(57)【要約】      （修正有）【課題】表面に不透明な電極パターンのある発光素子を有する発光装置において、同一製品内で色ムラが発生しない波長変換層構造と製造方法を提供する。【解決手段】表面に電極パターンを持った発光素子３と、発光素子の表面に形成された波長変換層１３とを有する発光装置１において、電極パターン上に透光性部材２を配置することにより、電極パターン上に弱い青色光が廻り込み、かつ、波長変換層の厚みを薄くでき、同一製品内の色ムラを解消する。【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、前記発光素子上に配置された蛍光体粒子とバインダー部材とを含む波長変換層と、を有する発光装置において、
前記発光素子は、導電性半導体積層構造と給電用電極からなり、
前記給電用の電極は、第１電極と第２電極からなり、
前記第１電極は、電極パターンと繋がっており、
前記電極パターンは、前記発光素子の表面に形成されおり、
前記波長変換層は、凸状の透光性部材を含んでおり、
前記透光性部材は、前記電極パターンの上に配置されており、
前記波長変換層は、前記透光性部材を覆うように前記発光素子の表面に形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の前記発光装置において、前記透光性部材の底面のサイズは、前記電極パターンのサイズより大きいことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１、２に記載の前記発光装置において、前記発光素子は、フェースアップタイプであり、
前記電極パターンは、前記発光素子表面まで貫通した孔の中に形成されたビア電極であることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の前記発光装置において、
前記波長変換層は、前記発光素子の中心付近を頂点とする弧を描いて内側に傾斜した形状をしており、
前記透光性部材は、外周の前記ビア電極表面上に配置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項３に記載の前記発光装置において、前記波長変換層の表面は、平坦な形状をしており、
前記透光性部材は、全ての前記ビア電極表面上に配置されていることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子からの光を波長変換層で変換する発光装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子からの光の一部を蛍光体で異なる波長の光に変換し、発光素子からの光と混合して出射する発光装置が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の発光装置は、フェースアップタイプの発光素子上に、弧を描いて内側に傾斜した波長変換層を形成している。波長変換層は、蛍光体粒子と透光性樹脂を分散したペーストであり、ディスペンサなどで発光素子の上面に滴下後硬化することで、弧を描いて内側に傾斜した形状としている。これにより、発光装置の端部における発光部と非発光部の輝度差が急峻な発光装置を得ている。
【０００４】
特許文献２の発光装置は、ステンシル印刷によって波長変換層を発光素子の周囲に塗布しているため、均一な膜厚の波長変換層を形成することが可能である。膜厚が一定のため均一な発光が可能である。
【０００５】
特許文献３には、フェースアップタイプの発光素子の従来例が記載されている。発光素子の第１電極は、素子下側から第２導電型半導体層、活性層および第１導電型半導体層の表面まで貫通した複数のビア電極が配列された構造になっている。この発光素子は、不透明な支持基板上に導電型半導体層を形成しているため、発光素子の表面からしか青色光は出射されない。
【０００６】
特許文献４は、フェースアップタイプタイプの発光素子の従来例であるが、発光素子の表面にアルミニウムなどの不透明なオーミック電極層が形成された電極構造をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５２１２７７７号
【特許文献２】特開２００２−１８５０４８
【特許文献３】特表２０１０−５０７２４６
【特許文献４】特開２０１１−２４３９５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３に記載のフェースアップタイプの発光素子１２５に、特許文献１の波長変換層構造を形成した比較例の発光装置１２６の上面図を図８（ａ）に示す。図８（ｂ）に発光装置１２６のＡ−Ａ線上の断面図を示す。発光素子１２５の表面上に弧を描いて内側に傾斜した波長変換層１１３ａを形成した。
【０００９】
しかしながら、特許文献３の発光素子１２５の場合、直流電流を第１電極１１６と第２電極１２０の間に通電すると、活性層１１８から青色光が発光し第１導電型半導体層１１７を通過し、波長変換層１１３ａ内の蛍光体粒子に当たり黄色光に変換し、波長変換せずに残った青色光と混ざり、白色光が外部に出射される。
【００１０】
ビア電極１１６ｂは第１導電型半導体層１１７の表面まで貫通しているため、ビア電極表面１１６ａの周囲の青色発光は強く、発光装置１２６から外部へ出射する白色光も明るい。しかしながら、ビア電極表面１１６ａの直上は青色発光せず、ビア電極１１６ｂ周囲の入射角度６０°以上の弱い青色光が廻り込む程度なので、ビア電極表面１１６ａの上の蛍光体粒子を十分励起することは不可能なり、通電時の発光装置１２６のビア電極表面１１６ａの上は暗部（ダークスポット）ができる。
【００１１】
中央付近のビア電極表面１１６ａの上は、波長変換層１１３が厚いため、複数の蛍光体粒子の重なりでダークスポットが幾分判別しにくい。しかしながら、外周のビア電極表面１１６ａの上は、波長変換層１３の薄いため蛍光体粒子の隙間からダークスポットが現われ、同一製品内で色ムラが発生する。
【００１２】
特許文献３に記載のフェースアップタイプの発光素子１２５に、特許文献２の波長変換層構造を形成した比較例の発光装置１２７の断面図を図９に示す。発光素子１２５の表面上に均一厚みの波長変換層１１３ｂが形成した。
【００１３】
しかしながら、特許文献３のビア電極構造の発光素子１２５の場合も、発光素子１２５に通電してもビア電極表面１１６ａは青色発光せず、ビア電極１１６ｂの周囲から廻り込む弱い青色光でビア電極表面１１６ａの周囲の蛍光体粒子を励起できないため、ビア電極表面１１６ａは暗くて丸いダークスポットができる。また、波長変換層１１３ｂの厚みは均一で、特許文献１の波長変換層よりも薄いため、通電時は全てのビア電極表面１１６ａでダークスポットが発光装置１２７の表面上に現われ、同一製品内で色ムラが発生する。
【００１４】
特許文献４に記載の発光素子１３０に、特許文献１の波長変換層構造を形成した比較例の発光装置１２９の上面図を図１０（ａ）に示す。図１０（ｂ）に発光装置１２９のＢ−Ｂ線上の断面図を示す。発光素子表面には、青色光の均一発光のためにＵの字状の第１電極１３１が形成され、均一厚みの波長変換層１１３ｂが形成されている。
【００１５】
しかしながら、第１電極は不透明な材料をしているため、第１電極１３１の下からの青色光は遮蔽され、第１電極１３１の上はダークスポットができ、同一製品内で色ムラが発生する。
【００１６】
本発明は、表面に不透明な電極パターンのある発光素子を有する発光装置において、同一製品内で色ムラのない波長変換層構造と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】
【００１７】
上記目的を達成するために、発光素子と、前記発光素子上に配置された蛍光体粒子とバインダー部材とを含む波長変換層と、を有する発光装置において、前記発光素子は、導電性半導体積層構造と給電用電極からなり、前記給電用の電極は、第１電極と第２電極からなり、前記第１電極は、電極パターンと繋がっており、前記電極パターンは、前記発光素子の表面に形成されおり、前記波長変換層は、凸状の透光性部材を含んでおり、前記透光性部材は、前記電極パターンの上に配置されており、前記波長変換層は、前記透光性部材を覆うように前記発光素子の表面に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記透光性部材の底面のサイズは、前記電極パターンのサイズより大きいことを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１、２に記載の発明において、前記発光素子は、フェースアップタイプであり、前記電極パターンは、前記発光素子表面まで貫通した孔の中に形成されたビア電極であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記波長変換層は、前記発光素子の中心付近を頂点とする弧を描いて内側に傾斜した形状をしており、前記透光性部材は、外周の前記ビア電極表面上に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記波長変換層の表面は、平坦な形状をしており、前記透光性部材は、全ての前記ビア電極表面上に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、凸状の透光性部材を発光素子の電極パターン上に配置することによって、電極パターンに起因する同一製品内の色ムラを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における発光装置１の上面図であり、図１（ｂ）は、第１の実施の形態における発光装置１のＣ−Ｃ線の断面図
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態における発光装置１の製造方法
【図３】第１の実施の形態における発光装置１の白色光出射のイメージ図
【図４】図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の発光装置４の上面図であり、図４（ｂ）は、第２の実施の形態の発光装置４のＤ−Ｄ線の断面図
【図５】第２の実施の形態における発光装置４の白色光出射のイメージ図
【図６】図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の発光装置５の上面図であり、図６（ｂ）は、第３の実施の形態の発光装置５のＥ−Ｅ線の断面図
【図７】第３の実施の形態における発光装置５の白色光出射のイメージ図
【図８】図８（ａ）は、比較例の発光装置１２６の上面図であり、図８（ｂ）は、発光装置１２６のＡ−Ａ線上の断面図
【図９】図９は、比較例の発光装置１２７の断面図
【図１０】図１０（ａ）は、比較例の発光装置１２９の上面図であり、図１０（ｂ）は、発光装置１２９のＢ−Ｂ線上の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の発光装置１の上面図であり、図１（ｂ）は、そのＣ−Ｃ線の断面図である。
【００２５】
図１（ａ）や図１（ｂ）に示すように、発光装置１はフェースアップタイプの発光素子３の表面上に、透光性部材２と波長変換層１３（図１（ａ）は不図示）を備えている。
【００２６】
発光素子３は、１ｍｍ角のＧａＮ系の青色発光ダイオードで、支持基板２と導電型半導体積層１２からなる。導電型半導体積層１２は、第１導電型半導体層１７、活性層１８、第２導電型半導体層１９からなり、厚みは５μｍ程度である。発光素子３は、支持基板２１上に、第１電極１６、絶縁層２３、第２電極２０、第２導電型半導体層１９、活性層１８および第１導電型半導体層１７の順に形成されている。第１電極１６は、第２導電型半導体層１９、活性層１８および第１導電型半導体層１７を貫く貫通孔１６ｃ（ビアホール）内に形成されたビア電極１６ｂに繋がっている。ビア電極１６ｂは、チタン、金、銅、もしくは、銀のいずれかを含んだ導電性材料で充填され、ビア電極１６ｂが導電型半導体積層１２内に電極パターンのように配列されている。ビア電極１６ｂは直径６０μｍで１２個配置したが、発光素子のサイズや所望の出力によって、ビア電極１６ｂの直径や個数は適宜変更するため、特に限定されるものではない。
【００２７】
発光素子３の表面上には、蛍光体粒子１３ａ（不図示）とバインダーである透光性樹脂１３ｂ（不図示）が混ざった波長変換層１３が形成されている。蛍光体粒子１３ａは、Ｃｅ等の付活剤が導入されたＹＡＧを使用し、透光性樹脂１３ｂは、シリコーン系透明樹脂を混合したものを使用した。波長変換層１３は、発光素子３の中心付近を頂点とする弧を描いて内側に傾斜した形状をしている。波長変換層１３の厚みは、弧の頂点が１００μｍとし、発光素子３の外周へ向かうほど薄くなる。ただ、弧の頂点の厚みは、６０〜２００μｍ範囲でもよい。波長変換層１３の厚みにより、蛍光体濃度は所望の白色の色度が得られるように適宜変更している。
【００２８】
透光性部材２は、凸状の形状をしており、発光素子３の外周のビア電極表面１６ａに配置され、中央寄りのビア電極には配置していない。波長変換層１３は、透光性部材２を覆うように発光素子３の表面上に配置し、青色光の直射が外部へ漏れないように透光性部材２が外部に曝されないようしている。透光性部材２の底面のサイズは、ビア電極１６ｂの直径よりも大きく８０μｍで、高さは１５μｍとした。しかし、透光性部材２の底面を大きくすれば青色の廻りこみは多くなり、高さを大きくすれば波長変換層１３の厚みを薄くできるので、所望の色ムラに調整するために、透光性部材２の底面のサイズと高さは適宜変更するのは当然である。
【００２９】
透光性部材２や波長変換層１３の透明樹脂１３ｂの材料は、耐熱性や耐光性の高いジメチル系シリコーン樹脂を使用した。他にもエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂またはフェノール系シリコーン樹脂を使用してもよい。また、散乱材を混ぜて、透光性部材２に散乱性を持たせてもよい。
【００３０】
図２（ａ）〜（ｃ）に、第１の実施の形態における発光装置１の製造方法を示す。図２（ａ）に示すように、発光素子１をサブマウント基板もしくは回路基板（不図示）に実装し、Ａｕ線ワイヤ８をワイヤボンディングする。次に、図２（ｂ）に示すように、ビア電極１６ｂの直径よりも大きいサイズの透光性部材２を微量ディスペンサで外周のビア電極表面１６ａに全てに滴下する。透光性部材２の硬化は、ベーク炉よって、硬化温度１２０℃、硬化時間１０分で半硬化させた。硬化温度は透光性部材２が固化し始める温度以上で、硬化時間も透光性部材２の流動性が止まる程度であればよい。また、硬化中の透光性部材２の粘度緩みを防ぐために、レーザでピンポイント照射し、急速な硬化もしく半硬化させてもよい。図２（ｃ）に示すように、所望の色度になるように蛍光体濃度を調整した蛍光体粒子１３ａと透明樹脂１３ｂの混合液をディスペンサで発光素子３の表面に適量滴下し、表面張力を利用して、発光素子３の中心付近を頂点とする弧を描いて内側に傾斜した波長変換層１３を形成した。その後、硬化温度１５０℃、硬化時間４時間で波長変換層１３を本硬化させた。
【００３１】
透光性部材２は、発光素子３の表面上に滴下しても凸形状を保つように、透光性樹脂１３ｂよりも粘度が高く流動性の低い材料を使用しており、硬化時も粘度が低下しすぎない材料の方が好ましい。図２（ｂ）の透光性部材２の滴下に使用したディスペンサは、図１（ａ）に示す外周のビア電極位置に対応した複数本のノズルを持たせたものを使用すれば、一度に透光性部材２を全てのビア電極２２ａ上に滴下できるため、工数の時間を短縮できる。また、ディスペンサ以外の方法で、細針の先に透光性部材２の液を付けて、スタンプするようにビア電極表面１６ａの上に透光性部材２を形成する方法を用いてもよい。さらに、液状の透光性部材の代わりに、成型済みの所望の凸形状の部材を透明な接着剤で、ビア電極表面１６ａに配置してもよい。
【００３２】
図３は、第１の実施の形態における発光装置１の白色光出射のイメージ図である。直流電流を第１電極１６と第２電極２０の間に通電すると、活性層１８から青色光が発光し第１導電型半導体層１７を通過し、波長変換層１３内の蛍光体粒子１３ａに当たり黄色光に変換し、波長変換せずに残った青色光と混ざり、白色光が外部に出射される。
【００３３】
ビア電極１６ｂの周囲は、活性層１８から出た青色光が直接蛍光体に当たり、明るい白色光が外部へ出射される。中央寄りのビア電極表面１６ａは全て暗くて丸いダークスポットになるが、波長変換層１３が厚いため、中央付近のビア電極表面１６ａのダークスポットは幾分判別しにくいので、透光性部材２の配置は必ずしも必要ない。外周のビア電極表面１６ａには、ビア電極１６ｂの直径よりも大きいサイズの透光性部材を形成することにより、弱い青色光が透光性部材２を導波してビア電極表面１６ａの上方に廻り込み、外周のビア電極表面１６ａの上方にある蛍光体粒子１３ａを発光させることができる。
【００３４】
また、透光性部材２の高さＨ１によって透光性部材２を設けた部分の波長変換層１３は、従来の厚みＪ１に比べて、（Ｊ１−Ｈ１）分減るため、弱い青色光でもビア電極表面１６ａは白色化しやすくなり、ダークスポットが消えると共に、外周のビア電極１６ｂの周囲の発光色に近づき、同一製品内の色ムラが改善される。
【００３５】
第１の実施の形態では、外周のビア電極表面１６ａしか透光性部材２を配置しなかったが、中央付近のビア電極表面１６ａに配置すれば、わずかに見える中央付近のダークスポットも消え、同一製品内の色ムラをさらに改善できる。
【００３６】
ビア電極１６ｂは導電性材料で充填しているだけなので、ビア電極表面１６ａは必ずしも平坦ではない。数μｍ以下の湾曲した凹面もしくは凸面になっている場合もある。しかし、液性の透光性部材２を形成するため、多少の凹凸があっても、問題なく凸状の透光性部材２を形成することは可能である。
【００３７】
透光性部材２の形状はドーム状になっているが、凸状になっていればよく、他にも、半球状、立方体、直方体、円柱状でもよい。
【００３８】
図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の発光装置４の上面図であり、図４（ｂ）は、そのＤ−Ｄ線の断面図である。発光装置４は、フェースアップタイプの発光素子３、透光性部材２と波長変換層１４（図４（ａ）は不図示）から構成されている。発光素子３は、第１の実施の形態と同じものを使用している。透光性部材２および波長変換層１４は、第１の実施の形態と同じ材料を使用している。
【００３９】
波長変換層１４の表面の形状は平坦で、発光素子３の表面に対してほぼ平行な面になっている。波長変換層の塗布はステンシル印刷で行ったため、波長変換層１４は、透光性部材２の凸部に関係なく、透光性部材２を覆うように波長変換層１４の表面を平坦に形成できる。波長変換層１４の厚みは４０μｍで形成したが、３０〜１００μｍであっても問題ない。波長変換層１４の表面は平坦になっていると記したが、使用した蛍光体粒子１３ａの平均粒径は１５μｍの突出があるため、蛍光体の平均粒径の半分程度の凹凸も平坦という表現に含まれる。
【００４０】
透光性部材２は、全てのビア電極表面１６ａに配置されている。透光性部材２の底面のサイズは、第１の実施の形態と同じく、ビア電極１６ｂの直径よりも大きくしている。
【００４１】
図５は、第２の実施の形態における発光装置４の白色光出射のイメージ図である。ビア電極表面１３ａの直上に、ビア電極１６ｂの直径より大きなサイズの透光性部材２を配置することにより、弱い青色光が透光性部材２を導波してビア電極表面１６ａに廻り込み、ビア電極表面１６ａの上方の蛍光体粒子を発光させることができる。
【００４２】
透光性部材２の高さＨ２によって透光性部材２を設けた部分の波長変換層１３は、従来の厚みＪ２に比べて、（Ｊ２−Ｈ２）分減るため、弱い青色光でもビア電極表面１６ａは白色化しやすくなり、ダークスポットが消えると共に、外周のビア電極１６ｂ周囲の発光色に近づき、同一製品内の色ムラが改善される。
【００４３】
図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の発光装置５の上面図であり、図４（ｂ）は、そのＥ−Ｅ線の断面図である。発光装置５は、発光素子６、透光性部材２と波長変換層１４（図６（ａ）は不図示）から構成されている。
【００４４】
発光素子６は、表面に導電性薄膜層の電極パターン１１が形成されている。電極パターン１１の材料は、導電性材料のアルミニウム、銀、金などの不透明な材料を使用している。不図示だが、電極パターンの導電性材料と発光素子６の表面との密着性を上げるためにチタンなどの接着層を挟むのは当然である。電極パターン１１の形状は、上面視でＵの字状となっているが、青色発光分布が変われば、形状も適宜変更するのは当然である。
【００４５】
波長変換層１４の表面の形状は平坦で、第２の実施の形態で使用した波長変換層１４の材料や形状と同じである。波長変換層の厚さは４０μｍとしたとしたが、蛍光体濃度により適宜変更するのは当然である。
【００４６】
ワイヤパッド９を除く、電極パターン１１の上に透光性部材２を配置した。透光性部材２の底面のサイズは１４０μｍと、電極パターン１１の幅１００μｍのサイズよりも大きく設定している。透光性部材の高さは１５μｍとした。しかしながら、透光性部材２の底面のサイズを大きくすれば、青色光の廻り込みも増え、透光性部材２の高さを大きくすれば、電極パターン１１の上方の波長変換層も薄くなる。発光装置５の色度調整により、波長変換層１４の蛍光体密度や厚みが変われば、透光性部材２の底面のサイズや高さは適宜変更されるのは言うまでもない。本実施の形態は、ワイヤパッド９の上に波長変換層１４が覆われていないため、ワイヤパッド上に透光性部材２を配置しなかった。しかし、ワイヤパッド９上に波長変換層１４が塗布される場合は、透光性部材２をワイヤパッド上に形成してもよい。
【００４７】
図７は、第３の実施の形態における発光装置５の白色光出射のイメージ図である。電極パターン１１の表面に、透光性部材２を配置することにより、弱い青色光が透光性部材２を導波して電極パターン１１の上に廻り込み、電極パターン１１の上方の蛍光体粒子を発光させることができる。また、波長変換層１４の厚みも薄くなっているため、弱い青色光でも電極パターン１１上の色度を白色にできるため、ダークスポットが消えることはもちろん、電極パターン１１周囲の発光色に近づき、同一製品の色ムラを改善できる。
【００４８】
不図示だが、第４の実施の形態として、第１の実施の形態の前記発光素子の中心付近を頂点とする弧を描いて内側に傾斜した形状の波長変換層を発光装置５の上に形成しても、第３の実施の形態と同じく電極パターンの幅のサイズより、底面のサイズが大きい透光性部材２を配置すれば、同一製品の色ムラを改善できる。
【００４９】
以上の実施の形態において、発光素子表面の電極パターンによる色ムラを改善することが目的のため、配置の仕方や個数によって、ダークスポットの位置は実施の形態以外の場合もあるが、そのような場合でも、同一製品内の色ムラに起因するダークスポットのある電極パターン上に、透光性部材２を配置すれば、電極パターン上も白色発光することができ、同一製品内の色ムラを改善できる。
【符号の説明】
【００５０】
１、４、５、…発光装置、２…透光性部材、３、６…発光素子、１２…導電型半導体積層、１３、１４…波長変換層、１６…第１電極、１６ａ…ビア電極表面、１６ｂ…ビア電極、１７…第１導電型半導体層、１８…活性層、１９…第２導電型半導体層、２０…第２電極、２１…支持基板、２３…絶縁層
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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