(57)【要約】【課題】ガラスと基板との界面に発生する気泡を抑制することができる発光装置の製造方法を提供する。【解決手段】第１の温度で発光素子を搭載した基板を加熱する工程と、加熱された発光素子に酸化物基準モル％表示でＴｅＯ２  ４０〜５３％、Ｂ２Ｏ３５〜３０％、ＺｎＯ  ３〜３０％とＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３のいずれか１種または２種以上の組み合わせ０．１〜５％とを含むガラスを搭載する工程と、第１の温度以下の第２の温度で封止材料が搭載された発光素子を加熱する工程とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の温度で、発光素子を搭載した基板を加熱する工程と、
前記加熱された前記発光素子に、ガラスを搭載する工程と、
前記第１の温度以下の第２の温度で、前記ガラスが搭載された前記発光素子を加熱する工程とを有する発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記ガラスは、酸化物基準モル％表示で、ＴｅＯ２  ４０〜５３％、Ｂ２Ｏ３５〜３０％、ＺｎＯ  ３〜３０％を含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記ガラスは、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３のいずれか１種または２種以上の組み合わせ０．１〜５％を含有することを特徴とする請求項２記載の発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の温度は５５０℃以上であることを特徴とする請求項１記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記発光素子は金を含有するバンプが接続されたアルミニウムを含有する電極を有し、前記第１の温度で前記基板を加熱する工程によって、前記アルミニウムと前記金との共晶合金を生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の製造方法により製造された発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ガラスによって被覆される発光素子を備えた発光装置の製造方法及びそれにより製造される発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子を被覆する部材としてはエポキシ樹脂、シリコーン若しくはフッ素樹脂などの樹脂が主とされていた。しかし、上記部材は発光効率が足りず、従来の発光装置は一般照明や自動車用ヘッドライトとしての採用が難しかった。そこで、被覆する部材としてガラスが注目されてきている（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３３０３７２号公報
【特許文献２】米国特許公開番号：２００６／０２３１７３７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の発光装置の製造方法は、ガラスを加熱して軟化させる場合、ガラスが基板表面に付着している有機汚染物質に反応して、ガラスと基板との界面に気泡が発生する場合がある。発生した気泡は、発光素子が発した光を屈折するため、発光装置の輝度が低下したり、配光分布が変わってしまうという問題点があった。なお、特許文献１及び特許文献２のいずれも、ガラスと基板との界面に発生する気泡については何ら開示がない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様の発光装置の製造方法は、第１の温度で発光素子を搭載した基板を加熱する工程と、加熱された発光素子にガラスを搭載する工程と、第１の温度以下の第２の温度で封止材料が搭載された発光素子を加熱する工程とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ガラスと基板との界面に発生する気泡を抑制することができる発光装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
＜発光装置＞
初めに、図面を用いて発光装置について説明する。図１は、本発明の発光装置の製造方法によって製造される発光装置の構成を示す上面図である。図２は、図１に示される発光装置の線Ａ−Ａにおける断面図である。本発明の発光装置は、図１及び図２に示されるように、基板１０１と、基板１０１の主表面に形成される配線１０２と、配線１０２上に形成される接続部１０３と、接続部１０３上に設けられる発光素子１０４と、発光素子１０３の主表面及び側面を覆う封止部１０５とにより構成される。
【０００８】
基板１０１は、例えば、純度９８．０％〜９９．５％、厚さ０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの矩形のアルミナ基板である。できれば、純度９９．０％〜９９．５％、厚さ０．７ｍｍ〜１．０ｍｍの正方形のアルミナ基板が好ましい。配線１０２は、例えば、金ペーストにより製造された金配線である。配線１０２は、図１に示されるように、真上方向からみると、アルファベットの“Ｈ”のような形状をしている。そして、配線１０２の一部は、アルファベットの“Ｈ”のような形状の中央部分（図１では横方向の配線の中央部分）で、他の部分に比べて細くなり、中央でパターン分離されている。接続部１０３は、例えば、上面及び底面を有する少なくとも２つの金バンプである。接続部１０３は、図２に示されるように、断線をしている配線１０２の両端部分に、接続部１０３の底面が配線１０２と対向するように形成されている。発光素子１０４は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）と呼ばれる発光ダイオードであり、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子である。ＬＥＤには、例えば、赤色、黄緑色及び青色ダイオードがある。発光素子１０４は、接続部１０３の上面上に設けられる。ここで、発光素子１０４はプラス電極とマイナス電極の２つの電極を有し、プラス電極及びマイナス電極はそれぞれ異なる接続部１０３の上面と対向して電気的に接続されている。封止部１０５は、例えば、球状のガラスである。ここで、ガラスの形状は特に限定されないが、発光素子１０４の側面を封止する半球状若しくは完全な球状であることが望ましい。完全な球状である封止部１０５は、発光素子１０４から投射される光を効率よく、発光素子１０４の真上方向へ伝達することができる。また、ガラスは、蛍光体を含んでも良い。蛍光体をガラスに分散させることで発光光の少なくとも一部を色変換することができる。例えば黄色蛍光体のＹＡＧ：Ｃｅ３＋をガラス中に分散し、それを青色ＬＥＤ封止に用いれば、青色発光の一部が色変換して黄色となり、混色することで白色発光が得られる。
【０００９】
＜発光装置の製造方法＞
次に、図面を用いて発光装置の製造方法について説明する。図３は、本発明の発光装置の製造方法の処理フローを示すフローチャートである。本発明の発光装置の製造方法は、大きく３つのステップにより構成される。初めに、第１の温度で発光素子を搭載した基板を加熱する（ステップ３０１）。次に、加熱された発光素子にガラスを搭載する（ステップ３０２）。最後に、第１の温度以下の第２の温度でガラスが搭載された発光素子を加熱する（ステップ３０３）。ここで、第１の温度は、５００℃以上が好ましい。５００℃未満であると、発光素子を加熱する時間が３０分以上かかり、製造工程に多くの時間を要するため効率が良くない。６６０℃超であると発光素子を破壊するおそれがあるので６４０℃以下が好ましい。また、第２の温度は、６００℃以下が望ましい。６００℃超の場合、ガラスに含まれる蛍光体が破壊されるおそれがある。好ましくは５５０℃以下、より好ましくは５００℃以下である。なお、本発明の発光装置の製造方法では、ステップ３０１において、発光素子を搭載した基板を加熱している。ステップ３０１において発光素子を搭載していない基板のみを加熱しても良い。基板のみを加熱することにより、基板上の有機汚染物質を減少させるという効果が得られる。この場合、加熱した基板に発光素子を搭載するときに、新たに有機汚染物質が付着する場合もあるので、発光素子を搭載した基板を加熱することが好ましい。
【実施例】
【００１０】
＜基板＞
基板１０１として、純度９９．６０％、厚さ１ｍｍ、主表面の面積１４×１４ｍｍ２のアルミナ基板を用意した。
【００１１】
＜配線＞
配線を形成するために用いられる金ペーストは、金粉末（８０質量％）及び有機質ワニス（２０質量％）を混合し、磁器乳鉢中で１時間混練した後、三本ロールを用いて３回分散を行って製造される。金粉末は、平均粒径２μｍの球状の微粉末を用いた。また、有機質ワニスは、重合度７のエチルセルロース樹脂をα‐テレピネオールに質量比が９：１となる割合で混合したものを用いた。そして、アルミナ基板の主表面に金ペーストを所望の配線パターンが得られるようにスクリーン印刷し、１２０℃で１０分間の加熱処理を行った後、８００℃で３０分間焼成して、アルミナ基板上に金配線パターン（配線１０２）を形成する。
【００１２】
＜接続部＞
配線１０２上に、２つの接続部（バンプ）を設けた。ここで、２つのバンプは、発光素子の電極と電気的及び機械的に接続するように設けられる。具体的には、ウエストボンド社製のマニュアルワイヤボンダ（製品名７７００Ｄ）を用いて、直径２５μｍの金ワイヤ（住友金属鉱山社製ＳＧＨ−２５（商品名））によって金バンプを形成した。形成された金バンプの直径は１００μｍ、高さは２５μｍである。
【００１３】
＜発光素子＞
発光素子１０４として、豊田合成社青色ＬＥＤ（商品名：Ｅ１Ｃ３１）を用意した。この発光素子の発光ピーク波長λｐは４６２ｎｍであり、電極が形成される主表面は一辺が３２０μｍの正方形であり、対角線の長さＬは４５３μｍである。図４は、発光素子１０４の上面図である。図５は、発光素子１０４の断面図である。発光素子１０４は、図４に示すように、プラス電極４０１の領域と、マイナス電極４０２の領域の２つの領域を有する。また、発光素子１０４は、図５に示されるように、サファイア基板５０１と、サファイア基板５０１上に設けられるｎ＋層５０２と、ｎ＋層５０２上に設けられるｎ型ＧａＮのクラッド層５０３と、ｎ型ＧａＮのクラッド層５０３上に設けられる発光層５０４と、発光層５０４上に設けられるＡｌＧａＮのクラッド層５０５と、ＡｌＧａＮのクラッド層５０５上に設けられるプラス電極５０６と、ｎ＋層５０２上に設けられるマイナス電極５０７とを備える。ここで、プラス電極５０６は、Ｒｈ（ロジウム）３４０ｎｍで構成されている。また、マイナス電極５０７は、Ｔｉ（チタン）１００ｎｍとＡｌ（アルミニウム）１．２μｍで構成されている。これらの電極の上には厚さ１．２μｍのＡｕ（金）で構成された接続用パッドが形成されている。
【００１４】
＜封止部＞
封止部１０５として、酸化物基準モル％表示の組成が、ＴｅＯ２  ４７％、Ｂ２Ｏ３  ２８％、ＺｎＯ  ２４％、Ｂｉ２Ｏ３  １％を含有するガラスを用意した。このガラスの屈折率ｎｄは波長５８８ｎｍで１．８８０、屈折率ｎｆは波長４８６ｎｍで１．９０４、屈折率ｎｇは波長４３３ｎｍで１．９２４である。また、このガラスのガラス転移点は３９０℃、軟化温度は４３０℃である。ここでは、上記ガラスを縦３ｍｍ×横３ｍｍ×高さ１．６ｍｍのブロック状に加工して用いた。
【００１５】
＜封止前の加熱評価実験＞
例１〜例３は実施例であり、例４〜例７は比較例である。なお、例７は、ガラス封止前の加熱処理を行っていない例である。例１〜例６で使用した加熱装置として、本件出願人が先に出願した特願２００６−０７２６１２の図３に開示した装置を用いた。この加熱装置は、チャンバ下方に設けた赤外線ランプと反射ミラーにより、チャンバ内の石英ステージを加熱し、石英ステージ上で発光素子及びガラスへの加熱を行った。
【００１６】
初めに、図面を用いて、実験の流れを説明する。図６は、この実験の手順を示すフローチャートである。最初に、Ａｕ（金）配線が主表面に形成されたアルミナ基板を準備し、上述した加熱装置の石英ステージ上の所定の位置に配置する（ステップ６００）。次に、加熱装置の赤外線ランプを用いて、石英ステージを加熱することにより、間接的にアルミナ基板を加熱する（ステップ６０１）し、冷却する（ステップ６０２）。ここで、加熱から冷却の一連の手順について、図面を用いて説明する。図７は、加熱時間と加熱温度の関係を示すグラフである。図７に示すように、一定時間（ｔ１）で所望の温度（ＴＥＭ）まで加熱し、所望の温度に達した後に一定時間（ｔ２）しばらくその温度を維持し、その後、一定時間（ｔ３）で室温まで冷却する（ステップ６０２）。次に、冷却された発光素子上に、ブロック形状に加工されたガラスを配置する（ステップ６０３）。次に、ステップ６０１及び６０２と同様に、ガラスが搭載された発光素子を加熱＆冷却し（ステップ６０４）、その後、泡評価を行った（ステップ６０５）。ここで、泡評価とは、アルミナ基板の主表面とガラスとの界面及びアルミナ基板の主表面に形成されたＡｕ配線とガラスとの界面に生じた泡数を泡数の直径（μｍ）毎に計数した。結果を表に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
上記表に示されるように、例７において発生したＡｕ配線上の泡数（直径２０〜１００で２０個）は、例１〜例３では０〜１個まで減らすことができた。また、例７において発生したアルミナ基板上の泡数（直径２０〜１００で４０個）は、例１〜例３では０〜２個まで減らすことができた。特に、例３は、Ａｕ配線及びアルミナ基板上のいずれも泡の発生を抑制することができた。
【００１９】
＜発光装置の製造方法＞
酸化物基準モル％表示の組成が、ＴｅＯ２  ４７％、Ｂ２Ｏ３  ２８％、ＺｎＯ  ２４％、Ｂｉ２Ｏ３  １％を含有するガラスを準備した。そして、そのガラスを、厚みが１．５ｍｍ、大きさが３ｍｍ×３ｍｍであるガラス板に加工し、その後その両面を鏡面研磨した。また、金の配線パターンを形成したアルミナ基板（厚み：１ｍｍ、大きさ：１４ｍｍ×１４ｍｍ）と豊田合成社製ＬＥＤ（商品名：Ｅ１Ｃ６０−０Ｂ０１１−０３）に接続バンプを形成したものとを用意し、アルミナ基板にこのＬＥＤをフリップチップ実装した。そして、ＬＥＤを実装したアルミナ基板を電気炉（ＩＲ加熱装置）に入れ、６２０℃で加熱処理をした。昇温速度は３００℃／分、６２０℃での保持時間は２分、降温速度は３００℃／分に設定した。このフリップチップ実装したＬＥＤの上に、上述のガラス板を載置したものを電気炉に入れ、毎分２５℃の速度で５００℃まで昇温しその温度に５分間保持し、ガラス板を軟化流動させてＬＥＤを被覆した。その後、毎分２５℃の速度で冷却を行った。ＬＥＤを被覆しているガラスを目視観察したところその表面付近には泡は認められなかった。このようにして得られたガラス被覆ＬＥＤ素子に直流電圧を印加したところ、青色の発光が確認できた。出来上がったガラス封止ＬＥＤの特性を評価した。評価は浜松ホトニクス製量子収率測定装置Ｃ９９２０−１でＥＬ測定を可能にしたものである。発光開始電圧は２．４Ｖであり、ベアチップに対するものと同じであった。また２０ｍＡの定格電流を得るのに必要な電圧は３．１から３．２Ｖであり、加熱処理前後での変化は見られなかった。更に２ｍＡの電流を印加したときに得られる光束は、加熱処理前で０．０４１ｌｍだったのに対して、ガラス封止処理後では、０．０５５ｌｍとなっており高屈折率ガラスにより封止したことによる光取り出し効率の向上が確認された。これらのことからＬＥＤ素子発光層に損傷がないことがわかった。つまり、本発明の方法で製造されたガラス被覆発光装置は、加熱を行ったＬＥＤを上記の成分を有するガラスで５００℃で封止しても、電圧・電流特性や電流・輝度特性が保持されているが確認できた。
【００２０】
＜マイナス電極近傍の観測＞
サファイア基板５０１上に設けられるｎ＋層５０２と、ｎ＋層５０２上に設けられるマイナス電極５０７と、接続部１０３との積層状態を観測する実験を行った。マイナス電極を観測するために、日本電子社製の電子顕微鏡（ＳＥＭ）装置（ＪＳＭ６３４０）を用いた。この実験では、第１の温度で発光素子を搭載した基板を加熱する工程（図３のステップ３０１）が、発光素子の特性にどのような影響を与えるかを確認した。そのため、加熱なし、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃におけるマイナス電極の積層状態を観測した。
観測結果を図８〜図１２に示す。図８は、熱処理を行っていないマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。図９は、３００℃で熱処理を行った後のマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。図１０は、４００℃で熱処理を行った後のマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。図１１は、５００℃で熱処理を行った後のマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。図１２は、６００℃で熱処理を行った後のマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。
図８〜図１２からわかるように、３００℃からアルミニウム層と金層との界面に反応が現れ、６００℃で共晶合金が生成されているのが確認できた。ここで、熱処理しないで、ガラス封止した場合には、マイナス電極が、アルミニウムと金がアモルファス状態になっており、電子注入性が悪化しているのに対して、６００℃で熱処理すると、アルミニウムと金の共晶合金が生成されることにより、電子の注入性が向上していると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の発光装置は、一般照明や自動車用ヘッドライトに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の発光装置の製造方法によって製造される発光装置の構成を示す上面図である。
【図２】図２は、図１に示される発光装置の線Ａ−Ａにおける断面図である。
【図３】図３は、本発明の発光装置の製造方法の処理フローを示すフローチャートである。
【図４】図４は、発光素子の上面図である。
【図５】図５は、発光素子の断面図である。
【図６】図６は、この実験の手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、加熱時間と加熱温度の関係を示すグラフである。
【図８】熱処理を行っていないマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。
【図９】３００℃で熱処理を行った後のマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。
【図１０】４００℃で熱処理を行った後のマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。
【図１１】５００℃で熱処理を行った後のマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。
【図１２】６００℃で熱処理を行った後のマイナス電極の積層状態を観測結果を示す観測写真である。
【符号の説明】
【００２３】
１０１：基板
１０２：配線
１０３：接続部
１０４：発光素子
１０５：封止部
【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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【図１１】
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【図１２】
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