(57)【要約】【課題】  発光素子間の距離を近接させて装置の小型化を実現させながら、隣接する発光素子側面からの光の入射を抑制し発光効率及び配光特性を向上させる。【解決手段】  複数の発光素子１０と、複数の前記発光素子が二次元配列されて実装される実装基板１１と、該実装基板の前記実装面に、複数の前記発光素子の実装位置に対応し、かつ、該実装位置の中心から偏心した位置に夫々設けられ、各前記発光素子の下面を支持する複数の支持突起１２と、前記実装基板と前記発光素子の下面とを接合する接合層１３と、を備えた半導体発光装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子と、
複数の前記発光素子が二次元配列されて実装される実装基板と、
該実装基板の前記実装面に、複数の前記発光素子の実装位置に対応し、かつ、該実装位置の中心から偏心した位置に夫々設けられ、各前記発光素子の下面を支持する複数の支持突起と、
前記実装基板と前記発光素子の下面とを接合する接合層と、を備えた半導体発光装置。
【請求項２】
前記発光素子の下面の一部が前記支持突起上に支持されることにより、前記発光素子の発光面が前記実装基板に対して傾斜して設けられた請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記発光素子が発光層と該発光層からの光の波長を変換する蛍光体層とを有し、
前記発光素子が、互いに隣接する前記発光素子の蛍光体層の側面同士が対向しない傾斜角度で実装されている請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体層が、前記発光層の上面及び側面を覆う請求項３記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記発光素子が矩形状であり、
前記支持突起が、前記発光素子の下面の一辺側を支持するように前記実装基板に設けられている請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記発光素子が矩形状であり、
前記支持突起が、前記発光素子の下面の角部近傍を支持するように前記実装基板に設けられている請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記発光素子が、互いに隣接する前記発光素子の蛍光体層の側面同士が対向しないように、列又は行毎に傾斜角度を異ならせて格子状に配列されて実装されている請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記実装基板の発光素子実装面に、各前記発光素子の位置ずれを抑制する複数のずれ防止用突起が設けられた請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記支持突起は、金属めっき、金属バンプ、整型された樹脂、印刷されたインク材料、及び金属や樹脂製のビーズを含有するはんだや樹脂の何れかである請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の半導体発光装置を備えた車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光素子を基板に実装した半導体発光装置及び車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の発光素子を基板にマトリクス状に実装し、特定の発光素子を選択的に点灯させることで所望の配光を実現する半導体発光装置が知られている。このような半導体発光装置においては、発光素子間の距離ができるだけ小さいことが好ましく、このため、任意の発光素子を点灯させた場合に、点灯している発光素子、特に発光素子側面からの光が隣接する点灯していない発光素子の配置位置に漏れてしまい、本来光を照射させたくない領域にまで光が漏れてしまうクロストークが問題となる。
そこで、発光素子の設置位置の高さを異ならせて配置することで、発光素子の側面から漏れる光を遮蔽し、発光効率や配光特性を向上させた発光装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
【０００３】
具体的には、特許文献１には、複数の発光ユニットのうち少なくとも一つの発光ユニットが、隣接する他の発光ユニットを支持する基板の上面よりも低い位置に発光面を有するように基板の形状を定めた半導体発光装置が開示されている。
また、特許文献２には、複数の第１の発光素子と複数の第２の発光素子とが平面視において四角格子パターンを形成するように交互に配置され、第１の発光素子と第２の発光素子の設置位置の高さを互いに異ならせた半導体発光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９０９０３号公報
【特許文献２】特開２０１６−３９１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した半導体発光装置の例では、基板に段差を設け、設けられた段差に応じて発光素子を実装する必要があり、基板の立体配線が必要となるなど、製造工程が煩雑であり製造コストが嵩む。また、基板に段差を設けることから、特に凹部の実装空間を確保せざるを得ないため、発光素子間を所望の距離まで近接させることが困難である。さらに、発光素子の発光面に光学系の焦点を合わせる場合、段差によって光学像がボケてしまうことがある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、発光素子間の距離を近接させて装置の小型化を実現させながら、隣接する発光素子側面からの光の入射を抑制し発光効率及び配光特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、複数の発光素子と、複数の前記発光素子が二次元配列されて実装される実装基板と、該実装基板の前記実装面に、複数の前記発光素子の実装位置に対応し、かつ、該実装位置の中心から偏心した位置に夫々設けられ、各前記発光素子の下面を支持する複数の支持突起と、前記実装基板と前記発光素子の下面とを接合する接合層と、を備えた半導体発光装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光素子の実装精度を向上させ、延いては、半導体発光装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図であり、発光素子の傾斜角度に関する説明図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施形態に係る半導体発光装置を製造する工程の概略を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例１に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態の変形例２に係る半導体発光装置の概略構成を示し、（Ａ）は発光素子の配列例を示す上面図であり、（Ｂ）は実装パターンの説明図である。
【図６】本発明の実施形態の変形例３に係る半導体発光装置の概略構成を示し、（Ａ）は発光素子の配列例を示す上面図であり、（Ｂ）は実装パターンの拡大説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す図面において、理解の容易及び視認性向上のため、断面図であってもハッチングを適宜省略している。また、以下の説明において、異なる実施形態や変形例である場合にも、同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１１】
本発明の半導体発光装置に係る一実施形態について説明する。
図１に示すように、半導体発光装置１は、発光素子１０と、発光素子１０を実装する実装基板１１と、実装基板１１上に、実装基板１１上に形成された突起１２と、発光素子１０と実装基板とを接合する接合層１３とを備えている。
【００１２】
発光素子１０は、上面視で矩形状であり、発光素子１０の実装基板１１に等間隔で列状に二次元配列されて実装される。なお、図１においては、説明の便宜上、図面を簡略化し、発光素子１０を３つ配列した例を示しているが、発光素子１０の数はこれに限られず、適宜変更することができる。発光素子１０は、基板１０１上に、発光層１０２及び発光層１０２を覆う蛍光体層１０３を備えている。発光素子１０は、発光層１０２から照射された光を、蛍光体層１０３を介して所望の色の光に変換し、蛍光体層１０３の上面及び側面を発光面として光を外部へ照射する。本実施形態においては、図１に示すように、蛍光体層１０３は、発光層の上面及び側面を覆うように設けられている。
【００１３】
実装基板１１は、本実施形態において、セラミックス材料で形成された板状体であり、窒化アルミニウムで形成された板状の基板を適用している。なお、基板は、一般に、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックス等の絶縁性材料、又は絶縁性材料と金属部材との複合材料等によって形成される。基板としては、耐熱性及び耐候性の高いセラミックス又は熱硬化性樹脂を利用したものが好ましい。
【００１４】
なお、実装基板１１には、図示しない配線パターンが形成されている。配線パターンは、主に、発光素子１０の実装パターン及び発光素子１０への電源供給のための電流引き回しパターンとして、実装基板１１の表面に形成されている。配線パターンとしては、Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の導電性材料を用いることができる。
【００１５】
突起１２は、実装基板１１における発光素子１０の実装面に、発光素子に対応して設けられている。より具体的には、突起１２は、実装する発光素子１０の数及びその実装位置に対応して設けられており、各実装位置において実装位置の中心から偏心した位置に設けられ、発光素子１０を実装した時に、発光素子の下面の一辺側を支持するように設けられている。従って、発光素子１０が実装基板１１に実装されたときに、発光素子の下面の一部が突起１２に支持され、その他の部分が接合層１３を介して実装基板１１に接合することで、発光素子１０の発光面の上面が実装基板１１に対して傾斜するようになっている。これにより、発光素子１０の発光面側面から照射された光のうち、隣接する発光素子１０の蛍光体層に入射する光が低減するので、クロストークを低減することができる。
【００１６】
突起１２の形状は、衝立状、突起状、が好ましく、断面が四角、三角、半円などから適宜選択することができる。また、突起１２の断面方向の大きさは発光素子１０の大きさに応じて決定することができ、棒状等の連続したもの、所定間隔で配列したもの等とすることができる。また、突起１２の材料は、接合層１３の接合温度に耐えるものから選択する。例えば、金属めっき、金属バンプ、成型樹脂、印刷されたインク材料、金属や樹脂のビーズを含有するはんだや樹脂などから選択することができる。
【００１７】
ここで、図２に示すように、突起１２によって発光素子１０が指示され、発光素子１０の発光面の上面が実装基板１１に対して傾斜した時の角度θは、次の（１）式のように表すことができる。
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｂ／Ａ）・・・（１）
但し、Ａは発光素子１０の発光面上面の幅、Ｂは蛍光体層１０３の厚み（側面の高さ）である。
このようにθを決定することで、蛍光体層１０３の発光面側面が、隣接する発光素子１０上の蛍光体層１０３側面と対向しない。例えば、Ａ＝６００μｍ、Ｂ＝５０μｍの場合には、θ＝４．８度、となり、傾斜角度がθ以上になるように突起１２の高さを決定する。
【００１８】
発光層及び蛍光体層を含む発光領域が傾斜することで、蛍光体層の側面が隣接する発光素子の蛍光体層と対向する領域が低減する。特に、（１）式を満たすように発光素子１０の傾斜角度θを定めることで、発光素子１０の蛍光体層１０３の側面が隣接する発光素子１０の蛍光体層１０３と対向せず、蛍光体層１０３側面からの光のうち、隣接する発光素子１０の蛍光体層１０３に入射する割合が減少し、点灯状態の発光素子１０と非点灯状態の発光素子１０が隣接した際に発生する非点灯発光素子１０への光漏れ（クロストーク現象）を抑制することができる。
【００１９】
接合層１３は、実装基板１１と発光素子１０の下面とを接合する。接合層１１は、実装基板１１上の配線パターン（図示せず）と発光素子１０とを接合させて、発光素子１０を基板１１に固着させ、かつ、発光素子１０と配線パターンとを電気的に接続させる。このため、接合層１３は導体ペーストや高温はんだなどから選択され、発光素子１０と実装基板１１との間の傾斜した空間を充填する体積の量で制御される。はんだ材料の場合、実装基板１１にＡｌＮなどの高放熱セラミック絶縁体を用いると、あらかじめ金属配線パターンを形成することで、発光素子の裏面に形成された金属接合層とはんだ材によって、加熱溶融時にセルフアライメント実装させることができるので、素子間を高精度に近接実装することができて好ましい。
【００２０】
このように構成された半導体発光装置１は、以下のような工程からなる製造方法に従って製造される。
図３（Ａ）に示すように、実装基板１１の配線パターン上に、複数の発光素子１０の実装領域に対応させて、実装する発光素子１０と同数の突起１２を、発光素子１０の各実装領域の中心位置から偏心した位置に形成すると共に、発光素子１０を配列し接合するための複数の接合層１３を形成する。
【００２１】
図３（Ａ）中、右側の発光素子１０から順に左方向に実装していく。図３（Ａ）において、右端の発光素子１０は、実装基板１１に実装され、発光素子１０の発光面上面が鉛直面に対して傾斜し、かつ、実装基板１１の上部に配置されたカメラ２０から見て発光素子１０の側面１０４が見えるようになっている。そして、図３（Ａ）の右端に示した傾斜した発光素子１０から順に左方向に傾斜実装し、図３（Ｂ）のように所望の数の発光素子１０を実装する。このように、発光素子１０を順次実装する際に、各発光素子１０が傾斜した空間だけ実装間隔を確保することができる。このため、傾斜していない発光素子１０を実装する場合に比して、実装公差（素子寸法精度及び装置実装精度）に余裕度を確保することができ、発光素子１０の実装の際に干渉の虞がない。
【００２２】
ここで、比較例として発光素子１０を傾斜させないで実装させる場合について説明する。
発光素子同士の目標実装間隙を１０μｍとした場合、実装基板１１及び実装装置の上部に配置したカメラによる画像認識位置が、実装済みの発光素子の上面のａの位置でしか認識できないため、実装公差が±２０μｍ必要であった。実装公差が±２０μｍの場合には、実装間隙を５０μｍとして設計しないと、実装公差＋２０μｍが隣接間で発生した場合に実装後に発光素子の目標間隙１０μｍを確保することができない。従って、実装間隙５０±実装公差２０μｍとなり、発光素子の間隙は３０μｍから７０μｍまでばらつくことになる。
【００２３】
一方、図３（Ａ）に示すように、本実施形態のように発光素子１０を傾斜させて実装する場合では、発光素子１０の側面が傾斜しているため、上部のカメラ２０側からは実装済みの発光素子下面のｂの位置での画像認識が可能となり、発光素子１０の実装面と同じ高さの位置を画像により認識することができる。よって、実装時に発光素子１０の間隔（図３（Ａ）のＤ１）を確保することができ、実装公差を±５μｍまで短縮することができるので、実装精度を向上させることができる。従って、本実施形態のように発光素子１０を傾斜させて実装する場合では、発光素子１０間の実装間隙が２０±５μｍとなり、発光素子１０の間隙は１５μｍ〜２５μｍのばらつきに抑えることができる。
【００２４】
このように、発光素子１０を傾斜させずに実装する場合に比して、実装ばらつきを概ね１／３に低減することが可能となる。また、図３（Ａ）に示すように、傾斜角度θに相当する間隙マージン（ｓｉｎθ＊素子高さ）だけの間隔広がりをもたせて発光素子１０を実装することができるため、図３（Ｂ）のＤ２に示す通り、傾斜実装後の発光素子１０の蛍光体層１０３の側面の間隔をより近接にすることができる。
【００２５】
（変形例１）
続いて、上述した実施形態の変形例について説明する。
図４に示すように、本変形例に係る半導体発光装置は、発光素子１０の位置ずれを抑制するための突起１５がさらに設けられている。
突起１５は、実装基板１１の発光素子１０の実装領域端部に設けられ、発光素子１０が実装されたときに、発光素子１０の下面端部の水平方向への移動を抑制する。すなわち、一つの発光素子実装領域には、発光素子の実装位置中心から偏心した位置に設けられた発光素子１０の下面を支持するための突起１２と発光素子の下面端部を支持する突起１５との一対の突起が設けられることとなる。
【００２６】
この一対の突起１２，１５は、発光素子１０の幅よりも小さい寸法で配置される。これにより発光素子下面のうち、一方の端部は突起１２に乗り上げた状態で、他方の端部が突起１５の内設面に対向する位置に突き当たることにより、発光素子１０が所定の角度で傾斜して、実装位置が一対の突起部によって精度良く実装される。
なお、突起１５の高さを突起１２と同一材料で形成すると共に同一の高さとすることで、突起１２及び突起１５を同時に設けることができるので、製造工程を簡略化することができる。
【００２７】
（変形例２）
上述した実施形態に係る半導体発光装置では、発光素子１０の傾斜方向を一方向とし、一列配列した例について説明した。図５に示すように、本変形例に係る半導体発光装置は、発光素子の傾斜方向を相反する二方向とし、これを列毎に交互に配列することで、発光素子１０が格子状に配列されている。
【００２８】
図５（Ａ）は、本変形例２に係る半導体発光装置における発光素子の配列例を示す参考上面図であり、（Ｂ）は、発光素子の２つの実装パターンＡ，Ｂの断面図を示している。図５（Ａ）に示すように、半導体発光装置は、列毎に交互に発光素子の配列パターンが異なる構成となっている。図５（Ａ）に示すＡ及びＢは、図５（Ｂ）中、右側が下がるように傾斜した実装パターンＡの発光素子と、左側が下がるように傾斜した実装パターンＢの発光素子を示している。
【００２９】
各実装パターンＡ，Ｂのように傾斜して実装された発光素子の蛍光体層の側面は、隣接する発光素子１０の蛍光体層の側面と対向しなくなる。さらに、パターンＡとパターンＢが対向する位置の発光素子の蛍光体層側面は、隣接する蛍光体層とは高さが交差点のみが対向するものの、それ以外の位置は対向しなくなる。つまり、発光素子を傾斜させずに実装した構造における側面同士の対向状態に比べると、交点のみでの対向となることから、発光素子の蛍光体層の側面から隣接する発光素子へ入射する光を低減させることができ、クロストークを大幅に低減させることができる。
【００３０】
例えば、蛍光体層の幅＝６００μｍ、蛍光体層の厚み＝５０μｍ、傾斜角度＝１０度として、対向する平行四辺形の面積を計算すると、傾斜がない構造での蛍光体層の側面同士の面積を１００％とすると、傾斜による対向面積割合は１２．２％となり、大幅なクロストーク低減となる。
【００３１】
（変形例３）
本変形例は、上述した実施形態及び各変形例とは、発光素子１０を支持する突起の数及び配置位置及びが異なる。従って、発光素子１０の実装基板１１に対する傾斜の態様が異なる。
図６（Ａ）は本変形例３に係る半導体発光装置の上面図であり、図６（Ｂ）は１つの発光素子の実装の態様を模式的に示した図である。図６（Ｂ）に示すように、発光素子１０の下面を支持する突起１６は、実装基板１１の矩形状の発光素子１０を実装する各領域において、発光素子１０の下面の４つの角部近傍のうち１か所を支持するように夫々設けられている。また、発光素子１０の突起１６によって支持される角部と隣り合う対角の２つの角部近傍を支持するように突起１７が夫々設けられている。
これにより、図６（Ｂ）に示すように、発光素子１０は、一つの角部が実装基板１１に接した状態で、かつ、この角部の対角に位置する角部が突起１６により支持され、他の２つの角部近傍が突起１７に夫々支持されることにより、実装基板１１に対して傾斜して実装される。なお、図６においては接合層を省略しているが、実際には発光素子１０は接合層を介して実装基板１１に実装される。
【００３２】
突起１６によって傾斜する発光素子１０の傾斜角度は、実装基板１１を底辺とし、突起１６の頂点から突起１６と対向する角部までを斜辺、突起１６を高さとする直角三角形によって定義される。突起１７は、この直角三角形の底辺（発光素子１０の対角辺寸法とほぼ同等）の中間位置に設けられ、突起１７の高さは、中間位置において発光素子１０下面から実装基板１１までの鉛直距離をとする。従って、突起１７の高さは、突起１６の高さの約１／２となる。
【００３３】
突起１６及び突起１７によって一方向に傾斜した各発光素子１０の蛍光体層の側面は、隣接する発光素子１０の何れの蛍光体層の側面とも対向しない。このため、発光素子の蛍光体層の側面から隣接する発光素子へ入射する光を低減させることができ、クロストークを大幅に低減させることができる。
【００３４】
なお、突起１６のみで発光素子１０を傾斜させることもできるが、突起１７によって発光素子１０の下面を支持することでより安定して発光素子１０を支持し、実装することができる。また、突起１６のみでの別の傾斜方法としては、例えば、突起１６の上面を予め発光素子１０の傾斜角度と同じ傾斜角度を有する面（直角三角形の斜辺）になるように加工しておくことで、突起部１７を設けることなく安定して発光素子１０下面と突起１６の傾斜面とを隙間なく面接触させることができ、安定した傾斜実装が可能となる。
【００３５】
上述した本実施形態及び各変形例に係る半導体発光装置は、ＡＤＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｂｅａｍ）型の車両用灯具の光源として好適である。ここで、図１及び図６に示す半導体発光装置を採用する場合、実装基板１１を発光素子の光軸の傾斜角度に合致させて傾斜させて車両用灯具に搭載してもよい。また、上述の半導体発光装置は、車両用に限らず照明用等の一般的な灯具に適用することもできる。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・発光素子、１１・・・実装基板、１２・・・突起、１３・・・接合層、１５・・・突起、１６・・・突起、１７・・・突起、１０１・・・基板、１０２・・・発光層、１０３・・・蛍光体層、１０４・・・側面
【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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