JP6048001B2

JP6048001B2 - 発光装置

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Publication number: JP6048001B2
Application number: JP2012189775A
Authority: JP
Inventors: 哲平国宗; 蔵本　雅史; 雅史蔵本
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: JP2014033168A

Description

本発明は、発光装置に関し、特に発光素子を実装部材に接合する接合部材を備える発光装置に関するものである。

例えば特許文献１，２に記載されているように、従来、半導体素子を配線基板やリードフレームに接合する接合材料として、銀などの金属粒子を有機溶剤に分散させた焼結型のペースト（以降、「金属粒子焼結型ペースト」と呼称する）が知られている。

この金属粒子焼結型ペーストは、２００℃前後の加熱によって、有機溶剤を揮発させ、金属粒子同士を焼結させることで接合を行うことができる。また、その接合後の理論的耐熱限界は、その金属粒子の融点（例えば銀であれば約９６２℃）となる。このため、一般的に融点が３００℃以上であり、接合後もその融点付近の温度で再溶融する鉛フリーの共晶半田に比べ、金属粒子焼結型ペーストは、接合温度、耐熱性において優れている。また、樹脂を含む接着剤と比べても、金属粒子焼結型ペーストは、耐熱性や放熱性において優れている。

特開２０１０−２５７８８０号公報特開２０１１−０９１２１３号公報ＷＯ２０１１／０１０６５９号公報ＷＯ２０１０／０８４７４６号公報ＷＯ２０１０／０８４７４２号公報特開２０１０−１７０９１６号公報ＷＯ２００９／０９０９１５号公報特開２００８−１９８９６２号公報特開平１１−２８４２３４号公報

しかしながら、金属粒子焼結型ペーストを焼成して得られる焼結体は、隣接する金属粒子間の隙間が空隙となって内部に残るために多孔質となり、また表面には金属粒子の形状に起因する微細な凹凸構造を有するものとなることがある。このため、金属粒子焼結型ペーストを発光素子の接合に適用した場合、金属粒子の焼結体の表面の凹凸構造により光損失が発生し、光の取り出し効率が低下する虞がある。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、発光素子と実装部材の接合性に優れ、光の取り出し効率の高い発光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、基板と、前記基板の上面側に設けられた発光素子構造と、前記基板と前記発光素子構造の間に設けられた、金属反射膜又は誘電体多層膜を含む接合層と、を有する発光素子と、前記発光素子が実装される実装部材と、金属粒子の焼結体であって、前記発光素子の基板の下面側と前記実装部材を接合する接合部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る発光装置は、以下のように構成することができる。
前記接合部材は、前記基板の側面の少なくとも一部を被覆していてもよい。
前記接合部材の表面を被覆する白色の被覆部材を備えていてもよい。
前記被覆部材は、前記基板の側面の少なくとも一部を被覆していてもよい。
前記基板は、遮光性基板であってもよい。
前記金属粒子は、銀又は銀合金であってもよい。

本発明によれば、発光素子構造から出射される光を接合層により上方に反射させて、金属粒子の焼結体である接合部材への光入射を低減し、高い光の取り出し効率を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ｂ）である。本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ａ）と、そのＢ−Ｂ断面における概略断面図（ｂ）である。

以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。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。

＜実施の形態１＞
図１（ａ）は、実施の形態１に係る発光装置を示す概略上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る発光装置１００は、発光素子１０と、実装部材２０と、接合部材３０と、を備えている。

発光素子１０は、１個の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップである。発光素子１０は、基板１１と、その基板の上面側に設けられた発光素子構造１３と、を含んでいる。また、発光素子１０の上面には、蛍光体を含有する波長変換部材６０が設けられている。この波長変換部材６０は、上面視において、発光素子１０と略同じ形状である。よって、発光素子１０は、波長変換部材一体型の発光素子と考えることもできる。なお、基板１１の下面には、金属膜１７が設けられていてもよい。

実装部材２０は、発光素子１０が実装される部材である。実装部材２０は、正負一対のリードフレームである導電部材２１と、この導電部材２１と一体成形された樹脂の成形体である基体２３と、を有するパッケージである。実装部材２０は凹部を備えており、発光素子１０はその凹部内に収容されている。

発光装置１００は、発光素子１０を封止する封止部材５０をさらに備えている。封止部材５０は、ほぼ透明な樹脂の成形体である。また、封止部材５０は、実装部材２０の凹部に充填され、さらにその表面が上方に突出した凸面に形成されている。

接合部材３０は、発光素子１０の基板１１の下面側と実装部材２０（特に導電部材２１）を接合する部材である。接合部材３０は、金属粒子３５の焼結体である。この接合部材３０は、金属粒子焼結型ペーストが焼成されて得られるものであり、多孔質で、表面には凹凸が形成されている。

そして、発光素子１０は、基板１１と発光素子構造１３の間に、接合層１５を有している。この接合層１５は、金属反射膜又は誘電体多層膜を含んでいる。これにより、発光素子構造１３から出射される光を接合層１５の金属反射膜又は誘電体多層膜によって上方に効率良く反射させ、接合部材１５への光入射を低減し、また発光素子構造１３から出射される光が基板１１内部に進行することを抑制して、光の取り出し効率を高めることができる。このように、本実施形態では、発光素子１０を金属粒子の焼結体である接合部材３０により実装部材２０と接合することで、放熱性や耐熱性に優れながら、さらに接合層１５により接合部材３０への光入射を低減して、光の取り出し効率の高い発光装置とすることができる。なお、接合層１５の金属反射膜又は誘電体多層膜は、発光素子構造１３に接して、又は、発光素子構造１３に接して設けられた導電性酸化物膜などの透光膜に接して、設けられることが、その光反射機能を発揮しやすいので好ましい。

以下、発光装置１００の好ましい形態について詳述する。

図１に示す例の発光装置１００において、接合部材３０は、基板１１の側面の一部を被覆している。接合部材３０は、基板１１の側面の全部を被覆していてもよい。このように、接合部材３０が、基板１１の側面の少なくとも一部を被覆していることにより、発光素子１０と実装部材２０の接合強度や発光素子１０の放熱性を高めることができる。また、接合層１５の金属反射膜又は誘電体多層膜によって、基板１１内部への光の進行を抑制して、基板１１の側面を被覆する接合部材３０による光損失を抑制することができる。

また、図１に示す例の発光装置１００において、接合部材３０の表面は、被覆部材４０により被覆されている。被覆部材４０は、白色であることが好ましい。これにより、発光素子構造１３から出射される光を被覆部材４０により上方に効率良く反射させ、接合部材３０への光入射を低減して、高い光の取り出し効率を得ることができる。また、発光装置外部から侵入する硫黄含有ガスなどの腐食性ガスや水分によって、接合部材３０が変色などの劣化をきたしても、接合部材３０の表面を被覆する被覆部材４０により、接合部材３０への光入射を低減して、高い光の取り出し効率を維持することができる。これは、金属粒子３５が比較的変色しやすい銀や銀合金である場合、特に効果的である。

さらに、図１に示す例の発光装置１００において、被覆部材４０は、基板１１の側面の全部を被覆している。このように、被覆部材４０が基板１１の側面の少なくとも一部を被覆していることにより、被覆部材４０による接合部材３０の被覆面積が大きくなり、接合部材３０の表面による光損失を抑制しやすい。また、接合層１５の金属反射膜又は誘電体多層膜によって、基板１１内部への光の進行を抑制して、基板１１の側面を被覆する被覆部材４０による光の閉じ込めを抑制することができる。また、特に基板１１が遮光性基板である場合には、基板１１の側面による光損失を抑制することができる。

また、被覆部材４０は、発光素子構造１３（特に活性層）の側面を被覆している。さらに、被覆部材４０は、波長変換部材６０の側面を被覆している。これにより、発光素子構造１３及び波長変換部材６０から直接的に側方に光が出射されるのを抑制し、発光素子構造１３から波長変換部材６０に光が効率良く入射され、色斑の少ない発光が可能な発光装置とすることができる。また、被覆部材４０は、発光素子１０の周囲の実装部材２０上を連続的に被覆している。これにより、封止部材５０中を進行する光（発光素子構造１３からの光及び蛍光体からの波長変換光）を被覆部材４０によって効率良く上方に反射させ、実装部材２０や接合部材３０への光入射を低減して、高い光の取り出し効率を得ることができる。

なお、被覆部材４０は、金属粒子３５より平均粒径が小さい粒子４５を含有していることが好ましい。これにより、被覆部材４０が含有する粒子４５が、接合部材３０の表面の凹部上に密に配置されやすく、接合部材３０による光損失を抑制しやすい。さらには、被覆部材４０が含有する粒子４５が、接合部材３０の表面の凹部内に配置されていることがより好ましく、さらには凹部に充填されているとなお良い。

＜実施の形態２＞
図２（ａ）は、実施の形態２に係る発光装置を示す概略上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す概略断面図である。図２に示すように、実施の形態２に係る発光装置２００は、発光素子１０と、実装部材２０と、接合部材３０と、を備えている。

発光素子１０は、基板１１と、その基板の上面側に設けられた発光素子構造１３と、これらの間に設けられた接合層１５と、を含むＬＥＤチップであり、複数個設けられている。なお、基板１１の下面には、金属膜１７が設けられていてもよい。

実装部材２０は、配線である導電部材２２と、この導電部材２２を表面に有する基板の母材である基体２４と、を有する配線基板である。実装部材２０の上面には、導電部材２２上に実装される全ての発光素子１０を囲むように、枠状の突起が設けられている。この突起は、白色の樹脂の成形体である。

封止部材５０は、突起の内側に充填され、全ての発光素子１０を覆っており、その表面はほぼ平坦に形成されている。この封止部材５０は、蛍光体を含有する樹脂の成形体であり、波長変換部材６１でもある。

接合部材３０は、金属粒子３５の焼結体であり、基板１１の下面側に加え側面の一部を被覆して、各発光素子１０と実装部材２０を接合している。この接合部材３０は、金属粒子焼結型ペーストが焼成されたものであり、多孔質で、表面には凹凸が形成されている。

図２に示す例の発光装置２００において、被覆部材４０は、各発光素子１０の基板１１の側面の一部を被覆している。したがって、各発光素子１０の発光素子構造１３（特に活性層）の側面は、被覆部材４０から露出されている。これにより、被覆部材４０による光の閉じ込めを抑制して、発光素子構造１３から効率良く光を取り出すことができる。また、被覆部材４０は、各発光素子１０の間の実装部材２０上を連続的に被覆している。これにより、封止部材５０（波長変換部材６１）中を進行する光（発光素子構造１３からの光及び蛍光体からの波長変換光）を被覆部材４０によって効率良く上方に反射させ、実装部材２０や接合部材３０への光入射を低減して、高い光の取り出し効率を得ることができる。また、被覆部材４０が含有する粒子４５の光散乱効果により、発光素子構造１３からの光と蛍光体からの波長変換光の混色を促進し、色斑の少ない発光が可能な発光装置とすることができる。

以下、本発明の発光装置の各構成要素について説明する。

（発光素子１０）
発光素子１０は、少なくとも基板１１と、発光素子構造１３と、により構成される。発光素子１０の上面視形状は、四角形、特に長方形であることが好ましいが、その他の形状であってもよい。発光素子１０（特に基板１１）の側面は、上面に対して、略垂直であってもよいし、内側又は外側に傾斜していてもよい。

（基板１１）
基板１１は、例えば、結晶成長用基板から分離した発光素子構造１３に接合させる接合用基板である。基板１１が導電性を有することで、上下電極構造（対向電極構造）を採用することができ、発光面積を大きくしやすい。また、発光素子構造１３に面内均一に給電しやすく、発光効率を高めやすい。また、発光素子構造１３から基板１１内部への光の進行を抑制する接合層１５があれば、基板１１は、光学特性よりも熱伝導性や導電性を優先的に考慮して選択することができる。特に、基板１１は、遮光性基板であることが好ましい。遮光性基板は、熱伝導性に優れるものが多く、発光素子１０の放熱性を高めやすい。具体的には、基板１１は、シリコン、炭化珪素、窒化アルミニウム、銅、銅−タングステン、ガリウム砒素、セラミックスなどを用いることができる。なかでも、発光素子構造１３との熱膨張率差の観点では、シリコン、炭化珪素、銅−タングステンが好ましく、費用の観点では、シリコン、銅−タングステンが好ましい。基板１１の厚さは、例えば２０μｍ以上１０００μｍ以下であり、基板１１の強度や発光装置１００，２００の厚さの観点において、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。

（発光素子構造１３）
発光素子構造１３は、半導体層の積層体であり、少なくともｎ型半導体層とｐ型半導体層を含み、さらに活性層をその間に介することが好ましい。発光素子構造１３の発光波長は、半導体材料やその混晶比によって、紫外から赤外まで選択することができる。半導体材料としては、蛍光体を効率良く励起できる短波長の光を発光可能な窒化物半導体（主として一般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{1−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される）を用いることが好ましい。このほか、ＩｎＡｌＧａＡｓ系半導体、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素などを用いることもできる。

（接合層１５）
接合層１５は、上述の接合用基板である基板１１と、結晶成長用基板から分離した発光素子構造１３と、を接合させる層である。接合層１５が含む金属反射膜は、銀、アルミニウム、ロジウム、プラチナ、金、又はこれらの合金を用いることができ、なかでも光反射性に優れる銀又は銀合金が好ましい。接合層１５が含む誘電体多層膜は、例えば（Ｎｂ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２）_ｎ（ただしｎは自然数）の積層構造など、シリコン、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、アルミニウムのうちのいずれか一種の酸化物又は窒化物の少なくとも２つを繰り返し積層したものを用いることができる。金属反射膜は、接合層１５の一部又は全部に設けられ、誘電体多層膜は、接合層１５の一部に設けられる。金属反射膜や誘電体多層膜が接合層１５の一部に設けられる場合、接合層１５の他の部位は、金、錫、プラチナ、パラジウム、ロジウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、又はこれらの合金やそれらの組み合わせにより構成することができる。なお、接合層１５は、基板１１が結晶成長用基板である場合、又は接合用基板である基板１１と、結晶成長用基板から分離した発光素子構造１３と、を表面活性化接合や熱圧着などにより直接接合する場合には、省略することができる。

（金属膜１７）
金属膜１７が基板１１の下面に設けられることで、発光素子１０の実装部材２０への接合強度を高めることができ、また低温で高い接合強度が得られやすくなる。金属膜１７の材料としては、銀、プラチナ、金、チタン、アルミニウム又はこれらの合金を用いることができ、なかでも銀が好ましい。金属膜１７は、単層膜でも多層膜でもよい。金属膜１７は、スパッタ法、めっき法、蒸着法などにより形成することができる。なお、金属膜１７は省略することもでき、基板１１の下面が接合部材３０と接していてもよい。

（実装部材２０）
実装部材２０は、多くの場合、導電部材２１，２２と、基体２３，２４と、を含んで構成される。なお、実装部材は、ランプ型（砲弾型）の発光装置（不図示）のように、リードフレームである導電部材が基体を兼ねる形態であってもよい。

（導電部材２１，２２）
導電部材２１，２２は、発光素子１０と電気的に接続され、発光素子１０に電力を供給する部材である。導電部材２１，２２は、リードフレームや配線などである。導電部材２１，２２の材料としては、銅、鉄、ニッケル、タングステン、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はそれらの合金が挙げられる。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金、半導体素子との接合信頼性においては鉄又は鉄合金が好ましい。導電部材２１，２２の表面には、銀、プラチナ、錫、金、銅、ロジウム、又はこれらの合金、若しくは酸化銀や銀合金の酸化物などの被膜が形成されていてもよい。特に、導電部材２１，２２の半導体素子１０が接合される部位の表面が銀で被覆されていてもよい。これらの被膜は、鍍金、蒸着、スパッタ、印刷、塗布などにより形成することができる。

（基体２３，２４）
基体２３，２４は、導電部材２１，２２を保持する部材である。基体２３，２４は、凹部（カップ部）を有するものや平板状のものなどを用いることができる。凹部を有するものは光の取り出し効率を高めやすく、平板状のものは発光素子１０を実装しやすい。主として、前者はパッケージ、後者は配線基板の形態である。パッケージを構成する基体２３としては、リードフレームと一体成形されたものの他、パッケージを成形後に鍍金などにより配線を設けたものでもよい。パッケージを構成する基体２３の材料としては、例えばポリフタルアミドや液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ガラスエポキシ、セラミックスなどが挙げられる。また、発光素子１０からの光を効率良く反射させるために、これらの樹脂に酸化チタンなどの白色顔料を配合してもよい。パッケージの成形方法としては、インサート成形、射出成形、押出成形、トランスファ成形などを用いることができる。配線基板を構成する基体２４としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン又はこれらの混合物を含むセラミックス基板、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はこれらの合金を含む金属基板、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、ガラス基板、樹脂基板、紙基板などが挙げられる。ポリイミドなどの可撓性基板（フレキシブル基板）でもよい。

（接合部材３０）
接合部材３０は、金属粒子３５と有機溶剤を含有する金属粒子焼結型ペーストを焼成することにより得られるものである。接合部材３０は、樹脂を実質的に含有しない。金属粒子３５は、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、プラチナ、ロジウム、アルミニウム、亜鉛、又はこれらの合金を用いることができる。なかでも、金属粒子３５は、焼結温度や大気雰囲気での焼結性の観点において、銀又は銀合金であることが好ましい。また、金属粒子が銀又は銀合金である場合には、金属粒子焼結型ペーストに金属酸化物の粒子、好ましくは酸化銀の粒子を添加してもよい。金属粒子３５の平均粒径（メジアン径）は、低温で発光素子１０と実装部材２０を接合しやすくするために、０．０２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．０６μｍ以上７μｍ以下であることがより好ましい。なお、金属粒子３５の平均粒径（メジアン径）は、レーザ回折・散乱法などにより測定することができる。また、金属粒子３５の比表面積は、例えば０．１ｍ^２／ｇ以上３ｍ^２／ｇ以下であり、０．１５ｍ^２／ｇ以上２．８ｍ^２／ｇ以下であることが好ましく、０．１９ｍ^２／ｇ以上２．７ｍ^２／ｇ以下であることがより好ましい。金属粒子３５の比表面積がこのような範囲であれば、金属粒子３５同士の結合面積を大きくでき、低温で発光素子１０と実装部材２０を接合しやすい。なお、金属粒子３５の比表面積は、ＢＥＴなどにより測定することができる。金属粒子３５は、２種類の粒子の混合物であってもよい。この場合、金属粒子３５は、平均粒径（メジアン径）が０．１μｍ以上１μｍ以下の第１粒子と、平均粒径（メジアン径）が２μｍ以上１５μｍ以下の第２粒子と、の混合物であることが好ましい。また、第１粒子と第２粒子の重量比は、２：３であることが好ましい。このような粒子の混合物を用いることにより、低温で発光素子１０と実装部材２０を接合しやすい。接合部材３０は、内部に多数の空隙を含むので、柔軟性に富んでいる。特に、平均粒径（メジアン径）の比較的大きい（例えばμｍオーダ、より詳細には上記のような範囲の平均粒径の）金属粒子３５を含む金属粒子焼結型ペーストの場合、隣接する金属粒子間の隙間が大きくなり、空隙となって内部に残りやすくなるために、接合部材３０が多孔質となりやすい。

有機溶剤は、各種の低級アルコールを用いることができるが、低温で発光素子１０と実装部材２０を接合しやすくするために、ジオールとエーテルの混合物であることが好ましい。ジオールとしては、例えば、２−エチル−１，３−ヘキサンジオールなどの脂肪族ジオール類；２，２−ビス（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン、およびそのアルキレンオキサイド付加物；１，４−シクロヘキサンジオールなどの脂環族ジオール類が挙げられる。エーテルとしては、例えば、トリプロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルなどが挙げられる。金属粒子３５と有機溶剤の重量比は、低温で発光素子１０と実装部材２０を接合しやすくするために、４〜９：１であることが好ましく、８〜９：１であることがより好ましい。なお、金属粒子３５と有機溶剤を混合した後、メッシュなどを用いてろ過することで、均質な金属粒子焼結型ペーストが得られ、低温で均質に発光素子１０と実装部材２０を接合しやすい。

（接合工程）
発光素子１０は、例えば次のようにして実装部材２０に接合することができる。まず、実装部材２０上に金属粒子焼結型ペーストを塗布する。このとき、金属粒子焼結型ペーストは、発光素子１０の下面側の全面が濡れる量で設けられることが好ましい。そうすることで、発光素子１０と実装部材２０との接合の耐熱衝撃性を高めやすい。次に、金属粒子焼結型ペースト上に発光素子１０を載置した後、加熱して、発光素子１０と実装部材２０を接合する。このときの加熱温度は、１５０℃以上２５０℃以下であることが好ましい。また、加熱時間は、０．５時間以上５時間以下であることが好ましい。さらに、加熱は、大気雰囲気中又は酸素雰囲気中で行われるのが好ましい。このような雰囲気中で加熱することにより、金属粒子３５同士の接合点が増加しやすく、発光素子１０と実装部材２０の接合強度の向上が期待できる。なお、実装部材２０には、発光素子１０に加え、ツェナーダイオード等の静電保護素子の他、抵抗やコンデンサなどの電子素子を実装してもよく、これらの電子素子を金属粒子焼結型ペーストにより実装部材２０に接合してもよい。

（被覆部材４０）
被覆部材４０は、少なくとも接合部材３０を被覆する、白色の部材である。被覆部材４０は、粒子４５を含有する樹脂、又は粒子４５の集合体で構成することができる。被覆部材４０は、粒子４５を含有する樹脂である場合、ディスペンス法などにより形成でき、粒子４５の集合体である場合、電気泳動電着などにより形成することができる。粒子４５の屈折率は、例えば１．８以上であって、光を効率的に散乱し高い光取り出し効率を得るために、２以上であることが好ましく、２．５以上であることがより好ましい。被覆部材４０が粒子４５を含有する樹脂で構成される場合、樹脂と粒子４５の屈折率差は、例えば０．４以上であって、光を効率的に散乱し高い光取り出し効率を得るために、０．７以上であることが好ましく、０．９以上であることがより好ましい。また、粒子４５の濃度は、好ましい光反射特性や形成のしやすさ等を考慮して、１０重量パーセント濃度（ｗｔ％）以上５０重量パーセント濃度以下であることが好ましく、２０重量パーセント濃度以上４０重量パーセント濃度であることがより好ましい。粒子４５の平均粒径（メジアン径）は、高い効率で光散乱効果を得られる、０．０８μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。粒子４５は、白色であることが好ましい。具体的に、粒子４５としては、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、酸化アルミニウムなどを用いることができる。なかでも、酸化チタンは、水分などに対して比較的安定で且つ高屈折率であるため好ましい。樹脂は、下記の封止部材と同様のものを用いることができ、なかでもシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂が好ましく、特に耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂がより好ましい。なお、発光素子構造１３から出射される光に対する被覆部材４０の光反射率は、接合部材３０の表面のそれより高いことが好ましい。また、発光素子構造１３から出射される光に対する被覆部材４０の光反射率は、基板１１の表面のそれより高いことが好ましい。

（封止部材５０）
封止部材５０は、発光素子１０やワイヤ、被覆部材４０、導電部材２１，２２の一部などを、封止して、埃や外力などから保護する部材である。封止部材５０の母材は、電気的絶縁性を有し、発光素子構造１３から出射される光を透過可能（好ましくは透過率７０％以上）であればよい。具体的には、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、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、ＴＰＸ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が挙げられる。ガラスでもよい。なかでも、シリコーン樹脂は、耐熱性や耐光性に優れ、固化後の体積収縮が少ないため、好ましい。特に、封止部材５０の母材は、フェニルシリコーン樹脂を主成分とすることが好ましい。封止部材５０の表面を凸面とする場合には、ジメチルシリコーン樹脂よりフェニルシリコーン樹脂が光の取り出し効率に優れている。また、フェニルシリコーン樹脂は、ガスバリア性にも優れ、腐食性ガスによる導電部材２１，２２の劣化を抑制しやすい。

封止部材５０は、その母材中に、充填剤や蛍光体など、種々の機能を持つ粒子が添加されてもよい。充填剤は、拡散剤や着色剤などを用いることができる。具体的には、シリカ、酸化チタン、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、ガラス、カーボンブラックなどが挙げられる。充填剤の粒子の形状は、破砕状でも球状でもよい。また、中空又は多孔質のものでもよい。

蛍光体は、発光素子構造１３から出射される一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を出射する。具体的には、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）、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−Ａｌ２Ｏ_３−ＳｉＯ_２）、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４）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や、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。

（波長変換部材６０，６１）
波長変換部材６０，６１は、上記のような蛍光体を含有する透光性の部材である。具体的には、波長変換部材６０，６１は、上記封止部材５０と同様の樹脂又はガラスの母材中に蛍光体を添加して成形したものの他、蛍光体の結晶や焼結体、又は蛍光体と無機物の結合材との焼結体などを用いることができる。波長変換部材６０，６１は、図１に示すような平板状や薄膜状に形成することができ、またその表面を凸面や凹面、凹凸面などにしてもよい。また特に、波長変換部材６０が発光素子１０の近傍に設けられ、封止部材５０が実質的に蛍光体を含有しない構成とすることで、発光素子１０の近傍に限って蛍光体による光の波長変換及び散乱がなされるため、封止部材５０の表面に対して光源部を小さくでき、光の取り出し効率を高めやすく、また本発光装置を光源として利用する装置の光学設計が容易となる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

＜実施例１＞
実施例１の発光装置は、図１に示す例に類似の構造を有する、表面実装型のＬＥＤである。実施例１では、本発光装置を以下のように作製する。

まず、金属粒子３５と有機溶剤を重量比５：０．４７で混合して、金属粒子焼結型ペーストを得る。金属粒子３５は、フレーク状銀粒子（製品名「ＡｇＣ−２３９」（福田金属箔粉工業株式会社製）、平均粒径（メジアン径）：２．０〜３．２μｍ、比表面積：０．６〜０．９ｍ^２／ｇ）と、球状銀粒子（製品名「ＥＨＤ」（三井金属鉱業株式会社製）、平均粒径（メジアン径）：０．４〜１．２μｍ、比表面積：１．６ｍ^２／ｇ）と、を重量比６：４で混合したものである。有機溶剤は、２−エチル−１，３−ヘキサンジオールと、ジエチレングリコールモノブチルエーテルと、を重量比８：２で混合したものである。

実装部材２０は、正負一対の導電部材２１であるリードフレームに、基体２３となる樹脂成形体が一体成形されて構成されている。導電部材２１は、表面に銀の鍍金が施された銅製の板材をプレス又はエッチングにより加工したものである。基体２３は、充填剤を含有するポリフタルアミド樹脂製である。実装部材２０には、導電部材２１の上面を底面に含む凹部が設けられている。

発光素子１０は、上面視２ｍｍ角の略直方体形状のＬＥＤチップである。この発光素子１０は、厚さ０．３ｍｍのシリコン基板１１の上面に、厚さ４μｍの窒化物半導体の発光素子構造１３が接合されたものである。接合層１５は、発光素子構造１３側に銀の金属反射膜を含み、その他の大部分は金−錫で構成されている。また、基板１１の下面には、厚さ０．５μｍの銀の金属膜１７が設けられている。さらに、発光素子構造１３の上面には、金の突起電極と、該突起電極を除く領域を被覆する波長変換部材６０としてＹＡＧ：Ｃｅの蛍光体を含有するシリコーン樹脂の成形体（厚さ５０μｍ）と、が設けられている。

金属粒子焼結型ペーストを、スタンピング法により、凹部底面に位置する導電部材２１の上面に塗布して、その上に発光素子１０を載置する。次に、発光素子１０が載置された実装部材２０を、１２０℃の大気雰囲気下で３０分間、さらに１７５℃で９０分加熱し、その後、冷却する。これにより、金属粒子焼結型ペーストが焼成されて多孔質の焼結体の接合部材３０となり、発光素子１０の基板１１の下面側が導電部材２１に接合される。なお、接合部材３０は、基板１１の側面の一部を被覆している。

次に、発光素子１０の突起電極と、導電部材２１と、を金のワイヤによって接続する。その後、被覆部材４０として、屈折率が約１．４のシリコーン樹脂に、平均粒径が約０．３μｍ、屈折率が約２．５の酸化チタンの粒子４５を濃度３０ｗｔ％で配合したものを、ディスペンス法によって、接合部材３０を被覆するように塗布する。このとき、被覆部材４０は、発光素子の基板１１の側面の少なくとも一部を被覆し、また発光素子１０周囲の実装部材２０の凹部底面（特に導電部材２１）上を被覆するように設ける。最後に、シリコーン樹脂の封止部材５０を、略半球状の表面を有するように実装部材２０上に設けて、発光装置を得る。

＜実施例２＞
実施例２の発光装置は、被覆部材を設けないこと以外、実施例１と同様に作製する。

＜比較例１＞
比較例１の発光装置は、銀粒子焼結型ペーストの代わりに、フラックスを含有し融点が２８０℃付近である金−錫ペーストを用いて、３００℃付近のリフロー炉で接合を行うこと以外、実施例２と同様に作製する。しかしながら、比較例１の発光装置は、リフロー炉の冷却工程において、発光素子が破壊してしまった。高温での接合のため、膨張率の大きい銅のリードフレームの冷却時の応力に発光素子が耐えられなかったと考えられる。

＜比較例２＞
比較例２の発光装置は、リードフレームの材質を、銅の代わりに、鉄と銅の複合材にすること以外、比較例１と同様に作製する。

＜検証１＞
実施例１，２及び比較例２の発光装置について、積分球を用いて光束を測定する。順電流は３５０ｍＡであり、色度ｘ＝０．３２、ｙ＝０．３２（国際照明委員会（ＣＩＥ）のｘｙｚ表色系に準拠）において比較する。実施例１の発光装置の光束は１５８．３６ルーメン、実施例２の発光装置の光束は１５６．６９ルーメン、比較例２の発光装置の光束は１５７．２５ルーメンである。このように、実施例１の発光装置は、実施例２及び比較例２の発光装置より高い光束を得られることが確認できる。また、実施例１の発光装置は、比較例１の発光装置に比べて構成部材の損傷を抑えられることが確認できる。

＜検証２＞
実施例１，２及び比較例２の発光装置について、硫化試験前後における光束維持率を測定する。硫化試験は、発光装置と１ｇの硫化ナトリウムを圧力容器内に入れて、１２０℃のオーブンで２０時間加熱するものである。実施例１の発光装置の光束維持率は９８．１％、実施例２の発光装置の光束維持率は９７．９％、比較例２の発光装置の光束維持率は９７．０％である。このように、硫化試験後においても、実施例１の発光装置は、実施例２及び比較例２の発光装置より高い光束を維持可能であることが確認できる。

本発明に係る発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具、大型ディスプレイ、広告や行き先案内等の各種表示装置、さらには、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置などに利用することができる。

１０…発光素子（１１…基板、１３…発光素子構造、１５…接合層、１７…金属膜）、２０…実装部材（２１，２２…導電部材、２３，２４…基体）、３０…接合部材（３５…金属粒子）、４０…被覆部材（４５…粒子）、５０…封止部材、６０，６１…波長変換部材、１００，２００…発光装置

Claims

基板と、前記基板の上面側に設けられた発光素子構造と、前記基板と前記発光素子構造の間に設けられた、金属反射膜又は誘電体多層膜を含む接合層と、を有する発光素子と、
前記発光素子が実装される実装部材と、
金属粒子の焼結体であって、前記基板の側面の少なくとも一部を被覆し、前記発光素子の基板の下面側と前記実装部材を接合する接合部材と、
前記基板の側面の少なくとも一部と前記接合部材の表面とを被覆する白色の被覆部材と、
を備え、
前記発光素子の側面は、上面に対して、垂直、又は、内側若しくは外側に傾斜しており、
前記被覆部材は、前記発光素子構造を覆っていない発光装置。
前記被覆部材は樹脂に白色の粒子が含有されており、前記被覆部材に対する前記白色の粒子の濃度は１０重量％濃度以上５０重量％濃度以下である請求項１に記載の発光装置。
前記接合部材は、樹脂を実質的に含有しない請求項１又は２に記載の発光装置。
前記白色の粒子の平均粒径（メジアン径）は、０．１μｍ以上５μｍ以下である請求項２又は３に記載の発光装置。
前記基板は、遮光性基板である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
前記金属粒子は、銀又は銀合金である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
前記金属粒子は、０．０２μｍ以上１０μｍ以下である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。