬＥＤチップの前記板材に接する層の屈折率よりも前記板材の屈折率が小さく、前記板材の屈折率よりも前記樹脂の屈折率が小さくてもよい。

また、本発明の他の態様において、基板上にＬＥＤチップを搭載する工程と、前記ＬＥＤチップ上に、蛍光体粒子を含み、板材及び前記板材と接する樹脂層を有する蛍光体層を、前記ＬＥＤチップに接するように形成する工程と、を含む、発光装置の製造方法を提供する。

上記発光装置の製造方法において、前記樹脂層は、コンプレッション成形、スピンコート、静電塗布、静電噴霧又はスクリーン印刷により前記板材上に形成されてもよい。

上記発光装置の製造方法において、前記板材は、熱圧着により前記ＬＥＤチップに接着されてもよい。

本発明によれば、ＬＥＤチップの上方に蛍光体層を有する、発光特性に優れた発光装置及びその製造方法を提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を表す垂直断面図である。 図３は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。

〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置１０は、基板１１と、基板１１上に搭載されたＬＥＤチップ１２と、ＬＥＤチップ１２を囲むダム材１３と、ダム材１３とＬＥＤチップ１２との間に埋め込まれる封止材１４と、ＬＥＤチップ１２上の蛍光体層１５と、を有する。発光装置１０は、例えば、挟指向性ＬＥＤ光源として、車のヘッドライトに適用することができる。

基板１１は、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）や窒化アルミニウム等のセラミックからなる。

ＬＥＤチップ１２は、例えば、フリップチップ型であり、ＬＥＤチップ基板１２ａとＬＥＤチップ基板１２ａの基板１１側の面上の結晶層１２ｂとを有する。結晶層１２ｂは、ＬＥＤチップ基板１２ａ上にエピタキシャル結晶成長により形成される。結晶層１２ｂはｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた発光層を有し、ｎ型半導体層とｐ型半導体層は、基板１１上の図示しない導電パターンに接続される。ＬＥＤチップ１２から発せられる光は、蛍光体層１５側から取り出される。なお、ＬＥＤチップ１２は、フリップチップ型に限られず、例えば、フェイスアップ型でもよい。

ダム材１３は、例えば、二酸化チタン等の光反射性粒子を含むシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。ダム材１３は、ＬＥＤチップ１２から発せられる光を反射する。

封止材１４は、ＬＥＤチップ１２を封止する部材であり、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等の樹脂や、ガラスからなる。

蛍光体層１５は、ガラス板１５ａ及びガラス板１５ａの基板１１の反対側の面（図１の上側の面）に接する蛍光体含有樹脂層１５ｂを有する。

ガラス板１５ａは、例えば、Ｐ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３等の低融点ガラスからなり、ＬＥＤチップ１２の上面（ＬＥＤチップ１２がフリップチップ型である場合はＬＥＤチップ基板１２ａの表面）に熱圧着される。この場合、ガラス板１５ａはＬＥＤチップ１２に接する。ガラス板１５ａの屈折率は、例えば、１．４〜２．２である。ガラス板１５ａの厚さは、例えば、５０〜２００μｍである。

なお、接着層を介してＬＥＤチップ１２上に設置される場合は、ガラス板１５ａは低融点ガラスからなるものでなくてもよい。接着層の材料としては、例えば、屈折率がおよそ１．５〜１．７のアクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤、又はガラス系接着剤を用いることができる。

蛍光体含有樹脂層１５ｂは、蛍光体の粒子を含む樹脂からなる。蛍光体含有樹脂層１５ｂを構成する樹脂は、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂又はシリコーン系とエポキシ系のハイブリッド樹脂である。蛍光体含有樹脂層１５ｂを構成する樹脂の屈折率は、例えば、１．４〜１．６である。蛍光体含有樹脂層１５ｂの厚さは、例えば、５０〜２００μｍである。

蛍光体含有樹脂層１５ｂに含まれる蛍光体としては、次のようなものを用いることができる。青色蛍光体としては、例えば、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋等のアルミン酸蛍光体を用いることができる。緑〜橙色蛍光体としては、例えば、（Ｙ，Ｔｂ，Ｌｕ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋等のガーネット系蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）_３ＳｉＯ_５：Ｅｕ^２＋等のオルトケイ酸塩系蛍光体、又はＣａ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕ^２＋、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋等の酸窒化物蛍光体を用いることができる。赤色蛍光体としては、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋等の窒化物系蛍光体、又はＫ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋等のフッ化物系蛍光体を用いることができる。

蛍光体含有樹脂層１５ｂに含まれる蛍光体は、ＬＥＤチップ１２から発せられた光のエネルギーを吸収し、蛍光を発する。ＬＥＤチップ１２から発せられて蛍光体含有樹脂層１５ｂを透過して外部へ射出される光の色と、蛍光体から発せられる蛍光の色との混色が発光装置１０の発光色となる。例えば、発光装置１０の発光色が白色である場合、（Ａ）紫外光又は紫色光を発するＬＥＤチップ１２＋青色蛍光体、又は（Ｂ）青色光を発するＬＥＤチップ１２と、（α）黄色蛍光体、（β）黄色蛍光体＋赤色蛍光体、又は（γ）緑色蛍光体＋赤色蛍光体との組み合わせ（全６通り）が考えられる。

なお、ＬＥＤチップ１２から発せられる光の蛍光体含有樹脂層１５ｂの上面での反射を低減して光取出効率を向上させるために、蛍光体含有樹脂層１５ｂの上面に凹凸が設けられてもよい。

蛍光体含有樹脂層１５ｂの下にガラス板１５ａが位置するため、蛍光体含有樹脂層１５ｂが直接ＬＥＤチップ１２上に設けられる場合と比較して、ＬＥＤチップ１２から発せられた熱が蛍光体含有樹脂層１５ｂに伝わりにくく、蛍光体の昇温による蛍光特性の低下を抑えることができる。

ＬＥＤチップ１２から発せられる光のガラス板１５ａと蛍光体含有樹脂層１５ｂとの界面における反射を抑えるために、ガラス板１５ａの屈折率よりも蛍光体含有樹脂層１５ｂを構成する樹脂の屈折率が小さいことが好ましい。

さらに、ＬＥＤチップ１２とガラス板１５ａが接する場合は、ＬＥＤチップ１２のガラス板１５ａと接する層の屈折率よりもガラス板１５ａの屈折率が小さく、ガラス板１５ａの屈折率よりも蛍光体含有樹脂層１５ｂを構成する樹脂の屈折率が小さいことが好ましい。

例えば、ＬＥＤチップ１２が図１に示されるようなフリップチップ型であり、ＬＥＤチップ基板１２ａとガラス板１５ａが接する場合は、ＬＥＤチップ基板１２ａの屈折率よりもガラス板１５ａの屈折率が小さく、ガラス板１５ａの屈折率よりも蛍光体含有樹脂層１５ｂを構成する樹脂の屈折率が小さいことが好ましい。例えば、ＬＥＤチップ基板１２ａが、屈折率がおよそ１．７のサファイア基板である場合は、ガラス板１５ａの屈折率は１．７未満であることが好ましい。また、ＬＥＤチップ基板１２ａが、屈折率がおよそ２．２の窒化ガリウム基板である場合は、ガラス板１５ａの屈折率は２．２未満であることが好ましい。

また、ＬＥＤチップ基板１２ａとガラス板１５ａの間に、これらを接着するための接着層が設けられる場合は、ＬＥＤチップ基板１２ａの屈折率よりも接着層の屈折率が小さく、接着層の屈折率よりもガラス板１５ａの屈折率が小さいことが好ましい。

また、ＬＥＤチップ１２がフリップチップ型であり、ＬＥＤチップ基板１２ａがＧａＮ基板である場合は、ＬＥＤチップ基板１２ａの屈折率がおよそ２．２と比較的高く、ＬＥＤチップ基板１２ａとガラス板１５ａとの界面において反射が生じやすい。このため、ＬＥＤチップ基板１２ａとガラス板１５ａとの間に反射防止膜（ＡＲコート）を設けてもよい。この反射防止膜は、例えば、ＳｉＯ_２からなる。

以下に、発光装置１０の製造方法の一例を示す。

図２（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１０の製造工程を表す垂直断面図である。

まず、図２（ａ）に示される様に、基板１１上にＬＥＤチップ１２を搭載し、ダム材１３を形成する。ＬＥＤチップ１２の搭載とダム材１３の形成とは、どちらが先でもよい。

ダム材１３は、例えば、スクリーン印刷や、ディスペンサによる吐出により樹脂を設置した後、その樹脂を加熱して硬化させることにより形成される。

次に、図２（ｂ）に示される様に、基板１１上のダム材１３とＬＥＤチップ１２の間に封止材１４を形成する。封止材１４は、例えば、ディスペンサにより液状の樹脂を吐出し、その樹脂を加熱して硬化させることにより形成される。

次に、図２（ｃ）に示される様に、ＬＥＤチップ１２上に蛍光体層１５を設置する。このとき、コンプレッション成形、スピンコート、静電塗布、静電噴霧等により蛍光体含有樹脂層１５ｂをガラス板１５ａ上に形成した後にＬＥＤチップ１２上に設置してもよいし、ガラス板１５ａをＬＥＤチップ１２上に設置した後にスクリーン印刷等により蛍光体含有樹脂層１５ｂをガラス板１５ａ上に形成してもよい。

また、ＬＥＤチップ１２上に蛍光体層１５を直接設置する場合は、熱圧着によりガラス板１５ａをＬＥＤチップ１２に接着することができる。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、蛍光体層の構成において第１の実施の形態と異なる。第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

図３は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置２０は、基板１１と、基板１１上に搭載されたＬＥＤチップ１２と、ＬＥＤチップ１２を囲むダム材１３と、ダム材１３とＬＥＤチップ１２との間に埋め込まれる封止材１４と、ＬＥＤチップ１２上の蛍光体層２５と、を有する。

蛍光体層２５は、蛍光体含有ガラス板２５ａ及び蛍光体含有ガラス板２５ａの上面（図３の上側の面）に接する樹脂層２５ｂを有する。

蛍光体含有ガラス板２５ａは、第１の実施の形態のガラス板１５ａを構成するガラスと同様のガラスで構成される。蛍光体含有ガラス板２５ａを構成するガラスの屈折率は、例えば、１．４〜２．２である。また、蛍光体含有ガラス板２５ａは蛍光体の粒子を含む。蛍光体含有ガラス板２５ａの厚さは、例えば、５０〜２００μｍである。蛍光体含有ガラス板２５ａに含まれる蛍光体としては、第１の実施の形態の蛍光体含有樹脂層１５ｂに含まれる蛍光体と同様のものを用いることができる。

蛍光体含有ガラス板２５ａに含まれる蛍光体は、ＬＥＤチップ１２から発せられた光のエネルギーを吸収し、蛍光を発する。ＬＥＤチップ１２から発せられて蛍光体含有ガラス板２５ａを透過して外部へ射出される光の色と、蛍光体から発せられる蛍光の色との混色が発光装置１０の発光色となる。

樹脂層２５ｂは、第１の実施の形態の蛍光体含有樹脂層１５ｂを構成する樹脂と同様の樹脂で構成される。樹脂層２５ｂの屈折率は、例えば、１．４〜１．６である。樹脂層２５ｂの厚さは、例えば、５０〜２００μｍである。

なお、ＬＥＤチップ１２から発せられる光の樹脂層２５ｂの上面での反射を低減して光取出効率を向上させるために、樹脂層２５ｂの上面に凹凸が設けられてもよい。

ＬＥＤチップ１２から発せられる光の蛍光体含有ガラス板２５ａと樹脂層２５ｂとの界面における反射を抑えるために、蛍光体含有ガラス板２５ａを構成するガラスの屈折率よりも樹脂層２５ｂの屈折率が小さいことが好ましい。

さらに、ＬＥＤチップ１２と蛍光体含有ガラス板２５ａが接する場合は、ＬＥＤチップ１２の蛍光体含有ガラス板２５ａと接する層の屈折率よりも蛍光体含有ガラス板２５ａの屈折率が小さく、蛍光体含有ガラス板２５ａの屈折率よりも樹脂層２５ｂを構成する樹脂の屈折率が小さいことが好ましい。

さらに、ＬＥＤチップ１２が図３に示されるようなフリップチップ型であり、ＬＥＤチップ基板１２ａと蛍光体含有ガラス板２５ａが接する場合は、ＬＥＤチップ基板１２ａの屈折率よりも蛍光体含有ガラス板２５ａの屈折率が小さく、蛍光体含有ガラス板２５ａを構成するガラスの屈折率よりも樹脂層２５ｂの屈折率が小さいことが好ましい。例えば、ＬＥＤチップ基板１２ａが、屈折率がおよそ１．７のサファイア基板である場合は、蛍光体含有ガラス板２５ａを構成するガラスの屈折率は１．７未満であることが好ましい。また、ＬＥＤチップ基板１２ａが、屈折率がおよそ２．２の窒化ガリウム基板である場合は、蛍光体含有ガラス板２５ａを構成するガラスの屈折率は２．２未満であることが好ましい。

また、ＬＥＤチップ基板１２ａと蛍光体含有ガラス板２５ａの間に、これらを接着するための接着層が設けられる場合は、ＬＥＤチップ基板１２ａの屈折率よりも接着層の屈折率が小さく、接着層の屈折率よりも蛍光体含有ガラス板２５ａの屈折率が小さいことが好ましい。

（実施の形態の効果）
上記第１及び２の実施の形態によれば、蛍光体層にガラス板を含めることにより、蛍光体層の強度が増し、設置する際の変形を抑えることができる。また、蛍光体を含む層（蛍光体含有樹脂層又は蛍光体含有ガラス板）を薄くしても蛍光体層の強度が保たれるため、蛍光体を含む層を薄くして蛍光体層内における光散乱を低減し、光取出効率を向上させることができる。蛍光体を含む層が薄くなると光散乱が低減するのは、蛍光体を含む層の厚さが蛍光体の粒径（主に２０〜３０μｍに分布）に近づくと蛍光体同士の厚さ方向の重なりが少なくなるためである。

また、蛍光体を含む層を薄くすることにより、蛍光体層内における光散乱が低減するため、発光装置の色ムラや輝度ムラを低減することができる。また、蛍光体を含む層を薄くすることにより、蛍光体層からの発熱を効率よく逃がし、発光装置の信頼性を高めることができる。

また、ＬＥＤチップとガラス板が接する場合に、ＬＥＤチップのガラス板と接する層の屈折率よりもガラス板を構成するガラスの屈折率を小さくし、ガラスの屈折率よりも樹脂層を構成する樹脂の屈折率を小さくすることにより、ＬＥＤチップ上に樹脂層のみを設置する場合、及びガラス板のみを設置する場合と比較して、ＬＥＤチップから発せられる光の反射を低減し、発光装置の光取出効率を向上させることができる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、第１の実施の形態のガラス板１５ａや第２の実施の形態の蛍光体含有ガラス板２５ａに用いられるガラス板は、上記実施の形態において開示されたもの以外の透光性の無機材料からなる板材であってもよい。例えば、サファイア、ＺｎＯ等の結晶質の材料からなる板材を用いることにより、蛍光体から発せられる熱をより効果的に外部へ放出させることもできる。

また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。例えば、第１の実施の形態の蛍光体含有樹脂層１５ｂと第２の実施の形態の蛍光体含有ガラス板２５ａを有する蛍光体層を用いてもよい。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１０、２０ 発光装置
１１ 基板
１２ ＬＥＤチップ
１５、２５ 蛍光体層
１５ａ ガラス板
１５ｂ 蛍光体含有樹脂層
２５ａ 蛍光体含有ガラス板
２５ｂ 樹脂層

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に搭載されたＬＥＤチップと、
   前記ＬＥＤチップ上の、蛍光体粒子を含み、透光性無機材料からなる板材及び前記板材の前記基板と反対側の面に接する樹脂を含む樹脂層を有する蛍光体層と、
   を有する発光装置。
2. 前記蛍光体粒子は前記樹脂層に含まれる、
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記蛍光体粒子は前記板材に含まれる、
   請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記板材の屈折率よりも前記樹脂の屈折率が小さい、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記板材が前記ＬＥＤチップに接し、
   前記ＬＥＤチップの前記板材に接する層の屈折率よりも前記板材の屈折率が小さく、
   前記板材の屈折率よりも前記樹脂の屈折率が小さい、
   請求項４に記載の発光装置。
6. 基板上にＬＥＤチップを搭載する工程と、
   前記ＬＥＤチップ上に、蛍光体粒子を含み、板材及び前記板材と接する樹脂層を有する蛍光体層を、前記ＬＥＤチップに接するように形成する工程と、
   を含む、発光装置の製造方法。
7. 前記樹脂層は、コンプレッション成形、スピンコート、静電塗布、静電噴霧又はスクリーン印刷により前記板材上に形成される、
   請求項６に記載の発光装置の製造方法。
8. 前記板材は、熱圧着により前記ＬＥＤチップに接着される、
   請求項６又は７に記載の発光装置の製造方法。

Images