(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）発光素子となる領域を複数含むウェハであって、前記発光素子の実装面となる、前記ウェハの第１主面に、複数のバンプを形成する工程と、
（２）前記ウェハの前記第１主面に対向する第２主面に、蛍光体材料を含む封止部材を形成する工程と、
（３）前記ウェハの前記封止部材の表面に伸長シートを粘着させる工程と、
（４）前記伸長シートを切断しないように前記ウェハを切断して、複数の発光素子に分割する工程と、
（５）前記伸長シートを伸長させることにより、前記複数の発光素子において、隣接する発光素子が互いに離間するように、前記隣接する発光素子の間に間隙を形成させる工程と、
（６）転写用シートに前記複数の発光素子の前記バンプの先端部を接触させて、前記転写用シートと前記発光素子の前記実装面との間に空間が形成されるように、前記複数の発光素子の前記バンプに前記転写用シートを接着させ、前記伸長シートを前記複数の発光素子から剥離することにより、前記複数の発光素子を前記転写用シートに転写する工程と、
（７）前記転写用シートに転写された前記複数の発光素子のそれぞれの前記封止部材がトレーの底面に接触するようにして、前記複数の発光素子を前記トレーの中に入れ、前記隣接する発光素子の前記間隙が封止材料で満たされるように、かつ、前記バンプの前記先端部を除く前記実装面の実質的に全面が前記封止材料で覆われるように、前記封止材料を前記トレーに充填させて、前記封止材料を硬化させる工程と、
（８）前記トレーから、前記封止材料により連結された前記複数の発光素子を取り出し、前記複数の発光素子の側面に封止部材が残るように、前記隣接する発光素子の前記間隙の前記封止部材を切断して、複数の発光装置に分離する工程とを含む発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光装置およびその製造方法に関し、特に、ディスプレイ、光通信、およびＯＡ機器などに好適に使用される発光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な発光装置の断面図を図２１（ａ）および（ｂ）に示す。図２１（ａ）の発光装置５０および図２１（ｂ）の発光装置５２において、基板５４の表面５４ｂにキャビティ部５６を形成するように絶縁ブロック５８が設けられ、そのキャビティ部５６にＬＥＤチップ６０が透明樹脂６２によって封止されている。なお、図２１（ａ）に示す発光装置５０において、ＬＥＤチップ６０は、基板５４にフリップチップ実装され、導電性部材６５によって基板５４の電極と電気的に接続されている。図２１（ｂ）に示す発光装置５２においては、ＬＥＤチップ６０は、半導体層側を上面にして基板５４に搭載されており、ボンディングワイヤ６４によって基板５４の電極と電気的に接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、より小型の発光装置が望まれており、従来の発光装置５０および５２において、ＬＥＤチップ６０をキャビティ部５６に樹脂６２によって封止する必要があるので、素子の小型化に限界があった。また、ＬＥＤチップ６０が絶縁ブロック５８で囲まれているので、ＬＥＤチップの側面から放出される光を十分利用できず、発光効率を向上させることができなかった。さらに、図２１（ｂ）に示す発光装置５２では、ＬＥＤチップ６０の発光観測面にワイヤ６４が設けられているために、発光効率が低下したり、発光色にばらつきが生じるという問題があった。
【０００４】
本発明は上述したような課題を解決するためのものであり、小型で、発光強度の高い発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光装置の製造方法は、（１）発光素子となる領域を複数含むウェハであって、前記発光素子の実装面となる、前記ウェハの第１主面に、複数のバンプを形成する工程と、（２）前記ウェハの前記第１主面に対向する第２主面に、蛍光体材料を含む封止部材を形成する工程と、（３）前記ウェハの前記封止部材の表面に伸長シートを粘着させる工程と、（４）前記伸長シートを切断しないように前記ウェハを切断して、複数の発光素子に分割する工程と、（５）前記伸長シートを伸長させることにより、前記複数の発光素子において、隣接する発光素子が互いに離間するように、前記隣接する発光素子の間に間隙を形成させる工程と、（６）転写用シートに前記複数の発光素子の前記バンプの先端部を接触させて、前記転写用シートと前記発光素子の前記実装面との間に空間が形成されるように、前記複数の発光素子の前記バンプに前記転写用シートを接着させ、前記伸長シートを前記複数の発光素子から剥離することにより、前記複数の発光素子を前記転写用シートに転写する工程と、（７）前記転写用シートに転写された前記複数の発光素子のそれぞれの前記封止部材がトレーの底面に接触するようにして、前記複数の発光素子を前記トレーの中に入れ、前記隣接する発光素子の前記間隙が封止材料で満たされるように、かつ、前記バンプの前記先端部を除く前記実装面の実質的に全面が前記封止材料で覆われるように、前記封止材料を前記トレーに充填させて、前記封止材料を硬化させる工程と、（８）前記トレーから、前記封止材料により連結された前記複数の発光素子を取り出し、前記複数の発光素子の側面に封止部材が残るように、前記隣接する発光素子の前記間隙の前記封止部材を切断して、複数の発光装置に分離する工程とを含む。上述の製造方法によると、発光素子の発光観測面に封止部材を形成する工程と、発光素子の側面および実装面に封止部材を形成する工程とを異なる工程で行う。すなわち、発光素子の側面および実装面に封止部材を形成する工程は上述したように、（３）伸長シート粘着工程と、（４）ウェハ切断工程と、（５）伸長シートの伸長工程と、（６）転写工程と、（７）封止材料の充填および硬化工程と、（８）分離工程とを含むことにより、従来困難とされていた発光素子の側面および実装面にも、均一な膜厚で容易に封止部材を形成させることができる。従って、実装面のバンプの先端部を除いて実質的に全面を封止部材によって覆われた発光装置を容易に製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態の発光装置２の断面図である。本実施形態の発光装置２は、図１に示すように、対向する２つの主面である発光観測面１０および実装面１２と、側面１４とを有する発光素子４が、封止部材６によって覆われて形成されている。発光素子４の実装面１２にはバンプ８が形成されており、封止部材６は実装面１２のバンプ８の先端部分８ｂを除いて、実質的に発光素子４の全面を覆っている。なお、本実施形態１では、上記発光素子４として、例えば発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと称する）を使用するが、本発明の発光装置に使用される発光素子はこれに限定されない。
【００１３】
発光装置２におけるＬＥＤチップ４は、例えば図２（ａ）に示すように、サファイア基板１５の表面に、ｎ型窒化物半導体層１６と活性層１８とｐ型窒化物半導体層２０とがこの順で積層され、さらに、ｎ型窒化物半導体層１６の表面にはｎ電極２２およびバンプ８が設けられ、ｐ型窒化物半導体層２０の表面にはｐ電極２４およびバンプ８が設けられている。このようなＬＥＤチップ４はバンプ８を実装基板に接合して、表面実装される。なお図２（ａ）はＬＥＤチップ４を模式的に示す断面図であり、図２（ａ）に示されたＬＥＤチップ４を構成する各層の膜厚は、実際のＬＥＤチップを構成する各層の膜厚を正確に示すものでない。実際のＬＥＤチップでは、基板１５の厚みおよびバンプ８の高さに対して、窒化物半導体層１６、１８および２０の厚みが非常に薄いために、ｎ電極２２上のバンプ８およびｐ電極２４上のバンプ８において、これらのバンプ８の先端部８ｂから基板１５の底面までの距離がほぼ等しく、ｎ電極２２上のバンプ８の先端部８ｂの高さとｐ電極２４上のバンプ８の先端部８ｂとの高さは実質的に一致している。
【００１４】
本実施形態の発光装置２によると、ＬＥＤチップ４が、その実装面１２に設けられたバンプ８の先端部８ｂを除いて実質的に全面を封止部材６によって覆われているので、図２１（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示した従来の発光装置５０および５２のように、ＬＥＤチップ６０をキャビティ５６の内部に樹脂層６２によって封止する必要がないので、発光装置を小型化することができる。また、ＬＥＤチップ４の発光観測面１０だけでなく、側面１４および実装面１２から放出される光をも有効に利用することができるので、素子の発光強度を向上させることが可能となる。
【００１５】
また、図１に示すように、本実施形態の発光装置２において、バンプ８の先端部８ｂは、封止部材６から突出していることが好ましい。以下にその理由を説明する。発光装置２のＬＥＤチップ４の実装面１２を外部電極（例えば実装基板の電極）と対向させるフリップチップ式実装を行う場合、バンプ８に導電性接着剤を付着させて、この導電性接着剤を介して外部電極に接続することができる。本実施形態の発光装置２のようにバンプ８の先端部８ｂが封止部材６から突出していれば、バンプ８の先端部８ｂに導電性接着剤を付着させて外部電極に容易に接続できる。従って、バンプ８の先端部８ｂが、封止部材６から突出していることが好ましい。また、バンプ８の先端部８ｂが封止部材６から突出していると、バンプ８を超音波溶着させて実装基板に接合させることも可能であり、この場合、より容易に接合を行うことができる。
【００１６】
なお、バンプ８は図２（ｂ）に示すように、バンプ８の先端部８ｂにおいて、上面８ｃが実質的に平坦であることが好ましい。これは、バンプ８の先端部８ｂが実質的に平坦な上面８ｃを有すれば、バンプ８の平坦な上面８ｃを実装基板の電極に接続させた場合に、発光装置２を実装基板にがたつきなく、安定して実装することができるからである。さらに、バンプ８の側面８ｄと上面８ｃとのなす角度が鋭角であることが好ましい。これは後で詳述するが、発光装置２の製造工程において、ＬＥＤチップ４の実装面１２に封止部材６を形成する際に、硬化前の封止材料がバンプ８の先端部８ｂにまで達してしまうことを防止できるので、先端部８ｂが封止部材６から突出したバンプをより確実に形成できるからである。
【００１７】
本実施形態において、封止部材６は蛍光体材料を含有しても良い。例えば、封止部材６に（Ｙ,Ｇｄ）（Ａｌ,Ｇａ）０Ｏ１２の組成式で表されるＹＡＧ系の蛍光体を含有する樹脂などの封止部材を使用し、ＬＥＤチップ４に青色発光のＬＥＤチップを使用すれば白色発光装置を得ることができる。
【００１８】
以下に白色発光機構を簡単に説明する。青色ＬＥＤチップから放出された青色光が、蛍光体を含有する封止部材の中へ入射すると、その一部が層内で蛍光体に吸収される。蛍光体に吸収された青色光は励起源として働き、蛍光体は黄色の蛍光を層の外に放出する。一方、層内で蛍光体に吸収されなかった青色光はそのまま封止部材の外に放出される。この黄色光と青色光とが混ぜ合わされて、人間の目には白色光として見える。上記のような光の混色の原理により、青色ＬＥＤチップからの発光が色変換されて白色の発光が得られる。
【００１９】
上記のような白色発光装置は、実装面１２のバンプ８の先端部を除いてＬＥＤチップ４のほぼ全面が蛍光体を含有する封止部材６によって覆われているので、ＬＥＤチップ４の発光観測面１０だけでなく、ＬＥＤチップ４の側面１４および実装面１２からの発光をも、上述した光の混色の原理により色変換することができる。ＬＥＤチップの実装面または側面に樹脂層が形成されていなかった従来の発光装置では、それらの面から青色光が漏れ出して、発光装置の発光色がばらつくという問題があったが、本実施形態の白色発光装置によると、ＬＥＤチップの発光観測面１０、側面１４および実装面１２のほぼ全面からの発光を均一に色変換できるので、発光装置の発光色のばらつきを抑制することができる。また、従来、効果的に利用することが困難であったＬＥＤチップの実装面１２および側面１４からの発光を利用できるので、従来よりも装置の発光効率を向上させることができる。
【００２０】
以下に、本実施形態の発光装置の一例である白色発光装置の製造方法を図３〜図１７を参照して説明する。
（バンプ形成工程）
まず、青色発光のＬＥＤチップ４となる領域４Ｒを複数有するウェハ３０を用意する。このウェハ３０は、図２を参照して上述したように、例えば、サファイアからなる基板１５上に、ｎ型窒化物半導体層１６と活性層１８とｐ型窒化物半導体層２０とがこの順で積層されてなり、さらに、各領域４Ｒにおいて、ｎ型窒化物半導体層１６の表面にｎ電極２２が設けられ、ｐ型窒化物半導体層２０の表面にｐ電極２４が設けられている。
【００２１】
上記のようなウェハ３０を真空吸着で固定しながら、ウェハ３０の各領域４Ｒに設けられたｎ電極２２およびｐ電極２４に、バンプボンダーを用いてＡｕ、Ｐｔ等からなるバンプ８を形成する。バンプ８のボンディング条件は、各バンプ８のバンプシェア強度が５０ｇｆ以上であるように設定されることが好ましい。また、ｎ電極２２上のバンプ８の上面の高さとｐ電極２４上のバンプの８の上面の高さとが実質的に等しく、バンプ８の上面がＬＥＤダイオードの実装面１２と平行な平坦面となることが好ましい。さらに、この平坦面の面積をできるだけ大きくすることが好ましい。このようにバンプを形成すると、最終的に得られる発光装置を実装基板に安定して実装できる。特に、上述した図２（ｂ）に示されるように、バンプ８の先端部８ｂが実質的に平坦な上面８ｃを有し、バンプ８の側面８ｄと上面８ｃとのなす角度が鋭角であることが好ましい。
【００２２】
以下に図２（ｂ）に示される形状のバンプ８の作製方法を簡単に説明する。まず、図１７（ａ）に示すように、Ａｕなどの金属からなるワイヤ８ｅをキャピラリー４２の細穴に通し、ワイヤ８ｅの先端をキャピラリー４２の先端から突出させて、ワイヤ８ｅの先端を溶融させてボール８ｆを形成する。次に、このボール８ｆをバンプ形成面である電極２２、２４上に付与して、電極２２、２４上にバンプを形成する。続いて、図１７（ｂ）に示すように、電極２２、２４面に略平行にキャピラリー４２の先端部分を上記バンプ８ｆ上に押圧および摺動（スクラブ）させて、図２（ｂ）に示される形状のバンプ８を作製する。この方法によると、バンプ形成面である電極２２、２４にバンプを形成すると同時に、バンプを図２（ｂ）に示すような形状にすることができる。
【００２３】
あるいは、バンプ形成面である電極２２、２４上に通常の方法でバンプを形成した後に、電極２２、２４の面に対して平行に配置された板（任意の材料から形成され、例えば金属からなる）によって、押圧および摺動（スクラブ）させることにより、図２（ｂ）に示される形状のバンプ８を作製してもよい。この方法によると、ｎ電極２２およびｐ電極２４上に形成するバンプの上面を同時に平坦化でき、ｎ電極２２およびｐ電極２４上に形成するバンプにおいて、ウェハの底面３０ｃからの高さを等しくすることができる。このようなバンプによると、最終的に得られる発光装置をより安定して実装基板などに実装することができる。
【００２４】
以上のようにして、図３に示すように、最終的に得られるＬＥＤチップの実装面となるウェハ３０の第１主面３０ｂに設けられたｎ電極２２およびｐ電極２４上にそれぞれバンプ８を形成する。
【００２５】
（第１の封止部材形成工程）
以下、ウェハ３０の第２主面３０ｃに封止部材６Ｄを形成する方法の一例を図４〜８を参照して説明する。なお、以下の説明では封止部材６が樹脂層からなる例について説明するが、本実施形態の発光装置はこれに限定されることはない。封止部材６が例えば、ガラスコーティング剤などから形成されていれば、より耐熱性に優れた封止部材６を形成することができる。
【００２６】
まず、図４に示すように、上述したＹＡＧ系の蛍光体を含有するエポキシまたはシリコーン樹脂材料６Ｌを金属（例えばステンレス（ＳＵＳ）製）のトレー３２に満たす。なお、後の工程で硬化した樹脂材料がトレー３２から剥がれやすいように、トレー３２の内部表面３２ｂに予め離型剤を塗布することが好ましい。離型剤には例えばフッ素系ダイフリースプレー（ダイキン株式会社製）を使用することができる。また、最終的に得られるＬＥＤチップの発光観測面に形成される樹脂層の厚みは、トレーに注入する樹脂材料６Ｌの量に依存するため、所望の樹脂層の厚みを考慮して注入すべき樹脂材料の量を決定する。
【００２７】
続いて図５に示すように、上記ウェハ３０の第２主面３０ｃがＹＡＧ系蛍光体を含有する樹脂材料６Ｌに接するように、ウェハ３０をトレー３２に入れ、樹脂材料６Ｌを加熱して硬化させる（図６）。ここで、ウェハの第２主面３０ｃとトレーの内部表面３２ｂとの間の距離が、ウェハ分割後、最終的に得られるＬＥＤチップの発光観測面に形成される樹脂層の厚みになる。ＹＡＧ系蛍光体を含有する樹脂材料６Ｌの樹脂成分には、青色光に対する変色などの経時変化の極めて小さい材料を選択することが好ましく、本実施形態では例えばエポキシまたはシリコーン樹脂材料を使用する。また、硬化温度が、図１２に示す後の工程で使用される転写用の耐熱シート４２の耐熱温度（剥離シートを使用する場合には剥離温度）よりも低い樹脂を選択することが好ましい。例えば本実施形態で使用したエポキシまたはシリコーン樹脂材料の硬化温度が約１００℃である場合、転写用の耐熱シート４２として耐熱温度が１２０℃程度のものを用いる。
【００２８】
ＹＡＧ系蛍光体を含有する樹脂材料６Ｌが硬化した後、図７に示すように、樹脂層６Ｄが形成されたウェハ３０をトレー３２から取り出す。上述したように、予め離型剤３６がトレー３２の内部表面に塗布されているので、ウェハ３０をトレー３２から容易に取り出すことができる。なお、図１６に示すように、側壁部をテーパ状にしたトレー３３を使用してもよく、このようにしてもウェハ３０をトレーから容易に取りだすことができる。以上のようにして、図８に示すように、ウェハ３０の第２主面３０ｃにＹＡＧ系蛍光体含有の樹脂層６Ｄを形成する。
【００２９】
（第２の封止部材形成工程）
次に図９に示すように、ウェハ３０の樹脂層６Ｄの表面６ｂに、粘着性を有する伸長シート３８を貼り付ける。本実施形態では、伸長シート３８に、例えば、ポリオレフィンからなる基材フィルム（膜厚７０μｍ）にアクリル系粘着剤（膜厚１０μｍ）が形成されたシートを使用する。
【００３０】
続いて、図１０に示すように、伸長シート３８を切断しないように、例えばスクライバーを用いてウェハ３０および樹脂層６Ｄを切断して、複数のＬＥＤチップ４に分割する。
【００３１】
続いて図１１に示すように、分割された複数のＬＥＤチップ４が伸長シート３８に接着された状態で、伸長シート３８をエキスパンダーによって均一に伸長（エキスパンド）させる。図１１に対応する平面図を図１７（ｃ）に示す。図１１および図１７（ｃ）に示されるように、伸長シート３８を伸長させることにより、伸長シート３８に接着された複数のＬＥＤチップ４において、隣接するＬＥＤチップが互いに離間し、隣接するＬＥＤチップの間に間隙４０が形成される。また、伸長シート３８が均一に伸長されることにより、いずれの間隙４０もほぼ等距離になる。エキスパンダーによって伸長シート３８の伸長率を制御することにより、隣接するＬＥＤチップ間の間隙を所定の値に設定し、分割された後のＬＥＤチップ４の側面に形成される樹脂層６の厚さを所望の値に設定する。なお、側面１４に形成する樹脂層の厚さは、側面１４に付与させるべきＹＡＧ系の蛍光体の量を考慮して決定される。本実施形態では、ＬＥＤチップ４の側面１４に形成される樹脂層の厚さと、発光観測面１０に形成される樹脂層の厚さとが同程度になるように、伸長シート３８の伸長率を制御する。
【００３２】
次に図１２に示すように、ＬＥＤチップ４の実装面１２に設けられたバンプ８の先端部８ｂを転写用の耐熱シート４２に接触させて、複数のＬＥＤチップ４のバンプ８を耐熱シート４２に接着させる。このとき、転写用の耐熱シート４２とＬＥＤチップの実装面１２との間に空間が形成されるように、バンプ８と耐熱シート４２との接着を行う。バンプ８に耐熱シート４２を接着後、ＬＥＤチップ４の樹脂層６Ｄに粘着されていた伸長シート３８を剥離し、それぞれのＬＥＤチップ４を耐熱シート４２に転写する。なお、上記転写用の耐熱シート４２の替わりに、一定温度を超えるとシートから被接着物が剥離する熱剥離シートを使用しても良い。
【００３３】
次に図１３に示すように、各ＬＥＤチップ４に形成されている樹脂層６Ｄがトレー４４の底面４４ｂに接触するように、耐熱シート４２に転写されたＬＥＤチップ４をトレー４４に入れ、トレー４４の内部をＹＡＧ系の蛍光体を含有する樹脂材料６Ｌで満たす。本実施形態では、ここで使用する樹脂材料６Ｌに、ＬＥＤチップの発光観測面１０に形成した樹脂層６Ｄを形成するための樹脂材料６Ｌ（図４）と同様の材料を使用することもできるし、樹脂材料に対する蛍光体濃度を必要に応じて変更して用いても良い。樹脂材料６Ｌは、ＬＥＤチップ４の間隙４０が樹脂材料６Ｌで満たされるように、かつ、バンプ８の先端部８ｂを除く実装面１２の全面が樹脂材料６Ｌで覆われるように、トレー４４内部に注入される。なお、バンプ８の上面８ｃが転写用の耐熱シート４２にマスクされているので、樹脂材料６Ｌをトレー４４内部に注入する際に、樹脂材料６Ｌによってバンプ８の上面８ｃが覆われてしまうことを防止できる。さらに、図２（ｂ）を参照して説明したように、バンプ８において、側面８ｄと上面８ｃとのなす角度が鋭角であれば、樹脂材料８Ｌがバンプ８の先端部まで達することを防ぐことができるので、最終的に得られる発光装置２において、より確実に、バンプ８の先端部８ｂを樹脂層６から突出させることができる（図１参照）。
【００３４】
トレー４４内部に注入する樹脂材料６Ｌの量（液面の高さ）を制御することにより、ＬＥＤチップの実装面に形成する樹脂層の厚さを制御することができる。本実施形態では、ＬＥＤチップ４の発光観測面１０の樹脂層に対して、５０％程度の厚さを有する樹脂層が実装面１２に形成されるように、トレー４４内部に注入する樹脂材料６Ｌの量を制御する。なお、トレー４４には、図４で使用したトレー３２と同様のトレーを使用することもできれば、専用のトレーを用いることもできる。また、図４を参照して説明したように、樹脂材料６Ｌを注入する前にトレー４４の内部表面に予め離型剤３６を塗布しておけば、後の工程で硬化したＬＥＤチップをトレー４４から容易に取り出すことができる。
【００３５】
続いて図１４に示すように上記樹脂材料６Ｌを加熱して硬化させて、樹脂層６Ｅによって連結された複数のＬＥＤチップ４をトレー４４から取り出す。また、耐熱シート４２をバンプ８から剥離する。なお、樹脂材料６Ｌを硬化させるための加熱は、転写に使用する耐熱シート４２の耐熱温度範囲で行う。
【００３６】
最後に、図１５に示すように、いずれのＬＥＤチップ４の側面１４にも同程度の厚みの樹脂層が残るように、ＬＥＤチップ４の間隙４０の樹脂層６Ｅの中央部分をダイサーを使用して切断する。本実施形態では、上述したように、発光観測面１０に形成された樹脂層６Ｄの厚みと、側面１４に形成された樹脂層の厚みとが同程度である。分離された各発光装置は、実装面のバンプの先端部を除いて実質的に全面が樹脂層によって覆われている。以上のようにして、本実施形態の発光装置を作製する。
【００３７】
（応用例）
以下に実施形態１の発光装置２の様々な応用例について説明する。図１８に示す発光装置は、複数の発光装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃが同一基板３上に搭載されて形成されてなる。発光装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、いずれも実施形態１で説明した発光装置２と同様であり、ＬＥＤチップが実装面のバンプの先端部を除いて実質的に全面が樹脂層に覆われて形成されている。発光装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃのうち、発光装置２Ａは、青色ＬＥＤチップがＹＡＧ系の蛍光体を含有する樹脂層で覆われ、光の混色の原理により白色光が発光される白色発光装置である。発光装置２Ｂは、青色ＬＥＤチップが蛍光体を含有しない樹脂層で覆われた青色発光装置であり、発光装置２Ｃは、黄色ＬＥＤチップが蛍光体を含有しない樹脂層で覆われた黄色発光装置である。
【００３８】
図１８に示す発光装置によると、各発光装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃが非常に小型であるので、異なる色を発光するこれら複数の発光装置を組み合わせて使用しても、装置を小型化できる。
【００３９】
図１９に示す発光装置は、実施形態１の発光装置２が基板３に搭載され、バンプ８が基板３上の各電極５に直接接続されてなる。上述したように発光装置２は、ＬＥＤチップのほぼ全面が樹脂層によって覆われて形成されているので、発光装置２をさらに樹脂封止したり、あるいはパッケージングなどすることなしに、使用することができるので、発光装置２を使用する発光装置を小型化できる。
【００４０】
図２０に示す発光装置は、実施形態１の発光装置２を利用したチップ部品型発光装置である。このチップ部品型発光装置は、発光装置２が基板３に搭載され、基板３上にキャビティ部７を形成するように絶縁ブロック９が形成され、キャビティ部７の内部に透明樹脂材料を充填させて発光装置２を封止して形成されている。キャビティ部７は、発光装置２からの発光の反射成分がより利用できるように、内部表面７ｂにメッキ層が形成されており、さらに、発光装置２が搭載されている底面７ｃの面積が上面７ｄの面積よりも小さくなるように、キャビティの内部側面が傾斜して、すり鉢形状になっている。キャビティ部７において、発光装置２のバンプ８は、基板３上の各電極５に直接接続されている。このような発光装置によると、発光装置２から放出された光を非常に有効利用できるので、さらに高輝度な発光装置を得ることができる。
【００４１】
また、図２０のチップ部品型発光装置によると、発光装置２がキャビティ部７の内部に透明樹脂材料で封止され、発光装置２が透明樹脂材料によって覆われている。従って、透明樹脂材料からなる封止樹脂層が発光装置２の保護膜のような役割を果たし、発光装置２が空気中の水分を吸収することを防ぐので、装置の劣化を妨げることができる。
【００４２】
また、図２０のチップ部品型発光装置を色変換発光装置として使用する場合には、発光装置２に使用する封止部材６に蛍光体材料を含有させる。発光装置２において、ＬＥＤチップのほぼ全面が封止部材によって覆われているので、発光装置２のほぼ全面から均一に色変換された光が放出される。図２０のチップ部品型発光装置によると、発光装置２から放出された光がキャビティ部７の内部で反射し、この光を有効利用できる。従って、さらに高輝度で色むらのない色変換発光装置を得ることが可能となる。
【００４３】
以下、封止部材６に蛍光体材料を含有させて本実施形態の発光装置２を色変換発光装置として使用する場合に使用可能な発光素子４、および、封止部材６に混合され得る蛍光体物質、ならびに封止部材６について詳述する。
【００４４】
（発光素子）
本実施形態の発光装置が色変換発光装置である場合、発光素子からの光は、蛍光体物質から放出される光よりも短波長であると効率がよい。そのため、高効率に発光輝度の高い可視光を発光可能な半導体素子として、窒化物半導体（ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を活性層に利用したものが好適に挙げられる。窒化物半導体を利用した発光素子は、サファイア基板、スピネル（ＭｇＡｉ２Ｏ４）基板、ＳｉＣ、ＧａＮ単結晶等の上に形成させることができるが、量産性と結晶性を満たすにはサファイア基板を用いることが好ましい。よって、本実施形態では、ｎ型及びｐ型の窒化物半導体層が絶縁性基板であるサファイア基板上に形成され、半導体層側に両電極を有する発光素子を用いている。
【００４５】
（蛍光物質）
本実施形態の発光素子に用いられる蛍光物質は、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発光された光を励起させて発光できるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質をベースとしたものである。
【００４６】
具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｙ：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることができる。
【００４７】
本明細書において、Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
【００４８】
更に詳しくは、一般式（ＹｚＧｄ１−ｚ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ１−ａＳｍａ）３Ｒｅ‘５Ｏ１２：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種である。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。
【００４９】
この蛍光物質は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを４５０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【００５０】
またフォトルミネセンス蛍光体は、結晶中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加すると共に、青色光によるフォトルミネセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもできる。
【００５１】
しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側にシフトする。また、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長側にシフトする。
【００５２】
Ｙの一部をＧｄで置換する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含有（置換）を０．０３から１．０にすることが好ましい。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能な発光装置を形成することができる。
【００５３】
このようなフォトルミネセンス蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【００５４】
発光ダイオードにおいて、このようなフォトルミネセンス蛍光体は、２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体や他の蛍光体を混合させてもよい。
【００５５】
他にも青色、青緑色や緑色を吸収して赤色が発光可能な蛍光体としては、Ｅｕ及び／又はＣｒで付活されたサファイア（酸化アルミニウム）蛍光体やＥｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有Ｃａ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２蛍光体（オキシナイトライド蛍光硝子）等が挙げられる。これらの蛍光体を利用して発光素子からの光と蛍光体からの光の混色により白色光を得ることもできる。
【００５６】
また、蛍光体材料を含有させる封止部材（透光性モールド部材）の粘度や、蛍光体の粒径が、形成時の量産性に影響する。すなわち、透光性モールド部材となる材料の粘度が低い場合や、蛍光体の粒径が大きい場合は透光性モールド部材となる材料との比重差による分離沈降が促進する傾向にある。また、粉砕工程での結晶破壊などにより、無機蛍光体では粒径が小さくなると変換効率が低下する傾向にある。さらに、あまり小さくなりすぎると凝集体を構成するために透光性モールド部材中への分散性が低下し発光装置からの色ムラや輝度ムラを引き起こす傾向にある。そのため、透光性モールド部材の材料や蛍光体にもよるが、蛍光体の平均粒径は１〜１００μｍが好ましく、５〜５０μｍがより好ましい。ここで平均粒径とは、空気透過法を基本原理としてサブシーブサイザーにて測定された平均粒子径を示す。
【００５７】
また、発光出力を向上させるためには、本発明で用いられる蛍光物質の平均粒径は１０μｍ〜５０μｍが好ましく、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍである。このような粒径を有する蛍光物質は光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。このように、光学的に優れた特徴を有する大粒径蛍光物質を含有させることにより、発光素子の主波長周辺の光をも良好に変換し発光することが可能となり、発光装置の量産性が向上される。
【００５８】
また、この平均粒径値を有する蛍光物質が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いることにより色ムラが抑制され良好な色調を有する発光装置が得られる。
【００５９】
本発明に用いられる具体的蛍光物質として、Ｃｅで付活されたＹＡＧ系蛍光体（Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍから選ばれた少なくとも１つの元素と、Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選ばれた少なくとも１つの元素とを含んでなるセリウムで付活されたガーネット系蛍光体）を挙げる。ＹＡＧ系蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で沈降させる。これを焼成して得られる共沈酸化物と酸化アルミニウムを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で１７０分焼成して焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通してＹＡＧ系蛍光体を形成させることができる。
【００６０】
同様に、本発明に用いられる他の具体的蛍光体として、Ｅｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２蛍光体が挙げられる。このＥｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２蛍光体は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化珪素及び酸化カルシウムなどの原料に希土類原料を所定比に混合した粉末を窒素雰囲気下において１３００℃から１９００℃（より好ましくは１５００℃から１７５０℃）において溶融し成形させる。成形品をボールミルして洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して蛍光体を形成させることができる。これにより４５０ｎｍにピークをもった励起スペクトルと約６５０ｎｍにピークがある青色光により赤色発光が発光可能なＥｕ及び／又はＣｒで付活されたＣａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ系オキシナイトライド蛍光硝子とすることができる。
【００６１】
なお、Ｅｕ及び／又はＣｒで付活されたＣａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ系オキシナイトライド蛍光硝子の窒素含有量を増減することによって発光スペクトルのピークを５７５ｎｍから６９０ｎｍに連続的にシフトすることができる。同様に、励起スペクトルも連続的にシフトさせることができる。そのため、Ｍｇ、Ｚｎなどの不純物がドープされたＧａＮやＩｎＧａＮを発光層に含む窒化ガリウム系化合物半導体からの光と、約５８０ｎｍの蛍光体の光の合成光により白色系を発光させることができる。特に、約４９０ｎｍの光が高輝度に発光可能なＩｎＧａＮを発光層に含む窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子との組合せに理想的に発光を得ることもできる。
【００６２】
また、上述のＣｅで付活されたＹＡＧ系蛍光体とＥｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ系オキシナイトライド蛍光硝子とを組み合わせることにより青色系が発光可能な発光素子を利用してＲＧＢ（赤色、緑色、青色）成分を高輝度に含む極めて演色性の高い発光ダイオードを形成させることもできる。このため、所望の顔料を添加するだけで任意の中間色も極めて簡単に形成させることができる。本発明においては何れの蛍光体も無機蛍光体であり、有機の光散乱剤やＳｉＯ２などを利用して高コントラストと優れた量産性が両立した発光ダイオードを形成させることができる。
【００６３】
（封止部材）
このような蛍光物質を封止部材（透光性モールド部材）に含有させる。透光性モールド部材の材料原料としては、発光素子及び蛍光物質からの光に対して耐光性が高く、透光性に優れたものが好ましい。また、発光素子を被覆する保護膜として働く場合には、ある程度の剛性が要求される。透光性モールド部材の材料として、具体的にはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等の無溶剤、あるいは溶剤タイプの液状透光性熱硬化樹脂が好適に挙げられる。同様に、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリノルボルネン樹脂等の溶剤タイプの液状透光性熱可塑樹脂も利用することができる。更に、有機物だけでなく二酸化珪素などの無機物やゾル−ゲル法にて形成した二酸化珪素及びアクリル樹脂などを混合したハイブリッド樹脂も好適に利用することができる。また、凸レンズ部材など更に透光性モールド部材を樹脂等にて被覆する場合は、凸レンズ部材等との密着性を考慮して上述で記載した樹脂から選択利用することができる。
【００６４】
（実施形態２）
本実施形態２の白色系の発光装置は、実施形態１のＬＥＤチップ４に４００ｎｍ付近の短波長領域に発光ピークを有する紫外発光のＬＥＤチップを使用し、ＬＥＤチップを覆う樹脂層に下記のような材料を使用することにおいて、実施形態１の発光装置２と異なる。
【００６５】
以下、本実施形態２における、上記ＬＥＤチップを覆う樹脂層について説明する。
【００６６】
樹脂材料に含まれる樹脂成分には、比較的紫外線に強い樹脂（例えばシリコーンまたはアクリルなど）やガラスなどを使用する。上記樹脂成分に、紫外光を吸収して、赤色を発光する蛍光体材料と、青色を発光する蛍光体材料と、緑色を発光する蛍光体材料とを混合させる。具体的には、上記赤色発光蛍光物質として、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、または３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、またはＭｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ、またはＧｄ２Ｏ２：Ｅｕ、またはＬａＯ２Ｓ：Ｅｕ、またはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕが使用される。上記青色発光蛍光物質として、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、またはＲｅ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（ただしＲｅは、Ｓｒ、Ｃａ、ＢａおよびＭｇから選択される少なくとも１つ）、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕが使用される。上記緑色発光蛍光物質として、（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３が使用される。
【００６７】
本実施形態２によると、紫外発光のＬＥＤチップの発光観測面、側面および実装面のほぼ全面が、紫外線を吸収して赤色、青色および緑色を発光する蛍光体を含有する樹脂層で覆われているので、ＬＥＤチップの発光観測面だけでなく、側面および実装面から放出される光をも、蛍光体物質に吸収させて、波長変換を行うことができる。従って、実質的にＬＥＤチップの全面において、光の混色の原理により、白色発光を得ることができる。このような発光装置は紫外線によって劣化されにくいため、長寿命で信頼性が高い。
【００６８】
なお、本実施形態２では、ＬＥＤチップを覆う樹脂層に、紫外光を吸収して、赤色を発光する蛍光体材料と、青色を発光する蛍光体材料と、緑色を発光する蛍光体材料とが混合されているが、本実施形態２の発光装置はこれに限定されない。樹脂層に上記蛍光体材料の少なくとも１つが含まれていれば、その蛍光体材料に対応した発光を得ることができる。
【００６９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によると、小型で高輝度の発光装置、およびその製造方法を提供することができる。また、本発明の発光装置を色変換発光装置として使用する場合、発光素子のほぼ全面において均一に色変換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態における発光装置の断面図である。
【図２】（ａ）は図１の発光装置に含まれるＬＥＤチップの断面図であり、（ｂ）はバンプの拡大断面図である。。
【図３】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第１工程を示す図である。
【図４】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第２工程を示す図である。
【図５】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第３工程を示す図である。
【図６】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第４工程を示す図である。
【図７】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第５工程を示す図である。
【図８】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第６工程を示す図である。
【図９】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第７工程を示す図である。
【図１０】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第８工程を示す図である。
【図１１】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第９工程を示す図である。
【図１２】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第１０工程を示す図である。
【図１３】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第１１工程を示す図である。
【図１４】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第１２工程を示す図である。
【図１５】  本発明の一実施形態の発光装置の製造方法の第１３工程を示す図である。
【図１６】  本実施形態に使用される他のトレーの断面図である。
【図１７】  （ａ）および（ｂ）はバンプの作製方法を説明するための図であり、（ｃ）は図１１に対応する平面図である。
【図１８】  実施形態１の発光装置を使用した発光装置を示す図である。
【図１９】  実施形態１の発光装置を使用した発光装置を示す図である。
【図２０】  実施形態１の発光装置を使用した発光装置を示す図である。
【図２１】  （ａ）および（ｂ）は、一般的な発光装置の断面図である。
【符号の説明】
２  発光装置
４  発光素子
６  封止部材
６Ｌ  封止材料
６Ｄ  封止部材
８  バンプ
１０  発光観測面
１２  実装面
１４  側面
１６  ｎ型窒化物半導体層
１８  活性層
２０  ｐ型窒化物半導体層
２２  ｎ電極
２４  ｐ電極
３０  ウェハ
３２、３３、４４  トレー
３８  伸長シート
４０  間隙
４２  転写用の耐熱シート
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004081985.tif 000016
【図１６】
0004081985.tif 000017
【図１７】
0004081985.tif 000018
【図１８】
0004081985.tif 000019
【図１９】
0004081985.tif 000020
【図２０】
0004081985.tif 000021
【図２１】
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