(57)【要約】【課題】チップオンボード型の発光装置であっても、特殊な回路パターンを設けたり電流制御を行ったりすることなく、発光量を過度に減殺せずに演色性を向上させることのできる発光装置及びその製造を提供する。【解決手段】複数のＬＥＤ素子が直接的にパッケージ基板に実装されるチップオンボード型の発光装置であって、前記パッケージ基板上に形成され、前記複数のＬＥＤ素子が実装される複数の実装部と、一対のアノード電極及びカソード電極と、を有する回路パターンを有し、前記回路パターンに実装される各ＬＥＤ素子には、発光波長及び温度特性が互いに異なる複数種類のＬＥＤ素子が含まれ、前記複数種類のＬＥＤ素子の温度特性を利用して、装置全体として常温時よりも使用温度時の平均演色評価数（Ｒａ）が大きくなるよう構成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤ素子が直接的に実装されるチップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置であって、
前記パッケージ基板上に形成され、前記複数のＬＥＤ素子が実装される複数の実装部と、一対のアノード電極及びカソード電極と、を有する回路パターンを有し、
前記回路パターンに実装される各ＬＥＤ素子には、発光波長及び温度特性が互いに異なる複数種類のＬＥＤ素子が含まれ、
前記複数種類のＬＥＤ素子の温度特性を利用して、装置全体として常温時よりも使用温度時の平均演色評価数（Ｒａ）が大きくなるよう構成されるチップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置。
【請求項２】
前記複数種類のＬＥＤ素子は、青色ＬＥＤ素子と、緑色ＬＥＤ素子と、赤色ＬＥＤ素子と、を含む請求項１に記載のチップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置。
【請求項３】
前記青色ＬＥＤ素子は、常温時から使用温度時へのパワー減衰率が８〜２０％であり、
前記緑色ＬＥＤ素子は、常温時から使用温度時へのパワー減衰率が１０〜４０％であり、
前記赤色ＬＥＤ素子は、常温時から使用温度時へのパワー減衰率が１０〜６０％である請求項２に記載のチップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置。
【請求項４】
前記青色ＬＥＤ素子により励起されると黄色光を発する黄色蛍光体を含む請求項３に記載のチップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置。
【請求項５】
前記複数種類のＬＥＤ素子は、青色ＬＥＤ素子と、赤色ＬＥＤ素子と、を含み、
前記青色ＬＥＤ素子または前記赤色ＬＥＤ素子により励起されると緑色光を発する緑色蛍光体と、
前記青色ＬＥＤ素子または前記赤色ＬＥＤ素子により励起されると黄色光を発する黄色蛍光体と、を含む請求項１に記載のチップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のチップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置の製造するにあたり、
成長基板と、前記成長基板上の半導体発光部と、前記半導体発光部上の電極と、を有する複数のフリップチップ型のＬＥＤ素子をパッケージ基板に実装する実装工程と、
前記成長基板に前記各ＬＥＤ素子が実装された状態で前記成長基板を除去する除去工程と、を含むチップオンボード型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、チップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ素子を用いた発光装置として、チップオンボード（ＣＯＢ）型の発光装置が注目されている。チップオンボードとは、発光素子等のチップを一旦小型のパッケージとすることなく、大型のパッケージ基板の回路パターンにチップを直接実装する技術である。白色の発光装置とする場合、青色のＬＥＤ素子を実装した後、ＬＥＤ素子を封止する封止樹脂に黄色蛍光体を含ませるものが一般的である。【０００３】
ここで、青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体の組み合わせでは、演色性が低いという問題点がある。そこで、白色に演色性が要求される場合には、黄色蛍光体の他に、緑色蛍光体や赤色蛍光体を封止樹脂に含ませる方法が採られる。しかしながら、一種類のＬＥＤ素子を発光源として各種蛍光体で演色性を補う方法では、各蛍光体での波長変換の際の損失が大きく、光量の低下は免れ得ない。【０００４】
特に損失の大きい赤色蛍光体を使用することなく、高い演色性を維持するとともに、色温度を変化させることが可能な発光装置として、特許文献１に記載のものが提案されている。この発光装置は、装置基板と、装置基板上に所定の配列パターンで配置された第１の色温度の発光部群及び第２の色温度の発光部群と、各発光部群に独立して電流を供給する電源及び回路パターンと、電源から各発光部群に供給される電流の比率を制御するコントローラとを備えている。【０００５】
ここで、第１の色温度の発光部群は、青色発光タイプの複数のＬＥＤチップと、これらＬＥＤチップを封止し第１の蛍光体を含む第１の蛍光体層とを有する。また、第２の色温度の発光部群は、第１の色温度よりも低い色温度であって、ＬＥＤチップと、これらＬＥＤチップを封止する第１の蛍光体層と、第１の蛍光体層上に配置され第２の蛍光体を含む第２の蛍光体層とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１８４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の発光装置では、各発光部群に独立して電流が供給されるように電源及び回路パターンを別個に設けなければならないし、各発光部群に供給される電流の比率を制御するコントローラを備えなければならず、実用性に乏しい。【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、チップオンボード型の発光装置であっても、特殊な回路パターンを設けたり電流制御を行ったりすることなく、発光量を過度に減殺せずに演色性を向上させることのできるチップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、複数のＬＥＤ素子が直接的にパッケージ基板に実装されるチップオンボード型の発光装置であって、前記パッケージ基板上に形成され、前記複数のＬＥＤ素子が実装される複数の実装部と、一対のアノード電極及びカソード電極と、を有する回路パターンを有し、前記回路パターンに実装される各ＬＥＤ素子には、発光波長及び温度特性が互いに異なる複数種類のＬＥＤ素子が含まれ、前記複数種類のＬＥＤ素子の温度特性を利用して、装置全体として常温時よりも使用温度時の平均演色評価数（Ｒａ）が大きくなるよう構成されるチップオンボード型の発光装置が提供される。【００１０】
このチップオンボード型の発光装置によれば、回路パターンのアノード電極とカソード電極に電流を印加することにより各ＬＥＤ素子が発光する。各ＬＥＤ素子が発光すると、各ＬＥＤ素子自体が発熱して温度が上昇し、各ＬＥＤ素子から発せられる光量が変化する。この光量の変化は、各種類のＬＥＤ素子の温度特性に依存する。このように、各種類のＬＥＤ素子の光量が変化するものの、装置全体としては常温時よりも使用温度時の平均演色評価数（Ｒａ）が大きくなるよう構成されているので、比較的高い演色性が実現される。
尚、各ＬＥＤ素子は、フェイスアップ型とフリップチップ型のどちらであってもよい。【００１１】
上記チップオンボード型の発光装置において、前記複数種類のＬＥＤ素子は、青色ＬＥＤ素子と、緑色ＬＥＤ素子と、赤色ＬＥＤ素子と、を含んでいてもよい。【００１２】
このチップオンボード型の発光装置によれば、青色光、緑色光及び赤色光が各ＬＥＤ素子から発せられ、これらの温度特性の違いを利用することにより、常温時よりも使用温度時の平均演色評価数（Ｒａ）が大きくなるよう構成される。【００１３】
上記チップオンボード型の発光装置において、前記青色ＬＥＤ素子は、常温時から使用温度時へのパワー減衰率が８〜２０％であり、前記緑色ＬＥＤ素子は、常温時から使用温度時へのパワー減衰率が１０〜４０％であり、前記赤色ＬＥＤ素子は、常温時から使用温度時へのパワー減衰率が１０〜６０％であってもよい。【００１４】
上記チップオンボード型の発光装置において、前記青色ＬＥＤ素子により励起されると黄色光を発する黄色蛍光体を含んでもよい。【００１５】
このチップオンボード型の発光装置によれば、黄色領域の光量は黄色蛍光体によりカバーされる。【００１６】
上記チップオンボード型の発光装置において、前記複数種類のＬＥＤ素子は、青色ＬＥＤ素子と、赤色ＬＥＤ素子と、を含み、前記青色ＬＥＤ素子または前記赤色ＬＥＤ素子により励起されると緑色光を発する緑色蛍光体と、前記青色ＬＥＤ素子または前記赤色ＬＥＤ素子により励起されると黄色光を発する黄色蛍光体と、を含んでもよい。【００１７】
上記チップオンボード型の発光装置を製造するにあたり、
成長基板と、前記成長基板上の半導体発光部と、前記半導体発光部上の電極と、を有する複数のフリップチップ型のＬＥＤ素子をパッケージ基板に実装する実装工程と、
前記成長基板に前記各ＬＥＤ素子が実装された状態で前記成長基板を除去する除去工程と、を含むチップオンボード型の発光装置の製造方法が提供される。【００１８】
この発光装置の製造方法によれば、実装工程にて、複数のＬＥＤ素子がパッケージ基板にフリップチップ実装され、各ＬＥＤ素子がパッケージ基板に電気的に接続される。次いで、除去工程にて成長基板が除去され、半導体発光部がパッケージ基板上に残留する。
このように、パッケージ基板上に半導体層のみが残るため、成長基板に起因して光学的、熱的等な性能が悪化することはない。また、ＬＥＤ素子を実装した後に成長基板を除去するようにしたので、薄型の半導体層をパッケージ基板上に形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、チップオンボード型の発光装置であっても、特殊な回路パターンを設けたり電流制御を行ったりすることなく、発光量を過度に減殺せずに演色性を向上させることのできるチップオンボード型の発光装置及びその製造を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示す発光装置の概略側面図である。
【図２】図２は、パッケージ基板の平面図である。
【図３】図３は、パッケージ基板の断面図である。
【図４】図４は、発光装置の発光スペクトルの一例を示すグラフである。
【図５】図５は発光装置の温度と平均演色評価数（Ｒａ）の関係を示す表であり、（ａ）は青色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子及び赤色ＬＥＤ素子に加えて黄色蛍光体を含むもの、（ｂ）は黄色蛍光体を含まないものを示す。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態を示すパッケージ基板の平面図である。
【図７Ａ】図７Ａ（ａ）はパッケージ基板本体に実装される青色ＬＥＤ素子の成長基板除去前の模式全体断面図であり、図７Ａ（ｂ）は成長基板除去前の青色ＬＥＤ素子の模式拡大断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂ（ｃ）はパッケージ基板本体に実装される緑色ＬＥＤ素子の成長基板除去前の模式全体断面図であり、図７Ｂ（ｄ）は成長基板除去前の赤色ＬＥＤ素子の模式拡大断面図である。
【図８】図８は、青色ＬＥＤ素子をパッケージ基板本体の実装位置上方にセットした状態を示した説明図である。
【図９】図９は、青色ＬＥＤ素子をパッケージ基板本体に実装した状態を示す説明図である。
【図１０】図１０は、青色ＬＥＤ素子の成長基板にレーザを照射している状態を示す説明図である。
【図１１】図１１は、レーザ照射装置の概略説明図である。
【図１２】図１２は、青色ＬＥＤ素子の成長基板が除去された状態を示す説明図である。
【図１３】図１３は、パッケージ基板の断面図である。
【図１４】図１４は、変形例を示し、化学エッチングで成長基板を分離している状態を示す説明図である。
【図１５】図１５は、変形例を示し、青色ＬＥＤ素子の成長基板が除去された状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１から図５は本発明の第１の実施形態を示し、図１は発光装置の概略側面図である。
図１に示すように、この発光装置７は、ガラスの筐体２と、筐体２の下側に形成され外部電源と電気的に接続される端子部４と、を有し、筐体２内にパッケージ基板１が収容されている。パッケージ基板１は、端子部４から延び無機材料からなる支持部５により支持され、内部導線６により端子部４と電気的に接続されている。
【００２２】
図２はパッケージ基板の平面図である。
図２に示すように、パッケージ基板１は、複数のＬＥＤ素子３０，４０，５０が直接的にパッケージ基板本体１０に実装されるチップオンボード型である。発光装置７は、パッケージ基板本体１０と、パッケージ基板本体１０上に形成された回路パターン２０と、パッケージ基板本体１０上に実装された複数のＬＥＤ素子３０，４０，５０と、を備えている。また、発光装置７は、パッケージ基板本体１０上で各ＬＥＤ素子３０，４０，５０を封止する封止樹脂７０（図３参照）を備えている。パッケージ基板５０は、内部導線６と直接的に接続される。
【００２３】
パッケージ基板本体１０の材質は任意であるが、例えば、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ等が用いられる。尚、パッケージ基板本体１０に、例えばガラスエポキシ等の合成樹脂を用いることも可能である。本実施形態においては、パッケージ基板本体１０は正方形状に形成され、各ＬＥＤ素子３０，４０，５０は縦方向及び横方向に整列して配置される。
【００２４】
回路パターン２０は、一対のアノード電極２１及びカソード電極２２を有し、各ＬＥＤ素子３０，４０，５０へ電力を供給する。また、回路パターン２０は、各ＬＥＤ素子が実装される複数の実装部３０，４０，５０を有し、各ＬＥＤ素子３０，４０，５０が複数素子直列に並べられた直列接続部２３と、各直列接続部２３の両端とアノード電極２１又はカソード電極２２を接続する並列接続部２４と、を有する。本実施形態においては、５つのＬＥＤ素子３０，４０，５０が並べられた５つの直列接続部２３が並列接続部２４により接続され、縦方向及び横方向に５列ずつ計２５個のＬＥＤ素子３０，４０，５０が使用される。
【００２５】
本実施形態においては、青色ＬＥＤ素子３０と、緑色ＬＥＤ素子４０と、赤色ＬＥＤ素子５０の３種類のＬＥＤ素子が使用され、複数種類のＬＥＤ素子が一体的に電気的に制御される。青色ＬＥＤ素子３０と、緑色ＬＥＤ素子４０と、赤色ＬＥＤ素子５０と、は発光波長のみならず、温度特性も互いに異なっている。各直列接続部２３には、３つの青色ＬＥＤ素子３０と、１つの緑色ＬＥＤ素子４０と、１つの赤色ＬＥＤ素子５０が実装される。
【００２６】
青色ＬＥＤ素子３０及び緑色ＬＥＤ素子４０は、例えばＩｎＧａＮ系の発光層を有し、赤色ＬＥＤ素子５０は、例えばＧａＡｓ系の発光層を有する。例えば、青色ＬＥＤ素子３０のピーク波長を４５０ｎｍ、緑色ＬＥＤ素子４０のピーク波長を５２５ｎｍ、赤色ＬＥＤ素子５０のピーク波長を６３０ｎｍとすることができる。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子３０，４０，５０はフェイスアップ型であり、それぞれワイヤ６０により回路パターン２０の直列接続部２３と電気的に接続される。
【００２７】
また、本実施形態においては、青色ＬＥＤ素子３０は、常温時から使用温度時のパワー減衰率が、緑色ＬＥＤ素子４０及び赤色ＬＥＤ素子５０よりも大きくなっている。例えば、常温を２０℃、使用温度を８０℃とした場合、光量の減衰率を青色ＬＥＤ素子３０で１５％、緑色ＬＥＤ素子４０で１０％、赤色ＬＥＤ素子５０で１０％とすることができる。
【００２８】
図３は、パッケージ基板の断面図である。
図３に示すように、パッケージ基板本体１０上の各ＬＥＤ素子３０，４０，５０は、封止樹脂７０で封止される。封止樹脂７０は、エポキシ系、シリコーン系等の透明樹脂とすることができる。また、封止樹脂７０には、青色ＬＥＤ素子３０から発せられる青色光により励起されると黄色光を発する蛍光体７１が含有されている。青色光により励起されて黄色光を発する蛍光体７１としては、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)系、ケイ酸塩系等のものを用いることができる。
【００２９】
以上のように構成された発光装置７では、回路パターン２０のアノード電極２１及びカソード電極２２に電流を印加することにより、各ＬＥＤ素子３０，４０，５０及び黄色蛍光体７１から所期の波長の光が発せられて、発光装置７から白色光が発せられる。
【００３０】
各ＬＥＤ素子３０，４０，５０が発光すると、各ＬＥＤ素子３０，４０，５０自体が発熱して温度が上昇し、各ＬＥＤ素子３０，４０，５０から発せられる光量が変化する。この光量の変化は、各種類のＬＥＤ素子３０，４０，５０の温度特性に依存する。本実施形態の発光装置７は、各種類のＬＥＤ素子３０，４０，５０の光量が変化するものの、装置全体としては常温時よりも使用温度時の平均演色評価数（Ｒａ）が大きくなるよう構成されているので、比較的高い演色性が実現される。これにより、チップオンボード型のパッケージ基板１であっても、特殊な回路パターンを設けたり電流制御を行ったりすることなく、発光量を過度に減殺せずに演色性を向上させることができる。
【００３１】
図４は、発光装置の発光スペクトルの一例を示すグラフであり、縦軸は発光強度、横軸は波長である。常温での発光スペクトルが破線、使用温度での発光スペクトルが実線である。尚、図４のデータを取得するにあたり、青色ＬＥＤ素子３０のピーク波長が４５０ｎｍ、緑色ＬＥＤ素子４０のピーク波長が５２５ｎｍ、赤色ＬＥＤ素子５０のピーク波長が６３０ｎｍ、黄色蛍光体７１のピーク波長が５９０ｎｍの発光装置７を用いた。尚、青色ＬＥＤ素子と、緑色蛍光体、黄色蛍光体及び赤色蛍光体を用いた従来例の発光装置の発光スペクトルを一点鎖線で示している。また、図５は発光装置の温度と平均演色評価数（Ｒａ）の関係を示す表であり、（ａ）は青色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子及び赤色ＬＥＤ素子に加えて黄色蛍光体を含むもの、（ｂ）は黄色蛍光体を含まないものを示す。
【００３２】
温度の上昇に伴い、各ＬＥＤ素子３０，４０，５０及び黄色蛍光体７１の光量が低下するため、図４に示すように、発光装置７の使用を開始すると全体として光量が低下する。しかし、本実施形態の発光装置７は、青色ＬＥＤ素子３０、緑色ＬＥＤ素子４０及び赤色ＬＥＤ素子５０の各発光成分が減衰すると、平均演色評価数（Ｒａ）が大きくなるよう構成される。
【００３３】
具体的には、黄色蛍光体７１を含む場合、図５（ａ）に示すように、常温（２０℃）のＲａは８２、５０℃のＲａは９２、使用温度（８０℃）のＲａは９８とすることができた。尚、黄色蛍光体７１を含まない場合は、図５（ｂ）に示すように、常温（２０℃）のＲａは７８、５０℃のＲａは９０、使用温度（８０℃）のＲａは９５であった。このように、黄色蛍光体７１の有無にかかわらず、発光装置７の温度上昇とともにＲａを大きくすることができる。
【００３４】
尚、前記実施形態においては、青色、緑色及び赤色の３種類のＬＥＤ素子を用いたものを示したが、２種類のＬＥＤ素子であっても本発明を適用可能なことはいうまでもない。また、青色のＬＥＤ素子のパワー減衰率が、緑色及び赤色のＬＥＤ素子よりも高いものを示したが、緑色又は赤色のＬＥＤ素子のパワー減衰率が他よりも高い構成としてもよい。要は、温度特性の違いを利用して、演色性が高くなるように構成されていればよい。また、発光装置７の細部構成なども適宜に変更が可能である。
【００３５】
さらに、各ＬＥＤ素子のパワー減衰率は任意に変更することができ、例えば、青色ＬＥＤ素子３０のパワー減衰率を８〜２０％、緑色ＬＥＤ素子４０のパワー減衰率を１０〜４０％、赤色ＬＥＤ素子５０のパワー減衰率を１０〜６０％の範囲とすることができる。
【００３６】
また、蛍光体７１を、赤色ＬＥＤ素子５０から発せられる赤色光により励起されると黄色光を発するアップコンバージョン蛍光体とすることもできる。さらには、蛍光体７１を、赤色光により励起される蛍光体と、青色光により励起される蛍光体とを混合させて構成することもできる。
【００３７】
ここで、本願発明者は、緑色ＬＥＤ素子４０を設けずに青色ＬＥＤ素子３０により励起されると緑色光を発する緑色蛍光体を設け、減衰率が８〜１２％の青色ＬＥＤ素子３０と、減衰率３０〜４０％の赤色ＬＥＤ素子５０と、青色ＬＥＤ素子３０から発せられる青色光により励起され黄色光を発する蛍光体７１と、の組み合わせによっても、常温時よりも使用温度時のＲａを効率よく大きくすることができることを見出した。５５０ｎｍ付近の減衰率が８〜１２％となるよう蛍光体７１を調整したところ、常温（２５℃）のＲａを９２、使用温度（８０℃）のＲａを９６とすることができた。ここで、蛍光体の減衰率は、主として封止樹脂中の濃度により調整可能である。このような構成とする場合は、青色ＬＥＤ素子３０の光度を１００ｍｃｄ以上５００ｍｃｄ以下とし、赤色ＬＥＤ素子５０の光度を３０００ｍｃｄ以上とすると、赤色ＬＥＤが減衰したとしてもＲａが下がらない状態とすることができる。また、青色ＬＥＤ素子３０と赤色ＬＥＤ素子５０のピーク波長における発光強度の比率は、常温（２５℃）で１：４〜１：６とし、使用温度（８０℃）で１：２．５〜１：３．５とすることが好ましい。尚、蛍光体に起因する５５０ｎｍ付近の発光強度は、常温時も使用温度時も青色ＬＥＤ素子３０と赤色ＬＥＤ素子５０のピーク波長における発光強度の間とする必要がある。
【００３８】
図６から図１２は本発明の第２の実施形態を示し、図６はパッケージ基板の平面図である。
【００３９】
図６に示すように、この発光装置７のパッケージ基板１０１は、パッケージ基板本体１０と、パッケージ基板本体１０上に形成された回路パターン１２０と、パッケージ基板本体１０上に実装された複数のＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０と、を備えている。また、発光装置７は、パッケージ基板本体１０上で各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０を封止する封止樹脂７０（図１３参照）を備えている。
【００４０】
回路パターン１２０は、一対のアノード電極１２１及びカソード電極１２２を有し、各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０へ電力を供給する。また、回路パターン１２０は、各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０が複数素子直列に並べられた直列接続部１２３と、各直列接続部１２３の両端とアノード電極１２１又はカソード電極１２２を接続する並列接続部１２４と、を有する。本実施形態においては、５つのＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０が並べられた５つの直列接続部１２３が並列接続部１２４により接続され、縦方向及び横方向に５列ずつ計２５個のＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０が使用される。
【００４１】
本実施形態においても、各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０が発光すると、各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０自体が発熱して温度が上昇し、各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０から発せられる光量が変化する。この光量の変化は、各種類のＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０の温度特性に依存する。本実施形態の発光装置７は、各種類のＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０の光量が変化するものの、装置全体としては常温時よりも使用温度時の平均演色評価数（Ｒａ）が大きくなるよう構成されているので、比較的高い演色性が実現される。
【００４２】
図７Ａ（ａ）はパッケージ基板本体に実装される青色ＬＥＤ素子の成長基板除去前の模式全体断面図である。
図７Ａ（ａ）に示すように、この青色ＬＥＤ素子１３０は、フリップチップ型であり、成長基板１３１の表面上に、III族窒化物半導体層からなる半導体発光部１３２が形成されたものである。成長基板１３１は、例えばサファイアからなる。また、半導体発光部１３２上には、後述するように、ｐ側電極１３８及びｎ側電極１３９が形成される。
【００４３】
図７Ａ（ｂ）は成長基板除去前の青色ＬＥＤ素子の模式拡大断面図である。図７Ａ（ｂ）においては、説明のため、成長基板１３１の一部を省略して図示している。
図７Ａ（ｂ）に示すように、半導体発光部１３２は、バッファ層１３３、ｎ型ＧａＮ層１３４、活性層１３５、光ガイド層１３６、ｐ型ＧａＮ層１３７を成長基板１３１側からこの順に有している。ｐ型ＧａＮ層１３７上にはｐ側電極１３８が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ層１３４上にはｎ側電極１３９が形成されている。
【００４４】
バッファ層１３３は、成長基板１３１上に形成され、例えばＡｌＮで構成されている。尚、バッファ層１３３をＧａＮで構成してもよい。第１導電型層としてのｎ型ＧａＮ層１３４は、バッファ層１３３上に形成され、ｎ−ＧａＮで構成されている。発光層としての活性層１３５は、ｎ型ＧａＮ層１３４上に形成され、ＧａｌｎＮで構成され、電子及び正孔の注入により青色光を発する。尚、活性層１３５を多重量子井戸構造とすることもできる。
【００４５】
光ガイド層１３６は、活性層１３５上に形成され、ｐ―ＡＩＧａＮで構成されている。第２導電型層としてのｐ型ＧａＮ層１３７は、光ガイド層１３６上に形成され、ｐ−ＧａＮで構成されている。ｎ型ＧａＮ層１３４からｐ型ＧａＮ層１３７までは、III族窒化物半導体のエピタキシャル成長により形成される。ここで、各層の厚さは、例えば、バッファ層１３３を４０ｎｍ、ｎ型ＧａＮ層１３４を５μｍ、活性層１３５を２．５ｎｍ、光ガイド層１３６を２０ｎｍ、ｐ型ＧａＮ層１３７を２００ｎｍとし、半導体発光部１３２の厚さを５２６２．５ｎｍとすることができる。尚、第１導電型層、活性層及び第２導電型層を少なくとも含み、第１導電型層及び第２導電型層に電流が印加されると、電子及び正孔の再結合により活性層にて光が発せられるものであれば、半導体層の層構成は任意である。
【００４６】
ｐ側電極１３８は、ｐ型ＧａＮ層１３７上に形成され、例えばＡｕ等の材料からなる。本実施形態においては、ｐ側電極１３８は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成される。ｎ側電極１３９は、ｐ型ＧａＮ層１３７からｎ型ＧａＮ層１３４をエッチングして、露出したｎ型ＧａＮ層１３４上に形成される。ｎ側電極１３９は、例えばＷ／Ａｌ／Ａｕから構成され、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成される。
【００４７】
図７Ｂ（ｃ）はパッケージ基板本体に実装される緑色ＬＥＤ素子の成長基板除去前の模式全体断面図である。
図７Ｂ（ｃ）に示すように、この緑色ＬＥＤ素子１４０は、フリップチップ型であり、成長基板１４１の表面上に、III族窒化物半導体層からなる半導体発光部１４２が形成されたものである。成長基板１４１は、例えばサファイアからなる。また、半導体発光部１４２上には、後述するように、ｐ側電極１４８及びｎ側電極１４９が形成される。尚、ここでは、緑色ＬＥＤ素子１４０の詳細な素子構成については詳述しない。
【００４８】
図７Ｂ（ｄ）は成長基板除去前の赤色ＬＥＤ素子の模式拡大断面図である。
図７Ｂ（ｄ）に示すように、この赤色ＬＥＤ素子１５０は、フリップチップ型であり、成長基板１５１の表面上に、ＧａＡｓ系半導体層からなる半導体発光部１５２が形成されたものである。成長基板１５１は、例えばＧａＡｓからなる。また、半導体発光部１５２上には、後述するように、ｐ側電極１５８及びｎ側電極１５９が形成される。尚、ここでは、赤色ＬＥＤ素子１５０の詳細な素子構成については詳述しない。
【００４９】
以下、図８から図１２を参照して、発光装置の製造方法について説明する。本実施形態の発光装置の製造方法は、成長基板１３１，１４１，１５１と、成長基板１３１，１４１，１５１上の半導体発光部１３２，１４２，１５２と、半導体発光部１３２，１４２，１５２上の電極１３８，１３９，１４８，１４９，１５８，１５９と、をそれぞれ有する互いに独立した複数のフリップチップ型のＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０から、所期の性能を満たすＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０を選別する選別工程と、選別工程にて選別された複数のＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０を、成長基板１３１，１４１，１５１の他の基板に接合することなく、各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０ごとに別個にパッケージ基板本体１０に直接的に実装する実装工程と、を含んでいる。また、本実施形態の発光装置の製造方法は、青色ＬＥＤ素子１３０及び緑色ＬＥＤ素子１４０について、パッケージ基板本体１０に各ＬＥＤ素子１３０，１４０が直接的に実装された状態で、ＬＥＤ素子１３０，１４０よりも大きなスポット径のレーザを走査させることなく、各ＬＥＤ素子１３０，１４０ごとに素子全体にレーザを均一に照射し、成長基板１３１，１４１の全部分を剥離する剥離工程と、パッケージ基板本体１０上の成長基板１３１，１４１の残骸を、ガスを吹き付けることにより一括して退去させる退去工程と、を含んでいる。尚、各図は青色ＬＥＤ素子１３０を例に説明しているが、緑色ＬＥＤ素子１４０及び赤色ＬＥＤ素子１５０においても同様の処理がなされる。
【００５０】
まず、発光装置の使用に適した、所期の性能を満たすＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０の選別を行う。ここで所期の性能とは、製造される発光装置の品質のばらつきが問題とならないのであれば、ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０が通電時に点灯するかしないかということになるし、発光装置の品質のばらつきが問題となるのであれば、ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０の順方向電圧、光量、色調等が所定の設計範囲内であるかないかということになる。すなわち、少なくとも点灯しないような不良のＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０はこの段階で除かれる。
【００５１】
図８は、青色ＬＥＤ素子をパッケージ基板本体の実装位置上方にセットした状態を示した説明図である。
図８に示すように、パッケージ基板本体１０における青色ＬＥＤ素子１３０との接続部位には、予めＡｕ−Ｓｎからなるはんだ１９０が蒸着されている。尚、はんだ１９０としてＡｕ−Ｓｎ以外の材料を用いることもできる。
【００５２】
図９は、青色ＬＥＤ素子をパッケージ基板本体に実装した状態を示す説明図である。
次いで、図９に示すように、所定の雰囲気下、所定の温度条件、所定の荷重条件にて、ｐ側電極１３８及びｎ側電極１３９をはんだ１９０に接合させる。所定の雰囲気は、例えば、窒素及び水素を混合したフォーミングガスの他、窒素等の不活性雰囲気とすることができる。例えば、フォーミングガスとして、水素５％、窒素９５％のものを用いることができる。また、各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０に加えられる荷重は、例えば５ｇ重以上５０ｇ重以下に設定される。温度条件は任意であるが、はんだ１９０を溶融させるためには、はんだ１９０を構成する材料の共晶温度又は融点以上の温度（例えば、２５０℃以上４００℃以下の温度）に加熱する必要がある。例えば、はんだ１９０がＡｕ８０％、Ｓｎ２０％のＡｕ−Ｓｎはんだである場合、共晶温度である約２８０℃以上に加熱する必要ある。また、はんだ１９０を例えばＳｎＡｇＣｕで構成した場合、ＳｎＡｇＣｕの融点が約２２０℃であるので、少なくとも約２２０℃以上に加熱する必要ある。このように、はんだ１９０を溶融固化してパッケージ基板本体１０に各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０を固定する。
【００５３】
図１０は、青色ＬＥＤ素子の成長基板にレーザを照射している状態を示す説明図である。
次いで、図１０に示すように、パッケージ基板本体１０の上方から各ＬＥＤ素子１３０，１４０にレーザビームを照射する。レーザビームのスポット径は、各ＬＥＤ素子１３０，１４０の平面視面積より大きく形成され、レーザビームを走査することなく、各ＬＥＤ素子１３０，１４０全体にビームを照射することができる。ここで、レーザビームはスポットの径方向について光の強度分布があることから、ＬＥＤ素子１３０，１４０より大きいほど、ＬＥＤ素子１３０，１４０に照射されるビームのエネルギーをより均一にすることができる。各ＬＥＤ素子１３０，１４０はフリップチップ型であることから、成長基板１３１，１４１が上側に位置しており、レーザビームのエネルギーが成長基板１３１，１４１と半導体発光部１３２，１４２の界面に与えられ、成長基板１３１，１４１が半導体発光部１３２，１４２から分離する。
【００５４】
ここで、各ＬＥＤ素子１３０，１４０の位置は、ＣＣＤカメラ等で認識して配置することで定まっている。これは、各ＬＥＤ素子１３０，１４０ごとに実装されていることから可能となっており、ウェハ状の基板やサブマウントにより半導体発光部１３２，１４２が連結された状態では、ＣＣＤカメラで認識することはできない。仮にＣＣＤカメラで認識可能なようにウェハにスクライブラインを形成すると、成長基板にひび割れが生じたりひずみが生じてしまう。また、本実施形態においては、ウェハの状態でレーザビームを照射する場合のようにウェハの反り等を考慮する必要がないので、レーザビームの焦点を的確に成長基板１３１，１４１と半導体発光部１３２，１４２の界面に合わせることができる。
【００５５】
ここで、図１１を参照してレーザ照射方法について説明する。図１１は、レーザ照射装置の概略説明図である。
図１１に示すように、レーザ照射装置２００は、レーザビームを発振するレーザ発振器２１０、発振されたレーザビームの方向を変えるミラー２２０、レーザビームをフォーカシングする光学レンズ２３０及びレーザビームの照射対象である作業対象物、即ちパッケージ基板本体１０を支持するためのステージ２４０を有する。また、レーザ照射装置２００は、レーザビームの経路を真空状態に維持するハウジング２５０を有している。
【００５６】
レーザ発振器２１０は、ＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマレーザとすることができる。レーザ発振器２１０で放出されたビームは、ミラー２２０で反射されて方向が変更される。ミラー２２０は、レーザビームの方向を変更するために複数設けられる。また、光学レンズ２３０は、ステージ２４０の上方に位置し、パッケージ基板本体１０に入射されるレーザビームをフォーカシングする。
【００５７】
ステージ２４０は、図示しない移動手段によりｘ方向及び／又はｙ方向に移動し、その上に載置されたパッケージ基板本体１０を移動する。レーザビームは、成長基板１３１，１４１を通して照射され、主に成長基板１３１，１４１と半導体発光部１３２，１４２の間の界面で吸収される。レーザビームは、平面視にて各ＬＥＤ素子１３０，１４０より大きなスポット径で照射される。ここで、スポット径は、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。
【００５８】
図１２は、青色ＬＥＤ素子の成長基板が除去された状態を示す説明図である。
レーザ照射装置により成長基板１３１，１４１の全部分を剥離することにより、図１２に示すように、半導体発光部１３２，１４２のみをパッケージ基板本体１０上に残すことができる。尚、剥離された成長基板１３１，１４１の残骸は、パッケージ基板本体１０上にガスを吹き付けることにより、パッケージ基板本体１０上から退去させることができる。すなわち、全ての成長基板１３１，１４１を剥離させた後に、各成長基板１３１，１４１の残骸を一括して退去させればよい。
【００５９】
また、赤色ＬＥＤ素子１５０に関しては、エッチングにより成長基板１５１を除去することにより、半導体発光部１５２のみをパッケージ基板本体１０上に残すことができる。尚、必ずしも成長基板１５１を全て除去する必要はなく、必要な厚さまで薄くすればよい。赤色ＬＥＤ素子１５０の成長基板１５１がＧａＡｓである場合は、硫酸系によるエッチングで、ＧａＡｓを任意の厚さまで薄くすることができる。
【００６０】
図１３は、パッケージ基板の断面図である。
次いで、図１３に示すように、パッケージ基板本体１０上の半導体発光部１３２を封止樹脂７０で封止する。封止樹脂７０は、エポキシ系、シリコーン系等の透明樹脂とすることができる。また、封止樹脂７０には、各半導体発光部１３２から発せられる青色光により励起されると黄色光を発する蛍光体７１が含有されている。黄色光を発する蛍光体７１としては、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)系、ケイ酸塩系等のものを用いることができる。
【００６１】
完成したパッケージ基板１は支持部５に取り付けられ、端子部４と内部導線６により接続される。この後、端子部４に筐体２を組み付けることにより、発光装置７が完成する。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の発光装置の製造方法によれば、実装工程にて、複数のＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０がパッケージ基板本体１０にフリップチップ実装され、各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０がパッケージ基板本体１０に電気的に接続される。次いで、除去工程にて成長基板１３１が除去され、半導体発光部１３２，１４２，１５２がパッケージ基板本体１０上に残留する。従来、半導体層をハンドリング可能な程度（例えば、５０μｍ）まで厚くしない限り、パッケージ基板本体１０に半導体発光部１３２，１４２，１５２のみを配置することができなかったが、パッケージ基板本体１０上での成長基板１３１，１４１，１５１のリフトオフやエッチングにより、パッケージ基板本体１０上への半導体発光部１３２，１４２，１５２の形成が可能となった。
【００６３】
このように、パッケージ基板本体１０上に半導体発光部１３２，１４２，１５２のみが残るため、成長基板１３１，１４１，１５１に起因して光学的、熱的等な性能が悪化することはない。また、各ＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０を実装した後に成長基板１３１，１４１，１５１を除去するようにしたので、図３に示すパッケージ基板１と比べても明らかなように、図１２に示す薄型の半導体発光部１３２，１４２，１５２をパッケージ基板本体１０上に形成することができる。
【００６４】
また、選別工程で予め所期の性能を満たすＬＥＤ素子１３０，１４０，１５０を選別して使用することができ、歩留まりを向上させることができる。すなわち、成長基板上に複数の半導体素子構造を形成したまま、一括してサブマウントやＡｌＮ基板に貼り付けるような従来のもののように、初期不良の素子が含まれてしまうようなことはない。また、支持基板等の他の基板への貼り付けは必要はないし、支持基板等をパッケージ基板上で剥がす必要もない。
【００６５】
また、リフトオフの際、分離した各ＬＥＤ素子１３０，１４０ごとにレーザを照射すればよく、素子が分離されない状態でウェハ全体をラインスキャンしたり素子に対応するスクライブラインの領域ごとにレーザを照射する従来の方法と比べて、成長基板１３１，１４１の剥離に分布が生じることを抑制することができ、これによっても歩留まりを向上させることができる。特に、本実施形態においては、ＬＥＤ素子１３０，１４０よりも大きなスポット径のレーザにより成長基板１３１，１４１を除去していることから、各ＬＥＤ素子１３０，１４０に均一にビームを照射することができ、成長基板１３１，１４１の剥離に分布が生じることを的確に抑制することができ、歩留まりを確実に向上させることができる。通常、レーザリフトオフは、複数のＬＥＤ素子が隣接した状態のウェハ単位で行われ、素子単位でレーザを照射しようとしても、隣接するＬＥＤ素子にも影響が及ぶことから、素子単位でレーザリフトオフをすることはできない。しかしながら、本実施形態のように、一旦ウェハから各ＬＥＤ素子を切り出すことにより、各ＬＥＤ素子ごとに完全に独立した状態でのレーザ照射が可能となる。
【００６６】
また、本実施形態の発光装置によれば、半導体発光部１３２，１４２，１５２上に成長基板１３１，１４１，１５１が存在しない、若しくは極めて薄いことから、半導体発光部１３２，１４２，１５２を薄型とすることができ、半導体発光部１３２，１４２，１５２から発する熱をパッケージ基板本体１０側へ速やかに放散させることができる。すなわち、半導体発光部１３２，１４２，１５２から成長基板１３１，１４１，１５１を通じて封止樹脂７０、蛍光体７１等への伝熱を減じて、封止樹脂７０、蛍光体７１等の劣化を抑制することができる。
【００６７】
また、成長基板１３１，１４１と半導体発光部１３２，１４２の材質が異なる青色ＬＥＤ素子１３０及び緑色ＬＥＤ素子１４０において、成長基板１３１，１４１が存在しないことにより、半導体発光部１３２，１４２と成長基板１３１，１４１との界面で光が反射することがなくなり、半導体発光部１３２，１４２からの光取りだし効率が向上する。本実施形態の発光装置を実際に製作したところ、成長基板１３１，１４１を有するものと比較して、発光効率を１０〜３０％程度向上させることができた。
【００６８】
尚、前記実施形態においては、青色ＬＥＤ素子１３０及び緑色ＬＥＤ素子１４０について、レーザを半導体発光部１３２，１４２と成長基板１３１，１４１の界面に照射して成長基板１３１，１４１を除去するものを示したが、例えば、エッチングにより成長基板１３１，１４１を除去するようにしてもよい。この場合、成長基板１３１，１４１自体をエッチングするか、成長基板１３１，１４１と活性層の間に形成された犠牲層をエッチングすることで、成長基板１３１，１４１を除去することができる。例えば、第２の実施形態の青色ＬＥＤ素子１３０の場合、バッファ層１３３を犠牲層としてエッチングすることにより、成長基板１３１，１４１を分離することが可能である。図１４に示すように、バッファ層１３３は、露出されている側面から、内方向に向かって次第に化学エッチングされることとなる。これにより、図１５に示すように、バッファ層１３３及び成長基板１３１が除去された半導体発光部１３２をパッケージ基板本体１０上に形成することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００７０】
１  パッケージ本体
７  発光装置
１０  パッケージ基板本体
２０  回路パターン
２１  アノード電極
２２  カソード電極
２３  直列接続部
２４  並列接続部
３０  青色ＬＥＤ素子
４０  緑色ＬＥＤ素子
５０  赤色ＬＥＤ素子
６０  ワイヤ
７０  封止樹脂
７１  黄色蛍光体
１０１ 発光装置
１２０ 回路パターン
１２１ アノード電極
１２２ カソード電極
１２３ 直列接続部
１２４ 並列接続部
１３０ 青色ＬＥＤ素子
１３１ 成長基板
１３２ 半導体発光部
１３３ バッファ層
１３４ ｎ型ＧａＮ層
１３５ 活性層
１３６ 光ガイド層
１３７ ｐ型ＧａＮ層
１３８ ｐ側電極
１３９ ｎ側電極
１４０ 緑色ＬＥＤ素子
１４１ 成長基板
１４２ 半導体発光部
１５０ 赤色ＬＥＤ素子
１５１ 成長基板
１５２ 半導体発光部
１９０ はんだ
【図１】
2013176062.tif 000003
【図２】
2013176062.tif 000004
【図３】
2013176062.tif 000005
【図４】
2013176062.tif 000006
【図５】
2013176062.tif 000007
【図６】
2013176062.tif 000008
【図７Ａ】
2013176062.tif 000009
【図７Ｂ】
2013176062.tif 000010
【図８】
2013176062.tif 000011
【図９】
2013176062.tif 000012
【図１０】
2013176062.tif 000013
【図１１】
2013176062.tif 000014
【図１２】
2013176062.tif 000015
【図１３】
2013176062.tif 000016
【図１４】
2013176062.tif 000017
【図１５】
2013176062.tif 000018
【国際調査報告】
2013176062.tif 000019
2013176062.tif 000020
2013176062.tif 000021
2013176062.tif 000022