(57)【要約】      （修正有）【課題】波長変換光の強度を維持しつつ、発光素子が発する発光光の光取出し効率が良好な発光装置を提供する。【解決手段】配線基板１１と、第１面と第１面と反対側の第２面を有し、配線基板と第１面にてフリップチップ接続された発光素子１２と、発光素子の第２面に固定された蛍光体板１５と、発光素子の側面を覆う蛍光体層１９と、蛍光体板と蛍光体層の側面を覆う反射部１８とを有する。蛍光体板は可視光の波長変換光を発光する第１の蛍光体１６を含有し、第１の蛍光体は結晶母体の元素を置換する元素を含まず、蛍光体層は発光素子からの発光光を励起光として第１の蛍光体よりも長波長の可視光の波長変換光を発光する第２の蛍光体を含有する。これにより、発光素子が発する発光光の光取出し効率が良好な発光装置が得られる。【選択図】図２
2018082027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
第１面と該第１面と反対側の第２面を有し、前記配線基板と第１面にてフリップチップ接続された発光素子と、
前記発光素子の前記第２面に固定された蛍光体板と、
前記発光素子の側面を覆う蛍光体層と、
前記蛍光体板と前記蛍光体層の側面を覆う反射部と
を有し、
前記蛍光体板は可視光の波長変換光を発光する第１の蛍光体を含有し、
前記第１の蛍光体は結晶母体の元素を置換する元素を含まず、
前記蛍光体層は前記発光素子からの発光光を励起光として前記第１の蛍光体よりも長波長の可視光の波長変換光を発光する第２の蛍光体を含有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１の蛍光体はＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体板は無機材料のみからなることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第２の蛍光体は窒化物蛍光体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法であって、予め前記発光素子の発光光と前記蛍光体板の波長変換光の混合光の色温度を計測し、所望の色温度となるように前記第２の蛍光体の量を決定する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、狭配光特性及び高輝度が求められる発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色ＬＥＤチップの実用化により、青色ＬＥＤチップと単種又は複数種の蛍光体との組み合わせによる白色ＬＥＤ光源が種々の分野で利用されている。近年、白色ＬＥＤ光源の高輝度化に伴い、その用途は、車両のヘッドライトにも拡大している。
【０００３】
ヘッドライト用の白色ＬＥＤパッケージでは、図１に示すように、配線基板１と、配線基板１に電気接続部３を介してフリップチップ接合されたＬＥＤチップ２と、接合部４を介してＬＥＤチップ２の裏面に接合された第１の蛍光体６を含有した蛍光体板５と、ＬＥＤチップ２，接合部４及び蛍光体板５の側面を覆う反射部８と、反射部８を囲むダム部７からなる構造が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照。）。蛍光体板５を構成する第１の蛍光体６の種類としては、ＹＡＧ系蛍光体（（Ｙ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｓｍ）３（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）５Ｏ１２：Ｃｅ）が用いられ、所望の白色光を得るために、純粋なＹＡＧ蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）ではなく、ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）の結晶母体の元素であるＹを置換する元素としてＧｄを含ませて赤みを持たせた波長変換光を発する蛍光体（（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）を用いる場合が多い。ここで、本明細書では、結晶母体の元素に置換する元素とは、蛍光体の発光中心となる付活元素（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅで言えば、Ｃｅを指す。）を含まないこととする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４６８３５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１９３２４号公報
【特許文献３】特開２０１２−００４３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｇｄ等を含ませたＹＡＧ系蛍光体は、温度上昇と共に、波長変換光の強度が弱まる度合いが大きく、白色ＬＥＤパッケージ全体としての発光強度も弱まる問題があった。また、ＬＥＤチップ２の側面からの出射される青色光は、白色樹脂により反射され、ＬＥＤチップ２に戻った際にＬＥＤチップ２により吸収されるため、ＬＥＤチップ２が発する発光光の光取出し効率が悪い問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、波長変換光の強度を維持しつつ、発光素子が発する発光光の光取出し効率が良好な発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、配線基板と、第１面と該第１面と反対側の第２面を有し、前記配線基板と第１面にてフリップチップ接続された発光素子と、前記発光素子の前記第２面に固定された蛍光体板と、前記発光素子の側面を覆う蛍光体層と、前記蛍光体板と前記蛍光体層の側面を覆う反射部とを有し、前記蛍光体板は可視光の波長変換光を発光する第１の蛍光体を含有し、前記第１の蛍光体は結晶母体の元素を置換する元素を含まず、前記蛍光体層は前記発光素子からの発光光を励起光として前記第１の蛍光体よりも長波長の可視光の波長変換光を発光する第２の蛍光体を含有することを特徴とする発光装置により解決される。
【０００８】
また、前記第１の蛍光体はＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅであることが好ましい。更に、前記蛍光体板は無機材料のみからなることが好ましい。前記第２の蛍光体は窒化物蛍光体であることが好ましい。
【０００９】
また、これらの発光装置の製造方法においては、予め前記発光素子の発光光と前記蛍光体板の波長変換光の混合光の色温度を計測し、所望の色温度となるように前記第２の蛍光体の量を決定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発光装置は、第１の蛍光体は結晶母体の元素を置換する元素を含まず、蛍光体層は前記発光素子からの発光光を励起光として前記第１の蛍光体よりも長波長の可視光の波長変換光を発光する第２の樹脂を含有している。従って、第１の蛍光体が結晶母体の元素を置換する元素を含むことに起因して、温度上昇と共に波長変換光の強度が弱まる度合いが小さく、発光装置全体としての発光強度を維持することができる。また、可視光の範囲内で短波長の第１の蛍光体を発光素子の第２の面に配置し、可視光の範囲内で長波長の第２の蛍光体を発光素子の側面に配置することにより、より視感度の高い短波長の可視光が発光装置全体の発する発光スペクトル中で強度を高く設計しやすくなり、発光装置の発する白色光の色温度の調整が容易になる。更に、発光素子の側面を第２の蛍光体を含む蛍光体層で覆うことにより、発光素子の側面から出射される発光光は第２の蛍光体により波長変換され、発光素子に戻った際に発光素子により吸収されにくくなる。
【００１１】
また、第１の蛍光体はＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅであると、更に、温度上昇と共に波長変換光の強度が弱まる度合いが小さくなる。更に、蛍光体板は無機材料のみからなる場合、発光素子の発光光による蛍光体板の変色等の劣化が生じにくくなる。また、第２の蛍光体に窒化物蛍光体を用いれば、第１の蛍光体のみならず、第２の蛍光体も温度上昇と共に波長変換光の強度が弱まる度合いが小さくなる。
【００１２】
また、予め発光素子の発光光と蛍光体板の波長変換光の混合光の色温度を計測し、所望の色温度となるように第２の蛍光体の量を決定すれば、発光装置の発する白色光の色温度の調整が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、従来の白色ＬＥＤパッケージを示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージを示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージ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】
【００１４】
以下に、添付の図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージを示す断面図である。
本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージは、配線基板１１と、配線基板１１に電気接続部１３を介して正負の電極の形成面である表面にてフリップチップ接合されたＬＥＤチップ１２と、接合部１４を介してＬＥＤチップ１２の裏面に接合された第１の蛍光体１６を含有した蛍光体板１５と、ＬＥＤチップ１２の側面を覆う蛍光体層１９と、蛍光体層１９，接合部１４及び蛍光体板１５の側面を覆う反射部１８と、反射部１８を囲むダム部１７からなる。
【００１６】
蛍光体板１５には可視光の波長変換光を発光する第１の蛍光体１６が含有され、蛍光体層１９には第１の蛍光体よりも長波長の可視光の波長変換光を発光する第２の蛍光体（図示せず。）が含有されている。
【００１７】
ＬＥＤチップ１２は、サファイア，ＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の成長基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ１−Ｘ１−Ｙ１ＩｎＸ１ＧａＹ１Ｎ、０≦Ｘ１≦１，０≦Ｙ１≦１，０≦Ｘ１＋Ｙ１≦１）層が積層されており、ＬＥＤチップ１２の一面に形成された正負の電極（図示せず）に電圧を印加することにより、例えば青色光を発光する。電圧の印加は、配線基板１１の表面に形成された配線（図示せず。）をＬＥＤチップ１２と導電性の電気接続部１３により電気的に接続し、配線を介して行う。
【００１８】
配線基板１１は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）基板やＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板等の無機材料を母材としたものや、ガラスエポキシ基板等の有機無機ハイブリッド材料を母材としたものや、可撓性のポリイミド等の有機材料を母材としたものを用いる。白色ＬＥＤパッケージが高輝度の場合には、材料の劣化を生じにくい無機材料基板が好ましい。
【００１９】
電気接続部１３は、Ａｕ（金）バンプ、ＡｕＳｎ（金錫）ペースト、Ａｕ（金），Ａｇ（銀）等の材料からなる金属ナノ粒子ペーストを用いる。Ａｕバンプの場合には、ＬＥＤチップ１２に圧力を印可しながら超音波の発振により、ＬＥＤチップ１２と配線基板１１の配線と電気的に接合させる。また、ＡｕＳｎペースト及び金属ナノ粒子ペーストの場合には、これらのペーストを加熱させて溶融又は活性化させることにより、ＬＥＤチップ１２の正負の電極と配線基板１１の配線と電気的にフリップチップ接続させる。
【００２０】
接合部１４はゾルゲルガラス等の無機材料、又は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明な熱硬化性樹脂からなり、ＬＥＤチップ１２から発光した青色光を透過させて、蛍光体板１５に含有される第１の蛍光体１６を励起できるように構成されている。
【００２１】
蛍光体板１５は、第１の蛍光体の焼結体、第１の蛍光体とＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の無機材料の焼結体、又は、第１の蛍光体を含有させたエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明な熱硬化性樹脂を母体とした樹脂硬化物からなる。白色ＬＥＤパッケージが高輝度の場合には、材料の劣化を生じにくい無機材料のみからなる第１の蛍光体の焼結体、又は、第１の蛍光体と無機材料の焼結体を選択することが好ましい。
【００２２】
第１の蛍光体１６は、結晶母体の元素を置換する元素を含まない蛍光体が用いられる。例えば、ガーネット系蛍光体では、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ，Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、シリケート系蛍光体では、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕが挙げられ、緑色〜橙色の波長変換光を発する。これらの蛍光体は結晶母体の元素を置換する元素を含まないため、結晶格子の歪が小さく、温度上昇と共に波長変換光の強度が弱まる度合いが小さい。
【００２３】
蛍光体層１９は、第２の蛍光体を含有させたゾルゲルガラス等の無機材料、又は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明な熱硬化性樹脂を母体とした樹脂硬化物からなる。
【００２４】
第２の蛍光体１９は、結晶母体の元素を置換する元素を含む蛍光体、又は、その他の蛍光体が用いられる。結晶母体の元素を置換する元素を含む蛍光体としては、例えば、ガーネット系蛍光体では、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ，シリケート系蛍光体では、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕが挙げられる。また、その他の蛍光体としては、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ（１．０≦ｘ＜２．０），ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ，ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ，（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ，Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，（Ｂａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ等の窒化物蛍光体が挙げられ、橙色〜赤色の波長変換光を発する。これらの中で、窒化物系蛍光体は、温度上昇と共に波長変換光の強度が弱まる度合いが小さい。従って、白色ＬＥＤパッケージが高輝度の場合には、窒化物系蛍光体を選択することが好ましい。
【００２５】
反射部１８は、ＬＥＤチップ１２を配線基板１１にフリップチップ接続し、蛍光体層１９，接合部１４，蛍光体板１５を順次配置した後、これらを包囲するダム部１７を形成し、ダム部１７に包囲された内部に蛍光体板１５の上面が露出するように液状の白色樹脂を塗布又は滴下して充填し、硬化させて形成される。反射部１８及びダム部１７は、ＴｉＯ２（二酸化チタニウム）等の無機材料からなる白色顔料を含有させたエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明な熱硬化性樹脂からなる。これらは、同時に硬化させてもよいし、ダム部１７を硬化させた後、反射部１８を構成する上記樹脂を塗布又は滴下して充填して硬化させてもよい。
【００２６】
以上の構成を備える本発明の実施の形態の発光装置によれば、第１の蛍光体１６は結晶母体の元素を置換する元素を含まず、蛍光体層１９はＬＥＤチップ１２からの発光光を励起光として第１の蛍光体１６よりも長波長の可視光の波長変換光を発光する第２の蛍光体を含有している。従って、第１の蛍光体が結晶母体の元素を置換する元素を含むことに起因して、温度上昇と共に波長変換光の強度が弱まる度合いが小さく、白色ＬＥＤパッケージ全体としての発光強度を維持することができる。
【００２７】
また、可視光の範囲内で短波長の第１の蛍光体をＬＥＤチップ１２の裏面に配置し、可視光の範囲内で長波長の第２の蛍光体をＬＥＤチップ１２の側面に配置することにより、より視感度の高い短波長の可視光が白色ＬＥＤパッケージ全体の発する発光スペクトル中で強度を高く設計しやすくなり、白色ＬＥＤパッケージの発する白色光の色温度の調整が容易になる。
【００２８】
更に、ＬＥＤチップ１２の側面を第２の蛍光体を含む蛍光体層１９で覆うことにより、ＬＥＤチップ１２の側面からの出射される発光光は第２の蛍光体により波長変換され、ＬＥＤチップ１２に戻った際にＬＥＤチップ１２により吸収されにくくなる。
【００２９】
また、第１の蛍光体はＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅであると、更に、温度上昇と共に波長変換光の強度が弱まる度合いが小さくなる。更に、蛍光体板１５は無機材料のみからなる場合、ＬＥＤチップ１２の発光光による蛍光体板１５の変色等の劣化が生じにくくなる。また、第２の蛍光体に窒化物蛍光体を用いれば、第１の蛍光体１６のみならず、第２の蛍光体も温度上昇と共に波長変換光の強度が弱まる度合いが小さくなる。
【００３０】
次に、図２に示す本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージの製造方法について説明する。
図３（ａ）〜図３（ｃ）及び図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージの製造方法を示す断面図である。
【００３１】
まず、図３（ａ）に示すように、配線基板１１を用意し、配線基板１１の表面に形成された所定の配線にスクリーン印刷等により金属接続部１３を設け、ＬＥＤチップ１２を金属接続部１２に対応する正負の電極と電気的に接続するように加熱させて溶融又は活性化させることにより、ＬＥＤチップ１２と配線基板１１の配線とフリップチップ接続により電気的に接合させる。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１２の側面を覆うように第２の蛍光体を含んだ蛍光体層１９の前駆体となるディスペンサー等により液状材料を滴下した後、硬化させる。この際、第２の蛍光体は、ＬＥＤチップ１２の発光光と後述する蛍光体板１５の波長変換光の混合光の色温度を計測しておき、この混合光に更に第２の蛍光体の波長変換光が混合された場合に、白色ＬＥＤパッケージ全体としての色温度が所望の色温度となる濃度で上記前駆体に含有させておく。
【００３３】
その後、図３（ｃ）に示すように、ＬＥＤチップ１２の電極形成面（表面）と反対側の面（裏面）に接合部１４の前駆体となる液状材料をディスペンサー等により滴下する。更に、図４（ａ）に示すように、蛍光体板１５を接合部１４の前駆体上に印圧して配置し、上記した部材全体を加熱することにより、接合部１４の前駆体上を硬化させる。これにより、蛍光体板１５は接合部１４を介してＬＥＤチップ１２の裏面と接合される。
【００３４】
その後、図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１２の搭載領域の外側を囲むようにダム部１７の前駆体となる液状材料をディスペンサー等により滴下した後、硬化させる。更に、図４（ｃ）に示すように、ＬＥＤチップ１２，蛍光体層１９，接合部１４及び蛍光体板１５とダム部１７の空隙部分に反射部１８の前駆体となる液状材料をディスペンサー等により滴下し、硬化させることにより本発明の白色ＬＥＤパッケージが完成する。
【００３５】
尚、図４（ｂ）に示すダム部１７の形成工程は、図３（ａ）に示すＬＥＤチップ１２の配線基板１１への接続工程前に行ってもよい。また、接合部１４，ダム部１７，反射部１８，蛍光体層１９を塗布した後に硬化させたが、これら全ては配線基板１１に配置した後に、これらを複数、又は、全一括して硬化させてもよい。
【００３６】
このような本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージの製造方法によれば、予めＬＥＤチップ１２の発光光と蛍光体板１５の波長変換光の混合光の色温度を計測し、所望の色温度となるように第２の蛍光体の量を調整するので、白色ＬＥＤパッケージの発する白色光の色温度の調整が容易になる。
【００３７】
図５は、本発明の実施の形態の白色ＬＥＤパッケージの変形例を示す断面図である。
本変形例は、上記実施の形態と配線基板１１の表面に反射層２０を設けた点において異なる。
反射層２０としては、ＴｉＯ２（二酸化チタニウム）等の無機材料からなる白色顔料を含有させたエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明な熱硬化性樹脂や、ＬＥＤチップ１２の発する発光光を反射するＳｉＯ２とＴｉＯ２等の絶縁層を繰り返し積層させた反射膜（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）からなる。
【００３８】
このような本発明の実施の形態の変形例に係る白色ＬＥＤパッケージによれば、ＬＥＤチップ１２や蛍光体層１９に含有された第２の蛍光体から発せられた発光光が配線基板１１に吸収されずに反射層２０反射されるため、白色ＬＥＤパッケージ全体としての光取出し効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
上記の本実施の形態では、窒化ガリウム系化合物半導体からなるＬＥＤチップを挙げて説明したが、これに限らず、例えば、セレン化亜鉛系化合物半導体（Ｃｄ１−Ｘ１−Ｙ１ＺｎＸ１ＴｅＹ１Ｓｅ、０≦Ｘ１≦１，０≦Ｙ１≦１，０≦Ｘ１＋Ｙ１≦１）等、その他の半導体からなるＬＥＤチップを用いてもよい。
【００４０】
また、上記の本実施の形態では、ＬＥＤチップとして青色を発光するものを用いたが、これに限らず、例えば、紫外光〜紫色光を発光するＬＥＤチップを用いてもよい。更に、上記の本実施の形態では、発光素子としてＬＥＤチップを挙げて説明したが、発光サイリスタやレーザーダイオードチップ等、その他の発光素子を用いてもよい。
【００４１】
本発明の発光装置及びその製造方法は、車両のヘッドライトや、スポット照明等、種々の光源にも適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１，１１                  配線基板
２，１２                  ＬＥＤチップ（発光素子）
３，１３                  電気接続部
４，１４                  接合部
５，１５                  蛍光体板
６                        結晶格子の元素を置換する元素を含む第１の蛍光体
１６                      結晶格子の元素を置換する元素を含まない第１の蛍光体
７，１７                  ダム部
８，１８                  反射部
１９                      第２の蛍光体を含む蛍光体層
２０                      反射層
【図１】
2018082027.tif 000003
【図２】
2018082027.tif 000004
【図３】
2018082027.tif 000005
【図４】
2018082027.tif 000006
【図５】
2018082027.tif 000007