JP7148811B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
透光性部材を準備する工程と、
前記透光性部材の上面上に水溶性樹脂部材を配置し、積層体を形成する工程と、
主発光面と、前記主発光面の反対側に電極を備える発光素子を準備する工程と、
前記主発光面上に、導光部材を配置する工程と、
前記導光部材上に、前記水溶性樹脂部材が上になるように前記積層体を載置し、加熱し冷却することで前記積層体を反らせて上面に凹部を形成する工程と、
前記発光素子及び前記積層体を埋設するよう封止部材を形成する工程と、
前記封止部材を、前記積層体の前記水溶性樹脂部材が露出するまで除去する工程と、
前記露出された水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材を露出させる工程と、
を備える発光装置の製造方法。
図1A及び図1Bは、実施形態に係る発光装置の製造方法を用いて得られる発光装置100の一例を示す概略斜視図であり、図1Cは図1BのIC-IC線における概略断面図である。
透光性部材準備工程は、発光素子20上に載置可能な大きさの透光性部材30を準備する工程である。図2Aに示す透光性部材30は、上面30U及び下面30Dは平坦な面であり、均一な厚みの透光性部材30である。また、後述において個片化される前の大きさの透光性部材30を例示している。さらに、図2Aでは、透光性部材30として、第1透光性部材31と第1透光性部材31上に積層される第2透光性部材32とを備える積層構造の透光性部材30を例示している。このような積層構造の透光性部材30を、以下の工程を経て形成する場合を例に挙げて説明する。尚、透光性部材30は、以下の工程の一部のみを経て準備してもよく、あるいは、透光性部材30を購入して準備する場合は、以下の工程を省略してもよい。
(1A)第1透光性部材は樹脂中に波長変換物質を含み、第2透光性部材は樹脂のみからなる
(2A)第1透光性部材及び第2透光性部材は樹脂中に波長変換物質を含み、第2透光性部材中の波長変換物質含有量が第1透光性部材の波長変換物質含有量よりも少ない
(3A)第1透光性部材と第2透光性部材は樹脂中の波長変換物質含有量は同じであり、第1透光性部材のフィラー含有量が、第2透光性部材の含有量よりも多い
(4A)第1透光性部材と第2透光性部材は樹脂中の波長変換物質含有量が同じであり、第2透光性部材の厚みが、第1透光性部材の厚みより厚い
積層体準備工程は、透光性部材30の上面30U上に水溶性樹脂部材80を配置して積層体90を形成する工程である。図2Aに示すように、透光性部材30の上面30Uは平坦な面である。この平坦な透光性部材30の上面30U上に、水溶性樹脂部材80を形成する。水溶性樹脂部材80の形成方法としては、印刷、スプレー、ポッティング等の方法が挙げられる。これにより、大面積の積層体90が得られる。
発光素子20を準備する。発光素子20としては、公知の発光ダイオードを例示する。発光素子20は、主に発光を取り出す主発光面と、主発光面と反対側の電極形成面に一対の電極を有する。このような発光素子20は、例えば、図3Aに示すように、基板10上に配置された導電性接合部材40上に載置され、固定される。ここでは、基板10として、絶縁性の基材11と、その基材11の上面等に設けられた導電部材12と、を備える基板10を例示している。基板10は、発光装置100の一部に含まれる。あるいは、基板は、製造工程内のみで用いられ、最終的には除去される基板であっても構わない。以下、発光装置100の一部となる基板10を用いる場合を例に挙げて説明する。
次に、図3Cに示すように、発光素子20の主発光面上に、接着剤となる液状の導光部材50を配置する。導光部材50を配置する方法としては、ピンを用いて転写する方法、ディスペンサを用いてポッティングする方法等を挙げることができる。
積層体配置工程は、発光素子20上の導光部材50上に積層体90を配置する工程である。積層体90は、コレット等によって吸着してピックアップし、発光素子20の発光面上の導光部材50上に配置する。詳細には、積層体90は、水溶性樹脂部材80が上側となり、透光性部材30が下側になるようにし、透光性部材30の下面と発光素子20の上面とを対向させて配置する。
封止部材形成工程は、発光素子20と、発光素子20の側面に配置される導光部材50と、発光素子20の上に配置される積層体90とを埋設するように封止部材60を形成する工程である。封止部材60は、図3Fに示すように、積層体90の上面が被覆される高さで形成することが好ましい。封止部材60を形成する方法としては、例えば、トランスファ成形、圧縮成形、ポッティング、印刷等の方法を用いることができる。
積層体露出工程は、積層体90の上面を覆う封止部材60を除去して積層体90の水溶性樹脂部材80を露出させる工程である。封止部材60を除去する方法としては、研削若しくはブラストなどが挙げられる。これにより、図3Gに示すように、積層体90が露出される。ここでは、封止部材60を除去する際に、水溶性樹脂部材80の一部も同時に除去されている。そのため、露出された水溶性樹脂部材80の上面と封止部材60の上面とは同一平面となる。このように、透光性部材30の直上において水溶性樹脂部材80の全面が露出されるようにすることが好ましい。これにより、後述の工程において、透光性部材30の上面30Uの全面を凹部30Rとすることができる。また、透光性部材30の上の水溶性樹脂部材80の一部を除去し、透光性部材30の一部が露出されてもよい。これにより、後述の工程において、透光性部材30の上面30Uの一部が、封止部材60の上面と同一面上となる平坦な面とすることができる。これにより、配光を狭角化することができる。
次に、露出された水溶性樹脂部材を除去する。除去する方法としては、常温又は25℃~40℃に加熱された純水を吹き付ける、又は、純水中に水溶性樹脂部材80を露出させた状態で基板10ごと浸漬させる方法が挙げられる。これにより、図3Hに示すように、水溶性樹脂部材80が除去され、透光性部材30が露出された状態となる。露出された透光性部材30の上面30Uは凹部30Rを備えている。そのため、透光性部材30の上面30Uの少なくとも一部は、封止部材60の上面よりも低くなっている。
個片化工程は、発光素子20間において、封止部材60及び基板10を切断して個々の発光装置100に分離する工程である。図1A等に示すように、例示する発光装置100は2つの発光素子20を備えている。ただし、これに限らず、1つの発光装置は1又は3以上の発光素子を備えていてもよい。切断する方法としては、例えば、ダイサー等の回転刃を用いる方法、レーザ光を照射する方法を挙げることができる。
実施形態2に係る発光装置の製造方法も、実施形態1と同様に、それぞれ発光素子を含む複数の発光装置を集合状態で形成した後に個々の発光装置に分離する発光装置の製造方法である。実施形態2において、発光装置の製造方法は、上面に凹部を備えた透光性部材を準備する工程と、透光性部材の凹部を含む上面上に水溶性樹脂部材を配置して積層体を形成する工程と、発光素子を準備する工程と、発光素子上に導光部材を配置する工程と、導光部材上に積層体を載置する工程と、発光素子と積層体を埋設する封止部材を形成する工程と、水溶性樹脂部材が露出するまで封止部材を除去する工程と、露出された水溶性樹脂部材を除去し、透光性部材を露出させる工程と、を含む。
実施形態2において、透光性部材準備工程は、上面に凹部を備える透光性部材を準備する工程である。まず、図5Aに示すように、上金型1200及び下金型1300を準備する。上金型1200の下面は凸部1210を備えている。このような上下金型を、図5Bに示すように型閉する。金型内には空間が形成される。次に、図5Cに示すように上金型1200と下金型1300の間の注入口1310から液状の透光性部材30Aを注入し、加熱硬化する。冷却後に型開することで、図5Dに示すような、上面30AUに凹部30ARを備える透光性部材30Aが得られる。その後、切断して図5Eに示すような個片化された小片の透光性部材30Aを得る。ここで得られる透光性部材30Aは、上面30AUは凹部30ARを備える面であり、下面30ADは平らな面である。尚、最初から小片の透光性部材30Aを成形可能な金型を準備してもよく、その場合は、個片化工程を省略することができる。
実施形態3に係る発光装置の製造方法は、それぞれ発光素子を含む複数の発光装置を集合状態で形成した後に個々の発光装置に分離する発光装置の製造方法である。実施形態3では、実施形態1における導光部材上に積層体を載置し積層体の上面に凹部を形成する工程に変えて、導光部材上に積層体を載置し積層体の上面に凸部を形成する工程を備える点が異なり、その他の工程については実施形態1と同じである。
(1B)第1透光性部材は樹脂のみからなり、第2透光性部材は樹脂中に波長変換物質を含む
(2B)第1透光性部材及び第2透光性部材は樹脂中に波長変換物質を含み、第2透光性部材中の波長変換物質含有量が第1透光性部材の波長変換物質含有量よりも多い
(3B)第1透光性部材と第2透光性部材は樹脂中の波長変換物質含有量は同じであり、第1透光性部材のフィラー含有量が、第2透光性部材の含有量よりも少ない
(4B)第1透光性部材と第2透光性部材は樹脂中の波長変換物質含有量が同じであり、第2透光性部材の厚みが、第1透光性部材の厚みより薄い
(6B)第1透光性部材の下層が波長変換部材を含まず、第1透光性部材の上層が波長変換部材を含む場合であって、第1波長変換部材の下層の厚みが、第1波長変換部材の上層の厚みと同じか、それよよりも薄く、かつ、第2透光性部材の厚みが、第1透光性部材の下層の厚みよりも薄い
実施形態2に係る発光装置の製造方法は、それぞれ発光素子を含む複数の発光装置を集合状態で形成した後に個々の発光装置に分離する発光装置の製造方法である。実施形態3では、実施形態2における上面に凹部を備えた透光性部材を準備する工程に変えて、上面に凸部を備えた透光性部材を準備する工程を備え、その凸部上に水溶性樹脂部材を配置して積層体を形成する工程を備える点が異なり、その他の構成については実施形態2と同じである。
基板は、製造工程内において、発光素子を載置する部材である。基板が発光装置の一部として機能する場合は、基板は、絶縁性の基材と、導電部材と、を備える。また、基板が製造工程内においてのみ用いられ、最終的には除去される場合は、基板は、絶縁性又は導電性の基材のみから構成されていてもよい。
発光素子は、電圧を印加することで自ら発光する半導体素子であり、窒化物半導体等から構成される既知の半導体素子を適用できる。発光素子としては、例えばLEDチップが挙げられる。発光素子は、少なくとも半導体積層体を備え、多くの場合に素子基板をさらに備える。発光素子の上面視形状は、矩形、特に正方形状又は一方向に長い長方形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよく、例えば六角形状であれば発光効率を高めることもできる。発光素子の側面は、上面に対して、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。また、発光素子は、正負電極を有する。正負電極は、金、銀、錫、白金、ロジウム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ニッケル又はこれらの合金で構成することができる。発光素子の発光ピーク波長は、半導体材料やその混晶比によって、紫外域から赤外域まで選択することができる。半導体材料としては、波長変換物質を効率良く励起できる短波長の光を発光可能な材料である、窒化物半導体を用いることが好ましい。窒化物半導体は、主として一般式InxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される。発光素子の発光ピーク波長は、発光効率、並びに波長変換物質の励起及びその発光との混色関係等の観点から、400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましく、450nm以上475nm以下がよりいっそう好ましい。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。発光素子の素子基板は、主として半導体積層体を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板であるが、結晶成長用基板から分離した半導体素子構造に接合させる接合用基板であってもよい。素子基板が透光性を有することで、フリップチップ実装を採用しやすく、また光の取り出し効率を高めやすい。素子基板の母材としては、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、硫化亜鉛、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、ダイヤモンドなどが挙げられる。なかでも、サファイアが好ましい。素子基板の厚さは、適宜選択でき、例えば0.02mm以上1mm以下であり、素子基板の強度及び/若しくは発光装置の厚さの観点において、0.05mm以上0.3mm以下であることが好ましい。
導電性接合部材は、発光素子の素子電極と基板の導電部材とを電気的に接続する部材である。導電性接合部材としては、金、銀、銅などのバンプ、銀、金、銅、プラチナ、アルミニウム、パラジウムなどの金属粉末と樹脂バインダを含む金属ペースト、錫-ビスマス系、錫-銅系、錫-銀系、金-錫系などの半田、低融点金属などのろう材のうちのいずれか1つを用いることができる。
導光部材は、発光素子と透光性部材を接着し、発光素子からの光を透光性部材に導光する部材である。導光部材の母材は、シリコーン樹脂、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、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れ、好ましい。具体的なシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、フェニル-メチルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂が挙げられる。また、導光部材の母材は、上述の透光性部材と同様のフィラーを含有してもよい。また、導光部材は、省略することができる。
透光性部材は発光素子上に設けられ、発光素子を保護する部材である。透光性部材は、少なくとも以下のような母材により構成される。また、透光性部材は、波長変換物質を母材中に含有することで、波長変換物質として機能させることができる。透光性部材が、波長変換物質を含有する層と、波長変換物質を実質的に含有しない層を備えている場合も、各層の母材が以下のように構成される。尚、各層の母材は同じでも異なっていてもよい。但し、透光性部材が波長変換物質を有することは必須ではない。また、透光性部材は、波長変換物質と例えばアルミナなどの無機物との焼結体、又は波長変換物質の板状結晶などを用いることもできる。
水溶性樹脂部材は、製造工程内のみにおいて用いられるものであり、水に溶解させることで除去可能な部材である。水溶性樹脂部材の材料としては、例えば、ポリビニルピロリドン系樹脂等が挙げられる。分子量の異なるポリビニルピロリドン系樹脂の配合比を調整することで、硬化前の粘度等を調整することができる。また、水溶性樹枝部材は、水溶性樹枝部材のみで構成されてもよく、あるいは、水溶性樹脂を主成分とし、有機溶剤等、他の部材を含んでいてもよい。有機溶剤としては、例えば、シクロヘキサン等が挙げられる。水溶性樹脂部材の厚みは、例えば、5μm~20μmとすることができる。
封止部材は、発光素子及び透光性部材の側面を直接又は間接的に被覆する。封止部材としては、母材である樹脂と、光反射材と、を含む樹脂材料を用いることができる。封止部材は、上方への光取り出し効率の観点から、発光素子の発光ピーク波長における光反射率が、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりいっそう好ましい。さらに、封止部材は、白色であることが好ましい。
10…基板
11…基材
12…導電部材
20…発光素子
21…半導体積層体
22…素子電極
30、30A、30B、30C…透光性部材
30U、30AU、30BU、30CU…上面
30R、30AR…凹部
30D、30AD、30BD、30CD…下面
30BP、30CP…凸部
31、31B…第1透光性部材
32、32B…第2透光性部材
40…導電性接合部材
50…導光部材
60…封止部材
80…水溶性樹脂部材
90…積層体
1000…支持部材
1100…切断刃
1200…上金型
1210…凸部
1300…下金型
1310…注入口
Claims (8)
- 透光性部材を準備する工程と、
前記透光性部材の上面上に水溶性樹脂部材を配置し、積層体を形成する工程と、
主発光面と、前記主発光面の反対側に電極を備える発光素子を準備する工程と、
前記主発光面上に、導光部材を配置する工程と、
前記導光部材上に、前記水溶性樹脂部材が上になるように前記積層体を載置し、加熱し冷却することで前記積層体を反らせて上面に凹部を形成する工程と、
前記発光素子及び前記積層体を埋設するよう封止部材を形成する工程と、
前記封止部材を、前記積層体の前記水溶性樹脂部材が露出するまで除去する工程と、
前記露出された水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材の上面の凹部を露出させる工程と、
を備える発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材は、第1透光性部材と、前記第1透光性部材上に積層される第2透光性部材と、を備える、請求項1記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1透光性部材の線膨張係数は、前記第2透光性部材の線膨張係数よりも小さい、請求項2に記載の発光装置の製造方法。
- 上面に1つの凹部を備えた透光性部材を準備する工程と、
前記透光性部材の凹部を含む上面上に水溶性樹脂部材を配置して積層体を形成する工程と、
発光素子を準備する工程と、
前記発光素子上に導光部材を配置する工程と、
前記導光部材上に前記積層体を載置する工程と、
前記発光素子と前記積層体を埋設する封止部材を形成する工程と、
前記水溶性樹脂部材が露出するまで封止部材を除去する工程と、
露出された前記水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材を露出させる工程と、
を備える発光装置の製造方法。 - 透光性部材を準備する工程と、
前記透光性部材の上面上に水溶性樹脂部材を配置し、積層体を形成する工程と、
主発光面と、前記主発光面の反対側に電極を備える発光素子を準備する工程と、
前記主発光面上に、導光部材を配置する工程と、
前記導光部材上に、前記水溶性樹脂部材が上になるように前記積層体を載置し、加熱し冷却することで前記積層体を反らせて上面に凸部を形成する工程と、
前記発光素子及び前記積層体を埋設するよう封止部材を形成する工程と、
前記封止部材を、前記積層体の前記水溶性樹脂部材が露出するまで除去する工程と、
前記露出された水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材の上面の凸部を露出させる工程と、
を備える発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材は、第1透光性部材と、前記第1透光性部材上に積層される第2透光性部材と、を備える、請求項5記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1透光性部材の線膨張係数は、前記第2透光性部材の線膨張係数よりも大きい、請求項6に記載の発光装置の製造方法。
- 上面に1つの凸部を備えた透光性部材を準備する工程と、
前記透光性部材の凸部を含む上面上に水溶性樹脂部材を配置して積層体を形成する工程と、
発光素子を準備する工程と、
前記発光素子上に導光部材を配置する工程と、
前記導光部材上に前記積層体を載置する工程と、
前記発光素子と前記積層体を埋設する封止部材を形成する工程と、
前記水溶性樹脂部材が露出するまで封止部材を除去する工程と、
露出された前記水溶性樹脂部材を除去し、前記透光性部材を露出させる工程と、
を備える発光装置の製造方法。
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