(57)【要約】【課題】工程数を増加させることなく、輝度の低下や低信頼性を防止することができる発光デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】発光デバイスの製造方法は、窪み５の底面に電極を有するパッケージを形成する工程と、パッケージの窪み５の底面に形成された電極の一部にレジスト１０を塗布する工程と、パッケージの窪みが形成された表面に絶縁物からなる多層干渉膜７を形成する工程と、パッケージの窪みからレジスト１０を剥離する工程と、レジスト１０を剥離した電極の一部に発光ダイオード素子６を実装する工程と、発光ダイオード素子６を封止材８により封止する工程と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窪みの底面に電極を有するパッケージを形成する工程と、
前記電極の一部にレジストを塗布する工程と、
前記窪みが形成された側のパッケージ表面に絶縁物からなる多層干渉膜を形成する工程と、
前記パッケージの窪みから前記レジストを剥離する工程と、
前記レジストを剥離した前記電極の一部に発光ダイオード素子を実装する工程と、
前記発光ダイオード素子を封止材により封止する工程と、を含む発光デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記レジストを塗布する工程は、インクジェット方式により行なわれることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記レジストを塗布する工程は、ディスペンサ方式により行なわれることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記パッケージは、ガラスからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記パッケージを形成する工程が、下ガラス体と開口を持つ上ガラス体の間に電極を配置した状態で、ガラス軟化温度以上に加熱して、上型と下型でプレスする工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記封止材は、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させた材料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子をパッケージに実装した発光デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード素子（以下ＬＥＤ素子と称す）は、近年、発光輝度等が改善され、多方面に実用化されている。例えば、液晶表示装置のバックライト、信号機の発光素子、電光掲示板、その他イルミネーション用として使用されている。ＬＥＤ素子は、低電圧、低消費電力で駆動でき、発光輝度が改善されたことから室内灯や自動車照明用などにも適用されることが期待されている。
【０００３】
しかし、ＬＥＤ素子単体の発光輝度は他の発光体と比較すると弱く、そのために多数のＬＥＤ素子をまとめて発光体を構成する必要がある。また、ＬＥＤ素子の発光強度を強くすると発熱量が増大する。ＬＥＤ素子は温度が上昇すると発光効率が低下するので、効果的に放熱できる構造にする必要がある。また、蛍光灯等の他の発光体と置き換えるには製造工程を簡単にして製造コストを低下させる必要がある。
【０００４】
特許文献１には、図８に示すように、ガラス基板とＳｉウエハにより組み立てたＬＥＤサブマウントが記載されている（特許文献１の図１）。ガラス基板５１には貫通電極５２が形成され、ガラス基板５１の背面に形成した電極メタライズ５３Ａに電気的に接続されている。ガラス基板５１の貫通電極５２の上には、接続用電極メタライズ５３Ｂを介してＬＥＤ素子５６Ａが実装されている。ガラス基板５１上には、下部から上部に向けて末広状に形成された貫通穴５８を有するＳｉ基板５４が接合されており、ＬＥＤ素子５６Ａはこの貫通穴５８に収納されている。貫通穴５８の側面には、ＬＥＤ素子５６Ａから発光した光を上方向に反射させるための反射面５５が形成されている。反射面５５はメタライズや金属を用いている。この構成により、ＬＥＤ素子５６Ａにより生じた発熱を、貫通電極５２を介して効率よく放熱することができ、また、ガラス基板とＳｉ基板とを陽極接合により接着するので接着強度を向上させることができ、更に、ＬＥＤマウントを一括して大量に製造することができるので低価格のＬＥＤサブマウントを提供することができる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４２７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記図８に示すＬＥＤサブマウントの構造において、ＬＥＤ素子５６Ａから発光した光の一部は、直接もしくは反射面５５で反射して貫通穴５８の底面に到達する。また、封止材に蛍光体を混入する場合はこの蛍光体からの光が貫通穴５８の底面に到達する。図８に示す構造では、この底面に到達した光はガラス基板５１を通り抜けるので、発光効率が低下してしまう。
【０００７】
また、貫通穴５８の底面から光が抜けるのを防止するために、貫通穴５８の底面にメタライズして金属からなる反射面を形成することができる。しかし、反射面と貫通電極５２や電極メタライズ５３Ｂとは電気的に分離する必要があるので、反射面と貫通電極５２や電極メタライズ５３Ｂとの間に隙間を設ける必要がある。その結果、その隙間から光が漏れるので、やはり発光効率が低下する。また、発光効率を低下させないために、反射面と貫通電極５２や電極メタライズ５３Ｂとの間の隙間を狭くしようとすると、高精細なパターニング工程が必要となり、コスト高となった。また、金属の腐食等により反射率が低下し、信頼性が低下するおそれがあった。
【０００８】
また、Ｓｉ基板５４として同様な形状に成形した白色樹脂を用いれば、樹脂自体がリフレクタを兼ねることとなるが、熱や光により樹脂が劣化して変色し、あるいは反射率が低下して信頼性が低下するおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、以下のような製造方法とした。
【００１０】
すなわち、窪みの底面に電極を有するパッケージを形成する工程と、パッケージの窪みの底面に形成された電極の一部にレジストを塗布する工程と、パッケージの窪みが形成された表面に絶縁物からなる多層干渉膜を形成する工程と、パッケージの窪みからレジストを剥離する工程と、レジストを剥離した前記電極の一部に発光ダイオード素子を実装する工程と、発光ダイオード素子を封止材により封止する工程と、を含む発光デバイスの製造方法とした。
【００１１】
ここで、レジストの塗布を、インクジェット方式またはディスペンサ方式により行なうようにした。
【００１２】
さらに、パッケージをガラス材料で構成した。
【００１３】
さらに、封止材として、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させた材料を用いることとした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高精細なパターニング工程を必要としないで、輝度の低下や信頼性が低下することを防止した発光デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る発光デバイスを説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施例に係る発光デバイスの製造方法を示す断面模式図である。
【図３】本発明の実施例に係る発光デバイスの製造方法を示す断面模式図である。
【図４】本発明の実施例に係る発光デバイスの製造方法を示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施例に係る発光デバイスの製造方法を示す断面模式図である。
【図６】本発明の実施例に係る発光デバイスを説明するための模式図である。
【図７】本発明の実施例に係る発光デバイスを説明するための模式図である。
【図８】従来公知の発光デバイスの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施例に係る発光デバイス１を図１に模式的に示す。図１（ａ）は発光デバイス１の縦断面図であり、図１（ｂ）は発光デバイス１の上面図である。図示するように、発光デバイス１は、電極４ａ、４ｂが埋め込まれるガラスパッケージ２と、電極４ａの上に実装されたＬＥＤ素子６と、ガラスパッケージ２の上面に形成した絶縁体からなる多層干渉膜７と、ＬＥＤ素子６と電極４ｂを電気的に接続するワイヤー９と、ガラスパッケージ２の窪み５（所謂、「バスタブ形状」）に充填した封止材８を備えている。
【００１７】
ガラスパッケージ２には、窪み５が形成されている。ガラスパッケージ２は、上ガラス基板２ａと下ガラス基板２ｂとから構成されている。上ガラス基板２ａと下ガラス基板２ｂとの間には電極４ａ、４ｂが埋め込まれ、下ガラス基板２ｂの側面において露出している。上ガラス基板２ａの窪み５の内壁はテーパー形状であり、ＬＥＤ素子６から発光した光を反射する反射面として機能する。
【００１８】
このガラスパッケージ２は、シリコン酸化物を主体とする通常のガラス材料から作成することができる。ガラスパッケージ２に形成する窪み５は、後に詳しく説明するように、ガラス材料等の成形または接合により形成することができる。
【００１９】
電極４ａ、４ｂは、Ａｇや、コバール、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属材料で形成することができる。また、後に詳しく説明するが、電極４ａ、４ｂが埋め込まれたガラスパッケージ２を形成するために、ガラス材料の成形及び接合を用いている。
【００２０】
ＬＥＤ素子６は、その表面及び裏面に図示しない電極が形成されている。ＬＥＤ素子６はダイボンディング材によりガラスパッケージ２の窪み５の底面に固定されるとともに、ＬＥＤ素子の裏面電極と電極４ａは電気的に接続される。ダイボンディング材としては、ＳｎＡｇＣｕやＡｕＳｎ等の合金接合、或いは導電性接着剤等を使用できる。ＬＥＤ素子６の表面電極は、ワイヤー９により電極４ｂと電気的に接続している。
【００２１】
多層干渉膜７は、絶縁体で構成されており、窪み５の内壁面と底面に形成されている。特に、この多層干渉膜７は、ＬＥＤ素子６やワイヤー９が電気的に接続される箇所を除いて、窪み５の内壁面と底面の全面に形成される。多層干渉膜７は、ＬＥＤ素子６からの発光を反射させる反射膜として機能している。
【００２２】
この多層干渉膜７は絶縁性があるために、電極４ａ、４ｂが露出する窪み５の底面に形成しても、電極４ａと電極４ｂが短絡することがない。多層干渉膜７は、金属酸化物をスパッタリング法や蒸着法により形成される。例えば、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の金属酸化膜を使用することができる。ガラスパッケージ２はシリコン酸化物が主体であるので、これらの金属酸化膜はガラスパッケージ２と高い密着性を有する。また、酸化物であることから腐食し難い。そのため、極めて信頼性の高い反射面を形成することができる。
【００２３】
さらに、ガラスパッケージ２の窪み５には封止材８が充填され、ＬＥＤ素子６とワイヤー９を覆っている。封止材８は、不純物や水分等の浸入を防止して、電極材料等が腐食することを防ぐ。封止材８として、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを重合・焼成した金属酸化物を用いることができる。例えば、シリコン酸化物、アルミニュウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニア酸化物が例示できる。金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを重合・焼成した酸化物はガラスに対する密着性が優れている。特に、金属アルコキシド又はポリメタロキサンから形成したシリコン酸化物を封止材８とした場合には、ガラスパッケージ２もシリコン酸化物であることから、熱膨張係数が近似する。また、共に金属酸化物であることから、多層干渉膜７と封止剤８との接着性は極めて高い。これにより、すべての材料が無機酸化膜になり、熱膨張や収縮による劣化を低減し、腐食のない高信頼性の発光デバイスを得ることができる。
【００２４】
本実施例では、図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子６の下部電極とダイボンディング材を介して接続する電極４ａと、ＬＥＤ素子６の上部電極とワイヤー９を介して接続する電極４ｂを設けている。また、それぞれの電極４ａ、４ｂの形状は異なるが、同じ形状としてもよい。また、窪み５の外形は円形に限定されず、四角形でも、それ以上の矩形形状であってもよい。実装するＬＥＤ素子６は１個に限らず、複数個であってもよい。また、パッケージ材料として、ガラスの他にセラミックスや樹脂材料を使用してもよい。
【００２５】
次に、図２〜図５を用いて、本発明の実施例に係る発光デバイス１の製造方法を説明する。図２（ａ）は、型プレスによりガラス材料１２ａを成形する状態を表す断面模式図であり、図２（ｂ）は、型プレスにより成型された後の上ガラス体２２ａの断面模式図であり、図２（ｃ）は、この上ガラス体２２ａの上視図である。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、上型３１ａの表面には凹凸が形成されている。ガラス材料１２ａを下型３１ｂに設置する。上型３１ａ、ガラス材料１２ａ及び下型３１ｂをガラス材料１２ａが軟化する温度以上に加熱し、上型３１ａおよび下型３１ｂでプレスする。これにより、ガラス材料１２ａに上型３１ａの凹凸形状が転写され、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すような上ガラス体２２ａが作製される。上型３１ａの凹凸にはテーパーが付いており、上ガラス体２２ａの中央に窪み５の斜面が形成される。
【００２７】
また、図３（ａ）は、型プレスによりガラス材料１２ｂを成形する状態を表す断面模式図である。図示するようにガラス材料１２ｂを上型３２ａと下型３２ｂの間に設置し、ガラス材料１２ｂが軟化する温度以上に加熱してから、上型３２ａおよび下型３２ｂでプレスする。これにより、ガラス材料１２ｂには上型３２ａの形状が転写され、下ガラス体が作製される。図３（ｂ）、図３（ｃ）に下ガラス体の形状を模式的に示す。図３（ｂ）は２２ｂの断面模式図であり、図３（ｃ）は、その上視図である。図示するように、下ガラス体２２ｂは、窪み５の底面として形成される。
【００２８】
図４（ａ）は、上ガラス体２２ａと下ガラス体２２ｂの間に電極材料２４ａと２４ｂを配置して型プレスにより成形する状態を模式的に示す断面図であり、図４（ｂ）は、電極４ａ及び４ｂの上視図である。図４（ａ）に示すように、上型３３ａの表面には凹凸が形成されており、下型３３ｂの上に、下ガラス体２２ｂ、電極材料２４ａ及び２４ｂ、上ガラス体２２ａを順に設置する。図４（ｂ）に示すように、電極材料２４ａ及び２４ｂはそれぞれを対向させて設置されている。上型３３ａ、上ガラス体２２ａ、下ガラス体２２ｂ及び下型３３ｂをガラス材料２２ａが軟化する温度以上に加熱し、上型３３ａと下型３３ｂでプレスする。図４（ｃ）は、型プレス後のガラスパッケージ２の断面模式図であり、図４（ｄ）は、ガラスパッケージ２の上面図である。これにより、上ガラス体２２ａと下ガラス体２２ｂは、電極材料２４ａと２４ｂの一部を埋め込むようにして接合され、さらに、上型３３ａの凹凸形状が転写される。図４（ａ）に示すように、上型３３ａの凹凸にはテーパーが付いており、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように、ガラスパッケージ２には、窪み５が形成される。この窪み５の底面には、電極４ａ及び４ｂが電気的に分離した状態で露出する。
【００２９】
以上のように作製されたガラスパッケージを用いて発光デバイスを作成する方法について、図５を用いて説明する。まず、図５（ａ）に示すように、ガラスパッケージ２の窪み５の底面にレジスト１０をインクジェット方式により塗布する。特に、底面に露出する電極４ａの一部分、及び、底面に露出する電極４ｂの一部分にレジスト１０を塗布する。塗布した箇所は、後にＬＥＤ素子６の下部電極や、ＬＥＤ素子６の上部電極に接続されるワイヤー９が接続される。レジスト１０は、インクジェット方式に代えて、ディスペンサ方式により塗布することができる。
【００３０】
このように、インクジェット方式によってレジストを塗布したので、窪み５のような深さが存在する場合でも、その底面にレジストを容易にかつ微細に塗布することができる。ディスペンサ方式を採用すれば、ノズルの先端を３次元的に移動できるので、窪み５のような深さのある底面にも、容易に塗布することができる。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、レジスト１０が設けられたガラスパッケージ２の上面に絶縁体からなる多層干渉膜７を形成する。多層干渉膜７は可視光を反射させる反射膜として機能する。多層干渉膜７は、スパッタリング法や蒸着法により金属酸化物やフッ化物からなる絶縁材料を堆積して形成する。金属酸化物として、例えば、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３等を使用し、数層から数十層積層して多層干渉膜７とすることができる。このとき、多層干渉膜７はレジスト１０の上面にも堆積する。
【００３２】
次に、図５（ｃ）に示すように、レジスト１０を剥離し、電極４ａの一部、電極４ｂの一部を露出させる。レジスト１０に堆積した多層干渉膜７は薄膜なので、レジスト１０の剥離と同時に除去される。
【００３３】
次に、図５（ｄ）及び図５（ｅ）に示すように、露出した電極４ａの一部にＬＥＤ素子６を実装する。この実装は、ＬＥＤ素子６の電極（図示せず）と露出した電極４ａの間にダイボンディング材を介在させ、ＬＥＤ素子６を加熱しながら押圧して電極４ａに接着する。ダイボンディングとしては、ＳｎＡｇＣｕやＡｕＳｎ等の合金接合、或いは導電性接着剤を使用することができる。
【００３４】
更に、ＬＥＤ素子６の上面電極に、ワイヤー９の一端を接続し、露出した電極４ｂの一部に、ワイヤー９の他端を接続する。これによって、ＬＥＤ素子６の上面電極と電極４ｂとが電気的に接続される。このワイヤー９は金線を使用することができる。
【００３５】
そして、図５（ｆ）と図５（ｇ）に示すように、ガラスパッケージ２の窪み５に封止材８を充填する。封止材８は、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物である。具体的には、ガラスパッケージ２の窪み５に、ディスペンサ等を用いて金属アルコキシドの溶液を充填する。金属アルコキシドの溶液として、例えば、ｎＳｉ（ＯＣＨ３）４、４ｎＨ２Ｏ、触媒ＮＨ４ＯＨ、亀裂防止剤ＤＭＦ（ＤＭＦ：ジメチルホルムアミド）の混合液を使用することができる。これを室温から約６０℃において加水分解及び重合を行って、ポリメタロキサンのゾルを形成する。更に室温〜６０℃において重合してシリコン酸化物の湿潤ゲルを形成し、温度約１００℃又は１００℃以上において乾燥、焼成を行い、シリコン酸化物を形成する。或いは、ガラスパッケージ２の窪み５にポリメタロキサンを充填して、上記と同様に重合及び焼成してシリコン酸化物を形成してもよい。
【００３６】
金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成したポリメタロキサンから重合・焼成したシリコン酸化物は、ガラスパッケージ２や金属酸化物からなる多層干渉膜７との間の接着性が良好であり、また、熱膨張率も近いので、高信頼性の発光デバイスを得ることができる。
【００３７】
これによって、多層干渉膜７を選択的に堆積させることができ、高精細なパターニング工程を必要としないで、輝度の低下や信頼性が低下することを防止した発光デバイスを提供することができる。
【００３８】
図６及び図７は、電極４ａ、４ｂの他の実施例を表す発光デバイス１の模式的な縦断面図である。図２〜図５を用いて説明した実施例では、電極４ａ及び４ｂをガラスパッケージ２に埋め込み、更に、ガラスパッケージ２の側面に沿って配置したが、これに限定されず、例えば、図６に示すように、その側面に沿った電極４ａ及び４ｂをガラスパッケージ２の底面まで伸ばしてもよい。また、例えば、図６に示すように、その側面に沿った電極４ａ及び４ｂをガラスパッケージ２の側面から外方に突出するように設置してもよい。
【００３９】
なお、上記実施例では、インクジェット方式でレジストを塗布したが、これに限定されず、例えば、ディスペンサ方式（具体的には、エア式やジェット式等）でレジストを塗布してもよい。また、ガラスパッケージ２を通常のガラス材料から作成したが、これに限定されず、例えば、樹脂やセラミック材料や樹脂材料等から作成してもよい。
【００４０】
また、上記実施例では、ＬＥＤ素子をダイボンディングとワイヤボンディングで実装したが、ＬＥＤ素子が上面に両電極を有するタイプの場合はワイヤボンディングだけで実装し、下面に両電極を有するタイプの場合はＡｕＳｎ共晶等を使った表面実装を使用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  発光デバイス
２  ガラスパッケージ
４  電極
５  窪み
６  ＬＥＤ素子
７  多層干渉膜
８  封止材
９  ワイヤー
１０  レジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010182970.tif 000007
【図６】
2010182970.tif 000008
【図７】
2010182970.tif 000009
【図８】
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