(57)【要約】【課題】  電気泳動沈着により、光取り出し効率を向上させた発光装置を形成する。【解決手段】  本発明は、発光素子と、蛍光物質と、を備えた発光装置の形成方法であって、上記蛍光物質と透光性材料とを含む第一の溶液中に、上記発光素子を配置させる第一の工程と、上記第一の溶液中における電気泳動により、蛍光物質を上記発光素子に堆積させる第二の工程と、透光性材料を主材料として含む第二の溶液中に、上記蛍光物質が堆積された発光素子を配置させる第三の工程と、上記第二の溶液中における電気泳動により、上記蛍光物質の堆積物に、上記第二の溶液に含まれる透光性材料を含浸させる第四の工程と、を有することを特徴とする。【選択図】  図１
2008066365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、蛍光物質と、を備えた発光装置の形成方法であって、
前記蛍光物質と透光性材料とを含む第一の溶液中における電気泳動により、前記蛍光物質を前記発光素子に堆積させる第一の工程と、
透光性材料を主材料として含む第二の溶液中における電気泳動により、前記蛍光物質の堆積物に、前記第二の溶液に含まれる透光性材料を含浸させる第二の工程と、を有することを特徴とする発光装置の形成方法。
【請求項２】
前記第一の溶液または前記第二の溶液に含まれる透光性材料は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＹあるいはＰｂから選択される少なくとも一種の元素を含む金属アルコキシドを含む請求項１に記載の発光装置の形成方法。
【請求項３】
前記第一の溶液および前記第二の溶液に含まれる透光性材料の屈折率は、略同一である請求項１または２に記載の発光装置の形成方法。
【請求項４】
前記蛍光物質の平均粒径が１μｍから１０μｍであり、前記透光性材料の平均粒径が１ｎｍから２００ｎｍである請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置の形成方法。
【請求項５】
前記蛍光物質の屈折率と、前記透光性材料の屈折率とが略同一である請求項１から４のいずれか一項に記載の発光装置の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と、その発光素子からの光によって励起されて発光する蛍光物質と、を備えた発光装置およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子チップと蛍光物質とを組み合わせることにより、白色系の混色光を発光する発光装置が開発されている。この発光装置は、発光素子から出力される青色系の光の一部を蛍光物質により波長変換して、その波長変換された黄色系の光と発光素子チップからの青色系の光との混色により、白色系の光を発光させるものである。
【０００３】
例えば、下記特許文献１（特開２００４−８８０１３号公報）に記載の発光装置は、粒子状蛍光体を含む透光性材料の溶液にて形成させた蛍光体層を有する。具体的には、発光素子の上に、透光性材料を含む粒子状蛍光体の溶液を滴下（ポッティイング）した後、その透光性材料を硬化させることにより、粒子状蛍光体が、透光性材料を結着材として固定されてなる蛍光体層が形成される。このようにして配置された蛍光体層には、粒子状蛍光体や透光性材料が存在しない空洞が生じることがある。このような空洞は、発光素子からの光あるいは蛍光体からの光を減衰させる。そのため、上記発光装置は、蛍光体層内に散在する空洞の部分に、上記透光性材料と実質的に同じ材料が含浸されて形成された発光装置とされている。これにより、蛍光体層内に散在する空洞の部分が無くなり、蛍光体層において光を損失させることなく、光取りだし効率を向上させた発光装置とすることができる。
【０００４】
また、発光素子と蛍光物質とを備えた発光装置において、蛍光物質は、発光素子からの光により効率よく励起されるようにするため、発光素子の表面を被覆するように配置される。さらに、発光装置からの混色光が各方位において均一な色度にて観測されるようにするため、蛍光物質は、発光素子の発光面の各方位にできるだけ同じ量だけ配置される必要がある。
【０００５】
そこで、下記特許文献２（特開２００３−６９０８６号公報）に開示される発光装置は、支持体にフリップチップ実装された発光素子の透光性基板の側に、蛍光物質が含有された略均一な層厚の蛍光体層を有する。この蛍光体層は、電気泳動沈着により、発光素子の表面に蛍光物質および該蛍光物質を固着させる結着材を堆積させることにより形成される。以下、本特許文献に開示される蛍光体層の形成方法の概略を説明する。
【０００６】
まず、支持体にフリップチップ実装された発光素子を被覆する導電膜を形成する。なお、この導電膜は、発光素子の表面が既に導電性であるときには、発光素子自体に電圧を印加すれば足りるため、必要ではない。次に、予め帯電された蛍光物質および結着材（例えば、樹脂）を含む電解液に、導電膜にて被覆された発光素子を浸漬させる。さらに、上記蛍光物質の帯電と異なる極性の電圧を導電膜に印加する。これにより、蛍光物質および結着材は、導電膜の方向に電気泳動されて発光素子の上に堆積する。最後に、発光素子に堆積した蛍光物質および結着材を乾燥させて蛍光体層とする。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８８０１３号公報。
【０００８】
【特許文献２】特開２００３−６９０８６号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特開２００４−８８０１３に記載される含浸の方法は、ポッティングなど、含浸される材料の自重による沈降および浸透を利用した方法によるため、多孔質な蛍光体層の部分の隅々まで浸透しにくい。特に、電気泳動沈着により形成された蛍光体層は、比較的粒子径が小さい蛍光体が密集して堆積されており、従来のポッティングなどの形成方法によれば、含浸させる材料が蛍光体層の隅々まで浸透しにくいという問題がある。その結果、蛍光体層内に空洞が生じてしまい、光取りだし効率が低下した発光装置が形成されてしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、発光装置の光取り出し効率を低下させることなく、電気泳動沈着により発光装置を形成するための方法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】
【００１１】
以上の目的を達成するために本発明に係る発光装置の形成方法は、蛍光物質と透光性材料とを含む第一の溶液中における電気泳動により、蛍光物質を上記発光素子に堆積させる第一の工程と、透光性材料を主材料として含む第二の溶液中における電気泳動により、上記蛍光物質の堆積物に、上記第二の溶液に含まれる透光性材料を含浸させる第二の工程と、を有する。
【００１２】
上記第一の溶液または上記第二の溶液に含まれる透光性材料は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＹあるいはＰｂから選択される少なくとも一種の元素を含む金属アルコキシドを含む材料であることが好ましい。
【００１３】
上記第一の溶液および上記第二の溶液にそれぞれ含まれる透光性材料の屈折率は、略同じであることが好ましい。
【００１４】
上記蛍光物質の平均粒径が１μｍから１０μｍであり、上記透光性材料の平均粒径が１ｎｍから２００ｎｍであることが好ましい。
【００１５】
上記蛍光物質の屈折率と、上記透光性材料の屈折率が略同じであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、電気泳動沈着により形成された蛍光体層からの光取り出し効率を向上させた発光装置を容易に形成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置の形成方法を例示するものであって、本発明は発光装置の形成方法を以下に限定するものではない。
【００１８】
発光素子と、その発光素子と異なる波長を発光する蛍光物質を含有する蛍光体層と、上記発光素子を配置する支持体と、を備えた発光装置の形成方法について、光取り出し効率を向上させた発光装置を容易に得るため、本発明者らは種々の検討を行った。そして、本発明に係る発光装置の形成方法は、蛍光物質と透光性材料とを含む第一の溶液中に、発光素子を配置させる工程と、上記第一の溶液中における電気泳動により、蛍光物質を上記発光素子に堆積させる工程と、透光性材料を主材料として含む第二の溶液中に、上記蛍光物質が堆積された発光素子を配置させる工程と、上記第二の溶液中における電気泳動により、上記蛍光物質の堆積物に、上記第二の溶液に含まれる透光性材料を含浸させる工程と、を有する。電気泳動により含浸することにより、光取り出し効率を向上させた発光装置を形成することが容易にできる。
【００１９】
すなわち、本発明にかかる発光装置の形成方法は、透光性材料とともに蛍光物質を発光素子に堆積させた後、透光性材料を主な材料とし、蛍光物質を実質的に含まない電解溶液中での電気泳動により、透光性材料を蛍光物質の堆積物に含浸させる工程を有することを特に重要な構成とする。ここで、「蛍光物質が実質的に含まれない電解溶液」とは、蛍光物質を含有させることなく調整された電解液の他、第二の電解液に含まれる透光性材料の電気泳動沈着に影響を及ぼさない程度に蛍光物質が極微量に含まれた電解液を含むものとする。
【００２０】
発光素子の表面のうち、蛍光物質を堆積させる面が導電性の材料とされているときは、発光素子自体に電圧を印加することにより、帯電された蛍光物質を電気泳動させて発光素子に堆積させることができる。また、サファイアなどの透光性基板に半導体を積層させてなる発光素子の非導電性の部位（例えば、フリップチップ実装された透光性基板の表面）に蛍光物質を堆積させるときには、発光素子の非導電性の部位を導電部材にて被覆した後、その導電部材に電圧を印加することにより、帯電された蛍光物質を電気泳動させて発光素子上に堆積させることができる。
【００２１】
本形態の発光装置の形成方法において、発光素子を導電部材にて被覆する工程を有するとき、非透光性の導電部材を、透光性を有する部材に変換させる工程を有することが好ましい。例えば、電気泳動沈着の電解液に導電部材の材料を溶解させる材料を含有させることにより、導電部材を溶解させてイオン化させたり、導電部材を加熱することにより、発光素子の光に対して透光性を有する酸化物にしたりする工程を有することが好ましい。なお、導電部材が透光性であるとき、例えば、透光性導電部材の一種であるＩＴＯ（インジウムと錫の複合酸化物）であるときには、このような工程は必要とされない。
【００２２】
非透光性の導電部材を、透光性を有する部材に変換させる工程を有することにより、非透光性の導電部材による光取り出し効率損失のない発光装置とすることができる。また、電気泳動沈着の工程の後、導電部材は、その導電性が著しく低下しているため、発光素子を駆動させたときに、電流が漏出することなく、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００２３】
なお、導電部材の上に堆積される蛍光物質は、発光素子からの光が照射される配置にあるものをいい、導電部材の表面に直に接して配置されるものだけでなく、導電部材あるいは発光素子と蛍光物質との間に透光性の他の部材などを介して配置されるものを含むものとする。また、蛍光物質は、蛍光物質自体が帯電されているか、極性のある透光性材料など、電解液中に含まれる他の帯電性材料により、電圧が印加される工程までに帯電されていればよい。
【００２４】
図１は、本形態における発光装置の模式的な断面図である。本形態の発光装置は、支持体にフリップチップ実装された発光素子１０７と、その発光素子の発光観測面側を被覆する蛍光体層１０２と、備えた発光装置１００である。なお、本形態の発光素子の実装形態は、フリップチップ実装に限定されることなく、発光素子の電極を発光観測面方向（支持体と反対側）に向けて実装する形態を含む。
【００２５】
図２から図７は、本形態の発光装置の製造方法における各工程を示す模式的な断面図である。以下、図面を参照しながら本形態における発光装置の製造方法を説明する。本形態の発光装置の製造方法は、少なくとも以下の工程１から工程５を有することを特徴とする。蛍光体層の形成方法として電気泳動沈着を利用すると、発光素子の周囲に蛍光体の分布状態が良好な蛍光体層を形成することができる。さらに、本形態における含浸の方法により、光取り出し効率を低下させることのない発光装置を容易に形成させることができる。
【００２６】
工程１．まず、有機金属材料のゾル溶液に蛍光物質を含有させた第一の電解液１０１ａを調整する。これにより、蛍光物質を帯電させる。ここで、本形態における有機金属材料のゾルは、電気泳動沈着の後、乾燥させてゲル化させることにより蛍光物質の結着材ともなる。したがって、別工程にて蛍光物質を帯電させる必要はなく、結着材の材料自体で蛍光物質を容易に帯電させることができるため、作業性よく発光装置を製造することができる。
【００２７】
本形態の電解液は、後述する導電部材を溶解させる物質を含むことが好ましい。なお、別の形態にあっては、有機金属を材料とするゾルの溶液そのものが導電部材を溶解させるものであってもよい。本形態の電解液は、例えば、導電部材をアルミニウムとするとき、有機金属を材料とするゾルを、アルミニウムアルコレートを材料とするアルミナゾルとしたり、電解液にアルミニウムを溶解させる酸やアルカリ、例えば、アルカリ土類金属のイオン（Ｍｇ２＋など）を含んだ硝酸を含有させたりすることができる。
【００２８】
本形態における透光性材料として好適に利用される金属アルコキシドは、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｙ、Ｐｂあるいはアルカリ土類金属から選択される元素を構成元素として含む有機金属材料である。このような金属アルコキシドを電解液に含むことにより、電解液に水分を含む従来の形成方法と比較して、水素ガスなどの気泡を発生させることなく、光学特性を劣化させることのない良好な形状の蛍光体層を形成させることができる。また、このような金属アルコキシドは、加水分解などにより、ゾル溶液となったり、最終的にゲル化したりし易い。そのため、上記金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物あるいは水酸化物からなる結着材により蛍光体が固着されてなる蛍光体層を形成させることが容易にできる。
【００２９】
以下、電解液に含まれる具体的材料として、アルミニウムアルコレートを例にとり説明する。アルミニウムアルコレート、あるいはアルミニウムアルコキサイドと有機溶剤とを所定の割合で混合してなるアルミナゾル中に蛍光体を分散させた混合液を電解液とする。さらに、電解液は、例えば、イソプロピルアルコールを母液とする溶液に、有機溶剤としてアセトン、有機金属材料としてアルミナゾルおよび蛍光物質を含有させて混合溶液とすることが好ましい。
【００３０】
アルミニウムアルコレート（あるいはアルミニウムアルコキサイド）の一種であるアルミニウムイソプロポキサイド、アルミニウムエトキサイドあるいはアルミニウムブトキサイドは、常温で無色透明の液体であり、水酸化アルミニウムを生成し、その後、乾燥させると酸化アルミニウムを生成する。
【００３１】
アルミニウムイソプロポキサイドを含むゾル溶液に、蛍光体を含有させて電解液とし、その電解液中で蛍光体を帯電させることができる。さらに、その電解液中で電気泳動沈着させた後、ゲル化により生成するアルミニウムの酸化物や水酸化物を結着材として蛍光体を発光素子に固着させることができる。このゲル化は、加熱および乾燥により促進させることができる。
【００３２】
次に、発光素子を所定の厚みにて被覆する導電部材を形成する。ここで、導電部材は、帯電された蛍光物質を発光素子の側に電気泳動させるために設けられるものである。したがって、発光素子を導電部材で被覆する形態は、導電部材が発光素子に直に接して配置される形態に限定されることなく、導電部材と発光素子との間に、他の部材（例えば、透光性の樹脂やガラスなど）を介して導電部材が発光素子に配置される形態を含むものとする。
【００３３】
導電部材の厚みは、電気泳動沈着の開始から終了まで導電性を有し、且つ電気泳動沈着の工程後は、透光性を有する部材に変換されるように、電解液に含有されて導電部材を溶解させる物質の量、電気泳動沈着の工程における電圧、その電圧の印加時間などを考慮して決定される。
【００３４】
図２に示されるように、本形態における発光素子は、予め、その基板１１２側が発光観測面となるように、支持体１０３に対してフリップチップ実装されている。すなわち、発光素子は、その電極を、金、錫などの金属材料からなるバンプ１０６を介して支持体に設けられた導体配線に対向させ、荷重、超音波および熱を加えることにより溶着させてある。
【００３５】
発光素子を支持体に配置させた後、図３に示されるように、支持体１０３の導体配線１０４の上など、必要に応じて、発光素子１０７周辺の各部位を絶縁部材１０５にてマスクする。絶縁部材１０５の材料は、例えば、二酸化ケイ素からなる無機材料や、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂のような樹脂材料とすることが好ましい。
【００３６】
蛍光物質を配置する所定の部位が露出されるようなマスクを施した後、図４に示されるように、導電部材１０８にて発光素子１０７の側面および上面を被覆する。本形態における導電部材１０８の配置方法として、例えば、蒸着法、スパッタリング、スクリーン印刷、インクジェット塗布、スプレー塗布あるいはそれらを組み合わせた方法を挙げることができる。
【００３７】
導電部材の材料は、電解液に可溶な金属であり、且つ発光素子を形成している半導体の材料と接触抵抗が良好な金属、または発光素子を形成する半導体基板と密着性が良好な金属とすることが好ましい。このような導電部材の材料として、例えば、窒化物半導体と接触抵抗が良好なＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）あるいはＷ（タングステン）から選択された少なくとも一種を含む金属材料または合金が挙げられる。このように、発光素子からの光に対して透光性を有するものに変換することができる材料とすることにより、発光素子からの光が損失することなく、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
【００３８】
工程２．発光素子を被覆する導電部材１０８を第一の電解液１０１ａ中に配置させる。ここで、電解液中に配置させる部材は、少なくとも導電部材１０８で十分であるが、導電部材１０８に加え、発光素子１０７およびその発光素子１０７を搭載させた支持体１０３を電解液中に配置させてもよい。本形態においては、図６に示されるように、導電部材１０８、発光素子１０７およびその発光素子を搭載させた支持体１０３を第一の電解液１０１ａに浸漬させる。なお、導電部材１０８は、外部の電源と電気的に接続させてある。
【００３９】
工程３．蛍光物質の帯電と異なる極性の電圧を導電部材１０８に印加する。印加する電圧の大きさや電圧を印加する時間は、所望の色度の光を得るための蛍光体層の層厚や、作業性を考慮して調整される。本工程により、蛍光物質は、第一の電解液１０１ａの中を電気泳動して、発光素子の上に堆積される。また、導電部材１０８は、電解液に導電部材を溶解させる成分が含有されているとき、その成分により徐々に溶解されていく。
【００４０】
具体的には、図５に示されるように、蛍光物質を含有させた第一の電解液１０１ａ中に、導電部材１０８により被覆された発光素子１０７を浸漬させた後、導電部材１０８に所定の電圧を印加する。ここで、支持体に施された導体配線を介して、それに電気的に接続された導電部材１０８に電圧を印加することが好ましい。これにより、導電部材１０８に電圧を印加することが容易にでき、帯電された蛍光物質は、導電部材１０８の方向に電気泳動する。そして、蛍光物質は、導電部材１０８の表面に、金属アルコキシドのゾルと共に堆積する。
【００４１】
なお、導電部材１０８の上方に、その導電部材１０８に印加された電圧と異なる極性（すなわち、蛍光物質の帯電と同じ極性）の電極１１４を、電解液１０１ａまたは電解液１０１ｂ中に設ける。これにより、帯電された蛍光物質を電気泳動させることができる。
【００４２】
工程４．有機金属材料を主な材料とし、蛍光物質を実質的に含有しない第二の電解液１０１ｂを調整する。すなわち、有機金属材料のゾル溶液に蛍光物質を含有させない他は、上記第一の電解液１０１ａと同じ有機金属材料を含む第二の電解液１０１ｂを調整する。そして、上記工程２から３と同様にして、図６に示されるように、第二の電解液１０１ｂ中における電気泳動沈着をする。なお、導電部材に印加される電圧は、有機金属材料のゾル粒子の電荷と異なる電荷とする。これにより、上記第３の工程において堆積された蛍光物質の堆積層の空洞に第二の電解液１０１ｂに含まれる材料が含浸される。
【００４３】
上記蛍光物質の平均粒径が１μｍから１０μｍであるとき、上記透光性材料からなる粒子の平均粒径は、上記蛍光物質の平均粒径よりも小さい１ｎｍから２００ｎｍであることが好ましい。このように、透光性材料の粒径を調整することにより、電気泳動により形成された蛍光物質の堆積物内の空洞に透光性材料を容易に含浸させることができるからである。
【００４４】
上記第一の電解液および上記第二の電解液にそれぞれ含まれる透光性材料の屈折率は、略同じであることが好ましい。さらに、上記蛍光物質の屈折率と、上記透光性材料の屈折率が略同じであることが好ましい。このように、各材料の屈折率差を小さくすることにより、全反射を抑制して蛍光体層からの光取りだし効率を向上させることができるからである。
【００４５】
工程５．上記工程４の後、第二の電解液から発光素子を取り出して、発光素子を被覆する導電部材あるいはその導電部材への堆積物を自然乾燥あるいは加熱する。高温の水蒸気を含む条件下で加熱することにより、電気泳動沈着後も残存している導電部材の透光性部材への変換を促進させることができる。また、堆積物に含まれる余分な溶媒を除去し、ゾル溶液のゲル化を促進させることにより蛍光体が結着され、発光素子に蛍光体層を形成することができる。なお、本工程後、導電部材は、発光素子の光を透過させれば、そのような分布状態あるいは膜厚で、ある程度残存していてもよい。
【００４６】
本形態にかかる発光装置の形成方法が、導電部材を透光性部材に変換する工程を有するものであるとき、蛍光体層の厚み方向に、導電部材が透光性化された物質の濃度変化領域が形成される。例えば、電解液に塩酸を含有させ、導電部材の材料をアルミニウムとすると、アルミニウムが塩酸により溶解された成分（例えば、アルミニウムイオン）の濃度変化領域が形成される。
【００４７】
このように、導電部材が透光性化された部材が含有された濃度変化領域は、発光素子の側で濃度が高く、発光素子から遠ざかるに従って徐々に濃度が低下する濃度分布となっている。なお、濃度変化領域における濃度分布の分析方法として、ＧＤＳ（グロー放電発光分光分析）やＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）などを採用することができる。以下、本形態の各構成について詳述する。
【００４８】
（発光素子）
本形態における発光素子として、ＬＥＤチップについて説明する。ＬＥＤチップを構成する発光素子としては、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体により形成された半導体発光素子を挙げることができるが、蛍光物質を使用する場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
【００４９】
このようなＬＥＤチップは、基板に半導体材料を積層させてチップ化したものである。窒化物半導体を積層させるための基板の材料として、例えば、サファイア、スピネルなどの絶縁性基板や、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯなどの導電性基板が好適に用いられる。窒化物半導体を結晶性良く積層させることができるため、窒化物半導体を積層させるための絶縁性基板としてサファイア基板が好適に利用される。本形態にかかる形成方法は、このような絶縁性基板を有する発光素子に対しても好適に利用される。さらに、本形態にかかる導電部材として、基板に対して密着性がよい金属材料が選択される。例えば、サファイア基板に対する導電部材として、アルミニウムが選択される。
【００５０】
また、本形態にかかる発光素子は、半導体を基板に積層させてなる上述の発光素子の他、窒化物半導体を、銅およびタングステンを含む導電性の支持基板に接合させた発光素子とすることもできる。
【００５１】
発光素子の基板の側面は、発光素子の光取り出し効率を考慮して傾斜面とされることがある。電気泳動沈着による形成方法により、ポッティングや印刷など他の形成方法と比較して、このような傾斜面にも均一な膜厚で蛍光体層を形成することができる。このような傾斜面を有する発光素子について、本形態における発光素子は、支持体に対して、傾斜面が上に向くように、即ち支持体の発光素子搭載面の反対側に向くように、配置されることが好ましい。これにより、傾斜面に配置される導電部材が上記電極１１４の方向に向けられるため、側面が傾斜されていない発光素子と比較して、発光素子の側面方向への蛍光物質の電気泳動が効率よく行われる。
【００５２】
（支持体）
本形態における支持体１０３（以下、「サブマウント」と呼ぶ。）とは、少なくとも発光素子の電極と対面する側の面に導体配線１０４が施されており、フリップチップ実装された発光素子１０７を保持するための部材である。
【００５３】
支持体の材料は、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＢＮ、Ｃ（ダイヤモンド）などが好ましい。より好ましくは、発光素子１０７と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば、窒化物系半導体を材料とする発光素子に対して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が選択される。これにより、支持体と発光素子との間に発生する熱応力の影響を緩和することができる。
【００５４】
発光素子１０７は、サブマウント１０３に対してフリップチップ実装される。すなわち、サブマウント１０３の導体配線１０４にバンプ１０６を配置した後、発光素子１０７の正負一対の電極１０９、１１０がバンプ１０６を介して導体配線１０４に対向される。次に、超音波、熱および荷重を加えることにより、発光素子１０７とサブマウント１０３とが電気的および機械的に接続される。
【００５５】
（蛍光体層）
本形態における蛍光体層１０２は、発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光物質１０１を含有する部材である。蛍光体層は、レンズのような光学素子に配置させたり、光ファイバの先端に配置させたりすることもできる。このような蛍光体層１０２は、蛍光物質と、その蛍光物質を固着させるための結着材と、から形成されている。特に、本形態における結着材は、金属アルコキシドのゾル溶液のゲル化生成物とすることができる。また、蛍光体層の発光素子への固定を強化させるため、あるいは外部環境から保護するため、電気泳動沈着により形成された蛍光体層は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性樹脂やガラスなどの、他の透光性部材にて被覆されていることが好ましい。
【００５６】
本形態の蛍光物質は、発光素子の光を変換させるものであり、発光素子からの光をより長波長に変換させるものの方が効率がよい。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、アルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）が好適に用いられる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は、その含有量によってＬＥＤチップからの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するため、白色系の混色光を発する高出力な発光ダイオードを、比較的簡単に形成することができる。
【００５７】
本形態の形成方法における蛍光体は、電解液中を電気泳動しやすい形状および大きさとされていることが好ましい。特に、電解液中での電気泳動について、蛍光体の形状は、ほぼ球形の粒子状とされていることが好ましい。
【００５８】
なお、本明細書中における蛍光体の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。
【００５９】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００６０】
図１は、本実施例における発光装置１００の模式的な断面図である。本実施例の発光装置１００は、窒化ガリウム系半導体を材料として形成された発光素子１０７と、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含む蛍光体層１０２と、その蛍光体層１０２を被覆する透光性部材１１３と、備えた発光装置である。図２から図７は、本実施例の発光装置の製造方法における各工程を示す模式的な断面図である。以下、本実施例の発光装置の形成方法について説明する。
【００６１】
本実施例の発光素子は、絶縁性の透光性基板１１２であるサファイア基板に窒化ガリウム系半導体を積層させて形成されたＬＥＤチップ１０７である。まず、図２に示されるように、ＬＥＤチップ１０７をサブマウント１０３にフリップチップ実装する。すなわち、サブマウント１０３に施された導体配線１０４に発光素子１０７の正電極１０９および負電極１１０を、それぞれＡｕバンプ１０６で接合する。本実施例のＬＥＤチップ１０７は、同一のサブマウントの基板に複数のＬＥＤチップが実装される。また、発光素子と支持体との間に生じた隙間にはシリコーン樹脂を充填させる。このように、発光素子と支持体との間に生じた隙間を埋めることにより、後述の導電膜から絶縁させておくこともできる。
【００６２】
図４に示されるように、ＬＥＤチップ１０７を被覆する導電部材１０８を形成させるため、アルミニウムを材料とするスパッタリングを行う。本実施例では、膜厚が５００〜２０００ÅのＡｌ導電膜をＬＥＤチップ１０７のサファイア基板１１２の表面および半導体の側面側露出部分を被覆するように形成する。なお、この導電膜は、サブマウント１０３の上にも形成されており、サブマウント１０３の上の導電膜は、ＬＥＤチップ１０７を被覆する導電膜に電気的に接続させてある。
【００６３】
本実施例の第一の電解液１０１ａは、アルミニウムアルコレートを材料とするアルミナゾル（１重量％）に、有機溶剤としてイソプロピルアルコール（９３重量％）と、帯電剤として硝酸マグネシウム（１重量％）と、蛍光物質としてイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（５重量％）と、を含有させたものである。本実施例におけるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、平均粒径が３μｍであり、屈折率が１．８である。
【００６４】
図５に示されるように、第一の電解液１０１ａ中に、ＬＥＤチップが実装されたサブマウントの基板を配置して、導電部材１０８に電圧を印加することにより、ＬＥＤチップ１０７上に蛍光体を電気泳動沈着させる。印加する電圧は、１００Ｖとし、電気泳動の時間は、１分間とする。これにより、発光素子の上に膜厚が約２０μｍの蛍光体層が得られる。
【００６５】
本実施例の第二の電解液１０１ｂは、アルミニウムアルコレートを材料とするアルミナゾル（３重量％）に、有機溶剤としてイソプロピルアルコール（９６重量％）と、帯電剤として硝酸マグネシウム（１重量％）と、を含有させたものである。本実施例におけるアルミナゾルは、平均粒径が２〜２０ｎｍであり、屈折率が１．８である。
【００６６】
図６に示されるように、第二の電解液１０１ｂ中に、ＬＥＤチップ１０７に蛍光体が堆積されたサブマウントを配置して、導電部材１０８に電圧を印加することにより、アルミナゾルを電気泳動沈着させる。印加する電圧は、１００Ｖとし、電気泳動の時間は、１分間とする。これにより、蛍光体層内にアルミナゾルが含浸され、蛍光体層内の隙間が埋められる。
【００６７】
サブマウントの基板を第二の電解液１０１ｂから取りだし、高温の水蒸気下にてＡｌ導電膜を透光性化する。すなわち、反応炉内の１２０℃、湿度８５％の条件下にて、Ａｌ導電膜を１２時間放置することにより、非透光性であるＡｌ導電膜のアルミニウムを、透光性酸化物である酸化アルミニウムに変換する。
【００６８】
図７に示されるように、蛍光体層１０２を、シリコーン樹脂（屈折率１．５）を材料とする透光性部材１１３にて被覆する。なお、蛍光体層１０２の上にシリコーン樹脂を配置したとき、シリコーン樹脂の一部が蛍光体層１０２の一部に含浸することがある。ここで、シリコーン樹脂と、アルミナゾルの屈折率を比較すると、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体に対する屈折率差が、アルミナゾルの方がシリコーン樹脂よりも小さい。そのため、本実施例の発光装置は、アルミナゾルの代わりにシリコーン樹脂を蛍光体層内に含浸させて形成させた発光装置よりも、光取りだし効率が高い発光装置とすることができる。
【００６９】
最後に、所望の大きさにサブマウントの基板を分割して個片化することにより、図１に示される発光装置１００を得ることができる。同一のサブマウントの基板に複数の発光素子を実装して分割することにより、略同じ蛍光体層を有する発光装置を一度に大量に形成させることができる。
【００７０】
本実施例により、光取り出し効率の低下を招くことなく、電気泳動沈着を利用して発光装置を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る形成方法は、信号、照明、ディスプレイ、インジケータ、携帯電話のバックライトなどの各種光源の形成方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明の一実施例にかかる発光装置の模式的な断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を説明する模式的な断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を説明する模式的な断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を説明する模式的な断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を説明する模式的な断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を説明する模式的な断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例にかかる発光装置の形成方法を説明する模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１００・・・発光装置
１０１ａ・・・第一の電解液
１０１ｂ・・・第二の電解液
１０２・・・蛍光体層
１０３・・・支持体
１０４・・・導体配線
１０５・・・絶縁部材
１０６・・・バンプ
１０７・・・発光素子
１０８・・・導電部材
１０９・・・正電極
１１０・・・負電極
１１２・・・透光性基板
１１３・・・透光性部材
１１４・・・電極
【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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