JP2016072474A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、波長変換部材の形成方法によっては、波長変換部材の膜厚の不均一性が生じ、これに起因する発光色の色むらが発生するという問題があった。
そのために、波長変換部材の膜厚が薄くなる発光素子のコーナー部において、発光素子からの光を放射しない非放射部が形成された発光装置が提案されている(特許文献1)。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光出力の低下を招くことなく、より確実に色むらを改善することができる発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明で用いられる発光素子は、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子を意味する。なかでも、基板上に、InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等の窒化物半導体、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の発光層を含む半導体層の積層構造が形成されたものが挙げられる。
いずれの電極構造においても、発光素子からの光や熱による劣化、発光素子からの光の反射等を考慮して、発光素子の裏面に接合メタル層、基材、メタライズ層、Al、Ag等の金属メッキ層、Au−Sn共晶などの半田、低融点金属等のろう材、導電性ペーストなどの接合層等の1以上を任意に組み合わせてもよい。
本発明で用いられる蛍光体は、粒子状のものであればよく、当該分野で公知のもののいずれをも使用することができる。例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット(LAG)、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO−Al2O3−SiO2)、ユウロピウムで賦活されたシリケート((Sr,Ba)2SiO4)などが挙げられる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光(例えば白色系)を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置とすることができる。
蛍光体を含有する樹脂としては、発光素子から出射される光および蛍光体によって波長変換された光を透過させることができるものであればよい。なかでも、発光素子から出射される光の60%以上を透過するもの、さらに、70%、80%又は90%以上を透過するものが好ましい。このような樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変成樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、トリメチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂又はこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂等が挙げられる。
蛍光体含有樹脂を発光素子上面に配置する際、蛍光体含有樹脂の粘度を1〜50Pa・sとすることが好ましく、10〜15Pa・sとすることがより好ましい。
発光素子上面に蛍光体含有樹脂を配置する方法としては、スクリーン印刷、滴下等を利用することができ、なかでも、滴下が好ましい。滴下は、例えば、ディスペンサ等を用いて発光素子上面に、発光素子の外縁を超えない範囲でノズルを走査させて又はノズルを用いることなく行うことが好ましい。1つの発光素子上面に配置する蛍光体含有樹脂の量は、発光素子の大きさによって適宜調整することができるが、例えば、0.05〜1mg程度が好ましく、0.1〜1mg程度がより好ましく、0.2〜0.5mg程度がさらに好ましい。滴下は、1つの発光素子上面に1箇所のみ又は1回のみ行うものであってもよいし、複数箇所又は複数回行ってもよい。
一方、蛍光体含有樹脂の配置後に、後述するように、発光素子を傾斜回転させることにより、発光素子の上面に、蛍光体含有樹脂を均一に配置することができ、特に、発光素子の隅部に蛍光体が欠乏した領域の発生を低減することができる。
発光素子上面に蛍光体含有樹脂を配置した後、発光素子を傾斜回転させる。この場合、発光素子上面の法線方向を、鉛直方向から傾斜させた軸として設定し、この軸を中心に発光素子を傾斜回転させる。この軸は、発光素子内に設定されていてもよいし(図1A参照)、発光素子外に設定されていてもよい(図1B参照)。前者の場合、例えば、発光素子の中心に設定することが好ましい。後者の場合、例えば、発光素子を板状体に載置し、この板状体上面の法線方向を、発光素子上面の法線方向と見なし、この板状体の法線方向を、鉛直方向から傾斜させた軸として設定し、この軸を発光素子の載置領域以外の板状体内に設定してもよい。つまり、発光素子は、回転軸を中心として、所定の距離を半径とする円の外周に沿って回転してもよい。
なお、軸に対する素子の位置関係は、回転軸を発光素子内に設定した場合と発光素子外に設定した場合とでは異なるが、重力により蛍光体を沈降させ、回転動作を沈降方向(重力が働く方向)変更のために利用しており、いずれの場合も、実質的な物理作用は同等であると考えられる。
また、複数の発光素子の回転を模式的に示す図1Bを用いて説明すると、複数の発光素子10を、例えば、支持体が複数連続して構成される板状体13の上面に配置し、これら発光素子10の上面に蛍光体含有樹脂11を配置した後、板状体13上面の法線方向を、鉛直方向15からα°傾斜させて回転軸14を設定し、この回転軸14を中心に複数の発光素子10を回転させる。この回転軸14は、例えば、発光素子10の載置領域外であって、板状体13の中心を通る。
軸の回転速度は、0.001〜10rpmが好ましく、0.01〜5rpmがより好ましく、0.1〜1rpmがさらに好ましい。このような回転速度とすることで、蛍光体含有樹脂及びその内部における蛍光体を、意図しない大きな遠心力等によって偏らせることなく、均一に分散させることができ、色むらの解消に有効である。
また、発光素子の傾斜回転中は、周辺温度を常温とすることが好ましい。発光素子の回転による蛍光体の樹脂内での沈降(移動)を円滑に行わせ、急激な樹脂の硬化を防止するためである。
まず、発光素子を準備する。発光素子は、下から順に、裏面メタライズ層、基板、接合メタル層の積層構造が、p側全面電極及び保護膜を介して、p側半導体層、発光層及びn側半導体層の積層体と接合されている。n側半導体層の表面には、n側パッド電極及び保護膜が配置されている。n側パッド電極の一部上は保護膜から露出されており、保護膜は、その表面に数十nm程度の凹凸を有する。
この発光素子は、平面形状が、約1mm×1mmの正方形である。
p側半導体層及びn側半導体層はAlGaN層からなり、発光層はITO層からなる、ピーク波長は約450〜455nmの発光素子となる。
このような蛍光体含有樹脂を、例えば、発光素子の上面上にて、ディスペンサのノズルによって滴下することによって、発光素子上面に蛍光体含有樹脂を配置する。1つの発光素子に対する滴下量は、例えば、0.3〜0.4mgとする。
傾斜回転終了時には、蛍光体含有樹脂は、その内部に蛍光体を均一に分散させた状態で、硬化し、最大厚みが500μm、最小厚みが200μmの凸形状の波長変換部材兼配光部材として機能させることができる。
その結果、上記で得られた発光装置は、発光素子の回転時の傾斜角度(α)を0°及び90°としたいずれの発光装置と比較しても、発光素子の隅部において、波長変換不十分な光の漏れが顕著に低減され、色むらが顕著に改善されていることを確認した。
また、意図しない大きな遠心力が負荷されない程度に回転速度が小さいため、発光素子の側面にまで蛍光体含有樹脂が漏れ出る恐れがなく、発光素子の中央部が外周部よりも薄い状態となるような樹脂の移動も防止することができる。
従って、発光面積を発光素子の平面積と同じとすることができ、最大限の光束を確保しながら、発光素子の隅部での波長変換をも十分に行わせることができる。その結果、発光素子の全上面での良好な光の波長変換を実現することができ、色ムラの発生を効果的に防止することができる。
加えて、発光素子の隅部までも蛍光体含有樹脂を配置するために、蛍光体量や蛍光体含有樹脂量を増大させることなく、適度な厚み及び分布によって蛍光体及び蛍光体含有樹脂を配置することができるために、これらによる光の吸収を無視できるほどに低減させることができ、光束の低下防止に有効である。
2 モータ
3 脚部
4 レール
5、13 板状体
6 容器
7 角度調整部材
10 発光素子
11 蛍光体含有樹脂
15 鉛直方向
X 回転方向
α 傾斜角度
Claims (12)
- 発光素子上面に蛍光体含有樹脂を配置した後、前記発光素子上面の法線方向を、鉛直方向から傾斜させた軸として、該軸を中心に前記発光素子を傾斜回転させることを含む発光装置の製造方法。
- 前記発光素子上面へ蛍光体含有樹脂の配置を、滴下によって行う請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 前記軸の鉛直方向からの傾斜を、10〜80°とする請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。
- 前記軸の回転速度を、0.001〜10rpmとする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記蛍光体含有樹脂の粘度を1〜50Pa・sとする請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記蛍光体含有樹脂中の蛍光体の平均粒径を1〜30μmとする請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記蛍光体含有樹脂中の蛍光体の中心粒径を2〜20μmとする請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子の回転を、1〜170時間行う請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記蛍光体含有樹脂に対する蛍光体の量を、5〜70重量%とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子上面の前記蛍光体含有樹脂を配置する面積を0.25mm2以上とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記樹脂として、可使時間が4〜180時間である樹脂を用いる請求項1〜10のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記蛍光体含有樹脂の厚みを、前記発光素子の中央部よりも外周部において薄くする請求項1〜11のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
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