发光元件及其制造方法以及光学元件及其制造方法

专利名称：发光元件及其制造方法以及光学元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及发光效率提高了的发光元件及其制造方法以及发光元 件中使用的光学元件及其制造方法。
背景技术：
LED、荧光灯、EL(electro-luminescence,电致发光)元件、等离子 体显示器等发光元件，利用透明的透镜、保护膜或玻璃管等形成发光 体的封装构件，光从这些封装构件的表面发散到外部(空气中)。通常，这种透明封装构件的折射率比空气的折射率大得多，因此，光从封装构件射出到外部时，在界面处发生反射。界面处反射的光根 据其反射角度的不同不从封装构件的内部发散到外部而最终变成热。另外，LED这样的发光元件是用树脂等对在衬底上层压有包含发 光层的半导体多层膜的半导体元件进行封装而形成的，但由于该半导 体发光元件的光输出口的最上层和封装的树脂的折射率不同，因此， 在它们两者的界面处发生反射。这种界面处的反射会使从外部观察发光元件时的发光效率降低。 另外，由于发光元件的温度上升，存在发光元件的寿命縮短、或者在 组装有发光元件的装置中由于发光元件的温度上升导致出现故障等问 题。作为解决由这种界面处的反射引起的发光效率降低的方法，公开 有在界面的表面上设置微细的凹凸结构的技术(例如，参照专利文献1、 2)。专利文献1:日本特开2003-174191号公报 专利文献2:日本特开2003-209283号公报发明内容专利文献1在其第5实施方式中，公开了以下方法设置防反射 膜作为构成半导体元件的光输出口的最上层，并且，为了在该防反射 膜的表面上形成微细的凹凸形状，预先制造形成有微细的凹凸形状的 模具，并用该模具对上述防反射膜的表面进行冲压成型，从而在光输 出口的表面形成凹凸形状的方法，另外，作为其变形例，公开了代替 使用模具的冲压成型，用研磨机沿无规则的方向使防反射膜的表面变 粗糙的方法。但是，前一种方法具有以下缺点不仅需要制作模具等繁琐的工序，还需要耗费制作模具的成本，后一种方法则存在以下问题通常难以形成均匀的粗糙面，制品产生性能上的偏差。另一方面，专利文献2中公开了以下方法通过刮刀加工在构成 半导体元件的光输出口的最上层的电流扩散层中形成剖面为三角形的线与间距图案(line and space pattern),再进行高温盐酸处理，在电流扩 散层的表面形成亚微米级的凹凸的方法；和使用光致抗蚀剂在电流扩 散层上形成线与间距图案，再通过反应离子蚀刻(RIE)在电流扩散层的 表面形成与上述同样的微小的凹凸的方法。但是，这些方法也存在需要繁杂的工序的问题。本发明是鉴于以上所述的背景而进行的，其课题在于，通过在与 空气接触的封装构件的表面或半导体元件的光输出口的最上层的表面 (以下将它们统称为发光面)简单地形成微细的凹凸形状，使发光元件的 发光效率提高。本发明的一个方式为具有发光体的发光元件，其特征在于，在发 光面具有能以热致模式改变形状的记录材料层，并且在所述记录材料层上以所述发光体发出的光的中心波长的0.01~100倍的间距形成有多个凹部。本发明的另一个方式为具有发光体的发光元件的制造方法，其特 征在于，在发光面上形成能以热致模式改变形状的记录材料层，并且 通过对所述记录材料层照射会聚的光，以所述发光体发出的光的中心波长的0.01 100倍的间距形成多个凹部。本发明的又一个方式为通过安装在发光元件的发光面上来提高所述发光元件的发光效率的光学元件，其特征在于，具有能透过所述 发光元件发出的光的支撑体；和所述支撑体的表面上的能以热致模式 改变形状的记录材料层，并且在所述记录材料层上以所述发光元件发 出的光的中心波长的0.01~100倍的间距形成有多个凹部。本发明的再一个方式为通过安装在发光元件的发光面上使所述发 光元件的发光效率提高的光学元件，其特征在于，在能透过所述发光 元件发出的光的支撑体的表面上形成能以热致模式改变形状的记录材 料层，并且通过对所述记录材料层照射会聚的光，以所述发光元件发 出的光的中心波长的0.01-100倍的间距形成多个凹部。根据上述的本发明的这些方式，能够通过形成记录材料层和照射 会聚的光这样的简单的工序，使从发光面发出的光的透射率提高。艮P， 发光元件的发光效率提高。另外，在照射会聚的光时，通过使用现有周知的聚焦技术，能够 容易地应对半导体元件的翘曲等，并且能够提高批量生产率。另外，上述发光元件和光学元件的制造方法中，通过以所述记录 材料层作为掩模进行蚀刻，能够在所述发光面或所述支撑体的表面上 形成与所述凹部对应的孔部。根据这样的制造方法，由于发光元件及光学元件的表面本身形成 有凹凸，因此，与在记录材料层形成有凹凸的方式相比，能够无需在 意发光元件等与记录材料层的折射率差而简单地设计凹凸形状。另外， 在本发明中，通过利用聚焦技术等在预先形成于发光元件等的表面的 记录材料层上形成多个凹部，能够在发光元件等的表面上密接地设置 掩模。因此，本发明中，不会产生因发光元件等的表面翘曲而无法密 接掩模这种以往的问题，能够简单地形成凹凸形状。


图1A是LED封装体的图。图1B是图1A的放大图。图2A是平面观察发光面的一例的图。图2B是平面观察发光面的另一例的图。图3A是说明凹部的直径与间距的关系的图。图3B是说明激光的发光时间与周期的关系的图。图4A是表示LED封装体的制造工序的顺序的图。图4B是表示LED封装体的制造工序的顺序的图。图4C是表示LED封装体的制造工序的顺序的图。图5是第2实施方式的光学元件的图。图6A是表示第3实施方式的LED元件的制造工序的顺序的图。 图6B是表示第3实施方式的LED元件的制造工序的顺序的图。 图6C是表示第3实施方式的LED元件的制造工序的顺序的图。 图7A是表示部分改变第3实施方式的LED元件的制造工序的方 式的图。图7B是表示部分改变第3实施方式的LED元件的制造工序的方 式的图。图7C是表示部分改变第3实施方式的LED元件的制造工序的方 式的图。图7D是表示部分改变第3实施方式的LED元件的制造工序的方式的图。
具体实施方式
[第1实施方式]下面参照图面对本发明的发光元件及其制造方法进行说明。如图1A所示，作为本实施方式的发光元件的一例的LED封装体 1具备作为发光体的一例的LED元件IO和用于对该LED元件10进 行固定、配线的盒20。LED元件IO是现有周知的元件，没有详细图示，其具有n型包覆 层、p型包覆层和活性层等。图1A中，上侧的面为向外部发出光的发 光面18。LED元件10固定于盒20。盒20中设置有向LED元件10供给电 力的配线21、 22等。如图1B所示，LED元件IO依次含有作为用于发光的主体部分的 发光部11、形成于发光部11上(发光面18)的记录材料层12和阻挡层 13而构成。记录材料层12是能够通过照射强光将光转变成热、并利用该热使 材料发生形状变化而形成凹部的层，即所谓的热致模式型记录材料的 层。这样的记录材料以往多用于光记录盘等的记录层，可以使用例如 菁类、酞菁类、醌类、方酸镥(squarylium)类、奧镎(azulenium)类、硫醇 络盐类、份菁类等记录材料。本发明中的记录材料层12优选为含有染料作为记录物质的染料型。因此，作为记录材料层12中所含的记录物质，可以列举染料等有 机化合物。另外，记录材料层12的材料不限于有机材料，可以使用无 机材料或无机材料与有机材料的复合材料。但是，当其为有机材料时， 能够通过旋涂容易地成膜，并且容易获得转变温度低的材料，因此， 优选釆用有机材料。另外，有机材料中，优选采用能通过分子设计来 控制光吸收量的染料。在此，作为记录材料层12的优选例，可以列举甲川染料(菁染料、半菁染料、苯乙烯染料、氧醇(Oxonol)染料、份菁染料等)、大环 状染料(酞菁染料、萘酞菁染料、卟啉染料等)、偶氮染料(包括偶氮金 属螯合染料)、亚芳基染料、络合物染料、香豆素染料、吡咯衍生物、 三嗪衍生物、1-氨基丁二烯衍生物、肉硅酸衍生物、喹酞酮类染料等。其中，优选通过激光仅能记录一次信息的染料型记录材料层12。 这是由于，有机物的记录材料能够溶于溶剂中而通过旋涂或喷涂形成 膜，因此，生产率优良。该染料型记录材料层12优选含有在记录波长 区域具有吸收的染料。特别是表示光的吸收量的消光系数k的值，其 上限优选为10以下，更优选为5以下，进一步优选为3以下，最优选 为1以下。其理由是消光系数k过高时，光不能从记录材料层12的 光的入射侧到达对侧，从而形成不均匀的孔。另外，消光系数k的下 限值优选为0.0001以上，更优选为0.001以上，进一步优选为0.1以上。 其理由是，消光系数k过低时，光吸收量减少，因此相应地需要大的 激光功率，从而导致加工速度降低。另外，记录材料层12如上所述需要在记录波长中具有光吸收，从 这样的观点考虑，可以根据激光光源的波长适当选择染料或改变结构。例如，激光光源的振荡波长在780nm附近时，从五甲川菁染料、 七甲川氧醇(heptamechine oxonol)染茅斗、五甲川氧醇(pentamethine oxonol)染料、酞菁染料、萘酞菁染料等中选择是有利的。另外，激光光源的振荡波长在660nm附近时，从三甲川菁染料、 五甲川氧醇(pentamethine oxonol)染料、偶氮染料、偶氮金属络合物染 料、吡咯甲川络合物染料等中选择是有利的。另外，激光光源的振荡波长在405nm附近时，从单甲川菁染料、 单甲川氧醇(monomethine oxonol)染料、零甲川份菁染料、酞菁染料、 偶氮染料、偶氮金属络合物染料、卟啉染料、亚芳基染料、络合物染 料、香豆素染料、吡咯衍生物、三嗪衍生物、苯并三唑衍生物、1-氨基 丁二烯衍生物、喹酞酮类染料等中选择是有利的。以下，针对激光光源的振荡波长在780nm附近的情况、在660nm 附近的情况、在405nm附近的情况列举作为记录材料层12(记录层化合 物)分别优选的化合物的例子。在此，以下的化学式1、 2所示的化合物 (I-1 I-10)是激光光源的振荡波长在780nm附近的情况下的化合物。另 外，化学式3、4所示的化合物(II-l II-8)是激光光源的振荡波长在660nm 附近的情况下的化合物。另外，化学式5、 6所示的化合物(111-1~111-14) 是激光光源的振荡波长在405nm附近的情况下的化合物。此外，本发 明并不限于将这些化合物用作记录层化合物的情况。<激光光源的振荡波长在780nm附近的情况下的记录层化合物的 例子><激光光源的振荡波长在780nm附近的情况下的记录层化合物的 例子〉<formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 13</formula><formula>formula see original document page 14</formula>(l"画3).<激光光源的振荡波长在405nm附近的情况下的记录层化合物的 例子>另外，还优选使用日本特开平4-74690号公报、日本特开平 8-127174号公报、日本特开平11-53758号公报、日本特开平11-334204 号公报、日本特开平11-334205号公报、日本特开平11-334206号公报、 日本特开平11-334207号公报、日本特开2000-43423号公报、日本特 开2000-108513号公报及日本特开2000-158818号公报等中记载的染 料。这样的染料型记录材料层12可以通过使染料与粘结剂等一同溶解 于适当的溶剂中制备涂布液，接着将该涂布液涂布在衬底上或后述的PC2H5 、厂OSO2Ph OC2H5光反射层上形成涂膜，然后进行干燥而形成。此时，涂布涂布液的面的温度优选为10 40。C的范围。更优选下限值为15"C以上，进一步优 选为2(TC以上，特别优选为23。C以上。另外，作为上限值，更优选为 35。C以下，进一步优选为30。C以下，特别优选为27。C以下。如此，被 涂布面温度在上述范围时，能够防止涂布不均及涂布故障的产生，并 能够使涂膜的厚度均匀。另外，上述上限值和下限值可以分别任意组合。在此，记录材料层12可以为单层，也可以为多层，为多层结构时， 可以通过进行多次涂布工序来形成。涂布液中的染料的浓度通常为0.01-15质量％的范围，优选为 0.1~10质量％的范围，更优选为0.5~5质量％的范围，最优选为0.5~3 质量％的范围。作为涂布液的溶剂，可以列举醋酸丁酯、乳酸乙酯、乙酸溶纤 剂等酯；甲乙酮、环己酮、甲基异丁基酮等酮；二氯甲烷、1,2-二氯乙 烷、氯仿等氯化烃；二甲基甲酰胺等酰胺；甲基环己烷等烃；四氢呋 喃、乙醚、二瞎垸等醚；乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、双丙酮醇等 醇；2,2,3,3-四氟丙醇等含氟溶剂；乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚等二醇醚类等。上述溶剂可以考虑所使用的染料的溶解性而单独或两种以上组合使用。涂布液中还可以根据目的添加抗氧化剂、UV吸收剂、增塑剂、 润滑剂等各种添加剂。作为涂布方法，可以列举喷涂法、旋涂法、浸渍法、辊涂法、刮刀涂布法、刮刀辊法(doctor roll method)、刮板法、丝网印刷法等。 另外，从生产率优良、容易控制膜厚的观点考虑，优选采用旋涂法。从有利于利用旋涂法来形成的观点考虑，记录材料层12(记录层化 合物)优选相对于有机溶剂在0.3重量％以上且30重量％以下的范围溶 解，更优选在1重量％以上且20重量％以下的范围溶解。特别优选相 对于四氟丙醇在1重量％以上且20重量％以下的范围溶解。另外，记 录层化合物的热分解温度优选为15(TC以上且50CTC以下，更优选为200 "C以上且400'C以下。涂布时，涂布液的温度优选为23 5(TC的范围，更优选为24 40 'C的范围，其中，特别优选为25 3(TC的范围。.涂布液含有粘结剂时，作为粘结剂的例子，可以列举明胶、纤 维素衍生物、葡聚糖、松香、橡胶等天然有机高分子物质；聚乙烯、 聚丙烯、聚苯乙烯、聚异丁烯等烃类树脂，聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、 聚氯乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物等乙烯类树脂，聚丙烯酸甲酯、聚甲基 丙烯酸甲酯等丙烯酸树脂，聚乙烯醇、氯化聚乙烯、环氧树脂、縮丁 醛树脂、橡胶衍生物、酚醛树脂等热固性树脂的初期缩合物等合成有 机高分子。并用粘合剂作为记录材料层12的材料时，粘合剂的用量通 常相对于染料为0.01倍量 50倍量(质量比)的范围，优选为0.1倍量~5 倍量(质量比)的范围。另外，为了提高记录材料层12的耐光性，记录材料层12中还可 以含有各种防褪色剂。作为防褪色剂，通常使用单重态氧猝灭剂。作为单重态氧猝灭剂， 可以利用已经公知的专利说明书等发行物中记载的物质。作为其具体例，可以列举日本特开昭58-175693号公报、日本 特开昭59-81194号公报、日本特开昭60-18387号公报、日本特开昭 60-19586号公报、日本特开昭60-19587号公报、日本特开昭60-35054号公报、日本特开昭60-36190号公报、日本特开昭60-36191号公报、 日本特开昭60-44554号公报、日本特开昭60-44555号公报、日本特开 昭60-44389号公报、日本特开昭60-44390号公报、日本特开昭60-54892 号公报、日本特开昭60-47069号公报、日本特开昭63-209995号公报、 曰本特开平4-25492号公报、日本特公平1-38680号公报和日本特公平 6-26028号公报等各公报、德国专利350399号说明书以及日本化学会 志1992年IO月号第1141页等中记载的物质。所述单重态氧猝灭剂等 的防褪色剂的用量相对于染料的量通常为0.1-50质量％的范围，优选 为0.5-45质量％的范围，更优选为3~40质量％的范围，特别优选为5~25 质量％的范围。以上对记录材料层12为染料型记录层时的溶剂涂布法进行了说 明，记录材料层12还可以根据记录物质的物性利用蒸镀、溅射、CVD 等成膜法来形成。另外，染料使用与在其它波长下相比，在后述的凹部15的加工中 所使用的激光的波长下的光的吸收率高的染料。特别优选与在LED元 件IO等发光元件的发射波长下相比，在加工时的激光的波长下的光的 吸收率高。该染料的吸收峰的波长并不一定要限定在可见光的波长区域内， 也可以在紫外区域或红外区域内。特别是在构成发光元件的发光面的材料的折射率高时，优选构成 凹部15的记录材料层12及阻挡层13的折射率高。对于染料，在吸收波长的峰值波长的长波长侧存在折射率高的波 长区域，优选使该波长区域与发光元件的发射波长一致。为此，优选 染料吸收波长入a比发光元件的中心波长人c短(人a众c)。 ？ia与人c之差优 选距离10nm以上，更优选25nm以上，进一步优选50nm以上。这是由于，；u和人c过于接近时，染料的吸收波长区域与发光元件的中心波长人c重叠，光被吸收。另外，人a与Xc之差的上限优选为500nm以下， 更优选为300nm以下，进一步优选为200nm以下。这是由于，入a和Xc 过于远离时，对发光元件的光的折射率变小。用激光记录凹部15时，激光的波长入w优选满足Xa〈Xw的关系。 这是由于，满足这样的关系时，染料的光吸收量适当并且记录效率提 高，能够形成良好的凹凸形状。另外，优选满足lw〈Xc的关系。这是 由于，入w应为染料吸收的波长，因此，通过使发光元件的中心波长Xc 存在于比该 iw波长长的波长侧，发光元件发出的光不被染料吸收，透 射率提高，结果能够提高发光效率。由以上观点考虑，最优选满足人a〈Xw〈Xc的关系。另外，用于形成凹部15的激光的波长Xw只要是能够得到大的激 光功率的波长即可，例如，在记录材料层12中使用染料的情况下，优 选193證、210 nm、 266證、365 nm、 405歸、488證、532 nm、 633 nm、 650 nm、 680 nm、 780 nm、 830 nm等1000nm以下的波长。另外，作为激光的种类，可以为气体激光器、固体激光器、半导 体激光器等任何一种激光器。但是，为了简化光学系统，优选釆用固 体激光器或半导体激光器。激光可以为连续光，也可以为脉冲光，优 选采用能自由改变发光间隔的激光。例如，优选采用半导体激光器。 不能直接对激光器进行开关调制时，优选用外部调制元件进行调制。另外，为了提高加工速度，优选激光功率高。但是，随着激光功率的提高，必须提高扫描速度(用激光扫描记录材料层12的速度；例如 后述的光盘驱动器的旋转速度)。因此，考虑到扫描速度的上限值，激光功率的上限值优选ioow，更优选10W，进一步优选5W，最优选1W。另外，激光功率的下限值 优选0.1mW,更优选0.5mW，进一步优选lmW。另外，激光优选为激发波长范围及相干性优良、且能够縮小为与 波长同等尺寸的光斑的光。另外，记录策略(用于恰当地形成凹部15 的光脉冲照射条件)优选采用在光盘中使用的那样的策略。S卩，优选采 用在光盘中使用的那样的记录密度、照射的激光的波峰值、脉冲宽度 等条件。记录材料层12的厚度与后述的凹部15的深度对应即可。该厚度 可以在例如l-10000nm的范围内适当设定，厚度的下限优选为10nm 以上，更优选为30nm以上。其理由是厚度过薄时，形成的凹部15 浅，因此不能获得光学效果。另外，如后所述，将记录材料层12用作 蚀刻掩模时，难以获得蚀刻效果。另外，厚度的上限优选为1000nm以 下，更优选为500nm以下。其理由是厚度过厚时，不仅需要大的激 光功率，而且难以形成深的孔，并且加工速度降低。另外，记录材料层12的厚度t和凹部15的直径d优选满足以下 关系。即，记录材料层12的厚度t的上限值优选设定为满足t<10d的 值，更优选设定为满足K5d的值，进一步优选设定为满足K3d的值。 另外，记录材料层12的厚度t的下限值优选设定为满足t>d/100的值， 更优选设定为满足t〉d/10的值，进一步优选设定为满足tXi/5的值。另 外，以与凹部15的直径d的关系如此设定记录材料层12的厚度t的上 限值及下限值的理由与上述理由相同。形成记录材料层12时，可以通过将作为记录材料的物质溶解或分 散在适当的溶剂中制备成涂布液后，将该涂布液通过旋涂、浸渍涂布、 挤出涂布等涂布方法涂布在发光面18的表面上而形成。阻挡层13是用于防止记录材料层12受到冲击等而形成的，可以任选设置。阻挡层13只要是透明的材质则没有特别限定，优选为聚碳酸酯、三醋酸纤维素等，更优选为23'C、 50%朋下的吸湿率为5%以 下的材料。另外，还可以使用SK)2、 ZnS、 GaO等氧化物、硫化物。需要说明的是，所谓"透明"，是指对于LED元件IO发出的光， 透明到使该光透过(透射率90%以上)的程度。阻挡层13如下形成将构成粘接层的光固性树脂溶解于适当的溶 剂中制备成涂布液后，在规定的温度下将该涂布液涂布在记录材料层 12上，形成涂膜，在该涂膜上层压通过例如塑料的挤出加工而得到的 三醋酸纤维素膜(TAC膜)，向层压的TAC膜上照射光，使涂膜固化。 作为所述TAC膜，优选含有紫外线吸收剂的膜。阻挡层13的厚度为 0.01~0.2mm的范围，优选为0.03~0.1mm的范围，更优选为 0.05~0.095mm的范围。记录材料层12及阻挡层13中周期性地形成有多个凹部15。凹部 15是通过对记录材料层12及阻挡层13照射会聚的光，使该照射部分 变形(包括由消失引起的变形)而形成的。凹部15优选密集地形成于发 光面18的发出光的范围内。另外，凹部15的形成原理如下所述。对记录材料层12(记录层化合物)照射材料有光吸收的波长(被材料 吸收的波长)的激光时，激光被记录材料层12吸收，该吸收的光转变成 热，光照射部分的温度上升。由此，记录材料层12发生软化、液化、 气化、升华、分解等化学或/和物理变化。然后，发生这种变化的材料 移动或/和消失，由此形成凹部15。另外，由于阻挡层13是非常薄的 层，因此其随着记录材料层12的移动或/和消失而一起移动或/和消失。另外，作为凹部15的形成方法，例如可以应用在一次性写入光盘或只读光盘等中公知的凹坑的形成方法。具体而言，例如可以应用公知的实时OPC(running Optimum Power Control)技术，艮P ，检测随凹坑尺寸而变化的激光的反射光的强度，调节激光的输出功率，使该反射 光的强度一定，由此形成均匀的凹坑(例如，日本专利第3096239号公 报)。另外，如前所述的记录材料层12(记录层化合物)的气化、升华或 分解优选其变化的比例大且急剧。具体而言，优选记录层化合物的气 化、升华或分解时通过热重-差热分析仪(TG-DTA)测得的重量减少率为 5%以上，更优选为10%以上，进一步优选为20%以上。另外，优选记 录层化合物的气化、升华或分解时通过热重-差热分析仪(TG-DTA)测得 的重量减少的斜率(每升温rC的重量减少率)为0.1%/匸以上，更优选 为0.2。/。厂C以上，进一步优选为0.4。/。厂C以上。另外，软化、液化、气化、升华、分解等化学或/和物理变化的转 变温度的上限值优选为200(TC以下，更优选为IOOO'C以下，进一步优 选为50(TC以下。其理由是转变温度过高时，需要大的激光功率。另外，转变温 度的下限值优选为5(TC以上，更优选为IO(TC以上，进一步优选为150°C 以上。其理由是转变温度过低时，与周围的温度梯度少，因此，不 能形成清晰的孔的边缘的形状。如图2A所示，凹部15可以采用形成为点状、且该点排列成格子 状的凹部。另外，如图2B所示，凹部15也可以是形成为细长的沟状、 且该沟断续地连接的凹部。另外，省略了图示，凹部还可以形成为连 续的沟状。邻接的凹部15之间的间距P是作为发光体的LED元件IO发出的 光的中心波长Xc的0.01 100倍。凹部15的间距P优选为中心波长人c的0.05-20倍，更优选为0.1~5 倍，最优选为0.2 2倍。具体而言，间距P的下限值优选为中心波长入c 的0.01倍以上，更优选为0.05倍以上，进一步优选为0.1倍以上，最 优选为0.2倍以上。另外，间距P的上限值优选为中心波长入c的100 倍以下，更优选为20倍以下，进一步优选为5倍以下，最优选为2倍 以下。凹部15的直径或沟的宽度为中心波长Xc的0.005-25倍，优选为 0.025-10倍，更优选为0.05-2.5倍，最优选为0.25 2倍。另外，在此所说的直径或沟的宽度是凹部15的一半深度处的大小、 即所谓的半值宽度。凹部15的直径或沟的宽度可以在上述范围内进行适当设定，但优 选根据间距P的大小进行调节，使折射率随着远离发光面18在宏观上 缓慢减小。即，优选间距P大时，凹部15的直径或沟的宽度也大；间 距P小时，凹部15的直径或沟的宽度也小。从该观点考虑，直径或沟 的宽度优选相对于间距P为约二分之一的大小，例如为间距P的 20~80%，更优选为30 70%，进一步优选为40 60%。凹部15的深度优选为中心波长Xc的0.01-20倍，更优选为0.05-10 倍，进一步优选为0.1-5倍，最优选为0.2-2倍。对上述构成的LED封装体1的制造方法进行说明。如图4A所示，首先，准备通过现有公知的方法制造的LED元件 IO的主体即发光部11。然后，如图4B所示，依次形成记录材料层12和阻挡层13。接着，形成凹部15，形成凹部15的装置可以采用与现有周知的光 盘驱动器同样的构成。这种光盘驱动器的构成记载于例如日本特开 2003-203348号公报中。使用这种光盘驱动器，以与光盘相同的形状形 成以矩阵状形成有LED元件IO的硅晶片，或者粘贴在虚拟光盘上等而 安装在磁盘驱动器中。然后，根据记录材料层12的材质的不同，以使 其变形的适当的输出功率对记录材料层12照射激光。进而，以使该照 射的图案与图2A或图2B例示的点或沟的图案一致的方式对激光光源 输入脉冲信号或连续信号即可。另外，如图3B所示，优选以规定的周 期T发光的激光的占空比(发光时间t/周期T)低于实际形成的凹部15 的占空比(激光的扫描方向上的凹部15的长度d/间距P,参照图3A)。 在此，图3A中显示为圆形的激光通过在发光时间t内以规定的速度移 动，有助于椭圆形凹部15的形成。另外，作为激光的占空比，例如在当凹部15的间距P为IOO时凹 部15的长度d为50的情况下，以低于50%的占空比照射激光即可。 另外，此时，激光的占空比的上限值优选小于50%，更优选小于40%， 进一步优选小于35%。另外，下限值优选为1%以上，更优选为5%以 上，进一步优选为10%以上。如以上所述，通过设定占空比，能够准 确地形成规定间距的凹部15。另外，通过使用与光盘驱动器同样的聚焦技术例如像散法等，即 使发光部11出现扭曲或翘曲，光也能够容易地会聚在发光面18的表 面。由此，如图4C所示，从发光面18侧利用光盘驱动器的光学系统 30会聚激光进行照射。与在光记录盘上记录信息时同样，可以在使发光部11旋转的同时 使光学系统30沿半径方向移动，由此在整个发光面18上形成凹部15。制造凹部15时的加工条件如下所述。光学系统30的数值孔径NA的下限优选为0.4以上，更优选为0.5 以上，进一步优选为0.6以上。另外，数值孔径NA的上限优选为2以 下，更优选为1以下，进一步优选为0.9以下。这是由于，数值孔径 NA过小时，不能进行精细加工；过大时，对记录时的角度的容限减小。光学系统30的波长例如为405士30nm、 532土30nm、 650土30nm、 780士30nm。这是由于，这些波长是容易得到大的输出功率的波长。另外，波长越短，就能够进行越精细的加工，因此优选。光学系统30的输出功率的下限为O.lmW以上，优选为1 mW以 上，更优选为5 mW以上，进一步优选为20 mW以上。光学系统30 的输出功率的上限为1000 mW以下，优选为500 mW以下，更优选为 200 mW以下。这是由于，输出功率过低时，加工耗费时间；过高时， 构成光学系统30的构件的耐久性降低。光学系统30相对于记录材料层12相对移动的线速度的下限为 0.1m/s以上，优选为1 m/s以上，更优选为5m/s以上，进一步优选为 20m/s以上。线速度的上限为500 m/s以下，优选为200 m/s以下，更 优选为100 m/s以下，进一步优选为50m/s以下。这是由于，线速度过 高时，加工精度难以提高；线速度过慢时，加工耗费时间，不能加工 成良好的形状。作为包含光学系统30的具体的光学加工机的一例，例如可以使用 Pulstec工业株式会社制造的NE0500。进而，虽未图示，可以将LED元件10固定在盒20上，并进行必要的配线，由此制造LED封装体1。如此形成的LED封装体1中，由于形成于发光面18上的微细的 凹凸形状，在发光面18的附近，折射率在宏观上缓慢地改变，从而抑 制从发光面18发出的光在发光面18的内表面反射。由此，LED封装 体l的发光效率提高。并且，如上所述，记录材料层12的形成可以通过涂布等同时大量 进行，凹部15的形成可以使用与现有公知的光盘驱动器等同样的构成 快速且廉价地进行。另外，通过利用公知的聚焦技术，即使原材存在 扭曲，也能够简单地制造凹部15。这样的工序与以往那样利用涂布材 料并进行烘烤、曝光、烘烤、蚀刻的复杂的工序相比极其简单。因此， 能够简单地在发光元件的发光面上形成微细的凹凸形状从而提高发光 效率。[第2实施方式]下面对本发明的第2实施方式的光学元件及其制造方法进行说明。 在参照的图中，图5是第2实施方式的光学元件的图。光学元件IOA是透光性高的构件，密接或粘接在发光元件的发光 面上而使用。例如，粘贴在第1实施方式中例示的LED封装体1的发 光面18的表面或荧光管的表面等上而使用。如图5所示，光学元件IOA是在透明的支撑体IIA上形成与第1 实施方式同样的记录材料层12和阻挡层13，再形成凹部15。支撑体IIA只要对发光元件发出的光具有充分的透过性(例如，透 射率为约80%以上)即可，例如可以使用聚碳酸酯等树脂或玻璃材料。形成凹部15时，可以通过在使支撑体IIA移动的同时与第1实施方式同样地会聚激光并以脉冲状进行照射来形成。此时，如图5所示， 可以从支撑体IIA侧(与记录材料层12相反的一侧)照射激光。如此， 在从与记录材料层12相反的一侧照射激光时，起到保护激光光源不会 受到由于与激光反应而从记录材料层12喷出的材料喷出物污染的效 果。如此构成的光学元件10A通过粘贴在LED封装体1的发光面18 的表面或荧光管的表面等上，能够提高这些发光元件的发光效率。[第3实施方式]下面对本发明的第3实施方式的发光元件的制造方法进行说明。 在参照的图中，图6A 图6C是表示第3实施方式的LED元件的制造 工序的顺序的图。在第3实施方式的LED元件10的制造方法中，首先，经过与第l 实施方式同样的工序(参照图4A 图4C)，如图6A所示，在记录材料层 12和阻挡层13中形成凹部15。然后，通过以形成有凹部15的记录材 料层12和阻挡层13作为掩膜进行蚀刻，如图6B所示，在发光面18 上形成与凹部15对应的孔部16。然后，如图6C所示，用规定的剥离 液等除去记录材料层12和阻挡层13，由此露出形成为凹凸形状的发光 面18。在此，作为蚀刻，可以采用湿式蚀刻或干式蚀刻等各种蚀刻方法， 但优选采用蚀刻气体的直进性高、能够形成精细图案的RIE。另外，作 为除去记录材料层12和阻挡层13的方法，可以采用干式的方法或湿 式的方法等各种方法。另外，作为蚀刻方法和除去方法的具体例，例如可以采用以下方 法在包含发光部11的发光面18的层的材料为玻璃、记录材料层12 的材料为染料、阻挡层13的材料为无机材料层的情况下，釆用使用SF6，并且采用使用乙醇作为剥离液的湿式除去方法。 在此所说的包含发光面的层，只要是在LED元件10的制造结束后，在 与空气这样的气体、水这样的液体等外部环境之间形成界面的层，则 可以为任意的层。
以上，根据第3实施方式的制造方法，LED元件10的表面(发光 面18)本身形成有凹凸，因此，能够无需在意LED元件IO与记录材料 层12的折射率差而简单地设计凹凸形状。另外，在本实施方式中，通 过利用聚焦技术等在预先形成于LED元件10的表面的记录材料层12 上形成多个凹部15，能够准确地在LED元件10的表面上密接地设置 掩膜。因此，在本实施方式中，不会像以往那样产生因LED元件10 的表面翘曲而无法密接掩膜的这种问题，能够简单地形成凹凸形状。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于前述 实施方式，可以适当地进行变更。例如，前述实施方式中给出了 LED 元件作为发光元件的例子，但发光元件并不限定于LED元件，只要是 等离子体显示器元件、激光器、SED元件、荧光管、EL元件等发光的 器件则可以为任意的元件。
前述实施方式中，在发光元件的发光面上直接设置记录材料层12， 但也可以与发光面之间隔着其它材料而设置记录材料层12。另外，在 由半导体形成的LED元件的表面上设有保护层或透镜的情况下，由于 这些保护层或透镜的表面(与空气的界面)成为发光面，因此，只要在它 们的表面上设置记录材料层12和凹部15即可。前述实施方式中，为 了形成凹部15使用的是激光，但只要能够会聚到需要的尺寸，即使不 使用激光这样的单色光也可以。
另外，为了获得最小加工形状而以极短时间的激光照射形成的凹 部的直径优选比激光的波长短。即，优选较小地縮小激光的光斑直径， 使其满足上述关系。另外，凹部15比最小加工形状(以下称为"激光光斑")大时，可 以通过连接激光光斑来形成凹部15。此处，对热致模式型记录材料层 12照射激光时，被照射的部分中只有温度达到转变温度的部分发生变 化。S卩，激光在中心附近光强度最强，随着向外侧移动而缓慢减弱， 因此，能够在记录材料层12上形成直径比激光的光斑直径小的微细的 孔(激光光斑)。并且，在使这样的微细的孔连接而形成凹部15时，能 够提高凹部15的形状精度。另外，当记录材料层12为光致模式型材 料时，被激光照射的部分全部发生反应，因此，由一次激光照射形成 的孔(激光光斑)大，其形状精度比热致模式型材料差。因此，优选像本 发明这样使用热致模式型材料。
前述实施方式中，在记录材料层12上形成阻挡层13，但本发明并 不限定于此，也可以没有阻挡层13。特别是像第3实施方式那样将记 录材料层12用作蚀刻掩膜时，优选没有阻挡层13。
前述第3实施方式中，在LED元件IO的表面上形成孔部16，但 本发明并不限定于此，也可以在像第2实施方式那样的光学元件10A 的表面(支撑体11A的表面)上以记录材料层12等作为蚀刻掩膜而形成 孔部。
前述第3实施方式中，在形成孔部16的发光面18上直接形成记 录材料层12等作为蚀刻掩膜，但本发明并不限定于此。例如，在记录 材料层12等被用于蚀刻包含发光面18的层的蚀刻气体容易地蚀刻掉 时，如图7A所示，可以在发光面18与记录材料层12之间设置能利用 对记录材料层12等几乎不产生影响的蚀刻气体进行蚀刻的掩膜层17。
由此，首先，与第l实施方式同样，使用激光在记录材料层12和 阻挡层B上形成凹部15(参照图7A)。然后，如图7B所示，利用第1 蚀刻气体对掩膜层17进行蚀刻，由此在掩膜层17上形成与凹部15对应的贯通孔17a。在此，由于选择了不会蚀刻记录材料层12和阻挡层 13的种类的气体作为第1蚀刻气体，因此，记录材料层12和阻挡层 13成为掩膜，掩膜层17被蚀刻。
然后，如图7C所示，利用第2蚀刻气体对包含发光面18的层进 行蚀刻，由此在发光面18上形成与凹部15对应的孔部16。此时，记 录材料层12和阻挡层13被第2蚀刻气体蚀刻而立即消除，掩膜层17 成为掩膜，发光面18被良好地蚀刻。之后，如图7D所示，利用规定 的剥离液等除去掩膜层17，由此露出形成为凹凸形状的发光面18。
在此，作为图7A 图7D所示的方式的具体例，例如，在包含发光 部11的发光面18的层的材料为蓝宝石、记录材料层12的材料为染料、 阻挡层13的材料为无机层的情况下，采用东京应化工业株式会社制造 的含Si的Bi-Layer光致抗蚀剂作为掩膜层17,采用SF6作为第1蚀刻 气体，采用Cl2作为第2蚀刻气体。
实施例
下面对确认了本发明的效果的一个实施例进行说明。
作为实施例，制作与上述第2实施方式同样的光学元件。光学元 件是在盘状的表面平坦的聚碳酸酯衬底(支撑体)上形成100nm厚的染 料层(记录材料层)，通过对其照射激光，以lmm见方形成0.5nm间距 的凹部。
各层的详细情况如下所述。
衬底
材质 聚碳酸酯 厚度 0.6mm 外径 120mm内径 15mm 染料层(记录材料层)
将下述化学式的染料材料2g溶解于TFP(四氟丙醇)溶剂100ml中， 进行旋涂。旋涂时，以涂布开始转数500rpm、涂布结束转数1000rpm 将涂布液分配到衬底的内周部，并缓慢将转数提高至2200rpm。
另外，染料材料的折射率n为1.986，消光系数为0.0418。
阻挡层
通过DC磁控溅射形成ZnO-Ga203(ZnO 95重量％、 Ga203 5重 量％)的薄膜。
厚度 约5nm
输出功率 lkW 膜形成时间 2秒 气氛 Ar(流量50sccm)
对上述光记录介质，利用Pulstec工业株式会社制造的NE0500(波 长405nm、 NA0.65)从阻挡层侧的表面记录微细的凹部。凹部以图2A 所示的配置形成，排列的间距设定为l)iim。凹部的形成条件如下所述。
激光输出功率 2mW
线速度 5m/s
记录信号 5MHz的矩形波
对如上操作制成的光学元件进行切割，用透明胶粘剂粘贴在绿色 LED上。
相对于实施例1，只有釆用不设置阻挡层的光学元件这一点不同， 其它方面与实施例l相同。
作为比较例，准备不粘贴本发明的光学元件的样品，用光功率计 测定亮度。
结果，当设比较例的LED的输出功率(亮度)为1时，实施例l、 2 的LED均能够得到1.2的输出功率(亮度)。由此可以确认，使用本发明 的光学元件，能够简单地提高透光效率，并能够有助于提高发光元件 的效率。
[实施例3〗
将实施例1的衬底的材质变更为硅，并且将凹部的间距变更为 0.5pm。另外，其它条件与实施例1同样。与实施例1同样操作，在记 录材料层和阻挡层上形成凹部后，通过干式蚀刻在硅衬底上形成凹凸。 另外，干式蚀刻的条件如下所述。
蚀刻气体 SF6+CHF3(1:1) 凹部的深度 50nm 剥离记录材料层等的剥离液乙醇对如上操作制成的光学元件进行切割，用透明胶粘剂粘贴在绿色
LED上。作为比较例，准备不粘贴本发明的光学元件的样品，用光功 率计测定亮度。
结果，当设比较例的LED的输出功率(亮度)为1时，实施例3的 LED能够得到1.3的输出功率(亮度)。由此可以确认，使用本发明的光 学元件，能够简单地提高透光效率，并能够有助于提高发光元件的效率。
权利要求
1.一种发光元件，具有发光体，其特征在于，在发光面上具有能以热致模式改变形状的记录材料层，并且在所述记录材料层上以所述发光体发出的光的中心波长的0.01～100倍的间距形成有多个凹部。
2. —种发光元件的制造方法，用于制造具有发光体的发光元件， 其特征在于，在发光面上形成能以热致模式改变形状的记录材料层，并且 通过对所述记录材料层照射会聚的光，以所述发光体发出的光的 中心波长的0.01~100倍的间距形成多个凹部。
3. 如权利要求2所述的发光元件的制造方法，其特征在于，通过 以所述记录材料层作为掩膜进行蚀刻，在所述发光面上形成与所述凹 部对应的孔部。
4. 一种光学元件，通过安装在发光元件的发光面上来提高所述发 光元件的发光效率，其特征在于，具有能透过所述发光元件发出的光的支撑体；和所述支撑体的表面上的能以热致模式改变形状的记录材料层，并且在所述记录材料层上以所述发光元件发出的光的中心波长的 0.01~100倍的间距形成有多个凹部。
5. —种发光元件的制造方法，用于制造通过安装在发光元件的发 光面上使所述发光元件的发光效率提高的光学元件，其特征在于，在能透过所述发光元件发出的光的支撑体的表面上形成能以热致 模式改变形状的记录材料层，并且通过对所述记录材料层照射会聚的光，以所述发光元件发出的光的中心波长的0.01 100倍的间距形成多个凹部。
6.如权利要求5所述的光学元件的制造方法，其特征在于，通过 以所述记录材料层作为掩膜进行蚀刻，在所述支撑体的表面上形成与 所述凹部对应的孔部。
全文摘要
本发明通过在发光面的表面简单地形成微细的凹凸形状，使发光元件的发光效率提高。作为发光体，准备例如LED元件(10)，在该LED元件(10)的发光面(18)上形成能以热致模式改变形状的记录材料层(12)。然后，通过对记录材料层(12)照射会聚的光，以LED元件(10)发出的光的中心波长的0.01～100倍的间距形成多个凹部(15)。
文档编号H01L33/00GK101622725SQ20088000714
公开日2010年1月6日 申请日期2008年3月5日 优先权日2007年3月5日
发明者宇佐美由久, 渡边哲也, 高桥正辅 申请人:富士胶片株式会社