(57)【要約】      （修正有）【課題】放出光の照射パターン内の色度ムラ及び製造上における発光色度のバラツキが抑制されると共に、製造時間の短縮及び歩留まり向上を図ることが可能な発光装置、及びその製造方法を提供する。【解決手段】発光素子１２からの放出光の波長を波長変換層１３によって変換した変換光を透明板１５を介して放出するにあたり、透明板１５の表面に凹凸加工を施しその表面に、色度調整材を含む色度調整層１６を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子からの放出光の波長を変換して変換光を放出する波長変換層と、
光透過性を有する透明板と、が積層された構造を有し、
前記透明板には表面が凹凸形状となっている凹凸領域が形成されており、
前記凹凸領域を含む前記透明板上には前記変換光の色度を調整する色度調整材を含む色度調整層が形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記色度調整材は、前記変換光を散乱させる透明又は半透明な光散乱材であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記光散乱材は、酸化チタン、アルミナ又は酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記色度調整材は、前記変換光とは異なる波長の蛍光を発する蛍光体であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項５】
発光素子の光放出面上に、前記発光素子からの放出光の波長を変換して変換光を放出する波長変換層を形成するステップと、
前記波長変換層上に光透過性を有する透明板を形成するステップと、
前記透明板の表面に凹凸加工を施した凹凸領域を形成するステップと、
前記凹凸領域を含む前記透明板上に、前記変換光の色度を調整する為の色度調整材を含む色度調整層を形成するステップと、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記色度調整層を形成するステップでは、前記凹凸領域上に色度調整溶液を噴霧することにより前記色度調整層を形成することを特徴とする請求項５記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）のような、単色性ピーク波長を有する発光素子は、単体では所望とする色の発光を行うことができない。そこで、ＬＥＤから放出された光の波長を他の波長に変換する蛍光物質を、ＬＥＤの光放出面上に塗布するようにしたＬＥＤ及びその形成方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。このＬＥＤでは、インクジェット印刷法を用いて蛍光物質をＬＥＤの光放出面に塗布するようにしている。ここで、塗布する蛍光物質の量がＬＥＤチップ毎に異なっていると、夫々の発光色度にバラツキが生じてしまう。そこで、製造されたＬＥＤを実際に発光させてその色度を測定しつつ、測定した色度と基準色度との差に基づき、追加で蛍光物質を塗布することにより、ＬＥＤチップ毎の色度のバラツキを抑える為の色度調整を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４６０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、インクジェットによる蛍光物質の塗布では、堆積させるべき蛍光物質の量を光放出面の全域に亘って均一にすることが困難である為、放出光の照射パターン内に色度ムラが生じる場合があった。また、インクジェットで堆積可能な蛍光物質の量、つまり厚さには限度があるので、色度調整の調整幅を大きくすることが困難であった。よって、色度調整によって所望の色度に調整することができない場合があり、歩留まりを向上させることができないという問題が生じた。また、インクジェットによって蛍光物質を塗布するにあたり、蛍光物質を吐出するヘッドをＬＥＤの光放出面に沿って往復移動させる必要があるので、製造時間が長くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、放出光の照射パターン内の色度ムラ及び製造上における発光色度のバラツキが抑制されると共に、製造時間の短縮及び歩留まり向上を図ることが可能な発光装置、及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子からの放出光の波長を変換して変換光を放出する波長変換層と、光透過性を有する透明板と、が積層された構造を有し、前記透明板には表面が凹凸形状となっている凹凸領域が形成されており、前記凹凸領域を含む前記透明板上には前記変換光の色度を調整する色度調整材を含む色度調整層が形成されている。
【０００７】
また、本発明に係る半導装置の製造方法は、発光素子の光放出面上に、前記発光素子からの放出光の波長を変換して変換光を放出する波長変換層を形成するステップと、前記波長変換層上に光透過性を有する透明板を形成するステップと、前記透明板の表面に凹凸加工を施した凹凸領域を形成するステップと、前記凹凸領域を含む前記透明板上に、前記変換光の色度を調整する為の色度調整材を含む色度調整層を形成するステップと、を有する。
【０００８】
このように、本発明に係る発光装置では、発光素子からの放出光の波長を波長変換層によって変換した変換光を透明板を介して放出するにあたり、上記透明板の表面に凹凸加工を施しその表面に、色度調整材を含む色度調整層を形成することにより、製造上における発光色度のバラツキを抑えるようにしている。
【０００９】
かかる構成によれば、色度調整材を含む溶液を透明板の上面に、例えば噴霧することによって色度調整層を形成する場合にも、透明板の表面が凹凸形状になっていることから、その表面に塗布された色度調整溶液が噴霧による風圧で周囲に流されてしまうことが無い。これにより、色度調整溶液による透明板の表面上での部分的な凝集が防止される。よって、単一のスプレイ装置によって複数の透明板各々の表面に色度調整溶液を同時に噴霧する場合でも、各透明板の表面に対して均一な厚さの色度調整層を形成することが可能となる。また、塗布された色度調整溶液が凹凸表面の各凹部を中心に停滞することになるので、全域に亘り均一な層厚を有し、且つ色度調整の幅を十分に確保し得る程度にその層厚を厚くした色度調整層を形成することが可能となる。よって、例え波長変換層から放出された変換光の色度が所望の色度に対してずれていても、これを色度調整層によって所望色度に調整することができるようになるので、歩留まり向上が図られるようになる。更に、例えば色度調整溶液の噴霧によって透明板の上面に色度調整層を形成することが可能となるので、色度調整材を吐出する吐出ヘッドを光放出面に沿って往復移動させるインクジェット又はジェットディスペンス装置を用いて色度調整層を形成する場合に比して、製造時間の短縮及び放出光の照射パターン内の色度ムラ低減が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る発光装置の構成の一例を示す断面図及び上面図である。
【図２】色度調整用の凹凸領域ＣＡの製造手順を示す製造フロー図である。
【図３】色度調整用の凹凸領域ＣＡの各製造段階での透明板１５の断面を示す製造工程図である。
【図４】図１に示される発光装置１０の第１の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る発光装置１０の他の構成を示す断面図である。
【図６】本発明に係る発光装置１０の第２の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明に係る発光装置１０の第３の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明に係る発光装置１０の第４の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明に係る発光装置１０の第５の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施例による発光装置１０と、この発光装置１０が実装されている基板２０の断面を示す断面図である。発光装置１０は、色度ＣＨを有する光を外部に放出するものである。発光装置１０は、図１（ａ）に示すように、複数のバンプ１１、発光素子１２、波長変換層１３、複数のスペーサ１４、透明板１５及び色度調整層１６を含む。
【００１２】
バンプ１１は、発光素子１２の第１の電極（図示せぬ）に形成されている第１バンプ群と、発光素子１２の第２の電極（図示せぬ）に形成されている第２バンプ群とからなる。第１バンプ群に属するバンプ１１は、例えばＰＣＢ（printed circuit board）からなる基板２０に配線されている第１のライン（図示せぬ）に接続されており、一方、第２バンプ群に属するバンプ１１は、基板２０に配線されている第２のライン（図示せぬ）に接続されている。すなわち、バンプ１１によって、発光装置１０が基板２０に実装されているのである。
【００１３】
発光素子１２は、例えば、上記第１の電極が接続されているｐ型半導体層と、活性層と、上記第２の電極が接続されているｎ型半導体層とが積層されてなる、いわゆるＬＥＤ（発光ダイオード）からなる。この際、第１の電極及び第２の電極は共に発光素子１２の下面に形成されている。発光素子１２は、第１及び第２の電極に印加された電圧に応じて発光し、その発光は素子の上面である光放出面ＲＦから透明板１５に向けて放出される。
【００１４】
波長変換層１３は、発光素子１２の側面及び光放出面ＲＦを覆うように形成されている。波長変換層１３は、例えばシリコン樹脂又はエポキシ樹脂等の光透過性を有する透明な有機材料、或いはガラス等の無機材料中に、波長変換を担う蛍光体粒子及びスペーサ１４を分散して含ませたものからなる。かかる蛍光体粒子は、発光素子１２から放出された放出光によって励起され、この放出光とは波長が異なる波長の光を放出する。よって、発光素子１２から放出された光の一部は波長変換層１３内の蛍光体粒子に当たりその蛍光体粒子から発せられた光が透明板１５に導出される。一方、発光素子１２から放出された光の内で蛍光体粒子に当たらなかったものは、そのまま波長変換層１３を透過して透明板１５に導出される。
【００１５】
すなわち、波長変換層１３を介して、発光素子１２から放出された光と、蛍光体粒子から発せられた光とが透明板１５に入射される。ここで、発光素子１２からの放出光は、蛍光体粒子から発せられた光と合成されることにより、この放出光の波長とは異なる波長に変換される。つまり、波長変換層１３によって波長変換された光（以下、変換光と称する）が、透明板１５に入射されるのである。この際、例えば、青色光を放出する発光素子１２を用いて、発光装置１０で白色発光を行う場合には、波長変換層１３に含ませる蛍光体粒子としては、青色光を受けると黄色で発光する、例えばＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）蛍光体を用いる。
【００１６】
スペーサ１４は、蛍光体粒子よりも粒径が大であり且つ発光素子１２から放出された光に対して散乱を生じさせることのない粒径、つまり発光素子１２から放出された光の波長よりも１桁以上大きい、例えば１０μｍ〜１００μｍの粒径を有する多面体或いは球体からなる。ここで、図１（ａ）に示すように、スペーサ１４上に透明板１５が形成されることから、発光素子１２の光放出面ＲＦ上における波長変換層１３の層厚は、このスペーサ１４の粒径によって決定される。この際、波長変換層１３における光放出面ＲＦを覆う部分での層厚が大となるほど、光放出面ＲＦから透明板１５の間に含まれる蛍光体粒子の数が多くなるので、発光素子１２から放出された光が蛍光体粒子に当たる確率が高くなる。よって、波長変換層１３に含ませる蛍光体粒子の濃度及びスペーサ１４の粒径により、波長変換層１３での波長の変換度合、つまり光の色度を変化させる量が決定される。
【００１７】
透明板１５は、例えば光学ガラス、石英、サファイア又は樹脂等の光透過性を有する透明又は半透明な材料からなり、スペーサ１４に支持された状態で波長変換層１３の表面を覆うように形成されている。また、図１（ａ）に示すように、透明板１５の上面において、その周縁部ＥＡを除く中央の領域には、色度調整用の凹凸領域ＣＡが設けられている。凹凸領域ＣＡには、例えば多角錐体又は円錐体等のいわゆるマイクロコーン、或いは半球面体が規則的なパターンで配列された、深さが約１μｍ〜５０μｍ、好ましくは１μｍ〜３０μｍの深さの凹凸加工が施されている。
【００１８】
図１（ｂ）は、発光装置１０を透明板１５の上方側から眺めて、発光素子１２の光放出面ＲＦ及び凹凸領域ＣＡの大小関係及び位置関係を示す上面図である。図１（ｂ）に示すように、透明板１５は、例えば約１.１ｍｍ角の矩形の上面を有し、その上面の周縁部ＥＡを除く矩形の凹凸領域ＣＡ（斜線にて示す）は、発光素子１２の光放出面ＲＦから放出される光を漏れなく受けるように、その大きさが光放出面ＲＦよりも大となっている。
【００１９】
また、図１（ａ）に示すように、凹凸領域ＣＡに施されている凹凸の凹部には、色度調整用の材料として、例えば酸化チタン、アルミナ、酸化亜鉛等からなる透明又は半透明な光散乱材を含んだ色度調整層１６が形成されている。
【００２０】
上記した構成により、発光装置１０では、発光素子１２からの放出光を波長変換層１３を介して波長変換した変換光を、透明板１５を介して外部に放出するようにしている。これにより、例えば青色光を放出する発光素子１２を用いて白色の発光を行うことが可能となる。
【００２１】
ところが、製造上のバラツキの影響により発光装置１０に固体差が生じて、波長変換層１３から透明板１５に入射される変換光の色度が所望の色度ＣＨと一致しなくなる場合がある。そこで、発光装置１０では、このような製造上における素子毎のバラツキ、つまり所望の色度ＣＨに対する発光色度の誤差を低減する為に、上記した変換光（波長変換層１３からの光）の色度を色度ＣＨと等しくさせる色度調整を為す色度調整層１６を、透明板１５の上面に形成するようにしている。
【００２２】
以下に、発光装置１０の製造方法について、図２に示す製造フロー図に沿って説明する。先ず、バンプ１１が形成されている発光素子１２の光放出面ＲＦ及びその側面を覆うように、例えばシリコン樹脂又はエポキシ樹脂等の光透過性を有する有機材料、或いはガラス等の無機材料中に蛍光体粒子及びスペーサ１４を分散して含ませてなる波長変換層１３を形成する（ステップＳ１）。すなわち、ステップＳ１では、発光素子１２から放出された光の波長を変換した変換光を放出する波長変換層１３を発光素子１２の光放出面ＲＦ上に設ける。
【００２３】
次に、この波長変換層１３上に、光透過性を有する例えば光学ガラス、石英、サファイア又は樹脂等からなる透明板１５を形成する（ステップＳ２）。
【００２４】
次に、図２に示すステップＳ３〜Ｓ５の工程により、透明板１５の表面に上記した凹凸領域ＣＡを形成し、その凹凸領域ＣＡ中の凹凸表面上に色度調整層１６を形成する。図３（ａ）〜図３（ｆ）は、その表面が平坦な状態にある透明板の上面に、上記した凹凸領域ＣＡ及び色度調整層１６を形成する際の各段階毎の透明板１５の断面状態を示す図である。
【００２５】
すなわち、先ず、図３（ａ）のような透明板１５の上面の周縁部ＥＡを除く領域に対して、図３（ｂ）に示すような、深さＤＨの凹凸加工を施す（ステップＳ３）。尚、深さＤＨは、例えば１μｍ〜５０μｍ、好ましくは１μｍ〜３０μｍである。かかるプロセスによって凹凸形状となった透明板１５上の領域が、上記した凹凸領域ＣＡとなる。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示すように、スプレイ装置ＳＰを用いて、酸化チタン、アルミナ、酸化亜鉛等の透明又は半透明な低粘度（例えば１０ｍＰａ・ｓ〜５００ｍＰａ・ｓ）の光散乱材を色度調整材として含む色度調整溶液を、透明板１５の凹凸領域ＣＡに噴霧する（ステップＳ４）。上記したプロセスにより、透明板１５における凹凸領域ＣＡ中の凹凸表面にスプレイ塗布された色度調整溶液が停滞し、その後、乾燥して硬化した色度調整層１６ａが図３（ｄ）に示すように形成される。尚、色度調整溶液のバインダ材としては、ガラスバインダ又は透明な樹脂材が用いられ、これに含まれる光散乱材の重量濃度としては５０％未満が好ましい。また、スプレイ装置ＳＰとしては、色度調整溶液に霧化気体を混合させたものを噴霧するものであっても良い。
【００２７】
次に、発光素子１２を発光させつつ透明板１５の凹凸領域ＣＡから放出された光の色度を測定し、その色度が所望の色度ＣＨと等しくなるまで、この凹凸領域ＣＡに色度調整溶液を噴霧して、色度調整層１６ａの層厚を増加（調整）する（ステップＳ５）。かかるプロセスにより、色度ＣＨに対する色度の誤差分を補正し得る量の色度調整材が含まれた色度調整層１６が図３（ｆ）に示すように形成されることになる。
【００２８】
以上のように、発光装置１０では、製造上における発光色度のバラツキを抑える為に、透明板１５の表面にその表面が凹凸形状となっている凹凸領域ＣＡを形成し、この凹凸領域ＣＡ内の凹凸表面に、波長変換層１３から放出された変換光の色度を調整する為の色度調整材を含む色度調整層１６を形成するようにしている。かかる構成によれば、色度調整材を含む色度調整溶液を透明板１５の上面に、例えば噴霧することによって色度調整層１６を形成する場合にも、透明板１５の表面が凹凸形状になっていることから、その表面に塗布された色度調整溶液が噴霧による風圧で周囲に流されてしまうことが無い。これにより、色度調整溶液による透明板１５の表面上での部分的な凝集が防止される。よって、単一のスプレイ装置ＳＰによって複数の透明板１５各々の表面に色度調整溶液を同時に噴霧した場合でも、各透明板１５の表面に対して均一な厚さの色度調整層１６を形成することが可能となる。
【００２９】
また、塗布された色度調整溶液が凹凸表面の各凹部を中心に停滞することになるので、全域に亘り均一な層厚を有し、且つ色度調整の幅を十分に確保し得る程度にその層厚を厚くした色度調整層１６を形成することが可能となる。よって、例え波長変換層から放出された変換光の色度が所望の色度ＣＨに対してずれていても、これを色度調整層１６によって色度ＣＨに調整することができるようになるので、歩留まり向上が図られるようになる。
【００３０】
更に、例えば色度調整溶液の噴霧によって透明板１５の上面に色度調整層１６を形成することができるので、色度調整材を吐出する吐出ヘッドを光放出面に沿って往復移動させるインクジェット又はジェットディスペンス装置を用いて色度調整層を形成する場合に比して、製造時間の短縮及び放出光の照射パターン内の色度ムラ低減が図られる。
【００３１】
以上のように、本発明に係る発光装置１０によれば、放出光の照射パターン内の色度ムラ及び発光装置毎の色度のバラツキが抑制されると共に、製造時間の短縮及び歩留まり向上を図ることが可能となる。
【００３２】
尚、図２に示す製造手順では、波長変換層１３上に透明板１５を形成した後に、この透明板の上面に凹凸加工及び色度調整層１６の形成を行っているが、透明板１５の上面に凹凸加工及び色度調整層１６の形成を行った後に、この透明板１５を波長変換層１３上に形成するようにしても良い。
【００３３】
また、上記実施例では、色度調整材として酸化チタン、アルミナ、酸化亜鉛等の光散乱材を用いているが、これに代えて、その励起光の波長が波長変換層１３から放出される光の波長とは異なる波長を有する低粘度の蛍光体を採用しても良い。
【００３４】
また、上記実施例では、図１（ａ）に示すように、透明板１５の上面において周縁部ＥＡを除く領域を凹凸領域ＣＡとしているが、透明板１５の上面を全て凹凸領域ＣＡとしても良く、或いは透明板１５の上面に、複数の凹凸領域ＣＡを区画化して設けるようにしても良い。図４は、透明板１５の上面を全て凹凸領域ＣＡとした場合における、発光装置１０の第１の変形例を示す断面図である。
【００３５】
また、上記実施例では、凹凸領域ＣＡ内に複数の凹部及び凸部を形成するようにしているが、透明板１５の上面に深さが約２０μｍの単一の凹部を設け、この凹部に色度調整溶液を噴霧することにより色度調整層１６を形成するようにしても良い。図５は、かかる点に鑑みて為された、発光装置１０の第２の変形例を示す断面図である。
【００３６】
また、上記実施例では、透明板１５の上面の凹凸領域ＣＡに形成する凹凸パターンとして、多角錐体、円錐体、或いは半球面体が規則的に配列された凹凸パターンを採用しているが、これら多角錐体、円錐体、或いは半球面体が不規則に配列された凹凸パターンを採用しても良い。
【００３７】
また、凹凸領域ＣＡに形成する凹凸パターンとしては、透明板１５の上面に対してブラスト加工、ウェットエッチンング又はドライエッチングによる粗面化処理を施して得られた、ランダムな凹凸パターンを採用しても良い。図６は、かかる点に鑑みて為された、発光装置１０の第３の変形例を示す断面図である。
【００３８】
また、図１、図４、又は図６に示す一例では、色度調整層１６は、透明板１５の上面よりも外部に突出していないが、外部に突出した形態であっても良い。図７は、かかる点に鑑みて為された、発光装置１０の第４の変形例を示す断面図である。すなわち、図７に示すように、透明板１５の上面ＳＦよりも、色度調整層１６における凸部の先端が外突出しても良いのである。
【００３９】
また、上記実施例では、透明板１５の凹凸表面の形状に沿って一様な層厚の色度調整層１６を形成するようにしているが、透明板１５の凹凸表面における凸部の先端ではその層厚を薄く、凹部の底に近いほどその層厚が厚くなるような形態で色度調整層１６が形成されていても良い。図８は、かかる点に鑑みて為された、発光装置１０の第４の変形例を示す断面図である。
【００４０】
また、上記実施例では、透明板１５の周縁部ＥＡには色度調整層１６を形成していないが、周縁部ＥＡにも色度調整層１６を形成するようにしても良い。図９は、かかる点に鑑みて為された、発光装置１０の第５の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０            発光装置
１２            発光素子
１３            波長変換層
１４            スペーサ
１５            透明板
１６            色度調整層
【図１】
2014183082.tif 000003
【図２】
2014183082.tif 000004
【図３】
2014183082.tif 000005
【図４】
2014183082.tif 000006
【図５】
2014183082.tif 000007
【図６】
2014183082.tif 000008
【図７】
2014183082.tif 000009
【図８】
2014183082.tif 000010
【図９】
2014183082.tif 000011