(57)【要約】【課題】  発光効率を向上させると共に発光面における色ムラを抑制する。【解決手段】  発光素子１０と、該発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層１２と、少なくとも前記波長変換層の側面を覆う光反射部材１３と、前記波長変換層によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、少なくとも前記波長変換層と前記光反射部材との境界を含む所定範囲を覆うように設けられた防湿性を有する薄膜１４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】
発光素子と、
該発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層と、
少なくとも前記波長変換層の側面を覆う光反射部材と、
前記波長変換層によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、少なくとも前記波長変換層と前記光反射部材との境界を含む所定範囲を覆うように設けられた防湿性を有する薄膜と、を備えた半導体発光装置。
【請求項２】
発光素子と、
該発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層と、
該波長変換層によって波長変換された光を透過する光透過性基板と、
少なくとも該光透過性基板の側面を覆う光反射部材と、
前記波長変換層によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、少なくとも前記光透過性基板と前記光反射部材との境界を含む所定範囲を覆うように設けられた防湿性を有する薄膜と、を備えた半導体発光装置。
【請求項３】
前記波長変換層の上面が粗面である請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記光透過性基板の上面が粗面である請求項２又は３項記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記薄膜がフッ素樹脂からなる請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記薄膜の厚さが１ｎｍ〜１０μｍである請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記薄膜の表面のうち、波長変換層の上部に対応する部分が粗面である請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子からの光を波長変換部材により所望の波長の光に変換して照射する半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子から発せられた光を波長変換部材により波長変換して白色光を照射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は、一般照明、街路灯、車両用灯具等の照明器具の光源として利用され、特に、車両用灯具等は、高い正面輝度が要求されることから、様々な半導体発光装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、発光素子と、外部に露出する発光面と発光面から連続する側面とを有し発光素子からの光を波長変換可能な光透過部材と、光透過部材の側面と発光素子の側面を囲繞するように被覆する光反射性材料を含んだ被覆部材とを備え、実質的に上面の発光面のみを発光装置における光の放出領域とすることで、正面輝度を向上させた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】特許第５５２６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に、上述した特許文献１に開示された半導体発光装置のような半導体発光装置に適用される材料には、湿度の影響により劣化しやすいものがある。例えば、蛍光体によっては、湿度の影響により長期信頼性が低く、経時的に発光効率が低下してしまう。
また、被覆部材は高温高湿下での耐性が低く、高温高湿環境下で長期間使用した場合には、被覆部材と波長変換部材との境界近傍にクラックが生じてしまう虞がある。被覆部材にクラックが生じると、クラックが波長変換部材に近いことから、波長変換部材において波長変換された光がクラックから漏れ出る光漏れが生じてしまう。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、薄膜が湿気を含んだ空気を透過せず、被覆部材におけるクラックの発生を抑制し、延いては光漏れを抑制することにより長期信頼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、発光素子と、該発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層と、少なくとも前記波長変換層の側面を覆う光反射部材と、前記波長変換層によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、少なくとも前記波長変換層と前記光反射部材との境界を含む所定範囲を覆うように設けられた防湿性を有する薄膜と、を備えた半導体発光装置を提供する。
【０００８】
また、本発明の他の態様は、発光素子と、該発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層と、該波長変換層によって波長変換された光を透過する光透過性基板と、少なくとも該光透過性基板の側面を覆う光反射部材と、前記波長変換層によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、少なくとも前記光透過性基板と前記光反射部材との境界を含む所定範囲を覆うように設けられた防湿性を有する薄膜と、を備えた半導体発光装置を提供する。
【０００９】
上記各態様において、薄膜がフッ素樹脂であることが好ましく、薄膜の厚さが１ｎｍ〜１０μｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被覆部材におけるクラックの発生を抑制し、延いては光漏れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１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】本発明の第１の実施形態の他の例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３】本発明の第１の実施形態の他の例に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図であり、（Ａ）は発光素子が波長変換層よりも大きい場合の例を示し、（Ｂ）は波長変換層が発光素子よりも大きい場合の例を示す。
【図４】本発明の第２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５】本発明の第１の実施形態の他の例に係る半導体発光装置の概略構成を示し、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ-Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、半導体発光装置の上面図において、本来上面視では視認できない構成については破線で示すと共に、説明の便宜上ハッチング等を付している。さらに、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。
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置について説明する。
本実施形態に係る半導体発光装置は、発光素子１０と、発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層１２と、少なくとも波長変換層１２の側面を覆う光反射部材１３と、波長変換層１２によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、少なくとも波長変換層１２と光反射部材１３との境界を含む所定範囲を覆うように設けられた防湿性を有する薄膜１４とを備えている。
【００１４】
より具体的には、図１は半導体発光装置１の断面図であり、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、波長変換層１２と、光反射部材１３と、薄膜１４とを備えている。
【００１５】
発光素子１０は、上面視で矩形状であり、発する光に対して透明な基板上に半導体層及び発光層を積層し、給電用の電極を形成したものを反転させたフリップチップ構造を成している。発光素子１０は、発光層から照射された光を外部へ照射する。従って、発光素子１０は、上面及び側面が発光面となる。なお、発光素子１０の電極は、図示しないバンプ等により実装基板１１上の配線パターンに導通している。
【００１６】
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樹脂を利用したものが好ましい。
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。
【００１７】
波長変換層１２は、発光素子１０から照射された光を所望波長の光に変換する蛍光体を含み、発光素子１０の上面に設けられている。より具体的には、波長変換層１２には、例えば、セラミックと蛍光体の混合物や焼結体、ガラスと蛍光体の混合物、蛍光体膜を配置したセラミック、蛍光体膜を形成したガラス、蛍光体分散ガラスや蛍光体セラミックプレートなどを適用することができる。本実施形態において、波長変換層１２は、発光素子１０の上面の発光面と略同一の大きさであり、上面は粗面となっている。波長変換層の厚みは、例えば、１０μｍ〜５００μｍ程度、特に３０μｍ〜２５０μｍ程度とすることが好ましい。
【００１８】
光反射部材１３は、波長変換層１２の側面を覆い、かつ、波長変換層１２の上面を外部に露出させるように設けられている。光反射部材１３としては、例えば、シリコーン樹脂に光反射性フィラー（例えば酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛など）を所定量混合したものを適用することができる。
【００１９】
薄膜１４は、半導体発光装置の最表面に設けられる。本実施形態においては、薄膜１４は、波長変換層１２と光反射部材１３との境界を含む所定範囲、及び、波長変換層１２の上面全面に設けられており、波長変換層１２の上面の粗面に均一の膜厚で設けられている。従って、薄膜１４の表面は粗面となっている。また、薄膜１４は防湿性を有する、例えば、フッ素樹脂等の材料を適用することが好ましい。薄膜１４は、波長変換層１２の上面においては、波長変換層１２の粗面に追随して粗面となり、光反射部材１３の上面においては、光反射部材１３の平滑な表面に追随して平滑面となる。
【００２０】
このような防湿性を有する薄膜を設けることで、半導体発光装置内への湿気の侵入を防ぎ劣化を抑制し、光反射部材１３へのクラックの発生を抑制する。また、光反射部材１３及び波長変換層１２の熱膨張等により、光反射部材１３が波長変換層１２から離れる方向に力が生じた場合であっても、薄膜１４の弾性により半導体発光装置表面の水平方向に引っ張り応力が生じるため、これを抑制し波長変換層１２と光反射部材１３との剥離を抑制する。
【００２１】
なお、薄膜１４として、一例として、フッ素樹脂を適用することができる。この場合、波長変換層１２、光反射部材１３、薄膜１４を比較すると、その熱膨張係数は、波長変換層１２が８．６ｐｐｍｍ、光反射部材１３が３００ｐｐｍ、薄膜１４が７４ｐｐｍである。また、引張弾性率は、波長変換層１２は３６３ＧＰａ、光反射部材１３は０．００４６ＧＰａ、薄膜１４は１．５ＧＰａとなる。さらに、一時間当たりの水蒸気透過係数は、薄膜１４では０．２ｇ／ｍ２である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態では、薄膜１４を半導体発光装置の最表面全面に設けているが、薄膜１４は全面である必要はなく、少なくとも波長変換層１２と光反射部材１３との境界を覆うように設けられていればよい。例えば、図２に示すように、波長変換層１２の全面、及び波長変換層１２と光反射部材１３との境界部を覆いつつ、光反射部材１３の所定範囲までを覆うように薄膜１４を設けてもよい。光反射部材１３におけるクラックは、波長変換層１２との境界部等の端面に生じやすいため、少なくとも波長変換層１２と光反射部材１３との境界部を覆うことで、光反射部材１３の劣化を抑制し、光反射部材１３へのクラックの発生を抑制することができる。
【００２３】
また、薄膜の膜厚は、１ｎｍ〜１０μｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜１μｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍとすることが好ましい。本実施形態においては、波長変換層１２の上面が粗面であるため、薄膜１４を波長変換層１２上に均一の膜厚で儲けることで、波長変換層１２の凹凸に追随し、薄膜１４の上面も凹凸を維持した粗面となる。なお、薄膜１４は、半導体発光装置の製造工程の最終工程において、例えばスピンコーターやスプレーで形成することが好ましい。
【００２４】
このように構成された半導体発光装置は以下のように製造される。
半導体発光装置の製造に先立って、波長変換層１２として予め蛍光体濃度および厚みを調整し、所望のサイズに切断した蛍光体セラミックプレートを用意しておく。本実施形態では、波長変換層１２となる蛍光体セラミックプレートは、発光素子１０の上面と略同サイズに切断されている。
そして、予め配線パターン（図示せず）が形成された実装基板１１に発光素子１０を図示しないバンプを介して実装する。次に、発光素子１０の上面と略同サイズに切断された蛍光体セラミックプレートを蛍光体セラミックプレート接着用の樹脂を塗布し発光素子１０上面に搭載して、蛍光体セラミックプレート接着用の樹脂を塗布して波長変換層１２とする。
【００２５】
次に、予め未硬化のシリコーン樹脂に光反射性フィラーを所定量混合した光反射部材を実装基板１１上に、発光素子１０及び波長変換層１２の側面を完全に囲繞するまで流し込む。このとき、流し込まれた光反射部材１３は、波長変換層１２と同じ高さとなるか、又は波長変換層１２と光反射部材１３との境界部が最も高く、波長変換層１２から離れるにつれ徐々に低くなる。この状態で光反射部材１３が加熱や紫外線照射等の適切な硬化方法により硬化される。光反射部材１３が硬化した後に、全面に薄膜１４を形成し、所定サイズにダイシングカットすることで、光反射部材１３が波長変換層１２の側面を覆い、薄膜１４が波長変換層１２と光反射部材１３との境界部を覆う構造として個片化された半導体発光装置を製造することができる。
【００２６】
このように、少なくとも光反射部材１３と波長変換層１２との境界部に防湿性の薄膜１４が形成されることで、半導体発光装置内への湿気の侵入を防ぐ。また、薄膜１４は、気密性を有しており、光反射部材１３に含まれる成分の蒸発等による劣化を抑制し、光反射部材１３へのクラックの発生を抑制することができる。したがって、光漏れが抑制される。また、光反射部材１３及び波長変換層１２の熱膨張等により、光反射部材１３が波長変換層１２から離れる方向に力が生じた場合であっても、薄膜１４の弾性により半導体発光装置表面の水平方向に引っ張り応力が生じるため、これを抑制し光反射部材１３へのクラックの発生を抑制する。
【００２７】
本実施形態においては、波長変換層１２が発光素子１０の上面と略同サイズである例について説明したが、例えば、図３（Ａ）に示すように、波長変換層１２が発光素子１０の上面よりも小さいサイズであってもよい。また、図３（Ｂ）に示すように、波長変換層１２が発光素子１０の上面よりも大きいサイズであってもよい。
【００２８】
なお、波長変換層１２の表面張力により、光反射部材１３が波長変換層１２に這い上がり濡れ広がることが抑制され、発光効率の低下や明るさの低下を抑制することができる。延いては光漏れを抑制することができる。また、波長変換層１２の表面が平坦面である場合には、薄膜１４の表面を粗面とすることにより、同様に光反射部材１３が波長変換層１２に這い上がり濡れ広がることが抑制され、発光効率の低下や明るさの低下を抑制することができる。延いては光漏れを抑制することにより発光効率を向上させることができる。
【００２９】
なお、薄膜１４を波長変換層１２の上面に形成する際に、薄膜１４が粗面における凹部に厚く、凸部に薄く形成され、凹凸形状がわずかになだらかになることが考えられるが、このような場合にも粗面が完全に平坦になることはなく、粗面の凹凸形状を維持することができ発光効率を維持することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置について説明する。
上述した本発明の第１の実施形態では、波長変換層１２の上面に薄膜を形成する例について説明した。本実施形態では、半導体発光装置が、光透過性基板を備えており、光透過性基板の上面に薄膜１４を形成する例について説明する。図４は、本実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。以下の説明において、上述した第１の実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
本実施形態に係る半導体発光装置は、発光素子１０と、発光素子１０から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層１２と、波長変換層１２によって波長変換された光を透過する光透過性基板１５と、少なくとも光透過性基板１５の側面を覆う光反射部材１３と、波長変換層１２によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、少なくとも光透過性基板１５と光反射部材１３との境界を含む所定範囲を覆うように設けられた防湿性を有する薄膜１４と、を備えている。
【００３２】
光透過性基板１５は、例えばガラス、サファイア、シリコーン樹脂などからなり、本実施形態においては、その表面は粗面であり、かつ、波長変換層１２とほぼ同じ面積を有し、波長変換層１２の上面に配置される。
薄膜１４は、上述した第１の実施形態と同様に、半導体発光装置の最表面に設けられる。従って、本実施形態においては光透過性基板１５の上面に設けられており、光透過性基板１５の上面の粗面に均一の膜厚で設けられている。従って、薄膜１４の表面は粗面となっている。また、薄膜１４としては、防湿性を有する、例えば、フッ素樹脂等の材料を適用することが好ましい。このような防湿性を有する薄膜を設けることで、半導体発光装置内への湿気の侵入を防ぐと共に、光反射部材１３に含まれる成分の蒸発等による劣化を抑制し、光反射部材１３へのクラックの発生を抑制する。また、薄膜１４が有する弾性により半導体発光装置表面の水平方向に引っ張り応力が生じるため、光反射部材１３及び光透過性基板１５の熱膨張を抑制し、光反射部材１３へのクラックの発生を抑制する。
【００３３】
薄膜１４の膜厚は、１ｎｍ〜１０μｍであることが好ましく、特に５０ｎｍ〜１μｍがより好ましい。本実施形態においては、光透過性基板１５の上面が粗面であるため、薄膜１４を光透過性基板１５上に均一の膜厚で儲けることで、光透過性基板１５の凹凸に追随し、薄膜１４の上面も凹凸を維持した粗面となる。なお、薄膜１４は、予め光透過性基板１５の上面に、例えばスピンコーターやスプレーで形成しておくことが好ましい。
【００３４】
このように構成された半導体発光装置は、以下のように製造される。
予め光透過性基板１５となるガラス等の板状部材を、発光素子１０及び波長変換層１２の上面と略同サイズに切断しておく。続いて、予め配線パターン（図示せず）が形成された実装基板１１に発光素子１０を図示しないバンプを介して実装する。次に、蛍光体セラミックプレートを発光素子１０上面に搭載して、加熱溶着させ波長変換層１２とする。続いて、波長変換層１２の上面に薄膜１４が形成された光透過性基板１５を搭載し固着させる。
【００３５】
次に、予め未硬化のシリコーン樹脂に光反射性フィラーを所定量混合した光反射部材を実装基板１１上に、発光素子１０及び光透過性基板１５の側面を完全に囲繞するまで流し込む。このとき、流し込まれた光反射部材１３は、光透過性基板１５と光反射部材１３の境界部が最も高く、光透過性基板１５から離れるにつれ徐々に低くなる。
【００３６】
この状態で光反射部材１３が加熱や紫外線照射等の適切な硬化方法により硬化される。光反射部材１３が硬化した後に、全面に薄膜１４を形成し、所定サイズにダイシングカットすることで、光反射部材１３が波長変換層１２及び光透過性基板１５の側面を覆い、薄膜１４が光透過性基板１５と光反射部材１３との境界部を覆う構造として個片化された半導体発光装置を製造することができる。
【００３７】
このように、少なくとも光反射部材１３と光透過性基板１５との境界部に防湿性の薄膜１４が形成されることで、半導体発光装置内への湿気の侵入を防ぐと共に、光反射部材１３に含まれる成分の蒸発等による劣化を抑制し、光反射部材１３へのクラックの発生を抑制することができる。また、光反射部材１３及び波長変換層１２の熱膨張等により、光反射部材１３が波長変換層１２から離れる方向に力が生じた場合であっても、薄膜１４の弾性により半導体発光装置表面の水平方向に引っ張り応力が生じるため、これを抑制し光反射部材１３へのクラックの発生を抑制する。したがって、光漏れが抑制され、発光効率を向上させることができる。
【００３８】
なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）に、発光素子の上面に接続されたボンディングワイヤ１６を介して給電を行うワイヤボンディング型の発光素子を適用した例を示した。図５（Ａ）では、発光素子１０の上面、すなわち発光面側に波長変換層１２を配置している。なお、図５（Ａ）では、説明の便宜上、薄膜１４の図示を省略している。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す例では、発光素子１０上面にワイヤを配置するため、波長変換層１２にワイヤを逃がすための切欠き１２Ａを形成している。図５では、波長変換層１２の任意の一辺の中央部に切欠きを設けているが、切欠きの位置は素子中央、角、辺など適宜定めることができ、また、ワイヤの数も１本、複数本等適宜定めることができる。
【００３９】
上述した各実施形態に係る半導体発光装置は、ヘッドランプやＡＤＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｂｅａｍ）型の車両用灯具の光源に適用することができる他、照明用等の一般的な灯具に適用することもできる。
なお、光反射部材１３の高さは、波長変換層１２又は光透過性基板１５から離れるに従って低下する傾向にあり、これが顕著になると、波長変換層１２又は光透過性基板１５の側面からの光漏れが大きくなり、半導体発光装置を、例えば、車両用灯具に適用した場合にはグレアの問題が発生する。上述した各実施形態における薄膜１４を設けることにより、光反射部材１３の高さを高くすることができるので、光反射部材１３の形状を波長変換層１２又は光透過性基板１５に対して略平坦に広がる形状とすることができる。これにより、車両用前照灯に用いたときのグレアの問題を回避することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・発光素子、１１・・・実装基板、１２・・・波長変換層、１３・・・光反射部材、１４・・・薄膜、１５・・・光透過性基板
【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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