(57)【要約】【課題】発光素子から発せられた偏向光の乱れを防止することができる発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】発光装置１において、実装ベース３と、実装ベース３上に実装され、偏向光２０を発する発光素子２と、発光素子２を覆い、発光素子２から発せられる偏向光２０を透過し、樹脂分子に非配列構造を有する光透過性樹脂部４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装ベースと、
前記実装ベース上に実装され、偏向光を発する発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子から発せられる偏向光を透過し、樹脂分子に非配列構造を有する光透過性樹脂部と、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記光透過性樹脂部は、前記樹脂分子をランダムに存在させてい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】
前記光透過性樹脂部は、前記樹脂分子の分子軸に垂直方向の屈折率と分子軸に平行方向の屈折率とを等しく設定していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光素子は、非極性面又は半極性面を主面とするIII族窒化物半導体により構成され、第１導電型の第１半導体層、この第１半導体層上の発光層及びこの発光層上の第２導電型の第２半導体層を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
実装ベース上に偏向光を発する発光素子を実装する工程と、
前記発光素子から発せられる偏向光を透過する光透過性樹脂を前記発光素子に滴下塗布し、この発光素子を覆う光透過性樹脂部を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項６】
実装ベース上に偏向光を発する発光素子を実装する工程と、
前記発光素子から発せられる偏向光を透過する光透過性樹脂を前記発光素子に滴下塗布する工程と、
前記光透過性樹脂を段階的に昇温し、この光透過性樹脂を硬化させ、前記発光素子を覆う光透過性樹脂部を形成する工程と、
を備えたことを特徴と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、発光装置及びその製造方法に関し、特に偏向光を発する発光素子が実装される発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば液晶ディスプレイのバックライト等には発光素子から入射される光の伝搬方向を変更して出力する光学素子（導光板）が使用されている。この導光板から出力された光は偏光板を介して液晶パネルに入力され、液晶ディスプレイに画像を表示することができる。導光板に入射された光（以下、単に「入射光」という。）は導光板の内部において散乱された後、光を取り出す発光面全体において散乱された光を均一に発光させることができる。すなわち、導光板の内部において入射光を反射する反射面の表面に反射パターンが形成されており、入射光が反射パターンによって方向付けされて導光板の内部を伝搬し、導光板の内部を伝搬した光は発光面から出力される。
【０００３】
近年、出力光を偏向光とする発光素子が採用される傾向にある。この種の発光素子を液晶バックライトやプロジェクタの光源として使用すれば、偏光板においてカットされる光の成分が少なくなり、発光効率を向上することができるものであると、下記非特許文献1に記載されているように期待がなされている。
【非特許文献１】タケウチ（T. Takeuchi）他著、「ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス、第３９巻 (Japanese Journal of Applied Physics vol.39) 」、２０００年、４１３頁−４１６頁。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
偏向光を発する発光素子はベース基板上やパッケージ基板にダイボンディングにより実装され、この実装された発光素子はシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の光透過性樹脂によりモールドされる。すなわち、発光素子を光透過性樹脂によりモールドした発光装置を製造することができる。光透過性樹脂のモールド成型には射出成型法や押出成型法が使用されている。しかしながら、このような発光装置においては、光透過性樹脂の熱硬化時に樹脂分子に配向が生じる。また、熱硬化時に光透過性樹脂の内部に残留応力が発生する。樹脂分子の配向の発生や残留応力の発生は光透過性樹脂の内部に複屈折性を発現させ、この複屈折性の発現により発光素子から発せられた偏向光に乱れが生じる。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、発光素子から発せられた偏向光の乱れを防止することができる発光装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、発光装置において、実装ベースと、実装ベース上に実装され、偏向光を発する発光素子と、発光素子を覆い、発光素子から発せられる偏向光を透過し、樹脂分子に非配列構造を有する光透過性樹脂部とを備える。更に、第１の特徴に係る発光装置において、光透過性樹脂部は樹脂分子をランダムに存在させていることが好ましい。また、第１の特徴に係る発光装置において、光透過性樹脂部は複屈折を発現させないことが好ましい。更に、第１の特徴に係る発光装置において、発光素子は、非極性面又は半極性面を主面とするIII族窒化物半導体により構成され、第１導電型の第１半導体層、この第１半導体層上の発光層及びこの発光層上の第２導電型の第２半導体層を備えることが好ましい。
【０００７】
本発明の第２の特徴は、発光装置の製造方法において、実装ベース上に偏向光を発する発光素子を実装する工程と、発光素子から発せられる偏向光を透過する光透過性樹脂を発光素子に滴下塗布し、この発光素子を覆う光透過性樹脂部を形成する工程とを備える。
【０００８】
本発明の第３の特徴は、発光装置の製造方法において、実装ベース上に偏向光を発する発光素子を実装する工程と、発光素子から発せられる偏向光を透過する光透過性樹脂を発光素子に滴下塗布する工程と、光透過性樹脂を段階的に昇温し、この光透過性樹脂を硬化させ、発光素子を覆う光透過性樹脂部を形成する工程とを備える。第２の特徴又は第３の特徴に係る発光装置の製造方法において、光透過性樹脂を滴下塗布する工程には樹脂をシリンジから滴下塗布する工程が考えられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発光素子から発せられた偏向光の乱れを防止することができる発光装置及びそ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】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、発光素子にLED（light emitting diode）を使用し、面実装構造を有する発光装置に本発明を適用した例を説明するものである。
【００１２】
［発光装置の構成］
図１に示すように、第１の実施の形態に係る発光装置１は、実装ベース３と、実装ベース３上に実装され、偏向光２０を発する発光素子２と、発光素子２を覆い、発光素子２から発せられる偏向光２０を透過し、樹脂分子（４ｍ）に非配列構造を有する光透過性樹脂部４とを備えている。
【００１３】
実装ベース３は、第１の実施の形態において面実型構造のパッケージ基板であり、リフレクタ３０Ｒを兼ねた断面凹型形状の実装面３０を備えている。実装ベース３の実装面３０の底面上に発光素子２が実装され、この実装された発光素子２の側面周囲において実装ベース３上にテーパ面からなるリフレクタ３０Ｒが構成されている。実装面３０とリフレクタ３０Ｒとは一体に構成されている。
【００１４】
［発光素子の構成］
発光素子２は、第１の実施の形態において、偏向光２０を発するLEDである。ここで、「偏向光」とは直線偏光成分が均等（ランダム）ではなく偏りがあるものを意味するが、第１の実施の形態においては１００％の直線偏光である必要はない。従って、偏向光２０の偏光方向とは最も直線偏光成分の大きい方向である。
【００１５】
第１の実施の形態に係る発光素子２は、例えば、図２に示すように、偏向光２０を発生する発光部２２０と、この発光部２２０を搭載し発光部２０から発せられる偏向光２０を出力する出力部（基板）２１０とを備えている。
【００１６】
発光部２２０は、GaN結晶の非極性面（non-polar plane）又は半極性面（semi-polar plane）を結晶成長表面として使用し、第１導電型の第１半導体層２２１、活性層２２２及び第２導電型の第２半導体層２２３のそれぞれを、順次、結晶成長表面の法線方向に積層して形成されている。例えば、結晶成長表面が非極性面であるｍ面とすると、発光素子２はｍ面を主面とするIII族窒化物半導体により構成される。III族窒化物半導体には、例えば窒化アルミニウム（AlN）、窒化ガリウム（GaN）、窒化インジウム（InN）等がある。代表的なIII族窒化物半導体はAlxInyGa1-x-yN（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x＋y≦1）により表される。GaN半導体は、窒素を含む六方晶化合物半導体の中でもよく知られたIII−Ｖ族化合物半導体である。
【００１７】
活性層２２２には、第１半導体層２２１から第１導電型のキャリアが供給され、第２半導体層２２３から第２導電型のキャリアが供給される。第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型である場合、活性層２２２において第１半導体層２２１から供給される電子と第２半導体層２２３から供給される正孔との再結合がなされ、活性層２２２から偏向光２０が発せられる。なお、活性層２２２には、例えば、井戸層（ウェル層）を井戸層よりもバンドギャップの大きなバリア層（層障壁層）でサンドイッチ状に挟んだ量子井戸（quantum well）構造を採用することができる。また、量子井戸構造には井戸層が１つではなく多重化された量子井戸構造が含まれ、更に活性層２２２を多重量子井戸（MQW）構造とする量子井戸構造が含まれる。
【００１８】
通常、GaN結晶の極性面であるｃ面を結晶成長表面とするIII族窒化物半導体からなる活性層から取り出される光はランダム偏光（無偏光）状態である。一方、ｃ面以外のａ面、ｍ面等の非極性面又は半極性面を結晶成長表面とするIII族窒化物半導体を用いて形成した活性層２２２から取り出される光においては強い偏光状態を実現することができる。例えば、ｍ面を主面として活性層２２２が構成される場合、ｍ面に平行な偏光成分、より具体的にはａ軸方向の偏光成分を多く含む偏向光２０を活性層２２２から発生させることができる。非極性面及び半極性面の詳細な説明は後述する。
【００１９】
発光部２２０は出力部２１０の結晶成長面上に結晶成長により成長させ形成される。すなわち、図２に示すように、発光素子２は、出力部２１０を含み、この出力部２１０と、この出力部２１０上の第１半導体層２２１と、この第１半導体層２２１上の活性層２２２と、この活性層２２２上の第２半導体層２２３とを備えている。第１の実施の形態において、出力部２１０は例えばGaN単結晶基板により構成されている。出力部１０の結晶成長表面となる主面が非極性面であるｍ面を主面とした場合、この主面上に結晶成長により発光部２２０を形成することができる。つまり、発光部２２０はｍ面を結晶成長主面とするGaNにより構成され、発光素子２はｍ面を結晶成長面主面として成長させたIII族窒化物半導体により構成される。出力部２１０の主面は発光部２２０の結晶成長表面と同一である。
【００２０】
発光素子２は、更に第１半導体層２２１に動作電圧を供給する第１電極２１１と、第２半導体層２２３に動作電圧を供給する第２電極２１２とを備える。同図２に示すように、第２半導体層２２３、活性層２２２及び第１半導体層２２１の一部の領域がメサエッチングにより除去され第１半導体層２２１が露出された表面上に第１電極２１１が配設される。第１の半導体層２２１と第１電極２１１との間は電気的に接続されている。第２電極２１２は第２半導体層２２３上に配設される。第２半導体層２２３と第２電極２１２との間は電気的に接続されている。
【００２１】
第１電極２１１には例えばアルミニウム（Al）が使用され、第２電極２１２には例えばパラジウム（Pd）−金（Au）合金が使用される。第１電極２１１は第１半導体層２１１にオーミック接続され、第２電極２１２は第２半導体層２３３にオーミック接続される。なお、第１半導体層２２１と第１電極２１１の間に第１導電型のコンタクト層を介在させてもよい。また、第２半導体層２２３と第２電極２１２との間に第２導電型のコンタクト層を介在させてもよい。
【００２２】
発光素子２において、出力部２１０の第１半導体層２２１に接する結晶成長表面（主面若しくは表面）に対向する面（裏面）は出力面２１０Ａである。活性層２２２から発せられた偏向光２０は、出力光として出力面２１０Ａから発光素子２の外部に出力される。なお、発光素子２は第２半導体層２２３側から光を取り出すこともできる。第１の実施の形態に係る発光素子２は、図示しないが実装ベース３の実装面３０上にバンプ電極を介して電気的に接続され、フリップチップ方式により実装されている。
【００２３】
［発光素子の結晶構造］
発光素子２を構成するIII族窒化物半導体のユニットセルの結晶構造は図３及び図４に示すように六方晶系の結晶構造により近似することができる。六方晶系の結晶構造において、ｃ軸は六角柱の軸方向に沿う結晶軸である。このｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）はｃ面｛０００１｝である。ｃ面に平行な２つの面においてIII族窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ軸側の面（＋ｃ面）はIII族原子を並べた結晶面になる。−ｃ軸側の面（−ｃ面）は窒素原子を並べた結晶面となる。このため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とにおいて異なる性質を示すので、極性面（polar plane）と呼ばれている。
【００２４】
図４に示すように、１つのIII族原子に対して４つの窒素原子が結合されている。４つの窒素原子はIII族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に位置している。これらの４つの窒素原子のうち、１つの窒素原子はIII族原子に対して＋ｃ軸方向に位置し、他の３つの窒素原子はIII族原子に対して−ｃ軸側に位置している。このような結晶構造を有するので、III族窒化物半導体において分極方向はｃ軸に沿っている。
【００２５】
六方晶系の結晶構造においては、六角柱の側面のそれぞれはｍ面｛１−１００｝である。隣り合わない一対の稜線を通る面はａ面｛１１−２０｝である。ｍ面並びにａ面は、ｃ面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面すなわち非極性面である。更に、ｃ面に対して傾斜している（ｃ面に平行でもなく、直角でもない）結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているので、若干の極性のある平面すなわち半極性面（semi-polar plane）である。半極性面の具体例は、図５（Ａ）に示す｛１０−１１｝面、図５（Ｂ）に示す｛１０−１３｝面等である。
【００２６】
［光透過性樹脂部の分子構造］
第１の実施の形態に係る発光装置１において光透過性樹脂部４は前述のように樹脂分子（４ｍ）に非配列構造を有し、この非配列構造を有する光透過性樹脂部４は複屈折を発現しない。ここで、複屈折率Δnとは、下記式において表されるように、図６に示す樹脂分子４ｍの分子軸に垂直方向の屈折率n┴と樹脂分子４ｍの分子軸に平行方向の屈折率n//との差で定義されている。
【００２７】
Δn = n┴ - n//
屈折率n┴と屈折率n//とが等しければ、光透過性樹脂部４において複屈折は存在しない。光透過性樹脂部の製造過程において、応力、熱等が急激に加わると、図７に示すように、光透過性樹脂部の樹脂分子４ｍに配向が生じる。つまり、樹脂分子４ｍの分子軸は一方向に規則的に整列される。このような樹脂分子４ｍが配向されている光透過性樹脂部においては、巨視的な複屈折が発現する。これに対して、第１の実施の形態に係る発光装置１においては、光透過性樹脂部４の製造過程において、少なくとも応力の発生が減らされ、又は急激な加熱が減らされ、樹脂分子４ｍの配列つまり樹脂分子４ｍの分子軸の方向がランダムに制御されている。樹脂分子４ｍに非配列構造を有する光透過性樹脂部４においては、巨視的に複屈折が発現しないので、発光素子２から発せられる偏向光２０が透過の際に乱されない。
【００２８】
このように、第１の実施の形態においては、樹脂分子４ｍに非配列構造を有する光透過性樹脂部４を備えたので、発光素子２から発せられた偏向光の乱れを防止することができる発光装置１を実現することができる。
【００２９】
［発光装置の製造方法］
次に、前述の第１の実施の形態に係る発光装置１の製造方法を図９乃至図１２を用いて説明する。まず最初に、図９に示すように、実装ベース３の実装面３０上にダイボンディング法により発光素子２が実装される。ここでは、図示しないが、実装ベース３に発光素子２が実装された段階で又は後に、発光素子２の第１電極２１１及び第２電極２１２が実装ベース３の実装面３０に配設された電極に電気的に接続される。
【００３０】
図１０に示すように、シリンジ滴下塗布法が使用され、実装ベース３の実装面３０上に実装された発光素子２にシリンジ６から光透過性樹脂４１が滴下塗布される。図１１に示すように、発光素子２は光透過性樹脂４１により覆われ、この発光素子２はこの光透過性樹脂４１により樹脂封止される。シリンジ滴下塗布法を使用した光透過性樹脂４１においては、射出成型や押出成型等のモールド樹脂の成型方法に比べて、光透過性樹脂４１に生じる内部応力を減少することができる。
【００３１】
引き続き、図１２に示すように、滴下塗布された光透過性樹脂４１が段階的に昇温され、光透過性樹脂４１を硬化して光透過性樹脂部４が形成される。ここで、図１２は本願発明者が一般的な封止樹脂を用いて実際に行ったデータであり、図中、横軸は昇温時間（時）であり、縦軸は加熱温度（℃）である。この段階的な昇温方法は、まず最初に、光透過性樹脂４１の硬化のための加熱が開始され、0.5時間の間に常温から80℃までリニアに加熱温度が上昇される。次に、1.0時間の間、80℃に加熱温度が一定に保持される。引き続き、0.5時間の間に80℃から最高加熱温度の150℃までリニアに加熱温度が上昇される。引き続き、1.0時間の間、150℃に加熱温度が一定に保持される。この後、1.0時間の間に、最高加熱温度の150℃から常温までリニアに冷却される。本願発明者によれば、このような段階的な昇温方法を実際に使用した結果、硬化後の光透過性樹脂部４において、複屈折が発現しなかった。
【００３２】
このような第１の実施の形態に係る発光装置１の製造方法においては、滴下塗布法により発光素子２を覆う光透過性樹脂部４を形成し、又光透過性樹脂部４を段階的な昇温方法により硬化し形成したので、発光素子２から発せられる偏向光２０の乱れを防止することができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る面実装構造を有する発光装置１に代えて砲弾型パッケージ構造を備えた発光装置に本発明を適用した例を説明するものである。図１３に示すように、第２の実施の形態に係る発光装置１は、実装ベース３と、実装ベース３上に実装され、偏向光２０を発する発光素子２と、発光素子２を覆い、発光素子２から発せられる偏向光２０を透過し、樹脂分子（４ｍ）に非配列構造を有する光透過性樹脂部４とを備えている。
【００３４】
実装ベース３は、第２の実施の形態において、リード３１の一端に配設され、このリード３１に一体に構成されている。リード３１は第２の実施の形態においてカソード電極として使用されている。実装ベース３の基本的構成は、前述の第１の実施の形態に係る発光装置１の実装ベース３と同様であり、リフレクタ３０Ｒを兼ねた断面凹型形状の実装面３０を備えている。実装ベース３の実装面３０の底面上に発光素子２が実装され、この実装された発光素子２の側面周囲において実装ベース３上にテーパ面からなるリフレクタ３０Ｒが構成されている。リード３１に近接した領域にはリード３２が配設されている。このリード３２はアノード電極として使用され、リード３２の一端は符号を付けないがワイヤを通して発光素子２に電気的に接続されている。
【００３５】
光透過性樹脂部４は、リード３１の一端の実装ベース３並びにリード３２の一端を被覆し、発光素子２０上、すなわち発光素子２から偏向光２０を発する部分に半円球形状のレンズ部４２を有する。この光透過性樹脂部４は、前述の第１の実施の形態に係る発光装置１の光透過性樹脂部４と同様に、樹脂分子４ｍに非配列構造を有し、複屈折の発現を減少するように構成されている。
【００３６】
このように構成される第２の実施の形態に係る発光装置１においては、前述の第１の実施の形態に係る発光装置１により得られる効果と同様の効果を奏することができる。
【００３７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。例えば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係る発光装置１においては透明な光透過性樹脂部４を前提として説明したが、この光透過性樹脂部４は必ずしも透明である必要はなく、本発明は青色、緑色、赤色、オレンジ色等のいずれかの染料を光透過性樹脂に混入して光透過性樹脂部４を構成してもよい。
【００３８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の構成図である。
【図２】図１に示す発光装置の発光素子の構成を示す要部断面図である。
【図３】図２に示す発光素子のIII族窒化物半導体の非極性面を説明する結晶構造図である。
【図４】図２に示す発光素子のIII族窒化物半導体の原子配列を説明する結晶構造図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも図２に示す発光素子のIII族窒化物半導体の半極性面を説明する結晶構造図である。
【図６】図１に示す発光装置において光透過性樹脂部の樹脂分子のモデル図である。
【図７】光透過性樹脂の樹脂分子の配向状態を示す図である。
【図８】図１に示す発光装置において光透過性樹脂部の樹脂分子がランダムに存在する場合を示すモデル図である。
【図９】第１の実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明する第１の工程断面図である。
【図１０】第２の工程断面図である。
【図１１】第３の工程断面図である。
【図１２】第１の実施の形態に係る発光装置の光透過性樹脂部の昇温方法を説明するチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…発光装置
２…発光素子
２０…偏向光
２１０…出力部
２１０Ａ…出力面
２１１…第１電極
２１２…第２電極
２２０…発光部
２２１…第１半導体層
２２２…活性層
２２３…第２半導体層
３…実装ベース
３０…実装面
４…光透過性樹脂部
４１…光透過性樹脂
４ｍ…樹脂分子
６…シリンジ
【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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