WO2007135754A1 - 発光装置の製造方法および発光装置 - Google Patents

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WO2007135754A1
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Nobuhiro Nakamura
Syuji Matsumoto
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Asahi Glass Company, Limited
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device and a light emitting device, and more particularly to a method for manufacturing a light emitting device in which a light emitting element is covered with glass and the light emitting device.
  • LED white light emitting diode
  • the advantages of using white LEDs for lighting are as follows: 1) Lower power consumption and lower running costs compared to incandescent and fluorescent lamps, 2) Longer lifespan eliminates the need for replacement, and 3) Miniaturization 4) Do not use harmful substances such as mercury in fluorescent lamps.
  • a general white LED has a structure in which the LED is sealed with grease.
  • a LED having an emission layer of InGaN in which In is added to GaN is sealed with a resin containing a YAG phosphor.
  • the LED power blue light is emitted.
  • the YAG phosphor is then excited by part of the blue light, and yellow light is emitted from this phosphor. Since blue light and yellow light have complementary colors, when they mix, they are recognized as white light by human eyes.
  • the LED can be used at a higher ambient temperature and a larger input as the mounting substrate power is lower in heat resistance to the light emitting part and the heat resistant temperature is higher. Therefore, thermal resistance and heat resistance are key points for increasing the output of LEDs.
  • the heat resistance of the resin is low, so that there is a problem that it is not suitable for use at a high output. For example, in the case of epoxy resin, yellowing occurs at a temperature of 130 ° C or higher.
  • Patent Document 1 an LED element die-bonded to the center bottom surface of a concave portion of a reflecting plate is connected to a lead portion through a wire bonding portion, and then these are made of low melting point glass using a heating mold or the like. A sealed LED lamp is disclosed.
  • Patent Document 2 describes a technique of sealing GaN with glass using an embossing method and an electric furnace.
  • FIG. 17 shows a cross-sectional view of a light emitting device which is one of the embodiments.
  • the light emitting diode chip 201 mounted on the submount 202 is disposed on the lead 203.
  • the light emitting diode chip 201 is connected to the leads 204 by bonding wires 205.
  • the light emitting diode chip 201 is sealed by a sealing member 206 together with the bonding wire 205.
  • the sealing member 206 is low-melting glass, and the light-emitting diode chip 201, the bonding wire 205, and peripheral circuits are sealed by softening the low-melting glass by heating.
  • low melting point glass refers to a glass material having a lower yield point compared to typical glass.
  • the yield point is the temperature at which the glass material is softened and cannot press the detector.
  • the electrode portion of the LED may be deformed by the pressure during molding, which may cause defects.
  • the electrode portion of the LED may be deformed by the pressure during molding, which may cause defects.
  • problems such as a short circuit between the LED and the wiring board because the electrode moves or the bump is crushed.
  • Patent Document 3 For such problems, a light emitting device in which an insulating layer is provided between the LED and the wiring board has been proposed (see Patent Document 3).
  • Patent Document 3 after an LED and a wiring board are electrically connected via bumps, an insulating layer is filled between the LED and the wiring board.
  • the LED is sealed with low-melting glass by applying pressure at a predetermined temperature using a mold. At this time, the lower surface of the LED and the bump are fixed by the insulating layer, so that it is possible to avoid a short circuit.
  • a light emitting device is disclosed in which a buffer layer is provided between the LED and the low-melting glass so as to prevent a bump from being crushed and a short circuit from occurring (see Patent Document 4). According to Patent Document 4, it is possible to avoid the occurrence of a short circuit due to bump crushing by surrounding the LED with a buffer layer.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-102553
  • Patent Document 2 International Publication No. 2004Z082036 Pamphlet
  • Patent Document 3 JP 2006-54210 A
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-54209
  • Patent Document 3 and Patent Document 4 require a new step of providing an insulating layer and a buffer layer.
  • Patent Document 2 requires a step of dropping or filling an insulating layer between the lower surface of the LED and the wiring board after the LEDs are arranged and positioned so that the bumps are placed on the wiring layer.
  • Patent Document 3 after placing the LED so that the electrode is placed on the wiring layer, it is necessary to drop a liquid resin serving as a buffer layer directly above the center of the LED. It becomes.
  • the shape of the sealing member in the portion where the light from the LED is emitted is a hemisphere or a flat shape.
  • the sealing member 206 has a flat shape (FIG. 17). This seems to be due to the fact that the low-melting-point glass has a property that its viscosity changes rapidly with temperature.
  • the sealing member has such a shape, the directivity of light emitted from the LED force is lowered.
  • applications such as optical fibers and light sources used in projectors, there is a high demand for LEDs with high directivity.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light-emitting device capable of realizing high directivity without a cavity by minimizing the occurrence of a short circuit when the light-emitting element is covered with glass. is there.
  • an object of the present invention is to provide a light emitting device capable of realizing high directivity without any cavities.
  • a first aspect of the present invention includes a step of preparing a light emitting element mounted on a wiring board
  • the central axis of the glass member placed on the light emitting element is in a region extending from the center of the light emitting element to a position inside the edge of the light emitting element, and the area of the region Is 90% or less of the area of the surface on which the glass member is placed, and the step of softening the glass member covers the light emitting element with the glass member, and the central axis of the light emitting element and the
  • the present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device, which is a process of forming a shape in which the central axis of a glass member substantially coincides with the self-alignment.
  • a second aspect of the present invention includes a step of preparing a light-emitting element mounted on a wiring board
  • the step of softening the glass member is a step of covering the light emitting element with the glass member and forming a shape in which the central axis of the light emitting element and the central axis of the glass member substantially coincide with each other in a self-aligning manner.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device.
  • the step of softening the glass member is a step of covering the light emitting element with the glass member and forming a shape in which the central axis of the light emitting element and the central axis of the glass member substantially coincide with each other in a self-aligning manner.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device.
  • the step of preparing the light emitting element mounted on the wiring board includes the steps of:
  • a light emitting element comprising a substrate, a semiconductor layer on the substrate, and an electrode for applying a voltage to the semiconductor layer;
  • the step of mounting the light emitting element on the wiring board is a step of electrically connecting the electrode and the wiring board via bumps,
  • the number of bumps may be 3 or more.
  • the light-emitting element includes a substrate and a semiconductor layer provided on the substrate, and the side surface of the substrate is directed to an end force on the side where the semiconductor layer is provided in a vertical direction. Taper shape up to a predetermined distance,
  • the step of softening the glass member may be a step of covering the portion of the substrate provided with the tapered shape and a portion above the portion with the glass member.
  • the glass member comprises TeO, B 2 O and ZnO.
  • the light emitting element may be one of an LED and a semiconductor laser.
  • a fourth aspect of the present invention includes a wiring board
  • a light emitting device including a rectangular substrate in front view, a semiconductor layer on the substrate, and an electrode electrically connected to the wiring substrate and applying a voltage to the semiconductor layer;
  • a light emitting device having a glass member covering the light emitting element
  • the glass member is substantially spherical as a whole,
  • the light emitting element is fitted into a part of the glass member, and the curved surface of the glass member is in contact with the side surface of the light emitting element.
  • a fifth aspect of the present invention includes a wiring board
  • a light emitting device comprising: a rhombus or parallelogram substrate in front view; a semiconductor layer on the substrate; and an electrode that is electrically connected to the wiring substrate and applies a voltage to the semiconductor layer;
  • a light emitting device having a glass member covering the light emitting element,
  • the glass member is substantially spherical as a whole
  • the light emitting element is fitted into a part of the glass member, and the curved surface of the glass member is in contact with the side surface of the light emitting element.
  • the glass member comprises TeO, B 2 O
  • the light emitting element may be one of an LED and a semiconductor laser.
  • the light emitting element is covered with the glass member by softening the glass member, and the central axis of the light emitting element substantially coincides with the central axis of the glass member. Since the formed shape is formed in a self-aligned manner, it is possible to manufacture a light-emitting device capable of realizing high directivity without cavity by minimizing the occurrence of a short circuit when the light-emitting element is covered with glass.
  • the central axis of the glass member placed on the light emitting element is a region extending from the center axial force of the light emitting element to the position inside the edge of the light emitting element. Since it is 90% or less of the area of the surface on which the glass member is placed, it is not necessary to strictly align the light emitting element and the glass member before heating.
  • the light emitting element is covered with the glass member by softening the glass member, and the central axis of the light emitting element substantially coincides with the central axis of the glass member. Since the above shape is formed in a self-aligning manner, it is possible to manufacture a light-emitting device capable of realizing high directivity without cavities by minimizing the occurrence of a short circuit when the light-emitting element is covered with glass.
  • the light emitting element is covered with the glass member by softening the glass member, and the central axis of the light emitting element substantially coincides with the central axis of the glass member. Since the formed shape is formed in a self-aligned manner, it is possible to manufacture a light-emitting device capable of realizing high directivity without cavity by minimizing the occurrence of a short circuit when the light-emitting element is covered with glass.
  • the light emitting element is fitted into a part of the glass having a substantially spherical shape, the curved surface of the glass is in contact with the side surface of the light emitting element, and the glass member is Between the radius R and the length L of the diagonal line of the substrate constituting the light emitting element.
  • the light emitting element is fitted into a part of the glass having a substantially spherical shape as a whole, the curved surface of the glass is in contact with the side surface of the light emitting element, and the glass member is Between the radius R and the length L of the diagonal line of the substrate constituting the light emitting element.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a light emitting device in the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing the light emitting device in the present embodiment.
  • FIG. 3 (a) and (b) are diagrams for explaining a method of manufacturing a light emitting device in the present embodiment. is there.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing the light emitting device in the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing the light emitting device in the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a method for manufacturing the light emitting device in the present embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of an LED substrate applicable to the present embodiment.
  • FIG. 9 Temperature profiles of heating by infrared and heating by electric furnace. [10] It is an explanatory diagram of the characteristics of the light that is also emitted from the spherical force.
  • FIG. 12 is a sectional view of the light emitting device of FIG. 11 shifted by 45 degrees.
  • FIG. 14 is a plan view of FIG. 13 viewed from the LED side.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between (bZa) and angle 0 ′ in the present embodiment.
  • FIG. 16] A diagram illustrating a method for manufacturing the light-emitting device in the present embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of a light emitting device in a conventional example.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a light emitting device according to the present embodiment.
  • 2 to 15 are diagrams for explaining a method for manufacturing a light emitting device.
  • the same reference numerals indicate the same parts.
  • an LED mounted on a wiring board is prepared (step 1).
  • the LED 1 is a rectangular semiconductor chip when viewed from the front.
  • L ED1 may be a diamond or parallelogram semiconductor chip in front view! /.
  • the LED 1 includes a substrate 2, a semiconductor layer 3 formed on the substrate 2, and an electrode 4 formed on the semiconductor layer 3.
  • the semiconductor layer 3 is an epitaxial layer including a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer.
  • the electrode 4 is divided into a p-type electrode and an n-type electrode.
  • the electrode 4 is electrically connected to the wiring 6 on the wiring board 5 via the bump 7. When voltage is applied to the semiconductor layer 3 through the electrode 4, light emission occurs near the pn junction (not shown). .
  • FIG. 8 is an example of a cross-sectional view of an LED applicable to this embodiment.
  • an LED 101 has a structure including a substrate 102, an n-type semiconductor layer 103 formed on the substrate 102, and a p-type semiconductor layer 104 formed above the n-type semiconductor layer 103. .
  • a p-type electrode 105 is formed on the P-type semiconductor layer 104. Further, a part of the p-type semiconductor layer 104 and a part of the light emitting layer 106 formed between the n-type semiconductor layer 103 and the p-type semiconductor layer 104 are removed, and the exposed n-type semiconductor layer 103 is removed. On top of this, an n-type electrode 107 is formed.
  • the electrodes 4 are all located on the same horizontal line with respect to the substrate 2.
  • the n-type electrode 107 is formed after removing a part of the semiconductor layer as described above. Therefore, strictly speaking, the p-type electrode 105 and the n-type electrode 107 are not positioned on the same horizontal line with respect to the substrate 102. However, in this embodiment No distinction is made as to whether the p-type electrode and the n-type electrode are on the same horizontal line
  • the LED 1 As the LED 1, a LED 1 that does not deteriorate by heat treatment when covered with a glass member 9 (see Fig. 3) is used. In general, since the heat resistance becomes higher as the band gap becomes larger, an LED whose emitted light is blue is preferably used. For example, LEDs having a main emission peak wavelength of 500 nm or less, and more specifically, LEDs using nitride semiconductors such as GaN and InGaN, or ⁇ -VI group compound semiconductors such as ZnO and ZnS, and the like.
  • a sapphire substrate can be used as the substrate 102
  • an n-GaN layer can be used as the n-type semiconductor layer 103
  • a p-GaN layer can be used as the p-type semiconductor layer 104.
  • an InGaN layer can be used as the light emitting layer 106
  • the structure of the light emitting portion can be a single or multiple quantum well structure.
  • ultraviolet light with a wavelength of 420 nm or less is emitted from the light emitting layer 106.
  • a buffer layer such as an A1N layer or a GaN layer between the sapphire substrate and the n-GaN layer. This is because the sapphire substrate and the GaN layer have greatly different lattice constants and thermal expansion coefficients.
  • the sapphire substrate needs to have a certain thickness (for example, 300 / zm or more).
  • a certain thickness for example, 300 / zm or more.
  • the p-type electrode 105 and the n-type electrode 107 for example, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), or aluminum (A1) can be used. Of these, gold is preferred because it has a high melting point and is difficult to receive acid soot. LED and other semiconductor devices In particular, the heat resistance is improved by providing a specific material as disclosed in, for example, JP-A-2002-151737, JP-A-10-303407, and JP-A-2005-136415. An electrode having a layered structure can also be applied. This is because when the LED chip is covered with a glass member, it is heat-treated in the atmosphere at a high temperature, so that it is necessary to avoid the electrode from being deformed or oxidized by heat.
  • the light-emitting device of the present invention can also be applied to a case where a light-emitting element is a semiconductor laser instead of an LED.
  • a semiconductor laser a laser diode that does not deteriorate due to heat treatment when encapsulated with encapsulated glass is used. That is, a semiconductor laser having a main emission peak wavelength of 500 nm or less, more specifically, a semiconductor laser using a nitride semiconductor such as GaN and InGaN or a II VI group compound semiconductor such as ZnO and ZnS is used. be able to.
  • the wiring substrate 5 includes a substrate 8 and a wiring 6 formed on the substrate 8.
  • the wiring board 5 can be formed, for example, by performing a heat treatment after screen-printing a wiring material on the board 8.
  • the substrate 8 is preferably heat resistant. This is because when the LED 1 is covered with the glass member 9, it is necessary to heat the glass member 9 at a temperature equal to or higher than the soft melting point of the glass. Therefore, it is not preferable to use a resin substrate such as epoxy resin, which is expected to cause thermal degradation.
  • a heat-resistant substrate applicable to this embodiment for example, a ceramic substrate such as an alumina substrate, an aluminum nitride substrate and a silicon carbide substrate, a glass ceramic substrate, or a silicon oxide film formed on the surface thereof is used. Examples thereof include a silicon substrate (silica coated silicon substrate).
  • the thermal expansion coefficient of the wiring substrate is close to the thermal expansion coefficient of the glass member.
  • Examples of wiring materials include gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), and aluminum (A1). Etc. can be used. Of these, gold is preferred because it has a high melting point and is difficult to receive acid and soot. This is because when the LED 1 is covered with the glass member 9, it is heat-treated in the atmosphere at a high temperature, so that it is necessary to avoid the wiring 6 from being deformed or oxidized by heat.
  • the wiring material may contain a glass component.
  • the wiring material contains a glass component, so that the wiring board and the glass member can be held with high adhesive force.
  • the glass component in this case include those containing SiO, Bi 2 O, ZnO, and B 2 O.
  • the glass component is substantially free of lead in terms of environmental problems. Furthermore, it is preferable that it is substantially free of alkalis from the viewpoint of preventing the electrical characteristics of the light emitting device from deteriorating!
  • the wiring material can also contain other components than the above glass components.
  • varnish can be added for the purpose of adjusting the viscosity and the purpose of uniformly dispersing the glass component in gold.
  • the varnish is decomposed and evaporated by heating.
  • an organic varnish or the like can be used.
  • an adhesive described in Japanese Patent Application No. 2005-254127 by the present applicant may be provided. That is, by providing an adhesive between the wiring board and the glass member so as to surround the LED, it is possible to reduce the intrusion of moisture from the interface between the glass member and the wiring board.
  • the adhesive material includes a glass component, and this glass component may be the same as or different from the glass component included in the wiring material described above.
  • lead is not substantially contained from the viewpoint of environmental problems.
  • the LED 1 is mounted on the wiring board 5 by electrically connecting the electrode 4 provided on the LED 1 to the wiring 6.
  • the connection method may be either wire bonding or wireless bonding, but in the former case, air is trapped in the wire part. The latter method is preferable because there is a possibility that bubbles are generated in the glass member.
  • the LED 1 is preferably mounted such that the substrate 2 is substantially parallel to the wiring substrate 5.
  • the angle formed by the substrate 2 and the wiring substrate 5 is preferably 1 degree or less. This is because the light emitted from the LED 1 is inclined when the substrate 2 is mounted inclined with respect to the wiring substrate 5. Therefore, it is preferable to prevent the substrate 2 from being inclined and mounted by providing three or more bumps 7. Thereby, it is possible to prevent the LED 1 from being tilted when the glass member 9 is softened.
  • the height of bump 7 is not uniform, the effect cannot be obtained, so it is necessary to reduce the variation. Furthermore, since the effect varies depending on the distance between the bumps 7, it is necessary to set an appropriate distance according to the specifications.
  • gold is preferably used as a material for forming the bump 7.
  • the bump 7 and the wiring 6 there is a risk of corrosion.
  • these are all composed of gold this problem does not occur. Therefore, it is preferable to use gold for all of the electrode 4, the bump 7 and the wiring 6.
  • Step 2 a glass member 9 that covers LED 1 is prepared (step 2). Note that the order of Step 1 and Step 2 may be the first.
  • the glass member 9 has a softening point of 500 ° C or lower, preferably 490 ° C or lower, and an average linear expansion coefficient at a temperature of 50 ° C to 300 ° C of 65 X 10 _7 Z ° C to 95 X a 10 _7 Z ° C, wavelength 405nm of internal transmittance at a thickness of lmm to light is 80% or more, or preferably on 85% or more, more preferably 90% or more, more preferably 93% or more, Those having a refractive index with respect to this light of 1.7 or more, preferably 1.9 or more, more preferably 2.0 or more are used.
  • the internal transmittance is 3 ⁇ 40% or more and the refractive index with respect to this light is 1.8 or more.
  • the difference in thermal expansion coefficient from LED 1 is small, so that the residual stress can be reduced to prevent the glass from cracking after coating.
  • the transmittance is high and the refractive index is large, the LED 1 can be covered without impairing the extraction efficiency of the light emitted from the LED 1.
  • Glass member 9 in the present embodiment includes those containing TeO, B 2 O and ZnO
  • TeO is 10 mol% or more, preferably 40 mol% to 54 mol.
  • the total content of TeO and GeO is 42 mol% to 58 mol%, B
  • the total content of O, GaO and BiO is 15 mol% to 35 mol%, and the content of ZnO
  • the content is 3 mol% to 20 mol%, and the content of Y 2 O, La 2 O, Gd 2 O and Ta 2 O
  • the total is lmol% ⁇ 15mol%, and the total content of TeO and B2O is 75mol%
  • the TeO content is 40 mol% to 53 mol%
  • the GeO content is 0
  • mol% ⁇ L0mol%, B2O content is 5mol% ⁇ 30mol%, Ga2O content
  • O content is 3mol% ⁇ 20mol%
  • YO content is 0mol% ⁇ 3mol%
  • the content of La O is 0 mol% to 3 mol%, and the content of GdO is 0 mol% to 7 mol%
  • a TaO content of 0 mol% to 5 mol% is preferably used.
  • a material composed of 2 3 2 3 2 3 a O (3. Omol%) can be used. This composition contains alkali metals.
  • the glass member 9 may contain a phosphor.
  • the blue light emitted from LED1 and the yellow light emitted by the phosphor being excited by a part of this blue light are mixed together.
  • White light can be obtained.
  • the phosphor is added, the light is scattered by the phosphor, so that the finger-lighting property is lowered.
  • the light emitting device in which the central axis of the LED 1 and the central axis of the glass member 9 are substantially coincident can be obtained, white light emission of the same color tone can be obtained from any direction.
  • the glass member 9 is substantially free of lead from the viewpoint of environmental problems. Furthermore, from the viewpoint of preventing the electrical characteristics of LED1 from degrading, it contains virtually no alkali! Preferable to be a thing! /.
  • the glass member 9 is processed into a shape that can be placed on the LED 1.
  • the glass member has a shape approximated by a rectangular parallelepiped.
  • it may be a glass member having a shape approximated by a sphere.
  • a glass raw material containing TeO, B 2 O and ZnO as main components is placed in a gold crucible.
  • the molten glass is obtained by stirring and homogenizing with a gold stirrer.
  • a glass piece obtained by pouring this molten glass into a carbon mold and forming it into a block shape or a spherical shape can be used.
  • the shape of the glass member 9 does not necessarily have to be constant, but it is preferable that the glass member 9 has a constant shape in consideration of the automated process assumed in the mass production stage.
  • the glass member 9 is placed on the LED 1 (step 3).
  • the amount of the glass member 9 placed on the LED 1 is an amount necessary for covering the LED 1. Specifically, the amount is at least several times the wavelength of visible light, specifically 2 m or more, and is an amount that can cover the portion from which LED1 light is extracted, that is, the portion other than the electrode surface. If the volume of the glass member 9 that protrudes from the LED 1 becomes large when the glass member 9 is placed on the LED 1, the glass member 9 is softened when the glass member 9 is softened in the subsequent process. The material 9 may fall and become unable to cover the LEDl. By making the shape of the glass member 9 a shape that is approximated by a rectangular parallelepiped or a sphere, the volume of the glass member 9 that protrudes from the LED 1 can be made relatively small.
  • the glass member 9 may be placed so that these axes coincide with each other. As shown in FIG. In other words, when the glass member 9 is placed, it is not necessary to strictly align the LED 1. Glass member placed on LED1 9 center axis X force LED1 center axis X from LED1 edge
  • the area of this region may be 90% or less, preferably 80% or less of the entire area on which the glass member 9 is placed. It is assumed that the central axis of LED1 coincides with or substantially coincides with the optical axis of LED1.
  • the central axis X of the glass member 9 is in the same direction as LEDX. Define the area around the central axis X of LED1
  • the center axis X force of the glass member 9 is also 0 ⁇ d / (d + if the distance to the edge of LED1 is d
  • FIG. 3B is a plan view of the LED 1 as viewed from the substrate 2 side.
  • the shaded area corresponds to the area where the central axis X force of LED1 reaches the position inside the edge. If the area of the hatched area is 90% of the area of the entire surface on which the glass member 9 is placed, the central axis X force of the glass member 9 is positioned within this area.
  • the glass member 9 may be placed.
  • the glass member 9 may be fixed using a vehicle obtained by mixing an appropriate resin and solvent.
  • a vehicle obtained by mixing an appropriate resin and solvent.
  • at least LED 1 is subjected to a heat treatment for covering glass member 9 with glass member 9. Decompose and evaporate.
  • glass member 9 can also be formed by printing a glass paste on LED 1 and then performing a heat treatment.
  • the glass paste mainly contains glass frit, a resin having a binder function, and a solvent.
  • a glass powder having the same glass component force as described above is preferably used.
  • the heat treatment includes a first heat treatment for evaporating the solvent in the glass paste at a low temperature and a second heat treatment for baking the glass paste at a high temperature.
  • the first heat treatment and the second heat treatment may be performed continuously, or the temperature may be lowered once after the first heat treatment, and then the second heat treatment may be performed.
  • the second heat treatment is divided into a debinding process for decomposing and vaporizing the fat and a baking process for sintering and softening the glass powder.
  • the binder removal treatment and the baking treatment are performed continuously.
  • the temperature range of the baking treatment is preferably in the range from the softening temperature of glass to about 200 ° C higher than this.
  • the shape and size of the bubbles remaining in the glass after firing varies depending on the temperature of the firing treatment, it is preferable to perform firing at an appropriate temperature in consideration of these. After firing, cool at an appropriate temperature drop rate. Thereby, the glass member 9 can be formed on the LED.
  • the glass member 9 is formed using a green sheet.
  • the green sheet is obtained by applying the same composition as the above glass paste on a support film such as a polyethylene terephthalate film, evaporating the solvent, and then applying the glass composition in the form of a film to the support film. It can also be obtained by peeling off the force.
  • a glass member 9 can be formed on the LED 1 by placing the green sheet on the LED 1 and then performing a heat treatment.
  • the heat treatment corresponds to the above-described firing treatment, and can be divided into a binder removal treatment for decomposing and vaporizing the resin and a firing treatment for sintering and softening the glass powder. These treatments are continuously performed using an electric furnace or the like.
  • a glass piece having a required amount may be formed when it is molded into a block shape or a spherical shape.
  • glass In the case of using a first strike or a green sheet, the volume of the glass member can be increased by laminating them.
  • the thickness of the glass member obtained by one screen printing is about 5111 to 30111.
  • a thicker glass member can be obtained.
  • a thick glass member can be formed by using a doctor blade printing method, a die coating printing method, or the like instead of the screen printing method.
  • a green sheet a glass member having a thickness of about 50 ⁇ to 400 / ⁇ m can be formed. In this case as well, a thicker glass member can be formed by using green sheets in a stacked manner.
  • the glass member 9 is softened by heat treatment (step 4).
  • the present invention is characterized in that, in this process, the LED 1 is covered with the glass member 9 and a shape in which the central axis of the LED 1 and the central axis of the glass member 9 substantially coincide with each other is formed in a self-aligning manner.
  • the heating temperature is set to a temperature equal to or higher than the soft saddle point of the glass member 9. This temperature is determined by the composition of the glass member 9. For example, as the glass member 9, TeO (45.0 mol%), TiO (1.0
  • the temperature is preferably 570 ° C or higher.
  • the heating temperature needs to be equal to or lower than the temperature that hinders the operation function of the LED1.
  • the temperature is preferably 700 ° C or lower, more preferably 630 ° C or lower. If the temperature exceeds 700 ° C, the light emitting function of LED1 may be impaired.
  • the glass member 9 can be softened by performing a heat treatment in a predetermined temperature atmosphere using an electric furnace or the like.
  • the glass member 9 can be softened by locally heating using an infrared condensing heating device or a hot plate, and utilizing heat conduction from the heated portion.
  • the glass member 9 and the LED 1 can be heated uniformly.
  • the processing time can be shortened compared to an electric furnace or the like, so that the productivity of the light emitting device can be improved.
  • FIG. 9 is an example comparing temperature profiles of an electric furnace and an infrared condensing heating device.
  • an electric furnace product name FP41
  • an infrared heating device IVF298W product name manufactured by Thermo Riko Co., Ltd. was used.
  • the heating process includes an action of removing the organic substance.
  • the heating time be 5 minutes or longer when the infrared condensing heating device is applied.
  • the cooling time after heating is preferably 5 minutes or more and 5 hours or less. If the cooling time is too short, compressive stress is generated on the surface of the glass member 9, while tensile stress is generated on the inner side of the glass member 9. As a result, the glass member 9 becomes brittle and easily cracks. On the other hand, if the cooling time is too long, thermal damage to the LED 1 may increase. [0090] When the temperature is increased by the heat treatment, the softness of the glass member 9 begins. At this time, if the volume of the glass member 9 with respect to the LED 1 is equal to or less than a predetermined value, the softened glass member 9 has a shape close to a sphere due to the surface tension on the LED 1, as shown in FIG.
  • the glass member 9 moves downward while covering the LED 1 by deformation due to its own weight.
  • the volume of the glass member 9 relative to the LED 1 is larger than the predetermined value, the glass member 9 does not go through the process of becoming spherical on the LED 1 and changes to a nearly spherical shape while covering the LED 1. Move down.
  • the LED 1 is fitted into a part of a glass member 9 that is generally spherical, and is in contact with the side surface of the curved force LED 1 of the glass member 9.
  • the glass member 9 after the LED is coated is referred to as a coated glass 10 for the sake of convenience.
  • the description merely gives an example of the change of the glass member 9 after softening, and does not limit the behavior of the glass member 9 in the present invention.
  • the glass member 9 When the glass member 9 is softened on the LED 1, the glass member 9 behaves so as to overflow from the upper surface of the LED 1 downward. In this case, the glass member 9 is liable to be biased depending on the shape of the glass member 9 that does not necessarily overflow isotropically and the position on which the glass member 9 is placed.
  • the overflowing glass member 9 flows downward along the side wall portion of the LED 1 and then stops at the lower end of the side wall portion. The glass member 9 overflowing from other sides with a delay will also stop at the lower end of the side wall.
  • the glass member 9 moves so as to be uniform throughout.
  • the amount of the glass member 9 is balanced across the entire LED 1, in other words, when the central axis of the glass member 9 and the central axis of the LED 1 substantially coincide, the glass member 9 has a stable shape. This allows the glass to be The shape shown in FIG. 5 can be obtained in a self-aligned manner without strict alignment between the glass member 9 and the LED 1. Then, if the temperature is lowered, this shape can be fixed. In FIG. 5, the central axis X of the coated glass 10 substantially coincides with the central axis X of the LED 1.
  • Heat treatment using an electric furnace is particularly suitable for such a self-alignment process.
  • the glass member 9 and the LED 1 can be heated uniformly.
  • the glass member 9 can be made relatively soft and soft. Therefore, it is considered that the glass member 9 moves over time while maintaining a balance so as to cover the entire LED 1 uniformly. This is preferable in forming a shape in which the central axis of the LED 1 and the central axis of the glass member 9 substantially coincide with each other in a self-aligning manner.
  • the position where the softened glass member 9 stops can be controlled by the shape of the LED1.
  • the distance from the light emitting layer of the LED 1 to the surface of the glass member 9, that is, the portion that becomes the lens can be changed, so that the emission angle can be changed.
  • a part of the substrate 2 constituting the LED 1 specifically, the end force on the side on which the semiconductor layer 3 is provided is also directed in the vertical direction so that a predetermined distance is tapered.
  • the glass member 9 can be stopped at the tapered portion 12.
  • Such a tapered shape can be provided, for example, when the substrate 2 constituting the LED 1 is polished.
  • the diameter of the sphere is 0.5 mm to l.Omm
  • the thickness of the substrate 2 is about 100 m
  • the thickness of the taper portion 12 is 15 mm. m.
  • the substrate 2 can be a square having a side of about 320 m when viewed from the front. By doing so, the tapered portion 12 of the LED 1 and the portion above the tapered portion 12 can be covered with the glass member 9.
  • an Omm glass member can have the same emission angle as a 1.5 mm diameter glass member.
  • the viscosity of the coated glass 10 decreases, and as a result, the coated glass 10 moves further downward.
  • the coated glass 10 takes a surface shape close to a spherical surface due to its own cohesive action. After that, when heating is stopped and cooling is performed, the light emitting device 13 having the structure shown in FIG. 7 can be obtained. Also in this case, the shape in which the central axis X of the coated glass 14 and the central axis X of the LED 1 are substantially coincident with each other
  • the covering glass 14 includes a curved portion 14a and a flat portion 14b on the surface shape.
  • the heating temperature is the same force composition determined by the composition of the glass member 9, it is preferable to set the heating temperature lower as the volume of the glass member 9 increases.
  • the volume of the glass member 9 is increased, the difference between each side of the LED 1 becomes larger with respect to the time when the upper surface force glass member 9 of the LED 1 overflows and the amount of the glass member 9 that overflows.
  • the balance of the amount of the glass member 9 covering each surface of the LED 1 is likely to be lost. For this reason, when the volume of the glass member 9 is increased, in order to proceed with the above self-alignment process, the glass member 9 is slowly softened by heat treatment at a low temperature, and the glass member 9 becomes the entire LED1. It is better to move down the LED1 while keeping the balance to cover evenly!
  • Factors affecting the directivity include the coincidence between the central axis of the LED and the central axis of the coated glass, and the shape of the coated glass.
  • a light-emitting device having a shape in which the central axis of the LED and the central axis of the coated glass substantially coincide with each other can be obtained. That is, according to the present embodiment, a light emitting device with high directivity can be manufactured. Further, since the above shape is obtained in a self-aligning manner, it is not necessary to use a mold or the like. Therefore, it is possible to avoid defects such as the deformation of the LED electrode part during coating due to the metal mold. Furthermore, since it is not necessary to align the glass material and the LED before heating, the productivity of the light emitting device can be improved.
  • the LED 1 is fitted into a part of the substantially spherical coated glass 10, and the curved surface of the coated glass 10 is in contact with the side surface of the LED 1. Therefore, the directivity of the light emitting device 11 having such a structure will be considered.
  • a medium having a refractive index having a spherical surface is in contact with a medium having a refractive index n.
  • the medium having a refractive index n corresponds to air
  • the medium having a refractive index corresponds to glass.
  • a part forming a spherical surface is considered as a part of a sphere, and the radius of this sphere is defined as r.
  • a medium having a refractive index is a lens, and light is emitted from a spherical surface into a medium having a refractive index n through the medium.
  • the focal length on the refractive index side be, and let the focal length on the refractive index n side be f.
  • MQ force If it is formed at a distance S from a sphere in a medium with a refractive index ⁇ , the equation ( The relationship 1) is established.
  • FIG. 11 is an example of a cross-sectional view of light-emitting device 21 in the present embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the light emitting device 21 of FIG.
  • the LED 22 is a rectangular semiconductor chip when viewed from the front, and is electrically connected via a wiring 25 and a bump 26 on the wiring board 24.
  • the light emitting device 21 has a structure in which the LED 22 is fitted into a part of a glass member 23 having a substantially spherical shape as a whole. Then, the curved surface force of the glass member 23 is in contact with the side surface of the SLED 22.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the diagonal line of the electrode surface
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along a straight line that passes through the center of the electrode surface and forms an angle of 45 degrees with respect to the diagonal line.
  • the electrode surface is configured such that each vertex of the rectangle is in contact with the curved surface of the glass member 23. For this reason, in FIG. 12, the lower part of the glass member 23 has a slightly flatter shape than in FIG.
  • the LED 22 is provided with a light emitting layer (not shown) parallel to the electrode surface. Light is extracted from the surface opposite the surface.
  • the light 27 from the LED 22 is transmitted through the glass member 23 and emitted into the air, as schematically shown in FIG.
  • the light of the point light source power arranged on the surface of the spherical medium becomes parallel light after passing through the medium and being emitted from the spherical surface.
  • the position of the light emitting layer of the LED 22 is considered to be substantially equal to the position of the electrode surface.
  • the shape of the glass member 23 can be regarded as a substantially spherical shape, the light at which the LED 22 and the glass member 23 are in contact, that is, the light near the apex of the electrode surface is also disposed on the surface of the spherical medium.
  • this light is considered to be parallel light after passing through the glass member 23.
  • the emission angle ⁇ is considered to be approximately equal to 1Z2 of the angle ⁇ ′ emitted from the vicinity of the apex of the electrode surface and passing through the center 28 of the glass member 23.
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view of the light-emitting device, showing an LED covered with a glass member.
  • FIG. 14 is a plan view showing the side force of the LED in FIG.
  • FIG. 14 shows only a flat portion 31b of glass 31 described later, and omits the spherical portion 3la.
  • the glass member 31 has a spherical portion 3la and a flat portion 31b.
  • the LED 32 is located at a flat portion 3 lb, and each vertex of the electrode surface 32a is located inside the spherical surface of the glass member 31.
  • (LZ2) is multiplied by an appropriate value (bZa), and then (LZ2) is added to obtain the radius of the flat portion of the glass member.
  • (bZa) is multiplied by an appropriate value (bZa)
  • (LZ2) is added to obtain the radius of the flat portion of the glass member.
  • the distance from the center of the glass member to the electrode surface, radius R and radius! ⁇ Seek you. Since the obtained distance, radius R and force (0'Z2) can be obtained, the angle ⁇ 'can be obtained by doubling this value.
  • the emission angle ⁇ which is an indicator of directivity, correlates with the angle ⁇ 'formed by the light emitted from the vicinity of the apex of the LED electrode surface and passing through the center of the glass member.
  • the angle ⁇ ′ increases as the value of (bZa) increases.
  • the directivity can be controlled by the value of (bZ a).
  • the light emitting device (FIG. 5) obtained in the present embodiment has a structure in which the LED 1 is fitted into a part of the generally spherical coated glass 10 and is in contact with the side surface of the curved force LED 1 of the coated glass 10. Because of this, it is possible to achieve high directivity without any cavities. Therefore, for example, a light emitting device suitable for applications such as an optical fiber and a light source used in a projector can be obtained.
  • the surface shape of the coated glass 10 is approximated by a sphere, and the radius of this sphere is R.
  • the length of the diagonal line on the electrode surface of LED1 is defined as the length.
  • the shape of the electrode surface that is, the shape of the substrate 2 constituting the LED 1 is a rectangle when viewed from the front.
  • L indicates the length of the longer diagonal line.
  • the sealing resin 15 is provided between the covering glass 10 and the LED 1 and the wiring board 5. May be provided. As a result, it is possible to prevent moisture from entering through these gaps from the outside. Further, since the coated glass 10 is supported by the sealing resin 15, the coated glass 10 can be held more stably. For this reason, it is preferable to use the sealing resin 15 having a low hygroscopic property and a mechanical strength of a certain level or more.
  • the sealing resin 15 may be any of ultraviolet curing type and thermosetting type resin (for example, acrylic resin or epoxy resin). Small impact on surrounding materials! / Therefore, it is preferable to use UV curable resin.
  • an alumina substrate having a purity of 99.6% and a thickness of 1 mm was used as the substrate.
  • a gold paste for wiring formation was prepared. Specifically, gold (80% by weight) and organic varnish (18% by weight) were mixed, kneaded in a porcelain mortar for 1 hour, and then dispersed three times using three rolls to obtain a gold paste. .
  • ethyl cellulose resin having a polymerization degree of 7 was dissolved in a TVneol so that the concentration was 20% by weight.
  • a gold paste was screen-printed on the surface of the alumina substrate to form a wiring pattern. Thereafter, a heat treatment was performed at 120 ° C. for 10 minutes, followed by baking at 800 ° C. for 30 minutes to form gold wiring on the alumina substrate.
  • a total of two bumps were formed on the LED electrodes.
  • a manual wire bonder product name: 7700D
  • gold bumps are formed using a gold wire with a diameter of 25 ⁇ m (SGH-25 (product name) manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.). did.
  • the formed gold bump had a diameter of 100 ⁇ m and a height of 25 ⁇ m.
  • the electrode provided on the LED and the gold wiring were bonded via two gold bumps.
  • mounting was performed by applying a predetermined pressure so that the LED was parallel to the substrate.
  • the LED was flip-chip mounted on an alumina substrate using a flip chip bonder (product name MOA-500) manufactured by NOSOL.
  • the gold bump diameter after mounting was about 100 ⁇ m, and the height was about 20 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • TeO (45.0 mol%), TiO (1.0 mol%), GeO (5. Omol%) , BO (18. Omol%), GaO (6. Omol%), BiO (3. Omol%), ZnO (15mol%
  • the glass member was processed into a block having an appropriate size, and then placed on the LED mounted on the flip chip.
  • the central axial force of the glass member placed on the LED is in the area from the central axial force LED of the LED to the position inside the edge of the LED, and the area of this area is the area where the glass member is placed. 90% or less of the total surface area
  • heating device an electric furnace (product name FP41) manufactured by Daiwa Science Co., Ltd. or an infrared condensing heating device IVF298W (product name) manufactured by Thermo Riko Co., Ltd. was used.
  • the infrared lamp in the infrared condensing heating device IVF298W (trade name) of Thermo Riko Co., Ltd. has a radiation wavelength band of 600 ⁇ ! It was ⁇ 1, lOOnm and had the maximum radiation intensity around 900 nm.
  • a circuit board on which the above LED was mounted was placed thereon, and the above glass member was placed on the LED. Infrared rays were irradiated from the infrared absorbing member side at an output of 2 kW.
  • the room temperature was also raised to 630 ° C over 15 minutes, and after 30 seconds to 1 minute 50 seconds at 630 ° C, the temperature was lowered to room temperature over 5 minutes. The temperature was measured by bringing a thermocouple into contact with Ceramitas. As a result, light-emitting devices (Nos. 7 to 8 in Table 1) having the same structure as in FIG. 5 were obtained.
  • Table 1 shows the results of evaluating the amount of deviation between the central axis of the LED and the central axis of the coated glass.
  • the Measurement A and Measurement B are the same light-emitting device with the measurement directions changed by 90 degrees.
  • Measurement A! / R approximated the surface shape of the coated glass with a sphere, and cut the light emitting device at a plane including the diagonal line on one side of the LED electrode surface and the center of the coated glass. It is the diameter of the sphere.
  • L is the length of one of the diagonal lines, and h is the height of the electrode surface force of the LED to the center of the sphere.
  • ⁇ is the magnitude of deviation between the symmetry axis of the coated glass and the symmetry axis of the LED chip.
  • R approximates the surface shape of the coated glass with a sphere, and other than the electrode surface of the LED.
  • L is the length of the other diagonal line, and h is the electrode surface force of the LED.
  • ⁇ is the symmetry axis of the coated glass and the symmetry axis of the LED chip.
  • the magnitude of the deviation between the central axis of the LED and the central axis of the coated glass is evaluated by the value of ( ⁇ 2 + ⁇ 2 ) 1/2 . If an electric furnace is used,
  • the deviation is around 10 m.
  • the sample using the infrared condensing heating device No. 7, 8
  • the central axis of the LED and the central axis of the coated glass substantially coincide. It was found that a light emitting device having a different shape can be obtained in a self-aligning manner.
  • the present invention can provide a light-emitting device in which a light-emitting element is covered with a glass member, and can be used for a light source, a lighting device, a light-emitting device, and the like. It should be noted that the entire contents of the specification, claims, drawings and abstract of the Japanese Patent Application No. 2006-139527, filed on May 18, 2006, are incorporated herein by reference. As it is incorporated.

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Abstract

　発光素子をガラスで被覆する際に短絡が発生するのを最小限にして、キャビティなしに高い指向性を実現可能な発光装置を製造する方法を提供する。また、キャビティなしに高い指向性を実現可能な発光装置を提供する。 　配線基板に実装されたＬＥＤを準備した後、ＬＥＤの上に、直方体または球で近似される形状のガラス部材を載置する。このとき、ＬＥＤの上に載置されたガラス部材の中心軸が、ＬＥＤの中心軸を中心としてＬＥＤの端縁より内側の位置に至るまでの領域にあり、この領域の面積が、ガラス部材が載置される面全体の面積の９０％以下であるようにする。その後、加熱処理によりガラス部材を軟化させることによって、ＬＥＤをガラス部材で被覆して、ＬＥＤの中心軸とガラス部材の中心軸とが略一致した形状を自己整合的に形成する。

Description

発光装置の製造方法および発光装置
技術分野
[0001] 本発明は、発光装置の製造方法および発光装置に関し、より詳しくは、発光素子が ガラスで被覆されている発光装置の製造方法および発光装置に関する。
背景技術
[0002] 現在、白色の発光ダイオード（Light Emitting Diode,以下、 LEDと言う。）を発 光素子として用いた照明機器が実用化されつつある。白色 LEDを照明に使用した場 合の利点としては、 1)白熱灯や蛍光灯に比べて消費電力が小さくランニングコストが 安い、 2)寿命が長いために交換の手間が省ける、 3)小型化できる、 4)蛍光灯にお ける水銀のような有害物質を使用しない、などが挙げられる。
[0003] 一般的な白色 LEDは、榭脂によって LEDが封止された構造を有する。例えば、典 型的な 1チップ型白色 LEDでは、 GaNに Inが添加された InGaNを発光層とする LE Dが、 YAG蛍光体を含有する榭脂によって封止されている。この LEDに電流を流す と、 LED力 青色光が放出される。次いで、青色光の一部によって YAG蛍光体が励 起されて、この蛍光体から黄色光が放出される。青色光と黄色光は補色の関係にあ るので、これらが入り混じると人間の目には白色光として認識される。
[0004] しかし、榭脂封止された LEDでは、長時間の使用により榭脂中に水分が浸入して、 LEDの動作が阻害されたり、 LED力 放出される光によって榭脂が変色し、榭脂の 光透過率が低下したりするなどの問題があった。
[0005] また、 LEDは、実装基板力も発光部までの熱抵抗が小さくて耐熱温度が高 、ほど、 高い周囲温度および大入力で使用することが可能となる。したがって、熱抵抗および 耐熱性は、 LEDを高出力化するためのキーポイントである。しかし、 LEDの封止に榭 脂を用いた場合には、榭脂の耐熱性が低いために、高出力での使用に適さないとい う問題があった。例えば、エポキシ榭脂の場合、 130°C以上の温度で黄変してしまう
[0006] こうした問題に対して、低融点ガラスで封止した LED (例えば、特許文献 1および 2 参照。）が開示されている。
[0007] 特許文献 1では、反射皿の凹部中央底面にダイボンディングされた LED素子を、ヮ ィャボンディング部を介してリード部に接続した後、加熱金型等を使用してこれらを低 融点ガラスで封止した LEDランプが開示されて 、る。
[0008] また、特許文献 2には、型押し法と電気炉を用いて、 GaNをガラスで封止する技術 が記載されている。図 17に、その実施例の 1つである発光装置の断面図を示す。サ ブマウント 202に搭載された発光ダイオードチップ 201は、リード 203に配置されてい る。また、発光ダイオードチップ 201は、ボンディングワイヤ 205によってリード 204と 接続している。そして、発光ダイオードチップ 201は、ボンディングワイヤ 205とともに 、封止部材 206によって封止されている。封止部材 206は低融点ガラスであり、加熱 により低融点ガラスを軟ィ匕させることによって、発光ダイオードチップ 201、ボンディン グワイヤ 205および周辺の回路を封止している。
[0009] LEDを低融点ガラスで封止することにより、封止材を通しての吸湿性や、封止材の 変色による光透過率の低下を低減できるとともに、耐熱性を向上させることが可能と なる。尚、ここで、「低融点ガラス」とは、典型的なガラスと比較して、屈服点の低いガ ラス材料を言う。一般に、ガラス材料の膨張は、ガラス材料が一軸方向に膨張し、測 定装置の検出部を押すことによって検出部が移動した距離で評価される。屈服点は 、ガラス材料が軟ィ匕してしま 、検出部を押すことができなくなる温度のことである。
[0010] しかし、特許文献 1や特許文献 2のように、金型を用いてガラス封止する方法では、 成型時の圧力で LEDの電極部に変形が起こり、不良が発生するおそれがあった。例 えば、 LEDがバンプによって配線基板に接続される構成では、電極が移動したり、バ ンプが潰れたりして、 LEDと配線基板の間に短絡が発生するなどの問題があった。
[0011] こうした問題に対しては、 LEDと配線基板の間に絶縁層を設けるなどした発光装置 が提案されている (特許文献 3参照)。特許文献 3では、バンプを介して LEDと配線 基板を電気的に接続した後に、 LEDと配線基板の間に絶縁層を充填する。次いで、 金型を用いて、所定の温度で加圧することにより、 LEDを低融点ガラスで封止する。 この際、絶縁層によって LEDの下面とバンプが固定されるので、短絡を回避すること ができるとされる。 [0012] また、 LEDと低融点ガラスの間に緩衝層を設けることによって、バンプが潰れて短 絡が発生するのを防ぐようにした発光装置も開示されている (特許文献 4参照)。特許 文献 4によれば、 LEDを緩衝層で包囲することによって、バンプの圧潰による短絡の 発生を回避できるとされる。
[0013] 特許文献 1 :特開平 8— 102553号公報
特許文献 2：国際公開第 2004Z082036号パンフレット
特許文献 3：特開 2006 - 54210号公報
特許文献 4：特開 2006 - 54209号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0014] しかしながら、特許文献 3や特許文献 4に記載の発光装置では、絶縁層や緩衝層 を設ける工程が新たに必要となる。すなわち、特許文献 2では、バンプが配線層に載 るように位置決めして LEDを配設した後、 LEDの下面と配線基板との間に、絶縁層 を滴下または充填する工程が必要となる。また、特許文献 3では、配線層に電極が載 るように位置決めして LEDを配設した後に、 LEDの中心部の真上から、緩衝層とな る液状の榭脂を滴下する工程が必要となる。
[0015] また、特許文献 1〜4に記載の発光装置では、 LEDからの光が出射される部分に おける封止部材の形状は、いずれも半球または扁平な形状となっている。例えば、特 許文献 2において、封止部材 206は扁平な形状を呈している（図 17)。これは、低融 点ガラスが、温度によって粘度が急激に変化する性質を有することによると思われる 。封止部材がこのような形状を呈すると、 LED力 出射される光の指向性は低下する 。一方、光ファイバ一やプロジェクタに用いられる光源などの用途では、高い指向性 を有する LEDに対する要求が高 、。
[0016] 光の指向性を高めるには、 LEDをキヤビティ内に載置し、 LEDからの光をキヤビテ ィで反射させて、前方に光が取り出されるようにした構造が考えられる。この場合、キ ャビティには、一般に、アルミナなどのセラミクス材料が用いられる。しかし、このような キヤビティを設けることは、発光装置全体のコストアップを招く。また、セラミクスは、あ る程度の透光性を有するので、 LEDから出射された光の一部は反射されずに透過さ れてしまう。
[0017] 本発明はこうした問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は 、発光素子をガラスで被覆する際に短絡が発生するのを最小限にして、キヤビティな しに高い指向性を実現可能な発光装置を製造する方法を提供することにある。
[0018] また、本発明の目的は、キヤビティなしに高い指向性を実現可能な発光装置を提供 することにある。
[0019] 本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明ら力となるであろう。
課題を解決するための手段
[0020] 本発明の第 1の態様は、配線基板に実装された発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の上に、直方体または球で近似される形状のガラス部材を載置する 工程と、
加熱処理により前記ガラス部材を軟化させる工程とを有し、
前記発光素子の上に載置された前記ガラス部材の中心軸は、前記発光素子の中 心軸を中心として前記発光素子の端縁より内側の位置に至るまでの領域にあり、該 領域の面積は、前記ガラス部材が載置される面の面積の 90%以下であって、 前記ガラス部材を軟化させる工程は、前記発光素子を前記ガラス部材で被覆して、 前記発光素子の中心軸と前記ガラス部材の中心軸とが略一致した形状を自己整合 的に形成する工程である発光装置の製造方法に関する。
[0021] 本発明の第 2の態様は、配線基板に実装された発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の上にガラスペーストを設ける工程と、
前記ガラスペーストを焼成してガラス部材を形成する工程と、
加熱処理により前記ガラス部材を軟化させる工程とを有し、
前記ガラス部材を軟化させる工程は、前記発光素子を前記ガラス部材で被覆して、 前記発光素子の中心軸と前記ガラス部材の中心軸とが略一致した形状を自己整合 的に形成する工程である発光装置の製造方法に関する。
[0022] 本発明の第 3の態様は、配線基板に実装された発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の上にグリーンシートを載置する工程と、
前記グリーンシートを焼成してガラス部材を形成する工程と、 加熱処理により前記ガラス部材を軟化させる工程とを有し、
前記ガラス部材を軟化させる工程は、前記発光素子を前記ガラス部材で被覆して、 前記発光素子の中心軸と前記ガラス部材の中心軸とが略一致した形状を自己整合 的に形成する工程である発光装置の製造方法に関する。
[0023] 本発明の第 1〜第 3の態様において、前記配線基板に実装された発光素子を準備 する工程は、
基板と該基板の上の半導体層と該半導体層に電圧を印加する電極とを備えた発光 素子を準備する工程と、
該基板と前記配線基板とのなす角度が 1度以下となるようにして、前記発光素子を 前記配線基板に実装する工程とを有することが好ましい。
また、前記発光素子を前記配線基板に実装する工程は、バンプを介して前記電極 と前記配線基板を電気的に接続する工程であって、
前記バンプの数は 3個以上とすることもできる。
さらに、前記発光素子は、基板と、該基板の上に設けられた半導体層とを備えてお り、 前記基板の側面は、前記半導体層が設けられる側の端部力 鉛直方向に向か つて所定の距離までがテーパ形状となって 、て、
前記ガラス部材を軟化させる工程は、前記テーパ形状が設けられた前記基板の部 分と、該部分より上方の部分とを前記ガラス部材によって被覆する工程とすることがで きる。
[0024] 本発明の第 1〜第 3の態様において、前記ガラス部材は、 TeO、 B Oおよび ZnO
2 2 3
を主成分として含むことが好ま 、。
[0025] 本発明の第 1〜第 3の態様において、前記発光素子は、 LEDおよび半導体レーザ の!、ずれか一方とすることができる。
[0026] 本発明の第 4の態様は、配線基板と、
正面視で矩形の基板と、該基板の上の半導体層と、前記配線基板と電気的に接続 して該半導体層に電圧を印加する電極とを備えた発光素子と、
前記発光素子を被覆するガラス部材とを有する発光装置であって、
前記ガラス部材は、全体が略球状であり、 前記発光素子は前記ガラス部材の一部に嵌め込まれ、前記ガラス部材の曲面が前 記発光素子の側面に接していて、
前記ガラス部材を球で近似したときの半径 Rと、前記基板の対角線の長さ Lとの間 に
L< 2R≤3L
の関係が成立するものである。
[0027] 本発明の第 5の態様は、配線基板と、
正面視で菱形または平行四辺形の基板と、該基板の上の半導体層と、前記配線基 板と電気的に接続して該半導体層に電圧を印加する電極とを備えた発光素子と、 前記発光素子を被覆するガラス部材とを有する発光装置であって、
前記ガラス部材は、全体が略球状であり、
前記発光素子は前記ガラス部材の一部に嵌め込まれ、前記ガラス部材の曲面が前 記発光素子の側面に接していて、
前記ガラス部材を球で近似したときの半径 Rと、前記基板の長 、方の対角線の長さ Lとの間に
L< 2R≤3L
の関係が成立するものである。
[0028] 本発明の第 4の態様および第 5の態様にぉ 、て、前記ガラス部材は、 TeO、 B O
2 2 3 および ZnOを主成分として含むことが好まし!/、。
[0029] 本発明の第 4の態様および第 5の態様において、前記発光素子は、 LEDおよび半 導体レーザの 、ずれか一方とすることができる。
発明の効果
[0030] 本発明の第 1の態様によれば、ガラス部材を軟ィ匕させることによって、発光素子をガ ラス部材で被覆して、発光素子の中心軸とガラス部材の中心軸とが略一致した形状 を自己整合的に形成するので、発光素子をガラスで被覆する際に短絡が発生するの を最小限にして、キヤビティなしに高い指向性を実現可能な発光装置を製造すること ができる。また、発光素子の上に載置されたガラス部材の中心軸は、発光素子の中 心軸力 発光素子の端縁より内側の位置に至るまでの領域にあり、この領域の面積 は、ガラス部材が載置される面の面積の 90%以下であるので、加熱前に、発光素子 とガラス部材との位置合わせを厳密に行う必要がな 、。
[0031] 本発明の第 2の態様によれば、ガラス部材を軟ィ匕させることによって、発光素子をガ ラス部材で被覆して、発光素子の中心軸とガラス部材の中心軸とが略一致した形状 を自己整合的に形成するので、発光素子をガラスで被覆する際に短絡が発生するの を最小限にして、キヤビティなしに高い指向性を実現可能な発光装置を製造すること ができる。
[0032] 本発明の第 3の態様によれば、ガラス部材を軟ィ匕させることによって、発光素子をガ ラス部材で被覆して、発光素子の中心軸とガラス部材の中心軸とが略一致した形状 を自己整合的に形成するので、発光素子をガラスで被覆する際に短絡が発生するの を最小限にして、キヤビティなしに高い指向性を実現可能な発光装置を製造すること ができる。
[0033] 本発明の第 4の態様によれば、全体が略球状のガラスの一部に発光素子が嵌め込 まれていて、発光素子の側面にガラスの曲面が接しており、ガラス部材を球で近似し たときの半径 Rと、発光素子を構成する基板の対角線の長さ Lとの間に
L < 2R≤3L
の関係が成立するので、キヤビティなしに高い指向性を実現可能な発光装置とするこ とがでさる。
[0034] 本発明の第 5の態様によれば、全体が略球状のガラスの一部に発光素子が嵌め込 まれていて、発光素子の側面にガラスの曲面が接しており、ガラス部材を球で近似し たときの半径 Rと、発光素子を構成する基板の対角線の長さ Lとの間に
2
L < 2R≤3L
2 2
の関係が成立するので、キヤビティなしに高い指向性を実現可能な発光装置とするこ とがでさる。
図面の簡単な説明
[0035] [図 1]本実施の形態における発光装置の製造方法を示すフローチャートである。
[図 2]本実施の形態における発光装置の製造方法を説明する図である。
[図 3] (a)および (b)は、本実施の形態における発光装置の製造方法を説明する図で ある。
圆 4]本実施の形態における発光装置の製造方法を説明する図である。 圆 5]本実施の形態における発光装置の製造方法を説明する図である。 圆 6]本実施の形態における発光装置の製造方法を説明する図である。 圆 7]本実施の形態における発光装置の製造方法を説明する図である。
[図 8]本実施の形態に適用可能な LED基板の断面図である。
[図 9]赤外線による加熱と電気炉による加熱の各温度プロファイルである。 圆 10]球面力も出射される光の特性の説明図である。
圆 11]本実施の形態における発光装置の断面図の一例である。
圆 12]図 11の発光装置を 45度ずらした断面図である。
圆 13]本実施の形態における発光装置の部分断面図である。
[図 14]図 13を LEDの側から見た平面図である。
[図 15]本実施の形態において、（bZa)と角度 0 ' との関係を示す図である。 圆 16]本実施の形態における発光装置の製造方法を説明する図である。 圆 17]従来例における発光装置の断面図である。
符号の説明
I, 22, 32, 101 LED
2, 8, 102 基板
3 半導体層
4 電極
5, 24 配線基板
6, 25 配線
7, 26 ノンプ
9, 23, 31 ガラス部材
10, 14 被覆ガラス
I I, 13, 21 発光装置
12 テーパ部
15 封止榭脂 103 n型半導体層
104 p型半導体層
105 p型電極
106 発光層
107 n型電極
発明を実施するための最良の形態
[0037] 図 1は、本実施の形態による発光装置の製造方法を示すフローチャートである。ま た、図 2〜図 15は、発光装置の製造方法を説明する図である。尚、これらの図におい て、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。
[0038] まず、図 2に示すように、配線基板に実装された LEDを準備する (ステップ 1)。
[0039] 本実施の形態にぉ 、て、 LED1は、正面視で矩形の半導体チップである。但し、 L ED1は、正面視で菱形または平行四辺形の半導体チップであってもよ!/、。
[0040] LED1は、基板 2と、基板 2の上に形成された半導体層 3と、半導体層 3の上に形成 された電極 4とを有する。半導体層 3は、 p型半導体層と n型半導体層を備えたェピタ キシャル層である。また、電極 4は、 p型電極と n型電極に分けられる。電極 4は、配線 基板 5上の配線 6とバンプ 7を介して電気的に接続しており、電極 4を通じて半導体層 3に電圧を印加すると、 pn接合（図示せず)の付近で発光が起こる。
[0041] 図 8は、本実施の形態に適用可能な LEDの断面図の一例である。この図において 、 LED101は、基板 102と、基板 102の上に形成された n型半導体層 103と、 n型半 導体層 103の上方に形成された p型半導体層 104とを備えた構造を有する。そして、 P型半導体層 104の上には、 p型電極 105が形成されている。また、 p型半導体層 10 4の一部と、 n型半導体層 103と p型半導体層 104の間に形成された発光層 106の一 部とが除去されており、露出した n型半導体層 103の上には n型電極 107が形成され ている。
[0042] 尚、図 2において、電極 4は、基板 2に対し全て同一の水平線上に位置している。一 方、図 8の LED基板 101を用いた場合、 n型電極 107は、上述の通り、半導体層の 一部を除去した後に形成される。このため、 p型電極 105と n型電極 107とは、厳密に は、基板 102に対して同一の水平線上に位置しなくなる。しかし、本実施の形態では 、 p型電極と n型電極とが、同一の水平線上にあるカゝ否かについて特に区別されない
[0043] 図 8において、 p型電極 105と n型電極 107の間に電圧を印加すると、 p型半導体 1 04と n型半導体 103のエネルギー差が小さくなるために、 n型半導体 103から p型半 導体 104の方へ電子が移動して正孔と結合する。この際に放出されたエネルギーが LEDの発光として視認される。
[0044] LED1としては、ガラス部材 9 (図 3参照）で被覆する際の熱処理で劣化しな!、もの が用いられる。一般に、バンドギャップの大きいものほど耐熱性が高くなるので、発光 光が青色である LEDが好ましく用いられる。例えば、主発光ピーク波長が 500nm以 下である LED、より詳しくは、 GaNおよび InGaNなどの窒化物半導体、または、 ZnO および ZnSなどの Π— VI族化合物半導体などを用いた LEDが挙げられる。
[0045] 例えば、基板 102としてサファイア基板を、 n型半導体層 103として n— GaN層を、 p 型半導体層 104として p— GaN層を、それぞれ用いることができる。また、発光層 106 には、 InGaN層を用いることができ、発光部の構造は、単一または多重の量子井戸 構造とすることができる。この場合、発光層 106からは、 420nm以下の紫外線が放出 される。尚、サファイア基板と n— GaN層の間には、 A1N層または GaN層などのバッ ファ層を設けることが好ましい。これは、サファイア基板と GaN層とでは、格子定数お よび熱膨張係数が大きく異なるからである。
[0046] ノ ッファ層を設けた場合には、ァニール後の冷却過程で生じる応力によって、サフ アイァ基板にクラック等が発生するおそれがある。これを防ぐには、サファイア基板を ある程度 (例えば、 300 /z m以上）の厚さとしておく必要がある。しかし、このような厚さ の基板をダイシングするのは一般に困難であるので、ダイシングの前にサファイア基 板を研磨して薄くしておくことが好ましい。一例として、 2インチの LED基板において 、ダイシング前の厚さが 635 μ m程度である場合には、 100 μ m程度の厚さになるま でサファイア基板を研磨して力もダイシングを行う。
[0047] p型電極 105や n型電極 107を形成する材料としては、例えば、金 (Au)、白金（Pt )、銀 (Ag)またはアルミニウム (A1)などを用いることができる。この内、融点が高くて 酸ィ匕等を受け難い点から、金を用いることが好ましい。尚、 LED等の半導体デバイス において、例えば、特開 2002- 151737号公報、特開平 10— 303407号公報およ び特開 2005— 136415号公報などに開示されている、特定材料を備えることによつ て耐熱性を向上させた層構造を有する電極を適用することもできる。 LEDチップをガ ラス部材で被覆する際には、大気中において高温下で熱処理されるため、熱で電極 が変形したり、酸ィ匕したりするのを回避する必要があるからである。
[0048] 尚、本発明の発光装置は、発光素子を LEDに代えて半導体レーザとした場合にも 適用できる。半導体レーザとしては、 LEDと同様に、封止ガラスで封止する際の熱処 理で劣化しないものを用いる。すなわち、主発光ピーク波長が 500nm以下である半 導体レーザ、より詳しくは、 GaNおよび InGaNなどの窒化物半導体、または、 ZnOお よび ZnSなどの II VI族化合物半導体などを用いた半導体レーザなどを用いること ができる。
[0049] 図 2において、配線基板 5は、基板 8と、基板 8の上に形成された配線 6とを有する。
配線基板 5は、例えば、基板 8の上に配線材料をスクリーン印刷した後に、加熱処理 を行うことによって形成することができる。
[0050] 基板 8には、耐熱性のものを用いることが好ましい。これは、 LED1をガラス部材 9で 被覆する際に、ガラス部材 9をガラスの軟ィ匕点以上の温度で加熱する必要があるから である。それ故、エポキシ榭脂など力もなる榭脂基板では熱劣化を起こすことが予想 され好ましくない。本実施の形態に適用可能な耐熱性基板としては、例えば、アルミ ナ基板、窒化アルミニウム基板および炭化ケィ素基板などのセラミクス基板、ガラスセ ラミタス基板、または、表面にシリコン酸ィ匕膜が形成されたシリコン基板 (シリカコート シリコン基板)などを挙げることができる。
[0051] 尚、 LEDを封止するガラス部材と配線基板とが接触する構造の発光装置では、配 線基板の熱膨張係数はガラス部材の熱膨張係数に近 、ことが好ま 、。これらの差 が大きくなると、ガラス部材と配線基板との間に剥離などの不良が発生しやすくなる 力もである。そこで、こうした場合には、ガラス部材の熱膨張係数 α と、配線基板の 熱膨張係数お との間に、 I α — α
1 2 I ≤15 X 10_7 (/°C)の関係が成立するように
2
することが好ましい。
[0052] 配線材料としては、例えば、金 (Au)、白金（Pt)、銀 (Ag)またはアルミニウム (A1) などを用いることができる。この内、融点が高くて酸ィ匕等を受け難い点から、金を用い ることが好ましい。 LED1をガラス部材 9で被覆する際には、大気中において高温下 で熱処理されるため、熱で配線 6が変形したり、酸ィ匕したりするのを回避する必要が あるからである。
[0053] 配線材料には、ガラス成分が含まれて 、てもよ 、。 LEDを封止するガラス部材と配 線基板とが接触する構造の発光装置では、配線材料にガラス成分が含まれること〖こ よって、配線基板とガラス部材とを高い接着力で保持できるようになる。この場合のガ ラス成分としては、例えば、 SiO、 Bi O、 ZnOおよび B Oを含むものが挙げられる
2 2 3 2 3
。また、ガラス成分は、環境問題の点力も鉛を実質的に含まないものであることが好ま しい。さらに、発光装置の電気的特性が低下するのを防ぐ点から、アルカリを実質的 に含まな!/、ものであることが好ま U、。
[0054] 尚、配線材料は、上記のガラス成分以外の他の成分を含むこともできる。例えば、ス クリーン印刷によって配線パターンを形成する場合には、粘度調整の目的と、金にガ ラス成分を均一に分散させる目的とからワニスを添加することができる。この場合、ヮ ニスは加熱によって分解'蒸発するものであることが好ましぐ具体的には、有機質ヮ ニスなどを用いることができる。
[0055] さらに、配線基板とガラス部材との接着力を向上させるために、本出願人による特 願 2005— 254127に記載の接着材を設けてもよい。すなわち、 LEDの周囲を取り 囲むようにして、配線基板とガラス部材の間に接着材を設けることにより、ガラス部材 と配線基板の界面カゝら水分が浸入するのを低減できるようになる。この場合、接着材 はガラス成分を含むものとし、このガラス成分は、上記した配線材料に含まれるガラス 成分と同じであってもよいし、異なっていてもよい。尚、環境問題の点から鉛を実質的 に含まないものであることが好ましぐさらに、発光装置の電気的特性が低下するのを 防ぐ点から、アルカリを実質的に含まないものであることが好ましいことは、上記と同 様である。
[0056] 配線基板 5への LED1の実装は、 LED 1に設けられた電極 4を、配線 6に電気的に 接続することにより行う。接続の方法は、ワイヤボンディング法およびワイヤレスボンデ イング法のいずれであってもよいが、前者の場合には、ワイヤ部分に空気が閉じ込め られることによって、ガラス部材に気泡が発生するおそれがあることから、後者の方法 による方が好ましい。
[0057] 本実施の形態では、フリップチップ方式を用いて実装している。すなわち、まず、電 極 4の上にバンプ 7を形成し、バンプ 7を介して電極 4を配線 6に接続する。これにより 、図 2に示す構造が得られる。ここで、 LED1は、基板 2が配線基板 5に対して略平行 となるように実装されることが好ましい。具体的には、基板 2と配線基板 5とのなす角 度が 1度以下であることが好ましい。配線基板 5に対して基板 2が傾いて実装されてし まうと、 LED1からの出射光が傾いてしまうからである。そこで、バンプ 7を 3個以上設 けることによって、基板 2が傾いて実装されてしまうのを防ぐことが好ましい。これにより 、ガラス部材 9が軟ィ匕した際に、 LED1が傾いてしまうのを防ぐことができる。但し、バ ンプ 7の高さにばらつきがあると効果が得られないので、ばらつきを小さくする必要が ある。さらに、バンプ 7間の距離によっても効果が異なるので、仕様に応じて適当な距 離を設定することも必要となる。
[0058] バンプ 7を形成する材料としても金が好ましく用いられる。尚、高温高湿下で通電し た場合、電極 4、バンプ 7および配線 6に異種の金属を用いていると、これらに腐食が 発生するおそれがある。一方、これらが全て金によって構成されている場合には、こう した問題は起こらない。したがって、電極 4、バンプ 7および配線 6の全てについて、 金を用いることが好ましい。
[0059] 次に、 LED 1を被覆するガラス部材 9を準備する (ステップ 2)。尚、ステップ 1とステ ップ 2の順序は 、ずれが先であってもよ 、。
[0060] ガラス部材 9としては、軟化点が 500°C以下、好ましくは 490°C以下であり、温度 50 °C〜300°Cにおける平均線膨張係数が 65 X 10_7Z°C〜95 X 10_7Z°Cであり、波 長 405nmの光に対する厚さ lmmでの内部透過率が 80%以上、好ましくは 85%以 上、より好ましくは 90%以上、さらに好ましくは 93%以上であり、この光に対する屈折 率が 1. 7以上、好ましくは 1. 9以上、より好ましくは 2. 0以上であるものが用いられる 。特に、軟化点が 500°C以下、温度 50°C〜300°Cにおける平均線膨張係数が 65 X 10_7Z°C〜95 X 10_7Z°C、波長 405nmの光に対する厚さ lmmでの内部透過率 力 ¾0%以上であって、この光に対する屈折率が 1. 8以上であるものが好適である。 このようなガラスであれば、 LED1との熱膨張係数の差が小さいので、残留応力を小 さくして、被覆後にガラスにクラックが生じるのを防ぐことができる。また、透過率が高く 、屈折率も大きいので、 LED1から放出される光の取り出し効率を損なうことなく LED 1を被覆することができる。
[0061] 本実施の形態におけるガラス部材 9としては、 TeO、 B Oおよび ZnOを含むもの
2 2 3
が好ましく用いられ、この内で TeOを 10mol%以上、望ましくは 40mol%〜54mol
2
%含むものが特に好ましく用いられる。 TeOの含有量を多くすることによって、屈折
2
率を高くすることができるからである。
[0062] 具体的には、 TeOおよび GeOの含有量の合計が 42mol%〜58mol%であり、 B
2 2
O、 Ga Oおよび Bi Oの含有量の合計が 15mol%〜35mol%であり、 ZnOの含
2 3 2 3 2 3
有量が 3mol%〜20mol%であり、 Y O、 La O、 Gd Oおよび Ta Oの含有量の
2 3 2 3 2 3 2 5
合計が lmol%〜15mol%であって、 TeOおよび B Oの含有量の合計が 75mol%
2 2 3
以下であるものを用いることができる。
[0063] この内で特に、 TeOの含有量が 40mol%〜53mol%であり、 GeOの含有量が 0
2 2
mol%〜： L0mol%であり、 B Oの含有量が 5mol%〜30mol%であり、 Ga Oの含
2 3 2 3 有量が Omol%〜： L0mol%であり、 Bi Oの含有量が Omol%〜： L0mol%であり、 Zn
2 3
Oの含有量が 3mol%〜20mol%であり、 Y Oの含有量が 0mol%〜3mol%であり
2 3
、 La Oの含有量が 0mol%〜3mol%であり、 Gd Oの含有量が 0mol%〜7mol%
2 3 2 3
であり、 Ta Oの含有量が 0mol%〜5mol%であるものが好ましく用いられる。
2 5
[0064] 例えば、ガラス部材 9として、 TeO (45. 0mol%)、TiO (1. 0mol%)、GeO (5.
2 2 2
Omol%)、 B O (18. Omol%)、 Ga O (6. Omol%)、 Bi O (3. Omol%)、 ZnO (
2 3 2 3 2 3
15mol%)、 Y O (0. 5mol%)、 La O (0. 5mol%)、 Gd O (3. Omol%)および T
2 3 2 3 2 3 a O (3. Omol%)からなるものを用いることができる。この組成は、アルカリ金属を含
2 5
まない上に、比較的低温で軟ィ匕し (例えば、軟化点 490°C程度）、平均線膨張係数 は 86 X 10_7Z°C程度である。したがって、 LED1で一般に使用されるサファイア基 板の平均線膨張係数 (C軸に平行で 68 X 10_7Z°C、 C軸に垂直で 52 X 10_7Z°C) に近い。また、波長 405nmでの屈折率が 2. 01と高いので、 LED1からの発光光の 取り出し効率を高くするとともに、光の指向性を良好なものとすることができる。 [0065] ガラス部材 9には、蛍光体が含有されていてもよい。例えば、黄色光を放出する蛍 光体をガラス部材に添加すると、 LED1から放出された青色光と、この青色光の一部 によって蛍光体が励起されて放出された黄色光とが混ざり合うことによって、白色光 を得ることができる。尚、蛍光体を添加した場合には、蛍光体によって光が散乱され るために指光性は低下する。しかし、本発明によれば、 LED1の中心軸とガラス部材 9の中心軸とが略一致した発光装置とすることができるので、どの方向からも同じ色調 の白色発光が得られる。
[0066] ガラス部材 9は、環境問題の点から鉛を実質的に含まな 、ものであることが好ま ヽ 。さらに、 LED1の電気的特性が低下するのを防ぐ点から、アルカリを実質的に含ま な！、ものであることが好まし！/、。
[0067] ガラス部材 9は、 LED1の上に載置可能な形状に加工しておく。本実施の形態にお いては、直方体で近似される形状のガラス部材とする。但し、球で近似される形状の ガラス部材としてもよい。
[0068] 例えば、主成分として TeO、 B Oおよび ZnOを含むガラス原料を金製るつぼに入
2 2 3
れ、加熱して溶解した後、金製スタラーで撹拌し均質ィ匕することによって溶融ガラスを 得る。そして、この溶融ガラスをカーボン型に流し出し、ブロック状または球状に成形 して得られたガラス片を用いることができる。この場合、ガラス部材 9の形状は、必ずし も一定である必要はないものの、量産段階で想定される自動化プロセスを考慮すると 、一定の形状とした方が好ましい。また、溶融した際に発生する泡を抑制する点から は、ガラス部材の表面を鏡面としておくことが好ましい。例えば、適当な大きさに切り 出したガラス片の表面と裏面に光学研磨を施した後、さらに、所望の大きさに精密切 断して、得られたブロック状のガラスをガラス部材 9として使用することができる。
[0069] 次に、図 3 (a)に示すように、 LED 1の上にガラス部材 9を載置する（ステップ 3)。
[0070] LED1の上に載置するガラス部材 9の量は、 LED 1を被覆するのに必要な量とする 。詳しくは、少なくとも、可視光の波長の数倍以上、具体的には 2 m以上の厚さで、 LED1の光が取り出される部分、すなわち電極面以外の部分を被覆できる量である。 尚、 LED1の上にガラス部材 9を載置したときに、 LED1からはみ出すガラス部材 9の 体積が大きくなると、後工程でガラス部材 9を軟ィ匕させたときに、 LED1からガラス部 材 9が落下して LEDlを被覆できなくなるおそれが生じる。ガラス部材 9の形状を直方 体または球で近似される形状とすることにより、 LED1からはみ出すガラス部材 9の体 積を比較的小さくすることが可能である。
[0071] 図 3 (a)では、 LED1の中心軸 Xとガラス部材 9の中心軸 Xとがずれている。本実
1 2
施の形態にぉ 、ては、これらの軸が一致するようにしてガラス部材 9を載置してもょ ヽ 力 図 3 (a)に示すように一致していなくてもよい。すなわち、ガラス部材 9の載置にあ たっては、 LED1に対して厳密な位置合わせをする必要はない。 LED1の上に載置 されたガラス部材 9の中心軸 X力 LED1の中心軸 Xを中心として LED1の端縁より
2 1
内側の位置に至るまでの領域にあって、この領域の面積が、ガラス部材 9が載置され る面全体の面積の 90%以下、好ましくは 80%以下であればよい。尚、 LED1の中心 軸は、 LED1の光軸に一致または略一致しているものとする。ガラス部材 9の中心軸 Xは、 LEDXと同方向のものとする。 LED1の中心軸 Xを中心として領域を規定す
2 1 1
るのは、 LED1の端縁近傍にガラス部材 9の中心軸 Xが位置すると、 LED1からガラ
2
ス部材 9が脱落するおそれが高くなるからである。
上記のことは、 LED1の中心軸 Xと、ガラス部材 9の中心軸 Xと、 LED1の端縁とを
1 2
結ぶ直線上で、 LED1の中心軸 X力 ガラス部材 9の中心軸 Xまでの距離を dとし
1 2 1
、ガラス部材 9の中心軸 X力も LED1の端縁までの距離を dとすると、 0≤d / (d +
2 2 1 1 d )≤0. 9、より好ましくは、 0≤d 表現することもできる。尚、 d
2 1 Z(d +d )≤0. 8と
1 2 1
Z(d +d ) =0となるのは、 LED1の中心軸 Xとガラス部材 9の中心軸 Xとが一致す
1 2 1 2 る場合である。
[0072] 図 3 (b)は、 LED1を基板 2の側から見た平面図である。この図において、斜線で示 す領域は、 LED1の中心軸 X力も端縁より内側の位置に至るまでの領域に対応する 。そして、ガラス部材 9が載置される面全体の面積に対して、斜線で示す領域の面積 が 90%であるとすれば、ガラス部材 9の中心軸 X力この領域内に位置するようにして
2
、ガラス部材 9を載置すればよい。
[0073] LED1の上にガラス部材 9を載置し難い場合には、適当な榭脂と溶剤を混合して得 られたビヒクルを用いて、ガラス部材 9を固定してもよい。この場合、ビヒクルを構成す る成分としては、少なくとも LED1をガラス部材 9で被覆するための加熱処理によって 、分解'蒸発するものを用いる。
[0074] 本実施の形態においては、ガラスペーストを LED1の上に印刷した後、加熱処理を 行うことによってガラス部材 9を形成することもできる。
[0075] ガラスペーストは、ガラスフリットと、バインダー機能を有する榭脂と、溶剤とを主とし て含むものである。ガラスフリットには、上記と同様のガラス成分力もなるガラス粉末が 好ましく用いられる。
[0076] また、加熱処理は、低温でガラスペースト中の溶剤を蒸発させる第 1の加熱処理と、 高温でガラスペーストを焼成する第 2の加熱処理とからなる。第 1の加熱処理と第 2の 加熱処理は連続して行ってもよいし、第 1の加熱処理後に一度降温してから、第 2の 加熱処理を行ってもよい。さら〖こ、第 2の加熱処理は、榭脂を分解'気化する脱バイン ダー処理と、ガラス粉末を焼結して軟化する焼成処理とに分けられる。脱バインダー 処理と焼成処理とは、連続して行われる。焼成処理の温度範囲は、ガラスの軟化温 度から、これより 200°C程度高温までの範囲とすることが好ましい。焼成処理の温度 によって、焼成後のガラスの内部に残存する気泡の形状や大きさに違いが生じるの で、これらを勘案して適当な温度で焼成を行うことが好ましい。焼成を終えた後は、適 当な降温速度で冷却を行う。これにより、 LEDの上にガラス部材 9を形成することが できる。
[0077] さらに、本実施の形態においては、グリーンシートを用いてガラス部材 9を形成する ことちでさる。
[0078] グリーンシートは、上記のガラスペーストと同様の組成物をポリエチレンテレフタレー トフイルムなどの支持フィルムの上に塗布し、溶剤を蒸発させた後に、フィルム状にな つたガラスの組成物を支持フィルム力も剥がすことによって得られる。このグリーンシ ートを、 LED1の上に載置した後、加熱処理を行うことによって、 LED1の上にガラス 部材 9を形成することができる。ここで、加熱処理は、上記の焼成処理に対応し、榭脂 を分解'気化する脱バインダー処理と、ガラス粉末を焼結して軟化する焼成処理と〖こ 分けられる。これらの処理は、電気炉などを用いて連続して行われる。
[0079] ところで、溶融ガラス力も大きな体積のガラス部材を得ようとする場合には、ブロック 状や球状に成型する際に、必要量の大きさのガラス片とすればよい。一方、ガラスべ 一ストやグリーンシートを用いる場合には、これらを積層して形成することによって、ガ ラス部材の体積を大きくすることができる。
[0080] 例えば、ガラスペーストを用いた場合、 1回のスクリーン印刷で得られるガラス部材 の厚さは、5 111〜30 111程度でぁる。しかし、印刷回数を増やし、印刷時にガラス ペーストを積層して設ければ、さらに厚膜のガラス部材とすることが可能である。また 、スクリーン印刷法に代えて、ドクターブレード印刷法や、ダイコート印刷法などを用 いることによつても、厚膜のガラス部材を形成することができる。一方、グリーンシート を用いた場合には、 50 πι〜400 /ζ m程度の厚さのガラス部材を形成することがで きる。そして、この場合も、グリーンシートを積層して用いることにより、さらに厚膜のガ ラス部材を形成することが可能である。
[0081] 次に、加熱処理によってガラス部材 9を軟ィ匕させる (ステップ 4)。本発明は、このェ 程において、 LED1をガラス部材 9で被覆して、 LED1の中心軸とガラス部材 9の中 心軸とが略一致した形状を自己整合的に形成することを特徴としている。
[0082] 加熱温度は、ガラス部材 9の軟ィ匕点以上の温度とする。この温度は、ガラス部材 9の 組成によって決まる。例えば、ガラス部材 9として、 TeO (45. 0mol%)、TiO (1. 0
2 2 mol%)、 GeO (5. Omol%)、 B O (18. Omol%)、 Ga O (6. Omol%)、 Bi O (3
2 2 3 2 3 2 3
. Omol%)、 ZnO (15mol%)、 Y O (0. 5mol%)、 La O (0. 5mol%)、 Gd O (3
2 3 2 3 2 3
. Omol%)および Ta O (3. Omol%)からなるものを用いた場合には、 500°C以上
2 5
の温度、好ましくは 570°C以上の温度とする。
[0083] また、加熱温度は、 LED1の動作機能に支障をきたす温度以下とする必要がある。
具体的には、 700°C以下とすることが好ましぐ 630°C以下とすることがより好ましい。 温度が 700°C以上になると、 LED1の発光機能が損なわれるおそれがある力 であ る。
[0084] 本実施の形態においては、電気炉などを用いて、所定の温度雰囲気下で加熱処 理を行うことにより、ガラス部材 9を軟化させることができる。また、赤外線集光加熱装 置またはホットプレートなどを用いて局所的に加熱を行い、加熱部位からの熱伝導を 利用して、ガラス部材 9を軟ィ匕させることもできる。電気炉などによる場合には、ガラス 部材 9と LED1を均一に昇温させることができる。一方、赤外線集光加熱装置などに よる場合には、電気炉などに比較して、処理時間を短縮することができるので、発光 装置の生産性を向上させることができる。
[0085] 尚、本出願人による特願 2006— 111089において、ガラス封止発光素子の構造 および製造方法について提案した。また、特願 2006— 072612においては、赤外 線集光加熱装置を用いた発光装置の製造方法を提案した。本発明は、いずれに記 載の加熱方法であっても適用することが可能である。
[0086] 図 9は、電気炉と赤外線集光加熱装置との温度プロファイルを比較した一例である 。尚、この例では、大和科学株式会社製の電気炉 (製品名 FP41)または株式会社サ ーモ理工の赤外線加熱装置 IVF298W (商品名）を用いた。
[0087] 電気炉による場合には、図 9で破線で示すように、室温から 610°Cまで 60分間かけ て昇温し、 610°Cで 15分間保持した後に、 4時間以上かけて室温まで降温している。 一方、赤外線集光加熱装置による場合には、図 9で実線で示すように、室温から 630 °Cまで 15分間かけて昇温し、 630°Cで 1分間保持してから、室温まで 5分間かけて降 温している。このように、赤外線集光加熱装置を用いることにより、電気炉を用いた場 合に比べて、昇温時間および降温時間をともに短縮することができる。
[0088] 但し、本実施の形態では、上記の加熱時間を極端に短くすることは好ましくな 、。ガ ラス部材 9、 LED1および配線基板 5のいずれかに、発光装置にとって不要な有機物 が付着している場合、加熱工程には有機物を除去する作用も含まれるからである。例 えば、 LED1の上にガラス部材 9を固定するのにビヒクルを用いた場合には、ビヒクル を分解して除去するのに十分な加熱時間とする必要がある。また、ガラスペーストや グリーンシートを用いた場合にも、溶剤や樹脂を分解して除去するのに十分な加熱 時間とする必要がある。これらの場合において、赤外線集光加熱装置を適用する際 には、加熱時間を 5分以上とすることが好ましい。
[0089] 一方、加熱後の冷却時間は、 5分以上であって 5時間以下とすることが好ましい。冷 却時間が短すぎると、ガラス部材 9の表面に圧縮応力が発生する一方で、ガラス部材 9の内側に引っ張り応力が発生する結果、ガラス部材 9が脆くなつてクラックを生じや すくなる。一方、冷却時間が長すぎると、 LED1に加わる熱ダメージが大きくなるおそ れがある。 [0090] 加熱処理によって温度を上昇させると、やがて、ガラス部材 9の軟ィ匕が始まる。この とき、 LED1に対するガラス部材 9の体積が所定値以下である場合には、軟化したガ ラス部材 9は、図 4に示すように、 LED1の上で表面張力によって球に近い形状となる 。その後、ガラス部材 9は、 自重による変形によって LED1を被覆しながら下方に移 動して行く。一方、 LED1に対するガラス部材 9の体積が所定値より大きい場合には 、ガラス部材 9は、 LED1の上で球状になる過程を経ずに、球状に近い形状に変化し ながら、 LED1を被覆しつつ下方に移動して行く。
[0091] 上記いずれの場合においても、下方に移動したガラス部材 9は、 LED1の側壁部下 端で停止する。その後、ガラス部材 9の中心軸と LED1の中心軸とが略一致した形状 が自己整合的に形成される。この状態から冷却すると、図 5に示す発光装置 11が得 られる。
[0092] 図 5の発光装置 11では、全体が略球状のガラス部材 9の一部に LED1が嵌め込ま れていて、ガラス部材 9の曲面力LED1の側面に接している。尚、本実施の形態にお いては、 LEDを被覆した後のガラス部材 9を、便宜的に被覆ガラス 10と称して区別す る。
[0093] 上記のセルファラインプロセスは、具体的には、次のように説明することができる。
但し、説明は、軟ィ匕した後のガラス部材 9の変化の一例を挙げているに過ぎず、本発 明におけるガラス部材 9の挙動を限定するものではな 、。
[0094] LED1の上でガラス部材 9が軟化すると、ガラス部材 9は、 LED1の上面から下方に 向力つて溢れ出るような挙動を示す。この場合、ガラス部材 9は、必ずしも等方的に溢 れ出るわけではなぐガラス部材 9の形状や、ガラス部材 9を載せた位置によっては偏 りが生じ易い。そして、最初に、 LED1の一辺からガラス部材 9が溢れ始めた場合、溢 れ出たガラス部材 9は、 LED1の側壁部に沿って下方に流れ出した後に、側壁部の 下端で停止する。遅れて、他の辺から溢れ出したガラス部材 9も、同様に側壁部の下 端で停止する。このとき、各辺によって、溢れ出すガラス部材 9の量に差があると、全 体に均等となるようにガラス部材 9が移動する。そして、 LED1全体でガラス部材 9の 量のバランスがとれたところ、換言すると、ガラス部材 9の中心軸と LED1の中心軸と が略一致したところで、ガラス部材 9は安定した形状となる。これにより、加熱前にガラ ス部材 9と LED 1との位置合わせを厳密にせずとも、図 5の形状が自己整合的に得ら れることになる。その後、温度を下げていけば、この形状を固定することができる。図 5 において、被覆ガラス 10の中心軸 Xは、 LED1の中心軸 Xに略一致している。
3 1
[0095] このようなセルファラインプロセスには、特に、電気炉を用いた加熱処理が好適であ る。電気炉では、ガラス部材 9と LED1を均一に昇温させることができる。また、赤外 線集光加熱装置などに比べて、加熱に時間が力かるので、ガラス部材 9を比較的ゆ つくりと軟ィ匕させることができる。そのため、ガラス部材 9は、 LED1の全体を均等に被 覆するようバランスをとりながら、時間をかけて移動して行くと考えられる。こうしたこと は、 LED1の中心軸とガラス部材 9の中心軸とが略一致した形状を自己整合的に形 成する上で好ましい。
[0096] セルファラインプロセスにおいて、軟化したガラス部材 9が停止する位置は、 LED1 の形状によって制御することが可能である。これにより、 LED1の発光層から、ガラス 部材 9の表面、すなわち、レンズとなる部分までの距離を変えることができるので、出 射角を変更することが可能となる。例えば、図 6に示すように、 LED1を構成する基板 2の一部、具体的には、半導体層 3が設けられる側の端部力も鉛直方向に向力つて 所定の距離までをテーパ形状とすることによって、ガラス部材 9をテーパ部 12で停止 させることが可能である。このようなテーパ形状は、例えば、上述した LED1を構成す る基板 2の研磨の際に設けることができる。図 6の例では、ガラス部材 9を球で近似し たときの球の直径を 0. 5mm〜l. Ommとし、基板 2の厚さを 100 m程度とし、テー パ部 12の厚さを 15 m程度とすることができる。また、基板 2は、正面視で一辺が 32 0 m程度の正方形とすることができる。このようにすることによって、 LED1のテーパ 部 12と、テーパ部 12より上方の部分とを、ガラス部材 9によって被覆することができる 。例えば、厚みが 0. 635mmであるサファイア基板について、半導体層 3が設けられ る側の端部から 0. 5mmまでの部分をテーパ形状とし、ガラス部材 9の形状を球で近 似すると、直径 1. Ommのガラス部材であっても、直径 1. 5mmのガラス部材と同程 度の出射角とすることができる。
[0097] また、図 5の状態から温度を上昇させると、被覆ガラス 10の粘度が低下する結果、 被覆ガラス 10はさらに下方に移動するようになる。そして、配線基板 5に接触した後 は、被覆ガラス 10は、それ自身の凝集作用によって球面に近い表面形状をとる。そ の後、加熱を止めて冷却すると、図 7に示す構造の発光装置 13を得ることができる。 この場合にも、被覆ガラス 14の中心軸 Xと LED1の中心軸 Xとが略一致した形状が
4 1
自己整合的に形成される。また、図 7の発光装置 13では、被覆ガラス 14が、その表 面形状に曲面である部分 14aと平坦である部分 14bとを含んでいる。
[0098] 尚、上述したように、加熱温度はガラス部材 9の組成によって決まる力 組成が同じ である場合には、ガラス部材 9の体積が大きくなるほど、加熱温度を低めに設定した 方が好ましい。ガラス部材 9の体積が大きくなると、 LED1の上面力 ガラス部材 9が 溢れ出す時間や、溢れ出るガラス部材 9の量などについて、 LED1の各辺による差 が大きくなる。また、 LED1の各面を被覆するガラス部材 9の量のバランスも崩れやす くなる。このため、ガラス部材 9の体積が大きくなつた場合において、上記のセルファ ラインプロセスを進めるには、低温での加熱処理によってガラス部材 9をゆっくりと軟 化させて、ガラス部材 9が、 LED1の全体を均等に被覆するようバランスをとりながら、 LED1の下方に移動するようにするのがよ!/、。
[0099] 次に、本実施の形態により得られた発光装置の指向性について説明する。
[0100] 指向性に影響を与える要因としては、 LEDの中心軸と被覆ガラスの中心軸との一 致や、被覆ガラスの形状などが挙げられる。
[0101] 上述したように、本実施の形態によれば、 LEDの中心軸と被覆ガラスの中心軸とが 略一致した形状の発光装置が得られる。すなわち、本実施の形態によれば、指向性 の高い発光装置を製造することができる。また、上記形状は自己整合的に得られるの で、金型等を用いる必要がない。したがって、金型等に起因して被覆の際に LEDの 電極部に変形が起こるなどの不良を回避することもできる。さらに、加熱前にガラス部 材と LEDとの位置合わせをする必要がな 、ので、発光装置の生産性を向上させるこ とがでさる。
[0102] また、図 5の発光装置では、全体が略球状の被覆ガラス 10の一部に LED1が嵌め 込まれていて、被覆ガラス 10の曲面が LED1の側面に接している。そこで、このよう な構造を有する発光装置 11の指向性について考察する。
[0103] まず、球面から出射される光の特性について説明する。 [0104] 図 10では、屈折率 nの媒体に、球面を有する屈折率 の媒体が接している。本実 施の形態では、屈折率 nの媒体は空気に対応し、屈折率 の媒体はガラスに対応 する。
[0105] 屈折率 の媒体において、球面を形成している部分を球体の一部と考えて、この 球体の半径を rとする。また、屈折率 の媒体をレンズと考え、光はこの媒体を通つ て、球面から屈折率 nの媒体中に出射されるとする。このとき、屈折率 側の焦点距 離を とし、屈折率 n側の焦点距離を fとする。屈折率 η' の媒体中で球面から距離 S' の位置に置かれた物体 M' Q' の像 MQ力 屈折率 ηの媒体中で球面から距離 Sの位置に形成されるとすると、式（1)の関係が成立する。
[0106] (n/S) + (η' ' ) = ( -n) /r (1)
[0107] 式（1)において、 n= lとし、 = 2とすると、式（2)の関係が成立する。
[0108] (l/S) + (2/S ) = l/r (2)
[0109] また、式（2)において、 S' = 2rとすると、 S =∞となる。これは、球状媒体の面上に 配置された点光源力 の光が、媒体中を通過して球面力 出射された後は平行光と なることを意味している。
[0110] 図 11は、本実施の形態における発光装置 21の断面図の一例である。また、図 12 は、図 11の発光装置 21を 45度ずらして見た断面図である。これらの図に示すように 、 LED22は、正面視で矩形状の半導体チップであり、配線基板 24上の配線 25とバ ンプ 26を介して電気的に接続している。また、発光装置 21は、全体が略球状のガラ ス部材 23の一部に LED22が嵌め込まれた構造を有している。そして、ガラス部材 2 3の曲面力 SLED22の側面に接して!/、る。
[0111] 図 11および図 12の発光装置 21では、 LED22の配線基板 24に対向する面、すな わち、電極面の輪郭は矩形状である。そして、図 11は、電極面の対角線に沿う断面 図であり、図 12は、電極面の中心を通り、且つ、この対角線に対して 45度の角度を なす直線に沿う断面図である。電極面は、矩形の各頂点がガラス部材 23の曲面に接 する構成となっている。このため、図 12では、ガラス部材 23の下方部分が図 11よりも 若干扁平な形状となって 、る。
[0112] LED22には、電極面と平行に発光層（図示せず）が設けられており、主として電極 面に対向する面から光が取り出される。
[0113] LED22からの光 27は、図 11で模式的に示すように、ガラス部材 23を透過して空 気中に出射される。上述したように、球状媒体の面上に配置された点光源力 の光 は、媒体中を通過して球面から出射された後は平行光となる。ここで、 LED22の発 光層の位置は、電極面の位置に略等しいと考えられる。また、図 11では、ガラス部材 23の形状は略球状とみなせるので、 LED22とガラス部材 23が接する点、すなわち、 電極面の頂点付近力も出射された光を、球状媒体の面上に配置された点光源から の光と考えれば、この光は、ガラス部材 23を透過した後に平行光となると考えられる 。また、このとき、出射角 Θは、電極面の頂点付近から出射されてガラス部材 23の中 心 28を通る光がなす角度 Θ ' の 1Z2に略等しいと考えられる。
[0114] 次に、ガラス部材の曲面が LEDの側面に接しない場合、換言すると、 LEDの電極 面の各頂点がガラス部材の曲面に接しな 、場合にっ 、て考える。
[0115] 図 13は、発光装置の部分断面図であり、 LEDがガラス部材によって被覆された様 子を示している。また、図 14は、図 13を LEDの側力も見た平面図である。尚、理解を 容易にするために、図 14では、後述するガラス 31の平坦である部分 31bついてのみ 表しており、球面である部分 3 laについては省略している。
[0116] 図 13および図 14に示すように、ガラス部材 31は、球面である部分 3 laと平坦であ る部分 31bとを有する。そして、 LED32は、平坦である部分 3 lbに位置しており、さら に、電極面 32aの各頂点は、ガラス部材 31の球面より内側に位置している。
[0117] 平坦である部分 31bの外形は円形とみなすことができるので、この部分の半径を R ' とし、電極面 32aの対角線の長さを Lとすると、電極面 32aの頂点力 ガラス部材 3 1の球面までの距離は、（R' -L/2)によって表される。そこで、本明細書において は、 (L/2) =aとし、（ -L/2) =bとして、電極面 32aからガラス部材 31がはみ 出している割合を (bZa)によって表すこととする。
[0118] (b/a)がゼロである場合には、平坦である部分 31bがなくなるので、図 11および図 12の例に対応する構造となる。すなわち、ガラス部材は、全体が略球状の形状となつ て、その一部に LEDが埋め込まれており、さらに、ガラス部材の球面である部分が L EDの側面に接する構造となる。 [0119] 図 15は、（bZa)と、電極面 32aの頂点付近から出射されてガラス部材 31の中心を 通る光がなす角度 θ ' ( = 2 Θ )との関係を計算により求めた結果を表したものである 。尚、角度 0 ' の値は、具体的には、次のようにして求めることができる。
[0120] 上述したように、 Lは、 LEDの電極面における対角線の長さであるので、この値は、 実測により求めることができる。また、 LEDを封止するガラスについて、球面である部 分を球体の一部と考えて、この球体の半径を Rとすると、この値も実測によって求める ことができる。
[0121] そこで、まず、（LZ2)に適当な (bZa)の値を乗じた後、さらに (LZ2)を加えること によって、ガラス部材の平坦である部分の半径 を求める。次いで、ガラス部材の 中心から電極面までの距離を、半径 Rと半径！^ カゝら求める。得られた距離と半径 R と力ら（ 0 ' Z2)の値を求めることができるので、この値を 2倍することによって角度 θ ' を得ることができる。
[0122] 尚、図 15の例では、電極面は、一辺が 320 μ mの正方形であって、 L=453 μ mで あるとした。また、半径 Rは、 R=0. 5mmである場合と、 R=0. 75mmである場合と について考えた。
[0123] (b/a)がゼロでない場合には、電極面の頂点は球面上にないので、頂点付近から 出射される光は、球面を透過した後において、厳密には平行光とはならない。したが つて、（bZa)がゼロに等しい場合には、図 11の構造から、角度 0 ' の 1Z2が出射 角 Θに略等しいとみなせるものの、（bZa)が大きくなるにしたがって、これらの間の ずれは大きくなつていく。し力しながら、角度 Θ ' が大きいほど出射角 Θも大きくなる ので、（bZa)の値と角度 0 ' との関係を調べることによって、（bZa)の値と出射角 Θとの関係を推測することができる。
[0124] 図 15では、（bZa)の値が大きいほど、角度 0 ' も大きくなつている。これは、図 13 で、電極面 32aの頂点力もガラス部材 31の球面までの距離 bが大きくなるにしたがつ て、ガラス部材 31の中心 33から LED32までの距離が短くなるからである。したがつ て、（bZa)の値が大きくなるほど、出射角 0も大きくなつて、 LED32から出射される 光の指向性は低下する。
[0125] また、図 15では、（bZa)がゼロであるときの角度 Θ ' は、半径 Rの値が大きい方が 小さい。したがって、 LED32を封止するガラス部材 31が大きいほど、出射角 Θが小 さくなるので指向性は向上する。一方、半径 Rの値が大きい方が、（bZa)に対する角 度 2 Θの変化が小さい。このこと力 、電極面 32aの頂点力 ガラス部材 31の球面ま での距離 bが大きくなることによる指向性の低下量は、 LED32を封止するガラス部材 31が大きくなるほど小さくなると言える。
[0126] このように、指向性の指標となる出射角 Θは、 LEDの電極面の頂点付近から出射さ れてガラス部材の中心を通る光がなす角度 Θ ' に相関する。ここで、電極面からガラ ス部材がはみ出している割合を (bZa)によって表すと、（bZa)の値が大きいほど角 度 Θ ' も大きくなる。つまり、（bZa)の値を変化させることによって、角度 Θ ' を変え ることができ、結果として、出射角 Θを変えることができるようになる。このことは、（bZ a)の値によって、指向性をコントロールできることを意味している。例えば、（bZa)の 値を大きくすると、出射角 Θも大きくなるので、 LEDから出射される光の指向性は低 下する。したがって、キヤビティを設けなくても、（bZa)の値を変えるだけで、要求さ れる出射角 Θを有する発光装置を提供することが可能となる。
[0127] 上記によれば、（bZa)の値がゼロ、すなわち、ガラス部材の曲面が LEDの側面に 接する構造のときに、特に高い指向性を実現することができる。また、指向性は、 LE Dを被覆するガラス部材の形状が球形に近 、ほど高くなる。本実施の形態で得られ る発光装置（図 5)は、全体が略球状の被覆ガラス 10の一部に LED1が嵌め込まれ ており、被覆ガラス 10の曲面力LED1の側面に接している構造であるので、キヤビテ ィなしに高い指向性を実現することが可能である。したがって、例えば、光ファイバ一 やプロジェクタに用いられる光源などの用途に適した発光装置とすることができる。
[0128] 図 5の発光装置において、被覆ガラス 10の表面形状を球で近似し、この球の半径 を Rとする。また、 LED1の電極面における対角線の長さをしとする。但し、電極面の 形状、すなわち、 LED1を構成する基板 2の形状は、正面視で矩形とする。尚、基板 2の形状が、正面視で菱形または平行四辺形である場合には、 Lは、長い方の対角 線の長さを指すとする。このとき、式 (3)の関係が成立すれば、特に、指向性が高くて 光の取り出し効率にも優れた発光装置とすることができる。
[0129] L< 2R≤3L (3) [0130] 電極面の形状が正面視で矩形であれば、その対角線と被覆ガラスの中心とを含む 平面で発光装置を切り取ると、被覆ガラスの直径は、上記球の直径 2Rに等しくなる。 一方、電極面の形状が菱形または平行四辺形である場合には、その長い方の対角 線と被覆ガラスの中心とを含む平面で発光装置を切り取ると、被覆ガラスの直径は、 上記球の直径 2Rに等しくなる。したがって、いずれの場合においても、 Lく 2Rであ れば、被覆ガラスによって電極面を除く LEDの全体を被覆することができる。
[0131] 上記の場合において、被覆ガラスの直径力LEDの対角線の長さ Lに近づくと、被 覆ガラスは半球に近い形状となる。一方、被覆ガラスの直径力 SLEDの対角線の長さ Lに対して大きくなると、被覆ガラスは、半球に近い形状から球に近い形状へと変化し て行く。したがって、 Lに対して 2Rが大きくなるほど、指向性は高くなる。しかしながら 、 2Rが大きくなりすぎると、ガラス部材を軟ィ匕させたときに、 LEDの上面力 ガラス部 材が溢れ出す時間や、溢れ出るガラス部材の量などについて、 LEDの各辺による差 が大きくなり、 LEDの各面を被覆するガラス部材の量のバランスが崩れやすくなる。 その結果、 LEDの中心軸と被覆ガラスの中心軸とがー致した形状が得られ難くなる。 このため、 2Rは所定値以下とすることが好ましぐ本発明者の検討によれば、 2R≤3 Lとすることが好ましい。
[0132] 尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱し な 、範囲内にお 、て、種々変形して実施することができる。
[0133] 例えば、本実施の形態においては、 LED1を被覆ガラス 10で被覆した後で、図 16 に示すように、被覆ガラス 10および LED1と、配線基板 5との間に封止榭脂 15を設け てもよい。これにより、外部からこれらの隙間を通じて水分が浸入するのを防ぐことが できる。また、封止榭脂 15によって被覆ガラス 10が支えられるので、被覆ガラス 10を より安定的に保持することができる。このため、封止榭脂 15としては、吸湿性が低くて 且つ機械的強度をある程度以上有するものを用いることが好ましい。尚、封止榭脂 1 5は、紫外線硬化型および熱硬化型のいずれの榭脂（例えば、アクリル榭脂またはェ ポキシ榭脂など。）であってもよいが、硬化速度が速いことや、周辺部材への影響が 小さ！/、ことから紫外線硬化型の榭脂を用いることが好ま 、。
[0134] また、図 7の発光装置 13においても、上記と同様の封止榭脂を設けることができる。 [0135] 以下、本発明の実施例について述べる。
[0136] 実施例
<配線基板の形成 >
基板として、純度 99. 6%、厚さ lmmのアルミナ基板を用いた。次いで、配線形成 用の金ペーストを調合した。具体的には、金（80重量％)および有機質ワニス（18重 量％)を混合し、磁器乳鉢中で 1時間混練した後、三本ロールを用いて 3回分散を行 つて金ペーストとした。
[0137] 金としては、平均粒径 2 mの球状の微粉末を用いた。また、有機質ワニスとしては
、重合度 7のェチルセルロース榭脂を a一テレビネオールに濃度が 20重量％となる ように溶解したものを用いた。
[0138] 次に、アルミナ基板の表面に金ペーストをスクリーン印刷して配線パターンを形成し た。その後、 120°Cで 10分間の加熱処理を行った後に、 800°Cで 30分間焼成するこ とによって、アルミナ基板の上に金配線を形成した。
[0139] < LED >
豊田合成株式会社製の E1C60— OB011— 03 (商品名）を用いた。この LEDの電 極面は、一辺が 320 μ mの正方形であり、 L =453 μ mであった。
[0140] <ボンディング >
まず、 LEDの電極上にバンプを全部で 2個形成した。具体的には、ウェストボンド社 製のマニュアルワイヤボンダ（製品名 7700D)を用いて、直径 25 μ mの金ワイヤ（住 友金属鉱山株式会社製の SGH— 25 (商品名））によって金バンプを形成した。形成 された金バンプの直径は 100 μ m、高さは 25 μ mであった。
[0141] 次に、 2個の金バンプを介して、 LEDに設けられた電極と金配線をボンディングし た。このとき、基板に対して LEDが平行となるように、所定の圧力をかけて実装した。 具体的には、ノ、イソル社製のフリップチップボンダ (製品名 MOA— 500)を用いて、 LEDをアルミナ基板上にフリップチップ実装した。実装後の金バンプの直径は 100 μ m程度であり、高さは 20 μ m〜30 μ m程度であった。
[0142] <ガラス部材での被覆 >
ガラス部材として、 TeO (45. 0mol%)、TiO ( 1. 0mol%)、GeO (5. Omol%) 、 B O (18. Omol%)、 Ga O (6. Omol%)、 Bi O (3. Omol%)、 ZnO (15mol%
2 3 2 3 2 3
)、 Y O (0. 5mol%)、 La O (0. 5mol%)、 Gd O (3. 0mol%)および Ta O (3.
2 3 2 3 2 3 2 5
0mol%)からなるものを用いた。
[0143] 次いで、上記ガラス部材を適当な大きさのブロック状に加工した後、フリップチップ 実装された LEDの上に載せた。このとき、 LEDの上に載置されたガラス部材の中心 軸力 LEDの中心軸力 LEDの端縁より内側の位置に至るまでの領域にあり、この 領域の面積が、ガラス部材が載置される面全体の面積の 90%以下であるようにした
[0144] 次に、加熱処理を行った。
[0145] 加熱装置としては、大和科学株式会社製の電気炉 (製品名 FP41)または株式会社 サーモ理工の赤外線集光加熱装置 IVF298W (商品名）を用いた。
[0146] 大和科学株式会社製の電気炉 (製品名 FP41)では、 25°Cから 5°CZ分の速度で 昇温した後、 610°Cで 15分間保持した。その後、 5°CZ分の速度で 25°Cまで降温し た。これにより、図 5と同様の構造を有する発光装置 (表 1の No. 1〜6)を得ることが できた。
[0147] 一方、株式会社サーモ理工の赤外線集光加熱装置 IVF298W (商品名）における 赤外線ランプは、輻射波長帯が 600ηπ！〜 1, lOOnmであり、 900nm付近に最大輻 射強度を有するものであった。
[0148] 上記の赤外線集光加熱装置のチャンバ内に、赤外線吸収部材として、直径 20mm の旭硝子セラミックス株式会社製のチタン酸アルミニウム (Al O -TiO ) (商品名：口
2 3 2
一テック TM)を置き、この上に、上記の LEDが実装された配線基板を載置し、さらに 、 LEDの上に上記のガラス部材を載せた。そして、赤外線吸収部材の側から、出力 2 kWで赤外線を照射した。温度プロファイルは、室温力も 630°Cまで 15分間かけて昇 温し、 630°Cで 30秒〜 1分 50秒程度の時間を置いた後、 5分間かけて室温まで降温 するようにした。尚、温度は、セラミタスに熱電対を接触させることによって測定した。 これにより、図 5と同様の構造を有する発光装置 (表 1の No. 7〜8)を得ることができ た。
[0149] 表 1は、 LEDの中心軸と被覆ガラスの中心軸とのずれの大きさを評価した結果であ る。尚、測定 Aと測定 Bとは、同じ発光装置に対して、測定方向を互いに 90度変えた ものである。
[0150] 測定 Aにお!/、て、 Rは、被覆ガラスの表面形状を球で近似し、 LEDの電極面の一 方の対角線と被覆ガラスの中心とを含む平面で発光装置を切り取ったときの球の直 径である。また、 Lは、上記一方の対角線の長さであり、 hは、 LEDの電極面力も球 の中心までの高さである。さらに、 δ は、被覆ガラスの対称軸と LEDチップの対称軸 とのずれの大きさである。
[0151] 測定 Bにお 、て、 Rは、被覆ガラスの表面形状を球で近似し、 LEDの電極面の他
2
方の対角線と被覆ガラスの中心とを含む平面で発光装置を切り取ったときの球の直 径である。また、 Lは、上記他方の対角線の長さであり、 hは、 LEDの電極面力も球
2 2
の中心までの高さである。さらに、 δ は、被覆ガラスの対称軸と LEDチップの対称軸
2
とのずれの大きさである。
[0152] [表 1]
Figure imgf000032_0002
Figure imgf000032_0001
[0153] 発光装置全体において、 LEDの中心軸と被覆ガラスの中心軸とのずれの大きさは 、（δ 2+ δ 2) 1/2の値によって評価される。電気炉を使用した場合には、いずれの
1 2
サンプル (No. 1〜6)においても、ずれ量は 10 m前後である。一方、赤外線集光 加熱装置を使用したサンプル (No. 7, 8)では、電気炉を使用したサンプルに比べ てずれ量は大きくなつたものの、その値は、被覆ガラスの直径の 5%前後であった。し たがって、本実施の形態によれば、 LEDの中心軸と被覆ガラスの中心軸が略一致し た形状の発光装置が自己整合的に得られることが分かった。
産業上の利用可能性
本発明は、発光素子をガラス部材で被覆した発光装置を得ることができ、光源、照 明装置および発光装置などに使用できる。 なお、 2006年 5月 18曰に出願された曰本特許出願 2006— 139527号の明細書 、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開 示として、取り入れるものである。

Claims

請求の範囲
[1] 配線基板に実装された発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の上に、直方体または球で近似される形状のガラス部材を載置する 工程と、
加熱処理により前記ガラス部材を軟化させる工程とを有し、
前記発光素子の上に載置された前記ガラス部材の中心軸は、前記発光素子の中 心軸を中心として前記発光素子の端縁より内側の位置に至るまでの領域にあり、該 領域の面積は、前記ガラス部材が載置される面全体の面積の 90%以下であって、 前記ガラス部材を軟化させる工程は、前記発光素子を前記ガラス部材で被覆して、 前記発光素子の中心軸と前記ガラス部材の中心軸とが略一致した形状を自己整合 的に形成する工程である発光装置の製造方法。
[2] 配線基板に実装された発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の上にガラスペーストを設ける工程と、
前記ガラスペーストを焼成してガラス部材を形成する工程と、
加熱処理により前記ガラス部材を軟化させる工程とを有し、
前記ガラス部材を軟化させる工程は、前記発光素子を前記ガラス部材で被覆して、 前記発光素子の中心軸と前記ガラス部材の中心軸とが略一致した形状を自己整合 的に形成する工程である発光装置の製造方法。
[3] 配線基板に実装された発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の上にグリーンシートを載置する工程と、
前記グリーンシートを焼成してガラス部材を形成する工程と、
加熱処理により前記ガラス部材を軟化させる工程とを有し、
前記ガラス部材を軟化させる工程は、前記発光素子を前記ガラス部材で被覆して、 前記発光素子の中心軸と前記ガラス部材の中心軸とが略一致した形状を自己整合 的に形成する工程である発光装置の製造方法。
[4] 前記配線基板に実装された発光素子を準備する工程は、
基板と該基板の上の半導体層と該半導体層に電圧を印加する電極とを備えた発光 素子を準備する工程と、 該基板と前記配線基板とのなす角度が 1度以下となるようにして、前記発光素子を 前記配線基板に実装する工程とを有する請求項 1〜3のいずれ力 1項に記載の発光 装置の製造方法。
[5] 前記発光素子を前記配線基板に実装する工程は、バンプを介して前記電極と前記 配線基板を電気的に接続する工程であって、
前記バンプの数は 3個以上である請求項 1〜3のいずれか 1項に記載の発光装置 の製造方法。
[6] 前記発光素子は、基板と、該基板の上に設けられた半導体層とを備えており、 前記基板の側面は、前記半導体層が設けられる側の端部力も鉛直方向に向力つて 所定の距離までがテーパ形状となって 、て、
前記ガラス部材を軟化させる工程は、前記テーパ形状が設けられた前記基板の部 分と、該部分より上方の部分とを前記ガラス部材によって被覆する工程である請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の発光装置の製造方法。
[7] 前記ガラス部材は、 TeO、 B Oおよび ZnOを主成分として含む請求項 1〜6のい
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ずれか 1項に記載の発光装置の製造方法。
[8] 前記発光素子は、 LEDおよび半導体レーザのいずれか一方である請求項 1〜7の いずれか 1項に記載の発光装置の製造方法。
[9] 配線基板と、
正面視で矩形の基板と、該基板の上の半導体層と、前記配線基板と電気的に接続 して該半導体層に電圧を印加する電極とを備えた発光素子と、
前記発光素子を被覆するガラス部材とを有する発光装置であって、
前記ガラス部材は、全体が略球状であり、
前記発光素子は前記ガラス部材の一部に嵌め込まれ、前記ガラス部材の曲面が前 記発光素子の側面に接していて、
前記ガラス部材を球で近似したときの半径 Rと、前記基板の対角線の長さ Lとの間 に
L< 2R≤3L
の関係が成立する発光装置。
[10] 配線基板と、
正面視で菱形または平行四辺形の基板と、該基板の上の半導体層と、前記配線基 板と電気的に接続して該半導体層に電圧を印加する電極とを備えた発光素子と、 前記発光素子を被覆するガラス部材とを有する発光装置であって、
前記ガラス部材は、全体が略球状であり、
前記発光素子は前記ガラス部材の一部に嵌め込まれ、前記ガラス部材の曲面が前 記発光素子の側面に接していて、
前記ガラス部材を球で近似したときの半径 Rと、前記基板の長 、方の対角線の長さ Lとの間に
L< 2R≤3L
の関係が成立する発光装置。
[11] 前記ガラス部材は、 TeO、 B Oおよび ZnOを主成分として含む請求項 9または 10
2 2 3
に記載の発光装置。
[12] 前記発光素子は、 LEDおよび半導体レーザのいずれか一方である請求項 9〜 11 の!、ずれか 1項に記載の発光装置。
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