(57)【要約】【課題】異なる視野角における色度の均一性を向上した波長変換層を有する半導体発光装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子上に配置された波長変換層とを備える。波長変換層は、堆積した蛍光体粒子を有する蛍光体粒子層と蛍光体粒子層における前記蛍光体粒子間の間隙を充填する封止部とを備える。封止部は、蛍光体粒子層の上面形状に沿う凹凸表面を有する周縁領域を有し、周縁領域の内側において、蛍光体粒子層上に表面が平坦な透明層を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2015211058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子上に配置された波長変換層とを備え、
前記波長変換層は、堆積した蛍光体粒子を有する蛍光体粒子層と前記蛍光体粒子層における前記蛍光体粒子間の間隙を充填する封止部とを備え、
前記封止部は、前記蛍光体粒子層の上面形状に沿う凹凸表面を有する周縁領域を有し、
前記封止部は、前記周縁領域の内側において、前記蛍光体粒子層上に表面が平坦な透明層を備えることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子は、
不透光性の素子基板と、
前記素子基板上に形成された活性層を含む半導体層とを備え、
前記波長変換層は、前記素子基板上に前記半導体層の上面および側面を覆うように形成され、
前記封止部の端部は、前記素子基板の端部と一致していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記封止部の表面は、前記周縁領域において、前記半導体発光素子の表面に対し傾斜した第一の傾斜面を有し、
前記透明層の表面は、前記半導体発光素子の表面に対し略平行な平坦面と、前記平坦面から前記周縁領域に連続する第二の傾斜面とを備え、
前記第一の傾斜面は前記第二の傾斜面と比較して、前記半導体発光素子の表面に対する傾斜角度が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体粒子層は、蛍光体粒子上に堆積した光散乱粒子を含み、
前記凹凸表面は、前記光散乱粒子の表面形状に沿うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
（ａ）素子基板と、前記素子基板上に形成された発光層を含む半導体層とを備えた半導体発光素子を準備する工程と、
（ｂ）前記半導体発光素子の上方から蛍光体粒子を揮発性溶媒に分散した塗布液を塗布後乾燥をして、前記半導体発光素子の上面に前記蛍光体粒子の堆積した蛍光体粒子層を形成する工程と、
（ｃ）前記半導体発光素子の上方から封止材料を揮発性溶媒に分散した塗布液を塗布後熱処理をして、前記蛍光体粒子間を充填する封止部を形成する工程と、を有し、
前記工程（ｃ）において、前記封止部は、周縁領域において前記蛍光体粒子層の上面に沿う凹凸を有し、前記周縁領域の内側において、前記蛍光体粒子層上に表面が平坦な透明層を備えることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｂ）において、前記蛍光体粒子を分散した前記塗布液は、スプレー塗布装置により塗布され、
前記工程（ｃ）において、前記封止材料を分散した前記塗布液は、スプレー塗布装置により塗布されることを特徴とする請求項５に記載の半導体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、半導体発光装置に関し、特に、波長変換層を備えた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体発光素子上面に平行な平坦面及び平坦面と素子上面の角部を連結する曲面を有する波長変換層を備えた半導体発光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２８７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような半導体発光装置においては、波長変換層は、高濃度に蛍光体粒子を含有して粘性を高めた樹脂をディスペンシングすることにより素子上面に均一な厚さに形成している。ディスペンシングにおいては、ディスペンサを螺旋状やジグザグに移動してできる限り均一に塗布を行っている。
【０００５】
しかし、特許文献１のような半導体発光装置においては、さらなる発光効率の向上が課題となっていた。
また、観視角度を変化させたときに色度が異なるという問題が生じており、異なる視野角における色度の均一性を向上することが課題となっていた。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決して、発光効率と異なる視野角における色度の均一性を向上した半導体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】
【０００７】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子上に配置された波長変換層とを備える。波長変換層は、堆積した蛍光体粒子を有する蛍光体粒子層と蛍光体粒子層における前記蛍光体粒子間の間隙を充填する封止部とを備える。封止部は、蛍光体粒子層の上面形状に沿う凹凸表面を有する周縁領域を有し、、周縁領域の内側において、蛍光体粒子層上に表面が平坦な透明層を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、（ａ）素子基板と、素子基板上に形成された発光層を含む半導体層とを備えた半導体発光素子を準備する工程と、（ｂ）半導体発光素子の上方から蛍光体粒子を揮発性溶媒に分散した塗布液を塗布後乾燥をして、半導体発光素子の上面に蛍光体粒子の堆積した蛍光体粒子層を形成する工程と、（ｃ）半導体発光素子の上方から封止材料を揮発性溶媒に分散した塗布液を塗布後熱処理をして、蛍光体粒子間を充填する封止部を形成する工程と、を有する。そして、工程（ｃ）は、封止部が、周縁領域において、前記蛍光体粒子層の上面に沿う凹凸を有し、周縁領域の内側において、蛍光体粒子層上に表面が平坦な透明層を備えるよう形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光装置および本発明の半導体発光装置の製造方法によれば、封止部が、蛍光体粒子層上に表面が平坦な透明層を備えるため、異なる視野角における色度の均一性を向上することができる。
【００１０】
また、封止部は、周縁領域において前記蛍光体粒子層の上面に沿う凹凸を有するため、波長変換層からの光取出し効率を向上して、半導体発光装置の発光効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）本発明の実施例１の半導体発光装置の概略断面図である。（ｂ）図１（ａ）の周縁領域の拡大図である。（ｃ）本発明の実施例１の発光装置の概略上面図である。
【図２】本発明の実施例１の半導体発光装置に関するサンプルＡの概略上面図である。
【図３】（ａ）比較サンプル１の概略断面図である。（ｂ）比較サンプル２の概略断面図である。
【図４】サンプルＡと比較サンプル２の観視角度−７０°〜７０°における色度の観視角度０°における色度との差を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例１の半導体発光装置の製造工程を示す説明図である。（ａ）半導体発光素子準備工程において半導体発光素子が基板上に搭載された状態、（ｂ−１）蛍光体粒子層形成工程における蛍光体粒子含有塗布液の噴霧工程、（ｂ−２）蛍光体粒子層形成工程において蛍光体粒子含有塗布体が形成された状態、（ｂ−３）蛍光体粒子層形成工程において蛍光体粒子層が完成した状態、（ｃ−１）封止部形成工程における封止材料含有塗布液の噴霧工程、（ｃ−２）封止部形成工程において封止材料含有塗布体が形成された状態、の各状態を模式的に示す説明図である。
【図６】（ａ）本発明の実施例２の半導体発光装置の概略断面図である。（ｂ）比較サンプル２の概略断面図である。
【図７】サンプルＢと比較サンプル３の観視角度−７０°〜７０°における色度の観視角度０°における色度との差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の好適な実施形態を詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【実施例１】
【００１３】
以下に、本発明の実施例１に係る半導体発光装置１０について、図１〜図４を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明の実施例１に係る半導体発光装置１０の概略断面図である。図１（ｂ）は、本発明の実施例１に係る半導体発光装置１０の周縁領域の概略断面図である。図１（ｃ）は、本発明の実施例１に係る発光装置１０の概略平面図である。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、実施例１に係る半導体発光装置１０は、基板５と、基板５上に搭載された半導体発光素子１であるＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１の上面に形成された波長変換層４とから構成されている。波長変換層４は、蛍光体粒子２ａの堆積した蛍光体粒子層２と、蛍光体粒子２ａ間を充填する封止部３とから構成されている。封止部３は、周縁領域３Ａにおいて、蛍光体粒子層の上面に沿う凹凸表面３Ｃを有し、周縁領域３Ａの内側において蛍光体粒子層２上に表面が平坦な透明層３ｂを備える。
【００１６】
本実施例において、基板５は、平板状のガラスエポキシ基板からなる。基板５は、ガラスエポキシ基板に限らず他の樹脂基板（シリコーン樹脂基板など）、セラミック基板、金属基板など適宜な材料から構成することができる。基板５上には、導電性材料からなる配線部６が形成されている。
配線部６は、ＬＥＤチップ１へ給電する一対の電極パターンを構成している。
【００１７】
ＬＥＤチップ１は、配線部６上に接合材７を介して固定されるとともに、導電ワイヤ８６を介して配線部６と接続されており、配線部６と電気的に接続されている。
本実施例において、ＬＥＤチップ１は、素子基板１ａである不透光性のＧｅ基板上に金属層を介してＩｎＧａＮ系材料がエピタキシャル成長された半導体層１ｂが形成された青色発光ＬＥＤである。上面視において、半導体層１ｂおよび素子基板１ａは約１０００μｍ□の矩形状であり、半導体層１ｂは、素子基板より一回り小さく形成されている。ＬＥＤチップ１は、発光面の大きさが約９００μｍ□である。
本実施例において、ＬＥＤチップ３には、上面と下面に対となる素子電極（上部電極、下部電極）が形成されている。上部電極１ｄは、導電ワイヤ８が接続されるボンディングパッド部を備え、該ボンディングパッド部上には、導電ワイヤ８と接続されている。また、ＬＥＤチップの下部電極１ｃは、導電性の接合材７を介して基板上の配線６部と接合している。
【００１８】
導電ワイヤ８は、Ａｕ、Ａｌなどの金属からなり、その一端がＬＥＤチップ１上の上部電極１ｄと接続され、もう一端が配線部６と接続されている。
【００１９】
波長変換層４は、蛍光体粒子２ａの堆積した蛍光体粒子層２と、蛍光体粒子間を充填する封止部３を備える。
波長変換層４の端部は、素子基板１ａの端部と一致している。そのため素子基板１ａの側面は波長変換層４から露出している。
【００２０】
蛍光体粒子層２において、蛍光体粒子２ａは、半導体発光素子１あるいは他の蛍光体粒子２ａに堆積した状態である。図１（ａ）および（ｂ）に示す断面図において、蛍光体粒子２ａは波長変換層４内に浮遊しているように見えるが、蛍光体粒子２ａは浮遊しておらず、他の断面において、半導体発光素子１あるいは他の蛍光体粒子２ａ上に接している。
蛍光体粒子２ａとしては、半導体発光素子１からの発光により励起され、励起光と異なる波長の光を放出する適宜な蛍光体粒子２ａを用いることができる。本実施例においては、黄色発光する平均粒径が約１５μｍのＣｅを付活したＹＡＧ蛍光体を用いた。これにより、ＬＥＤチップ３からの青色発光の一部を黄色光へ変換して、残りの青色光との混合光として白色発光を放出することができる。
【００２１】
蛍光体粒子層２には、光散乱粒子を含むことができる。光散乱粒子を備えることにより、異なる視野角における色度の均一性を向上することができる。
蛍光体粒子層２に光散乱粒子を含む場合においては、光散乱粒子は、蛍光体粒子２ａと共に分散するよりも、後述する実施例２のように、堆積した蛍光体粒子２ａ上に、光散乱粒子を堆積させることが好ましい。半導体発光素子１からの発光が蛍光体粒子２ａへ入射する前に、光散乱粒子へ入射して、半導体発光素子１側へ戻す光（後方散乱光）を抑制することができ、波長変換層からの光取出し効率の向上、ひいては半導体発光装置１０の発光効率向上に資するためである。
【００２２】
蛍光体粒子層２には、バインダ粒子など、他の適宜な機能性粒子を含有することができる。機能性粒子は、実質的に光散乱が生じない程度に小さい大きさのものを使用することが好ましい。
【００２３】
蛍光体粒子層２は、半導体発光素子１上において、中央より膜厚の薄い端部領域２Ａを有するが、この端部領域２Ａは比較的小さい。端部領域２Ａは、光照射側から見て、素子基板の端部から素子基板の一辺の１０％以下に形成される。つまり、一辺が１ｍｍの発光素子の上面において、端部領域は、端部から約１００μｍ幅以下に形成される。本実施例において、端部領域２Ａは、一辺が１ｍｍの発光素子の上面において、両端にそれぞれ約４０μｍ幅で形成された。
本実施例の蛍光体粒子層２の厚みは、中央において（すなわち端部領域２Ａを除いた領域において）、約３０μｍであり、３０〜６０μｍであることが好ましい。
蛍光体粒子層２の表面は、端部領域２Ａにおいて、傾斜面を備え、この傾斜面は、半導体発光素子１の表面に対する傾斜角度が約４５°以上に形成されている。
【００２４】
封止部３は、樹脂やガラスなどの透光性材料から構成することができる。本実施例では、シリコーン樹脂から構成した。
封止部３の端部は、素子基板の端部と一致している。そのため素子基板の側面は波長変換層から露出している。
封止部３は、蛍光体粒子層２における蛍光体粒子２ａ間の間隙を充填している。
【００２５】
封止部３は、周縁領域３Ａにおいては、蛍光体粒子層２の上面形状に沿った凹凸表面３Ｃを有している。つまり、周縁領域３Ａにおいては、凹凸表面３Ｃにおける凸部に対し、その表面直下に対応する蛍光体粒子２ａが存在している。
凹凸表面を有する周縁領域３Ａは、蛍光体粒子層２の端部領域２Ａ上を含み、該端部領域２Ａより大きい幅で形成されている。本実施例では、約１００μｍで形成された。
そして、封止部３の表面は、周縁領域において蛍光体粒子層２と同様、傾斜面（本願において第一の傾斜面３Ｄと呼称）を備える。第一の傾斜面３Ｄは、、蛍光体粒子層２の端部領域２Ａ上に形成される。この第一の傾斜面３Ｄは、半導体発光素子１の表面に対する傾斜角度が４５°以上に形成されており、凹凸表面３Ｃを有する。尚、図１（ｂ）において、凹凸表面３Ｃを平坦とみなして近似した傾斜面を点線で示した。
凹凸表面を備える周縁領域３Ａには、蛍光体粒子層２の端部領域２Ａ上より内側にも凹凸表面が形成されている。
封止部３は、蛍光体粒子層２の側面および上面を完全に被覆しているが、封止部３の側面において、蛍光体粒子層２が張り出すような形状に形成されている。
【００２６】
周縁領域３Ａにおける凹凸表面３Ｃの起伏の深さは、蛍光体粒子の粒径の１／５以上であることが好ましい。本実施例においても、平均粒径が１５μｍ（後述する塗布液調整前、レーザ回折・散乱法により求めた粒度分布から算出した体積平均）の蛍光体粒子を用いて、約３μｍ以上の起伏の深さを有する凹凸表面が形成された。本実施例の凹凸表面３Ｃは、表面粗さＲａが４μｍであった。
周縁領域３Ａにおいて凹凸表面３Ｃが形成されることにより、凹凸表面３Ｃがない場合と比較して、光取出し効率を向上することができる。
【００２７】
封止部３は、周縁領域３Ａの内側（以下、内部領域３Ｂ）においては、蛍光体粒子層２上に所定厚みの透明層３ｂを備えている。
透明層３ｂは、２５〜６５μｍの厚みに形成されることが好ましく、本実施例では、５０μｍとした。
【００２８】
透明層３ｂの表面は半導体発光素子１の表面に対し略平行な平坦面を備える。また、透明層３ｂの表面は、平坦面から封止部３の周縁領域３Ａに連続する傾斜面３Ｅ（本願において第二の傾斜面３Ｅと呼称）を備える。
透明層３ｂの表面には、平坦面および傾斜面のいずれにおいても、蛍光体粒子層２の上面形状に沿う凹凸は形成されていない。つまり、封止部３において、内部領域３Ｂにおける表面は、周縁領域３Ａにおける表面より高い平坦性を有している。
【００２９】
透明層３ｂにおける第二の傾斜面３Ｅは、半導体発光素子１の表面に対する傾斜角度が２０°以上５０°以下に形成されており、第一の傾斜面３Ｄより半導体発光素子１の表面に対する傾斜角度が小さい。
また、封止部３には、第一の傾斜面３Ｄと第二の傾斜面３Ｅとの間に、凹凸表面を備えた半導体発光素子１表面に略平行な面が形成されている。つまり、封止部３の側面は、２段の階段上に形成され、その一段目に蛍光体粒子層２が張り出した形状となっている。
【００３０】
透明層３ｂがあることにより、透明層３ｂがないものと比較して、観視角度における色度の均一性を向上することができる。
【００３１】
以下、本発明の半導体発光装置１０の光学特性について詳細に説明する。
本実施例に関するサンプルとして、図２に示すサンプルＡを作製した。４つの半導体発光素子１を１００μｍ間隔で配置したヘッドランプ等の車両用灯具の光源としてレンズ、リフレクタ、シェード等の適宜な投影光学系と組み合わせて用いるのに好適な構成となっている。各半導体発光素子１上に上述した蛍光体粒子層２、透明層３ｂを含む封止部３を備えている。
比較対象として、比較サンプル１、比較サンプル２を作製した。比較サンプル１、２もいずれも、サンプルＡと同じ半導体発光素子１を同じ個数用いて、同じ配置をした。
【００３２】
比較サンプル１は、図３（ａ）に示すように、各半導体発光素子１上に、蛍光体粒子２ａを７０ｗｔ％混合したシリコーン樹脂１１を塗布して形成された波長変換層４を備える。波長変換層４の表面は、半導体発光素子１の中央部の上においては略平坦であり、端部においてなだらかに傾斜している。波長変換層４内において蛍光体粒子２ａは略均一に分散している。
比較サンプル２は、図３（ｂ）に示すように、サンプルＡと封止部の厚みのみが異なるものである。比較サンプル１は、封止部の厚みが約３０μｍであり、サンプルＡのような透明層３ｂを有さないとともに、封止部が全体に渡り凹凸表面を有する構成となっている。
【００３３】
サンプルＡと比較サンプル１との発光面内の色度分布を比較したところ、端部において中央部より青色みが強くなる領域が、サンプルＡの方が比較サンプル１より小さかった。つまり、サンプルＡの方が比較サンプル１より発光面内の色度分布の均一性が高かった。これは、膜厚が中央部より薄くなる領域が、サンプルＡの方が比較サンプル１より小さく形成することができたためと考えられる。サンプルＡの端部領域は、約４０μｍ幅であったのに対し、比較サンプル１の端部領域は、約１２０μｍ幅であった。
【００３４】
サンプルＡと比較サンプル１の輝度を比較したところ、サンプルＡの方が比較サンプル１より３％高かった。これは、サンプルＡは、封止部３に凹凸表面３Ｃを有することにより、波長変換層からの光取出し効率が比較サンプル１より高くなったためと考えられる。
【００３５】
サンプルＡと比較サンプル２の視野角による色度変化を比較した。図４に各サンプルについて、半導体発光素子１の上面に垂直な軸を０°として、角度を−７０°から７０°まで１０°間隔で色度を測定し、０°における色度との差を算出したものを示す。具体的には、色度を色度座標（ＣＩＥ１９３１）上の座標値（ｘ、ｙ）で求め、図４において、観測角度を横軸とし、そのｘ座標値の差を縦軸に示した。
その結果、サンプルＡの方が比較サンプル２より、異なる視野角における色度の均一性が高かった。サンプルＡが蛍光体粒子層２上に上面が平坦な透明層３ｂを有することにより、異なる視野角における色度の均一性が向上したと考えられる。
【００３６】
［本発明の実施例１の製造方法］
次に、本発明の実施例１の半導体発光装置１０の製造方法について、図５を用いて説明する。
本発明の半導体発光装置の製造方法は、（ａ）素子基板と、素子基板上に形成された発光層を含む半導体層とを備えた発光素子を準備する工程と、（ｂ）発光素子の上方から蛍光体粒子を揮発性溶媒に分散した塗布液を塗布後乾燥をして、発光素子の上面に蛍光体粒子の堆積した蛍光体粒子層を形成する工程と、（ｃ）発光素子の上方から封止材料を揮発性溶媒に分散した塗布液を塗布後熱処理をして、蛍光体粒子間を充填する封止部を形成する工程と、を有する。
以下、各工程について説明する。
【００３７】
［（ａ）発光素子準備工程］
本工程では、素子基板１ａと素子基板１ａ上に形成された発光層を含む半導体層１ｂを備えた半導体発光素子１を準備する。
本実施例では、不透光性のＧｅからなる素子基板１ａ上に金属接合層を介してエピタキシャル成長した半導体層１ｂが配置され、上下に電極を有する青色発光素子を準備した。
配線部６を備えた基板５上に半導体発光素子１を導電性の接合材７を介して搭載後、上部電極１ｄと配線部６とをＡｕからなる導電ワイヤ８で結線した。
【００３８】
［（ｂ）蛍光体粒子層形成工程］
本工程では、発光素子の上方から蛍光体粒子２ａを揮発性溶媒に分散した塗布液１３を塗布後乾燥をして、発光素子の上面に蛍光体粒子２ａの堆積した蛍光体粒子層２を形成する。
本実施例では、揮発性溶媒に蛍光体粒子２ａを分散して調整した塗布液１３を調整し、スプレー塗布装置１２を用いて半導体発光素子１の上面に吹き付けた（図５（ｂ−１）参照）。
【００３９】
塗布液１３は、蛍光体粒子２ａの他、蛍光体粒子２ａの沈降を抑制する沈降防止剤、蛍光体粒子２ａを半導体発光素子１上に結合させるためのバインダあるいはバインダの前駆体などを分散することもできる。
沈降防止材としては、層状ケイ酸塩鉱物を用いることができる。層状ケイ酸塩鉱物は、雲母構造、カオリナイト構造、スメクタイト構造等の構造を有する膨潤性粘土鉱物が好ましく、なかでも膨潤性に富むスメクタイト構造が特に好ましい。アルコール系溶剤との組み合わせにおいて、混合液の粘性を増加させる効果があり、蛍光体の沈降防止に好ましい。
バインダとしては、ＳｉｍＯｎ（ｍ、ｎはいずれも整数）、バインダ前駆体としては、反応により透明セラミックバインダとなる、ポリシロキサンやポリシラザンなどを用いることができる。本実施例では、バインダとして、粒径が１００ｎｍ以下のＳｉＯ２からなる超微粒子を用いた。
尚、本実施例においては、後工程に形成する封止部３により蛍光体粒子２ａを固定することができるため、バインダやバインダ前駆体は、封止部形成工程前までの仮固定ができる程度に添加されるものでよい。
【００４０】
塗布液１３の溶媒としては、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶液、キシレンなどの揮発性有機溶剤を用いることができる。また、粘度を調整するため、プロピレングリコール、ブタンジオール等の比較的高粘度のアルコール系溶剤と組み合わせた混合溶剤とすることができる。
適宜溶剤や混合物の種類や量を調整して、粘度を調整し、蛍光体粒子２ａの沈降を抑制したり、半導体発光素子１上面に形成される塗布体１４の形状を制御することができる。
【００４１】
また、塗布液１３の溶媒には、チキソトロピー性（外力が付与されていない静止状態では高い粘度を有し、外力が付与されたときに粘度が低下する粘弾性挙動）を付与してもよい。そのため、揮発性溶媒１０には、チキソトロピー性付与のためにチキソトロピー性を発現する樹脂や無機酸化物などの粒子からなるチキソトロピー化剤を含有することができる。チキソトロピー性を付与することにより、塗布液１３における蛍光体の沈降防止に有利であるため好ましい。後述のスプレー塗布装置１２による塗布工程において、塗布液１３は、ＬＥＤチップ上へ供給されるまでは、動的であって比較的低い粘度を有し、ＬＥＤチップ３上へ供給後には静的となり粘度が上昇し塗布体を形成する過程で比較的高い粘度を有する。
【００４２】
本実施例では、エタノールを主としたチキソトロピー性を有する混合溶媒を揮発性溶媒とし、蛍光体粒子２ａの濃度を１０〜８０ｗｔ％、塗布液の粘度を２０〜５００ｍＰａ・Ｓの範囲として、半導体発光素子１表面上に均一な噴霧を行うことができた。
また、本実施例の塗布液１３は、蛍光体粒子２ａの沈降が抑制されているため、ポットライフを長寿命化することができた。従来技術のようなシリコーン樹脂に蛍光体粒子２ａを分散した塗布液を用いた場合と比較して、ポットライフを４倍長くすることができた。尚、本願におけるポットライフとは塗布液調整後から蛍光体粒子２ａの濃度変化なく使用可能な時間である。
【００４３】
調整した塗布液１３をスプレー塗布装置１２を用いて所定の量を噴霧し、塗布体１４を形成する（図５（ｂ−２）参照）。この際、適宜マスクを配置することができる。ここで、スプレー塗布装置を用いた噴霧塗布することにより、ディスペンス法やポッティング法と比較して、膜厚の均一性の高い塗布体を形成することができる。特に、端部における厚みが薄くなるのを抑制することができる。
塗布体１４を形成後、乾燥することにより、揮発性溶剤を蒸発させて、蛍光体粒子２ａが堆積した蛍光体粒子層２が形成される（図５（ｂ−３）参照）。蛍光体粒子層２は、蛍光体粒子２ａ間に間隙を有し、この段階において、この間隙は空隙となっている。
【００４４】
本工程は、複数回繰り返すこともできる。複数回の塗布工程により、色度を調整することができ、所望の色度を得ること、半導体発光装置１０間の色度ばらつきをなくすことができる。
また、このとき、蛍光体粒子層２の厚みや半導体発光装置１０の色度を測定する工程を挟み、測定結果に応じた量の塗布液１３を塗布することにより、所望の厚みや色度の半導体発光装置１０を得ることができる。
【００４５】
［（ｃ）封止部形成工程］
本工程では、発光素子の上方から封止材料を揮発性溶媒に分散した塗布液１５を塗布後熱処理をして、蛍光体粒子２ａ間を充填する封止部３を形成する。
本実施例では、封止部３を構成するための塗布液１５として、アルコール系やキシレンなどの揮発性溶剤からなる溶媒にシリコーン樹脂を１：１で溶かし、粘度が３．０ｍＰａ・ｓの塗布液を調整した。塗布液は、蛍光体粒子層２における蛍光体粒子２ａ間の間隙を確実に浸透・充填するために、０．５〜３０ｍＰｓ・ｓの範囲とすることが好ましい。シリコーン樹脂の粘度を低下させる溶剤として、ヘキサメチルジシロキサンなどの有機ケイ素化合物からなる揮発性溶媒を使用することもできる。
尚、本発明において、塗布液１５は、封止材料として、シリコーン樹脂だけでなく、他の透光性樹脂材料、およびガラスなどを用いることもでき、溶媒としては、アルコール系溶液、キシレンなどの揮発性有機溶剤を用いることができる。
【００４６】
調整した塗布液を、スプレー塗布装置１２を用いて噴霧し（図５（ｃ−１）参照）、塗布体１６を形成する（図５（ｃ−２）参照）。
形成された塗布体１６において、蛍光体粒子層２における蛍光体粒子２ａ間の間隙に塗布液１５が充填されている。
塗布液１５は、素子基１ａ板の側面を覆うことなく、素子基板１ａの上面の縁でとまる。すなわち、塗布体１６の端部は素子基板１ａの上面の端部と一致する。
塗布体１５を形成後、熱処理を行うことにより、揮発性溶剤を蒸発させる乾燥を行うとともにシリコーン樹脂の硬化を行い封止部３が形成される。本実施例では、１５０℃で４時間の熱処理を行った。
尚、封止材料としてシリコーン樹脂ではなく、ガラスを用いた場合においては、塗布体は１５０℃で１時間の熱処理を行うことにより、乾燥とガラスの焼成を行うことができる。
【００４７】
封止部３は、蛍光体粒子層２の上面と側面を覆い、蛍光体粒子層２の上に透明層３ｂを備えるように形成される。また、封止部３は、周縁領域３Ａにおいて、蛍光体粒子層２の上面の形状に沿う凹凸表面が形成される。
封止部３において、蛍光体粒子層２の間隙を充填する領域と透明層３ｂとは一連一体に形成される。
封止部３が形成されることにより、蛍光体粒子層２と封止部３とが一体化した波長変換層４が完成する。
【００４８】
本発明の半導体発光装置の製造方法によれば、蛍光体粒子層２の形成工程を封止部３の形成工程と別工程で行い、かつ、スプレー塗布装置による塗布をすることにより、膜厚の均一性の高い蛍光体粒子層２を形成することができる。特に、中央部より膜厚の少ない端部領域２Ａが形成される領域を小さくすることができる。
具体的には、中央部より膜厚の少ない端部領域２Ａが形成される領域を、素子基板の一辺に対し素子基板の端部から１０％以下とすることができる。これに対し、比較サンプル１のように、蛍光体粒子を分散した樹脂を塗布して波長変換層を形成する方法では、中央部より膜厚の少ない領域を素子基板の一辺に対し素子基板の端部から１０％以下に納めることは困難であった。
【００４９】
本発明の半導体発光装置の製造方法によれば、封止部３の形成工程を、蛍光体粒子層２の形成工程とは別工程で、かつ、揮発性溶剤を含有する塗布液を用いてスプレー塗布装置により行うため、半導体発光素子１表面に平行で平坦な表面を有する透明層３ｂと、周縁領域３Ａにおいて蛍光体粒子層２の表面形状に沿った凹凸表面とを備える封止部３を容易に形成することができる。
スプレー塗布装置により揮発性溶剤を含有する塗布液を塗布することにより、噴霧中に３〜４割程度の溶剤が揮発して、蛍光体粒子２ａ上や半導体発光素子１表面上への着弾時には塗布液調整時より粘度が上昇するためである。また、着弾後には、時間の経過に伴う揮発性溶剤の揮発によりさらに粘度が上昇するためである。つまり、平坦な表面を有する透明層３ｂと蛍光体粒子層２の表面形状に沿った凹凸表面とを構成するのに適した粘度を形成することができるためである。
特に、全体的に曲面を有するドーム形状とはならずに、半導体発光素子１表面に平行で平坦な表面を有する透明層３ｂを形成することができる粘度範囲とすることができる。また、封止部３を構成する塗布液は、半導体発光素子１表面上を流動するが、流動しながら粘度が上昇するため素子基板側面へ流出することがない。そして、周縁領域３Ａに配置される塗布液の量は少ないため凹凸表面を形成することができる。
ここで、周縁領域３Ａに蛍光体粒子２ａの表面形状に沿った凹凸表面３Ｃを形成できることは、蛍光体粒子２ａ表面に対する表面張力も起因していると考える。
【実施例２】
【００５０】
以下に、本発明の実施例２に係る半導体発光装置２０について、図６を参照しつつ説明する。図６（ａ）は、実施例２に係る半導体発光装置２０の概略断面図である。
実施例２に係る半導体発光装置２０は、蛍光体粒子層２において光散乱粒子２ｂを有すること以外の構成については、実施例１の半導体発光装置１０とほぼ同様である。
実施例２に係る半導体発光装置２０の製造方法は、上述した（ｃ）封止部３形成工程において、塗布液に光散乱粒子２ｂを含有する。それ以外の工程については、実施例１の半導体発光装置１０の製造方法とほぼ同様である。そのため、光散乱粒子２ｂを含有する蛍光体粒子層２は、上述した（ｂ）工程および（ｃ）工程により形成される。
【００５１】
光散乱粒子２ｂは、蛍光体粒子２ａ上に堆積するように配置されている。そのため、光散乱粒子２ｂは半導体層上に直接配置されることはなく、光散乱粒子２ｂと半導体層との間には蛍光体粒子２ａが存在する。
光散乱粒子２ｂは、光散乱粒子２ｂを備える蛍光体粒子層２において、上半分の厚みの範囲内に配置されている。
蛍光体粒子層２が光散乱粒子２ｂを備えるため、封止部３の周縁領域３Ａにおける蛍光体粒子層２表面形状に沿った凹凸表面３Ｃの凸部の直下には、対応する光散乱粒子２ｂが存在している。
【００５２】
本実施例では、二酸化チタンからなる光散乱粒子２ｂを５ｗｔ％含有した塗布液を調整した。光散乱粒子２ｂを１〜２０ｗｔ％シリコーン樹脂中に混合した後、揮発性有機溶剤に溶かして、粘度を３．０ｍＰａ・ｓとした。
光散乱粒子２ｂとしては、二酸化チタンのみならず、アルミナ等の他の光散乱粒子２ｂを用いることができる。
【００５３】
以下、本実施例の半導体発光装置２０の光学特性について詳細に説明する。
本実施例に関するサンプルとして、サンプルＡと同じ半導体発光素子１を用いてサンプルＢを作製した。図２に示すサンプルＡと同様、４つの半導体発光素子１を１００μｍ間隔で配置した。
また、比較対象として、比較サンプル３を作製した。比較サンプル３は、図６（ｂ）に示すように、比較サンプル３は、蛍光体粒子２ａと光散乱粒子２ｂがシリコーン樹脂１１内に略均一に分散された波長変換層を有する。比較サンプル３は、蛍光体粒子２ａと光散乱粒子２ｂ（１０ｗｔ％）を分散したシリコーン樹脂を半導体発光素子１上に塗布して作製した。尚、比較サンプル３もサンプルＢと同じ半導体発光素子１を同じ個数用いて、同じ配置をした。
【００５４】
サンプルＢとサンプルＡ、比較サンプル３の視野角による色度変化を比較した。図７にサンプルＢと比較サンプル３について、半導体発光素子１の上面に垂直な軸を０°として、角度を−７０°から７０°まで１０°間隔で色度を測定し、０°における色度との差を算出したものを示す。具体的には、色度を色度座標（ＣＩＥ１９３１）上の座標値（ｘ、ｙ）で求め、図７において、観測角度を横軸とし、そのｘ座標値の差を縦軸に示した。
その結果、サンプルＢはサンプルＡ（図３参照）および比較サンプル３より、異なる視野角における色度の均一性が高かった。サンプルＢとサンプルＡとの比較により、光散乱粒子２ｂを含有することにより異なる視野角における色度の均一性が向上することがわかった。ただし、光散乱粒子２ｂを単に含有した比較サンプル３では異なる視野角における色度の均一性は向上は見られなかった。
【００５５】
サンプルＢとサンプルＡ、比較サンプル３の輝度を比較した。
その結果、サンプルＢは、サンプルＡよりも輝度が低く、比較サンプル３よりも輝度が高かった。サンプルＡと比較して、サンプルＢは４％、比較サンプル３は５％の輝度低下を示した。
つまり、サンプルＢは、比較サンプル３よりも、サンプルＡと比較した輝度低下が少なかった。このことは、サンプルＢにおいて、周縁領域３Ａにおいて前記蛍光体粒子層２の上面に沿う凹凸を有するため、波長変換層からの光取出し効率を向上できたものと考えられる。また、サンプルＢより比較サンプル３において、半導体発光素子１からの発光が蛍光体粒子２ａに入射する前に光散乱粒子２ｂで散乱して半導体発光素子１側へ向かう光が多く、波長変換層からの光取出し効率が低下したためと考えられる。そのため、光散乱粒子２ｂは、蛍光体粒子２ａより発光面側（半導体発光素子１とは反対側）に位置することが好ましい。
【００５６】
尚、本発明の半導体発光装置は、上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることは勿論である。
【００５７】
例えば、本発明の半導体発光装置において、半導体発光素子として、ＬＥＤチップに限定されることなく、ＬＤチップを用いることができる。また、半導体発光素子は一対の電極が、半導体素子の上面と下面に形成されているものだけでなく、上面のみに形成されているものを用いることもできる。
【００５８】
例えば、上記実施例において、半導体発光素子は、配線部上に接合したが、基板上に接合してもよい。この場合において、配線部との電気的接合は、導電ワイヤで形成することができる。
【００５９】
例えば、上記実施例において、蛍光体粒子層工程および封止部の形成工程は、実装基板上に半導体発光素子を接合後に行ったが、半導体発光素子の実装前に行うこともできる。
【００６０】
例えば、上記実施例において、蛍光体としてＣｅを付活したＹＡＧを用いたが、Ｅｕを付活したオルトシリケート、他のガーネット蛍光体、サイアロンやカズンなどの窒化物蛍光体など適宜な蛍光体を使用、併用することができる。
【００６１】
例えば、上記実施例において、蛍光体粒子層と封止部の形成工程は、スプレー塗布装置による塗布と熱処理により行ったが、他の方法により行ってもよい。
【００６２】
例えば、上記実施例２において、蛍光体粒子層における光散乱粒子は、工程（ｃ）において封止部を構成する塗布液に含有して塗布・形成を行ったが、これに限定されるものではない。工程（ｂ）において、蛍光体粒子を含有する塗布液を塗布・乾燥後に、光散乱粒子を含有する塗布液を塗布・乾燥する工程を追加して行うこともできる。
【符号の説明】
【００６３】
１：半導体発光素子
１ａ：素子基板
１ｂ：半導体層
１ｃ：下部電極
１ｄ：上部電極
２：蛍光体粒子層
２ａ：蛍光体粒子
２ｂ：光散乱粒子
２Ａ：端部領域
３：封止部
３ａ：蛍光体粒子間充填領域
３ｂ：透明層
３Ａ：周縁領域
３Ｂ：内部領域
３Ｃ：凹凸表面
３Ｄ：第一傾斜面
３Ｅ：第二傾斜面
４：波長変換層
５：基板
６：配線部
７：接合材
８：導電ワイヤ
１０、２０：半導体発光装置
１１：樹脂
１２：スプレー塗布装置
１３：蛍光体粒子含有塗布液
１４：蛍光体粒子含有塗布体
１５：封止材料含有塗布液
１６：封止材料含有塗布体
【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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