(57)【要約】【課題】発光素子と保護素子を有し、小型化が容易な発光装置を提供する。【解決手段】本発明の発光装置は、上部に凹部が設けられた支持樹脂と、第１の半導体層を最下層とし第２の半導体層を最上層とする積層構造体を有し、側面が凹部の内壁面と対向し且つ第１の半導体層が凹部の底面と対向して、凹部内に埋め込まれた発光素子と、発光素子の第２の半導体層の上方に配置された保護素子と、保護素子の領域を除いた発光素子の第２の半導体層の上方に配置された透光性樹脂とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に凹部が設けられた支持樹脂と、第１の半導体層を最下層とし第２の半導体層を最上層とする積層構造体を有し、側面が前記凹部の内壁面と対向し且つ前記第１の半導体層が前記凹部の底面と対向して、前記凹部内に埋め込まれた発光素子と、前記発光素子の前記第２の半導体層の上方に配置された保護素子と、前記保護素子の領域を除いた前記発光素子の前記第２の半導体層の上方に配置された透光性樹脂とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記支持樹脂の下部側から前記支持樹脂を貫通して、前記凹部内で前記第１の半導体層と前記保護素子に接続する第１の電極と、前記保護素子に接続する第２の電極とを更に備え、前記第１の電極と前記第２の電極とが前記発光素子を挟んで配置され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】
前記発光素子と前記支持樹脂との間で前記凹部内に配置された、前記発光素子からの出射光を反射する反射膜を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記透光性樹脂が、前記発光素子の出射光によって励起されて励起光を放射する蛍光体を含有する蛍光体樹脂からなる層と透明樹脂からなる層を重ねた積層構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、特に発光装置内に保護素子を内蔵した発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を光源に用いた発光装置が実用化されている。例えば、マウントリードのカップの内部に発光素子が搭載され、透光性樹脂でカップを充填した発光装置が提案されている。（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３５５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術は、カップなどのフレーム内に発光素子と保護素子を搭載した構造の発光装置は、小型化することが困難である。本発明は、発光素子と保護素子を有し、小型化が容易な発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の発光装置は、上部に凹部が設けられた支持樹脂と、第１の半導体層を最下層とし第２の半導体層を最上層とする積層構造体を有し、側面が凹部の内壁面と対向し且つ第１の半導体層が凹部の底面と対向して、凹部内に埋め込まれた発光素子と、発光素子の第２の半導体層の上方に配置された保護素子と、保護素子の領域を除いた発光素子の第２の半導体層の上方に配置された透光性樹脂とを備える。
また、支持樹脂の下部側から支持樹脂を貫通して、凹部内で第１の半導体層と保護素子に接続する第１の電極と、保護素子に接続する第２の電極とを更に備え、第１の電極と第２の電極とが発光素子を挟んで配置されている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、発光素子と保護素子を有し、小型化が容易な発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１に係る発光装置の構造を示す断面図である。
【図２】比較例の発光装置の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る発光装置の製造方法を説明する断面図である（その１）。
【図４】本発明の実施例１に係る発光装置の製造方法を説明する断面図である（その２）。
【図５】本発明の実施例１に係る発光装置の製造方法を説明する断面図である（その３）。
【図６】本発明の実施例１に係る発光装置の製造方法を説明する断面図である（その４）。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。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で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。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ことは勿論である。
【実施例１】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例１に係る発光装置１を説明する。図１に示すように、上部に凹部が設けられた支持樹脂１０と、支持樹脂１０の凹部内に埋め込まれた発光素子２０と、発光素子２０の上方に配置された透光性樹脂３０と保護素子１０１を備える。
【００１０】
発光素子２０は、第１導電型の第１の半導体層２１を最下層とし、第２導電型の第２の半導体層２２を最上層とする積層構造体を有する。即ち、発光素子２０の側面は支持樹脂１０の凹部の内壁面と対向し、且つ第１の半導体層２１が凹部の底面と対向して、発光素子２０が凹部内に埋め込まれている。第２の半導体層２３の上方に、支持樹脂１０の凹部の開口部を蓋するように透光性樹脂３０が配置され、透光性樹脂３０の中央部に保護素子１０１が配置されている。
【００１１】
第１導電型と第２導電型とは互いに反対導電型である。即ち、第１導電型がｐ型であれば、第２導電型はｎ型であり、第１導電型がｎ型であれば、第２導電型はｐ型である。以下では、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型である場合を例示的に説明する。つまり、第１の半導体層２１がｐ型半導体層であり、第２の半導体層２２がｎ型半導体層であるＬＥＤ素子である。
【００１２】
保護素子１０１の下部側であるｎ層は、支持樹脂１０の下部側から支持樹脂１０と発光素子２０を貫通し、支持樹脂１０の凹部内で第１の電極４１と接続している。透光性樹脂３０の中央部を貫通し、Ｐ層の上部側に接合された犠牲基板１００の上部を第２の電極４２と接続している。第１の電極４１と第２の電極４２とが発光装置１の上下に分かれて配置されている。第1の電極４１と第２の電極４２は、それぞれ発光装置１の発光素子２０と保護素子１０１の両方の電極として機能する。
【００１３】
支持樹脂１０の凹部内部では、絶縁膜５０によって、第１の電極４１と、第１の半導体層２１とが絶縁分離されている。絶縁膜５０には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜などを採用可能である。
【００１４】
第１の電極４１から第１の半導体層２１に正孔が供給され、第２の電極４２から第２の半導体層２２に電子が供給される。そして、発光素子２０に、第１の半導体層２１から正孔が注入され、第２の半導体層２２から電子が注入される。注入された正孔と電子が発光素子２０で再結合することにより、発光素子２０で光が発生する。
【００１５】
発光素子２０で発生した光は、第２の半導体層２２の主面を光取り出し面２００として外部に出射される。この発光素子２０の出射光は透光性樹脂３０を透過して、発光装置１から出力光Ｌとして出力される。このように、発光装置１は面実装型発光装置である。
【００１６】
上述のように第１の電極４１が支持樹脂１０の下部側に配置され、第２の電極４２が光取り出し面２００上に配置された保護素子１０１の上部側に配置されている。
【００１７】
発光素子２０の底面及び側面は、支持樹脂１０によって囲まれている。このように支持樹脂１０によって発光素子２０の光取り出し面２００以外を覆うことにより、発光素子２０から出射された光は、発光素子２０の上方に配置された一定の厚みの透光性樹脂３０を通過する。このため、出力光Ｌの色安定性が向上する。更に、支持樹脂１０には、白色樹脂を使用することが好ましい。白色の支持樹脂１０によれば、支持樹脂１０での反射効率を向上させることができる。
【００１８】
支持樹脂１０には、フィラー入りのエポキシ系樹脂やシリコン系樹脂を採用可能である。また、白色顔料を加えることにより、白色の支持樹脂１０を実現できる。
【００１９】
なお、第２の半導体層２２の光取り出し面２００を粗面化することにより、発光素子２０の出射光が散乱され、出力光Ｌの輝度を向上させることができる。ただし、色安定性のために、光取り出し面２００の粗面化を実施しなくてもよい。
【００２０】
また、発光素子２０と支持樹脂１０との間に、発光素子２０の出射光を反射する反射膜６０を配置することが好ましい。図１に示した発光装置１では、反射膜６０が、第１の半導体層２１と支持樹脂１０との間で、支持樹脂１０の凹部内に配置された絶縁膜５０の内部に配置されている。反射膜６０によって、発光素子２０から第２の半導体層２２側に出射された光が第１の半導体層２１側に反射される。これにより、発光装置１からの出力光Ｌの輝度を高めることができる。反射膜６０には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜、Ａｌ合金膜、銀（Ａｇ）膜、Ａｇ合金膜などを採用可能である。また、凹部の内壁面にも反射膜を配置してもよい。
【００２１】
透光性樹脂３０は、発光素子２０の封止材及び発光装置１のレンズとして機能する。発光素子２０の出射光を透過する樹脂であれば、透光性樹脂３０に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を採用可能である。透光性樹脂３０に透明樹脂を使用することによって、発光素子２０の出射光と同色の出力光Ｌを発光装置１から出力できる。
【００２２】
或いは、発光素子２０の出射光によって励起されて励起光を放射する蛍光体を含有する蛍光体樹脂を透光性樹脂３０に採用してもよい。透光性樹脂３０に蛍光体樹脂を採用することにより、所望の色の出力光Ｌを発光装置１から出力できる。また、発光装置１から、発光素子２０の出射光と励起光とが混色された出力光Ｌを出力させることも可能である。なお、透光性樹脂３０は、蛍光体樹脂３１と透明樹脂３２とを積層して構成してもよい。
【００２３】
上述のように、発光装置１の出力光Ｌに対する所望の色に応じて、透光性樹脂３０の構造、材料を任意に選択可能である。
【００２４】
例えば、出射光が青色光の発光素子２０を使用した場合に、青色光に励起されて黄色光を放射するイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）などを透光性樹脂３０に含まれる蛍光体として用いる。このとき、発光素子２０から出射された青色光の一部が蛍光体を励起することにより、黄色光に波長変換される。蛍光体から放射された黄色光と発光素子２０から出射された青色光とが混合されることにより、白色の出力光Ｌが発光装置１から出力される。
【００２５】
なお、白色の出力光Ｌを得るための発光素子２０の出射光と蛍光体との組み合わせはこれに限られるものではない。例えば、近紫外光を出射する発光素子２０と、近紫外光によって励起されて赤色光、緑色光、及び青色光を放射する蛍光体を透光性樹脂３０に含有させてもよい。もちろん、発光装置１の出力光Ｌが白色光以外の場合にも、発光素子２０の出射光と蛍光体との種々の組み合わせを採用可能である。透明樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂などを採用可能である。また、蛍光体樹脂として前記の透明樹脂に蛍光材料を混合したものなどを採用可能である。
【００２６】
なお、透光性樹脂３０の各層に散乱剤を混入させてもよい。これにより透光性樹脂３０内で光が散乱され、出力光Ｌの輝度が向上する。また、透光性樹脂３０に蛍光体が含有される場合に、透光性樹脂３０に散乱剤を混入することによって効率よく蛍光体を励起させることができる。
【００２７】
本発明の実施例１に係る発光装置１は、図１に示すように、側面及び底面を覆う支持樹脂１０によって、発光素子２０を構成する半導体層からなる積層構造体が支持されている。このため、例えば図２に示す比較例のように、支持基板２３によって発光素子２０ａの半導体層２４を支持する必要がない。なお、図２に示した比較例の発光装置は、発光素子２０ａがフレーム１０ａに形成された凹部内に配置され、発光素子２０ａの半導体層側がフレーム１０ａに接してフリップチップ実装された例である。半導体層２５から出射された光は、支持基板２４を透過してフレーム１０ａの凹部に充填された透光性樹脂３０ａに入射する。
【００２８】
支持基板２３にはシリコン基板などが採用され、半導体層２４から出射された光の一部は支持基板２３に吸収される。このため、支持基板を備えない発光装置１の出力光Ｌの輝度は、支持基板２３を有する比較例の発光装置と比べて高い。
【００２９】
また、発光装置１では、支持基板を介さずに第１の電極４１と第１の半導体層２１とを接続することにより、第１の電極４１と第１の半導体層２１間の抵抗を低減することができる。更に、第１の電極４１の面積を広くすることが可能である。このため、発光素子２０の順方向電圧Ｖｆの低減が可能である。
【００３０】
更に、発光装置１では、半導体層で発生した熱を支持基板を介さずに効率よく実装基板に放熱できる。これにより、発光装置１の特性の劣化が抑制され、信頼性が向上する。
【００３１】
発光装置１を実装基板に搭載する例としては、例えば図１に示したように、第１の電極４１と第１のプリント基板７１を接続し、第２の電極４２と第２のプリント基板７２を接続する方法などが採用可能である。発光装置１で発生した熱は、第１の電極４１を介して、第１のプリント基板７１に放熱される。第１の電極４１と第１のプリント基板７１との接続には、例えばはんだ８０を使用する。第１のプリント基板７１及び第２のプリント基板７２には、金属プレートなどを採用可能である。また、第２の電極４２と第２のプリント基板７２との接続には、例えばワイヤ９０を使用する。
【００３２】
以上に説明したように、本発明の実施例１に係る発光装置１では、樹脂によって発光素子２０が支持される。発光装置１には、支持基板のない発光素子２０を使用可能であり、更に、発光素子２０が搭載されるフレームがない。このように、支持樹脂１０によって発光素子２０が支持される発光装置１は、小型化が容易である。
【００３３】
また、図１に示した発光装置１では、保護素子１０１を備えている。さらに、第1の電極４１と第2の電極４２は、それぞれ発光装置１（発光層２２）と保護素子１０１の両方の電極として機能する。これにより、過電圧による不具合を抑制することができる。
【００３４】
以下に、本発明の実施例１に係る発光装置１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる発光装置１の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることはもちろんである。
【００３５】
まず、図３に示すように、犠牲基板１００上に、Ｐ層、Ｎ層を設けた保護素子１０１を構成する。さらに犠牲基板１００と保護素子１０１上に、発光素子２０を構成する各層をエピタキシャル成長法などによって形成する。具体的には、第２の半導体層２２、第１の半導体層２１を順次積層する。
【００３６】
次に、第２の半導体層２２、第１の半導体層２１を貫通し、先端が保護素子１０１に達する電極溝１１１を形成する。次に、電極溝１１１と第１の半導体層２１の表面に絶縁膜５０を形成する。第１の半導体層２１上の絶縁膜５０上に反射膜６０を形成する。また、第２の半導体層２３、発光層２２及び第１の半導体層２１を貫通し、先端が犠牲基板１００に達する分離溝１１０を形成する。この分離溝１１０は、後述するように発光装置１の素子分離に使用される。次いで、保護素子１０１上の絶縁膜５０の一部を除去して、保護素子１０１の一部を露出させる。電極溝１１１に露出された保護素子１０１０の一部分と絶縁膜５０上に埋め込むようにして、第１の電極４１を形成する。犠牲基板１００は７００〜１，０００μｍ、発光素子は５μｍなので、分離溝１１０をつくることにより、発光素子を応力フリーとすることができる。
【００３７】
次いで、図４に示すように、分離溝１１０を埋め込むようにして、絶縁膜５０や第１の電極４１を覆って支持樹脂１０を形成する。支持樹脂１０の形成には、例えばトランスファーモールド（ＴＲＭ）法などを採用可能である。
【００３８】
その後、図５上部に示すように、犠牲基板１００の一部を残し除去する。なお、図４〜図６では、図３とは図面の向きを上下反転している。例えばバックグラインド工程によって、バックグラインドとエッチングにより犠牲基板１００の一部を残して除去する。これにより、保護素子１０１を覆った犠牲基板１００の一部が残り、第２の半導体層２２の表面が露出する。この後、露出した第２の半導体層２２の表面を粗面化してもよい。
【００３９】
その後、図５下部を、支持樹脂１０の膜厚方向（図中の垂直方向）の厚みが所定値になるまで、支持樹脂１０の表面をバックグラインド工程によってバックグラインドする。
【００４０】
更に、支持樹脂１０の表面の一部を選択的にエッチング除去して、第１の電極４１を露出させる。（図６下部）
【００４１】
次に、第２の半導体層２２上に透光性樹脂３０を形成する。そして、図６に示すように、透光性樹脂３０の一部において、保護素子１０１を覆った犠牲基板１００の一部が貫通している。透光性樹脂３０の形成には、ＴＲＭ法などを採用可能である。そして、保護素子１０１を覆った犠牲基板１００の上部に第２の電極４２を形成する。次いで、図６に破線で示したように、ダイス分離工程において分離溝１１０に形成された支持樹脂１０を垂直方向に切断する。
【００４２】
以上により、第２の電極４２が保護素子１０１上に配置され、第１の電極４１と第２の電極４２とが発光素子２０と保護素子１０１を挟んで配置された発光装置１が完成する。
【００４３】
上述のような本発明の実施例１に係る発光装置１の製造方法によれば、発光素子２０が支持樹脂１０によって支持され、保護素子１０１を内蔵した発光装置１が製造される。これにより、支持基板やフレームのない、小型化が容易な発光装置１を提供することができる。
【００４４】
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。
【００４５】
支持樹脂１０の凹部の内壁面に反射膜を備えてもよい。これにより、発光素子２０から出射された光が支持樹脂１０の凹部の内壁面においても反射する。その結果、発光装置１の出力光Ｌを更に明るくすることができる。
【００４６】
支持樹脂１０の凹部の内壁面に反射膜を配置するためには、例えば、分離溝１１０を支持樹脂１０で埋め込む工程の前に、分離溝１１０の側面に露出した発光素子２０の側面に反射膜を形成する工程を追加する。反射膜には、例えばＡｌ膜、Ａｌ合金膜、Ａｇ膜、Ａｇ合金膜などを採用することができる。
【００４７】
また、支持樹脂１０の凹部の内壁面が底面に対して傾斜を備えてもよい。つまり、支持樹脂１０の凹部が、底部で狭く開口部で広いテーパ形状である。これにより、発光素子２０から凹部の内壁面方向に出射された光が、光取り出し面に向けて効率的に反射される。なお、凹部の内壁面に反射膜を備えてもよい。
【００４８】
支持樹脂１０の凹部の内壁面を傾斜させるためには、例えば、分離溝１１０の形成工程において、開口部で広く底部で狭いように分離溝１１０を台形状に形成する。
【００４９】
また、第１の電極４１に高反射材料を使用してもよい。これにより、反射膜６０と共に第１の電極４１を発光素子２０の出射光の反射に利用して、出力光Ｌの輝度を向上できる。
【００５０】
また、絶縁層５０と第１の電極４１の間、及び第１の半導体層２１と絶縁膜５０の間に透明導電膜を形成してもよい。これにより、電流拡散のための構造とすることができる。さらに、第２の半導体層２２側に設けてもよい。
【００５１】
また、支持樹脂１０の凹部に埋め込まれた発光素子２０が１つである例を示したが、発光装置１が複数の発光素子２０と複数の保護素子１０１を備えてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１、発光装置
１０、支持樹脂
２０、発光素子
２１、第１の半導体層
２２、第２の半導体層
３０、透光性樹脂
３１、蛍光体樹脂
３２、透明樹脂
４１、第１の電極
４２、第２の電極
５０、絶縁膜
６０、反射膜
１００、犠牲基板
１０１、保護素子
１１０、分離溝
１１１、電極溝
２００、光取り出し面
【図１】
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【図２】
2015162614.tif 000004
【図３】
2015162614.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015162614.tif 000007
【図６】
2015162614.tif 000008